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Einrichtung zur Kühlung von Gleichrichtern Die Erfindung betrifft
eine Einrichtung zur Kühlung von Gleichrichtern, insbesondere Hochspannungsgleichrichtern.
Bei derartigen Gleichrichtern sind die Anoden vielfach in Rohren aus Isolierstoff
untergebracht, die an dem Vakuumkessel des Gefäßes angesetzt sind. Ein großer Teil
der Entladungsbahn verläuft also innerhalb der Rohre aus Isoliermaterial. Bei-solchen
Entladungsgefäßen entstehen nun Schwierigkeiten dadurch, daß die durch die Entladung
im Innern der Rohre erzeugte Wärme abgeführt werden muß, ohne daß im Innern der
Rohre zu hohe Temperaturen erzeugt werden. Die Temperaturdifferenz zwischen der
Innenwand und dem Kühlmittel, die für die Wärmeabgabe zur Verfügung steht, darf
daher nicht zu hoch werden, sondern darf mit Rücksicht auf das einwandfreie Funktionieren
des Gefäßes eine gewisse Grenze nicht überschreiten. Um diese Temperaturdifferenz
möglichst klein zu machen, muß man einerseits den Temperaturabfall zwischen Innen-
und Außenfläche möglichst klein halten und andererseits die Kühlung so intensiv
gestalten, daß auch die Temperaturdifferenz zwischen Außenflächen und Kühlmittel
möglichst klein ist. Selbstverständlich ist es hierbei auch von Interesse, die Temperatur
des zugeführten Kühlmittels möglichst tief zu halten. Außerdem ist die Temperatur
der Außenwandung des Gefäßes so zu wählen, daß die für die Einführung der Stromzuleitungen
notwendigen Dichtungen nicht leiden.
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Je größer die Stromrichtergefäße werden, um so größer werden diese
Schwierigkeiten. Mit einer Erhöhung der Typenleistung und damit der Stromstärke
des
Gefäßes steigt bei konstant gehaltener .Stromdichte die erzeugte Wärme quadratisch
mit dem Rohrdurchmesser und damit auch mit der Oberfläche an. Wird das Isolierrohr
in geo,rnetrisch ähnlicher Form vergrößert, so bleibt sein Wärmewiderstand konstant,
und .der Teil des Temperaturgefälles; der auf das Isolierrohr entfällt, steigt bei
Konstanthaltung der Stromdichte im Innern des Rohres quadratisch mit dem Strom,
während die je Oberflächeneinheit abzuführende Wärme linear mit dem Strom ansteigt.
je größer das Entladungsgefäß wird, um so schwieriger wird also die Kühlung seiner
Oberfläche.
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Durch die Erfindung wird nun die Möglichkeit geschaffen, das Gefäß
für alle vorkommenden Fälle betriebssicher zu gestalten. Erfindungsgemäß sind bei
einem elektrischen Entladungsgefäß, insbesondere einem Hochspannungsgleichrichter,
bei dem der Lichtbogen zu jeder Anode innerhalb eines Isolierrohres brennt, die
Isolierrohre mit Kühlmänteln oder Kühlkanälen versehen und sind. Mittel vorhanden,
um die Temperatur an der inneren Oberfläche der Gefäßwandung stets innerhalb bestimmter
Grenzen, z. B. zwischen too und 15o'°', zu halten.
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Die Erfindung wird durch die Figuren veranschaulicht.
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In Fig. i bedeutet i das die Anode enthaltende Isolierrohr, das vakuumdicht
an den Kathodenkessel 6 angesetzt ist. Innerhalb des Isolierrohres befindet sich
ein Steuergitter z und zwei Entionisierungsgitter 3. Mit 5. ist die vakuumdichte
Durchführungsstelle des Stromzuführungsleiters für das Steuergitter :2 bezeichnet.
Der Isolierteil 1 ist von einem Mantel 7 umgeben, so daß zwischen ihm und dem Mantel
ein Zwischenraum entsteht, durch den ein Kühlmittel durchgeschickt werden kann.
