RU2497232C1 - Устройство для охлаждения силовых полупроводниковых приборов - Google Patents
Устройство для охлаждения силовых полупроводниковых приборов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2497232C1 RU2497232C1 RU2012125578/28A RU2012125578A RU2497232C1 RU 2497232 C1 RU2497232 C1 RU 2497232C1 RU 2012125578/28 A RU2012125578/28 A RU 2012125578/28A RU 2012125578 A RU2012125578 A RU 2012125578A RU 2497232 C1 RU2497232 C1 RU 2497232C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spp
- sectional area
- nozzles
- cross
- evaporator
- Prior art date
Links
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электротехнике, а именно к полупроводниковой преобразовательной технике и может быть использовано в статических преобразователях электрической энергии, в агрегатах на основе силовых полупроводниковых приборов. Сущность изобретения: в устройстве для охлаждения силовых полупроводниковых приборов, включающем конденсатор, выполненный из отрезка прессованного профиля с внешним оребрением и внутренними каналами конденсации, соединенный с испарителем, внутри которого располагается интенсификатор кипения, автономный конденсатор располагается на расстоянии 1-3 метров сверху от испарителя, наполненного жидким промежуточным теплоносителем, и соединен с испарителем паропроводом и конденсатопроводом, который соединен с испарителем через сопла. Изобретение позволяет повысить эффективность охлаждающего устройства, улучшить технологичность его изготовления, снизить материалоемкость, дифференцировать конструкцию устройства в зависимости от уровней мощностей тепловых потерь охлаждаемых силовых полупроводниковых приборов (СПП). 5 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к электротехнике, к полупроводниковой преобразовательной технике и может быть использовано в статических преобразователях электрической энергии, в агрегатах на основе силовых полупроводниковых приборов.
Известно охлаждающее устройство для силовых полупроводниковых приборов (СПП) на основе цельнометаллических алюминиевых прессованных профилей (Охладители воздушных систем охлаждения для полупроводниковых приборов. - М.: Информэлектро, 1996, с.31).
Однако такие конструкции обладают низкой эффективностью теплоотвода и большой материалоемкостью.
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, жестко соединенного с конденсатором. Испаритель частично заполнена 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, данная конструкция не позволяет размещать испаритель и конденсатор в преобразовательных устройствах на некотором расстоянии друг от друга в целях более эффективной конструкторско-технологической компоновки преобразователей.
Технический результат заключается в повышении эффективности охлаждающего устройства, улучшении технологичности его изготовления, снижении материалоемкости, дифференцировании конструкции устройства в зависимости от уровней мощностей тепловых потерь охлаждаемых силовых полупроводниковых приборов (СПП).
Сущность изобретения достигается тем, что устройство для охлаждения силовых полупроводниковых приборов включает конденсатор, выполненный из отрезка прессованного профиля с внешним оребрением и внутренними каналами конденсации, соединен с испарителем, внутри которого расположен интенсификатор кипения. Автономный конденсатор расположен на расстоянии 1-3 метров сверху от испарителя, наполненного жидким промежуточным теплоносителем, и соединен с испарителем паропроводом и конденсатопроводом через сопла. Площадь поперечного сечения паропровода определяется следующим образом:
где: Sn - площадь сечения паропровода, м2;
РСПП - мощность тепловых потерь силовых полупроводниковых приборов (СПП), Вт;
ρn - плотность паров жидкого диэлектрика, кг/м3;
r - удельная теплота парообразования жидкого диэлектрика, Дж/кг
L - длина паропровода, м.
Площадь поперечного сечения конденсатопровода определяется следующим образом:
где: Sк- площадь поперечного сечения конденсатопровода, м2;
Рспп - мощность тепловых потерь силовых полупроводниковых приборов (СПП), Вт;
ρж плотность жидкого диэлектрика (плотность конденсата, кг/м3;
l - длина конденсатопровода, м.
Количество сопел конденсатопровода определяется следующим образом:
n=1 при Рспп≤1000 Вт;
n=2 1000 Вт<Рспп≤2000 Вт;
n=3 2000 Вт<Рспп≤3000 Вт;
n=4 3000 Вт<Рспп≤4000 Вт;
n=5 4000 Вт<Рспп≤5000 Вт;
n=6 5000 Вт<Рспп≤6000 Вт;
n=7 6000 Вт<Рспп≤7000 Вт;
n=8 7000 Вт<Рспп≤8000 Вт.
