Brevet FR2723633A1 — publié le 19960216

Arrière-plan de l'invention Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un panneau "sand- wich" à nid d'abeilles comportant des tubes de chaleur in- tégrés, et plus particulièrement un panneau sandwich à nid d'abeilles ayant des tubes de chaleur intégrés, qui est utilisé pour installer différents dispositifs dans une navette spatiale ou un satellite artificiel, ou pour évacuer par rayonnement de la chaleur produite par des dispositifs installés dans la na- vette spatiale ou dans le satellite artificiel. Description de l'état antérieur de la technique La figure 7A des dessins annexés est une vue en per- spective d'un panneau multicouche (ou panneau "sandwich") à nid d'abeilles conventionnel contenant des tubes de chaleur inté- grés (appelé "panneau sandwich à nid d'abeilles" ou "panneau" par la suite) employé dans un satellite artificiel. La figure 7B est une vue en coupe transversale du panneau sandwich à nid d'abeilles selon la ligne 7B-7B de la figure 7A. Sur les figures 7A et 7B, le numéro de référence 1F désigne une surface intérieure du panneau, lS désigne une sur- face extérieure du panneau, 2 désigne une âme en nid d'abeil- les, et 3 désigne des enveloppes contenant des tubes. L'âme 2 en nid d'abeilles est intercalée entre les surfaces intérieure et extérieure 1S et 1F du panneau, de manière à constituer le panneau sandwich à nid d'abeilles. Chacun des tubes de chaleur est une cavité formée dans une enveloppe 3 noyée dans le pan- neau et peut effectivement transmettre une quantité importante de chaleur. Cette enveloppe 3 sera appelée "tube de chaleur" ci-après. La référence numérique 4 désigne un dispositif tel qu'un CI ou circuit LSI, qui est installé sur le panneau de manière à constituer et à commander un satellite artificiel, et qui émet de la chaleur pendant son fonctionnement. Le dispo- sitif 4 est installé sur la surface intérieure 1F du panneau. Etant donné que les performances et les caractéristiques du dispositif 4 varient en fonction de la chaleur, le dispositif 4 doit être refroidi progressivement, de manière à pouvoir fonctionner à une température constante prédéterminée. La ré- férence numérique 5 désigne une seconde surface miroir de la surface extérieure 1S du panneau qui est orienté face à l'espace extérieur. La seconde surface miroir 5 évacue la chaleur émise par le dispositif 4 vers l'espace extérieur. Les tubes de chaleur 3 s'étendent à travers le panneau et sont thermiquement couplés. En d'autres termes, les tubes de chaleur constituent un réseau de transmission de chaleur dans le pan- neau. Lorsque des panneaux de ce genre sont appliqués à une navette spatiale ou un satellite artificiel présent(e) dans l'espace extérieur, plusieurs tubes de chaleur indépendants 3 s'étendent sous les dispositifs 4, formant ainsi une structure redondante. Par conséquent, même si l'un de ces tubes de cha- leur 3 est défectueux, la chaleur peut être transmise de façon fiable via les tubes de chaleur 3 restants et peut être évacuée vers l'espace extérieur. Comme le montre la figure 7B, une paire d'enveloppes formant les tubes de chaleur 3 est collée au moyen d'une colle 6 de manière telle qu'elle passe sous le dispositif 4. La chaleur émise par le dispositif 4 est évacuée par rayonnement via le panneau sandwich à nid d'abeilles vers l'espace extérieur, de la manière décrite ci-après. Plus par- ticulièrement, la chaleur produite par le dispositif 4 passe à travers la surface intérieure 1F grâce à la conduction ther- mique, pour atteindre les tubes de chaleur 3. Ensuite, la cha- leur est transmise via les tubes de chaleur 3 à travers le panneau. Enfin, la chaleur est évacuée vers l'espace extérieur via la seconde surface miroir 5. Cependant, le panneau sandwich à nid d'abeilles con- ventionnel susmentionné à tubes de chaleur intégrés est sujet aux problèmes suivants. La chaleur est transmise depuis le dis- positif 4 à la seconde surface miroir 5, via l'aire très étroi- te comprise entre le dispositif 4 et les tubes de chaleur 3. Etant donné que la résistance thermique est très importante dans cette zone, il y a une différence de température très im- portante entre le dispositif 4 et les tubes de chaleur 3. Par conséquent, plus le dispositif 4 émet de chaleur, plus la dif- férence de température entre le dispositif 4 émetteur de cha- leur et les tubes de chaleur 3 est élevée, gardant le dispo- sitif 4 plus