Gleichrichtereinheit Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gleichrichtereinheit, in welcher die Gleichrichterzelle umschlossen ist, so dass sie vor mechanischen Be schädigungen geschützt und von Kühlmassen so um geben ist, dass die Zelle vor Übertemperaturen wäh rend des Betriebes gesichert ist.
Aus Grenzschichten bestehende Gleichrichter zellen sind ausserordentlich empfindlich gegen me chanischen Druck, die chemische Zusammensetzung der Umgebung und gegen zu hohe Temperaturen. Dies trifft insbesondere auf monokristalline Halb leiter zu, bei denen die Gleichrichterschicht aus einer p-ii-Grenzschicht besteht, wie beispielsweise in Ger manium- oder Silizium-Gleichrichterzellen.
Die Stromdichte von Germanium- und Silizium zellen ist dann bemerkenswert hoch, wenn gross flächige p-n-Grenzschichten zur Verwendung gelan gen. Eine Germaniumzelle mit einem Durchmesser von etwa 14,3 mm kann beispielsweise bei einer Spannung von 35 V und einem Strom von 75 A eine Halbwellengleichrichtung durchführen, wobei ein Wärmeäquivalent von ungefähr 60 W erzeugt wird. Diese Wärmemenge muss praktisch im Augenblick des Entstehens von der Zelle abgeführt werden, da die Zelle sonst überhitzt und zerstört wird.
Da eine Gleichrichterzelle mit den oben beschriebenen Eigenschaften kleiner als eine Münze ist, ist auch ihre eigene thermische Zeitkonstante ausserordent lich klein; während diese Zeitkonstante bei anderen elektrischen Anlagen wie Rotationsmaschinen und Transformatoren in Sekunden gemessen wird, wobei eine entsprechende Wärmeentwicklung ungefähr in 4,5 kg Kupfer entsteht, ist sie im vorliegenden Fall mit der Periodendauer des Wechselstroms vergleich bar. Darüber hinaus sind die aus dünnen Grenz- schichten bestehenden und bei hohen Spannungen betriebenen Zellen ausserordentlich anfällig gegen Feuchtigkeit, Staub, ätzende Dämpfe, Pilze und an dere aktive in der Atmosphäre vorkommende Sub stanzen.
Zum Schutz gegen diese schädlichen Ein flüsse sollten die Zellen abgekapselt und vorzugs weise hermetisch abgeschlossen werden. Silizium- und G.ermaniumzellen sind darüber hinaus nicht nur wegen der Brüchigkeit dieser Metalle ausser ordentlich druckempfindlich, sondern auch weil die zur Herstellung der gewünschten p-n-Grenzschicht verwendeten verunreinigten Metalle auf Grund eines äusseren mechanischen Druckes plastisch werden und aus dem Gleichrichter herausquellen können.
Dies gilt insbesondere für Germaniumzellen, in denen Indium zur Herstellung einer Elektronenacceptor- schicht benützt wird, da derartige Zellen bereits bei relativ niedrigen Temperaturen plastisch werden.
Unabhängig von diesen Faktoren, die durch eine entsprechende Anordnung der Zellen in der Gleich richtereinheit berücksichtigt werden können, sollten derartige Gleichrichtereinheiten auch bei verschiede nen Zellengrössen einheitlich ausgebildet sein, so dass Kombinationen und Verbindungen solcher Bauein heiten zusammengestellt werden können, und somit die elektrische Kapazität mehrerer solcher Einheiten verwendet werden kann.
Die Baueinheit sollte darüber hinaus mit Kühl einrichtungen versehen sein, die bei einer Anordnung von mehreren Einheiten und bei der Verwendung eines unter Druck stehenden Kühlmediums bei jeder einzelnen Zelle die gleiche Kühlwirkung erzeugt, wie bei einer isolierten Einheit. Die Durchflussleitun- gen des Kühlmediums müssen dabei in den Bauein heiten so angeordnet sein, dass sie sich bei einem Zusammenbau aneinander anschliessen, so dass Durchflussleitungen durch die ganze Anordnung ent stehen. Es ist somit ein Zweck der Erfindung, eine Gleichrichtereinheit mit einer verbesserten Arbeits- kennlinie zu schaffen.
