AT391776B

AT391776B - Anordnung zur direkten siedekuehlung von gestapelten leistungshalbleitern

Info

Publication number: AT391776B
Application number: AT0396584A
Authority: AT
Original assignee: Licentia Gmbh
Priority date: 1983-12-14
Filing date: 1984-12-13
Publication date: 1990-11-26
Also published as: CH666142A5; ES8603233A1; DE3345668C2; TR22333A; IT1178756B; IT8424036A0; IT8424036A1; DE3345668A1; ATA396584A; ES538283A0

Description

Nr. 391776

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur direkten Siedekühlung von zu Säulen gestapelten und auf jeder Seite mit Wärmeableitem versehenen Leistungshalbleitem, die in einen als zylinderförmiger, einlagiger Metallbalg ausgebildeten, die Siedekühlflüssigkeit enthaltenden Behälter einschiebbar sind, bei dem einer der vakuumdicht abschließenden, stimseitigen Abschlußdeckel Durchführungen für den elektrischen Anschluß der 5 Leistungshalbleiter aufweist. Eine solche Anordnung ist in der DE-OS 32 40 502 beschrieben.

Das Einbringen der Leistungshalbleiter in den Behälter, bevor dieser mit der Siedekühlflüssigkeit befüllt wird, muß aus wirtschaftlichen Gründen einfach zu handhaben sein. Zu diesem Zweck werden gemäß dem DE-GM 82 06 226 die scheibenförmigen Leistungshalbleiter zu einer kompakten Säule zusammengespannt, die dann an einem Kunststoffdeckel befestigt in einen rohrartigen Siedekühlkörper geschoben wird. Die Anschlüsse 10 der Leistungshalbleiter werden einzeln durch den Deckel herausgeführt und außerhalb des Behälters verschaltet

Bei siedegekühlten Stromrichtern hoher Spannung ergibt sich wegen der notwendigen Hintereinanderschaltung der Leistungshalbleiter eine Säule beträchtlicher Länge. Da zudem die Beschaltungselemente teilweise gewichtig sind, sind den Anwendungen dieser Konstruktion insbesondere dann Grenzen gesetzt, wenn zusätzlich hohe dynamische Beanspruchungen auftreten, wie z. B. beim Einsatz auf Fahrzeugen. 15 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Anordnung der eingangs genannten Art den Aufbau der Leistungshalbleiter unter Berücksichtigung eines leichten Einbaus in den Behälter so zu gestalten, daß hohe dynamische Beanspruchungen möglich sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Leistungshalbleiter mit zugehörigen Beschaltungselementen als elektrisch vollständig verschaltete Einheit zwischen dem einen aus Metall 20 bestehenden, die elektrischen Durchführungen aufweisenden Abschlußdeckel und einer an ihrem Außenumfang regelmäßig verteilte Gleitkörper aufweisenden und sich über diese Gleitkörper an der Innenwand des Metallbalgs abstützenden Zentrierplatte über elektrisch isolierte Zugbolzen verspannt sind.

Infolge der Verspannung der Leistungshalbleiter zwischen dem einen Abschlußdeckel und der Zentrieiplatte ist die Baueinheit ohne Mühe in den Siedekühlbehälter einschiebbar, wobei die Zentrierplatte bei dynamischen 25 Beanspruchungen gleichzeitig der Abstützung dient

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zugbolzen durch die Zentrieiplatte hindurchgeführt sind und sich in Sacklöchem des anderen Abschlußdeckels abstützen. Damit können auch dynamische Beanspruchungen überlanger Leistungshalbleitersäulen gering gehalten werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der 30 Beschaltungselemente auf der Zentrierplatte befestigt ist, so daß diese Bauelemente keine zusätzlichen raumraubenden Träger benötigen.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Anordnung zur direkten Siedekühlung, 35 Fig. 2 einen Schnitt senkrecht zu der in Fig. 1 dargestellten Anordnung und

Fig. 3 eine stimseitige Ansicht der in Fig. 1 dargestellten Anordnung.

Die Zeichnung gibt einen Leistungs-Stromrichter-Teil mit Siedekühlung wieder, bei dem die elektrischen Komponenten in einem Vakuumbehälter untergebracht sind, der im Betriebsfall mit einer isolierenden Siedekühlflüssigkeit befüllt ist. 40 Gemäß Fig. 1 besteht der Behälter aus einem zylindrischen Metallbalg (18) mit Schraubflanschen (16,17), die über Stützrohre (19) (Fig. 2) fest miteinander verbunden sind. Seine Stirnseiten sind mit metallenen Abschlußdeckeln (8,9) über Dichtringe (7) verschlossen. In dem einen Abschlußdeckel (8) befinden sich elektrische Stromdurchführungen (5) sowie ein Ventil (15) zum Befüllen bzw. Entleeren der Siedekühlflüssigkeit. Zum Kontrollieren des Füllstandes ist ein Schauglas (6) vorgesehen. Der Betriebsdruck 45 wird üblicherweise mit einem Drucksensor erfaßt, der sich - wie auch ein Überströmventil (als Berstschutz) -ebenfalls im Abschlußdeckel (8) befindet. Beide Teile sind nicht näher bezeichnet. Für den Behälter wird ein Metallbalg (18) mit besonders großer Oberfläche verwendet, um die im Betrieb entstehende Verlustwärme des im Behälter befindlichen Stromrichters rasch an die Atmosphäre abführen zu können. 50 Alle elektrischen Bauelemente des Systems sind an der Innenseite des Abschlußdeckels (8) montiert und bilden mit den Stromdurchführungen (5) eine Verdrahtungseinheit.

