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Trockengleichrichteranordnung mit Kühlung durch ein strömendes Mittel
Die Erfindung bezieht sich auf eine Trockengleichrichteranordnung mit künstlicher
Kühlung durch ein strömendes Mittel und mehrere im Zuge der Kühlmittelströmung hintereinander
angeordnete Gleichrichtersäulen aus gleichen rechteckigen Platten mit gleichem gegenseitigem
Abstand der Platten in der einzelnen Säule. Eine Trockengleichrichteranordnung ist
vielfach aus mehreren Gleichrichtersäulen aufgebaut. Da die mögliche elektrische
Belastung einer Gleichrichteranordnung bestimmt ist durch die am schlechtesten gekühlte
Platte, ist es das Bestreben, möglichst alle Gleichrichterplatten gleich gut zu
kühlen. Hierzu kann eine Anordnung gewählt werden, bei der alle Gleichrichtersäulen
im Zuge des strömenden Kühlmittels nebeneinander angeordnet sind, und zwar derart,
daß, über den gesamten Strömungsquerschnitt verteilt, die Gleichrichtersäulen mit
ihren Plattenzwischenräumen praktisch gleiche Strömungswiderstände an allen Flächeneinheiten
des Kühlkanalquerschnittes bilden. Eine solche Bauform erfordert jedoch einen in
vielen Fällen ungünstigen Raumbedarf. Es sind auch Gleichrichteranordnungen bekanntgeworden,
bei denen die einzelnen Gleichrichtersäulen nicht nebeneinander, sondern hintereinander
im Zuge des Kühlmittelstromes in einer Kühlmittelführung angeordnet sind. Hierbei
ist bei den bisher bekannten Anordnungen über die ganze Länge der Gleichrichteranordnung
der gleiche Strömungsquerschnitt für das Kühlmittel beibehalten. Nun wird aber der
Kühlmittelstrom bereits durch jede voraus gehende, von ihm gekühlte Gleichrichtersäule
erwärmt, so daß, weil zwischen der Temperatur des Kühlmittels und den Platten der
im Kühlmittelstrom nachfolgenden Gleichrichtersäulen das gleiche Temperaturgefälle
besteht wie bei der vorhergehenden Säule, diese nachfolgende Säule bereits eine
höhere Temperatur annimmt als die vorhergehende Säule. Das gleiche gilt für die
dritte Säule usf., sofern mehrere hintereinander angeordnet sind. Da nun, wie bereits
im Anfang erwähnt, die Belastbarkeit der Gleichrichteranordnung durch die heißeste
Stelle der Platten bestimmt ist, kann eine solche Anordnung nur so weit belastet
werden, wie es durch die Erwärmung der letzten Säule im Zuge des Kühlmittelstremes
bestimmt ist.
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Die vorliegende Erfindung verbessert solche Anordlungen dadurch, daß
im Bereich jeder im Zuge der Kühlmittelströmung nachfolgenden Säule der Strönungsquerschnitt
in der Kühlmittelführung verringert st gegenüber demjenigen im Bereich der vorausgehenden
Gleichrichtersäule und in dem Bereich jeder Gleichrichtersäule diese nur Strömungskanäle
von untereinunder praktisch gleichem Widerstand bildet. Es findet dadurch eine solche
Erhöhung der Strömungsgeschwintigkeit des Kühlmittels statt, daß alle aufeinanderolgenden
Gleichrichtersäulen praktisch auf den gleichen Temperaturwert gekühlt werden. Dieser
verschiedene Strömungsquerschnitt kann dadurch erreicht werden, daß jede im Zuge
der Kühlmittelführung nachfolgende Gleichrichtersäule eine geringere Plattenzahl
bei gleichem gegenseitigem Abstand je zweier Platten erhält als jede vorausgehende.
