DE2226057C3 - Einrichtung zur Luftkühlung eines Stromrichters - Google Patents
Einrichtung zur Luftkühlung eines StromrichtersInfo
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- H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
- H01L23/467—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing gases, e.g. air
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Description
Die Erfindung bezieht sicii auf eine Einrichtung zur Luftkühlung eines Stromrichters, «stehend aus einem
Gehäuse mit einem ersten staubdichten, die elektrischen Bauelemente enthaltenden Raum mit geschlossenem
Luftkreislauf, einem mit Frischluft durchströmten zweiten Raum und mindestens einem
Wärmerohr, das die durch elektrische Verluste entstehende Wärme durch die Wandung hindurch aus
dem ersten in den zweiten Raum überträgt, wobei im Falle des Vorhandenseins mehrerer Wärmerohre ihre
Kondensationssciten im zweiten Raum in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind.
Stromrichter können mit Dioden und/oder Thyristoren, je nach Einsatzbedingungen, ausgerüstet sein.
Den Dioden sind Kühlkörper und Beschaltungsglieder, den Thyristoren zusätzlich Ansteuerglieder zugeordnet.
Beide Halbleitertypen können mit Sicherungen versehen sein. Weitere Strom- und Beschaltungsglieder
können je nach Art des Stromrichters notwendig sein.
Alle an der Stromführung beteiligten Elemente er-Eeugen
Wärme; der größte Anteil entfällt auf die Halbleiter und wird über die Kühlkörper an die Luft
abgegeben. Auch Sicherungen und/oder Beschaltungsglieder können einen Teil ihrer Wärme über die
Kühlkörper abführen. Die Restwärme und die Wärme der übrigen elektrischen Bauelemente wird direkt von
tieren Wandung durch natürliche Konvektion abgeführt.
Luftgekühlte Stromrichter allgemein bekannter Bauarten haben den großen Vorteil der Einfachheit.
Nachteilig ist die dabei auftretende Verschmutzung der elektrischen Teile, die besonders unter ungünstigen
Betriebsbedingungen, wie sie z. B. der Eisenbahnbetrieb mit sich bringt, zu erheblichen Reinigungsarbeiten
zwingen kann.
Es ist daher bei einer Kühleinrichtung der eingangs genannten Gattung bekannt (FR-PS 139351Ü), das
ί Gehäuse - wie eingangs beschrieben - in zwei Räume aufzuteilen und zur Wärmeübertragung Wärmerohre
zu nutzen. Die durch elektrische Verluste entstehende gesamte Wärme muß jedoch bei der bekannten Anordnung
eist von den Kühlkörpern zu den Wärmerohren hin und von diesen in den Frischluftraum imertragen
werden, d. h. die Wärmeübertragung geschieht relativ langsam. Außerdem sind die Kondensationszonen der Wärmerohre im Frischluftkanal ungleichmäßig
gekühlt. Aus beiden Gründen entstehen Temperaturgefälle, so daß die Bauelemente unterschiedliche
Temperaturen und Belastbarkeiten aufweisen und Ausfälle erfolgen können.
Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend vom Gegenstand der eingangs genannten Gattung, einen
χι staubsichcr abgeschlossenen Stromrichter zu schaffen,
der durch direkte Luftkühlung einfach und betriebssicher gebaut werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß
2"> a) die elektrischen Bauelemente zusätzlich mit
Kühlkörpern versehen sind, die durch die von einer Isolierplatte gebildete Wandung hindurch
in den zweiten Raum ragen,
b) die Kühlkörper im zweiten Raum in Strömungs-Mi
richtung hintereinander angeordnet sind und sich
das bzw. die Wärmerohre im Eintrittsbereich der Hauptstrom-frischluft befinden und
c) der zweite Raum im Bereich der Kühlkörper zur Frischluftzuführung mit Luftnebenwegen verse-
Γ) hen ist.
Es ist als solches bekannt, die Kühlkörper der Bauelemente in einem besonderen Frischluftkanal anzuordnen,
um somit einen Staubbefall der Bauelemente selbst zu vermeiden (DE-AS 1 149394).
Weiterhin ist es als solches bekannt, zur Vermeidung
einer zu starken Erwärmung des letzten Kühlers
einer Serienkühlung am Kühlkanal jeitlich öffnungen anzubringen, die Frischluftnebenwege darstellen
(BBC Silicium Stromrichter Handbuch 1971, Seite
■τ, 106, 107).
