RU2151448C1 - Статический преобразователь с испарительно-конвективным охлаждением - Google Patents
Статический преобразователь с испарительно-конвективным охлаждением Download PDFInfo
- Publication number
- RU2151448C1 RU2151448C1 RU96120461A RU96120461A RU2151448C1 RU 2151448 C1 RU2151448 C1 RU 2151448C1 RU 96120461 A RU96120461 A RU 96120461A RU 96120461 A RU96120461 A RU 96120461A RU 2151448 C1 RU2151448 C1 RU 2151448C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- convective
- heat
- heat exchanger
- heat transfer
- condenser
- Prior art date
Links
Landscapes
- Rectifiers (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электроники и может быть использовано в различных преобразовательных устройствах. Технический результат от использования изобретения заключается в повышении надежности статического преобразователя с испарительно-конвективным охлаждением и снижение расхода дорогостоящего легкокипящего жидкого фторсодержащего промежуточного теплоносителя. Статический преобразователь с испарительно-конвективным охлаждением состоит из герметичного корпуса 1, в нижнем отсеке 2 которого размещены силовые полупроводниковые приборы 3 в сборе с оребренными теплоотводами 4 в среде легкокипящего жидкого фторсодержащего промежуточного теплоносителя 5, в среднем отсеке 6 корпуса 1 размещено трансформаторно-дроссельное оборудование 7, конвективный теплообменник 8 и конвективный жидкий кремнийорганический промежуточный теплоноситель 9. Конденсатор-теплообменник 10 размещен в верхнем отсеке 11. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области электроники и может быть использовано в различных преобразовательных устройствах.
Известен статический преобразователь электрической энергии с воздушным естественным или принудительным охлаждением (см. Агрегат выпрямительный ВАЗП 380/260, ТУ 16-37 ИЕАЛ 435.316.096).
Однако, такие конструкции обладают большими габаритными размерами и массами, низкой надежностью из-за неэффективности воздушного охлаждения.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является статический преобразователь с испарительным охлаждением, состоящий из герметичного корпуса, заполненного жидким легкокипящим диэлектрическим промежуточным теплоносителем, в который погружены все тепловыделяющие элементы электрической схемы: силовые полупроводниковые приборы, трансформаторы, дроссели, резисторы. Сверху, вне герметичного корпуса находится теплообменник-конденсатор, соединенный с корпусом паропроводом и конденсатопроводом (см. патент США N 3986550, кл. F 28 D 15/00, 1976 г.).
Недостатком данного преобразователя является то, что все тепловыделяющие элементы с различными рабочими температурами и различными удельными тепловыми нагрузками находятся в условиях одинаковой интенсивности теплообъема. Наиболее теплонагруженные элементы с наименьшими рабочими температурами - силовые полупроводниковые приборы, которые занимают 10-30% от общего объема преобразователя, действительно нуждаются в весьма интенсивном охлаждении, они действительно должны быть погружены в легкокипящий промежуточный теплоноситель, например фторорганическую жидкость МД-3Ф. Трансформаторы, дроссели занимают 70-90% объема преобразователя, менее теплонагружены, имеют более высокие рабочие температуры. Для них можно использовать менее интенсивное охлаждение, но они также погружены в жидкость МД-30Ф. Следовательно, на них расходуется 70-90% очень дорогостоящей жидкости МД-3Ф.
Технический эффект заключается в повышении надежности статического преобразователя с испарительно-конвективным охлаждением и снижение расхода дорогостоящего жидкого легкокипящего диэлектрического теплоносителя.
