RU89318U1

RU89318U1 - COOLER FOR POWER ELECTRONIC MODULES

Info

Publication number: RU89318U1
Application number: RU2009128256/22U
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Горин; Александр Михайлович Новиков; Валерий Семенович Коссов; Сергей Анатольевич Добашин; Константин Степанович Перфильев; Анатолий Пантелеевич Троицкий
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги"
Priority date: 2009-07-22
Filing date: 2009-07-22
Publication date: 2009-11-27

Abstract

Охладитель силовых электронных модулей, содержащий крышку и теплоотводящее основание с каналами для прохождения хладагента и установленными на нем тепловыделяющими электронными модулями, причем тепловыделяющее основание включает выполненные под местами установки электронных модулей полости с установленными в них, сопряженными с крышкой вкладышами, формирующими форму канала, указанные каналы для прохождения хладагента выполнены в виде расположенных в разных плоскостях, связанных между собой прямолинейных участков и меандрических секций, каждая из которых расположена в указанной полости, при этом указанные каналы соединены в параллельно-последовательную схему движения жидкого хладагента, отличающийся тем, что выполнены дополнительные каналы между каналом, подводящим хладагент к цепям последовательно соединенных электронных модулей, и каналами, соединяющими модули последовательно между собой, причем дополнительные каналы выполнены с гидравлическим сопротивлением, обеспечивающим повышенный расход хладагента в полостях охлаждения электронных модулей с повышенной температурой основного потока хладагента.A cooler for power electronic modules, comprising a cover and a heat-removing base with channels for the passage of refrigerant and heat-generating electronic modules mounted on it, the heat-generating base including cavities made under the places of installation of electronic modules with the liners installed in them and mating with the cover and forming the channel shape, these channels for the passage of the refrigerant made in the form located in different planes, interconnected rectilinear sections and meander sections, each of which is located in the specified cavity, while these channels are connected in parallel-serial flow diagram of the liquid refrigerant, characterized in that additional channels are made between the channel supplying the refrigerant to the circuits of the series-connected electronic modules, and the channels connecting the modules in series between by itself, and additional channels are made with hydraulic resistance, providing increased refrigerant consumption in the cooling cavities of electronic modules with increased constant temperature of the main refrigerant stream.

Description

Полезная модель относится к области электротехнике рельсовых транспортных средств, в частности к системам жидкостного охлаждения тягового преобразователя локомотивов.The utility model relates to the field of electrical engineering of rail vehicles, in particular to liquid cooling systems of a traction converter of locomotives.

Известно жидкостное охлаждающее устройство с направляющими для выборочного охлаждения электронных компонентов (патент US, №6457514, кл. H05K 7/20 2002 г.). Устройство включает каналы, образованные параллельно расположенными направляющими элементами, обеспечивающими параллельный подвод охлаждающей жидкости к охлаждаемым электронным компонентам, рассеивающие тепло ребра, установленные в потоке хладагента непосредственно под охлаждающими модулями.Known liquid cooling device with rails for the selective cooling of electronic components (US patent No. 6457514, CL H05K 7/20 2002). The device includes channels formed in parallel by the guiding elements, providing a parallel supply of coolant to the cooled electronic components, heat dissipating fins installed in the refrigerant stream directly below the cooling modules.

В указанном устройстве осуществляется интенсификация локальной теплоотдачи в местах установки охлаждаемых модулей за счет внесения в поток хладагента дополнительных элементов (ребер, пористых вставок), что приводит к увеличению гидравлического сопротивления каналов охладителя.In the specified device, the local heat transfer is intensified in the places of installation of the cooled modules by introducing additional elements (ribs, porous inserts) into the refrigerant stream, which leads to an increase in the hydraulic resistance of the cooler channels.

Известен охладитель силовых электронных модулей, содержащий крышку и теплоотводящее основание с каналами для прохождения хладагента и установленными на нем тепловыделяющих электронными модулями, причем тепловыделяющее основание включает выполненные под местами установки электронных модулей полости с установленными в них сопряженными с крышкой вкладышами, формирующими форму канала, указанные каналы для прохождения хладагента выполнены в виде расположенных в разных плоскостях, связанных между собой прямолинейных участков и меандрических секций, каждая из которых расположена в указанной полости, при этом указанные каналы соединены в параллельно-последовательную схему движения жидкого хладагента. (RU, патент на изобретение №2273970, кл. H05K 7/20, 2006 г., прототип).A known cooler of power electronic modules comprising a lid and a heat-removing base with channels for passing the refrigerant and heat-generating electronic modules mounted on it, the heat-generating base includes cavities made under the mounting locations of the electronic modules with the liners mating with the lid and forming the channel shape, said channels for the passage of the refrigerant made in the form located in different planes, interconnected rectilinear sections and meander iCal sections, each of which is disposed in said cavity, wherein said channels are connected in a series-parallel circuit of the liquid refrigerant movement. (RU, patent for the invention No. 2273970, class H05K 7/20, 2006, prototype).

