Brevet FR3098079A1 — publié le 20210101

Description Titre de l'invention : Procédé d'intégration d'un caloduc à une plaque destinée à former un contact électrique Domaine technique [0001] La présente invention se rapporte au domaine de la gestion thermique, et notamment des transferts thermiques, pour le refroidissement d'appareils électriques. [0002] En particulier, la présente invention se rapporte à la gestion thermique dans une section confinée d'un appareil électrique. La présente invention met donc en oeuvre un caloduc intégré directement à une pièce ou plaque métallique formant un contact et/ou une liaison électrique. La pièce ou la plaque est notamment non plane. Technique antérieure [0003] Les caloducs, bien connus de l'homme du métier, sont des systèmes thermiques mis en oeuvre pour le refroidissement de dispositifs. [0004] Un caloduc, tel qu'illustré à la figure 1, comprend à cet égard une enceinte hermétique, par exemple sous forme de tube creux, qui renferme un fluide destiné à être dans un état d'équilibre liquide-vapeur. [0005] En fonctionnement, une extrémité la du caloduc 1 est en contact avec un élément à refroidir. [0006] Le fluide à l'état liquide au niveau de l'extrémité la se vaporise en absorbant l'énergie thermique émise par l'élément à refroidir, et circule donc le long du caloduc pour atteindre une autre extrémité lb dudit caloduc au niveau de laquelle son énergie thermique est dissipée de sorte que ledit fluide retourne à l'état liquide. [0007] Un dissipateur thermique, par exemple un dissipateur à ailettes, est généralement agencé au niveau de l'extrémité lb. [0008] L'intégration du caloduc à l'élément à refroidir s'effectue généralement au moyen d'une interface, et notamment d'une platine, destinée à assurer un contact thermique entre le caloduc et ledit élément. [0009] En particulier, une section, dite section chaude, du caloduc qui s'étend à partir de l'extrémité la, est insérée dans un orifice usiné dans l'interface. [0010] Le maintien mécanique du caloduc dans la platine peut être obtenu de diverses manières parmi lesquelles on peut citer : - un montage en force ; - un montage par écrasement ; - un montage par application d'une pression interne dans le caloduc peimettant de plaquer les parois de la section chaude contre celles de l'orifice ménagé dans l'interface ; 2 - un montage par olivage ; - un montage par brasage ; - un montage par collage. [0011] Toutefois ces techniques ne sont pas satisfaisantes. [0012] En effet, le contact thermique entre l'élément à refroidir et le caloduc, médié par la platine, n'est pas optimum et dégrade d'autant l'efficacité du refroidissement de l'élément à refroidir. [0013] L'optimisation de ce contact thermique reste par ailleurs compliquée à mettre oeuvre à un coût acceptable. [0014] En outre, dès lors qu'il existe une contrainte d'espace et/ou que la zone à refroidir n'est pas plane, l'emploi d'un caloduc intégré à une platine reste compliqué, voire impossible à mettre en oeuvre. [0015] Une telle contrainte existe notamment dès lors que l'élément à refroidir est un appareil électrique, et plus particulièrement lorsqu'il s'agit de refroidir cc dernier au niveau de bornes électriques ou d'éléments de connexion électriques. [0016] Ces éléments représentent généralement des points chauds au niveau desquels la gestion thermique présente un réel problème. [0017] Un but de la présente invention est donc de proposer un procédé d'intégration d'un caloduc avec un élément de contact électrique non plan. [0018] Un autre but de la présente invention est de proposer un procédé d'intégration d'un caloduc au plus près d'un point chaud d'un équipement électrique. [0019] Un autre but de la présente invention est de proposer un procédé permettant d'optimiser le contact thermique entre un caloduc et un élément à refroidir. Exposé de l'invention [0020] Les buts de l'invention sont, au moins en partie, atteints par un procédé d'intégration d'un caloduc