Brevet FR3038705A1 — publié le 20170113

PROCÉDÉ ET DISPOSITIF D'ÉCHANGE THERMIQUE À POMPE À ENGRENAGE À ROULEMENTS LUBRIFIÉS EXCLUSIVEMENT PAR LE FLUIDE CALOPORTEUR L'invention concerne un procédé et un dispositif d'échange 5 thermique, notamment du type monophasique ou diphasique, comprenant au moins une pompe à engrenage. FR2946100 décrit un procédé et un dispositif d'échange thermique diphasique à pompe à engrenage sur roulements à faible vitesse de rotation et jeux inférieurs au centième de millimètre. Un tel dispositif d'échange 10 thermique diphasique connu comprend un fluide caloporteur susceptible de se présenter au moins partiellement à l'état liquide et au moins partiellement à l'état vapeur, et des moyens de pompage du fluide caloporteur pour l'entraîner en déplacement dans un circuit comprenant des moyens d'échange thermique avec au moins une source froide et au moins une source chaude externes à ce circuit, ledit 15 fluide caloporteur changeant au moins partiellement d'état au contact d'au moins une partie desdits moyens d'échange thermique. Le circuit étant en général en forme de boucle (le fluide caloporteur circulant continûment dans un réseau fermé), on parle de « boucle diphasique ». Une telle boucle diphasique présente de nombreux avantages, notamment dans les applications spatiales, et plus généralement dans 20 toutes les applications où l'on recherche une grande efficacité d'échange thermique en termes de puissance transportée, de densité de puissance échangée, d'efficacité des échanges thermiques et, conjointement, une grande compacité et une masse minimum. Un tel dispositif d'échange thermique diphasique est donc en particulier utile à bord des systèmes spatiaux, et doit, à cet effet, pouvoir fonctionner dans une 25 large plage de température (pouvant être comprise entre -50°C et + 75°C), avec un débit massique de fluide caloporteur peu sensible aux variations de pression et de pertes de charges (c'est-à-dire en particulier à la différence de pression entre la sortie et l'entrée de la pompe), qui sont différentes sur Terre et dans l'espace, le dispositif devant pouvoir fonctionner dans les deux situations. 30 Les roulements à billes décrits dans ce document sont des roulements à contact oblique en « 0 » serrés axialement l'un contre l'autre avec une 3038705 2 précharge axiale entraînant une précharge radiale des roulements à rapport au flasque porte roulements et une précharge radiale des billes des roulements dans les bagues de ces derniers. Un tel montage permet notamment d'éviter toute vibration et toute détérioration lors du lancement d'un système spatial, et de guider précisément 5 les axes des roulements et de minimiser les jeux dans la chambre de pompage. Les roulements sont autolubrifiés, c'est-à-dire incorporent une poudre formant un film lubrifiant maintenu entre les billes et les bagues des roulements. Pour maintenir le film lubrifiant dans les bagues, et empêcher la diffusion intempestive du film lubrifiant à l'extérieur de ces dernières, les bagues 10 sont revêtues systématiquement soit de flasques latéraux d'étanchéité, soit d'un vernis de plus faible tension de surface (cf. par exemple Publication "Materials Engineering Branch TIP", Charles E. Vest, NASA No. 068 Anti-creep Films for Oil Lubricants, September 2002, https://code541.gsfc.nasa.gov/Uploads materials tips PDFs/TIP%20068R.pdf). 15 Cela étant, le fluide caloporteur utilisé étant de faible viscosité et parfois corrosif, le fluide caloporteur doit être choisi de façon à être compatible avec le lubrifiant, ce qui limite considérablement le choix du fluide caloporteur et celui du lubrifiant. En effet, bien que les roulements lubrifiés soient nécessairement fermés par des flasques étanches et/ou enduits de vernis au niveau des bagues (pour empêcher le 20 lubrifiant de se mélanger avec le fluide caloporteur, de le polluer et de devenir moins efficace d'un point de vue tribologique ou d'être totalement emporté par celui-ci, malgré la basse vitesse de rotation), le fluide caloporteur réussit toujours à s'insinuer dans le roulement lorsque l'étanchéité des flasques diminue sous la pression du fluide caloporteur et/ou en fonction de leur usure. De même, si les 25 flasques étanches sont remplacés par un vernis déposé sur les faces extérieures des bagues (comme dans certains mécanismes embarqués à bord de systèmes spatiaux, ce vernis ayant alors pour fonction d'empêcher autant que possible la perte du film lubrifiant, notamment en microgravité), compte tenu du brassage du fluide caloporteur dans les roulements, malgré la faible vitesse de rotation, ce vernis 30 n'empêche pas le contact du fluide caloporteur avec les billes. 3038705 3 Le problème qui se pose alors est celui de la durée de vie d'un tel dispositif, qui doit pouvoir être garantie sur de nombreuses années, en particulier dans les applications à bord de systèmes spatiaux, dans toute la gamme de fonctionnement de la boucle d'échange thermique, et en particulier dans toute la gamme de débit, et donc de vitesse de rotation, de la pompe à engrenage. Or, malgré la faible vitesse de rotation, il s'avère que le lubrifiant des roulements est sujet à des phénomènes d'usure et peut même, comme on l'a vu, progressivement disparaître en microgravité et contaminer le fluide caloporteur et la boucle d'échange thermique, malgré la présence de flasques d'étanchéité, dont l'étanchéité est sujette à des usures empêchant la certification d'une grande durée de vie, ou du vernis d'étanchéité, dont la pose est délicate et coûteuse, et qui n'est pas toujours suffisant pour empêcher toute pénétration du fluide caloporteur corrosif et de faible viscosité dans les bagues des roulements. En outre, dans ce dispositif connu, la faible vitesse de rotation imposée à la pompe limite, à poids égal, les performances, notamment en termes de débit massique, de la boucle d'échange thermique. En conséquence, l'invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un procédé et un dispositif d'échange thermique dont la durée de vie peut être garantie de façon plus fiable. Elle vise en particulier à proposer un procédé et un dispositif d'échange thermique ayant un rapport débit massique/poids total plus