Brevet FR2886721A1 — publié le 20061208

Géométrie de frittage pour la réalisation de caloduc Domaine de l'invention La présente invention concerne une géométrie de frittage pour la réalisation d'un 5 tube caloduc pouvant fonctionner dans toutes les positions par rapport à la gravité. Exposé de l'art antérieur Un tube caloduc est un système permettant de transférer de la chaleur entre deux points A et B avec un minimum d'écart de température entre ces deux points. II se présente généralement sous la forme d'un tube de forme circulaire, elliptique ou parallélépipédique d'une longueur donnée. Ce tube peut être droit ou coudé. Les rayons de courbure rencontrés sont généralement fonctions du diamètre du tube. L'air à l'intérieur du tube est évacué (réalisation d'un vide) et est remplacé par un fluide en équilibre thermodynamique avec sa vapeur. Lorsque l'on apporte de l'énergie sur une partie du tube (évaporateur), le liquide contenu dans le tube se vaporise en absorbant l'énergie sous forme de chaleur latente. La vapeur ainsi générée se dirige vers les points froids du tube (condenseur) où elle se condense en restituant la chaleur latente qu'elle avait accumulée. Le liquide formé revient vers l'évaporateur soit sous l'effet de la gravité soit sous l'effet des forces capillaires. Au global, ce cycle thermodynamique se traduit par un transfert d'énergie entre l'évaporateur et le condenseur avec un écart de température très faible entre ces deux points. Le principe du tube caloduc est connu depuis de très nombreuses années. Les principales améliorations apportées concernent la réalisation et l'optimisation d'un réseau capillaire efficace permettant le retour du liquide de la zone condenseur vers la zone évaporateur. Ce réseau capillaire est généralement réalisé selon une des trois techniques suivantes: création de rainures sur la paroi interne du tube - insertion d'un tissu métallique (mèches) plaqué contre la paroi interne du 15 tube réalisation d'un frittage métallique d'une épaisseur donnée sur la paroi interne du tube Le point commun de ces trois techniques est de réaliser des rayons de courbure liquide/vapeur variables entre les zones évaporateur et condenseur. C'est la variation du rayon de courbure de l'interface liquide/vapeur qui induit des efforts capillaires permettant le retour du liquide de la zone condenseur vers la zone évaporateur. Il est possible de coupler les trois techniques c'est à dire d'associer des rainures à des mèches, des rainures à des poudres ou des mèches à des poudres afin d'optimiser le réseau capillaire. Pour être optimal, le réseau capillaire doit créer des rayons de courbures suffisamment faibles afin d'obtenir des forces capillaires importantes mais il doit également être suffisamment poreux afin de favoriser le retour du liquide du condenseur vers l'évaporateur. Ces deux points sont souvent antagonistes ce qui explique le besoin d'associer différents réseaux capillaires. Ces différentes associations ont fait l'objet de brevets dont le n KR2002-5405 qui vise à optimiser les caractéristiques du frittage suivant les différentes zones du caloduc ( partie évaporateur, partie condenseur). Le brevet US2004/0112450 Al décrit un exemple de frittage à partir de mèche ou de toile métallique permettant d'obtenir de bonnes performances thermiques avec une bonne tenue mécanique du réseau capillaire. D'autres inventions visent à optimiser les caractéristiques du frittage grâce à l'utilisation de poudre ayant des formes et des granulométries précises. II est également possible d'associer des poudres ayant des granulométries différentes afin d'obtenir simultanément une bonne porosité et un faible rayon au niveau de l'interface liquide/vapeur. Cependant dans tous les cas, la géométrie de la poudre est de forme annulaire (centrée ou décentrée) lorsque l'on réalise une coupe perpendiculaire à l'axe du tube. Un inconvénient de cette géométrie est qu'elle nécessite des outillages particulièrement complexes à mettre en oeuvre lors de la réalisation de l'opération de frittage. Ces outillages se traduisent par des coûts de production élevés et des contraintes de fabrication liées au diamètre, à la longueur du tube ainsi qu'à l'épaisseur du dépôt. Par exemple le brevet WO 02/44639 Al décrit un procédé pour réaliser des trous dans le milieu poreux afin d'améliorer l'écoulement du liquide. Cependant ce procédé nécessite l'utilisation d'outillages complexes et induit des manipulations supplémentaires qui rendent difficile tout procédé d'automatisation. Résumé de l'invention La présence invention vise une géométrie de frittage en vue de réaliser un réseau 5 capillaire dans un caloduc avec une section du réseau capillaire en forme de demi-lune. Un autre objet de l'invention est de faciliter l'opération de frittage en limitant les outillages nécessaires à la mise en place et au maintien de la poudre. Un autre objet de l'invention est d'autoriser l'emploi de poudre ayant une granulométrie supérieure à celle qui pourrait être utilisée sur une géométrie de frittage standard. Un autre objet de l'invention est d'autoriser une section de poudre variable suivant les différents points du tube caloduc. Dans ce but, la