<Desc/Clms Page number 1>
La présente invention se rapporte au refroidissement des redresseurs secs du type dont les éléments actifs se présentent sous une forme "sèche" ou solide dans les conditions de température et de pression ambiantes (dénommés ci-après "du type décrit") comportant plusieurs éléments redresseurs maintenus assemblés par serrage avec interposition de cosses de connexion, afin de former une pile ou colonne.
La capacité de ces redresseurs au point de vue trans- mission de courant est limitée en grande partie par la chaleur engendrée par le passage du courant, et on a déjà cherché à améliorer le refroidissement en immergeant les redresseurs dans l'huile, en faisant passer de l'air servant au refroidissement
<Desc/Clms Page number 2>
sur les éléments, qui doivent alors être écartés l'un de l'autre, et en prévoyant des ailettes de refroidissement intercalées entre les éléments et s'étendant au delà de leur périphérie en vue de leur refroidissement par l'air atmosphérique ou par un courant d'air forcé.
Aucun de ces moyens ne s'est révélé très efficace et, en particulier dans le cas de redresseurs immergés dans l'huile, l'encombrement est beaucoup plus grand. L'un des buts de l'inven- tion est donc de permettre la réalisation d'un redresseur du type décrit conjugué à des organes de refroidissement d'agencement rela- tivement compact et d'une plus grande efficacité que ceux indiqués . précédemment.
L'invention est matérialisée dans un redresseur du type décrit comportant au moins un dispositif refroidisseur, ce disposi- tif refroidisseur (ou chaque dispositif refroidisseur) comportant un organe de transfert thermique (tel qu'un conduit) en matière à conductibilité thermique satisfaisante, étudié pour permettre le passage d'un fluide de refroidissement et intercalé entre les éléments de la pile d'une manière réalisant un transfert de chaleur satisfaisant.
Chaque dispositif refroidisseur peut comporter un tube métallique présentant des surfaces planes parallèles entre elles afin de réaliser un contact thermique satisfaisant avec la pile d'éléments. Le tube aplati peut être fixé entre une paire de plaquettes métalliques parallèles venant en contact avec les faces des éléments voisins de la pile entre lesquels le dispositif refroidisseur est logé.
Ce dispositif refroidisseur peut se présenter sous la forme d'un bottier métallique plat muni de faces parallèles, l'intérieur duquel sont montés des chicanes ou déflecteurs, disposés' de manière à obliger le fluide de refroidissement à suivre un trajet sinueux au cours de son passage à travers le dispositif.
<Desc/Clms Page number 3>
Avec cet agencement, les chicanes fournissent la résistance méca- nique nécessaire empêchant l'affaissement du boîtier lors de; l'assemblage des déments de la pile par serrage.
De préférence, le dispositif refroidisseur est formé par un bloc métallique plat dans l'épaisseur duquel le conduit est ménagé. Dans un dispositif refroidisseur de ce type, le con- duit est formé par un certain nombre de rainures reliées les unes aux autres, usinées ou ménagées d'une autre manière dans la surface du bloc, un couvercle, plat étant fixé sur cette face, par exemple par soudage, afin de compléter le conduit. L'agent de refroidisse- ment arrive au conduit et le quitte par des embouts creux communi- quant avec ce conduit à l'une ou à chaque extrémité du bloc.
Les faces des dispositifs refroidisseurs qui, une fois l'assemblage réalisé, viennent en contact avec les éléments du redresseur, ont de préférence la même forme et les mêmes dimensions que celles des faces du redresseur contre lesquelles elles sont appliquées.
Dans le cas où un dispositif refroidisseur doit être isolé électriquement d'un élément de redresseur voisin, une mince douche de matière électriquement isolante à bonne conductibilité thermique peut être disposée entre ces deux éléments, soit par pulvérisation sur la surface du dispositif refroidisseur, soit sous forme d'une mince feuille.
Les dispositifs refroidisseurs peuvent être alimentés en fluide de refroidissement en série ou en parallèle, et de préférence de cette dernière manière, afin d'obtenir un refroidis- sement uniforme ou régulier de l'ensemble de la pile d'éléments, et un procédé optimum pour atteindre ce résultat consiste à les réunir de façon telle que, lors d'un montage en parallèle, l'écoulement dans un conduit se produise en sens inverse de l'écou- lement dans le conduit suivant.
<Desc/Clms Page number 4>
Suivant un autre mode de réalisation possible de l'objet de l'invention, le dispositif refroidisseur (ou chaque dispositif -refroidisseur) se présente sous la forme d'une plaquette ou ailette dont une partie fait saillie au-delà de la périphérie du reste de la pile d'éléments, cette partie en saillie étant conjuguoe à un conduit ou à une portion de conduit disposé de façon telle, par .rapport à la plaquette ou à l'ailette, que le passage d'un fluide de refroidissement à travers ce conduit assure un refroidissement efficace de cette plaquette ou de cette ailette.
De préférence, le conduit (ou la portion du conduit) est sensiblement parallèle au plan de la plaquette ou de l'ailette, afin de permettre au fluide de refroidissement traversant ce conduit.d'être en contact thermique avec cette plaquette ou cette ailette par une . zone relativement importante de sa surface. Le conduit (ou la portion de conduit) peut être formé par exemple par un alésage ménagé dans l'épaisseur de la p artie en saillie de la plaquette ou de l'ailette, et cette partie en saillie peut alors avoir une épaisseur supérieure à celle du reste de la plaquette, afin de pouvoir recevoir ledit conduit.
