Brevet FR2580060A1 — publié le 19861010

1. La présente invention concerne un dispositif de refroidissement d'un système électronique tel qu'un ordina- teur ou analogue, avec un réfrigérant liquide. Comme dispositif classique de refroidissement utilisant un liquide comme réfrigérant, on peut concevoir un dispositif comprenant un ensemble d'échange de chaleur pour refroidir le réfrigérant qui a été chauffé par un dispositif électronique devant être refroidi, une pompe pour alimenter le dispositif électronique en réfrigérant à partir de l'ensemble d'échange de chaleur via un réservoir d'expansion, un capteur pour détecter la température du ré- frigérant fourni par la pompe et un circuit de commande du fonctionnement de l'ensemble d'échange de chaleur en répon- se à la température détectée par le capteur. Dans un dispo- sitif de refroidissement de ce type, un compresseur monté dans l'ensemble d'échange de chaleur démarre lorsque la température détectée par le capteur dépasse un premier seuil et s'arrête lorsque la température détectée tombe au-dessous d'un second seuil établi à une valeur inférieu- re au premier seuil. Cependant, comme les opérations de 2. démarrage et d'arrêt de l'ensemble d'échange de chaleur se répètent assez fréquemment, la durée de vie du compres- seur de l'ensemble est inévitablement raccourcie. D'autre part, si la différence entre les premier et second seuils est réglée à une valeur élevée afin de réduire la fréquen- ce des opérations venant d'être citées, on ne peut parve- nir à un réglage minutieux et délicat de la température du réfrigérant. Par conséquent, un objet de la présente invention est un dispositif de refroidissement ne présentant pas les inconvénients venant d'être exposes. Selon un aspect de la présente invention, on pré- voit un dispositif de refroidissement d'un système élec- tronique, comprenant: un moyen d'alimentation pour fournir un premier réfrigérant liquide au système électronique de façon à prélever la chaleur dégagée par le système; un mo- yen de décharge du réfrigérant liquide qui a été chauffé par cette chaleur; un premier moyen de détection de la tem- pérature permettant de détecter la température du premier réfrigérant liquide devant être fourni au moyen d'alimenta- tion; un second moyen de détection de la température afin de détecter la température du réfrigérant liquide chauffé; un troisième moyen de détection de la température afin de détecter la température régnant à l'intérieur du système électronique; une multitude d'ensembles d'échange de cha- leur afin de refroidir le réfrigérant liquide chauffé de- vant être transformé en second réfrigérant liquide; un ré- servoir d'expansion comportant un moyen de chauffage afin de chauffer le second réfrigérant liquide devant être transformé en premier réfrigérant liquide; un premier moyen de commande répondant à la différence entre les températu- res détectées par le premier moyen de détection et par le second moyen de détection afin de déterminer le nombre d'en- sembles d'échange de chaleur devant être mis en marche et de commander leur fonctionnement; et un second moyen de 3. commande pour commander le moyen de chauffage en réponse à la différence entre les températures détectées par le premier moyen de détection et le troisième moyen de détec- tion. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci-joints dans lesquels: La figure 1 est un schéma sous forme de blocs d'un mode de réalisation de la présente invention; La figure 2 est un schéma représentant un ensem- ble d'échange de chaleur; La figure 3 est un schéma sous forme de blocs d'une section de commande pour l'ensemble d'échange de cha- leur; et Les figures 4 et 5 sont des diagrammes illustrant le fonctionnement de la section de commande représentée en figure 3. Dans les figures, les mêmes numéros de référence représentent des éléments structurels identiques. En liaison avec la figure 1, un mode de réalisa- tion de la présente invention comprend un système 100 de- vant être refroidi, tel qu'un système informatique, des conduites 101 et 102, et un dispositif de refroidissement 1 pour l'introduction