СИЛОВОЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ БЛОК С ИСПАРИТЕЛЬНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ

СИЛОВОЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ БЛОК С ИСПАРИТЕЛЬНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ


RU (11) 2142660 (13) C1

(51) 6 H01L23/34 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 96120470/28 
(22) Дата подачи заявки: 1996.10.04 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 1996.10.04 
(45) Опубликовано: 1999.12.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: US 4027728 A, 07.06.77. RU 2119892 C1, 15.09.94. RU 2042294 C1, 20.08.95. SU 1325963 A1, 07.08.91. SU 1699015 A1, 15.12.91. EP 0047655 A1, 17.03.88. EP 0676804 A1, 11.10.95. RU 2060920 C1, 27.05.96. 
(71) Заявитель(и): Мордовский государственный университет им.Н.П.Огарева 
(72) Автор(ы): Фомин Ю.А.; Каликанов В.М.; Бартанов А.Б. 
(73) Патентообладатель(и): Мордовский государственный университет им.Н.П.Огарева 
Адрес для переписки: 430000, Саранск, ул.Большевистская 69, Мордовский госуниверситет им.Н.П.Огарева 

(54) СИЛОВОЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ БЛОК С ИСПАРИТЕЛЬНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ 

Использование: полупроводниковая преобразовательная техника, в статических преобразователях электрической энергии. Сущность изобретения: силовой полупроводниковый блок с испарительным охлаждением содержит герметичный корпус, заполненный жидким легкокипящим фтороорганическим промежуточным теплоносителем, в который погружены силовые полупроводниковые приборы с оребренными теплоотводами. Сверху расположен теплообменник-конденсатор, соединенный с емкостью паропроводом и конденсатопроводом. Сверху промежуточного теплоносителя в корпусе расположен защитный слой кремнийорганической жидкости. При этом плотность диэлектрической кремнеорганической жидкости защитного слоя на 40-50% меньше, а температура кипения на 20-30°С выше, чем у промежуточного теплоносителя. Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы силового полупроводникового блока с испарительным охлаждением, уменьшение расхода дорогостоящего фторосодержащего промежуточного теплоносителя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



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

Наиболее близким техническим решением является силовой полупроводниковый блок с испарительным охлаждением, содержащий герметичный корпус, заполненный жидким легкокипящим фторсодержащим промежуточным теплоносителем, в который погружены силовые полупроводниковые приборы с оребренными теплоотводами, теплообменник-конденсатор, находящийся сверху вне емкости и соединенный с нею паропроводом и конденсатопроводом (патент США N 4027728, 1977).

Недостатком данной конструкции является то, что при аварийной разгерметизации в нерабочем состоянии или при плановой разгерметизации при ремонтных работах легкокипящие и, соответственно, легкоиспаряющиеся фторсодержащие жидкости (например, фреон 113, фреон 30, МД-3Ф и др.) при комнатной температуре улетучиваются из разгерметизированного корпуса, тем самым нарушается работоспособность блока.

Технический эффект заключается в повышении надежности работы силового полупроводникового блока с испарительным охлаждением, уменьшении расхода дорогостоящего фторсодержащего промежуточного теплоносителя.

Сущность изобретения заключается в том, что в силовом полупроводниковом блоке с испарительным охлаждением, содержащем герметичный корпус, заполненный жидким легкокипящим фторорганическим промежуточным теплоносителем, в который погружены силовые полупроводниковые приборы с оребренными теплоотводами, теплообменник-конденсатор, находящийся вне емкости и соединенный с ней паропроводом и конденсатором, блок имеет защитный слой дополнительной диэлектрической жидкости, расположенный сверху промежуточного теплоносителя, при этом плотность диэлектрической кремнийорганической жидкости защитного слоя на 40 - 50% меньше, а температура кипения на 20 - 30oC выше, чем у промежуточного теплоносителя. Кроме того, толщина защитного слоя равна 2 - 3 мм.

