RU2201014C2 - Устройство для охлаждения силовых полупроводниковых приборов - Google Patents

Устройство для охлаждения силовых полупроводниковых приборов Download PDF

Info

Publication number
RU2201014C2
RU2201014C2 RU2000101109A RU2000101109A RU2201014C2 RU 2201014 C2 RU2201014 C2 RU 2201014C2 RU 2000101109 A RU2000101109 A RU 2000101109A RU 2000101109 A RU2000101109 A RU 2000101109A RU 2201014 C2 RU2201014 C2 RU 2201014C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
evaporator
spp
channel
steam
diameter
Prior art date
Application number
RU2000101109A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2000101109A (ru
Inventor
В.М. Каликанов
Ю.А. Фомин
В.И. Пузаков
Original Assignee
Мордовский государственный университет им. Н.П.Огарева
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Мордовский государственный университет им. Н.П.Огарева filed Critical Мордовский государственный университет им. Н.П.Огарева
Priority to RU2000101109A priority Critical patent/RU2201014C2/ru
Publication of RU2000101109A publication Critical patent/RU2000101109A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2201014C2 publication Critical patent/RU2201014C2/ru

Links

Images

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

Использование: в статических преобразователях электрической энергии. Сущность: устройство состоит из отрезка прессованного профиля с внешним оребрением, внутренними вертикальными каналами конденсации и каналом-паропроводом. В нижней части внутреннего вертикального канала-паропровода (в зоне кипения) расположен встроенный испаритель, оребренный прямыми кольцами постоянного сечения из высокотеплопроводного материала, например меди. Торцевые поверхности основания испарителя, к которым прижаты один или два силовых полупроводниковых прибора, расположены вне канала-паропровода. Каналы конденсации и канал-паропровод вверху соединены паровым коллектором, внизу - коллектором конденсата. Нижняя часть канала-паропровода (зона кипения) и частично нижние части каналов конденсации заполнены жидким промежуточным теплоносителем, например перфтортриэтиламином. Технический результат заключается в повышении эффективности охлаждающего устройства, улучшении технологичности изготовления, снижении материалоемкости устройства. 4 з.п.ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательной технике, и может использоваться в статических преобразователях электрической энергии.
Известно охлаждающее устройство для силовых полупроводниковых приборов (СПП) на основе цельнометаллических алюминиевых прессованных профилей (см. Охладители воздушных систем охлаждения для полупроводниковых приборов. - М. Информэлектро, 1966, с. 31).
Однако такие конструкции обладают низкой эффективностью теплоотвода и большой материапоемкостью.
Наиболее близким техническим решением к заявленному является устройство для охлаждения силовых полупроводниковых приборов таблеточного типа на основе двухфазного термосифона (ДТС), состоящего из отрезка прессованного профиля из алюминиевого сплава с внешним оребрением и внутренними каналами, являющегося конденсатором, и испарителя, из алюминиевого сплава, имеющего внутренние цилиндрические каналы кипения, соединяемого с конденсатором сваркой; устройство частично заполнено жидким промежуточным теплоносителем (Исакеев А.И. и др. Эффективные способы охлаждения силовых полупроводниковых приборов. Л., Энергоиздат, 1982, с.105-111).
Недостатком данной конструкции является низкая технологичность изготовления из-за большого количества сварных соединений между конденсатором и испарителем, высокая материалоемкость. Кроме того, испаритель из алюминиевого сплава с цилиндрическими каналами кипения имеет большое тепловое сопротивление, вследствии чего охлаждающее устройство низкую теплоотводяшую способность в целом.
Технический эффект заключается в повышении эффективности охлаждающего устройства, улучшении технологичности изготовления, снижении материалоемкости устройства.
Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для охлаждения силовых полупроводниковых приборов, содержащем выполненные в корпусе из отрезка прессованного профиля с внешним оребрением внутренние каналы и испаритель, частично заполненные жидким промежуточным теплоносителем, в нижней части одного внутреннего вертикального канала, являющегося каналом-паропроводом, расположен оребренный прямыми кольцевыми ребрами постоянного сечения испаритель из высокотеплопроводного материала, к торцевым поверхностям которого прижаты один или два силовых полупроводниковых прибора, находящиеся вне канала-паропровода, при этом с верхней части корпуса канал-паропровод соединен с остальными внутренними вертикальными каналами, выполняющими роль конденсатора, паровым коллектором, а в нижней части - коллектором конденсата.
Диаметры основания испарителя и контактной поверхности силового полупроводникового прибора соотносятся как
Dи=(1,0÷1,1)Dспп к,
где Dи - диаметр основания испарителя, м;
Dспп к - диаметр контактной поверхности СПП, м.
Диаметр кольцевых ребер испарителя и габаритный диаметр СПП соотносятся как
Dр=(1,1÷1,2)Dспп,
где Dр - диаметр кольцевых ребер испарителя, м;
Dспп - габаритный диаметр СПП, м.
Количество кольцевых ребер испарителя определяется из следующего соотношения:
Figure 00000002