d'eau,à titre de réfrigérant, dans le système 100 via les conduites 101 et 102. Le système 100 est par exemple, équipé d'une multitude de modules du type dé- crit en figure 1 du brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 993 123. L'eau est introduite par la conduite 101 dans la plaque froide 38 de chacun des modules du brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 993 123. Un capteur de températu- re 33 est monté à un emplacement prédéterminé du système 100 de manière à détecter la température y régnant. Le capteur de température 33 peut être un capteur fabriqué par la socié- té dite Yamatake-Honeywell Co., Ltd. sous la marque SPC 620A. Le dispositif 1 comprend quatre ensembles 4. d'échange de chaleur lla à lld, un réservoir d'expansion 12 comportant un élément chauffant 14 en fil de nickel-chrome ou analogue, une section 21 de commande des unités d'échan- ge de chaleur, une section 22 de commande de l'élément chauffant, une pompe 13, et des capteurs de température 31 et 32. Le réservoir d'expansion 12 a pour fonction d'absor- ber les variations du volume de l'eau en fonction des chan- gements de température de l'eau et des variations du débit de l'eau. Un tel réservoir d'expansion est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 992 894. Dans le pré- sent mode de réalisation, l'eau du réservoir est maintenue en contact avec le fil de nickel-chrome pour être chauffée par la chaleur dégagée par le fil lorsqu'il est mis sous ten- sion. La pompe 13 a pour fonction de faire circuler l'eau via les conduites 101 et 102. Le capteur 31 détecte la tem- pérature de l'eau devant être introduite dans la conduite 101, alors que le capteur 32 détecte celle de l'eau provenant de la conduite 102. Chaque détecteur de température 31 et 32 peut être, par exemple, un capteur de température qu'on peut se procurer auprès de la société dite YamatakeHoneywell Co. Ltd. sous la marque SPC 621A. En liaison maintenant avec les figures 1 et 2, chacun des ensembles lla à lld comprend un compresseur 41, un condenseur 42, une soupape d'expansion 43, un évapora- teur 44, une conduite 46 et un ventilateur 45. La chaleur de l'eau introduite par la conduite 102 est appliquée à du fréon liquide présent dans la conduite 46 traversant l'éva- porateur 44 et la chaleur transmise au liquide est rayonnée dans l'air par le condensateur 42. Des ensembles tels que lla à lld sont généralement utilisés dans les climatiseurs courants. On suppose dans le présent mode de réalisation que le système 100 peut être suffisamment refroidi avec au moins trois des ensembles lla à lld. On décrira maintenant le fonctionnement du dispo- sitif de refroidissement 1 ayant la structure venant d'être 5. exposée. L'eau aspirée par la pompe 13 à partir du ré- servoir d'expansion 12 est mise sous pression par cette pom- pe et fournie au système 100 par l'intermédiaire de la con- duite 101. L'eau qui a été chauffée en prélevant la chaleur dégagée par les modules cités ci-dessus se trouvant à l'intérieur du système 100 passe par la conduite 102 pour revenir au dispositif 1. L'eau chauffée est refroidie par les ensembles d'échange de chaleur lla à lld et renvoyée au ré- servoir d'expansion 13. C'est ainsi que l'eau circule suivant une boucle fermée. La température de l'eau est contrôlée par les deux sections de commande 21 et 22. En liaison avec les figures 1 et 3, la section de commande 21 comporte un détecteur 23 de différence de tempéra- ture qui détecte la différence entre la température de l'eau devant être fournie à la conduite 101 et celle de l'eau chauffée fournie par la conduite 102, températures qui sont représentées par les signaux de sortie des capteurs de tempé- rature 31 et 32, et d'un circuit 24 de commande des ensembles d'échange de chaleur qui détermine le nombre des ensembles devant être actionnés en conformité avec la différence de température détectée, commute séquentiellement les ensembles d'échange de chaleur devant être actionnés sur la base du partage du temps, et détermine l'ensemble d'échange de cha- leur qui doit être actionné et qui doit être arrêté. Le dé- tecteur 