ГРУППОВОЙ ТЕПЛООТВОД С ЖИДКОСТНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ Российский патент 1997 года по МПК H01L23/34 H01L23/36 H05K7/20 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в различных преобразовательных агрегатах в качестве индивидуальных и групповых жидкостных охладителей для силовых полупроводниковых приборов (СПП) таблеточного типа.

Известен жидкостной (водяной) холодноштампованный охладитель, имеющий один неразветвленный канал для прохождения охлаждающей жидкости (см. ТУ 16-729. III-78. Охладители водяных систем охлаждения силовых полупроводниковых приборов).

Однако такие конструкции имеют высокие тепловые сопротивления, значительные габариты и массы, низкую эффективность теплоотвода.

Наиболее близким техническим решением является водяной охладитель, содержащий корпус из высокотеплопроводного материала с несколькими ромбовидными каналами для прохождения охлаждающей жидкости, крышку, входной и выходной штуцеры (см. авторское свидетельство СССР N860176, опубл. 30.08.81).

Недостатками данного охладителя являются: значительные гидравлическое и тепловое сопротивления из-за большого количества ромбовидных вставок, обтекаемых водой; неравномерности водяных потоков в каналах, т.к. вода на входе в охладитель устремляется в центральные каналы и, практически, не попадает в крайние (боковые) каналы. Кроме того, изготовление охладителя весьма трудоемко, т.к. в основном присутствуют фрезеровочные операции.

Технический эффект заключается в повышении эффективности теплоотвода и снижении трудоемкости изготовления.

Сущность заключается в том, что групповой теплоотвод с жидкостным охлаждением для силовых полупроводниковых приборов и модулей, содержащий корпус из высокотеплопроводного материала с несколькими каналами для прохождения охлаждающей жидкости, крышку, входной и выходной штуцеры, теплоотвод имеет взаимно пересекающиеся кольцевые каналы одинакового диаметра, геометрические центры которых расположены на одной осевой линии, а пары входных и выходных штуцеров расположены между двумя соседними охлаждаемыми силовыми полупроводниковыми приборами. Осевой диаметр кольцевых каналов определен как
D (1,5 1,1) D_СППmax,
где: D осевой диаметр кольцевых каналов,
D_СППmax наибольший габаритный диаметр охлаждаемых силовых полупроводниковых приборов.

Количество кольцевых каналов определено как
m 2N + n, при N 1, n 0,
где: m количество кольцевых каналов,
N количество охлаждаемых силовых полупроводниковых приборов (с одной стороны группового теплоотвода).

N ≥ 2,
n действительный ряд чисел,
n 0,1,2,3, n.

Геометрические центры кольцевых каналов расположены друг от друга на расстоянии
l 0,333 D,
где: l расстояние между геометрическими центрами кольцевых каналов.

Количество пар входных и выходных штуцеров определено как
К_ш 0,5N,
где: К_ш количество пар входных и выходных штуцеров.

Расстояние между соседними парами входных и выходных штуцеров определено как
L 2D.

На фиг. 1 и 2 изображен предлагаемый теплоотвод, который содержит корпус 1 из высокотеплопроводного материала, в котором расположены взамно пересекающиеся кольцевые каналы 2. Для создания замкнутой гидравлической системы на корпус напаяна крышка 3, на которой закреплены входные 4 и выходные 5 штуцера силовых полупроводниковых приборов. Осевой диаметр кольцевых каналов 2 определен как D= (1,05 1,1) D_СППmax, где: D_СППmax - наибольший габаритный диаметр охлаждаемых силовых полупроводниковых приборов, а их количество определено как m 2N + n, при N 2 n 0, где N количество охлаждаемых СПП, n действительный ряд чисел. Геометрические центры кольцевых каналов 2 расположены друг от друга на расстоянии l 0,333D. Количество пар входных 4 и выходных 5 штуцеров определено как К_ш 0,5N, а расстояние между соседними парами входных 4 и выходных 5 штуцеров определено как L 2D.

