Охладитель, преимущественно для охлаждения полупроводниковых приборов Советский патент 1981 года по МПК H01L23/36 

(54) ОХЛАДИТЕЛЬ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

I

Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к охлаждению полупроводниковых приборов и может быть использовано в преобразовательных устройствах преимущественно с жидкостной системой охлаждения.

Известен охладитель для полупроп водниковых приборов, выполненный в виде цилиндрического полого корпуса с каналами для подачи и отвода охлаждающего потока и теплоотводящей оребренной йоверхностью. Оребрение -Свплоотводящей поверхности выполнено в виде специальной системы плоских циганщрических перегородок, охватываю iHHX друг друга и образующих на теплоотводящей поверхности систему последовательно соединенных между собой охлаждающих каналов со встречно-направленным движением в них охлаждающего потока. При этом подводящий и отводящий каналы выполнены с одной.

стороны корттуса и разделены общей перегородкой| 1 .

Недостатком этого устройства является значительное динамическое сопротивление, которое возникает при движении охлаждающего потока.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является охладитель, преимущественно для охлаждения полупроводниковых приборов, держащий корпус, снабженный подводящим и отводяащм каналами и расположенным между ними распределительньм элементом, выполненным в виде взаим но пересекающихся каналов, и два пределительные камеры, образованные внутренней поверхностью корпуса, филежащей к подводящему и отводящему каналам, и поверхностью распределительного элемента j.