Suivant une variante une tubulure ou gouttière métallique peut être fixée, par exemple par brasure ou soudure, dans une position réalisant un transfert de chaleur satisfaisant avec la partie en saillie de la plaquette ou de l'ailette.
Dans le cas ou plusieurs dispositifs refroidisseurs sont intercalés à certains intervalles entre les éléments de la pile* les parties en saillie de chacun des dispositifs peuvent former ensemble un bloc, ces parties en saillie constituant des éléments solidaires de ce bloc ou des éléments appareillés dont l'ensemble constitue le bloc précité. On peut obtenir bien entendu un disposi- tif refroidisseur multiple de ce type en insérant des ailettes aux intervalles requis dans un bloc séparé. Plusieurs conduits traversai le bloc, de préférence dans des directions sensiblement parallèles aux plans des ailettes.
<Desc/Clms Page number 5>
Le bloc et les ailettes de refroidissement peuvent être fabriqués par moulage sous forme d'un ensemble unitaire, les éléments redresseurs et les cosses de connexion étant introduits ultérieurement entre des ailettes successives, et les éléments de la pile une fois complétée sont ensuite maintenus assemblés par serrage, par exemple au moyen de boulons traversant cette pile.
Suivant une variante encore, les éléments redresseurs et les cosses peuvent être maintenus en place entre les ailettes par une pression élastique, obtenue par exemple en utilisant des cosses élastiques. Cet agencement présente l'avantage que les éléments redresseurs et (ou) les cosses peuvent alors être remplacés sans devoir enlever les boulons traversant la pile.
La description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés donnés à titre non limitatif, permettra de mieux comprendre l'invention.
La fig. 1 est une vue de face en élévation, avec coupe partielle, d'un redresseur complet comportant des dispositifs refroidisseurs.
La fig. 2 est une vue de profil à plus grande échelle de la partie supérieure de l'une des piles d'éléments que montre la fig. 1.
La fig. 3 est une vue de profil d'une variante de redres- seur comportant des dispositifs refroidisseurs ayant une forme différente en section droite.
La fig. 4 est une vue de face, en élévation, de l'un des dispositifs refroidisseurs ou d'échange thermique que montre la fig. 3, le couvercle étant enlevé pour montrer le trajet suivi par le conduit.
La fig. 5 est une vue en coupe partielle du dispositif refroidisseur, par la ligne V-V en fig. 4, le couvercle étant fixé en place.
La fig. 6 montre un autre type encore de dispositif refroidisseur, avec arrachement partiel du couvercle pour montrer 'intérieur.
<Desc/Clms Page number 6>
La fig. 7 est une vue d'extrémité avec coupe partielle d'un redresseur comportant des dispositifs refroidisseurs suivant un autre mode de réalisation de l'objet de l'invention.
La fig. 8 estune vue en plan du même redresseur.
La fig. 9 est une vue de profil avec coupe partielle d'un redresseur selon un autre mode de réalisation encore de l'objet de l'invention.
La fig. 10 est une vue en plan également avec coupe partielle du redresseur représenté sur la fig. 9.
Le redresseur représenté sur les figs. 1 et 2 est formé de quatre piles d'éléments séparées lla, 11b, 11c, 11d juxtaposées dans une enveloppe 12, chacune des piles étant constituée d'une manière en soi bien connue par des éléments de redresseurs se présentant sous la forme de plaquettes ou lamelles métalliques rectangulaires 22 munies d'un revêtement semi-conducteur et d'une couche formant contre-électrode, des cosses de connexion 14 étant intercalées entre les éléments suivant les besoins.
Un dispositif refroidisseur ou d'échange thermique, désigné d'une façon générale par la référence 15, est intercalé entre les éléments de chaque pile à peu près au milieu de sa longueur, de façon qu'un même nombre d'éléments redresseurs soient disposés de part et d'autre du dispositif refroidisseur, de sorte que les deux extrémités de la pile sont refroidies dans la même mesure. Le dispositif refroidisseur est formé par un tube métallique 16, de préférence en cuivre étiré, dont la section circulaire initiale a été déformée par aplatissement afin de présenter des méplat parallèles.
Ces méplats assurent un contact thermique satisfaisant du tube 16 avec des plaquettes métalliques'planes 17 entre lesquelles le tube est enserré, les plaquettes 17 étant isolées électriquement des surfaces précitées par des feuilles ou eouches 18 en matière électriquement isolante, ayant une conductible
EMI6.1
lité saH8IIh.C.",.....W. Pour augmenter encore la surface de
<Desc/Clms Page number 7>
contact entre le tube 16 et les plaquettes 17, ce tube est replié sur lui-même comme indiqué en 19 de manière à former deux branches à l'intérieur de la surface des plaquettes 17.
Dans 1'ensemble- représenté sur les figs. 1 et 2, les dispositifs refroidisseurs des piles juxtaposées sont reliés en série et, à cet effet, le tube 16 farine un conduit continu allant de l'orifice d'admission
20 à l'orifice de sortie 21, et il a une forme de serpentin consti- tué par une succession de coudes dirigés en sens inverse, les coudes ayant un rayon tel que deux branches du tube se trouvent chaque fois à l'intérieur de la surface des piles d'éléments.
Le rendement d'un système de refroidissement par conduc- tion conjugué à un redresseur du type décrit est principalement fonction de l'intimité du contact réalisé entre les éléments redresseurs et (ou), les cosses et l'élément utilisé pour assurer l'élimination de la chaleur par conduction, et de petites poches d'air demeurant entre les surfaces en contact ont un effet nuisible marqué sur ce rendement. Il est par suite désirable que les faces des dispositifs refroidisseurs soient sensiblement planes et parallèles, que les surfaces de contact des cosses aient sensible- ment la même superficie que-les éléments redresseurs, et que les divers organes soient maintenus étroitement assemblés par serrage.
