ОХЛАДИТЕЛЬ СИЛОВЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ МОДУЛЕЙ

Полезная модель относится к области электротехнике рельсовых транспортных средств, в частности к системам жидкостного охлаждения тягового преобразователя локомотивов.
Известно жидкостное охлаждающее устройство с направляющими для выборочного охлаждения электронных компонентов (патент US, №6457514, кл. H05K 7/20 2002 г.). Устройство включает каналы, образованные параллельно расположенными направляющими элементами, обеспечивающими параллельный подвод охлаждающей жидкости к охлаждаемым электронным компонентам, рассеивающие тепло ребра, установленные в потоке хладагента непосредственно под охлаждающими модулями.
В указанном устройстве осуществляется интенсификация локальной теплоотдачи в местах установки охлаждаемых модулей за счет внесения в поток хладагента дополнительных элементов (ребер, пористых вставок), что приводит к увеличению гидравлического сопротивления каналов охладителя.
Известен охладитель силовых электронных модулей, содержащий крышку и теплоотводящее основание с каналами для прохождения хладагента и установленными на нем тепловыделяющих электронными модулями, причем тепловыделяющее основание включает выполненные под местами установки электронных модулей полости с установленными в них сопряженными с крышкой вкладышами, формирующими форму канала, указанные каналы для прохождения хладагента выполнены в виде расположенных в разных плоскостях, связанных между собой прямолинейных участков и меандрических секций, каждая из которых расположена в указанной полости, при этом указанные каналы соединены в параллельно-последовательную схему движения жидкого хладагента. (RU, патент на изобретение №2273970, кл. H05K 7/20, 2006 г., прототип).
К недостатку известного охладителя следует отнести понижение теплоотводящей мощности с электронных модулей установленных в последовательной цепи вследствие повышения температуры хладагента по мере прохождения его от модуля к модулю.
Техническим результатом полезной модели является повышение теплоотводящей мощности с электронных модулей установленных в последовательной цепи и уменьшение гидравлического сопротивления хладагенту за счет увеличения расхода хладагента в полостях охлаждения электронных модулей температура хладагента в которых повышена.
Поставленная задача решается за счет того, что в охладителе силовых электронных модулей, содержащего крышку и теплоотводящее основание с каналами для прохождения хладагента и установленными на нем тепловыделяющими электронными модулями, причем теплоотводящее основание включает выполненные под местами установки электронных модулей полости с установленными в них сопряженными с крышкой вкладышами, формирующими форму канала, указанные каналы для прохождения хладагента выполнены в виде расположенных в разных плоскостях, связанных между собой прямолинейных участков и меандрических секций, каждая из которых расположена в указанной полости, при этом указанные каналы соединены в параллельно-последовательную схему движения жидкого хладагента, выполнены дополнительные каналы между каналом подводящим хладагент к цепям последовательно соединенных электронных модулей и каналами соединяющими модули последовательно между собой, причем дополнительные каналы выполнены с необходимым гидравлическим сопротивлением для обеспечения повышенного расхода хладагента в полостях охлаждения электронных модулей с повышенной температурой основного потока хладагента.
На фиг.1 схематично изображен вид охладителя силовых электронных модулей сбоку. На фиг.2 изображено сечение А-А, фиг.1 - вид на каналы для охлаждающей жидкости.
