Силовой полупроводниковый блок с принудительным испарительным охлаждением Советский патент 1993 года по МПК H05K7/20 H01L23/34 

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

Целью изобретения является повышение нагрузочной способности силового полупроводникового блока с принудительным испарительным охлаждением за счет эксплуатации всех силовых полупроводниковых приборов с одинаковой нагрузочной способностью.

Изобретение поясняется фиг.1 и фиг.2.

Силовые бескорпусные полупроводниковые приборы 1, расположенные между сребренными теплоотводами 2, размещены в несущем герметичном корпусе 3, выполненном из высокотеплопроводного материала и заполненном движущимся (текущим) промежуточным хладагентом (теплоносителем) (ПТ) 4. Внутри герметичного корпуса, вдоль всех полупроводниковых приборов расположен внутренний сребренный теплообменник 5. Снаружи на внешней поверхности герметичного корпуса расположен внешний сребренный теплообменник б также вдоль всех полупроводниковых приборов; внешний теплообменник охлаждается конечным хладагентом (КХ).

Герметичный корпус имеет входной 7 и выходной 8 патрубки для подачи промежуточного хладагента (теплоносителя).

Внутренний и внешний сребренные теплообменники имеют размеры и ство ребер, температуру и расход промежуточного и конечного хладагентов для выполнения условия

внутреннего сребренного теплообменника, Вт/м2 °С;

свисши коэффициент теплоотдачи от поверхности внешнего сребренного теплообменника к конечному хладагенту, Вт/м2 °С.

Устройство работает следующим образом.

При прохождении тока через бескорпусные силовые полупроводниковые приборы 1 в них выделяется мощность тепловых потерь, которая передается сребренным теп- лоотводам 2, которые находятся в герметичном корпусе 3. Промежуточный

хладагент (теплоноситель) 4 в процессе принудительного течения внутри корпуса блока омывает оребренный теплоотвод первого бескорпусного прибора, имея при этом начальную (входную) температуру. Мощность

тепловых потерь первого прибора передается при этом промежуточному хладагенту (теплоносителю), например фреону 113, за счет конвективного теплообмена или теплообменом кипения, хладагент нагревается.

Далее нагретый хладагент достигает части внутреннего сребренного теплообменника 5, которая расположена напротив первого прибора с сребренным теплоотводом. При выполнении условия:

РТОНУТР П-Р(АУ),

или с другой стороны

35

рвнутр

- - () P(AV).

Область использования: изобретение относится v электротехнике, а именно к полупроводниковой преобразовательной технике, и может быть использовано в статических преобразователях электрической энергии. Сущность изобретения: с целью повышения нагрузочной способности силового полупроводникового блока с принудительным испарительным охлаждением за счет всех силовых полупроводниковых приборов с одинаковой нагрузочной способность силовой полуповодниковый блок с принудительным испарительным охлаждением содержит силовые бескорпусные полупроводниковые приборы, расположенные между сребренными теплоотводами и размещенные в несущем герметичном корпусе, выполненном из высокотеплопроводного материала и заполненном движущимся (текущим) промежуточным хладагентом (теплоносителем). Внутри герметичного корпуса вдоль полупроводниковых приборов расположен внутренний сребренный теплообменник. Снаружи, на внешней поверхности герметичного корпуса, расположен внешний сребренный теплообменник также вдоль полупроводниковых приборов; внешний теплообменник охлаждается конечным хладагентом. Герметичный корпус имеет входной и выходной патрубки для подачи промежуточного хладагента (теплоносителя). Внутренний и внешний сребренные теплообменники имеют размеры и количество ребер, температуру и расход промежуточного и конечного хладагентов для выполнения условия Рвнешм. о/ /.с Bhyip/.- внешн (AV):Fop /гор авнршн/«внутр, где P(AV) - мощность тепловых потерь одного силового полупроводникового прибора, Вт; - количество тепла, которое способен отнести внутренний теплообменник от промежуточного теплоносителя, Вт; ртвнешн - количество тепла, которое способен внешний теплообменник передать конечному хладагенту, Вт; п - количество силовых полупроводниковых приборов; Р0рвнутр - площадь поверхности сребренного внутреннего теплообменника м ; Р0рвнешн - площадь поверхности внешнего сребренного теплообменника, м2; Овнутр - коэффициент теплоотдачи от промежуточного хладагента к поверхности внутреннего сребренного теплообменника, Вт/м2 °С; «внешн - коэффициент теплоотдачи от поверхности внешнего сребренного теплообменника к конечному хладагенту, Вт/м2 °С 1 з п ф-лы, 2 ил. 00 ю N о 00 Ю

Рт

внутр р внешн

(АУ).

