Brevet FR2694975A1 — publié le 19940225

PROCEDE DE REMPLISSAGE ET DISPOSITIF DE FERMETURE A VIS DE TUBES CALODUCS POUR APPAREILLAGE ELECTRONIQUE DOMAINE TECHNIQUL La présente invention concerne un procédé de remplissage des tubes caloducs comportant un dispositif de fermeture hermétique à vis; ces tubes sont utilisés, généralement dans des ensembles de plusieurs tubes, au refroidissement de composants électroniques de puissance. ETAT -DE -LA TECHNIQUE Les tubes caloducs sont des enceintes fermées de façon hermétique contenant un liquide de travail en équilibre avec sa vapeur. Une zone du tube reçoit la chaleur à évacuer et joue le ralle d'évaporateur, le reste du tube est refroidi et constitue la zone condenseur. Le liquide de travail absorbe les calories à évacuer et les transfert grâce à un contre-courant, entre sa phase liquide et sa phase gazeuse, établi de la zone évaporateur vers la zone condenseur, en utilisant sa chaleur latente de vaporisation. Les ensembles caloducs peuvent être constitués d'une pluralité de tubes caloducs dont on a généralement inséré les zones d'évaporation au sein d'un même bloc métallique, bon conducteur de la chaleur, sur les parois duquel le ou les composants électroniques peuvent être montés soit directement soit par l'intermédiaire d'une carte imprimée (ou circuit céramique d'interconnexion) isolant électrique et suffisamment bon conducteur thermique. Les zones condenseurs sont généralement équipées de dispositifs permettant d'accroftre la vitesse de refroidissement (par exemple ailettes de refroidissement, double paroi avec circulation de liquide...). L'intérieur des tubes ou enceintes caloducs peut contenir un matériau de garnissage poreux bon conducteur de la chaleur (en général métallique) de façon à ce que le liquide puisse y circuler par capillarité sans toutefois que la perte de charge ainsi introduite soit excessive et gêne la circulation de la phase vapeur. Ce matériau poreux peut remplir les tubes en totalité ou être appliqué seulement sur leur périphérie interne; il peut être constitué de métal fritté, de tissu ou de mèche tressés ou tricotés, ou de bourre métalliques. Par ailleurs un résultat équivalent peut être obtenu par tous moyens modifiant la tension superficielle de la surface interne des tubes pour améliorer le ruissellement de la phase liquide par capillarité, par exemple rainurage, traitement de surface, conversion de surface etc... Pour avoir un rendement satisfaisant de fonctionnement, l'intérieur du tube caloduc doit être rigoureusement exempt de gaz incondensables et de toutes impuretés pouvant provoquer une altération du fluide de travail ou de l'enveloppe des tubes caloducs. En effet leur présence gêne d'autant la circulation à contre-courant des phases liquides et gazeuses en présence et limite la surface d'échange lors de la condensation de la vapeur. Ainsi il est nécessaire de prendre des précautions sévères, au moment du remplissage, pour être sûr d'évacuer du tube caloduc toute trace de gaz incondensable, et pour ne pas en introduire au moment de la fermeture hermétique définitive dudit tube caloduc. La demanderesse a déjà mis au point un procédé de remplissage et de fermeture du tube caloduc qui est décrit dans la demande FR 91-13362. Il consiste à dégazer d'une part une pluralité de tubes caloducs dans une enceinte sous vide et d'autre part le liquide de travail, puis à introduire le liquide de travail dégazé dans chacun des tubes caloducs dégazés, à porter à ébullition le liquide de travail dans les tubes caloducs de façon à ce que la vapeur émise chasse les gaz incondensables résiduels présents dans lesdits tubes, et à fermer hermétiquement lesdits tubes; dans ce cas l'évacuation de la vapeur et des gaz incondensables se fait habituellement par l'intermédiaire d'un clapet anti-retour (ou auto-obturant), situé sur un bouchon du tube, qui, après brasage, peut faire fonction de fermeture