Brevet FR3037641A1 — publié le 20161223

Structure à caisson immergée La présente invention concerne une structure à caisson immergée. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à une structure à caisson immergée, dans laquelle sont disposés des moyens à composants électriques et des moyens d'évacuation de la chaleur produite par ceux-ci, lors de leur fonctionnement, afin de maîtriser leur température de fonctionnement. Des structures à caisson immergées de cette nature sont déjà utilisées dans de très nombreuses applications, notamment en matière d'exploitation de ressources marines, de production d'énergie, etc... En règle générale, de telles structures immergées comportent un certain nombre de moyens électriques, tels que des batteries de stockage d'énergie électrique, des moyens formant transformateur, des moyens formant redresseur, des moyens formant onduleur etc., qui sont destinés à produire de l'énergie électrique en vue d'une utilisation ultérieure. Cependant, ces différents équipements, intervenant dans cette chaîne électrique, n'ont pas de rendements parfaits et une partie de la puissance traitée se transforme en chaleur par effet Joule. Ces équipements étant contenus dans une enceinte gazeuse étanche, l'atmosphère dans cette dernière va rapidement se réchauffer. Or, une augmentation de température ambiante réduit la durée de vie des équipements électriques et peut également limiter la plage d'utilisation des matériels embarqués. Il est donc nécessaire de pouvoir maintenir une ambiance suffisamment fraîche au sein de cette structure, pour que les équipements électriques remplissent leur fonction correctement sur un long terme et sans nécessiter d'interventions. Pour résoudre ces problèmes, on a déjà proposé dans l'état de la technique, d'utiliser des échangeurs de chaleur par exemple externes à la structure et donc en relation d'échange thermique avec l'environnement. Dans ce cas, des échangeurs de chaleur sont donc placés à l'extérieur de la structure, et sont fixés par exemple sur la face externe de la structure à caisson immergée. Ces moyens sont donc destinés à évacuer dans l'environnement la chaleur produite par les équipements internes. Cependant, de tels moyens nécessitent l'utilisation d'un système de récupération de la chaleur sur les équipements, et de transfert de celle-ci vers ces échangeurs, qui met en oeuvre des pompes, des compresseurs, etc. 3037641 2 Or, ces moyens ont généralement une durée de vie limitée et nécessitent des interventions régulières de contrôle, de maintenance... Le but de l'invention est de résoudre ces problèmes en proposant une solution qui soit la plus fiable possible et qui permette de limiter au maximum les interventions sur ce 5 type de structures. A cet effet l'invention a pour objet une structure à caisson immergée, dans laquelle sont disposés des moyens à composants électriques et des moyens d'évacuation de la chaleur produite par ceux-ci lors de leur fonctionnement, afin de maîtriser leur température de fonctionnement, caractérisée en ce que les moyens de refroidissement 10 comportent des moyens à caloduc associés d'une part aux moyens à composants électriques et d'autre part à la face interne de la structure immergée, pour permettre une évacuation passive de chaleur vers l'environnement à travers la paroi de la structure à caisson immergée. Suivant d'autres caractéristiques de la structure selon l'invention, prises seules ou 15 en combinaison : - les moyens à composants électriques comportent des moyens choisis dans le groupe comprenant : - des batteries de stockage d'énergie, - des moyens formant transformateur, 20 - des moyens formant onduleur, - des moyens formant redresseur ; - les moyens à caloduc comportent des tubes caloduc s'étendant entre des moyens à évaporateur à une extrémité de récupération de chaleur des moyens à composants et des moyens à condenseur à une extrémité d'évacuation de chaleur à 25 travers la paroi de la structure ; - les tubes caloducs sont déformables pour absorber les variations de distance entre les moyens à évaporateur et les moyens à condenseur ; - les composants comportent des organes commutateur à semi-conducteur associés à des semelles d'évacuation de chaleur contre lesquelles sont placés les 30 moyens à évaporateur ; - les organes commutateur comprennent des transistors IGBT. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : 35 - la figure 1 représente un exemple de réalisation d'une structure à caisson immergée selon l'invention, 3037641 3 - la figure 2 représente une partie d'une telle structure illustrant l'implantation de moyens à caloduc sur des moyens à composants électriques, entrant dans la constitution de celle-ci, et - la figure 3 illustre de façon plus détaillée un exemple de moyens à composants 5 électriques pouvant être embarqués dans une telle structure. On a en effet illustré sur ces figures et en particulier sur la figure 1, une structure à caisson immergée. Celle-ci est par exemple désignée par la référence générale 1 sur cette figure 1. Cette structure peut alors présenter différentes applications de production 10 d'énergie, d'exploitation, etc... Cette structure est par exemple immergée dans la mer et sa face externe est en contact avec la mer. En fait des moyens à composants électriques sont disposés dans cette structure immergée. 15 Ces moyens seront décrits plus en détail par la suite, mais on notera déjà que des moyens constituant par exemple un pont onduleur, désigné par la référence générale 2, sont illustrés sur cette figure 1. Bien entendu d'autres moyens à composants de cette nature peuvent être envisagés. 20 La structure selon l'invention comporte également des moyens d'évacuation de la chaleur produite par ces moyens à composants électriques, lors de leur fonctionnement afin de maîtriser leur température de fonctionnement dans la structure. En fait ces moyens de refroidissement ou d'évacuation de chaleur sont désignés par la référence générale 3 sur cette figure. 