DE1081570B

DE1081570B - Topffoermiger keramischer Kondensator mit Fluessigkeitskuehlung

Info

Publication number: DE1081570B
Application number: DES34708A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Reinhold Mueller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1953-08-07
Filing date: 1953-08-07
Publication date: 1960-05-12

Description

Topfförmiger keramischer Kondensator mit Flüssigkeitskühlung Für industrielle Generatoren, insbesondere beim Anschluß von induktiven Verbrauchern, werden zur Blindleistungskompensation Kondensatoren benötigt, die ganz erhebliche Blindleistung aufnehmen müssen. Normalerweise finden zu diesem Zwecke heute keramische Kondensatoren Anwendung. Da ein einziger Kondensator die gesamte Blindleistung wegen zu starker Erwärmung nicht aufnehmen kann, muß vielfach eine Reihe vorn Kondensatoren zu einer Kondensatorbatterie zusammengeschaltet und mit Hilfe von Gebläsen luftgekühlt werden. Diese Kondensatorbatterien bilden im Rahmen von industriellen Hochfrequenzgeneratoren sowohl räumlich als auch preislich einen erheblichen Faktor.
Es sind bereits keramische Kondensatoren bekannt, die ein besonderes Gehäuse erfordern, welches die Kühlflüssigkeit aufnimmt und die keramischen Kondensatorplatten umgibt. Abgesehen von dem verhältnismäßig großen Raumbedarf ist ein derartiger Aufbau insofern nachteilig, als der Kondensator an das Vorhandensein eines besonderen, flüssigkeitsgefüllten Gehäuses gebunden ist und darüber hinaus in isolationstechnischer Hinsicht verteuernde Vorkehrungen getroffen werden müssen.
Es sind ferner Zylinderkondensatoren mit rohrförmigem keramischem Dielektrikum bekanntgeworden, bei denen die innere Belegung aus einem kühlwasserdurchflossenen, hohlzylindrischen Metallkörper besteht, der durch eine Lötmetallschicht mit dem Dielektrikum verbunden ist. Die vorgesehene Innenwandkühlung des Keramikkörpers läßt zwar im Hinblick auf den im Querschnitt relativ großen Durchflußhohlraum eine ausreichende Wärmeabführung von dieser Grenzfläche dieses Keramikkörpers zu; besondere Schwierigkeiten, die Verlustwärme abzuführen, ergeben sich jedoch bei Topfkondensatoren, da diese im allgemeinen keine durchgehenden Hohlräume aufweisen und nur von einer Stirnseite her zugänglich sind.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen keramischen Topfkondensator mit Flüssigkeitskühlung zu schaffen, der bei einem Minimum an Flüssigkeits- und Raumbedarf die Kompensation großer Blindleistungen bei relativ hoher Spannung gestattet und darüber hinaus, infolge seines einfachen Aufbaues, bekannten Einrichtungen dieser Art gegenüber fertigungstechnische Vorteile bietet. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das topfförmige keramische Dielektrikum des Kondensators mindestens nahe den mit Elektroden belegten Stellen einen Hohlraum umschließt, der mit einer Kühlflüssigkeit (z. B. Wasser) ausgefüllt und/oder von einer solchen Flüssigkeit durchflossen ist.
Weiterhin werden bei industriellen Hochfrequenz-Generatoren und Verbrauchergeräten häufig Kondensatoren gebraucht, die drei Elektrodenbelegungen aufweisen und dadurch einen vorzugsweise symmetrischen Doppelkondensator bilden. Gemäß einer Erweiterung der Erfindung werden derartige Kondensatoren aus Keramik in der Weise gefertigt, daß sie in ihren Wandungen Hohlräume oder Taschen aufweisen, durch die ein flüssiges Metall, z. B. Quecksilber, so hindurchgeleitet wird, daß es einerseits zur Kühlung des Kondensators und andererseits als Kondensatorelektrode Verwendung findet.
An Hand der Zeichnungen seien keramische Kondensatoren gemäß der Erfindung erläutert.
Die Fig. 1 zeigt einen bekannten keramischen Topfkondensator, dessen Wandung 1 beiderseits mit Belägen 2 versehen ist. Für den Anschluß der äußeren Belegung ist die Elektrode 8 vorgesehen. Der Sockel 3 dient lediglich zur Befestigung und Halterung des Kondensators. Der vom Kondensator gebildete Innenraum 4 ist an seinem oberen Ende mit einer Abdeckscheibe 5 fest verschlossen. In die Abdeckscheibe 5 sind zwei Rohre 6 und 7 dicht eingelötet. Das Zulaufrohr 6 wird wegen der allgemein bekannten thermischen Erscheinung, nach der wärmere Flüssigkeiten nach oben steigen, zweckmäßig bis nahe an den Boden des Kondensators herabgeführt, während das Abflußrohr 7 nur mit einem kurzen Stutzen in den Innenraum des Kondensators ragt. Zur Kühlung können beliebige Kühlflüssigkeiten verwendet werden. Außer Wasser sind beispielsweise auch Öle, Kühlsole oder sonstige nichtleitende Flüssigkeiten verwendbar. Es ist dabei lediglich darauf zu achten, daß die Elektrodenbeläge von der Kühlflüssigkeit nicht angegriffen werden. Ein besonderer Vorteil ergibt sich, wenn man als Kühlflüssigkeit Quecksilber oder ein sonstiges niedrigschmelzendes Metall verwendet, da dieses gleichzeitig als innerer Elektrodenbelag verwendet werden kann. Der Umlauf der Kühlflüssigkeit kann sowohl mittels Pumpen oder bei Wasser mit Hilfe des Wasserleitungsdrucks als auch nach dem bekannten Thermospülverfahren erreicht werden.
