RU2647866C2 - Method of manufacturing liquid cooler - Google Patents
Method of manufacturing liquid cooler Download PDFInfo
- Publication number
- RU2647866C2 RU2647866C2 RU2016121586A RU2016121586A RU2647866C2 RU 2647866 C2 RU2647866 C2 RU 2647866C2 RU 2016121586 A RU2016121586 A RU 2016121586A RU 2016121586 A RU2016121586 A RU 2016121586A RU 2647866 C2 RU2647866 C2 RU 2647866C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cooler
- coolant
- power module
- channels
- perimeter
- Prior art date
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims abstract description 39
- 238000003801 milling Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000000565 sealant Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 3
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 claims description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 5
- 230000006698 induction Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 4
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 4
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 3
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 3
- 229920004482 WACKER® Polymers 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- LOJJTTDNNWYSGX-UHFFFAOYSA-N 1,1,1,2,2,3,3,4,4-nonafluoro-4-(1,1,2,2,3,3,4,4,4-nonafluorobutoxy)butane Chemical compound FC(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)OC(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F LOJJTTDNNWYSGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AJDIZQLSFPQPEY-UHFFFAOYSA-N 1,1,2-Trichlorotrifluoroethane Chemical compound FC(F)(Cl)C(F)(Cl)Cl AJDIZQLSFPQPEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- JRBRVDCKNXZZGH-UHFFFAOYSA-N alumane;copper Chemical compound [AlH3].[Cu] JRBRVDCKNXZZGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
- H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение, способ изготовления жидкостного охладителя, относится к области техники, где существует высокая плотность мощности с большим выделением тепла, потенциальные области применения данного способа изготовления многообразны, это электротехническая, радиоэлектронная, автомобильная промышленность, установки индукционного нагрева металла.The invention, a method of manufacturing a liquid cooler, relates to the field of technology where there is a high power density with high heat generation, the potential applications of this manufacturing method are diverse, it is the electrical, radio-electronic, automotive industry, induction heating metal installations.
Потери, генерируемые полупроводниковыми кристаллами в процессе работы, приводят к повышению их температуры, снижению производительности и надежности работы системы.Losses generated by semiconductor crystals during operation lead to an increase in their temperature, a decrease in the performance and reliability of the system.
Существует эмпирическое соотношение, в соответствии с которым при повышении средней рабочей температуры силового кристалла на 20°C его ресурс сокращается вдвое. Чтобы исключить перегрев кристалла и рассеять тепло, выделяемое кристаллом, необходимо его эффективное охлаждение.There is an empirical relationship, according to which, with an increase in the average working temperature of a power crystal by 20 ° C, its life is halved. To exclude overheating of the crystal and dissipate the heat generated by the crystal, it is necessary to effectively cool it.
Поэтому проблема отвода тепла является одной из самых важных при проектировании преобразовательной техники, особенно это относится к преобразователям большой мощности.Therefore, the problem of heat dissipation is one of the most important in the design of converting technology, especially for high power converters.
Состояние техники систем жидкостного охлаждения.State of the art of liquid cooling systems.
Традиционно используются два способа изготовления жидкостных охладителей, это закрытые и открытые.Traditionally, two methods of manufacturing liquid coolers are used, these are closed and open.
Закрытые охладители, как правило, изготовляются из алюминия и его сплавов, в плите выполняются каналы, или содержат вмонтированные в плиты медные (алюминиевые) трубки для прохождения охлаждающей жидкости [1, 2]. По другой версии закрытые охладители изготавливаются из двух металлических плит, которые затем соединяются сваркой, пайкой и т.д. Охлаждающая жидкость проходит между двумя плитами по выполненным в них каналам, при этом поток охлаждающей жидкости проходит параллельно поверхности силового модуля, закрепленного на плите. Охладители имеют входной и выходной патрубки для подачи и отвода охлаждающей жидкости.Closed coolers, as a rule, are made of aluminum and its alloys, channels are made in the plate, or they contain copper (aluminum) tubes mounted in the plates for the passage of coolant [1, 2]. According to another version, closed coolers are made of two metal plates, which are then joined by welding, soldering, etc. Coolant passes between the two plates through the channels made in them, while the flow of coolant passes parallel to the surface of the power module mounted on the plate. Coolers have inlet and outlet nozzles for supplying and discharging coolant.
