DE1015935B

DE1015935B - Vorrichtung zum Kuehlen von elektrisch unsymmetrisch leitenden Halbleiteranordnungen

Info

Publication number: DE1015935B
Application number: DEL20511A
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Werner Koch
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1954-11-29
Filing date: 1954-11-29
Publication date: 1957-09-19

Description

Vorrichtung zum Kühlen von elektrisch unsymmetrisch leitenden Halbleiteranordnungen Es war bisher üblich, elektrisch unsymmetrisch leitende Halbleiteranordnungen, wie Trockengleichrichter oder Kristallverstärker, im Luftstrom oder unter Anwendung von Kühlflüssigkeiten künstlich zu kühlen. Bei der Kühlung mit Flüssigkeit wurde sowohl eine Zwangsumlaufkühlung als auch eine Konvektionsumlaufkühlung benutzt. Schließlich war es auch bekannt, zum Kühlen derartiger Systeme Siedekühler zu verwenden. Alle diese Kühlarten haben gemeinsam den Nachteil, daß die Intensität der Kühlung weitgehend unabhängig ist von der Wärme der Halbleiteranordnung. Insbesondere aber wiesen sie den Mangel auf, daß eine plötzlich verstärkte Wärmeerzeugung nicht ohne weiteres zu einer plötzlichen verstärkten Wärmeabfuhr führte. Dazu waren vielmehr umständliche Schaltmaßnahmen mit Wärmefühlern oder Schaltthermometern erforderlich.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Kühlen von elektrisch unsymmetrisch leitenden Halbleiteranordnungen nach dem Siedekühlerprinzip, die sich von den bisher bekannten dadurch unterscheiden, daß die zu kühlende Anordnung von einer ersten Kühlflüssigkeit umgeben ist, die in einem als Siedekühler ausgebildeten Gefäß enthalten ist, und deren Siedepunkt über der normalen Betriebstemperatur der Anordnung jedoch unter der Temperatur liegt, bei der die Anordnung durch Überwiegen der Eigenleitung der Halbleitersubstanz ihre unipolaren Eigenschaften verliert, und daß weiterhin die erste Kühlflüssigkeit mit einer zweiten getrennten Kühlflüssigkeit in gut wärmeleitender Verbindung steht, die in einem zweiten Siedekühler untergebracht ist und deren Siedepunkt unterhalb der Betriebstemperatur der Anordnung liegt.
Diese Vorrichtung hat gegenüber den bekannten den Vorteil, daß beim normalen Betrieb der Anordnung die erste Kühlflüssigkeit die Wärme von der Anordnung durch Konvektion zur zweiten Kühlflüssigkeit abführt, während diese zweite Kühlflüssigkeit durch Siedekühlung die Wärme an die Umgebung abgibt. Tritt jedoch eine Überlastung der Anordnung ein, so wird auch die erste Kühlflüssigkeit zum Sieden gebracht und verstärkt beim Überschreiten ihres Siedepunktes die Wärmeabfuhr sehr wesentlich. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß bei normalem Betrieb an der Anordnung keine Blasenbildung und somit keine örtliche Überhitzung auftreten kann, weil die erste Kühlflüssigkeit die Wärme im normalen Betrieb nur durch Konvektion abführt.
Die gut wärmeleitende Verbindung zwischen beiden Kühlflüssigkeiten wird mit besonderem Vorteil dadurch hergestellt, daß beide Siedekühler gemeinsame Wandungsteile aufweisen, die von beiden Kühlflüssigkeiten umspült werden. Damit ist ein fast unmittelbarer Übergang der Wärme von der einen Kühlflüssigkeit zur anderen hergestellt. Um die Auswahl der Kühlflüssigkeiten zu erleichtern, wird mit Vorteil der Siedepunkt durch Unter- oder Überdruck in den einzelnen Siedekühlern eingestellt, so daß die Ansprechtemperatur, beispielsweise der ersten Siedekühlung, in engen Grenzen festgelegt werden kann.
Als Kühlflüssigkeiten haben sich Chloroform und Tetrachlorkohlenstoff für die erste Kühlflüssigkeit und als jeweilige zweite Kühlflüssigkeit Methylenchlorid bzw. Chloroform bewährt. Die Kondensationsflächen mindestens des zweiten Siedekühlers werden mit Vorteil so ausgebildet, daß sie durch einen Luftstrom oder durch Wasser gekühlt werden können. Der Luftstrom kann durch einen Ventilator erzeugt werden. Es ist aber auch möglich, die Kondensationsflächen als gegen die Horizontale geneigte Rohre auszubilden und somit in den Rohren eine Kaminwirkung zu erzeugen.