23 peut être, par exemple, un circuit qu'on peut se procurer auprès de la société Yamatake-Honeywell Co., Ltd. sous la marque R7375D. Le circuit de commande 24 peut compor- ter un contrôleur programmable qu'on peut se procurer auprès de la société dite Omron Tateishi Electronics Co., Ltd., sous la marque SYSMAC C500. En liaison avec la figure 4, on procèdera mainte- nant à la description du procédé de détermination du nombre d'ensembles d'échange de chaleur devant être actionnés. Si l'on suppose maintenant que le débit de l'eau est constant, la différence AT des températures de l'eau chaude provenant du 6. système 100 et de l'eau devant être introduite dans ce sys- tème est proportionnelle au nombre de calories P que le sys- tème 100 a prélevées. Sur la base de cette relation propor- tionnelle, la relation entre la différence de température AT et le nombre P est donnée par la ligne A en figure 4. Les différences de température AT1, AT2 et AT3 permettant de modi- fier le nombre des ensembles d'échange de chaleur devant être actionnés peuvent s'obtenir à partir de la relation précéden- te et de la capacité de refroidissement PO (représentée en calories) de chacun des ensembles d'échange de chaleur. Les valeurs indicatrices de ces différences de température AT1, AT2 et AT3 sont stockées à titre de seuil dans une mémoire (non représentée) à l'intérieur de la section 21. Par exem- ple, lorsqu'une différence de température ATX entre les dif- férences AT2 et AT3 est détectée par le détecteur 23 en répon- se aux signaux provenant des capteurs 31 et 32, le circuit de commande 24 exécute la canmande de façon à mettre en marche trois des ensembles d'échange de chaleur lla à lld. Le circuit de commande 24 peut provoquer la commu- tation des ensembles d'échange de chaleur en procédant de la manière suivante. Comme indiqué précédemment, le système 100 peut être suffisamment refroidi avec au moins trois ensem- bles d'échange de chaleur. Les ensembles d'échange de cha- leur lla, llb, llc et lld sont commandés par la section de commande 21 de manière à fonctionner en temps partagé comme représenté en figure 5. Plus particulièrement, à un instant tl, les ensembles d'échange de chaleur lla, llb et llc com- mencent à fonctionner, alors que l'ensemble d'échange de chaleur lld est en attente. A un instant t2, l'ensemble lla est arrêté et cet ensemble passe à l'état d'attente, alors que les ensembles llb et 11c continuent de fonctionner et que l'ensemble lld commence à fonctionner. Le temps s'écou- lant et passant par les instants t3, t4, t5, t6,... les ensembles d'échange de chaleur lla, llb, 11c et lld passent tour à tour à l'état d'attente, alors que les trois autres 7. fonctionnent. La section de commande 22 de l'élément chauffant commande l'élément chauffant 14 à la manière décrite ci- après. La section 22 peut être constituée d'un circuit qu'on peut se procurer auprès de la société Yamatake-Honey- well Co., Ltd. sous la marque R 7376Z. De nouveau, en liai- son avec la figure 1, le capteur de température 33 situé à l'intérieur du système 100 détecte la température intérieu- re de ce système. En réponse aux températures détectées par les capteurs 31 et 33, la section 22 de commande de l'élé- ment chauffant commande en permanence l'élément chauffant 14 monté à l'intérieur du réservoir d'expansion 12 de façon que la température de l'eau devant être introduite dans le système 100 soit égale ou supérieure à la température ré- gnant à l'intérieur de ce système. Il en résulte qu'il ne peut y avoir de condensation dans le système 100 quelle que soit l'humidité relative. Plus spécifiquement, si la tempé- rature de l'eau devant être introduite dans le système 100 est inférieure à la température régnant dans ce système, la section 22 commande l'élément chauffant 14 pour qu'il fonc- tionne pendant une durée relativement longue de manière à élever la température de l'eau, alors que si la température de l'eau est supérieure à la température régnant dans le sys- tème 100,la section 22 commande l'élément chauffant 14 pour qu'il fonctionne pendant une durée relativement courte. Com- me cela