présente invention prévoit la mise en place d'un volume de poudre prédéfini à l'intérieur d'un tube. Ce tube est ensuite soumis à une action mécanique (il peut par exemple être roulé ou vibré) afin de permettre l'étalement de la poudre sur toute la longueur du tube. Si nécessaire le tube peut être sensiblement incliné afin d'obtenir une section de poudre différente suivant la longueur du tube. Lorsque la poudre est uniformément répartie dans le tube, l'ensemble poudre plus tube peut être fritté suivant les cycles de frittage conventionnels rencontrés dans la métallurgie des poudres. En revanche il n'est pas nécessaire d'introduire un outillage de maintien de la poudre à l'intérieur du tube en cuivre. De même en fin de frittage il n'est pas nécessaire d'enlever un outillage de maintien de la poudre à l'intérieur du tube de cuivre. Le procédé de frittage est donc beaucoup plus simple à mettre en oeuvre, plus rapide et donc plus économique. Ce procédé s'adapte donc particulièrement à la production de pièces de moyenne et grande série ou aux pièces pour lesquelles on recherche de faibles coûts de production. Brève description des dessins Ces objets caractéristiques et avantages, ainsi que d'autre de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d'exemples de réalisation 5 particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquels: la figure 1 donne une vue en coupe longitudinale d'un exemple de réalisation classique d'un tube caloduc avec réseau capillaire à base de poudre frittée; la figure 2 donne une vue en coupe transversale d'un exemple de réalisation classique d'un tube caloduc avec réseau capillaire à base de poudre frittée; la figure 3 donne une vue en coupe longitudinale d'un exemple de réalisation selon l'invention d'un tube caloduc avec réseau capillaire à base de poudre frittée; la figure 4 donne une vue en coupe transversale d'un exemple de réalisation selon l'invention d'un tube caloduc avec réseau capillaire à base de poudre frittée; les figures 5 et 6 donnent une vue en coupe des transferts thermiques d'un tube caloduc selon l'invention inséré dans un bloc ou un tube conducteurs thermiques; la figure 7 décrit la possibilité de contrôler la section de poudre selon l'axe longitudinal du tube grâce à l'inclinaison du tube lors du frittage; la figure 8 décrit l'utilisation possible de poudre ayant une grande granulométrie 20 associée à une géométrie de réseau capillaire selon l'invention; Description détaillée La figure 1 présente une coupe longitudinale d'un tube caloduc 1 selon un exemple de réalisation classique. La paroi 2 du tube 1 est parfaitement étanche et délimite un volume 3 dans lequel on réalise un vide soigné (inférieur à 10"2 mbar) avant d'introduire un liquide en équilibre thermodynamique avec sa vapeur. L'intérieur de la paroi 2 est recouverte d'une poudre frittée qui constitue le réseau capillaire 4. Le fluide se présente sous forme liquide dans le réseau capillaire 4 et sous forme vapeur dans le volume 3 du tube 1. Lorsque l'on apporte de la chaleur Q sur une extrémité du caloduc 1, le liquide se vaporise en absorbant la chaleur. La vapeur générée se dirige vers l'autre partie du tube où elle se condense en restituant la chaleur absorbée. La partie Le du tube caloduc qui reçoit la chaleur est appelée évaporateur tandis que la partie Lc du tube caloduc qui restitue la chaleur est appelée condenseur. Le liquide revient du condenseur vers l'évaporateur en circulant dans le milieu capillaire sur l'effet des forces de capillarité. La figure 2 présente une coupe transversale d'un tube caloduc 1 selon un exemple de réalisation classique. Le réseau capillaire 4 présente une section annulaire permettant une distribution uniforme de la poudre sur la périphérie du tube caloduc 1. Cette distribution est optimale du point de vue thermique en revanche elle nécessite la réalisation et l'utilisation d'outillage de maintien de la poudre durant le frittage. La figure 3 présente une coupe longitudinale d'un tube caloduc 5 selon l'invention. La paroi 6 du tube 5 est parfaitement étanche et délimite un volume 7 dans lequel on réalise un vide soigné (inférieur à 10-2 mbar) avant d'introduire un liquide en équilibre thermodynamique avec sa vapeur. Seule une partie de l'intérieur du tube 5 est recouverte d'une poudre frittée constituant le réseau capillaire 8. La paroi 6 est par exemple réalisé en cuivre tandis que la poudre constituant le réseau capillaire 8 est en cuivre ou en alliage de cuivre (bronze). Le cuivre et les alliages cuivreux sont utilisés en raison de leurs bonnes caractéristiques thermiques et de leur bonne compatibilité avec l'eau pour la réalisation de tube caloduc. Un exemple de répartition de cette poudre métallique frittée 8 est représenté sur la figure 4. La répartition de la poudre 8 dans le tube 5 se présente sous la forme d'une demi-lune. Selon un mode de réalisation de l'invention, la répartition de la poudre 8 dans le tube 5 est obtenue en introduisant un volume déterminé de poudre dans le tube, en plaçant ce dernier en position horizontale et en le faisant vibrer ou en le roulant. Ensuite l'ensemble poudre 8 et tube 6 est placé dans un four de frittage afin d'être