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird zunächst einmal die erzeugte Wärme durch direkte Wärmeleitung
innerhalb der Kühlkörper an die Frischluft im zweiten Raum übertragen. Weitere Wärme wird
jo an die Luft im ersten Raum mit geschlossenem Kreislauf
abgegeben, welche Wärme jedoch in bekannter Weise durch die Wärmerohre an die Frischluft im
zweiten Raum abgeführt wird. Ein Wärmerohr weist bekanntlich einen besonders kleinen inneren Wärme-
-,-, widerstand aut, so daß im nach außen dichten ersten
Raum mit ständig bewegter luft ein Temperaturniveau erzeugt werden kann, das eine Erwärmung der
elektrischen Bauelemente über diejenige Temperatur verhindert, die sie bei natürlicher Konvektion in freier
bo Umgebung einnehmen würden.
Im Frischluftkanal sind mehrere Wärmequellen hintereinander angeordnet. Die Anordnung ist vorteilhaft
so getroffen, daß eine gleichmäßige thermische Entlastung der Bauelemente erfolgt, d. h., daß
b5 die Kühlkörper eine gleichmäßige Temperatur annehmen.
Dazu ist einmal mindestens ein gleichmäßig auf alle Bauteile wirkendes Wärmerohr im Eintrittsbereich der Hauptstrom-Frischluft im Kühlkanal an-
geordnet, so dad die Kühlkörper mit diesem in Serie liegen. Hierdurch ist die volle Kühlwirkung zunächst
auf das Wärmerohr mit seiner hervorragenden Wärmeleitfähigkeit gerichtet. Zum anderen ist im Bereich
jedes Kühlkörpers eine Nebenweg-Frischluftzuführung angeordnet, damit sich für die hinter dem Wärmerohr
liegenden Kühlkörper gleichartige Bedingungen ergeben. Durch diese an sich bekannten
Luftnebenwege wird erreicht, daß alle Kühlkörper ähnlichen Temperaturen ausgesetzt werden, weil die
gegenüber der Frischluft erhitzte, zugeführte Luft durch die zusätzlich zugeführte Frischluft, die eine
niedrigere Temperatur aufweist, auf diesselbe Temperatur abgekühlt wird, wie sie sie beim Eintritt zum
vorhergehenden Kühlkörper etwa aufgewiesen hat. Durch die kombinatorischen Maßnahmen, Wärmeübertragung
über die Kühlkörper, die aufgezeigte Reihenfolge von Wärmerohr bzw. -rohren und Kühlkörpern
und die jeweilige Mischung von erwärmter Luft mit Frischluft, ergibt sich eine gleichmäßige
Temperatur für alle elektrischen Bauteile, womit die Gefahr von Einzelausfällen erheblich reduziert ist.
Anhand der Zeichnung soll ein Ausfüh'ungsbeispiel
der Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt
Fig. 1 eine Einrichtung zur Luftkühlung eines Stromrichters in schematischer Darstellung im
Schnitt, und
Fig. 2 die Einrichtung nach Fig. 1 im Aufriß mit aufgeschnittener Abdeckhaube.
Die Einrichtung zur Luftkühlung eines Stromrichters besitzt eine isolierende vordere Isolierwand 1, die
einen ersten Raum 32 von einem zweiten Raum 4 trennt und mit seiner Rückwand 2 und Seitenwänden
3 den schachtförmigen zweiten Raum 4 einschließt. In diesen zweiten Raum 4 ragen, durch Ausschnitte
5 der Wand 1, Kühlkörper 10 für Halbleiterbauelemente und eine Wärmeleiteinrichtung 20 mit
einem Wärmerohr 23. In der Rückwand 2 befindet sich unten ein großer Ausschnitt 6, durch den der
Hauptkühlluftstrom eingesaugt wird. Weitere Ausnehmungen 7 ermöglichen das Beimischen von weiterer
Frischluft, so daß sich mit der in Richtung des Luftstromes steigenden Temperatur kleiner werdende
Wärmewiderstände der übereinander liegenden Kühlkörper 10 einstellen. Damit wird die beschriebene
gleichmäßige Ausnutzung der Halbleiterbauelemente ermöglicht. Der Abschluß ies zweiten Raumes
4 wird durch einen Lüfter 8 mit Luftleitapparat Ha gebildet.
