Силовой полупроводниковый модуль с испарительным охлаждением

 

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано в статических преобразователях электрической энергии. Цель изобретения - увеличение нагрузочной способности силового поВход т- -н лупроводникового модуля путем повышения эффективности охлаждения - достигается тем, что для исключения запаривания автономных отсеков в устройство введена дополнительная герметичная емкость 6 с размещенным в ней теплообменником 7- Автономные отсеки 2 соединены с основной герметичной емкостью 4 верхними компенсаторами продольного расширения (КПР) 3, а с дополнительной герме - тичной емкостью 6 нижними КПР 5- Наклонный конденсатор 8, конденсатопровод 10, дополнительная .герметич-; ная емкость 6, автономные отсеки 2, основная герметичная емкость 4 соединены между собой с образованием циркуляционного контура. Между автономными отсеками 2 установлены полупроводниковые приборы 1. 1 ил. .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН 51) н 01 1. 23/34

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВйДБТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4817174/21 (22) 20. 04. 90 (46) 07.04.92. Бюл. М 13 (71) Мордовский государственный университет им,Н.П.Огарева (72) В.M.Êàëèêàíoâ (53) 621.396.67.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 552648, кл. Н 01 L 23/34, 1978.

Заявка Японии У 54-36733, кл. Н 01 г. 23/34, 1979 ° (5 ) силовой полупРоводниковый моДУЛЬ С ИСПАРИТЕЛЬНЦМ ОХЛАЖДЕНИЕМ (57) Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано в статических преобразователях электрической энергии.

Цель изобретения - увеличение нагрузочной способности силового поезд

„„SU, 1725295 А 1

2 лупроводникового модуля путем повышения эффективности охлаждения достигается тем, что для исключения запариваНия автономных отсеков в устройство введена дополнительная герметичная емкость 6 с размещенным в ней теплообменником 7. Автономные отсеки 2 соединены с основной герметичной емкостью 4 верхнимй компенсаторами продольного расширения (КПР) 3, а с дополнительной герме тичной емкостью 6 нижними КПР 5.

Наклонный конденсатор 8, конденсатопровод 10, дополнительная герметич-. ная емкость 6, автономные отсеки 2, основная герметичная емкость 4 соединены между собой с образованием циркуляционного контура. Между автономными отсеками 2 установлены полупроводниковые приборы 1. 1 ил..

1725295

Изобретение относится к электротехнике, а именно к полупроводниковой технике, и может быть использовано в статических преобразователях зле- 5 ктрической энергии.

Известен силовой блок преобразовательной установки, содержащий си ловые полупроводниковые приборы, укрепленные на внешней стороне герме- 10 тичной теплообменной камеры, заполненной охлаждающей жидкостью с размещенным в ней конденсатором.

Недостатком данного блока является невозможность эффективного двусто- 15 роннего теплоотвода от силовых полупроводниковых приборов.

Наиболее близким к предлагаемому является силовой полупроводниковый модуль с испарительным охлаждением, содержащий герметичную емкость, заполненную жидким промежуточным теплоносителем, соединенную паропроводом с наклонным конденсатором, расположен" ным вне герметичной емкости, имеет силовые полупроводниковые приборы . табл=-точного типа, расположенные между автономными отсеками, соединенными с герметичной емкостью с помощью компенсаторов продольного расширения. Кроме того, конденсатор соединен с герметичной емкостью конденсатопроводом, причем конденсатопровод присоединен к герметичной З5 емкости выше автономных отсеков.

Недостатком известного модуля является то, что при работе модуля происходит запаривание автономных отсеков, что ухудшает охлаждение силовых полупроводниковых приборов, снижает их нагрузочную способйость и, соответственно, нагрузочную спо-, собность модуля.

Целью изобретения является увеличение нагрузочной способности силового полупроводникового модуля путем повышения эффективности охлаждения.

Силовой полупроводниковый модуль 50 с испарительным охлаждением, содер жащий герметичную емкость с автономными параллельно расположенными отсеками, заполненную жидким теплоносителем и соединенную паропроводом 55 с входом наклонного конденсатора, расположенного вне герметичной емкости, выход которого соединен с одним концом конденсатопровода и

GNAT loBble полупроводниковые приборы таблеточного типа, установленные между а втономными отсеками, соединенными одними своими концами с герметичной емкостью через верхние компенсаторы продольного расширения, снабжен дополнительной герметичной емкостью с размещенными в ней теплообменником и нижними компенсаторами продольного расширения, установленными между вторыми концами автономных отсеков и дополнительной герметичной емкостью, при этом второй конец конденсатопровода соединен с входом дополнительной герметичной емкости с образованием замкнутой системы циркуляции теплоносителя.

