Brevet FR3031569A1 — publié le 20160715

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte au domaine des projecteurs à 5 diodes électroluminescentes ou lasers pour l'éclairage de scène ou de spectacle et elle concerne plus particulièrement un module d'éclairage à diodes présentant une dissipation de chaleur optimisée. Art antérieur lo La technologie actuelle à diodes électroluminescentes (DEL ou LED) ou lasers impose de maintenir la température de ces diodes à une valeur constante. Pour ce faire, il est impératif de pouvoir évacuer toute chaleur en excès, de préférence de façon homogène, tout en régulant la température. 15 Une première méthode communément utilisée pour évacuer de la chaleur est le recours à un radiateur aluminium disposant d'ailettes et posé sur la surface à refroidir. Un ventilateur est en outre souvent ajouté pour accélérer la dissipation de la chaleur. Une seconde méthode connue utilise la technique des caloducs 20 dans laquelle la chaleur est déportée du point de chaleur par des tubulures remplies de fluide frigorigène couplées à des ailettes ventilées. Toutefois, ces deux méthodes sont peu adaptées aux technologies actuelles d'éclairage à diodes car celles-ci nécessitent des refroidissements plus importants mais également plus précis pour assurer un rendement 25 optimal des diodes. Le refroidissement par fluide (généralement par eau) est donc devenu indispensable et des systèmes à bloc froid avec compresseur sont aujourd'hui couramment utilisés. Dans ces systèmes, des platines, qui sont souvent des plaques en aluminium, prennent en « sandwich » les circuits ou conduites acheminant le fluide refroidi par le 30 bloc froid afin de capter un maximum de chaleur. Il en résulte un système 3031569 2 lourd, complexe et couteux affecté d'inconvénients notables. En effet, l'empilement des différents matériaux crée de nombreux ponts thermiques et les conduites de circulation du fluide nécessitent un espace important tout en limitant la dissipation de chaleur. Objet et définition de l'invention La présente invention propose de s'affranchir de ces limitations avec un dispositif de dissipation de chaleur pour une matrice à diodes qui permette avec efficacité et à faible coût l'obtention d'une température constante de façon simple et fiable. Un but de l'invention est aussi de contrôler cette température sans modification notable de la matrice. Ces buts sont atteints par un module d'éclairage à diodes comportant une matrice de diodes montée sur une plaque support et des moyens de dissipation de la chaleur dégagée par ladite matrice de diodes, 15 caractérisé en ce que lesdits moyens de dissipation de chaleur comportent : - une plaque métallique dont une face externe est en contact avec ladite plaque support et une face interne supporte une mousse métallique alvéolaire, 20 - un boitier formant cuve rempli par ladite mousse métallique alvéolaire et dont ladite plaque métallique constitue le couvercle, ledit boitier comportant : - un orifice d'entrée traversant ledit boitier pour recevoir un fluide de refroidissement, 25 - un orifice de sortie pour évacuer ledit fluide de refroidissement, et - un séparateur définissant dans ladite mousse métallique alvéolaire deux zones séparées de circulation pour ledit fluide de refroidissement, une zone d'amenée dudit fluide de refroidissement depuis ledit orifice d'entrée et une zone de reflux dudit fluide de refroidissement vers ledit 3031569 3 orifice de sortie, le passage de l'une à l'autre zone s'effectuant au niveau d'une découpe dudit séparateur. Avec cette mousse alvéolaire parcourue sur toute sa surface, le fluide froid en provenance du bloc froid entre en émulsion par effet de 5 tourbillons et capte ainsi mieux la chaleur dégagée. De préférence, lesdites diodes sont des diodes électroluminescentes ou des diodes lasers et ledit séparateur forme partie intégrante dudit boitier. Selon un mode de réalisation, ladite mousse métallique alvéolaire lo comporte une pluralité de trous calibrés de façon à garantir une pression dans ledit boitier inférieure à 50KPa à la pression de service et de préférence percés selon deux directions perpendiculaires inclinées respectivement d'environ 45° et 135° par rapport à une direction d'injection ou de retour du fluide de refroidissement. 15 Avantageusement, ledit boitier comporte au moins une rainure et de préférence deux rainures concentriques pour recevoir un ou deux joints annulaires assurant l'étanchéité avec ladite plaque métallique, ladite plaque support étant fixée au dit boitier par une pluralité de vis disposées régulièrement à l'extérieur de ladite au moins une rainure. 20 De préférence, ladite plaque support comporte un orifice borgne apte à recevoir un capteur de température et ledit fluide de refroidissement est de l'eau en phase liquide ou un mélange eau plus glycol. 