DE2501517A1

DE2501517A1 - Vorrichtung zur kuehlung von elektrischen einrichtungen

Info

Publication number: DE2501517A1
Application number: DE19752501517
Authority: DE
Inventors: Conrad Dipl Ing Beriger; Reinhard Dr Mueller
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1974-12-06
Filing date: 1975-01-16
Publication date: 1976-06-10
Also published as: SE7513587L; CH586464A5; SE404984B; FR2293853A1; CA1042539A; JPS5177859A; FR2293853B3; JPS5858840B2; US4037045A

Description

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

Vorrichtung zur Kühlung von elektrischen Einrichtungen.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung von elektrischen Einrichtungen mittels eines strömenden Mediums, vorzugsweise Wasser, wobei die Potentialdifferenz zwischen den . mit dem Kühlmittel in Berührung stehenden elektrisch leitenden Teilen an Hilfselektroden, die im wesentlichen das gleiche Potential wie die leitenden Teile aufweisen, abfällt.

Durch eine solche Vorrichtung (vgl. DT-PS 9 38 197) wird vermieden, dass zwischen der Hilfselektrode und den zu kühlenden, leitenden Teilen eine Spannung auftritt· Da die Hilfselektroden einander näher liegen als die zu kühlenden Teile, erfolgt die Abscheidung stromleiterider Teilchen (z.B. aufgelöstes Anodenmaterial, abgeschiedener Sauerstoff etc.) vorwiegend an

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den Hilfselektroden. Entsprechend erfolgt auch eine elektrolytische Korrosion in erster Linie an den Hxlfselcktroden und nicht an den zu kühlenden leitenden Teilen.

Die durch Elektrolyse sich an den Hilfselektroden bildenden Gase (z.B. H^, O₂) werden bei den bekannten Kühlvorrichtungen zunächst dem Kühlmittelstrom überlassen, um dann gegebenenfalls durch ein in die Hauptleitung des Kühlkreises eingebautes Filter (vgl. z.B. US-PS 2,917,685) ausgeschieden zu werden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvorrichtung anzugeben, die zuverlässig arbeitet, einen geringen Aufwand an Filtern benötigt und bei der die an den Hilfselektroden anfallenden Gase bereits am Ort ihrer Entstehung dem aktiven Kühlkreis entzogen werden. ■ .

Die vorgenannte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass erfindungsgemäss die Hilfselektroden auf beiden Seiten der zu kühlenden, •das Potential P. aufweisenden Einrichtung und auf beiden Seiten der weiteren, das Potential P„ aufweisenden, Einrichtungen des aktiven Kühlkreises angeordnex sind, und dass sich die Hilfselektroden wenigstens teilweise in von der Hauptleitung des Kühlkreises abzweigenden Nebenleitungen befinden.

Bei dieser neuen Vorrichtung werden die an den Hilfselektroden sich bildenden Gase in die Nebenleitungen weggeschwemmt, so dass

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das Kühlmittel in der Hauptleitung praktisch gasfrei ist.

Um zu verhindern, dass durch Turbulenzen eine Einspülung der sich an den Hxlfselektroden bildenden Gase in die Hauptleitung erfolgt ,werden vorzugsweise die Hilfselektroden ringförmig ausgebildet, wobei der Innendurchmesser des Ringes gleich dem Durchmesser d der Nebenleitung ist und wobei Mittel in der Nebenleitung derart angeordnet sind, dass die Geschwindigkeit des Kühlmittels in der Umgebung der Hilfselektrode grosser ist als im
restlichen Teil der Nebenleitung.

