Brevet FR2312858A1 — publié le 19761224

La présente invention se rapporte à un bottier de refroidissement destiné a' un thyristor, comprenant un noyau cylindrique a' base d'une matière thermoconductrice et dans lequel des voies d'écoulement s'étendent au moins approximativement dans un plan au moins, chaque plan se trouvant dans le voisinage d'une surface frontale du noyau étant au moins presque parallèle à celle-ci et à une surface de transmisssion de chaleur correspondante qui sert å la liaison thermoconductrice avec un thyristor, deux évidements dans lesquels débouche une ouverture d'adnissìon ou d'échappement, étant présents dans le noyau et les voies d'~coulement s'étendant d'un évidement à l'autre dans chaque plan. Ces bottiers de refroidissement servant en particulier à refroidir. des thyristors on pastilles sont décrits dans la demande de brevet allenand n0 2 160 302. bans ces bottiers de refroidissement, on a pratiqué, dans le noyau cylindrique, en tant qu'évidements, des ouvertures s'étendant d'une surface frontale du noyau à l'autre. Sur chaque surface frontale, on a posé un couvercle dont la surface éloignée du. noyau forme la surface de transmission de chaleur prévue pour la liaison avec le thyristor et dont la surface orientée vers le noyau comprend des rainures concentriques et annulaires en tant que voies d'écoulement. Le noyau cylindrique et les couvercles munis de voies d'écoulement sont maintenus ensemble d'une manière étanche au liquide par des assemblages rivetés annulaires.Ces boîtiers de refroidissement servant c refroidir différents thyristors en pastilles montés et erres entre deux bottiers de refroidissennent, ou sont utilisés dans des colonnes dites de thyristors pour refroidir plusieurs thyristors en pastilles, ces thyristors en pastilles étant disposés côte à côte et serrés dans une colonne de thyristors de ce type, un corps de refroidissement étant inséré de chaque côté d'un thyristor en pastille et contigu à ce dernier par na surface de transmission de chaleur. Une colonne de thyristors de ce type est décrite, par exemple, dans la demande de brevet allemand n0 1 914.?90 Dans le bottier de refroidissement connu, toutes les pièces de construction sont fabriquées sur des tours automatiques et ne nécessitant qu'un usinage ultérieur# sur des perceuses. En dépit de cette grande automatisation, la fabri- cation du boîtier de refroidissement connu est relativement conteuse. En particulier, la fabrication des surfaces de contact soulève des difficultés, car ces surfaces de contact doivent être planes et parallèles entre elles. su général, il est nécessaire de soumettre le bottier de refroidissement déjà riveté à un procédé de rectification pour satisfaire à cette exi- gence. Par conséquent, une autre opération coûteuse tant du point de vue mécanique que du point de vue de la main-d'oeuvre est indispensable. La présente invention a pour objet un boîtier de refroidissement du type mentionné ci-dessus, qui puisse être fabriqué simplement, en particulier en série. Cet objet est réalisé, conformément à l'invention, grâce au fait que les évidements sont pratiqués dans l'enveloppe du noyau cylindrique, qu'au moins une surface frontale du noyau est conçue comme une surface de transmission de chaleur, que les voies d'écoulement sont des perçages au moins partiel-. lement rectilignes et que le noyau est entouré d'une pièce de forme cylindrique et creuse qui recouvre les évidements, dans laquelle sont réalisées les ouvertures d'admission et d'échap-l pement et qui est reliée au noyau de façon étanche à l'agent de refroidissement. Dans le boîtier de refroidis#sement conforme à l'invention, le noyau cylindrique est découpé à partir d'une barre cylindrique et peut déjà autre usiné de façon que ses surfaces frontales formant les surfaces de transmission de chaleur soient planes et parallèles entre elles. Les évidements disposés en particulier symétriquement au centre du noyau et agissant comme des collecteurs d'agent de refroidissement, peuvent ensuite. être fraisés, par exemple, sous la forme de rainures, dans l'enveloppe du noyau et il est ensuite nécessaire uniquement de réaliser, à l'aide d'une perceuse , les alésages reliant les évidements à la façon de