DE1021493B - Einrichtung zum Kuehlen von Trockengleichrichtern oder Kristallverstaerkern - Google Patents

Description

• Einrichtung zum Kühlen von Trockengleichrichtern oder Kristallverstärkern Trockengleichrichter oder Kristallverstärker, die mit halbleitendem Material wie Germanium, Silizium oder gewissen intermetallischen Verbindungen versehen sind, haben die Eigenschaften, daß sie sehr hohe Stromdichten zu führen und sehr hohe Spannungen zu sperren vermögen. Das führt dazu, daß auf sehr kleinem Raum in dem System große Wärmemengen auftreten, die wirksam abgeführt werden müssen. wenn eine Überhitzung und damit eine Zerstörung des Systems vermieden werden sollen. Man hat deshalb bislang die aus der Technik z. B. des Selengleichrichters üblichen Kühlverfahren auch auf diese Systeme angewandt. Insbesondere hat sich dabei die Flüssigkeitskühlung durchgesetzt. Auch war es bereits bekannt, zur verstärkten Wärmeabfuhr die elektrischen Kontakte heranzuziehen, und zwar besonders denjenigen Kontakt, der zu dem sperrenden p-n-Übergang auch den besten thermischen Kontakt hat. Der p-n-Übergang ist der Sitz der Sperrwirkung, und der größere Teil der Wärme wird dort entwickelt. Die Erfahrung hat nun gelehrt, daß z. B. Trockengleichrichter mit solchen p-n-Übergängen bevorzugt dort durchschlagen, wo diese Grenzfläche zwischen den entgegengesetzt leitenden Teilen des Halbleiterkörpers an dessen Oberfläche tritt. Dieses Oberflächengebiet und seine unmittelbare Umgebung entziehen sich nun schon aus rein technologischen Gründen einer direkten Kontaktierung, besonders aber dann, wenn diese einen solchen Umfang annimmt, der zur verstärkten Wärmeabfuhr geeignet wäre. Mithin mußte also bislang gerade der wärmste Teil der Kristalloberfläche ohne Wärmeableitung bleiben, und man war an dieser Stelle auf die Wärmeabfuhr durch die Konvektion des umgebenden Mediums angewiesen. Überschritt nun die Belastung eines Gleichrichters im Betrieb einen nach seinen theoretischen Daten noch durchaus zulässigen Wert, so bildeten sich in der Umgebung der Schnittlinie zwischen Halbleiteroberfläche und p-n-Übergang Dampfblasen des Kühlmittels aus, die zu einem weiteren Wärmestau führten. Um diese Dampfblasen durch Konvektion oder die bisherige Form strömenden Kühlflüssigkeiten zu entfernen, mußten diese erst eine gewisse Größe erreichen. Die dazu erforderliche Zeit reichte aber aus, um die Temperatur der Halbleiteroberfläche an dem Fußpunkt dieser Dampfblasen bis zum Zusammenbruch des Gleichrichters zu erhöhen.
• Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Kühlen von Trockengleichrichtern oder Kristallverstärkern, die als Halbleiter Germanium, Silizium oder eine halbleitende intermetallische Verbindung enthalten und die in einem Gefäß in einer isolierenden Kühlflüssigkeit betrieben werden. Die Einrichtung geinäß der Erfindung unterscheidet sich von den bisher bekannten dadurch, daß in der Kühlflüssigkeit rohrförmige Körper angeordnet sied, die mit Düsen versehen sind, aus denen Strahlen der Kühlflüssigkeit austreten, und daß Mittel vorgesehen sind, die über einen Rücklauf und die rohrförmigen Körper die Kühlflüssigkeit in Umlauf halten. Zweckmäßig sind die Strahlen der Kühlflüssigkeit auf die Oberflächen,-teile des Gleichrichters oder Verstärkers gerichtet, die der Schnittlinie zwischen Halbleiteroberfläche und p-n-Übergang benachbart sind.
• Der besondere Vorteil ist darin zu sehen, daß die aus der Düse austretenden Strahlen etwa entstehende Dampfblasen sofort entfernen und aus solchen Flüssigkeitsmengen bestehen, die durch Umlaufmittel wieder in das Gefäß eingeführt werden und deshalb eine tiefere Temperatur haben als die übrige in dem Gefäß vorhandene Flüssigkeitsmenge. Die aus der Düse austretenden Strahlen wirken also mechanisch und thermisch besonders stark irn Sinne einer erhöhten Wär meabfu:hr.
