DE2417106A1

DE2417106A1 - Thyristorsaeule

Info

Publication number: DE2417106A1
Application number: DE2417106A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Ing Grad Scherbaum
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-04-08
Filing date: 1974-04-08
Publication date: 1975-10-16
Also published as: JPS514969A; JPS583383B2

Description

Thyristorsäule Die Erfindung betrifft eine gasgekühlte Thyristorsäule mit Scheibenthyristoren, die aufeinander gestapelt und federnd gehalten sind, wobei an jeder Seite jedes Scheibenthyristors ein Kühlkörper eingefügt ist.
Solche Thyristorsäulen sind im Handel erhältlich. Sie werden in Brückenschaltungen eingesetzt oder wenn mehrere Scheibenthyristoren in Reihe zu schalten sind.
Beispiels#weise aus der DT-OS 2 107 008, der DT-OS 2 107 009 und der DI-OS 2 107 319 sind Einrichtungen zur Iiuftkühlung eines Scheibenthyristors bekannt, bei denen auf beide Stirnflächen des Scheibenthyristors je ein Wärmerohr aufgesetzt ist. Bei der aus der DT-OS 2 107 319 bekannten Einrichtung sind die Wärmerohre Ii-förmig abgebogen und liegen symmetrisch zur Mittelebene des Scheibenthyristors. Jede der aus einem Scheibenthyristor und zwei Wärmerohren bestehenden Einrichtungen ist mit einer Spannvorrichtung verspannt. Die freien Enden der beiden Wärmerohre sind mit Kühlfahnen versehen, um die Wärmeübergangsfläche für das gasförmige Kühlmedium zu vergrößern. Dabei ist unter Wärmerohr eine Einrichtung zu verstehen, wie sie auf dem Gebiet der Ktihltechnik beispielsweise aus der US-PS 2 350 348 oder aus der Zeitschrift "Chemie-Ingenieur-Technik", 39. Jahrgang, 1967, Heft 1, Seiten 21 bis 26 bekannt ist. Ein solches Wärmerohr besteht aus einem beidseitig geschlossenen Rohr, dessen Innenwand mit einem Docht kapillarer Struktur bedeckt ist. Der Docht ist mit einem flüssigen Arbeitsfluid gesättigt, z.B. mit Freon, Methanol, Äthanol, Aceton, Benzol oder Wasser. Wird der mit Verdampfungsabschnitt bezeichnete Teil des Wärmerohres geheizt, so verdampft dort das Arbeitsfluid aus dem Docht und der Dampf strömt in Richtung des Temperaturgefälles. Er kondensiert sich am anderen, gekühlten Teil, der als Kondensationsabschnitt bezeichnet wird, wobei der Dampf die Verdampfungswärme abgibt. Das im Kondensationsabschnitt verflüssigte Arbeitsfluid wird im Docht durch Kapillarkräfte zum beheizten Verdampfungsabschnitt des Wärmerohres zurückgeführt. Damit erhält man einen Kreislauf für das Arbeitsfluid, der unabhängig von äußeren Kräften ist und auch gegen die Schwerkraft arbeiten kann.
Beispielsweise in dem D1-GM-7 227 365 oder der DT-OS 2 120 474 ist ein elektrisch isoliertes Wärmerohr beschrieben. Bei diesem Wärmerohr ist der Verdampfungs- und der Kondensationsabschnitt mittels eines rohrförmigen Zwischenstückes aus elektrisch isolierendem Material elektrisch voneinander getrennt, wobei der Docht zumindest im Bereich des Zwischenstückes aus einem elektrisch isolierenden Material besteht und das Arbeitsfluid elektrisch nichtleitend ist.
In der Patentanmeldung P 23 41 079.1 ist eine luftgekühlte Thyristorsäule mit Scheibenthyristoren vorgeschlagen, bei der Einrichtungen, wie sie beispielsweise aus der DT-OS 2 204 589 oder der DT-OS 2 107 008 bekannt sind, so aufeinander gestapelt sind, daß die Achsen der Wärmerohre von übereinanderliegenden Kühlkörpern bezüglich der Stapelachse gegeneinander drehversetzt sind. Mit dieser gasgekühlten Thyristorsäule wird eine gute Kühlung aller Wärmerohre und damit aller Scheibenthyristoren erreicht.
Es besteht die Aufgabe, eine Einrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die Kühlung aller Scheibenthyristoren verbessert wird und gleichzeitig ein möglichst kleines Bauvolumen für die Thyristorsäule erhalten bleibt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jeder Kühlkörper mit einem Wärmerohr ausgerüstet ist, das seitlich vom Thyristorstapel absteht, daß das freie Ende jedes Wärmerohres mit Kühlfahnen versehen ist und daß jedes Wårmerohr IJ-förmig abgewinkelt ist und die Wärmerohre aufeinanderfolgender Kühlkörper spiegelbildlich zur Mittelachse der Thyristorsäule abstehen.