Плотность защитного слоя диэлектрической кремнийорганической жидкости в блоке должна быть меньше на 40 - 50% основного теплоносителя. Если плотность защитного слоя будет менее 40%, то при спонтанном испарении основного теплоносителя (в нерабочем состоянии, при изменении окружающей температуры) его пары будут "пробивать" защитный слой и улетучиваться. Если плотность защитного слоя будет выше 50%, то начальный, рабочий момент пары закипающего промежуточного теплоносителя будут задерживаться защитным слоем.

Температура кипения диэлектрической кремнийорганической жидкости защитного слоя должна быть выше на 20 - 30oC, чем у основного теплоносителя. Если температура будет ниже 20oC, то диэлектрическая жидкость защитного слоя подвергается спонтанному испарению также, как и основной теплоноситель. Если температура будет выше 30oC, то возникнет затруднение охлаждения блока при интенсивном кипении основного теплоносителя (при достижении основным теплоносителем температуры кипения, близкой к Tкр1.).

Толщина защитного слоя диэлектрической жидкости должна быть 2 - 3 мм. При меньшей толщине слой будет легко "пробиваться" парами основного теплоносителя при спонтанном испарении. Большая толщина слоя будет затруднять процесс охлаждения, а также повышать стоимость расходных материалов.

Изобретение поясняется чертежом (фиг. 1). Силовой полупроводниковый блок с испарительным охлаждением содержит герметичный корпус 1, заполненный жидким легкокипящим фторорганическим промежуточным теплоносителем 2, в который погружены силовые полупроводниковые приборы 3 с оребренными теплоотводами 4. Сверху расположен теплообменник-конденсатор 5, соединенный с емкостью паропроводом 6 и конденсатопроводом 7. Сверху промежуточного теплоносителя 2 в корпусе 1 расположен защитный слой 8 кремнийорганической жидкости, плотность которой на 40 - 50% меньше, а температура кипения на 20 - 30% выше, чем у промежуточного теплоносителя 2. Толщина защитного слоя 8 составляет 2 - 3 мм.

Силовой полупроводниковый блок с испарительным охлаждением работает следующим образом. Силовые полупроводниковые приборы 3 при прохождении через них электрического тока выделяют тепловые потери, которые передаются оребренным теплоотводам 4. Легкокипящий промежуточный теплоноситель 2 закипает на нагретых поверхностях оребренных теплоотводов 4, пары теплоносителя 2, разрушая защитный слой 8 дополнительной диэлектрической жидкости, поднимаются вверх герметичного корпуса 1, по паропроводу 6 попадают в теплообменник-конденсатор 5, конденсируются, через конденсатопровод 7 конденсат стекает обратно в герметичную емкость. После выключения силового блока защитный слой 8 дополнительной диэлектрической жидкости снова покрывает поверхность промежуточного теплоносителя 2 и при аварийной разгерметизации корпуса 1 в нерабочем состоянии или при плановой разгерметизации при ремонте защитный слой 8 не позволяет улетучиваться из корпуса 1 легкоиспаряющейся при комнатной температуре фторсодержащей жидкости 2, тем самым снижается расход дорогостоящего диэлектрика. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Силовой полупроводниковый блок с испарительным охлаждением, содержащий герметичный корпус, заполненный жидким легкокипящим фторорганическим промежуточным теплоносителем, в который погружены силовые полупроводниковые приборы с оребренными теплоотводами, теплообменник-конденсатор, находящийся сверху вне емкости и соединенный с ней паропроводом и конденсатопроводом, отличающийся тем, что блок имеет защитный слой дополнительной диэлектрической жидкости, расположенный сверху промежуточного теплоносителя, при этом плотность диэлектрической кремнеорганической жидкости защитного слоя на 40 - 50% меньше, а температура кипения на 20 - 30oC выше, чем у промежуточного теплоносителя.

2. Силовой полупроводниковый блок с испарительным охлаждением по п.1, отличающийся тем, что толщина защитного слоя составляет 2 - 3 мм.