WO2017137669A1 - Module de refroidissement pour un coffre d'alimentation électrique d'un véhicule ferroviaire, coffre d'alimentation électrique et véhicule ferroviaire associés - Google Patents

Module de refroidissement pour un coffre d'alimentation électrique d'un véhicule ferroviaire, coffre d'alimentation électrique et véhicule ferroviaire associés Download PDF

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Definitions

  • Cooling module for a power box of a railway vehicle, power box and associated railway vehicle
  • the subject of the invention is a cooling module for an electric power box of a railway vehicle.
  • the invention also relates to a power supply box for a railway vehicle comprising such a cooling module and a railway vehicle comprising such a power supply box.
  • the components of the power system included in the power supply boxes are generally intended to be supplied with electrical energy via a ground supply rail disposed along a taxiway of the railway vehicle, and an onboard capture device, adapted to cooperate with the supply rail.
  • the components of the power system included in the power supply box are particularly suitable for recovering electrical energy from the power supply rail and sensed by the sensing device, and generating power supply signals from the power supply motors.
  • Such power supply boxes generally need to be cooled in order to ensure optimum operation of the components of the power system they comprise.
  • the invention intends to remedy, notably by proposing a cooling module for a trunk of electric power supply of a railway vehicle allowing an optimized cooling of the trunk of supply and to minimize the volume necessary for the installation of the power box on the railway vehicle.
  • the subject of the invention is a cooling module, an electric power box and a railway vehicle according to the claims.
  • FIG. 1 is a perspective representation of an electrical power box comprising two cooling modules according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a perspective representation, viewed from an internal side, of one of the cooling modules of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a perspective representation from an external side of one of the cooling modules of FIG. 1;
  • FIG. 4 is a partial perspective representation of the cooling module of FIGS. 2 and 3, showing an assembly of Peltier effect cells fixed to an external heat sink.
  • FIG. 1 an electric power box 10 for a railway vehicle, such as a tram, is shown.
  • the electric power box 10 is adapted to be mounted on a roof of the railway vehicle.
  • An XYZ frame is associated with the trunk 10 so that the direction X coincides with a longitudinal axis of the trunk 10, the direction Y with a transverse horizontal axis of the trunk 10 and the direction Z with a vertical axis of the trunk 10.
  • L Z axis is oriented from bottom to top in FIG.
  • the power supply box 10 comprises a protective housing 12 and first 14A and second 14B cooling modules, fixed to the protective housing 12 and disposed generally symmetrically with respect to the YZ plane.
  • the electrical power supply box 10 also comprises a control member 15 of the cooling modules 14A, 14B and a seal 16A, 16B, in particular with water and dust, not visible in FIG. 1, for each cooling module 14A, 14B.
  • the protective housing 12 has a bottom wall 17, five side walls
  • the housing 12 defines an internal space 28 and an outer space 30.
  • the spaces internal and external are isolated from each other.
  • the protective housing 12 defines an inner space 28 and an outer space 30 physically isolated from each other when the protective housing 12 is closed.
  • the protective housing 12 also includes an inner wall 34 dividing the inner space 28 into a first internal volume 36 and a second internal volume 38.
  • the bottom wall 17, the upper wall 27 and the inner wall 34 isolate the first internal volume 36 of the second internal volume 38, which are sealed relative to each other.
  • the first internal volume 36 is intended to house power components of a power supply system of the railway vehicle and the second internal volume 38 is intended to house control means for controlling the power supply system.
  • the protective housing 12 comprises, on the side walls 18, 24 a cut 40A, 40B, for example rectangular, receiving the first 14A, respectively the second 14B, cooling module.
  • Each cutout 40A, 40B defines an opening through the corresponding wall of the housing 12.
  • the first cooling module 14A is installed in the receiving cutout 40A and is attached to the sidewall 18, while the second cooling module 14B is installed in the receiving cutout 40B and is attached to the sidewall 24. More specifically, the first cooling module 14A is mounted on the side wall 18, between the outer space 30 and the first internal volume 36, and the second cooling module 14B is mounted on the side wall 24, between the outer space 30 and the second internal volume 38.
  • the cooling modules 14A and 14B are identical. In the following description only the elements forming the cooling module 14A will be described in detail. The elements forming the cooling module 14B being identical to those of the module 14A, they bear the same reference but in which the letter B replaces the letter A.
  • the cooling module 14A shown in FIGS. 2 to 4, comprises a heat insulation seal 43A, an assembly 44A of one or more Peltier effect cells, an internal heat sink 46A, an external heat sink 48A, and an internal fan 50A and an external fan 54A.
  • Peltier cells are elements known to those skilled in the art. As a reminder, a Peltier effect cell consists of at least one pair of conductive elements of different nature, preferably of semiconductor elements, comprising an N-type semiconductor element or a P-type semiconductor element. For each pair of semiconductor elements, the P-type semiconductor element is connected via an electrical conductor to the N-type semiconductor element, and the pair of semiconductor elements is positioned between and in contact with each other. two faces or insoles of heat exchange and is adapted to be electrically powered by a power source.
  • a Peltier effect cell generally associates several pairs of semiconductor elements.
  • the pairs of semiconductor elements are connected in pairs in series with each other, so as to form a series circuit with an alternation of P-type and N-type elements which succeed one another.
  • the series circuit then comprises a first end formed by a N type element and adapted to be connected to a first power supply terminal of the Peltier effect cell and a second end formed by a P type element and adapted to be connected. to a second power supply terminal of the Peltier effect cell.
  • the thermal insulation seal 43A is of substantially planar shape and extends along a plane P1, which is parallel to the plane YZ when the cooling module is fixed to the housing 12, as shown in FIG.