important. Elle vise également à proposer un procédé et un dispositif d'échange thermique plus particulièrement adapté aux applications dans les systèmes spatiaux (sondes spatiales, satellites artificiels de la Terre de toutes dimensions et applications, station spatiale...). Pour ce faire, l'invention concerne un procédé d'échange thermique -notamment à bord d'un système spatial- dans lequel : - un fluide caloporteur est entraîné par pompage en déplacement dans un circuit comprenant des moyens d'échange thermique avec au 30 moins une source froide et avec au moins une source chaude externes au circuit, 3038705 4 - le fluide caloporteur est entraîné par au moins une pompe à engrenage comportant : o un carter, o au moins deux roues dentées en coopération d'engrènement 5 l'une avec l'autre, o chaque roue dentée étant montée solidaire d'un arbre guidé en rotation et aligné par rapport au carter par des roulements, caractérisé en ce que : - le fluide caloporteur est choisi de façon à être apte à 10 lubrifier les roulements, - lesdits roulements sont perméables au fluide caloporteur, sont exempts de tout lubrifiant autre que le fluide caloporteur et lubrifiés exclusivement par le fluide caloporteur. Les roulements sont perméables au fluide caloporteur par le 15 fait qu'ils présentent des bagues internes et externes écartées les unes des autres avec un espace ouvert entre elles, sans flasque d'étanchéité, permettant le passage du fluide caloporteur. En contradiction totale avec tous les enseignements antérieurs en la matière, les inventeurs ont maintenant constaté avec surprise qu'il est en réalité possible, souhaitable et avantageux de ne pas utiliser des roulements autolubrifiés à 20 sec, dont le lubrifiant peut être dénaturé et/ou polluer le fluide caloporteur, mais au contraire de lubrifier les roulements exclusivement par le fluide caloporteur lui-même qui, grâce à sa faible viscosité, pénètre de façon appropriée entre et dans les bagues, les billes (ou autres organes roulants) et les cages des roulements, et présente en réalité des propriétés satisfaisantes de lubrification. Ainsi lesdits 25 roulements sont exempts de tout lubrifiant autre que le fluide caloporteur. En particulier, lesdits roulements comportent des bagues logeant des organes roulants (tels que billes, rouleaux, aiguilles...), et ces bagues sont perméables au fluide caloporteur de façon à laisser passer ce dernier à l'intérieur des bagues des roulements au contact des organes roulants. Avantageusement et selon l'invention, chaque roulement comprenant une bague interne et une bague externe présentant chacune des flancs latéraux entre lesquels 3038705 5 les organes roulants sont logés, un espace radial libre est ménagé entre les flancs latéraux de la bague interne et de la bague externe pour le passage du fluide caloporteur. Avantageusement et selon l'invention le fluide caloporteur est 5 choisi dans le groupe des fluides caloporteurs contenant plus de 30% d'au moins un composé de transfert de chaleur choisi dans le groupe formé de l'eau, de l'ammoniac, des hydrocarbures, et des hydrocarbures halogénés. En particulier, avantageusement et selon l'invention, le fluide caloporteur est choisi dans le groupe des fluides caloporteurs contenant plus de 30% d'au moins un composé de transfert 10 de chaleur choisi dans le groupe formé de l'ammoniac, de l'eau, du R134a (1,1,1,2- tétrafluoroéthane), du R152a (1,1-difluoroéthane), du R1234ze (1,3 ,3 ,3 - tétrafluoropropène), des polyéthers perfluorés (tels que le Galden® HT 80), de l'azote, de l'hélium, de l'éthane, du méthane, du propène, et de leurs mélanges. Dans certains modes de réalisation, le procédé d'échange 15 thermique est un procédé monophasique, le fluide caloporteur étant un liquide monophasique, c'est-à-dire choisi pour rester liquide dans toute la boucle d'échange thermique, pour toute la gamme de température d'utilisation choisie. Le fluide caloporteur monophasique liquide peut être choisi notamment dans le groupe formé de l'ammoniac liquide, de l'eau liquide, du R134a (1,1,1,2-tétrafluoroéthane), du 20 R152a (1,1 -difluoroéthane), du R1234ze (1,3 ,3 ,3-tétrafluoropropène), des polyéthers perfluorés (tels que le Galden® HT 80), de l'azote liquide, de l'hélium liquide, de l'éthane liquide, du méthane liquide, du propène liquide et de leurs mélanges. Dans d'autres modes de réalisation, avantageusement et selon 25 l'invention : - le fluide caloporteur est choisi dans le groupe des fluides susceptible de se présenter au moins partiellement à l'état liquide et au moins partiellement à l'état vapeur, - le fluide caloporteur changeant au moins partiellement 30 d'état au contact desdits moyens d'échange thermique. 3038705 6 Avantageusement, le fluide caloporteur diphasique peut être choisi dans le groupe formé de l'ammoniac, de l'eau, du R134a (1,1,1,2- tétrafluoroéthane), du R152a (1,1-difluoroéthane), du R1234ze (1,3 ,3 ,3 - tétrafluoropropène), des polyéthers perfluorés (tels que le Galden® HT 80), de 5 l'azote, de l'hélium, de l'éthane, du méthane et du propène. En outre, avantageusement et selon l'invention, le fluide caloporteur est choisi avec une viscosité inférieure ou égale à celle de l'eau. Selon l'invention, le fluide caloporteur doit être choisi de façon à pouvoir lubrifier les roulements. En particulier il doit être compatible avec 10 les matériaux constitutifs des roulements. Néanmoins avantageusement et selon l'invention, le fluide caloporteur est exempt de toute huile (ou autre agent) de lubrification. Contre toute attente, alors que l'ammoniac liquide n'est pas considéré comme possédant de bonnes propriétés de lubrification dynamique, de 15 bons résultats ont été obtenus avec un fluide caloporteur constitué d'ammoniac, à l'état liquide dans la pompe, et avec des roulements comprenant des organes roulants en céramique. Avantageusement et selon l'invention le fluide caloporteur est choisi dans le groupe des fluides caloporteurs contenant plus de 30% d'au moins un 20 composé de transfert de chaleur choisi dans le groupe formé du 1,1,1,2- tétrafluoroéthane, du 1,1-difluoroéthane, du 1,3,3,3-tétrafluoropropène et de leurs mélanges. Dans tout le texte, les proportions indiquées sont des proportions