25 Brève description des dessins Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description suivante, faite à titre indicatif et non limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue en perspective d'un module d'éclairage selon 30 l'invention, 3031569 4 - la figure 2 illustre un exemple de mousse métallique alvéolaire mise en oeuvre dans le module d'éclairage de la figure 1, - la figure 3 illustre un exemple de séparateur mis en oeuvre dans le module d'éclairage de la figure 1, 5 - la figure 4 est une vue en coupe selon un plan médian vertical de la figure 1, et - la figure 5 est une vue en coupe selon le plan médian horizontal de la figure 1. io Description détaillée d'un mode de réalisation préférentiel Comme il est connu et l'illustre la figure 1, un module 10 d'éclairage à diodes de type électroluminescente ou laser pour des projecteurs de scène ou de spectacle comporte une matrice de diodes 12 d'une même longueur d'onde prédéterminée, présentant de préférence une répartition 15 régulière, et faisant face à un système optique (non représenté) assurant la collimation du faisceau lumineux et formé de lentilles plastiques ou en verre de très petite taille portées par des éléments de centrage. La matrice de diodes comportant un nombre déterminé de diodes dont la puissance est variable selon le type et la technologie employés, est montée sur une 20 plaque support 14 comportant des pistes conductrices 16 (illustrée à la figure 4) reliées à des bornes d'alimentation en courant 18 et au contact de laquelle sont disposés des moyens 20 de dissipation de la chaleur dégagée par la matrice de diodes. Selon l'invention et comme illustré à la figure 2, ces moyens de 25 dissipation de chaleur comportent une plaque métallique de jonction 22 dont une face externe 22A est en contact avec la plaque support et une face interne 22B supporte une mousse métallique alvéolaire 24 contenue dans un boitier 26 ayant la forme d'une cuve cloisonnée, étanche à un fluide de refroidissement et dont la plaque métallique de jonction 22 30 constitue le couvercle. 303 1 569 5 Le cloisonnement de la cuve qui sépare la mousse alvéolaire en deux parties identiques indépendantes est assurée par un séparateur 28 (voir la figure 3) avantageusement fixé dans la plaque métallique de jonction 22 (toutefois un séparateur formant partie intégrante de la cuve 5 est aussi envisageable) et comportant une découpe 28A pour le passage du fluide de refroidissement, de sorte à définir un sens de circulation pour ce fluide avec une zone d'amenée depuis un orifice d'entrée 26A et une zone de reflux vers un orifice de sortie 26B, ces orifices d'entrée et de sortie, de préférence de même diamètre, traversant le boîtier 26 étant prévus pour recevoir des raccords 30A, 30B (voir la figure 5) nécessaires pour respectivement injecter et évacuer le liquide de refroidissement depuis et vers un réservoir de liquide (non représenté) via des conduites d'acheminement appropriées (également non représentée). L'étanchéité entre la cuve cloisonnée 26 et la plaque métallique de 15 jonction 22 illustrée à la figure 4 est assurée par au moins un joint annulaire 32 disposé dans une rainure 26C du boitier 26. Toutefois, de préférence, cette étanchéité est assurée par deux joints annulaires 32, 34 disposés dans deux rainures concentriques 26C, 26D. La fixation de l'ensemble cuve/plaque est quant à elle obtenue par une pluralité de vis 20 36 disposées régulièrement à l'extérieur des rainures. Afin de garantir que le boîtier ne soit jamais à une pression de fluide supérieure à 50KPa (0,5 bar - pression en deçà de laquelle, compte tenu de l'absence de risques de fuite significatifs, des dispositifs de sécurité spécifiques ne sont pas règlementairement obligatoires) à la 25 pression de service, la mousse métallique alvéolaire 24 comporte plusieurs trous calibrés percés selon deux directions perpendiculaires, de sorte à former quatre trous dans chaque alvéole de la mousse métallique. De préférence et comme le montre la figure 2, ces deux directions perpendiculaires sont respectivement inclinées d'environ 30° à 60° 30 (typiquement 45°) et 120° à 150° (typiquement 135°) par rapport à la 3031569 6 direction d'injection ou de retour du fluide de refroidissement définie comme référence à 0°. On notera que dans l'exemple illustré, la mousse métallique alvéolaire 24 comporte deux niveaux superposés d'alvéoles et chacune 5 d'entre elles est pourvue d'un trou supplémentaire 24A à son sommet pour une communication du fluide entre ces deux niveaux d'alvéoles. Pour garantir un éclairage ayant une luminosité toujours identique, notamment après des durées de fonctionnement importantes, il est nécessaire de maintenir la matrice de diodes 12 à une