Brevet FR3071379A1 — publié le 20190322

COFFRE DESTINE A ETRE MONTE SUR UNE CAISSE D'UN VEHICULE FERROVIAIRE ET VEHICULE FERROVIAIRE CORRESPONDANT L'invention est relative à un coffre du type destiné à être monté sur une caisse d'un véhicule ferroviaire, le coffre étant subdivisé en un compartiment principal et un compartiment de refroidissement, le compartiment principal étant destiné à recevoir des composants électroniques et le compartiment de refroidissement recevant un échangeur de chaleur d'un radiateur d'évacuation d'une chaleur produite par les composants électroniques reçus dans le compartiment principal, le compartiment principal et le compartiment de refroidissement étant séparés l'un de l'autre par une première cloison, portant l'échangeur de chaleur, et le compartiment de refroidissement comportant une seconde cloison en vis-à-vis de la première cloison. Plus particulièrement, l'invention porte sur un coffre pour un convertisseur de puissance électrique destiné à l'alimentation des moteurs électriques ou d'autres équipements électriques d'un véhicule ferroviaire. Par convertisseur, on entend les composants de l'électronique de puissance et, éventuellement, ceux de l'électronique de contrôle de l'électronique de puissance, qui peuvent être placés dans le même coffre que l'électronique de puissance. Le coffre étant destiné à être monté sur la caisse d'un véhicule ferroviaire, de préférence sous la caisse ou sur son toit, un repère X, Y, Z est associé au coffre tel que la direction X soit parallèle à une direction longitudinale du véhicule ferroviaire, la direction Y, parallèle à une direction transversale du véhicule ferroviaire, et l'axe Z, orthogonal aux directions X, Y et dénommé par simplification direction verticale. Dans les coffres du type précité actuellement connus, la distance séparant la première cloison portant les ailettes de l'échangeur de chaleur du radiateur de refroidissement des composants placés dans le compartiment principal, et la seconde cloison, en vis-à-vis de la première cloison, est importante de manière à autoriser une circulation d'air par convection autour des ailettes du radiateur suffisante pour assurer une évacuation adaptée de la chaleur. Cependant, le volume sous la caisse ou sur le toit d'un véhicule ferroviaire doit accueillir de plus en plus d'équipements. Il y a donc un besoin pour diminuer les dimensions du coffre du convertisseur. Il a été envisagé de réduire la distance entre les première et seconde cloisons du compartiment de refroidissement. Cependant, en réduisant cette distance, la convection naturelle est insuffisante pour permettre un refroidissement adapté. 2 Si rien n'est fait, la chaleur notamment dégagée par l'électronique de puissance du convertisseur ne peut être évacuée. La température ambiante dans le compartiment principal augmente, ce qui est préjudiciable au bon fonctionnement et à la durée de vie des composants du convertisseur. 5 Pour améliorer la situation, il est connu de placer une écope d'air, consistant en une entrée d'air coudée, sur le dessous du coffre ou sur le côté de celui-ci de manière à admettre de l'air frais lors du déplacement du véhicule ferroviaire et de l'amener vers l'intérieur du coffre pour améliorer la circulation de l'air autour des ailettes du radiateur. Cependant, pour pouvoir circuler sur un réseau ferroviaire, un véhicule doit 10 respecter un gabarit maximum. Or, il n'est pas toujours possible d'ajouter une écope d'air au coffre du convertisseur sans sortir de ce gabarit autorisé. Par ailleurs, il peut se faire que des équipements placés sous la caisse, en amont du coffre selon la direction de déplacement du véhicule, soient plus volumineux que le 15 coffre et masquent l'entrée d'air de l'écope du coffre du convertisseur, de sorte que l'efficacité de la ventilation autour des ailettes du radiateur du coffre soit insuffisante. L'invention a donc pour but de résoudre ces problèmes, notamment en proposant un coffre présentant à la fois des dimensions réduites et une bonne ventilation de l'échangeur de chaleur du radiateur qu'il comporte. . 20 Pour cela, l'invention a pour objet un coffre du type précité, caractérisé en ce que le coffre comporte une plaque d'obturation placée au-dessus du compartiment de refroidissement de manière à ménager un passage au-dessus de l'échangeur de chaleur, la plaque d'obturation comportant une ouverture d'évacuation de l'air chaud, et en ce que le coffre comporte au moins une cheminée ménagée à l'intérieur du compartiment de 25 refroidissement, l'échangeur de chaleur étant disposée dans le compartiment de refroidissement mais à l'extérieur de la cheminée, la cheminée comportant une entrée d'air communiquant avec l'extérieur du coffre et une sortie d'air débouchant sous la plaque d'obturation dans le passage ménagé au-dessus de l'échangeur de chaleur. Suivant des modes particuliers de réalisation, le coffre comporte une ou plusieurs 30 des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - la cheminée est délimitée transversalement par les première et seconde cloisons et longitudinalement entre des première et seconde parois. 