  • the thermal insulation seal 43A subdivides the cooling module 14A in two, on either side of said plane P1, so as to define an external side, which is intended to be disposed on the outer space 30 side of the housing 12, and an inner side, which is intended to be disposed on the side of the inner space 28 of the housing 12.
  • the thermal insulation seal 43A separates the internal heat sink 46A and the external heat sink 48A. Specifically, the thermal insulation seal 43A is wedged between the internal heat sink 46A and the external heat sink 48A.
  • the thermal insulation seal 43A surrounds the assembly 44A. More specifically, the thermal insulation seal defines a receiving housing 55A of the assembly 44A in which the assembly 44A is positioned.
  • the housing 55A is formed by two cuts made in the material of the heat insulating joint 43A.
  • the heat-insulating joint 43A includes a face 56A in contact with the external heat sink 48A referenced at its upper edge in FIG. 4 and extending parallel to the plane P1 and a face 58A of contact with the internal heat sink 46A, extending parallel to the plane P1.
  • the thermal insulation seal 43A has, for example, in the plane P1, a surface generally equivalent to the surface of the internal heat sink 46A.
  • the thermal insulation seal 43A is adapted to fit in the receiving cutout 40A and has, for example, in the plane P1, dimensions slightly smaller than those of the receiving cutout 40A.
  • the assembly 44A advantageously comprises several Peltier effect cells 61A and is hereinafter called a Peltier effect cell assembly.
  • the Peltier effect cell assembly 44A extends parallel to the plane P1 and opens on both the contact face 58A side with the internal heat sink 46A and the side of the contact face 56A with the external heat sink 48A .
  • the assembly of Peltier effect cells 44A defines, on the internal side, that is to say at the level of the contact face 58A, an inner surface of thermal transmission, extending parallel to the plane P1.
  • the Peltier effect cell assembly 44A also defines, on the external side, that is to say at the level of the contact face 56A, an external surface of thermal transmission, extending parallel to the plane P1.
  • the assembly of Peltier effect cells 44A comprises, for example, as represented in FIG. 4, two groups G1A, G2A of five cells with Peltier effect 61A.
  • Groups GIA, G2A are connected in parallel with each other and comprise five Peltier effect cells 61A connected in series with each other and positioned between the internal and external heat transmission faces.
  • the assembly of Peltier effect cells 44A is able to modify the temperature of the external and internal heat transmission faces as a function of a power supply signal that it receives. More specifically, the assembly of Peltier effect cells 44A is able to increase the temperature of the internal heat transmission face with respect to the external heat transmission face, when the power supply signal of the assembly 44A has a first polarity. and increasing the temperature of the external thermal transmitting face with respect to the internal thermal transmitting face, when the supply signal of the assembly 44A has a second polarity opposite to the first polarity.
  • the Peltier effect cell assembly 44A subdivides the cooling module in two, on either side of said plane P1, so as to define the outer side and the inner side.
  • the Peltier effect cell assembly 44A and the thermal insulation seal 43A separate the internal heat sink 46A and the external heat sink 48A and are in particular kept stuck between the internal heat sink 46A and the external heat sink 48A.
  • the internal heat sink 46A is in thermal contact with the internal thermal transmitting face.
  • the internal heat sink 46A is configured to accept an internal air flow from the first internal volume 36 of the internal space 28 and reject it in the first internal volume 36 of the internal space 28.
  • the internal air flow is formed by air taken from the internal space 28 by the internal fan 50A, which circulates through the internal heat sink 46A, and which is discharged into the internal space 28 through openings side.
  • the internal heat sink 46A comprises an internal face 64A of contact with the Peltier effect cell assembly 44A, and in particular with the internal thermal transmission face, positioned facing the external heat sink 48A.
  • the external heat sink 48A is in thermal contact with the external heat transmission face.
  • the external heat sink 48A is configured to accept a so-called external air flow from the outer space 30 and then to reject it in the outer space 30.
  • the external air flow is formed by air taken from the outer space 30, by the external fan 54A, then flows through the external heat sink 48A and is discharged into the outer space 30 through side openings.
  • the 48A and 46A internal heat sinks isolate the internal airflow from the external airflow.
  • the external heat sink 48A comprises an outer face 66A of contact with the Peltier effect cell assembly 44A, and in particular with the external thermal transmission face, positioned facing the internal contact face 64A.
  • the Peltier effect cell assembly. 44A is able to modify the temperature of the internal faces 64A and external contact 66A, in order to modify the temperature of the internal and external air flows and thus the internal 28 and outer 30 spaces.
  • the external contact face 66A is advantageously a fixing face to the protective housing 12.
  • the outer contact face 66A comprises on its periphery, fixing means 60A on the side wall 18 of the protective housing 12.
  • the fastening means 60A are, for example, threaded rods adapted to pass through holes, not shown, formed on the side wall 18 and to be secured to the side wall 18 by means of nuts.
  • the fixing means 60A are positioned around the assembly 44A and the internal heat sink 46A.
  • the outer contact face 66A has an area greater than the area of the internal contact face 64A.
  • the internal fan 50A is associated with the internal heat sink 46A and is adapted to circulate the internal air flow through the internal heat sink 46A.
  • the internal fan 50A is attached to the internal heat sink 46A.
  • the internal fan 50A is configured to draw air into the internal space 28 to generate the internal airflow, which passes through the internal heat sink 46A and is rejected into the internal space 28.
  • the external fan 54A is associated with the external heat sink 48A and is adapted to circulate the external air flow through the external heat sink 48A.
  • the external fan 54A is attached to the external heat sink 48A.
  • the external fan 54A is configured to draw air into the outer space 30 to generate the external air flow, which passes through the external heat sink 48A and is rejected into the outer space 30.