chaud. Résumé de l'invention L'invention est destinée à fournir un tube de chaleur intégré dans un panneau multicouche (ou panneau "sandwich") à nid d'abeilles, qui peut résoudre les problèmes de l'état an- térieur de la technique et peut éviter à un dispositif de sur- chauffer, tout en maintenant la rigidité du panneau. Tout d'abord, dans un panneau sandwich à nid d'abeil- les à tube de chaleur intégré, une nervure s'étend depuis une enveloppe contenant un tube de chaleur, et est partiellement en contact direct avec l'une des surfaces extérieures, et est par- tiellement exposée. La nervure peut renforcer mécaniquement le panneau sandwich à nid d'abeilles. Le contact direct entre la nervure et le dispositif émettant de la chaleur peut réduire la résis- tance thermique entre la nervure et le dispositif, réduisant ainsi la chaleur dégagée dans le dispositif. Ensuite, la nervure est jointe à la surface exté- rieure du panneau par une plaque support, et la nervure et la surface extérieure sont alignées l'une sur l'autre, ce qui permet d'installer sur le panneau un dispositif plus large que la nervure. Troisièmement, le panneau sandwich à nid d'abeilles peut comporter un bloc de chaleur formé dans l'enveloppe avec le tube de chaleur. Le bloc de chaleur est partiellement exposé depuis l'une des surfaces extérieures. Le bloc de chaleur peut renforcer mécaniquement le panneau sandwich à nid d'abeilles. Plus particulièrement, le bloc de chaleur peut réduire la résistance thermique entre le dispositif émetteur de chaleur et une seconde surface miroir ménagée sur une surface extérieure du panneau. Quatrièmement, le panneau sandwich à nid d'abeilles inclut une plaque transmettrice de chaleur, qui est collée di- rectement, à sa surface inférieure, sur l'enveloppe contenant le tube de chaleur, et qui est partiellement exposée, à sa sur- face supérieure, et est réalisée en une matière assurant de bonnes performances de conduction thermique. La plaque transmettrice de chaleur peut renforcer le panneau sandwich à nid d'abeilles et se trouve en contact di- rect avec le dispositif, réduisant ainsi effectivement la cha- leur créée dans le dispositif. Puisque la plaque transmettrice de chaleur est indépendante du tube de chaleur et que son épaisseur peut être ajustée, le panneau sandwich à nid d'abeil- les est compatible avec tous les tubes de chaleur existants. Ceci permet au panneau d'être appliqué à tous les tubes de chaleur conventionnels. Puisque le tube de chaleur est aligné sur la surface extérieure du panneau, un dispositif plus large que celui de la plaque antérieure peut être installé. Enfin, l'enveloppe peut comporter plusieurs tubes de chaleur. Selon l'invention, il est possible de réduire ou d'amener à zéro la quantité de colle déposée dans l'espace com- pris entre les enveloppes. Brève description des dessins L'invention sera maintenant décrite plus en détail en faisant référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1A est une vue en perspective d'un panneau sandwich à nid d'abeilles à tubes de chaleur intégrés selon une première forme de réalisation de l'invention, illustrant le panneau muni d'un dispositif tel qu'un CI ou un circuit LSI installé sur celui-ci; la figure lB est une vue en coupe transversale du panneau sandwich à nid d'abeilles, suivant la ligne lA-lA représenté sur la figure 1A; la figure 1C est une vue en coupe transversale d'un exemple modifié du panneau sandwich à nid d'abeilles selon la figure 1A; la figure 2 est une vue en coupe d'un panneau sand- wich à nid d'abeilles selon une seconde forme de réalisation; la figure 3A est une vue en coupe transversale d'un panneau sandwich à nid d'abeilles selon une troisième forme de réalisation de l'invention; la figure 3B est une vue en coupe d'un exemple modi- fié du panneau sandwich à nid d'abeilles selon la figure 3A; la figure 3C est une vue en coupe transversale d'un autre exemple modifié du panneau sandwich à nid d'abeilles selon la figure 3A; la figure 4 est une vue en coupe transversale d'un panneau sandwich à nid d'abeilles selon une quatrième forme de réalisation de l'invention; la figure 5 est une vue en coupe d'un panneau sand- wich à nid d'abeilles selon une cinquième forme de réalisation de l'invention; la figure 6A est une vue en coupe transversale d'un panneau sandwich à nid d'abeilles selon une sixième forme de réalisation de l'invention; la figure 6B est une vue en coupe d'un