Brevet FR2962625A1 — publié le 20120113

i "Dispositif pour le refroidissement d'au moins un élément comportant au moins un composant électronique" L'invention concerne un agencement pour le refroidisse- ment d'au moins un élément comportant au moins un composant électronique. L'invention concerne plus particulièrement un agencement pour le refroidissement d'au moins un élément comportant au moins un composant électronique, notamment un module de contrôle de puissance d'un système de conversion d'énergie, par io exemple une alimentation d'au moins une machine électrique, d'un véhicule automobile, qui comporte successivement suivant une direction verticale; l'élément, une semelle de fixation de l'élément, et un dispositif de refroidissement, ou refroidisseur, alimentant un moyen externe de dissipation des calories, ou 15 dissipateur. On connaît de nombreux exemples d'agencements de ce type. Il s'agit pour la plupart d'agencements dans lesquels le moyen de refroidissement comporte une unique série de tubes qui 20 sont parcourus par un fluide de refroidissement. Cette conception pose de nombreux problèmes qui sont causés par le choix du fluide de refroidissement utilisé. En effet, l'eau est le fluide présentant la capacité maximale d'extraction de calories. Toutefois, l'eau est limitée à une 25 utilisation dans une plage de températures comprises entre 0°C et 200°C. En effet, dans des conditions de fonctionnement en dessous de 0°C, l'agencement court le risque de voir l'eau gelée être vaporisée quasi-instantanément puis être envoyée vers le 30 moyen de dissipation ou dissipateur où elle se condense à nouveau en gelant, ce qui risque de priver le moyen de refroidissement de son alimentation, et peut donc causer la destruction des composants électroniques de l'élément. 2 Pour remédier à cet inconvénient, on a proposé de remplacer l'eau par un fluide non aqueux, par exemple du méthanol. Cette conception présente aussi de nombreux problèmes car le méthanol n'est utilisable que dans la plage de températures allant de -120°C à +120°C. Si l'emploi de méthanol résout les problèmes de fonctionnement à froid, il n'en est pas de même à chaud où le méthanol a tendance à se vaporiser, rendant ainsi son pouvoir io caloporteur inopérant. De plus, la capacité maximale d'extraction de calories du méthanol est sensiblement deux fois inférieure à celle de l'eau, ce qui nécessite un doublement de la surface d'échange des circuits. Enfin, on a proposé de faire circuler dans le refroidisseur 15 un mélange d'eau et de fluide caloporteur non aqueux. Ce mélange, qui présente une capacité maximale d'extraction de calories encore une fois inférieure à celle de l'eau, provoque de surcroît une corrosion des conduits internes du refroidisseur. L'invention remédie à cet inconvénient en proposant un 20 dispositif de refroidissement ou refroidisseur muni de deux séries différentes de tubes, chaque série étant parcourue par un fluide différent susceptible de couvrir une partie de la plage de températures selon laquelle le dispositif de refroidissement est sensé être utilisé. 25 Dans ce but, l'invention propose un agencement du type décrit précédemment, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement comporte au moins une première série de tubes longitudinaux parallèles parcourus par un premier fluide caloporteur et une seconde série de tubes longitudinaux 30 parallèles parcourus par un second fluide caloporteur distinct du premier fluide caloporteur. Selon d'autres caractéristiques de l'invention 3 - les tubes de chaque série sont répartis uniformément en regard de la surface de la semelle, - les tubes de la seconde série sont agencés dans un même plan horizontal que ceux de la première série, - les tubes de la première série sont agencés dans un premier plan horizontal agencé à proximité immédiate de la semelle et les tubes de la seconde série sont agencés dans un second plan horizontal distant décalé verticalement par rapport au premier plan, io - les tubes de chaque série sont espacés parallèlement selon un même intervalle et au moins les tubes de la seconde série sont plus larges que ledit intervalle, pour assurer le recouvrement au moins partiel des intervalles des tubes de la première série par les tubes de la seconde série, 15 - chaque tube de la seconde série est centré sur un intervalle séparant deux tubes consécutifs de la première série pour assurer le recouvrement complet des intervalles des tubes de la première série par les tubes de la seconde série, - les tubes sont de section sensiblement oblongue, 20 notamment rectangulaire, - le premier fluide caloporteur est de l'eau et le deuxième fluide caloporteur est un fluide non aqueux, notamment du méthanol, - les tubes sont réalisés dans un matériau choisi par le 25 cuivre ou l'aluminium, L'invention concerne aussi un agencement comportant un dispositif de refroidissement du type décrit précédemment dont la semelle est reliée à au moins un élément comportant au moins un composant électronique, notamment un module de contrôle de 30 puissance d'un système de conversion d'énergie d'un véhicule automobile, et dont les deux séries de tubes sont reliées à un moyen externe de dissipation de calories dit "caloduc" pour évacuer la chaleur produite par ledit élément. 