Brevet FR2334525A1 — publié le 19770708

La présente invention concerne un dispositif de refroidissement de semiconducteurs de puissance par un agent réfrigérant, ledit dispositif étant appliqué au matériel ferroviaire. On sait refroidir des semi-conducteurs en les enfermant dans une enceinte contenant un agent réfrigérant tel que du fréon et en disposant des ailettes de refroidissement sur le pourtour de l'enceinte. On sait aussi réaliser un condenseur a ailettes extérieur à enceinte l'agent réfrigérant circulant de l'une a ltautre par circulation naturelle. Cependant, la chaleur évacuée dans les deux cas est relativement faible. De plus l'encombrement exigé par ces dispositifs est prohibitif. Par exemple dans une automotrice actuelle les redresseurs sont disposés sous la caisse et nécessitent pour être refroidis une gaine d'air traversant le compartiment des voyageurs en provenance du toit, ladite gaine occupant en section l'emplacernent de deux places assises. Dans un autre exemple, d'une locomotive Diesel, les redresseurs sont disposés a proximité de l'alternateur vers l > arrière de la locomotive et nécessitent des ventilateurs de puissance installés dans leur environnement immédiat alors qu'il existe déja d'autres ventilateurs de puissance pour refroidir le moteur thermique disposés à l'avant de la locomotive.Enfin avec un condenseur à circulation naturelle, celui-ci doit être disposé obligatoirement au-dessus de l'enceinte ce qui limite des applications où les redresseurs sont montés sous la caisse ou sur le toit. Le dispositif de refroidissement selon la présente invention remédie à ces inconvénients. Dans celui-ci en effet il est possible de soumettre les semi-conducteurs à des puissances très importantes tout en dissociant les sources de chaleur du lieu de leur refroidissement ce qui permet leur utilisation d'une façon économique sur le matériel ferroviaire. La présente invention a pour objet un dispositif de refroidissement de semi-conducteurs appliqués au matériel ferroviaire pour le redressement de la puissance électrique comportant une enceinte remplie d'un agent réfrigérant enfermant les semi-conducteurs et un condenseur extérieur à l'enceinte caractérisé par le fait que dans une première liaison entre une première extrémité de enceinte et une première extrémité du condenseur est disposé un compresseur et que dans une deuxième liaison entre la deuxième extrémité du condenseur et la deuxième extrémité de l'enceinte est disposée une vanne de détente. Selon une variante entre le condenseur et l'enceinte contenant les semiconducteurs est disposé un ventilateur de pression qui joue le rôle d'une pompe activant la circulation du fluide réfrigérant. Dans ce cas, le dispositif ne comporte pas de vanne de détente. La présente invention a également pour objet une automotrice comportant le dispositif de refroidissement précité dans lesquels les redresseurs et leur enceinte sont disposés sous le plancher caractérisée par le fait que ledit condenseur est disposé sur le toit de l'automotrice ou dans des conduites de ventilation. La présente invention a également pour objet une locomotive Diesel comportant le dispositif de refroidissement précité dans lesquels les redresseurs et leur enceinte sont situés près de l'alternateur de la locomotive caractérisée par le fait que ledit ensemble compresseur ou ventilateur-condenseur-détendeur est disposé sur le trajet du courant de ventilateur du moteur thermique de la locomotive. La présente invention a également pour objet une locomotive électrique à hacheur de courant ou pont redresseur comportant le dispositif de refroidissement précité dans lesquels les redresseurs et leur enceinte sont disposés à proximité du transformateur de la locomotive caractérisée par le fait que ledit ensemble compresseur condenseur-détenteur ou ventilateur-condenseur de pression est disposé sur la toiture ou sur un trajet des conduits de ventilation des moteurs de traction de la locomotive. En se référant aux figures schématiques I à 4 ci-jointes on va décrire ci-après un exemple de mise en oeuvre de la présente invention, exemple donné à titre purement illustratif et nullement limitatif. Les mêmes éléments représentés sur plusieurs de ces figures portent sur toutes celles-ci les mêmes références. La figure I représente un schéma de principe d'un dispositif de refroidissement de semi-conducteurs au moyen d'un groupe compresseur. La figure 2 représente la disposition des semi-conducteurs et du groupe compresseur à l'intérieur d'une automotrice. La figure 3 représente la disposition des semi-conducteurs et du groupe compresseur à l'intérieur d'une locomotive Diesel. ta figure 4 représente la-disposition des semi-conducteurs et du groupe compresseur à l'intérieur d'une locomotive électrique. Comme on le voit sur la figure 1, des semi-conducteurs I sont enfermés dans une enceinte 2 contenant un agent réfrigérant tel que le fréon. Lorsque les semi-conducteurs sont en fonctionnement ils dissipent de la chaleur qui est absorbée par le fréon qui passe en phase vapeur. Le refroidissement du fréon est obtenu grâce à un groupe compresseur 3 disposé à l'extérieur de l'enceinte 2. Celui-ci comporte d'une manière connue en soi un compresseur 4 proprement dit, un condenseur 5 à ailettes de refroidissement et une vanne de détente 6. Le compresseur a pour effet d'augmenter la pression de gaz et d'augmenter la température