DE3240502A1

DE3240502A1 - Siedekuehlbehaelter fuer bauelemente der leistungselektronik

Info

Publication number: DE3240502A1
Application number: DE19823240502
Authority: DE
Inventors: Kurt 1000 Berlin Hahn
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1982-10-30
Filing date: 1982-10-30
Publication date: 1984-05-03

Description

Siedekühlbehälter für Bauelemente der Leistungselektronik
Beschreibung Die Erfindung bezieht sich auf einen Behälter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiger Behälter ist z.B. durch einen Werbeprospekt der Firma Alsthom-Atlantique ~Equipement Electrique Pour Trolleybus" bekannt.
Derartige Behälter gestatten bei sehr kompakter Bauweise eine gurte Wärmeabfuhr von Bauelementen der Leistungselektronik, z.B. Thyristoren, die innerhalb des Behälters von einer Siedeflüssigkeit umgeben sind. Dabei ist es wegen der beträchtlichen Wärmemenge, die es abzuführen gilt, notwendig, den Behälter rückzukühlen, so daß der beim Sieden der Siedeflüssigkeit entstehende Dampf kondensiert und als flüssiges Medium zurückgeführt wird. Die einfachste Lösung ist dadurch gegeben, daß der Siedekühlbehälter selbst als Kondensator dient, der die Wärme an die äußere Atmosphäre abgibt. Der Wärmeabtransport kann dann mittels der Luft durch Selbstkonvektion bzw. mittels Gebläse, oder aber in Traktionsanlagen durch den Fahrtwind erfolgen.
Wegen des kompakten Aufbaus der Bauelemente der Leistungselektronik und der damit anfallenden großen abzuführenden Wärmemenge reicht die ungegliederte Oberfläche eines derartigen Siedebehälters nicht aus. Deshalb ist der eingangs beschriebene bekannte Behälter außen mit Rippen versehen, so wie es auch von luftgekühlten Motorblöcken, z.B. bei Motorrädern, bekannt ist. Die derart vergrößerte Oberfläche des Behälters bewirkt aber nicht eine proportionale Erhöhung der Kühlleistung, da die Temperaturdifferenz zur Umgebungsluft mit zunehmender Rippenlänge abnimmt.
Die Erfindung bezweckt, eine vergrößerte Oberfläche für einen Siedekörper anzugeben, bei der auf den Behälter aufgesetzte Rippen vermieden werden.
Im Zusammenhang mit dem Wärmetransport sind als Körper, die eine große Oberfläche aufweisen, auch Metallbälge bekannt (Werbeprospekt der Firma Skodock Axial-Kompensatoren für Fernwärmeleitungen"). Diese Faltenbälge sind in Fernwärmeleitungen eingefügt. Dabei soll möglichst wenig Wärme über den Balg abgeführt werden. Alleinige Aufgabe des Balgkörpers ist es, axiale Bewegungen der Fernwärmeleitungen aufzufangen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Behälter der eingangs angegebenen Art durch Formgebung der Behälterwand die Oberfläche derart zu vergrößern, daß eine der Vergrößerung nahezu proportionale Erhöhung der Kühilelstung erzielt wird.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Der Metallbalg ist bei seiner relativ geringen Wanddicke eine sehr stabile Konstruktion, die durch die Stützrohre zwischen den Flanschen selbsttragend ist. Der Balg weist gegenüber einem glatten Rohr eine etwa dreifache Oberflächengröße auf.
Beim Siedevorgang (gute Temperaturverteilung) nimmt vorteilhafterweise jede Stelle der Oberfläche annähernd die Siedetemperatur an, so daß stets der maximal mögliche Temperaturunterschied zur Wärmeübertragung an die äußere Atmosphäre zur Verfügung steht.
Eine vorteilhafte Ausbildung des Behälters nach der Erfindung ist im Anspruch 2 gekennzeichnet.
Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden.
Es zeigen Fig. 1 eine stirnseitige Ansicht eines Siedekühlbehälters nach der Erfindung und Fig. 2 einen Schnitt durch den in Fig. 1 dargestellten Behälter entlang der dort gezeigten Schnittlinie.
Wie in den Zeichnungsfiguren gezeigt besteht der Siedekühlbehälter aus einem zylinderförmigen Metallbalg 5, der stirnseitig mit Flanschen 3, 4 versehen ist. Auf diese Flansche 3, 4 sind mittels Verschlußschrauben 7 Abschlußdeckel 1, 2 aufgeschraubt. Die Abschlußdeckel 12 2 schließen über Dichtungen 9 den Siedekühlbehälter vakuumdicht ab.
Die Flansche 3, 4 sind über Stützrohre 6 starr miteinander verbunden, so daß der Siedekühlbehälter eine selbsttragende Einheit bildet. Die Stützrohre 6 sind dabei mittels einer Schweißverbindung 11 an dem einen Flansch 4 festgeschweißt, während sie beim anderen Flansch 3 durch eine Schraubverbindung 8 festgeschraubt sind. Es ist aber auch möglich, die Stützrohre 6 beidseitig an die Flansche 3, 4 anzuschweißen.
Vor dem Anschrauben der Abschlußdeckel 1 bzw. 2 werden zu kühlende Bauelemente der Leistungselektronik (hier nicht dargestellt), also z. B. Thyristoren, in das Innere des Metallbalges 5 gebracht. Zum elektrischen Anschluß der Bauelemente im Innern des Siedekühlbehälters ist zumindest einer der Abschlußdeckel 1 oder 2 mit einer (ebenfalls vakuumdicht schließenden) elektrischen Durchführung (ebenfalls nicht gezeigt) versehen. Zum Ein- bzw. Nachfüllen der Siedekühlflüssigkeit in den Behälter kann ein Einfüllventil für eine Siedeflüssigkeit (z. B. Trifluortrichloräthan) und/oder Sicherheits- und Überwachungseinrichtungen für die Kühl funktion in einen der Abschlußdeckel 1 bzw. 2 eingebaut werden.
Zur Befestigung des Siedekühlbehälters, z.B. an einer Tragkonstruktion ist eine Befestigungsvorrichtung 10 vorgesehen.
Beim Einsatz des Siedekühlbehälters zur direkten Siedekühlung der in seinem Inneren angeordneten Bauelemente der Leistungselektronik steht die im Behälter herrschende Siedetemperatur - anders als bei der eingangs angegebenen Ausführung des Behälters mit berippten Glattrohren-nahezu an jeder Stelle der Metallbalgoberfläche zur Wärmeabgabe an die Umgebungsluft zur Verfügung.
Der vergleichsweise beste Wirkungsgrad wird erzielt, wenn der Siedekühlbehälter z.B. in Traktionsanlagen vom Fahrtwind oder gar mittels Gebläse gelüftet wird.

Claims

Siedekühlbehälter für Bauelemente der Leistungselektronik Patentansprüche Behälter zur direkten Siedekühlung von Bauelementen der Leistungselektronik, der mit Luft durch Selbstkonvektion, Fahrtwind oder Lüfter rückkühlbar ist, gekennzeichnet durch - eine Ausbildung als zylinderförmiger Metallbalg (5), der über stirnseitige Flansche (3, 4) mit Abschlußdeckeln (1, 2) vakuumdicht abgeschlossen ist, und - auf den Umfang verteilte Stützrohre (6) zwischen den Flanschen (3, 4).
2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Abschlußdeckel (1, 2) Durchführungen für den elektrischen Anschluß der Bauelemente der Leistungselektronik und/oder ein Einfüllventil für eine Siedeflüssigkeit und/oder Sicherheits- und Überwachungseinrichtungen für die Kühlfunktion aufweist.