Dies wird erreicht durch zwei Kühlorgane mit mehreren voneinander getrennten, wärmeabgebenden Wänden, wobei die einander ge genüberliegenden Kontaktflächen der Zelle, die sich zwischen den Kühlorganen befindet, in wärmeleiten dem Kontakt mit den Kühlflächen stehen und sich die Kühlorgane über die zwischen ihnen befindliche Zelle hinaus erstrecken.
Zweckmässigerweise sind die Kühlorgane parallel zueinander angeordnet und weisen gleichbleibenden Querschnitt auf. Die Kühlflächen stehen in wärme leitendem Kontakt mit den einander gegenüberlie genden Kontaktflächen der Gleichrichterzelle, die zwischen den Kühlorganen angeordnet ist. Ferner befindet sich vorzugsweise Isoliermaterial zwischen den beiden Kühlorganen, das mit den Teilen ihrer Flächen verbunden ist, die sich seitlich der Zelle befinden und nicht mit ihr in Wärmeaustausch stehen.
In den beiliegenden Zeichnungen sind beispiels weise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstan des dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 die perspektivische Ansicht einer Gleich richtereinheit im Schnitt, die besonders die mecha nische Verbindung gleicher derartiger Einheiten zeigt, Fig. 2 den Grundriss einer aus mehreren Gleich richtereinheiten bestehenden Anordnung, Fig. 3 die Kühleinrichtung eines weiteren Aus führungsbeispiels im Schnitt.
Die in den Zeichnungen dargestellten Gleich richtereinheiten bestehen aus je zwei parallel verlau fenden metallischen Kühlorganen mit korrespondie renden, einander gegenüberliegenden Seitenwänden, die in ihrer ganzen Länge über eine isolierende Zwi schenschicht miteinander verbunden sind. Diese Zwischenschicht ist jedoch an den Stellen unterbro chen, an denen die Seitenwände mit den Kontakt flächen einer Gleichrichterzelle einen wärmeaustau schenden und elektrischen Kontakt bilden. Die Gleichrichterzelle ist auf diese Weise zwischen den Kühlorganen eingeschlossen und durch das isolie rende Material von der umgebenden Atmosphäre abgeschlossen.
Die Isolierschicht liegt dabei an den jenigen Flächen der Kühlorgane an, die sich seitlich an die mit der Gleichrichterzelle in Kontakt stehen den Teile anschliessen. Beide Kühlorgane besitzen über ihre ganze Länge gleichmässigen Querschnitt und sind innen mit Durchflussleitungen für das Kühl medium versehen, wobei diese Kühhnittel-Durchfluss- leitungen sich in Längsrichtung .erstrecken und teil weise von den Seitenwänden begrenzt sind,
die an der Aussenseite mit den Wärmekontaktflächen der zwischen den Kühlorganen eingebetteten Gleichrich- terzelle in Wärmeaustausch stehen. Ferner können zwischen der Gleichrichterzelle und den Kühlorganen wärmeaufnehmende Teile angeordnet sein, es ist je doch auch möglich, den Kühlorganen eine so grosse Masse zu geben, dass sie ausreichend wärmeaufneh- tuend wirken können.
Die sich längs erstreckenden Durchflussleitungen für das Kühlmedium enden der art, dass sie mit den entsprechenden Enden einer weiteren Einheit übereinstimmen, so dass bei einer Zusammenstellung eine kontinuierliche Durchfluss- leitung für ein unter Druck stehendes Kühlmedium entsteht. Ein metallisches Leiterstück ist an jedes ebenfalls aus Metall bestehende Kühlorgan ange schlossen, die Organe dienen dabei als elektrische Verbindungen zwischen den einen Enden der Leiter stücke und den entsprechenden Kontaktflächen der Gleichrichterzelle, mit denen sie ihrerseits in Be rührung sind.
Diese Leitungen werden vorzugsweise an verschiedenen, .einander gegenüberliegenden Seiten der Gleichrichtereinheiten herausgeführt.
Die verbesserte Arbeitskennlinie einer Gleich richtereinheit ist von der Grösse des Kühlsystems und von der Masse des Metalls abhängig, das sich mit der Gleichrichterzelle in' Wärmekontakt befindet. Durch eine Vergrösserung der thermischen Kapazität der Zelle, das heisst durch die Vergrösserung der thermischen Zeitkonstanten wird nun erreicht, dass die Zelle widerstandsfähiger gegen Stromerwärmung wird und dass ferner eine bestimmte Zeitspanne ge wonnen wird, während der die Zelle nicht zerstört wird, auch wenn die schützende Kühleinrichtung noch nicht in Funktion ist.
