Brevet FR3090839A1 — publié le 20200626

Description Titre de l'invention : Circuit de refroidissement pour composant de véhicule automobile [0001] La présente invention se rapporte au domaine d'un circuit de refroidissement d'un composant de véhicule automobile. [0002] L'invention s'applique notamment aux véhicules électriques ou hybrides équipés de composants électriques ou électroniques à refroidir tels que les convertisseurs, onduleurs ou chargeurs embarqués. [0003] Les composants électroniques de véhicules électriques sont généralement refroidis par de l'air en convection naturelle ou forcée ou de l'eau en circulation forcée. [0004] La première méthode est limitée dès qu'il s'agit d'évacuer des puissances au-delà de quelques centaines de Watts, dans ce cas on favorise les refroidissements par eau qui sont de meilleure efficacité niais plus contraignants en terme d'intégration car il faut s'adapter à une boucle de refroidissement liquide du véhicule quand elle existe. [0005] La densité de puissance thermique à évacuer est également unc contrainte lorsqu'elle atteint plusieurs dizaines ou centaines de watts par cm2. [0006] On tonnait par la demande brevet W017158253 un exemple de dispositif de refroi- dissement. [0007] L'invention vise à améliorer le refroidissement de composants sur un véhicule. [0008] À cet effet l'invention a pour objet un circuit de refroidissement pour refroidir un composant susceptible de dégager de la chaleur lors de son utilisation, cc composant étant par exemple une électronique pour véhicule automobile, ce circuit de refroidissement utilisant un fluide de refroidissement diphasique et comprenant un premier échangeur de chaleur comportant une paroi d'échange thermique agencée pour échanger de la chaleur avec le composant à refroidir et un deuxième échangeur de chaleur agencé pour être placé dans un flux d'air pour évacuer de la chaleur de ce deuxième échangeur de chaleur, les premier et deuxième échangeurs communiquant entre cux via des canaux pour une circulation du fluide de refroidissement, notamment le fluide diphasique pouvant passer en phase gazeuse dans le premier échangeur et passer en phase liquide dans le deuxième échangeur. [0009] L'invention préconise ainsi d'utiliser une boucle ou circuit diphasique pour évacuer la chaleur notamment des composants électroniques concernés. [0010] Le transfert de chaleur se fait de manière efficace car il se fait via un changement de phase. [0011] De manière très avantageuse, selon l'invention, le fluide circule par capillarité, et il n'est pas nécessaire d'utiliser une pompe pour faire circuler le fluide. 2 [0012] La paroi du premier échangeur correspond notamment aux zones d'échauffement critiques d'un composant électronique automobile. [0013] Selon l'un des aspects de l'invention, le premier échangeur est agencé pour être accolé via la paroi d'échange thermique au composant à refroidir, ce premier échangeur étant notamment agencé pour permettre l'évaporation du fluide diphasiquc lorsqu'une certaine quantité de chaleur passe du composant vers le premier échangeur, ce premier échangeur étant notamment appelé évaporateur. [0014] Selon un aspect de l'invention, la paroi du premier échangeur est plane, par exemple réalisée en aluminium ou en cuivre. [0015] Selon un aspect de l'invention, le deuxième échangeur est un condenseur au sein duquel le fluide diphasiquc peut se condenser, notamment en phase liquide. [0016] Le condenseur du circuit diphasiquc est par exemple refroidi par air forcé, ce qui simplifie l'intégration dans le véhicule et permet d'obtenir en option un module autonome. [0017] Le module peut comprendre un ventilateur spécifique ou le ventilateur est celui existant dans la face avant du véhicule ou de l'HVAC (HVAC est un sigle désignant « Hcating, Ventilation and Air-Conditioning », en français CVC désignant « Chauffage, ventilation et climatisation »). [0018] Le fluide de refroidissement circule, le cas échéant, dans la boucle diphasiquc de façon passive. [0019] Selon un aspect de l'invention, prises seules ou en combinaison, on pourra prévoir que : [0020] - le deuxième échangeur est un condenseur de type à tubes comprenant des micro- canaux clans lesquels peut circuler le fluide diphasique. Ces micro-canaux ont par exemple quelques dixièmes de millimètres de largeur. [0021] - le deuxième échangeur comporte des ailettes, notamment pourvues de persiennes, agencées pour être placées dans un flux d'air pour mieux refroidir ce deuxième échangeur, ces ailettes étant par exemple entre des tubes dans lesquels circule le fluide diphasique. [0022] - les premier et deuxième échangeurs forment un module commun, notamment pour être accolé au composant à refroidir ou intégrant ce composant à refroidir, les premier et deuxième échangeurs étant notamment placés au contact, ou à proximité, l'un de l'autre. [0023] - le deuxième échangeur est déporté par rapport au premier échangeur. [0024] - le deuxième échangeur de chaleur est placé à une face avant du véhicule au- tomobile, notamment à proximité ou au contact d'un échangeur de face avant de véhicule, notamment un radiateur ou un condenseur de face avant de véhicule, de manière à profiter de capacités de refroidissement de la face avant. 