Brevet FR2674990A1 — publié le 19921009

DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT A LIQUIDE VAPORISABLE POUR UN DISJONCTEUR ELECTRONIQUE. L'invention est relative à un dispositif de refroidissement à liquide vaporisable pour au moins un disjoncteur électronique à bolier modulaire renfermant un élément semi-conducteur de puissance associé à un dispositif électronique de commande pour commuter ledit élément de l'état bloqué vers l'état conducteur, et vice-versa, et un bloc refroidisseur se trouvant en bon contact thermique avec l'élément semi-conducteur. Dans le domaine de l'électronique de puissance, il est classique de monter des éléments semi-conducteurs, notamment des transistors ou thyristors sur un radiateur commun, dans lequel peut circuler un liquide ou fluide de refroidissement. Le refroidissement de 1 element semi-conducteur resulte d' un effet de convection, et il faut prévoir un type de radiateur pour chaque installation ou appareillage. Le problème est différent pour des disjoncteurs modulaires électroniques, lesquels doivent être autonomes et facilement interchangeables en fonction de l'installation. Les opérations de montage et de de montage des disj oncteurs doivent pouvoir être effectuéesparle client, quel que soit le nombre de disjoncteurs pour un circuit de refroidissement prédéterminé. L'objet de l'invention consiste à réaliser un dispositif à liquide de refroidissement pour un disjoncteur électronique modulaire et interchangeable. Selon l'invention, le bloc refroidisseur est formé par une chambre creuse d'évaporation réalisée en un matériau métallique de conductibilité thermique élevée. Des moyens de raccordement hydraulique sont agencés au niveau du disjoncteur pour assurer la communication de l'intérieur de la chambre étanche avec le circuit à liquide de refroidissement. Le système fonctionne par évaporation du liquide au niveau du disjoncteur électronique et par condensation au niveau du radiateur. L'ensemble du système fonctionne à température constante: température d'évaporation du liquide à la pression présente dans le circuit hydraulique. Dans le cas d'une rangée de disjoncteurs électroniques montée sur un rail de fixation, le circuit de refroidissement comporte deux conduites de distribution commune dudit liquide, s'étendant parallèlement au rail de fixation de part et d'autre des disjoncteurs. Un radiateur ou condenseur se trouve en liaison avec les deux conduites inférieure et supérieure, respectivement par un premier tube d'arrivée, et un deuxième tube de départ. Le radiateur est situé à un point haut du circuit de refroidissement. Les moyens de raccordement hydraulique de chaque disjoncteur comportent une paire de tuyaux flexibles à raccords rapides positionnés sur les faces opposées du boîtier, et s'étendant perpendiculairement aux deux conduites de distribution. Le contrôle de la pression du liquide dans le circuit de refroidissement est assuré par un manomètre et une soupape de sécurité. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue en élévation d'une rangée de disj oncteurs électroniques équipée d'un dispositif de refroidissement selon l'invention. La figure 2 représente une vue de profil de la figure 1. La figure 3 est une vue identique de la figure 2, représentée partiellement en coupe. La figure 4 montre une vue schématique partiellement en coupe d'un disjoncteur électronique selon l'invention. La figure 5 est une vue de droite de la figure 4. Sur les figures, une rangée de disjoncteurs 5 électroniques est montée par encliquetage sur un rail 6 horizontal de fixation, lequel est solidarisé à deux montants 30,32 d'un châsssis 3 de support. Un dispositif de refroidissement 34 à liquide vaporisable, notamment un dérivé chloré ou fluoré du méthane ou de l'éthane, commercialement dénommé par la marque FREON, est fixe au châssis 3 et agencé pour extraire une quantité importante de chaleur engendrée par effet Joule à l'intérieur des disjoncteurs 5. Le circuit du dispositif de refroidissement 34 est raccordé par des raccords 10 à un radiateur i monte par des moyens de fixation 2 sur une platine 36 assujettie à la traverse 38 supérieure du châssis 3. Le radiateur 1 est relié au moyen d'un premier tube 7 d'arrivée et d'un deuxième tube 9 de départ à deux conduites 44,4 communes de distribution, s'étendant parallèlement au rail 6 de fixation, de part et d'autre des disjoncteurs 5. Les conduites 44,4 sont fixées aux montants 30,32 par un système d'assemblage à goujons et écrous 13. Un ventilateur 12 de refroidissement piloté par un moteur à commande thermostatique, est associé au radiateur 1 pour condenser les vapeurs du liquide de refroidissement. Un manomètre 8 contrôle la pression du gaz dans le circuit de refroidissement, et une soupape 14 de sécurité est montée sur la conduite 4 supérieure de distribution pour ouvrir le circuit en cas de pression anormale. Le radiateur 1 est dispose au-dessus de la conduite 4 supérieure, et la circulation du gaz et du liquide s'effectue par gravité. Il est également- possible de prévoir une circulation forcée du liquide en insérant dans le circuit une pompe de circulation (non représentée). Le système fonctionne par évaporation/condensation du liquide. Chaque disjoncteur 5 (figure 4 et 5) électronique comporte un boîtier 46 modulaire