Силовой полупроводниковый преобразователь с принудительным охлаждением

 

Союз Советсиик

Социалнстичесиих

Республии

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к ввт. спид-ву (22) Заявлено 06. 04. 81 (2I ) 3273803/24-07 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 30. 10 . 82 . Бюллетень J440

Дата опубликования описания 30. 1Q.82 (51}M. Кд.

Н 01 L 23/34 фкудврствеим4 коиитвт

СССР ао делам изо4ретеиий и открытий (53) УДК 621. 314. .632(088.8) -"й.д„, А. И. Исакеев, А. В. Носков и В. В. Мед ей@в 44.:.р;-.. " Р -((;.

< ь )

>

4

Ленинградский технологический институт холодильнеи,. промышленности (72) Авторы изобретения (7I) Заявитель (54) СИЛОВОЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ

Изобретение относится к электротех нике, а именно к конструкции силовых полупроводниковых преобразоватепей с принудительным охлаждением.

Известен силовой полупроводниковый блок, содержащий герметичный сосуд, частично заполненный низкокипящей диэлектрической жидкостью, в которую погружен полупроводниковый элемент с прижатыми к нему охлаждающими ребра» ми, и конденсатор, расположенный в верхней части емкости jl 1.

При таком охлаждении полупроводниковых приборов, мощность тепловыделений в которых достигает 2 кВт, плотность теплового потока и температурный напор превышают критические значения для диэлектрических жидкостей например, фреонаъ113, МД-3Ф).

При этом происходит переход от пузырькового к пленочному режиму кипения, теплоотвод от полупроводниково".

ro элемента резко падает, что приво" дит к значительному повышению температуры р-и перехода и выходу прибора из строя.

Увеличение же поверхности охлаждающих ребер приводит к росту общего теплового сопротивления всего устройства и ухудшению массо-габаритных показателей. При этом развитие поверхности теплообмена за счет увеличения размеров охлаждающих ре о ь бер, выше некоторого предела не дает должного эффекта.

Наиболее близким к предлагаемому является силовой полупроводниковый преобразователь, содержащий герметичную емкость, частично заполненную низкокипящей диэлектрической жидкостью, в которую погружен по к1зайней мере один полупроводниковый прибор с охлаждающими ребрами, име2О ющими вертикальные сквозные каналы, и конденсатор, обдуваемый потоком воздуха; Тепловое сопротивление ох97051

15 лаждающих ребер в этом случае уменьшается f2).

Однако температура поверхности каналов, находящихся в непосредственной близости от зоны максимальных тепловыделений полупроводникового прибора, выше, чем температура наружной поверхности охгаждающих ребер, что в еще большей мере способствует наступлению пленочного режи- 10 ма кипения внутри вертикальных каналов.

Цель изобретения — увеличение отводимой мощности путем интенсификации процесса теплообмена.

Указанная цель достигается тем, что в силовом полупроводниковом преобразователе с принудительным охлаждением, содержащем обдуваемый потоком воздуха конденсатор, соединенный с герметичной емкостью, частично заполненной диэлектрической жидкостью в которую погружены мощные таблеточные полупроводниковые приборы с охлаждающими ребрами, имеющими вертикальные каналы, конденсатор выполнен из двух отдельных секций, одна из которых сообщается с герметичной емкостью, а вторая соединена посредством гибких трубопроводов с верхни-, ми концами вертикальных каналов охлаждающих ребер, нижние концы кото. рых герметично закрыты, причем внутренняя полость указанных каналов заполнена жидким теплоносителем, име35 ющим температуру кипения более высокую, чем температура кипения диэлектрической жидкости.

На фиг. 1 схематично показан преобразователь общий вид; на фиг. 2— сечение охлаждающих ребер.

Устройство состоит из герметичной емкости 1 t, фиг.1 ), частично заполненной диэлектрической жидкостью

2, погруженных в нее полупроводнико45 вых приборов 3 вместе с охлаждающими ребрами 4, изоляторами . >, шинами

6, помещенных между зажимными траверсами 7 и стянутых болтами 8 гибких трубопроводов 9, диэлектрических

50 вставок 10 и конденсатора, состоящего из двух отдельных секций 11 и

12.