На чертеже схематично изображен предлагаемый модуль.

Силовые полупроводниковые приборы 1 таблеточного типа расположены между автономными параллельно расположенными отсеками 2, которые с помощью верхних компенсаторов 3 продольного расширения соединены с основной герметичной емкостью 4, а с помощью дополнительных нижних компенсаторов 5 продольного расширения с дополнительной емкостью 6, внутри которой расположен дополнительный теплообменник 7. Сверху над основной герметичной емкостью 4 расположен наклонный конденсатор.В, входом соединенный с этой емкостью паропроводом 9, а выходом - с входом дополнительной емкости 6 конденсатопрово; дом 10 с образованием замкнутой системы циркуляции теплоносителя.

Конденсатопровод 10 присоединен к дополнительной емкости 6 киже автономных отсеков 2. Основная 4 и дополнительная 6 емкости заполнены жидким промежуточным теплоносителем 14, например фреоном-113.

Модуль работает следующйм образом.

При прохождении электрического тока через силовые полупроводниковые приборы 1 в них выделяется мощность тепловых потерь, которая вызывает кипение фреона-113 11, находящегося в автономных отсеках 2. Пары фреона-113 передаются в основную герметичную емкость 4, далее через паро1725 провод 9 попадают в наклонный конденсатор 8, конденсируются, конденсат по конденсатопроводу 10 стекает в дополнительную емкость 6. фреон113 (конденсат) из дополнительной емкости поступает снова в автономные отсеки на место выкипевшего там фреона. Таким образом, возникает циркуляционное движение промежуточного теплоносителя около силовых полупроводниковых приборов, что исключает возникновение пленочного режима кипения (запаривания) в автономных отсеках около полупроводниковых приборов. Причем чем выше тепловые потоки от полупроводниковых приборов, тем выше интенсивность циркуляции жидкости, тем выше скорость движения жидкости около приборов, 20 а чем выше скорость движения кипящей жидкости около поверхности нагрева, тем выше коэффициент теплоотдачи при кипении, т.е. усиливается интенсивность теплоотдачи от полупроводниковых приборов, увеличивается их нагрузочная способность, а следовательно, и нагрузочная способность модуля в целом. Кроме того, дополни" тельная интенсивность охлаждения обеспечивается за счет дополнительного охлаждения конденсата дополнительным теплообменником 7.

При работе модуля автономные отсеки, выполняемые, например, из меди, 35 удлиняются за счет теплового линейного расширения металла. Чтобы исключить разрушение конструкции модуля из-за этого, используются компенса" торы продольного расширения, верхние

3 и нижние 5, служащие одновременно, и электрическими изоляторами. Конденсатор 8 и дополнительный теплообменник охлаждаются жидкостью, 45 например технической (проточной) водой.

Использование изобретения для охлаждения мощных отечественных силовых полупроводниковых приборов на токи 0

630-1600 А позволяет существенно снизить тепловое сопротивление ох-. лаждающей системы и, следовательно, полного теплового сопротивления полу295 провод ни кова я. стру кт ура — окружа юща я среда, что приводит к увеличению нагрузочной способности полупроводниковых приборов, необходимого в момент изменения рабочего тока ста гического преобразователя. Повышение нагрузочной способности приборов позволяет снизить количество полупроводниковых приборов в силовых схемах статических преобразователей электрической энергии, соответственно, снизить такое же,количество охладителей, что приводит к экономии дорогостоящих силовых полупроводниковых приборов,остродефицитных материалов охлаждающих систем: меди, олова, алюминия и т.д. формула изобретения

Силовой полупроводниковый модуль с испарительным охлаждением, содержащий герметичную емкость с автономными параллельно расположенными отсеками, заполненную жидким теплоносителем и соединенную паропроводом с входом наклонного конденсатора, расположенного вне герметичной емкости, выход которого соединен с одним концом конденсатопровода, и силовые полупроводниковые приборы таблеточного типа, установленные между автономными отсеками, соединенными одними своими концами с герметичной емкостью через верхние компенсаторы продольного расширения, о т л и ч а ю щ и и " с я тем, что, с целью увеличения нагрузочной способности силового полупроводникового модуля путем повышения эффективности охлаждения, он снабжен дополнительной герметичной емкостью с размещенным в нем теплообменником и нижними компенсаторами продольного расширения, установленными между вторыми концами автономных отсеков и дополнительной герме" тичной емкостью,.при этом второй конец конденсатопровода.соединен с входом дополнительной герметичной емкости с образованием замкнутой системы циркуляции теплоносителя.