en masse. Selon des modes de réalisation particuliers, le fluide 25 caloporteur selon l'invention est avantageusement choisi dans le groupe constitué des compositions binaires (consistant en deux composés de transfert de chaleur), des compositions ternaires (consistant en trois composés de transfert de chaleur), et de composition quaternaires (consistant en quatre composés de transfert de chaleur). Par ailleurs, un des effets inattendus de l'invention consiste à 30 permettre d'augmenter significativement la vitesse de rotation de la pompe à engrenage, ainsi que les jeux internes à la pompe, sans affecter la durée de vie ni les 3038705 7 performances de la pompe. En effet, il s'avère qu'une augmentation de la vitesse de rotation améliore en réalité l'effet de lubrification par le fluide caloporteur, dont la circulation au sein même des roulements a par ailleurs pour fonction d'améliorer l'homogénéité thermique et notamment d'éviter l'échauffement, et donc l'usure ou 5 les phénomènes de microsoudures intempestives dans les roulements. Une augmentation de la vitesse de rotation permet aussi d'améliorer le rendement de pompage et, pour un même débit massique, de diminuer l'encombrement de la pompe. Ainsi, avantageusement et selon l'invention, au moins l'un des 10 arbres des roues dentées est accouplé à un moteur d'entraînement adapté pour pouvoir entraîner ce dernier en rotation à une vitesse supérieure à 250tr/min. Dans certains modes de réalisation, avantageusement et selon l'invention au moins un moteur d'entraînement est choisi pour pouvoir entraîner au moins l'un des arbres des roues dentées en rotation à une vitesse comprise entre 15 260tr/min et 5000tr/min -notamment entre 300tr/min et 2000tr/min- par exemple de l'ordre de 600tr/min. L'invention s'étend également à un dispositif d'échange thermique permettant la mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention. Elle concerne donc également un dispositif d'échange thermique comprenant : 20 - un fluide caloporteur, - un circuit comprenant des moyens d'échange thermique dudit fluide caloporteur avec au moins une source froide et avec au moins une source chaude externes au circuit, - au moins une pompe à engrenage d'entraînement du fluide 25 caloporteur dans ledit circuit comportant : o un carter, o au moins deux roues dentées -notamment deux pignons à dentures externes- en coopération d'engrènement l'une avec l'autre, o chaque roue dentée étant montée solidaire d'un arbre guidé en 30 rotation et aligné par rapport au carter par des roulements, caractérisé en ce que : 3038705 8 - le fluide caloporteur est adapté pour lubrifier les roulements, - lesdits roulements sont perméables au fluide caloporteur, sont exempts de tout lubrifiant autre que le fluide caloporteur et lubrifiés exclusivement par le fluide caloporteur. 5 Un dispositif selon l'invention est aussi caractérisé avantageusement par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus en relation au procédé selon l'invention. En outre, avantageusement et selon l'invention au moins l'un des arbres des roues dentées est accouplé à un moteur d'entraînement adapté pour 10 pouvoir entraîner ce dernier en rotation à une vitesse supérieure à 250tr/min, en particulier inférieure à 5000tr/min -notamment comprise entre 300tr/min et 2000tr/min-, par exemple de l'ordre de 600tr/min. Par ailleurs, dans certains modes de réalisation, un dispositif selon l'invention est aussi avantageusement caractérisé en ce que la pompe à 15 engrenage comportant dans le carter, une chambre de pompage et de circulation du fluide caloporteur, cette chambre étant délimitée par des parois internes, contenant les roues dentées, et comprenant au moins une entrée d'admission du fluide caloporteur d'un côté de l'engrènement des roues dentées et au moins une sortie de refoulement du fluide caloporteur de l'autre côté de l'engrènement des roues 20 dentées, des jeux sont ménagés radialement et axialement entre les parois internes de ladite chambre et les roues dentées, ces jeux étant tous supérieurs au centième de millimètre et inférieurs au millimètre et, en fonctionnement, remplis de fluide caloporteur. Également, dans certains modes de réalisation, 25 avantageusement et selon l'invention les roues dentées de la pompe à engrenage sont à dentures droites externes sans déport et les arbres des roues dentées sont parallèles l'un à l'autre. L'invention s'étend également à un procédé d'échange thermique mis en oeuvre dans un dispositif selon l'invention. 30 L'invention s'étend également à un système spatial comprenant au moins un dispositif d'échange thermique selon l'invention. Elle 3038705 9 s'étend donc également à un système spatial dans lequel un procédé d'échange thermique selon l'invention est mis en oeuvre. L'invention concerne également un procédé d'échange thermique, un dispositif d'échange thermique et un système spatial caractérisés en 5 combinaison par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée à titre non limitatif et qui se réfère aux figures annexées dans lesquelles : 10 - la figure 1 est un schéma d'un exemple de dispositif d'échange thermique selon l'invention, - la figure 2 est une vue schématique en perspective éclatée d'une pompe à engrenage d'un dispositif selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 est une vue schématique en perspective de la 15 pompe de la figure 2 sous un autre angle de vue, - la figure 4 est une vue schématique en coupe par un plan passant par les axes de rotation des pignons de la pompe de la figure 2, - la figure 5 est une vue schématique en coupe selon la ligne V-V de la figure 4, 20 - la figure 6 est une vue schématique en coupe d'un détail selon la ligne VI-VI de la figure 5, - la figure 7 est une vue schématique en coupe d'un détail 5 selon la ligne VII-VII de la figure 5. Le dispositif d'échange thermique selon l'invention représenté 25 figure 1 comprend une boucle 10 d'échange thermique dans laquelle circule un fluide caloporteur diphasique. De tels fluides caloporteurs diphasiques susceptibles de se présenter au moins partiellement à l'état liquide et au moins partiellement l'état vapeur, présentent pour la plupart une viscosité très faible, inférieure à celle