WO2020254189A1 - Système de refroidissement de modules électriques et véhicule électrique comportant un tel système - Google Patents

Système de refroidissement de modules électriques et véhicule électrique comportant un tel système Download PDF

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Definitions

  • Cooling system for electrical modules and electric vehicle comprising such a system
  • the present invention relates to a cooling system for electrical modules and to an electric vehicle comprising such a system.
  • the invention applies in particular to electric or hybrid vehicles equipped with electrical or electronic components to be cooled, such as converters, inverters or on-board chargers.
  • Electronic components in electric vehicles are generally cooled by natural or forced convection air or forced circulating water.
  • the first method is limited when it comes to evacuating powers beyond a few hundred Watts, in this case water cooling is favored which is more efficient but more restrictive in terms of integration because it must be adapted to a vehicle liquid cooling loop when it exists.
  • Another existing cooling system is the loop heat pipe.
  • This system comprises: an evaporation chamber having a heat exchange wall intended to be pressed against a heat source to be dissipated in order to transfer the heat given off by this source to a heat transfer fluid present in the evaporation chamber for cause the evaporation of at least part of this heat transfer fluid; - a condenser designed to condense at least part of the heat transfer fluid from the evaporation chambers; - a pipe for transporting the heat transfer fluid between the condenser and the evaporation chamber; and - a capillary structure arranged to pump the heat transfer fluid by capillary action in order to set it in motion in the pipe.
  • the invention aims to provide a cooling system which is both efficient and at a reasonable cost.
  • a cooling system for cooling electrical modules, comprising: - evaporation chambers each having a heat exchange wall intended to be pressed against a respective one of the electrical modules in order to transfer heat released by this electrical module during its operation to a heat transfer fluid present in the evaporation chamber to cause the evaporation of at least part of this heat transfer fluid;
  • a condenser designed to condense at least part of the heat transfer fluid from the evaporation chambers; - a pipe for transporting the coolant between the condenser and the evaporation chambers; and - at least one capillary structure arranged to pump the heat transfer fluid by capillary action in order to set it in motion in the pipe.
  • the cooling system of the invention thus uses the principle of the loop heat pipe, with the main advantages associated: the efficiency of heat transport thanks to the great power absorption and release of heat from a phase change and the absence of a pump.
  • the invention provides a "system” approach in which the evaporation chambers are networked to use only a single condenser.
  • the invention avoids the multiplication of condensers and the associated costs.
  • the cooling system includes a single condenser designed to condense at least a portion of the coolant from the evaporation chambers.
  • each evaporation module has a capillary structure.
  • each capillary structure comprises compacted microbeads, for example made of copper.
  • the condenser has a heat exchange wall
  • the system further includes a fan designed to generate air flow to the heat exchange wall.
  • the heat exchange wall of the condenser is provided with external fins between which the air flow passes.
  • the condenser is tube or micro-channel.
  • the piping transports the heat transfer fluid between the condenser and the evaporator modules.
  • each of the evaporation modules includes one of the evaporation chambers.
  • the cooling system includes as many evaporator modules as there are evaporation chambers.
  • the piping connects an inlet and an outlet of each evaporation module to an outlet and an inlet of the condenser, respectively.
  • the condenser comprises a single inlet and a single outlet.
  • each evaporation module has a single inlet and a single outlet.
  • each evaporation module comprises a capillary structure arranged, following the inlet, to pump the heat transfer fluid by capillary action in order to set it in motion in the piping.
  • the piping connects an inlet and an outlet of each evaporation module to the same outlet and to the same inlet of the condenser respectively.
  • the inputs of each evaporator module are connected to a single output of the condenser.
  • the outputs of each evaporation module are connected to a single input of the condenser.
  • the piping comprises, for each evaporation module, first and second conduits respectively connected to the inlet and the outlet of this evaporation module, said piping further comprising, on the one hand, a first device branch connected to said same outlet of the condenser to connect this same outlet to the first pipes and a second branch device to connect the second pipes to said same inlet of the condenser.
