Les thermosiphons sont des systèmes de gestion thermique diphasiques passifs qui ne nécessitent ni pompe mécanique ni autre pièce mobile dans la boucle de fluide. Comme ils s’appuient sur la gravité pour renvoyer le fluide condensé vers l’évaporateur, les thermosiphons ne nécessitent aucune alimentation électrique supplémentaire pour fonctionner, ce qui les rend plus fiables que les boucles de refroidissement liquide actives dans les applications stationnaires. Avec une conception adaptée, les thermosiphons peuvent améliorer les performances globales du système tout en réduisant le poids et le volume dédiés à la gestion thermique.
Les thermosiphons fonctionnent selon les mêmes principes que les caloducs : le liquide absorbe l’énergie et se transforme en vapeur, la vapeur est transportée par la différence de pression entre les zones chaudes et froides, puis la chaleur est évacuée lorsque la vapeur se condense à nouveau en liquide. De faibles écarts de température globaux permettent un refroidissement isotherme sur de grandes surfaces ou entre plusieurs dispositifs. En exploitant ces différentiels de température, les thermosiphons transportent la chaleur efficacement et avec fiabilité dans une grande variété de configurations au sein de la solution thermique.
Les thermosiphons offrent un refroidissement diphasique plus économique que les caloducs ou les chambres à vapeur. En exploitant les thermosiphons, Eaton permet de réduire les coûts et le poids en éliminant le recours à une structure capillaire. Les thermosiphons sont une technologie passive qui permet d’obtenir un transport thermique élevé sans recourir à des pompes coûteuses et à durée de vie limitée. Ils maintiennent également de faibles écarts de température globaux, ce qui permet un refroidissement isotherme sur de grandes surfaces ou entre plusieurs dispositifs.
Eaton s’appuie sur plusieurs décennies d’expertise dans les technologies diphasiques. Nous avons développé quatre types de thermosiphons afin de proposer à nos clients la solution la mieux adaptée à leur application. Pour réduire davantage les coûts, Eaton associe ingénierie avancée et fabrication rationalisée afin de permettre le brasage en une seule étape.
Les thermosiphons qui dissipent directement la chaleur depuis une source située dans le volume adjacent sont considérés comme des thermosiphons en boucle à contact direct 3D. Les thermosiphons captent de grandes quantités de chaleur au niveau de l’évaporateur, puis la poussée d’Archimède fait monter verticalement la vapeur chaude vers la zone du condenseur. La zone du condenseur peut être configurée pour un flux d’air vertical, comme dans le schéma ci-dessus, ou pour une unité horizontale d’échangeur de chaleur liquide-air.
Les thermosiphons en boucle à contact direct transportent la chaleur d’une source vers l’air, en l’éloignant des charges thermiques pour l’acheminer vers un empilement d’ailettes haute densité qui la dissipe dans l’air ambiant. Des tubes soigneusement inclinés transportent le fluide de travail du thermosiphon vers et depuis la partie condenseur distant/échangeur de chaleur liquide-air de l’assemblage. Les thermosiphons en boucle à contact direct transportent davantage de chaleur sur de plus longues distances et avec moins de tubes qu’un assemblage de caloducs similaire, réduisant ainsi la complexité et les coûts du système. Cette configuration de thermosiphon est courante dans les applications d’entreprise pour refroidir des composants hautes performances, comme les CPU et les GPU, en transférant la chaleur vers une zone distante offrant davantage d’espace pour le refroidissement.
Les thermosiphons en boucle air-air exploitent la grande capacité de transport thermique des systèmes diphasiques pour capter la chaleur d’un flux d’air chaud au niveau du serpentin de l’évaporateur et la dissiper dans un flux d’air plus froid au niveau du serpentin du condenseur. Les thermosiphons en boucle air-air peuvent évacuer beaucoup plus de chaleur dans des volumes plus réduits que les échangeurs de chaleur basés sur la conduction ou les caloducs. Grâce au refroidissement diphasique passif, les thermosiphons en boucle air-air offrent une fiabilité accrue et réduisent les coûts de maintenance associés à un échangeur de chaleur liquide-air actif avec liquide pompé.
Les dissipateurs thermiques utilisant des ailettes de thermosiphon 2D réduisent le poids et améliorent les performances par rapport à des dissipateurs thermiques similaires moulés sous pression, à ailettes rapportées ou extrudés. Les concepteurs peuvent améliorer l’efficacité des ailettes des dissipateurs thermiques à ailettes hautes (>80 mm) en intégrant des ailettes de thermosiphon 2D, qui favorisent l’efficacité des ailettes et la diffusion de la chaleur dans le sens du flux d’air.
Les ailettes de thermosiphon 2D peuvent être intégrées dans un dissipateur thermique à ailettes rapportées ou un boîtier thermiquement intégré. Même si elles n’offrent pas autant de flexibilité de conception que les ailettes de chambre à vapeur, les ailettes de thermosiphon 2D peuvent améliorer les performances dans les systèmes compacts.
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