Pour satisfaire à cette dernière condition, chacune des piles est maintenue entre des- plaquettes terminales rigides 22, qui sont formées de préférence par des plaquettes relativement épaisses de la matière vendue sous la dénomination de "Bakélite", ces plaquettes étant maintenues assemblées par serrage au moyen de boulons 23 traversant des manchons isolants disposés dans la pile en des points équidistants, afin d'obtenir une pression de serrage uniforme. Des cales d'espacement se présentant sous la forme de douilles 24 traversées par les boulons sont disposées entre les branches du tube 16 et servent à maintenir ce tube dans la position voulue, ainsi qu'à empêcher son écrasement sous l'effet de la pression de serrage.
<Desc/Clms Page number 8>
Le fluide de refroidissement, qui est habituellement de l'eau étant donné que l'alimentation est alors aisée, est amené à l'orifice d'admission 20 et, en passant à travers le tube 16 jusqu'à l'orifice de sortie 21, il prélève au redresseur la chaleur engendrée. Le débit du fluide de refroidissement est réglé de façon telle que l'augmentation de température de ce fluide de refroidisse- ment pendant son passage dans le tube 16 ne soit pas suffisamment grande pour empêcher de façon notable l'effet de refroidissement des dispositifs d'échange thermique ou de parties de ceux-ci au fur et à mesure qu'on se rapproche de l'orifice de sortie.
Le redresseur représenté sur la fig. 3 est formé par une seule pile'd'éléments 13 entre lesquels sont intercalées des cosses
14, les éléments de cette pile étant maintenus entre des plaquettes terminales rigides 22 maintenues assemblées par des boulons 23 de la manière décrite précédemment en regard des figs. 1 et 2 ; deux dispositifs refroidisseurs sont ici intercalés entre les éléments de la pile.
Ces dispositifs, qui sont désignés par la référence
30, sont disposés symétriquement par rapport au plan transversal médian de la pile, de façon qu'il demeure entre l'un des dispositif.µ refroidisseurs et la plaquette terminale voisine un nombre d'éléments égal à la moitié du nombre d'éléments interposés entre les.deux dispositifs refroidisseurs, de sorte que la chaleur peut être prélevée à l'un quelconque des éléments pour son transfert aux dispositifs refroidisseurs sans;devoir traverser un nombre d'éléments supérieurs à un nombre donné, ce nombre étant déterminé en fonction du degré d'échauffement.admissible des éléments.
Les dispositifs refroidisseurs 30 sont conjugués à de minces couches ou feuilles 31 en une matière électriquement isolante, disposées ,de chaque c8té des dispositifs afin de les séparer électriquement de la pile, les couches ou feuilles précitées présentant une conductibilité thermique satisfaisante.
Si l'on se reporte aux figs. 4 et 5, on voit que les dispositifs refroidisseurs 30 sont formés chacun par un bloc
<Desc/Clms Page number 9>
en une matière telle que le laiton ou l'aluminium matrice, ayant sensiblement la même forme générale que les éléments redresseurs 14, mais une plus grande épaisseur. Plusieurs rainures rectilignes 33a ..... 33d sont usinées dans l'une des faces de ce bloc, dans une direction parallèle aux grands cotés du bloc, ces rainures ayant une section droite rectangulaire comme visible sur la fig.5.
Les rainures sont réunies l'une à l'autre au voisinage des petits. côtés du bloc, de sorte.que, lorsque la face précitée de ce bloc reçoit un couvercle, elles forment un conduit correspondant à un trajet de grande longueur par rapport à la superficie du bloc.
Cette face reçoit un couvercle plat 34, qui est soudé ou fixé sur le bloc d'une manière cnnvenable, adaptée aux matières formant le bloc et le couvercle. Des embouts creux communiquent en 35 et 36 avec les extrémités du conduit formé .par les rainures, afin de servir d'orifices d'admission et de sortie pour le passage du flui* de de refroidissement à travers le dispositif refroidisseur. Sur la fig. 4, les orifices d'admission et de sortie sont tous deux disposés du même côté du bloc, maie selon une variante de dis- tribution des rainures, ils peuvent se trouver sur des cotés différents.
Les plaquettes terminales 22 se prolongent vers le bas au delà de la périphérie de la pile, afin de former un support pour deux conduits collecteurs 37 et 38 (le premier cachant le second sur la fig. 3) qui s'étendent parallèlement à la longueur de la plie d'éléments. La réunion des embouts creux 35 et 36 aux collecteurs 37, 38 est assurée par des tubulures souples 39, de façon que les deux dispositifs refroidisseurs soient reliés en parallèle à la source de fluide de refroidissement, et il est préférable que pour l'un des dispositifs l'embout situé en 35 soit relié au collecteur 37 et que celui situé en 36 soit relié au collecteur 38, tandis que pour l'autre dispositif les communications sont inversées, l'embout situé en 21 étant relié au collecteur 38 et celui situé en 36 étant relié au collecteur 37.
De cette manière l'écoulement du fluide de refroidissement à travers les conduits.
<Desc/Clms Page number 10>
du dispositif refroidisseur s'effectue en sens opposés, en tendant ainsi à réduire les gradients de température dans les plans des éléments de la pile. Lors du fonctionnement, le fluide de refroi- dissement, qui est habituellement de l'eau, est amené à l'un des collecteurs, l'autre collecteur servant alors de conduit de retour.
