DE2429985A1

DE2429985A1 - Vorrichtung zur luftkuehlung eines scheibenthyristors

Info

Publication number: DE2429985A1
Application number: DE2429985A
Authority: DE
Inventors: Heribert Rueger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-06-21
Filing date: 1974-06-21
Publication date: 1976-01-08
Also published as: JPS583384B2; JPS5113578A

Description

Vorrichtung zur Luftkühlung eines Scheibenthyristors Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur #uftkühlung eines Scheibenthyristors, mit zwei, mit einer Spannvorrichtung verspannten Kühlkörpern, zwischen denen der Scheibenthyristor angeordnet ist, wobei jeder Kühlkörper ein Wärmerohr aufweist, dessen Verdampferraum im Kühlkörper liegt, beide Wärmerohre nach der gleichen Seite der Vorrichtung von den Kühlkörpern abstehen, die Längsachsen beider Wärmerohre im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und die freien Enden der Wärmerohre mit Kühifahnen versehen sind.
Solche Vorrichtungen sind beispielsweise aus der DT-OS 2 107 009 bekannt. Dabei ist unter einem Wärmerohr eine Einrichtung zu verstehen, wie sie auf dem Gebiet der Kühltechnik, beispielsweise aus der US-PS 2 350 348 oder aus der Zeitschrift "Chemie-Ingenieur-lechnik't, 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 kapilarer Struktur bedeckt ist. Der Docht ist mit einem flüssigen Arbeitsfluid gesättigt, z.B. mit Freon, Methanol, Äthanol, Aceton, Benzol oder Wasser. Wird der mit Verdampferraum bezeichnete Teil des Wärmerohres beheizt, 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 Kapilarkräfte zum beheizten Verdampferraum des Wärmerohres zurückgeführt. Damit erhält man einen Kreislauf für das Arbeitsfluid, der lageunabhängig, d.h. unabhängig von äußeren Kräften ist und auch gegen die Schwerkraft arbeiten kann.
Der Verdampferraum der Wärmerohre muß in den Kühlkörpern möglichst nahe am Scheibenthyristor angeordnet sein, um einen geringen Wärmewiderstand im Kühlkörper und damit eine gute Verdampfung des Arbeitsfluids zu erhalten. Bei einer der aus der obengenannten DT-OS bekannten Vorrichtungen zur Luftkühlung eines Scheibenthyristors sind die Kühlfahnen der Wärmerohre einseitig, d.h. asymmetrisch verkürzt, um die Wärmerohre möglichst nahe benachbart anordnen zu können und um damit den Verdampferraum im Kühlkörper möglichst nahe an den Scheibenthyristor zu verlegen. Bei dieser Ausführungsform werden die Wärmerohre einseitig und damit ungenügend gekühlt. Bei einer anderen, ebenfalls aus der obengenannten DT-OS bekannten Ausführungsform stehen die Wärmerohre nach unterschiedlichen Seiten vom Scheibenthyristor ab. Diese Bauform benötigt viel Raum und läßt sich in kompakten Baueinheiten nicht einsetzen.
Aus der D?-OS 2 107 008 ist eine weitere Vorrichtung zur Luftkühlung eines Scheibenthyristors mit Wärmerohren bekannt, bei der mehrere Rohre für jeden Kühlkörper eingesetzt werden, wobei der Verdampferraum für alle Wärmerohre zusammengefaßt ist und lediglich ein Teil des Verdampferraumes in wärmeleitendem Kontakt mit dem zugehörigen Kühlkörper steht. Bei dieser Ausführungsform ist der Verdampferraum für alle Wärmerohre eines Kühlkörpers fertigungstechnisch ungünstig herzustellen.
Es besteht die Aufgabe, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß unter Verwendung eines Wärmerohres für jeden Kühlkörper bei kompaktem und fertigungstechnisch günstigem Aufbau eine ausreichende Kühlung erzielt wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Verdampferraum jedes Wärmerohres im zugehörigen Kühlkörper im wesentlichen radialsymmetrisch gegenüber dem Wärmerohr erweitert ist, und daß jedes Wärmerohr asymmetrisch im zugehörigen Kühlkörper so angeordnet ist, daß seine Längsachse von der Fläche des Kühlkörpers mit der er auf dem Scheibenthyristor aufliegt, weiter entfernt ist, als von der restlichen Mantelfläche des Kühlkörpers.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Verdampferraum, der radialsymmetrisch im Kühlkörper erweitert ist, nahe am Halbleiter angeordnet und man erreicht eine Optimierung des Wärmewiderstands. Da das Wärmerohr asymmetrisch in den Kühlkörper eingesetzt ist, können die Kühlfahnen im wesentlichen symmetrisch bezüglich der Längsachse des Wärmerohres sein und eine einseitige Kühlung des Kondensationsabschnittes des Wärmerohres ist nicht zu befürchten. Außerdem lassen sich die Kühlkörper in einfacher Weise herstellen, da sie nur eine Einsenkung aufweisen müssen, in die der Verdampferraum des Wärmerohres einzubringen ist, der vom Kühlkörper völlig umschlossen ist.
Vorteilhaft ist es, jeden Kühlkörper als Säule auszubilden und das Wärmerohr von einer Stirnfläche der Säule abstehen zu lassen, wobei der Querschnitt der Säule ein Kreisabschnitt ist und die Sehne des Kreisabsohnittes wenigstens teilweise am Scheibenthyristor anliegt. Dieser Kühlkörper läßt sich aus Rundmaterial herstellen, wobei lediglich eine Bohrung für den Verdampferraum anzubringen ist und ein Schnitt längs der Sehne des Kreisabschnittes parallel zur Längsachse des Rundmaterials durchzuführen ist. Ein solcher Kühlkörper ist daher auch für die Serienfertigung geeignet.
Als vorteilhafte Spannvorrichtung ist ein elastisches, elektrisch isolierendes Band vorgesehen, dessen Enden mit einem elastischen Träger verschraubt sind, der im wesentlichen parallel zu den Flächen der Kühlkörper verläuft, die auf dem Scheibenthyristor aufliegen. Das Band kann eine Stahleinlage besitzen und der Träger kann eine Blattfeder sein.