par voie de conséquence, le condenseur a pour rôle de céder la chaleur contenue dans le gaz et le détendeur a pour effet d'abaisser encore plus la température tout en provoquant une détente du gaz. Selon une variante le groupe comprend un ventilateur de pression et un condensateur 5 à ailettes de refroidissement . L'efficacité d'un dispositif avec compresseur est supérieure à celle d'un dispositif avec ventilateur de pression. En contrepartie, le premier dispositif travaille à une pression plus élevée et requiert un matériel plus spécifique des installations frigorifiques. La liaison du groupe compresseur 3 à enceinte 2 est réalisée au moyen de deux tubulures d'entrée 7 et de sortie~8. Le refroidissement obtenu est plus important qu'avec un condenseur disposé extérieurement à l'enceinte ou avec une enceinte à ailettes sans condenseur extérieur. Le groupe compresseur 3 peut être disposé à plusieurs mètres de ltenceinte et assurer quand même le refroidissement demandé. Les applications du dispositif de refroidissement selon l'invention peuvent être du domaine ferroviaire. Par exemple sur une automotrice (figure 2) les équipements électriques 9 et les redresseurs I avec l'enceinte 2 sont disposés sous la caisse de la voiture. Des canalisations de I cm2 de section par exemple peuvent traverser le plancher, le compartiment des voyageurs et le toit. Sur la toiture sont disposés le compresseur 4 et le condenseur 5, la ventilation est assurée naturellement lors du déplacement de l'automotrice. Sur une locomotive Diesel (figure 3) le moteur thermique 10 est disposé au centre de la locomotive suivi de l'alternateur 11 avec les redresseurs 1 et leur enceinte 2 disposés à l'arrière. Les ventilateurs 12 du moteur thermique 10 sont situés à l'avant de la locomotive, Selon l'invention le groupe compresseur 4, 5 est disposé à proximité des ventilateurs 12, les canalisations de liaison de faible section joignant l'enceinte 2 au groupe compresseur. Sur une locomotive électrique à hacheur de courant ou à pont redresseur le moteur de traction 13 est disposé à l'avant au-dessus des bogies. Le transformateur 14 est disposé au centre de la locomotive, les semi-conducteurs I et l'enceinte 2 à l'intérieur et au centre de la locomotive. Les ventilateurs 15 du moteur de traction 13 soufflent de l'air sur celui-ci au travers d'une gaine 16. Le groupe compresseur 4, 5 peut etre soit disposé sur la toiture soit dans cette gaine de ventilation 16. Il est relié à l'enceinte 2 par des canalisations de faible section. Le dispositif de refroidissement selon l'invention peut être utilisé toutes les fois que l'on a besoin d'enlever beaucoup de chaleur aux semi-conducteurs de puissance ce qui permet l'utilisation de puissances élevées. Un autre avantage est la dissociation possible de sources de chaleur du lieu de leur refroidissement. Ces dispositifs de refroidissement peuvent être montés sur des automotrices, des locomotives Diesel ou des locomotives électriques dans lesquelles le groupe compresseur-condenseur est installé dans des endroits ventilés soit naturellement sur la toiture soit par ventilation forcée grâce à des ventilateurs de traction déjà existants. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de refroidissement de semi-conducteurs appliques au matériel terroviaire et utilises pour le redressement de la puissance électrique comportant une tfllcallllîe remplie d'un agent réfrigérant enfermant les semiconducteurs et un condenseur exterieur a l'enceinte caractérisé par le fait que dans une première liaison entre une première extrémité de l'enceinte et une première extrémite du condenseur est disposé un compresseur et que dans une deuxième liaison entre la deuxième extrémite du condenseur et la deuxième extremite de l'enceinte est disposée une vanne oie détente. 2/ Dispositif de refroidissement de semi-conducteurs appliqués au matériel ferroviaire et utilisés pour le redressement de la puissance électrique comportant une enceinte remplie d'un agent réfrigerant enfermant les semiconducteurs et un condenseur extérieur à l'enceinte caractérisé par le fait qu'entre le condenseur et ì l'enceinte est dispose un ventilateur de pression. 3/ Automotrice comportant un dispositif de refroidissement tel que revendiqué dans 1l'une quelconque des revendieations I et 2 et ayant des redresseurs et leur enceinte disposés sous le plancher caracterisée par le fait que ledit condenseur est dispose sur le toit de l'automotrice ou dans des conduites de ventilation 4/ Locomotive Diesel comportant un dispositif de refroidissement tel que revendiqué dans 1 l'une quelconque des revendications I et 2 et avant des redresseurs et leur enceinte situés près de l'alternateur de la locomotive caracterisce par le fait que ledit ensemble compresseur condenseur-detenteur ou ventilateur-condenseur est disposé sur le trajet des conduites de ventila t ion du moteur thermique de la locomotive. 51 Locomotive électrique a hacheur de courant ou pont redresseur comportant un dispositif de refroidissement tel que revendiqué dans I 'une quelconque des revendications I et 2 et ayant des redresseurs et leur enceinte dispose i proximite du transformateur de la locomotive caracterisée par le fait que ledit ensemble compresseur condenseur-detendeur ou venti I ateur-condenseur est dispose sur la toiture ou sur un trajet es conduits de veiitilation des moteurs de traction de la locomotive.