Refroidissement par immersion monophasique et diphasique des composants de haute puissance

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La capacité de contrôler avec précision les tensions électriques à grande échelle a permis de nombreuses innovations efficaces et performantes… Des trains électriques à grande vitesse aux éoliennes, en passant par les véhicules électriques, de l’équipement de terrassement lourd aux stations de recharge à haute puissance. Mais l’équipement qui gère ce processus (y compris les onduleurs de puissance, les thyristors, les IGBT et les variateurs de vitesse) nécessite un refroidissement d’électronique de puissance à haute performance.

Les fluides de spécialité diélectriques 3M™ Novec™ peuvent sans danger entrer en contact avec les composants électroniques et refroidissent les appareils électriques de manière efficace et uniforme à l’aide d’un refroidissement par immersion monophasique ou diphasique, soit dans des systèmes passifs, soit à pompage actif. Ils offrent des plages de températures de fonctionnement étendues, ont une excellente compatibilité avec de nombreux matériaux et sont faciles à entretenir.

Ces caractéristiques font du refroidissement par immersion à l’aide de fluides de spécialité 3M Novec une excellente alternative aux systèmes refroidis à l’air, à l’eau ou à l’huile. Et tout ceci sans compromettre la sécurité des opérateurs ou votre responsabilité environnementale. En développant les machines électriques du futur, utilisez les fluides 3M Novec pour les garder à température idéale et gagner en fiabilité.

Fluides Novec pour refroidissement par immersion de l’électronique de puissance
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Comment fonctionne le refroidissement par immersion ?

  • Le refroidissement par immersion consiste à placer les composants électroniques directement dans un fluide non conducteur, permettant ainsi à la chaleur d’être transférée directement des composants vers le fluide caloporteur. Dans les systèmes de refroidissement indirect traditionnels, la chaleur doit être transférée à travers plusieurs interfaces thermiques, l’air, les échangeurs de chaleur et les fluides caloporteurs. Le refroidissement par immersion simplifie la conception thermique et augmente l’efficacité du transfert de chaleur, car presque toutes les surfaces peuvent être traitées directement.

    Les conceptions de refroidissement peuvent être passives ou à pompage actif ; elles peuvent inclure une transition de phase pendant le fonctionnement ou non, en fonction de la température d’ébullition du fluide sélectionné.


Différentes options de refroidissement

  • Icône du refroidissement par immersion monophasique
    Refroidissement par immersion monophasique

    Dans le refroidissement par immersion monophasique, le fluide a un point d’ébullition bien plus élevé et que la température de fonctionnement et reste dans sa phase liquide tout au long du processus. L’absorption de chaleur n’entraîne qu’une augmentation de la température du fluide.

  • Icone de refroidissement par immersion diphasique
    Refroidissement par immersion diphasique

    Dans les systèmes diphasiques, le fluide absorbe la chaleur par passage de la phase liquide à la phase vapeur. Cela offre une gestion thermique efficace avec un fonctionnement quasi isotherme. Le refroidissement par immersion diphasique augmente de façon exponentielle l’efficacité du transfert thermique à partir de l’ébullition et de la condensation du fluide.

  • Icône de refroidissement passif
    Processus de refroidissement passif

    Dans les systèmes passifs, la distribution de la température se fait uniquement par convection naturelle. La complexité est considérablement réduite, ce qui permet une réduction significative des coûts et une conception de système relativement simple et compacte, sans dissipateurs de chaleur complexes, échangeurs de chaleur, etc.

    Pour le refroidissement diphasique, la conception peut être soit un réservoir à reflux, soit un thermosiphon.

  • Icône de refroidissement actif
    Processus de refroidissement actif

    Des pompes sont utilisées pour augmenter le débit de fluide pendant la convection, ce qui augmente considérablement le taux d’évacuation de la chaleur. Les systèmes de refroidissement actifs sont utilisés lorsque la convection naturelle n’est pas suffisante pour évacuer la chaleur.

