Brevet FR2607911A1 — publié le 19880610

DISSIPATEUR DE CHALEUR A CIRCULATION DE FLUIDE ET PROFILE METALLIQUE PERMETTANT SA REALISATION. La présente invention concerne un nouveau type d'appareil permettant d'assurer le refroidissement d'installations diverses, appareil qui, dans la suite de la description, sera désigné par l'expression dissipateur de chaleur" ; elle concerne également un nouveau type de profilé métallique permettant la réalisation d'un tel dissipateur. De très nombreuses installations industrielles comportent des composants électriques et/ou électroniques de puissance qui dégagent de la chaleur et qui nécessitent donc l'utilisation de moyens permettant d'en assurer le refroidissement. Pour ce faire, on associée ces installations les ensembles dénommés "dissipateurs de chaleur" et qui se présentent essentiellement sous la forme d'un bloc, à base d'un matériau bon conducteur de la chaleur (aluminium par exemple) et à l'intérieur duquel circule un fluide frigorigène tel que celui commercialisé sous la dénomination "FREON". A ce jour, afin d'avoir un bon échange thermique et surtout compte-tenu des problèmes d'étanchéité, de tels blocs sont en général réalisés en une seule pièce, les conduits dans lesquels circule le fluide frigorigène étant usinés dans la masse du bloc. En conséquence, on conçoit aisément que de tels ensembles sont complexes à réaliser et surtout que leur longueur est limitée. La présente invention vise à surmonter ces inconvénients et concerne un nouveau type de dissipateur qui non seulement présente une grande efficacité, mais également est facile et économique à réaliser et surtout peut avoir une longueur quelconque en fonction de l'application envisagée. D'une manière générale, l'invention concerne donc un nouveau type de dissipateur de chaleur à circulation de fluide, utilisable notamment sur les installations comportant des composants électroniques et/ou électriques de puissance, ce dissipateur se présentant sous la forme d'une chambre étanche comportant des canaux parallèles à l'intérieur desquels circule le fluide frigorigène et il se caractérise en ce que ladite chambre est constituée par l'assemblage de deux profilés métalliques, bon conducteurs de la chaleur, lesdits profilés ayant une structure telle qu'ils présehtent - deux bords dont les surfaces ont des profils complémentaires permettant de les juxtaposer l'un contre l'autre, l'étanchéité étant réalisée par soudure le long de ces bords - dans la partie centrale comprise entre les deux bords précités, au moins un des profilés présente des arêtes parallèles en relief-, dont la hauteur et la section sont telles que lorsque les deux profilés sont juxtaposés pour constituer le dissipateur, l'extrémité de chaque arête vienne s'appuyer contre la surface de l'autre profilé. Si, conformément à l'invention, le dissipateur peut être constitué par l'assemblage de deux profilés métalliques dont un seul comporte des arêtes parallèles définissant les canaux, l'autre présentant une surface plane venant s'appuyer contre les extrémités des arêtes lorsque les profilés sont juxtaposés, selon une forme préférentielle de mise en oeuvre de l'invention, le dissipateur est réalisé à partir de deux profilés métalliques identiques, comportant chacun des arêtes parallèles en relief identiques, la structure desdites arêtes étant telles . que le volume qu'elles occupent est inférieur au volume du vide subsistant entre deux arêtes consécutives, . que les faces latérales desdites arêtes sont planes, . et que ces arêtes ont une section et une hauteur telles que lorsque deux profilés identiques sont juxtaposés pour constituer le dissipateur conforme à l'invention, elles puissent s'accoler par pai res, l'extrémité de chaque arête venant s'appuyer dans l'angle de la base de l'autre arête qui lui est associée. Selon une telle forme de réalisation à partir de profilés identiques, avantageusement et en pratique - les profilés métalliques élémentaires destinés à former le dissipateur de chaleur ont une section