Сущность изобретения достигается тем, что в статическом преобразователе с испарительно-конвективным охлаждением, содержащем герметичный корпус, в котором размещены силовые полупроводниковые приборы, трансформаторно-дроссельное оборудование, теплообменник-конденсатор, герметичный корпус имеет нижний отсек, заполненный легкокипящим жидким фторосодержащим промежуточным теплоносителем, в котором размещены силовые полупроводниковые приборы, средний отсек, заполненный конвективным жидким кремнийорганическим промежуточным теплоносителем, в котором размещены трансформаторно-дроссельное оборудование и конвективный теплообменник, верхний отсек, в котором размещен теплообменник-конденсатор. Конвективный жидкий кремнийорганический промежуточный теплоноситель имеет температуру кипения не менее чем на 20-30oC выше, а плотность на 30-50% ниже, чем у легкокипящего жидкого фторосодержащего промежуточного теплоносителя. Соотношение объемов легкокипящего и конвективного теплоносителей равно:
,
где Vф - обьем легкокипящего жидкого фторосодержащего промежуточного теплоносителя, м3;
Vкр - обьем конвективного жидкого кремнийорганического промежуточного теплоносителя, м3;
Vспп - габаритный обьем силовых полупроводниковых приборов с оребренными теплоотводами, м3;
Vтр - габаритный объем трансформаторно-дроссельного оборудования, м3.
,
где Vф - обьем легкокипящего жидкого фторосодержащего промежуточного теплоносителя, м3;
Vкр - обьем конвективного жидкого кремнийорганического промежуточного теплоносителя, м3;
Vспп - габаритный обьем силовых полупроводниковых приборов с оребренными теплоотводами, м3;
Vтр - габаритный объем трансформаторно-дроссельного оборудования, м3.
Соотношение площадей теплопередающих поверхностей теплообменников при условиях равенства расходов и температур воды на входах в теплообменник-конденсатор и в конвективный теплообменник со стороны промежуточных теплоносителей равно:
,
где Fф п - площадь теплопередающей поверхности теплообменника-конденсатора со стороны пара легкокипящего жидкого фторосодержащего промежуточного теплоносителя, м2;
Fкр п - площадь теплопередающей поверхности конвективного теплообменника со стороны конвективного жидкого кремнийорганического промежуточного теплоносителя, м2;
Рспп - суммарная мощность тепловых потерь силовых полупроводниковых приборов, Вт;
Pтр - суммарная мощность тепловых потерь трансформаторно-дроссельного оборудования, Вт,
со стороны охлаждающей воды равно:
,
где - площадь теплопередающей поверхности теплообменника конденсатора со стороны охлаждающей воды, м2;
площадь теплопередающей поверхности теплообменника конденсатора со стороны охлаждающей воды, м2.
,
где Fф п - площадь теплопередающей поверхности теплообменника-конденсатора со стороны пара легкокипящего жидкого фторосодержащего промежуточного теплоносителя, м2;
Fкр п - площадь теплопередающей поверхности конвективного теплообменника со стороны конвективного жидкого кремнийорганического промежуточного теплоносителя, м2;
Рспп - суммарная мощность тепловых потерь силовых полупроводниковых приборов, Вт;
Pтр - суммарная мощность тепловых потерь трансформаторно-дроссельного оборудования, Вт,
со стороны охлаждающей воды равно:
,
где - площадь теплопередающей поверхности теплообменника конденсатора со стороны охлаждающей воды, м2;
площадь теплопередающей поверхности теплообменника конденсатора со стороны охлаждающей воды, м2.
На чертеже изображен статический преобразователь с испарительно-конвективным охлаждением, который состоит из герметичного корпуса 1, в нижнем отсеке 2 которого размещены силовые полупроводниковые приборы 3 в сборе с оребренными теплоотводами 4 в среде легкокипящего жидкого фторосодержащего промежуточного теплоносителя 5, например диэлектрической жидкости МД-3Ф. В среднем отсеке 6 корпуса 1 размещено трансформаторно-дроссельное оборудование 7, конвективный теплообменник 8 и конвективный жидкий кремнийорганический промежуточный теплоноситель 9, например жидкость типа 115-212. Конденсатор-теплообменник 10 размещен в верхнем отсеке 11, который соединен с корпусом 1 паропроводом 12 и конденсатопроводом 13. Соотношение площадей теплопередающих поверхностей теплообменников 8 и 10 при равенстве расходов и температур воды на входах в теплообменник-конденсатор 10 и в конвективный теплообменник 8 со стороны промежуточных теплоносителей 5 и 9 равно:
,
Fф п - площадь теплопередающей поверхности теплообменника-конденсатора 10 со стороны пара легкокипящего жидкого фторосодержащего промежуточного теплоносителя, м2;
Fкр п - площадь теплопередающей поверхности конвективного теплообменника 8 со стороны конвективного жидкого кремнийорганического промежуточного теплоносителя, м2;
Pспп - суммарная мощность тепловых потерь силовых полупроводниковых приборов 3, Вт;
Pтр - суммарная мощность тепловых потерь трансформаторно- дроссельного оборудования 7, Вт,
со стороны охлаждающей воды равно:
,
где площадь теплопередающей поверхности теплообменника-конденсатора 10 со стороны охлаждающей воды, м2;
площадь теплоотдающей поверхности конвективного теплообменника 8 со стороны охлаждающей воды, м2.
