Brevet FR3150281A1 — publié le 20241227

L’invention concerne un dispositif de régulation thermique (100) d’un fluide pour le refroidissement de composants électroniques, en particulier de composants électroniques d’au moins un serveur informatique, le dispositif (100) comprenant: - au moins deux échangeurs de chaleur (1), notamment des condenseurs, les échangeurs (1) étant disposés en parallèle de façon à diviser le flux de fluide à refroidir en deux, chaque échangeur (1) comprenant une paroi extérieure (11) parallèle à une paroi intérieure (12) faisant face à la paroi intérieure (12) de l’autre échangeur, - les deux échangeurs étant reliés par des collecteurs (2) disposés entre les parois intérieures (12) des deux échangeurs (1), des joints (20), étant en outre disposés à la jonction entre chaque collecteur (2) et chaque échangeur de chaleur (1) - le dispositif (100) étant caractérisé en ce que l’assemblage des deux échangeurs (1) et des collecteurs (2) est fixé par au moins deux éléments de fixation horizontale (3). Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Dispositif de régulation thermique, et Système comprenant un dispositif de régulation thermique La présente invention concerne un dispositif de régulation thermique, et un système comprenant un dispositif de régulation thermique d’un fluide pour le refroidissement de composants électriques et/ou électroniques, notamment dans le domaine des serveurs informatiques. Les composants susceptibles d’être concernés par la présente invention peuvent être des composants de serveurs informatiques. L’invention trouve une application avantageuse dans le domaine des dispositifs de régulation thermique d’un fluide pour le refroidissement d’un dispositif ou module d’électronique de puissance, c’est-à-dire comportant des composants électroniques de puissance, ou directement pour lesdits dispositifs ou modules d’électronique de puissance. Les matériels informatiques sont des équipements capables de recevoir, transmettre, stocker ou encore traiter des informations numériques et/ou analogiques. Ces matériels informatiques sont aujourd’hui utilisés par un très grand nombre d’infrastructures pour assurer, par exemple, la gestion des données. Ces matériels informatiques sont réunis au sein de centres de données informatiques centralisant les informations. Ces centres de données informatiques sont communément désignés sous le terme de baies de serveurs, ou en anglais « server racks ». De telles baies de serveurs se présentent généralement sous la forme d’armoires comprenant une pluralité de rails ou de tiroirs sur lesquels sont disposés des matériels informatiques parallèlement les uns aux autres. Lors de leur fonctionnement, les matériels informatiques produisent de la chaleur. La chaleur émise par les différents matériels informatiques du centre de données informatiques doit être évacuée pour maintenir un fonctionnement optimal des différents équipements du centre de données informatiques. En effet, une évacuation insuffisante de la chaleur peut entraîner une surchauffe des matériels informatiques. Cette surchauffe peut entraîner des dommages irréversibles sur le matériel informatique, par exemple, en dilatant certains composants internes. Par ailleurs, certains matériels informatiques comprennent une batterie intégrée pouvant être endommagée par l’effet de la chaleur. Dans le domaine des serveurs informatiques, il est connu de mettre en place des moyens d’évacuation de cette chaleur générée par les matériels informatiques, par exemple, au moyen d’un flux d’air circulant au sein de chacun des compartiments de la baie de serveurs dans lesquels sont disposés les matériels informatiques, le flux d’air opérant un échange de calories directement avec le matériel informatique. Bien qu’équipant une large gamme de centre de données informatiques, cette technique ne permet cependant pas de refroidir suffisamment des installations produisant une grande quantité de chaleur. Par ailleurs, cette technique est très consommatrice en énergie. Il est également connu de refroidir des composants électriques ou électroniques, et notamment des serveurs informatiques, au moyen d’un système de refroidissement par un liquide tel que de l’eau, par exemple de l’eau glycolée, ou un système dans lequel un liquide diélectrique est projeté sur le matériel informatique. Ces installations connues refroidissant les matériels informatiques au moyen d’un fluide liquide dirigé vers le matériel informatique font intervenir des éléments permettant de guider le fluide jusqu’aux matériels informatiques tels que des flexibles. La mise en place de telles installations est complexe et demande un niveau élevé de refroidissement, ainsi qu’une pompe présentant