exemple mo- difié du panneau sandwich à nid d'abeilles selon la figure 6A; la figure 6C est une vue en coupe transversale d'un autre exemple modifié du panneau sandwich à nid d'abeilles selon la figure 6A; la figure 7A est une vue en perspective d'un exemple d'un panneau sandwich à nid d'abeilles conventionnel, sur le- quel est installé un dispositif tel qu'un CI ou un circuit LSI; et la figure 7B est une vue en coupe transversale du panneau sandwich à nid d'abeilles, suivant la ligne 7A-7A de la figure 7A. Description des formes de réalisation préférées Exemple 1: Faisant référence aux figures 1A et lB, un panneau sandwich à nid d'abeilles comportant des tubes de chaleur inté- grés comprend des surfaces intérieure et extérieure 1F et 1S, une âme 2 en nid d'abeilles, et une paire d'enveloppes 3 conte- nant des tubes de chaleur (appelés "tubes de chaleur 3" ci- après), et une seconde surface miroir 5. Sur ces figures, la référence numérique 4 désigne un circuit tel qu'un circuit CI ou LSI à être installé sur la surface 1F du panneau sandwich à nid d'abeilles, et qui émet de la chaleur lors de son fonction- nement. L'âme 2 en nid d'abeilles renforce le panneau. Les tu- bes de chaleur 3 transmettent une quantité de chaleur très importante. Dans cette forme de réalisation, les deux enve- loppes sont collées au moyen d'une colle 6. La seconde surface miroir 5 évacue de la chaleur par rayonnement depuis le dis- positif 4 vers l'espace extérieur, et est fixée sur la surface extérieure 1S du panneau. Dans cette forme de réalisation, au moins une nervure de refroidissement 7 s'étend depuis l'enveloppe et est réalisée à partir de la même matière que cette enveloppe. La nervure de refroidissement 7 est exposée du côté o le dispositif 4 doit être installé. Comme le montre la figure lB, un évidement partiel lB est réalisé dans la zone exposée de la nervure de refroidisse- ment 7, et est recouverte par la surface intérieure 1 du pan- neau. La nervure de refroidissement 7 est mécaniquement plus résistante que la surface intérieure 1F, augmentant ainsi la rigidité (c'est-à-dire la résistance mécanique) du panneau. La chaleur est évacuée par rayonnement dans l'espace extérieur via le panneau sandwich à nid d'abeilles de la ma- nière décrite ci-après. La chaleur émise par le dispositif 4 est transmise directement aux tubes de chaleur 4 par l'inter- médiaire de la zone non couverte de la nervure de refroidis- sement 7. En d'autres termes, la chaleur est transmise à tra- vers le réseau de tubes de chaleur réalisé dans le panneau et est évacuée par rayonnement vers l'espace extérieur, via la se- conde surface miroir 5. Le dispositif 4 est installé directement sur la ner- vure de refroidissement 7 et les tubes de chaleur 3. Par consé- quent, toute résistance thermique existant dans le chemin de conduction de chaleur, entre le dispositif 4 et les tubes de chaleur 3 peut être substantiellement réduite. Même si le dis- positif 4 émet une quantité importante de chaleur, il peut néanmoins être maintenu à une température acceptable. La figure 1C montre une modification du panneau sand- wich à nid d'abeilles ci-dessus. Dans cet exemple, la nervure de refroidissement 7 s'étend partiellement par-dessus la sur- face intérieure 1F. La surface intérieure 1F est traitée de manière à être jointe à la nervure de refroidissement 7. Réalisation 2: Dans un deuxième exemple de réalisation illustré sur la figure 2, une nervure de refroidissement 7 est jointe à la surface intérieure 1F en utilisant une plaque support 8. La nervure de refroidissement 7 tout comme la surface intérieure 1F sont alignées l'une sur l'autre. De cette manière, il est possible d'installer un dispositif 4 plus grand que le dis- positif installé sur la nervure de refroidissement 7 de la première forme de réalisation. Réalisation 3: Faisant référence à la figure 3A, un panneau sandwich à nid d'abeilles inclut des blocs de chaleur 9. Chaque bloc de chaleur 9 est une partie creuse ménagée dans l'enveloppe en plus du tube de chaleur 3. Les blocs de chaleur creux 9 ont pour effet d'alléger le poids du panneau. La partie supérieure de l'enveloppe contenant les tubes de chaleur 3 et les blocs de chaleur 9 est partiellement évidée et est recouverte par la surface intérieure 1F du panneau. Un dispositif 4 est installé sur l'enveloppe, à l'endroit o celle-ci n'est pas recouverte par la surface intérieure 1F du panneau. Ce panneau sandwich