de l'eau. 30 Avantageusement et selon l'invention, le fluide caloporteur est choisi dans le groupe des fluides caloporteurs contenant plus de 30 % d'au moins un 3038705 10 composé de transfert de chaleur choisi dans le groupe formé de l'eau, de l'ammoniac, des hydrocarbures et des hydrocarbures halogénés (halogénures d'alkyle). Plus particulièrement fluide caloporteur comprend au moins un composé de transfert de chaleur choisi parmi les hydrocarbures, les hydrofluorocarbures, les 5 éthers, les hydrofluoroéthers et les fluorooléfines. Selon des modes de réalisation particuliers, le fluide caloporteur selon l'invention est avantageusement choisi dans le groupe constitué des compositions comprenant un unique composé de transfert de chaleur, des compositions binaires (consistant en deux composés de transfert de chaleur), des 10 compositions ternaires (consistant en trois composés de transfert de chaleur), et de composition quaternaires (consistant en quatre composés de transfert de chaleur). En particulier, au moins un composé de transfert de chaleur du fluide caloporteur peut être choisi parmi les fluides frigorigènes dont une classification est donnée par exemple par la publication « Classification des fluides 15 frigorigènes », Institut International du Froid, Paris, France http://wwwlifiir.org/userfiles/file/webfiles/summaries/Refrigerant classification F R.pd f. Selon un mode de réalisation particulier, le fluide caloporteur est exempt de toute huile de lubrification. 20 Selon un mode de réalisation, le fluide caloporteur comprend en outre : un ou plusieurs additifs choisis parmi les stabilisants, les tensioactifs, les agents traceurs, les agents fluorescents, les agents odorants, les agents de solubilisation et leurs mélanges ; de préférence un ou plusieurs additifs choisis parmi les stabilisants, les tensioactifs, les agents traceurs, les agents fluorescents, les 25 agents odorants, les agents de solubilisation et leurs mélanges. Le ou les stabilisants, lorsqu'ils sont présents, représentent de préférence au plus 5 % en masse dans la composition de transfert de chaleur. Parmi les stabilisants, on peut citer notamment le nitrométhane, l'acide ascorbique, l'acide téréphtalique, les azoles tels que le tolutriazole ou le benzotriazole, les composés 30 phénoliques tels que le tocophérol, l'hydroquinone, le t-butyl hydroquinone, le 2,6- di-ter-buty1-4-méthylphénol, l'acide 3-(3,5-diter-buty1-4- 3038705 11 hydroxyphényl)propionique, les époxydes (alkyl éventuellement fluoré ou perfluoré ou alkényl ou aromatique) tels que les n-butylglycidyl éther, hexanedioldiglycidyl éther, allylglycidyl éther, butylphénylglycidyl éther, les phosphites, les phosphates tels que les tricrésyl phosphates, les thiols et les lactones. 5 À titre d'agents traceurs (susceptibles d'être détectés) on peut citer les hydrofluorocarbures deutérés ou non, les hydrocarbures deutérés, les perfluorocarbures, les fluoroéthers, les composés bromés, les composés iodés, les alcools, les aldéhydes, les cétones, le protoxyde d'azote et les combinaisons de ceux-ci. L'agent traceur est différent du ou des composés de transfert de chaleur 10 composant le fluide de transfert de chaleur. À titre d'agents de solubilisation, on peut citer les hydrocarbures, le diméthyléther, les polyoxyalkylène éthers, les amides, les cétones, les nitriles, les chlorocarbures, les esters, les lactones, les aryl éthers, les fluoroéthers et les 1 ,1 ,1 -trifluoroalcanes. L'agent de solubilisation est différent du 15 ou des composés de transfert de chaleur composant le fluide de transfert de chaleur. À titre d'agents fluorescents, on peut citer les naphthalimides, les perylènes, les coumarines, les anthracènes, les phénanthracènes, les xanthènes, les thioxanthènes, les naphthoxanhtènes, les fluorescéines et les dérivés et combinaisons de ceux-ci. 20 À titre d'agents odorants, on peut citer les alkylacrylates, les allylacrylates, les acides acryliques, les acrylesters, les alkyléthers, les alkylesters, les alcynes, les aldéhydes, les thiols, les thioéthers, les disulfures, les allylisothiocyanates, les acides alcanoïques, les aminés, les norbornènes, les dérivés de norbornènes, le cyclohexène, les composés aromatiques hétérocycliques, 25 l'ascaridole, l'o-méthoxy(méthyl)-phénol et les combinaisons de ceux-ci. Le fluide caloporteur selon l'invention peut aussi comporter, voire consister en, au moins l'un des composés de transfert de chaleur suivants : - l'ammoniac, - l' eau, 30 - le 1,1,1,2-tétrafluoroéthane (R134a), - le 1,1-difluoroéthane (R152a), 3038705 12 - le 1,3,3,3-tétrafluoropropène (R1234ze), - un polyéther perfluoré tel que le Galden® HT 80 - l'azote, - l'hélium, 5 - l'éthane, - le méthane, - le propène. Le fluide caloporteur est délivré à partir d'un réservoir 11 diphasique dont la sortie 12 est reliée à une conduite 13 connectée à une pompe 14 à 10 engrenage selon l'invention. Dans cette conduite 13, le fluide caloporteur est principalement liquide, normalement sensiblement monophasique 20 (c'est-à-dire uniquement liquide). Il est cependant possible que le fluide dans la conduite 13 soit au moins pour partie vapeur, et c'est un avantage de l'invention que de permettre le fonctionnement de la boucle diphasique et le pompage du fluide d'échange 15 thermique, même dans le cas où celui-ci est partiellement vapeur dans la conduite 13. La pompe 14 délivre le fluide à l'état liquide sous pression à un groupe 15 échangeur évaporateur adapté pour recueillir la puissance thermique (calories) dégagée par des composants exothermiques 16 (par exemple des circuits 20 électroniques d'un système spatial). À la sortie du groupe 15 évaporateur, le fluide est amené à l'état 30 diphasique liquide/gaz, (la proportion de fluide l'état vapeur dépendant de la 9 puissance absorbée dans le groupe 15 évaporateur), dans une conduite 17 reliée à un groupe 18 échangeur condenseur fournissant le fluide à l'état liquide dans la 25 conduite 13 à l'amont de la sortie 12 du réservoir 11, après avoir extrait la puissance thermique du fluide à l'état diphasique vers une source froide 19 (par exemple l'environnement extérieur). La pompe 14 est entraînée par un moteur 20 quelconque, de préférence un moteur électrique synchrone sans balai, par exemple via un 30 accouplement étanche magnétique 21 ou un moteur à rotor immergé dans une cloche étanche. 