4 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue générale en coupe d'un agencement selon l'invention ; - la figure 2 est une vue de détail en coupe d'un dispositif de refroidissement pour l'agencement de la figure 1 selon un premier mode de réalisation de l'invention ; io - la figure 3 est une vue de détail en coupe d'un dispositif de refroidissement selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4 est une vue de détail en coupe dispositif de refroidissement selon un troisième mode de réalisation de 15 l'invention. Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires. On a représenté à la figure 1 un agencement 10 pour le 20 refroidissement d'au moins d'un élément 12 comportant au moins un composant électronique 14. Comme représenté à la figure 1, les composants 14 sont notamment des puces de contrôle de puissance d'un système de conversion d'énergie, par exemple une alimentation d'au moins 25 une machine électrique d'un véhicule automobile (non représenté) à propulsion électrique. De manière connue, l'agencement 10 comporte successive- ment suivant une direction verticale matérialisée par la flèche "V", l'élément 12, une semelle 16 de fixation de l'élément 12, et un 30 moyen 18 de refroidissement alimentant un moyen 20 de dissipation des calories ou qui est agencé de préférence dans un flux d'air du véhicule. Un substrat 22 thermiquement conducteur est interposé entre les composants 14 et la semelle 16, et les composants 14 sont par ailleurs liés par des liaisons thermiques 24 à un boîtier 26 protégeant les composants 14. Conventionnellement, le moyen 20 de dissipation des calories peut comporter un échangeur externe air/air ou. 5 "caloduc". Le moyen 18 de refroidissement peut aussi comporter une unique série de tubes qui sont parcourus par un unique fluide de refroidissement. Cette conception présente l'inconvénient de ne pas couvrir la totalité de la gamme de températures à laquelle les io composants 14 risquent d'être soumis. Pour remédier à cet inconvénient, l'invention propose un moyen 18 de refroidissement de type "liquide" qui comporte au moins une première 28 série de tubes 30 parcourus par de l'eau et une seconde série 32 de tubes 34 parcourus par un fluide 15 caloporteur non aqueux, notamment du méthanol. On pourrait envisager d'autres types de fluide caloporteur non aqueux, en fonction des gammes de température à laquelle les composants 14 risquent d'être soumis, par exemple de l'éthanol. Dans les modes de réalisation de l'invention décrits ci-après, les tubes 30 20 sont disposés longitudinalement et parallèlement entre eux, et les tubes 34 également, ce qui a pour avantage d'optimiser leur compacité. Dans cette configuration, une caractéristique de l'invention est que les tubes 30, 34 de chaque série 28, 32 soient répartis de 25 préférence uniformément dans le moyen 28 de refroidissement en regard de toute la surface de la semelle 16. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, les tubes 30 ou 34 sont des tubes métalliques dont les extrémités (non représentées) sont reçues dans des parois opposées d'un 30 boîtier formant le moyen 28 de refroidissement. Ces tubes 30 ou 34 peuvent être réalisés en cuivre, ou en variante en un alliage d'aluminium. Selon des premier et deuxième modes de réalisation qui ont été représentés aux figures 2 et 3, les tubes 30 de la première série 28 sont agencés dans un premier plan "P1" horizontal agencé à proximité immédiate de la semelle 16 et les tubes 34 de la seconde série 32 sont agencés dans un second plan "P2" horizontal distant décalé verticalement par rapport au premier plan "Pl". Selon une première variante (non représentée) les tubes 30 pourraient être superposés aux tubes 34. io Toutefois, afin de garantir une captation optimale de la chaleur émise par les composants 14, les tubes 30, 34 de chaque série 28, 32 sont espacés parallèlement selon un même intervalle ou pas "p" et au moins les tubes 34 de la seconde série 32 sont plus larges que ledit intervalle "p", pour assurer le recouvrement 15 au moins partiel des intervalles des tubes 30 de la première série 28 par les tubes 34 de la seconde série 32. De préférence, chaque tube 32 de la seconde série 34 est centré sur un intervalle séparant deux tubes 30 consécutifs de la première série 28 pour assurer le recouvrement complet des 20 intervalles des tubes 30 de la première série 28 par les tubes 34 de la seconde série 32. Cette conception peut être aisément réalisée de la manière qui a été représentée à la figure 2, qui illustre un premier mode de réalisation de l'invention dans lequel les tubes 30, 34 sont de 25 section sensiblement oblongue, notamment rectangulaire. En variante, comme représenté sur la figure 3 qui illustre un deuxième mode de réalisation de l'invention, les tubes pourraient être de section ronde. Dans la configuration qui a été représentée ici, les tubes 30 34 de la seconde série 32 n'assurent qu'un recouvrement partiel des intervalles des tubes 30 de la première série 