DE2501517A1 - Vorrichtung zur kuehlung von elektrischen einrichtungen - Google Patents
Vorrichtung zur kuehlung von elektrischen einrichtungenInfo
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Description
146/74 P/ho
BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)
Vorrichtung zur Kühlung von elektrischen Einrichtungen.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung von elektrischen
Einrichtungen mittels eines strömenden Mediums, vorzugsweise Wasser, wobei die Potentialdifferenz zwischen den .
mit dem Kühlmittel in Berührung stehenden elektrisch leitenden Teilen an Hilfselektroden, die im wesentlichen das gleiche
Potential wie die leitenden Teile aufweisen, abfällt.
Durch eine solche Vorrichtung (vgl. DT-PS 9 38 197) wird vermieden,
dass zwischen der Hilfselektrode und den zu kühlenden, leitenden Teilen eine Spannung auftritt· Da die Hilfselektroden
einander näher liegen als die zu kühlenden Teile, erfolgt die Abscheidung stromleiterider Teilchen (z.B. aufgelöstes
Anodenmaterial, abgeschiedener Sauerstoff etc.) vorwiegend an
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den Hilfselektroden. Entsprechend erfolgt auch eine elektrolytische
Korrosion in erster Linie an den Hxlfselcktroden und nicht an den zu kühlenden leitenden Teilen.
Die durch Elektrolyse sich an den Hilfselektroden bildenden Gase (z.B. H^, O2) werden bei den bekannten Kühlvorrichtungen
zunächst dem Kühlmittelstrom überlassen, um dann gegebenenfalls
durch ein in die Hauptleitung des Kühlkreises eingebautes Filter (vgl. z.B. US-PS 2,917,685) ausgeschieden zu werden.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvorrichtung
anzugeben, die zuverlässig arbeitet, einen geringen Aufwand an Filtern benötigt und bei der die an den Hilfselektroden
anfallenden Gase bereits am Ort ihrer Entstehung dem aktiven Kühlkreis entzogen werden. ■ .
Die vorgenannte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass erfindungsgemäss
die Hilfselektroden auf beiden Seiten der zu kühlenden, •das Potential P. aufweisenden Einrichtung und auf beiden Seiten
der weiteren, das Potential P„ aufweisenden, Einrichtungen
des aktiven Kühlkreises angeordnex sind, und dass sich die Hilfselektroden wenigstens teilweise in von der Hauptleitung
des Kühlkreises abzweigenden Nebenleitungen befinden.
Bei dieser neuen Vorrichtung werden die an den Hilfselektroden sich bildenden Gase in die Nebenleitungen weggeschwemmt, so dass
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das Kühlmittel in der Hauptleitung praktisch gasfrei ist.
Um zu verhindern, dass durch Turbulenzen eine Einspülung der sich
an den Hxlfselektroden bildenden Gase in die Hauptleitung erfolgt ,werden vorzugsweise die Hilfselektroden ringförmig ausgebildet,
wobei der Innendurchmesser des Ringes gleich dem Durchmesser d der Nebenleitung ist und wobei Mittel in der Nebenleitung
derart angeordnet sind, dass die Geschwindigkeit des Kühlmittels in der Umgebung der Hilfselektrode grosser ist als im
restlichen Teil der Nebenleitung.
restlichen Teil der Nebenleitung.
