Силовой полупроводниковый модуль с испарительным охлаждением Советский патент 1992 года по МПК H01L23/34 

Вх Нг

Вход о

Выход нго

j

Изобретение относится к электротехнике, а именно к полупроводниковой технике, и может быть использовно в статических преобразователях зл ктримеской энергии.

Известен силовой блок преобразовательной установки, содержащий силовые полупроводниковые приборы, укрепленные на внешней стороне герме- тимной теплообменной камеры, заполненной охлаждающей жидкостью с размещенным в ней -конденсатором.

Недостатком данного блока являет

невозможность эффективного двустороннего теплоотвода от силовых полупроводниковых приборов.

Наиболее близким к предлагаемому является силовой полупроводниковый модуль с испарительным охлаждением, содержащий гермети-чную емкость, заполненную жидким промежуточным теплоносителем, соединенную паропроводом наклонным конденсатором, расположенным вне герметичной емкости, имеет силовые полупроводниковые приборы таблгточного типа, расположенные между автономными отсеками, соеди- ненными с герметичной емкостью с помощью компенсаторов продольного расширения. Кроме того, конденсатор соединен с герметичной емкостью конденсатопроводом, причем конден- сатопровод присоединен к герметично емкости выше автономных отсеков.

Недостатком известного модуля является то, что при работе модуля происходит запаривание автономных отсеков, что ухудшает охлаждение силовых полупроводниковых приборов, снижает их нагрузочную способность и, соответственно, нагрузочную способность модуля.

Целью изобретения является увеличение нагрузочной способности силового полупроводникового модуля путем повышения эффективности охлаждения.

Силовой полупроводниковый модуль с испарительным охлаждением, содер- жащий герметичную емкость с автономными параллельно расположенными отсеками, заполненную жидким теплоносителем и соединенную паропроводо С входом наклонного конденсатора, .расположенного вне герметичной ёмкости, выход которого соединен с

.

5

0

одним концом конденсатопровода и силовые полупроводниковые приборы таблеточного типа, установленные между автономными отсеками, соединенными одними своими концами с герметичной емкостью через верхние компенсаторы продольного расширения, снабжен дополнительной герметичной емкостью с размещенными в ней теплообменником и нижними компенсаторами продольного расширения, установленными между вторыми концами автономных отсеков и дополнительной герметичной емкостью, при этом второй конец конденсатопровода соединен с входом дополнительной герметичной емкости с образованием замкнутой системы циркуляции теплоносителя.

На чертеже схематично изображен предлагаемый модуль.

0

5

0

5

0

Силовые полупроводниковые приборы 1 таблеточного типа расположены между автономными параллельно расположенными отсеками 2, которые с помощью верхних компенсаторов 3 продольного расширения соединены с основной герметичной емкостью J, а с помощью дополнительных нижних компенсаторов 5 продольного расширения - с дополнительной емкостью 6, внутри которой расположен дополнительный теплообменник 7. Сверху над основной герметичной емкостью k расположен наклонный конденсатор.8, входом соединенный с этой емкостью паропроводом 99 а выходом - с входом дополнительной емкости 6 конденсатопроводом 10 с образованием замкнутой системы циркуляции теплоносителя. Конденсатопровод 10 присоединен к дополнительной емкости 6 ниже автономных отсеков 2. Основная.k и дополнительная 6 емкости заполнены жидким промежуточным теплоносителем 14, например фреоном-113.

Модуль работает следующим образом.