25 Selon l'invention, ces moyens de refroidissement ou d'évacuation de chaleur comportent des moyens à caloduc, associés d'une part, aux moyens à composants électriques 2, et d'autre part, à la face interne de la structure immergée 1. Ceci permet alors une évacuation passive de la chaleur produite par les moyens à composants électriques, vers l'environnement, à travers la paroi de la structure à caisson 30 immergée. On voit sur cette figure 1 et plus clairement sur la figure 2, que les moyens à caloduc désignés par la référence générale 3, comportent en fait des tubes caloducs, dont l'un est par exemple désigné par la référence générale 4 sur ces figures. Ces tubes caloducs s'étendent entre des moyens à évaporateur 5, à une extrémité 35 de récupération de chaleur des moyens à composants électriques et des moyens à 3037641 4 condenseur 6, à une extrémité d'évacuation de chaleur, à travers la paroi de la structure immergée vers l'environnement. Dans l'exemple décrit il s'agit de caloducs gravitaires. En fait, et si l'on prend l'exemple illustré sur ces figures, de la mise en oeuvre d'un 5 pont onduleur, celui-ci comporte par exemple de façon classique, trois phases, désignées par les références 7, 8 et 9 respectivement sur les figures 2 et 3. Chaque phase 7, 8 ou 9 de ce pont onduleur comporte alors différents moyens, parmi lesquels des organes commutateurs à semi-conducteur, dont certains sont représentés sur la figure 3 et sont désignés par la référence générale 10. 10 En fait, ces organes commutateurs à semi-conducteur peuvent par exemple comporter des transistors IGBT de type classique dans ce domaine d'applications ou tout autre type de composants utilisés dans ce genre d'applications. Ces organes commutateurs à semi-conducteur sont associés à des semelles d'évacuation de chaleur, qui sont désignées par les références 11, 12 et 13 sur ces 15 figures et en particulier sur la figure 2. Sur la figure 3, la semelle 12 a été retirée pour faire apparaître les transistors IGBT 10. Sur la figure 2, on voit que les moyens à évaporateur 5 comportent des blocs évaporateurs associés à ces semelles. 20 Ces blocs évaporateurs permettent alors de récupérer la chaleur produite par ces transistors IGBT, afin de la transporter, à travers les tubes caloduc par exemple 4, vers les moyens à condenseur par exemple 6, fixés contre la face interne de la paroi de la structure. On notera que l'agencement des moyens à condenseur permet d'épouser la forme 25 de la face interne de la paroi de la structure, pour assurer la continuité thermique et permettre une bonne évacuation de la chaleur. L'évacuation de chaleur se fait donc vers l'environnement. On conçoit alors que ceci présente un certain nombre d'avantages, dans la mesure où il y a un transfert direct et passif de chaleur produite par le fonctionnement des 30 composants électriques vers l'environnement simplement à travers la paroi de la structure. Les moyens à caloduc n'utilisent aucune pièce en mouvement, de sorte que leur fiabilité est extrêmement élevée. Ceci permet de réduire le nombre d'interventions sur ce type de systèmes. 35 Par ailleurs l'utilisation des tubes caloducs permet également d'absorber sans problème, toute variation notamment de la forme de la structure immergée, lorsque celle- 3037641 5 ci est plongée dans son environnement et lorsque par exemple, elle est immergée à des profondeurs relativement importantes, se traduisant par une application de pression importante sur l'extérieur de cette structure et une légère déformation consécutive de celle-ci. 5 Les tubes présentent en effet la capacité de se déformer, pour absorber les variations de distance consécutives entre les moyens à évaporateur et les moyens à condenseur. Les tubes peuvent par exemple présenter une forme adaptée comme par exemple en S ou autres leur conférant cette caractéristique de capacité de déformation. 10 D'autres avantages sont liés à la suppression des échangeurs externes à la structure, tels qu'ils étaient proposés dans l'état de la technique, en raison notamment des réductions de coûts et à l'amélioration de la fiabilité, liées au fait qu'il n'y a plus à prévoir de traversées de cloison étanche, etc. Bien entendu d'autres modes de réalisation encore peuvent être envisagés. 15 REVENDICATIONS1.- Structure à caisson immergée (1), dans laquelle sont disposés des moyens à composants électriques (2) et des moyens (3) d'évacuation de la chaleur produite par ceux-ci lors de leur fonctionnement, afin de maîtriser leur température de fonctionnement, caractérisée en ce que les moyens de refroidissement comportent des moyens à caloduc (3) associés d'une part aux moyens à composants électriques (2) et d'autre part à la face interne de la structure immergée (1), pour permettre une évacuation passive de chaleur vers l'environnement à travers la paroi de la structure à caisson immergée (1). 2. Structure à caisson immergée selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens à composants électriques (2) comportent des moyens choisis dans le groupe comprenant : - des batteries de stockage d'énergie, - des moyens formant transformateur - des moyens formant onduleur, - des moyens formant redresseur. 3. Structure à caisson immergée selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les moyens à caloduc (3) comportent des tubes caloducs (4) s'étendant entre des moyens à évaporateur (5) à une extrémité de récupération de chaleur des moyens à composants (2) et des moyens à condenseur (6) à une extrémité d'évacuation de chaleur à travers la paroi de la structure (1). 4. Structure à caisson immergée selon la revendication 3, caractérisée en ce que les tubes caloducs (4) sont déformables pour absorber les variations de distance entre les moyens à évaporateur (5) et les moyens à condenseur (6). 5. Structure à caisson immergée selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que les moyens à composants électriques (2) comportent des organes commutateurs à semi-conducteur (10) associés à des semelles (11, 12, 13) d'évacuation de chaleur contre lesquelles sont placés les moyens à évaporateur (5). 6. Structure à caisson immergée selon la revendication 5, caractérisée en ce que les organes commutateurs (10) comprennent des transistors IGBT.