,
Fф п - площадь теплопередающей поверхности теплообменника-конденсатора 10 со стороны пара легкокипящего жидкого фторосодержащего промежуточного теплоносителя, м2;
Fкр п - площадь теплопередающей поверхности конвективного теплообменника 8 со стороны конвективного жидкого кремнийорганического промежуточного теплоносителя, м2;
Pспп - суммарная мощность тепловых потерь силовых полупроводниковых приборов 3, Вт;
Pтр - суммарная мощность тепловых потерь трансформаторно- дроссельного оборудования 7, Вт,
со стороны охлаждающей воды равно:
,
где площадь теплопередающей поверхности теплообменника-конденсатора 10 со стороны охлаждающей воды, м2;
площадь теплоотдающей поверхности конвективного теплообменника 8 со стороны охлаждающей воды, м2.
Устройство работает следующим образом. При прохождении электрического тока через силовые полупроводниковые приборы 3 в сборе с оребренными теплоотводами 4, расположенные в нижнем отсеке 2 герметичного корпуса 1 в среде легкокипящего жидкого фторосодержащего промежуточного теплоносителя 5, и трансформаторно-дроссельное оборудование 7, расположенное в среднем отсеке 6, в среде конвективного жидкого кремнийорганического промежуточного теплоносителя 9, выделяются тепловые потери Pспп и Ртр соответственно. При этом
где Vф - объем легкокипящего жидкого фторосодержащего промежуточного теплоносителя 5, м3;
Vкр - объем конвективного жидкого кремнийорганического промежуточного теплоносителя 9, м3;
Vспп - габаритный объем силовых полупроводниковых приборов 3 с оребренными теплоотводами 4, м3;
Vтр - габаритный объем трансформаторно-дроссельного оборудования 7, м3.
где Vф - объем легкокипящего жидкого фторосодержащего промежуточного теплоносителя 5, м3;
Vкр - объем конвективного жидкого кремнийорганического промежуточного теплоносителя 9, м3;
Vспп - габаритный объем силовых полупроводниковых приборов 3 с оребренными теплоотводами 4, м3;
Vтр - габаритный объем трансформаторно-дроссельного оборудования 7, м3.
Для эффективной работы устройства конвективный жидкий кремнийорганический промежуточный теплоноситель 9 должен иметь температуру кипения не менее чем на 20-30oС выше, а плотность на 30-50% ниже, чем у легкокипящего жидкого фторосодержащего промежуточного теплоносителя 5.
Мощность тепловых потерь Pспп от силовых полупроводниковых приборов 3 передается к оребренным теплоотводам 4. Легкокипящий жидкий фторосодержащий промежуточный теплоноситель 5 закипает на нагретых поверхностях теплоотводов, пары этого теплоносителя поднимаются сквозь конвективный жидкий кремнийорганический промежуточный теплоноситель 9 и через паропровод 12 достигают конденсатора-теплообменника 10, расположенного в верхнем отсеке 11. На поверхности конденсатора-теплообменника Sконд пары конденсируются и по конденсатопроводу 13 конденсат поступает обратно в нижний отсек 2.