  • the piping connects: - an outlet of the condenser to an inlet of the first evaporation module; - for each evaporation module except the last, an outlet from this evaporation module to an inlet of the next; and - an outlet of the last evaporation module at an inlet of the condenser.
  • a motor vehicle comprising: - electrical modules; and - a system according to the invention for cooling these electrical modules.
  • one of the electrical modules is an inverter or a power or voltage converter or even a battery management system (in English "Battery
  • the voltage converter may or may not be reversible.
  • the voltage converter can convert a direct voltage into a direct voltage or a direct voltage into an alternating voltage or vice versa.
  • the evaporation modules considered in the order are
  • FIG. 1 is a side sectional view of a motor vehicle comprising electrical modules and a system according to the invention for cooling these electrical modules.
  • FIG. 2 is a side sectional view of an evaporator module of the cooling system of Figure 1.
  • FIG. 3 is a three-dimensional view of a condenser and fan of the cooling system.
  • the condenser having a transparent front face so as to see micro-channels internal to the condenser.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the cooling system of Figure 1, with piping according to a first embodiment of the invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the cooling system of FIG. 1, with piping according to a second embodiment of the invention.
  • the motor vehicle 100 first of all comprises electrical modules 102, for example electronic modules. Each electrical module 102 is liable to give off heat during its operation. Each electrical module 102 is, for example, an inverter or else a power converter or even a battery management system.
  • the motor vehicle 100 further comprises a cooling system 104 for the electrical modules 102.
  • the cooling system 104 firstly comprises evaporation modules 106 respectively associated with the electrical modules 102, a condenser 108 common to the evaporation modules 106 and a pipe 110 for transporting a heat transfer fluid between the condenser 108 and the evaporation modules 106.
  • each evaporation module 106 is designed to remove the heat given off by the associated electrical module 102 by using this heat to evaporate at least part of a heat transfer fluid coming from the condenser 108.
  • the condenser 108 delimits a condensation space in which at least part of the heat transfer fluid coming from the evaporation modules 106 is intended to condense, ie to pass into the liquid phase.
  • the heat transfer fluid changes phase in the cooling system 104, so it is called a two-phase fluid.
  • These are, for example, water, acetone, rl34a, 1234yf or R1233.
  • each evaporation module 106 has an inlet 204 and an outlet 206 of coolant.
  • Each evaporation module 106 comprises a capillary structure 208 arranged, following the inlet 204, to pump the heat transfer fluid by capillary action in order to set it in motion in the pipe 110.
  • the heat transfer fluid is set in motion of passively, without requiring a pump.
  • the capillary structure 208 comprises, for example, compacted microbeads, for example copper, delimiting pores having, for example, a diameter of at most 100 ⁇ m.
  • Each evaporation module 106 further has an evaporation chamber 210 extending between the capillary structure 208 and the coolant outlet 206.
  • the evaporation chamber 210 has in particular a heat exchange wall 212 pressed against the associated electrical module 102 in order to transfer the heat given off by this electrical module 102 to the heat transfer fluid present in the evaporation chamber 210 to cause the evaporation of 'at least part of this heat transfer fluid. After this evaporation, the heat transfer fluid leaves the evaporation chamber through the outlet 206.
  • the wall 212 is for example made of copper or else of aluminum.
  • the evaporation module 106 can form a cover or a closing element of the electrical module 102 to be cooled.
  • the capacitor 108 has an inlet 302 and an outlet 304 of heat transfer fluid and further comprises tubes or micro-channels 306 extending between the inlet 302 and the outlet 304 and in which the fluid coolant flows.
  • the condenser 108 further comprises a heat exchange wall 308 arranged to be in contact with a cold source in order to evacuate the heat from the coolant, causing the latter to condense.
  • the cold source is for example an air flow 310.
  • the cooling system 104 comprises by example a fan 312, for example fixed to the wall 308.
