Охладитель Советский патент 1980 года по МПК H01L23/36 

1

Изобретение относится к полупроводниковым приборам, в частности, к охладителям для охлаждения полупроводниковых приборов, преимуйественно тиристоров.5

Известен охладитель, имеющий сердечник цилиндрической формы с входным и выходным отверстиями. На к кдой торцовой поверхности установлена крышка, противопо.пожная сердечнй- 10 ку, сторона которой образует поверхность, предназначенную для теплового контакта с тиристором, а на обращенной к сердечнику стороне расположены концентрические пазы для охлаждающей $ жидкости, которые проходят от впускного к выпускному отверстию. Сердечник и крышки герметично соединены кольцевыми связями, выполненными на заклепках l .JK)

У известного охладителя все конструкционные части ДО.ПЗХНЫ изготовляться на товарных автоматах, и требуется лишь доработка на сверлильнорасточных станках. Несмотря на до- 25 вольно высокую степень автоматизации, изготовление известного охладителя относительно дорогостоящее. Особые трудности представляет изготовление еплопередающих поверхностей крьаиек,

которые должны быть плоскикш и параллельными. В результате требуется подвергать уже собранные на заклепках охладитель шлифовке, чтобы получить Tpe6yeNbie теплопередающие поверхности. Тем самым возникает необходимость в дополнительной рабочей операции, связанной с издержками рабочего и станочного времени.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является охладитель, преимущественно для ти|ристора, содержшций сердечник из металла с двумя пЬотивоположными теплоПередающилш торцовыми поверхностями, предназначенными для теплового контакта с тиристором и с каналами для хладагента, выполненными параллельно торцовым поверхностям между противоположными боковыми поверхностями и соединенными с входным и выходным отверстиями, при этом концы сЬегёДйих каналов соединены выемка.ми в форме пазов, расположенньоти в боковых поверхностях и герметично закрытыми металлическими пластинами 2.

В известном охладителе все сквозные каналы и выемки лежат в одной ;ш10скости. Эффективность охлаждения

такого охладителя ограничена эффективной длиной каналов для хладагента, при этом для увеличения длины нельзя размещать как угодно много каналов для хладагента друг возле друга, так как расстояние между каналами нельзя сделать как угодно малым, иначе, во-первых, будет мала механическая прочность охладителя, во-вторых, будет увеличено тепловое сопротивление.

Цель изобретения - повышение эффективности охлаждения.

Это достигается тем, что в охладителе, преимущественно для тиристора, содержащем сердечник из металла с двумя противоположными теплопередающими торцовыми поверхностялв, предназначенными для теплового контакта с тиристорами, и каналами для хладагента, выполненнылвд параллельно торцовым поверхностям между противоположными боковыми поверхностями я соединенными с входным и выходным отверстиями, при этом концы соседних канальв соединены выемками в форме пазов, расположенными в боковых поверхйостях и герметично закрытыми металлическими пластинами, канйлы выполнены в виде двух групп, каждая из которых является близлежащей к одной из теплопередающих торцовых поверхностей, и концы каналов, близлежащих к одной теплопередающей поверхности, соединены выемками на одной боковой повёрзсности сердечййКа, а концы каналов, близлежащих к различным теплопередающим поверхностям на другой боковой поверхности, при этом металлические пластины закреплены в паЗах посредством электроннолучевой сварки.

Каналы имеют различное сечение. На фиг. 1 изображена первая боковая сторона охладителя с выемками, не закрытыми пластинами; на фиг. 2 вторая боковая сторона; на фиг. 3 вид на одну из теплопередающих поверхностей, причем с левой стороны показан вырыв по линии А-А на фиг. 1, а с правой стороны - вырыв по линии В-В на фиг. 2; на фиг. 4 - та же боковая сторона охладителя, что и на фиг- 1/ но с выемками, закрепленными металлическими Пластинами; на фиг. 5 - то же, что и на фиг. 3, но с па;зами, закрытыми металлическими ,

пЯас:т1йГНаСйЙ;

Охладитель состоит из сердечника 1, имеющего форму прямоугольного параллелепипеда и представляющего собой отрезок фасонной стали, его обе торцовые теплопередающие поверхности плоские и параллельные. В сердечнике проделаны сквозные каналы 2 и . 3 на растбчно-сверлильном станке, в данном П15имере выполнения имеют прямолинейную форму и проходят параллельно от одной боковой поверхности 4 к противоположной боковой поверхности. При этом каналы расположены на двух уровнях/ каналы 2 относятся к одной из служащих в качестве теплопередающих поверхностей торе цовых сторон 5, аканалы 3 являются близлежащими к другой торцовой стороне 6.

Представленный в примере выполнения охладитель рассчитан на охлаждение таблеточных тиристоров, котоЕяле прижимаются к обоим торцам сердечника. .