Die Kühlorgane werden vorzugsweise durch Strangpressen hergestellt, sie können jedoch auch durch Giessen oder andere Herstellungsmethoden gewonnen werden. Als Ausgangsmaterial kann dann ausgewalztes oder gezogenes Metall verwendet wer den, wenn die inneren Durchflussleitungen nicht für Kühlmedien benötigt werden. Da der Querschnitt der Kühlorgane einheitlich ist, können mehrere solche Kühlorgane hintereinander angeordnet werden, wo mit ganze Anlagen geschaffen werden. Die Grösse der verschiedenen Kühlorgane kann dadurch den verschiedenen Grössen und damit den verschiedenen erzeugten Wärmemengen der verwendeten Gleich richterzellen angepasst werden, dass die Länge des Ausgangsmaterials für die Kühlorgane entsprechend gewählt wird.
Die Einheiten für unterschiedliche Grössen der Gleichrichterzellen unterscheiden sich infolgedessen nur durch ihre Längen.
Fernerhin können aus geeigneten natürlichen oder künstlichen Harzstoffen bestehende Zwischen wände zur Verbindung der Kühlorgane verwendet werden, die diese auch in Berührung mit den Kon taktflächen der zwischen ihnen liegenden Gl.eichrich- terzellen halten. Für diesen Zweck eignet sich Epoxin (eingetragene Marke) besonders gut, da es die notwendigen Eigenschaften wie ausgezeichnete Adhäsion zu Metallen, hohe dielektrische Festigkeit, geringe Absorptionsfähigkeit gegenüber Flüssigkeiten, geringe Schrumpfung und hohe Temperaturbeständig keit besitzt.
Die Gleichrichtereinheiten sind auf Grund ihrer Bauweise besonders zur Massenherstellung geeignet. Weiterhin ist die Gleichrichterzelle von der Bau- einheit vollkommen umschlossen und wird von bei den Seiten durch diese Bauteile gekühlt, die auch gleichzeitig einen mechanischen Schutz gegen die Erschütterungen und Stösse darstellen, denen die Gleichrichtereinheit während des Gebrauches beson ders als Teil einer übertragungseinrichtung ausgesetzt sein kann.
Die in Fig. 1 dargestellte Gleichrichtereinheit be steht aus einer Germaniumzelle mit einer grossflächi gen p-n-Grenzschicht 1 und einander gegenüber liegenden Kontaktflächen, die in gutem thermischem Kontakt mit den wärmeaufnehmenden Teilen 2 und 3 stehen. Diese wärmeaufnehmenden Teile bestehen aus einem Metall wie beispielsweise Kupfer oder aus Kupferlegierungen und grenzen direkt an die Kontaktflächen der Zelle, deren Elektroden sie auch bilden können.
Die Baueinheit der Gleichrichterzelle besteht weiterhin aus den Kühlorganen 4 und 5 mit einander gegenüberstehenden Seitenwänden, die über ihre ganze Länge durch eine zwischen ihnen liegende Schicht aus Isoliermaterial 6 verbunden sind. Dieses Isoliermaterial ist jedoch an den Stellen unterbrochen, an denen die Seitenwände in ther mischem Kontakt mit einer der einander gegenüber liegenden Kontaktflächen der Gleichrichterzelle oder mit den wärmeaufnehmenden Teilen stehen, die zwi schen der Zelle und den Kühlorganen angeordnet sind. Die Kühlorgane bestehen aus länglichem, kalt gepresstem Material und besitzen in Längsrichtung Durchflussleitungen für ein Kühlmedium, die sich bis zu den Enden dieser Kühlorgane erstrecken.
Die Durchflussleitungen der Kühlorgane für das Kühl medium werden durch Wände begrenzt, die in ther mischem Kontakt mit denjenigen Seitenwänden ste hen, die sich aussen in Wärmeaustausch entweder direkt mit den Kontaktflächen der Gleichrichter zelle oder mit den wärmeaufnehmenden Teilen be finden, die zwischen der Gleichrichterzelle und den Kühlorganen liegen. Die Kühlorgane bestehen vor zugsweise aus Metallen oder Legierungen, die die gewünschte Ziehfähigkeit besitzen. Sie können bei spielsweise aus Kupfer, Messing, Aluminium oder ähnlichen Metallen oder Legierungen hergestellt sein. Das aus isolierendem Material bestehende Bauteil zwischen den Kühlorganen umschliesst die Gleich richterzelle sowie das mit ihr verbundene wärme aufnehmende Teil.