28 par les tubes 34 de la seconde série 32. Il sera compris qu'il suffit d'utiliser des tubes 34 d'un diamètre supérieur (non représentés) pour parvenir 7 à un recouvrement complet des tubes 30 de la première série 28 par les tubes 34 de la seconde série 32. Enfin, selon un troisième mode de réalisation qui a été représenté à la figure 4, les tubes 34 de la seconde série 32 peuvent être agencés dans un même un même plan horizontal "P" que les tubes 30 de la première série 28, et de préférence en alternance. Cette configuration est plus compacte mais moins efficace en termes de captation de calories. Quel que soit le mode de réalisation envisagé, le io fontionnement de l'agencement est le suivant : En cas de température négative, l'eau contenue dans la première série 28 de tubes 30 est gelée et seule la seconde série 32 de tubes 34, contenant par exemple du méthanol, est opérationnelle. L'alimentation des composants 14 provoque une 15 dissipation d'énergie qui est extraite par les tubes 34 de la deuxième série 32. Ces tubes 34 permettent de réchauffer le refroidisseur et surtout le dissipateur externe. L'échauffement se poursuivant, la première série 28 de tubes 30 redevient opérationnelle et est à même d'évacuer les calories qu'elle reçoit 20 vers le dissipateur sans risque de gel, puisque le dissipateur a été préalablement dégelé par les calories en provenance de la seconde série 32 de tubes 34. En cas de température élevée, l'eau contenue dans la première série 28 de tubes 30 évacue la majorité des calories de 25 sorte que les risques de voir le méthanol contenu dans la seconde série 32 de tubes 34 se vaporiser sont minimisés. L'invention propose donc un agencement à même d'assurer le refroidissement efficace d'un module de contrôle de puissance de l'alimentation d'au moins une machine électrique d'un véhicule 30 automobile selon une large gamme de températures. REVENDICATIONS1. Dispositif de refroidissement (18) d'au moins un élément (12) susceptible de produire de la chaleur, comportant au moins une semelle de fixation (16) dudit élément (12) et au moins une série de tubes (30, 34) agencée sous la semelle (16) et destinée à recevoir au moins une partie de la chaleur émise par l'élément (12) pour l'acheminer vers un moyen externe de dissipation de calories (20), caractérisé en ce que ledit dispositif (18) comporte au io moins une première série (28) de tubes (30) parcourus par un premier fluide caloporteur et une seconde série (32) de tubes (34) parcourus par un deuxième fluide caloporteur distinct dudit premier fluide caloporteur. 2. Dispositif de refroidissement (18) selon la revendication 15 précédente, caractérisé en ce que les tubes (30, 34) de chaque série (28, 32) sont répartis uniformément en regard de la surface de la semelle (16). 3. Dispositif de refroidissement (18) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les tubes (34) de la seconde 20 série (32) sont agencés dans un même plan horizontal (P) que ceux de la première série (28). 4. Dispositif de refroidissement (18) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les tubes (30) de la première série (28) sont agencés dans un premier plan horizontal (P1) agencé à 25 proximité immédiate de la semelle (16) et en ce que les tubes (34) de la seconde série (32) sont agencés dans un second plan horizontal (P2) distant décalé verticalement par rapport au premier plan (P1). 5. Dispositif de refroidissement (18) selon la revendication 30 4, caractérisé en ce que les tubes (30, 34) de chaque série (28, 32) sont espacés parallèlement selon un même intervalle (p) et en ce que au moins les tubes (34) de la seconde série (32) sont plus larges que ledit intervalle (p), pour assurer le recouvrement aumoins partiel des intervalles (p) des tubes (30) de la première série (28) par les tubes (34) de la seconde série (32). 6. Dispositif de refroidissement (18) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque tube (34) de la seconde série (32) est centré sur un intervalle (p) séparant deux tubes (30) consécutifs de la première série (28) pour assurer le recouvrement complet des intervalles des tubes 30 de la première série 28 par les tubes 34 de la seconde série 32. 7. Dispositif de refroidissement (18) selon l'une des io revendications précédentes, caractérisé en ce que les tubes (30, 34) sont de section sensiblement oblongue. 8. Dispositif de refroidissement (18) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier fluide caloporteur est de l'eau et le deuxième fluide caloporteur 15 est un fluide non aqueux, notamment du méthanol. 9. Dispositif de refroidissement (18) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tubes (30, 34) sont réalisés dans un matériau choisi parmi le cuivre ou l'aluminium. 20 10. Utilisation d'un dispositif de refroidissement (18) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dont la semelle (16) est reliée à au moins d'un élément (12) comportant au moins un composant (14) électronique, et dont les deux séries de tubes sont reliées à un moyen externe de dissipation de calories (20) dit 25 "caloduc" pour évacuer la chaleur produite par ledit élément (12).