Эффективность теплообмена между базовой платой или изолирующей подложкой силового модуля и охладителем зависит от качества сопрягаемых поверхностей, которые неизбежно имеют некоторую шероховатость и неравномерность. Как следствие, в зоне сопряжения образуются воздушные полости, препятствующие прямой передачи тепла (теплопроводность воздуха очень низкая - λair=~0,03 Вт/(м2⋅К). Для улучшения качества теплопередачи воздушные полости заполняют теплопроводящим материалом (Thermal Interface Material, TIM) - термопастой.The heat transfer efficiency between the base plate or insulating substrate of the power module and the cooler depends on the quality of the mating surfaces, which inevitably have some roughness and unevenness. As a result, air cavities are formed in the mating zone that impede direct heat transfer (the thermal conductivity of the air is very low - λ air = ~ 0.03 W / (m 2 ⋅K). To improve the quality of heat transfer, air cavities are filled with a heat-conducting material (Thermal Interface Material TIM) - thermal grease.
Теплопроводность промышленных термопаст (λ) находится в диапазоне 0,5-6 Вт/(м2⋅К), т.е. по этому показателю они примерно в 20-200 раз лучше, чем воздух. Потери, вносимые термопастой в суммарном значении теплового сопротивления в сборке, между изолирующей подложкой силового модуля и охладителем Rth(j-s), составляют 20-65% в зависимости от типа модуля и параметров системы охлаждения. Потери, вносимые термопастой с теплопроводностью 0,7 Вт/(м2⋅К), составляют примерно 50% полного теплового сопротивления в сборке между изолирующей подложкой силового модуля и охладителем. Несмотря на многие конструктивные отличия, все закрытые охладители имеют промежуточный слой термопасты, между изолирующей подложкой силового модуля и охладителем.Thermal conductivity of industrial thermal greases (λ) is in the range of 0.5-6 W / (m 2 ⋅K), i.e. according to this indicator, they are about 20-200 times better than air. Losses introduced by thermal grease in the total value of thermal resistance in the assembly between the insulating substrate of the power module and the cooler Rth (js) are 20-65%, depending on the type of module and the parameters of the cooling system. Losses introduced by thermal grease with a thermal conductivity of 0.7 W / (m 2 ⋅K) make up approximately 50% of the total thermal resistance in the assembly between the insulating substrate of the power module and the cooler. Despite many design differences, all closed coolers have an intermediate layer of thermal paste between the insulating substrate of the power module and the cooler.
По сравнению с другими компонентами «тепловой системы» термопаста имеет наихудшие характеристики, поэтому ее использование можно рассматривать как крайне нежелательную необходимость.Compared to other components of the "thermal system", thermal grease has the worst characteristics, so its use can be considered as an extremely undesirable need.
Открытые жидкостные охладители.Open liquid coolers.