     

Le potentiel du refroidissement par immersion des applications clés de l’électronique de puissance

L’électronique de puissance fait avancer le monde. 3M a des décennies d’expérience dans le domaine du refroidissement de l’électronique de puissance, grâce aux fluides 3M™ Fluorinert™. Désormais, nos fluides Novec de nouvelle génération peuvent les conserver à une température de fonctionnement idéale grâce à un refroidissement par immersion simple, efficace, performant et durable. Avec des avantages significatifs par rapport aux méthodes de refroidissement existantes, considérez le potentiel des fluides Novec pour refroidir les applications électroniques de puissance futures, y compris :

  • Train à grande vitesse dans une gare ferroviaire moderne avec des personnes sur le quai.
    Train à grande vitesse

    Les trains électriques à grande vitesse transforment la façon dont les gens se déplacent sur de longues distances en toute sécurité, rapidement et avec un impact environnemental nettement inférieur à celui de l’avion ou d’autres modes de transport comparables.

  • Engins lourds de terrassement creusant la terre au lever du soleil.
    Machinerie lourde

    Les engins de terrassement peuvent littéralement déplacer des montagnes, mais ils nécessitent énormément d’énergie. Cette énergie peut être fournie efficacement via des systèmes d’entraînement électriques et hybrides contrôlés par une électronique de puissance.

  • Champ vert de grandes éoliennes sur fond de ciel bleu et de nuages duveteux.
    Éoliennes

    L’exploitation de l’énergie éolienne nécessite une transformation complexe de l’énergie mécanique (qui elle-même varie en fonction de la vitesse du vent) en énergie électrique adaptée au réseau électrique.

  • Plateforme offshore pour l’extraction de pétrole et de gaz de pétrole dans l’océan.
    Extraction pétrolière sous-marine

    Le fond de l’océan est un environnement particulièrement difficile pour l’électronique de puissance, qui est utilisée dans les pompes à haut rendement qui optimisent l’extraction du pétrole.

  • Dans les datacenters modernes, les entreprises qui réalisent leur refroidissement à l’aide de fluides 3M sont mieux préparées aux exigences de performances du futur tout en maîtrisant les coûts et l’impact sur les ressources naturelles.

  • Véhicule électrique en charge dans une station.
    Automobile
    L’adoption massive des véhicules électriques dépend de la production de transmissions efficaces et fiables qui utilisent l’électronique de puissance pour transférer l’énergie des batteries aux roues, ainsi qu’une infrastructure de recharge rapide.

Étude de cas : recharge ultra-rapide de véhicules électriques par ITT Cannon avec la technologie de refroidissement par liquide 3M Novec

  • Système de charge haute puissance pour VE, conçu par ITT Cannon et refroidi par 3M Novec
    • Alors que les véhicules électriques gagnent en popularité, la demande de solutions de recharge rapide généralisées et faciles à utiliser augmente en parallèle. ITT Cannon a développé un système de connecteur de câble CC de charge à haute puissance refroidi par des fluides de spécialité Novec. Il permet de fournir une charge de 100 kilomètres à un véhicule électrique en trois à cinq minutes seulement.

    • Le connecteur de câble de charge refroidi par un fluide Novec permet une charge ultra-rapide (500 A à 1000 V) tout en minimisant le diamètre du câble pour que le système, flexible et ergonomique, soit aussi facile à utiliser pour les conducteurs qu’une pompe à essence. De plus, les fluides Novec :
       

      • Ont un faible PRP (Potentiel de Réchauffement Planétaire) pour un impact environnemental réduit
      • Sont ininflammables et non conducteurs pour une meilleure sécurité
      • Ne sont pas corrosifs, pour des coûts de maintenance réduits
    • Télécharger l’étude de cas (PDF, 129 Ko)


  • Silhouette d’une ligne d’hélicoptères militaires volant au coucher du soleil.

    Refroidissement de l’électronique militaire et aéronautique

    • L’industrie aéronautique et de nombreux types d’équipements militaires spécialisés ont besoin d’un refroidissement compact, efficace et très fiable. Les fluides de spécialité 3M Novec ont les propriétés requises pour répondre aux exigences de l’aéronautique et les autres composants électroniques critiques d’un système de refroidissement. Ils sont également compatibles avec les systèmes de refroidissement par pulvérisation utilisés dans les applications aéronautiques et terrestres haut de gamme. En plus des performances de refroidissement, les fluides Novec sont ininflammables contrairement à la polyalphaoléfine (PAO) et sont beaucoup moins salissants que les huiles caloporteuses, facilitant ainsi l’entretien.