  • the external fan 54A is in fluidic contact with an environment outside the train and is able to draw air into said external environment.
  • the internal fan 50A is adapted to be electrically powered independently of the external fan 54A
  • the Peltier effect cell assembly 44A is adapted to be electrically powered independently of the external fans 50A and internal 54A.
  • the control member 15 is positioned in the second internal volume 38.
  • the control member 15 advantageously comprises a different power supply unit for each cooling module 14A, 14B and each power supply unit comprises a different power supply source for the external fan 54A, the internal fan 50A and the assembly of Peltier effect cells 44A.
  • the controller 15 is capable of independently controlling each power source of the Peltier effect cell assemblies 44A, 44B of each cooling module 14A, 14B.
  • control member 15 is able to control the power supply signal delivered to the Peltier effect cell assembly 44A, 44B and in particular to change the polarity of the signal of the signal. power supply.
  • the seal 16A is positioned between the external heat sink 48A and the protective housing 12.
  • the seal 16A extends parallel to the external contact face 66A, against the external contact face 66A and is wedged between the external contact face 66A and the protective case 12.
  • the seal 16A is positioned around the thermal insulation seal 43A, between the external contact face 66A and the side wall 18.
  • the thermal insulation seal 43A, the seal 16A and the Peltier effect cell assembly 44A have the same thickness along a measurement axis perpendicular to the plane P1.
  • the seal 16A When mounting the module on the housing, by approaching the module from the outside, the seal 16A is compressed, by means of the fixing means 60A, against the side wall 18 which surrounds the receiving cutout 40A.
  • the seal 16A is adapted to ensure, advantageously, the thermal insulation between the protective housing 12 and the external heat sink 48A, while the seal thermal insulation 43A is suitable for providing thermal insulation between the external heat sink 48A and the internal heat sink 46A.
  • the seal 16A thus advantageously serves a dual function, namely, a sealing function between the interior space 28 and the outside space 30 and a function of thermal insulation between the protective housing 12 and the heat sink external 48A.
  • the seal 16A comprises rings for limiting the compression of the seal 16A when it is positioned between the external contact face 66A and the protective case 12.
  • the rings are, for example, made of stainless steel and are spread over the entire surface of the seal in contact with the protective housing 12.
  • control of the power supply signal of the Peltier effect cell assembly 44A via the control member 15, makes it possible to control the temperature of the internal thermal transmission face and thus to control the temperature at the level of the internal heat sink 46A which is in contact with the internal heat transmission face. Controlling the temperature at the internal heat sink 46A then makes it possible to cool or heat the internal air flow that passes through the internal heat sink 46A and thus to control the temperature inside the protective casing 12 and in particular to the inside the first internal volume 36.
  • the 14A, 14B cooling modules ensure precise control of the temperature in the trunk while taking up minimal space. Thus, the size of the trunk 10 and its cooling modules 14A, 14B is reduced.
  • the temperature of the air in the internal space 28 is modified in closed circuit, that is to say that the internal air flow remains in the internal space and is simply brought into contact with the heat sink internal 46A through the internal fan 50A.
  • cooling modules 14A, 14B situated respectively in the first internal volume 36 and in the second internal volume 38 makes it possible to regulate a different temperature in each internal volume 36, 38 and to manage the temperature independently in each internal volume 36, 38.
  • the fact that the polarity of the power supply signal of the Peltier effect cell assembly 44A can be reversed, makes it possible to control the temperature in the inner space 28 by cooling the air of the internal space or by heating the air of the internal space.
  • the electronic components positioned inside the trunk are thus protected against thermal shocks and their service life is improved.
  • the feed box 10 comprises a single cooling module attached to the protective housing 12.
  • each cooling module 14A, 14B comprises two external fans and / or two internal fans.
  • the trunk 10 comprises more than two cooling modules fixed to the protective housing 12.

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Abstract

Module de refroidissement pour un coffre d'alimentation électrique d'un véhicule ferroviaire, coffre d'alimentation électrique et véhicule ferroviaire associés Ce module de refroidissement (14A) comprend : - un assemblage d'une ou plusieurs cellules à effet Peltier comprenant, du côté interne, une face interne de transmission thermique et, du côté externe, une face externe de transmission thermique; - un dissipateur thermique interne (46A) et un dissipateur thermique externe (48A), qui sont en contact thermique respectivement avec la face interne de transmission thermique et la face externe de transmission thermique; et - au moins un ventilateur interne (50A) et au moins un ventilateur externe (54A), qui sont respectivement propres à faire circuler un flux d'air interne à travers le dissipateur thermique interne (46A) et un flux d'air externe à travers le dissipateur thermique externe (48A).

Description

Module de refroidissement pour un coffre d'alimentation électrique d'un véhicule ferroviaire, coffre d'alimentation électrique et véhicule ferroviaire associés
L'invention a pour objet un module de refroidissement pour un coffre d'alimentation électrique d'un véhicule ferroviaire. L'invention a également pour objet un coffre d'alimentation électrique pour un véhicule ferroviaire comprenant un tel module de refroidissement et un véhicule ferroviaire comprenant un tel coffre d'alimentation électrique.
Dans le domaine du transport ferroviaire, il est connu d'équiper les véhicules ferroviaires de coffres d'alimentation électrique, à l'intérieur desquels sont logés des composants d'un système d'alimentation électrique du véhicule ferroviaire. On connaît, par exemple, des coffres d'alimentation électrique positionnés en toiture d'un véhicule ferroviaire, pour réserver l'intérieur du véhicule ferroviaire au transport de passagers.