On comprendra que l'utilisation pour former le dispositif refroidisseur d'un bloc sur lequel est fixé un couvercle facilite considérablement l'obtention de surfaces planes et exactement parallèles capables de venir en contact avec les éléments voisins de la pile. Comme indiqué précédemment, il est extrêmement désirable que ces surfaces soient planes et parallèles, afin de supprimer les poches d'air pouvant être formées entre elles et les éléments voisins de la pile.
La suppression des poches d'air précitées peut être réalisée dans une mesure encore plus grande par l'application d'un composé convenable sur les faces des dispositifs refroidisseurs, la plus grande partie du composé étant refoulée à l'extérieur sous l'effet'de la passion de serrage et le reste remplissant les poches -ou alvéoles précitées dans lesquelles l'air serait retenu. Le composé utilisé à cet effet doit évidemment présenter une conduc- tibilité thermique supérieure à celle de l'air qu'il remplace.
L'ensemble compact assemblé étroitement par serrage ainsi obtenu se prête d'une façon particulièrement aisée à une protection contre les effets nuisibles de l'atmosphère, par encapsulage dans un composé plastique approprié. Quand il est destiné à travailler dans un milieu à température élevée,cet ensémble peut être monté dans une boite thermo-isolante, afin de l'empêchera prélever de la chaleur au milieu environnant.
Le mode de réalisation du dispositif refroidisseur représenté sur la fig. 6 comprend une base 40 formée par une pièce moulée sous pression ou matricée en aluminium, ayant la forme d'un boîtier ouvert à sa partie supérieure et présentant des cloisons internes formant chicanes. Des bossages prévus dans cette base délimitent des trous 43 à travers lesquels passent les boulons
<Desc/Clms Page number 11>
servant à maintenir les éléments de la pile assemblés par serrage.
Un couvercle métallique 44 est fixé sur la base de manière à recouvrir sa partie supérieure ouverte, l'ensemble se présentant alors sous la forme d'un boîtier plat fermé à faces parallèles planes. Des tubulures d'admission et de sortie 45 et 46 communi- quent avec l'intérieur du boîtier à ses extrémités opposées. Les chicanes 43 sont disposées de façon telle que le courant de fluide de refroidissement passant à l'intérieur du boîtier soit astreint à-suivre un trajet sinueux, ce qui assure une distribution satis- faisante de ce fluide de refroidissement. Les chicanes servent également à. renforcer le bottier pour empêcher son affaissant sous l'effet de la pression de serrage.
Le redresseur représenté sur les figs. 7 et 8 comprend une pile 1-.11, formée de manière en soi connue d'éléments redresseurs en forme de plaquettes métalliques rectangulaires 112 munies d'un revêtement semi-conducteur et d'une couche formant contre-électrode, des cosses de connexion 113 étant intercalées suivant les besoins entre les éléments.
Deux dispositifs refroidisseurs 114 sont intercalés entre les éléments de la pile 111 et sont disposés symétriquement par rapport au plan transversal médian de cette pile, de façon.telle qu'il demeure entre chaque dispositif refroidisseur et l'extrémité voisine de la pile un nombre d'éléments redresseurs égal à la moitié du nombre des éléments se trouvant entre les deux disposi- tifs. Ces deux dispositifs sont identiques, et ils forment sur la plus grande partie de leur surface des plaquettes 4 faces parallèles lisses réalisant un contact thermique avec les éléments voisins de la pile par l'intermédiaire de leurs couches115 en matière électriquement isolante présentant une conductibilité thermique satisfaisante.
Les couches 115 peuvent se présenter sous forme de feuilles ou de revêtements appliqués par pulvérisation sur les surfaces de contact thermique des dispositifs refroidisseurs.
<Desc/Clms Page number 12>
Les parties 116 des dispositifs refroidisseurs 114 font saillie au delà de la périphérie de la pile sur les côtés opposés de celle-ci, ces parties en saillie ayant une épaisseur supérieure à celle des plaquettes elles-mêmes pour pouvoir recevoir dans leur épaisseur des conduits servant à l'écoulement d'un fluide de refroidissement traversant les dispositifs. Comme montré, les dispositifs refroidisseurs 114 sont formés par des pièces métalli- ques moulées, et les conduits sont ménagés dans les parties en saillie en noyant dans le moulage des tronçons de tube 117, chaque tronçon de tube étant replié sur lui-même pour former deux branches
118a, 11b à l'intérieur de chaque partie en saillie, les orifices d'admission et de sortie 119, 120 se trouvant sur le bord inférieur du dispositif refroidisseur.
Il est prévu plusieurs conduits séparés, un conduit étant logé dans chaque partie en saillie 116 de chaque dispositif refroidisseur il±. Ces conduits peuvent être reliés d'un certain nombre de manières différentes, pour permettre le passage d'un fluide de refroidissement tel que de l'eau, Ainsi, les orifices d'admission et de sortie 119, 120 de chaque conduit peuvent être reliés respectivement à des collecteurs, en vue d'assurer un écoulement en parallèle à travers les conduits, ou bien ils peuvent .être reliés en série, de façon que le fluide de refroidissement passe tout d'abord dans l'un des conduits, puis dans l'autre.
Suivant une variante, l'écoulement peut être assuré partiellement en série et partiellement en parallèle. Le fait de prévoir des parties en saillie conjuguées à des conduits des deux côtés des dispositifs refroidisseurs permet d'obtenir dans la pile une plus grande uniformité de température que si une partie en saillie était prévue d'un seul côté.
La position des orifices d'entrée et de sortie 119, 120 à la partie inférieure du dispositif refroidisseur est importante.