3038705 13 Les figures 2 à 6 représentent un exemple de réalisation d'une pompe 14 pouvant être utilisée dans un dispositif selon l'invention. Cette pompe 14 comprend un carter 22 périphérique étanche formé d'un boîtier parallélépipédique 22a dont les dimensions sont adaptées pour contenir les différents éléments 5 constitutifs de la pompe, ce boîtier étant refermé par un flasque formant couvercle 22b serré sur le boîtier par des vis ou boulons 23. Le couvercle 23 présente un orifice 24 d'admission en fluide, et un orifice 25 de refoulement du fluide sous pression. Ces orifices 24, 25 communiquent à travers le couvercle 22b avec l'intérieur du carter 22. 10 À l'intérieur du carter 22, une chambre 26 de pompage et de circulation du fluide caloporteur est ménagée entre deux flasques parallèles 27, 28 20 séparés par un flasque 29 entretoise. Ces trois flasques 27, 28, 29 sont serrés les uns contre les autres par des vis ou boulons (non représentés), et l'ensemble formé par ces trois flasques 27, 28, 29 est lui-même fixé rigidement sur la face interne du 15 couvercle 22b par des vis ou boulons (non représentés). Les flasques 27, 28, 29 sont logés dans le carter 22, mais présentent une dimension légèrement inférieure à l'enceinte interne 25 définie dans le carter 22, de façon à ménager un espace 42 de refoulement permettant la circulation du fluide du côté refoulement comme décrit ci-après. 20 Les flasques 27, 28, 29 sont évidés de façon à délimiter, avec les dentures externes de deux pignons 30, 31, la chambre 26 de pompage et de circulation, cette dernière présentant des dimensions et une forme apte à loger les 30 deux pignons 30, 31 à dentures droites externes en coopération d'engrènement l'un avec l'autre sans déport. Chaque pignon 30, 31 est monté solidaire d'un arbre 32, 25 respectivement 33, guidé en rotation et aligné par rapport au carter par des roulements 34, respectivement 35. Les arbres 32, 33 des pignons sont parallèles l'un à l'autre, et l'un 32 au moins des arbres, dit arbre 32 menant, s'étend vers et dans le couvercle 22b de façon à présenter une extrémité portant une série d'aimants 50 permanents 30 internes adaptés pour former l'accouplement magnétique 21 permettant l'accouplement de cet arbre 32 menant à l'arbre du moteur 20, et donc l'entraînement 3038705 14 par ce dernier de l'arbre 32 menant et du pignon 30, dit pignon 30 menant. Comme on le voit figure 4, les aimants 50 internes de l'extrémité de l'arbre 32 menant sont logés dans une cavité 51 du couvercle 22b délimitée par une paroi 52 formant une protubérance s'étendant vers l'extérieur de ce dernier de façon à pouvoir être 5 chapeautée par une cloche 53 portant également des aimants 54 permanents externes adaptés pour pouvoir coopérer magnétiquement à travers la paroi 52 avec les aimants 50 internes, constituant ainsi l'accouplement magnétique 21. Lorsque la cloche 53 est entraînée en rotation, elle entraîne elle-même en rotation les aimants 50 internes, et donc l'arbre 32 menant. Cette cloche 53 est adaptée pour recevoir 10 l'extrémité de l'arbre du moteur 20 et être solidaire en rotation de ce dernier. L'autre pignon 31, dit pignon 31 mené, ainsi que son arbre 33, 20 dit arbre 33 mené, sont entraînés en rotation par le pignon 30 menant du fait de la coopération d'engrènement des pignons 30, 31. La chambre 26 de pompage et de circulation comprend un 15 premier lobe 36 de forme générale cylindrique de révolution autour de l'axe de l'arbre 32 menant, ce premier lobe 36 étant adapté pour loger au plus près, avec le minimum 25 de jeux radiaux et axiaux, le pignon 30 menant. De même, la chambre 26 de pompage de circulation comprend un deuxième lobe 37 de forme générale cylindrique de révolution autour de l'axe de l'arbre 33 mené, ce deuxième lobe 37 20 étant adapté pour loger au plus près, avec le minimum de jeux radiaux et axiaux, le pignon 31 mené. La chambre 26 de pompage et de circulation comprend 30 également, entre les deux lobes 36, 37, d'une part une chambre 38 d'admission située d'un premier côté de l'engrènement des pignons, d'autre part une chambre 39 25 de refoulement située de l'autre côté de l'engrènement des pignons. La chambre 38 d'admission est en communication avec l'orifice 24 d'admission. La chambre 39 de refoulement est en communication avec l'orifice 25 de refoulement. Pour ce faire, le flasque 29 entretoise et/ou le flasque 27, dit flasque 27 porte roulements, interposé entre le flasque 29 entretoise et le couvercle 22b présentent des lumières 30 traversantes. 3038705 15 Dans le mode de réalisation représenté, le flasque 29 entretoise présente une lumière 43 de refoulement s'étendant latéralement (selon une direction orthogonale à l'axe des arbres 32, 33 des pignons) à partir de la chambre 39 de refoulement jusqu'à déboucher au niveau du chant 44 périphérique extérieur 5 du flasque 29 entretoise de sorte que le fluide pressurisé s'échappant par cette lumière 43 de refoulement s'écoule dans l'espace 42 de refoulement s'étendant entre les flasques 27, 28, 29 et la paroi interne du carter 22, jusqu'à l'orifice 25 de refoulement qui est en communication avec cet espace 42 de refoulement. Le flasque 29 entretoise présente également une lumière 40 d'admission s'étendant 10 latéralement (selon une direction orthogonale à l'axe des arbres 32, 33 des pignons) à partir de la chambre 38 d'admission et jusqu'à une lumière 41 de connexion ménagée dans le flasque 29 entretoise et débouchant sur la face du flasque 29 entretoise en contact avec le flasque 27 porte roulements, cette lumière 41 de connexion recevant de façon étanche l'extrémité 45 d'un tube 46 d'admission 15 traversant une lumière de passage 47 du flasque 27 porte roulements et le couvercle 22b pour former l'orifice 24 d'admission (figure 7). Chacun des arbres 32, 33 des pignons 30, 31 s'étend axialement d'un côté seulement du pignon 30, 31 et est guidé par rapport au carter 22 en porte-à- faux uniquement par des roulements 34, 35 coopérant uniquement 20 avec le flasque 27 porte roulements du carter 22 (figures 4 et 6). Pour assurer l'alignement, chaque arbre 32, 33 de pignon est guidé par rapport au carter 22 par deux roulements à billes 34a, 34b, respectivement 35a, 35b qui se jouxtent axialement, à savoir un roulement proximal 34a, 35a qui est axialement le plus proche du pignon 30, 31, et un roulement distal 34b, 35b qui est 25 axialement le plus éloigné du pignon 30, 31. Chaque roulement présente une bague intérieure 63a, 63b, 64a, 64b, une bague extérieure 69a, 69b, 70a, 70b, et des billes 71a, 71b, 72a, 72b. Chaque bague intérieure et chaque bague extérieure sont écartées l'une de l'autre, l'espace entre elles étant laissé libre, sans flasque latéral, de façon à laisser passer le fluide caloporteur entre elles, à l'intérieur du roulement. 