К недостатку известного охладителя следует отнести понижение теплоотводящей мощности с электронных модулей установленных в последовательной цепи вследствие повышения температуры хладагента по мере прохождения его от модуля к модулю.A disadvantage of the known cooler is a decrease in heat dissipation power from electronic modules installed in a series circuit due to an increase in the temperature of the refrigerant as it passes from module to module.

Техническим результатом полезной модели является повышение теплоотводящей мощности с электронных модулей установленных в последовательной цепи и уменьшение гидравлического сопротивления хладагенту за счет увеличения расхода хладагента в полостях охлаждения электронных модулей температура хладагента в которых повышена.The technical result of the utility model is to increase the heat dissipation power from the electronic modules installed in the serial circuit and to reduce the hydraulic resistance to the refrigerant by increasing the flow rate of the refrigerant in the cooling cavities of the electronic modules in which the refrigerant temperature is increased.

Поставленная задача решается за счет того, что в охладителе силовых электронных модулей, содержащего крышку и теплоотводящее основание с каналами для прохождения хладагента и установленными на нем тепловыделяющими электронными модулями, причем теплоотводящее основание включает выполненные под местами установки электронных модулей полости с установленными в них сопряженными с крышкой вкладышами, формирующими форму канала, указанные каналы для прохождения хладагента выполнены в виде расположенных в разных плоскостях, связанных между собой прямолинейных участков и меандрических секций, каждая из которых расположена в указанной полости, при этом указанные каналы соединены в параллельно-последовательную схему движения жидкого хладагента, выполнены дополнительные каналы между каналом подводящим хладагент к цепям последовательно соединенных электронных модулей и каналами соединяющими модули последовательно между собой, причем дополнительные каналы выполнены с необходимым гидравлическим сопротивлением для обеспечения повышенного расхода хладагента в полостях охлаждения электронных модулей с повышенной температурой основного потока хладагента.The problem is solved due to the fact that in the cooler of the power electronic modules containing a cover and a heat sink base with channels for the passage of refrigerant and heat-generating electronic modules mounted on it, the heat sink base includes cavities made under the installation sites of the electronic modules with the mates installed in them the inserts forming the channel shape, these channels for the passage of the refrigerant are made in the form located in different planes, connected between there are rectilinear sections and meander sections, each of which is located in the specified cavity, while these channels are connected in parallel-serial flow diagram of the liquid refrigerant, additional channels are made between the channel supplying refrigerant to the circuits of the electronic modules connected in series and the channels connecting the modules in series with each other moreover, additional channels are made with the necessary hydraulic resistance to ensure increased flow of refrigerant in the cavities hlazhdeniya electronic modules elevated temperature primary coolant flow.

На фиг.1 схематично изображен вид охладителя силовых электронных модулей сбоку. На фиг.2 изображено сечение А-А, фиг.1 - вид на каналы для охлаждающей жидкости.Figure 1 schematically shows a side view of a cooler of power electronic modules. Figure 2 shows a section aa, figure 1 is a view of the channels for the coolant.