Eine weitere Möglichkeit zu verhindern, dass es zu einer solchen Einspülung der Gase in die Hauptleitung kommt, besteht darin
, die Hilfselektrode grossflächig auszubilden und zwischen
der Hauptleitung und der Hilfselektrode in der Nebenleitung ein Rohrbündel aus Isolatoren anzuordnen, wobei die einzelnen Rohre ein Längen/Durchmesser-Verhältnis Ξ> 5 aufweisen. Anhand der
nachstehenden Figuren wird die Erfindung beispielsweise erläutert:
der Hauptleitung und der Hilfselektrode in der Nebenleitung ein Rohrbündel aus Isolatoren anzuordnen, wobei die einzelnen Rohre ein Längen/Durchmesser-Verhältnis Ξ> 5 aufweisen. Anhand der
nachstehenden Figuren wird die Erfindung beispielsweise erläutert:
Es zeigt: ·
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines geschlossenen Kühlkreises,
wobei die Hilfselektroden in von der Hauptleitung abzweigenden Nebenleitungen angeordnet sind;
Fig. 2 einen Schnitt durch eine Anordnung mit einer ringförmigen Hilfselektrode;
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Fig. 2a eine perspektivische Darstellung eines die Strömungsgeschwindigkeit
des Kühlmittels in der Umgebung der Hilfselektrode erhöhenden stempeiförmigen Teiles;
Fig. 3 schematisch eine weitere mögliche Anordnung mit einer flächenförmigen Hilfselektrode und einem Diaphragma
zwischen Hilfselektrode und Hauptleitung und
Fig. 3a schematisch eine Draufsicht auf das Diaphragma nach Fig. 3.
In Fig. 1 ist mit 1 ein schematisch dargestellter, metallener
Kühler (beispielsweise, die Kühlplatte eines Leistungsthyristors)
bezeichnet, der direkt mit dem durch die Hauptleitung 2 strömenden Kühlmittel (vorzugsweise Wasser) in Berührung steht und der
das Potential P. aufweist. Vor und hinter dem Kühler' 1 befinden sich zwei Hilfselektroden 3, die das gleiche elektrische Potential
wie der Kühler 1 haben und die über eine elektrische Leitung M mit diesem verbunden sind. Die beid.en Hilfselektroden
befinden sich jeweils- in einer von der Hauptleitung 2 abzweigenden
Nebenleitung 5.
Mit 6 ist eine Umwälzpumpe bezeichnet, die dafür sorgt, dass
das Kühlmittel genügend schnell durch die Hauptleitung 2 und damit auch durch den Kühler 1 fliesst. Ein Wärmeaustauscher
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sorgt für die Abkühlung des erwärmten Kühlmittels. Sowohl die
Pumpe 6 als auch der Wärmeaustauscher 7 weisen das Potential P„ auf und sind im vorliegenden Fall geerdet. Vor und"hinter
diesen beiden Geräten befinden sich zwei ebenfalls von der 3. Hauptleitung 2 abzweigenden Nebenleitungen 8, in denen wiederum Hilfselektroden 9 angeordnet sind. Diese Hilfselektroderi 9
befinden sich gleichfalls auf Erdpotential.
Durch die neue Vorrichtung wird erreicht, dass eine durch die
Potentialdifferen.z U bedingte Elektrolyse des Kühlmittels nicht
an den leitenden Teilen des Kühlers 1 bzw. der Pumpe 6 und dem Wärmeaustauscher 7, sondern an den Hilfselektroden 3 bzw. 9
stattfindet. Die sich hierbei an den Hilfselektroden 3, 9 bildenden
Gase werden über die Nebenleitungen' 5 bzw. 8 durch das
auch in diese Leitungen eindringende Kühlmittel weggeschwemmt. Mit Hilfe eines Filters 10 kann dieser Teil des Kühlmittels dann
von den Gasen befreit und anschliessend nach Durchlaufen einer in Fig. 1 nicht dargestellten Pumpe wieder der Hauptleitung 2-zugeführt
werden. Diese zusätzliche Pumpe.sorgt für einen ausreichenden
Ueberdruck des von den Gasen gereinigten Kühlmittels gegenüber dem Kühlmittelstrom in der Hauptleitung.
Die Durchmesser d der Nebenleitungen 5, 8 sowie der Durchmesser D der Hauptleitung 2 sind so bemessen, dass durch die Nebenleitungen
5, 8 weniger als 2.0 % des durch die Hauptleitung strömenden Kühlmittels fliesst.
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Um den eventuell noch in dem Kühler 1 gelangenden Elektrolysestrom
klein zu halten, ist der Wert
a - — · — ' >-1 η
2 * 2 '
ΐ>ζ dz
vorzugsweise 100, zu wählen. Dabei bedeutet (vgl. Fig. 1) L den Abstand zwischen dem Kühler 1 bzw. der Pumpe 6 oder dem
Wärmeaustauscher 7 und der Nebenleitung 5 bzw. 8 und 1 den Abstand zwischen der Hilfselektrode 3 bzw. 9 und der Hauptleitung
2 .