Dans le domaine des tramways notamment, les composants du système d'alimentation compris dans les coffres d'alimentation électrique sont généralement destinés à être alimentés en énergie électrique via un rail d'alimentation par le sol, disposé le long d'une voie de circulation du véhicule ferroviaire, et un dispositif de captage embarqué, propre à coopérer avec le rail d'alimentation.
Les composants du système d'alimentation compris dans le coffre d'alimentation électrique sont notamment propres à récupérer l'énergie électrique en provenance du rail d'alimentation et captée par le dispositif de captage, et à générer des signaux d'alimentation des moteurs du véhicule ferroviaire, et/ou de charges utiles embarquées à bord du véhicule ferroviaire, telles que des systèmes de climatisation, d'éclairage, etc.
De tels coffres d'alimentation électrique doivent généralement être refroidis afin d'assurer un fonctionnement optimal des composants du système d'alimentation qu'ils comprennent.
Il est ainsi connu, dans le domaine des coffres d'alimentation électrique pour véhicule ferroviaire, d'utiliser des systèmes de refroidissement mettant en œuvre des gaines de refroidissement permettant de faire circuler de l'air entre un échangeur thermique et l'intérieur du coffre d'alimentation électrique. Il est également connu d'utiliser des gaines de circulation d'air entre une cabine passagers et l'intérieur du coffre d'alimentation pour faire circuler de l'air entre la cabine passagers et le coffre d'alimentation.
Cependant, de tels systèmes de refroidissement rendent la mise en place des coffres d'alimentation complexe et conduisent à une augmentation du volume nécessaire à l'installation des coffres d'alimentation électrique. Or, le nombre de coffres d'alimentation à placer en toiture et le gabarit contraint d'un véhicule ferroviaire, notamment d'un tramway, font qu'il est nécessaire d'optimiser le volume occupé par les coffres d'alimentation et les systèmes de refroidissement associés.
En outre, de tels systèmes de refroidissement ne permettent pas un refroidissement optimal des coffres d'alimentation.
C'est à ces inconvénients qu'entend remédier l'invention, en proposant notamment un module de refroidissement pour un coffre d'alimentation électrique d'un véhicule ferroviaire permettant un refroidissement optimisé du coffre d'alimentation et de minimiser le volume nécessaire à l'installation du coffre d'alimentation sur le véhicule ferroviaire.
A cet effet, l'invention a pour objet un module de refroidissement, un coffre d'alimentation électrique et un véhicule ferroviaire selon les revendications.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est une représentation en perspective d'un coffre d'alimentation électrique comprenant deux modules de refroidissement conformes à un premier mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 2 est une représentation en perspective, vue depuis un côté dit interne, de l'un des modules de refroidissement de la figure 1 ;
- la figure 3 est une représentation en perspective depuis un côté dit externe, de l'un des modules de refroidissement de la figure 1 ; et
- la figure 4 est une représentation en perspective partielle du module de refroidissement des figures 2 et 3, montrant un assemblage de cellules à effet Peltier fixé à un dissipateur thermique dit externe.
Sur la figure 1 , un coffre d'alimentation électrique 10 pour un véhicule ferroviaire, tel qu'un tramway, est représenté.
Le coffre d'alimentation électrique 10 est adapté pour être monté sur une toiture du véhicule ferroviaire.
Un référentiel XYZ est associé au coffre d'alimentation 10 de sorte que la direction X coïncide avec un axe longitudinal du coffre 10, la direction Y avec un axe horizontal transversal du coffre 10 et la direction Z avec un axe vertical du coffre 10. L'axe Z est orienté du bas vers le haut sur la figure 1 .
Le coffre d'alimentation électrique 10 comprend un boîtier de protection 12 et des premier 14A et deuxième 14B modules de refroidissement, fixés au boîtier de protection 12 et disposés de manière globalement symétrique par rapport au plan YZ. Le coffre d'alimentation électrique 10 comprend également, un organe 15 de commande des modules de refroidissement 14A, 14B et un joint d'étanchéité 16A, 16B, notamment à l'eau et aux poussières, non visible sur la figure 1 , pour chaque module de refroidissement 14A, 14B.
Le boîtier de protection 12 comporte une paroi inférieure 17, cinq parois latérales
18, 20, 22, 24, 26 et une paroi supérieure 27, formant un capot de fermeture du boîtier 12. Lorsque ce capot est refermé contre les parois latérales, le boîtier 12 délimite un espace interne 28 et un espace externe 30. Les espaces interne et externe sont isolés, l'un de l'autre.
Dans la suite de la description, on qualifie d'interne un élément disposé à l'intérieur de l'espace interne 28 du boîtier 12, qui est défini par les parois inférieure 17, supérieure 27 et latérales 18, 20, 22, 24, 26.
De la même manière, on qualifie d'externe un élément disposé dans l'espace externe 30, c'est-à-dire en dehors de l'espace interne 28 ou encore en dehors du boîtier 12.
En d'autres termes, le boîtier de protection 12 définit un espace interne 28 et un espace externe 30 isolés physiquement l'un de l'autre lorsque le boîtier de protection 12 est fermé.
Le boîtier de protection 12 comprend également une paroi interne 34 subdivisant l'espace interne 28 en un premier volume interne 36 et un deuxième volume interne 38.
Plus précisément, la paroi inférieure 17, la paroi supérieure 27 et la paroi interne 34 isolent le premier volume interne 36 du deuxième volume interne 38, qui sont étanches l'un par rapport à l'autre.
Le premier volume interne 36 est destiné à loger des composants de puissance d'un système d'alimentation électrique du véhicule ferroviaire et le deuxième volume interne 38 est destiné à loger des moyens de contrôle commande du système d'alimentation électrique.