renfermant un éIément semi-conducteur 15 de puissance associé à un dispositif de commande à cartes 21 électroniques, et un bloc refroidisseur 48 se trouvant en bon contact thermique avec l'élément semi-conducteur 15, lequel peut être constitué à titre d'exemple par un transistor, thyristor ou triac. Le mécanisme à manette 50 et le système d'interruption du disjoncteur 5 peuvent être du type décrit dans le document FR-A2.533.363. Le bloc refroidisseur 48 de chaque disjoncteur 5 est formé par une chambre 52 creuse d'évaporation réalisée en un matériau métallique de bonne conductibilité thermique, et obturée par un couvercle 20 à vis 23, avec interposition d'un joint d'étanchéité 22. La chambre 52 d'évaporation est fixée au bottier 46 par des vis de fixation 18, et l'élément semi conducteur15 est assemble a une face externe de la chambre 52 par des rivets 16. Des joints 19 d'étanchéité sont associés aux vis 18 et aux rivets16 pour rendre la chambre 52 totalement étanche. L'intérieur de la chambre 52métallique du bloc refroidisseur 48 de chaque disjoncteur 5 communique avec les conduites supérieure 4 et inférieure 44 au moyen d'une paire de tuyaux 54,56 flexibles de liaison à raccords rapides. Les raccords 17 sont positionnés sur les faces opposées de raccordement du disjoncteur 5. Le fonctionnement du dispositif de refroidissement 34 des disjoncteurs 5, est le suivant: La commutation de l'élément semi-conducteur 15 de l'état bloqué vers l'état conducteur provoque une circulation de courant dans chaque disjoncteur 5, entraînant un échauffement par effet Joule à l'intérieur du bottier 46. La présence du liquide de refroidissement à l'intérieur de la chambre 52 métallique engendre une phase de vaporisation, de manière à extraire une quantité de chaleur due à l'échauffement. La vapeur du liquide circule ensuite par convection, et se condense dans le radiateur 1 après passage dans le tuyau 54, la conduite supérieure 4, et le deuxième tube de départ 9. Le liquide redescend ensuite par gravite a travers le premier tube 7 d'arrivée vers la conduite de distribution inférieure 44. Le volume de la chambre 52 du bloc refroidisseur 48 est calculé pour assurer une extraction suffisante de l'énergie calorifique et assurer un refroidissement efficace de l'élément semi-conducteur 15. La circulation du liquide peut être accélérée par l'emploi d'une moto-pompe mise en série dans le circuit. Chaque disjoncteur 5 est facilement interchangeable grâce au système de raccords 17 rapides des tuyaux 54,56 flexibles reliant la chambre 52 d'évaporation au circuit de refroidissement. L'invention s'étend bien entendu à tout autre type de liquide vaporisable. Le radiateur 1 peut également être remplacé par un condenseur. REVENDICATIONS 1. Dispositif de refroidissement à liquide vaporisable pour au moins un disjoncteur (5) électronique à boîtier (46) modulaire renfermant un élément semi-conducteur (15) de puissance associe à un dispositif électronique de commande pour commuter ledit élément de l'état bloqué vers l'état conducteur, et vice-versa,et un bloc refroidisseur (48) se trouvant en bon contact thermique avec l'élément semi-conducteur (15), caractérisé en ce que le bloc refroidisseur (48) est formé par une chambre (52) creuse d'évaporation réalisée en un matériau métallique de conductibilité thermique élevée, et que des moyens de raccordement hydraulique sont agencés au niveau du disjoncteur (5) pour assurer la communication de l'intérieur de la chambre (52) étanche avec le circuit à liquide de refroidissement. 2 Dispositif de refroidissement selon la revendication 1, destine â refroidir une range e de disjoncteurs (5) electroniques montée sur un rail de fixation (6) solidaire d'un châssis 3, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement comporte deux conduites (4,44) de distribution commune dudit liquide, s'étendant parallèlement au rail de fixation (6) de part et d'autre des disjoncteurs (5), et qu'un radiateur (1) ou condenseur se trouve en liaison avec les deux conduites inférieure (44) et supérieure (4), respectivement par un premier tube (7) d'arrivée, et un deuxième tube (9) de départ. 3 Dispositif de refroidissement selon la revendication 2, caractérisé en ce que le radiateur (1) est situé sur le châssis (3) au-dessus de la conduite supérieure (4), et que le deuxième tube (9) est plus court que le premier tube (7). 4. Dispositif de refroidissement selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens de raccordement hydraulique de chaque disjoncteur (5) comportent une paire de tuyaux (54,56) flexibles à raccords rapides (17) positionnés sur les faces opposées du boltier (46), et s'étendant perpendiculairement aux deux conduites (4,44) de distribution. 5. Dispositif de refroidissement selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement est équipé d'un manomètre (8) et d'une soupape (14) de sécurité sensibles à la pression du gaz. 6. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élément semi-conducteur (15) est monté sur une face externe de la chambre (5-2) par des moyens de fixation (16) avec interposition d'un joint d'étanchéité (19). 7. Dispositif de refroidissement selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le liquide vaporisable est à base d'un dérivé chloré ou fluoré du méthane ou de l'éthane.