где: Рспп - мощность тепловых потерь силовых полупроводниковых приборов (СПП), Вт;
n - количество сопел, шт.
Площадь сечения сопел определяется следующим образом:
где: Sсоп - площадь сечения сопел, м2;
SК - площадь сечения конденсатопровода, м2;
n - количество сопел, шт.
Интенсификатор кипения в зависимости от рассеиваемой мощности тепловых потерь может иметь следующие конструктивные решения:
элемент из алюминиевого сплава с вертикальными каналами кипения при РСПП=2000 Вт;
элемент из меди с развитой оребренной поверхностью кипения 2000 Вт<РСПП<4000 Вт;
элемент из меди с развитой оребренной поверхностью кипения, с пористым покрытием поверхности кипения плазменным напылением меди 4000 Вт<Рспп<4000 Вт;
элемент с пористой структурой, спеченный медной стружки или опилок 6000 Вт<Рспп<4000 Вт.
Устройство для охлаждения силовых полупроводниковых приборов (фиг.1) содержит испаритель 1, автономный конденсатор 2, имеющий внешнее оребрение 3 и внутренние каналы конденсации 4. Автономный конденсатор 2 расположен на расстоянии 1-3 метров сверху от испарителя 1 и соединен с испарителем 1 паропроводом 5 и конденсатопроводом 6 через сопла 7. Внутри испарителя 1 расположен интенсификатор кипения 8, наполненный жидким промежуточным теплоносителем, например, перфтортриэтиломином, 9. Снаружи к испарителю 1 прижаты один или два силовых полупроводниковых приборов (СПП) 10. Площадь поперечного сечения паропровода 5 определяется следующим образом:
где: Sn - площадь сечения паропровода, м2;
Рспп - мощность тепловых потерь силовых полупроводниковых приборов (СПП), Вт;
ρn - плотность паров жидкого диэлектрика, кг/м3;
r - удельная теплота парообразования жидкого диэлектрика, Дж/кг
L - длина паропровода, м.
Площадь поперечного сечения конденсатопровода 6 определяется следующим образом
где: Sк - площадь сечения конденсатопровода, м2;
Рспп - мощность тепловых потерь силовых полупроводниковых приборов (СПП), Вт;
ρж - плотность жидкого диэлектрика (плотность конденсата, кг/м3;
l - длина конденсатопровода, м
Количество сопел 7 определяется следующим образом:
n=1 при Рспп≤1000 Вт;
n=2 1000 Вт<Рспп≤2000 Вт;
n=3 2000 Вт<Рспп≤3000 Вт;
n=4 3000 Вт<Рспп≤4000 Вт;
n=5 4000 Вт<Рспп≤5000 Вт;
n=6 5000 Вт<Рспп≤6000 Вт;
n=7 6000 Вт<Рспп≤7000 Вт;
n=8 7000 Вт<Рспп≤8000 Вт.
Площадь сечения сопел 7 определяется следующим образом:
где: Sсоп - площадь сечения сопел, м2;
Sк - площадь сечения конденсатопровода, м2;
n - количество сопел, шт.
Интенсификатор кипения 8 в зависимости от рассеиваемой мощности тепловых потерь может иметь следующие конструктивные решения:
элемент из алюминиевого сплава с вертикальными каналами кипения при Рспп=2000 Вт;
элемент из меди с развитой оребренной поверхностью кипения 2000 Вт<Рспп<4000 Вт;
элемент из меди с развитой оребренной поверхностью кипения, с пористым покрытием поверхности кипения плазменным напылением меди 4000 Вт<Рспп<4000 Вт;
элемент с пористой структурой, спеченный медной стружки или опилок 6000 Вт<РСПП<4000 Вт.