définitive hermétique. J La présente invention est une variante de ce procédé et permet de s'affranchir de l'emploi d'un clapet anti-retour. DESCRIPTION DE -L'INVENTION L'invention est un procédé de remplissage partiel, par un liquide de travail, de tubes caloducs munis au moins d'un bouchon, procédé comprenant le dégazage d'une part d'une pluralité de tubes caloducs dans une enceinte sous vide pousse et de préférence à chaud et d'autre part du liquide de travail également sous vide poussé, l'introduction d'une quantité dosée de liquide de travail dégazé dans chacun des tubes caloducs dégazés et caractérisé en ce que le bouchon a été préalablement muni d'un alésage communiquant avec l'intérieur du tube caloduc et comportant une arête d'extrémité supérieure et une paroi filetée, qu'après introduction de la quantité dosée le trou est obturé par pré-serrage d'une vis coopérant avec la paroi filetée, la tête de ladite vis venant prendre appui sur l'arête d'extrémité de façon à assurer une étanchéité suffisante, que les tubes caloducs sont ensuite mis en pression par chauffage jusqu'à ébullition du liquide de travail, que la vis est desserrée pour faire tomber la pression et évacuer les gaz incondensables résiduels, puis resserrée et bloquée et enfin brasée pour assurer la fermeture hermétique définitive. L'invention réside également dans le dispositif de fermeture de tubes caloducs ayant un bouchon fixé hermétiquement à une de leurs extrémités caractérisé en ce que ledit bouchon contient un alésage communiquant avec l'intérieur dudit tube et comportant une paroi filetée et une arête d'extrémité supérieure, une vis coopérant avec la paroi filetée pour obturer ledit tube par serrage, la tête de ladite vis venant en appui sur ladite arête d'extrémité supérieure L'invention réside encore dans le tube caloduc équipé du dispositif précédent. Un tube caloduc est en général constitue d'un tube en cuivre hermétiquement clos. Pour cela il peut être constitue d'un tube en forme de doigt de gant équipé d'un bouchon brasé, ou d'un simple tube équipé à chaque extrémité de bouchons brasés. Au moins un des bouchons est muni du dispositif servant au remplissage du tube en liquide de travail et à sa fermeture hermétique. La figure 1/1 permet de mieux comprendre l'invention; elle représente l'extrémité d'un tube caloduc équipé d'un bouchon brasé, sur le corps du tube, comportant le dispositif de remplissage et de fermeture selon l'invention: (1) représente le corps du tube caloduc, (2) le bouchon brasé hermétiquement sur le tube, (3) l'alésage communiquant avec l'intérieur du tube (1) et comportant une paroi filetée (4) et une arête d'extrémité supérieure (5). La vis (6) prend place dans ledit alésage et sa tête (7) vient prendre appui sur l'arête (5). Dans le bouchon (2) a été avantageusement aménagée une cuvette (8) servant au brasage hermétique final de la tête de vis (7). Il est avantageux de réaliser le bouchon (2) en métal malléable, par exemple en cuivre ou ses alliages, de façon que, lors du serrage de la vis (par exemple en laiton) contre l'arête (5), cette dernière flue en créant une surface de portée conique qui permettra d'obtenir aisément une étanchéité suffisante; par exemple le débit de fuite mesure à l'hélium est inférieur à 1.10~3 Pa cm3 s~l (1.10 8atm cm3s#1). Le dégazage des tubes caloducs et de ses accessoires (bouchons, matière de remplissage...) de même que celui du liquide de travail est effectué de préférence comme cela est indiqué dans la demande précitée, c'est-à-dire sous vide poussé habituellement d'environ l,3.l0#6Pa (1 0-8 mm de mercure) pendant 5 à 10h, les tubes et leurs accessoires étant préférentiellement dégazés à chaud (100 à 1500C par exemple). Le remplissage partiel des tubes par une quantité dosée de liquide de travail est effectue par l'alésage avant mise en place de la vis. Le pré-serrage de la vis est généralement effectue avec un