Eine weitere Möglichkeit zu verhindern, dass es zu einer solchen Einspülung der Gase in die Hauptleitung kommt, besteht darin , die Hilfselektrode grossflächig auszubilden und zwischen
der Hauptleitung und der Hilfselektrode in der Nebenleitung ein Rohrbündel aus Isolatoren anzuordnen, wobei die einzelnen Rohre ein Längen/Durchmesser-Verhältnis Ξ> 5 aufweisen. Anhand der
nachstehenden Figuren wird die Erfindung beispielsweise erläutert:

Es zeigt: ·

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines geschlossenen Kühlkreises, wobei die Hilfselektroden in von der Hauptleitung abzweigenden Nebenleitungen angeordnet sind;

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Anordnung mit einer ringförmigen Hilfselektrode;

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Fig. 2a eine perspektivische Darstellung eines die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels in der Umgebung der Hilfselektrode erhöhenden stempeiförmigen Teiles;

Fig. 3 schematisch eine weitere mögliche Anordnung mit einer flächenförmigen Hilfselektrode und einem Diaphragma zwischen Hilfselektrode und Hauptleitung und

Fig. 3a schematisch eine Draufsicht auf das Diaphragma nach Fig. 3.

In Fig. 1 ist mit 1 ein schematisch dargestellter, metallener Kühler (beispielsweise, die Kühlplatte eines Leistungsthyristors) bezeichnet, der direkt mit dem durch die Hauptleitung 2 strömenden Kühlmittel (vorzugsweise Wasser) in Berührung steht und der das Potential P. aufweist. Vor und hinter dem Kühler' 1 befinden sich zwei Hilfselektroden 3, die das gleiche elektrische Potential wie der Kühler 1 haben und die über eine elektrische Leitung M mit diesem verbunden sind. Die beid.en Hilfselektroden befinden sich jeweils- in einer von der Hauptleitung 2 abzweigenden Nebenleitung 5.

Mit 6 ist eine Umwälzpumpe bezeichnet, die dafür sorgt, dass das Kühlmittel genügend schnell durch die Hauptleitung 2 und damit auch durch den Kühler 1 fliesst. Ein Wärmeaustauscher

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sorgt für die Abkühlung des erwärmten Kühlmittels. Sowohl die Pumpe 6 als auch der Wärmeaustauscher 7 weisen das Potential P„ auf und sind im vorliegenden Fall geerdet. Vor und"hinter diesen beiden Geräten befinden sich zwei ebenfalls von der 3. Hauptleitung 2 abzweigenden Nebenleitungen 8, in denen wiederum Hilfselektroden 9 angeordnet sind. Diese Hilfselektroderi 9 befinden sich gleichfalls auf Erdpotential.

Durch die neue Vorrichtung wird erreicht, dass eine durch die Potentialdifferen.z U bedingte Elektrolyse des Kühlmittels nicht an den leitenden Teilen des Kühlers 1 bzw. der Pumpe 6 und dem Wärmeaustauscher 7, sondern an den Hilfselektroden 3 bzw. 9 stattfindet. Die sich hierbei an den Hilfselektroden 3, 9 bildenden Gase werden über die Nebenleitungen' 5 bzw. 8 durch das auch in diese Leitungen eindringende Kühlmittel weggeschwemmt. Mit Hilfe eines Filters 10 kann dieser Teil des Kühlmittels dann von den Gasen befreit und anschliessend nach Durchlaufen einer in Fig. 1 nicht dargestellten Pumpe wieder der Hauptleitung 2-zugeführt werden. Diese zusätzliche Pumpe.sorgt für einen ausreichenden Ueberdruck des von den Gasen gereinigten Kühlmittels gegenüber dem Kühlmittelstrom in der Hauptleitung.

Die Durchmesser d der Nebenleitungen 5, 8 sowie der Durchmesser D der Hauptleitung 2 sind so bemessen, dass durch die Nebenleitungen 5, 8 weniger als 2.0 % des durch die Hauptleitung strömenden Kühlmittels fliesst.

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Um den eventuell noch in dem Kühler 1 gelangenden Elektrolysestrom klein zu halten, ist der Wert

a - — · — ' >-1 η

2 * 2 ' ΐ>^ζ d^z

vorzugsweise 100, zu wählen. Dabei bedeutet (vgl. Fig. 1) L den Abstand zwischen dem Kühler 1 bzw. der Pumpe 6 oder dem Wärmeaustauscher 7 und der Nebenleitung 5 bzw. 8 und 1 den Abstand zwischen der Hilfselektrode 3 bzw. 9 und der Hauptleitung 2 .