Alle Leitungen bestehen aus gut isolierendem Material, beispielsweise
PVC. Als Kühlmittel wird vorzugsweise entionisiertes Wasser verwendet mit einer Leitfähigkeit kleiner,
als Ο,ίΓ /^-» Der kürzeste Abstand W im Zuge der Haupt- und
Nebenleitung zwischen den Hilfselektroden 3 mit dem Potential P^ und den auf Erdpotential liegenden Elektroden 9 ist
bestimmt durch die Beziehung: W^U / 1000, wobei U = jPA - Pl
- ΙΡΔί in Volt und W in cm gemessen werden.-
Durch den Kühler 1 fliesst bei dieser Vorrichtung praktisch
gasfreies Wasser, so das's es nicht zu Reaktionen der ^leitenden
Teile des Kühlers mit dem beispielsweise durch Elektrolyse entstandenen Sauerstoff kommen kann.
Auf diese Weise wird die Entstehung von Metalloxiden und -Hydrooxiden
(z.B. CuO, Pe 00H) vermieden, die sonst entstehen könnten
und den Kreislauf stark verschmutzen würden. Eine Verschmutzung
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des Kreislaufes führt dann u.a. zu einem hohen hydraulischen Druckabfall und bedingt ausserdem schlechte Wärmeübergänge.
Eine mögliche Anordnung beispielsweise der Hilfselektrode 3 (Fig. 1) in der Nebenleitung 5 zeigt Fig. 2. Die Pfeile 11
und 12 deuten die Richtung des Kühlmittelstromes in der Hauptleitung
2, der Pfeil 13 die Richtung des die Zersetzungsgase wegschwemmenden Kühlmittelstromes in der Nebenleitung 5 an. :
Die Hilfselektrode 31 hat die Form eines Ringes, wobei der
Innendurchmesser des Ringes dem Durchmesser d der Nebenleitung 5 entspricht. Um eine durch Turbulenzen - beispielsweise
durch die Umlenkung des Hauptstromes - bewirkte Einspülung von anodischen Reaktionsprodukten (aufgelöstes Anodenmaterial
der Hilfselektrode,.abgeschiedener Sauerstoff
etc.) in den Hauptstrom zu verhindern, ist ein aus einem
isolierenden Material bestehender Stempel 14 vorgesehen. In der Grundplatte 15 des Stempels 14 befinden sich eine Anzahl
von Bohrungen 16, durch die das Kühlmittel in die Nebenleitung 5 gelangt. Der Stiel 17 des Stempels 14 befindet sich
bei dieser Anordnung im Inneren der Hilfselektrode. 3' und bewirkt
an dieser Stelle eine effektive Querschnittsverringerung der Nebenleitung 5. Die durch diese Querschnittsverringerung
hervorgerufene grössere Geschwindigkeit in der Umgebung der Hilfselektrode 31 bewirkt ein schnelles Abtransportieren der
sich an der Hilfselektrode 3' bildenden Gase in Richtung des Pfeiles 13. .
Eine weitere Möglichkeit, um zu verhindern,dass es durch Turbulenzen
zu einer Einspülung von an der Hilfselektrode 3 (Fig.l)
■ · 609824/0614 ' . .. " ■
entstehenden Gasen, bzw. sich an dieser Elektrode sammelnden Abscheidungen in die Hauptleitung kommt, zeigt Fig. 3.
Vor einer grossen, flächenförmig ausgebildeten Hilfselektrode
3fl befindet sich ein Diaphragma 18, d.h. ein Rohrbündel
(vgl. auch Fig. 3a) aus Isolatoren mit möglichst freier Oberfläche und grossem Längen/Durchmesser-Verhältnis (215)$ das
den Nebenstrom in möglichst viele kleine Parallelströme zerlegt, ohne den Leiterquerschnitt wesentlich zu verringern.