à une plaque destinée à former un contact électrique au sein d'un ou plusieurs appareils électriques, le procédé comprenant : a) une étape de formation d'une rainure sur une face principale d'une plaque métallique; h) une étape de positionnement d'une première section d'un tube de caloduc dans la rainure, la première section s'étendant à partir d'une première extrémité dudit caloduc ; c) une étape de pliage de la plaque de manière à refermer la rainure et ainsi enserrer la première section dans ladite rainure. [0021] Selon un mode de mise en oeuvre, l'étape c) est exécutée de sorte que lors du pliage les deux bords latéraux de la gorge se défolment et viennent sertir la première section. [0022] Selon un mode de mise en oeuvre, l'étape c) de pliage est exécuté au moyen d'un poinçon exerçant une force au niveau de la première section, avantageusement, 3 l'extrémité du poinçon en contact avec la première section lors de l'exécution de l'étape c) présente une forme conforme à ladite première section. [0023] Selon un mode de mise en oeuvre, lors de l'exécution de l'étape c), la plaque mé- tallique est posée sur un guide présentant une section en V et dont l'ouverture définie l'angle de pliage de ladite plaque. [0024] Selon un mode de mise en oeuvre, l'angle 0 de pliage est compris entre 45 et 135 c. [0025] Selon un mode de mise en oeuvre, la gorge présente une largeur comprise entre 1,25 et 2,5 fois le diamètre D. [0026] Selon un mode de mise en oeuvre, la gorge présente une profondeur comprise entre 0,3 et 0,9 fois le diamètre D. [0027] Selon un mode de mise en oeuvre, la gorge présente un rayon de courbure compris entre 0,25 et 2 fois le rayon R du tube. [0028] Selon un mode de mise en oeuvre, l'épaisseur de la plaque métallique est inférieure au diamètre D. [0029] Selon un mode de mise en oeuvre, la gorge est formée selon au moins une des techniques parmi : usinage, perçage, découpe au jet d'eau, découpe laser, gravure chimique. [0030] Selon un mode de mise en oeuvre, la plaque métallique ainsi que la gorge sont formées par fabrication additive. [0031] Selon un mode de mise en oeuvre, avant l'étape de pliage, le tube présente un rem- plissage configuré pour prévenir toute déformation du tube lors de l'étape b) de pliage. [0032] Selon un mode de mise en oeuvre, le remplissage comprend un gaz. [0033] Selon un mode de mise en oeuvre, le remplissage comprend une poudre, notamment du sable. [0034] Selon un mode de mise en oeuvre, un fluide destiné à assurer le transport de chaleur dans le tube du caloduc est injecté dans ledit tube après l'étape c) de pliage. [0035] Selon un mode de mise en oeuvre, le tube est rempli d'un fluide destiné à assurer le transport de chaleur dans le tube du caloduc est injecté dans ledit tube avant l'étape b). [0036] Selon un mode de mise en oeuvre, le tube comprend un insert dans son volume interne destiné à appliquer une force contre la surface interne du tube et limiter toute déformation du tube lors de l'exécution de l'étape c). [0037] Selon un mode de mise en oeuvre, l'insert comprend un axe qui s'étend selon la direction d'extension du tube, et à partir duquel s'étendent des ailettes qui exercent une force contre la paroi interne du tube. [0038] Selon un mode de mise en oeuvre, les ailettes sont en flexion. [0039] Selon un mode de mise en oeuvre, l'insert comprend un métal. [0040] Selon un mode de mise en oeuvre, un dispositif de dissipation de chaleur, notamment un dissipateur à ailettes, est disposé au niveau d'une seconde extrémité, opposée à la première extrémité, du tube. [0041] Selon un mode de mise en oeuvre, plaque est intégrée à un appareil électrique, à l'issue de l'étape c), afin d'assurer une connexion électrique. Brève description des dessins [0042] D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va suivre d'un procédé d'intégration d'un caloduc à une plaque selon l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels : [0043] [fie.11 est une