DE2643072C2 - Kühldose für Thyristoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühldose für Thyristoren mit einem Kern aus wärmeleitendem Material und mit einer in den Kern eingegossenen Rohrschlange als Strömungsweg für ein flüssiges Kühlmedium, deren beide Enden als Ein- und Auslaßöffnungen aus dem Kern herausgeführt sind, wobei zwei Ebenen im Kern vorhanden sind, in denen sich jeweils wenigstens ein Teilstück der Rohrschlange befindet und jede Ebene in der Nähe und wenigstens angenähert parallel zu einer Stirnfläche des Kerns verläuft, die zur wärmeleitenden Verbindung mit einem Thyristor bestimmt ist, und wobei wenigstens ein weiteres Teilstück der Rohrschlange die in beiden Ebenen verlaufenden Teilstücke der Rohrschlange miteinander verbindet.

Eine solche, insbesondere zur Kühlung von Scheibenthyristoren benutzte Kühldose ist im Handel erhältlich.

Bei dieser bekannten Kühldose befindet sich in jeder der Ebenen jeweils ein Teilstück der Rohrschlange, das spiralartig geformt ist und die Teilstücke beider Ebenen sind in der Mitte der Spirale mit einem weiteren Teilstück der Rohrschlange miteinander verbunden, so daß ein geschlossener Strömungsweg von der Einlaßzur Auslaßöffnung besteht. Bedieser Kühldüse mündet die Einlaßöffnung in der einen Ebene, von dort durchströmt das Kühlmittel das spiralartig geformte Teilstück dieser Ebene, strömt dann zu dem spiralartig geformten Teilstück der zweiten Ebene und fließt dort durch die Auslaßöffnung nach außen ab. Damit werden die beiden Ebenen von Kühlmittel unterschiedlicher Temperatur durchströmt und auch innerhalb jeder Ebene existiert ein auf die Spirale bezogener, radial verlaufender Temperaturgradient. Damit werden nicht nur die mit den beiden Stirnflächen wärmeleitend verbundenen Thyristoren unterschiedlich gekühlt, sondern auch in jeder Wärmeübergangsfläche zwischen Kühldose und Thyristor ist eine nicht konstante Temperaturverteilung gegeben.

Solche Kühldosen werden zur Kühlung insbesondere von Scheibenthyristoren benutzt, die zwischen zwei Kühldosen eingespannt sind oder sie werden in sogenannten Thyristorsäulen zur Kühlung mehrerer Scheibenthyristoren verwendet wobei in einer solchen

ίο Tbyristorsäule Scheibenthyristoren nebeneinander gestapelt und eingespannt sind, und an jeder Stelle eines Seheibenthyristors ein Kühlkörper eingefügt ist und mit seiner Stirnfläche und damit mit seiner Wärmeübergangsfläche am Scheibenthyristor anliegt Eine solche Thyristorsäule ist beispielsweise aus der DE-OS 1914 790 bekannt Insbesondere bei der Kühlung mehrerer, in einer Thyristorsäule angeordneter Scheibenthyristoren wirkt sich die oben angedeutete unterschiedliche Kühlung der Thyristoren an den beiden Stirnflächen der bekannten Kühldose nachteilig aus und kann dazu führen, daß die Thyristoren nur bei einer Leistung betrieben werden können, die unter ihrer zulässigen Grenzleistung liegt um eine thermische Überlastung zu vermeiden.

Aus der DE-AS 15 64 694 ist eine Kühldose für Thyristoren bekannt die Strömungswege für flüssiges Kühlmedium in einem Kern aus wärmeleitendem Material aufweist In Kern sind zwei parallele Ebenen vorhanden, in denen jeweils eine doppelte Spirale als Strümungsweg für das Kühlmedium liegt. Jede Ebene verläuft in der Nähe und wenigstens angenähert parallel zu einer Stirnfläche des Kerns, die zur wärmeleitenden Verbindung mit einem Thyristor bestimmt ist. Jeweils der Anfang und das Ende der Spiralen beider Ebenen sind miteinander verbunden, so daß diese strömungsmäßig parallel geschaltet sind. Dabei ist es jedoch kaum möglich, die gleichmäßige Strömungsverteilung in beiden Spiralen sicherzustellen, so daß eine unterschiedliche Kühlwirkung für die anliegenden Thyristoren

■to auftritt. Außerdem ist diese Kühldose in der Herstellung sehr fcufwendig.

Aus der DE-OS 15 14 679 ist eine Kühldose für Thyristoren bekannt, bei der ein Strömungsweg als Spirale geformt, am Ende der Spirale umgelenkt und als Spirale so zurückgeführt ist, daß Strömungswege entgegengesetzter Strömungsrichtung des Kühlmediums alternierend nebeneinander liegen. Da diese Kühldose nur eine ebene Spirale aufweist, ist ihre Kühlwirkung begrenzt. Außerdem ist das Fertigungsso verfahren für eine derartige Spirale sehr aufwendig.

Es besteht die Aufgabe, eine Kühldose der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die beiden Stirnflächen, die zur wärmeleitenden Verbindung mit Thyristoren bestimmt sind, sich möglichst auf gleicher Temperatur halten lassen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Rohrschlange als Wendel aus einem doppelt geführten, am Ende der Wendel umgelenkten Rohr derart ausgebildet ist, daß bei Durchfluß des Kühlmediums Rohrteile mit entgegengesetzter Durchflußrichtung alternierend nebeneinander liegen und daß geradlinig verlaufende Teilstücke einer jeden Windung der Wendel in den Ebenen liegen.

