Устройство для испарительного охлаждения полупроводниковых приборов Советский патент 1992 года по МПК H01L25/00 H01L23/427 

Изобретение относится к преобразовательной технике и силовой электронике и может быть использовано для охлаждения силовых полупроводниковых приборов выпрямителей тяговых подстанций метрополитенов, выпрямительных установок тепловозов и электровозов а также в различных силовых электрических

Известно охлаждающе устройство для испарительного охлаждения полупроводниковых приборов, содержащее испаритель, к которому прижимается охлаждаемый полупроводниковый прибор, имеющее каналы с жидким промежуточным теплоносителем и сребренный трубчатый конденсатор, причем эти трубки конденсатора установлены жестко в испарителе под различными углами от 4° до 86° к плоскости испарителя Недостатками известного устройства являются недостаточная эффективность охлаждения вследствие значительной толщины стенки от контактной поверхности испарителя до внутреннего канала, а также недостаточно высокая надежность работы обусловленная большим числом мест герметизации трубок конденсатора. Кроме того, эффективность устройства уменьшается за счет удаления трубок кЪнденсатора на край парового коллёктор а, чгто снижает их тепловую нагрузку по сравнению с трубками рас- полТГженными напротив каналов испарителя.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результатук заявляемому является устройство для испарительного охлаждения полупроводниковых приборов имеющее испаритель и конденсатор, принятое за прототип. В испарителе расположено большое количество трубок, которые содержат жидкий промежуточный теплоноситель и жестко закреплены в нем, а в области конденсатора эти трубки имеют наружное оребрение, причем верхние концы трубок объединены коробчатым коллектором, а нижние концы трубок в области испарителя, объединены жидкостным коллектором.

Недостатками известного устройства для испарительного охлаждения полупроводниковых приборов является недостаточно высокая эффективность охлаждения связанная с тем, что трубки с промежуточным теплоносителем удалены от контактной поверхности полупроводникового прибора - расположены внутри тела испарителя, а также недостаточная надежность работы, связанная с большим числом мест герметизации трубок в области испарителя и конденсатора.

Целью изобретения является повышение эффективности охлаждения и надежности работы.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для испарительного охлаждения полупроводниковых приборов, содержащем испаритель, к которому прижимается охлаждаемый прибор, имеются каналы с жидким промежуточным теплоносителем, и сребренный трубчатый конденсатор, трубки которого отогнуты под углом к плоскости испарителя, причем каналы испарителя и полость трубчат.огснсонден- сатора, образуют единую внутреннюю полость устройства, трубки конденсатора изогнуты в виде рамок и образуют в области испарителя каналы для жидкости, причем каждая трубка установлена в области испарителя не менее чем двумя своими частями и имеет в этих местах плоскую поверхность, соприкасающуюся непосредственно с охлаждаемым прибором

Рамки конденсатора выполнены или в нескольких параллельных плоскостях, или же в плоскостях, расположенных под углом друг к другу, но не менее 15° к плоскости

испарителя.

Трубки в области испарителя установлены в один ряд плотно друг к другу и закреплены между собой, образуя пакет трубок, являющийся испарителем, а в области кон0 денсатора трубки выполнены раздвинутыми и имеют пластинчатое оребрение.

На фиг.1 представлены два вида устройства для испарительного охлаждения полупроводниковых приборов; на фиг.2 5 возможные схемы выполнения трубок конденсатора; на фиг.З - возможные схемы расположения рамок относительно плоскости испарителя; на фиг.4 - два вида устройства имеющего испаритель в виде пакета трубок.

0 Устройство для испарительного охлаждения полупроводниковых приборов (фиг.1) содержит испаритель 1, к которому прижимается охлаждаемый прибор 2, имеющий каналы 3 с жидким промежуточным тепло5 носителем, и сребренный трубчатый конденсатор 4, трубки которого отогнуты под углом к плоскости испарителя 1, причем каналы 3 испарителя 1 и полость трубчатого конденсатора 4, образуют единую внутрен0 нюю полость устройства. Трубки конденсатора 4 изогнуты в виде рамок и образуют в области испарителя 1 каналы 3 для жидкости, причем каждая трубка установлена в области испарителя 1 не менее чем двумя

5 своими частями и имеет в этих местах плоскую поверхность 5, соприкасающуюся непосредственно с охлаждаемым прибором 2. Рамки конденсатора 4 выполнены или в одной плоскости, или в нескольких параллель0 ных плоскостях, или же в плоскостях, расположенных под углом друг к другу, но не менее 15° к плоскости испарителя 1 (фиг.З). Трубки в области испарителя 1 установлены в один ряд плотно друг к другу и

5 закреплены между собой, образуя пакет трубок б, являющийся испарителем, а в области конденсатора 4 трубки являются раздвинутыми и имеют пластинчатое оребрение 7 (фиг.4).

0 Устройство для испарительного охлаждения полупроводниковых приборов (фиг.1) работает следующим образом.