Diese Spannvorrichtung ist besonders einfach ausgeführt und benötigt nur einen geringen Montageaufwand.
Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielhaft anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert.
In Figur 1 ist ein Scheibenthyristor 1 mit Hilfe einer Spannvorrichtung 2 zwischen zwei Kühlkörpern 3 eingespannt. Diese Kühlkörper 3 liegen mit ebenen Flächen 3a auf dem Scheibenthyristor 1 auf. Auf die Spannvorrichtung 3, die in Figur 1 teilweise im Schnitt gezeigt ist, wird später noch gesondert eingegangen werden.
Von der gleichen Stirnfläche Db jedes Kühlkörpers 3 steht jeweils ein Wärmerohr 4 nach der gleichen Seite von den Kühlkörpern 3 ab, wobei die Längsachsen 5 und 6 jedes Wärmerohres 4 im wesentlichen parallel zueinander sind. Die Wärmerohre besitzen Kuhlfahnen 7, die am freien Ende der Wärmerohre angeordnet sind, und die im wesentlichen senkrecht zu den Längsachsen 5 und 6 der Wärmerohre 4 stehen. Diese Kühlfahnen 7 sind im wesentlichen symmetrisch zu den Längsachsen 5 und 6 der Wärmerohre 4 ausgebildet und stehen also nach allen Seiton gleich weit von den Wärmerohren 4 ab. Die Kühlfahnen 7 können quadratisch oder kreisförmig sein.
In der Figur 1 ist einer der Kühlkörper 3 zusammen mit dem zugehörigen Wärmerohr 4 im Schnitt dargestellt. In jedem Kühlkörper ist eine Einsenkung 3c vorhanden, die den Verdampferraum 4a des Wärmerohres 4 an seiner Mantelfläche und einer Stirnfläche vollständig umschließt. Im Inneren des Wärmerohres 4 und des Verdampferraumes 4a ist ein Docht 4b angeordnçt, der auf der Wandung des Wärmerohres 4 und des Verdampferraumes 4a aufliegt. Bezüglich der Materialien, die für den Docht verwendet werden, und bezüglich des Arbeitsfluids? mit dem das lträrmerohr zu füllen ist, wird auf die obengenannten Literaturstellen verwiesen. Die Kühlkörper 3 und die Wandung des Wärmerohres 4 und des Verdampferraumes 4a sind aus e1Tr## gut wärmeleitenden Metall, vorzugsweise aus Kupfer her stellt. Wobei der Verdampferraum 4a in der Einsenkung 3c c Kühlkörpers wärmekontaktschlüssig, beispielsweise durch Aufschrumpfen befestigt ist.
Figur 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie II-II der Figur 1 Der Querschnitt der säulenförmigen Kühlkörper 3 ist ein Kreisabschnitt, wobei die Sehne in der Fläche liegt, die wenigstens zum Teil als Anpreßfläche 3a für den Thyristor 1 dient. Dieser Kühlkörper läßt sich in einfacher Weise aus einem Rundstab herstellen, der längs der Sehne des kreisabschnittförmigen Querschnitts geschnitten ist.
In die Stirnfläche jedes Kühlkörpers ist als Einsenkung 3c eine Bohrung eingebracht, in der der gegenüber dem Wärmerohr 4 radial nach außen erweiterte Verdampferraum 4a sitzt. Auch diese Bohrung läßt sich im Kühlkörper ohne besondere Schwierigkeiten anbringen. Der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu benützende Kühlkörper 3 ist daher auch für die Großfertigung geeignet.
Der Lage der Längsachsen 5 und 6 der Wärmerohre 4 in der Figur 2 ist zu entnehmen, daß die Wärmerohre asymmetrisch so im Kühlkörper angeordnet sind, daß die Entfernung zwischen den Anpreßflächen 3a und den Längsachsen 5 bzw. 6 größer als die Entfernung zwischen jeder Längsachse 5 bzw. 6 und der restlichen, kreiszylinderförmigen Mantelfläche 3d des zugehörigen Kühlkörpers 3 ist. Durch diese asymmetrische Anordnung der Wärmerohre 4 in den Kühlkörpern 3 wird erreicht, daß einerseits die Verdampferräume 4a so nahe an den Wärmeübergangsflächen-zwischen dem Scheibenthyristor 1 und den Kühlkörpern 3 liegen, daßrman eine Optimierung bezüglich des Wärmewiderstandes erhält und daß andererseits an den freien Enden bzw. den Kondensationsabschnitten der Wärmerohre 4 Kühlfahren 7 angeordnet werden können, die nach allen Seiten gleich lang von den Wärmerohren 4 abstehen. Damit ist sowohl eine gute Verdampfung mit ausreichender Wärmeabfuhr im Verdampferraum als auch eine gleichmäßige Kühlung im Kondensationsabschnitt sichergestellt. Auch die Fertigung des Wärmerohres wird durch diese erzielten Vorteile nicht erschwert, da sowohl der Kondensationsabschnitt als auch der Verdampfungsraum 4a aus Rohren bestehen, die konzentrisch zu den Längsachsen 5 und 6 liegen.
Der Figur 2 sind Einzelheiten über die Spannvorrichtung 2 zu entnehmen. Die Spannvorrichtung 2 besteht aus einem Stahlband 2a, das mit einer elektrisch isolierenden Schicht 2b umgeben ist. Die Enden der Stahlbänder 2a sind mit Schrauben 2c verschraubt, die durch Löcher in einem elastischen Träger 2d, der beispielsweise eine Bandfeder sein kann, hindurchragen und mit Muttern 2e verschraubt sind. Das beschichtete Stahlband 2a liegt auf dem größten Teil der kreiszylinderförmigen Mantelfläche 3d des einen Kühlkörpers 3 auf und dient zur Seitenführung des zweiten Kühlkörpers 3. Der Träger 2d liegt auf der Peripherie des zweiten Kühlkörpers 3 auf, wobei eine Stahlkugel 2f in den zweiten Kühlkörper 3 eingelassen sein kann, wie die Figur 1 deutlicher zeigt. Diese Einspannvorrichtung ist äußerst einfach sowohl in der Fertigung als auch in der Montage und sie garantiert einen gleichmäßigen Anpreßdruck auf den Thyristor, insbesondere dann, wenn die Stahlkugel 2f angeordnet und damit eine Art Spitzenlagerung für die Blattfeder 2d erzielt ist.
Zusammenfassend ist festzustellen, daß mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einfachstem, fertigungstechnisch sehr günstigem Aufbau, eine gute Kühlwirkung für den Thyristor 1 erzielt wird.
4 Patentansprüche 2 Figuren