35 - les première et seconde cloisons sont espacées l'une de l'autre d'une distance légèrement supérieure à une largeur de l'échangeur de chaleur. 3 - l'ouverture d'évacuation de l'air chaud de la plaque d'obturation présente un contour correspond à un contour de l'échangeur de chaleur. - le coffre comporte deux échangeurs de chaleur, séparés l'un de l'autre dans le compartiment de refroidissement par la cheminée. 5 - la cheminée est située à une extrémité longitudinale du compartiment de refroidissement. - la cheminée présente un profil intérieur adapté pour maximiser le flux d'air refoulé dans le passage au-dessus de ou de chaque échangeur de chaleur. - le coffre comporte un compartiment secondaire, la seconde cloison séparant le 10 compartiment de refroidissement et le compartiment secondaire. - l'échangeur de chaleur est un échangeur de chaleur du type à ailettes, chaque ailette étant monté à angle droit sur la première cloison et deux ailettes voisines de l'échangeur de chaleur étant séparées l'une de l'autre d'un pas, ledit pas étant inférieur à un dixième d'une dimension caractéristique de la cheminée. 15 L'invention a également pour objet un véhicule ferroviaire équipé d'un coffre conforme au coffre présenté ci-dessus. L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation particulier, donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, cette description étant faite en se référant aux figures sur lesquelles : 20 - la figure 1 est une vue en perspective d'un coffre selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective du coffre de la figure 1 dans lequel une plaque supérieure d'obturation du coffre a été retirée ; - la figure 3 est une coupe selon un plan vertical longitudinal du coffre de la figure 1 ; et 25 - la figure 4 est une section selon un plan vertical transversal du coffre de la figure 1. En se référant aux figures 1 à 4, un coffre 10 selon l'invention va maintenant être décrit en détail. Le coffre 10 est constitué d'un châssis dont les montants délimitent une forme 30 sensiblement parallélépipédique rectangle. Le coffre 10, auquel est associé un repère X, Y, Z, présente une longueur L selon la direction longitudinale X, une largeur I selon la direction transversale Y et une hauteur H selon la direction verticale Z. Dans sa largeur, c'est-à-dire selon la direction transversale Y, le coffre 10 est 35 subdivisé en trois compartiments successifs : un compartiment principal 12, un compartiment de refroidissement 14 et un compartiment secondaire 16. 4 Le compartiment principal 12 est accessible depuis le côté du coffre 10 en démontant une face dite avant du coffre 10 formant un capot amovible, qui n'est pas représenté sur les figures 1 et 2. Le fond (selon la direction transversale Y) du compartiment principal 12 est 5 constitué par une première cloison 26 s'étendant parallèlement au plan XZ et constituant une cloison de séparation entre le compartiment principal 12 et le compartiment de refroidissement 14. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures, le coffre 10 comporte également un compartiment secondaire 16, qui, dans le mode de réalisation présenté ici, 10 est accessible par le dessous du coffre 10 en démontant une partie d'une face inférieure du coffre 10 formant capot amovible (non représenté sur les figures). En effet, lorsque le coffre 10 est fixé sous un bord de la caisse du véhicule ferroviaire, sa face arrière (selon la direction transversale Y) n'est pas facilement accessible et il est préférable de prévoir un accès par au-dessous au compartiment 15 secondaire. Le compartiment secondaire 16 est séparé du compartiment de refroidissement 14 par une seconde cloison 28. Le compartiment de refroidissement 14, intermédiaire entre les compartiments principal 12 et secondaire 16, comporte un premier échangeur de chaleur d'un premier 20 radiateur et un second échangeur de chaleur d'un second radiateur. Le premier échangeur de chaleur est constitué par une pluralité d'ailettes 22. Le second échangeur de chaleur est constitué par une pluralité d'ailettes 24. Chaque ailette, 22, 24, est sensiblement rectangulaire et présente une hauteur hl et une largeur 11. L'épaisseur d'une ailette est bien inférieure à sa hauteur et sa largeur. 