Brevet FR3047870A1 — publié le 20170818

Dispositif de refroidissement d'un coffre comportant au moins un équipement électrique, chaîne de traction et véhicule électrique de transports associés La présente invention concerne un dispositif de refroidissement d'un coffre comportant au moins un équipement électrique, le dispositif de refroidissement comprenant un échangeur de chaleur configuré pour évacuer une chaleur dissipée par au moins un équipement électrique correspondant, et un ventilateur configuré pour générer un flux d'air traversant l'échangeur de chaleur. L'invention concerne également une chaîne de traction pour un véhicule électrique de transport, la chaîne de traction comprenant un coffre comportant au moins un équipement électrique et un tel dispositif de refroidissement configuré pour refroidir le coffre. L'invention concerne également un véhicule électrique de transport, tel qu'un véhicule ferroviaire, comprenant une telle chaîne de traction, la chaîne de traction comportant un moteur électrique. L'invention s'applique au domaine du transport, en particulier du transport ferroviaire, notamment aux véhicules de traction électriques, tels que les locomotives et les automotrices. Le dispositif de refroidissement est typiquement destiné à refroidir une partie des équipements électriques, tels qu'un module de puissance ou un transformateur, afin d'éviter une surchauffe desdits équipements électriques. On connait du document US 2011/0245976 Al un dispositif de refroidissement du type précité. Le dispositif de refroidissement comprend un échangeur de chaleur pour évacuer la chaleur dissipée par des dispositifs électroniques de haute puissance, les dispositifs électroniques étant disposés à l'intérieur d'un coffre, et un ventilateur générant un flux d'air traversant l'échangeur de chaleur. Le dispositif de refroidissement comprend également un capteur de température et un contrôleur associé à un servomoteur pour commander le ventilateur en fonction de la température mesurée par le capteur à l'intérieur du coffre. Toutefois, pour des coffres électriques de puissance élevée, il est difficile de refroidir suffisamment les équipements électriques à l'aide d'un tel dispositif de refroidissement. La présente invention a donc pour but de proposer un dispositif de refroidissement permettant de mieux refroidir le coffre comportant le ou les équipements électriques. 3047870 2 A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de refroidissement du type précité, dans lequel le dispositif de refroidissement comprend en outre un compartiment de refroidissement apte à être disposé au contact du coffre, le compartiment de refroidissement comportant un orifice d'entrée d'air, un orifice de sortie d'air et un conduit 5 de circulation d'air entre l'orifice d'entrée d'air et l'orifice de sortie d'air, l'orifice d'entrée d'air et l'orifice de sortie d'air étant disposés de part et d'autre du ventilateur, le flux d'air généré par le ventilateur étant apte à engendrer une aspiration d'air entre l'orifice de sortie d'air et l'orifice d'entrée d'air provoquant une circulation d'air dans le conduit de circulation d'air. 10 Le compartiment de refroidissement inclus dans le dispositif de refroidissement selon l'invention forme alors une plaque froide destinée à participer au refroidissement du ou des équipements électriques du coffre, en étant disposée au contact du coffre. Le compartiment de refroidissement permet alors d'offrir un refroidissement complémentaire efficace par circulation d'air, sans nécessiter l'ajout d'un équipement 15 électrique complémentaire, tel qu'un ventilateur, le compartiment de refroidissement bénéficiant en effet de l'aspiration engendrée par le ventilateur, de par le delta de pression entre l'orifice d'entrée d'air et l'orifice de sortie d'air, les orifices d'entrée d'air et de sortie d'air étant, à cette fin, disposés de part et d'autre du ventilateur. Suivant d'autres aspects avantageux de l'invention, le dispositif de refroidissement 20 comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - le dispositif de refroidissement comprend en outre un conduit de ventilation à l'intérieur duquel sont disposés l'échangeur de chaleur et le ventilateur, le conduit de ventilation comportant une entrée d'air et une sortie d'air, et le ventilateur étant configuré 25 pour générer un flux d'air depuis l'entrée d'air, à travers l'échangeur de chaleur jusqu'à la sortie d'air ; - l'orifice d'entrée d'air et l'orifice de sortie d'air débouchent dans le conduit de ventilation de part et d'autre du ventilateur ; - le conduit de ventilation s'étend suivant une direction verticale, et les orifices 30 d'entrée d'air et de sortie d'air sont orientés vers le bas ; - le conduit de circulation d'air est en forme d'un boustrophédon ; et - le ventilateur est configuré pour générer un delta de pression entre l'orifice d'entrée d'air et l'orifice de sortie d'air, le delta de pression présentant une valeur supérieure à 500 Pa, de préférence supérieure à 1000 Pa, de préférence encore 35 supérieure à 2000 Pa. 3047870 3 L'invention a également pour objet une chaîne de traction pour un véhicule électrique de transport, la chaîne de traction comprenant un coffre comportant au moins un équipement électrique et un dispositif de refroidissement configuré pour refroidir le coffre, le dispositif de refroidissement étant tel que défini ci-dessus.. 