Etude du refroidissement de composants électroniques de puissance par ébullition de substituts du R 113

= Study of the cooling of power electronic components by boiling of R113 substitutes

• Auteur / Autrice : Thierry Jomard
• Direction : Monique Lallemand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Transferts thermiques
• Date : Soutenance en 1991
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LEA - Laboratoire d'Energétique et d'Automatique (Lyon, INSA ; 1978-1989)
• Jury : Président / Présidente : Jacques Pantaloni
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Monique Lallemand, André Lallemand, Jacques Pantaloni, Hein Auracher, Hein Auracher, @U, Eckes, @G., Kecck
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : André Lallemand, Jacques Pantaloni

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ébullition

Chlorofluorocarbures

Produits de remplacement

Fluides frigorigènes

Résumé

Dans le domaine de la traction ferroviaire, le courant capté au niveau de la caténaire sert à l'alimentation des moteurs de traction et au fonctionnement de tous les auxiliaires. Les diverses modifications qu'il subit à cet effet engendre des pertes thermiques, en particulier au niveau des semi-conducteurs de puissance, qu'il faut évacuer pour assurer le bon fonctionnement de l'ensemble. Parmi les solutions existantes, une des plus performantes reste le refroidissement par ébullition nucléée : les composants électroniques sont alors directement immergés dans un liquide diélectrique à l'état saturant. Jusqu'à ce jour, un fluide s'était imposé en raison de ses diverses qualités: Je R113. L'utilisation de ce dernier étant condamnée à moyen terme, il convient de lui trouver un substitut. Les éventuels substituts existants à ce jour appartiennent tous à la famille des perfluorocarbonés. Après s'être assuré que les fluides répondaient correctement aux contraintes autres que thermiques, on évalue dans un premier temps, -les performances obtenues lors de l'ébullition nucléée sur une surface chauffante simple. Un moins bon comportement thermique des fluides substituts, tant en ce qui concerne les coefficients d'échange que les flux critiques, est mis en évidence. Il influe sur les performances des systèmes actuellement utilisés et cela implique une amélioration de ceux-ci. Une meilleure connaissance des phénomènes intervenant dans le processus d'échange est nécessaire. Cette connaissance est acquise de deux mani8res complémentaires : par la réalisation d'essais avec différents substituts sur des prototypes instrumentés et par la mise au point d'une modélisation par éléments finis. Les résultats de ces deux démarches montrent que l'on peut retrouver, voire améliorer, les performances initiales.

Within the field of railway traction, the ·current coming from the catenar is used for traction engines and for the operation. Of ali auxiliary equipments. The various modifications it undergoes lead to thermal fosses, in particular within power semi-conductors. These fosses have to be evacuated in order to assure the good operation of the whole. Among existing solutions, one of the best peforming ones is nucleate boiling cooling: electronic components are directly immersed in a dielectrical liquid in saturated state. Until today a fluid have been imposed due to its various qualities: the R113. The use of this latter being condemned in mean period of time, it cornes to find a substitute for it. Ali evantual existing substitutes belong to the perfluorocarbonated family. After being assumed than these fluids respond correctly to constraints other than thermal, we evaluate on a first time performances obtained du ring nucleate beiJing over a heated plate. A Jess good thermal behavior of substitutes, with regard to exchange coefficient and critical he at fluxes, is observed. It influences system performances which are used actually and this implies the ir improvment. A better knowledge of phenomenas occuring within the exchange process is necessary. This knowledge is acquired in two complementary ways: by the conduction of experiments with various substitutes on prototypes and by the set up of modelization with finish element. The results of both proceedings show that we can recover, even improve, initial performances.