Diese Isolation ist mit den Kon- taktseitenwänden der Kühlorgane verbunden, die sich an beiden Seiten der Gleichrichterzelle und des wärmeaufnehmenden Teiles befinden. Um die me chanische Festigkeit der Verbindung zwischen dem Isoliermaterial und der Kontaktfläche der Kühlteile zu verstärken, können Vorsprünge 7 vorgesehen werden, die in das Isoliermaterial hineinragen. Wenn die Kühlorgane stangengepresst sind, können sich diese Vorsprünge längs der Kühlorgane erstrecken, das heisst in gleicher Richtung wie die im inneren der Kühlteile vorgesehenen Durchflussleitungen.
Durch die Leitungen 8 und 9 werden elektrische Verbindungen mit der Gleichrichterzelle hergestellt, diese Leitungen sind mit den Kühlorganen 4 und 5 verbunden und werden an einander gegenüberliegen den Seiten der Kühlorgane nach aussen geführt. Die Leitungen bestehen dabei vorzugsweise aus flexiblem Material, so dass in ihnen keine mechanischen Kräfte auftreten können, die sonst über die Kühlorgane auf die zwischen ihnen befindliche Gleichrichterzelle ein wirken könnten. Für diesen Zweck eignen sich ge flochtene Kupferlitzen besonders gut.
Die an die Kühlorgane angeschlossenen Leitungsenden können durch Löten, Messinglöten, Schweissen oder ähnliche Mittel an ihnen befestigt sein, wodurch ein elek trischer Kontakt mit den einander gegenüberliegen den Kontaktflächen der Gleichrichterzelle über die ebenfalls aus Metall bestehenden Kühlorgane her gestellt wird.
Mehrere derartige Gleichrichtereinheiten können durch ein entsprechendes Hintereinanderanordnen der Durchflussleitungen des Kühlmediums der ein zelnen Kühlorgane so zusammengeschlossen werden, dass eine gemeinsame Durchflussleitung durch alle zusammengeschlossenen Baueinheiten entsteht, durch welche dann das unter Druck stehende-Kühlmedium geleitet wird. In der in Fig. 1 gezeigten Darstellung werden die einzelnen Einheiten durch Stangen 10 miteinander verbunden, die jedoch elektrisch von den einzelnen Kühlorganen isoliert sind, was durch die röhrenförmigen Isolatoren 11 erreicht wird.
Wei terhin sind auch die Kühlorgane untereinander durch Dichtungen 12 voneinander isoliert, wobei diese Dichtungen dazu dienen, dass das ,verwendete Kühl medium zwischen den aneinander anstossenden Gleichrichtereinheiten nicht nach aussen austreten kann. Auf diese Weise können die einzelnen Bau steine der Anordnung von Fig. 1 auf jede beliebige elektrische Art miteinander verbunden werden, wobei Kühlmedien wie Wasser, Öl oder ähnliche unter Druck stehende Kühlmittel in der Anordnung zir kulieren können. Die ganze Anordnung ist somit ab geschlossen und die Durchflussleitungen zwischen den Gleichrichtereinheiten sind bei geringem Auf wand wirksam abgedichtet.
Weiterhin ist die ganze Anordnung mechanisch völlig stabil, so dass sie aus reichend durch Lagerungen gestützt werden kann, die an den Enden der Anordnung oder an irgend welchen beliebigen Stellen angebracht sein können.
In Fig. 2 ist eine derartige Anordnung dargestellt, bei der neun Gleichrichtereinheiten 13 zwischen den Abschlussteilen 14 und 15 hintereinander auf gereiht sind, welche das Kühlmedium in die durch die einzelnen Einheiten gebildeten Durchflussleitun- gen einpumpen bzw. aus diesen absaugen. Ebenso wie bei Fig. 1 sind hier Dichtungen 16 zwischen den einzelnen Gleichrichtereinheiten und den Abschluss teilen vorgesehen. Jedes der Abschlussteile besitzt weiterhin eine Öffnung 17, durch welche das Kühl medium gepumpt bzw. abgesaugt wird.