25 Les ailettes d'un même échangeur de chaleur sont espacées avec un pas prédéfini. Chaque ailette 22, 24 est montée à angle droit sur la première cloison 26. Les premier et second radiateurs permettent donc d'évacuer la chaleur produite par les composants électriques et/ou électroniques placés à l'intérieur du compartiment principal 12. 30 La distance d entre la première cloison 26 et la seconde cloison 28, placée en vis- à-vis l'une de l'autre, est légèrement supérieur à la largeurll des ailettes 22, 24. Le compartiment de refroidissement 14 s'il est ouvert par au-dessous, est obturé par au-dessus par une plaque d'obturation 30 formant la face supérieure du coffre 10. La plaque 30 est représentée en position sur la figure 1. 35 Dans le mode de réalisation représenté sur les figures, la plaque d'obturation 30 recouvre également les compartiments principal 12 et secondaire 16. 5 La plaque d'obturation 30 est disposée au-dessus des groupes d'ailettes 22, 24 de manière à ménager un passage 31 entre le bord supérieur des ailettes 22, 24 et la surface orientée vers l'intérieur de la plaque d'obturation 30. Ce passage est plus particulièrement visible sur les figures 3 et 4. 5 La plaque d'obturation 30 est munie d'ouvertures à l'aplomb de chaque groupe d'ailettes. La plaque 30 comporte ainsi une première ouverture 32 au-dessus des premières ailettes 22 et une seconde ouverture 34 au-dessus des secondes ailettes 34. Le contour d'une ouverture correspond, en projection, au contour du groupe d'ailettes correspondant. Ces ouvertures prévues sur la plaque 30 sont par exemple grillagées. 10 Le compartiment de refroidissement 14 comporte une cheminée 40. La cheminée 40 s'étend verticalement à travers le compartiment de refroidissement 14 entre les premières ailettes 22 et les secondes ailettes 24. Dans le mode de réalisation des figures, la cheminée 40 est délimitée transversalement entre les première et seconde cloisons 26 et 28 et longitudinalement 15 entre des première et seconde parois 46, 48, qui sont des parois planes s'étendant verticalement entre les première et seconde cloisons 26, 28, parallèlement aux ailettes 22 et 24. La distance entre les première et seconde parois 46, 48, est sensiblement égale à la distance d entre les première et seconde cloisons 26, 28. Cette dimension 20 caractéristique de la cheminée 40 est supérieure à 10 fois le pas entre deux ailettes d'un même échangeur de chaleur. La cheminée 40 comporte, dans sa partie inférieure, une entrée d'air 42 permettant de connecter fluidiquement l'intérieur de la cheminée 40 avec l'extérieur du coffre 10. 25 La cheminée 40 comporte, dans sa partie supérieure, une sortie d'air 44 permettant de connecter fluidiquement l'intérieur de la cheminée 40 avec le passage 31 entre les ailettes 22, 24 et la plaque d'obturation 30. Avantageusement, comme représenté sur la figure 1, la portion de la plaque d'obturation 30 située à l'aplomb de la cheminée 40 est close. 30 L'apport de la cheminée 40 au refroidissement du coffre 10 va maintenant être présenté. Au cours du fonctionnement du convertisseur, les premier et second radiateurs évacuent la chaleur produite par les composants électroniques placés dans le compartiment principal 12 par échange avec l'air circulant entre les ailettes 22, 24. 6 L'air réchauffé au contact des ailettes monte dans le passage 31 avant d'être évacué à travers la plaque d'obturation 30 par les ouvertures 32 et 34 (flèche G sur la figure 3). A cause de cet effet ascendant de l'air chaud et de son évacuation hors du coffre 5 10, une dépression est créée au niveau de la sortie d'air 44 de la cheminée 40. En conséquence, de l'air frais extérieur au coffre 10 est admis par l'entrée d'air 42 de la cheminée 40. Est ainsi créé, au moyen de la cheminée 40, un déplacement d'air vertical propre, lorsqu'il est refoulé dans le passage 31, à repousser l'air chaud qui s'y trouve hors du 10 coffre 10 (flèche F sur la figure 3). En dimensionnant convenablement la cheminée 40, le passage 31, et les ouvertures 32 et 34, en fonction des caractéristiques des premiers et seconds échangeur de chaleur, cette circulation d'air peut s'auto-entretenir. Est ainsi réalisée une ventilation passive du passage 31, conduisant à une 15 diminution de la température de l'air au-dessus des ailettes et, par conséquent, un accroissement de l'efficacité des radiateurs. Cet effet « cheminée » permet de rapprocher au maximum la seconde cloison 28 de la première cloison 26 puisqu'il n'est plus nécessaire de prévoir un compartiment de refroidissement avec un volume important de nature à permettre une convection naturelle 20 autour des groupes d'ailettes des radiateurs pour écarter l'air une fois réchauffé au contact des ailettes. Le compartiment de refroidissement 14 peut comporter plusieurs cheminées. Ceci est illustré sur la figure 2 où une seconde cheminée 50 est prévue à une extrémité longitudinale du compartiment de refroidissement 14. 