Для уменьшения значения теплового сопротивления между изолирующей подложкой силового модуля и охладителем производится структурирование нижней поверхности основания охлаждаемого модуля выработкой так называемых ребер-штырьков, которые могут быть ромбовидные, эллиптические и круглой формы [3]. Таким образом, увеличивают поверхность основания, находящуюся в контакте с жидкостью и одновременно повышают турбулентность охлаждающей жидкости при ее прохождении. Модуль монтируют на охладитель, выполненный в виде ванны, имеющей входной и выходной штуцера для ввода и вывода охлаждающей жидкости. Между основанием структурированного модуля и ванной устанавливают уплотняющую манжету. Кроме того, данные охладители имеют высокие цены, это объясняется в первую очередь необходимостью механической обработки основания модуля алмазным инструментом.To reduce the thermal resistance between the insulating substrate of the power module and the cooler, the lower surface of the base of the cooled module is structured by the development of so-called rib pins, which can be diamond-shaped, elliptical and round in shape [3]. Thus, increase the surface of the base in contact with the liquid and at the same time increase the turbulence of the coolant during its passage. The module is mounted on a cooler, made in the form of a bath having an inlet and outlet fitting for the input and output of coolant. A sealing sleeve is installed between the base of the structured module and the bath. In addition, these coolers have high prices, this is due primarily to the need for machining the base of the module with a diamond tool.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является концепция охлаждения силового модуля, получившая название охлаждение ShowerPowerTM, состоящая из пластмассовой ванны, имеющей входное и выходное отверстия для подвода и отвода охлаждающей жидкости, монолитной пластмассовой литой детали, на нижней стороне которой размещены разветвления для жидкости, протоки на среднем уровне представляют собой сопла для притока и оттока, а на верхней стороне выполнены извилистые каналы [3]. Между основанием модуля и ванной устанавливают уплотняющую манжету.The closest technical solution chosen as a prototype is the power module cooling concept, dubbed ShowerPowerTM cooling, consisting of a plastic bath having an inlet and an outlet for supplying and discharging coolant, a monolithic plastic molded part, on the underside of which there are branches for liquids, ducts at an average level are nozzles for inflow and outflow, and winding channels are made on the upper side [3]. A sealing sleeve is installed between the base of the module and the bath.
Преимущества этой концепции - непосредственное охлаждение модуля без использования термопаст.The advantages of this concept are the direct cooling of the module without the use of thermal greases.
К недостаткам данной концепции жидкостного охладителя относятся:The disadvantages of this liquid cooler concept are:
- дорогостоящая оснастка, необходимо несколько типов сложных литьевых пресс-форм для одного типа силового модуля;- expensive equipment, several types of complex injection molds are necessary for one type of power module;
- конструкция охладителя оптимизирована под конкретные параметры: объемная скорость потока жидкости, ее теплоемкость, плотность и вязкость, и отклонение от этих параметров снижает эффективность охлаждения.- the cooler design is optimized for specific parameters: the volumetric flow rate of the liquid, its heat capacity, density and viscosity, and deviation from these parameters reduces the cooling efficiency.
Кроме того, возникающие при переключении силовых модулей высокие значения скоростей изменения сигнала di/dt, du/dt приводят к появлению переходных перенапряжений, шумов и помех. Для борьбы с ними в мощных импульсных преобразователях необходимо обеспечивать минимальное значение распределенных индуктивностей силовых линий связи. Все это накладывает определенные трудности при проектировании статических преобразователей средней и большой мощности, в связи с этим силовые модули, драйверы, электролитические и снабберные конденсаторы, датчики тока и температуры должны размещаться компактно на общем эффективном охладителе.In addition, the high values of the signal change rates di / dt, du / dt that occur when switching power modules lead to the appearance of transient overvoltages, noise, and interference. To deal with them in powerful pulse converters, it is necessary to ensure the minimum value of the distributed inductances of the power lines of communication. All this imposes certain difficulties when designing static converters of medium and high power, in this regard, power modules, drivers, electrolytic and snubber capacitors, current and temperature sensors should be compactly mounted on a common efficient cooler.
Задача изобретения - создание недорогого универсального, эффективного способа изготовления жидкостных охладителей для охлаждения силовых модулей, с высокими техническими и эксплуатационными характеристиками.The objective of the invention is the creation of an inexpensive universal, effective method of manufacturing liquid coolers for cooling power modules, with high technical and operational characteristics.