FopСЕвнешн

рЈрешн авнутр

где P(AV) - мощность тепловых потерь одного силового полупроводникового прибора, Вт;

Ртвнутр - количество тепла, которое способен отвести внутренний теплообменник от промежуточного теплоносителя, Вт;

Ртвнешн - количество тепла, которое способен внешний теплообменник передать конечному хладагенту, Вт:

п - количество силовых полупроводниковых приборов;

Р0рвнутр - площадь поверхности сребренного внутреннего теплообменника, м ;

Р0рвнешн - площадь поверхности внешнего сребренного теплообменника, м2;

Овнутр коэффициент теплоотдачи от промежуточного хладагента к поверхности

ВНуТру

где () - количество тепла, которое отводится частью внутреннего теплообменника, расположенной напротив одного полупроводникового прибора с сребренным теплоотводом, Вт,

Промежуточный теплоноситель охлаждается (в случае кипения - конденсируется) до начальной температуры. Далее охлажденный промежуточный хладагент (теплоноситель) достигает второго бескорпусного прибора и процесс повторяется. Тепловые

потери от внутреннего теплообменника передаются через стенку герметичного корпуса, выполненного для улучшения этой передачи из высокотеплопроводного материала, например из меди, к внешнему оребренному теплообменнику б, который охлаждается конечным хладагентом, например, обдувается воздухом. Подача промежуточного хладагента внутрь герметичного корпуса осуществляется через входной патрубок 1; из корпуса хладагент вытекает через выходной патрубок 8. Течение промежуточного хладагента внутри корпуса осуществляется с помощью внешнего насоса.

Использование данного изобретения в статических преобразователях электриче- ской энергии с принудительным испарительным охлаждением позволит повысить общую нагрузочную способность силового полупроводникового блока за счет эксплуатации всех силовых приборов с одинаковой максимальной способностью. Это приведет к снижению общих массогабаритных показателей, к снижению материалоемкости агрегатов с принудительным испарительным охлаждением,

Формула изобретения 1. Силовой полупроводниковый блок с принудительным испарительным охлаждением, содержащий несущий герметичный корпус с патрубками для принудительной подачи промежуточного хладагента и бес- корпусные силовые полупроводниковые приборы таблеточного типа в сборе с ореб- ренными теплоотводами, расположенными в корпусе вдоль горизонтальной геометрической оси корпуса, отличающийся тем. что, с целью повышения нагрузочной способности, он снабжен внутренним сребренным теплообменником, расположенным внутри герметичного корпуса вдоль полупроводниковых приборов, омываемым промежуточным хладагентом, и внешним сребренным теплообменником, расположенным на внешней поверхности герметич- ного корпуса вдоль полупроводниковых

приборов, омываемым конечным хладагентом.

.р

W д§йеш

0&|ГР

Рвнешн ор

где P(AV) - мощность тепловых потерь одного силового полупроводникового прибора. Вт;

ртвнутр количество тепла, которое способен отвести внутренний теплообменник от промежуточного хладагента, Вт;

Рт

внешн

- количество тепла, которое спопередать

собен внешний теплообменник конечному хладагенту, Вт;

п - количество силовых полупроводниковых приборов;

Р0рвнутр - площадь поверхности сребренного внутреннего теплообменника, ,м2;

Р0рвнвшм - площадь поверхности внешнего оребренного теплообменника, м ;

«внутр - коэффициент теплоотдачи от промежуточного хладагента к поверхности внутреннего оребренного теплообменника. Вт/м2°С;

Оенешн - коэффициент теплоотдачи от поверхности внешнего оребренного теплообменника к конечному хладагенту, Вт/м2 °С.

Г

Suoctxfrrr