Le boîtier de protection 12 comprend, sur les parois latérales 18, 24 une découpe 40A, 40B, par exemple rectangulaire, de réception du premier 14A, respectivement du deuxième 14B, module de refroidissement. Chaque découpe 40A, 40B, délimite une ouverture à travers la paroi correspondante du boîtier 12.
Le premier module de refroidissement 14A est installé dans la découpe de réception 40A et est fixé à la paroi latérale 18, tandis que le deuxième module de refroidissement 14B est installé dans la découpe de réception 40B et est fixé à la paroi latérale 24. Plus précisément, le premier module de refroidissement 14A est monté sur la paroi latérale 18, entre l'espace externe 30 et le premier volume interne 36, et le deuxième module de refroidissement 14B est monté sur la paroi latérale 24, entre l'espace externe 30 et le deuxième volume interne 38.
Les modules de refroidissement 14A et 14B sont identiques. Dans la suite de la description seuls les éléments formant le module de refroidissement 14A seront décrits en détail. Les éléments formant le module de refroidissement 14B étant identiques à ceux du module 14A, ils portent la même référence mais dans laquelle la lettre B remplace la lettre A.
Le module de refroidissement 14A, représenté aux figures 2 à 4, comprend un joint 43A d'isolation thermique, un assemblage 44A d'une ou plusieurs cellules à effet Peltier, un dissipateur thermique interne 46A, un dissipateur thermique externe 48A, ainsi qu'un ventilateur interne 50A et un ventilateur externe 54A.
Les cellules à effet Peltier sont des éléments connus de l'homme du métier. Pour rappel, une cellule à effet Peltier est constituée d'au moins un couple d'éléments conducteurs de nature différente, de préférence d'éléments semi-conducteurs, comprenant un éléments semi-conducteur de type N respectivement un élément semiconducteur de type P. Pour chaque couple d'éléments semi-conducteurs, l'élément semiconducteur de type P est relié via un conducteur électrique à l'élément semi-conducteur de type N, et le couple d'éléments semi-conducteurs est positionné entre et en contact de deux faces ou semelles d'échanges thermiques et est propre à être alimenté électriquement par une source d'alimentation électrique.
Une cellule à effet Peltier associe généralement plusieurs couples d'éléments semi-conducteurs. Dans la cellule à effet Peltier, les couples d'éléments semi- conducteurs sont reliés deux à deux en série les uns des autres, de sorte à former un circuit série avec une alternance d'éléments de type P et de type N qui se succèdent. Le circuit série comprend alors une première extrémité formée par un élément de type N et propre à être reliée à une première borne d'alimentation électrique de la cellule à effet Peltier et une deuxième extrémité formée par un élément de type P et propre à être reliée à une deuxième borne d'alimentation électrique de la cellule à effet Peltier.
Le joint d'isolation thermique 43A est de forme sensiblement plane et s'étend suivant un plan P1 , qui est parallèle au plan YZ lorsque le module de refroidissement est fixé au boîtier 12, comme représenté sur la figure 1 .
Le joint d'isolation thermique 43A subdivise le module de refroidissement 14A en deux, de part et d'autre dudit plan P1 , de manière à définir un côté externe, qui est destiné à être disposé du côté de l'espace externe 30 du boîtier 12, et un côté interne, qui est destiné à être disposé de côté de l'espace interne 28 du boîtier 12.
Le joint d'isolation thermique 43A sépare le dissipateur thermique interne 46A et le dissipateur thermique externe 48A. Plus précisément, le joint d'isolation thermique 43A est coincé entre le dissipateur thermique interne 46A et le dissipateur thermique externe 48A.
Le joint d'isolation thermique 43A entoure l'assemblage 44A. Plus précisément, le joint d'isolation thermique définit un logement 55A de réception de l'assemblage 44A dans lequel l'assemblage 44A est positionné. Dans l'exemple de la figure 4, le logement 55A est formé par deux découpes réalisées dans la matière du joint d'isolation thermique 43A.
Comme représenté à la figure 4, le joint d'isolation thermique 43A comprend une face 56A de contact avec le dissipateur thermique externe 48A référencé au niveau de son arête supérieur sur la figure 4 et s'étendant parallèlement au plan P1 et une face 58A de contact avec le dissipateur thermique interne 46A, s'étendant parallèlement au plan P1 .
Le joint d'isolation thermique 43A a, par exemple, dans le plan P1 , une surface globalement équivalente à la surface du dissipateur thermique interne 46A.
Avantageusement, le joint d'isolation thermique 43A est propre à s'inscrire dans la découpe de réception 40A et a, par exemple, dans le plan P1 , des dimensions légèrement inférieures à celles de la découpe de réception 40A.
Comme représenté à la figure 4, l'assemblage 44A comprend avantageusement plusieurs cellules à effet Peltier 61 A et est appelé par la suite assemblage de cellules à effet Peltier.
L'assemblage de cellules à effet Peltier 44A s'étend parallèlement au plan P1 et débouche à la fois du côté de la face de contact 58A avec le dissipateur thermique interne 46A et du côté de la face de contact 56A avec le dissipateur thermique externe 48A.
En d'autres termes, l'assemblage de cellules à effet Peltier 44A définit, du côté interne, c'est-à-dire au niveau de la face de contact 58A, une face interne de transmission thermique, s'étendant parallèlement au plan P1 .
L'assemblage de cellules à effet Peltier 44A définit également, du côté externe, c'est-à-dire au niveau de la face de contact 56A, une face externe de transmission thermique, s'étendant parallèlement au plan P1 .