• Die Anordnung der Düsen wird mit Vorteil so getroffen, daß sie mindestens annähernd in einer Ebene mit dem zu kühlenden Gleichrichter oder Verstärker liegen, vorzugsweise werden sie im Kreise um diese angeordnet.
• Bei Einrichtungen für Gleichrichter oder Verstärker mit mehreren Elementen ist es besonders zweckmäßig, für jedes zu kühlende Gleichrichter- oder Verstärkerelement je einen Düsensatz vorzusehen.
• Als Kühlflüssigkeit eignet sich besonders Tetrachlorkohlenstoff.
• Die Kühlwirkung kann noch dadurch intensiviert werden, daß in dem Umlauf der Kühlflüssigkeit ein Rückkühler vorgesehen wird. Auch wird es in vielen Fällen vorteilhaft sein, weiterhin ein Reinigungsglied vorzusehen, um etwaige Verschmutzungen der Kühlflüssigkeit, die die Düsen zusetzen könnten, zu entfernen.
• Die Figuren zeigen in zum Teil schematischer Darstellung Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes.
• In Fig. 1 ist zunächst ein Germaniumgleichrichterelement dargestellt, wie es mit Vorteil mittels der vorliegenden Einrichtung gekühlt wird. Auf einer Anschlußfahne 1 aus Kupferblech ist sperrfrei ein einkristallines Stück n-leitenden Germaniums 2 befestigt. Mittels einer Schicht 3 aus Indium wird in dem Germanium ein p-n-Übergang erzeugt. Die Indiumschicht 3 steht mit einer weiteren Anschlußfahne 4 in fester, elektrisch leitender Lötverbindung.
• In Fig. 2 ist eine Einrichtung gemäß der Erfindung dargestellt, bei der ein Gleichrichter nach Fig. 1 in ein Gefäß eingebaut ist, das bis zur Höhe 6 mit einer Kühlflüssigkeit 7 angefüllt ist. Wegen der größeren Übersichtlichkeit ist eine der beiden Anschlußfahnen des Gleichrichters 8 nicht dargestellt. Weiterhin befinden sich in dem Gefäß zwei rohrförmige Körper g und 10, die mit Düsen 11 ausgestattet sind. Aus diesen Düsen 11 treten Kühlmittelstrahlen aus, die auf den Halbleiterkörper 12 gerichtet sind. Eine Pumpe 13 hält durch einen Rücklauf 14 und einen Kühler 15 die Kühlflüssigkeit in Richtung der Pfeile in Umlauf. , In Fig. 3 ist unter Benutzung der gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 2 eine Einrichtung dargestellt, bei der die Düsen 11 annähernd auf einem Kreis angeordnet sind und bei der die rohrförmigen Körper 9 und 10 dementsprechend eine andere Ausführung aufweisen.
• Fig. 4 zeigt, ebenfalls unter Benutzung der gleichen Bezugszeichen, eine Einrichtung wie Fig.2, jedoch für zwei Gleichrichter, wobei die entsprechenden Teile für den zweiten Gleichrichter am Bezugszeichen indiziert sind.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Einrichtung zum Kühlen von Trockengleichrichtern oder Kristallverstärkern, die als Halbleiter Germanium, Silizium oder eine halbleitende intermetallische Verbindung enthalten und die in einem Gefäß in einer isolierenden Kühlflüssigkeit betrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß ebenfalls in der Kühlflüssigkeit rohrförmige Körper angeordnet sind, die mit Düsen versehen sind, .aus denen Strahlen der Kühlflüssigkeit austreten, und daß Mittel vorgesehen sind, die über einen Rücklauf und die rohrförmigen Körper die Kühlflüssigkeit in Umlauf halten.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlen der Kühlflüssigkeit auf die Oberflächenteile des Gleichrichters oder Verstärkers gerichtet sind, die der Schnittlinie zwischen Halbleiteroberfläche und p-n-Übergang benachbart sind.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Körper derart ausgebildet sind, daß die Düsen mindestens annähernd in einer Ebene mit dem zu kühlenden Gleichrichter oder Verstärker liegen.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dieDüsen mindestens annähernd im Kreis um den zu kühlenden Gleichrichter oder Verstärker liegen.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden für Gleichrichter oder Verstärker mit mehreren Elementen, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes zu kühlende Gleichrichter- oder Verstärkerelement je ein Düsensatz vorgesehen ist.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Umlauf der Kühlflüssigkeit ein Rückkühler und/ oder ein Reinigungsglied vorgesehen ist.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Kühlflüssigkeit Tetrachlorkohlenstoff enthält.