Flüssigkeitsgekühlte Halbleiterstromrichteranlage Die Erfindung betrifft flüssigkeitsgekühlte Halb leiterstromrichteranlagen mit mehreren Halbleiter elementen.
Halbleiterstromrichterelemente müssen, wenn sie für grössere Stromstärken verwendet werden., gekühlt werden. Hierfür sind flüssige Kühlmittel besonders günstig, sie erfordern aber eine besondere Kühlein richtung, durch die sie hindurchgeleitet werden müs sen. Hierzu werden Kühlrohre verwendet, durch die das Kühlmittel fliesst. In die Wandung solcher Kühl rohre sind die Halbleiterelemente eingesetzt.
Sie be sitzen eine Kühleinrichtung in Form von Kühlrippen, die thermisch unmittelbar mit den eigentlichen Halb- leitern verbunden sind. Für parallelgechaltete Ele mente ist diese Massnahme ausreichend, da durch das Kühlrohr selbst die Parallelschaltung vorgenom men werden kann.. Mit diesen Einrichtungen ist es aber nicht möglich, alle Elemente auf demselben Kühlrohr aufzubauen, wenn sie teilweise in; Reihe geschaltet sind oder Sicherungen den Elementen nachgeschaltet werden.
Dann ist es nämlich erforder lich, dass die Elemente voneinander und die Ele mente von den Sicherungen wenigstens auf einer Seite elektrisch isoliert sind. Dies geht beim unmittel baren Einsetzen in, den Kühlkörper nicht, da dieser aus leitendem Material besteht.
Man hat ,daher vor geschlagen, die Kühlrohre abwechselnd aus leitenden und isolierenden Teilen bestehen zu lassen, so dass das Kühlmittel ungehindert hindurchfliessen kann und trotzdem die notwendige elektrische Isolation zwischen .den Elementen und ihnen zugehörigen an deren elektrischen Teilen gewährleistet ist.
Diese Anordnungen haben den Nachteil, dass sie aus mehreren Stücken zusammengesetzt werden und, daher fabrikationstechnisch kompliziert herzustellen sind. Es ist an sich bekannt, elektrische Einrichtungen, wie beispielsweise Spulenkörper oder auch Schaltele mente, -in Kesseln mit Kühlflüssigkeiten, die gleich zeitig auch der Isolierung dienen, unterzubringen. Hierbei werden die elektrischen Geräte entweder an dem Deckel .des Gefässes befestigt, oder in den Kes sel hineingestellt.
Erfindungsgemäss wird nun vorgeschlagen, dass ein für alle Elemente gemeinsamer, mit Isolierflüssig keit gefüllter Kühlkessel vorgesehen ist, auf welchem Träger isoliert aufgesetzt sind, in die die Stromrich- terelemente mit den Kühlkörpern derart eingebaut sind, dass sie in die Kühlflüssigkeit eintauchen.
In den Fig. 1 bis 4 sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. In Fig. 1 ist mit 1 das Halbleiterelement bezeichnet. An diesem Halb leiterelement befindet sich die Kühleinrichtung 2, welche aus Kühlrippen besteht. Vier solche Elemente mit den Kühlrippen sind dargestellt. Sie sind an der Schiene 3 befestigt. Diese Schiene kann aus Isolier material oder einem leitenden Stoff bestehen. Sie ist auf dem Kessel 4 aufgesetzt und angeschraubt. Der Kessel selbst ist mit der Kühlflüssigkeit 5 gefüllt, wel che die Kühleinrichtung umgibt.
Auf der linken Seite der Fig. 1 ist die Seitenansicht dazu dargestellt. Die Kühlrippen sind dort deutlicher zu erkennen.
Man kann nun, um die Isolationen zwischen den einzelnen Elementen zu verbessern, noch Zwischen wände vorsehen. Dies ist in der Fig. 2 dargestellt. Die Zwischenwände sind mit 6 bezeichnet. Die übrigen Bezeichnungen sind die gleichen, wie in Fig. 1. Die Zwischenwände sind an der Schiene 3 befestigt.
Die Zwischenwände können auch an dem Kessel selber befestigt sein und man hat dann die Möglich keit, die Isolierflüssigkeit so umzulenken, dass ein Kühlfluss entsteht. Dies ist in der Abbildung 3 darge- stellt. Die Kühlrippen sind in, diesem Falle auf dem Boden des Gefässes, aufgesetzt.
Sie sind aber, wie Fig.4 zeigt, versetzt angeordnet, und zwar einmal mehr nach der einen Seite der Wand und die anderen abwechselnd. dazu an der anderen Seite der Wand befestigt. Um den Kühlstrom noch besser zu gestal ten, kann man die Kühlrippen gebogen ausführen, wie in: der Mitte der Fig. 4 dargestellt ist, wo ein Kühlelement im Schnitt gezeigt ist.