Als Kühlmittel eignet sich ausser antionisiert.em Wasser auch ein Gemisch von Wasser und einem Nichtelektrolyten sowie Gemische
von Wasser und wasserlöslichen Alkoholen.
60982W06U
Claims (1)
- Patentansprüche1.)Vorrichtung zur Kühlung von elektrischen Einrichtungen mittels eines strömenden Mediums, vorzugsweise Wasser, wobei die Potentialdifferenz,, zwischen den mit dem Kühlmittel in Berührung stehenden elektrisch leitenden Teilen an Hilfselektroden, die im wesentlichen das gleiche Potenzial wie die leitenden Teile aufweisen, abfällt, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfselektroden (3, 3', 3lf; 9) auf beiden Seiten der zu kühlenden, das Potential Pn aufweisenden Einrichtung (1) und auf beiden Seiten der weiteren, das Potential Pß aufweisenden Einrichtungen (6, 7) des aktiven Kühlkreises angeordnet sind, und dass sich die Hilfselektroden (3, 3', 3tfj 9) wenigstens teilweise in von der Hauptleitung 2 des Kühlkreises abzweigenden Nebenleitungen (5, 8)^ befinden.2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der kürzeste Abstand W im Zuge der Haupt- (2) und. Nebenleitung (5, 8) zwischen den Hilfselektroden ("3) mit dem Potential P. und den Hilfselektroden (9) mit dem609 824/06UPotential P0 einen WertW^rU / 1000aufweist, wobei U = /P. - Pn/ in Volt undΛ DW in cm gemessen werden.3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser d der Nebenleitungen (5, 8) und der Durchmesser D der Hauptleitung (2) derart gewählt werden, dass durch die Nebenleitungen (5, 8) höchstens 20 % des durch die Hauptleitung (2) strömenden Kühlmittels fliesst.H. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert:A = -2 : -2·^ 10, .vorzugsweise 100 ist, wobei:L der Abstand zwischen dem Kühler (1) und der jeweils nächsten Nebenleitung (3), bzw. zwischen den weiteren auf Potential Pn befindlichen Teilen des -Kühlkreises und der jeweils nächsten Nebenleitung (9) ist und1 der Abstand zwischen den Hilfselektroden (3, 9) und der Hauptleitung (2) ist.609824/0614- 11 - '.-■'. 1A6/7H5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfselektroden (3f) ringförmig ausgebildet sind (Fig. 2) wobei der Innendurchmesser der Hilfselektrode (3V) gleich dem Durchmesser d der Nebneleitung (5, 8) ist, und dass in der Nebenleitung (5, 8) Mittel (14) derart angeordnet sind,' dass die Geschwindigkeit des Kühlmittels in der Umgebung der Hilfselektrode (3f) grosser ist als im restlichen Teil der Nebenleitung (5, 8).6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein zylindersymmetrischer, konzentrisch zur Achse der Nebenleitung (5, 8) stabförmiger Isolierkörper (I1I) mindestens teilweise im Inneren der Hilfselektrode angeordnet ist. ■'·■■■■7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfselektrode (3fl) grossflächig ausgebildet ist (Fig. 3) und dass zwischen der Hautfpleitung (2) und der Hilfselektrode (3f1) sich in der Nebenleitung (5, 8) ein Rohrbündel (18) aus Isolatoren befindet, wobei das Längen/ Durchmesser-Verhältnis der einzelnen Rohre 2ΐΓ 5 ist.8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass. 60982A/06Uals Kühlmittel Wasser mit einer spezifischen Leitfähigkeit -^ 0,5/^/cm verwendet wird.9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel aus einem Gemisch von Wasser und einem Nichtelektrolyten besteht.10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel aus einem Gemisch von Wasser und. wasserlöslichen Alkoholen besteht.11. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptleitung (2) und die Nebenleitungen (5, 8) aus PVC und die Hilfselektroden (3, 9) aus Edelmetall, vorzugsweise' aus Gold, sind.BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.609824/0614Leerseite
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