где Sор - площадь оребренной поверхности испарителя, м2;
n - количество ребер испарителя;
Рспп - подводимая мощность тепловых потерь СПП (одного или двух), Вт;
b - толщина кольцевых ребер, м;
δ - межреберное расстояние, м;
b= δ≈(1,5÷2)10-3м - при использовании МД-3Ф в качестве промежуточного теплоносителя;
к - коэффициент подвода мощности тепловых потерь СПП;
к= (1,6÷2) - при одностороннем подводе тепла от СПП к испарителю (один СПП);
к= (1,2÷1,3) - при двухстороннем подводе тепла от СПП к испарителю (два СПП).
Глубина внутреннего канала-паропровода (зоны кипения) определяется следующим образом:
С=nb+(n+1)δ,
где С - глубина канала-паропровода (зоны кипения), м.
Ширина внутреннего канала-паропровода (зоны кипения) определяется следующим образом:
d=(1,05÷1,1)Dр
где d - ширина внутреннего канала-паропровода (зоны кипения), м.
На фиг.1 изображена конструкция охлаждающего устройства, на фиг.2 - разрез устройства. Устройство для охлаждения силовых полупроводниковых приборов состоит из отрезка прессованного профиля 1 с внешним оребрением 2 и внутренними вертикальными каналами конденсации 3 и каналом-паропроводом 4. В нижней части внутреннего вертикального канала-паропровода 4 (в зоне кипения) расположен встроенный испаритель 5, оребренный прямыми кольцами постоянного сечения из высокотеплопроводного материала, например меди. Торцевые поверхности основания испарителя, к которым прижаты один или два СПП 6, расположены вне канала-паропровода 4. Каналы конденсации 3 и канал-паропровод 4 вверху соединены паровым коллектором 7, внизу - коллектором конденсата 8. Нижняя часть канала-паропровода 4 (зона кипения) и частично нижние части каналов конденсации 3 заполнены жидким промежуточным теплоносителем, например перфтортриэтиламином.
Устройство работает следующим образом. При работе СПП 6, одного или двух, мощность тепловых потерь Рспп передается медному оребренному испарителю 5 через его торцевые поверхности, находящемуся в нижней части (зоне кипения) канала-паропровода 4. Диаметр основания испарителя 5 и контактной поверхности СПП 6 соотносятся как
Dи=(1,0÷1,1)Dспп к,
где Dи - диаметр основания испарителя, м;
Dспп.к - диаметр контактной поверхности СПП, м.
Тепловые потери передаются от основания испарителя к его кольцевым ребрам за счет теплопроводности. Диаметр кольцевых ребер испарителя 5 и габаритный диаметр СПП 6 соотносятся как
Dр=(1,1÷1,2)Dспп,
где Dр - диаметр кольцевых ребер испарителя, м;
Dспп - габаритный диаметр СПП, м.
Количество кольцевых ребер испарителя 5 определяется из следующих соотношений:
Figure 00000003