Поставленная задача, способ изготовления жидкостного охладителя, выполняется под конкретный силовой модуль, например IGBT модуль, с размером корпуса 140×130 мм. Берут металлическую пластину с высоким коэффициентом теплопроводности, с хорошей способностью к механообработке, например алюминиевую пластину определенных размеров толщиной 20 мм. На обрабатывающем центре по программе проводят фрезерование площадки на глубину, например, 2-3 мм, по размерам, превышающим периметр контура основания силового модуля, например, на 3 мм. Затем по предварительно смоделированным тепловым режимам, например, по программе CFD (компьютерная динамика жидкостей) или по программе Flow Simulation, интегрированной в полнофункциональную версию системы Solid Works, на вновь образованной площадке, предварительно отступив от краев площадки расстояние, например, 10-15 мм, проводят фрезерование емкости охладителя с каналами для охлаждающей жидкости. Для повышения турбулентности охлаждаемой жидкости стенки каналов выполняют, например, извилистыми и сужающимися от основания емкости к вершине, а каналы - волнообразными. На одном конце емкости выполняют отверстие (отверстия) для подвода, а на противоположном конце отверстие (отверстия) для отвода охлаждающей жидкости. По периметру площадки, в соответствии с расположением крепежных отверстий конкретного силового модуля, сверлят отверстия и нарезают резьбу. В отверстия для подвода и отвода охлаждающей жидкости устанавливают трубки со штуцерами (например, при помощи сварки). Затем проводят финишную обработку площадки, мест соприкосновения охладителя с силовым модулем, причем высота стенок каналов всегда располагается ниже плоскости обрабатываемой площадки, например, на 0,3-2,0 мм. По периметру площадки, на места соприкосновения охладителя с силовым модулем, наносят термопасту, например Wacker P12. Устанавливают силовой модуль на охладитель и проводят его крепление в соответствии с рекомендациями по порядку установки крепежа и усилиям его затяжки. Углубление по периметру между корпусом силового модуля и стенкой охладителя заполняют герметиком, например Loctite-5205.The task, a method of manufacturing a liquid cooler, is performed for a specific power module, for example, an IGBT module, with a case size of 140 × 130 mm. They take a metal plate with a high coefficient of thermal conductivity, with good machining ability, for example, an aluminum plate of certain sizes with a thickness of 20 mm. According to the program, the milling site is milled at the machining center to a depth of, for example, 2-3 mm, in dimensions exceeding the perimeter of the base contour of the power module, for example, by 3 mm. Then, according to pre-simulated thermal conditions, for example, according to the CFD (computer dynamics of liquids) program or according to the Flow Simulation program integrated into a fully functional version of the Solid Works system, on a newly formed site, having previously deviated from the site edges a distance of, for example, 10-15 mm, milling the cooler tank with channels for the coolant. To increase the turbulence of the cooled fluid, the walls of the channels are made, for example, winding and tapering from the base of the tank to the top, and the channels are wavy. At one end of the tank, a hole (s) are provided for supplying, and at the opposite end, a hole (s) are for discharging coolant. Along the perimeter of the site, in accordance with the location of the mounting holes of a particular power module, drill holes and cut threads. Tubes with fittings are installed in the holes for supplying and discharging coolant (for example, by welding). Then, finishing processing of the site, the places of contact of the cooler with the power module is carried out, and the height of the walls of the channels is always located below the plane of the treated site, for example, by 0.3-2.0 mm. Along the perimeter of the site, thermal paste, for example Wacker P12, is applied to the contact points of the cooler with the power module. Install the power module on the cooler and fasten it in accordance with the recommendations on the order of installation of the fasteners and the efforts of its tightening. A perimeter recess between the power module housing and the cooler wall is filled with sealant, for example Loctite-5205.
Далее проводят тест на герметичность, для этого в входную трубку со штуцером (входной магистральный коллектор) подают охлаждающую жидкость, например водно-гликолевую смесь, под давлением 7 бар, выходную трубку со штуцером (выходной магистральный коллектор) заглушают и выдерживают в течение 2 часов.Next, a leak test is carried out, for this, a coolant, for example, water-glycol mixture, is supplied to the inlet pipe with a fitting (inlet main manifold) under a pressure of 7 bar, and the outlet pipe with a fitting (outlet main collector) is plugged and held for 2 hours.
На фиг. 1, 4, 7 изображены жидкостные охладители с емкостями и каналами для охлаждающей жидкости.In FIG. 1, 4, 7 shows liquid coolers with tanks and channels for coolant.