illustration d'un caloduc et de son fonctionnement ; [0044] [fie.2a1 [0045] [fie.2b1 [0046] [fig.2c] [0047] [fig.2d] sont des illustrations, en perspective, des différentes étapes mises en oeuvre dans le cadre de la présente invention ; [0048] [fig.34 [0049] [fig.3111 [0050] [fig.3c1 [0051] [fig.3d] sont des illustrations, selon un plan de coupe transversal à la gorge, des dif- férentes étapes mises en oeuvre dans le cadre de la présente invention ; [0052] [fig.41 est une représentation schématique du sertissage du tube du caloduc par les bords de la gorge ; [0053] [fig.54 [0054] [fig.5111 illustrent de manière schématique un exemple de mise en oeuvre de l'étape c), respectivement avant et après pliage, mettant notamment en oeuvre un poinçon et un guide de pliage sur lequel repose la plaque par une face opposée à la face sur laquelle la gorge est formée ; [0055] [fig.61 est une représentation schématique selon une vue en perspective d'un insert susceptible d'être mis en oeuvre dans la cadre de la présente invention ; [0056] [fig.71 est une représentation schématique selon un plan de coupe transversal du tube dans lequel est inséré l'insert avec des ailettes en flexion, les flèches indiquant les directions de poussée des différentes ailettes ; [0057] [fig.8] est une photographie d'un tube de caloduc intégré à une plaque selon les termes de la présente invention. [0058] EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS [0059] La présente invention concerne un procédé d'intégration d'un caloduc et d'une plaque destinée à former un contact électrique au sein d'un appareil électrique. [0060] Le caloduc est directement dans le volume de plaque à refroidir. Il est notamment intégré à la plaque via une gorge. Le pliage permet notamment d'enserrer le caloduc dans la gorge. [0061] Le procédé selon la présente invention ne nécessite aucun recours à une platine inter- médiaire, et permet d'intégrer le caloduc au plus près de la ou des sources chaudes de r appareil. [0062] Les figures 2a à 2d et 3a à 3d illustrent le procédé d'intégration d'un caloduc 10 à une plaque 20 destinée à former un contact électrique au sein d'un ou plusieurs appareils électriques. [0063] La plaque 20 comprend une espèce métallique, et est notamment un conducteur thermique. La plaque 20 peut en particulier comprendre du cuivre ou de l'aluminium. Toutefois, l'invention ne doit pas être limitée à ces deux seuls matériaux, et l'homme du métier pourra considérer tout autre métal susceptible de convenir en fonction de r application visée. [0064] La plaque 20 est plane et comprend deux faces, dites faces principales 20a et 20b, pa- rallèles entre elles et reliées par un contour 20c (figures 2a et 3a). [0065] La plaque 20 présente une épaisseur E définie par la distance entre les deux faces principales 20a et 20b. [0066] Le procédé selon la présente invention comprend une étape a) de formation d'une gorge 30 sur la face principale 20a (figures 2b et 3b). [0067] Par « gorge », on entend une partie évidée, étroite et allongée. La gorge selon la présente invention comprend deux bords qui s'étendent selon la direction d'élongation de ladite gorge. [0068] La gorge 30 peut être formée par une technique de soustraction de matière. [0069] Par exemple, l'étape b) peut être exécutée selon l'une des méthodes choisie parmi : usinage, perçage, découpe au jet d'eau, découpe laser, gravure chimique. [0070] De manière alternative, la plaque 20 pourvue de la gorge 30 peut être formée par une technique de fabrication additive. [0071] Le procédé selon la présente invention comprend également une étape b) de posi- tionnement, dans la gorge 30, d'une première section Ila d'un tube 11 de caloduc 10 (figure 2c et 3c). [0072] La première section Ila s'étend notamment à partir d'une extrémité du tube ii, dite première extrémité 12a. [0073] Selon une première variante de la présente invention, le tube peut comprendre, avant exécution de l'étape b), un fluide