Охладитель силовых электронных модулей (фиг.1, 2) содержит основание 1, на котором с наружной стороны рядами расположены тепловыделяющие силовые электронные модули 2. В боковой стенке основания 1 для подачи и вывода охлаждающей жидкости выполнены впускное 3 и выпускное 4 отверстия, связанные соответственно через раздающий коллектор 5 и собирающий коллектор 6 с каналами 7, 8, 9 для прохождения хладагента, выполненными на внутренней стороне основания 1 под рядами электронных модулей 2. При этом вдоль двух каналов 7, 8 как показано на фиг.2 в качестве примера, расположены электронные модули 2 равной мощности. Каналы 7, 8, 9 выполнены в виде соединенных между собой линейных и меандрических участков - секций, каждая из которых расположена в полостях 10, выполненных в основании 1 под местами установки электронных модулей 2. Каналы 7, 8, 9 закрыты крышкой 11, к которой прикреплены вкладыши 12, входящие в полости 10. Внутри меандрических секций каналов 7, 8, 9 в местах крепления тепловыделяющих модулей 2 расположены приливы 13 с удобооптекаемыми лопатками 14, а в местах поворота направления жидкости каналы 7, 9 снабжены поворотными лопатками 15. Канал 9 содержит выравнивающий расходы дроссель 16. Раздающий коллектор 5 соединен дополнительными каналами 17 с каналами 8, соединяющими модули последовательно между собой, причем дополнительные каналы 17 выполнены с необходимым гидравлическим сопротивлением для обеспечения повышенного расхода хладагента в полостях охлаждения 10 электронных модулей с повышенной температурой основного потока хладагента.The cooler of the power electronic modules (FIGS. 1, 2) contains a base 1 on which heat-generating power electronic modules 2 are arranged in rows on the outside. Inlet side 3 and outlet 4 openings are made in the side wall of the base 1 for supplying and outputting coolant, respectively connected through distributing manifold 5 and collecting manifold 6 with channels 7, 8, 9 for the passage of refrigerant, made on the inner side of the base 1 under the rows of electronic modules 2. Moreover, along the two channels 7, 8 as shown in figure 2 as Reamer, located electronic modules 2 equal power. Channels 7, 8, 9 are made in the form of interconnected linear and meander sections - sections, each of which is located in cavities 10, made in the base 1 under the installation sites of electronic modules 2. Channels 7, 8, 9 are closed by a cover 11, to which the liners 12 included in the cavity 10 are attached. Inside the meander sections of the channels 7, 8, 9 at the attachment points of the fuel modules 2 there are tides 13 with streamlined blades 14, and in the places where the fluid direction is turned, the channels 7, 9 are equipped with rotary blades 15. Channel 9 contains equal a flow-inducing choke 16. The distributing manifold 5 is connected by additional channels 17 with channels 8 connecting the modules in series with each other, and additional channels 17 are made with the necessary hydraulic resistance to provide increased flow of refrigerant in the cooling cavities 10 of the electronic modules with an increased temperature of the main refrigerant flow.

Охладитель силовых электронных модулей работает следующим образом.The cooler power electronic modules operates as follows.

Хладагент через впускное отверстие 3 поступает в основание 1 и через раздающий коллектор 5 поступает в каналы 7, 8, 9. При организованной последовательно-параллельной схеме движения охлаждающей жидкости и соответствующих сечениях каналов 7, 9 хладагент разделяется на две части, пропорционально количеству тепла, выделяемому электронными модулями 2 в соответствующем ряду. Выравнивание расхода охлаждающей жидкости по каналам 7, 9 обеспечивается дросселем 16. Проходя под рядами тепловыделяющих модулей 2, поток хладагента забирает выделяемое ими тепло. Наиболее высокая теплоотдача осуществляется непосредственно в местах установки тепловыделяющих модулей за счет уменьшенного термического сопротивления, высокой скорости движения охлаждающей жидкости и соответственно, более высокого значения коэффициента теплоотдачи на этих участках относительно других участков теплоотводящего основания 1. Это обусловлено тем, что под тепловыделяющими модулями 2 основание 1 за счет выполненных полостей 10 имеет меньшую толщину, при этом в полости 10 установлены вкладыши 12, которые формируют оптимальную форму канала, обеспечивающую высокую скорость прохождения жидкости. Принятая схема расположения каналов для прохождения хладагента в разных плоскостях позволяет выполнить основную часть основания 1 с толщиной, достаточной для обеспечения жесткости и прочности конструкции в целом при воздействии внешних и внутренних нагрузок, в том числе внутреннего давления. При прохождении охлаждающей жидкости через меандрические участки каналов 7, 9 уменьшение гидравлического сопротивления приливов 13 для винтов крепления модулей 2 обеспечивается тем, что участки приливов 13, расположенные в потоке жидкости, выполнены в виде удобооптекаемых лопаток 14.The refrigerant through the inlet 3 enters the base 1 and through the distributing manifold 5 enters the channels 7, 8, 9. With an organized series-parallel movement of the coolant and the corresponding sections of the channels 7, 9, the refrigerant is divided into two parts, in proportion to the amount of heat generated electronic modules 2 in the corresponding row. The equalization of the flow rate of the coolant through the channels 7, 9 is provided by the throttle 16. Passing under the rows of the fuel modules 2, the refrigerant flow takes the heat generated by them. The highest heat transfer is carried out directly at the installation sites of the heat-generating modules due to the reduced thermal resistance, high velocity of the coolant and, accordingly, a higher value of the heat-transfer coefficient in these areas relative to other parts of the heat-removing base 1. This is due to the fact that base 1 under the heat-generating modules 2 due to the made cavities 10 has a smaller thickness, while in the cavity 10 there are liners 12 that form the optimum th channel shape providing a high rate of passage of fluid. The adopted arrangement of channels for the passage of the refrigerant in different planes allows the main part of the base 1 to be made with a thickness sufficient to ensure rigidity and strength of the structure as a whole when exposed to external and internal loads, including internal pressure. When the coolant passes through the meander sections of the channels 7, 9, a decrease in the hydraulic resistance of the tides 13 for the mounting screws of the modules 2 is ensured by the fact that the sections of the tides 13 located in the fluid flow are made in the form of easy-to-blades 14.