une puissance relativement élevée. Un dispositif de régulation thermique dédié au refroidissement du fluide peut alors être intégré au sein de l’installation informatique afin de refroidir efficacement celle-ci en limitant l’encombrement. Dans ce contexte, la présente invention vise à proposer un dispositif de régulation thermique d’un fluide présentant au moins deux échangeurs de chaleurs en parallèle afin de limiter les pertes de charges. La fiabilité des connexions entre ces deux échangeurs est à la fois primordiale, étant donné le contexte de l’installation électrique, et ces connexions ainsi que l’assemblage global doit être facilité. La présente invention a pour objectif de répondre à ces besoins et à pallier au moins partiellement un ou plusieurs des inconvénients de l’art antérieur en proposant d’utiliser des éléments de fixation additionnels simples à assembler plutôt que par exemple une soudure, notamment complexe à réaliser dû au manque d’accessibilité entre les deux échangeurs de chaleur. L’utilisation de joints toriques à la place de soudures nécessite ainsi ces éléments supplémentaires. L’invention propose différents modes de réalisation pour répondre à cette problématique. L’invention propose également un procédé d’assemblage du dispositif de régulation thermique. À cet effet, l’invention a pour objet un dispositif de refroidissement d’un fluide pour le refroidissement de composants électroniques, en particulier de composants électroniques d’au moins un serveur informatique, le dispositif comprenant: - au moins deux échangeurs de chaleur, notamment des condenseurs, les échangeurs étant disposés en parallèle de façon à diviser le flux de fluide à refroidir en deux, chaque échangeur comprenant une paroi extérieure parallèle à une paroi intérieure faisant face à la paroi intérieure de l’autre échangeur, - les deux échangeurs étant reliés par des collecteurs disposés entre les parois intérieures des deux échangeurs, des joints, notamment des joints toriques, étant en outre disposés à la jonction entre chaque collecteur et chaque échangeur de chaleur - le dispositif étant caractérisé en ce que l’assemblage des deux échangeurs et des collecteurs est fixé par au moins deux éléments de fixation horizontale, chaque élément de fixation horizontale étant configuré pour exercer une force sur chaque paroi extérieure des deux échangeurs dans la direction de la paroi extérieure de l’autre échangeur. Ainsi, les éléments de fixation horizontale permettent d’obtenir une fiabilité et une étanchéité à moindre coût sans complexité additionnelle et sans augmenter significativement l’encombrement global du dispositif. Le dispositif est ainsi facilement assemblable, et il est possible de proposer un dispositif aisément modulable et évolutif en fonction des besoins, en rajoutant un ou plusieurs échangeurs, collecteurs, et éléments de fixation horizontale en restant dans le principe de l’invention. Le dispositif de régulation peut en outre comporter une ou plusieurs caractéristiques suivantes décrites ci-après, prises séparément ou en combinaison. Le dispositif comprend quatre éléments de fixation horizontale. Le dispositif comprend deux éléments de fixation horizontale connectés l’un à l’autre par des plaques supports configurés pour être en contact avec les parois extérieures des échangeurs de chaleur de façon à leur appliquer ladite force. les éléments de fixation horizontale se font face, notamment deux à deux quand le dispositif comprend quatre éléments de fixation horizontale. Les parois intérieures des deux échangeurs étant distantes l’une de l’autre d’une distance comprise entre 30mm et 200mm, de préférence 50mm et 130mm. Les échangeurs de chaleurs présentent des formes de parallélépipèdes, les éléments de fixations étant disposés sur des coins des échangeurs, préférentiellement sur chaque coin des échangeurs. Chaque élément de fixation horizontale comprend deux extrémités, chaque extrémité comprenant une patte de fixation configurée pour se fixer sur l’échangeur de chaleur (1). L’élément de fixation horizontale comprend un élément de serrage qui peut être réglé pour fixer de façon plus ou moins serré l’élément de fixation horizontale (3) sur le dispositif de régulation thermique, l’élément de fixation horizontale comprenant notamment une tige fileté complémentaire d’un filetage présent sur l’élément de serrage, par exemple un écrou, l’élément de serrage et la tige fileté comprenant de préférence chacun une patte de fixation qui vient en contact avec le dispositif de régulation. Le dispositif comprend quatre collecteurs. Le dispositif comprend un élément de fixation verticale solidarisé sur les deux échangeurs, l’élément de fixation vertical étant configuré pour