RU2498451C1 - Устройство для интенсивного охлаждения силовых полупроводниковых приборов - Google Patents
Устройство для интенсивного охлаждения силовых полупроводниковых приборов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2498451C1 RU2498451C1 RU2012125577/28A RU2012125577A RU2498451C1 RU 2498451 C1 RU2498451 C1 RU 2498451C1 RU 2012125577/28 A RU2012125577/28 A RU 2012125577/28A RU 2012125577 A RU2012125577 A RU 2012125577A RU 2498451 C1 RU2498451 C1 RU 2498451C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- perfluorotriethylamine
- antifreeze
- evaporator
- power semiconductor
- volume
- 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 интенсивного охлаждения силовых полупроводниковых приборов, включающем конденсатор, выполненный из отрезка прессованного профиля с внешним оребрением и внутренним каналом конденсации, соединенный с испарителем, заполненным полностью жидким промежуточным теплоносителем, испаритель пароконденсаторопроводом жестко соединен с конденсатором, который частично заполнен антифризом 65, в испарителе расположен интенсификатор кипения, выполненный в виде вертикальных ребер, которые выполнены из высокотеплопроводного металломатричного композиционного материала AlSiC. Размеры интенсификатора кипения в виде вертикальных ребер определены диаметром основания силового полупроводникового прибора. В качестве жидкого промежуточного теплоносителя используется перфтортриэтиламин. 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 (СПИ). 6 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
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.
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 эффективность теплоотвода и большей 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 заполнен 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.
Технический результат заключается в повышении эффективности охлаждающего устройства, улучшении технологичности его изготовления, снижении материалоемкости.
Сущность изобретения достигается тем, что в устройстве, включающем конденсатор, выполненный из отрезка прессованного профиля с внешним оребрением и внутренним каналом конденсации, соединенный с испарителем, заполненным полностью жидким промежуточным теплоносителем. Испаритель пароконденсаторопроводом жестко соединен с конденсатором, который частично заполнен антифризом 65. В испарителе расположен интенсификатор кипения, выполненный в виде вертикальных ребер. Вертикальные ребра интенсификатора кипения выполнены из высокотеплопроводного металломатричного композиционного материала AlSiC. Размеры интенсификатора кипения в виде вертикальных ребер определены диаметром основания силового полупроводникового прибора:
Dосн.спп=nb+(n+1)a=h+2,
где Dосн.спп - диаметр основания силового полупроводникового прибора
n - количество вертикальных ребер интенсификатора кипения, шт.,
a, b, h - геометрические размеры ребер и межреберных пространств, мм.
В качестве жидкого промежуточного теплоносителя используют перфтортриэтиламин. Объем перфтортриэтиламина, которым заполнено внутреннее пространство испарителя, равно:
Vпт=(h+2a)[nb+(n+1)a]2c-h2cn,
где Vпт - объем перфтортриэтиламина, мм3;
n - количество вертикальных ребер, шт.;
h, a, b, c - геометрические размеры ребер и межреберных пространств, мм.
Объем антифриза 65, которым частично заполнено внутреннее пространство конденсатора, равно:
где Vаф - объем антифриза, мм3;
Vпт - объем перфтортриэтиламина, мм3;
aконд. - коэффициент теплоотдачи при конденсации паров промежуточного теплоносителя, Вт/м2 °C;
r - теплота фазового перехода, Дж/кг;
Sвн.оребр. - площадь поверхности внешнего оребрения, мм2.
Соотношение плотностей перфтортриэтиламина и антифриза 65 равно:
ρпт=1,8ρаф,
где ρпт - плотность перфтортриэтиламина, кг/м3;
ρаф - плотность антифриза 65, кг/м3.
А соотношение температур насыщения перфтортриэтиламина и антифриза 65 равно:
Ts пт=0,6Ts аф,
где Ts пт - температура насыщения перфтортриэтиламина, °C;
Ts аф - температура насыщения антифриза 65, °C.