Statt dessen kann auch in jeder nachfolgenden Säule der Abstand je zweier benachbarter
Platten bei gleicher Plattenzahl verringert werden. Weiterhin können auch in jeder
nachfolgenden Säule Gleichrichterplatten benutzt werden, die quer zur Richtung der
Kühlmittelführung eine geringere Längenausdehnung als diejenigen in der vorhergehenden
Säule haben und dadurch dann die gegenseitigen Abstände der Platten und die Plattenzahl
gleich sein können. Erfindungsgemäß ist auch eine gleichzeitige gemeinsame Anwendung
mehrerer dieser Maßnahmen möglich. In jedem Fall hat also das Kühlmittel im Bereich
jeder im Zuge des Kühlmittelstromes nachfolgenden Gleichrichtersäule eine größere
Strömungsgeschwindigkeit, wodurch die Wärmeübergangszahl zwischen den Gleichrichterplatten
und dem strömenden Kühlmittel entsprechend vergrößert bzw. der Temperaturunterschied
zwischen den Platten und dem Kühlmittel verkleinert wird. Auf diese Weise ist es
möglich, die Verkleinerung des Temperaturunterschiedes zwischen den Platten und
dem Kühlmittel für jede nachfolgende Säule im Zuge des Kühlmittelstromes etwa gerade
so groß zu wählen bzw. anzupassen, daß die in der vorhergehenden Säule erfolgte
Erwärmung des Kühlmittels gerade ausgeglichen wird.
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In manchen Fällen kann es sich als zweckmäßig erweisen, in einem Querschnittsbereich
des Kühlkanals statt einer Gleichrichtersäule mehrere solcher Säulen
nebeneinander
anzuordnen. Diese werden dann zweckmäßig durch entsprechende elektrisch isolierende
Zwischenwände voneinander getrennt bzw. liegen an diesen an, so daß diese Wände
gleichzeitig dafür sorgen, daß keine Verlustströme an Kühlmittel an den Gleichrichtersäulen
vorbeigeleitet werden, wodurch ungleichmäßige Strömungswiderstände in dem Kühlkanalquerschnitt
entstehen würden.
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Wird der Aufbau einer Gleichrichteranordnung gemäß der Erfindung derart
getroffen, daß im Zuge der Kühlmittelströmung Gleichrichtersäulen von verschiedener
Plattenzahl aufeinanderfolgen, so kann unter der gesamten Plattenzahl eine beliebige
erwünschte elektrische Schaltung vorgenommen werden. Es können also beispielsweise
Platten der einen Säule bzw. des einen Bereiches im Kühlkanal mit Platten einer
Säule eines anderen Bereiches einen elektrischen Zweig in einer Schaltung, z. B.
einer Gleichrichterbrücke, bilden. Ebenso können bei Parallelschaltung vieler Platten
eines Zweiges diese aus den Platten der Säulen verschiedener Bereiche gewählt werden,
wobei die Schaltung außerhalb der Luftführung getroffen sein kann.
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Einige Beispiele für die Anwendung der Erfindung unter Benutzung von
Luft als Kühlmittel und einer dadurch erreichten Querschnittsverringerung im Kühlmittelschacht,
bei denen bei Benutzung von Gleichrichtersäulen mit gleichem gegenseitigem Abstand
je zweier Platten die Zahl der Platten an den im Zuge der Kühlmittelführung einander
folgenden Gleichrichtersäulen verschieden groß gewählt ist, veranschaulichen die
Figuren der Zeichnung.
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In den beiden einander entsprechenden Rissen nach den Fig. 1 und 2
der Zeichnung ist Fig. 1 ein Schnitt nach der Linie I-I der Fig. 2 und Fig. 2 ein
Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1. In beiden Figuren bezeichnet 1 den Kühlmittelführungsschacht.
Dieser ist an jedem nachfolgenden seiner im Zuge des Kühlmittelstromes hintereinander
angeordneten Teile l a, 1 b und 1 c, in deren Bereichen die Gleichrichtersäulen
2, 3 und 4 liegen, jeweils in seinem Querschnitt verringert, wobei zwischen je zwei
dieser aufeinanderfolgenden Kühlkanalteilen verschiedenen Querschnitts jeweils ein
entsprechendes Übergangsstück lab
bzw. 1 bc vorhanden ist. Die Gleichrichtersäulen
bestehen aus Gleichrichterplatten 8, welche auf Bolzen 9 unter Anwendung entsprechender
Isolierrohre und Abstandsstücke in Form von Säulen zusammengehalten sind. Die Bolzen
dienen auch gleichzeitig zum elektrisch isolierten Einbau der Säulen in dem Kühlkanalschacht.