L'assemblage de cellules à effet Peltier 44A comprend, par exemple, comme représenté à la figure 4, deux groupes G1 A, G2A de cinq cellules a effet Peltier 61 A. Les groupes GIA, G2A sont connectés en parallèle l'un de l'autre et comprennent cinq cellules à effet Peltier 61 A connectées en série les unes aux autres et positionnées entre les faces interne et externe de transmission thermique.
L'assemblage de cellules à effet Peltier 44A est propre à modifier la température des faces externe et interne de transmission thermique en fonction d'un signal d'alimentation électrique qu'il reçoit. Plus précisément, l'assemblage de cellules à effet Peltier 44A est propre à augmenter la température de la face interne de transmission thermique par rapport à la face externe de transmission thermique, lorsque le signal d'alimentation de l'assemblage 44A a une première polarité et à augmenter la température de la face externe de transmission thermique par rapport à la face interne de transmission thermique, lorsque le signal d'alimentation de l'assemblage 44A a une deuxième polarité opposée à la première polarité.
Comme le joint d'isolation thermique 43A, l'assemblage de cellules à effet Peltier 44A subdivise le module de refroidissement en deux, de part et d'autre dudit plan P1 , de manière à définir le côté externe et le côté interne.
L'assemblage de cellules à effet Peltier 44A et le joint d'isolation thermique 43A séparent le dissipateur thermique interne 46A et le dissipateur thermique externe 48A et sont notamment maintenus coincés entre le dissipateur thermique interne 46A et le dissipateur thermique externe 48A.
Le dissipateur thermique interne 46A est en contact thermique avec la face interne de transmission thermique.
Le dissipateur thermique interne 46A est configuré pour accepter un flux d'air dit interne depuis le premier volume interne 36 de l'espace interne 28 et le rejeter dans le premier volume interne 36 de l'espace interne 28.
Le flux d'air interne est formé par de l'air prélevé dans l'espace interne 28 par le ventilateur interne 50A, qui circule au travers du dissipateur thermique interne 46A, et qui est rejeté dans l'espace interne 28, par des ouvertures latérales.
Le dissipateur thermique interne 46A comprend une face interne 64A de contact avec l'assemblage de cellules à effet Peltier 44A, et notamment avec la face interne de transmission thermique, positionnée en regard du dissipateur thermique externe 48A.
Le dissipateur thermique externe 48A est en contact thermique avec la face externe de transmission thermique. Le dissipateur thermique externe 48A, est configuré pour accepter un flux d'air dit externe depuis l'espace externe 30, puis le rejeter dans l'espace externe 30. Le flux d'air externe est formé par de l'air prélevé dans l'espace externe 30, par le ventilateur externe 54A, puis circule à travers le dissipateur thermique externe 48A et est rejeté dans l'espace externe 30 par des ouvertures latérales.
Les dissipateurs thermiques externe 48A et interne 46A isolent le flux d'air interne du flux d'air externe.
Le dissipateur thermique externe 48A comprend une face externe 66A de contact avec l'assemblage de cellules à effet Peltier 44A, et notamment avec la face externe de transmission thermique, positionnée en regard de la face interne de contact 64A.
Grâce au contact entre, d'une part, la face externe 66A et la face externe de transmission thermique et, d'autre part, la face interne de contact 64A et la face interne de transmission thermique, l'assemblage de cellules à effet Peltier 44A est propre à modifier la température des faces interne 64A et externe 66A de contact, afin de modifier la température des flux d'air interne et externe et donc des espaces interne 28 et externe 30.
La face externe de contact 66A est, avantageusement, une face de fixation au boîtier de protection 12.
La face externe de contact 66A comprend sur son pourtour, des moyens de fixation 60A sur la paroi latérale 18 du boîtier de protection 12.
Les moyens de fixation 60A sont, par exemple, des tiges filetées, propres à traverser des orifices, non représentes, formés sur la paroi latérale 18 et à être solidarisées à la paroi latérale 18 au moyen d'écrous.
Les moyens de fixation 60A sont positionnes autour de l'assemblage 44A et du dissipateur thermique interne 46A.
La face externe de contact 66A a une aire supérieure à l'aire de la face interne de contact 64A.
Le ventilateur interne 50A est associé au dissipateur thermique interne 46A et est propre à faire circuler le flux d'air interne à travers le dissipateur thermique interne 46A. Le ventilateur interne 50A est fixé au dissipateur thermique interne 46A.
En d'autres termes, le ventilateur interne 50A est configuré pour prélever de l'air dans l'espace interne 28 afin de générer le flux d'air interne, qui traverse le dissipateur thermique interne 46A et qui est rejeté dans l'espace interne 28.
Le ventilateur externe 54A est associé au dissipateur thermique externe 48A et est propre à faire circuler le flux d'air externe à travers le dissipateur thermique externe 48A. Le ventilateur externe 54A est fixé au dissipateur thermique externe 48A.
En d'autres termes, le ventilateur externe 54A est configuré pour prélever de l'air dans l'espace externe 30 afin de générer le flux d'air externe, qui traverse le dissipateur thermique externe 48A et qui est rejeté dans l'espace externe 30. Avantageusement, le ventilateur externe 54A est en contact fluidique avec un environnement extérieur au train et est propre à prélever de l'air dans ledit environnement extérieur.
Le ventilateur interne 50A est propre à être alimenté électriquement indépendamment du ventilateur externe 54A, et l'assemblage de cellules à effet Peltier 44A est propre à être alimenté électriquement indépendamment des ventilateurs externe 50A et interne 54A.
L'organe de commande 15 est positionné dans le deuxième volume interne 38.
L'organe de commande 15 comprend, avantageusement, un bloc d'alimentation électrique différent pour chaque module de refroidissement 14A, 14B et chaque bloc d'alimentation électrique comprend une source d'alimentation électrique différente pour le ventilateur externe 54A, le ventilateur interne 50A et l'assemblage de cellules à effet Peltier 44A.