à nid d'abeilles est mécanique- ment renforcé par la présence des blocs de chaleur 9 et devient ainsi plus rigide. Etant donné que les blocs 9 sont en contact direct avec le dispositif 4 via l'enveloppe, toute résistance thermique existant entre le dispositif 4 et les tubes de cha- leur 3 et les blocs de chaleur 9 peut être substantiellement réduite, ce qui permet de maintenir le dispositif 4 à une tem- pérature réduite. Plus particulièrement, les blocs de chaleur 9 peuvent réduire la résistance thermique existant entre le dispositif 4 et la seconde surface miroir 5, qui fait face à l'espace extérieur. Les blocs de chaleur 9 illustrés sur la figure 3B ne comportent pas de partie en retrait, qui est présente dans l'exemple précédent. Les blocs de chaleur 9 sont partiellement recouverts par la surface intérieure 1F du panneau. A cette fin, les enveloppes placées sur chaque bloc de chaleur 9 sont traitées spécialement de manière à pouvoir être jointes à la surface intérieure 1F du panneau. Faisant maintenant référence à la figure 3C, un pan- neau sandwich à nid d'abeilles comporte des blocs de chaleur 9 pleins. Réalisation 4: Un panneau sandwich à nid d'abeilles selon la figure 4 inclut une plaque 10 transmettrice de chaleur, qui est pré- sente au-dessus des tubes de chaleur 3, du côté de ceux-ci, qui fait face au dispositif 4 à installer. Le dispositif 4 est ins- tallé directement sur la plaque 10 transmettrice de chaleur. La plaque transmettrice de chaleur 10 est en contact avec les tu- bes de chaleur 3, au centre de ceux-ci, par l'intermédiaire des enveloppes. La plaque 10 transmettrice de chaleur est plus lar- ge que le dispositif 4. La plaque transmettrice de chaleur 10 est évidée dans une zone entourant le dispositif 4, et est re- couverte par la surface intérieure 1F du panneau. La plaque 10 transmettrice de chaleur, qui est en contact direct avec les tubes de chaleur 3, est essentiellement aussi épaisse que la surface intérieure 1F du panneau. Etant donné que la hauteur des tubes de chaleur 3 peut être ajustée en modifiant l'épaisseur de la plaque 10 transmettrice de chaleur, il est possible d'employer des tubes de chaleur 3 existants de formes conventionnelles. De plus, étant donné que la plaque 10 transmettrice de chaleur est indépendante des tu- bes de chaleur 3, des tubes de chaleur existants, de formes conventionnelles, peuvent être utilisés. En d'autres termes, la plaque 10 transmettrice de chaleur ne nécessite pas l'utili- sation de tubes de chaleur comportant des éléments spéciaux tels que les nervures de refroidissement 7 ou les blocs de chaleur 9 qui sont employés dans les formes de réalisation précédentes. Ceci facilite la fabrication des tubes de chaleur 3. Même lorsqu'une charge est appliquée au panneau sand- wich à nid d'abeilles, la plaque 10 transmettrice de chaleur peut amortir les contraintes créées au niveau des tubes de cha- leur 3. Par conséquent, les contraintes créées dans la colle 6 qui joint les enveloppes munies des tubes de chaleur 3, peuvent également être réduites, ce qui renforce la liaison des tubes de chaleur 3. Dans cet exemple, la plaque 10 transmettrice de cha- leur augmente la résistance mécanique du panneau sandwich à nid d'abeilles. En outre, le dispositif 4 peut être placé en con- tact direct avec la plaque transmettrice de chaleur 10, ce qui peut réduire la résistance thermique existant entre le dispo- sitif 4 et le panneau, et réduit substantiellement la chaleur émise par le dispositif 4. En particulier, la plaque 10 trans- mettrice de chaleur est indépendante des tubes de chaleur 3. Par conséquent, des tubes de chaleur conventionnels de n'im- porte quelle forme peuvent être utilisés pour le panneau sand- wich à nid d'abeilles. De plus, la plaque 10 transmettrice de chaleur et la surface intérieure 1F du panneau sont alignées l'une sur l'autre, du côté o est installé le dispositif 4, de manière que le dispositif 4 puisse être plus grand que la pla- que 10 transmettrice de chaleur. Selon une variante, la plaque 10 transmettrice de chaleur peut être fixée sur la surface intérieure 1F du pan- neau, sans y réaliser un évidement. Dans un tel cas, la surface intérieure 1F du panneau est traitée de manière à joindre celui-ci à la plaque 10 transmettrice de chaleur. Réalisation 5: Dans une cinquième forme de réalisation illustrée sur la figure 5, la surface intérieure 1F du panneau et la plaque transmettrice de chaleur