Brevet FR3144267A1 — publié le 20240628

Le caloduc (112) comprend : un logement (202) enfermant une substance, le logement (202) étant allongée avec une extrémité chaude (204) de sorte que la substance s'évapore dans un état gazeux, et une extrémité froide (206) de sorte que la substance dans l'état gazeux se condense dans un état liquide à l'extrémité froide (206) ; et un dispositif de retour (208) configuré pour retourner la substance dans l'état liquide de l'extrémité froide (206) à l'extrémité chaude (204). Figure de l’abrégé: Fig. 2 Caloduc Domaine de l'invention L'invention concerne un caloduc, un système électrique comprenant un tel caloduc, et un dispositif de mobilité comprenant un tel système électrique. Un dispositif de mobilité est par exemple un véhicule terrestre motorisé, un train, un avion ou même un drone. Un véhicule terrestre motorisé est, par exemple, un véhicule à moteur, une moto, un vélo motorisé ou même un fauteuil roulant motorisé. État de la technique Il peut être nécessaire de refroidir différents éléments d'un système. Lorsque tous les éléments sont refroidis par un seul système de refroidissement utilisant un circuit de refroidissement, le réglage du circuit de refroidissement affecte tous les éléments. Cependant, les différents éléments du système peuvent avoir besoin d'être refroidis différemment en fonction des conditions de fonctionnement. Par exemple, généralement, l'huile utilisée comme lubrifiant dans une boîte de vitesses est refroidie pendant le fonctionnement. Cependant, en hiver, il peut être nécessaire de chauffer l'huile par un système de chauffage pour faciliter le démarrage. Il s'ensuit que, lorsque l'huile est chauffée, elle ne doit pas être refroidie en même temps. La solution connue consiste à utiliser des systèmes de refroidissement séparés ou à conserver le système de refroidissement unique et à ajouter des vannes électromécaniques. Cependant, ces solutions sont coûteuses et ne permettent pas une gestion thermique sélective. En alternative aux vannes électrotechniques, la demande de brevet US 2016 0216043 A1 a décrit un caloduc comprenant : un logement renfermant une substance, le logement étant allongée avec : une extrémité chaude configurée pour recevoir de la chaleur d'un dispositif à refroidir de sorte que la substance s'évapore à l'état gazeux à l'extrémité chaude, et une extrémité de refroidissement configurée pour libérer de la chaleur de sorte que la substance à l'état gazeux se condense en un état liquide à l'extrémité de refroidissement ; et un dispositif de retour de la substance configuré pour renvoyer la substance à l'état liquide de l'extrémité froide vers l'extrémité chaude. Le ferrofluide lui-même est utilisé comme substance transportant la chaleur. Afin d'entraver ou de bloquer l'écoulement, un champ magnétique localisé est appliqué au ferrofluide, ce qui provoque l'agrégation permanente des particules magnétiques présentes dans le ferrofluide dans la région du champ magnétique localisé. Cependant, afin de revenir à un fonctionnement normal, les particules magnétiques agrégées doivent se disperser, ce qui n'est pas garanti et/ou peut prendre du temps. En outre, en fonctionnement normal, le ferrofluide ne présente pas de bonnes propriétés de transfert de chaleur. On peut donc souhaiter fournir un caloduc surmontant au moins certains des problèmes et contraintes susmentionnés. À cette fin, il est proposé un caloduc comprenant : un logement renfermant une substance, le logement étant allongée avec : une extrémité chaude configurée pour recevoir de la chaleur d'un dispositif à refroidir de sorte que la substance s'évapore à l'état gazeux à l'extrémité chaude, et une extrémité de refroidissement configurée pour libérer de la chaleur de sorte que la substance à l'état gazeux se condense en un état liquide à l'extrémité de refroidissement ; et un dispositif de retour configuré pour renvoyer la substance à l'état liquide de l'extrémité froide vers l'extrémité chaude ; caractérisé en ce que le logement renferme également une gouttelette d'un ferrofluide et est muni d'un étranglement entre les extrémités chaude et froide, dimensionné pour être au moins partiellement obstrué par la gouttelette, et en ce que le caloduc comprend en outre un système de génération de champ magnétique configuré pour générer un premier champ magnétique