DE7500696U

DE7500696U - Vorrichtung zur Kühlung von auf verschiedenen elektrischen Potentialen liegenden elektrischen Einrichtungen mittels eines strömenden Mediums

Info

Publication number: DE7500696U
Application number: DE7500696U
Authority: DE
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1974-12-06
Publication date: 1976-11-04

Description

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BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Vorrichtung zur Kühlung von auf verschiedenen elektrischen Potentialen liegenden elektrischen Einrichtungen mittels eines strömenden Mediums

Aus der US-PS 2,917,685 sind wassergekühlte Anordnungen sowohl mit in serie- als auch mit parallelgeschalte^-ten Halbleiterdioden bekannt. Die Kühlkörper, auf denen die Dioden befestigt sind, werden dabei entweder nacheinander (Serienkühlung) und/oder parallel zueinander (Parallelkühlung) "on dem Kühlwasser durchflossen.

Um elektrische Einrichtungen vor der elektrolytischen Korrosion zu schützen, ist es ebenfalls, beispielsweise aus der DT-PS 9 38 19 7, bekannt, durch vorgeschaltete Schutz- oder Opferelektroden dafür zu sorgen, dass die Potentialdifferenz,

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die zwischen den mit dem Kühlmittel in Berührung stehenden ilektrisch leitenden Teilen auftritt, nicht an diesen selbst, sondern an den Schutzelektroden, die das gleiche Potential aufweisen wie die leitenden Teile, abfällt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvorrichtung anzugeben, bei der die elektrolytische Korrosion kleingehalten werden kann, ohne dass an allen elektrischen Einrichtungen Schutzelektroden installiert werden müssen und ohne dass die Zuleitungsschläuche zu den einzelnen elektrischen Einrichtungen besonders lang und/oder einen besonders geringen Querschnitt zu haben brauchen.

Die vorgenannte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass erfindungsgemäss die Potentialdifferenz, die zwischen den mit dem Kühlmittel in Berührung stehenden elektrisch leitenden Einrichtungen mit dem grössten Potentialunterschied besteht an Steuerelektroden abfällt, dass die Steuerelektroden im wesentlichen das gleiche Potential wie die leitenden Einrichtungen aufweisen und dass parallel zu diesen Einrichtungen die weiteren elektrischen Einrichtungen an gegenüber ihrem eigenen Potential äquipotentialen Punkten zwischen den Steuerelektroden angeordnet sind.

Besonders hat es sich bewährt, die elektrischen Einrichtungen zwischen zwei das Kühlmittel zu- und abführenden aus elektrischem

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Isoliermaterial bestehenden Staurohren anzuordnen, in densn sich ebenfalls die Hilfselektroden befinden.

Die Rohrleitungen oder Schläuche, durch die das Kühlmittel zu den elektrischen Einrichtungen gelangt, können bei dieser Anordnung sehr kurz gehalten werden ohne, dass es zu einer rennenswerten Korrosion der elektrischen Einrichtungen kommt.

Die neue Vorrichtung ist u.a. für die Kühlung von Hochleistung-Halbleiterbauelementen geeignet, wobei die elektrischen Einrichtungen Kühlplatten sind, zwischen denen sich die zu kühlenden Bauelemente befinden.

Anhand der nachstehenden Figuren wird die Erfindung beispielsweise erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 schematisch eine Kühlvorrichtung mit mehreren auf unterschiedlichem Potential liegenden Kühlkörpern und

Fig. 2 schematisch einen Ausschnitt aus einer solchen Kühlvorrichtung, wobei zwischen den Kühlkörpern Halbleiterbauelemente angeordnet sind.

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In PLp. L si trl mit K , K., ..,, K„ Kühlkörper (z.B. Kühlplatten für Hoch Isis tungLbauelementa) bezeichnet, die auf verschiedene;, eioktrinonen Potentialen liegen, wobei der Kühlkörper mit dem niedrigsten Potential P mit ο und der Kühlkörper mit den» höchsten Potential P_n mit N gekennzeichnet ist. Die Kühlkörper K , K., ·.., K,, sind mittels Isolier-Rohrleitungen 1 an zwei Staurohre 2 und 3 p,leicher Länge und mit gleichem Durchmesser D angeschlossen, durch die das Kühlmittel (vorzugsweise entionisiertes Wasser) ein- und austritt. Hierbei deuten die Pfeile die Richtung des Kühlmittelstromes an* In den Staurohren 2,3 befinden sich jeweils 2 SLeuerelektroden '+,5 und 4',i,'. Die Steuereltaktroden 4 und 4' besitzen das Potential des Kühlkörpers K_n, die Steuerelektroden 5,5' das Potential des Kühlkörpers

Durch die Steuerelektroden 4,4' und 5,5' wird erreicht, dass eine durch die Potentialdifferenz U = IP_n - P I bedingte Elektrolvse des Kühlmittels nicht an den leitenden Teilen der Kühlkörper K und K , sondern an den Steuerelektroden 4,4' bzw. 5,5' stattfindet.

Die weiteren, auf verschiedenen elektrischen Potentialen liegenden Kühlkörper K-,, · .», K.., sind ebenfalls mittels Isolier-Rohrleitungen 1 an die Staurohre 2,3 angeschlossen. Um zu verhindern, dass infolge der bestehenden Potentialdifferenzen

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U₁ = IF₁ - P_o|, U₂ = |P₂ - PJ, ... , U_n = |P_N - Ρ_Ν__χ| an diesen Kühlkörpern K₁, ... ,K eine elektrolytische Korrosion eintritt, sind sie an gegenüber ihrem eigenen Potential äquipotentialen Punkten a , ... , a , der Staurohre 2 und 3 angeschlossen ( a und a sind die äquipotentialen Punkte in der Nähe der Steuerelektroden 4, 4¹ und 5₅ 5¹, die dem Potential der Kühlkörper K und Kj. entsprechen).