telle, qu'après juxtaposition de deux profilés, le bloc ainsi formé ait une section parallélépipédique - les surfaces des bords latéraux desdits profilés ont des profils complémentaires sous forme de paliers plans à deux niveaux différents - les arêtes prévues dans la partie centrale ont une section de forme triangulaire qui permet d'obtenir des canaux entre les paires d'arêtes juxtaposées ayant une section parallélépipédique - l'extrémité desdites arêtes vient, lorsque l'ensemble est formé, s'emboiter dans un évidement complémentaire prévu à la base de l'arête qui lui est associée, ce qui permet un accrochage en bout de chaque arête assurant une meilleure répartition de la charge évitant par la même tout glissement ou flambage - des glissières latérales peuvent être prévues le long des bords afin de faciliter le montage et la fixa tion du dissipateur ainsi que la réalisation de l'opération de soudure assurant l'assemblage et l'étanchéité entre deux profilés. L'invention et les avantages qu'elle apporte seront cependant mieux compris grâce aux exemples de réalisation donnés ci-après à titre indicatif mais non limitatif et qui sont illustrés par les schémas annexés dans lesquels: - les figures la et lb sont des vues en coupe transversales de dissipateurs de chaleur réalisés conformément à l'invention à partir de deux profilés dont un seul comporte des arêtes permettant de réaliser les canaux de circulation du fluide - la figure 2 illustre, également en coupe transversale, un dissipateur de chaleur réalisé par assemblage de deux profilés identiques, chacun comportant des arêtes dans sa partie centrale - la figure 3 illustre, en perspective, un profilé élémentaire permettant la réalisation d'un tel dissipateur selon la figure 2 - la figure 4 est une vue agrandie de la zone cerclée et référencée A à la figure.2 montrant un détail de réalisation d'un tel dissipateur. Dans les différentes formes de réalisation qui seront données ci-après dans la suite de la description, les mêmes références seront utilisées pour désigner les mêmes éléments. Les figures la, lb et 2 illustrent, vus en coupe transversale, différents types de dissipateurs de chaleur à circulation de fluide conformes à l'invention. Si l'on se reporte à ces figures, ces dissipateurs se présentent sous la forme d'une chambre étanche, désignée par la référence générale (1) et qui comporte, sur sa longueur, des canaux parallèles (2) pour la circulation du fluide frigorigène. A chacune des extrémités de cette chambre, sont bien entendu disposés des moyens permettant d'assurer la répartition et l'amenée du fluide à l'intérieur des canaux (2). Conformément à l'invention, un tel dissipateur de chaleur (1) est réalisé par l'assemblage de deux profilés élémentaires, obtenus par extrusion, et qui sont en métal bon conducteur de la chaleur, par exemple en aluminium. Ces profilés élémentaires peuvent être soit identiques tel que cela est illustré dans l'exemple illustré par les figures 2 à 4 (auquel cas ils seront désignés par la même référence 3)), soit éventuellement, tel que cela est illustré dans les deux modes de réalisation faisant l'objet des figures la et lb, avoir une section différente l'un de l'autre (auquel cas ils seront désignés respectivement par les références (3a,3b)). Dans les deux cas (profilés élémentaires identiques ou différents), lesdits profilés ont une structure telle qu'ils puissent former, sans aucun usinage préalable, une chambre ouverte sur deux côtés opposés (extrémité des canaux 2) et étanche après soudage sur les deux autres côtés, cela étant obtenu en leur donnant une configuration telle que leurs deux bords (4,5) présentent des surfaces ayant des profils complémentaires permettant de les juxtaposer l'un contre l'autre de manière étanche, l'étanchéité étant assurée par soudure le long desdits bords. Par ailleurs, au moins l'un des profilés (profilé 3a dans le cas des figures la et lb) présentent dans la partie centrale comprise entre les deux bords (4,5) précités des arêtes parallèles (6) (ou