voies d'écoulement.Ces alésages peuvent s'étendre rectilignement d'un évidement à l'autre à travers le noyau ou selon les cordes du noyau, situées à l'extérieur de lazone des alésages, et sont reliés l'un à l'autre par des rainures pratiquées dans l'enveloppe du noyau. Dans la forme de réalisation citée en dernier lieu, on obtient une ou plusieurs voies d'écoulement s'étendant en zig-zag ou en méandres et dont la longueur peut être modifiée par un tracé correspondant des alésages. En outre, les diamètres des alésages peuvent être différents, ce qui permet d'améliorer l'élimination de la chaleur, en particulier au voisinage du centre du bottier de refroidissement.De même, la fabrication de la pièce de forme -creuse et cylindrique ne soulève aucune difficulté, car elle doit être simplement découpée à partir d'un profilé correspondant et doit être munie d'ouvertures pour l'admission et l'échappement qui s'alignent sur les évidements du noyau. L'asassemblage étanche à l'agent de refroidissement entre le noyau et la pièce de forme creuse et cylindrique peut être réalisé par collage ou soudage, ou bien le noyau et la pièce de forme creuse et cylindrique peuvent présenter, dans le voisinage de chacune de leurs surfaces frontales, une rainure annulaire qui est au moins approximativement parallèle aux surfaces frontales, chaque rainure du noyau et chaque rainure de la pièce de forme creuse et cylindrique coïncidant l'une avec l'autre, un anneau de matière synthétique, qui relie ensemble le noyau et la pièce de forme , s'engageant étroitement dans les rainures co#nci- dentes. Aucun des stades de fabrication précités n'exige une dépense particulière en main-d'oeuvre ou machines, du fait qu'on procède en particulier au simple usinage des surfaces frontales du noyau pour éviter les écarts à partir de l'état plan et les écarts à partir du parallélisme des surfaces de transmission de chaleur et qu'on exécute le simple assemblage, étanche à l'agent de refroidissement, des deux pièces de construction Par conséquent, une fabrication en série peu coûteuse du boi- tier de refroidissement est possible. Au surplus, le bottier de refroidissement conforme à l'invention peut encore être conçu, sans dépense de construction supplémentaire spéciale, par simple modification du diamètre des différents alésages ou au moyen d'un tracé correspondant des alésages pour un grand débit d'agent de refroidissement, par exemple, de plus de 10 1/minute, ou pour un petit débit d'agent de refroidissement, par exemple, de moins de 2 1/minute, et des zones particulières des surfaces de transmission de chaleur peuvent être refroidies plus intensément par le choix de différents diamètres d'alésages.Enfin, le boîtier de refroidissement conforme à l'invention peut être fabriqué en cuivre, en aluminium ou en acier inoxydable, de sorte qu'il peut être utilisé simultanément pour la conduction de courant, tel que ceci est nécessaire dans le montage en série de thyristors en pastilles, ou bien le bottier de refroidissement peut être réalisé à partir d'une matière céramique électriquement isolante et thermoconductrice, comme par exemple de l'oxyde d'aluminium Al203 ou de l'oxyde de béryllium BeO, et peut servir par conséquent également d'isolateur. Le-boîtier de refroidissement conforme à l'invention est décrit en détail ci-après, à titre d'exemple non limitatif à l'aide des figures 1 à 4 illustrant différents exemples de réalisation pour lesquels des pièces de construction identiques sont désignées par les mêmes références numériques. La figure la est une vue en coupe d'un boîtier de refroidissement conforme à l'invention. Un noyau cylindrique 1 est relié de façon étanche à l'agent de refroidissement, à une pièce de forme creuse et cylindrique 2 qui comprend une ouverture d'admission 2a et une ouverture d'échappement 2b dans lesquelles des tubulures de remplissage va et 3b sont insérées. Dans l'enveloppe lc du noyau cylindrique 1, on a pratiqué les évidements 4a et 4b qui servent de collecteurs d'agent de refroidissement et dans lesquels débouchent les ouvertures d'admission et d'échappement 2a et 2b. Les évidements 4a et 4b sont reliés l'un à l'autre par des alésages 5 qui dans l'exemple de réalisation de la figure 1, sont