passant par l'étranglement afin d'attirer la gouttelette dans l'étranglement. D'autres caractéristiques optionnelles de l'invention, qui peuvent être utilisées ensemble ou séparément, sont développées ci-dessous. Optionnellement, le ferrofluide est insoluble dans la substance. Il est également possible que le ferrofluide soit repoussé par la substance, par exemple hydrophobe dans le cas de l'eau. En outre, le ferrofluide est éventuellement à base d'huile. En outre, la constriction a un diamètre inférieur à 2 mm, par exemple inférieur à 1 mm. De plus, de manière facultative, la gouttelette a un volume de plus de 5 mm 3 et de moins de 100 mm 3 . De manière optionnelle également, le dispositif de retour de liquide comprend un matériau poreux, tel qu'une mèche ou une structure nervurée, s'étendant sur une surface interne du logement entre les deux extrémités du logement afin de ramener la substance à l'état liquide par action capillaire. De plus, en option, le système est configuré pour générer un second champ magnétique à l'écart de la constriction afin d'attirer la gouttelette à l'écart de la constriction. En outre, le logement est éventuellement pourvu d'un évidement, et le second champ magnétique passe par l'évidement pour attirer la gouttelette dans l'évidement. Il est également proposé un système électrique comprenant : un dispositif à refroidir ; et un caloduc selon l'invention, pour refroidir le dispositif. Optionnellement, le dispositif à refroidir est une boîte de vitesses comportant un lubrifiant. Également en option, le système électrique comprend en outre un dispositif de commande configuré pour recevoir une température du lubrifiant de la boîte de vitesses et pour commander le système de génération de champ magnétique pour générer le premier champ magnétique lorsque la température du lubrifiant est inférieure à un seuil prédéfini. Également en option, le dispositif de commande est en outre configuré pour commander le système de génération de champ magnétique pour générer le second champ magnétique lorsque la température du lubrifiant est supérieure au seuil prédéfini. Également en option, le système électrique comprend en outre un capteur de température configuré pour fournir la température du lubrifiant. De plus, en option, l'environnement froid comprend un système de refroidissement. Également en option, le système de refroidissement est configuré pour refroidir une machine électrique. Il est également proposé un dispositif de mobilité comprenant un système électrique selon l'invention. La présente invention sera décrite plus spécifiquement en référence aux dessins suivants, dans lesquels : [La ] est une vue schématique d'un véhicule dans lequel l'invention peut être mise en œuvre, [La ] est une vue en coupe d'un caloduc selon l'invention qui peut être utilisé dans le véhicule de la . [La ] est une vue similaire à la , avec le caloduc dans une configuration éteinte, et [La ] est une vue similaire à la , avec le caloduc dans une configuration de marche. Description détaillée des modes de réalisation préférés En référence à la , un véhicule automobile terrestre 100 dans lequel l'invention peut être mise en œuvre va maintenant être décrit. Le véhicule 100 possède une ou plusieurs roues motrices 102 configurées pour mettre le véhicule 100 en mouvement. Pour entraîner la ou les roues motrices 102, le véhicule 100 comprend en outre un entraînement électrique 104 et une source de tension continue 106, telle qu'une batterie, configurée pour alimenter électriquement l'entraînement électrique 104. L'entraînement électrique 104 comprend une machine électrique 108, en particulier une machine électrique polyphasée, telle qu'une machine électrique triphasée. Le dispositif d'entraînement électrique 104 comprend en outre un réducteur 109 connecté entre la machine électrique et la ou les roues motrices 102. Ainsi, la machine électrique 108 est couplée à la ou aux roues motrices 102 par l'intermédiaire de la boîte de vitesses 109. La boîte d'engrenages 109 comprend un lubrifiant, tel que de l'huile. L'entraînement électrique 104 comprend en outre un convertisseur de puissance électrique CA-CC 110 connecté entre la source de tension CC 106 et la machine électrique 108. Le convertisseur de puissance électrique 110 est configuré pour transférer la puissance électrique entre la source de