Мощность тепловых потерь конденсаторно-дроссельного оборудования 7 Pтр, расположенного в среднем отсеке 6, передается от теплоотдающих поверхностей этого оборудования к конвективному жидкому кремнийорганическому промежуточному теплоносителю 9, а от него - к конвективному теплообменнику 8, расположенному также в среднем отсеке 6 в объеме конвективного теплоносителя 9. При этом коэффициент теплоотдачи от поверхностей трансформаторно-дроссельного оборудования 7 к конвективному теплоносителю 9, а от теплоносителя - к конвективному теплообменнику 8 существенно увеличивается за счет турбулизирующего эффекта, возникающего при движении паров кипящего теплоносителя 5 около поверхностей теплопередачи, что является одним из достоинств предлагаемого устройства. Тепловые потери от силовых полупроводниковых приборов 3 Pспп через конденсатор-теплообменник 10, а тепловые потери от трансформарно-дроссельного оборудования 7 Pтр, через конвективный теплообменник 8 передаются охлаждающей воде, причем вода на входах обоих теплообменников имеет одинаковые расходы и температуры.
По сравнению с известными решениями предлагаемое устройство позволяет повысить надежность статического преобразователя с испарительно-конвективным охлаждением, а также снизить расход дорогостоящей фторосодержащей легкокипящей жидкости, например МД-3Ф на 70-80%.
Claims (4)
1. Статический преобразователь с испарительно-конвективным охлаждением, содержащий герметичный корпус, в котором размещены силовые полупроводниковые приборы, трансформаторно-дроссельное оборудование, теплообменник-конденсатор, отличающийся тем, что герметичный корпус имеет нижний отсек, заполненный легкокипящим жидким фторосодержащим промежуточным теплоносителем, в котором размещены силовые полупроводниковые приборы, средний отсек, заполненный конвективным жидким кремнийорганическим промежуточным теплоносителем, в котором размещены трансформаторно-дроссельное оборудование и конвективный теплообменник, верхний отсек, в котором размещен теплообменник-конденсатор.
2. Статический преобразователь с испарительно-конвективным охлаждением по п.1, отличающийся тем, что конвективный жидкий кремнийорганический промежуточный теплоноситель имеет температуру кипения не менее чем на 20 - 30oС выше, а плотность на 30 - 50% ниже чем у легкокипящего жидкого фторосодержащего промежуточного теплоносителя.
3. Статический преобразователь с испарительно-конвективным охлаждением по п.1, отличающийся тем, что соотношение объемов легкокипящего жидкого фторосодержащего промежуточного теплоносителя и конвективного жидкого кремнийорганического промежуточного теплоносителя равно:
где Vф - объем легкокипящего жидкого фторосодержащего промежуточного теплоносителя, м3;
Vкр - объем конвективного жидкого кремнийорганического промежуточного теплоносителя, м3;
Vспп - габаритный объем силовых полупроводниковых приборов с оребренными теплоотводами, м3;
Vтр - габаритный объем трансформаторно-дроссельного оборудования, м3.
где Vф - объем легкокипящего жидкого фторосодержащего промежуточного теплоносителя, м3;
Vкр - объем конвективного жидкого кремнийорганического промежуточного теплоносителя, м3;
Vспп - габаритный объем силовых полупроводниковых приборов с оребренными теплоотводами, м3;
Vтр - габаритный объем трансформаторно-дроссельного оборудования, м3.
4. Статический преобразователь с испарительно-конвективным охлаждением по п.1, отличающийся тем, что соотношение площадей теплопередающих поверхностей теплообменников при равенстве расходов и температур воды на входах в теплообменник-конденсатор и в конвективный теплообменник со стороны промежуточных теплоносителей равно:
где F - площадь теплопередающей поверхности теплообменника-конденсатора со стороны пара легкокипящего жидкого фторосодержащего промежуточного теплоносителя, м2;
F - площадь теплопередающей поверхности конвективного теплообменника со стороны конвективного жидкого кремнийорганического промежуточного теплоносителя, м2;
Pспп - суммарная мощность тепловых потерь силовых полупроводниковых приборов, Вт;
Pтр - суммарная мощность тепловых потерь трансформаторно-дроссельного оборудования, Вт, со стороны охлаждающей воды равно:
где площадь теплопередающей поверхности теплообменника-конденсатора со стороны охлаждающей воды, м2;
площадь теплопередающей поверхности конвективного теплообменника со стороны охлаждающей воды, м2.