  • the wall 308 is for example provided with external fins 312 between which the air flow 310 passes. These external fins 312 can be provided with louvers (not shown).
  • the condenser 108 can be placed behind a front face of the motor vehicle, in particular near or else in contact with a front face heat exchanger, so as to take advantage of the cooling capacities of the front face, using for example as flow air 310 that entering the motor vehicle from the front face.
  • the condenser 108 can be placed near or in contact with an HVAC (“Heating, Ventilation and Air-Conditioning” module, ie, in French, “heating, ventilation and air conditioning”) of a motor vehicle so as to take advantage of the cooling capacities of the HVAC module.
  • HVAC Heating, Ventilation and Air-Conditioning
  • the piping 110 connects the modules
  • the pipe 110 comprises, for each evaporation module 106, first and second pipes 402, 404 respectively connected to the inlet 204 and the outlet 206 of this evaporation module 106.
  • the pipe 110 furthermore comprises, on the one hand, a first branching device 406 (a four-way connector in the example illustrated) connected to the outlet 304 of the condenser 108 to separate this outlet 304 between the first pipes 402.
  • the pipe 110 comprises a second branching device 408 (a four-way connector in the example illustrated) bringing together the second pipes 404 to connect them to the inlet 306 of the condenser 108.
  • the piping 110 connects the evaporator modules 106 in series with one another, i.e., considering the evaporator modules 106 ordered from one another.
  • the piping 110 connects (i) the outlet 304 of the condenser 108 to the inlet 204 of the first evaporation module 106 (by a pipe 502 in FIG. 5), (ii) for each module d 'evaporation 106 except the last, the outlet 206 of this evaporation module 106 at the inlet 204 of the next one (via the pipes 504 in FIG. 5), and (iii) the outlet 206 of the last evaporation module 106 at the inlet 306 of the condenser 108 (via the line 506 in FIG. 5).
  • the first evaporation module 106 receives the heat transfer fluid mainly in liquid form, while each of the other evaporation modules 106 receives the heat transfer fluid in two-phase form, that is to say in partly in liquid form and partly in gaseous form, the proportion of the gaseous phase increasing at each outlet of evaporation module 106.
  • the last evaporation module 106 then supplies the coolant mainly in gaseous form, in order to be condensed in condenser 108.
  • the fluid entering each evaporation module 106 in particular the latter, is at least partly in liquid form and not entirely in gaseous form.
  • the evaporation modules 106 considered in their order are respectively associated with electrical modules 102 of heat released in increasing operation.
  • the first evaporation module 106 (the one on the right in FIG. 5) is associated with the electrical module 102 giving off the least heat
  • the last evaporation module 106 (the one on the left in FIG. 5) ) is associated with the electrical module 102 releasing the most heat.

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Abstract

Le système (104) de refroidissement de modules électriques (102), comporte : - des chambres d'évaporation présentant chacune une paroi d'échange thermique destinée à être plaquée contre un respectif des modules électriques (102) afin de transférer de la chaleur dégagée par ce module électrique (102) lors de son fonctionnement à un fluide caloporteur présent dans la chambre d'évaporation pour provoquer l'évaporation d'au moins une partie de ce fluide caloporteur; - un condenseur (108) conçu pour condenser au moins une partie du fluide caloporteur provenant des chambres d'évaporation; - une tuyauterie (110) de transport du fluide caloporteur entre le condenseur (108) et les chambres d'évaporation; et - au moins une structure capillaire agencée pour pomper par capillarité le fluide caloporteur afin de le mettre en mouvement dans la tuyauterie (110).

Description

Description
Titre de l’invention : Système de refroidissement de modules électriques et véhicule électrique comportant un tel système
La présente invention concerne un système de refroidissement de modules électriques et un véhicule électrique comportant un tel système.
L’invention s’applique notamment aux véhicules électriques ou bien hybrides équipés de composants électriques ou bien électroniques à refroidir tels que les convertisseurs, onduleurs ou chargeurs embarqués.