exercer une force sur chaque échangeur selon une direction orthogonale aux forces exercées par les éléments de fixation horizontale. L’invention peut encore concerner un procédé d’assemblage d’un dispositif de régulation thermique tel que décrit précédemment, qui comprend les étapes suivantes : - Fournir deux échangeurs de chaleurs, - Connecter les échangeurs de chaleurs par des collecteurs placés entre lesdits échangeurs, - Fixer l’assemblage dans l’axe horizontal par des éléments de fixation horizontale, et optionnellement, serrer les éléments de fixation horizontale Le procédé peut comprendre en outre une étape de fixation dans l’axe vertical par un élément de fixation verticale placé sur les deux échangeurs. L’invention concerne en particulier un système de régulation thermique d’au moins un serveur, le système comprenant un circuit de fluide de refroidissement configuré pour refroidir l’au moins un serveur, comportant un dispositif de régulation thermique tel que décrit précédemment, configuré pour refroidir ledit fluide du circuit. D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d’exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : illustre de façon schématique un dispositif de régulation thermique de composants ou modules à réguler thermiquement assemblé, selon un premier mode de réalisation de l’invention. illustre de façon schématique un dispositif de régulation thermique de composants ou modules à réguler thermiquement sans les éléments de fixation horizontale. illustre de façon schématique un détail du dispositif à savoir un élément de fixation horizontale. illustre de façon schématique un détail du dispositif de régulation thermique selon le premier mode de réalisation. illustre de façon schématique une partie du dispositif de régulation thermique avant assemblage et sans élément de fixation horizontale, en vue éclatée, afin de représenter les joints toriques. illustre de façon schématique un dispositif de régulation thermique selon un second mode de réalisation de l’invention. illustre de façon schématique un dispositif de régulation thermique selon un troisième mode de réalisation de l’invention. Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence. Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s’appliquent uniquement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d’autres réalisations. Dans la description, on peut indexer certains éléments, par exemple premier élément ou deuxième élément. Dans ce cas, il s’agit d’un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments proches mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément par rapport à un autre et on peut aisément interchanger de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente invention. Cette indexation n’implique pas non plus un ordre dans le temps. La représente schématiquement un premier mode de réalisation de dispositif de régulation thermique (100) d’un fluide pour le refroidissement de composants électroniques, en particulier de composants électroniques d’au moins un serveur informatique, le dispositif (100) comprenant: - au moins deux échangeurs de chaleur (1), notamment des condenseurs, les échangeurs (1) étant disposés en parallèle de façon à diviser le flux de fluide à refroidir en deux, chaque échangeur (1) comprenant une paroi extérieure (11) parallèle à une paroi intérieure (12) faisant face à la paroi intérieure (12) de l’autre échangeur, - les deux échangeurs étant reliés par des collecteurs (2) disposés entre les parois intérieures (12) des deux échangeurs (1), des joints (20), notamment des joints toriques (20), étant en outre disposés à la jonction entre chaque collecteur (2) et chaque échangeur de chaleur (1) - le dispositif (100) étant caractérisé en ce que l’assemblage des deux échangeurs (1) et des collecteurs (2) est fixé par au moins deux éléments de fixation horizontale (3), chaque élément de fixation horizontale (3) étant configuré pour exercer une force sur chaque paroi extérieure (11) des deux échangeurs dans la direction de la paroi extérieure (11) de l’autre échangeur. Ainsi, deux échangeurs, par exemple des condenseurs, sont connectés entre eux, ici par deux couples de collecteurs, afin de permettre une régulation thermique efficace du fluide en parallèle, ce qui permet de conserver une bonne efficacité avec des pertes de charges réduites. Par échangeur de chaleur, on entend tout type de structure permettant d’échanger de la chaleur entre 2 fluides. Par exemple, les échangeurs peuvent être des échangeurs de chaleur à plaques brasées, chacun constitué d'un ensemble de plaques ondulées brasées à chaque point de contact entre les plaques, créant ainsi des canaux complexes. L’assemblage des deux échangeurs est maintenu