En effet, lors de l'utilisation d'un liquide de refroidissement comme l'eau, les fuites pouvant se produire en ces points ne peuvent
<Desc/Clms Page number 13>
pas ainsi être la cause d'une infiltration du liquide dans la pile d'éléments.
L'efficacité d'un système de refroidissement par conduc- tion des redresseurs du type décrit étant en grande partie fonction, comme indiqué précédemment, de l'intimité du contact obtenu entre les éléments redresseurs et (ou) les cosses et l'organe utilisé pour évacuer la chaleur en excès, les petites poches d'air demeurant entre les surfaces coopérant entre elles ont un effet nuisible marqué sur cette efficacité. Ici encore, il est désirable que les surfaces de contact thermique des dispositifs refroidisseurs soient planes et parallèles et que les éléments du redresseur soient maintenus étroitement assemblés par serrage.
Dans ce cas encore, la pile 111 est maintenue entre des plaquettes terminales rigides 121 relativement épaisses, qui sont de préférence formées par la matière vendue sous la dénomination de "Bakélite", et qui sont maintenues assemblées par serrage au moyen de boulons 122 traversant la pile en plusieurs points équidistants pour assurer une répartition uniforme de la pression de serrage.
Les dispositifs refroidisseurs peuvent être en un métal quelconque ayant une bonne conductibilité thermique, mais ils sont de préférence en aluminium, car ce métal est relativement ductile, de sorte qu'ils peuvent être amenés par pression en contact intime avec les surfaces des éléments de la pile entre lesquels ils sont disposés.
Si l'on se reporte maintenant au mode de réalisation représenté sur les figs. 9 et 10, on voit que le refroidissement est assuré par des ailettes parallèles 130 écartées l'une de l'autre dont trois côtés s'adaptent au profil des éléments redresseurs 112, mais qui font saillie vers le bas sur le quatrième côté au delà de la périphérie de la pile d'éléments, les parties en saillie 131 étant noyées dans un bloc de faible épaisseur 132 en métal moulé, de manière à réaliser un transfert de chaleur satisfaisant avec ce bloc. Des tronçons de tubes 133 sont également noyés dans le bloc,
<Desc/Clms Page number 14>
chaque tronçon étant replié sur lui-même pour former deux branches de conduit 134a, 134b sensiblement parallèles aux plans des ailettes.
Les extrémités de chaque tronçon de tube 133 font saillie par rapport à une face du bloc, de manière à former des orifices d'admission et de sortie 135, 136 permettant d'établir les raccordements pour l'arrivée d'unfLuide de refroidissement, de la manière décrite précédemment,. Le bloc 132 forme une base pour le redresseur et, étant donné qu'il est disposé sous la pile d'éléments, le liquide de refroidissement qui peut fuir en ces points ne peut en aucun cas s'infiltrer dans la pile d'éléments.
La pile d'éléments 111 est formée de tronçons disposés chacun entre deux ailettes voisines d'une même paire, les ailettes étant'isolées électriquement des éléments de la pile par des couches Il 1, comme décrit précédemment. Comme montré, les ailettes sont relativement minces, et elles peuvent être forcées par de la tôle de cuivre; de sorte qu'ici encore des boulons 122 peuvent être utilisés pour maintenir les éléments de la pile assemblés' par serrage et pour fournir la pression réalisant l'intimité de contact désirée.
Toutefois, si les ailettes sont rigides et si elles sont venues de moulage avec le bloc, les portions de la pile peuvent être maintenues en place entre les paires d'ailettes voisines au moyen de cosses ou d'éléments de connexion élastiques disposés de préférence à- mi-distance sur la longueur de chaque portion, de façon que la surface de contact réduite avec les éléments voisins de la pile obtenue inévitablement avec une cosse de connexion élastique ne gêne pas le transfert de chaleur par conduction entre les éléments de redresser et les ailettes.
Les détails de réalisation peuvent être modifiés dans le domaine des équivalences techniques sans s'écarter de l'invention.
<Desc / Clms Page number 1>
The present invention relates to the cooling of dry rectifiers of the type whose active elements are in a "dry" or solid form under ambient temperature and pressure conditions (hereinafter referred to as "of the type described") comprising several rectifier elements. kept assembled by clamping with the interposition of connection lugs, to form a stack or column.
The capacity of these rectifiers from the point of view of current transmission is limited in large part by the heat generated by the passage of the current, and attempts have already been made to improve the cooling by immersing the rectifiers in oil, by passing air for cooling
<Desc / Clms Page number 2>
on the elements, which must then be separated from each other, and by providing cooling fins interposed between the elements and extending beyond their periphery for their cooling by atmospheric air or by a forced draft.
None of these means has proved to be very effective and, in particular in the case of rectifiers immersed in oil, the bulk is much greater. One of the aims of the invention is therefore to allow the production of a rectifier of the type described combined with cooling members of relatively compact arrangement and of greater efficiency than those indicated. previously.
The invention is embodied in a rectifier of the type described comprising at least one cooling device, this cooling device (or each cooling device) comprising a heat transfer member (such as a duct) made of material with satisfactory thermal conductivity, studied. to allow the passage of a cooling fluid and interposed between the cells of the cell in a manner which achieves satisfactory heat transfer.
Each cooling device may include a metal tube having planar surfaces parallel to each other in order to achieve satisfactory thermal contact with the stack of elements. The flattened tube can be fixed between a pair of parallel metal plates coming into contact with the faces of the neighboring elements of the stack between which the cooling device is housed.
This cooling device may be in the form of a flat metal casing provided with parallel faces, the interior of which are mounted baffles or deflectors, arranged 'so as to force the cooling fluid to follow a sinuous path during its passage through the device.
