Brevet FR3128278A1 — publié le 20230421

Module élémentaire (M1) pour la fabrication d’un caloduc à pompage capillaire à rainures réentrantes, ledit module élémentaire étant configuré pour être assemblé de manière étanche à au moins un autre module élémentaire afin de former un caloduc à pompage capillaire à rainures réentrantes, ledit module comportant un corps réalisé par fabrication additive, ledit corps comprenant au moins deux faces d’extrémité (12, 14), ledit corps comprenant une portion du canal vapeur (2) du caloduc, une portion des canaux liquides (4.1) du caloduc et une portion des canaux de liaison (4.2)reliant la portion du canal vapeur (2) et les portions de canaux liquides (4.1), lesdites portions de canal vapeur (2) et de canaux liquides (4.1) débouchant dans au moins l’une des faces d’extrémité (12, 14), au moins par laquelle ledit module élémentaire est destiné à se raccorder à un autre module élémentaire. Figure pour l’abrégé : Figure 1. MODULE POUR LA FABRICATION D’UN CALODUC A POMPE CAPILLAIRE A RAINURES RÉENTRANTES DOMAINE TECHNIQUE ET ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE La présente invention se rapporte à un module pour fabriquer un caloduc, en particulier un caloduc à pompage capillaire à rainures réentrantes. L’invention appartient au domaine des dispositifs d’échange thermique, en particulier des caloducs, plus particulièrement des caloducs à pompage capillaire. Un caloduc comporte une enceinte hermétiquement close, un fluide de travail et un réseau capillaire. Lors de la fabrication, tout l'air présent dans le tube caloduc est évacué et on introduit une quantité de liquide permettant de saturer le réseau capillaire. Il y a alors établissement d'un équilibre entre la phase liquide et la phase vapeur. Sous l'effet d'une source chaude appliquée à l'une des extrémités, désignée évaporateur, le liquide se vaporise en induisant une légère surpression qui provoque le mouvement de la vapeur vers la seconde extrémité, désignée condenseur. Au condenseur, la vapeur se condense et repasse en phase liquide. Le fluide condensé circule dans le réseau capillaire et revient vers l'évaporateur sous l'effet de forces capillaires. Le retour du fluide liquide de la zone condenseur à la zone évaporateur est obtenu par pompage capillaire. Les caloducs à rainures fonctionnent sur le principe du pompage capillaire. Ils comportent un tube, dans lequel la surface intérieure comporte des rainures longitudinales ou légèrement en forme de spirale. Les caloducs à rainures comportent un cœur vapeur et un réseau capillaire dans lequel circule le liquide. Du fait d’une variation de courbure de l’interface vapeur-liquide ente la zone condenseur et la zone évaporateur, un gradient de pression apparaît dans la phase liquide depuis la zone condenseur vers la zone évaporateur, qui mène à une variation de pression capillaire. Plus la largeur des rainures est petite, plus l’effet de pompage capillaire est important. Par ailleurs, des rainures profondes permettent d’obtenir une section de passage pour le retour liquide grande, et donc de minimiser la perte de pression. La puissance maximale que peuvent transporter des caloducs à rainures est généralement fixée par la limite capillaire dont le terme moteur est la pression capillaire, et le terme limitant essentiellement la perte de pression liquide dans les rainures. Les caloducs à rainures réentrantes sont des exemples particuliers de caloducs à rainures dans lesquels la section des rainures présente deux parties distinctes : une partie large permettant un écoulement liquide en limitant les pertes de charge, et une partie étroite à l’interface liquide/vapeur, ce qui permet d’augmenter l’effet de pompage capillaire. Ces caloducs sont utilisés principalement dans le domaine spatial, par exemple pour la régulation thermique dans les satellites et/ou les engins spatiaux. Le document EP 3 553 445 décrit un caloduc à rainures réentrantes comportant un empilement de plaques solidarisées via un procédé d’assemblage par brasure sous vide. La largeur et la profondeur des rainures peuvent alors aisément être fixées lors de la structuration des plaques. Ce caloduc offre alors un fonctionnement amélioré par rapport aux caloducs à rainures réentrantes de l’état de la technique, fabriqués avec des procédés d’extrusion de profils