L'organe de commande 15 est propre à contrôler de manière indépendante chaque source d'alimentation électrique des assemblages de cellules à effet Peltier 44A, 44B de chaque module de refroidissement 14A, 14B.
Plus précisément, pour chaque module de refroidissement 14A, 14B, l'organe de commande 15 est propre à contrôler le signal d'alimentation électrique délivré à l'assemblage de cellules à effet Peltier 44A, 44B et notamment à modifier la polarité du signal d'alimentation électrique.
Le joint d'étanchéité 16A est positionné entre le dissipateur thermique externe 48A et le boîtier de protection 12.
Plus précisément, le joint d'étanchéité 16A s'étend parallèlement à la face externe de contact 66A, contre la face externe de contact 66A et est coincé entre la face externe de contact 66A et le boîtier de protection 12.
Plus généralement, le joint d'étanchéité 16A est positionné autour du joint d'isolation thermique 43A, entre la face externe de contact 66A et la paroi latérale 18.
Avantageusement et comme représenté sur la figure 4, le joint d'isolation thermique 43A, le joint d'étanchéité 16A et l'assemblage de cellules à effet Peltier 44A ont la même épaisseur suivant un axe de mesure perpendiculaire au plan P1 .
Lors du montage du module sur le boîtier, par approche du module depuis l'extérieur, le joint d'étanchéité 16A est compressé, par l'intermédiaire des moyens de fixation 60A, contre la paroi latérale 18 qui entoure la découpe de réception 40A. Le joint d'étanchéité 16A est propre à assurer, avantageusement, l'isolation thermique entre le boîtier de protection 12 et le dissipateur thermique externe 48A, tandis que le joint d'isolation thermique 43A est propre à assurer l'isolation thermique entre le dissipateur thermique externe 48A et le dissipateur thermique interne 46A.
Le joint d'étanchéité 16A remplit ainsi avantageusement une double fonction, à savoir, une fonction d'étanchéité entre l'espace intérieur 28 et l'espace extérieur 30 et une fonction d'isolant thermique entre le boîtier de protection 12 et le dissipateur thermique externe 48A. Le fait que le joint d'isolation thermique 43A soit non-monobloc avec le joint d'étanchéité 16A, c'est-à-dire une pièce distincte du joint d'étanchéité 16A, permet, lors d'une opération de maintenance, de changer le joint d'étanchéité 16A sans avoir à changer le joint d'isolation thermique 43A.
Avantageusement, le joint d'étanchéité 16A comprend des bagues de limitation de la compression du joint d'étanchéité 16A lorsqu'il est positionné entre la face externe de contact 66A et le boîtier de protection 12. Les bagues sont, par exemple, en inox et sont reparties sur toute la surface du joint en contact avec le boîtier de protection 12.
De plus, le contrôle du signal d'alimentation de l'assemblage de cellules à effet Peltier 44A, via l'organe de commande 15, permet de contrôler la température de la face interne de transmission thermique et ainsi de contrôler la température au niveau du dissipateur thermique interne 46A qui est en contact avec la face interne de transmission thermique. Le contrôle de la température au niveau du dissipateur thermique interne 46A permet alors de refroidir ou réchauffer le flux d'air interne qui traverse le dissipateur thermique interne 46A et donc de contrôler la température à l'intérieur du boîtier de protection 12 et notamment à l'intérieur du premier volume interne 36.
Les modules de refroidissement 14A, 14B permettent de garantir un contrôle précis de la température dans le coffre d'alimentation tout en occupant un minimum d'espace. Ainsi, l'encombrement du coffre d'alimentation 10 et de ses modules de refroidissement 14A, 14B est réduit.
En outre, il n'est plus nécessaire d'installer des gaines de circulations d'air entre le coffre d'alimentation électrique 10 et un système distant de refroidissement. En effet, la température de l'air dans l'espace interne 28 est modifiée en circuit fermé, c'est-à-dire que le flux d'air interne reste dans l'espace interne et est simplement amené en contact du dissipateur thermique interne 46A grâce au ventilateur interne 50A.
Par ailleurs, l'utilisation de deux modules de refroidissement 14A, 14B situés respectivement dans le premier volume interne 36 et dans le deuxième volume interne 38 permet de régler une température différente dans chaque volume interne 36, 38 et de gérer la température de manière indépendante dans chaque volume interne 36, 38.
De plus, le fait que la polarité du signal d'alimentation électrique de l'assemblage de cellules à effet Peltier 44A puisse être inversée, permet de contrôler la température dans l'espace interne 28 en refroidissant l'air de l'espace interne ou en réchauffant l'air de l'espace interne. Les composants électroniques positionnés à l'intérieur du coffre d'alimentation sont ainsi préservés contre les chocs thermiques et leur durée de vie est améliorée.
Le fait que les ventilateurs externe 54A et interne 50A, ainsi que l'assemblage de cellules à effet Peltier 44A soient propres à être alimentés électriquement indépendamment les uns des autres permet de réduire la consommation électrique des modules de refroidissement suivant l'environnement thermique du coffre d'alimentation électrique 10.
En variante, le coffre d'alimentation 10 comprend un seul module de refroidissement fixé au boîtier de protection 12.
Selon une autre variante, chaque module de refroidissement 14A, 14B comprend deux ventilateurs externes et/ou deux ventilateurs internes.
Selon une autre variante, le coffre d'alimentation 10 comprend plus de deux modules de refroidissement fixés au boîtier de protection 12.