Устройство работает следующим образом. При работе силовых полупроводниковых приборов (СПП) 10, одного или двух, мощность тепловых потерь РСПП передается испарителю 1, далее интенсификатору кипения 8. Промежуточный теплоноситель 9 закипает на поверхностях интенсификатора кипения 8, пары промежуточного теплоносителя 9 поднимаются по паропроводу 5 вверх. Пары промежуточного теплоносителя 9 достигают автономного конденсатора 2, конденсируются во внутренних каналах конденсации 4. Теплота при конденсации пара конденсируется во внутренних каналах конденсации 4, передается к внешнему оребрению 3 и отводится в окружающее пространство. Конденсат из внутренних каналов конденсации 4 стекает вниз по конденсатопроводу 6. Далее конденсат поступает в сопла конденсатопровода 6 и определяется следующим образом:
n=1 при Рспп≤1000 Вт;
n=2 1000 Вт<Рспп≤2000 Вт,
n=3 2000 Вт<Рспп≤3000 Вт;
n=4 3000 Вт<Рспп≤4000 Вт;
n=5 4000 Вт<Рспп≤5000 Вт;
n=6 5000 Вт<Рспп≤6000 Вт,
n=7 6000 Вт<Рспп≤7000 Вт;
n=8 7000 Вт<Рспп≤8000 Вт.
Конденсат из сопел 7 подается внутрь испарителя 1 непосредственно к поверхности интенсификатора кипения 8. Интенсификатор кипения 8 в зависимости от рассеиваемой мощности тепловых потерь может иметь следующие конструктивные решения:
элемент из алюминиевого сплава с вертикальными каналами кипения при Рспп=2000 Вт;
элемент из меди с развитой оребренной поверхностью кипения 2000 Вт<Рспп<4000 Вт;
элемент из меди с развитой оребренной поверхностью кипения, с пористым покрытием поверхности кипения плазменным напылением меди 4000 Вт<Рспп<4000 Вт;
элемент с пористой структурой, спеченный медной стружки или опилок 6000 Вт<Рспп<4000 Вт.
Потоки конденсата, вытекающие из сопел конденсатопровода 5, направлены непосредственно к поверхностям кипения интенсификатора кипения 8, они турбулируют приповерхностный слой жирного промежуточного теплоносителя 9 около поверхности интенсификатора кипения 8, тем самым улучшают процессы кипения жидкого диэлектрика на поверхностях интенсификатора кипения 8. Эффективность устройства повышается за счет того, что автономный конденсатор 2 может размещаться вне преобразовательного агрегата, например, на крыше электроподвижного состава, вне помещений, где расположен преобразовательный агрегат; окружающая температура около конденсатора в этом случае значительно ниже, чем внутри самого агрегата. Использование нескольких сопел 7 конденсатопровода 5, расположенных в непосредственной близости к интенсификатору кипения 8, турбулизируют приповерхностный слой жидкого промежуточного теплоносителя 9, что в значительной мере повышает интенсивность теплоотдачи при кипении промежуточного теплоносителя 9 на поверхностях интенсификатора кипения 8.
Кроме того, дифференцирование конструкции интенсификатора кипения 8 в зависимости от уровней тепловых потерь охлаждаемых СПП также повышает эффективность устройства. Технологичность изготовления и эксплуатации 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.
Claims (6)
1. Устройство для охлаждения силовых полупроводниковых приборов, включающее автономный конденсатор, выполненный из отрезка прессованного профиля с внешним оребрением и внутренними каналами конденсации, соединен с испарителем, внутри которого расположен интенсификатор кипения, отличающееся тем, что автономный конденсатор, расположенный на расстоянии 1-3 м сверху от испарителя, наполненного жидким промежуточным теплоносителем, соединен с испарителем паропроводом и конденсатопроводом через сопла.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что площадь поперечного сечения паропровода определяется следующим образом
где Sn - площадь сечения паропровода, м2;
РСПП - мощность тепловых потерь СПП, Вт;
ρn - плотность паров жидкого диэлектрика, кг/м3;
r - удельная теплота парообразования жидкого диэлектрика, Дж/кг;
L - длина паропровода, м.
где Sn - площадь сечения паропровода, м2;
РСПП - мощность тепловых потерь СПП, Вт;
ρn - плотность паров жидкого диэлектрика, кг/м3;
r - удельная теплота парообразования жидкого диэлектрика, Дж/кг;
L - длина паропровода, м.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что количество сопел конденсатопровода определяется следующим образом
N=1 при РСПП<1000 Вт;
n=2 1000 Вт<РСПП≤2000 Вт;
n=3 2000 Вт<РСПП≤3000 Вт;
n=4 3000 Вт<РСПП≤4000 Вт;
n=5 4000 Вт<РСПП≤5000 Вт;
n=6 5000 Вт<РСПП≤6000 Вт;
n=7 6000 Вт<РСПП≤7000 Вт;
n=8 7000 Вт<РСПП≤8000 Вт,
где n - количество сопел, шт.