Die gesamte Anordnung wird durch die Leisten 18 und 19 zu sammengehalten, die aus isolierendem Material her gestellt sein können und darüber hinaus auch als Befestigung für die Sammelleitungen 20 und 21 die nen können, durch welche die Enden der elektrischen Kontakte 22 und 23 der verschiedenen Gleichrichter einheiten auf irgendeine gewünschte Art miteinander verbunden werden können. In der gezeigten Darstel lung sind die Anschlusskontakte so mit den Sam- melleitungen verbunden, dass eine Parallelschaltung der einzelnen Gleichrichtereinheiten erreicht wird.
An den Enden der Anordnung sind Ständer 24 und 25 vorgesehen, die ebenso zur Befestigung der U förmigen Teile 26 und 27 dienen, welche ihrerseits mit den Leisten 18 und 19 verschraubt sind.
Die Kühlorgane können mehrere Ausführungs formen besitzen, die ihre Wärmespeicher- und Kühl eigenschaften wesentlich verbessern. Eine derartige verbesserte Ausführungsform ist in Fig. 3 dargestellt. Die inneren Wände, die die Durchflussleitungen für den Kühlteil 28 bilden, ragen von einer vergrösser ten Fläche radial nach aussen ab, wobei diese Fläche an der Stelle der Wand liegt, an der aussen die Gleichrichterzelle oder das wärmeaufnehmende Teil liegt.
Die in Fig. 3 gezeigte Anordnung ergibt eine bes sere Wärmeabflusseigenschaft als sie mit der in Fig. 1 gezeigten Anordnung erreicht werden kann.
Wenn bei einer bestimmten Anwendung ein ge schlossenes Kühlsystem nicht erwünscht ist, können die Kühlorgane nach aussen gerippt sein, um die Wärme in die umgebende Atmosphäre abzustrahlen. Diese Bauweise kann auch dann zur Anwendung gelangen, wenn durch natürliche Konvektion oder durch Gebläse eine Luftzirkulation aufrechterhalten werden kann. Bei der Anwendung von einem Kühl medium können Wärmeaustauscher zur Abkühlung des durch die Kühlorgane geflossenen Mediums ver wendet werden, so dass ein abgeschlossenes System besteht, in dem das gleiche Kühlmedium immer wie der verwendet wird. Weiterhin können die Kühl organe auch den Verdampfer einer Kältemaschine bilden.
Die Gleichrichtereinheiten müssen auch nicht wie in Fig. 2 gezeigt gradlinig angeordnet sein; wer den entsprechend - geformte Zwischenleitungen ver wendet, kann auch eine serpentinenartige oder eine zickzackförmige Anlage geschaffen werden, die durch die räumlichen Verhältnisse bedingt sein kann, unter denen die Anlage verwendet wird. Die einzelnen Einheiten können auch entweder so ausgebildet sein, dass sie in der Mitte oder am Ende einer Reihe ver wendet werden können, so dass Anlagen der verschie densten Form zusammenstellbar sind.
Die Kühlorgane müssen auch keineswegs unbe dingt aus Metall bestehen, da auch bestimmte Kunst stoffe für diesen Zweck brauchbar sind. Weiterhin kann das Isoliermaterial, das die Gleichrichterzelle umgibt, und die Kühlorgane in ihrer relativen Lage zueinander und in Wärmekontakt mit der Zelle oder dem wärmeaufnehmenden Teil hält, das zwischen der Zelle und den Kühlorganen angeordnet ist, aus irgendeiner Materialzusammensetzung bestehen, die durch Giessen, Spritzen oder andere Prozesse in Giess formen gebracht werden kann, in denen die Bauteile der Gleichrichtereinheit bereits in den gewünschten Lagen angeordnet sind, bevor das Isoliermaterial die Hohlräume ausfüllt.
In vielen Fällen kann es auch vorteilhaft sein, die Anschlussenden nicht wie in der Zeichnung dargestellt einzeln, sondern in einer An lage nur bei einer Einheit herauszuführen. Ferner können die Anschlussenden auch an anderen Stellen herausgeführt werden, als in den Zeichnungen darge stellt ist.
