Силовой полупроводниковый модуль с испарительным охлаждением

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 51), Н 01 ь 23/ олубытьобрана Якое Вью Рг ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР СВйДЕТЕЛЬСТВУ 1(46) 07.04.92. Бюл, 8 ф 13 (71) Мордовский государственный университет им,Н.П,Огарева (72) В.М,Каликанов(53) 621,396 67.7(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР Ч 552648, кл. Н 01 Ь 23/34, 1978.Заявка Японии У 5" 36733 кл. Н 01 ь 23/34, .1979(54) СИЛОВОЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ МОДУЛЬ С ИСПАРИТЕЛЬНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ(57) Изобретение относится к проводниковой технике и может использовано в статических пр зователях электрицеской энерг Цель изобретения - увелицение грузоцной способности силовог Ью 3 ЯО 1725295 А 1 лупроводникового модуля путем повышения эффективности охлаждениядостигается тем, цто для исключения запаривания автономных отсековв устройство введена дополнительнаягерметичная емкость 6 с размещеннымв ней теплообменником 7. Автономныеотсеки 2 соединены с основной герметичной емкостью 4 верхнимй компенсаторами продольного расширения(КПР) 3, а с дополнительной герметичной емкостью 6 нижними КПР 5.Наклонный конденсатор 8, конденсатопровод 10, дополнительная герметиц-.ная емкость 6, автономные отсеки 2,основная герметичная емкость 4соединены между собой с образованиемциркуляционного контура. Междуавтономными отсеками 2 установленыполупроводниковые приборы 1. 1 ил40 Изобретение относится к электротехнике, а именно к полупроводниковой технике, и может быть использовано в статических преобразователях электрической энергии.Известен силовой блок преобразовательной установки, содержащий силовые полупроводниковые приборы, укрепленные на внешней стороне герме тичной теплообменной камеры, заполненной охлаждающей жидкостью с размещенным в ней конденсаторомНедостатком данного блока является невозможность эффективного двусто роннего теплоотвода от силовых полупроводниковых приборов.Наиболее близким к предлагаемому является силовой полупроводниковый модуль с испарительным охлаждением, содержащий герметичную емкость, заполненную жидким промежуточным теплоносителем, соединенную паропроводом с наклонным конденсатором, расположен" д 5 ным вне герметичной емкости, имеет силовые полупроводниковые приборы . таблзточного типа, расположенные между автономными отсеками, соединенными с герметичной емкостью с помощью компенсаторов продольногорасширения, Кроме того, конденсатор соединен с герметичной емкостьюконденсатопроводом, причем конденсатопровод присоединен к герметичной З 5емкости выше автономных отсеков.Недостатком известного модуля является то, что при работе модуляпроисходит запаривание автономныхотсеков, что ухудшает охлаждение силовых полупроводниковых приборов,снижает их нагрузочную способйостьи, соответственно, нагрузочную спо-,собность модуля.Целью изобретения является увеличение нагрузочной способностисилового полупроводникового модуля путем повышения эффективности охлаждения.Силовой полупроводниковый модуль 50с испарительным охлаждением, содержащий герметичную емкость с автономными параллельно расположеннымиотсеками, заполненную жидким теплоносителем и соединенную паропроводом 55с входом наклонного конденсатора, расположенного вне герметичной емкости, выход которого соединен с одним концом конденсатопровода и силовые полупроводниковые приборы таблеточного типа, установленные между автономными отсеками, соединенными одними своими концами с герметичной емкостью через верхние компенсаторы продольного расширения, снабжен дополнительной герметичной емкостью с размещенными в ней теплообменником и нижними компенсаторами продольного расширения, установленными между вторыми концами автономных отсеков и дополнительной герметичной емкостью, при этом второй конец конденсатопровода соединен с входом дополнительной герметичной емкости с образованием замкнутой системы циркуляции теплоносителя.