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.
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 mais plus contraignants en terme d’intégration car il faut s’adapter à une boucle de refroidissement liquide du véhicule quand elle existe.
Un autre système de refroidissement existant est le tuyau de chaleur à boucle (de l’anglais « loop heat pipe »). Ce système comporte : - une chambre d’évaporation présentant une paroi d’échange thermique destinée à être plaquée contre une source de chaleur à dissiper afin de transférer de la chaleur dégagée par cette source à un fluide caloporteur présent dans la chambre d’évaporation pour provoquer l’évaporation d’au moins une partie de ce fluide caloporteur ; - un condenseur conçu pour condenser au moins une partie du fluide caloporteur provenant des chambres d’évaporation ; - une tuyauterie de transport du fluide caloporteur entre le condenseur et la chambre d’évaporation ; et - une structure capillaire agencée pour pomper par capillarité le fluide caloporteur afin de le mettre en mouvement dans la tuyauterie.
L’invention vise à proposer un système de refroidissement à la fois efficace et avec un coût raisonnable.
À cet effet, il est proposé un système de refroidissement destiné à refroidir des modules électriques, comportant : - des chambres d’évaporation présentant chacune une paroi d’échange thermique destinée à être plaquée contre un respectif des modules électriques afin de transférer de la chaleur dégagée par ce module électrique lors de son fonctionnement à un fluide caloporteur présent dans la chambre d’évaporation pour provoquer l’évaporation d’au moins une partie de ce fluide caloporteur ;
- un condenseur conçu pour condenser au moins une partie du fluide caloporteur provenant des chambres d’évaporation ; - une tuyauterie de transport du fluide caloporteur entre le condenseur et les chambres d’évaporation ; et - au moins une structure capillaire agencée pour pomper par capillarité le fluide caloporteur afin de le mettre en mouvement dans la tuyauterie.
Le système de refroidissement de l’invention utilise ainsi le principe du tuyau de chaleur à boucle, avec les avantages principaux associés : l’efficacité du transport de chaleur grâce au grand pouvoir d’absorption et de restitution de chaleur d’un changement de phase et l’absence de pompe. Cependant, l’invention propose une approche « système » dans laquelle les chambres d’évaporation sont connectées en réseau pour n’utiliser qu’un seul condenseur. Ainsi, l’invention évite la multiplication des condenseurs et les coûts associés.
De façon optionnelle, le système de refroidissement comprend un unique condenseur conçu pour condenser au moins une partie du fluide caloporteur provenant des chambres d’évaporation.
De façon optionnelle, chaque module d’évaporation comporte une structure capillaire.
De façon optionnelle, chaque structure capillaire comporte des microbilles compactées, par exemple en cuivre.
De façon optionnelle également, le condenseur présente une paroi d’échange thermique et le système comporte en outre un ventilateur conçu pour générer un flux d’air en direction de la paroi d’échange thermique.
De façon optionnelle également, la paroi d’échange thermique du condenseur est pourvue d’ailettes externes entre lesquelles le flux d’ air passe.
De façon optionnelle également, le condenseur est à tubes ou bien à micro-canaux.
De façon optionnelle, la tuyauterie transporte le fluide caloporteur entre le condenseur et des modules d’évaporation.
De façon optionnelle, chacun des modules d’évaporation comprend une des chambres d’évaporation. De façon optionnelle, le système de refroidissement comprend autant de module d’évaporation que de chambres d’évaporation.
De façon optionnelle également, la tuyauterie connecte une entrée et une sortie de chaque module d’évaporation à respectivement une sortie et une entrée du condenseur.
De façon optionnelle également, le condenseur comprend une seule entrée et une seule sortie.
De façon optionnelle également, chaque module d’évaporation comprend une seule entrée et une seule sortie.
De façon optionnelle également, chaque module d’évaporation comporte une structure capillaire agencée, à la suite de l’entrée, pour pomper par capillarité le fluide caloporteur afin de le mettre en mouvement dans la tuyauterie.