tension continue 106 et la machine électrique 108. Par exemple, le convertisseur AC-DC 110 est configuré pour fonctionner comme un onduleur pour transférer l'énergie électrique de la source de tension continue 106 à la machine électrique 108 fonctionnant comme un moteur électrique pour entraîner la ou les roues motrices 102 par l'intermédiaire de la boîte de vitesses 109. Le convertisseur AC-DC 110 peut également être configuré pour fonctionner comme un redresseur pour transférer l'énergie électrique de la machine électrique 108 fonctionnant comme un générateur électrique entraîné par la (les) roue(s) motrice(s) à travers la boîte de vitesses 109, vers la source de tension continue 106, par exemple pour charger cette dernière. L'entraînement électrique 104 comprend en outre un système de refroidissement 111 configuré pour refroidir la machine électrique 108. Le système de refroidissement 111 comprend par exemple un circuit de refroidissement ; le système de refroidissement est conçu pour laisser circuler un liquide de refroidissement, tel que de l'eau, dans le circuit de refroidissement. Pour refroidir la boîte de vitesses 109, la machine électrique 104 comprend en outre un caloduc 112 connecté entre le système de refroidissement 112 et la boîte de vitesses 109, afin de transférer la chaleur de la boîte de vitesses 109 vers le système de refroidissement 112. La motorisation électrique 104 comprend en outre un dispositif de commande 114 configuré pour commander le caloduc 112, par exemple en fonction d'une température T du lubrifiant de la boîte de vitesses 109. Le dispositif d'entraînement électrique 104 comprend par exemple un capteur de température 116 configuré pour fournir la température T du lubrifiant. En se référant à la , le caloduc 112 va maintenant être décrit. Le caloduc 112 comprend un logement 202 définissant une enceinte fermée. Le caloduc 112 comprend en outre une substance enfermée dans le logement 202. La substance est par exemple une substance chimique, telle que l'eau. Dans la description qui suit, l'exemple de l'eau sera conservé. Le logement 202 est allongé et comprend deux extrémités 204, 206. La première extrémité est une extrémité chaude 204 configurée pour recevoir la chaleur d'un dispositif à refroidir, par exemple la boîte de vitesses 109, de sorte que l'eau liquide s'évapore en eau sous forme de vapeur (état gazeux) à l'extrémité chaude 204. L'eau sous forme de vapeur se dilate naturellement dans l'enceinte fermée et atteint la deuxième extrémité qui est une extrémité froide 206 configurée pour libérer la chaleur vers un environnement froid, de sorte que l'eau sous forme de vapeur se condense en eau liquide à l'extrémité froide 206. L'environnement froid comprend par exemple le système de refroidissement 111. Le caloduc 112 comprend en outre un dispositif de retour de liquide configuré pour renvoyer l'eau liquide de l'extrémité froide 206 vers l'extrémité chaude 204. Par exemple, le dispositif de retour de liquide comprend un matériau poreux 208 s'étendant sur une surface interne du logement 202 entre les deux extrémités 204, 206 du logement 202, c'est-à-dire d'une extrémité à l'autre. Le matériau poreux 208 est configuré pour renvoyer la substance à l'état liquide de l'extrémité froide 206 vers l'extrémité chaude 204 par action capillaire. Le matériau poreux 208 peut être une structure à mèche ou à bordures. Les structures à mèche utilisées dans les caloducs comprennent par exemple une poudre métallique frittée, un écran, et des mèches rainurées, qui présentent une série de rainures s'étendant d'une extrémité à l'autre du logement. Par exemple, les rainures s'étendant de l'extrémité chaude du le logement à l'extrémité froide. Le caloduc 112 comprend en outre une gouttelette 210 d'un ferrofluide, par exemple à base d'huile, enfermée dans le logement 202 avec l'eau. Le ferrofluide est de préférence insoluble dans l'eau, de sorte que le ferrofluide reste sous forme de gouttelette. Par exemple, la solubilité potentielle doit être suffisamment faible pour qu'une fois l'équilibre (saturation) atteint à la température maximale de fonctionnement prévue, la gouttelette 210 reste suffisamment grosse pour remplir la fonction souhaitée, c'est-à-dire ouvrir/fermer l’étranglement 212, par exemple la gouttelette 210 reste d'un diamètre supérieur au diamètre de l’étranglement. De