solidaire par des éléments de fixation horizontale, ce qui permet avantageusement de pouvoir s’affranchir d’une fixation par brasage ou par soudure laser, et ainsi permettre l’assemblage d’un dispositf de régulation thermique à moindre coût, et un transport facilité. Dans certains modes de réalisation, le dispositif (100) comprend quatre éléments de fixation horizontale (3). La représente les échangeurs avant assemblage, en vue éclatée, afin de voir les joints 20 et leur connexion avec les collecteurs 2. Dans certains modes de réalisation, tel que représenté à la à titre d’exemple non limitatif, le dispositif comprend deux éléments de fixation horizontale (3) connectés l’un à l’autre par des plaques supports (30) configurés pour être en contact avec les parois extérieures (11) des échangeurs de chaleur (1) de façon à leur appliquer ladite force. Ce mode de réalisation alternatif, permet une meilleure préhension des échangeurs par les éléments de fixation horizontale 3 et ainsi la possibilité d’appliquer une force de fixation plus importante et donc une rigidité accrue. Dans certains modes de réalisation, les éléments de fixation horizontale (3) se font face, notamment deux à deux quand le dispositif (100) comprend quatre éléments de fixation horizontale (3). Dans certains modes de réalisation, les parois intérieures des deux échangeurs étant distantes l’une de l’autre d’une distance comprise entre 30mm et 200mm, de préférence 50mm et 130mm. Dans certains modes de réalisation, les échangeurs de chaleurs (1) présentent des formes de parallélépipèdes, les éléments de fixations (3) étant disposés sur des coins des échangeurs (1), préférentiellement sur chaque coin des échangeurs. Dans certains modes de réalisation, chaque élément de fixation horizontale (3) comprend deux extrémités, chaque extrémité comprenant une patte de fixation (31) configurée pour se fixer sur l’échangeur de chaleur (1). Dans certains modes de réalisation tel que représenté à titre d’exemple à la , les pattes de fixation 31 ont une forme complémentaire aux coins des échangeurs de chaleurs 1. D’autres formes sont bien sûr possibles. Dans certains modes de réalisation, l’élément de fixation horizontale 3 comprend un élément de serrage 32 qui peut être réglé pour fixer de façon plus ou moins serré l’élément de fixation horizontale 3 sur le dispositif de régulation thermique 100. Dans certains modes de réalisation, tel que représenté à titre d’exemple non limitatif à la , cet élément de fixation horizontale 3 comprend ainsi une tige fileté complémentaire d’un filetage présent sur l’élément de serrage, par exemple un écrou 320. De préférence, l’élément de serrage et la tige fileté comprennent chacun une patte de fixation 31 qui vient en contact avec le dispositif de régulation 100, notamment avec un échangeur de chaleur 1 tel qu’un condenseur. Ainsi, on peut avantageusement régler de façon simple l’élément de fixation horizontale sur le dispositif. Dans certains modes de réalisation, le dispositif comprend quatre collecteurs (2). Dans certains modes de réalisation, le dispositif comprend un élément de fixation verticale (4) solidarisé sur les deux échangeurs, l’élément de fixation vertical (4) étant configuré pour exercer une force sur chaque échangeur selon une direction orthogonale aux forces exercées par les éléments de fixation horizontale (3). L’invention concerne aussi un système de régulation thermique d’au moins un serveur, comprenant un circuit de fluide de refroidissement configuré pour refroidir l’au moins un serveur, caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif de régulation thermique tel que décrit précédemment, configuré pour refroidir ledit fluide du circuit.. L’invention concerne aussi un procédé d’assemblage d’un dispositif de régulation thermique (100) tel que décrit précédemment, qui comprend les étapes suivantes : - Fournir deux échangeurs de chaleurs, - Connecter les échangeurs de chaleurs par des collecteurs placés entre lesdits échangeurs, - Fixer l’assemblage dans l’axe horizontal par des éléments de fixation horizontale, et optionnellement, serrer les éléments de fixation horizontale Le procédé comprend en outre une étape de fixation dans l’axe vertical par un élément de fixation verticale placé sur les deux échangeurs. LEGENDE 1. Echangeur de chaleur 2. Collecteur 3. Elément de fixation horizontale 4. Elément de fixation verticale 11. Paroi extérieure 12. Paroi intérieure 13. Connecteur d’entrée ou sortie du fluide 20. Joint 30. Plaque support 31. Patte de fixation 32. Elément de serrage 320. Elément formant écrou 100. Dispositif de régulation thermique Dispositif de régulation thermique (100) d’un fluide pour le refroidissement de composants électroniques, en