На чертеже схематично изображен предлагаемый модуль. Силовые полупроводниковые приборы 1 таблеточного типа расположенымежду автономными параллельно расположенными отсеками 2, которые спомощью верхних компенсаторов 3 продольного расширения соединены с основной герметичной емкостью 4, а спомощью дополнительных нижних компенсаторов 5 продольного расширенияс дополнительной емкостью 6, внутрикоторой расположен дополнительныйтеплообменник 7, Сверху над основной герметичной емкостью 4 расположеннаклонный конденсатор.8, входом соединенный с этой емкостью паропроводом 9, а выходом - с входом дополнительной емкости 6 конденсатопрово;дом 10 с образованием замкнутойсистемы циркуляции теплоносителя.Конденсатопровод 10 присоединен кдополнительной емкости 6 киже автономных отсеков 2. Основная 4 и дополнительная 6 емкости заполнены жидким промежуточным теплоносителем 14,например фреоном,Модуль работает следующйм образом.При прохождении электрическоготока через силовые полупроводниковыеприборы 1 в них выделяется мощностьтепловых потерь, которая вызываеткипение фреона11, находящегосяв автономных отсеках 2. Пары фреонапередаются в основную герметичную емкость 4, далее через паро1725провод 9 попадают в наклонный конденсатор 8, конденсируются, конденсат по конденсатопроводу 10 стекаетв дополнительную емкость 6. Фреон 113 (конденсат) из дополнительнойемкости поступает снова в автономные отсеки на место выкипевшего тамФреона. Таким образом, возникаетциркуляционное движение промежуточного теплоносителя около силовыхполупроводниковых приборов, что исключает возникновение пленочного режима кипения (запаривания) в автономных отсеках около полупроводниковых приборов. Причем чем выше тепловые потоки от полупроводниковыхприборов, тем выше интенсивность циркуляции жидкости, тем выше скоростьдвижения жидкости около приборов, 20а чем выше скорость движения кипящейжидкости около поверхности нагрева,тем выше коэФФициент теплоотдачи прикипении, т.е. усиливается интенсивность теплоотдачи от полупроводниковых приборов, увеличивается их нагрузочная способность, а следовательно, и нагрузочная способность модуля в целом. Кроме того, дополни"тельная интенсивность охлажденияобеспечивается за счет дополнительного охлаждения конденсата дополнительным теплообменником 7.При работе модуля автономные отсеки, выполняемые, например, из меди,35удлиняются за счет теплового линейного расширения металла. Чтобы исключить разрушение конструкции модуляиз-за этого, используются компенса" 4 Оторы продольного расширения, верхние3 и нижние 5, служащие одновременно,и электрическими изоляторами. Конденсатор 8 и дополнительный теплообменник охлаждаются жидкостью, 45например технической (проточной)водой,Использование изобретения для охлаждения мощных отечественных силовыхполупроводниковых приборов на токи 50630-1600 А позволяет существенноснизить тепловое сопротивление ох-.лаждающей системы и, следовательно,полного теплового сопротивления полу 295провод ни кова я. стру кт ура - окружа юща ясреда, что приводит к увеличениюнагрузочной способности полупроводниковых приборов, необходимого в момент изменения рабочего тока ста гического преобразователя. Повышениенагрузочной способности приборов позволяет снизить количество полупроводниковых приборов в силовых схемахстатических преобразователей электрической энергии, соответственно, снизить такое же,количество охладителей,что приводит к экономии дорогостоящих силовых полупроводниковых приборов,остродеФицитных материалов охлаждающих систем: меди, олова, алюминия и т.д.Формула изобретенияСиловой полупроводниковый модульс испарительным охлаждением, содержащий герметичную емкость с автономными параллельно расположенными отсеками, заполненную жидким теплоносителем и соединенную паропроводом с входом наклонного конденсатора, расположенного вне герметичной емкости, выход которого соединен с одним концом конденсатопровода, и силовые полупроводниковые приборы таблеточного типа, установленные между автономными отсеками, соединенными одними своими концами с герметичной емкостью через верхние компенсаторы продольного расширения, о т л и ч а ю щ и й " с я тем, что, с целью увеличения нагрузочной способности силового полупроводникового модуля путем повышения эФФективности охлаждения, он снабжен дополнительной герметичной емкостью с размещенным в нем теплообменником и нижними компенсаторами продольного расширения, установленными между вторыми концами автономных отсеков и дополнительной герме" тичной емкостью,.при этом второй конец конденсатопровода.соединен с входом дополнительной герметичной емкости с образованием замкнутой системы циркуляции теплоносителя.