Die Erfindung ist nicht auf Gleichrichterzellen beschränkt, die eine p-n-Grenzschicht aufweisen, wie sie hier beschrieben wurde, es können vielmehr auch Gleichrichterzellen mit anderen Sperrschichten ver wendet werden. Beispiele hierfür sind Selen- und Kupferoxydzellen, die als Metallgleichrichter be kannt sind.
Rectifier unit The present invention relates to a rectifier unit in which the rectifier cell is enclosed, so that it is protected from mechanical damage and is surrounded by cooling compounds in such a way that the cell is protected from excess temperatures during operation.
Rectifier cells consisting of boundary layers are extremely sensitive to mechanical pressure, the chemical composition of the environment and to excessively high temperatures. This applies in particular to monocrystalline semiconductors in which the rectifier layer consists of a p-ii boundary layer, such as in geranium or silicon rectifier cells.
The current density of germanium and silicon cells is remarkably high when large-area pn boundary layers are used. A germanium cell with a diameter of about 14.3 mm can, for example, at a voltage of 35 V and a current of 75 A Perform half-wave rectification, generating approximately 60 W of heat equivalent. This amount of heat has to be dissipated from the cell at the moment it arises, otherwise the cell will overheat and be destroyed.
Since a rectifier cell with the properties described above is smaller than a coin, its own thermal time constant is also extraordinarily small; While this time constant is measured in seconds in other electrical systems such as rotating machines and transformers, with a corresponding heat development in approximately 4.5 kg of copper, in the present case it is comparable to the period of the alternating current. In addition, the cells, which consist of thin boundary layers and are operated at high voltages, are extremely susceptible to moisture, dust, corrosive vapors, fungi and other substances that occur in the atmosphere.
To protect against these harmful influences, the cells should be encapsulated and preferably hermetically sealed. In addition, silicon and germanium cells are extremely sensitive to pressure not only because of the brittleness of these metals, but also because the contaminated metals used to produce the desired p-n boundary layer become plastic due to external mechanical pressure and can swell out of the rectifier.
This applies in particular to germanium cells in which indium is used to produce an electron acceptor layer, since such cells become plastic even at relatively low temperatures.
Regardless of these factors, which can be taken into account by an appropriate arrangement of the cells in the rectifier unit, such rectifier units should also be designed uniformly for different cell sizes, so that combinations and connections of such units can be put together, and thus the electrical capacity of several such units can be used.
The structural unit should also be provided with cooling devices which, when several units are arranged and when a pressurized cooling medium is used, produce the same cooling effect for each individual cell as with an isolated unit. The flow lines of the cooling medium must be arranged in the structural units in such a way that they connect to one another when they are assembled so that flow lines are created through the entire arrangement. It is therefore an aim of the invention to create a rectifier unit with an improved operating characteristic.
This is achieved by two cooling elements with several separate, heat-emitting walls, wherein the ge opposite contact surfaces of the cell, which is located between the cooling elements, are in heat-conducting contact with the cooling surfaces and the cooling elements extend beyond the cell located between them .
The cooling elements are expediently arranged parallel to one another and have a constant cross section. The cooling surfaces are in thermally conductive contact with the opposing contact surfaces of the rectifier cell, which is arranged between the cooling elements. Furthermore, there is preferably insulating material between the two cooling elements, which is connected to the parts of their surfaces which are located to the side of the cell and are not in heat exchange with it.
In the accompanying drawings, exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown. 1 shows the perspective view of a rectifier unit in section, which particularly shows the mechanical connection of the same such units, FIG. 2 shows the floor plan of an arrangement consisting of several rectifier units, FIG. 3 shows the cooling device of a further exemplary embodiment in section .
The rectifier units shown in the drawings consist of two parallel verlau Fenden metallic cooling elements with korrespondie generating, opposing side walls that are interconnected in their entire length over an insulating interlayer. However, this intermediate layer is interrupted at the points at which the side walls with the contact surfaces of a rectifier cell form a heat-exchanging and electrical contact. The rectifier cell is enclosed in this way between the cooling elements and sealed off from the surrounding atmosphere by the insulating material.