Die Strömungsgeschwindigkeit und Menge dieses Kühlmittels ist so bemessen und wird
derartig geregelt, daß an der inneren Oberfläche des Isolierrohres die Temperatur
stets innerhalb gewisserGrenzenbleibt. Sie soll im allgemeinen z. B. 15o bis 2od°@
nicht überschreiten aber auch nicht so niedrig werden, daß während des Betriebes
innerhalb des isolierenden Gefäßarmes eine Kondensation des Metalldampfes stattfinden
kann. Es hat sich herausgestellt, daß gerade die bestimmte Einstellung undAufrechterhaltung
der Temperatur an der inneren Oberfläche des Isolierrohres geeignet ist, die Störungen
zu beseitigen, die häufig bei Gleichrichtern der beschriebenen Bauart auftreten.
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Als Kühlmittel eignet sich Luft bis zu einer gewissen Leistung des
Gefäßes, über die hinaus sich die Luftkühlung deshalb nicht mehr anwenden läßt,
weil sonst zu große Luftmengen und zu hohe Strömungsgeschwindigkeiten der Luft notwendig
wären, zu deren Erzeugung man unverhältnismäßig große und leistungsfähige Gebläse
brauchte. Bei höheren Leistungen geht man vorzugsweise zur Flüssigkeitskühlung über,
wobei es empfehlenswert ist, Öl, z. B. Transformatorenöl, als Kühlflüssigkeit zu
verwenden, um Isolationsschwierigkeiten zu vermeiden. Die Anordnung ist für Flüssigkeitskühlung
ähnlich der für Luftkühlung, wobei ein entsprechender Zufluß und Abfluß vorgesehen
sein muß.
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Die Temperatur des Kühlmittels sowie seine Strömungsgeschwindigkeit
werden vorteilhafterweise in Abhängigkeit von der Temperatur an der inneren Oberfläche
desIsolierrohres bzw. in Abhängigkeit von,der Stromstärke geregelt. Die Kühlluft
oder Kühlflüssigkeit kann: mit besonderem Vorteil auch dazu verwendet werden, das
Isolierrohr bei der Inbetriebnahme oder beim Betriebe bei kleiner Belastung anzuwärmen.
In diesem Falle kann man vorteilhafterweise gleichzeitig die Temperatur und die
Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels regeln. Man kann z. B. die Anordnung .derartig
treffen, daß bis zu einer gewissen Temperatur der Innenwand des Isolierrohres bzw.
bis zu einer bebestimmten Strombelastung, die dieser Temperatur entspricht, der
den Kühlmantel durchfließende Luft- oder Flüssigkeitsstrom geheizt wird. Bei einer
bestimmten Temperatur bzw. Belastung bewirkt ein temperatur- oder stromabhängiges
Relais den Übergang von Heizung auf Kühlung. Mit steigender Temperatur bzw. Belastung
wird sodann die Geschwindigkeit, mit der das Kühlmittel die Kühlmäntel oder die
Kühlkanäle durchströmt, gesteigert. Die Kühlung des Kühlmittels kann vorteilhaft
in einem Rückkühler vorgenommen werden, dessen Primärkreis vom Kühlmittel des Vakuumgefäßes
durchflossen ist und durch ein Ventil über einen Thermostat derart beeinflußt werden
kann, daß die Temperatur der Innenwand automatisch in beliebigen Grenzen oder auf
einer bestimmten Höhe unabhängig von der Strombelastung des Stromrichters gehalten
werden kann. Zweckmäßig werden in diesem Rückkühler auch Heizkörper untergebracht,
welche die gewünschte Temperierung des Kühlmittels im Leerlauf oder bei geringer
Belastung aufrechtzuerhalten gestattet.
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In Fig. 2 und 3 ist eine besonders vorteilhafte Ausführungsform eines
Gleichrichters nach der Erfindung dargestellt. Das auf den Vakuumkessel aufgesetzte
Anodenrohr 9 besitzt eine Reihe von Kühlkanälen to, die so angeordnet sind, daß
besonders die innere Oberfläche des Isolierrohres intensiv gekühlt wird, da der
Weg zwischen der Innenfläche der Wand und dem Kühlmittel klein ist. Bei 11 ist der
Ölzufluß, bei 12 der Olabfluß angedeutet. Durch eine derartige Anordnung gelingt
es besonders gut, die Temperatur an der inneren Oberfläche des Isolierrohres stets
in den gewünschten Grenzen zu halten.
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Die Erfindung ist für alle Gleichrichterarten anwendbar, bei denen
.die Anoden in besonderen Rohren aus Isolierstoff untergebracht sind. Besondere
Vorteile bringt sie jedoch bei Hochspannungsgleichrichtern.