Die vorliegende Vorrichtung eignet sich besonders zum Kühlen von Trockengleichrichtern oder Kristallverstärkern, und zwar insbesondere für solche Anordnungen, die Germanium, Silizium oder eine intermetallischeVerbindung als Halbleiter enthalten. Diese Stoffe sind in der Lage, bei Verwendung in elektrisch unsymmetrisch leitenden Halbleiteranordnungen sehr hohe Stromdichten zu führen, so daß selbst bei geringstem Spannungsabfall beträchtliche Wärmemengen frei werden.
Die Zeichnungen zeigen in zum Teil schematischer Darstellung Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen gemäß der Lehre der Erfindung. In Fig. 1 ist mit 1 eine elektrisch unsymmetrisch leitende Halbleiteranordnung, beispielsweise ein Trockengleichrichter, beschrieben, der von einer ersten Kühlflüssigkeit 2 umgeben ist. Diese Kühlflüssigkeit befindet sich in einem Gefäß 3, das mit Kondensationsflächen 4 versehen ist, so daß beim Überschreiten der Ansprechtemperatur eine Siedekühlung in Gefäß 3 eintreten kann und zur verstärkten Wärmeabfuhr führt. Das beispielsweise rotationssymmetrisch ausgebildete Gefäß 3 ist weiterhin von einem ebenfalls rotationssymmetrischen Gefäß 5 umgeben, das die zweite Kühlflüssigkeit 6 enthält. Auch das zweite Gefäß 5 ist mit Kondensationsflächen 7 versehen, die bei normalen Betriebstemperaturen die Wärme an die Umgebung abgeben.
In Fig. 2 befindet sich die Anordnung 8 mit der ersten Kühlflüssigkeit 9 in einem Gefäß 10, das vollständig von der zweiten Kühlflüssigkeit 11 umgeben ist. Das Ganze befindet sich in einem Gehäuse 12. dessen oberer Teil mit gestrichelt dargestellten Rohren 13 versehen ist, durch die mittels einer Luftschraube 14, beispielsweise in Pfeilrichtung, ein Luftstrom getrieben wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. Vorrichtung zum Kühlen von elektrisch unsymmetrisch leitenden Halbleiteranordnungen nach dem Siedekühlerprinzip, dadurch gekennzeichnet, daß die zu kühlende Anordnung von einer 25 ersten Kühlflüssigkeit umgeben ist, die in einem als Siedekühler ausgebildeten Gefäß enthalten ist und deren Siedepunkt über der normalen Betriebstemperatur der Anordnung, jedoch unter der Temperatur liegt, bei der die Anordnung durch Über- 30 wiegen der Eigenleitung der Halbleitersubstanz. ihre unipolaren Eigenschaften verliert, und daß weiterhin die erste Kühlflüssigkeit mit einer zweiten getrennten Kühlflüssigkeit in guter wärmeleitender Verbindung steht, die in einem zweiten 35 Siedekühler untergebracht ist und deren Siedepunkt unterhalb der Betriebstemperatur der Anordnung liegt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gut wärmeleitende Verbindung zwischen den Kühlflüssigkeiten aus gemeinsamen Wandungsteilen der beiden Siedekühler besteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Siedepunkt :der Kühlflüssigkeiten durch Unter- oder Überdruck eingestellt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Chloroform als erste Kühlflüssigkeit und Methylenchlorid als zweite Kühlflüssigkeit verwendet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3 oder einem derselben, dadurch gekennzeichnet, daß als erste Kühlflüssigkeit Tetrachlorkohlenstoff und Chloroform als zweite Kühlflüssigkeit verwendet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensationsflächen mindestens des zweiten Siedekühlers durch einen Luftstrom gekühlt sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensationsflächen als gegen die Horizontale geneigte Rohre ausgebildet sind. B.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß sie zum Kühlen von Trockengleichrichtern oder Kristallverstärkern verwendet wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch seine Anwendung auf Systeme, die Germanium, Silizium oder eine intermetallische Verbindung als Halbleiter enthalten. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 891425; französische Patentschriften Nr. 822 991, 845 498.