apparaît en figure 4, étant donné que la section de commande 21 détermine le nombre d'ensembles d'échange de chaleur pouvant être actionnés de manière à maintenir la capacité de refroidissement supérieure à la quantité de calories P que l'eau a prélevées dans le système 100, ces ensembles d'échange de chaleur refroidissent l'eau à l'ex- cès. Par conséquent, afin de maintenir l'équilibre thermi- que par le plein chauffage de l'eau excessivement refroidie, la capacité de chauffage de l'élément chauffant 14 est choi- sie de manière à être légèrement supérieure à la capacité de 8. refroidissement d'un ensemble d'échange de chaleur. En figure 4, pour une différence de température ATX, trois en- sembles d'échange de chaleur sont mis en marche, de sorte que l'aptitude au refroidissement devient redondante de (3PO - PX) (o PX est l'aptitude au refroidissement néces- saire pour refroidir le nombre de calories correspondant à la différence ATX). Cet excès (3PO - PX) de l'aptitude au refroidissement est contrebalancé par l'élément chauf- fant 14. Comme décrit dans ce qui précède, la fréquence des mises en marche/arrêts du compresseur 41 à l'intérieur de chaque ensemble d'échange de chaleur peut être considéra- blement réduite par suite du réglage fin de la température de l'eau qui permet l'élément chauffant 14 selon la présen- te invention. S'il n'est pas nécessaire de fonctionner en temps partagé comme décrit en liaison avec la figure 5, l'obligation de démarrer ou d'arrêter le compresseur 41 peut être rendue presque nulle. En outre, lorsque l'un quel- conque des ensembles d'échange de chaleur fonctionnant en temps partagé tombe en panne, on peut immédiatement le rem- placer par un autre ensemble qui a été mis en attente, de sorte qu'on peut réparer rapidement l'ensemble en panne ou le remplacer par un ensemble nouveau de manière à améliorer encore la fiabilité de l'ensemble du système devant être refroidi. La présente invention n'est pas limitée aux exem- ples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. 9. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de refroidissement pour le refroi- dissement d'un système électronique, caractérisé en ce qu'il comprend: un moyen d'alimentation (101) pour fournir un premier réfrigérant liquide au système électronique (10O) de manière à prélever de la chaleur dans ce système; - un moyen de décharge (102) pour décharger le réfrigérant liquide qui a été chauffé par ladite chaleur; - un premier moyen de détection de température (31) afin de détecter la température du premier réfrigérant liqui- de devant être fourni au moyen d'alimentation; - un second moyen de détection de température (32) pour détecter la température du réfrigérant liquide chauf- fé; - un troisième moyen de détection de la températu- re (33) pour détecter la température à l'intérieur du système électronique; - une multitude d'ensembles d'échange de chaleur (lla...lld) pour refroidir le réfrigérant liquide chauffé devant être changé en second réfrigérant liquide; - un réservoir d'expansion (12) comportant un moyen de chauffage (14) afin de chauffer le second réfrigérant liqui- de devant être changé en premier réfrigérant liquide; - un-premier moyen de commande (21) sensible à la différence entre la température détectée par le premier moyen de détection de température et la température détectée par le second moyen de détection de température afin de déterminer le nombre d'ensembles d'échange de chaleur devant être mis en marche et de commander leur fonctionnement; et - un second moyen de commande (22) pour commander le moyen de chauffage en réponse à la différence de tempé- rature entre la température détectée par le premier moyen de détection de température et celle détectée par le troisième moyen de détection de température. 10. 2 - Dispositif de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier moyen de commande (21) procède à la commande des ensembles d'échange de chaleur (lla...lld) de façon que le nombre déterminé d'ensembles d'échange de chaleur fonctionne en permanence et que chaque ensemble d'échange de chaleur fonctionne périodiquement.