Alle Leitungen bestehen aus gut isolierendem Material, beispielsweise PVC. Als Kühlmittel wird vorzugsweise entionisiertes Wasser verwendet mit einer Leitfähigkeit kleiner, als Ο,ίΓ /^-» Der kürzeste Abstand W im Zuge der Haupt- und Nebenleitung zwischen den Hilfselektroden 3 mit dem Potential P^ und den auf Erdpotential liegenden Elektroden 9 ist bestimmt durch die Beziehung: W^U / 1000, wobei U = jP_A - Pl - ΙΡ_Δί in Volt und W in cm gemessen werden.-

Durch den Kühler 1 fliesst bei dieser Vorrichtung praktisch gasfreies Wasser, so das's es nicht zu Reaktionen der ^leitenden Teile des Kühlers mit dem beispielsweise durch Elektrolyse entstandenen Sauerstoff kommen kann.

Auf diese Weise wird die Entstehung von Metalloxiden und -Hydrooxiden (z.B. CuO, Pe 00H) vermieden, die sonst entstehen könnten und den Kreislauf stark verschmutzen würden. Eine Verschmutzung

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des Kreislaufes führt dann u.a. zu einem hohen hydraulischen Druckabfall und bedingt ausserdem schlechte Wärmeübergänge. Eine mögliche Anordnung beispielsweise der Hilfselektrode 3 (Fig. 1) in der Nebenleitung 5 zeigt Fig. 2. Die Pfeile 11 und 12 deuten die Richtung des Kühlmittelstromes in der Hauptleitung 2, der Pfeil 13 die Richtung des die Zersetzungsgase wegschwemmenden Kühlmittelstromes in der Nebenleitung 5 an. ^: Die Hilfselektrode 3¹ hat die Form eines Ringes, wobei der Innendurchmesser des Ringes dem Durchmesser d der Nebenleitung 5 entspricht. Um eine durch Turbulenzen - beispielsweise durch die Umlenkung des Hauptstromes - bewirkte Einspülung von anodischen Reaktionsprodukten (aufgelöstes Anodenmaterial der Hilfselektrode,.abgeschiedener Sauerstoff etc.) in den Hauptstrom zu verhindern, ist ein aus einem isolierenden Material bestehender Stempel 14 vorgesehen. In der Grundplatte 15 des Stempels 14 befinden sich eine Anzahl von Bohrungen 16, durch die das Kühlmittel in die Nebenleitung 5 gelangt. Der Stiel 17 des Stempels 14 befindet sich bei dieser Anordnung im Inneren der Hilfselektrode. 3' und bewirkt an dieser Stelle eine effektive Querschnittsverringerung der Nebenleitung 5. Die durch diese Querschnittsverringerung hervorgerufene grössere Geschwindigkeit in der Umgebung der Hilfselektrode 3¹ bewirkt ein schnelles Abtransportieren der sich an der Hilfselektrode 3' bildenden Gase in Richtung des Pfeiles 13. .

Eine weitere Möglichkeit, um zu verhindern,dass es durch Turbulenzen zu einer Einspülung von an der Hilfselektrode 3 (Fig.l)

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entstehenden Gasen, bzw. sich an dieser Elektrode sammelnden Abscheidungen in die Hauptleitung kommt, zeigt Fig. 3.

Vor einer grossen, flächenförmig ausgebildeten Hilfselektrode 3^fl befindet sich ein Diaphragma 18, d.h. ein Rohrbündel (vgl. auch Fig. 3a) aus Isolatoren mit möglichst freier Oberfläche und grossem Längen/Durchmesser-Verhältnis (215)$ das den Nebenstrom in möglichst viele kleine Parallelströme zerlegt, ohne den Leiterquerschnitt wesentlich zu verringern.

