Brevet FR2605481A1 — publié le 19880422

DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT DE COMPOSANTS ELECTRIQUES DE PUISSANCE DISPOSES DANS UN TIROIR EMBROCHABLE DANS UNE BAIE L'invention concerne un dispositif de refroidissement par circulation de liquide caloporteur, de composants électriques et/ou électroniques de puissance disposés à l'intérieur d'un tiroir, ledit tiroir étant destiné à être embroché dans une baie. Certains dispositifs électriques et/ou électroniques de forte puissance, disposés dans un volume réduit, posent des problèmes d'évacuation thermique. C'est le cas, notamment, des alimentations de forte puissance, de quelques KW à plusieurs dizaines de KW, qui sont disposées dans des tiroirs embrochables dans une baie. Une telle alimentation peut, par exemple, comporter 4 transistors de puissance qui dissipent environ 10 % de la puissance de l'alimentation, cette puissance (500 W à 1 kW par transistor) devant être évacuée sous forme thermique. Il n'est pas souhaitable d'utiliser une ventilation forcée, un tel dispositif étant trop encombrant et non intégrable dans un tiroir. La seule possibilité acceptable est constituée par un refroidissement, en circuit fermé, par eau ou par tout autre liquide caloporteur, par exemple de l'eau glycolée. Dans les dispositifs connus, utilisés dans des tiroirs, ce type de refroidissement pose néanmoins des problèmes importants du point de vue connectique pour les entrées et sorties de liquide caloporteur. De plus, l'introduction d'eau ou de fluides caloporteurs conducteurs à l'intérieur du tiroir pose des problèmes d'isolement galvanique entre les divers composants. Certains circuits peuvent en effet impliquer l'utilisation de tensions élevées, de l'ordre de plusieurs centaines de volts, par exemple dans le cas d'une alimentation continu - continu. La présente invention propose une solution simple, permettant de résoudre à la fois les problèmes d'encombrement et de connectique. Selon l'invention, il est prévu une plaque de refroidissement métallique solidaire du tiroir, les composants électriques de puissance étant montés sur cette plaque. Un échangeur de chaleur, à circulation forcée de liquide, solidaire de la baie, vient en contact sur toute sa surface avec la plaque de refroidissement, lorsque le tiroir est disposé dans la baie. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, d'un mode de mise en oeuvre de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est un schéma général du tiroir et du dispositif de refroidissement selon l'invention, - les figures 2 et 3 représentent en coupe le dispositif de refroidissement selon l'invention, respectivement en cours et en fin d'embrochage du tiroir. Sur les figures 1 à 3, la face arrière d'un tiroir 1 embrochable dans une baie comporte une ouverture importante en regard de laquelle est disposée une plaque de refroidissement 2. Cette plaque métallique, de préférence en cuivre, relativement épaisse (environ 1 cm) est rendue solidaire du tiroir. Les éléments de puissance du circuit, par exemple les transistors de puissance, sont fixés sur cette plaque. Bien entendu, un isolement électrique des divers éléments entre eux est prévu, par exemple au moyen d'une plaque électriquement isolante 3, fixée sur la plaque de refroidissement. Certains éléments (non représentés), comme les transformateurs, les bobines des circuits de commande, trop encombrants, sont avantageusement reliés de l'intérieur du tiroir à la plaque de refroidissement 2 par l'intermédiaire de caloducs.L'évacuation de l'énergie thermique dissipée par ces éléments, peut ainsi également être assurée par l'intermédiaire du même dispositif de refroidissement. Lorsque le tiroir est introduit dans la baie, la plaque de refroidissement 2 vient en contact avec un échangeur 4 solidaire de la baie. Cet échangeur 4 est un échangeur de chaleur à liquide de type classique. Il est, par exemple, parcouru intérieurement par un serpentin 5, parcouru par un liquide, par exemple de l'eau. Cette disposition permet d'éliminer totalement toute entrée et sortie de liquide au niveau du tiroir, une entrée 6 et une sortie 7, fixes, étant prévues au niveau de l'échangeur 4 solidaire de la baie. L'évacuation thermique est donc assurée grâce au contact entre la plaque de refroidissement 2 solidaire du tiroir 1 et l'échangeur 4 solidaire de la baie. La surface de