При включении полупроводникового прибора 2 под нагрузку теплота, выделен5 ная в нем в виде потерь, передается через плоскую поверхность 5. а также теплопроводностью через материал испарителя 1 к жидкому промежуточному теплоносителю, расположенному в каналах 3 Это приводит к закипанию жидкого промежуточного теппоносителя в каналах 3 и к образованию его паров, которые поднимаются в трубчатый конденсатор 4, например, сребренный снаружи винтовыми накатанными ребрами (фиг.Т). В трубчатом конденсаторе 4 пары конденсируются, отдавая свою теплоту окружающему воздуху, например, путем естественной конвекции. Образовавшийся конденсат в конденсаторе 4 под действием силы гравитации стекает по наклонным трубкам в каналы 3 испарителя 1. Цикл передачи теплоты от полупроводникового прибора 2 к окружающему воздуху замыкается и осуществляется непрерывно пока находится под токовой нагрузкой полупроводниковый прибор 2. Если трубчатый конденсатор 4 имеет несколько трубок в виде рамок (фиг.2 - две крайних схемы, фиг.З, фиг.4), то описанные процессы кипения и конденсации жидкого промежуточного теплоносителя протекают в каждой рамке параллельно (одновременно). Теплота, выделенная в полупроводниковом приборе 2 (фиг,4), может подводиться к испарителю 1, выполненному в виде пакета трубок 6 сразу от двух полупроводниковых приборов, расположенных сверху и снизу пакета 6.

Устройство для испарительного охлаждения полупроводниковых приборов обеспечивает следующие преимущества:

высокую эффективность охлаждения, обусловленную тем, что полупроводниковый прибор соприкасается непосредственно с плоской стенкой трубки испарителя и при этом исключено термическое сопротивление стенки испарителя и контакта трубки со стенкой испарителя, а также тем, что несколько зон испарителя (не менее двух) объединены в области конденсатора рамками 4, что выравнивает тепловую нагрузку как в

зоне испарителя, так и в зоне конденсатора; высокую надежность работы, за Счет того, что число мест герметизации внутренних полостей уст ройства для охлаждения умень- 5 шено в два раза и более.

Формула изобретения

1.Устройство для испарительного охлаждения полупроводниковых приборов, содержащее испаритель, к которому прижи0 мается охлаждаемый прибор, имеющий ка налы с жидким промежуточным

теплоносителем, и сребренный трубчатый

конденсатор, трубки которого отогнуты под

углом к плоскости испарителя, причем кана5 лы испарителя и полость трубчатого конденсатора образуют единую внутреннюю полость устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности охлаждения и надежности в работе, трубки

0 конденсатора изогнуты в виде рамок и образуют в области испарителя каналы для жидкости, причем каждая трубка установлена в области испарителя не менее чем двумя своими частями и имеет в этих местах плоскую

5 поверхность, соприкасающуюся непосредственно с охлаждаемым прибором.

2.Устройство поп.1,отличагащее- с я тем, что рамки конденсатора выполнены или в одной плЪскости, или в нескольких

0 параллельных плоскостях, или же в плоскостях, расположенных под углом одна к другой, но не менее 15° к плоскости испарителя.

3.Устройство по пп.1 и 2, отличаю- 5 щ е е с я тем, что трубки в области испарителя установлены в один ряд плотно одна к другой и закреплены между собой, образуя пакет трубок, являющийся испарителем, а в области конденсатора трубки выполнены

0 раздвинутыми и имеют пластинчатое ореО- рение.

Использование- может быть использовано для охлаждения силовых полупроводниковых приборов выпрямителей тяговых подстанций метрополитенов, выпрямительных установок тепловозов и электровозов,а также в различных силовых цепях. Устройство для испарительного охлаждения полу- проводниковых приборов силовой электроники содержит испаритель, к которому прижимается охлаждаемый прибор, имеющий каналы с жидким промежуточным теплоносителем и сребренный трубчатый конденсатор, трубки которого отогнуты под углом к плоскости испарителя, причем каналы испарителя и полость трубчатого конденсатора, образуют единую внутреннюю полость устройства. Трубки конденсатора изогнуты в виде рамок и образуют в области испарителя каналы для жидкости, причем каждая трубка установлена в области испарителя не менее чем двумя своими частями и имеют в этих местах плоскую поверхность, соприкасающуюся непосредственно с охлаждаемым прибором. Рамки конденсатора выполнены или в одной плоскости, или в нескольких параллельных плоскостях, или же в плоскостях, расположенных под углом друг к другу, но не менее 15° к плоскости испарителя Трубки в области испарителя установлены в один ряд плотно друг к другу и закреплены между собой, образуя пакет трубок, являющийся Испарителем, а в области конденсатора трубки являются раздвинутыми и имеют пластинчатое оребрение 2 з п ф-лы, 4 ил. сг

4

Фиг. 2

1

JL.

7

м. 41

4 4 I М II I h

/-ь

Фиг.З

Т

J .

/