На фиг. 2, 5, 8 изображены охладители с установленными на них силовыми модулями.In FIG. 2, 5, 8 depict coolers with power modules installed on them.
На фиг. 3, 6, 9 изображены виды с боку охладителей с установленными силовыми модулями, подводящими и отводящими трубками со штуцерами.In FIG. 3, 6, 9 depict views from the side of coolers with installed power modules, inlet and outlet pipes with fittings.
На фиг. 10 изображен охладитель, на котором выполнены 12 автономных емкостей с каналами и разделяющими стенками.In FIG. 10 shows a cooler on which 12 autonomous containers with channels and dividing walls are made.
На фиг. 11 изображен охладитель с установленными на нем диодными и IGBT модулями (выпрямитель и инвертор).In FIG. 11 shows a cooler with diode and IGBT modules (rectifier and inverter) installed on it.
На фиг. 12 изображен вид сбоку охладителя с установленными силовыми модулями, подводящими и отводящими трубками со штуцерами.In FIG. 12 shows a side view of a cooler with installed power modules, inlet and outlet pipes with fittings.
На фиг. 13 изображена многоканальная система жидкостного охлаждения.In FIG. 13 shows a multi-channel liquid cooling system.
Так как способ изготовления жидкостных охладителей для разных типов силовых модулей аналогичен, рассматриваем способы изготовления жидкостных охладителей для силовых модулей, см. фиг. 4, 5, 6, 10, 11, 12.Since the method of manufacturing liquid coolers for different types of power modules is similar, we consider methods for manufacturing liquid coolers for power modules, see FIG. 4, 5, 6, 10, 11, 12.
Берется металлическая пластина 1, 23, например алюминиевая пластина, толщиной 20 мм, на обрабатывающем центре на пластинах 1 и 23 по программе производят фрезерование плоскостей 3 на глубину, например, 2-3 мм, с размерами, превышающими периметр контура основания силового модуля, например, на 3 мм. Затем по предварительно смоделированным тепловым режимам, например, по программе CFD (компьютерная динамика жидкостей), предварительно отступив от наружных краев отфрезерованной площадки 3 расстояние, например, 7-12 мм, производят фрезерование на плоскости 3 емкости 4 с каналами 5 и разделяющими их стенками 6, для прохождения охлаждающей жидкости. Для повышения турбулентности стенки 6 каналов 5 выполняют извилистыми и сужающимися от основания емкости к вершине, а каналы 5 волнообразными. На одном конце емкости выполняют, например, два отверстия 7 для подвода, а с другой стороны емкости отверстие 8 для отвода охлаждающей жидкости (отверстия 7 и 8 могут быть разного диаметра). После фрезерования емкости 4 по периметру плоскости 3 остаются площадки 10, в которых сверлят отверстия и нарезают резьбу 9 в соответствии с разметкой крепежных отверстий конкретного силового модуля. В отверстия для подвода 7 и отвода 8 охлаждающей жидкости устанавливают трубки 13, 14 со штуцерами 15, 16 соответственно (например, сваркой). Проводят финишную обработку площадки 10, мест соприкосновения с силовым модулем, причем высота стенок 6 каналов 5 всегда ниже плоскости площадки 10, например, на 0,3-2,0 мм. В результате этих действий получают охладители 17, 23.A
По периметру площадок 10 (на места соприкосновения охладителя с силовым модулем) наносят термопасту 18, например Wacker P12. Устанавливают силовые модули 2, 24, 25 на охладители 17, 23 и производят их крепления винтами 19 в соответствии с рекомендациями по порядку установки крепежа и усилиям их затяжки. Углубление 20 между краями площадок 10 и корпусами силовых модулей 2, 24, 25 заполняют герметиком 21, например Loctite-5205.Along the perimeter of the pads 10 (at the contact points of the cooler with the power module),