5 Suivant d'autres aspects avantageux de l'invention, la chaîne de traction comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - le coffre comporte en outre un dispositif de récupération d'eau et une armoire à l'intérieur de laquelle est disposé chaque équipement électrique, le dispositif de 10 récupération d'eau étant configuré pour récupérer un liquide formé par condensation à l'intérieur de l'armoire et pour l'évacuer à l'extérieur de l'armoire ; et - au moins un équipement électrique est un convertisseur d'énergie électrique. L'invention a également pour objet un véhicule électrique de transport, tel qu'un véhicule ferroviaire, comprenant une chaîne de traction, la chaîne de traction comportant 15 un moteur électrique, la chaîne de traction étant telle que définie ci-dessus. Ces caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un véhicule électrique de 20 transport, tel qu'un véhicule ferroviaire, comprenant une chaîne de traction, la chaîne de traction comportant un moteur électrique, un coffre avec au moins un équipement électrique, et un dispositif de refroidissement configuré pour refroidir le coffre ; et - la figure 2 est une représentation schématique du dispositif de refroidissement de la figure 1. 25 Sur la figure 1, un véhicule électrique de transport 10, tel qu'un véhicule ferroviaire, comprend une chaîne de traction 12. La chaîne de traction 12 comprend un moteur électrique, non représenté, un coffre 14, tel qu'un coffre de traction, et un dispositif de refroidissement 16 configuré pour 30 refroidir le coffre 14. Le moteur électrique est connu en soi, et est par exemple un moteur électrique alternatif, tel qu'un moteur triphasé. Le coffre 14 comporte une armoire fermée 18 et au moins un équipement électrique 20 disposé à l'intérieur de l'armoire 18. Dans l'exemple de la figure 1, le coffre 35 14 comporte plusieurs équipements électriques 20 susceptibles de dégager de la chaleur 3047870 4 en fonctionnement, et destinés alors à être refroidis au moins partiellement par le dispositif de refroidissement 16. Le coffre 14 comportant le ou les équipements électriques 20 est également appelé coffre de traction dans l'exemple de la figurel, où il appartient à la chaîne de 5 traction 12. Par coffre de traction, on entend une partie d'un véhicule de traction qui est destinée à commander le ou les moteurs de traction du véhicule électrique de transport 10. En complément facultatif, le coffre 14 comporte en outre un dispositif de récupération d'eau 22, configuré pour récupérer un liquide formé par condensation à 10 l'intérieur de l'armoire 18 et pour l'évacuer à l'extérieur de l'armoire 18. Le dispositif de refroidissement 16 comprend un échangeur de chaleur 24 configuré pour évacuer une chaleur dissipée par au moins un équipement électrique 20 correspondant, et un ventilateur 26 configuré pour générer un flux d'air traversant l'échangeur de chaleur 24. 15 Dans l'exemple de la figure 1, le dispositif de refroidissement 16 comprend en outre un conduit de ventilation 28 à l'intérieur duquel sont disposés l'échangeur de chaleur 24 et le ventilateur 26, le conduit de ventilation 28 comportant une entrée d'air 30 et une sortie d'air 32. Le ventilateur 26 est alors configuré pour générer un flux d'air depuis l'entrée d'air 30, à travers l'échangeur de chaleur 24, et jusqu'à la sortie d'air 32, 20 comme représenté par les flèches F1 à la figure 2. Le dispositif de refroidissement 16 comprend en outre un compartiment de refroidissement 40 apte à être disposé au contact du coffre 14, le compartiment de refroidissement 40 comportant un orifice d'entrée d'air 42, un orifice de sortie d'air 44 et un conduit 46 de circulation d'air entre l'orifice d'entrée d'air 42 et l'orifice de sortie d'air 25 44. Le ou les équipements électriques 20 disposés à l'intérieur du coffre 14 sont connus en soi, et au moins un équipement électrique 20 est par exemple un convertisseur d'énergie électrique configuré pour convertir une tension issue d'une source électrique en une autre tension délivrée au moteur électrique de la chaîne de traction 12. 