N=1 при РСПП<1000 Вт;
n=2 1000 Вт<РСПП≤2000 Вт;
n=3 2000 Вт<РСПП≤3000 Вт;
n=4 3000 Вт<РСПП≤4000 Вт;
n=5 4000 Вт<РСПП≤5000 Вт;
n=6 5000 Вт<РСПП≤6000 Вт;
n=7 6000 Вт<РСПП≤7000 Вт;
n=8 7000 Вт<РСПП≤8000 Вт,
где n - количество сопел, шт.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что интенсификатор кипения в зависимости от рассеиваемой мощности может иметь следующие конструктивные решения:
элемент из алюминиевого сплава с вертикальными каналами кипения при РСПП=2000 Вт;
элемент из меди с развитой оребренной поверхностью кипения 2000 Вт<РСПП<4000 Вт;
элемент из меди с развитой оребренной поверхностью кипения, с пористым покрытием поверхности кипения плазменным напылением меди 4000 Вт<РСПП<4000 Вт;
элемент с пористой структурой, спеченный из медной стружки или опилок 6000 Вт<РСПП<4000 Вт.
элемент из алюминиевого сплава с вертикальными каналами кипения при РСПП=2000 Вт;
элемент из меди с развитой оребренной поверхностью кипения 2000 Вт<РСПП<4000 Вт;
элемент из меди с развитой оребренной поверхностью кипения, с пористым покрытием поверхности кипения плазменным напылением меди 4000 Вт<РСПП<4000 Вт;
элемент с пористой структурой, спеченный из медной стружки или опилок 6000 Вт<РСПП<4000 Вт.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012125578/28A RU2497232C1 (ru) | 2012-06-19 | 2012-06-19 | Устройство для охлаждения силовых полупроводниковых приборов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012125578/28A RU2497232C1 (ru) | 2012-06-19 | 2012-06-19 | Устройство для охлаждения силовых полупроводниковых приборов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2497232C1 true RU2497232C1 (ru) | 2013-10-27 |
Family
ID=49446877
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012125578/28A RU2497232C1 (ru) | 2012-06-19 | 2012-06-19 | Устройство для охлаждения силовых полупроводниковых приборов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2497232C1 (ru) |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1261029A1 (ru) * | 1984-04-02 | 1986-09-30 | Ордена Трудового Красного Знамени Институт Тепло- И Массообмена Им.А.В.Лыкова | Устройство дл охлаждени силовых полупроводниковых приборов |
SU1534558A1 (ru) * | 1988-03-29 | 1990-01-07 | Мордовский государственный университет им.Н.П.Огарева | Силовой полупроводниковый блок с испарительным охлаждением |
RU2156012C2 (ru) * | 1998-09-16 | 2000-09-10 | Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарева | Устройство для охлаждения силовых полупроводниковых приборов |
US6223810B1 (en) * | 1998-03-31 | 2001-05-01 | International Business Machines | Extended air cooling with heat loop for dense or compact configurations of electronic components |
WO2001045163A1 (de) * | 1999-12-16 | 2001-06-21 | Siemens Aktiengesellschaft | Stromrichtergerät mit einer zweiphasen-wärmetransportvorrichtung |
EP1143778A1 (en) * | 2000-04-04 | 2001-10-10 | Thermal Form & Function LLC | Pumped liquid cooling system using a phase change refrigerant |
US6526768B2 (en) * | 2001-07-24 | 2003-03-04 | Kryotech, Inc. | Apparatus and method for controlling the temperature of an integrated circuit device |
RU2201014C2 (ru) * | 2000-01-12 | 2003-03-20 | Мордовский государственный университет им. Н.П.Огарева | Устройство для охлаждения силовых полупроводниковых приборов |
DE10333877A1 (de) * | 2003-07-25 | 2005-02-24 | Sdk-Technik Gmbh | Kühlvorrichtung, insbesondere zur Kühlung von Bauelementen der Leistungselektronik mittels eines Wärmeübertragungskreislaufes |
-
2012
