7.4. ЖИДКОСТНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ СПП

Наряду с воздушным охлаждением широкое применение в полупроводниковых преобразовательных агрегатах нашли системы жидкостного охлаждения. Теплоемкость жидких теплоносителей гораздо выше, чем газообразных, поэтому системы жидкостного охлаждения более эффективны, чем системы воздушного охлаждения. Однако создание таких систем, как правило, более сложных и менее надежных, требует решения ряда конструктивных проблем. Исследование ряда жидких теплоносителей (вода, трансформаторное масло, этиловый спирт, глицерин, различные сложные композиции) [7.11] показало, что тепловая мощность, переносимая перечисленными теплоносителями, максимальна у воды. Поэтому именно вода - получила самое широкое распространение в качестве теплоносителя.

Таблица 7.9. Значения аэродинамических сопротивлении теплоотводов охладителей

Основными достоинствами воды как теплоносителя являются ее высокая теплоемкость, невоспламеняемость, незначительная вязкость, что позволяет создать достаточно эффективную систему охлаждения.

Однако некоторые недостатки воды как теплоносителя сужают область ее применения. К ним относятся:

1) низкое удельное электрическое сопротивление технической воды, приводящее при охлаждении систем, элементы которых находятся под разностью потенциалов свыше 100 В, к появлению значительных токов утечки, а также электролитической коррозии, ведущей к разрушению поверхности канала;

2) случайная эрозия при повышенных скоростях протекающей в канале жидкости и значительной продолжительности протекания, суть которой заключается в переносе потоком частиц металла, срываемых с поверхности охлаждаемой детали. При скорости воды выше 4 м/с и температуре воды выше 80° С эффект струйной эрозии сказывается существенно особенно там, где резко меняется сечение тракта или направление течения воды;

3) насыщенность технической воды различными примесями, особенно оксидами кальция и магния, приводящая к оседанию на стенках канала накипи, снижающей эффективность теплосъема.

Вместе с тем существует ряд профилактических мер, позволяющих ограничить влияние указанных факторов на системы водяного охлаждения.

Водяное охлаждение применяют:

1) в случае, когда на объектах уже предусмотрено водяное охлаждение систем, являющихся нагрузкой для этих агрегатов, например водяное охлаждение дуговых вакуумных печей;

2) в условиях, где воздушное охлаждение противопоказано в связи с загрязнением атмосферы токопроводящей пылью и взрывоопасными газами;

3) при необходимости создания в небольших объемах эффективной системы охлаждения с высокой удельной тепловой мощностью.

Продолжение табл. 7.9.

Промышленностью освоен выпуск унифицированной серии охладителей, предназначенных для индивидуального водяного охлаждения СПП штыревого и таблеточного исполнений.

Теплоотводы охладителей СПП таблеточного исполнения могут применяться в групповых охладителях.

Охладители для СПП таблеточного исполнения включают теплоотводы неразъемно - соединенные с токоотводами и штуцерами, а также изоляционные элементы и прижимное устройство.

Условное обозначение охладителей или теплоотводов показано на рис. 7.24. Значения установившихся тепловых сопротивлений даны в табл. 7.10.

Перепад давления потока охлаждающей воды при указанных расходах приведен в табл. 7.11.

Неплоскостность, шероховатость контактных поверхностей и неперпендикулярность оси резьбового отверстия к контактной поверхности должны быть не более указанных в табл. 7.12.

Резьба охладителей для СПП штыревого исполнения должна выдерживать закручивающий момент, приведенный в табл. 7.13.

Теплоотводы для СПП таблеточного исполнения должны выдерживать осевые усилия сжатия, приведенные в табл. 7.14.

Рис. 7.24. Структура условного обозначения охладителей (теплоотводов) для СПП

Таблица 7.10. Значения установившихся тепловых сопротивлений в зависимости от типов охладителя и тенлоотвода

Таблица 7.11. Перепад давления потока охлаждающей воды в зависимости от типов охладителей и теплоотводов

Габаритные, установочные, присоединительные размеры и масса некоторых типовых охладителей и теплоотводов даны на рис. 7.25.

Эти охладители и теплоотводы выдерживают многократные сборки и разборки, устойчивы к воздействию внешних механических факторов по группе М27 ГОСТ 17516-72. Теплоотводы рассчитаны на рабочее давление воды до 0,6 МПа и могут работать при температурах +50-;—60° С.

Таблица 7.12. Основные требования по механической обработке контактных поверхностей охладителей

Таблица 7.13. Усилия сжатня СПП штыревого исполнения с охладителями

Вода как теплоноситель должна быть химически нейтральна к материалу теплоотвода и не должна содержать механические примеси, засоряющие трубопроводы и канал охлаждения.

Охладители и теплоотводы достаточно надежны в эксплуатации, их средняя наработка на отказ не менее 18 000 ч, а - процентный ресурс равен 87000 ч при .

Однако многочисленные соединения штуцеров индивидуальных охладителей дюритовыми шлангами, невозможность применения водопроводной воды даже при низких напряжениях, отложения солей на охлаждающих поверхностях ухудшают теплообмен и практически выводят охладитель из строя, усложняют конструкцию и обслуживание охладителей в эксплуатации, снижают их надежность.

Таблица 7.14. Усилия сжатия СПП таблеточного исполнения с охладителем

Поэтому при изготовлении мощных полупроводниковых агрегатов с водяным охлаждением в основном применяются групповые охладители.