Bei der erfindungsgemäßen Thyristorsäule wird die mit Wärmerohren bei Einzelthyristoren erhaltene gute Kühlung für alle Scheibenthyristoren der Thyristorsäule ausgenutzt. Wegen der spiegelbildlichen Lage aufeinanderfolgender Wärmerohre in der Thyristorsäule liegen die Wärmerohre in zwei Ebenen, wobei die beiden Ebenen im allgemeinen parallel zueinander verlaufen. Damit erhält man einen flachen, kompakten Aufbau, der raumsparend ist.
Im folgenden wird eine erfindungsgemäße, flüssigkeitsgekühlte Thyristorsäule beispielhaft anhand der Figuren 1 bis 4 näher erläutert. In den Figuren sind gleiche Bauteile mit dem gleichen Bezugszeichen versehen.
Die in Figur 1 gezeigte Thyristorsäule enthält mehrere, in Reihe geschaltete Scheibenthyristoren 1, wobei an jeder Seite eines Scheibenthyristors ein Kühlkörper 2 mit gutem Wärmeleitungskontakt anliegt. ueber Isolierstücke 3 und ein Druckstück 4 sind die Scheibenthyristoren 1 und die Kühlkörper 2 in einem Gestell verspannt, das im wesentlichen aus Schraubbolzen 5 und 6 und zwei Spannplatten 7 und 8 gebildet' ist.
Eines der Isolierstücke 3 liegt auf dem Druckstück 4 auf.
Bezüglich des Aufbaus des Druckstückes 4 wird beispielhaft auf die DT-OS 1 914 790 verwiesen. Das Druckstück 4 besitzt im wesentlichen Tellerfedern 10 als Energiespeicher, mit denen eine elastische Druckkraft auf die Kühlkörper 2 und die Scheibenthyristoren 1 ausgeübt wird. Damit ist die elektrische und thermische Kontaktierung zwischen EUhlkörpern 2 und Scheibenthyristoren 1 sichergestellt. Die elektrischen Anschlüsse für die Scheibenthyristoren 1 können direkt an die Kühlkörper 2 gelegt sein. Diese Anschlüsse sind in der Figur 1 nicht gezeigt, um die Übersichtlichkeit zu wahren.
Jeder Kühlkörper 2 besitzt ein Wärmerohr 11. Dieses Wärmerohr kann beispielsweise aus Kupfer gefertigt sein. Der Verdampfungsabschnitt des Wärmerohres ist wärmekontaktschlüssig in den Kühlkörper 2 eingelassen. Das freie Ende 11a jedes Wärmerohres ist als Kondensationsabschnitt mit senkrecht zum Wärmerohr abstehenden, plattenförmigen Kühlfahnen 11b bzw.
11-d versehen. Die freien Enden 11a der Wärmerohre 11 sind in Vertiefungen 12a eines Trägers 12 gehalten, der über Verbindungsstücke 13 und 14 an den Spannplatten 7 bzw. 8 der Spannvorrichtung für die Thyristorsäule befestigt ist. Es wird im folgenden noch näher beschrieben, daß durch den Träger 12, die Verbindungsstücke 13 und 14 und ein Strömungsleitblech 19, das an der Spannvorrichtung angebracht ist, ein Strömungskanal für das Kühlmittel gebildet wird.
Zwischen den Kühlfahnen 11b und dem Kühlkörper 2 ist in dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel in jedem Wärmerohr 11 ein elastisches bzw. flexibles Rohrstück 11c angeordnet.
Mit diesem federnden Rohrstück 11c werden Spannungen ausgeglichen, die aufgrund thermischer Ausdehnungen oder fertigungstechnisch-bedingter Toleranzen entstehen können. Falls die Wärmerohre 11 an ihren freien Enden 11a in Abweichung vom Ausführungsbeispiel nicht gelagert sind, können diese elastischen Rohrstücke 11a weggelassen werden, wobei jedoch die Gefahr besteht, daß mechanische Einwirkungen auf die Enden der Wärmerohre sich voll auf die Kühlkörper 2 und damit auf die Scheibenthyristoren auswirken. Die elastischen Rohrstücke 11c sind vorzugsweise selbsttragend ausgebildet.
Damit sind auch die Wärmerohre 11 selbsttragend und sie brauchen vom Träger 12 lediglich gehalten zu werden. Im AusführungsbeispieL-sind die elastischen Rohrstücke 11 c Wellrohre, die beispielsweise aus einer Cu-Legierung gefertigt sein können.
Die Figur 1 zeigt außerdem noch zwei Ausführungsformen für die Hühlfal-Lnen, Die Kühlfahnen 11b stehen nur so weit von den Wärmerohren 11 ab, daß sie sich bei benachbarten Wärmerohren weder berühren noch überlappen. Daneben ist es möglich, wie die Figur 1 außerdem noch zeigt, die Kühlfahnen 11d so groß zu machen, daß sich die Kühlfahnen benachbarter Wärmerohre 11 berührungslos überlappen. Dadurch wird die Wärmeübergangsfläche der Kühlfahnen vergrößert, wobei das Bauvolumen des Thyristorstapels im wesentlichen unverändert bleibt.