Каналы 2 и 3 соединены попарно выемками 7 и 8 соответственно, имеющими форму пазов, которые расположены на боковых сторонах. За счет этого получается зигзагообразный или имеющий форму меандра путь тока хладагента через сердечник 1. Пазы 7 и 8 могут быть получены путем фрезерования или электрохимическим способом, что не связано с особыми затратами рабочего и станочного времени. В сердечнике 1 помимо каналов 2 и 3 выполнены еще два канала 9 и 10, которые соединены с каналами 3, пазами 11 и 12. На боковую поверхность 13, противоположную поверхность 6 выходят каналы 2 и 3, близлежащие различным теплопередающим поверхностям 5 и 6 соответственно. Эти каналы соединены выемками 14. Кроме того, на боковую поверхность 13 выходит входной канал 9 и выходной канал 10, которые оканчиваются углублением 15 и 16 соответственно. В данном случае входное и выходное углубления расположены на оЛной и той же боковой поверхности 13.

Для герметизации выемок по отношению к проникновению жидкого хладагента и тем самым для замыкания путей потока предусмотрены стальные пластин- ки 17. Стальные пластинки 17 могут быть соединены, в пазах 7, 8, 11, 12, 14 посредством склейки или пайки. Особенно предпочтительным оказалось показанное на фиг. 4 сварное соединение со швами 18, где стальные пластинки 1, 7 соединены с сердечником 1 в пазах 7, 8, 11, 12, 14 посредством сварки электронным лучом. За счет этого закрытия пазов отдельными стальными пластинками 1, 7 при сохранении простоты изготовления практически предупреждается образование трудногерметизируемых по отношению к проникновению жидкого хладагента зазоров, в которых может возникать щелевая коррозия.

На боковой поверхности 13 расположена входной 19 и выходной 20 патрубки.

Охладитель может быть изготовлен из меди, ;алюминия или нержавеющей стали и тем с.амым использоваться в качестве проводника тока, как это требуется при последовательном включе.нии дисковых тиристоров.

Охладитель может быть выполнен с сердечником цилиндрической фор№1 или с сердечником, имеюпшм в сечении другую форму. Кроме того, охладитель может быть выполнен с изогнутыми под углом каналакт, которые могут быть получены путем сверления сердечника 1 с различных направлений.

Тем самым пути тока могут быть удлинены, за счет чего может достигаться изменение расхода хладагента и падение давления в охладителе. Кроме того, диаметр сверлений может быть различным. Можно, например, выполнить каналы, расположенные .ближе к середине сердечника 1, с большим диаметром, чтобы получить там более интенсивный теплообмен, который обеспечивает более быстрый отвод тепла, эа счет чего охладитель может быть особо приспособлен для охлаждения таблеточного тиристора.

Размещение двух групп охлаждающих каналов, каждая из которых является близлежащей к одной из теплопередающих поверхностей, позволяет при одинаковом расстоянии между охлаждающики каналами одной плоскости выпо лнить каналы в целом с двойной длиной в охладителе. Этим самым при одинаковом диаметре каналов и одинаковой скорости потока примерно втрое возрастает отвод тепла. Путем соединения сквозных каналов двух различных групп между собой достигают того, что обе предусмотренные для теплового контакта с тиристором поверхности удерживаются при одной и той же температуре.

Закреплением металлических деталей посредством электронного луча достиггиот сварочного соединения, не имеющего зазора. Электронный луч при сварке может быть установлен таким образом, что желаемая глубина сварки точно выдерживается. Этим самым предотвращается щелевая коррозия, которая постоянно представляет проблему из-за агрессивных свойств хладагента, например, часто применяемой деионизованной води.

При отдельном закрытии каждого паза, соединяющего каналы, удается, кроме того, избежать трудногерметизируе ых зазоров внутри охладителя. Позтому у данного охладителя фактически предупреждается возникновение

щелевой коррозии. Кроме того, охладитель может быть без особых дополнительных конструкционных издержек рассчитан путем изменения диаметра отдельшлх каналов или за счёт их соот5 ветствукмцей трассировки на большой расход хладагента, например более 10 л/мин, или на малый расход, напри tep менее 2 л/мин, и Гб Ьльшл частки теплопередаю11б1х повёрхнЪстей IQ могут охлаждаться интенсивней за счет выбора различных диаметров каналов.

Формула изобретения

15

1. Охладитель, преимущественно для тиристора, содержащий сердечник из кюталла с двумя противоположными теплопередающиМи торцовыми поверхностями, предназначенными для теплового контакта с тиристором, и каналами для хладагента, выполненными параллельно теплопередающим торцовым I поверхностям между противоположными

(боковыми поверхностями и соединенными с входным и выходным отверстиями, при зтом концы соседних каналов соединены выемками в форме пазов, расположенныг в боковых поверхностях

и герметично закрытыми металлическими пластинами, отличающийс я тем, что, с целью повьмения зффективности охлаждения, каналы выполнены в виде двух групп, каждая

из которых является близлежащей к одной из теплопередающих торцовых поверхностей, при этом концы каналов, близлежащих к одной из теплопередающей поверхности,соединены выемками на одной боковой поверхности сердечника, а концы каналов, близлежащих к различным теплрпередающим поверхностям - на другой боковой поверхности , при этом металлические пластины закреплены в пазах посредством

электроннолучевой сварки.

2. Охладитель по п.1, отличающийся тем, что каналы имеют различные сечения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 3643131, кл. 317-100, опублик. 1972.

2.Патент США № 1490706,

кл. 18-17, опублик. 1924 (прототип). -М/ S 11 V в А-ч-м :

ериеЛ