<Desc / Clms Page number 3>
With this arrangement, the baffles provide the necessary mechanical strength preventing the housing from sagging during; the assembly of the insane of the pile by tightening
Preferably, the cooling device is formed by a flat metal block in the thickness of which the duct is formed. In a cooling device of this type, the duct is formed by a certain number of grooves connected to each other, machined or otherwise formed in the surface of the block, a flat cover being fixed on this face, for example by welding, in order to complete the conduit. The coolant arrives at and leaves the conduit through hollow nozzles communicating with this conduit at one or each end of the block.
The faces of the cooling devices which, once the assembly has been completed, come into contact with the elements of the rectifier, preferably have the same shape and the same dimensions as those of the faces of the rectifier against which they are applied.
In the event that a cooling device must be electrically isolated from a neighboring rectifier element, a thin shower of electrically insulating material with good thermal conductivity can be placed between these two elements, either by spraying on the surface of the cooling device, or under shape of a thin leaf.
The cooling devices can be supplied with cooling fluid in series or in parallel, and preferably in the latter manner, in order to obtain uniform or regular cooling of the whole of the stack of elements, and an optimum process. to achieve this result consists in bringing them together in such a way that, when connected in parallel, the flow in one duct occurs in the opposite direction to the flow in the following duct.
<Desc / Clms Page number 4>
According to another possible embodiment of the object of the invention, the cooling device (or each -cooler device) is in the form of a plate or fin, part of which protrudes beyond the periphery of the rest. of the stack of elements, this protruding part being conjugoe to a duct or to a portion of a duct arranged in such a way, with respect to the plate or to the fin, that the passage of a cooling fluid through this duct ensures effective cooling of this wafer or this fin.
Preferably, the duct (or the portion of the duct) is substantially parallel to the plane of the plate or of the fin, in order to allow the cooling fluid passing through this conduit to be in thermal contact with this wafer or this fin by a . relatively large area of its surface. The duct (or the duct portion) can be formed for example by a bore formed in the thickness of the protruding part of the plate or of the fin, and this protruding part can then have a thickness greater than that of the rest of the plate, in order to be able to receive said conduit.
According to a variant, a metal tube or gutter can be fixed, for example by brazing or welding, in a position providing satisfactory heat transfer with the projecting part of the plate or of the fin.
In the case where several cooling devices are interposed at certain intervals between the elements of the stack * the protruding parts of each of the devices can together form a block, these protruding parts constituting integral elements of this block or of the fitted elements of which the together constitute the aforementioned block. A multiple cooler of this type can of course be obtained by inserting fins at the required intervals in a separate block. Several conduits crossed the block, preferably in directions substantially parallel to the planes of the fins.
<Desc / Clms Page number 5>
The cooling block and fins can be made by molding as a unitary assembly, the rectifying elements and the connection lugs being subsequently introduced between successive fins, and the elements of the stack once completed are then held together by tightening, for example by means of bolts passing through this stack.
According to yet another variant, the rectifying elements and the terminals can be held in place between the fins by an elastic pressure, obtained for example by using elastic terminals. This arrangement has the advantage that the rectifying elements and / or the terminals can then be replaced without having to remove the bolts passing through the stack.
The description which follows, given with reference to the appended drawings given without limitation, will make it possible to better understand the invention.
Fig. 1 is a front elevational view, in partial section, of a complete rectifier comprising cooling devices.
Fig. 2 is a side view on a larger scale of the upper part of one of the stacks of elements shown in FIG. 1.
Fig. 3 is a side view of a variant of a rectifier comprising cooling devices having a different shape in cross section.
Fig. 4 is a front view, in elevation, of one of the cooling or heat exchange devices shown in FIG. 3 with the cover removed to show the path followed by the duct.
Fig. 5 is a partial sectional view of the cooling device, taken along the line V-V in FIG. 4, with the cover fixed in place.
Fig. 6 shows yet another type of cooling device, with the cover partially broken away to show the interior.
<Desc / Clms Page number 6>
Fig. 7 is an end view with partial section of a rectifier comprising cooling devices according to another embodiment of the object of the invention.
Fig. 8 is a plan view of the same rectifier.
Fig. 9 is a side view with partial section of a rectifier according to yet another embodiment of the subject of the invention.
Fig. 10 is a plan view also with partial section of the rectifier shown in FIG. 9.
The rectifier shown in figs. 1 and 2 is formed of four stacks of separate elements 11a, 11b, 11c, 11d juxtaposed in a casing 12, each of the stacks being constituted in a manner well known per se by rectifier elements in the form of plates or rectangular metal strips 22 provided with a semiconductor coating and with a layer forming a counter-electrode, connection lugs 14 being interposed between the elements as required.
A cooling or heat exchange device, generally designated by the reference 15, is interposed between the elements of each cell approximately in the middle of its length, so that the same number of rectifying elements are arranged. on either side of the cooling device, so that the two ends of the stack are cooled to the same extent. The cooling device is formed by a metal tube 16, preferably of drawn copper, the initial circular section of which has been deformed by flattening in order to have parallel flats.
These flats ensure satisfactory thermal contact of the tube 16 with the flat metal plates 17 between which the tube is clamped, the plates 17 being electrically insulated from the aforementioned surfaces by sheets or layers 18 of electrically insulating material, having a conductive
EMI6.1
ity saH8IIh.C. ", ..... W. To further increase the surface of
<Desc / Clms Page number 7>
contact between the tube 16 and the plates 17, this tube is folded back on itself as indicated at 19 so as to form two branches inside the surface of the plates 17.