где F
F
Pспп - суммарная мощность тепловых потерь силовых полупроводниковых приборов, Вт;
Pтр - суммарная мощность тепловых потерь трансформаторно-дроссельного оборудования, Вт, со стороны охлаждающей воды равно:
где площадь теплопередающей поверхности теплообменника-конденсатора со стороны охлаждающей воды, м2;
площадь теплопередающей поверхности конвективного теплообменника со стороны охлаждающей воды, м2.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96120461A RU2151448C1 (ru) | 1996-10-04 | 1996-10-04 | Статический преобразователь с испарительно-конвективным охлаждением |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96120461A RU2151448C1 (ru) | 1996-10-04 | 1996-10-04 | Статический преобразователь с испарительно-конвективным охлаждением |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU96120461A RU96120461A (ru) | 1998-12-20 |
RU2151448C1 true RU2151448C1 (ru) | 2000-06-20 |
Family
ID=20186494
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96120461A RU2151448C1 (ru) | 1996-10-04 | 1996-10-04 | Статический преобразователь с испарительно-конвективным охлаждением |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2151448C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2161745A1 (en) * | 2008-09-08 | 2010-03-10 | Converteam Technology Ltd | Stack assemblies containing semiconductor devices |
-
1996
- 1996-10-04 RU RU96120461A patent/RU2151448C1/ru active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2161745A1 (en) * | 2008-09-08 | 2010-03-10 | Converteam Technology Ltd | Stack assemblies containing semiconductor devices |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4694378A (en) | Apparatus for cooling integrated circuit chips | |
US3609991A (en) | Cooling system having thermally induced circulation | |
US3417814A (en) | Air cooled multiliquid heat transfer unit | |
EP0924481A1 (en) | Thermoelectric element and thermoelectric cooling or heating device provided with the same | |
JPS6320020B2 (ru) | ||
SE437199B (sv) | Anordning avsedd for vermeavledning vid halvledare innefattande ett enligt termosifonprincipen arbetande vermeavledande organ | |
GB2295264A (en) | High temperature battery having cells in a thermally insulating case and immersed in a cooling liquid flowing around the cells to provide evaporative cooling | |
US20230254997A1 (en) | Systems and methods of improving thermal management of heat-generation components | |
RU2151448C1 (ru) | Статический преобразователь с испарительно-конвективным охлаждением | |
US4899211A (en) | Semiconductor cooling mechanisms | |
CN113260235A (zh) | 浸没冷却系统及电子设备 | |
GB2199650A (en) | Cooling electronic components | |
RU2142660C1 (ru) | Силовой полупроводниковый блок с испарительным охлаждением | |
US4884627A (en) | Omni-directional heat pipe | |
RU96120461A (ru) | Статический преобразователь с испарительно-конвективным охлаждением | |
EP0167665B1 (en) | Apparatus for cooling integrated circuit chips | |
SU970515A1 (ru) | Силовой полупроводниковый преобразователь с принудительным охлаждением | |
JPH0897338A (ja) | 電力用半導体機器の冷却装置 | |
RU96120470A (ru) | Силовой полупроводниковый блок с испарительным охлаждением | |
RU2157956C2 (ru) | Нагреватель с промежуточными теплоносителями | |
RU2821431C1 (ru) | Мощный теплопроводный полупроводниковый прибор | |
JPH0320070B2 (ru) | ||
CN219741033U (zh) | 浸没式液冷设备 | |
CN218632024U (zh) | 一种新型晶闸管模组 | |
JPH04196154A (ja) | 半導体冷却装置 |