contact est relativement importante, seul un passage pour les connexions électriques vers l'extérieur devant en outre être prévu sur la face arrière du boîtier. Sur la figure 2, les éléments de connexion électrique disposés d'une part sur la face arrière du tiroir et d'autre part solidaires de la baie sont représentés respectivement par les références 8 et 9. A titre d'exemple, on notera que pour un tiroir embrochable destiné à une alimentation à résonance continu - continu, la surface de contact peut être de 400 mm x 250 mm. Afin d'assurer un bon contact entre les deux surfaces, des ressorts, disposés soit sur le tiroir, soit sur la baie, peuvent être prévus.Dans le mode de réalisation particulier représenté sur les figures, des ressorts 10 ont été disposés entre la face arrière du tiroir 1 et la plaque métallique de refroidissement 2, celle-ci étant ainsi à la fois solidaire du tiroir et montée flottante sur celui-ci. La surface de contact peut être augmentée en remplaçant les surfaces planes en regard de la plaque de refroidissement 2 et de l'échangeur 4 par des surfaces s'emboîtant l'une dans l'autre, par exemple avec une configuration striée, en quinconce, etc... Il est bien évident que l'amélioration se fait alors au détriment de la simplicité et que l'importance relative des surfaces en présence rend généralement inutiles de telles mesures additionnelles. Dans un mode de réalisation préférentiel, représenté sur les figures 2 et 3, les composants électriques de puissance 12 sont répartis en divers sous-ensembles. Chaque sous-ensemble comporte une plaque métallique propre 11, les divers composants fixés sur cette plaque étant équipotentiels. Les diverses plaques 11 sont alors fixées, avec interposition de la plaque isolante 3, sur la plaque de refroidissement 2. Il est bien évident que l'invention n'est pas limitée à son application à une alimentation continu - continu, mais qu'elle peut être utilisée dans tous les cas où un circuit électrique comportant des éléments de puissance doit être confiné dans un volume réduit. Ce peut être le cas, notamment, d'amplificateurs, d'émetteurs et de convertisseurs continu alternatif. De même, bien que dans le mode de réalisation particulier décrit, la plaque de refroidissement soit située sur la face arrière du tiroir, il est bien évident qu'il est également possible d'utiliser toute autre face du tiroir, notamment la face inférieure ou une face latérale, dans le cas de tiroirs plus petits ou profonds et étroits. Il est avantageux de prévoir un mécanisme de mise en contact des deux surfaces après l'insertion du tiroir dans la baie, le mouvement relatif pouvant être dérivé de celui du tiroir. REVENDICATIONS 1. Dispositif de refroidissement, par circulation de liquide, de composants électriques et/ou électroniques de puissance disposés à l'intérieur d'un tiroir (1), ledit tiroir étant destiné à être embroché dans une baie, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte une plaque de refroidissement métallique (2), solidaire du tiroir, les composants électriques de puissance étant montés sur cette plaque et un échangeur de chaleur (4), à circulation forc#ée de liquide, solidaire de la baie, venant en contact sur toute sa surface avec la plaque de refroidissement (2), lorsque le tiroir est disposé dans la baie. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une plaque (3) électriquement isolante, est disposée entre la plaque de refroidissement et les composants électriques. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que des composants électriques de puissance disposés à l'intérieur du tiroir, sont reliés à la plaque de refroidissement (2) par l'intermédiaire de caloducs. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (4) comporte un serpentin de circulation d'eau. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la plaque de refroidissement (2) est disposée sur la face arrière du tiroir. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens assurant un bon contact entre la plaque de refroidissement (2) et l'échangeur de chaleur (4), lorsque le tiroir est dans la baie. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ces moyens sont constitués par des ressorts. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la plaque de refroidissement (2) est disposée en regard d'une ouverture importante, formée dans l'une des faces du tiroir.