Групповой теплоотвод работает следующим образом. Охлаждающая жидкость, например вода, поступает через входные штуцера 4. Вода через один входной штуцер 4 поступает в кольцевые каналы 2, омывающие два соседние СПП. Далее охлаждающая вода через выходные штуцеры 5 выходит из теплоотвода.

Высокая эффективность группового теплоотвода достигается высокой степенью развития поверхности каналов, по которым протекает охлаждающая жидкость, за счет предлагаемой схемы построения гидравлической цепи теплоотвода. Снижение трудоемкости изготовления предлагаемого теплоотвода по сравнению с аналогами (теплоотводами, изготовленными методами штамповки или фрезерованием) достигается за счет того, что концентрические каналы одной группы выполняются токарной обработкой одной операцией с помощью фигурного резца. В настоящее время в А/о "Электровыпрямитель" изготовлена опытная партия данных теплоотводов, проводятся всесторонние испытания.

Область использования изобретения: изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в различных преобразовательных агрегатах в качестве индивидуальных и групповых жидкостных охладителей для силовых полупроводниковых приборов /СПП/ таблеточного типа. Сущность изобретения: технический результат заключается в повышении эффективности теплоотвода и снижении трудоемкости изготовления. Групповой теплоотвод с жидкостным охлаждением содержит корпус 1 из высокотеплопроводного материала, в котором расположены взаимно пересекающиеся кольцевые каналы 2. Для создания замкнутой гидравлической системы на корпус напаяна крышка 3, на которой закреплены входные 4 и выходные 5 штуцера силовых полупроводниковых приборов. Осевой диаметр кольцевых каналов 2 определен как D=/1,5 - 1,1/ D_СППmax, где D_СППmax - наибольший габаритный диаметр охлаждаемых силовых полупроводниковых приборов, а их количество определено как m = 2N + n при N = 2, n = 0, где N - количество охлаждаемых СПП, n - действительный ряд чисел. Геометрические центры кольцевых каналов 2 расположены друг от друга на расстоянии l = 0,333D. Количество пар входных и выходных 5 штуцеров определено как К_ш = 0,5N, а расстояние между соседними парами входных 4 и выходных 5 штуцеров определено как L = 2D. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Групповой теплоотвод с жидкостным охлаждением для силовых полупроводниковых приборов и модулей, содержащий корпус из высокотеплопроводного материала с каналами для охлаждающей жидкости, крышку, входной и выходной штуцеры, отличающийся тем, что каналы для охлаждающей жидкости выполнены взаимопересекающимися и кольцевыми с одинаковыми диаметрами, геометрические центры которых расположены на одной геометрической оси, а входные и выходные штуцеры попарно размещены между соседними охлаждаемыми силовыми полупроводниковыми приборами. 2. Теплоотвод по п.1, отличающийся тем, что осевой диаметр кольцевых каналов определен как
D (1,05 ^oC 1,1) D_{СППмакс},
где D_{СППмакс} наибольший габаритный диаметр охлаждаемых силовых полупроводниковых приборов, м. 3. Теплоотвод по п.1, отличающийся тем, что количество кольцевых каналов определено как m 2N + n, при N ≥ 2,
где N количество охлаждаемых силовых полупроводниковых приборов с одной стороны группового теплоотвода;
n действительный ряд чисел, n 0, 1, 2, 3, n при N 2, n 0. 4. Теплоотвод по п.1 или 2, отличающийся тем, что геометрические центры кольцевых каналов расположены друг относительно друга на расстоянии
l 0,333 D,
где D осевой диаметр кольцевых каналов, м. 5. Теплоотвод по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что количество пар входных и выходных штуцеров определено как
К_ш 0,5N,
где N количество охлаждаемых силовых полупроводниковых приборов, а расстояние между соседними парами входных и выходным штуцеров как
L 2D,
где D осевой диаметр кольцевых каналов, м.