Устройство для интенсивного охлаждения силовых полупроводниковых приборов (фиг.1) включает испаритель 1, конденсатор 2, имеющий внешнее оребрение 3 и внутренний канал конденсации 4. Испаритель 1 соединен с конденсатором 2 жестко парокондесаторопроводом 5. Внутри испарителя 1 расположен интенсификатор кипения виде вертикальных ребер 6, выполненных из высокотеплопроводного металломатричного композиционного материала AlSiC. Испаритель 1 наполнен жидким промежуточным теплоносителем, например перфтортриэтиламином 7. Внутренний канал конденсации 4 конденсатора 2 частично заполнен антифризом 65 8. Снаружи к испарителю прижаты один или два силовых полупроводниковых прибора СПИ 9. Размеры интенсификатора кипения в виде вертикальных ребер 6 определены диаметром основания силового полупроводникового прибора СПП 9:
Dосн.спп=nb+(n+1)a=h+2,
где Dосн.спп - диаметр основания силового полупроводникового прибора,
n - количество вертикальных ребер интенсификатора кипения, шт.,
a, b, h - геометрические размеры ребер и межреберных пространств, мм.
Внутреннее пространство испарителя 1 заполнено промежуточным теплоносителем, например перфтортриэтиламином 7, объем которого определяется следующим образом:
Vпт=(h+2a)[nb+(n+1)a]2c-h2cn,
где Vпт - объем перфтортриэтиламина, мм3;
n - количество вертикальных ребер, шт;
h, a, b, c, - геометрические размеры ребер и межреберных пространств, мм.
Объем антифриза 65 8, которым частично заполнено внутреннее пространство внутреннего канала конденсации 4 конденсатора 2 равно:
где Vаф - объем антифриза, мм3;
Vпт - объем перфтортриэтиламина, мм3;
aконд. - коэффициент теплоотдачи при конденсации паров промежуточного теплоносителя, Вт/м2 °C;
r - теплота фазового перехода, Дж/ кг;
Sвн.оребр. - площадь поверхности внешнего оребрения, мм2.
Соотношение плотностей перфтортриэтиламина 7 и антифриза 65 8 равно:
ρпт=1,8ρаф,
где ρпт - плотность перфтортриэтиламина, кг/м3;
ρаф - плотность антифриза 65, кг/м3.
Соотношение температур насыщения перфтортриэтиламина и антифриза 65 равно:
Ts пт=0,6Ts аф,
где Тs пт - температура насыщения перфтортриэтиламин, °C;
Ts аф - температура насыщения антифриза 65, °C.
Устройство работает следующим образом. При работе силового полупроводникового прибора СПП 9, одного или двух, мощность тепловых потерь передается испарителю 1, далее интенсификатору кипения в виде вертикальных ребер 6. Перфтортриэтиламин 7 закипает на поверхностях интенсификатора кипения в виде вертикальных ребер 6. Пары перфтортриэтиламина 7 через пароконденсаторопровод 5, заполненного антифризом 65 8 попадают в конденсатор 2, внутренний канал конденсации 4 которого частично заполнен антифризом 65 8. Так как соотношение плотностей и температур насыщения перфтортриэтиламина 7 и антифриза 65 8 равно:
где ρпт - плотность перфтортриэтиламина, кг/м3;
ρаф - плотность антифриза 65, кг/м3;
Ts пт - температура насыщения перфтортриэтиламин, °C;
Ts аф - температура насыщения антифриза 65, °C,
то первое соотношение (1) показывает, что более тяжелый перфтортриэтиламин 7 полностью заполняет внутренний объем испарителя 1, а более легкий антифриз 65 8 располагается выше испарителя 1 и занимает частично внутренний канал конденсации 4 конденсатора 2. Второе соотношение (2) показывает, что более легкокипящий перфтортриэтиламин 7 может автоконденсироваться в объеме антифриза 65 8. В данной конструкции конденсация паров перфтортриэтиламина 7 происходит не только или нисколько на твердой внутренней поверхности конденсатора 2, а в значительной степени в объеме антифриза 65 8, которым частично заполнен конденсатор 2, то есть происходит наряду с конденсацией паров на твердой внутренней поверхности конденсатора 2 автоконденсация паров перфтортриэтиламина 7 в объеме антифриза 65 8, что значительно повышает эффективность процесса конденсации паров перфтортриэтиламина 7. Жидкий конденсат интенсивно стекает в объем перфтортриэтиламина 7, находящегося внутри испарителя 1, турбулизирует префтортриэтиламин 7, тем самым частично увеличивает эффективность теплообмена при кипении, что улучшает технологичность изготовления устройства и его металлоемкость, что в конечном итоге увеличивает эффективность работы устройства для интенсивного охлаждения силовых полупроводниковых приборов.