30 En outre, les deux roulements à billes à contact oblique 34a, 34b, respectivement 35a, 35b de chaque arbre 32, 33 de pignon sont montés selon 3038705 16 un montage dit à contact oblique en « 0 » (ou « dos à dos »), serrés axialement l'un contre l'autre avec une précharge axiale dite solide (par rattrapage de jeux et serrage en compression axiale des pièces en contact, sans organe élastique en flexion tel qu'une rondelle Belleville) entraînant une précharge radiale des roulements à 5 rapport au flasque 27 porte roulements et une précharge radiale des billes des roulements dans les bagues de ces derniers. Pour ce faire, l'arbre 32, 33 de pignon présente un alésage 55, 56 traversant axial à travers lequel est passée la tige 57, 58 d'un boulon 59, 60 présentant une tête ou écrou 61, 62 en appui sur la bague intérieure 63b, 64b du 10 roulement 34b, 35b distal, et, à son autre extrémité axiale, une tête ou écrou 65, 66 en appui sur la face 67, 68 radiale externe du pignon 30, 31 s'étendant à l'opposé de l'arbre 32, 33. La bague intérieure 63b, 64b du roulement 34b, 35b distal s'étend axialement au-delà de l'extrémité de l'arbre 32, 33, de telle sorte que le serrage du boulon 59, 60 entraîne une contrainte axiale de serrage des bagues intérieures 63a, 15 63b annulant le jeu entre les bagues intérieures et déterminant la précharge voulue, et, respectivement, 64a, 64b des deux roulements qui se jouxtent l'une contre l'autre. Ainsi, les directions des efforts de contact entre les billes et les pistes des bagues intérieures et extérieures sont obliques et dessinent sensiblement un O. Un tel montage en « O » assure une très grande stabilité axiale sans basculement. 20 Une entretoise 73, 74 de calage est interposée entre la bague intérieure 63a, 64a du roulement proximal 34a, 35a et un épaulement 75, 76 radial du pignon 30, 31 de façon à déterminer (selon la largeur de l'entretoise 73 , 74) la position axiale du pignon 30, 31. Les bagues extérieures 69a, 69b, 70a, 70b des roulements sont 25 30 fixées sur le flasque 27 porte roulements et serrées les unes contre les autres axialement. Pour ce faire, le flasque 27 porte roulements présente un épaulement 77, 78 recevant la bague extérieure 69a, 70a du roulement proximal, et une bague 79, 80 de serrage est appliquée à l'opposé contre la bague extérieure 69b, 70b du roulement distal, et cette bague 79, 80 de serrage est serrée axialement contre le 30 flasque 27 porte roulements par des vis 81, 82. 3038705 17 Il résulte de ce montage que les roulements sont parfaitement fixés, sans jeu, sur le flasque 27 porte roulements, qu'ils sont parfaitement alignés selon l'axe de l'arbre 32, 33, que chaque arbre 32, 33 de pignon est lui-même parfaitement positionné et aligné par rapport au flasque 27 porte roulements, et que 5 les jeux de fonctionnement dans les roulements sont annulés. Un tel montage en « 0 » sans jeu permet d'augmenter la rigidité au basculement de chaque axe et présente non seulement l'avantage d'éviter toute vibration et toute détérioration lors du lancement d'un système spatial, mais également et surtout permet également de guider précisément les axes et de minimiser les jeux dans la chambre de pompage 10 de circulation et d'assurer le pompage d'un fluide caloporteur de faible viscosité avec une telle pompe à engrenage. Les matériaux constitutifs des roulements doivent être choisis de façon à être compatibles avec le fluide caloporteur qui sert à lubrifier ces derniers. En particulier, les billes 71 a, 71b, 72a, 72b sont formées d'un matériau 15 non métallique, notamment en céramique. En outre, les roulements présentent avantageusement des cages formées en matériaux métalliques ou plastiques ou composites. En outre, les pièces de la pompe susceptibles de venir au contact du fluide caloporteur peuvent présenter un revêtement de surface résistant à 20 la corrosion -notamment à dépôt chimique de nickel métallique-. En pratique, dans une telle pompe selon l'invention, les jeux s'étendant radialement et axialement entre les parois internes de la chambre de pompage et les pignons peuvent être tous supérieurs au centième de millimètre, par exemple compris entre un centième et cinq centième de millimètre, et, en fonctionnement, remplis de fluide caloporteur. 25 La circulation du fluide caloporteur dans la pompe est représentée schématiquement figure 4. Comme on le voit, le fluide caloporteur s'écoule dans les roulements 34, 35 et lubrifie ces derniers. La durée de vie et de fonctionnement d'une telle pompe peut être garantie sur un grand nombre d'années. 30 Par ailleurs, il existe un régime de fonctionnement d'une telle pompe dans lequel la pompe présente des performances recherchées en termes 3038705 18 d'indépendance du débit par rapport à la variation de perte de charge dans la boucle, susceptibles d'être rencontrées dans ce type de boucle diphasique et ce dans une large plage de température, et dans lequel d'autre part les fuites sont minimisées. En pratique, le moteur d'entraînement 20 peut être adapté et commandé pour entraîner 5 l'arbre 32 menant et les pignons 30, 31 en rotation à une vitesse supérieure à 250tr/min, de préférence inférieure à 5000tr/min -notamment entre 300tr/min et 2000tr/min- par exemple de l'ordre de 600tr/min. EXEMPLE 1 Des essais ont été conduits avec un banc d'essais dédié à des 10 roulements isolés de la pompe à engrenage, exempts de tout lubrifiant, et immergés dans de l'ammoniac à titre de fluide caloporteur diphasique. La vitesse de