    • Téléchargez des informations sur les Solutions de refroidissement 3M pour applications militaires (PDF, 1009 Ko)


Le potentiel des solutions de refroidissement nouvelle génération

  • Une bouteille ambre de 3,5 l de fluide de spécialité 3M Novec 7100 sur un fond blanc.
    • Nous avons développé les fluides de spécialité 3M Novec pour exceller dans les applications de transfert thermique. Grâce à notre collaboration avec les principaux fabricants d’électronique de puissance, nous comprenons les exigences imposées aux fluides caloporteurs utilisés dans le refroidissement par immersion de l’électronique de puissance, et nous offrons des produits qui se distinguent par leurs caractéristiques :
       

      • Une gamme étendue de températures de fonctionnement pour de nombreuses applications
      • Options compatibles avec les systèmes de refroidissement par immersion monophasique ou diphasique.
      • Excellente compatibilité matériaux pour éviter d’endommager l’équipement
      • Une gamme étendue de points d’ébullition, de pressions et de densités de vapeur
      • Forte rigidité diélectrique qui les rend sûrs pour le contact avec les composants électroniques
    • Télécharger le guide de sélection des produits de transfert thermique (PDF, 79 Ko)


La prochaine phase de nos décennies d’expérience dans le refroidissement de l’électronique de puissance

  • Les fluides électroniques Fluorinert de 3M sont utilisés pour le refroidissement par immersion de l’électronique de puissance depuis des décennies. 3M applique maintenant cette expérience aux fluides de spécialité 3M Novec, qui partagent les mêmes caractéristiques mais avec un profil environnemental amélioré. Contactez-nous pour vous aider à choisir le produit qui correspond le mieux à vos spécifications et à vos objectifs.


Novec : une alternative plus ingénieuse aux solutions de refroidissement classiques

Le refroidissement par immersion de l’électronique de puissance au moyen de fluides de spécialité Novec offre de nombreux avantages par rapport aux autres méthodes.

  • Icône de ventilateur blanc sur fond violet représentant le refroidissement à l’air.
    Comparaison entre Novec et l’air

    Le refroidissement par immersion offre un refroidissement plus constant et plus efficace que l’air. Cela permet d’obtenir une plus grande densité de composants électroniques, ce qui est essentiel à la création d’une électronique de puissance plus compacte.

  • Icône d’un robinet d’eau blanc sur fond violet représentant le refroidissement à l’eau.
    Comparaison entre Novec et l’eau

    L’utilisation de l’eau pour refroidir l’électronique de puissance et autres appareillages électriques exige une grande complexité, pour s’assurer que l’eau n’entre pas en contact avec l’électronique et ne crée pas de court-circuit. Les fluides de spécialité Novec sont diélectriques et sûrs pour le contact avec les composants électroniques, simplifiant ainsi le système.

  • 3 gouttes blanches sur fond violet pour le refroidissement par immersion à l’huile.
    Comparaison entre Novec et l’huile

    Les huiles parfois utilisées pour le transfert de chaleur dans les refroidissements par immersion pour l’électronique de puissance sont toutes inflammables à une certaine température. Elles laissent également des résidus. Les fluides de spécialité Novec sont ininflammables, ce qui augmente la sécurité de l’installation et facilite son entretien en ne laissant aucun résidu.


  • Grand arbre vert dans un champ vert avec un ciel bleu clair.

    Toutes les performances sans compromis

    La promesse de Novec est une performance sans compromis. Nos ingénieurs ont expressément développé les fluides de spécialité Novec en tenant compte de la sécurité des opérateurs et de l’impact environnemental. Caractéristiques de ces fluides :
     

    • Ininflammabilité et marge de sécurité considérable pour les opérateurs
    • Faible impact environnemental, avec un potentiel d’appauvrissement de la couche d’ozone (PACO) nul et un faible potentiel de réchauffement planétaire (PRP), comparé aux réfrigérants hydrocarbonés conventionnels
    • Forte conformité réglementaire : non visé par des restrictions réglementaires ou une réduction progressive de mise sur le marché

Outils et ressources sur le refroidissement de l’électronique de puissance

Bannière de premier plan bleu foncé et bleu clair.

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