fritté selon les techniques conventionnelles. Un avantage selon l'invention est qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser un outillage de frittage à l'intérieur du tube pendant l'opération de frittage. II y a donc un gain de temps pendant la phase de mise en place de la poudre dans le tube mais aussi pendant la phase d'extraction de l'outillage de frittage. Selon l'invention, l'outillage de frittage peut se réduire à deux bouchons, placés à chaque extrémité du tube 5, et permettant d'éviter la perte de poudre métallique durant l'opération de frittage. De plus, l'invention permet d'éviter l'introduction de corps étrangers (type agent de démoulage, graisse) dans le tube caloduc avant le frittage, corps étrangers qui pourraient nuire au fonctionnement ou à la durée de vie de ce caloduc. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention décrit dans les figures 5 et 6, le tube caloduc 5 peut avantageusement être associé à un bloc 9 ou à un tube 10; ces deux éléments étant bon conducteur thermique. Dans ce cas, le bloc 9 ou le tube 10 jouent le rôle de conducteur thermique entre la source de chaleur Q et la partie frittée 8 du tube caloduc 5. Cette conduction thermique 11 se fait dans le bloc 9 ou dans la circonférence du tube 10. Cette disposition est particulièrement adaptée au cas des faibles puissances ou des faibles densités de flux. La figure 7 décrit un mode de réalisation préféré selon l'invention pour lequel le tube 5 est légèrement incliné durant la phase de répartition de poudre 8 et durant le frittage. La section de poudre 8 n'est donc pas uniforme suivant l'axe longitudinal du tube 5. Ce mode de réalisation permet d'optimiser la masse de poudre introduite dans le tube et donc d'optimiser le coût du tube caloduc. L'inclinaison reste très faible (de l'ordre du degré). A titre d'exemple, pour un tube de diamètre externe 16 mm, la hauteur de poudre sur la demi-lune est de 2 mm à une extrémité du tube et de 4 mm à l'autre extrémité. La figure 8 décrit un autre avantage selon lequel la réalisation du frittage 8 selon l'invention permet d'utiliser des poudres de fortes granulométries. Ce point est particulièrement avantageux dans le cas de tubes de faibles diamètres pour lesquels la réalisation d'une couche annulaire de poudre est souvent incompatible avec la taille ou la forme des grains. Par exemple si l'on cherche à avoir une épaisseur de poudre annulaire de 0,3 mm, il est très difficile de mettre en oeuvre des poudres ayant des diamètres de 0,2 à 0,3 mm. Par contre, selon l'invention, la hauteur de la demi-lune étant de l'ordre de 2 mm pour un même volume final de poudre dans le tube, l'emploi de poudre ayant un diamètre de 0,3 mm est tout à fait réalisable. Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, les figures 3 à 8 se réfèrent à titre d'exemple à des tubes de section circulaire. Cependant l'invention est applicable à des tubes de différentes sections. A titre d'exemple, la section peut être elliptique ou ovoïde. De même la figure 6 présente un tube caloduc inséré dans un tube externe de section circulaire et bon conducteur thermique, cependant ce tube externe peut être de forme quelconque sur sa partie externe. Ce tube externe peut par exemple être en aluminium obtenu par filage ou extrusion; sa périphérie externe peut être de forme quelconque afin de servir de support ou d'accroche mécanique pour la source de chaleur. Revendications 1. Procédé de réalisation d'un tube caloduc comprenant: - un tube étanche, - une poudre métallique frittée, un fluide en équilibre thermodynamique liquide/vapeur, procédé caractérisé en ce que dans chaque section axiale du tube la poudre est distribuée en forme de demi-lune, la hauteur de la demi-lune pouvant être o variable suivant l'axe longitudinal du caloduc et pouvant être adaptée aux caractéristiques du caloduc. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distribution de la poudre est obtenue en introduisant un volume de poudre prédéterminé dans le tube, en le plaçant en position horizontale et en le faisant vibrer ou rouler mécaniquement. 3. Procédé selon les revendications 1 à 2, caractérisé en ce que les outillages durant les phases de répartition de poudre et de frittage sont simplement constitués de deux bouchons permettant d'éviter la perte de poudre à chaque extrémité du tube. 4. Procédé selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le tube peut être légèrement incliné durant la phase de répartition de poudre et durant le frittage afin d'obtenir une répartition non uniforme de la poudre suivant l'axe longitudinal du tube. 5. Procédé selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le tube caloduc est ensuite inséré dans un tube ou un bloc conducteurs thermiques permettant d'augmenter les transferts thermiques sur la circonférence du tube caloduc. 6. Procédé selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la répartition de poudre permet l'utilisation de poudre de forte granulométrie par rapport au diamètre du tube. 7. Tube caloduc obtenu par le procédé selon les revendications 1 à 6, caractérisé 10 en ce que la poudre est un alliage de bronze ou de cuivre et le tube caloduc est en cuivre.