В ОАО «Электровыпрямитель» были проведены тепловые испытания макетов предлагаемого устройства, результаты которых превосходят на 40-50% результаты прототипа.
Claims (7)
1. Устройство для интенсивного охлаждения силовых полупроводниковых приборов, включающее конденсатор, выполненный из отрезка прессованного профиля с внешним оребрением и внутренним каналом конденсации, соединенный с испарителем, заполненным жидким промежуточным теплоносителем, отличающееся тем, что испаритель, заполненный полностью жидким промежуточным теплоносителем, пароконденсаторопроводом жестко соединен с конденсатором, частично заполненным антифризом 65, при этом в испарителе расположен интенсификатор кипения, выполненный в виде вертикальных ребер.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вертикальные ребра интенсификатора кипения выполнены из высокотеплопроводного металломатричного композиционного материала AlSiC.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что размеры интенсификатора кипения в виде вертикальных ребер определены диаметром основания силового полупроводникового прибора:
Dосн.спп=nb+(n+1)a=h+2,
где Dосн.спп - диаметр основания силового полупроводникового прибора, мм;
n - количество вертикальных ребер интенсификатора кипения, шт;
a, b, h, - геометрические размеры ребер и межреберных пространств, мм.
Dосн.спп=nb+(n+1)a=h+2,
где Dосн.спп - диаметр основания силового полупроводникового прибора, мм;
n - количество вертикальных ребер интенсификатора кипения, шт;
a, b, h, - геометрические размеры ребер и межреберных пространств, мм.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве жидкого промежуточного теплоносителя использован перфтортриэтиламин.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что объем перфтортриэтиламина, которым заполнено внутреннее пространство испарителя, равно:
Vпт=(h+2a)[nb+(n+1)a]2c-h2cn,
где Vпт - объем перфтортриэтиламина, мм3;
n - количество вертикальных ребер, шт;
h, a, b, c, - геометрические размеры ребер и межреберных пространств, мм.
Vпт=(h+2a)[nb+(n+1)a]2c-h2cn,
где Vпт - объем перфтортриэтиламина, мм3;
n - количество вертикальных ребер, шт;
h, a, b, c, - геометрические размеры ребер и межреберных пространств, мм.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что объем антифриза 65, которым частично заполнено внутреннее пространство конденсатора, равно:
Vаф=Vптaконд. 0,24r0,14Sвн.оребр. 0,63,
где Vаф - объем антифриза, мм3;
Vпт - объем перфтортриэтиламина, мм3;
аконд - коэффициент теплоотдачи при конденсации паров перфтортриэтиламина, Вт/м2 °С;
r - теплота фазового перехода, Дж/кг;
Sвн.opeбp. - площадь поверхности внешнего оребрения, мм2.
Vаф=Vптaконд. 0,24r0,14Sвн.оребр. 0,63,
где Vаф - объем антифриза, мм3;
Vпт - объем перфтортриэтиламина, мм3;
аконд - коэффициент теплоотдачи при конденсации паров перфтортриэтиламина, Вт/м2 °С;
r - теплота фазового перехода, Дж/кг;
Sвн.opeбp. - площадь поверхности внешнего оребрения, мм2.