Охладитель силовых электронных модулей (фиг.1, 2) содержит основание 1, на котором с наружной стороны рядами расположены тепловыделяющие силовые электронные модули 2. В боковой стенке основания 1 для подачи и вывода охлаждающей жидкости выполнены впускное 3 и выпускное 4 отверстия, связанные соответственно через раздающий коллектор 5 и собирающий коллектор 6 с каналами 7, 8, 9 для прохождения хладагента, выполненными на внутренней стороне основания 1 под рядами электронных модулей 2. При этом вдоль двух каналов 7, 8 как показано на фиг.2 в качестве примера, расположены электронные модули 2 равной мощности. Каналы 7, 8, 9 выполнены в виде соединенных между собой линейных и меандрических участков - секций, каждая из которых расположена в полостях 10, выполненных в основании 1 под местами установки электронных модулей 2. Каналы 7, 8, 9 закрыты крышкой 11, к которой прикреплены вкладыши 12, входящие в полости 10. Внутри меандрических секций каналов 7, 8, 9 в местах крепления тепловыделяющих модулей 2 расположены приливы 13 с удобооптекаемыми лопатками 14, а в местах поворота направления жидкости каналы 7, 9 снабжены поворотными лопатками 15. Канал 9 содержит выравнивающий расходы дроссель 16. Раздающий коллектор 5 соединен дополнительными каналами 17 с каналами 8, соединяющими модули последовательно между собой, причем дополнительные каналы 17 выполнены с необходимым гидравлическим сопротивлением для обеспечения повышенного расхода хладагента в полостях охлаждения 10 электронных модулей с повышенной температурой основного потока хладагента.
Охладитель силовых электронных модулей работает следующим образом.
Хладагент через впускное отверстие 3 поступает в основание 1 и через раздающий коллектор 5 поступает в каналы 7, 8, 9. При организованной последовательно-параллельной схеме движения охлаждающей жидкости и соответствующих сечениях каналов 7, 9 хладагент разделяется на две части, пропорционально количеству тепла, выделяемому электронными модулями 2 в соответствующем ряду. Выравнивание расхода охлаждающей жидкости по каналам 7, 9 обеспечивается дросселем 16. Проходя под рядами тепловыделяющих модулей 2, поток хладагента забирает выделяемое ими тепло. Наиболее высокая теплоотдача осуществляется непосредственно в местах установки тепловыделяющих модулей за счет уменьшенного термического сопротивления, высокой скорости движения охлаждающей жидкости и соответственно, более высокого значения коэффициента теплоотдачи на этих участках относительно других участков теплоотводящего основания 1. Это обусловлено тем, что под тепловыделяющими модулями 2 основание 1 за счет выполненных полостей 10 имеет меньшую толщину, при этом в полости 10 установлены вкладыши 12, которые формируют оптимальную форму канала, обеспечивающую высокую скорость прохождения жидкости. Принятая схема расположения каналов для прохождения хладагента в разных плоскостях позволяет выполнить основную часть основания 1 с толщиной, достаточной для обеспечения жесткости и прочности конструкции в целом при воздействии внешних и внутренних нагрузок, в том числе внутреннего давления. При прохождении охлаждающей жидкости через меандрические участки каналов 7, 9 уменьшение гидравлического сопротивления приливов 13 для винтов крепления модулей 2 обеспечивается тем, что участки приливов 13, расположенные в потоке жидкости, выполнены в виде удобооптекаемых лопаток 14.
Для уменьшения гидравлического сопротивления при поворотах потока жидкости в меандрических каналах применены поворотные лопатки 15.
При движении потока охлаждающей жидкости в цепях последовательно соединенных модулей жидкость нагревается и охлаждение электронных модулей, расположенных последующими за первыми, происходит при меньшей разнице температур между модулями и охлаждающей жидкостью, что ухудшает условия теплоотвода. Для увеличения эффективности охлаждение электронных модулей, расположенных в последовательной цепочке за первыми модулями, выполнены дополнительные каналы 17, с помощью которых понижается температура жидкости и увеличивается ее расход через модули с повышенной температурой охлаждающей жидкости, тем самым увеличивая мощность охлаждения электронных модулей, причем дополнительные каналы 17 выполнены с необходимым гидравлическим сопротивлением для обеспечения повышенного расхода хладагента
Принятая схема движения охлаждающей жидкости при относительно малом расходе жидкости и размерах сечений каналов 7, 8, 9, выбираемых с учетом количества выделяемой мощности, позволяет получить высокие скорости движения охлаждающей жидкости в каналах непосредственно под электронными модулями 2, а следовательно, и высокие значения коэффициентов теплопередачи. При этом, так как прямолинейные участки каналов 7, 8, 9 выполнены с большей площадью сечения, чем на меандрических участках, обеспечивается уменьшение общего гидравлического сопротивления охладителя.