Тиристорный модуль с испарительным охлаждением жидким диэлектриком Советский патент 1992 года по МПК H01L23/34 H05K7/20 

Изобретение относится к силовой полупроводниковой технике и в частности к высоковольтным выпрямителям с испарительным охлаждением жидким диэлектриком.

Для снижения массогабаритных характеристик конструкции установки испарительной жидким диэлектриком системы охлаждения силовых полупроводниковых приборов целесообразно разместить их в одном герметичном кожухе с теплообменником с помощью которого, рассеиваемая полупроводниковыми приборами мощность, отводится за пределы кожуха.

Известно устройство испарительной системы охлаждения жидким диэлектриком силовых полупроводниковых приборов расположенных в одном кожухе с теплообменником.

Силовые полупроводниковые приборы с ребрами охлаждения дисковой формы собраны в горизонтально расположенный ти- ристорный модуль, электрические выводы от которого сделаны через противоположно расположенные съемные торцевые заглушки кожуха цилиндрической формы.

В верхней части кожуха расположен теплообменник с водяным охлаждением.

1

О N) СО N

представляющий собой горизонтальный пучок труб с гладкой наружной поверхностью. Концы труб теплообменника выведены из герметичного кожуха наружу также через противоположно расположенные торцевые заглушки и при этом соединены между собой с каждой из сторон съемными коленами U-образной формы из эластичного материала.

Недостатками устройства являются увеличение массогабаритных характеристик, вызванное увеличением толщины торцевых заглушек и диаметра стягивающих их шпилек, вследствие возникновения осевых усилий приложенных к торцевым заглушкам и направленным наружу кожуха, при прижатии ребер охлаждения к основанию силовых полупроводниковых приборов, болтами завинчиваемыми снаружи в торцевые заглушки кожуха и предварительно пропущенные в отверстия прижимных втулок основание которых, пропущенные через отверстия в торцевых заглушках, прижимаются при этом к ребрам охлаждения крайних силовых полупроводниковых приборов тиристорно- го модуля.

Кроме этого увеличение толщины торцевых заглушек вызвано наличием в них большого числа, просверленных с малым шаговым расстоянием, отверстий для вывода из герметичного кожуха концов труб теп- лобменника наружу.

Увеличение массогабаритных характеристик вызвано также использованием для теплообменника труб с гладком наружной поверхностью, а трубы серебренной наружной поверхностью, использование которых позволяет уменьшить массогабаритные характеристики теплообменника, не могут быть установлены в кожухе, поскольку диаметр отверстий в торцевых заглушках с целью их уплотнения после установки труб в кожухе, должен быть меньше диаметра ребер труб.

Снижение технологичности устройства вызвано наличием у кожуха двух съемных торцевых заглушек, стягиваемых между собой сквозными шпильками и сложностью уплотнительных устройств, вследствие наличия в них большого числа кольцевых канавок, протачиваемых соосно отверстиям для вывода наружу концов труб теплообменника и служащих для размещения в них уплотнительных прокладок, герметизирующих проходные отверстия в торцевых заглушках после установки в кожухе труб теплообменника

Снижение ремонтопригодности устройства вызвано тем, что при замене вышедшего из строго полупроводникового прибора

или при его ремонте или осмотре необходимо слить жидкий диэлектрик из герметичного кожуха, вынуть трубы теплообменника из кожуха, предварительно, отсоединив его от

трубопроводов водоснабжения и слива воды и сняв колена, соединяющие концы труб между собой, а также уплотнительные устройства, и разобрать кожух, отсоединив торцевые заглушки.

0Целью изобретения является снижение

массогабаритных характеристик, повышение технологичности и ремонтопригодности тиристорного модуля с испарительным охлаждением жидким диэлектриком.

5 Поставленная цель достигается тем, что прижатие ребер охлаждения к основанию силовых полупроводниковых приборов производится до сборки кожуха на внутренней стороне съемной торцевой заглушке, с по0 мощью гаек, навинчиваемых на концы стяжных шпилек расположенных вокруг силовых полупроводниковых приборов и пропущенных предварительно в отверстия диска, установленного напротив торца модуля, при

5 этом противоположные концы стяжных шпилек завинчены в глухие отверстия расположенные на внутренней стороне съемной торцевой заглушки, в которой расположены проходные изоляторы, обес0 печивающие электрические выводы модуля из кожуха наружу.