Overall shown in Figs. 1 and 2, the cooling devices of the juxtaposed cells are connected in series and, for this purpose, the tube 16 feeds a continuous duct going from the inlet port
20 to the outlet orifice 21, and it has the shape of a coil formed by a succession of elbows directed in the opposite direction, the elbows having a radius such that two branches of the tube are each time inside the tube. surface of stacks of elements.
The efficiency of a cooling system by conduction combined with a rectifier of the type described is mainly a function of the intimacy of the contact made between the rectifier elements and (or), the terminals and the element used to ensure the elimination. heat by conduction, and small air pockets remaining between the contacting surfaces have a marked detrimental effect on this performance. It is therefore desirable that the faces of the coolers be substantially planar and parallel, that the contact surfaces of the terminals have substantially the same area as the rectifier elements, and that the various members be held tightly together by clamping.
To satisfy the latter condition, each of the stacks is held between rigid end plates 22, which are preferably formed by relatively thick plates of the material sold under the name "Bakelite", these plates being held together by clamping. means of bolts 23 passing through insulating sleeves arranged in the stack at equidistant points, in order to obtain a uniform clamping pressure. Spacing wedges in the form of bushes 24 through which the bolts pass are arranged between the branches of the tube 16 and serve to hold this tube in the desired position, as well as to prevent it from being crushed under the effect of the pressure. Clamping.
<Desc / Clms Page number 8>
The cooling fluid, which is usually water since the feed is then easy, is brought to the inlet port 20 and, passing through the tube 16 to the outlet port 21 , it takes the generated heat from the rectifier. The flow rate of the coolant is controlled such that the increase in temperature of this coolant during its passage through the tube 16 is not great enough to significantly prevent the cooling effect of the cooling devices. heat exchange or parts thereof as one approaches the outlet.
The rectifier shown in fig. 3 is formed by a single stack of elements 13 between which are interposed lugs
14, the elements of this stack being held between rigid end plates 22 held together by bolts 23 in the manner previously described with reference to FIGS. 1 and 2 ; two cooling devices are here interposed between the elements of the cell.
These devices, which are designated by the reference
30, are arranged symmetrically with respect to the median transverse plane of the stack, so that there remains between one of the coolers and the adjacent terminal plate a number of elements equal to half the number of interposed elements between the two cooling devices, so that heat can be taken from any one of the elements for its transfer to the cooling devices without having to pass through a number of elements greater than a given number, this number being determined according to the permissible degree of heating of the elements.
The cooling devices 30 are combined with thin layers or sheets 31 of an electrically insulating material, arranged, on each side of the devices in order to electrically separate them from the stack, the aforementioned layers or sheets having satisfactory thermal conductivity.
If we refer to figs. 4 and 5, it can be seen that the cooling devices 30 are each formed by a block
<Desc / Clms Page number 9>
in a material such as brass or matrix aluminum, having substantially the same general shape as the rectifying elements 14, but a greater thickness. Several rectilinear grooves 33a ..... 33d are machined in one of the faces of this block, in a direction parallel to the long sides of the block, these grooves having a rectangular cross section as visible in fig.5.
The grooves are joined to each other in the vicinity of the small ones. sides of the block, so.que, when the aforementioned face of this block receives a cover, they form a duct corresponding to a path of great length relative to the surface of the block.
This face receives a flat cover 34, which is welded or fixed to the block in a suitable manner, adapted to the materials forming the block and the cover. Hollow end pieces communicate at 35 and 36 with the ends of the duct formed by the grooves, in order to serve as inlet and outlet ports for the passage of the cooling fluid through the cooling device. In fig. 4, the inlet and outlet orifices are both arranged on the same side of the block, but according to a variant of the distribution of the grooves, they can be located on different sides.
The terminal plates 22 extend downwards beyond the periphery of the stack, to form a support for two collecting conduits 37 and 38 (the first concealing the second in fig. 3) which extend parallel to the length. folds of elements. The meeting of the hollow ends 35 and 36 to the manifolds 37, 38 is ensured by flexible pipes 39, so that the two cooling devices are connected in parallel to the source of cooling fluid, and it is preferable that for one of the devices the end piece located at 35 is connected to the collector 37 and that the one located at 36 is connected to the collector 38, while for the other device the communications are reversed, the end piece located at 21 being connected to the collector 38 and the one located by being connected to the collector 37.
In this way the coolant flows through the ducts.
<Desc / Clms Page number 10>
of the cooling device is carried out in opposite directions, thus tending to reduce the temperature gradients in the planes of the cells of the cell. During operation, the coolant, which is usually water, is supplied to one of the manifolds, the other manifold then serving as a return conduit.
It will be understood that the use to form the cooling device of a block to which a cover is fixed considerably facilitates the production of flat and exactly parallel surfaces capable of coming into contact with the neighboring elements of the stack. As indicated above, it is extremely desirable that these surfaces be flat and parallel, in order to eliminate air pockets which may be formed between them and neighboring elements of the stack.
The removal of the aforementioned air pockets can be achieved to an even greater extent by applying a suitable compound to the faces of the coolers, the major part of the compound being forced out under the effect. of the clamping passion and the rest filling the aforementioned pockets -or alveoli in which the air would be retained. The compound used for this purpose must obviously have a higher thermal conductivity than that of the air which it replaces.
The compact assembly tightly assembled by clamping thus obtained lends itself in a particularly easy manner to protection against the harmful effects of the atmosphere, by encapsulation in a suitable plastic compound. When it is intended to work in a high temperature environment, this set can be mounted in a thermo-insulating box, in order to prevent it from taking heat from the surrounding environment.
