ОХЛАДИТЕЛЬ Российский патент 2009 года по МПК H01L23/36 

Изобретение относится к производству охладителей для охлаждения силовых полупроводниковых приборов и может использоваться в электротехнической и радиоэлектронной промышленности.

Полупроводниковый прибор закрепляют на охладителе, и тепло, выделяемое полупроводниковым кристаллом, через поверхность полупроводникового прибора передается посредством контакта охладителю, который отводит тепло в окружающее пространство.

Материал охладителей должен обладать хорошей теплопроводностью.

Современные воздушные охладители представляют собой металлическое тело со сложной поверхностью, большой площадью охлаждения. Увеличение площади охлаждения охладителя достигается за счет использования ребер с большой поверхностью охлаждения, отверстий, желобов и т.д.

Известны германские охладители компании Fischer Elektronik типа SK158...SK162, изготовляемые экструзивным способом, состоящие из основания с запрессованными ребрами, имеющие большую поверхность охлаждения (1).

Однако с ростом токовых нагрузок на силовые полупроводниковые приборы 5000 А и выше отвод тепла от силовых полупроводниковых приборов становится особенно актуальным, для отвода тепла используется принудительное воздушное охлаждение посредством вентиляторов высокого давления, в результате чего увеличивается шумовой фактор, вызванный работой вентиляторов, но при большой токовой нагрузке на силовой прибор этого становится не достаточно, и силовые полупроводниковые приборы перегреваются.

Австрийская компания «AUSTERLITZ ELECTRONIC» выпускает охладители жидкостного охлаждения типа WK 200.22, представляющие собой металлическую плиту, внутри которой выполнены каналы для прохождения охлаждающей жидкости (2). Однако наибольшая высота представленных охладителей - 200 мм, так как выполнение отверстий на большую глубину, процесс трудоемкий, поэтому они предназначены для установки нескольких силовых полупроводниковых приборов, и построение мощных статических преобразователей на их основе весьма затруднительно.

Применение жидкостного охлаждения более эффективно, но требуется принудительная циркуляция жидкостного охладителя, герметичность системы, в результате чего усложняется конструкция, увеличиваются габариты и масса, возрастают стоимость электротехнического изделия и его обслуживание.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является охладитель, защищенный патентом РФ на изобретение №2206938 «Охладитель» (3).

Данный охладитель изготовляется экструзивным способом, состоит из основания с запрессованными ребрами, в основании охладителя, по всей его длине, выполнены сквозные продольные каналы, в результате чего увеличивается площадь поверхности охлаждения охладителя и уменьшается его масса, ребра для увеличения поверхности охлаждения имеют на наружных поверхностях рифления, кроме того, отвод тепла от охладителя при естественном и особенно при принудительном воздушном охлаждении будет происходить эффективнее, так как охлаждающий поток воздуха проходит как внутри основания охладителя, по сквозным продольным каналам, соприкасаясь с наиболее нагретыми поверхностями охладителя, так и с наружной стороны, в межреберном пространстве охладителя, отводя от охладителя тепло.

Задача изобретения - повышение эффективности охлаждения, уменьшение габаритов и массы охладителя, удешевление стоимости обслуживания охлаждающих устройств и электротехнического изделия в целом.

Поставленная задача достигается тем, что в охладителе, имеющем по всей длине основания охладителя сквозные продольные каналы, на концах продольных сквозных каналов выполнены спиральные проточки.

На фиг.1, 2 показаны проекции охладителя, на фиг.3, 4 показаны увеличенные сечения фрагментов охладителя для принудительного воздушного охлаждения, а на фиг.5, 6 показаны сечения фрагментов охладителя для жидкостной и испарительной систем охлаждения.