De façon optionnelle également, la tuyauterie connecte une entrée et une sortie de chaque module d’évaporation à respectivement une même sortie et à une même entrée du condenseur. En d’autres termes, les entrées de chaque module d’évaporation sont connectées à une seule et même sortie du condenseur. De même, les sorties de chaque module d’évaporation sont connectées à une seule et même entrée du condenseur.
De façon optionnelle également la tuyauterie comprend, pour chaque module d’évaporation, des première et deuxième conduites connectées respectivement à l’entrée et la sortie de ce module d’évaporation, ladite tuyauterie comportant en outre, d’une part, un premier dispositif d’embranchement connecté à ladite même sortie du condenseur pour connecter cette même sortie aux premières conduites et un deuxième dispositif d’embranchement pour connecter les deuxièmes conduites à ladite même entrée du condenseur.
De façon optionnelle également, en considérant les modules d’évaporation ordonnés depuis un premier jusqu’à un dernier, la tuyauterie connecte : - une sortie du condenseur à une entrée du premier module d’évaporation ; - pour chaque module d’évaporation sauf le dernier, une sortie de ce module d’évaporation à une entrée du suivant ; et - une sortie du dernier module d’évaporation à une entrée du condenseur.
Il est également proposé un véhicule automobile comportant : - des modules électriques ; et - un système selon l’invention de refroidissement de ces modules électriques.
De façon optionnelle, l’un des modules électriques est un onduleur ou bien un convertisseur de puissance ou de tension ou encore un système de gestion de batterie (en anglais « Battery
Management System » ou BMS). Le convertisseur de tension peut être réversible ou pas. Le convertisseur de tension peut convertir une tension continue en une tension continue ou encore une tension continue en une tension alternative ou vice-versa.
De façon optionnelle également, les modules d’évaporation considérés dans l’ordre sont
respectivement associés à des modules électriques de chaleur dégagée en fonctionnement croissante. L’invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faisant référence aux figures suivantes :
[Fig. 1] est une vue en coupe de côté d’un véhicule automobile comportant des modules électriques et un système selon l’invention de refroidissement de ces modules électriques.
[Fig. 2] est une vue en coupe de côté d’un module d’évaporation du système de refroidissement de la figure 1.
[Fig. 3] est une vue en trois dimension d’un condenseur et d’un ventilateur du système de
refroidissement de la figure 1 , le condenseur ayant une face avant en transparence de manière à voir des micro-canaux internes au condenseur.
[Fig. 4] est un schéma illustrant le système de refroidissement de la figure 1, avec une tuyauterie selon un premier mode de réalisation de l’invention.
[Fig. 5] est un schéma illustrant le système de refroidissement de la figure 1, avec une tuyauterie selon un deuxième mode de réalisation de Finvention.
En référence à la figure 1, un véhicule automobile 100 mettant en œuvre l’invention va à présent être décrit.
Le véhicule automobile 100 comporte tout d’abord des modules électriques 102, par exemple des modules électroniques. Chaque module électrique 102 est susceptible de dégager de la chaleur lors de son fonctionnement. Chaque module électrique 102 est par exemple un onduleur ou bien un convertisseur de puissance ou encore un système de gestion de batterie. Le véhicule automobile 100 comporte en outre un système de refroidissement 104 des modules électriques 102.
Le système de refroidissement 104 comporte tout d’abord des modules d’évaporation 106 respectivement associées aux modules électriques 102, un condenseur 108 commun aux modules d’évaporation 106 et une tuyauterie 110 de transport d’un fluide caloporteur entre le condenseur 108 et les modules d’évaporation 106.
Plus précisément, chaque module d’évaporation 106 est conçu pour évacuer la chaleur dégagée par le module électrique 102 associé en utilisant cette chaleur pour faire s’évaporer au moins une partie d’un fluide caloporteur provenant du condenseur 108. De son côté, le condenseur 108 délimite un espace de condensation dans lequel au moins une partie du fluide caloporteur provenant des modules d’évaporation 106 est destiné à se condenser, i.e. à passer en phase liquide.