ailettes) en relief et dont la hauteur et la section sont telles que lorsque lesdits profilés sont juxtaposés pour constituer le dissipateur, l'extrémité (7) desdites arêtes vienne s'appuyer contre la surface (8) de l'autre profilé. Dans les modes de réalisation selon lesquels deux types de profilés différents (3a,3b) sont utilisés pour réaliser le dissipateur, les arêtes (6) que comporte le profilé (1) peut avoir des sections de formes différentes (rectangulaire, en forme de sinusoïde, de triangle..). Les faces latérales des arêtes (6) peuvent être soit lisses, soit présenter des reliefs augmentant la surface d'échange . Enfin, si de préférence les arêtes sont régulièrement espacées et ont des sections identiques, il peut être envisagé de réaliser des profils comportant des arêtes plus ou moins espacées les unes des autres et/ou de sections différentes permettant de réaliser des canaux de circulation de fluide de moins grande dimension. Les figures 2, 3 et 4 illustrent une forme préférentielle de réalisation d'un dissipateur de chaleur conforme à l'invention, dissipateur réalisé à partir de deux profilés (3) identiques. Dans un tel mode de réalisation, le profilé (3') comporte deux bords latéraux (4,5) dont les surfaces destinées à venir en contact l'une avec l'autre, ont des profils complémentaires permettant de les juxtaposer de manière étanche. Dans ce mode de réalisation, afin d'avoir une très bonne étanchéité, le bord (4) est situé à un niveau supérieur au plan XX (plan de symétrie du dissipateur après réalisation), alors que le bord (5) est, quant à lui, situé à un niveau inférieur correspondant. Les surfaces d'appui des bords (4) et (5) se présentent sous la forme de deux paliers respectivement (9,10,11,12), reliés entre eux par des pans inclinés (13,14). Par assemblage de deux profilés élémentaires (3), on forme donc une chambre (1) de forme parallélépipédique.Par ailleurs, si cela est nécessaire, ainsi que cela ressort de l'exemple illustré, une cage ou glissière latérale (15) peut être prévue dans l'un des bords. Une telle cage permet non seulement de faciliter le montage et la fixation du dissipateur lors de son utilisation mais favorise également la réalisation des soudures (16) le long de la ligne de jonction entre les deux profils élémentaires (3). Dans ce mode de réalisation, afin de pouvoir réaliser à l'intérieur de ladite chambre étanche ainsi formée les canaux (2) permettant la circulation du fluide frigorigène, dans la partie centrale du profilé comprise entre les bords (4) et (5) sont prévues des arêtes parallèles (6) identiques. Ces arêtes, ont dans le cas présent, une section triangulaire et le volume qu'elles occupent est inférieur au volume de l'espace libre (17) prévu entre deux arêtes consécutives (voir figure- 3). La hauteur de ces arêtes est telle qu'elles puissent, lorsque deux profilés identiques (3) sont juxtaposés pour former la chambre (1), venir's'appuyer l'une contre l'autre par paire comme illustré à la figure 1 et, par ailleurs, prendre appui dans l'angle (18) à la base de l'arête qui lui est associée.S'il peut être envisagé d'avoir un fond (n) plat entre les espaces libres (17), il est cependant préférable, ainsi que cela ressort de la figure 4, de prévoir au niveau de l'angle de jonction entre l'extrémité d'une arête et la base de l'autre arête une gorge continue qui permet un accrochage en bout de chaque arête et, par ailleurs, améliore la répartition des charges que peut subir un tel ensemble et évite par la même tout risque de glissement ou de flambage d'une dent. En général, une gorge ayant un rayon compris entre -0,5 et 1 mm, par exemple de l'ordre de 0,8 mm convient parfaitement. Par rapport aux dissipateurs de chaleur antérieurs, les dissipateurs conformes à l'invention présentent de très nombreux avantages par le fait qu'ils sont parfaitement étanches et surtout qu'ils peuvent être obtenus à partir de profils pouvant avoir de très grandes longueurs et qui ne nécessitent aucun usinage préalable lors de la réalisation de l'ensemble. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation' décrits précédemment mais elle en couvre toutes les variantes réalisées dans le même esprit. Ainsi, les dimensions du profilé seront adaptées en fonction des applications. Par ailleurs, s'il est avantageux lorsque l'on réalise un dissipateur à partir de deux profils identiques d'avoir des arêtes de forme triangulaire tel que décrit précédemment, il pourrait être envisagé d'avoir d'autres types de profil, par exemple des arêtes de section parallélépipédique. Il est impératif que dans tous les cas, l'extrémité d'une arête puisse prendre appui contre le fond de l'arête qui lui est associée. Par ailleurs, il est avantageux que les faces latérales desdites arêtes soient planes afin d'avoir un contact parfait entre elles pour assurer l'étanchéité. REVENDICATIONS 1/ Dissipateur de chaleur à circulation de fluide utilisable notamment sur des installations comportant des composants électroniques et/ou électriques de puissance, ce dissipateur se présentant sous la forme d'une chambre étanche (1) comportant des canaux parallèles (2) à l'intérieur desquels circule le fluide frigorigène, caractérisé en ce que ladite chambre (.1) est constituée par l'assemblage de deux profilés métalliques identiques (3) ou différents (3a,3b), bon conducteurs de la chaleur, lesdits profilés ayant une structure telle qu'ils présentent - deux bords (4,5) dont les surfaces ont des profils complémentaires permettant de les juxtaposer l'un contre l'autre, l'étanchéité étant réalisée par soudure le long de ces bords - dans la partie centrale comprise entre les deux bords (4,5) précités, au moins un des profilés présente des arêtes (6) parallèles en relief, dont la hauteur et la section sont telles que lorsque les deux profilés sont juxtaposés pour constituer le dissipateur (1), l'extrémité (7) de chaque arête (6) vienne s'appuyer contre la surface (8) de l'autre profilé. 2/ Dissipateur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est constitué de deux profilés identiques (3), comportant chacun des arêtes (6) parallèles en relief identiques, la structure desdites arêtes (6) étant telle . que le volume qu'elles occupent est inférieur au volume du vide subsistant entre deux arêtes con#sécutives, . que les faces latérales desdites arêtes sont planes, et que ces arêtes (6) ont une section et une hauteur telles que lorsque deux profilés identi ques (3) sont juxtaposés pour constituer le dissipateur conforme à l'invention, elles puissent s'accoler par paires, l'extrémité de chaque arête venant s'appuyer dans l'angle de la base de l'autre arête qui lui est associée. 3/ Dissipateur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les profilés métalliques élémentaires (3a,3b) ou (3) qui le composent ont une section telle qu'après juxtaposition, le bloc ainsi formé ait une section de forme parallélépipédique. 4/ Dissipateur de chaleur selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que les arêtes (6) prévues dans la partie centrale des profilés (3) ont une section de forme triangulaire permettant d'obtenir des canaux (2) entre les paires d'arêtes juxtaposées ayant une section parallélépipédique. 5/ Dissipateur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'extrémité des arêtes vient s'emboiter dans un évidement complémentaire prévu à la base de l'arête qui lui est associée. 6/ Dissipateur. de chaleur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que des glissières latérales sont prévues le long des bords afin de faciliter le montage et la fixation. 7/ Profilé métallique permettant la réalisation d'un dissipateur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il est obtenu par extrusion et qu'il comporte deux bords latéraux (4,5) dont les sur faces ont des profils complémentaires, des arêtes paral- lèles (6) étant prévues entre les bords (4,5), la hauteur de ces arêtes étant telle qu'elles puissent, lorsque deux profilés identiques (3) ou différents (3a,3b) sont juxtaposés venir s'appuyer contre la surface de l'autre profilé.