préférence aussi, le ferrofluide est repoussé par l'eau, c'est-à-dire qu'il est hydrophobe vis-à-vis de l'eau. Cela présente l'avantage d'empêcher non seulement l'écoulement de la vapeur vers l'extrémité froide 206, mais aussi le retour du liquide vers l'extrémité chaude 204, au moins à la surface du matériau poreux 208, car le condensat (liquide) pourrait encore s'écouler dans les couches plus profondes du matériau poreux 208. La gouttelette 210 a par exemple un volume de plus de 5 mm 3 et de moins de 100 mm 3 . Le logement 202 est pourvue d'un étranglement 212 entre l'extrémité chaude 204 et l'extrémité froide 206. L'ouvrage 212 est dimensionné pour être au moins partiellement obstrué par la gouttelette 210. L'obstruction empêche le mouvement de l'eau sous forme de vapeur dans l'enceinte fermée vers l'extrémité froide 206 et/ou le retour du condensat (liquide) dans le matériau poreux vers l'extrémité chaude 204, diminuant ainsi l'efficacité du refroidissement du caloduc 112. L’étranglement 212 présente par exemple un diamètre inférieur à 2 mm, par exemple inférieur à 1 mm. Le logement 202 est également de préférence pourvu d'un évidement 214 configuré pour recevoir la gouttelette 210, de sorte que la gouttelette 210 n'entrave pas le mouvement de l'eau sous forme de vapeur vers l'extrémité froide 206 et/ou l'écoulement du liquide dans le matériau poreux 208, sauf peut-être dans l'évidement 214 où se trouve la gouttelette 210. Afin de déplacer la gouttelette 210, le caloduc 112 comprend en outre un système de génération de champ magnétique 216 configuré pour générer un premier champ magnétique 218 passant par l’étranglement 212 afin d'attirer la gouttelette 210 dans l’étranglement 212. Le système de génération de champ magnétique 216 peut également être configuré pour générer un second champ magnétique 220 à l'écart de la constriction 212 afin d'attirer la gouttelette 210 à l'écart de la constriction 212. Cela empêche la gouttelette 210 de se déplacer librement dans l'eau de vapeur et d'atteindre accidentellement l’étranglement 212, lorsque l'on ne souhaite pas que l'efficacité du caloduc 112 diminue. De préférence, lorsque l'évidement 214 est prévu, le second champ magnétique 220 passe par l'évidement 214 pour attirer la gouttelette 210 dans l'évidement 214. Par exemple, le système de génération de champ magnétique 216 comprend au moins une bobine 222, 224 pour générer le premier champ magnétique 218. De même, le système de génération de champ magnétique 216 peut comprendre au moins une bobine 226, 228 pour générer le second champ magnétique 220. La ou les bobines 224, 224, 226, 228 peuvent être placées à l'extérieur du logement 202. En fonctionnement, le système de commande 114 peut être configuré pour recevoir la température du lubrifiant T et pour comparer la température du lubrifiant T avec un seuil prédéfini. Le système de commande 114 peut alors commander le système de génération de champ magnétique 216 pour générer le premier champ magnétique 218, mais pas le second champ magnétique 220, lorsque la température du lubrifiant T est inférieure à un seuil prédéfini, pour déplacer la gouttelette 210 dans l’étranglement 212, comme illustré sur la . Le caloduc 112 est alors en configuration arrêt. Dans le cas contraire, lorsque la température T du lubrifiant est supérieure au seuil prédéfini, le dispositif de commande 114 peut commander le système de génération de champ magnétique 216 pour générer le deuxième champ magnétique 220, mais pas le premier champ magnétique 218, afin d'éloigner la gouttelette 210 de l’étranglement 212, par exemple dans l'évidement 214 comme illustré sur la . Le caloduc 112 est alors dans une configuration activée. En conclusion, il sera noté que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus. Il apparaîtra en effet aux hommes de l'art que diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci-dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de leur être divulgué. Dans la présentation détaillée de l'invention qui est faite ci-dessus, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme limitant l'invention aux réalisations exposées dans la présente description, mais doivent être interprétés comme incluant dans celle-ci tous les équivalents, y compris les prévisions qui sont à la portée de l'homme du métier en appliquant ses