Трубы теплообменника с сребренной наружной поверхностью вместе с несъемными коленами, жестко соединяющие кон5 цы труб между собой с каждой из сторон, располагаются внутри кожуха горизонтально, при этом один конец входной и выходной труб теплообменника, направленные в одну и ту же сторону, соединяются с проход0 ными штуцерами с помощью фланцевых патрубков, припаянных соосно к концам этих труб и снабженных кольцевой выточкой во фланце, в которую уложена уплотни- тельная прокладка, наружный диаметр

5 которой равен диаметру кольцевой выточки, а внутренний диаметру отверстия в патрубке, снабженного трубкой с резьбой в которую завинчивается, погруженный снаружи кожуха, через отверстие в его торцевой за0 глушке, проходной штуцер с кольцевым буртиком, вследствие чего уплотнительна прокладка, после упора буртика в наружную поверхность торцевой заглушки, прижимается к внутренней поверхности

5 торцевой заглушки и к наружной поверхности проходного штуцера, герметизируя таким образом плоскость разъема торцевой заглушки с фланцем патрубка и проходным штуцером, при этом оба проходных штуцера завинчиваются во фланцевые патрубки через отверстия расположенные в одной и той же торцевой заглушке, противоположной той через которую осуществлены электрические выводы модуля и в отличие от которой сделанной несъемной.

Снаружи корпуса герметичного кожуха прикрепляются горизонтально и диаметрально противоположно две втулки, в которые заводятся две оси, противоположные концы которых имеют опору относительно которой изменяется угол наклона кожуха при подъеме его конца со съемной торцевой заглушкой, при этом величина угла наклона, обеспечивающая выем тиристоров из кожуха без слива жидкого диэлектрика равна

в 0,5

h DBH

,л.

где h - высота уровня жидкого диэлектрика в кожухе, м,

DBH. - внутренний диаметр кожуха, м, при этом наружные концы проходных штуцеров соединены с трубопроводами водоснабжения и слива воды из теплообменника трубами из эластичного материала.

На чертеже показан общий вид тири- сторного модуля с испарительным жидким диэлектриком охлаждением.

Силовые полупроводниковые приборы 1 с прижатыми к их основанию с обеих сторон ребрами охлаждения дисковой формы 2 расположены в герметичном кожухе 3, ниже уровня находящегося в нем жидкого диэлектрика 4.

Прижатие ребер охлаждения к основанию силовых полупроводниковых приборов осуществляется с помощью гаек 5, навинчиваемых на концы стяжных шпилек 6, расположенных вокруг силовых полупроводниковых приборов с ребрами охлаждения и предварительно пропущенных в отверстия диска 7, установленного напротив торца модуля. При этом противоположные концы стяжных шпилек 6 завинчены в глухие отверстия, предусмотренные на внутренней стороне съемной торцевой заглушке 9.

Электроизоляция силовых полупроводниковых приборов и ребер охлаждения от съемной торцевой заглушки и прижимного диска достигается с помощью электроизоляционных вкладышей 8, установленных на торцах модуля. Электрические выводы от полупроводниковых приборов наружу кожуха осуществлены с помощью проходных изоляторов 10, расположенных на съемной торцевой заглушке. Токопроводы в кожухе выполнены в виде навесных косынок 17,

один конец которых припаивается к хвостовикам 18 тиристорного модуля, а второй конец имеет разъемное контактное соединение со шпилькой 20 проходного изолятора.

Корпус кожуха и съемная торцевая заглушка имеют фланцевое соединение, герметизация которого обеспечивается кольцевой прокладкой и стяжными болтами

равномерно распределенными по периметру фланца, а несъемная торцевая заглушка 15 припаивается к противоположному концу корпуса.

Снаружи корпуса герметичного кожуха

прикрепляются горизонтально и диаметрально противоположно две втулки 11 в которые заводятся оси, противоположные концы которых закреплены на опорах относительно которых может изменяться угол

наклона кожуха при подъеме его конца со съемной торцевой заглушкой, при этом величина угла наклона, обеспечивающая выем силовых полупроводниковых приборов с ребрами охлаждения без слива жидкого диэлектрика из кожуха равна

в 0,5

De

, я.