particulier de composants électroniques d’au moins un serveur informatique, le dispositif (100) comprenant: - au moins deux échangeurs de chaleur (1), notamment des condenseurs, les échangeurs (1) étant disposés en parallèle de façon à diviser le flux de fluide à refroidir en deux, chaque échangeur (1) comprenant une paroi extérieure (11) parallèle à une paroi intérieure (12) faisant face à la paroi intérieure (12) de l’autre échangeur, - les deux échangeurs étant reliés par des collecteurs (2) disposés entre les parois intérieures (12) des deux échangeurs (1), des joints (20), notamment des joints toriques (20), étant en outre disposés à la jonction entre chaque collecteur (2) et chaque échangeur de chaleur (1) - le dispositif (100) étant caractérisé en ce que l’assemblage des deux échangeurs (1) et des collecteurs (2) est fixé par au moins deux éléments de fixation horizontale (3), chaque élément de fixation horizontale (3) étant configuré pour exercer une force sur chaque paroi extérieure (11) des deux échangeurs dans la direction de la paroi extérieure (11) de l’autre échangeur. Dispositif de régulation thermique (100) selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif (100) comprend quatre éléments de fixation horizontale (3). Dispositif de régulation thermique (100) selon la revendication 1, dans lequel le dispositif comprend deux éléments de fixation horizontale (3) connectés l’un à l’autre par des plaques supports (30) configurés pour être en contact avec les parois extérieures (11) des échangeurs de chaleur (1) de façon à leur appliquer ladite force. Dispositif de régulation thermique (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les éléments de fixation horizontale (3) se font face, notamment deux à deux quand le dispositif (100) comprend quatre éléments de fixation horizontale (3). Dispositif de régulation thermique selon l’une des revendications précédentes, les parois intérieures des deux échangeurs étant distantes l’une de l’autre d’une distance comprise entre 30mm et 200mm, de préférence 50mm et 130mm. Dispositif de régulation thermique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les échangeurs de chaleurs (1) présentent des formes de parallélépipèdes, les éléments de fixations (3) étant disposés sur des coins des échangeurs (1), préférentiellement sur chaque coin des échangeurs. Dispositif de régulation thermique (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chaque élément de fixation horizontale (3) comprend deux extrémités, chaque extrémité comprenant une patte de fixation (31) configurée pour se fixer sur l’échangeur de chaleur (1). Dispositif de régulation thermique (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chaque l’élément de fixation horizontale (3) comprend un élément de serrage (32) qui peut être réglé pour fixer de façon plus ou moins serré l’élément de fixation horizontale (3) sur le dispositif de régulation thermique (100), l’élément de fixation horizontale (3) comprenant notamment une tige fileté (321) complémentaire d’un filetage présent sur l’élément de serrage, par exemple un écrou (320), l’élément de serrage et la tige fileté comprenant de préférence chacun une patte de fixation (31) qui vient en contact avec le dispositif de régulation (100) . Dispositif de régulation thermique (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif comprend quatre collecteurs (2). Dispositif de régulation thermique (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif comprend un élément de fixation verticale (4) solidarisé sur les deux échangeurs, l’élément de fixation vertical (4) étant configuré pour exercer une force sur chaque échangeur selon une direction orthogonale aux forces exercées par les éléments de fixation horizontale (3). Système de régulation thermique d’au moins un serveur, comprenant un circuit de fluide de refroidissement configuré pour refroidir l’au moins un serveur, caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif de régulation thermique selon l’une des revendications précédentes, configuré pour refroidir ledit fluide du circuit. Procédé d’assemblage d’un dispositif de régulation thermique (100) selon l’une des revendications 1 à 10, qui comprend les étapes suivantes : Fournir deux échangeurs de chaleurs, Connecter les échangeurs de chaleurs par des collecteurs placés entre lesdits échangeurs, Fixer l’assemblage dans l’axe horizontal par des éléments de fixation horizontale, et optionnellement, serrer les éléments de fixation horizontale Procédé d’assemblage du dispositif de régulation thermique selon la revendication précédente, qui comprend en outre une étape de fixation dans l’axe vertical par un élément de fixation verticale placé sur les deux échangeurs.