DE3345668A1 - Anordnung zur direkten siedekuehlung von leistungshalbleitern - Google Patents

Description

• Anordnung zur direkten Siedekühlung von Leistungshalbleitern
• Beschreibung Die-Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung entsprechend dem Oberbegriffs des Anspruchs 1. Eine solche Anordnung ist in der älteren DE-Patentanmeldung P 32 40 502.2 beschrieben.
• Das Einbringen der Leistungshalbleiter in den Behälter, bevor dieser mit der Siedekühlflüssigkeit befüllt wird, muß aus wirtschaftlichen Gründen einfach zu handhaben sein. Zu diesem Zweck ist mit der älteren DE-Patentanmeldung P 32 08 073.5 vorgeschlagen worden, die scheibenförmigen Leistungshalbleiter zu einer kompakten Säule zusammenzuspannen, die dann an einem Kunststoffdeckel befestigt in einen rohrartigen Siedekühikörper geschoben wird. Die Anschlüsse der Leistungshalbleiter werden einzeln durch den Deckel herausgeführt und außerhalb des Behälters verschaltet.
• Bei siedegekühlten Strom richtern hoher Spannung ergibt sich wegen der notwendigen Hintereinanderschaltung der Leistungshalbleiter eine Säule beträchtlicher Länge. Da zudem die Beschaltungselemente teilweise gewichtig sind, sind der Anwendung dieser Construktion insbesondere dann Grenzen gesetzt, wenn zusätzlich hohe dynamische Beanspruchungen auftreten, wie z. B. beim Einsatz auf Fahrzeugen.
• Der -Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Anordnung der eingangs genannten Art den Aufbau der Leistungshalbleiter unter Berücksichtigung eines leichten Einbaus in den Behälter so zu gestalten, daß hohe dynamische Beanspruchungen möglich sind.
• Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
• Infolge der Verspannung der Leistungshalbleiter zwischen dem einen Abschlußdeckel und der Zentrierplatte ist die Baueinheit ohne Mühe in den Siedekühlbehälter einschiebbar, wobei die Zentrierplatte bei dynamischen Beanspruchungen gleichzeitig der Abstützung dient.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
• Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Anordnung zur direkten Siedekühlung, Fig. 2 einen Schnitt senkrecht zu der in Fig. 1 dargestellten Anordnung und Fig. 3 eine stirnseitige Ansicht der in Fig. 1 dargestellten Anordnung.
• Die Zeichnung gibt einen Leistungs-Stromrichter-Teil mit Siedekühlung wieder, bei dem die elektrischen Komponenten in einem Vakuumbehälter untergebracht sind, der im Betriebsfall mit einer isolierenden Siedekühlflüssigkeit befüllt ist.
• Gemäß Fig. 1 besteht der Behälter aus einem zylindrischen Metallbalg 18 mit Schraubflanschen 16, 17, die über Stützrohre 19 (Fig 2) fest miteinander verbunden sind. Seine Stirnseiten sind mit metallenen Abschlußdeckeln 8, 9 über Dicht ringe 7 verschlossen. In dem einen Abschlußdeckel 8 befinden sich elektrische Strorndurchführungen 5 sowie ein Ventil 15 zum Befüllen bzw. Entleeren der Siedekühlflüssigkeit. Zum Kontrollieren des Füllstandes ist ein Schauglas 6 vorgesehen. Der Betriebsdruck wird üblicherweise mit einem Drucksensor erfaßt, der sich wie auch ein Überströmventil (als Berstschutz) - ebenfalls im Abschlußdeckel 8 befindet. Beide Teile sind nicht näher bezeichnet.
• Für den Behälter wird ein Merallbalg 18 mit besonders großer Oberfläche verwendet, um die im Betrieb entstehende hohe Verlustwärme des im Behälter befindlichen Stromrichters rasch an die Atmosphäre abführen zu können.
• Alle elektrischen Bauelemente des Systems sind an der Innenseite des Abschlußdeckels 8 montiert und bilden mit den Stromdurchführungen 5 eine Verdrahtungseinheit.
• Der innere Aufbau besteht im wesentlichen aus scheibenförmigerl Leistung.
• halbleitern (Dioden und Thyristoren) 1, die mit je zwei Wärmeableitern 2 kontaktiert und zu Säulen gestapelt sind. Hierbei ist die elektrische Verbindung der aneinandergeordneten Wärmeableiter 2 durch gelegentliches Einfügen von nicht näher bezeichneten Isolierscheiben an einigen Stellen gemäß einer gewünschten elektrischen Schaltung getrennt. Die Säulenführung wird von je drei elektrisch isolierten Zugbolzen 11 übernommen.
• An den Säulenenden befinden sich federnde, dreieckige Spannplatten 10, mit denen die erforderliche Anpreßkraft für die Leistungshalbleiter 1 mittels Muttern über Druckscheiben eingestellt wird.
• Zwischen den Leistungshalbleitersäulen bzw. um die Säulen herum sind Steuer- und Beschaltungselemente 14 angeordnet. Hierzu gehören Steuerimpulswandler, Kondensatoren, Widerstände sowie ein Überspannungsschutz.
• Den Abschluß beider Halbleitersäulen bildet eine Zentrierplatte 3, an deren Umfang sechs Gleitkörper 4 angebracht sind, die das Gesamtgewicht des Einbausystems an der Innenwand des Metallbalgs 18 abstützen. Die Zentrierplatte 3 dient gleichzeitig als Tragplatte für weitere elektrisclle Bauelemente 12, 13, z. B. für elektrische Drosselspulen. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, kann durch die Lücken zwischen den Gleiticörpern 4 vorteilhafterweise die Siedekühlflüssigkeit ungehindert zwischen den Räumen vor und hinter der Zentrierplatte 3 zirkulieren.
• Der Einbau des elektrischen Systems in den Metallbalg 18 ist völlig unproblematisch, da es ja vom Abschlußdeckel 8 bis zur Zentrierplatte 3 eine kompakte, elektrisch fest verschaltete Einheit bildet, die mit den Gleitkörpern 4 auf der Innenwand des Metallbalgs 18 gleitend axial in die endgültige Lage geschoben wird. Durch die Zentrierplatte 3 und die Abstützung derselben auf den Gleitkörpern 4, kann im montierten Zustand (Abschlußdeckel 8 mit dem Flansch 17 verschraubt) das System ohne Gefahr höchsten dynamischen Beanspruchungen ausgesetzt werden.
• Für den Fall überlanger Leistungshalbleitersäulen ist es vorteilhaft (hier aber nicht dargestellt) die Zugbolzen 11 axial über die Zentrierplatte 3 hinaus zu verlängern und in Sacklöchern im anderen Abschlußdeckel 9 abzustützen.
• Alle zu verwendenden Werkstoffe und Bauelemente sind im Hinblick auf Stoffverträglichkeit mit der Siedekühlflüssigkeit sowie auf ungehinderte Wärmeübergänge auszuwählen. Elektrische Bauelemente mit großer Verlustleistung sind dabei so angeordnet, daß sie sich gemäß der festgelegten Einbaulage stets unterhalb des Flüssigkeitsspiegels befinden, während die restlichen Elemente zum Teil auch im Dampfraum angeordnet sind.
• Die Wärmeübertragung zur Umgebungsluft des Behälters erfolgt entsprechend den Anforderungen durch natürliche Konvektion, durch forcierte Kühlung mit einem Motorlüfter oder bei Traktionen eventuell durch den Fahrtwind. In allen Fällen kann eine spezielle Luftführung förderlich sein.