The insulating layer rests on the surfaces of the cooling elements that are laterally connected to the parts that are in contact with the rectifier cell. Both cooling elements have a uniform cross-section over their entire length and are provided on the inside with flow lines for the cooling medium, these coolant flow lines extending in the longitudinal direction and being partially limited by the side walls.
which are in heat exchange on the outside with the thermal contact surfaces of the rectifier cell embedded between the cooling elements. Furthermore, heat-absorbing parts can be arranged between the rectifier cell and the cooling elements, but it is also possible to give the cooling elements such a large mass that they can act sufficiently heat-absorbing.
The longitudinally extending flow lines for the cooling medium end in such a way that they coincide with the corresponding ends of a further unit, so that when combined, a continuous flow line is created for a pressurized cooling medium. A metallic conductor piece is connected to each cooling element also made of metal, the organs serve as electrical connections between one ends of the conductor pieces and the corresponding contact surfaces of the rectifier cell, with which they are in turn in contact.
These lines are preferably led out on different, opposite sides of the rectifier units.
The improved working characteristic of a rectifier unit depends on the size of the cooling system and the mass of the metal that is in thermal contact with the rectifier cell. By increasing the thermal capacity of the cell, i.e. by increasing the thermal time constant, it is now achieved that the cell becomes more resistant to current heating and that a certain period of time is gained during which the cell is not destroyed, even if the protective one Cooling device is not yet working.
The cooling elements are preferably manufactured by extrusion, but they can also be obtained by casting or other manufacturing methods. Rolled or drawn metal can then be used as the starting material if the inner flow lines are not required for cooling media. Since the cross-section of the cooling elements is uniform, several such cooling elements can be arranged one behind the other, where entire systems can be created. The size of the different cooling elements can thereby be adapted to the different sizes and thus the different amounts of heat generated by the rectifier cells used, in that the length of the starting material for the cooling elements is selected accordingly.
The units for different sizes of the rectifier cells therefore only differ in their lengths.
Furthermore, intermediate walls made of suitable natural or synthetic resin materials can be used to connect the cooling elements, which keep them in contact with the contact surfaces of the rectifier cells located between them. Epoxin (registered trademark) is particularly suitable for this purpose, as it has the necessary properties such as excellent adhesion to metals, high dielectric strength, low absorption capacity for liquids, low shrinkage and high temperature resistance.
Due to their design, the rectifier units are particularly suitable for mass production. Furthermore, the rectifier cell is completely enclosed by the unit and is cooled on the sides by these components, which also provide mechanical protection against the vibrations and shocks to which the rectifier unit can be exposed during use, especially as part of a transmission device .
The rectifier unit shown in Fig. 1 be available from a germanium cell with a large surface p-n interface 1 and opposing contact surfaces that are in good thermal contact with the heat-absorbing parts 2 and 3. These heat-absorbing parts are made of a metal such as copper or copper alloys and are directly adjacent to the contact surfaces of the cell, the electrodes of which they can also form.
The unit of the rectifier cell also consists of the cooling elements 4 and 5 with opposing side walls which are connected over their entire length by a layer of insulating material 6 lying between them. However, this insulating material is interrupted at the points where the side walls are in thermal contact with one of the opposing contact surfaces of the rectifier cell or with the heat-absorbing parts which are arranged between the cell's and the cooling elements. The cooling elements consist of elongated, cold-pressed material and have flow lines in the longitudinal direction for a cooling medium, which extend to the ends of these cooling elements.
The flow lines of the cooling elements for the cooling medium are limited by walls that are in thermal contact with those side walls that exchange heat either directly with the contact surfaces of the rectifier cell or with the heat-absorbing parts between the rectifier cell and the outside the cooling system. The cooling elements are preferably made of metals or alloys that have the desired drawability. They can be made of copper, brass, aluminum or similar metals or alloys, for example. The component consisting of insulating material between the cooling elements encloses the rectifier cell and the heat-absorbing part connected to it.
This insulation is connected to the contact side walls of the cooling elements, which are located on both sides of the rectifier cell and the heat-absorbing part. In order to increase the mechanical strength of the connection between the insulating material and the contact surface of the cooling parts, projections 7 can be provided which protrude into the insulating material. When the cooling elements are rod-pressed, these projections can extend along the cooling elements, that is to say in the same direction as the flow lines provided in the interior of the cooling parts.