Figur 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie II-II der Figur 1. Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß die Wärmerohre 11 L-förmig abgebogen sind. Die Wärmerohre aufeinanderfolgender Kühlkörper stehen dabei seitlich so vom Thyristorstapel ab, daß sie spiegelbildlich bezüglich der Mittelachse 15 des Thyristorstapels bzw. bezüglich einer durch die Mittelachse verlaufenden Ebene 16 sind. Die freien Enden 11a aufeinanderfolgender Wärmerohre 11 liegen damit in unterschiedlichen Ebenen 17 und 18, die beim Ausführungsbeispiel parallel zueinander verlaufen. Damit erhält man eine flache, raumsparende Bauform, bei der außerdem noch eine gute Führung für das gasförmige Kühlmittel, das beispielsweise Luft sein kann, gewährleistet ist. Zu dieser Kühlmittelführung werden, wie aus Figur 2 ersichtlich ist, der Träger 12, die beiden Verbindungsstücke 13 und 14 und das Strömungsleitblech 19 benutzt.
Diese Bauteile bilden die Wandung eines Luftkanals, in dem die Kühlfahnen 11b bzw. 11d der Wärmerohre angeordnet sind.
Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf die Wärmerohre bei abgenommenem Träger- 14. Dieser Figur ist zu entnehmen, wie die Wärmerohre 11 aufeinanderfolgender Kühlkörper wegen ihrer L-förmigen Bauform alternierend in der Ebene 17 oder 18 liegen.
Außerdem zeigt diese Figur, daß mit dem erfindungsgemäßen Aufbau die Kühlfahnen 11b bzw. 11d rotationssymmetrisch bezüglich der Mittelachse 11g des zugehörigen Wärmerohres 11 ausgeführt sein können. Womit eine nach allen Seiten gleichförmige Wärmeabfuhr gewährleistet ist.
Figur 4 zeigt teilweise im Schnitt ein Wärmerohr 11, wie es in einem erfindungsgemäßen Thyristorstapel eingesetzt wird. Im Verdampfungsabschnitt ist das Wärmerohr wärmekontaktschlüssig, beispielsweise durch Aufschrumpfen im Kühlkörper 2 befestigt. Das Wärmerohr durchstößt den Kühlkörper und das aus dem Kühlkörper herausstehende kurze Ende kann zum Verschließen des Wärmerohres 11 nach Beschickung mit dem Arbeitsmedium verwendet werden. Im Inneren des Wärmerohres 11 ist ein Docht 11e angeordnet, der im elastischen Rohrstück 11c gezeigt ist, das im Schnitt dargestellt ist. In diesem Bereich folgt der Docht der Wandung des Wellrohres nicht, sondern liegt dort lediglich auf den Wellen auf. Bezüglich der Materialien, die für den Docht 11e verwendet werden können, und bezüglich des Arbeitsfluids,mit dem das Wärmerohr zu füllen ist, wird auf die obengenannten Literaturstellen verwiesen.
Auch wenn die Kühlkörper 2 zur Führung des elektrischen Stromes benutzt werden, ist es im allgemeinen nicht erforderlich, die luftgekühlten Wärmerohre 11 spannungsfrei zu halten. Falls dies in Sonderfällen erforderlich sein sollte, kann jedes Wärmerohr 11 ein elektrisch isolierendes Zwischenstück 41f aufweisen, das im Ausführungsbeispiel nach Figur 4 zwischen die Kühlfahnen lib und das Wellrohr 11c eingefügt ist. Im Ausführungsbeispiel ist das Material des elektrisch isolierenden Zwischenstückes 11f eine Keramik, die mit Rippen versehen ist, um in herkömmlicher Weise die Kriechstrecke zu verlängern. Falls solche elektrisch isolierende Zwischenstücke lif eingesetzt werden, muß der Docht 11e wenigstens im bereich jedes Zwischenstückes lif aus elektrisch isolierendem Material bestehen und es ist ein elektrisch isolierendes Arbeitsfluid in den Wärmerohren zu benützen. Bebezüglich eines solchen Dochtes und eines solchen Arbeitsfluids wird ebenfalls auf die obengenannten Literaturstellen, beispielsweise das DT-GM 7 224 356 verwiesen.
Zusammenfassend ist festzustellen, daß durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ein gasgekühlter, beispielsweise luftgekühlter Thyristorstapel erhalten wird, bei dem durch die Verwendung von Wärmerohren die Kühlung der Thyristoren wesentlich verbessert ist. Das Bauvolumen der erfindungsgemäßen Thyristorsäule ist gegenüber den bekannten, luftgekühlten Thyristorsäulen kaum vergrößert und durch die spezielle Formung der Wärmerohre und die Halterung der Wärmerohre wird mit einfachen Mitteln eine gute Kühlluftführung erreicht.
Da die Wärmerohre elastisch bzw. flexibel ausgestaltet sein können, sind thermische und mechanische Spannungen zu kompensieren, und die erfindungsgemäße Thyristorsäule kann auch in Anwendungsfällen eingesetzt werden, bei denen Rüttelfentigkeit gefordert wird.
8 Patentansprüche 4 Figuren