7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что соотношение плотностей и температур насыщения перфтортриэтиламина и антифриза 65 равно:
ρпт=1,8ρаф,
Ts пт=0,6Ts аф,
где ρпт - плотность перфтортриэтиламина, кг/м3;
ρаф - плотность антифриза 65, кг/м3;
Ts пт - температура насыщения перфтортриэтиламина, °С;
Ts аф - температура насыщения антифриза 65, °C.
ρпт=1,8ρаф,
Ts пт=0,6Ts аф,
где ρпт - плотность перфтортриэтиламина, кг/м3;
ρаф - плотность антифриза 65, кг/м3;
Ts пт - температура насыщения перфтортриэтиламина, °С;
Ts аф - температура насыщения антифриза 65, °C.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012125577/28A RU2498451C1 (ru) | 2012-06-19 | 2012-06-19 | Устройство для интенсивного охлаждения силовых полупроводниковых приборов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012125577/28A RU2498451C1 (ru) | 2012-06-19 | 2012-06-19 | Устройство для интенсивного охлаждения силовых полупроводниковых приборов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2498451C1 true RU2498451C1 (ru) | 2013-11-10 |
Family
ID=49683348
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012125577/28A RU2498451C1 (ru) | 2012-06-19 | 2012-06-19 | Устройство для интенсивного охлаждения силовых полупроводниковых приборов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2498451C1 (ru) |
Citations (8)
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 |
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 RU2012125577/28A patent/RU2498451C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (8)
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 |
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 |
---|---|---|
KR101590000B1 (ko) | 전지셀 어셈블리 및 상기 전지셀 어셈블리의 냉각핀을 제조하는 방법 | |
US8904808B2 (en) | Heat pipes and thermoelectric cooling devices | |
Mochizuki et al. | A review of heat pipe application including new opportunities | |
US20130213612A1 (en) | Heat pipe heat dissipation structure | |
CN109631636A (zh) | 一种薄型热管、薄型热管的制作方法及电子设备 | |
Deng et al. | Hybrid liquid metal–water cooling system for heat dissipation of high power density microdevices | |
US9506699B2 (en) | Heat pipe structure | |
BR102012015581A2 (pt) | Dispositivo de resfriamento, módulo de energia e método | |
US20190373761A1 (en) | Heatsink and method of manufacturing a heatsink | |
JP2013508669A (ja) | 絶縁されたヒートパイプを利用することによって中電圧装置を冷却するための冷却装置 | |
WO2012013605A2 (en) | Cooling device and led lighting device comprising the same | |
RU2498451C1 (ru) | Устройство для интенсивного охлаждения силовых полупроводниковых приборов | |
US10982906B2 (en) | Heat pipe with non-condensable gas | |
US20130213609A1 (en) | Heat pipe structure | |
Deng et al. | Heat spreader based on room-temperature liquid metal | |
JP6002623B2 (ja) | 熱電変換モジュール | |
Sakanova et al. | Heatsink design for high power density converter in aircraft applications: parameter sensitivity analysis | |
Cheng et al. | Comments on “Second law thermodynamic study of heat exchangers: A review”(Renewable and Sustainable Energy Reviews 2014; 40: 348–374) | |
RU2548052C1 (ru) | Устройство для охлаждения силовых полупроводниковых приборов | |
RU2201014C2 (ru) | Устройство для охлаждения силовых полупроводниковых приборов | |
CN105783562A (zh) | 一种散热器 | |
CN107818951B (zh) | 带热管理高压脉冲晶闸管开关器件 | |
RU53072U1 (ru) | Устройство для охлаждения и термостатирования полупроводниковых приборов | |
US20150122460A1 (en) | Heat pipe structure | |
RU96446U1 (ru) | Термосифон для охлаждения силовых полупроводниковых приборов |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150620 |