7.5. ИСПАРИТЕЛЬНОЕ ПОГРУЖНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ СПП

Как показал анализ отечественной и зарубежной специальной литературы, из всех известных видов охлаждений СПП наиболее эффективным является испарительное охлаждение погружного типа, где в качестве теплоотдающей поверхности (поверхностей кипения) в СПП штыревого исполнения используют такие элементы СПП, как резьбовая шпилька, основание прибора, а в СПП таблеточного исполнения — специальные теплоотводы — испарители.

Основным преимуществом испарительного погружного охлаждения являются высокие значения теплофизических параметров, например коэффициент теплопроводности на участке «испаритель—конденсатор» , который на три порядка выше теплопроводности меди.

Коэффициент теплоотдачи при кипении диэлектрика (воды) составляет , что позволяет реализовать высокие плотности теплового потока ) при температурных напорах 20—25° С. Для сравнения можно отметить, что коэффициент теплоотдачи для принудительного воздушного охлаждения составляют , для водяного охлаждения .

Особенностью испарительного погружного охлаждения СПП по сравнению с другими видами охлаждения является то, что СПП полностью погружен в жидкую диэлектрическую среду, используемую в качестве промежуточного теплоносителя. Поэтому к жидким диэлектрикам помимо традиционных требований, предъявляемых к промежуточным теплоносителям в других системах охлаждения, таких, как высокие теплофизические и термодинамические параметры, нетоксичность, взрывобезопасность, негорючесть и др., предъявляются дополнительные требования, характерные только для систем испарительного охлаждения погружного типа: высокие электрические сопротивления и прочность, инертность, совместимость с материалами прибора, испарителя-охладителя, системы крепления и токосъема. Выбор жидкого диэлектрика для использования в качестве промежуточного теплоносителя в испарительных системах погружного типа для охлаждения СПП является одним из важных этапов создания систем охлаждения СПП и ПУ на их основе [7.11].

Жидкие диэлектрики, применяемые в этих системах в качестве промежуточного теплоносителя, должны обладать следующими параметрами и свойствами.

Температура насыщения . Одним из основных критериев при выборе жидкого диэлектрика для испарительного охлаждения СПП является температура насыщения, так как она играет важную роль в оптимизации режимов кипения и конденсации теплоносителя.

Для эффективной работы испарительной системы охлаждения необходимо выполнение следующего условия:

где — предельно допустимая температура корпуса полупроводникового прибора, — температура вторичного охлаждающего агента согласно условиям эксплуатации прибора, .

Предельно допустимая температура основания корпуса СПП согласно техническим условиям составляет 85° С для тиристоров, 160° С для серийно выпускаемых диодов. Температура вторичного охлаждающего агента — воздуха или воды — определяется условиями эксплуатации и обычно задается: для , для . Исходя из этого значения температуры насыщения промежуточного теплоносителя могут лежать в пределах 40—100° С и выбираться индивидуально для каждого прибора и вида вторичного охлаждения.

Теплота парообразования. Для достижения наибольшего теплосъема при кипении промежуточного теплоносителя на теплоотдающих поверхностях СПП и охладителя-испарителя необходимо выбирать жидкий диэлектрик с максимальной теплотой фазового перехода парообразования, так как этот параметр определяет количество тепла, снимаемого с твердой поверхности, при закипании жидкости на ней.

Теплопроводность. Использование диэлектрической жидкости с высоким коэффициентом теплопроводности позволяет не только улучшить теплообмен в испарительной части системы охлаждения за счет увеличения коэффициентов теплоотдачи в обларти развитого кипения и в области конвективнотеплопроводной теплоотдачи, но и интенсифицировать процесс конденсации путем повышения теплопередачи через пленку конденсата теплопроводностью, особенно при утолщенной пленке.