В основании охладителя 1, по всей его длине, выполнены продольные каналы 2, причем на концах продольных сквозных каналов выполнены спиральные проточки 3 цилиндрической или конической формы или установлены втулки со спиральными проточками. При принудительном воздушном охлаждении воздух подается на торцевую поверхность охладителя, попадая в спиральные проточки 3 охлаждающий воздух закручивается и попадает в продольные каналы 2 основания охладителя 1, в продольных каналах 2 основания 1 охладителя закрученный воздух расслаивается: вдоль осей каналов движется горячий воздух, а вдоль стенок продольных каналов основания движется холодный воздух, который отбирает тепло от охладителя и выносит его в окружающее пространство, охлаждая охладитель. Например, при разности давления 2 атмосферы на входе и выходе из продольных каналов 2 охладителя входящий воздух с температурой плюс 25°С разделяется на потоки: с температурами плюс 37°С в центре канала и плюс 1°С вдоль стенок каналов, холодный поток воздуха забирает тепло со стенок каналов охладителя и выносит его в окружающее пространство, эффективно понижая температуру охладителя.

В качестве охлаждающей среды может использоваться также жидкость (например, вода, антифриз) и хладагент (например, R600a).

При жидкостном и испарительном охлаждении на торцевых поверхностях основания 1 охладителя выполнены полости 4, соединяющие продольные каналы 2 (последовательно, группами), и установлены планки 5, создающие замкнутую систему охлаждения в охладителе, имеющие вход 6 (входы) и выход (выходы).

При принудительном жидкостном охлаждении жидкость 7 подается в полость 4 (полости) на торцевой поверхности охладителя, попадая в спиральные проточки 3 охладителя, охлаждающая жидкость 7 закручивается и поступает в продольные каналы 2 основания 1 охладителя, в продольных каналах 2 основания охладителя закрученная жидкость 7 расслаивается: на более горячую, проходящую вдоль осей каналов, и охлажденную, проходящую вдоль стенок каналов, охлажденная жидкость отбирает тепло от охладителя и выносит его в окружающее пространство, например в конденсатор.

Такая конструкция охладителя позволила повысить эффективность охлаждения охладителя за счет расслаивания закрученной охлаждающей среды на горячую, проходящую по центральной части продольных каналов, и охлажденную, проходящую вдоль стенок продольных каналов основания охладителя, отбирая у них тепло и вынося его в окружающее пространство, увеличить площадь охлаждения охладителя за счет образования сквозных продольных каналов внутри охладителя и спиральных проточек на их концах, одновременно уменьшить массу охладителя. Кроме того, данная конструкция охладителя позволяет выполнять сквозные продольные каналы в основании охладителя на большой длине без механической обработки.

Источники информации

1. Германские охладители компании Fischer Elektronik типа SK158...SK162.

2. Австрийские охладители компании «AUSTERLITZ ELECTRONIC» типа WK 200.22.

3. Патент РФ на изобретение №2206938 «Охладитель».

Изобретение относится к производству охладителей для охлаждения силовых полупроводниковых приборов и может использоваться в электротехнической и радиоэлектронной промышленности. Сущность: в основании охладителя, по всей его длине, выполнены продольные каналы. На концах продольных сквозных каналов выполнены спиральные проточки. Такая конструкция охладителя позволила повысить эффективность принудительного охлаждения охладителя за счет расслаивания закрученной охлаждающей среды на горячую, проходящую по центральной части продольных каналов, и охлажденную, проходящую вдоль стенок продольных каналов основания охладителя, охлажденная среда отбирает тепло от охладителя и выносит его в окружающее пространство; увеличить площадь охлаждения охладителя за счет образования сквозных продольных каналов внутри охладителя и спиральных проточек на их концах, одновременно уменьшить массу охладителя. Кроме того, данная конструкция охладителя позволяет выполнять сквозные продольные каналы в основании охладителя на большой длине без механической обработки. Технический результат: создание охладителя с эффективной системой охлаждения, уменьшение массы охладителя, удешевление стоимости обслуживания охлаждающих устройств и электротехнического изделия в целом. 6 ил.

Охладитель, состоящий из основания охладителя, в котором по всей длине основания выполнены сквозные каналы, отличающийся тем, что на концах продольных сквозных каналов выполнены спиральные проточки.