d’aluminium. Ce caloduc présente un fonctionnement satisfaisant, cependant sa fabrication peut être complexe et longue. En outre, l’empilement de plaques limite la longueur du caloduc réalisable, notamment compte-tenu de la nécessité d’avoir à disposition un four de brasure sous vide de grandes dimensions pour la solidarisation des plaques. Les méthodes de fabrication additive, telles que le procédé de fusion sur lit de poudre, permettent de réaliser des caloducs avec les dimensions des rainures satisfaisantes. Mais de telles méthodes ne permettent pas non plus, de fabriquer des caloducs à rainures réentrantes de grandes dimensions. C’est par conséquent un but de la présente invention d’offrir des moyens pour réaliser un caloduc à rainures réentrantes offrant un fonctionnement amélioré et de grandes dimensions, par exemple de l’ordre de 1 mètre à plusieurs mètres. Le but énoncé ci-dessus est atteint par un module élémentaire de caloduc à rainures réentrantes obtenu par une méthode de fabrication additive, comportant une portion de canal vapeur et des portions de canaux liquides reliées à la portion de canal vapeur par des canaux de liaison, au moins la portion de canal vapeur et les portions de canaux liquides débouchant dans une ou les deux faces d’extrémité. Les inventeurs ont pensé à associer la méthode de fabrication additive, qui permet d’obtenir les dimensions souhaitées, notamment pour les canaux de liaison, et une réalisation en modules à assembler. Ainsi des caloducs à pompage capillaire à rainures réentrantes performants et de grande longueur peuvent être réalisés. Les conditions d’étanchéité et de tenue en pression imposées pour le fonctionnement des caloducs n’incitent pas naturellement à réaliser des caloducs en assemblant des modules. De manière préférée, lorsque les portions de canaux de liaison débouchent dans au moins une face d’extrémité, ladite face comporte des moyens d’alignement avec une autre face d’extrémité d’un autre module élémentaire dans laquelle débouchent des portions de canaux de liaison, permettant d’assurer la continuité fluidique entre les deux modules élémentaires, et évitant qu’une distance entre les extrémités de deux portions de canal de liaison soit suffisamment grande pour provoquer le désamorçage du caloduc. Les modules peuvent être assemblés par soudage et/ou, collage et/ou par des moyens mécaniques, tels que le bridage. L’invention présente l’avantage de pouvoir réaliser des caloducs ayant des architectures complexes offrant de très bonnes performances, par exemple avec une extrémité reliée à une source froide et plusieurs extrémités reliées une source chaude. Le caloduc a par exemple une forme de croix. Au contraire, la réalisation de tels caloducs avec les procédés de l’état de la technique consiste à empiler des caloducs et à les souder les uns aux autres. La résistance thermique d’un tel assemblage de deux caloducs est la somme des résistances radiales des deux caloducs et de la résistance de contact entre les deux caloducs, ce qui réduit sensiblement ses performances. La fabrication par méthode additive permet de réaliser des caloducs de forme complexe, par exemple en forme d’hélice ou de portion d’hélice, ce qui permet de réaliser des systèmes performants même lorsque les sources chaude et froide sont dans des plans différents. L’invention a donc pour objet, selon l’un de ses aspects, un module élémentaire pour la fabrication d’un caloduc à pompage capillaire à rainures réentrantes, ledit module élémentaire étant configuré pour être assemblé de manière étanche à au moins un autre module élémentaire afin de former un caloduc à pompage capillaire à rainures réentrantes, ledit module comportant un corps réalisé par fabrication additive, ledit corps comprenant au moins deux faces d’extrémité, ledit corps comprenant une portion du canal vapeur du caloduc, une portion des canaux liquide du caloduc et une portion des canaux de liaison reliant la portion du canal vapeur et les portions de canaux liquide, lesdites portions de canal vapeur et de canaux liquides débouchant dans au moins l’une des faces d’extrémité, au moins par laquelle ledit module élémentaire est destiné à se raccorder à un autre module élémentaire. La portion de canaux de liaison peut déboucher dans ladite face d’extrémité et ledit module peut comporter des