re-ctilignes d'un évidement à l'autre à travers le noyau 1.Dans l'exemple de réalisation, les diamètres des# alésages 5, qui se situent au voisinage du centre du noyau 1, sont plus grands, de sorte qu'il en résulte, au centre, une transmission de chaleur plus intense qui provoque une évacuation de chaleur plus grande et qui, par conséquent, est adaptée en particulier au refroidissement d'un thyristor en pastille. La figure lb est une coupe établie le long de la zone Ib-Ib de la figure la. Cette figure montre en particulier la forme du noyau cylindrique 1. Le boîtier de refroidissement de l'exemple de réalisation est conçu pour refroidir des thyristors en pastilles qui sont pressés sur les surfaces frontales'la et lb du noyau, de part et d'autre du corps de refroidissement. Pour refroidir ces deux surfaces frontales la et lb servant de surfaces de #transmission de chaleur, on a percé des alésages 5 dans deux plans a et b , chaque plan a ou b étant rattaché à une surface frontale la ou lb et s'étendant pratiquement parallèlement à cette surface frontale. Dans l'exemple de réalisation, des rainures en forme d'évidements 4a et 4b sont fraisées dans l'enveloppe lc du noyau :1, de sorte que ce noyau 1 a la forme d'un double T. Comme la fabrication du corps de refroidissement conforme à l'invention a déjà été décrite, il suffit simplement de mentionner ici une nouvelle fois que, dans le boîtier de refroidissemen-t conforme à l'invention, les surfaces frontales la et lb peuvent être exécutées à l'état plan et parallèles entre elles sans dépense mécanique particulière et sans autre opération prenant du temps, que les évidements 4a et 4b, qui, se trouvent dans l'enveloppe du noyau 1, peuvent être fraisés comme des rainures en une seule opération de travail et enfin que les alésages 5 peuvent aussi être percés au moyen d'une perceuse en une seule opération de travail. Par conséquent, la fabrication du boîtier de refroidissement conforme à l'invention est peu coûteuse et extrêmement économique. : La figure 2a est une vue latérale du noyau cylindrique d'un autre exemple de réalisation.Les alésages 5 sont, dans chaque plan a ou b, presque parallèles à la surface interne 6a ou 6b des évidements 4a ou 4b, le long des cordes Sa du noyau qui ne sont pas an contact avec les évidements. Les alésages 5 sont reliés l'un à l'autre par des rainures 7 ou 8 pratiquées dans l'enveloppe lc du noyau 1 , de sorte que l'on obtient une voie d'écoulement en zig-zag à travers le noyau 1. Simultanément, les rainures 7 s'étendent chacune entre deux alésages voisins 5 dans un plan a ou b et les rai-' nures 8 relient chacun deux alésages 5 qui se trouvent dans des plans différents a ou b du noyau. Dans les rainures 7 et 8, la paroi interne du cylindre creux 1 sert de recouvrement au canal de l'agent de refroidissement. Grâce à cet exemple de réalisation, il est possible de régler la longueur de la voie d'écoulement pour l'agent de refroidissement et de modifier ainsi le débit d'agent de refroidissement et la chute de pression dans le boîtier de refroidissement par des moyens simples. La figure 2b est une coupe selon IIb-IIb dans le plan a de la figure 2a. Cette figure montre le tracé en zigzag ou en méandres de la voie d'écoulement définie par les rainures 7 et 8 et par les alésages 5 s'étendant en ligne droite le long des cordes Sa. La figure indique également la position des rainures 7 et 8 par lesquelles les alésages 5 du plan a ou entre les plans a et b sont reliés. Les rainures 7 du plan b sont représentées par des lignes interrompues. Les alésages 5 sont raccordés aux évidements 4a et 4b par des ouvertures supplémentaires 9 présentes dans la surface interne 6a ou 6b de ces évidements 4a ou 4b, si bien que la voie d'écoulement s'étend d'un évidement à l'autre.Il faut souligner que, dans cette forme de réalisation également, un refroidissement plus intense d'une zone déterminée des surfaces de transmission de chaleur la ou lb peut être obtenu en raison des diamètres différents des ouvertures. La figure 3a est une vue latérale d'un autre exemple de réalisation d'un noyau 1. Dans cet exemple de réalisa tion également, on a prévu un tracé en zig-zag de la voie d'écoulement pour l'agent de refroidissement, dans