где n - количество ребер испарителя;
Sop - площадь оребренной поверхности испарителя, м2;
Рспп - подводимая мощность тепловых потерь СПП (одного или двух), Вт;
b - толщина кольцевых ребер, м;
δ - межреберное расстояние, м;
к - коэффициент подвода мощности тепловых потерь СПП;
к= (1,6÷2) - при одностороннем подводе тепла от СПП к испарителю (один СПП);
к= (1,2÷1,3) - при двухстороннем подводе тепла от СПП к испарителю (два СПП).
b= δ≈(1,5÷2)10-3 м - при использовании МД-3Ф в качестве промежуточного теплоносителя;
Оребренный испаритель 5 находится в среде жидкого промежуточного диэлектрического теплоносителя 9. Жидкость закипает на нагретой поверхности оребренного испарителя 5, пар поднимется вверх по каналу-паропроводу 4. Размеры канала-паропровода 4 (зоны кипения): глубина и ширина определяются следующим образом:
С=nb+(n+1)δ;
d=(1,05÷1,1)Dр,
где С - глубина канала-паропровода, м;
d - ширина канала-паропровода, м.
По каналу паропровода пар попадает в паровой коллектор 7, паровой коллектор направляет пар в каналы конденсации 3, которые находятся внутри отрезка прессованного профиля 1, конденсируется, конденсат стекает в коллектор конденсата 8 и далее в объем промежуточного теплоносителя 9, находящегося в зоне кипения устройства. Теплота при конденсации пара передается к внешней оребренной поверхности прессованного профиля 2 и отводится в окружающее пространство.
Эффективность устройства повышается за счет того, что испаритель 5, выполненный из высокотеплопроводного материала, имеет оптимальную цилиндрическо-кольцевую геометрию для отвода тепла при кипении от источника (СПП) с круглой поверхностью теплопередачи: все это значительно снижает тепловое сопротивление испарителя и, следовательно, устройство в целом.
Технологичность изготовления устройства повышается за счет того, что из его конструкции по сравнению с прототипом исключается большое количество сварных швов для соединения испарителя с конденсатором: сварка деталей из алюминиевых сплавов весьма трудоемка и энергоемка.
Снижение материалоемкости устройства происходит за счет того, что из конструкции прототипа исключается отдельный испаритель из алюминиевого сплава большими АД-31, который соединяется с отрезком прессованного профиля сваркой; в предлагаемой конструкции испаритель находится внутри канала-конденсатора в самом отрезке прессованного профиля.

Claims (5)

1. Устройство для охлаждения силовых полупроводниковых приборов, содержащее выполненные в корпусе из отрезка прессованного профиля с внешним оребрением внутренние каналы и испаритель, частично заполненные жидким промежуточным теплоносителем, отличающееся тем, что в нижней части одного внутреннего вертикального канала, являющегося каналом-паропроводом, расположен оребренный прямыми кольцевыми ребрами постоянного сечения испаритель из высокотеплопроводного материала, к торцевым поверхностям которого прижаты один или два силовых полупроводниковых прибора (СПП), находящихся вне канала-паропровода, при этом в верхней части корпуса канал-паропровод соединен с остальными внутренними вертикальными каналами, выполняющими роль конденсатора, паровым коллектором, а в нижней части - коллектором конденсата.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что диаметры основания испарителя и контактной поверхности силового полупроводникового прибора соотносятся как
Dи= (1,0÷1,1)Dспп к,
где Dи - диаметр основания испарителя, м;
Dспп к - диаметр контактной поверхности СПП, м.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что диаметр кольцевых ребер испарителя и габаритный диаметр СПП соотносятся как
Dр= (1,1÷1,2)Dспп,
где Dр - диаметр кольцевых ребер испарителя, м;
Dспп - габаритный диаметр СПП, м.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что количество кольцевых ребер испарителя определяется из соотношения
Figure 00000004

где Sор - площадь оребренной поверхности испарителя, м2;
n - количество ребер испарителя;
Рспп - подводимая мощность тепловых потерь СПП (одного или двух), Вт;
b - толщина кольцевых ребер, м;
δ - межреберное расстояние, м;
b= δ≈(1,5÷2)•10-3 м - при использовании МД-3Ф в качестве промежуточного теплоносителя;
к - коэффициент подвода мощности тепловых потерь СПП; к= (1,6÷2) - при одностороннем подводе тепла от СПП к испарителю (один СПП); к= (1,2÷1,3) - при двустороннем подводе тепла от СПП к испарителю (два СПП).
5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что размеры канала-паропровода определены следующим образом:
С = nb + (n +1)δ;
d = (1,05 ÷ 1,1) Dр,
где С - глубина канала-паропровода, м;
d - ширина канала-паропровода, м.
RU2000101109A 2000-01-12 2000-01-12 Устройство для охлаждения силовых полупроводниковых приборов RU2201014C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000101109A RU2201014C2 (ru) 2000-01-12 2000-01-12 Устройство для охлаждения силовых полупроводниковых приборов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000101109A RU2201014C2 (ru) 2000-01-12 2000-01-12 Устройство для охлаждения силовых полупроводниковых приборов

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2000101109A RU2000101109A (ru) 2001-11-10
RU2201014C2 true RU2201014C2 (ru) 2003-03-20