Claims (4)

1. Anordnung zur direkten Siedekühlung von Leistungshalbleitern Patentansprüche 1. Anordnung zur direkten Siedekühlung von Leistungshalbleitern, die in einen als zylinderförmiger, einlagiger Atetallbalg ausgebildeten, die Siedekühlflüssigkeit enthaltenden Behälter einschiebbar sind, bei dem einer der vakuumdicht abschließenden, stirnseitigen Abschlußdeckel Durchführungen für den elektrischen Anschluß der Leistungshalbleiter aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungshalbleiter (1) mit zugehörigen Beschaltungselementen (12, 13, 14) als elektrisch vollständig verschaltete Einheit zwischen dem einen aus Metall bestehenden, die elektrischen Durchführungen (5) aufweisenden Abschlußdeckel (8) und einer sich an der Innenwand des Metallbalgs (18) abstützenden Zentrierplatte (3) über Zugbolzen (11) verspannt sind.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierplatte (3) an ihrem Außenumfang verteilte Gleitkörper (4) aufweist.
3. 3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugbolzen (11) durch die Zentrierplatte (3) hindurchgeführt sind und sich in Sacklöchern des anderen Abschlußdeckels (9) abstützen.
4. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Beschaltungselemente (12, 13) auf der Zentrierplatte (3) befestigt ist.