destiné à assurer les échanges et transport de chaleur. [0074] Selon une seconde variante de l'invention, le tube ne comprend pas le fluide destiné à assurer les échanges et transport de chaleur. Le tube peut en revanche comprendre un remplissage configuré pour prévenir toute déformation du tube lors d'une étape c) de pliage explicité ci-après et représentée aux figures 2d et 3d. [0075] L'étape c) de pliage de la plaque 20 est exécutée de manière à refermer la gorge 30 et 6 ainsi enserrer la première section 11 a dans ladite gorge 30. [0076] Notamment, l'étape c) peut notamment être exécutée de sorte que les bords 31a et 31b de la gorge se déforment et viennent sertir la première section 11 a. Plus particulièrement, le sertissage comprend une déformation des bords 31a et 31b de la gorge 30 de sorte que ces derniers viennent épouser le profil du tube 11. La figure 4 illustre l'effet du sertissage du tube 11 par les bords 31a et 3111 de la gorge au niveau de la zone A. Plus particulièrement, lors du sertissage, les bords 31a et 31b peuvent opérer une jonction et ainsi refermer la gorge 30 sur le tube 11. [0077] L'étape c) de pliage peut être exécutée en exerçant une force sur le tube 11 (par exemple au niveau de la première section 11a) au moyen d'un poinçon 100 (figures Sa et 5b). [0078] Selon cet exemple particulier, la plaque 20 repose sur un support 110 qui présente un profil transversal en forme dc V et dont l'ouverture définie l'angle de pliage de la plaque 20 à l'issue de l'étape c). [0079] Lors de l'exécution de l'étape c), le poinçon 100 est mis en contact avec le tube 11, notamment avec la première section 11 a, et une force de poussée est alors appliquée audit poinçon 100 de sorte que ce dernier force le pliage de la plaque. La poussée cesse dès lors que la plaque est pliée de manière conforme au support 110. [0080] L'extrémité 101 du poinçon 100 en contact avec le tube 11 peut avantageusement présenter une forme conforme à la surface externe du tube 11. [0081] La surface de contact entre le poinçon 100 et la première section lia peut être ajustée de manière à permettre la déformation des bords 31a et 31b de la gorge 30, et plus particulièrement autoriser une remontée (le sertissage) (lesdits bords 31a et 31b par déformation sur la surface externe de la première section (zones « B » et « C » figure Sb). [0082] L'angle O de pliage peut être compris entre 45 ° et 135 °, et par exemple égal à 90°. [0083] Cet angle de pliage peut notamment être imposé par l'angle d'ouverture en V du support 110 illustré aux figures Sa et 5b. [0084] L'épaisseur de la plaque 20 est avantageusement inférieure au diamètre D. [0085] Les inventeurs ont remarqué que la qualité du contact entre la première section et la gorge à l'issue de l'étape c) pouvait dépendre des caractéristiques géométriques de la gorge. [0086] Plus particulièrement, l'ajustement de ces dernières en fonction du diamètre D du tube 11 considéré permet avantageusement d'optimiser le contact thermique entre ledit tube 11 et la plaque 20. [0087] Notamment, la gorge 30 présente avantageusement une largeur comprise entre 1,25 et 2,5 fois le diamètre D du tube 11. [0088] De manière complémentaire ou alternative, la gorge 30 présente une profondeur comprise entre 0,3 et 0,9 fois le diamètre D du tube 11. 7 [0089] Toujours de manière complémentaire ou alternative à l'une et/ou l'autre des caracté- ristiques géométriques reprises ci-avant, la gorge présente un rayon de courbure à partir de l'un et l'autre des bords 31a et 31b compris entre 0,25 et 2 fois le rayon R du tube. [0090] Par « rayon de courbure à partir d'un bord » on entend le rayon de courbure d'une section du profil transversal de la gorge et qui s'étend à partir dudit bord. [0091] Selon la première variante présentée précédemment, un fluide destinée à assurer le transport de chaleur est présent dans le volume interne du tube 11 formant le caloduc 10. [0092] Selon la seconde variante présentée