laquelle les alésages 5 sont reliés l'un à l'autre par des rainures 7 ou 8 présentes dans l'enveloppe du noyau cylindrique 1. Toutefois, dans cet exemple de réalisation, on a prévu un alésage supplémentaire 10 qui est pratiqué à travers le noyau 1 à l'extérieur des plans a et b. Cet alésage 10 est raccordé, par l'intermédiaire d'une rainure 8a à une extrémité, à un alésage 5 dans le plan a et, par une rainure 8b à son autre extrémité, à un alésage 5 dans le plan b. Grâce à ces alésages supplémentaires 10, on peut faire en sorte, par exemple, que les conduits â'ame- née 9 se situent, comme le montre la figure Sa, dans des plans différents a et b et on peut former, à l'aide de ces alésages, supplémentaires 10, également plusieurs voies d'écoulement dans le noyau 1, voies qui sont indépendantes les unes des autres et en forme de zig-zag ou de méandres. La figure 3b, qui est une coupe selon IIIb-IIIb de la figure fa, montre le tr#acé en zig-zag de la voie d'écoulement et les rainures 7 et 8, les, rainures 7 du plan b étant de nouveau représentées par des lignes interrompue. En résumé, il faut encore souligner, en ce qui concerne les figures 1 à 3, que le noyau cylindrique 1 et la pièce de forme creuse et cylindrique 2 peuvent titre fabriqués en cuivre, en aluminium ou en acier inoxydable, par exemple l'acier Cr-Ni. On obtient ainsi un bottier de refroidissement qui est électriquement conducteur et qui peut aussi être inséré, pour la conduction de courant, entre des thyristors en pastilles pressés sur les surfaces de refroidissement la et lb. Le noyau 1 et la pièce de forme 2 peuvent toutefois être fabriqués également, sans difficultés, à partir d'une matière céramique thermoconductrice présentant une haute résistance électrique, par exemple, de 1'oxyde d'aluminium ou de l'oxyde de béryllium. Ce bottier de refroidissement agit par ailleurs comme un isolateur entre les thyristors en pastilles pressés sur les surfaces de refroidissement.Tout liquide de refroidissement approprié, en particulier, de l'eau également, peut autre utilisé comme agent de refroidissement, les bottiers de refroidissement se composant d'une matière céramique électriquement isolante et thermoconductrice offrant un avantage supplémentaire, en ce sens que de l'eau brute peut titre utilisée, car un écoulement de courant électrique n'est pas à craindre en raison des propriétés d'isolation du boîtier de refroidissement. Aux figures 4a a' 4c, on a représenté différents exemples de réalisation de l'asssemblage étanche à l'agent de refroidissement entre le noyau 1 et la-piece de forme creuse et cylindrique 2, assemblage dont la hauteur a une dimension telle qu'elle recouvre les évidements 4a ou 4b. L'exemple de réalisation de la figure 4a est une coupe partielle d'un boî- tier de refroidissement conforme l'invention. le noyau 1 et la pièce de forme 2 sont collés l'un contre l'autre par l'in termédiaire d'une couche 11 qui recouvre la paroi interne en- trière de la pièce façonnée 2.Comme colle pour cette couche 11, on peut utiliser toute colle résistant à la chaleur, reliant les létaux ou les pièce de matière céramique La colle disponible dans le commerce eous la dénomination de "Loctite 74/n" a donné de bons résultats. La coupe d'une partie du bottier de refroidissement conforme à l'invention, représente à la figure 4b, montre un assemblage par soudure entre le noyau 1 et la pièce de forme 2. Dans l'exemple de réalisation, le bord de la paroi interne du cylindre creux 2 est chanfreiné, de sorte qu'il en résulte une cavité que l'on remplit d'un cordon de soudure tendre. Cette cavité peut aussi être définie par un autre façonnage ou un recouvrement entre le noyau et la pièce de forme peut également être prévu pour le soudage. L'assemblage au moyen d'une soudure tendre peut se faire lorsque le noyau et la pièce de forme sont en cuivre, en aluminium ou en oxyde d'aluminium. La coupe de la figure 4c représente un exemple de réalisation dans lequel des rainures annulaires 13 ou 14 sont formées tant dans le noyau 1 que dans le cylindre creux 2 au voisinage de chaque surface frontale la et lb, de telle sorte que les rainures annulaires 13 et 14, qui se trouvent à proximité de la même surface frontale la ou