Le fluide caloporteur change de phase dans le système de refroidissement 104, de sorte qu’il est appelé fluide diphasique. Il s’agit par exemple d’eau, d’acétone, de rl34a, de 1234yf ou bien de R1233.
En référence à la figure 2, chaque module d’évaporation 106 présente une entrée 204 et une sortie 206 de fluide caloporteur. Chaque module d’évaporation 106 comporte une structure capillaire 208 agencée, à la suite de l’entrée 204, pour pomper par capillarité le fluide caloporteur afin de le mettre en mouvement dans la tuyauterie 110. Ainsi, le fluide caloporteur est mis en mouvement de manière passive, sans nécessiter de pompe. La structure capillaire 208 comporte par exemple des microbilles compactées, par exemple de cuivre, délimitant des pores ayant par exemple un diamètre d’au plus 100 pm.
Chaque module d’évaporation 106 présente en outre une chambre d’évaporation 210 s’étendant entre la structure capillaire 208 et la sortie 206 de fluide caloporteur. La chambre d’évaporation 210 présente notamment une paroi 212 d’échange thermique plaquée contre le module électrique 102 associé afin de transférer la chaleur dégagée par ce module électrique 102 au fluide caloporteur présent dans la chambre d’évaporation 210 pour provoquer l’évaporation d’au moins une partie de ce fluide caloporteur. Après cette évaporation, le fluide caloporteur sort de la chambre d’évaporation par la sortie 206. La paroi 212 est par exemple en cuivre ou bien en aluminium.
Le module d’évaporation 106 peut former un couvercle ou un élément de fermeture du module électrique 102 à refroidir.
En référence à la figure 3, le condensateur 108 présente une entrée 302 et une sortie 304 de fluide caloporteur et comporte en outre des tubes ou des micro-canaux 306 s’étendant entre l’entrée 302 et la sortie 304 et dans lesquels le fluide caloporteur s’écoule. Le condensateur 108 comporte en outre une paroi 308 d’échange thermique agencée pour être en contact avec une source froide afin d’évacuer la chaleur du fluide caloporteur en provoquant la condensation de ce dernier. La source froide est par exemple un flux d’air 310. Pour générer ce dernier, le système de refroidissement 104 comporte par exemple un ventilateur 312, par exemple fixé à la paroi 308. Pour améliorer l’échange thermique, la paroi 308 est par exemple pourvue d’ailettes externes 312 entre lesquelles le flux d’air 310 passe. Ces ailettes externes 312 peuvent être pourvues de persiennes (non représentées).
Alternativement, le condenseur 108 peut être placé derrière une face avant du véhicule automobile, notamment à proximité ou bien au contact d’un échangeur de face avant, de manière à profiter des capacités de refroidissement de la face avant, en utilisant par exemple comme flux d’air 310 celui entrant dans le véhicule automobile par la face avant.
Alternativement encore, le condenseur 108 peut être placé à proximité ou au contact d’un module HVAC (« Heating, Ventilation and Air-Conditioning » soit, en français, « chauffage, ventilation et climatisation ») de véhicule automobile de manière à profiter des capacités de refroidissement du module HVAC.
En référence à la figure 4, dans l’exemple décrit, la tuyauterie 110 connecte les modules
d’évaporation 106 en parallèle les uns des autres, c’est-à-dire connecte l’entrée 204 et la sortie 206 de chaque module d’évaporation 106 à respectivement la sortie 304 et l’entrée 306 du condenseur 108. Plus précisément, dans l’exemple décrit, la tuyauterie 110 comporte, pour chaque module d’évaporation 106, des première et deuxième conduites 402, 404 connectées respectivement à l’entrée 204 et la sortie 206 de ce module d’évaporation 106. La tuyauterie 110 comporte en outre, d’une part, un premier dispositif d’embranchement 406 (un raccord à quatre voies dans l’exemple illustré) connecté à la sortie 304 du condenseur 108 pour séparer cette sortie 304 entre les premières conduites 402. D’autre part, la tuyauterie 110 comporte un deuxième dispositif d’embranchement 408 (un raccord à quatre voies dans l’exemple illustré) faisant se rejoindre les deuxièmes conduites 404 pour les connecter à l’entrée 306 du condenseur 108.