где h - высота уровня жидкого диэлектрика в кожухе, м,

DBH. внутренний диаметр кожуха, м. Материал корпуса, торцевых заглушек. прижимного диска, стяжных шпилек-сталь,

материал ребер охлаждения - медь.

Теплообменник 12 располагается в герметичном кожухе горизонтально выше уровня жидкого диэлектрика. Он состоит из параллельно расположенных медных труб с

сребренной наружной поверхностью. Трубы, соединенные между собой припаянными к ним коленами U-образной формы, обеспечивающими последовательное прохождение воды по трубам теплообменника,

располагаются внутри кожуха, при этом один конец входной и выходной труб теплообменника, направленные в одну и ту же сторону, соединяются с проходными штуцерами 16 с помощью фланцевых патрубком

13, припаянных соосно к концам этих труб и снабженных кольцевой выточкой во фланце, в которую уложена уплотнительная прокладка 14, наружный диаметр которой равен диаметру кольцевой выточки, а внутренний - диаметру отверстия в патрубке снабженного трубой резьбой в которую завинчиваются, пропущенный снаружи кожуха через отверстие в торцевой заглушке 15. проходной штуцер с кольцевым буртиком.

вследствие чего уплотнительная прокладка, после упора буртика в наружную поверхность торцевой заглушки прижимается к внутренней поверхности торцевой заглушки и к наружной поверхности проходного штуцера, герметизируя таким образом плоскость ее разъема с фланцем патрубка и проходным штуцером, при этом оба штуцера завинчиваются во фланцевые патрубки через отверстия расположенные в одной и той же торцевой заглушке, противоположной той через которую осуществлены электрические выводы модуля и в отличие от которой сделанной несъемной.

Концы проходных штуцеров оставшиеся снаружи кожуха соединяются с трубопроводами водоснабжения теплообменника и слива воды эластичными трубами 19, обеспечивающими, без отсоединения теплообменника от трубопроводов водоснабжения и слива воды необходимый наклон кожуха для выема из него силовых полупроводниковых приборов с ребрами охлаждения без слива жидкого диэлектрика из кожуха.

Устройство работает следующим образом, полупроводниковые приборы 1 в рабочем состоянии выделяют тепло, которое передается ребрам охлаждения 2 и от них жидкому диэлектрику 4, охлаждающему их поверхность, отбирая это тепло жидкий диэлектрик закипает и превращается в пар, который поднимается кверху и попадает на наружную поверхность трубок теплообменника 12, внутренняя поверхность которых охлаждается проточной водой.

Вследствие разности температур между парами жидкого диэлектрика и водой происходит теплопередача от паров к воде, которая отводит аккумулированное тепло за пределы герметичного кожуха.

При этом в кожухе на наружной поверхности трубок теплообменника происходит конденсации паров. Образовавшийся конденсат паров жидкого диэлектрика под действием сил тяжести стекает вниз к месту повторного испарения.

Для интенсификации процесса теплопередачи наружная поверхность труб Ореб- рена.

Формула изобретения

1. Тиристорный модуль с испарительным охлаждением жидким диэлектриком, содержащий корпус цилиндрической формы, установленный на свою боковую цилиндрическую поверхность, две торцевые заглушки с резьбовыми отверстиями на одной из них и внешними выводами, герметично соединенные с торцами корпуса с образованием герметичного кожуха, который частично заполнен жидким диэлектриком, набор чередующихся между собой v стянутых между собой в пакет с помощыс резьбовых шпилек с обеспечением прижима между собой, силовые полупроводниковые приборы с охладителями в виде размещенных между основаниями указанных выше полупроводниковых плоских ребер, который расположен в герметичное кожухе, вдоль продольной геометрическое