lb, coïncident lorsque le boîtier de refroidissement est assemblé. La rainure annulaire 14 est munie d'alésages 15 par lesquels une matière synthétique durcissable 16 peut être introduite dans la rainure annulaire. Grâce à la matière synthétique durcissable, on forme des anneaux 16 qui s'engagent étroitement dans les rainures 1n et 14 alignées l'une sur l'autre et qui garantissent un as semblas, étanche à l'agent de refroidissement, des deux pièces de construction 1 et 2. Cet assemblage convient en particulier à l'aluminium, au cuivre et à l'acier inoxydable utilisé pour la fabrication du noyau 1 et du cylindre creux 2. Comme matière synthétique pour cet assemblage que l'on peut aussi dénommer assemblage par contraction, on peut utiliser toute matière synthétique durcissable disponible dans le commerce. En particulier, la matière synthétique que l'on peut obtenir dans le commerce sous la dénomination Loche" a donné de bons résultats. R E V X N D I C A T I O N S 1. Bottier de refroidissement destiné à un thyristor,.comprenant un noyau cylindrique à base d'une matière thermoconductrice et dans lequel des voies d'écoulement s'étendent au moins approximativement dans un plan au moins a chaque plan situé dans le voisinage d'une surface frontale du noyau étant au moins approximativement parallèle à celle-ci et à une surface de transmission de chaleur correspondante qui sert à la liaison thermoconductrice avec un thyristor, deux évidements, dans lesquels débouche une outerture d'admission ou d'échappement, étant pratiquOs dans le noyau et les voies d'écoulement s'étendant d'un évidement à l'autre dans chaque plan, caractérisé en ce que les évidements (4a, 4b) sont pratiqués dans l'enveloppe (lc) du noyau cylindrique (1) en ce qu'au moins une surface frontale (la, lb) du noyau; est conçue comme une surface de transmission de chaleur ; en ce que les voies d'écoulement sont des alésages (5) au moins partiellement rectilignes. ; et en ce que le noyau est entouré d'une pièce de forme creuse et cylindrique (2) qui recouvre les évidements, dans laquelle sont pratiques des ouvertures d'admission ou d'échappement (2a, 2b) et qui est reliée au noyau de façon étanche à l'agent de refroidissement (11, 12,16), 2. Bottier de refroidissement suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que chaquq alésage (5) s'étend rectilignement d'un évidement (4a, 4b) à l'autre. 3. Boîtier de refroidissement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque alésage (5) s'étend rectilignement le long d'une cordé (5a) qui se situe à l'extérieur de la zone des évidements (4a, 4b) ; et en ce que les alésages voisins sont reliés l'un à l'autre par l'intermédiaire de rainures (7,8) pratiquées dans l'enveloppe (1e) du noyau (1). Boîtier de refroidissement suivant la revendica tion. 3, caractérisé en ce que les alésages (5) se situant dans différents plans (a , b) sont reliés mutuellement par des rainures. (8) pratiquées dans l'enveloppe (tic) du noyau (1)* 5. Boîtier de refroidissement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les alésages (5) ont des diamètres différents. 6. Bottier de refroidissement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le noyau (1) et la pièce de forme creuse et cylindrique (2) sont collés l'un contre l'autre. 7. Bottier de refroidissement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le noyat (1) et la pièce de forme creuse et cylindrique (2) sont -soudés (12) l'un à l'autre. 8. Bottier de refroidissement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le noyau (1) et la pièce de forme creuse et cylindrique (2) sont dotés, dans le voisinage de chaque surface frontale (la, lb) d'une rainure annulaire (13, 14)qui s'étend au moins approximativement parallèlement aux surfaces frontales (1a, 1b) ; en ce que les rainures annulaires du noyau et de la pièce de forme creuse et cylindrique coïncident ; et en ce qu'un anneau de matière synthétique (16) , qui relie le noyau et la pièce de forme l'un à l'autre, est introduit à force dans les rainures coincidentes. 9. Bottier de refroidisement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le noyau (1) est fabrique en une matière céramique thermoconductrice dont la résistance électrique est élevée.