En référence à la figure 5, dans un autre mode de réalisation, la tuyauterie 110 connecte les modules d’évaporation 106 en série les uns des autres, c’est-à-dire, en considérant les modules d’évaporation 106 ordonnés depuis un premier jusqu’à un dernier, la tuyauterie 110 connecte (i) la sortie 304 du condenseur 108 à l’entrée 204 du premier module d’évaporation 106 (par une conduite 502 sur la figure 5), (ii) pour chaque module d’évaporation 106 sauf le dernier, la sortie 206 de ce module d’évaporation 106 à l’entrée 204 du suivant (par les conduites 504 sur la figure 5), et (iii) la sortie 206 du dernier module d’évaporation 106 à l’entrée 306 du condenseur 108 (par la conduite 506 sur la figure 5).
Ainsi, dans ce mode de réalisation, le premier module d’évaporation 106 reçoit le fluide caloporteur principalement sous forme liquide, tandis que chacun des autres modules d’évaporation 106 reçoit le fluide caloporteur sous forme diphasique, c’est-à-dire en partie sous forme liquide et en partie sous forme gazeuse, la proportion de la phase gazeuse augmentant à chaque sortie de module d’évaporation 106. Le dernier module d’évaporation 106 fournit alors le fluide caloporteur principalement sous forme gazeuse, afin d’être condensé dans le condenseur 108. Afin d’assurer un bon fonctionnement en série, il est préférable que le fluide entrant dans chaque module d’évaporation 106, en particulier dans les derniers, soit au moins en partie sous forme liquide et non entièrement sous forme gazeuse. Pour cela, les modules d’évaporation 106 considérés dans leur ordre (suivant leur connexion par la tuyauterie 110) sont respectivement associés à des modules électriques 102 de chaleur dégagée en fonctionnement croissante. Ainsi, en particulier, le premier module d’évaporation 106 (celui de droite sur la figure 5) est associé au module électrique 102 dégageant le moins de chaleur, tandis que le dernier module d’évaporation 106 (celui de gauche sur la figure 5) est associé au module électrique 102 dégageant le plus de chaleur.
La présente invention n’est pas limitée aux modes de réalisation précédemment décrits. Il sera en effet apparent à l’homme du métier que des modifications peuvent y être apportées.
En outre, les termes utilisés dans les revendications ne doivent pas être interprétés comme limités aux éléments des modes de réalisation précédemment décrits, mais doivent au contraire être interprétés comme incluant tous les éléments équivalents dont la prévision est à la portée de l’homme du métier appliquant ses connaissances générales.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Système (104) de refroidissement destiné à refroidir des modules électriques (102), comportant :
a. des chambres d’évaporation (210) présentant chacune une paroi (212) d’échange thermique destinée à être plaquée contre un respectif des modules électriques (102) afin de transférer de la chaleur dégagée par ce module électrique (102) lors de son fonctionnement à un fluide caloporteur présent dans la chambre d’évaporation (210) pour provoquer l’évaporation d’au moins une partie de ce fluide caloporteur, b. un condenseur (108) conçu pour condenser au moins une partie du fluide caloporteur provenant des chambres d’évaporation (210),
c. une tuyauterie (110) de transport du fluide caloporteur entre le condenseur (108) et des modules d’évaporation (106), et
d. au moins une structure capillaire (208) agencée pour pomper par capillarité le fluide caloporteur afin de le mettre en mouvement dans la tuyauterie (110).
[Revendication 2] Système (104) selon la revendication 1, dans lequel chaque structure
capillaire (208) comporte des microbilles compactées, par exemple en cuivre.