sont fixées sur les plaques support 8. Dans ce cas, la surface intérieure 1F et la plaque 10 trans- mettrice de chaleur sont alignées l'une sur l'autre. De cette manière, un dispositif 4 plus large que la plaque 10 trans- mettrice de chaleur peut être installé sur le panneau. Réalisation 6: La figure 6A montre un panneau sandwich à nid d'abeilles selon une sixième forme de réalisation de l'inven- tion. Ce panneau inclut deux tubes de chaleur 11 formés dans une enveloppe. Cette structure est appelée une "structure à double canal". De façon similaire à la première forme de réa- lisation, une nervure de refroidissement 7 fait partie inté- grante de l'enveloppe. La nervure de refroidissement 7 est en partie découpée de manière à pouvoir être recouverte par la surface intérieure 1F du panneau. Etant donné que les tubes de chaleur 11 sont formés dans une enveloppe, aucune colle 6 n'est nécessaire. L'absence de contraintes créées dans la colle 6 peut rendre le panneau plus rigide, de façon qu'une charge im- portante puisse être appliquée au panneau. En outre, il est possible de former trois tubes de chaleur, ou plus, dans une enveloppe. Faisant référence à la figure 6B, la nervure de re- froidissement 7 est recouverte par la surface intérieure 1F du panneau. Dans ce cas, la surface intérieure 1F est traitée de manière à être jointe à la nervure de refroidissement 7. Dans un panneau sandwich à nid d'abeilles selon la figure 6C, la surface intérieure 1F et la nervure de refroi- dissement 7 sont jointes sur une plaque support 8. Dans cette forme de réalisation, les blocs de chaleur 9 aménagés dans l'enveloppe peuvent être utilisés pour rempla- cer la nervure de refroidissement 7. REVENDICATIONS 1. Panneau sandwich à nid d'abeilles ayant des tubes de chaleur intégrés, comprenant une âme en nid d'abeilles in- tercalée entre des surfaces extérieures, et un tube de chaleur formé dans une enveloppe noyée dans l'âme en nid d'abeilles; caractérisé par une nervure de refroidissement (7) s'étendant depuis une enveloppe contenant le tube de chaleur (3), la nervure de refroidissement (7) étant partiellement en contact direct avec l'une des surfaces extérieures (1F, 1S), et étant partiellement exposée. 2. Panneau selon la revendication 1, dans lequel la nervure (7) est jointe à la surface extérieure (1F) du panneau, sur une plaque support (8), et la nervure (7) et la surface extérieure (1F) sont alignées l'une sur l'autre. 3. Panneau selon la revendication 1, dans lequel la nervure (7) fait partie intégrante de l'enveloppe contenant le tube de chaleur (3). 4. Panneau selon la revendication 1, dans lequel la nervure (7) est capable de recevoir un dispositif (4) au niveau de sa partie exposée. 5. Panneau sandwich à nid d'abeilles comprenant une âme en nid d'abeilles intercalée entre deux surfaces exté- rieures, et un tube de chaleur formé dans une enveloppe noyée dans l'âme en nid d'abeilles, caractérisé par un bloc de chaleur (9) formé dans l'enveloppe con- tenant le tube de chaleur (3), et étant partiellement exposé sur l'une des surfaces extérieures (1F, iS). 6. Panneau selon la revendication 5, dans lequel le bloc de chaleur (9) est capable de recevoir un dispositif (4) à sa surface exposée. 7. Panneau selon la revendication 5, dans lequel le bloc de chaleur (9) est soit creux, soit plein. 8. Panneau sandwich à nid d'abeilles comprenant une âme en nid d'abeilles intercalée entre deux surfaces exté- rieures, et un tube de chaleur formé dans une enveloppe noyée dans l'âme en nid d'abeilles, caractérisé par une plaque (10) transmettrice de chaleur, qui est di- rectement collée, par sa surface inférieure, sur l'enveloppe contenant un tube de chaleur (3), et est partiellement exposée à sa surface supérieure, et est réalisée en une matière assu- rant de bonnes performances de conduction thermique. 9. Panneau selon la revendication 8, dans lequel la plaque (10) transmettrice de chaleur est capable de recevoir, sur une surface exposée de celle-ci, un dispositif (4) qui pro- duit de la chaleur. 10. Panneau selon la revendication 8, dans lequel la plaque (10) transmettrice de chaleur est jointe à la surface extérieure du panneau, sur une plaque support (8), et la plaque (10) transmettrice de chaleur et la surface extérieure (IF) du panneau sont alignées l'une sur l'autre. 11. Panneau selon l'une des revendications 1, 5 ou 8, dans lequel l'enveloppe comporte plusieurs tubes de chaleur 3.