Устройство для охлаждения полупроводниковых приборов

СОВЕТСКИХЛИСТИЧЕСНИБЛИК 9) (11 6 но а).Н 01 0 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ОП КА ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ СКОМУ СВ ЕТЕЛЬСТ(56) 1. Авторское свидетельство СССР У 697062, кл, н о 1 н 23/36, 27.о 9.76.2. Авторское свидетельство СССР И 683648, кл. Н 0123/36, 24.09,76 (прототип).(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ, содержащее контактную пластину с рабочими1 поверхностями и с каналом для охлаж 1 дающей жидкости, выполненным в виде двух спиралей, бифилярно соединенных между собой, о т л и ч а ю щ е е с. я тем, что, с целью повышения эффективности охлаждения путем обеспечения равномерного теплового поля на контактной пластине, спирали канала рас" положены в одной плоскости, параллель" ной рабочим плоскостям контактной пластины, причем между смежными витками спиралей канала выполнены сооб" щающиеся с ними пазы, поперечное сечение которых меньше поперечного се- .чения канала.е1029271Ф2. Устройство по и. 1, о т л и- тем, что площадь поперечного сеч а ю щ е е с я тем, что пазы ориен- чения каждого канала паза протированы под углом навстречу потоку порциональна разности длин со,охлаждающей жидкости в канапе. ответствующих смежных витков спи 3. Устройство по пп. 1 и 2, ралей. от входа канала до этоо т л и ч а ю щ е е с я го паза, 1Изобретение относится к устройст". вам охлаждения с помощью жидкости полупроводниковых приборов сравнительнобольших мощностей и может быть использовано в электротехнической и элект"ронной областях промышленности, атакже в производстве средств связи,Известны устройства для охлажденияполупроводниковых приборов, например,тиристоров, выполненные в виде контактной пластины, имеющей канал дляохлаждающей жидкости, который можетбыть выполнен спиральным Г 1 1.Основным недостатком указаннойконструкции является неравномерностьполя температур в пределах поверхнос"ти контакта с полупроводниковым прибором из-за повышения температурыохлаждающей жидкости по мере продвижения ее в канале пластины.Наиболее близким техническим решением к предложенному является уст"ройство для охлаждения полупроводниковых приборов, содержащее контактную пластину с рабочими поверхностями и с каналом для охлаждающейжидкости, выполненным в виде двухспиралей, бифилярно соединенных между собой 1 2 1,Однако для наиболее эффективногоотбора тепла в подобных конструкцияхдолжно выполняться по крайней мередва условия. Первое; для получениямаксимальной теплопередачи на границе стенка пластины - охлаждающая жидкость скорость течения охлаждающейжидкости должна быть строго регламентирована. Второе: для обеспечениямаксимальной разницы температур между жидкостью в пограничном слое и нагретой поверхностью, а также увеличе.ния теплового потока от пограничногослоя должно обеспечиваться эффектив. ное перемешивание слоев е потоке . 1.2лаждающей жидкости, т.е. высокая турбулизация потока, что может быть достигнуто в известной конструкцииувеличением скорости течения охлаждающей жидкости, а это противоречитпервому условию. Известно также, чтопри больших числах Рейнольдса теплопередача на границе стенка пластиныохлаждающая жидкость уменьшается засчет срывных явлений в пограничномслое, уменьшающих площадь тепловогоконтакта пластины с охлаждающей жидкостью. Кроме того, в результате про 15грена всей массы пластины до температуры более высокой, чем температу ра охлаждающей жидкости, теплообменмежду соседними каналами не происхо дит и выравнивание поля температуропределяется только чередованием каналов с холодной и уже разогретойохлаждающей жидкостью. Таким обра, зом, снижаются возможности выравнивания поля температур на контактныхповерхностях устройства и тем самым 25ухудшается тепловой режим работы полупроводниковых приборов, что приводит к использованию их при значительно меньших мощностях.