[Revendication 3] Système (104) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le condenseur (108) présente une paroi d’échange thermique (308) et comportant en outre un ventilateur (312) conçu pour générer un flux d’air (310) en direction de la paroi d’échange thermique (308).
[Revendication 4] Système (104) selon la revendication 3, dans lequel la paroi d’échange
thermique (308) du condenseur (108) est pourvue d’ailettes externes (312) entre lesquelles le flux d’air (310) passe.
[Revendication 5] Système (104) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le condenseur (108) est à tubes ou bien à micro-canaux.
[Revendication 6] Système (104) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la tuyauterie (110) connecte une entrée (204) et une sortie (206) de chaque module
d’évaporation (106) à respectivement une sortie (304) et une entrée (306) du condenseur (108).
[Revendication 7] Système (104) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel, en considérant les modules d’évaporation (106) ordonnés depuis un premier jusqu’à un dernier, la tuyauterie (110) connecte :
a. une sortie (304) du condenseur (108) à une entrée (204) du premier module d’évaporation (106),
b. pour chaque module d’évaporation (106) sauf le dernier, une sortie (206) de ce
module d’évaporation (106) à une entrée (204) du suivant, et c. une sortie (206) du dernier module d’évaporation (106) à une entrée (306) du condenseur (108).
[Revendication 8] Véhicule automobile (100) comportant :
a. des modules électriques (102), et
b. un système (110) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 de refroidissement de ces modules électriques (102).
[Revendication 9] Véhicule automobile (100) selon la revendication 8, dans lequel l’un des modules électriques (102) est un onduleur ou bien un convertisseur de puissance ou encore un système de gestion de batterie.
[Revendication 10] Véhicule automobile (100) selon la revendication 8 ou 9, dans lequel le système de refroidissement (110) est conforme à la revendication 7 et dans lequel les modules d’évaporation (108) considérés dans l’ordre sont respectivement associés à des modules électriques (102) de chaleur dégagée en fonctionnement croissante.;
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022155266A1 (fr) * 2021-01-13 2022-07-21 Tae Technologies, Inc. Systèmes, dispositifs et procédés pour des systèmes d'énergie en cascade basés sur des modules
CN115102329A (zh) * 2022-08-24 2022-09-23 杭州重红科技有限公司 一种新能源电机降温装置
DE102024112052A1 (de) 2024-04-30 2025-10-30 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Wärmemanagementsystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Loop-Heatpipe

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100126438A1 (en) * 2008-11-26 2010-05-27 Hyundai Motor Company Evaporation Cycle Heat Exchange System for Vehicle
WO2011035943A2 (fr) * 2009-09-28 2011-03-31 Abb Research Ltd Module de refroidissement servant à refroidir des composants électroniques
WO2013092386A1 (fr) * 2011-12-20 2013-06-27 Astrium Sas Dispositif de refroidissement

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100126438A1 (en) * 2008-11-26 2010-05-27 Hyundai Motor Company Evaporation Cycle Heat Exchange System for Vehicle
WO2011035943A2 (fr) * 2009-09-28 2011-03-31 Abb Research Ltd Module de refroidissement servant à refroidir des composants électroniques
WO2013092386A1 (fr) * 2011-12-20 2013-06-27 Astrium Sas Dispositif de refroidissement

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022155266A1 (fr) * 2021-01-13 2022-07-21 Tae Technologies, Inc. Systèmes, dispositifs et procédés pour des systèmes d'énergie en cascade basés sur des modules
US12139024B2 (en) 2021-01-13 2024-11-12 Tae Technologies, Inc. Systems, devices, and methods for module-based cascaded energy systems
CN115102329A (zh) * 2022-08-24 2022-09-23 杭州重红科技有限公司 一种新能源电机降温装置
DE102024112052A1 (de) 2024-04-30 2025-10-30 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Wärmemanagementsystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Loop-Heatpipe

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