Die Kühlkörper 10 mit Böden 11 und Rippen 12 sind auf der Wand 1 über je ein Dichtungselement
13 befestigt. Dadurch erfolgt ein staubdichter Ab-
r> schluß zum zweiten Raum 4. Auf jedem Kühlkörper
10 ist ein Halbleiterbauelement 14 befestigt. In einem strichpunktierten Raum 15 sind weitere elektrische
Bauelemente untergebracht (nicht dargestellt). Sie sind auf dem Kühlkörper 10 teils elektrisch leitend,
teils elektrisch isolierend befestigt.
Auch die Wärmeleiteinrichtung 20 ist in gleicher Art wie jeder Kühlkörper 10 auf der Wand 1 befestigt.
Sie besitzt einen Flansch 21 mit Dichtung 22, in dem das eigentliche Wärmerohr 23 gehalten ist. Mit diesem
ΐϊ sind Kühlplatten 24 und 25 innig verbunden.
Auf der Wand 1 ist eine leicht abzunehmende Haube 30 mit Dichtung 31 aufgebracht. Durch sie
wird der staubdichte Raum 32 geschaffen. Weiter ist auf der Wand 1 noch eine vertikale Wand 33 befestigt.
-r| die den Raum 32 unterteilt (Fig. 2). An ihr ist oben
ein Luftleitapparat 34 angebracht, 'ter einen Lüfter
35 trägt. Unten ist ein Holm 36 Uvfestigt. wodurch
ein Kanal entsteht.
Der Lüfter 35 saugt die im ersten Raum 32 befind-
2Ί liehe Luft über die elektrischen Bauelemente uci gibt
die aufgenommene Wärme an die Kühlplatten 25 des Wärmtrohres 23 ab. Diese transportiert sie zu den
Kühlplatten 24, von wo sie die Frischluft abführt.
Die nicht dargestellten elektrischen Verbindungen
in und Anschlußschienen werden zweckmäßigerweise
alle nach hinten, ebenfalls staubdicht, durch die Isolienvand
1 geführt.
Die beschriebene Ausführung soll nur den prinzipiellen Aufbau zeigen. Andere Anordnungen mit weil
niger oder mehr Halbleiterbauelementen sind möglich. Die Luft des zweiten Raumes 32 kann nicht nur
-gemäß Darstellung in Fig. 2- in vertikaler Richtung über eine Reihe Bauelemente gesaugt werden, sondern
sie kann auch horizontal geführt werden. Ebenso
4(1 können weitere Wärmerohre 23 hinter der Schnittebene
in Fig. 1 sitzen, so daß sich nach vorbeschriebenem Prinzip eine gleichmäßige Temperatur für alle
elcKtrischen Bauteile ergibt. Auch kann der Aufbau so sein, daß statt der Haube 30 die Isolierwand 1 mit
4-, Seitenwänden versehen und nur ein Deckel oder eine Tür vorhanden ist. Der Frischluftstrom kann auch horizontal
über eine Serie von Kühlelementen geführt sein.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Einrichtung zur Luftkühlung eines Stromrichters, bestehend aus einem Gehäuse mit einem ersten staubdichten, die elektrischen Bauelemente enthaltenden Raum mit geschlossenem Luftkreislauf, einem mit Frischluft durchströmten zweiten Raum und mindestens einem Wärmerohr, das die durch elektrische Verluste entstehende Wärme durch die Wandung hindurch aus dem ersten in den zweiten Raum überträgt, wobei im Falle des Vorhandenseins mehrerer Wärmerohre ihre Kondensationsseiten im zweiten Raum in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daßa) die elektrischen Bauelemente (14, 15) zusätzlich mit Kühlkörpern (10) versehen sind, die durch die von einer Isolierplatte (1) gebildete Wandung hindurch in den zweiten Raum '4) ragen,b) die Kühlkörper (10) im zweiten Raum (4) in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind und sich das bzw. die Wärmerohre im Eintrittsbereich der Hauptstrom-Frischluft befinden undc) der zweite Raum (4) im Bereich der Kühlkörper (10) zur Frischluftzuführung mit Luftnebenwegen versehen ist.
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