Цель изобретения - повышение эффективности охлаждения путем обеспечения равномерного теплового поля наконтактной пластине.1Поставленная цель достигается тем,что в устройстве для охлаждения полуЗ 5"проводниковых приборов, содержащемконтактную пластину с рабочими поверхностями и с каналом для охлаждаю"щей жидкости, выполненным в виде двухспиралей, бифилярно соединенных междусобой, спирали канала расположеныв одной плоскости, параллельной рабо"чим поверхностям;,контактной пластины,причем между смежными винтками спи,ралей канала выполнены сообщающиеся. с ними пазы, поперечное сечение которых меньше поперечного сечения каналаПазы ориентированы под углом на"встречу потоку охлаждающей жидкостив канале. 5Площадь поперечного сечения каждого паза пропорциональна разностидлин соответствующих смежных витковспиралей от входа канала до этогопаза. 10На фиг. 1 доказано устройство дляохлаждения полупроводниковых приборовв сечении в плоскости параллельнойрабочим поверхностям контактного элемента устройства; на фиг. 2 - то же, 15сечение А-А на фиг. 1.Устройство содержит контактнуюпластину 1 из тепло- и электропроводного материала, выполненную как одноцелое с токоподводом 2 и содержащуюканал 3 для охлаждающей жидкости,представляющий собой две плоскиеспирали, соединенные бифилярно междусобой и снабженные входным 1 и выход- .ным 5 отверстиями, Плоскость расположения канала для охлаждающей жидкос"ти параллельна рабочим поверхностям 6и 7 контактной пластины 1. Между смежными витками спиралей Б и В выполнены соединяющие их пазы 8, сопряженные зос этими витками и ориентированные подуглом навстречу потоку охлаждающейжидкости, имеющими различные сечения,площадь которых пропорциональна разности путей, которые проходит охлаж 35дающая жидкость в смежных витках спи".ралей канала 3 от входа 4 до соединяющего их паза 8, т.е. площадь поперечного сечения каждого паза пропорциональна разности длин соответствую Ощих смежных витков,На фиг. 1 направление втекающегопотока жидкости обозначено стрелкойБ, а вытекающего потока - стрелкой В.На фиг, 1 видно, что витки плоскихспиралей канала 3 чередуются. Виткиспиралей с горячей и холодной охлаждающей жидкостью расположены попеременно близко один к другому. В о,",ном и том же сечении разность температур между входным витком спираликанала 3 и, например, левым соседним 71 1смежным с ним витком канала 3 меньше, чем между тем же входным виткомканала 3 и правым соседним смежнымс ним витком канала 3 и пропорциональна разности путей,. пройденныхохлаждающей жидкостью в каналах Би В от входа 1 до сечения контактнойпластины 1, так как температура охлаждающей жидкости возрастает пропорционально пути, пройденному с постоянной скоростью внутри равномернонагретого тела по каналу 3 постоянного сечения,На фиг. 2 видно, что плоскость расположения охлаждающего канала 3 параллельна рабочим поверхностям 6 и 7контактной пластины 1, с которымиконтактируют охлаждаемые полупроводниковые приборы (не показаны),Выполнением канала 3 для охлаждающей жидкости бифилярным достигаетсято, что по расположенным рядом спиральным виткам с противоположным на"правлением потока проходит холоднаяи разогретая охлаждающая жидкость.Разность температур между смежнымивитками спиралей канала 3 неодинаковаи зависит от длины путипройденногоохлаждающей жидкостью в смежных витках канала 3 Через пазы 8 в стенкахмежду смежными витками канала 3 происходит перетекание охлаждающей жидкости и таким образом, перенос теплаиз одного витка канала 3 в другой.Кроме того, поток жидкости иэ соседнего витка канала 3 через паз 8, пересекаясь с основным потоком смежноговитка канала 3, способствует его турбулиэации и улучшению конвективноготеплообмена в,нем. При этом сохраняются оптимальные для теплопередачи в пограничном слое скорости движения охлаждающей жидкости. Выполнениепазов 8, соединяющих витки канала 3;позволяет свести к минимуму возможные неравности температурного полярабочих поверхностей 7 и 6 контактныхпластин 1.Изобретение позволяет обеспечитьповышение эффективности охлажденияи повысить надежность работы полупроводнйковых приборов, 1029271Корректор Г. Огар Редактор О. Колесниковае 4 ье 4 ееаветютееЗаказ 4990/51 Тираж 703. ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раущская наб д, 4/5юфилиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Составитель А, Попова .Техред В.Далекорей,