couple compris entre 1 et 3 mN, alors que pour le serrage final le couple est habituellement supérieur à 10 mN et est de préférence compris entre 10 et 20 mN pour que la fermeture soit hermétique. La durée de chauffage pour mise en pression par ébullition du liquide de travail peut être très variable; il est préférable qu'elle soit d'au moins 15 min en vue d'homogénéiser la température. Elle ne dépasse pas en général 30 min. De même lors du desserrage de la vis, il suffit généralement de laisser échapper la vapeur du liquide de travail pendant 5 à 15 secondes pour éliminer complètement les gaz incondensables de l'intérieur du tube caloduc. Il est avantageux de laisser subsister, dans le tube, une pression résiduelle légèrement supérieure à la pression atmosphérique. A titre d'exemple des tubes caloducs de diamètre 15,8 mm et longueur 500 mm ont été équipés d'un bouchon en cuivre comportant une vis en laiton. Après dégazage à chaud, on y a introduit 10 cm3 de liquide de travail (Fréon 113, marque deposee) préalablement dégazé. Après mis en place de la vis, le pré-serrage a été effectue à l'aide d'un couple de 2,5 mN, ces tubes ont été ensuite portés, en étuve, à 1500C pendant 20 min, on a desserré d'un quart de tour les vis pendant 10 sec, puis on les a de nouveau serrées et bloquées à l'aide d'un couple de 15 mN avant d'effectuer la brasure de la tête de vis dans la cuvette du bouchon. Outre qu'un tel procédé et dispositif permettent d'éviter l'emploi d'un clapet anti-retour, ils limitent également les émissions de vapeurs du liquide de travail tout en assurant une élimination complète des gaz incondensables de l'intérieur du tube caloduc et tout en conduisant à des tubes ayant des caractéristiques de fonctionnement identiques à celles obtenues par remplissage individuel sous vide ou selon le procédé de la demande précitée. REVENDICATIONS 1. Procédé de remplissage partiel, par un liquide de travail, de tubes caloducs munis au moins d'un bouchon, comprenant le dégazage d'une part d'une pluralité de tubes caloducs dans une enceinte sous vide poussé et d'autre part du liquide de travail également sous vide poussé, l'introduction d'une quantité dosée de liquide de travail dégazé dans chacun desdits tubes dégazés et caractérisé en ce que le bouchon a été préalablement muni d'un alésage communiquant à l'intérieur dudit tube et comportant une arête d'extrémité supérieure et une paroi filetée, qu'après introduction de la quantité dosée le trou est obture par pré-serrage d'une vis coopérant avec la paroi filetée, la tête de ladite vis venant prendre appui sur ladite arête de façon à assurer une étanchéité suffisante, qu'ensuite les tubes caloducs sont mis en pression par chauffage jusqu'à ébullition du liquide de travail, que la vis est desserrée pour faire tomber la pression et évacuer les gaz incondensables résiduels puis resserrée et bloquée et ensuite brasée pour assurer la fermeture hermétique définitive. 2. Dispositif de fermeture de tubes caloducs ayant un bouchon fixe hermétiquement à l'une de leur extrémité caractérisé en ce que ledit bouchon contient un alésage communiquant avec l'intérieur du tube caloduc et comportant une paroi filetée et une arête d'extrémité supérieure, une vis coopérant avec la paroi filetée pour obturer ledit tube par serrage, la tête de ladite vis venant en appui sur ladite arête d'extrémité supérieure. 3. Tube caloduc équipé du dispositif de fermeture selon la revendication 2. 4. Procédé, dispositif ou tube selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ledit bouchon est en métal malléable, comprenant le cuivre ou ses alliages. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 4 caractérisé en ce que le couple de pré-serrage est compris entre 1 et 3 mN et le couple de serrage entre 10 et 20 mN. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 4 ou 5 caractérisé en ce que la vis est desserrée pendant 5 à 15 secondes.