Through the lines 8 and 9 electrical connections are made with the rectifier cell, these lines are connected to the cooling elements 4 and 5 and are guided to the outside on opposite sides of the cooling elements. The lines are preferably made of flexible material so that no mechanical forces can occur in them which could otherwise act on the rectifier cell located between them via the cooling elements. Braided copper strands are particularly suitable for this purpose.
The line ends connected to the cooling elements can be attached to them by soldering, brass soldering, welding or similar means, whereby an elec tric contact with the opposing contact surfaces of the rectifier cell is made via the cooling elements also made of metal.
Several such rectifier units can be connected by arranging the flow lines of the cooling medium of the individual cooling elements one behind the other in such a way that a common flow line is created through all connected structural units, through which the pressurized cooling medium is then passed. In the illustration shown in FIG. 1, the individual units are connected to one another by rods 10 which, however, are electrically insulated from the individual cooling elements, which is achieved by the tubular insulators 11.
Furthermore, the cooling elements are also isolated from one another by seals 12, these seals serving to ensure that the cooling medium used cannot escape to the outside between the rectifier units that abut one another. In this way, the individual building blocks of the arrangement of Fig. 1 can be connected to each other in any electrical way, with cooling media such as water, oil or similar pressurized coolants can circulate in the arrangement. The whole arrangement is thus closed off and the flow lines between the rectifier units are effectively sealed off with little effort.
Furthermore, the whole arrangement is mechanically completely stable, so that it can be supported from sufficient by bearings that can be attached to the ends of the arrangement or at any other point.
In FIG. 2, such an arrangement is shown in which nine rectifier units 13 are lined up one behind the other between the terminating parts 14 and 15 and pump the cooling medium into and out of the flow lines formed by the individual units. As in Fig. 1, seals 16 are provided here between the individual rectifier units and the termination parts. Each of the closing parts also has an opening 17 through which the cooling medium is pumped or sucked off.
The entire arrangement is held together by the strips 18 and 19, which can be made of insulating material ago and also as a fastening for the busbars 20 and 21, through which the ends of the electrical contacts 22 and 23 of the various rectifiers units can be linked together in any desired manner. In the illustration shown, the connection contacts are connected to the collective lines in such a way that the individual rectifier units are connected in parallel.
At the ends of the arrangement stands 24 and 25 are provided, which also serve to attach the U-shaped parts 26 and 27, which in turn are screwed to the strips 18 and 19.
The cooling elements can have several forms of execution that significantly improve their heat storage and cooling properties. Such an improved embodiment is shown in FIG. The inner walls, which form the flow lines for the cooling part 28, protrude radially outward from an enlarged surface, this surface being at the point on the wall at which the rectifier cell or the heat-absorbing part is located on the outside.
The arrangement shown in FIG. 3 results in a better heat dissipation property than can be achieved with the arrangement shown in FIG.
If a closed cooling system is not desired in a particular application, the cooling elements can be ribbed outwards in order to radiate the heat into the surrounding atmosphere. This construction can also be used when air circulation can be maintained through natural convection or blowers. When using a cooling medium, heat exchangers can be used to cool the medium that has flowed through the cooling elements, so that there is a closed system in which the same cooling medium is always used. Furthermore, the cooling organs can also form the evaporator of a refrigeration machine.
The rectifier units also do not have to be arranged in a straight line, as shown in FIG. 2; whoever uses the appropriately shaped intermediate lines can also create a serpentine-like or zigzag-shaped system, which can be determined by the spatial conditions under which the system is used. The individual units can also be designed in such a way that they can be used in the middle or at the end of a row, so that systems of various shapes can be put together.
The cooling elements do not necessarily have to be made of metal, as certain synthetic materials can also be used for this purpose. Furthermore, the insulating material that surrounds the rectifier cell and holds the cooling elements in their relative position to one another and in thermal contact with the cell or the heat-absorbing part that is arranged between the cell and the cooling elements can consist of any material composition that can be produced by casting, spraying or other processes can be brought into casting forms in which the components of the rectifier unit are already arranged in the desired positions before the insulating material fills the cavities.
In many cases, it can also be advantageous not to lead out the connection ends individually, as shown in the drawing, but in a system only in one unit. Furthermore, the connection ends can also be brought out at other points than is shown in the drawings.
The invention is not restricted to rectifier cells which have a p-n boundary layer, as has been described here; rather, rectifier cells with other barrier layers can also be used. Examples are selenium and copper oxide cells, which are known to be metal rectifiers.