Der innere Aufbau besteht im wesentlichen aus scheibenförmigen Leistungshalbleitem (Dioden und Thyristoren) (1), die mit je zwei Wärmeableitem (2) kontaktiert und zu Säulen gestapelt sind. Hierbei ist die elektrische Verbindung der aneinandergeordneten Wärmeableiter (2) durch gelegentliches Einfügen von nicht 55 näher bezeichneten Isolierscheiben an einigen Stellen gemäß einer gewünschten elektrischen Schaltung getrennt. Die Säulenführung wird von je drei elektrisch isolierten Zugbolzen (11) übernommen. An den Säulenenden befinden sich federnde, dreieckige Spannplatten (10), mit denen die erforderliche Anpreßkraft für die Leistungshalbleiter (1) mittels Muttem über Druckscheiben eingestellt wird.

Zwischen den Leistungshalbleitersäulen bzw. um die Säulen herum sind Steuer· und Beschaltungselemente 60 (14) angeordnet. Hierzu gehören Steuerimpulswandler, Kondensatoren, Widerstände sowie ein Überspannungsschutz.

Den Abschluß beider Halbleitersäulen bildet eine Zentrierplatte (3), an deren Umfang sechs Gleitkörper (4) -2-

Claims

Nr. 391776 angebracht sind, die das Gesamtgewicht des Einbausystems an der Innenwand des Metallbalgs (18) abstützen. Die Zentrieiplatte (3) dient gleichzeitig als Tragplatte für weitere elektrische Bauelemente (12,13), z. B. für elektrische Drosselspulen. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, kann durch die Lücken zwischen den Gleitkörpem (4) vorteilhafterweise die Siedekühlflüssigkeit ungehindert zwischen den Räumen vor und hinter der Zentrierplatte (3) zirkulieren. Der Einbau des elektrischen Systems in den Metallbalg (18) ist völlig unproblematisch, da es ja vom Abschlußdeckel (8) bis zur Zentrierplatte (3) eine kompakte, elektrisch fest verschaltete Einheit bildet, die mit den Gleitkörpem (4) auf der Innenwand des Metallbalgs (18) gleitend axial in die endgültige Lage geschoben wird. Durch die Zentrierplatte (3) und die Abstützung derselben auf den Gleitkörpem (4), kann im montierten Zustand (Abschlußdeckel (8) mit dem Flansch (17) verschraubt) das System ohne Gefahr höchsten dynamischen Beanspruchungen ausgesetzt werden. Für den Fall überlanger Leistungshalbleitersäulen ist es vorteilhaft (hier aber nicht dargestellt), die Zugbolzen (11) axial über die Zentrierplatte (3) hinaus zu verlängern und in Sacklöchem im anderen Abschlußdeckel (9) abzustützen. Alle zu verwendenden Werkstoffe und Bauelemente sind im Hinblick auf Stoffverträglichkeit mit der Siedekühlflüssigkeit sowie auf ungehinderte Wärmeübergänge auszuwählen. Elektrische Bauelemente mit großer Verlustleistung sind dabei so angeordnet, daß sie sich gemäß der festgelegten Einbaulage stets unterhalb des Flüssigkeitsspiegels befinden, während die restlichen Elemente zum Teil auch im Dampfraum angeordnet sind. Die Wärmeübertragung zur Umgebungsluft des Behälters erfolgt entsprechend den Anforderungen durch natürliche Konvektion, durch forcierte Kühlung mit einem Motorlüfter oder bei Traktionen eventuell durch den Fahrtwind. In allen Fällen kann eine spezielle Luftführung förderlich sein. PATENTANSPRÜCHE 1. Anordnung zur direkten Siedekühlung von zu Säulen gestapelten und auf jeder Seite mit Wärmeableitem versehenen Leistungshalbleitem, die in einen als zylinderförmiger, einlagiger Metallbalg ausgebildeten, die Siedekühlflüssigkeit enthaltenden Behälter einschiebbar sind, bei dem einer der vakuumdicht abschließenden, stimseitigen Abschlußdeckel Durchführungen für den elektrischen Anschluß der Leistungshalbleiter aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungshalbleiter (1) mit zugehörigen Beschaltungselementen (12,13,14) als elektrisch vollständig verschaltete Einheit zwischen dem einen aus Metall bestehenden, die elektrischen Durchführungen (5) aufweisenden Abschlußdeckel (8) und einer an ihrem Außenumfang regelmäßig verteilte Gleitkörper (4) aufweisenden und sich über diese Gleitkörper (4) an der Innenwand des Metallbalgs (18) abstützenden Zentrierplatte (3) über elektrisch isolierte Zugbolzen (11) verspannt sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugbolzen (11) durch die Zentrierplatte (3) hindurchgeführt sind und sich in Sacklöchem des anderen Abschlußdeckels (9) abstützen.
3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Beschaltungselemente (12,13) auf der Zentrierplatte (3) befestigt ist. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen -3-