СИЛОВОЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ БЛОК С ИСПАРИТЕЛЬНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ Российский патент 1999 года по МПК H01L23/34 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к полупроводниковой преобразовательной технике, и может быть использовано в статических преобразователях электрической энергии.

Наиболее близким техническим решением является силовой полупроводниковый блок с испарительным охлаждением, содержащий герметичный корпус, заполненный жидким легкокипящим фторсодержащим промежуточным теплоносителем, в который погружены силовые полупроводниковые приборы с оребренными теплоотводами, теплообменник-конденсатор, находящийся сверху вне емкости и соединенный с нею паропроводом и конденсатопроводом (патент США N 4027728, 1977).

Недостатком данной конструкции является то, что при аварийной разгерметизации в нерабочем состоянии или при плановой разгерметизации при ремонтных работах легкокипящие и, соответственно, легкоиспаряющиеся фторсодержащие жидкости (например, фреон 113, фреон 30, МД-3Ф и др.) при комнатной температуре улетучиваются из разгерметизированного корпуса, тем самым нарушается работоспособность блока.

Технический эффект заключается в повышении надежности работы силового полупроводникового блока с испарительным охлаждением, уменьшении расхода дорогостоящего фторсодержащего промежуточного теплоносителя.

Сущность изобретения заключается в том, что в силовом полупроводниковом блоке с испарительным охлаждением, содержащем герметичный корпус, заполненный жидким легкокипящим фторорганическим промежуточным теплоносителем, в который погружены силовые полупроводниковые приборы с оребренными теплоотводами, теплообменник-конденсатор, находящийся вне емкости и соединенный с ней паропроводом и конденсатором, блок имеет защитный слой дополнительной диэлектрической жидкости, расположенный сверху промежуточного теплоносителя, при этом плотность диэлектрической кремнийорганической жидкости защитного слоя на 40 - 50% меньше, а температура кипения на 20 - 30^oC выше, чем у промежуточного теплоносителя. Кроме того, толщина защитного слоя равна 2 - 3 мм.

Плотность защитного слоя диэлектрической кремнийорганической жидкости в блоке должна быть меньше на 40 - 50% основного теплоносителя. Если плотность защитного слоя будет менее 40%, то при спонтанном испарении основного теплоносителя (в нерабочем состоянии, при изменении окружающей температуры) его пары будут "пробивать" защитный слой и улетучиваться. Если плотность защитного слоя будет выше 50%, то начальный, рабочий момент пары закипающего промежуточного теплоносителя будут задерживаться защитным слоем.

Температура кипения диэлектрической кремнийорганической жидкости защитного слоя должна быть выше на 20 - 30^oC, чем у основного теплоносителя. Если температура будет ниже 20^oC, то диэлектрическая жидкость защитного слоя подвергается спонтанному испарению также, как и основной теплоноситель. Если температура будет выше 30^oC, то возникнет затруднение охлаждения блока при интенсивном кипении основного теплоносителя (при достижении основным теплоносителем температуры кипения, близкой к T_кр1.).

Толщина защитного слоя диэлектрической жидкости должна быть 2 - 3 мм. При меньшей толщине слой будет легко "пробиваться" парами основного теплоносителя при спонтанном испарении. Большая толщина слоя будет затруднять процесс охлаждения, а также повышать стоимость расходных материалов.

Изобретение поясняется чертежом (фиг. 1). Силовой полупроводниковый блок с испарительным охлаждением содержит герметичный корпус 1, заполненный жидким легкокипящим фторорганическим промежуточным теплоносителем 2, в который погружены силовые полупроводниковые приборы 3 с оребренными теплоотводами 4. Сверху расположен теплообменник-конденсатор 5, соединенный с емкостью паропроводом 6 и конденсатопроводом 7. Сверху промежуточного теплоносителя 2 в корпусе 1 расположен защитный слой 8 кремнийорганической жидкости, плотность которой на 40 - 50% меньше, а температура кипения на 20 - 30% выше, чем у промежуточного теплоносителя 2. Толщина защитного слоя 8 составляет 2 - 3 мм.

Силовой полупроводниковый блок с испарительным охлаждением работает следующим образом. Силовые полупроводниковые приборы 3 при прохождении через них электрического тока выделяют тепловые потери, которые передаются оребренным теплоотводам 4. Легкокипящий промежуточный теплоноситель 2 закипает на нагретых поверхностях оребренных теплоотводов 4, пары теплоносителя 2, разрушая защитный слой 8 дополнительной диэлектрической жидкости, поднимаются вверх герметичного корпуса 1, по паропроводу 6 попадают в теплообменник-конденсатор 5, конденсируются, через конденсатопровод 7 конденсат стекает обратно в герметичную емкость. После выключения силового блока защитный слой 8 дополнительной диэлектрической жидкости снова покрывает поверхность промежуточного теплоносителя 2 и при аварийной разгерметизации корпуса 1 в нерабочем состоянии или при плановой разгерметизации при ремонте защитный слой 8 не позволяет улетучиваться из корпуса 1 легкоиспаряющейся при комнатной температуре фторсодержащей жидкости 2, тем самым снижается расход дорогостоящего диэлектрика.

Использование: полупроводниковая преобразовательная техника, в статических преобразователях электрической энергии. Сущность изобретения: силовой полупроводниковый блок с испарительным охлаждением содержит герметичный корпус, заполненный жидким легкокипящим фтороорганическим промежуточным теплоносителем, в который погружены силовые полупроводниковые приборы с оребренными теплоотводами. Сверху расположен теплообменник-конденсатор, соединенный с емкостью паропроводом и конденсатопроводом. Сверху промежуточного теплоносителя в корпусе расположен защитный слой кремнийорганической жидкости. При этом плотность диэлектрической кремнеорганической жидкости защитного слоя на 40-50% меньше, а температура кипения на 20-30°С выше, чем у промежуточного теплоносителя. Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы силового полупроводникового блока с испарительным охлаждением, уменьшение расхода дорогостоящего фторосодержащего промежуточного теплоносителя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Силовой полупроводниковый блок с испарительным охлаждением, содержащий герметичный корпус, заполненный жидким легкокипящим фторорганическим промежуточным теплоносителем, в который погружены силовые полупроводниковые приборы с оребренными теплоотводами, теплообменник-конденсатор, находящийся сверху вне емкости и соединенный с ней паропроводом и конденсатопроводом, отличающийся тем, что блок имеет защитный слой дополнительной диэлектрической жидкости, расположенный сверху промежуточного теплоносителя, при этом плотность диэлектрической кремнеорганической жидкости защитного слоя на 40 - 50% меньше, а температура кипения на 20 - 30^oC выше, чем у промежуточного теплоносителя. 2. Силовой полупроводниковый блок с испарительным охлаждением по п.1, отличающийся тем, что толщина защитного слоя составляет 2 - 3 мм.