25 En variante, le premier radiateur est associé au compartiment principal tandis que le second radiateur est associé au compartiment secondaire 16. En variante, le coffre ne comporte qu'un compartiment principal et le compartiment de refroidissement, celui-ci étant délimité transversalement par des première et seconde cloisons verticales, la seconde cloison formant séparation avec un autre équipement 30 placé sous le véhicule. Dans encore une autre variante, les surfaces délimitant la cheminée peuvent non pas être planes mais présenter un profil adapté pour maximiser le flux d'air, notamment au niveau de la sortie d'air de la cheminée débouchant dans le passage ménagé au-dessus des échangeurs de chaleur des radiateurs. 35 En variante, le compartiment de refroidissement comporte des échangeurs de chaleur d'un autre type qu'un REVENDICATIONS1.- Coffre (10) destiné à être monté sur une caisse d'un véhicule ferroviaire, le coffre étant subdivisé en un compartiment principal (12) et un compartiment de refroidissement (14), le compartiment principal (12) étant destiné à recevoir des composants électroniques et le compartiment de refroidissement (14) recevant un échangeur de chaleur (22, 24) d'un radiateur d'évacuation d'une chaleur produite par les composants électroniques reçus dans le compartiment principal, le compartiment principal et le compartiment de refroidissement étant séparés l'un de l'autre par une première cloison (26), portant l'échangeur de chaleur, et le compartiment de refroidissement comportant une seconde cloison (28) en vis-à-vis de la première cloison, caractérisé en ce que le coffre comporte une plaque d'obturation (30) placée au-dessus du compartiment de refroidissement (14) de manière à ménager un passage (31) au-dessus de l'échangeur de chaleur, la plaque d'obturation (30) comportant une ouverture (32, 34) d'évacuation de l'air chaud, et en ce que le coffre comporte au moins une cheminée (40) ménagée à l'intérieur du compartiment de refroidissement (14), l'échangeur de chaleur étant disposée dans le compartiment de refroidissement (14) mais à l'extérieur de la cheminée (40), la cheminée comportant une entrée d'air (42) communiquant avec l'extérieur du coffre et une sortie d'air (44) débouchant sous la plaque d'obturation (30) dans le passage (31) ménagé au- dessus de l'échangeur de chaleur (22, 24). 2.- Coffre (10) selon la revendication 1, dans lequel la cheminée (40) est délimitée transversalement par les première et seconde cloisons (26, 28) et longitudinalement entre des première et seconde parois (46, 48). 3.- Coffre (10) selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel les première et seconde cloisons (26, 28) sont espacées l'une de l'autre d'une distance légèrement supérieure à une largeur de l'échangeur de chaleur. 4.- Coffre (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'ouverture (32, 34) d'évacuation de l'air chaud de la plaque d'obturation (30) présente un contour correspond à un contour de l'échangeur de chaleur. 8 5.- Coffre (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comportant deux échangeurs de chaleur (22, 24), séparés l'un de l'autre dans le compartiment de refroidissement (14) par la cheminée (40). 5 6.- Coffre (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la cheminée (40) est située à une extrémité longitudinale du compartiment de refroidissement (14). 7.- Coffre selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la 10 cheminée présente un profil intérieur adapté pour maximiser le flux d'air refoulé dans le passage (31) au-dessus de ou de chaque échangeur de chaleur. 8.- Coffre (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comportant un compartiment secondaire (16), la seconde cloison (28) séparant le compartiment de 15 refroidissement (14) et le compartiment secondaire (16). 9.- Coffre (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l'échangeur de chaleur est un échangeur de chaleur du type à ailettes (22, 24), chaque ailette étant monté à angle droit sur la première cloison (26) et deux ailettes voisines de 20 l'échangeur de chaleur étant séparées l'une de l'autre d'un pas, ledit pas étant inférieur à un dixième d'une dimension caractéristique de la cheminée (40). 10.- Véhicule ferroviaire, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un coffre (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, ledit coffre étant monté sous une caisse du 25 véhicule ferroviaire.