Zwischen den Enden der Gleichrichterplatten jeder Säule und den Wänden des Kühlmittelschachtes
1 sind Isoliermaterialzwischenlagen 7 vorgesehen. 5 bezeichnet den Lüfter, der durch
einen Elektromotor 5a angetrieben wird und in einem zylindrischen Teil 1 d des Kühlluftschachtes
angeordnet ist. Zwischen dem Schachtteil 1 c und dem Teil 1 d ist ein Übergangsstück
l cd benutzt, um den rechteckigen Querschnitt von 1 c in die runde Form des Querschnitts
von 1 d überzuführen. 1 e bezeichnet einen Diffusor am Ende des Kühlmittelschachtes.
An der Einlaufkante des Kühlmittelstromes ist der Kühlmittelschacht mit einer Abrundung
1 f versehen, um auf diese Weise eine Einlaufdüse zu bilden.
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Die Trockengleichrichterplatten 8 haben alle rechteckigen Querschnitt
und alle die gleiche Längenausdehnung an jeder Säule in Richtung des Kühlmittelstromes
zur Bildung von Strömungskanälen gleichen Widerstandes.
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In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt für die Anwendung
der Erfindung. Sie unterscheidet sich von derjenigen nach den Fig. 1 und 2 dadurch,
daß sowohl auf der Druckseite als auch auf der Saugseite des für die Erzeugung der
Kühlmittelströmung benutzten Lüfters Gleichrichtersäulen angeordnet sind: Hierbei
besteht die Kühlmittelführung 10 zunächst aus dem Teil 10a, in dem die wieder aus
gleichen Platten bestehende rechteckige Gleichrichterplattensäule 16 mit größerem
Durchtrittsquerschnitt für das Kühlmittel untergebracht ist, indem sie aus mehr
Platten aufgebaut ist bei gleichem gegenseitigem Abstand je zweier Platten voneinander
als die zweite Säule 17 auf der Druckseite des Lüfters. Anschließend an 10a folgt
der Teil l0ab der Kühlmittelführung, der ein Übergangsstück bildet vom rechteckigen
Querschnitt des Teils 10a zu dem runden Querschnitt des Kühlmittelführungsschachtteiles
l0b, in welchem der Lüfter 11 mit dem Antriebsmotor 12 angeordnet ist. An diesen
Kühlmittelschachtteil 10b schließt sich ein weiterer Teil 10 bc an, welcher den
Übergang bildet von dem Teil 10b runden Querschnittes zu einem Teil viereckigen
Querschnittes 10c der Kühlmittelführung, in dessen Bereich die Gleichrichtersäule
17 angeordnet ist, die wieder aus gleichen rechteckigen Platten mit gleichen Zwischenräumen
aufgebaut ist. Am Ende der Kühlmittelführung ist wieder ein Diffusor 10d vorgesehen.
An der Einlaufseite des Kühlmittelschachtes ist eine Abrundung 10f zur Bildung einer
Einlaufdüse vorgesehen. Wie bereits hervorgehoben, ist der Durchgangsquerschnitt
des Kühlmittelschachtes im Bereich des Teiles 10a größer als im Bereich des Teiles
10c, wo die zweite Gleichrichtersäule 17 angeordnet ist. Hierdurch ist bei dem Kühlprozeß
für die Gleichrichtersäule 17 wieder die Erwärmung berücksichtigt, die das Kühlmittel
bereits an der Säule 16 erfahren hat, indem im Bereich der Gleichrichter-Säule 17
die Geschwindigkeit des Kühlmittels eine entsprechend vergrößerte ist.
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Die Ausführungsbeispiele sind erläutert worden unter Benutzung von
Luft als Kühlmittel. Die Anwendung der Erfindung ist jedoch nicht auf die Benutzung
von Luft als Kühlmittel beschränkt. Es können also statt Luft auch andere strömende
Mittel zur Kühlung benutzt werden, so z. B. Öl.