Mit dieser Ausgestaltung der Kühldose wird erreicht, daß gegensinnig durchflossene Rohrwindungen nebeneinander liegen und somit jeweils von kälterem und heißerem Kühlmedium durchströmte Rohrwindungen sich abwechseln. Der Mittelwert der Temperatur über

die gesamte Wendel und damit auch über die beiden Stirnflächen, die als Auflageflächen dienen, ist also weitgehend konstant, so daß eine gleichmäßige Kühlung der an beiden Stirnflächen der Kühldose wärmeleitend befestigten Thyristoren erhalten wir« und auch kein Temperaturgradient in den Stirnflächen auftritt

Vorzugsweise erfolgt die Umlenkung am Ende der Wendel in einem Teilstück der Rohrschlange, das die in den beiden Ebenen verlaufenden Teilstücke der Rohrschlange miteinander verbindet Damit wird eine Umlenkung der Rohrschlange um angenähert 360° und die damit verbundenen fertigungstechnischen und strömungstechnischen Schwierigkeiten vermieden.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Kühldose beispielhaft anhand der F i g. 1 und 2 näher erläutert

F i g. 1 zeigt eine als Doppelwendel gewickelte Rohrschlange 1 mit einem Einlaßstutzen 2 und einem Auslaßstutzen 3. Die Rohrschlange 1 ist in einem Kern 4 aus wärmeleitendem Material eingegossen bzw. eingebettet der in der Figur mit strichpunktierter Linie angedeutet ist Das Material des Kerns kann ein wärmeleitender Kunststoff sein. Vorzugsweise ist der Kern aus einem Metall gefertigt, wobei sich Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, beispielsweise eine Aluminium-Silicium-Magnesium-Legierung besonders bewährt hat. Die Kühlschlange 1 wird vorzugsweise aus korrosionsbeständigem Metall gefertigt, wobei auch nichtrostender Stahl, beispielsweise ein Chrom-Nickel-Titan-Stahl benutzt werden kann.

Zum besseren Verständnis des Wickelsinns der Rohrschlange 1 ist in der F i g. 1 mit den mit A bezeichneten Pfeilen die Einströmrichtung des Kühlmittels und mit den B gekennzeichneten Pfeilen die Abflußrichtung des Kühlmittels gekennzeichnet. Der F i g. 1 ist zun entnehmen, daß in der wendelartig geformten Rohrschlange 1 alternierend Rohrwindungen nebeneinander liegen, die gegensinnig vom Kühlmittel in Pfeilrichtung A oder B durchströmt werden. Damit werden nebeneinanderliegende Rohrwindungen abwechselnd von heißerem und kr' !erem Kühlmedium durchflossen, womit ein wenigstens angenähert konstanter Mittelwert der Temperatur über die gesamte Wendel erhalten wird.

F i g. 2 zeigt eine Draufsicht auf die wendeiförmige Rohrschlange 1 in Richtung des Einlaßstutzens 2 und des Auslaßstutzens 3. Die F i g. 2 zeigt, daß im Kern 1 in den zwei Ebenen 5 und 6 gerade Teilstücke der Rohrschlange verlaufen, wobei jede Ebene in der Nähe und angenähert parallel zu einer der Stirnflächen 4a und Ab liegt, die zur wärmeleitenden Verbindung mit einem Thyristor vorgesehen sind. Die wendeiförmige Rohrschlange 1 erhält durch den geradlinigen Verlauf der Teilstücke 1 a und 1 b im Bereich der Ebenen 5 und 6 eine abgeplattete Form.

Den F i g. 1 und 2 ist zu entnehmen, daß beim gezeigten Ausführungsbeispiel vermieden ist, die Rohrschlange 1 für die Wicklung am Ende der Wendel um etwa 360° umzulenken. Eine solche starke Umlenkung könnte sowohl zu fertigungstechnischen, als auch strömungstechnischen Schwierigkeiten führen. Beim Ausführungsbeispiel nach den F i g. 1 und 2 ist der Umlenkpunkt 7 in ein Teilstück Ic gelegt, das am Ende der Wendel die Teilstücke la und \b, die in den Ebenen 5 und 6 liegen, miteinander verbindet. Damit kann eine wesentlich geringere Krümmung im Umlenkpunkt 7 realisiert werden, wie die F i g. 1 zeigt und die oben erwähnten Schwierigkeiten sind mit Sicherheit vermieden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Kühldose für Thyristoren mit einem Kern aus wärmeleitendem Material und mit einer in den Kern eingegossenen Rohrschlange als Strömungsweg für ein flüssiges Kühlmedium, deren beide Enden als Ein- und Auslaßöffnungen aus dem Kern herausgeführt sind, wobei zwei Ebenen im Kern vorhanden sind, in denen sich jeweils wenigstens ein Teilstück der Rohrschlange befindet und jede Ebene in der Nähe und wenigstens angenähert parallel zu einer Stirnfläche des Kerns verläuft, die zur wärmeleitenden Verbindung mit einem Thyristor bestimmt ist, und wobei wenigstens ein weiteres Teilstück der Rohrschlange die in beiden Ebenen verlaufenden Teilstücke der Rohrschlange miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrschlang« (1) als Wendel aus einem doppelt geführten, am Ende (7) der Wendel umgelenkten Rohr derart ausgebildet ist, daß bei Durchfluß des Kühlmediums Rohrteile mit entgegengesetzter Durchflußrichtung (A, B) alternierend nebeneinander liegen und daß geradlinig verlaufende Teilstücke (la, 1/feiner jeden Windung der Wendel in den Ebenen (5,6) liegen.

2. Kühldose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkung am Ende (7) der Wendel in einem Teilstück (leider Rohrschlange (1) erfolgt, das die in den beiden Ebenen (5, 6) verlaufenden Teilstücke (la, \b) der Rohrschlange miteinander verbindet