30 Le dispositif de récupération d'eau 22 est par exemple en forme d'une rigole disposée en partie basse de l'armoire 18 et à l'intérieur de l'armoire 18 pour récupérer par gravité de l'eau condensée résultant du refroidissement des équipements électriques 20, puis configuré pour extraire vers l'extérieur de l'armoire 18 ladite eau condensée. L'échangeur de chaleur 24 est également appelé échangeur thermique, et est 35 connu en soi. L'échangeur de chaleur 24 est par exemple de type air/fluide, de préférence air/liquide. L'échangeur de chaleur 24 est par exemple un radiateur à ailettes. 3047870 5 Le ventilateur 26 est connu en soi et est, de par sa position entre l'orifice d'entrée d'air 42 et l'orifice de sortie d'air 44, configuré pour générer un delta de pression entre l'orifice d'entrée d'air 42 et l'orifice de sortie d'air 44. Le delta de pression présente une valeur supérieure à 500 Pa (Pascal), de 5 préférence supérieure à 1000 Pa, de préférence encore supérieure à 2000 Pa. Le conduit de ventilation 28 s'étend de préférence suivant une direction verticale Z, l'entrée d'air 30 étant alors par exemple disposée en partie supérieure, et la sortie d'air 32 étant disposée en partie inférieure du conduit de ventilation 28, comme représenté sur la figure 2. 10 Le compartiment de refroidissement 40 est par exemple en forme d'une plaque, comme représenté sur la figure 1, et est destiné à être disposé au contact d'une paroi de l'armoire 18. Dans l'exemple de la figure 1, le compartiment de refroidissement 40 est en contact avec une paroi verticale arrière 50 de l'armoire 18. Lorsque le compartiment de refroidissement 40 est en forme d'une plaque, comme 15 dans l'exemple de la figure 1, il présente par exemple une épaisseur de l'ordre de quelques centimètres. L'orifice d'entrée d'air 42 et l'orifice de sortie d'air 44 sont disposés de part et d'autre du ventilateur 26, comme représenté sur la figure 2, le flux d'air généré par le ventilateur 26 étant apte à engendrer alors une aspiration d'air entre l'orifice de sortie d'air 20 44 et l'orifice d'entrée d'air 42, cette aspiration provoquant une circulation d'air entre l'orifice d'entrée d'air 42 et l'orifice de sortie d'air 44 à travers le conduit de circulation d'air 46. L'orifice d'entrée d'air 42 et l'orifice de sortie d'air 44 débouchent dans le conduit de ventilation 28 lorsqu'un tel conduit 28 est présent, et de part et d'autre du ventilateur 25 26, le ventilateur 26 jouant alors le rôle d'une pompe à air. Les orifices d'entrée d'air 42 et de sortie d'air 44 sont de préférence orientés vers le bas, afin d'éviter une entrée de fluide par gravité à l'intérieur du compartiment de refroidissement 40, notamment une entrée d'eau de pluie, lorsque l'entrée d'air 30 communique avec l'extérieur du véhicule électrique de transport 10. 30 Le conduit de circulation d'air 46 est de préférence en forme d'un boustrophédon, comme représenté sur la figure 2. Autrement dit, le conduit de circulation d'air 46 est dans ce cas en forme de zigzag et comporte un réseau de chicanes. En d'autres termes encore, le conduit de circulation d'air 46 est en forme d'un serpentin. Une telle forme du conduit de circulation d'air 46 permet d'avoir un conduit 46 avec 35 une section transversale d'aire plus faible, c'est-à-dire de diminuer la section de passage 3047870 6 de l'air, et d'augmenter alors la vitesse de circulation d'air pour un même delta de pression entre l'orifice d'entrée d'air 42 et l'orifice de sortie d'air 44. L'homme du métier comprendra en effet qu'une augmentation de la vitesse de circulation d'air entraîne une évacuation plus rapide des calories dissipées par le ou les 5 équipements électriques 20, et permet alors d'avoir un refroidissement plus efficace. L'aire de la section transversale du conduit de circulation d'air 46 est de préférence comprise entre 30 cm2 et 90cm2, de préférence sensiblement égale à 60 cm2. Ainsi, lors du fonctionnement du ventilateur 26, un flux d'air est généré (flèches F1), ce flux d'air traversant notamment l'échangeur de chaleur 24. Ce flux d'air génère en 10 outre un delta de pression entre l'orifice d'entrée d'air 42 et l'orifice de sortie d'air 44 du compartiment de refroidissement 40 selon l'invention, les orifices d'entrée d'air 42 et de sortie d'air 44 étant en effet disposés de part et d'autre du ventilateur 26. Ce delta de pression entre les orifices d'entrée d'air 42 et de sortie d'air 44 entraîne une circulation d'air à l'intérieur du conduit de circulation d'air 46 selon les 15 flèches F2 sur la figure 2. La circulation d'air à l'intérieur du conduit de circulation d'air 46 permet alors d'évacuer au moins partiellement la chaleur dissipée par le ou les équipements électriques 20 à travers l'armoire 18, cette chaleur étant transmise au compartiment de refroidissement 40 en contact avec l'armoire 18, puis évacuée par ladite circulation d 'air. 20 L'homme du métier comprendra alors que le compartiment de refroidissement 40 du dispositif