При прохождении электрического тока через силовые полупроводниковые приборы 1 в них выделяется мощность тепловых потерь, которая вызывает 5 кипение фреона-113 11, находящегося в автономных отсеках 2. Пары фреона-113 передаются в основную герметичную емкость , далее через паропровод 9 попадают в наклонный конденсатор 8, конденсируются, конден- сат по конденсатопроводу 10 стекает в дополнительную емкость 6. Фреон- 113 (кoндeнcaf) из дополнительной емкости поступает снова в автономные отсеки на место выкипевшего там фреона. Таким образом, возникает циркуляционное движение промежуточного теплоносителя около силовых полупроводниковых приборов, что исключает возникновение пленочного режима кипения (запаривания) в автономных отсеках около полупроводниковых приборов,, Причем чем выше тепловые потоки от полупроводниковых приборов, тем выше интенсивность циркуляции жидкости, тем выше скорость движения жидкости около приборов, а чем выше скорость движения кипящей жидкости около поверхности нагрева, тем выше коэффициент теплоотдачи при кипении, т.е. усиливается интенсивность теплоотдачи от полупроводниковых приборов, увеличивается их нагрузочная способность, а следовательно, и нагрузочная способность модуля в целом. Кроме того, дополнительная интенсивность охлаждения обеспечивается за счет дополнительного охлаждения конденсата дополнительным теплообменником 7.

При работе модуля автономные отсеки, выполняемые, например, из меди,

40

,

удлиняются за счет теплового линейного расширения металла. Чтобы исключить разрушение конструкции модуля из-за этого, используются компенсаторы продольного расширения, верхние 3 и нижние 5, служащие одновременно и электрическими изоляторами. Конденсатор 8 и дополнительный теплообменник охлаждаются жидкостью, 45 например технической (проточной) водой.

Использование изобретения для охлаждения мощных отечественных силовых полупроводниковых приборов на токи 50 630-1600 А позволяет существенно снизить тепловое сопротивление охлаждающей системы и, следовательно, полного теплового сопротивления прлу25295 °

проводниковая, структура - окружающая среда, что приводит к увеличению

нагрузочной способности полупронод- . никовых приборов, необходимого в мо- мент изменения рабочего тока статического преобразователя. Повышение нагрузочной способности приборов позволяет снизить количество полупровод- Ю никовых приборов в силовых схемах

статических преобразователей электрической энергии, соответственно, снизить такое же.количество охладителей, что приводит к экономии дорогостоя- 15 щих- силовых полупроводниковых приборов, остродефицитных материалов охлаждающих систем: меди, олова, алюминия И ТоД.

20 ф

ормула изобретения

; 25

30

35

40

45

х 50 Силовой полупроводниковый модуль с испарительным охлаждением, содержащий герметичную емкость с автономными параллельно расположенными отсеками, заполненную жидким теплоносителем и соединенную паропроводом с входом наклонного конденсатора, расположенного вне герметичной емкости, выход которого соединен с одним концом конденсатопровода, и силовые полупроводниковые приборы таблеточного типа, установленные между автономными отсеками, соединенными одними своими концами с герметичной емкостью через верхние компенсаторы продольного расширения, отличающий- с я тем, что, с целью увеличения нагрузочной способности силового полупроводникового модуля путем повышения эффективности охлаждения, он снабжен дополнительной герметичной емкостью с размещенным в нем теплообменником и нижними компенсаторами продольного расширения, установленными между вторыми концами автономных отсеков и дополнительной герметичной емкостью ,. при этом второй конец конденсатопровода.соединен с входом дополнительной герметичной емкости с образованием замкнутой системы циркуляции теплоносителя.

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано в статических преобразователях электрической энергии. Цель изобретения - увеличение нагрузочной способности силового поВход т- -н лупроводникового модуля путем повышения эффективности охлаждения - достигается тем, что для исключения запаривания автономных отсеков в устройство введена дополнительная герметичная емкость 6 с размещенным в ней теплообменником 7- Автономные отсеки 2 соединены с основной герметичной емкостью 4 верхними компенсаторами продольного расширения (КПР) 3, а с дополнительной герме - тичной емкостью 6 нижними КПР 5- Наклонный конденсатор 8, конденсато- провод 10, дополнительная .герметич-; ная емкость 6, автономные отсеки 2, основная герметичная емкость 4 соединены между собой с образованием циркуляционного контура. Между автономными отсеками 2 установлены полупроводниковые приборы 1. 1 ил. .