Циркуляция охлаждающей жидкости 22 в многоканальной системе жидкостного охлаждения (см. фиг. 11, 12, 13) осуществляется с помощью насоса (на фиг. не показан). Охлаждающая жидкость 22 из магистрального коллектора 26 через распределительные коллектора 27, подводящие шланги 28 со штуцерами 29, подключенные к подводящим штуцерам 15 входных трубок 13, поступает и заполняет емкости 4 охладителя 23 и по каналам 5 поднимается к основаниям силовых модулей 24 и 25, охлаждая их. Далее охлаждающая жидкость 22 из емкостей 4 поступает в отводные отверстия 8, и через отводящие трубки 14 выходные штуцера 16 по отводящим шлангам 30 со штуцерами 31 поступает к отводным распределительным коллекторам 32 и затем поступает в отводной магистральный коллектор 33, из которого охлаждающая жидкость поступает в теплообменник (на фиг. не показан). Далее процесс повторяется.The circulation of the
Далее проводят тест на герметичность, для этого в трубку 7 со штуцером 15 (входной магистральный коллектор 26) подают охлаждающую жидкость 22 (например, водно-гликолевую смесь) под давлением 7 бар, выходную трубку 8 со штуцером 14 (выходной магистральный коллектор 33) заглушают и выдерживают в течение, например, 2 часов.Next, a leak test is carried out, for this purpose, a coolant 22 (for example, water-glycol mixture) is supplied to a
Эффективность охлаждения силовых модулей при данном способе изготовления жидкостного охладителя достигается за счет:The cooling efficiency of power modules with this method of manufacturing a liquid cooler is achieved by:
- равномерного распределения силовых модулей по поверхности охладителя;- uniform distribution of power modules on the surface of the cooler;
- моделирования тепловых процессов, результатом которого является оптимизация размеров поперечного сечения жидкостного охладителя (количество каналов и их глубина, зазор между высотой стенок каналов и основаниями силовых модулей и т.д.), объемная скорость потока жидкости, ее теплоемкость, плотность и вязкость;- modeling of thermal processes, the result of which is the optimization of the cross-sectional dimensions of the liquid cooler (the number of channels and their depth, the gap between the height of the walls of the channels and the bases of the power modules, etc.), the volumetric flow rate of the liquid, its heat capacity, density and viscosity;
- наличия турбулентности проходящей жидкости в каналах охлаждения;- the presence of turbulence of the passing fluid in the cooling channels;
- непосредственного контакта основания силового модуля с охлаждающей жидкостью (примерно 85% площади) и только 15% площади основания силового модуля имеет контакт с охладителем;- direct contact of the base of the power module with coolant (approximately 85% of the area) and only 15% of the area of the base of the power module has contact with the cooler;
- равномерного распределения потоков охлаждающей жидкости, проходящей через жидкостные охладители, и высокого коэффициента теплопередачи (порядка 1500 Вт/(м2⋅К)), в результате чего тепло от силового модуля отдается в охлаждающую жидкость с незначительными потерями.- uniform distribution of coolant flows passing through the liquid coolers and a high heat transfer coefficient (of the order of 1500 W / (m 2 ⋅K)), as a result of which heat is transferred from the power module to the coolant with insignificant losses.
Охладитель, изображенный на фиг. 10…13, может использоваться с испарительной системой охлаждения. В качестве теплоносителя применяют, например, фреон 113 или перфтордибутиловый эфир МД-3Ф.The cooler shown in FIG. 10 ... 13, can be used with evaporative cooling system. As a heat carrier, for example, Freon 113 or MD-3F perfluorodibutyl ether is used.