Les modes de réalisation et variantes envisagés ci-dessus sont propres à être combinés entre eux pour donner lieu à d'autres modes de réalisation de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1 . - Module de refroidissement (14A, 14B) pour un coffre d'alimentation électrique (10) d'un véhicule ferroviaire, caractérisé en ce que le module de refroidissement (14A, 14B) comprend :
- un assemblage d'une ou plusieurs cellules à effet Peltier (44A), de forme sensiblement plane et, définissant, de part et d'autre dudit assemblage, un côté externe et un côté interne, ledit assemblage comprenant, du côté interne, une face interne de transmission thermique et, du côté externe, une face externe de transmission thermique ;
- un dissipateur thermique interne (46A) et un dissipateur thermique externe (48A), qui sont en contact thermique respectivement avec la face interne de transmission thermique et la face externe de transmission thermique ; et
- au moins un ventilateur interne (50A) et au moins un ventilateur externe (54A), qui sont respectivement associés au dissipateur thermique interne (46A) et au dissipateur thermique externe (48A) et qui sont respectivement propres à faire circuler un flux d'air interne à travers le dissipateur thermique interne (46A) et un flux d'air externe à travers le dissipateur thermique externe (48A).
2. - Module de refroidissement selon la revendication 1 , dans lequel les dissipateurs thermiques interne (46A) et externe (48A) isolent les flux d'air interne et externe l'un de l'autre.
3. - Module de refroidissement selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le ou chaque ventilateur interne (50A) est propre à être alimenté électriquement indépendamment du ou de chaque ventilateur externe (54A), et dans lequel l'assemblage d'une ou plusieurs cellules à effet Peltier (44A) est propre à être alimenté électriquement indépendamment des ventilateurs externe (54A) et interne (50A).
4. - Module de refroidissement selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le module de refroidissement comprend un joint d'isolation thermique (43A) qui sépare le dissipateur thermique interne (46A) et le dissipateur thermique externe (48A).
5. - Module de refroidissement selon la revendication 4, dans lequel le joint d'isolation thermique (43A) définit un logement (55A) de réception de l'assemblage d'une ou plusieurs cellules à effet Peltier (44A), le joint d'isolation thermique (43A) comprenant également une face (56A) de contact avec le dissipateur thermique externe (48) et une face (58A) de contact avec le dissipateur thermique interne (46A).
6. - Coffre d'alimentation électrique (10) pour un véhicule ferroviaire comprenant un boîtier de protection (12) définissant un espace interne (28) et un espace externe (30) isolés physiquement l'un de l'autre et au moins un module de refroidissement (14A, 14B) fixé au boîtier de protection (12), dans lequel chaque module de refroidissement (14A, 14B) est conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, et dans lequel, pour chaque module de refroidissement (14A, 14B), chaque ventilateur externe (54A) et le dissipateur thermique externe (48A) sont positionnés dans l'espace externe (30), tandis que chaque ventilateur interne (50A) et le dissipateur thermique interne (46A) sont positionnés dans l'espace interne (28).
7. - Coffre d'alimentation électrique selon la revendication 6, dans lequel, pour chaque module de refroidissement (14A, 14B), chaque ventilateur interne (50A), respectivement externe (54A), est configuré pour prélever de l'air dans l'espace interne (28), respectivement externe (30), afin de générer un flux d'air interne, respectivement externe, à travers le dissipateur thermique interne (46A), respectivement externe (48A), et dans lequel le dissipateur thermique interne (46A), respectivement externe (48A), est configuré pour rejeter le flux d'air interne, respectivement externe, dans l'espace interne (28), respectivement externe (30).
8. - Coffre d'alimentation électrique selon la revendication 6 ou la revendication 7, dans lequel le boîtier de protection (12) comprend une paroi interne (34) subdivisant l'espace interne (28) en un premier volume interne (36) et un deuxième volume interne (38), qui sont étanches l'un par rapport à l'autre, le coffre d'alimentation électrique (10) comprenant un premier (14A) et un deuxième (14B) modules de refroidissement, le premier module de refroidissement (14A) étant monté sur une paroi (18) du boîtier de protection (12) entre l'espace externe (30) et le premier volume interne (36) et le deuxième module de refroidissement (14B) étant monté sur une paroi (24) du boîtier de protection (12) entre l'espace externe (30) et le deuxième volume interne (38).
9. - Coffre d'alimentation électrique selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel le boîtier de protection (12) comprend une découpe (40A, 40B) de réception de chaque module de refroidissement (14A, 14B), chaque module de refroidissement (14A, 14B) comprenant des moyens de fixation (60A, 60B) au boîtier de protection (12), et dans lequel le coffre d'alimentation électrique (10) comprend, pour chaque module de refroidissement (14A, 14B), un joint d'étanchéité (16A) positionné entre le dissipateur thermique externe (48A) et le boîtier de protection (12), le joint d'étanchéité étant propre à être compressé, par l'intermédiaire des moyens de fixation (60A, 60B), contre une paroi (18) du boîtier de protection (12) entourant la découpe de réception (40A, 40B) et étant propre à assurer l'isolation thermique entre le boîtier de protection (12) et le dissipateur thermique externe (48A).
10.- Véhicule ferroviaire, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un coffre d'alimentation électrique (10) selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, et en ce que, pour chaque module de refroidissement (14A, 14B), chaque ventilateur externe (54A) est en contact avec un environnement extérieur au train et est propre à prélever de l'air dans ledit environnement extérieur.
PCT/FR2016/050291 2016-02-09 2016-02-09 Module de refroidissement pour un coffre d'alimentation électrique d'un véhicule ferroviaire, coffre d'alimentation électrique et véhicule ferroviaire associés Ceased WO2017137669A1 (fr)

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