Die Fig.2 zeigt einen keramischen Kondensator, dessen Wandung einen schmalen Hohlraum aufweist, durch den die Kühlflüssigkeit geleitet werden kann. Dadurch wird vorteilhaft nicht nur die an die Kühlflüssigkeit angrenzende, mit der Innenelektrode belegte Wand des keramischen Dielektrikums gekühlt, sondern das Innere des keramischen :Materials selbst, so daß ein sonst bei hohen Belastungen im Innern des keramischen Materials auftretender Wärmestau zufolge der geringen Wärmeleitfähigkeit des Materials vermieden, wird. Bei Verwendung einer elektrisch leitenden Kühlflüssigkeit, z. B. Quecksilber, ergibt sich bei dieser Anordnung die Möglichkeit, einen symmetrischen Kondensator mit drei Elektrodenbelegungen aufzubauen. Gegenüber der Anordnung nach Fig. 1 ergeben sich folgende Unterschiede: Der Hohlraum 11 in der Kondensatorwandung wird mit Kühlflüssigkeit gefüllt, wobei bei Verwendung einer leitenden Xiihlflüssigkeit und unter Ausnutzung der damit geschaffenen dritten Kondensatorbelegung die Zu-bzw. Abflußrohre als Anschlußelektrode benutzt werden. Soweit bei dieser Anordnung auf eine Kühlung des Kondensators vom Innenraum 4 aus verzichtet wird, kann auch der Boden oder Deckelverschluß nicht mehr als Anschlußelektrode für die Innenbelegung verwendet werden, so daß eine zusätzliche Anschlußmöglichkeit 10 geschaffen werden muß.
Die Fig. 3 zeigt eine ähnliche Ausführung wie die Fig.2, nur daß hierbei an Stelle einer nicht unterteilten Aushöhlung der Wandung die Höhlung in spiralenförmigen Streifen verläuft, durch die die Kühlflüssigkeit geleitet wird.
Die Fig.4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Kondensators, bei dem in den Keramikkörper rohrförmige Höhlungen spiralenförmig eingelassen sind.
Die Anwendung keramischer Kondensatoren nach der Erfindung ist nicht auf Hochfrequenz-Industriekondensatoren beschränkt, vielmehr können sie überall dort Anwendung finden, wo große Blindleistungen bei relativ hoher Spannung mit Hilfe von dauerhaften Kondensatoren kleiner Kapazität verarbeitet oder kompensiert werden müssen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Topfförmiger keramischer Kondensator mit Flüssigkeitskühlung, insbesondere für Hochfrequenz-Industriegeneratoren, dadurch gekennzeichnet, daß das töpfförmige keramische Dielektrikum des Kondensators mindestens nahe den mit Elektroden belegten Stellen einen Hohlraum umschließt, der mit einer Kühlflüssigkeit (z. B. Wasser) ausgefüllt und/oder von einer solchen Flüssigkeit durchflossen ist.
2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den das Dielektrikum bildenden keramischen Körper rohr-bzw. taschenförmige Höhlungen eingelassen sind.
3. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von den keramischen Behälterwandungen umschlossene Innenraum des Kondensators als Hohlraum zur Aufnahme der Kühlflüssigkeit dient, die über die einzige stirnseitige Öffnung des Kondensators zu- und abgeführt wird.
4. Kondensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die stirnseitige Öffnung des keramischen Dielektrikums mit einem in die öffnung eingepaßten, vorzugsweise mit deren Stirnflächenwand abschließenden Abschlußdeckel verschlossen ist.
5. Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeits-Zulaufrohr in den Hohlraum hineinragt, vorzugsweise bis in die Nähe des Tiefstpunktes des Hohlraumes.
6. Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Dielektrikum doppelwandig ausgebildet ist und daß der zur Kühlflüssigkeitsaufnahme dienende Hohlraum von z. B. spiralförmigen Taschen in den aneinanderliegenden Oberflächen der einzelnen Wandungen gebildet wird.
7. Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlflüssigkeit ein flüssiges Metall, z. B. Quecksilber, dient, das gleichzeitig eine Elektrode des Kondensators bildet. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentanmeldung L 4194 VIII c/21 g (bekanntgemacht am 7. 5. 1953) ; USA.-Patentschrift Nr. 2 297 200.