connaissances générales à la mise en œuvre de l'enseignement qui vient de lui être divulgué. Caloduc (112) comprenant : Un logement (202) renfermant une substance, le logement (202) étant allongée avec : une extrémité chaude (204) configurée pour recevoir de la chaleur d'un dispositif (109) à refroidir de sorte que la substance s'évapore dans un état gazeux à l'extrémité chaude (204), et une extrémité de refroidissement (206) configurée pour libérer de la chaleur de sorte que la substance à l'état gazeux se condense en un état liquide à l'extrémité de refroidissement (206) ; et un dispositif de retour (208) configuré pour retourner la substance à l'état liquide de l'extrémité froide (206) à l'extrémité chaude (204) ; caractérisé en ce que le logement (202) renferme également une gouttelette (210) d'un ferrofluide et est muni d'un étranglement (212) entre les extrémités chaude et froide (204, 206) dimensionné pour être au moins partiellement obstrué par ladite gouttelette, et en ce que le caloduc (112) comprend en outre un système de génération de champ magnétique (216) configuré pour générer un premier champ magnétique (218) passant par l'étranglement (212) afin d'attirer la gouttelette (210) dans l'étranglement (212). Caloduc (112) selon la revendication 1, dans lequel le ferrofluide est insoluble dans la substance. Caloduc (112) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le ferrofluide est repoussé par la substance, par exemple hydrophobe dans le cas de l'eau. Caloduc (112) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le ferrofluide est à base d'huile. Caloduc (112) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’étranglement (212) a un diamètre inférieur à 2 mm, par exemple inférieur à 1 mm. Caloduc (112) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la gouttelette (210) a un volume supérieur à 5 mm 3 et inférieur à 100 mm 3 . Caloduc (112) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le dispositif de retour de liquide (208) comprend un matériau poreux, tel qu'une mèche ou une structure nervurée, s'étendant sur une surface interne du logement (202) entre les deux extrémités (204, 206) du logement (202) afin de ramener la substance à l'état liquide par capillarité. Caloduc (112) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le système de génération de champ magnétique (216) est configuré pour générer un deuxième champ magnétique (220) à l'écart de l’étranglement (212) afin d'attirer la gouttelette (210) à l'écart de l’étranglement (212). Caloduc (112) selon la revendication 8, dans lequel le logement (202) est muni d'un évidement (214), et dans lequel le second champ magnétique (220) passe par l'évidement (214) pour attirer la gouttelette (210) dans l'évidement (214). Système électrique comprenant : un dispositif à refroidir (109) ; et un caloduc (112) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, pour refroidir le dispositif (109). Système électrique selon la revendication 10, dans lequel le dispositif à refroidir (109) est une boîte de vitesses comportant un lubrifiant. Système électrique selon la revendication 11, comprenant en outre un dispositif de commande (114) configuré pour recevoir une température (T) du lubrifiant de la boîte de vitesses (109) et pour commander le système de génération de champ magnétique (216) pour générer le premier champ magnétique (218) lorsque la température du lubrifiant (T) est inférieure à un seuil prédéfini. Système électrique selon la revendication 12 avec le caloduc (112) selon la revendication 8 ou 9, dans lequel le dispositif de commande (114) est en outre configuré pour commander le système de génération de champ magnétique (216) pour générer le deuxième champ magnétique (220) lorsque la température du lubrifiant (T) est supérieure au seuil prédéfini. Système électrique selon la revendication 12 ou 13, comprenant en outre un capteur de température (116) configuré pour fournir la température du lubrifiant (T). Système électrique selon la revendication 10 ou 14, dans lequel l'environnement froid comprend un système de refroidissement (111). Système électrique selon la revendication 15, dans lequel le système de refroidissement (111) est configuré pour refroidir une machine électrique (108). Dispositif de mobilité (100) comprenant un système électrique selon l'une quelconque des revendications 10 à 16.