Der jeweils von den Steuerelektroden 4, 5 zu den Steuerelektroden 4¹, 5' fliessende Elektrolysestrom J ist in diesem Fall gleich den Teilströmen J ,J«, ... , J^ die in den Staurohren zwischen den äquipotentialen Punkten a , a , ... ,a fliessen.

Ist L der Abstand zwischen den Steuerelektroden 4 und 5 bzw. V und 5"j bedeuten 1 , 1 , ... ,1 die Abstände zwischen den äquipotentialen Punkten (a , a^ ... , a ) und wird mit >*■ die Leitfähigkeit des Kühlmittels bezeichnet, so ergibt sich aus den Beziehungen: J = U /R . J = U /R^, ... , J = U^/R^; wobei R^ = ^e"¹ L/(D² Tr²M), R₁ =^"¹1₁/(D² -rr²/4), ... ,

=^€"¹l_n/(D² -rr/k) ist,:

/U^ = L/U mit V= 1, ... , n; //= 1, ... , N

Für gegebenes L, U , U , ... ,U erhält man demnach sofort die zur Vermeidung der elektrolytischen Korrosion erforderlichen

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- B¹-

Anschlusspunkte der Kühlkörper K,, ... , ^Κκτ-ι ^an rohren 2,3 , ohne dass weitere Steuerelektroden nötig wurden.

Der dichteste Abstand, gemessen in cm, zwischen den elektrischen Einrichtungen (K , K₁, ..., K) entlang der Kühlmittelwege soll jeweils einen Wert > U^/ 1000 mit/c=l, ..., n, aufweisen. Entsprechend ist auch der Abstand L, gemessen in cm, zwischen den Steuerelektroden H,5 und 4',5' derart zu wählen, dass L > Ug/1000 gilt.

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus einer .olchen Parallelkühleinrichtung, wobei zwischen den Kühlkörpern beispielsweise Halbleiterdioden angeordnet sind. Dabei sind mit 2 und 3 wieder die. Staurohre und mit K,K¹,K¹¹ und K¹¹¹ die Kühlkörper bezeichnet. Die zu kühlenden Halbleiterbauelemente 6,6' und 6¹¹ bestehen aus zwei metallenen Anschlusskappen 7 und einem in einem Isoliergehäuse 8 befindlichen Aktivteil (angedeutet durch das Symbol—JM—). Die mit den Anschlusskappen 7 in Berührung stehenden Kühlkörper K,K¹,K" und K¹" sind ebenfalls aus Mutall und haben sowohl die Aufgabe die Halbleiterdioden 6,6* ,6 *' zu kühlen, als auch zwischen ihnen die elektrische Verbindung herzustellen.

Eine solche gekühlte Serienschaltung von Halbleiterdioden eignet sich besonders gut für Spannungsgleichrichter in Hochleistungsanlagen.

Claims

G 75 OO 696.1 117/74 Br/dh ?3.7.76 Neue Schutzansprüche

1. Vorrichtung zur Kühlung von abwechselnd durch Kühlkörper verbundene, in einer Reihe hintereinander angeordnete, auf verschiedenen elektrischen Potentialen liegende elektrische Einrichtungen, wobei die Kühlkörper unter teilweiser Verwendung von Steuerelektroden von einem Kühlmittel, vorzugsweise Wasser, quer zur geometrischen Achse der Reihe durchströmt werden, dadurch gekennzeichnet, dass je ein das Kühlmittel führendes Staurohr (2,3) vorgesehen ist, dass die jeweils an einem der Susseren Endpunkte der Reihe liogenOen Kühlkörper (K , K.J mit Steuerelektroden C4, 4') bzw. v5j 5') versehen sind, welche sich unmittelbar vor den Mündungen (a , a ) der zugehörigen Kühlmittelzuleitungen und -Ableitungen (1) in die Staurohre (2,3) befinden, dass ferner die entsprechenden Kühlmittelzuleitungen und -Ableitungen (1) der übrigen, zwischen den Endpunkten der Reihe liegenden Kühlkörper (K , K , ... ¹^_-2' K ,_,) derart angeordnet sind, dass das Verhältnis der Abstände (1-, 1_, ... I_n-1J I_n) ihrer Mündungen (a_Q ... a_p) in die Staurohre (2,3) gleich dem Verhältnis der Potentialunterschiede (U , Up, ... U , U) zwischen den Kühlkörpern (K ... K_n) ist .

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die das Kühlmittel führenden Staurohre ('? , 3') aus elektrisch isolierendem Stoff bestehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Staurohre (2, 3) gleichen Durchmesser _VE) und gleiche Länge (Abstand L) aufweisen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (L), gemessen in cm, der Steuerelektroden (¹J, 5; ^',5') einen V/ert aufweist, der mindestens U ,.._iOr beträgt, wobei U der gesamte Potentialunterschied zwisehen den Steuerelektroden (¹O und (5) bzw. zwischen (¹J') und (5') der Reihe bedeutet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass d^e Kühlkörper (K_q, Κ_χ, ... K_n-1, K_n) Kühlplatten aus Metall sind und die zwischen diesen angeordneten zu kühlenden elektrischen Einrichtungen Halbleiterbauelemente (6, (ι¹ , 6") sind.