0 оси указанного кожуха в жидком диэлектрике, трубчатый теплообменник с водяным охлаждением в виде входной и выходной трубы, соединенных между собой, установленный в герметичном кожухе, над па5 кетом полупроводниковых приборов v охладителей, в его свободной от жидкого диэлектрика части, отличающий- с я тем, что, с целью улучшения массога- баритных характеристик, повышения тех0 нологичности и ремонтопригодное™ конструкции, герметичный кожух снабжеь размещенным внутри герметичного кожухг диском с отверстиями, а резьбовые отвер стия одной из торцевых заглушек выполне5 ны с глухими, обращенными CBOHMI/ открытыми сторонами во внутрь герметичного кожуха, причем заглушка с глухим / резьбовыми отверстиями разъемно соединена с кожухом, другая торцевая заглушкг

0 выполнена глухой и неразъемно соединен с корпусом, а диск с отверстиями установ лен у глухой торцевой заглушки и соединен с торцевой заглушкой с глухими резьбовы ми отверстиями посредством резьбовы

5 шпилек, противоположные концы которы расположены соответственно в отверстия) диска и в глухих резьбовых отверстиях соответствующей заглушки, причем пакет полу проводниковых приборов и охладителе

0 установлен между заглушкой с глухим резьбовыми отверстиями и диском и изоли рован относительно них.

2.Модуль поп.1,отличающийс тем, что внешние электрические вывода вы

5 полнены в виде проходных изоляторов.

3.Модуль поп.1,отличающийс$ тем, что в глухой торцевой заглушке выпол нены отверстия, входная и выходная трубь установлены параллельно продольной гео

0 метрической оси герметичного кожуха, а егс входная и выходная трубы своими концам, размещены в отверстиях глухой торцевой за глушки за пределами герметичного кожуха со стороны глухой торцевой заглушки ука

5 занного кожуха и герметично соединены пс своему периметру с кромками указанны) выше отверстий, посредством герметичны; резьбовых соединений.

4.Модуль поп. 3,отличающийС5 тем, что каждое резьбовое соединение тру

бы выполнено в виде фланца с внутренним резьбовым отверстием, жестко соединенного с концом соответствующей трубы, соосно с ним и герметично соединенного с кромками отверстия глухой торцевой заглушки посредством прокладки, и проходного штуцера с одним резьбовым концом, который ввинчен во внутреннее резьбовое отверстие фланца, причем фланец размещен выше заглушки, а проходной штуцер внутри отверстия указанной заглушки с выходом другого ее конца во внешнюю сторону относительно указанной выше заглушки.

5.Модуль по пп. Зи4,отличающий- с я тем, что трубы теплообменника, выполнены с внешним оребрением.

6.Модуль по п. 1,отличающийся тем, что герметичный кожух установлен на

боковую цилиндрическую поверхность своего корпуса с возможностью его наклона по плоскости, проходящей через его продольную геометрическую ось на угол, определя- емый из следующего выражения

0 0,5

DB

п,

где h - высота уровня жидкого диэлектрика в кожухе, м;

DBH.- внутренний диаметр кожуха, м, при этом проходные штуцеры снабжены трубами из эластичного материала для соединения труб теплообменника с системой водоснабжения, которые закреплены на свободных внешних концах проходных штуцеров.

Изобретение относится к силовой полупроводниковой технике, в частности к высоковольтным выпрямителям с испарительным охлаждением жидким диэлектриком. Сущность изобретения: силовые полупроводниковые приборы с прижатыми к их основанию с обеих сторон ребрами охлаждения дисковой формы расположены в герметичном кожухе, ниже уровня находя 2 щегося в нем жидкого диэлектрика. Прижатие ребер охлаждения к основанию силовых полупроводниковых приборов осуществляется с помощью гаек, навинчиваемых на концы стяжных шпилек, расположенных вокруг силовых полупроводниковых приборов с ребрами охлаждения и предварительно пропущенных в отверстия диска, установленного напротив торца модуля. При этом противоположные концы стяжных шпилек завинчены в глухие отверстия, предусмотренные на внутренней стороне съемной торцевой заглушки. Электроизоляция силовых полупроводниковых приборов и ребер охлаждения от съемной торцевой заглушки и прижимного диска достигается с помощью электроизоляционных вкладышей, установленных на торцах модуля. Электрические выводы от полупроводниковых приборов наружу кожуха осуществлены с помощью проходных изоляторов, расположенных на съемной торцевой заглушке. 5 з.п. ф-лы, 1 ил. Ё

А- А

18

12

А.

17

U-л

в-в