Для уменьшения гидравлического сопротивления при поворотах потока жидкости в меандрических каналах применены поворотные лопатки 15.To reduce the hydraulic resistance during rotation of the fluid flow in the meander channels, rotary blades 15 are used.

При движении потока охлаждающей жидкости в цепях последовательно соединенных модулей жидкость нагревается и охлаждение электронных модулей, расположенных последующими за первыми, происходит при меньшей разнице температур между модулями и охлаждающей жидкостью, что ухудшает условия теплоотвода. Для увеличения эффективности охлаждение электронных модулей, расположенных в последовательной цепочке за первыми модулями, выполнены дополнительные каналы 17, с помощью которых понижается температура жидкости и увеличивается ее расход через модули с повышенной температурой охлаждающей жидкости, тем самым увеличивая мощность охлаждения электронных модулей, причем дополнительные каналы 17 выполнены с необходимым гидравлическим сопротивлением для обеспечения повышенного расхода хладагентаWhen the flow of coolant in the chains of series-connected modules moves, the fluid heats up and the cooling of the electronic modules located next to the first occurs with a smaller temperature difference between the modules and the coolant, which worsens the heat sink conditions. To increase the efficiency, the cooling of electronic modules located in a serial chain behind the first modules has additional channels 17, with which the temperature of the liquid is reduced and its flow rate through modules with an increased temperature of the cooling liquid is increased, thereby increasing the cooling power of electronic modules, additional channels 17 made with the necessary hydraulic resistance to ensure increased refrigerant flow

Принятая схема движения охлаждающей жидкости при относительно малом расходе жидкости и размерах сечений каналов 7, 8, 9, выбираемых с учетом количества выделяемой мощности, позволяет получить высокие скорости движения охлаждающей жидкости в каналах непосредственно под электронными модулями 2, а следовательно, и высокие значения коэффициентов теплопередачи. При этом, так как прямолинейные участки каналов 7, 8, 9 выполнены с большей площадью сечения, чем на меандрических участках, обеспечивается уменьшение общего гидравлического сопротивления охладителя.The adopted scheme of the movement of coolant with a relatively low flow rate and the size of the cross sections of the channels 7, 8, 9, selected taking into account the amount of power released, allows to obtain high speeds of the movement of coolant in the channels directly under the electronic modules 2, and therefore high values of heat transfer coefficients . Moreover, since the straight sections of the channels 7, 8, 9 are made with a larger cross-sectional area than in the meander sections, a decrease in the overall hydraulic resistance of the cooler is provided.

Claims

A cooler for power electronic modules, comprising a cover and a heat-removing base with channels for the passage of refrigerant and heat-generating electronic modules mounted on it, the heat-generating base including cavities made under the places of installation of electronic modules with the liners installed in them and mating with the cover and forming the channel shape, these channels for the passage of the refrigerant made in the form located in different planes, interconnected rectilinear sections and meander sections, each of which is located in the specified cavity, while these channels are connected in parallel-serial flow diagram of the liquid refrigerant, characterized in that additional channels are made between the channel supplying the refrigerant to the circuits of the series-connected electronic modules, and the channels connecting the modules in series between by itself, and additional channels are made with hydraulic resistance, providing increased refrigerant consumption in the cooling cavities of electronic modules with increased constant temperature of the main refrigerant stream.