СИСТЕМА ЖИДКОСТНОГО НАГРЕВА И ОХЛАЖДЕНИЯ СИЛОВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

Полезная модель относится к области электротехники и электроэнергетики, где может быть использована для нагрева и охлаждения силовых полупроводниковых приборов работающих в широком диапазоне температур окружающего воздуха.
Известно устройство для охлаждения радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), содержащее соединенные между собой с образованием замкнутого контура насос, линию нагнетания, емкость, датчики температуры, расходомер. Распределитель потока хладагента имеет цилиндрический корпус с входным штуцером и n выходными штуцерами, размещенными на фланце крышки по окружности, клапан в виде цилиндрического стакана со сквозным отверстием на его внутреннем выступе, установленный в цилиндрическом корпусе распределителя с образованием входной и рабочей полостей (RU 1651330, МПК H01L 23/46, опубл. 23.05.1991).
Недостатками известного устройства являются относительная сложность настройки работы системы охлаждения, обусловленная зависимым присоединения объектов охлаждения в контур охлаждения, а также низкая эффективность отвода тепла от самих охладителей. Кроме того, часть жидкости циркулирует в контуре охлаждения вхолостую, минуя объекты охлаждения, что сопровождается снижением общей энергетической эффективности устройства охлаждения.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является устройство для нагрева и охлаждения радиоэлектронной аппаратуры, представляющее собой замкнутый контур, заполненный жидкостью и включающий насос с линиями всасывания и нагнетания, системами нагрева и охлаждения жидкости, снабженное блоком управления, электрически связанным с датчиком температуры, системами нагрева и охлаждения, и состоящее из охладителя с установленными на нем силовыми полупроводниковыми приборами и датчиком температуры, насосом, емкостью с жидкостью, блоками нагрева и охлаждения, расширительным бачком, в охладителе, имеющем под каждым ребром, на всю его длину сквозные каналы, на верхней и нижней торцевых поверхностях выполнены ступенчатые проточки. Проточки, выполненные в верхней и нижней торцевых поверхностях и расположенные ближе к середине охладителя, служат для соединения соседних каналов. Проточки соседних каналов на верхней и нижней торцевых поверхностях выполнены в шахматном порядке, а в проточки, выполненные в верхней и нижней торцевых поверхностях и расположенные ближе к наружным поверхностям охладителя, установлены заглушки, в результате чего в охладителе образуется канал, заполненный жидкостью, с началом в нижней части одной боковой поверхности, последовательно проходящий под каждым ребром охладителя и заканчивающийся в другой боковой поверхности (RU 2229757, МПК H01L 23/36, H05K 7/20, опубл. 27.05.2004).
Недостатками известного устройства является недостаточно высокая интенсивность теплообмена, а так же возможность скапливания на внутренних поверхностях теплообмена отложений и загрязнений, что приводит к снижению эффективности устройства от ухудшения условий теплообмена и затруднения циркуляции теплоносителя.
Технический результат заключается в увеличении интенсивности, теплообмена и повышении надежности работы системы жидкостного нагрева и охлаждения силовых полупроводниковых приборов при снижение затрат на ее эксплуатацию и обслуживание.
Технический результат достигается тем, что система жидкостного нагрева и охлаждения силовых полупроводниковых приборов содержит замкнутый контур с охладителем и расширительным бачком в его верхней части, заполненный жидкостью и включающий насос с линиями всасывания и нагнетания, системы нагрева и охлаждения жидкости, которые между собой электрически связаны блоком автоматического управления с датчиком температуры. Система нагрева представляет собой программно-управляемый нагревательный элемент, расположенный в полой емкости. Система охлаждения содержит теплообменник, включенный в замкнутый контур через вибрационные проставки, установленные в кожухе, и зажатый в нем между возвратной пружиной и сильфоном, соединенным с замкнутым контуром, в который между охладителем и системой охлаждения установлен ударный узел.
Система жидкостного нагрева и охлаждения силовых полупроводниковых приборов содержит замкнутый контур 1 с охладителем 2, с расширительным бачком 3 в его верхней части, заполненный жидкостью и включающий насос 4 с линиями всасывания 5 и нагнетания 6, системы нагрева 7 и охлаждения 8 жидкости, которые между собой электрически связаны блоком автоматического управления 9 с датчиком температуры 10. Система нагрева 7 жидкости, представляющая собой программно-управляемый нагревательный элемент 11, который расположен в полой емкости 12. Система охлаждения 8 жидкости содержит теплообменник 13, включенный в замкнутый контур 1 через вибрационные проставки 14, установленные в кожухе 15, и зажатый в нем между возвратной пружиной 16 и сильфоном 17. Сильфон 17 соединен с замкнутым контуром 1, в котором между охладителем 2 и системой охлаждения 8 жидкости установлен ударный узел 18.
Система жидкостного нагрева и охлаждения силовых полупроводниковых приборов в зависимости от температуры окружающего воздуха может работать как в нагревающем, так и в охлаждающем режиме.
При работе в нагревающем режиме по команде с блока автоматического управления 9 включается программно-управляемый нагревательный элемент 11. После нагрева жидкости (например до +2…5°C) включается насос 4 и нагретая жидкость из линии всасывания 5 через линию нагнетания 6 поступает в охладитель 2 и последовательно проходит под каждым ребром охладителя 2, нагревая его, тепло с охладителя передается к силовым полупроводниковым приборам (на рисунке не показаны), охлажденная жидкость снова поступает в полую емкость 12. Данный процесс повторяется до момента достижения оптимальной температуры для начала работы силовых полупроводниковых приборов, после чего сигнал с датчика температуры 10 поступает в блок автоматического управления 9, который отключает программно-управляемый нагревательный элемент 11 и насос 4.
При работе силовые полупроводниковые приборы нагревают охладитель, после нагрева которого (например, до +30°C) сигнал с датчика температуры 10 подается на блок автоматического управления 9, который переводит систему в охлаждающий режим работы, включая насос 4 с линиями всасывания 5 и нагнетания 6 и систему охлаждения 8 жидкости. Жидкость из полой емкости 12 поступает в охладитель 2, отводя от него тепло, после чего она подается в теплообменник 13, в котором происходит ее охлаждение, и обратно поступает в полую емкость 12.
В нагревающем и охлаждающем режимах работы системы реализована пульсирующая циркуляция жидкости за счет включения в циркулирующий контур ударного узла 18. Гидравлическая энергия, образующаяся при работе ударного узла 18, посредством сильфона 17, используется для обеспечения колебательного движения теплообменника 13 в поперечном направлении. Вибрационные проставки 14 обеспечивают колебания теплообменника 13 в продольном направлении относительно кожуха 15. С целью ограничения амплитуды колебания теплообменника 13 напротив сильфона 17 установлена обратная пружина 16. Для компенсации избыточного давления, которое образуется при изменении температуры жидкости, циркулирующей в замкнутом контуре 1, установлен расширительный бачок 3.
По сравнению с известным решением предлагаемое увеличивает интенсивность теплообмена и повышает надежность работы системы жидкостного нагрева и охлаждения силовых полупроводниковых приборов при снижение затрат на ее эксплуатацию и обслуживание.