В результате нагревания силовых модулей 24, 25, установленных на охладителе, и самого охладителя 23 теплоноситель 22 в охладителе 23 нагревается, происходит расширение жидкого теплоносителя, повышение давления жидкой фазы теплоносителя до давления конденсации и превращение теплоносителя в парожидкостную фазу. При этом происходит отбор тепла от силовых модулей 24, 25 и охладителя 23 при одновременном нагреве теплоносителя жидкой фазы до температуры конденсации, и полученное тепло используется в расширительном цикле для охлаждения силовых модулей 24, 25 и охладителя 23. За счет избыточного давления в автономных емкостях 4 парожидкостный теплоноситель по каналам 5 поступает в отводящие трубки 14 и через выходные штуцера 16, по отводящим шлангам 30 поступает в выходные распределительные коллектора 32 и затем в выходной магистральный коллектор 33. Далее парожидкостный теплоноситель поступает в конденсатор, где конденсируется, смешивается с жидкой фазой теплоносителя, охлаждается и попадает в входной магистральный коллектор 26, из которого поступает в распределительные коллектора 27, и через подводящие шланги 28 теплоноситель вновь поступает в емкости 4 силовых модулей 24 и 25.As a result of heating the
Охлаждение силовых модулей и охладителя происходит за счет тепла выделяемого силовыми модулями, и чем сильнее происходит нагрев силовых модулей и охладителя, тем выше давление и конденсация теплоносителя и эффективней охлаждение.The cooling of the power modules and the cooler occurs due to the heat generated by the power modules, and the stronger the heating of the power modules and the cooler, the higher the pressure and condensation of the coolant and more efficient cooling.
Эффективность охлаждения достигается за счет изменения агрегатного состояния теплоносителя и высокого коэффициента теплоотдачи.The cooling efficiency is achieved by changing the aggregate state of the coolant and a high heat transfer coefficient.
Важным преимуществом данного способа испарительного охлаждения являются: отсутствие вращающихся деталей, бесшумность работы, отсутствие вибрации, что намного упрощает статический преобразователь и делает его более надежным.An important advantage of this method of evaporative cooling is: the absence of rotating parts, silent operation, lack of vibration, which greatly simplifies the static converter and makes it more reliable.
Источники информацииInformation sources
1. Каталог охладителей Итальянской фирмы «TECNOAL s.n.c. » , 2014 г.1. Cooler catalog of the Italian company “TECNOAL s.n.c. ", 2014
2. Каталог охладителей Австрийской фирмы «Austerlits Electronic», 2010 г. 2. Catalog of coolers of the Austrian company Austerlits Electronic, 2010
3. Prof. Dr. Ronald Eisele, Klaus Kristen Olesen, Frank Osterwald. Инновационные технологии охлаждения силовых модулей.3. Prof. Dr. Ronald Eisele, Klaus Kristen Olesen, Frank Osterwald. Innovative cooling technology for power modules.
4. Журнал Силовая Электроника №3, 2005 г. 4. Power Electronics Magazine No. 3, 2005
5. Журнал Силовая Электроника №3, 2010 г. 5. Power Electronics Magazine No. 3, 2010
6. Журнал Силовая Электроника №4, 2011 г. 6. Power Electronics Magazine No. 4, 2011
7. Журнал Силовая Электроника №3, 2013 г.7. Power Electronics Magazine No. 3, 2013
8. Журнал Силовая Электроника №3, 2015 г.8. Power Electronics Magazine No. 3, 2015
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016121586A RU2647866C2 (en) | 2016-05-31 | 2016-05-31 | Method of manufacturing liquid cooler |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016121586A RU2647866C2 (en) | 2016-05-31 | 2016-05-31 | Method of manufacturing liquid cooler |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016121586A RU2016121586A (en) | 2017-12-05 |
| RU2647866C2 true RU2647866C2 (en) | 2018-03-21 |
Family
ID=60580952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016121586A RU2647866C2 (en) | 2016-05-31 | 2016-05-31 | Method of manufacturing liquid cooler |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2647866C2 (en) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2247912C2 (en) * | 1999-06-04 | 2005-03-10 | АйКЬЮРИ ЛЭБ ХОЛДИНГЗ ЛИМИТЕД | Microcooling device |