Claims

Patentansprüche s Gasgekühite Thyristorsäule mit Scheibenthyristoren, die aufeinander gestapelt und federn gehalten sind, wobei an jeder Seite jedes Scheibenthyristors ein Kühlkörper eingefügt ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kühlkörper (2) mit einem Wärmerohr (11) ausgerüstet ist, das seitlich vom Thyristorstapel absteht, daß das freie Ende (11a) jedes Kühlkörpers mit Kühlfahnen (11b bzw. 11d) versehen ist und daß jedes Wärmerohr L-formig abgewinkelt und die Wärmerohre aufeinanderfolgender Kühlkörper spiegelbildlich zur Mittelachse (17) der Thyristorsäule abstehen.
2. Gasgekühlte Thyristorsäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Wärmerohr (11) zwischen dem Kühlkörper (2) und den Kühlfahnen (11b bzw. 11d) ein Rohrstück (11c) aus elastischem Material eingefügt ist.
3. Gasgekühlte Thyristorsäule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrstück (11c) ein Wellrohr ist.
4. Gasgekühlte Thyristorsäule nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlfahnen (11b bzw. 11d) rstationssymmetrißch zur Mittelachse (15) des zugehörigen Wärmerohres (11) ausgebildet sind.
5. Gasgekühlte Thyristorsäule nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlfahnen (11d) benachbarter Wärmerohre (11) sich teilweise berührungslos überlappen.
6. Gasgekühlte Thyristorsäule nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Kühlkörper auch zur elektrischen Stromführung dienen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kühlfahnen (11b bzw. 11d) und Kühlkörper (2) ein Zwischenstück (11f) aus elektrisch isolierendem Material angeordnet ist.
7. Gasgekühlte Thyristorsäule nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden (11a) der Wärmerohre (11) in einem Träger (12) gehalten sind, der mit Verbindungsstücken #(13,14) an einer Spannvorrichtung (4,5,6,7,8) für die Scheibenthyristoren (1) befestigt ist.
8. Gasgekühlte Thyristorsäule nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Träger (12), den Verbindungsstücken (13,14) und einem Strömungsleitblech (19), das an der Spannvorrichtung (4 bis 8) befestigt ist, ein Strömungskanal für das Kühlmedium gebildet ist, in dem die KUhlfinen (11b bzw.

11d) der Wärmerohre (11) liegen.