Claims

Patentansprüche ½ Vorrichtung zur Luftkühlung eines Scheibenthyristors mit zwei mit aner Spannvorrichtung verspannten Kühlkörpern, zwischen denen der Scheibenthyristor angeordnet ist, wobei jeder Kühlkörper ein Wärmerohr aufweist, dessen Verdampferraum im Kühlkörper liegt, beide Wärmerohre nach der gleichen Seite von den Kühlkörpern abstehen, die Längsachsen beider Wärmerohre im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und die freien Enden der Wärmerohre mit Kühlfahnen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampferraum (4a) jedes Wärmerohres (4) im zugehörigen Kühlkörper (3) im wesentlichen radialsymmetrisch gegenüber dem Wärmerohr erweitert ist und daß jedes Wärmerohr asymmetrisch im zugehörigen Kühlkörper so angeordnet ist, daß seine Längsachse (5,6) von der Fläche (3a) des Kühlkörpers, mit der er auf dem Scheibenthyristor (1) aufliegt, weiter entfernt ist als von der restlichen Mantelfläche (3d) des Kühlkörpers.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kühlkörper (3) als Säule ausgebildet ist und das Wärmerohr (4) von einer Stirnfläche (3b) der Säule absteht und daß der Querschnitt der Säule ein Kreisabschnitt ist, wobei die Sehne (3a) des Kreisabschnittes wenigstens teilweise am Scheibenthyristor (1) anliegt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannvo richtung (2) ein elastisches, elektrisch isoliertes fflfr#nd (2a) vorgesehen ist, dessen Enden (2c) mit einem elastischen Träger (2d) verschraubt sind, der im wesentlichen parallel zu den Flächen (3a) der Kühlkörper (3) verläuft, die auf dem Scheiba-tblyristor (1) aufliegen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Band eine Stahleinlage (2a) besitzt und der Träger eine Blattfeder (2d) ist.

L e e r s e i t e