20

Недостаток известно1о охладителя небольшая площадь охлаждения, которая образована поверхностью перего эодок и частью свободной от перегородок теплоотводящей поверхности кор пуса, а таюке недостаточная турбулентность потока, движущегося между плоскими параллельными стенками перегородок. Цель изобретения - повышение эф фективности тегшоотвода. Поставленная цель достигается за счет того, что в охладителе преимущественно для охлаждения полупроводниковых приборов, содержащем корпус, снабженный подводящим и отводящим каналами и расположенными между ними распределительным элементом, выпол|ненным в виде взаимно пересекающихся каналов, и две распределительные камеры, образованные внутренней поверх ностью корпуса, прилежал1ей к подводя щему и отводящему каналам, и поверхностью распределительного элемента, подводящий и ОТВОДЯ1ЦИЙ каналы расположены соосно а взаимно пересекающиеся каналы распределительного элемен та расположешэ под острым углом один относительно другого и симметрично относительно оси подводящего и отводящего каналов. На чертеже изображен предлагаемый охладитель. Охладитель содержит корпус 1, сна женный Подводящим 2 и отводящим 3 каналами, между которыми расположен распределительный элемент 4, выполненный в форме правильного шестигра ника, в теле которого параллельно двум его боковым смежным граням, вы полнены охлаждающие каналы 5 и 6, образующие систему параллельных вза имно пересекающихся канало-в и ребер ромбовидного сечения в виде п-го чи ла рядов с шагом 1 между собой. При этом подводящий и отводящий каналы 2 и 3 в корпусе 1. расположены проти двух противлежащих боковых граней шестигранника (не параллельных охлаждающим каналам 5 и 6 ) перпендику лярно им и выполнены на некотором расстоянии от оребренной поверхности элемента 4, образуя распределительные камеры 7 и 8. Устройство работает следующим об разом. Охлаждающий поток через подводящ канал 2 под давлением подается в по лость камЬры 7 расширяется в ней и по каналам 5 и 6 равномерно распределяется по всей поверхности распре литального элемента 4, омывая и охл ,дан на своем пути выступающие ромбо видные ребра, а затем поступает в камеру 8 и через канал 3 отводится за пределы охлаждающего устройства. Предлагаемое устройство обеспечивает повышение эффективности охлаждения за счет увеличения турбулентности потока Б объеме оребренной поверхности при одновременном снижении динамического сопротивления и увеличеьгии поверхности охлаждения вследствие того, что взаимно перекрывающиеся охлаждаю1цие каналы образуют развитую по площади охлаждающую поверхность в виде большого количества охлаждаемых ребер, выполненных в форме ромба, установленных острым углом в направлении движения охлаждающего потока, что позволяет легко рассекать струи набегающего потока на большое количество элементарных струй, не создавая при обтекании ребер этими струями больших тормозящих завихрений. При этом увеличение числа охлаждающих каналов приводит к увеличению числа ребер, что увеличивает поверхность оклад , усиливает турбулентнный режим потока, а также за счет увеличения суммарного проходного сечения каналов снижает динамическое сопротивление этого потока, что подтверждается результатами испытаний. Снижение динамического сопротивления достигается также и за счет незначительной длины пути охлаждающего потока, oпpeдeляe 4pго практически расстоянием между подводяш;им и отводящим каналами. Повышению эффективности охлаждений способствует также равномерное распределение охлаждающего потока по охлаждающим каналам 5 и 6 (и тем самым по всей поверхности охлаждающего элемента) , которое достигается благодай |( тому, что длина пути охлаждакнцего пог тока из камеры 7 в камеру 8 (или наоборот) по любому кратчайшему направлению каналов 5 и 6 всегда равна )1, где п - число рядов охлаждающих ребер на пути потока; 1 длина пути потока вдоль одной грани ромбовидного ребра, и при равных сечениях охлаждающих каналов 5 и 6 для всех потоков, движущихся по ним, создаются равные аэродинамические уело ВИЯ, что обеспечивает равномерное рас пределение потока по всей поверхноси распределительного элемента, т.е. создаются равные условия охлаждения всех ребер, что также способствует псвьшению эффективности охлаждения.. 5 Выполнение охлаждающего элемента в виде других геометрических форм (четырехгранника, пятигранника, цилиндра и т.д.) также возможно, но по сравнению с охлаждающим элементом, выполненным в форме шестигранника, такие поверхиости менее эффективны (имеется в виду при одной и той же площади охлаждения, форме охлаждающих ребер, массе, а также геометрических размерах подводящего и отводящего каналов и расходе охлаждающей жидкости). Так при выполнении распределительного элемента в форме прямоугольного четырехгранни- ка или квадрата две грани которого расположены перпендикулярно потоку, эффективность его оказывается на 15-20% ниже из-за неравномерности распределения охлаждающего потока по поверхности распределительного элемента, а динамическое сопротивление потоку вследствие неравномерности его распределения возрастает на Ю-15%. При выполнении распределительного элемента в форме ромб острые углы которого расположены по направлению движения охлаждающего п тока, эффективность снижается незначительно на 5-10% резко возрастает динамическое сопротивление потоку на 2540% (в зависимости от скоростного ре жима охлаждающего потока j|, в основно из-за увеличения длины пути охлаждающего потока в зоне поверхности рас пределительного элемента ( поток прох дит по большой диагонали ромба ) а также из-за значительного сужения жи вого сечения распределительного элемента в зоне подводящего и отводящег каналов. При выполнении распределите 66. ного элемента в форме пятигранника, цилиндра и т.д. эффективность охлаждения снижается на 10-15% из-за неравномерности распределения потока по поверхности распределительного элемента, что в свою очередь приводит к увеличению динамического сопротивления потоку на 10-12%. Формула изобретения - Охладитель, преимущественно для охлаждения полупроводниковых приборов, содержащий корпус, снабженный подводящим и отводящим каналами и расположеншдм между ними распределительным злементом, выполненным в виде взаимно пересекающихся каналов, и две распределительные камеры, образован{э 1е внутренней поверхностью корпуса, прилежащей к подводящему и отводящему каналам, и поверхностью распределительного элемента, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности охлаждения, подводяо й и отводящий каналы расположены соосно, и взаимно пересекают щиеся каналы распределительного элемента расположены под острым углом один относительно другого и симметрично относительно оси подводящего и отводящего каналов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Франции № 1479193, кл. Н 01 L 23/34 опублик. 1977. 2.Патент Франции № 1537101, кл. F 28 F 13/00, опублик. 1976 (прототип).

1рйд

(П рЙ)