moyens d’alignement de la portion de canaux de liaison débouchant dans ladite face d’extrémité avec la portion de canaux de liaison de l’autre module. De plus, lesdits moyens d’alignement peuvent coopérer avec des moyens d’alignement portés par une face d’extrémité de l’autre module. Les moyens d’alignement peuvent comporter des éléments en saillie ou en retrait de ladite face d’extrémité destinés à coopérer avec des éléments en retrait ou en saillie respectivement de la face d’extrémité de l’autre module. Ladite face d’extrémité et l’autre face d’extrémité peuvent être dans des plans sécants. En outre, les portions de canal vapeur et de canaux liquides au niveau d'une face d'extrémité peuvent s'étendre dans des plans distincts respectivement des plans dans lesquelles s'étendent les portions de canal vapeur et de canaux liquides au niveau de l'autre face d'extrémité. La portion de canal vapeur peut avoir une section circulaire et le module peut avoir une section extérieure polygonale ou circulaire. Par ailleurs, le corps du caloduc peut être en aluminium, cuivre, nickel, acier, ou en alliages de deux ou plusieurs de ces métaux. La au moins première face d’extrémité peut être bordée par une bride d’assemblage. Les portions de canaux peuvent déboucher dans ladite face d’extrémité et dans l’autre face d’extrémité. De plus, les portions de canaux peuvent déboucher uniquement dans ladite face d’extrémité, le module étant destiné à former une extrémité du caloduc pour former un condenseur ou un évaporateur. En outre, ledit corps peut comporter n faces d’extrémité, n étant au moins égal à 3, ledit module étant destiné à être connecté à d’autres modules élémentaires par ses n faces d’extrémité, dans lequel une portion de canal vapeur du caloduc, une portion des canaux liquide du caloduc et une portion des canaux de liaison débouchent dans chacune des n faces d’extrémité. Le corps peut comporter une zone d’intersection des canaux à l’intersection des portions de canaux vapeur, des portions des canaux liquide et des portions des canaux de liaison et les portions de canaux de liaison peuvent être conformés de sorte que la largeur à l’intersection de deux portions de canaux de liaisons soit inférieure ou égale à la largeur d’une portion de canal de liaison. L’invention a en outre pour objet, selon un autre de ses aspects, un caloduc comportant deux modules élémentaires, dans lesquels les portions de canaux peuvent déboucher uniquement dans ladite face d’extrémité, le module étant destiné à former une extrémité du caloduc pour former un condenseur ou un évaporateur, et p modules élémentaires différents, tels que définis précédemment, p étant un entier supérieur ou égal à 0, un lesdits modules étant connectés les uns aux autres par soudage, ledit caloduc étant rempli d’un fluide. En outre, le caloduc peut comporter un ou plusieurs modules formant condenseur et un ou plusieurs modules formant évaporateur. Par ailleurs, l’invention a aussi pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de fabrication d’un caloduc tel que défini précédemment, comportant : - la fabrication par méthode additive des modules élémentaires, dans lesquels les portions de canaux peuvent déboucher uniquement dans ladite face d’extrémité, le module étant destiné à former une extrémité du caloduc pour former un condenseur ou un évaporateur, - la fabrication par méthode additive des p modules élémentaires différents, tels que définis précédemment, - l’assemblage des modules, - le remplissage du caloduc, - la fermeture étanche du caloduc. La fabrication additive peut être réalisée par fusion additive sur lit de poudre au moyen d’un faisceau laser. Le procédé peut comporter une ou plusieurs étapes de traitement de surface préalables à l’assemblage des modules élémentaires. En outre, lors de la fabrication les dimensions des modules élémentaires peuvent être telles que ce sont les brides d’assemblage qui entrent en contact et un jeu peut être prévu entre les extrémités des portions de canaux vapeurs, des extrémités des portions de canaux liquides et des portions de canaux de liaison, ce jeu étant inférieur à la largeur de canal de liaison fixée lors de la conception du caloduc. Le module élémentaire, le caloduc et le procédé selon l’invention peuvent comporter l’une quelconque des caractéristiques précédemment