3 [0025] - le deuxième échangeur de chaleur est placé à proximité ou au contact d'un CVC de véhicule automobile de manière à profiter de capacités de refroidissement du CVC. [0026] L'invention concerne également un dispositif comportant un composant à refroidir, notamment une électronique de véhicule automobile, et un circuit de refroidissement agencé pour refroidir ce composant. [0027] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : [0028] - la [fig.1] montre un schéma d'un dispositif selon un exemple de l'invention ; [0029] - la [fig.2] montre un schéma d'un dispositif selon un autre exemple de l'invention ; [0030] - la [fig.3] représente un schéma d'un dispositif selon encore un autre exemple de l' invention; [0031] - la [fig.4] représente un schéma d'un dispositif selon un dernier exemple de l' invention. [0032] - la [fig.5] représente, en perspective, un dispositif selon un exemple de l'invention [0033] - la [fig.6] représente des canaux d'un échangeur d'un dispositif selon l'invention. [0034] On a représenté sur la [fig.1], un composant électronique 1 de véhicule automobile, notamment un onduleur ou un convertisseur de puissance, et un circuit de refroidissement 2 pour refroidir ce composant 1 susceptible de dégager de la chaleur lors de son utilisation, ce circuit de refroidissement 2 utilisant un fluide de refroidissement di-phasique et comprenant un premier échangeur de chaleur 10 comportant une paroi d'échange thermique 11 agencée pour échanger de la chaleur avec le composant 1 à refroidir et un deuxième échangeur de chaleur 20 agencé pour être placé clans un flux d'air 21 pour évacuer de la chaleur de ce deuxième échangeur de chaleur 20, les premier et deuxième échangeurs communiquant entre eux via des canaux 30 pour une circulation du fluide de refroidissement, le fluide diphasique pouvant passer en phase gazeuse dans le premier échangeur 10 et passer en phase liquide dans le deuxième échangeur 20. [0035] Le premier échangeur 10 est agencé pour être accolé via la paroi d'échange thermique 11 au composant 2 à refroidir, ce premier échangeur 10 étant agencé pour permettre l'évaporation du fluide diphasique lorsqu'une certaine quantité de chaleur passe du composant 2 vers le premier échangeur10, ce premier échangeur étant appelé évaporateur. [0036] La paroi 11 du premier échangeur est plane, par exemple réalisée en aluminium ou en cuivre. [0037] L'évaporateur 10 peut former un couvercle ou élément de fermeture du composant électronique à refroidir. [0038] Le deuxième échangeur 20 est un condenseur au sein duquel le fluide diphasique peut se condenser, notamment en phase liquide. Le fluide diphasique est par exemple de l'eau, de l'acétone, r134a, 1234yf ou R1233. [0039] Le deuxième échangeur 20 est un condenseur de type à tubes ou micro-canaux dans lesquels peut circuler le fluide diphasiquc. On peut voir des tubes 24 au sein desquels circule le fluide diphasiquc. [0040] Le deuxième échangeur comporte des ailettes 27, notamment pourvues dc persiennes, agencées pour être placées dans un flux d'air 21 pour mieux refroidir cc deuxième échangeur 20, ces ailettes étant par exemple entre des tubes 24 dans lesquels circule le fluide diphasiquc. [0041] La circulation du fluide dans le condenseur 20 est de préférence une circulation en I pour diminuer les pertes dc charges. [0042] Les premier et deuxième échangeurs 10 et 20 forment un module commun 40 intégrant cc composant à refroidir, les premier et deuxième échangeurs 10 t 20 étant notamment placés au contact l'un de l'autre [0043] Dans une variante de l'invention montrée à la [fig.2], le deuxième échangeur 20 est déporté par rapport au premier échangeur 10, étant à distance l'un de l'autre sans contact. [0044] Dans une variante de l'invention montrée à la [fig.3], le deuxième échangeur de chaleur 20 est placé à une face avant 41 du véhicule automobile, notamment à proximité ou au contact d'un échangeur 44 de face avant de véhicule, notamment un radiateur ou un condenseur de face avant de véhicule, de manière à profiter de capacités de refroidissement de la face avant. [0045] Dans une variante de l'invention montrée à la [fig.4], le deuxième échangeur de chaleur 20 est placé à proximité ou au contact d'un CVC 48 de véhicule automobile de manière à profiter de capacités de refroidissement du CVC. [0046] Une vanne de remplissage sur le module peut être prévue sur le module, permettant de remplir les échangeurs avec le fluide diphasique au moment choisi de l'assemblage. [0047] On a représenté sur la [fig.5], en perspective, les éléments de la [Figure 1], à savoir le composant électronique 1 de véhicule automobile et le circuit de refroidissement 2 pour refroidir ce composant 1 susceptible de dégager de la chaleur lors de son utilisation, le premier échangeur de chaleur 10 comportant une paroi d'échange thermique 11 agencée pour échanger de la chaleur avec le composant 1 à refroidir et un deuxième échangeur de chaleur 20 agencé pour être placé dans un flux d'air 21 pour évacuer de la chaleur de ce deuxième échangeur de chaleur 20, les premier et deuxième échangeurs communiquant entre eux via les canaux 30 pour une circulation du fluide de refroidissement. [0048] Dans l'exemple décrit, il est prévu un ventilateur spécifique 300 pour souffler de l'air vers l'échangeur 20. Ce ventilateur 300 est réglable en débit suivant le cas d'usage et contraintes thermiques qui en découlent. [0049] Le composant électronique 1 comporte un capot 301 sur lequel sont disposés le ven- tilateur 300 et l'échangeur 10. [0050] Dans l'exemple décrit, l'échangeur 10 sert aussi de couvercle à une ouverture du capot 301 du composant électronique 1. [0051] On a représenté sur la [fig.6] une section transversale des canaux 303 du condenseur 20, les canaux distincts des canaux d'extrémité ont une section avec deux bords droits parallèles et des bords arrondis qui relient ces bords droits. D'autres formes peuvent être prévues. 6