Охлаждающие ребра 4 имеют вертикальные каналы 13, которые образуют 55 внутреннюю замкнутую полость, к верхней части которой присоединены гибкие трубопроводы 9. Каналы охлаждающих

5 4 ребер заполнены жидким теплоносителем 14, температура кипения которого на 20-25 С выше температуры кипения диэлектрической жидкости.

При прохождении через полупроводниковые приборы 3 электрического тока выделяемое ими тепло передается охлаждающим ребрам 4, температура их наружной поверхности повышается и контактирующая с ней диэлектрическая. жидкость 2 начинает кипеть. Образующийся при этом пар поднимается в верхнюю часть герметичной полости 1, а оттуда в первую секцию 11 конденсатора. Пары диэлектрической жидкости конденсируются и конденсат по вертикальным охлаждающим поверхностям конденсатора стекает в герметичную емкость.

Во внутренней полости охлаждающих ребер 4 происходит нагрев теплоносителя 14 и теплообмен осуществляется. за счет естественной конвекции вследствие того, что температура кипения теплоносителя выше, чем температура кипения диэлектрической жидкости. Указанная работа устройства характерна при небольших нагрузках на полупроводниковые приборы.

При этом выделяемое ими тепло, в основном, поглощается эа счет скрытой теплоты парообразования диэлектрической жидкости, кипения теплоносителя во внутренней полости охлаждающих ребер не происходит.

При тепловых потерях в полупроводниковом элементе, достигающих

1,5-2,0 кВт, температура поверхности вертикальных каналов 13 значительно возрастает и начинается кипение жидкого теплоносителя 14 во внутренней полости охлаждающих ребер. Образующийся при этом пар поднимается по гибким трубопроводам 9 и поступает во вторую секцию 12 конденсатора. Конденсат стекает по вертикальным поверхностям конденсатора и трубопроводам во внутреннюю полость охл ьждающих ребер. В то же время на наружной поверхности ребер происходит кипение диэлектрической жидкости,2, пары которой конденсируются в первой секции 11 конденсатора.

Температура кипения жидкого теплоносителя выбирается таким образом, чтобы при предельных нагрузках на полупроводниковые приборы, внутри

9705

Формула изобретения

/7

Я.

Рие. 2

Составитель Н. Нестеренко

Техред Т.Маточка (орректор М. !Чароши

Редактор Ю. 1(овач

Заказ 8400/67 Тираж 761 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, N"35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 каналов охлаждающих ребер происходило пузырьковое кипение. При использовании в качестве теплоносителя жидкости, обладающей высокой теплотой парообразования (например, воды ), значительная часть тепла отводится в процессе ее кипения. Уменьшение теплоотвода с наружной поверхности охлаждающих ребер исключает возможность наступления пленочного ре- 10 жима кипения диэлектрической жидкости.

Использование предлагаемого преобразователя позволяет эффективно ох. лаждать полупроводниковые блоки, со- 1S стоящие из наиболее мощных приборов, рассчитанных на токи 16002000 А, выпускаемых в СССР и за рубежом.

Силовой полупроводниковый преобразователь с принудительным охлаждением, содержащий обдуваемый потоком воздуха конденсатор, соединенный с герметичной емкостью, частич15 6 но заполненной диэлектрической жидкостью, в которую погружены мощные таблеточные полупроводниковые приборы с охлаждающими ребрами, имеющими вертикальные каналы, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения отводимой мощности путем интенсифи-,, кации процесса теплообмена, конденсатор выполнен из двух отдельных секций, одна из которых сообщается с герметичной емкостью, а вторая соединена посредством гибких трубопроводов с верхними концами вертикальных каналов охлаждающих ребер, нижние концы которых герметично закрыты, причем внутренняя полость указанных каналов заполнена жидким теплоносителем, имеющим температуру ки" пения более высокую, чем температуоа кипения диэлектрической жидкости.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Японии М 51-. 47580, кл. Н О1. L23/34,, 1976.

2. Патент Японии 4 51-47576, кл. Н 01 L 23/14, 1976.