énoncées, prises isolément ou selon toutes combinaisons techniquement possibles avec d’autres caractéristiques. La présente invention sera mieux comprise sur la base de la description qui va suivre et des dessins en annexe sur lesquels: est une vue en perspective d’une extrémité d’un module élémentaire d’un caloduc à rainures réentrantes selon un exemple de l’invention, est une vue en perspective d’une autre extrémité du module élémentaire de la , est une vue en perspective de deux extrémités assemblées de deux modules des figures 1 et 2, est une vue en coupe selon le plan AA du module élémentaire de la , est une vue en perspective d’un module élémentaire d’un caloduc à rainures réentrantes selon un exemple de l’invention destiné à former une extrémité d’un caloduc, avec un orifice de remplissage dit queusot, est une représentation schématique d’un exemple de caloduc qui peut être obtenu avec les modules élémentaires des figures 1, 2, 3 et 4, est une représentation schématique d’un exemple de caloduc qui peut être obtenu avec les modules élémentaires des figures 1, 2, 3 et 4 et d’un module élémentaire à deux coudes selon un autre exemple de réalisation, est une vue en perspective dont une partie est représentée en transparence d’un module élémentaire d’un caloduc à rainures réentrantes selon un exemple de l’invention présentant une forme cintrée, est une vue en perspective d’une extrémité d’un module élémentaire d’un caloduc à rainures réentrantes selon un autre exemple de l’invention, est une vue en coupe selon le plan BB du module élémentaire de la et d’une extrémité d’un module élémentaire complémentaire, est une représentation schématique d’un autre exemple de caloduc qui peut être obtenu avec les modules élémentaires selon l’invention, est une vue en perspective d’un module élémentaire en T mis en œuvre dans le caloduc de la , est une vue en coupe selon le plan CC du module élémentaire de la , représente des vues agrandies de la , est une représentation schématique d’un autre exemple de caloduc qui peut être obtenu avec les modules élémentaires selon l’invention, est vue en perspective d’un autre exemple de module élémentaire selon l’invention, est une vue similaire à celle de la pour laquelle l’une des faces du caloduc a été retirée, est vue en perspective d’un autre exemple de module élémentaire selon l’invention, est une vue en coupe transversale d’un autre exemple de module élémentaire selon l’invention, est une vue en coupe selon le plan BB du module de la , est une vue en coupe transversale d’un autre exemple de module élémentaire selon l’invention, et est une vue en perspective d’un autre exemple de module élémentaire selon l’invention sur laquelle est indiqué un sens préféré de croissance de l’épaisseur du module lors de la fabrication par fabrication additive. Dans l’ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues. De plus, les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles. Module élémentaire pour la fabrication d’un caloduc à pompage capillaire à rainures réentrantes, ledit module élémentaire étant configuré pour être assemblé de manière étanche à au moins un autre module élémentaire afin de former un caloduc à pompage capillaire à rainures réentrantes, ledit module comportant un corps réalisé par fabrication additive, ledit corps comprenant au moins deux faces d’extrémité (12, 14), ledit corps comprenant une portion du canal vapeur (2) du caloduc, une portion des canaux liquide (4.1) du caloduc et une portion des canaux de liaison (4.2) reliant la portion du canal vapeur (2) et les portions de canaux liquide (4.1), lesdites portions de canal vapeur (2) et de canaux liquides (4.1) débouchant dans au moins l’une des faces d’extrémité (12, 14), au moins par laquelle ledit module élémentaire est destiné à se raccorder à un autre module élémentaire. Module élémentaire selon la revendication 1, dans lequel la portion de canaux de liaison (4.2) débouche dans ladite face d’extrémité (12, 14) et dans lequel ledit module comporte des moyens d’alignement (16, 18) de la portion de canaux de liaison (4.2) débouchant dans ladite face d’extrémité (12, 14) avec la portion de canaux de liaison de l’autre module. Module élémentaire selon la revendication précédente, dans lequel lesdits moyens d’alignement (16, 18) coopèrent avec des moyens