rotation des roulements pré-chargés est égale à 1800tr/min avec une température extérieure correspondant à la température ambiante. On constate après plus de deux milliard de tours de rotation et en 15 démontant les roulements que ceux-ci sont à l'état neuf. EXEMPLE 2 Des essais ont été conduits avec une boucle diphasique selon l'invention comprenant de l'ammoniac à titre de fluide caloporteur diphasique et une pompe à engrenage dont les roulements sont exempts de tout lubrifiant, les 20 caractéristiques générales de la boucle diphasique de la pompe étant les suivantes. Le volume de la boucle diphasique est de 1,54t. 512g d'ammoniac sont injectés dans cette boucle. La pompe à engrenages présente un volume de 1,8dm3 pour une masse de 4 kg. Les jeux internes dans la pompe sont de l'ordre de 2 centièmes de millimètre. Le débit volumique délivré par la pompe est 25 une fonction linéaire de sa vitesse de rotation. Elle délivre environ 3t/min pour une vitesse de rotation de 575tr/min. On fait varier la vitesse de rotation de la pompe dans la gamme de valeurs suivantes : 100 tr/min, 300 tr/min, 578 tr/min, 685 tr/min. On fait varier aussi la température externe : -20° C, 25° C, 50° C, et 75° C. On mesure la 30 variation du débit massique délivré par la pompe en fonction de l'augmentation de pression entre la sortie et l'entrée de la pompe. 3038705 19 On constate avec une vitesse de rotation à 100 tr/min que le débit massique ne peut pas dépasser 5 g/s, et que l'augmentation de pression ne peut pas dépasser 0,7 hPa. On constate par contre que pour les vitesses de rotation 5 supérieures, le débit massique augmente en fonction de la vitesse de rotation, la différence de pression pouvant être au moins égale à 1,5 hPa. Avec un débit massique de l'ordre de 25 g/s à 75° C, une diminution de débit massique de l'ordre de 13 % (de 26,21 g/s à 22,88 g/s) est constatée pour une augmentation de la différence de pression délivrée par la pompe de 0,1 hPa à 1 hPa. Cette valeur est 10 suffisamment faible pour pouvoir être acceptable par rapport à l'exigence règlementaire d'indépendance du débit par rapport à la variation de perte de charge dans une boucle fluide diphasique (diminution maximum de 20 % de débit massique pour une augmentation d'un facteur multiplicatif égal à 10 de la perte de charge dans la boucle). 15 On constate également que la pompe fonctionne de la même façon dans toute la gamme de température externe. EXEMPLE 3 On utilise la boucle diphasique identique de l'exemple 2, mais en remplaçant l'ammoniac par 662 g de fluide caloporteur R152a. 20 Dans une première période de 117 jours, on ajuste pour le fonctionnement de la pompe de façon qu'elle produise une augmentation de pression de 0,3 hPa. La vitesse de rotation de la pompe et de 577 tr/min, le débit massique délivré est de l'ordre de 40 g/s et le couple à l'entrée de la pompe est de l'ordre de 0,1 N.m. Les paramètres de fonctionnement (tension d'alimentation, 25 pression de sortie, débit massique, vitesse de rotation, couple) sont mesurés toutes les 10 min. La température du fluide à l'entrée de la pompe est de l'ordre de 60° C. On constate que les paramètres de la pompe ne changent pas au cours de cette première période de 117 jours lors de laquelle la pompe a réalisé 97,4 millions de tours. 30 À la fin de cette première période de 117 jours, le fonctionnement de la pompe est modifié de façon à délivrer une augmentation de 3038705 20 pression de 1 hPa avec une vitesse de rotation de 578 tr/min. Après une seconde période de 39 jours, la pompe a réalisé plus de 130 millions de tours. Le débit massique délivré est de 37,21 g/s, pour un couple à l'entrée de la pompe de 0,18 N.m. Là encore, aucune modification sensible des paramètres de 5 fonctionnement de la pompe n'est constatée à l'issue de cette seconde période, c'est-à-dire après 156 jours de fonctionnement. EXEMPLE 4 On utilise la même boucle diphasique et la même pompe à engrenage que dans l'exemple 3. 10 On fait varier la vitesse de rotation de la pompe dans la gamme de valeurs suivantes : 100 tr/min, 300 tr/min, 680 tr/min. On fait varier aussi la température externe : -20° C, 0° C, et 80° C. On mesure la variation du débit massique délivré par la pompe en fonction de l'augmentation de pression entre la sortie et l'entrée de la pompe. 15 On constate avec une vitesse de rotation à 100tr/min que le débit massique ne peut pas dépasser 10g/s, et que l'augmentation de pression ne peut pas dépasser 0,9hPa à 80° C. On constate par contre que pour les vitesses de rotation supérieures, le débit massique augmente en fonction de la vitesse de rotation, la 20 différence de pression pouvant être au moins égale à 1,5hPa. Le débit massique est égal à 50g/s à 80° C pour une augmentation de pression de 0,1 hPa, et passe à 38g/s à 80° C pour une augmentation de pression de 1,5hPa, la diminution de débit massique variant selon une fonction affine de la valeur de l'augmentation de pression délivrée par la pompe. En particulier une diminution de débit massique de 25 l'ordre de 14% est constatée pour une augmentation de la différence de pression de 0,1hPa à 1hPa. On constate également que la pompe fonctionne de la même façon dans toute la gamme de température externe. Ainsi, un débit massique de l'ordre de 70g/s est délivré par la pompe à -20° C pour une vitesse de rotation de 680tr/min et une augmentation de pression délivrée par la pompe de 0,1hPa. La diminution de 30 débit massique est de l'ordre de 7,7% pour une augmentation de la différence de pression de 0,1 hPa à 1 hPa. Ces valeurs sont suffisamment faibles pour pouvoir 3038705 21 être acceptables, les normes imposant une diminution maximum de 20 % de débit massique. L'invention peut être notamment appliquée pour le contrôle thermique de composants exothermiques, par exemple des circuits électroniques, 5 dans un système spatial tel qu'un satellite ou une station spatiale, ou dans des systèmes électriques et/ou électroniques terrestres tels que les centres d'enregistrement de données numériques (« data centers ») ou fermes de serveurs informatiques (par exemple du type de ceux mis en oeuvre pour les technologies de « Cloud » sur Internet). Le dispositif selon l'invention est alors un dispositif de 10 contrôle thermique de composants 16 exothermiques d'un système électriques et/ou électroniques , le circuit 13, 17 formant une boucle de fluide caloporteur diphasique, lesdits composants 16 formant une source chaude qui est externe au circuit et est associée à ce dernier par des moyens 15 d'échange thermique en vue de leur refroidissement. 