- 2012-06-19 RU RU2012125578/28A patent/RU2497232C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1261029A1 (ru) * | 1984-04-02 | 1986-09-30 | Ордена Трудового Красного Знамени Институт Тепло- И Массообмена Им.А.В.Лыкова | Устройство дл охлаждени силовых полупроводниковых приборов |
SU1534558A1 (ru) * | 1988-03-29 | 1990-01-07 | Мордовский государственный университет им.Н.П.Огарева | Силовой полупроводниковый блок с испарительным охлаждением |
US6223810B1 (en) * | 1998-03-31 | 2001-05-01 | International Business Machines | Extended air cooling with heat loop for dense or compact configurations of electronic components |
RU2156012C2 (ru) * | 1998-09-16 | 2000-09-10 | Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарева | Устройство для охлаждения силовых полупроводниковых приборов |
WO2001045163A1 (de) * | 1999-12-16 | 2001-06-21 | Siemens Aktiengesellschaft | Stromrichtergerät mit einer zweiphasen-wärmetransportvorrichtung |
RU2201014C2 (ru) * | 2000-01-12 | 2003-03-20 | Мордовский государственный университет им. Н.П.Огарева | Устройство для охлаждения силовых полупроводниковых приборов |
EP1143778A1 (en) * | 2000-04-04 | 2001-10-10 | Thermal Form & Function LLC | Pumped liquid cooling system using a phase change refrigerant |
US6526768B2 (en) * | 2001-07-24 | 2003-03-04 | Kryotech, Inc. | Apparatus and method for controlling the temperature of an integrated circuit device |
DE10333877A1 (de) * | 2003-07-25 | 2005-02-24 | Sdk-Technik Gmbh | Kühlvorrichtung, insbesondere zur Kühlung von Bauelementen der Leistungselektronik mittels eines Wärmeübertragungskreislaufes |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Deng et al. | Design of practical liquid metal cooling device for heat dissipation of high performance CPUs | |
CN202816913U (zh) | 微通道液冷热沉装置 | |
Sun et al. | A thermoelectric cooler coupled with a gravity-assisted heat pipe: An analysis from heat pipe perspective | |
CN104851857B (zh) | 一种芯片冷却系统 | |
US20160330874A1 (en) | Cooling device and data center provided with same | |
CN102121802B (zh) | 双面槽道板式脉动热管 | |
JP5809759B2 (ja) | 流体流動特性の改善方法、該改善方法が施された熱交換器、蒸留装置、脱臭装置及び前記改善方法に使用される切延板 | |
Mahvi et al. | Challenges in predicting steam-side pressure drop and heat transfer in air-cooled power plant condensers | |
CN104792200A (zh) | 一种带有亲液涂层的脉动热管换热器 | |
CN201344754Y (zh) | 汽液两相分离型重力热管散热器 | |
CN102128552A (zh) | 单面波浪板式脉动热管 | |
CN102620467A (zh) | 可蓄冷的电子制冷装置 | |
CN103940273A (zh) | 一种有限空间内局部高热流的散热装置及方法 | |
Narendran et al. | Experimental investigation on heat spreader integrated microchannel using graphene oxide nanofluid | |
Ramakrishnan et al. | Effect of system and operational parameters on the performance of an immersion-cooled multichip module for high performance computing | |
Wang et al. | Performance comparison between ethanol phase-change immersion and active water cooling for solar cells in high concentrating photovoltaic system | |
CN202032930U (zh) | 一种双面槽道板式脉动热管 | |
Shang et al. | Experimental study on novel pulsating heat pipe radiator for horizontal CPU cooling under different wind speeds | |
RU2497232C1 (ru) | Устройство для охлаждения силовых полупроводниковых приборов | |
CN203445772U (zh) | 一种变流器的冷却系统 | |
US20160007502A1 (en) | Heat exchanger, cooling system, and electronic device | |
CN106642835A (zh) | 压缩机空调半导体温差发电装置 | |
CN108469193B (zh) | 一种新型重力热管模块以及以此设计的高效换热器 | |
CN107179013B (zh) | 一种非单向中间热点保护的自循环高效热管 | |
Wang et al. | Structural parameters study of porous medium heat exchanger for high-power chip cooling |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150620 |