d’alignement portés par une face d’extrémité de l’autre module. Module élémentaire selon la revendication précédente, dans lequel les moyens d’alignement comportent des éléments en saillie ou en retrait de ladite face d’extrémité destinés à coopérer avec des éléments en retrait ou en saillie respectivement de la face d’extrémité de l’autre module. Module élémentaire selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ladite face d’extrémité et l’autre face d’extrémité sont dans des plans sécants. Module élémentaire selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les portions de canal vapeur (2) et de canaux liquides (4.1) au niveau d'une face d'extrémité s'étendent dans des plans distincts respectivement des plans dans lesquelles s'étendent les portions de canal vapeur (2) et de canaux liquides (4.1) au niveau de l'autre face d'extrémité. Module élémentaire selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la portion de canal vapeur a une section circulaire et le module a une section extérieure polygonale ou circulaire. Module élémentaire selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le corps du caloduc est en aluminium, cuivre, nickel, acier, ou en alliages de deux ou plusieurs de ces métaux. Module élémentaire selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la au moins première face d’extrémité est bordée par une bride d’assemblage. Module élémentaire selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les portions de canaux débouchent dans ladite face d’extrémité et dans l’autre face d’extrémité. Module élémentaire selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel les portions de canaux débouchent uniquement dans ladite face d’extrémité, le module étant destiné à former une extrémité du caloduc pour former un condenseur ou un évaporateur. Module élémentaire selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel ledit corps comporte n faces d’extrémité, n étant au moins égal à 3, ledit module étant destiné à être connecté à d’autres modules élémentaires par ses n faces d’extrémité, dans lequel une portion de canal vapeur du caloduc, une portion des canaux liquide du caloduc et une portion des canaux de liaison débouchent dans chacune des n faces d’extrémité. Module élémentaire selon la revendication 12, dans lequel le corps comporte une zone d’intersection des canaux à l’intersection des portions de canaux vapeur, des portions des canaux liquide et des portions des canaux de liaison et dans lequel les portions de canaux de liaison sont conformés de sorte que la largeur à l’intersection de deux portions de canaux de liaisons soit inférieure ou égale à la largeur d’une portion de canal de liaison Caloduc comportant deux modules élémentaires selon la revendication 11 et p modules élémentaires selon l’une des revendications 1 à 10 et 12 et 13, p étant un entier supérieur ou égal à 0, un lesdits modules étant connectés les uns aux autres par soudage, ledit caloduc étant rempli d’un fluide. Caloduc selon la revendication 14, comportant un ou plusieurs modules formant condenseur et un ou plusieurs modules formant évaporateur. Procédé de fabrication d’un caloduc selon la revendication 14 ou 15, comportant : - la fabrication par méthode additive des modules élémentaires selon la revendication 11, - la fabrication par méthode additive des p modules élémentaires selon l’une des revendications 1 à 10 et 12 et 13, - l’assemblage des modules, - le remplissage du caloduc, - la fermeture étanche du caloduc. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, dans lequel la fabrication additive est réalisée par fusion additive sur lit de poudre au moyen d’un faisceau laser. Procédé de fabrication selon la revendication 16 ou 17, comportant une ou plusieurs étapes de traitement de surface préalables à l’assemblage des modules élémentaires. Procédé de fabrication selon l’une des revendications 16 à 18 en combinaison avec la revendication 9, dans lequel lors de la fabrication les dimensions des modules élémentaires sont telles que ce sont les brides d’assemblage qui entrent en contact et un jeu est prévu entre les extrémités des portions de canaux vapeurs, des extrémités des portions de canaux liquides et des portions de canaux de liaison, ce jeu étant inférieur à la largeur de canal de liaison fixée lors de la conception du caloduc.