| RU2280294C2 (en) * | 2004-10-11 | 2006-07-20 | Юрий Васильевич Таланин | Power unit |
| RU2348087C1 (en) * | 2007-07-06 | 2009-02-27 | Юрий Васильевич Таланин | Cooler |
| RU2415523C1 (en) * | 2009-07-09 | 2011-03-27 | Открытое акционерное общество Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава (ОАО "ВНИКТИ") | Cooler of power electronic modules |
| RU2526139C2 (en) * | 2008-11-17 | 2014-08-20 | Индустрие Ильпеа С.п.А. | Refrigeration circuit |
| RU2542628C2 (en) * | 2010-01-15 | 2015-02-20 | Риджидайзед Металз Корпорейшн | Methods of forming walls with increased surface for use in device |
| US9261310B2 (en) * | 2007-04-16 | 2016-02-16 | Stephen Fried | Gas cooled condensers for loop heat pipe like enclosure cooling |
-
2016
- 2016-05-31 RU RU2016121586A patent/RU2647866C2/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2247912C2 (en) * | 1999-06-04 | 2005-03-10 | АйКЬЮРИ ЛЭБ ХОЛДИНГЗ ЛИМИТЕД | Microcooling device |
| RU2280294C2 (en) * | 2004-10-11 | 2006-07-20 | Юрий Васильевич Таланин | Power unit |
| US9261310B2 (en) * | 2007-04-16 | 2016-02-16 | Stephen Fried | Gas cooled condensers for loop heat pipe like enclosure cooling |
| RU2348087C1 (en) * | 2007-07-06 | 2009-02-27 | Юрий Васильевич Таланин | Cooler |
| RU2526139C2 (en) * | 2008-11-17 | 2014-08-20 | Индустрие Ильпеа С.п.А. | Refrigeration circuit |
| RU2415523C1 (en) * | 2009-07-09 | 2011-03-27 | Открытое акционерное общество Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава (ОАО "ВНИКТИ") | Cooler of power electronic modules |
| RU2542628C2 (en) * | 2010-01-15 | 2015-02-20 | Риджидайзед Металз Корпорейшн | Methods of forming walls with increased surface for use in device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016121586A (en) | 2017-12-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jörg et al. | Direct single impinging jet cooling of a MOSFET power electronic module | |
| CN204335279U (en) | Liquid-cooling type radiator structure | |
| US7537047B2 (en) | Liquid-cooling heat sink | |
| US7215545B1 (en) | Liquid cooled diamond bearing heat sink | |
| US8391008B2 (en) | Power electronics modules and power electronics module assemblies | |
| TWM595785U (en) | Integrated liquid cooling heat radiation system | |
| CN101610664A (en) | Liquid chiller and manufacture method thereof | |
| US11876036B2 (en) | Fluid cooling system including embedded channels and cold plates | |
| US12016157B2 (en) | Actively cooled heat-dissipation lids for computer processors and assemblies | |
| CN219677255U (en) | Electronic component integrating three-dimensional vapor cavity and liquid cooling heat dissipation | |
| RU2522937C1 (en) | Liquid cooling system for multiprocessor computation complex, package and heat sink module | |
| Lad et al. | High power density thermal management of discrete semiconductor packages enabled by additively manufactured hybrid polymer-metal coolers | |
| CN211503310U (en) | Liquid cooling passage structure of heat exchanger | |
| RU2647866C2 (en) | Method of manufacturing liquid cooler | |
| CN101635432B (en) | Liquid refrigerating chip for semiconductor laser and preparation method thereof | |
| US20180337109A1 (en) | Integrated power semiconductor packaging apparatus and power converter | |
| CN201138905Y (en) | Integrate heat radiating device under condition of small space and multiple heat supplies | |
| JP5114967B2 (en) | Cooling device and semiconductor power conversion device | |
| CN209257297U (en) | A kind of mold of good cooling results | |
| KR101551874B1 (en) | Power thyristor unit cooling system | |
| CN214308304U (en) | Efficient integrated liquid cooling phase transition cooling device | |
| Skuriat | Direct jet impingement cooling of power electronics | |
| US20210136954A1 (en) | Oscillating heat pipe integrated thermal management system for power electronics | |
| CN218182201U (en) | Converter IGBT radiator | |
| CN214507771U (en) | Water-cooling plate for double modules |