Family

ID=20229444

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000101109A RU2201014C2 (ru) 2000-01-12 2000-01-12 Устройство для охлаждения силовых полупроводниковых приборов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2201014C2 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2497232C1 (ru) * 2012-06-19 2013-10-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" Устройство для охлаждения силовых полупроводниковых приборов
RU2498451C1 (ru) * 2012-06-19 2013-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева" Устройство для интенсивного охлаждения силовых полупроводниковых приборов
RU2548052C1 (ru) * 2014-01-09 2015-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" Устройство для охлаждения силовых полупроводниковых приборов

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4036291A (en) * 1974-03-16 1977-07-19 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Cooling device for electric device
SU1725295A1 (ru) * 1990-04-20 1992-04-07 Мордовский государственный университет им.Н.П.Огарева Силовой полупроводниковый модуль с испарительным охлаждением
RU2026574C1 (ru) * 1991-07-12 1995-01-09 Мордовский государственный университет им.Н.П.Огарева Устройство для испарительно-жидкостного охлаждения
RU2142660C1 (ru) * 1996-10-04 1999-12-10 Мордовский государственный университет им.Н.П.Огарева Силовой полупроводниковый блок с испарительным охлаждением

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4036291A (en) * 1974-03-16 1977-07-19 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Cooling device for electric device
SU1725295A1 (ru) * 1990-04-20 1992-04-07 Мордовский государственный университет им.Н.П.Огарева Силовой полупроводниковый модуль с испарительным охлаждением
RU2026574C1 (ru) * 1991-07-12 1995-01-09 Мордовский государственный университет им.Н.П.Огарева Устройство для испарительно-жидкостного охлаждения
RU2142660C1 (ru) * 1996-10-04 1999-12-10 Мордовский государственный университет им.Н.П.Огарева Силовой полупроводниковый блок с испарительным охлаждением

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ИСАКЕЕВ А.И. и др. Эффективные способы охлаждения силовых полупроводниковых приборов. - Л.: Энергоиздат, 1982, с.105-111. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2497232C1 (ru) * 2012-06-19 2013-10-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" Устройство для охлаждения силовых полупроводниковых приборов
RU2498451C1 (ru) * 2012-06-19 2013-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева" Устройство для интенсивного охлаждения силовых полупроводниковых приборов
RU2548052C1 (ru) * 2014-01-09 2015-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" Устройство для охлаждения силовых полупроводниковых приборов

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN201044554Y (zh) 水冷式微槽群与热电组合激光器热控制系统
CN101242729A (zh) 毛细微槽群与热电组合热控制方法及系统
CN104851857B (zh) 一种芯片冷却系统
CN110035642A (zh) 一种液冷式导热块及水冷式散热器
CN106033749A (zh) 并联式平行微通道多芯片散热器
CN209766407U (zh) 空气冷却的大功率高热流散热装置
CN111664733A (zh) 一种微通道换热器结合热管的散热装置
CN113660833A (zh) 一种散热装置及高热流密度通讯机盒
CN211451987U (zh) 热量传导装置
RU2201014C2 (ru) Устройство для охлаждения силовых полупроводниковых приборов
CN111010847B (zh) 一种均热板式散热装置
CN201044553Y (zh) 风冷式微槽群与热电组合激光器热控制系统
CN105222389A (zh) 一种脉管制冷机
CN214336706U (zh) 基于脉动热管的数据中心芯片级冷却装置
CN101814464A (zh) 可控硅装置的微槽群复合相变集成冷却散热方法及装置
CN112512264B (zh) 一种散热装置及散热系统
KR200242427Y1 (ko) 고효율 열매체 방열기를 이용한 3중관 열교환기 및 이를이용한 보일러장치
CN111397412B (zh) 一种上下蓄热能力不同的环路热管蓄热器
RU2636385C1 (ru) Устройство охлаждения одиночного мощного светодиода с интенсифицированной конденсационной системой
CN103954155B (zh) 抗重力型螺旋盘管式非相变取热装置
CN112968008A (zh) 基于脉动热管的数据中心芯片级冷却装置及其制造方法
CN109945705B (zh) 一种放热能力高度变化的环路热管蓄热器
CN106455431A (zh) 板式环路热虹吸均温板
JPS5864488A (ja) 熱交換器
CN201345360Y (zh) 可控硅装置的自冷式微槽群复合相变集成冷却散热装置