15 Il va de soi que l'invention de faire l'objet de nombreuses variantes de réalisation par rapport au mode de réalisation décrit ci-dessus et représenté sur les figures, donné uniquement à titre d'exemple non limitatif. Par exemple elle s'applique tout aussi bien à une boucle d'échange thermique à fluide caloporteur monophasique liquide, à une pompe à roues dentées dont au moins 20 l'une est une couronne à denture interne, ou à une pompe comprenant plusieurs engrenages. REVENDICATIONS1/ - Procédé d'échange thermique dans lequel : - un fluide caloporteur est entraîné par pompage en déplacement dans un circuit (13, 17) comprenant des moyens (15, 18) d'échange 5 thermique avec au moins une source froide (19) et avec au moins une source chaude (16) externes au circuit, - le fluide caloporteur est entraîné par au moins une pompe (14) à engrenage comportant : o un carter (22), 10 o au moins deux roues (30, 31) dentées en coopération d'engrènement l'une avec l'autre, o chaque roue (30, 31) dentée étant montée solidaire d'un arbre (32, 33) guidé en rotation et aligné par rapport au carter (2) par des roulements (34, 35), 15 caractérisé en ce que : - le fluide caloporteur est choisi de façon à être apte à lubrifier les roulements, - lesdits roulements sont perméables au fluide caloporteur, sont exempts de tout lubrifiant autre que le fluide caloporteur et lubrifiés 20 exclusivement par le fluide caloporteur. 2/ - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que : - le fluide caloporteur est choisi dans le groupe des fluides susceptible de se présenter au moins partiellement à l'état liquide et au moins 25 partiellement à l'état vapeur, - le fluide caloporteur changeant au moins partiellement d'état au contact desdits moyens (15, 18) d'échange thermique. 3/ - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le fluide caloporteur est choisi avec une viscosité inférieure ou 30 égale à celle de l'eau. 3038705 23 4/ - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le fluide caloporteur est choisi dans le groupe des fluides caloporteurs contenant plus de 30% d'au moins un composé de transfert de chaleur choisi dans le groupe formé de l'eau, de l'ammoniac, des hydrocarbures, et des 5 hydrocarbures halogénés. 5/ - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le fluide caloporteur est choisi dans le groupe des fluides caloporteurs contenant plus de 30% d'au moins un composé de transfert de chaleur choisi dans le groupe de l'ammoniac, de l'eau, du R134a (1,1,1,2-tétrafluoroéthane), 10 du R152a (1,1-difluoroéthane), du R1234ze (1,3,3,3-tétrafluoropropène), des polyéthers perfluorés, de l'azote, de l'hélium, de l'éthane, du méthane, du propène, et de leurs mélanges. 6/ - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'au moins l'un (32) des arbres des roues est accouplé à un moteur 15 (20) d'entraînement adapté pour pouvoir entraîner ce dernier en rotation à une vitesse supérieure à 250tr/min. 7/ - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le moteur (20) d'entraînement est choisi pour pouvoir entraîner au moins l'un (32) des arbres des roues en rotation à une vitesse inférieure à 20 5000tr/min. 8/ - Dispositif d'échange thermique comprenant : - un fluide caloporteur, - un circuit (13, 17) comprenant des moyens (15, 18) d'échange thermique dudit fluide caloporteur avec au moins une source froide (19) 25 et avec au moins une source chaude (16) externes au circuit, - au moins une pompe (14) à engrenage d'entraînement du fluide caloporteur dans ledit circuit comportant : o un carter (22), o au moins deux roues (30, 31) dentées en coopération 30 d'engrènement l'un avec l'autre, 3038705 24 o chaque roue (30, 31) dentée étant montée solidaire d'un arbre (32, 33) guidé en rotation et aligné par rapport au carter (2) par des roulements (34, 35), caractérisé en ce que : - le fluide caloporteur est adapté pour lubrifier les roulements, - lesdits roulements sont perméables au fluide caloporteur, sont exempts de tout lubrifiant autre que le fluide caloporteur et lubrifiés exclusivement par le fluide caloporteur. 9/ - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que chaque roulement (34, 35) comprenant une bague interne et une bague externe présentant chacune des flancs latéraux entre lesquels les organes roulants sont logés, un espace radial libre est ménagé entre les flancs latéraux de la bague interne et de la bague externe pour le passage du fluide caloporteur. 10/ - Dispositif selon l'une des revendications 8 ou 9 caractérisé en ce qu'au moins l'un (32) des arbres des roues dentées est accouplé à un moteur (20) d'entraînement adapté pour pouvoir entraîner ce dernier en rotation à une vitesse supérieure à 250tr/min. 11/ - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce 20 que le moteur (20) d'entraînement est adapté pour pouvoir entraîner au moins l'un (32) des arbres des roues dentées en rotation à une vitesse inférieure à 5000tr/min. 12/ - Dispositif selon l'une des revendications 8 à 11 caractérisé en ce que la pompe (14) à engrenage comportant dans le carter (22), une chambre (26) de pompage et de circulation du fluide caloporteur, cette chambre (26) 25 étant délimitée par des parois internes, contenant les roues (30, 31) dentées, et comprenant au moins une entrée (38) d'admission du fluide caloporteur d'un côté de l'engrènement des roues (30, 31) et au moins une sortie (39) de refoulement du fluide caloporteur de l'autre côté de l'engrènement des roues (30, 31) dentées, des jeux sont ménagés radialement et axialement entre les parois internes de ladite 30 chambre (26) et les roues (30, 31) dentées, ces jeux étant tous supérieurs au 3038705 25 centième de millimètre et inférieurs au millimètre et, en fonctionnement, remplis de fluide caloporteur. 13/ - Système spatial comprenant au moins un dispositif selon l'une des revendications 8 à 12.