de refroidissement 16 selon l'invention permet alors d'offrir un refroidissement complémentaire efficace, sans pour autant nécessiter l'ajout d'un composant électrique spécifique pour faire circuler l'air à l'intérieur du conduit de circulation d'air 46, le compartiment de refroidissement 40 bénéficiant en effet de 25 l'aspiration liée au ventilateur 26, cette aspiration étant due au delta de pression entre l'orifice d'entrée d'air 42 et l'orifice de sortie d'air 44, grâce au positionnement des orifices d'entrée d'air 42 et de sortie d'air 44 de part et d'autre du ventilateur 26. On conçoit ainsi que le dispositif de refroidissement 16 selon l'invention permet de mieux refroidir le coffre 14 comportant le ou les équipements électriques 20, tout en ayant 30 un coût très limité, le dispositif de refroidissement 16 bénéficiant de l'aspiration engendrée par le ventilateur 26, sans en perturber le fonctionnement. REVENDICATIONS1. Dispositif (16) de refroidissement d'un coffre (14) comportant au moins un équipement électrique (20), le dispositif de refroidissement (16) comprenant : - un échangeur de chaleur (24) configuré pour évacuer une chaleur dissipée par au moins un équipement électrique (20) correspondant, - un ventilateur (26) configuré pour générer un flux d'air traversant l'échangeur de chaleur (24), caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement (16) comprend en outre un compartiment de refroidissement (40) apte à être disposé au contact du coffre (14), le compartiment de refroidissement (40) comportant un orifice d'entrée d'air (42), un orifice de sortie d'air (44) et un conduit (46) de circulation d'air entre l'orifice d'entrée d'air (42) et l'orifice de sortie d'air (44), l'orifice d'entrée d'air (42) et l'orifice de sortie d'air (44) étant disposés de part et d'autre du ventilateur (26), le flux d'air généré par le ventilateur (26) étant apte à engendrer une aspiration d'air entre l'orifice de sortie d'air (44) et l'orifice d'entrée d'air (42) provoquant une circulation d'air dans le conduit de circulation d'air (46). 2. Dispositif de refroidissement (16) selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de refroidissement (16) comprend en outre un conduit de ventilation (28) à l'intérieur duquel sont disposés l'échangeur de chaleur (24) et le ventilateur (26), le conduit de ventilation (28) comportant une entrée d'air (30) et une sortie d'air (32), et le ventilateur (26) étant configuré pour générer un flux d'air depuis l'entrée d'air (30), à travers l'échangeur de chaleur (24) jusqu'à la sortie d'air (32). 3. Dispositif de refroidissement (16) selon la revendication 2, dans lequel l'orifice d'entrée d'air (42) et l'orifice de sortie d'air (44) débouchent dans le conduit de ventilation (28) de part et d'autre du ventilateur (26). 4. Dispositif de refroidissement (16) selon la revendication 2 ou 3, dans lequel le conduit de ventilation (28) s'étend suivant une direction verticale (Z), et les orifices d'entrée d'air (42) et de sortie d'air (44) sont orientés vers le bas. 5. Dispositif de refroidissement (16) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le conduit de circulation d'air (46) est en forme d'un boustrophédon. 3047870 8 6. Dispositif de refroidissement (16) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le ventilateur (26) est configuré pour générer un delta de pression entre l'orifice d'entrée d'air (42) et l'orifice de sortie d'air (44), le delta de pression présentant une valeur supérieure à 500 Pa, de préférence supérieure à 1000 Pa, de 5 préférence encore supérieure à 2000 Pa. 7. Chaîne de traction (12) pour un véhicule électrique de transport (10), la chaîne de traction (12) comprenant un coffre (14) comportant au moins un équipement électrique (20) et un dispositif de refroidissement (16) configuré pour refroidir le coffre (14), 10 caractérisée en ce que le dispositif de refroidissement (16) est selon l'une quelconque des revendications précédentes. 8. Chaîne de traction (12) selon la revendication 7, dans laquelle le coffre (14) comporte en outre un dispositif de récupération d'eau (22) et une armoire (18) à l'intérieur 15 de laquelle est disposé chaque équipement électrique (20), le dispositif de récupération d'eau (22) étant configuré pour récupérer un liquide formé par condensation à l'intérieur de l'armoire (18) et pour l'évacuer à l'extérieur de l'armoire (18). 9. Chaîne de traction (12) selon la revendication 7 ou 8, dans laquelle au moins un 20 équipement électrique (20) est un convertisseur d'énergie électrique. 10. Véhicule électrique de transport (10), tel qu'un véhicule ferroviaire, comprenant une chaîne de traction (12), la chaîne de traction (12) comportant un moteur électrique, caractérisé en ce que la chaîne de traction (12) est selon l'une quelconque des 25 revendications 7 à 9.