précédemment, le tube 11 peut comprendre un remplissage configure pour prévenir toute déformation du tube lors d'une étape c) de pliage. [0093] Ce remplissage peut notamment comprendre une poudre, par exemple du sable, ou encore un arbre de diamètre externe légèrement inférieur au diamètre interne du tube (par inférieur, on entend entre 5% à 15% inférieur au diamètre interne du tube). [0094] L'étape c) est alors suivie d'une étape de retrait du remplissage et éventuellement de nettoyage de l'intérieur du tube 11. [0095] Le fluide destiné à assurer le transport de chaleur dans le tube 11 du caloduc 10 peut être injecté dans ledit tube. [0096] Quel que soit la variante considérée, le tube 11 peut comprendre un insert 40 introduit dans son volume interne avant ou après l'exécution de l'étape c) de pliage. [0097] L'insert 40 est notamment destiné à appliquer une force contre la surface interne du tube et limiter toute déformation du tube lors de l'exécution de l'étape c). [0098] En d'autres termes, l'insert 40 aide au maintien de la surface interne du tube 11 de manière à éviter la déformation de ce dernier lors de l'exécution de l'étape c). [0099] L'insert 40, tel que représenté aux figures 6 et 7, comprend un axe 41 qui s'étend selon la direction d'extension du tube ii, et à partir duquel s'étendent des ailettes 42 courbées qui exercent une force contre la paroi interne du tube. [0100] En d'autres termes, les ailettes 42 sont en flexion. [0101] Les ailettes peuvent avantageusement être agencées en rangées qui s'étendent le long de l'arbre, et régulièrement espacées le long de chaque rangée. [0102] Par exemple, l'insert peut comprendre trois rangées d'ailettes. [0103] L'insert peut comprendre un métal, par exemple du cuivre, et ainsi participer au transport de chaleur et par voie de conséquence améliorer les performances du caloduc. La mise en oeuvre de l'insert permet notamment d'améliorer la résistance thermique à l'évaporateur (sa conductance sera meilleure), et également d'augmenter la limite d'ébullition du dispositif (dryout de la paroi et interruption de la transmission du flux thermique entre la source chaude et le fluide caloporteur du caloduc). 8 [0104] Le procédé selon la présente invention peut également comprendre l'installation d'un dispositif de dissipation de chaleur 50, notamment un dissipateur à ailettes, au niveau d'une seconde extrémité, opposée à la première extrémité, du tube. [0105] La figure 8 est une photographie d'un tube de caloduc intégré à une plaque selon les termes de la présente invention. [0106] Enfin le procédé peut comprendre l'intégration de la plaque pliée et pourvue du caloduc dans un appareil électrique afin d'assurer une connexion électrique. [0107] La présente invention permet ainsi d' intégrer un caloduc au plus près d'un élément à refroidir d'un appareil électrique malgré les contraintes d'espace et/ou de non planéité de ladite source susceptible d'apparaître. [0108] Par ailleurs, le procédé selon la présente invention permet d'optimiser le contact thermique entre le caloduc et l'élément à refroidir. [0109] L'invention concerne également un caloduc pourvu d'un insert 40 décrit ci-avant. 9 [Revendication I] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] REVENDICATIONSProcédé d'intégration d'un caloduc (10) à une plaque (20) destinée à former un contact électrique au sein d'un ou plusieurs appareils électriques, le procédé comprenant : a) une étape dc formation d'une gorge (30) sur une face principale (20a) d'une plaque (20) métallique ; b) une étape de positionnement d'une première section (11 a) d'un tube (11) de caloduc (10), de diamètre D, dans la gorge (30), la première section (11 a) s'étendant à partir d'une première extrémité (12a) dudit tube (11) ; c) une étape de pliage de la plaque (20) de manière à refermer la gorge (30) et ainsi enserrer la première section (11a) dans ladite gorge (30). Procédé selon la revendication 2, dans lequel l'étape c) est exécutée de sorte que lors du pliage, les deux bords (31a, 31b) latéraux de la gorge (30) se déforment et viennent sertir la première section (11a). Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'étape c) de pliage est exécuté au moyen d'un poinçon exerçant une force au niveau de la première section (11a), avantageusement, l'extrémité (101) du poinçon (100) en contact avec la première section (11a) lors de l'exécution de l'étape c) présente une forme conforme à ladite première section (11a). Procédé selon la revendication 3, dans lequel lors de l'exécution de l'étape c), la plaque (20) métallique est posée sur un support (110) présentant une section en V et dont l'ouverture définie l'angle de pliage de ladite plaque (20). Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel l'angle 0 de pliage est compris entre 45 ° et 135 °. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la gorge (30) présente une largeur comprise entre 1,25 et 2,5 fois le diamètre D. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la gorge (30) présente une profondeur comprise entre 0,3 et 0,9 fois le diamètre D. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel la gorge (30) présente un rayon de courbure à partir de l'un et l'autre des bords (31a, 31b) de ladite gorge (30) compris entre 0,25 et 2 fois le rayon R du tube (11). Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel l'épaisseur de la plaque (20) métallique est inférieure au diamètre D. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel la gorge (30) 10 [Revendication 11] [Revendication 12] [Revendication 13] [Revendication 14] [Revendication 15] [Revendication 16] [Revendication 17] [Revendication 18] [Revendication 19] [Revendication 20] [Revendication 21] [Revendication 22] est formée selon au moins une des techniques parmi : usinage, perçage, découpe au jet d'eau, découpe laser, gravure chimique. Procédé selon l'une des revendications 1 à9, dans lequel la plaque (20) métallique ainsi que la gorge (30) sont formées par fabrication additive. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, dans lequel, avant l'étape de pliage, le tube (11) présente un remplissage configure pour prévenir toute déformation du tube (11) lors de l'étape c) de pliage. Procédé selon la revendication 12, dans lequel le remplissage comprend un gaz. Procédé selon la revendication 12, dans lequel le remplissage comprend une poudre, notamment du sable. Procédé selon l'une des revendications 1 à 14, dans lequel un fluide destiné à assurer le transport de chaleur dans le tube (11) du caloduc (10) est injecté dans ledit tube (11) après l'étape c) de pliage. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, dans lequel le tube (11) est rempli d'un fluide destiné à assurer le transport de chaleur dans le tube (11) du caloduc (10) est injecté dans ledit tube (11) avant l'étape h). Procédé selon la revendication 16, dans lequel le tube (11) comprend un insert (40) dans son volume interne destiné à appliquer une force contre la surface interne du tube (11) et limiter toute déformation du tube (11) lors de l'exécution de l'étape c). Procédé selon la revendication 17, dans lequel l'insert (40) comprend un axe (41) qui s'étend selon la direction d'extension du tube (11), et à partir duquel s'étendent des ailettes courbées qui exercent une force contre la paroi interne du tube (11). Procédé selon la revendication 18, dans lequel les ailettes sont en flexion. Procédé selon l'une des revendications 17 à 19, dans lequel l'insert (40) comprend un métal. Procédé selon l'une des revendications 1 à 20, dans lequel un dispositif de dissipation de chaleur, notamment un dissipateur à ailettes, est disposé au niveau d'une seconde extrémité, opposée à la première extrémité (12a), du tube (11). Procédé selon l'une des revendications 1 à 21, dans lequel la plaque (20) est intégrée à un appareil électrique, à l'issue de l'étape c), afin d'assurer une connexion électrique.