СИСТЕМА ЖИДКОСТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ СИЛОВОГО ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ПРИБОРА
SYSTEM OF LIQUID COOLING OF POWER SOLID-STATE DEVICE

Изобретение относится к области приборостроения, теплоснабжения и холодоснабжения, где может найти применение в системах охлаждения и термостатирования с жидким теплоносителем.
Известна система водяного охлаждения силового полупроводникового преобразователя, содержащая теплоотводы с каналами, в каждом из которых размещена охлаждающая трубка из гибкого диэлектрического материала, вскрытыми в местах установки полупроводниковых приборов, с обеспечением непосредственно теплового контакта полупроводниковых приборов с охлаждающей трубкой, и соединительные трубки, охлаждающая и соединительная трубки выполнены в виде единого элемента, теплоотводы выполнены в виде дисков, а трубка из гибкого диэлектрического материала выполнена с разветвлениями, внутренние из которых размещены в каналах теплоотвода, а внешние охватывают его с внешней стороны, диски теплоотводов образованы отдельными профилированными пластинами, размещенными между разветвлениями трубки (SU №1772897 А1, МПК H05K 7/20, H01L 23/34, опубл. 30.10.1992 г. Бюл. №40).
Среди недостатков данной конструкции следует отметить относительно низкую эффективность отведения тепла, а также склонность внутренних поверхностей охлаждающей и соединительной трубок к зашламлению и отложениям, содержащимся в охлаждающей среде.
Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков является система жидкостного охлаждения силового полупроводникового прибора, которая содержит электромагнит, состоящий из подвижной и неподвижной частей, мембрану, цилиндрическую стойку, два патрубка, цилиндрический корпус, цилиндрический медный стакан и два гибких медных вывода, цилиндрический медный стакан и цилиндрическая стойка с закрепленной в ее торце мембраной установлены с противоположных торцов цилиндрического корпуса с образованием полости внутри цилиндрического корпуса между мембраной и дном цилиндрического медного стакана, которая выполнена проточной за счет двух патрубков, первый медный гибкий вывод соединен с цилиндрическим медным стаканом, второй медный гибкий вывод соединен с вентильным элементом, который установлен по центру дна внутри цилиндрического медного стакана, неподвижная часть электромагнита закреплена с цилиндрической стойкой, а подвижная часть электромагнита связана с мембраной (Исакиев А.И. Эффективные способы охлаждения силовых полупроводниковых приборов/ А.И. Исакеев, И.Г. Киселев, В.В. Филатов. - Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1982. - 136 с., ил.).
Среди недостатков прототипа следует отметить обязательное наличие внешнего водоподъемного устройства для обеспечения подачи охлаждающей среды через патрубки, что требует дополнительных затрат энергии.
Технической задачей изобретения является повышение энергетической эффективности системы жидкостного охлаждения силового полупроводникового прибора за счет исключения необходимости использования внешнего водоподъемного устройства для подачи охлаждающей среды через тепловоспринимающий элемент системы.
Технический результат достигается за счет того, что в систему жидкостного охлаждения силового полупроводникового прибора, содержащую электромагнит, состоящий из подвижной и неподвижной частей, мембрану, стойку, подводящий и отводящий патрубки, корпус и стакан, при этом стакан и стойка, в сечении которой закреплена мембрана, установлены оппозитно с торцов корпуса с образованием внутренней полости между ними, которая сообщена с подводящим и отводящим патрубками, неподвижная часть электромагнита закреплена со стойкой, а подвижная часть электромагнита связана с мембраной, дополнительно введены два обратных клапана и пружина, причем обратные клапаны установлены на подводящий и отводящий патрубки, а пружина расположена во внутренней полости корпуса между мембраной и стаканом.
Предлагаемый вариант конструкции системы жидкостного охлаждения силового полупроводникового прибора представлен на чертеже. Система жидкостного охлаждения силового полупроводникового прибора включает в себя электромагнит, состоящий из подвижной 1 и неподвижной 2 частей, мембрану 3, стойку 4, подводящий 5 и отводящий патрубки 6, корпус 7, стакан 8, два обратных клапана 9 и пружину 10,
Система жидкостного охлаждения силового полупроводникового прибора работает следующим образом. Изначально обратные клапаны 9 связываются с системой утилизации тепла (на чертеже не указана) охлаждающей среды, к стакану 8 крепится силовой полупроводниковый прибор (на чертеже не указан), выступающий в данной системе как источник тепловыделений при прохождении через него электрического тока. После этого электромагнит включается в сеть переменного тока, в результате чего его подвижная часть 1 начинает совершать колебательные движения относительно неподвижной части 2 электромагнита, прикрепленной к стойке 4, которые затем передаются мембране 3. При изменении пространственного положения диафрагмы 3 относительно связанных между собой неподвижно стойки 4, корпуса 7 и стакана 8 создаются условия для отведения тепла от стакана 8 при пульсирующей циркуляции охлаждающей среды через подводящий 5 и отводящий 6 патрубки корпуса 7, которая обеспечивается за счет установленных на них обратных клапанов 9.
Пружина 10, расположенная во внутренней полости корпуса 7 между мембраной 4 и стаканом 8, обеспечивает возвращение диафрагмы 3 в исходное пространственное положение в момент, когда выталкивающие (втягивающее) усилие электромагнита, вызванное действием переменного электрического тока, отсутствует или ослабевает, а ее жесткость определяет высоту всасывания (или нагнетания) охлаждающей среды. Таким образом, данная система охлаждения силового полупроводникового прибора выступает одновременно как тепловоспринимающее устройство для снятия тепловыделений от силового полупроводникового прибора и как мембранный насос, перекачивающий охлаждающую среду в названной системе.
Для обеспечения гальванической развязки между силовым полупроводниковым прибором (на чертеже не указан) и самой системой жидкостного охлаждения в качестве жидкой охлаждающей среды рекомендуется использовать перфтортриэтиламин МД3-Ф или деионизированную воду, при этом корпус 7 должен быть выполнен из диэлектрического материала.
Для регулирования частоты пульсаций диафрагмы 3, а следовательно, расхода охлаждающей среды через внутреннюю полость корпуса 7 и интенсивности отведения тепла (термостатирования), рекомендуется использовать преобразователь частоты электрического тока, которым питается электромагнит, состоящий из подвижной 1 и неподвижной 2 частей.
При использовании данной конструкции системы жидкостного охлаждения силового полупроводникового прибора исключается необходимость применения внешнего водоподъемного устройства для обеспечения циркуляции охлаждающей среды через тепловоспринимающий элемент конструкции и обеспечивается интенсификация теплоотведения при ее пульсирующей циркуляции, в результате чего энергетическая эффективность названной системы повышается.