Man kann nun auch den Kessel völlig abschlies- sen und würde in diesem Falle die Schiene 3 als Dek- kel des Kessels ausführen. Dies kann, man auch aus Fig. 1 erkennen, wenn man sich dort die Schiene 3 entsprechend vorstellt. Die Halbleiterelemente kön nen dann auf die als Deckel ausgeführte Schiene auf gesetzt sein.
Man hat dann die Möglichkeit, oberhalb der Kühlflüssigkeit ein, Schutzgas vorzusehen, wel ches ebenfalls isolierend wirkt. Wenn man diesem Schutzgas und auch dem Kühlmittel einen gewissen Überdruck gibt, so ist die Möglichkeit unterbunden, dass von aussen Luft oder Feuchtigkeit in den Kessel eindringt.
Um eine gewisse Kühlströmung hervorzurufen, kann man den ganzen Kessel etwas geneigt aufstellen und am oberen Ende auch ein Ausdehnungsgefäss für :das Kühlmittel in bekannter Weise vorsehen. Dieses ist in den Figuren nicht näher dargestellt.
Man hat den Vorteil einer wesentlich einfacheren Ausführung durch den Erfindungsgedanken erreicht, in dem nämlich keine besonderen Dichtungen vorge sehen werden müssen, wie bei den bisher verwende ten Kühlrohren. Ausserdem ist die Konstruktion ein- farh_
Liquid-cooled semiconductor converter system The invention relates to liquid-cooled semiconductor converter systems with several semiconductor elements.
Semiconductor converter elements must be cooled if they are used for larger currents. Liquid coolants are particularly favorable for this, but they require a special cooling device through which they must be passed. For this purpose, cooling pipes through which the coolant flows are used. The semiconductor elements are used in the wall of such cooling tubes.
They have a cooling device in the form of cooling fins, which are thermally directly connected to the actual semiconductors. For elements connected in parallel, this measure is sufficient because the parallel connection can be made through the cooling tube itself. Are connected in series or fuses are connected downstream of the elements.
Then it is necessary that the elements are electrically isolated from each other and the elements from the fuses at least on one side. This is not possible when inserting the heat sink directly, as it is made of conductive material.
It has therefore been proposed to let the cooling tubes consist alternately of conductive and insulating parts, so that the coolant can flow through unhindered and the necessary electrical insulation between .den elements and their associated electrical parts is guaranteed.
These arrangements have the disadvantage that they are assembled from several pieces and are therefore complicated to manufacture in terms of manufacturing technology. It is known per se to accommodate electrical devices, such as bobbins or also Schaltele elements, in boilers with cooling liquids that also serve as insulation. The electrical devices are either attached to the lid of the vessel or placed in the kes sel.
According to the invention it is now proposed that a common for all elements, filled with insulating liquid cooling vessel is provided, on which carriers are placed insulated, in which the converter elements with the heat sinks are installed in such a way that they are immersed in the cooling liquid.
In FIGS. 1 to 4, exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown. In Fig. 1, 1 denotes the semiconductor element. On this semiconductor element is the cooling device 2, which consists of cooling fins. Four such elements with the cooling fins are shown. They are attached to the rail 3. This rail can be made of insulating material or a conductive material. It is placed on the boiler 4 and screwed on. The boiler itself is filled with the cooling liquid 5 which surrounds the cooling device.
On the left side of Fig. 1, the side view is shown. The cooling fins can be seen more clearly there.
You can now provide partition walls to improve the insulation between the individual elements. This is shown in FIG. The partition walls are denoted by 6. The other designations are the same as in FIG. 1. The partition walls are attached to the rail 3.
The partition walls can also be attached to the boiler itself and you then have the option of deflecting the insulating liquid so that a cooling flow is created. This is shown in Figure 3. The cooling fins are placed in, in this case on the bottom of the vessel.
However, as shown in FIG. 4, they are arranged offset, once more to one side of the wall and the others alternately. attached to the other side of the wall. In order to make the cooling flow even better, the cooling fins can be bent, as shown in: the center of FIG. 4, where a cooling element is shown in section.
The boiler can now also be completely closed off and in this case the rail 3 would be designed as the lid of the boiler. This can also be seen from FIG. 1 if the rail 3 is imagined there accordingly. The semiconductor elements can then be placed on the rail designed as a cover.
You then have the option of providing a protective gas above the cooling liquid, which also has an insulating effect. If this protective gas and also the coolant are given a certain overpressure, the possibility of outside air or moisture from entering the boiler is prevented.
In order to generate a certain cooling flow, the whole boiler can be set up at a slight incline and an expansion tank for the coolant can be provided at the top in the known manner. This is not shown in detail in the figures.
One has the advantage of a much simpler design achieved by the inventive concept, namely in which no special seals have to be provided, as with the previously used th cooling tubes. In addition, the construction is simple