température constante autour de 20 à 30°C (soit plus ou moins 5°C par rapport à une température de référence de typiquement 25°C) et de contrôler cette température. Aussi, la plaque support 14 comporte à sa périphérie un orifice borgne 14A pour recevoir un capteur de température destiné à être relié à une unité de commande assurant l'injection du fluide de refroidissement dans le boitier 26. L'injection du fluide de refroidissement, avantageusement de l'eau en phase liquide ou un mélange eau-glycol, est effectuée à débit constant de préférence à une température comprise entre 15 à 25°C et, pour maintenir la matrice de diodes à la température souhaitée précitée, le retour de ce fluide de refroidissement après son passage au travers de la mousse métallique alvéolaire 24 et l'échange thermique avec la plaque support de cette matrice à diodes s'effectue alors à une température comprise entre 35 et 45°C. Avantageusement, l'inclinaison des directions de perçage des trous calibrés de la mousse alvéolaire par rapport à l'injection du fluide de refroidissement permet par les chocs créés contre les alvéoles de donner à ce fluide un effet tourbillonnaire et ainsi de maximiser les échanges thermiques. En effet, en entrant en « émulsion », le fluide de refroidissement capte au mieux la chaleur dégagée et cela sur toute la surface de la matrice de diodes. 3031569 7 Ainsi, l'invention propose un module d'éclairage à diodes de réalisation simple, particulièrement efficace d'un point de vue thermique du fait de la proximité du fluide de refroidissement avec la matrice de diodes et qui permet une optimisation de la dissipation de la chaleur s dégagée par cette matrice de diodes de façon régulière et homogène. REVENDICATIONS1. Module d'éclairage à diodes (10) comportant une matrice de diodes (12) montée sur une plaque support (14) et des moyens de 5 dissipation de la chaleur dégagée par ladite matrice de diodes, caractérisé en ce que lesdits moyens de dissipation de chaleur comportent : - une plaque métallique (22) dont une face externe (22A) est en contact avec ladite plaque support et une face interne (22B) supporte une mousse métallique alvéolaire (24), 10 - un boitier formant cuve (26) rempli par ladite mousse métallique alvéolaire et dont ladite plaque métallique constitue le couvercle, ledit boîtier comportant : - un orifice d'entrée (26A) traversant ledit boitier pour recevoir un fluide de refroidissement, 15 - un orifice de sortie (26B) pour évacuer ledit fluide de refroidissement, et - un séparateur (28) définissant dans ladite mousse métallique alvéolaire deux zones séparées de circulation pour ledit fluide de refroidissement, une zone d'amenée dudit fluide de refroidissement depuis 20 ledit orifice d'entrée et une zone de reflux dudit fluide de refroidissement vers ledit orifice de sortie, le passage de l'une à l'autre zone s'effectuant au niveau d'une découpe (28A) dudit séparateur. 2. Module d'éclairage selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites diodes sont des diodes électroluminescentes ou des diodes lasers. 25 3. Module d'éclairage selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que ladite mousse métallique alvéolaire comporte une pluralité de trous calibrés (24A) de façon à garantir une pression dans ledit boîtier inférieure à 50KPa à là pression de service. 4. Module d'éclairage selon la revendication 3, caractérisé en ce que 30 lesdits trous calibrés sont percés selon deux directions perpendiculaires 3031569 9 inclinées respectivement d'environ 45° et 135° par rapport à une direction d'injection ou de retour du fluide de refroidissement. 5. Module d'éclairage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit séparateur forme partie intégrante dudit boitier. 6. Module d'éclairage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit boitier comporte au moins une rainure (26C) pour recevoir un joint annulaire (32) assurant l'étanchéité avec ladite plaque métallique. 7. Module d'éclairage selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit boitier comporte deux rainures concentriques (26C, 26D), chacune io recevant un joint annulaire (32, 34) assurant l'étanchéité avec ladite plaque métallique. 8. Module d'éclairage selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisé en ce que ladite plaque support est fixée au dit boitier par une pluralité de vis (36) disposées régulièrement à l'extérieur de ladite au 15 moins une rainure. 9. Module d'éclairage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite plaque support comporte un orifice borgne (14A) apte à recevoir un capteur de température. 10. Module d'éclairage selon l'une quelconque des revendications 1 20 à 9, caractérisé en ce que ledit fluide de refroidissement est de l'eau en phase liquide ou un mélange eau plus glycol.