Als Kühlmittel eignet sich ausser antionisiert.em Wasser auch ein Gemisch von Wasser und einem Nichtelektrolyten sowie Gemische von Wasser und wasserlöslichen Alkoholen.

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Claims

Patentansprüche

1.)Vorrichtung zur Kühlung von elektrischen Einrichtungen mittels eines strömenden Mediums, vorzugsweise Wasser, wobei die Potentialdifferenz,, zwischen den mit dem Kühlmittel in Berührung stehenden elektrisch leitenden Teilen an Hilfselektroden, die im wesentlichen das gleiche Potenzial wie die leitenden Teile aufweisen, abfällt, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfselektroden (3, 3', 3^lf; 9) auf beiden Seiten der zu kühlenden, das Potential P_n aufweisenden Einrichtung (1) und auf beiden Seiten der weiteren, das Potential P_ß aufweisenden Einrichtungen (6, 7) des aktiven Kühlkreises angeordnet sind, und dass sich die Hilfselektroden (3, 3', 3^tfj 9) wenigstens teilweise in von der Hauptleitung 2 des Kühlkreises abzweigenden Nebenleitungen (5, 8)^ befinden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der kürzeste Abstand W im Zuge der Haupt- (2) und. Nebenleitung (5, 8) zwischen den Hilfselektroden ("3) mit dem Potential P. und den Hilfselektroden (9) mit dem

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Potential P₀ einen Wert

W^rU / 1000

aufweist, wobei U = /P. - P_n/ in Volt und

Λ D

W in cm gemessen werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser d der Nebenleitungen (5, 8) und der Durchmesser D der Hauptleitung (2) derart gewählt werden, dass durch die Nebenleitungen (5, 8) höchstens 20 % des durch die Hauptleitung (2) strömenden Kühlmittels fliesst.

H. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert:

A = -₂ : -₂·^ 10, .

vorzugsweise 100 ist, wobei:

L der Abstand zwischen dem Kühler (1) und der jeweils nächsten Nebenleitung (3), bzw. zwischen den weiteren auf Potential P_n befindlichen Teilen des -Kühlkreises und der jeweils nächsten Nebenleitung (9) ist und

1 der Abstand zwischen den Hilfselektroden (3, 9) und der Hauptleitung (2) ist.

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- 11 - '.-■'. 1A6/7H

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfselektroden (3^f) ringförmig ausgebildet sind (Fig. 2) wobei der Innendurchmesser der Hilfselektrode (3V) gleich dem Durchmesser d der Nebneleitung (5, 8) ist, und dass in der Nebenleitung (5, 8) Mittel (14) derart angeordnet sind,

' dass die Geschwindigkeit des Kühlmittels in der Umgebung der Hilfselektrode (3^f) grosser ist als im restlichen Teil der Nebenleitung (5, 8).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein zylindersymmetrischer, konzentrisch zur Achse der Nebenleitung (5, 8) stabförmiger Isolierkörper (I¹I) mindestens teilweise im Inneren der Hilfselektrode angeordnet ist. ■'·■■■■

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfselektrode (3^fl) grossflächig ausgebildet ist (Fig. 3) und dass zwischen der Hautfpleitung (2) und der Hilfselektrode (3^f1) sich in der Nebenleitung (5, 8) ein Rohrbündel (18) aus Isolatoren befindet, wobei das Längen/ Durchmesser-Verhältnis der einzelnen Rohre 2ΐΓ 5 ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

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als Kühlmittel Wasser mit einer spezifischen Leitfähigkeit -^ 0,5/^/cm verwendet wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel aus einem Gemisch von Wasser und einem Nichtelektrolyten besteht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel aus einem Gemisch von Wasser und. wasserlöslichen Alkoholen besteht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptleitung (2) und die Nebenleitungen (5, 8) aus PVC und die Hilfselektroden (3, 9) aus Edelmetall, vorzugsweise' aus Gold, sind.

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.

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