The embodiment of the cooling device shown in FIG. 6 comprises a base 40 formed by a die-cast or die-cast part of aluminum, having the form of a box open at its upper part and having internal partitions forming baffles. Bosses provided in this base define holes 43 through which the bolts pass.
<Desc / Clms Page number 11>
used to hold the elements of the stack assembled by clamping.
A metal cover 44 is fixed on the base so as to cover its open upper part, the assembly then being in the form of a closed flat case with flat parallel faces. Inlet and outlet pipes 45 and 46 communicate with the interior of the housing at its opposite ends. The baffles 43 are arranged such that the stream of coolant passing through the interior of the housing is forced to follow a meandering path, which ensures a satisfactory distribution of this coolant. The baffles are also used for. reinforce the casing to prevent its sagging under the effect of clamping pressure.
The rectifier shown in figs. 7 and 8 comprises a cell 1-.11, formed in a manner known per se of rectifying elements in the form of rectangular metal plates 112 provided with a semiconductor coating and a layer forming a counter-electrode, connection terminals 113 being interposed as needed between the elements.
Two cooling devices 114 are interposed between the elements of the cell 111 and are arranged symmetrically with respect to the median transverse plane of this cell, so that there remains between each cooling device and the neighboring end of the cell a number of 'rectifying elements equal to half the number of elements lying between the two devices. These two devices are identical, and they form, over most of their surface, plates with 4 smooth parallel faces making thermal contact with the neighboring elements of the cell through their layers115 of electrically insulating material having satisfactory thermal conductivity. .
The layers 115 may be in the form of sheets or coatings applied by spraying to the thermal contact surfaces of the coolers.
<Desc / Clms Page number 12>
The parts 116 of the coolers 114 protrude beyond the periphery of the stack on opposite sides thereof, these protruding parts having a thickness greater than that of the wafers themselves to be able to receive in their thickness conduits serving. to the flow of a cooling fluid passing through the devices. As shown, the cooling devices 114 are formed by molded metal parts, and the conduits are formed in the protruding parts by embedding in the molding sections of tube 117, each section of tube being folded back on itself to form. two branches
118a, 11b inside each protrusion, the inlet and outlet ports 119, 120 being on the lower edge of the cooler.
Several separate conduits are provided, one conduit being housed in each protruding portion 116 of each cooler il ±. These conduits can be connected in a number of different ways, to allow the passage of a cooling fluid such as water. Thus, the inlet and outlet ports 119, 120 of each duct can be connected. respectively to collectors, in order to ensure a flow in parallel through the conduits, or they can be connected in series, so that the cooling fluid passes first in one of the conduits, then in the other.
According to a variant, the flow can be ensured partially in series and partially in parallel. Providing protruding portions in conjunction with conduits on both sides of the coolers allows greater temperature uniformity in the stack to be achieved than if a protruding portion were provided on one side only.
The position of the inlet and outlet ports 119, 120 at the bottom of the cooling device is important.
In fact, when using a coolant such as water, leaks that may occur at these points cannot
<Desc / Clms Page number 13>
not thus be the cause of an infiltration of the liquid in the pile of elements.
The efficiency of a cooling system by conduction of the rectifiers of the type described being largely a function, as indicated previously, of the intimacy of the contact obtained between the rectifier elements and (or) the terminals and the member used. to remove excess heat, the small air pockets remaining between the cooperating surfaces have a marked detrimental effect on this efficiency. Again, it is desirable that the thermal contact surfaces of the coolers be flat and parallel and that the elements of the rectifier be held tightly together by clamping.
Again, the stack 111 is held between relatively thick rigid terminal plates 121, which are preferably formed by the material sold under the name "Bakelite", and which are held together by clamping by means of bolts 122 passing through the stack at several equidistant points to ensure even distribution of clamping pressure.
The coolers can be of any metal having good thermal conductivity, but they are preferably made of aluminum, since this metal is relatively ductile, so that they can be brought by pressure into intimate contact with the surfaces of the elements of the cell. pile between which they are arranged.
Referring now to the embodiment shown in Figs. 9 and 10, it can be seen that the cooling is provided by parallel fins 130 spaced apart from each other, three sides of which adapt to the profile of the rectifying elements 112, but which protrude downwards on the fourth side beyond the periphery of the stack of elements, the projecting parts 131 being embedded in a thin block 132 of cast metal, so as to achieve a satisfactory heat transfer with this block. Sections of tubes 133 are also embedded in the block,
<Desc / Clms Page number 14>
each section being folded back on itself to form two duct branches 134a, 134b substantially parallel to the planes of the fins.
The ends of each tube section 133 protrude from a face of the block, so as to form inlet and outlet ports 135, 136 making it possible to establish the connections for the arrival of a cooling fluid, the manner described above ,. The block 132 forms a base for the rectifier and, given that it is placed under the stack of elements, the coolant which may leak at these points cannot in any case infiltrate the stack of elements.
The stack of elements 111 is formed of sections each arranged between two neighboring fins of the same pair, the fins being electrically insulated from the elements of the stack by layers II 1, as described above. As shown, the fins are relatively thin, and they can be forced by copper sheet; so that again bolts 122 can be used to hold the cell elements together by clamping and to provide the pressure achieving the desired privacy of contact.
However, if the fins are rigid and if they have been molded with the block, the portions of the stack can be held in place between the pairs of neighboring fins by means of thimbles or resilient connection elements arranged preferably at - mid-distance along the length of each portion, so that the reduced contact surface with the neighboring elements of the stack inevitably obtained with an elastic connection terminal does not hinder the transfer of heat by conduction between the elements to straighten and the fins.
The details of realization can be modified in the field of technical equivalences without departing from the invention.