CN105706540B - 用于电气或电子设备的冷却装置以及包括这样的冷却装置的电气或电子设备尤其是断路器 - Google Patents

Abstract

一种对电气或电子设备进行冷却的冷却装置，包括至少部分空心的本体，该至少部分空心的本体容纳有制冷剂并且具有多个导电部。每个导电部具有适于与电气或电子设备的相应的导电部分可操作地相关联的对应耦接部分，其中，至少部分空心的本体进一步包括一个或更多个电绝缘部。每个电绝缘部在两个相邻导电部之间被定位并且与这两个相邻导电部彼此电绝缘。

Description

用于电气或电子设备的冷却装置以及包括这样的冷却装置的 电气或电子设备尤其是断路器

技术领域

本公开内容涉及用于电气或电子设备的冷却装置，并且涉及包括这样的冷却装置的电气或电子设备尤其是断路器。

背景技术

根据本公开内容的冷却装置尤其适于具有断路器的应用，并且不旨在其可能的任何方式的应用领域中的情况下，下文中将通过具体参照这样的应用来描述该冷却装置。

在电气或电子应用领域中公知的是使用冷却解决方案。

事实上，在操作期间，电气或电子设备受到加热并且必须被冷却以避免过高温度，如果不进行冷却，则过高温度可能会导致使设备的性能和可靠性降级甚至会使设备发生故障。

例如，已知使用断路器，其被例如安装到配电盘中，并且该断路器的输入端子和输出端子通过一个或更多个导电部件或部分被连接到相关联的配电线路。

考虑断路器的装配和与其相关联的部分或部件的装配，可以将每个断路器极或支路示意性表示为通过彼此串联布置的元件构成的电路链。在这样的电路链中，每个元件贡献于使电阻增加(或者类似地使整体导电性降级)，从而由于焦耳效应构成热的潜在源。

在(例如由铜制成的)各个导电部中和在各个导电部上的每个现有电耦接处均生成不期望的热。各个接合点引入其他微中断(micro-discontinuities)，其中可以发现电阻的显著局部增加。

显然，由于这些分散体而生成的热贡献于温度增加，但是，由于应当使断路器的温度和内部安装有断路器的配电盘的温度保持在预定义的操作限制内，所以在导电通路中电阻的任何不期望增加迫使对可由设备汲取的电力进行限制并且能够对断路器本身的操作产生负面影响。

具体地，(与理论标称容量相比较)，除了与降额相关联的约束之外，实际可用的最大负荷的分数通常以基于安装的总有效条件的“降额(de-rating)”系数的形式表示，因此希望使断路器的工作温度保持在较低水平处。公知的事实是，工作温度越高，断路器的寿命(或其较灵敏部件的寿命)越短。

通常，根据各种冷却解决方案以及取决于各种应用来解决这种问题。

例如已经使用了具有或不具有强制对流的空气冷却系统。最近的解决方案已被设计为热管或热虹吸冷却系统，在专利文献EP2552182和EP2256772中描述了这样的解决方案的示例。

尽管这些已知的解决方案无疑提供了一些改进，但仍有空间并且需要进行进一步的改进。

发明内容

因此，本公开内容的主要目的是提供以下解决方案：进一步改进对相关联的电气或电子设备尤其是断路器的冷却以及对在其内部可以使用断路器或电气或电子设备的电气配电盘的冷却。

这个目的通过对电气或电子设备进行冷却的冷却装置来实现，其表征为：该冷却装置包括至少部分空心的本体，该至少部分空心的本体容纳有制冷剂并且具有多个导电部，所述多个导电部中的每一个具有适于与所述电气或电子设备的相应的导电部分可操作地相关联的对应耦接部分，其中，所述至少部分空心的本体进一步包括一个或更多个电绝缘部，所述一个或更多个电绝缘部中的每一个在所述多个导电部的两个相邻导电部之间被定位并且与两个相邻导电部彼此电绝缘。

具体地，如根据以下描述将会变得明显的是，根据本公开内容的冷却装置使得能够利用单个热虹吸冷却系统对处于不同电位的多个热源进行有效冷却，同时保持不同电位之间电绝缘。

附图说明

另外的特征和优点将从对根据本公开内容的设备的仅通过非限制性示例借助于附图所示出的一些优选实施方式但并非排他性实施方式的描述而变得更加明显，在附图中：

图1是示意性示出根据本公开内容的与相关联的电气或电子设备耦接的示例性冷却装置的立体图；

图2是示意性示出图1的冷却装置的一部分的示例性实施方式的横截面；

图3和图4是示意性示出根据本公开内容的冷却装置的示例性部分的立体图；

图5是示出在图3中所示的部分的示例性实施方式的横截面；

图6和图7示意性示出了根据本公开内容的冷却装置的一部分的两个示例性布局；

图8是示出根据本公开内容的冷却装置的与图6所示的示意性布局一致的一部分的示例性实施方式的立体图；

图9是图8的平面图。

图10是示意性示出根据本公开内容的冷却装置的与图6所示的示意性布局一致的一部分的另一示例性实施方式的平面横截面图；

图11是表示与根据本公开内容的冷却装置耦接的断路器的立体图；

图12是表示容置有断路器的配电盘的示意性立体图，该断路器设置有例如图1所示的冷却装置。

具体实施方式

在以下详细描述中应当注意，从结构角度和/或功能性角度来看，相同或类似的部件具有相同的附图标记，而不管它们是否在本公开内容的不同实施方式中被示出；还应当注意，为了清楚且简洁地描述本公开内容，附图不一定是按比例绘制，并且本公开内容的某些特征可以以某种示意形式示出。

此外，在本文中当引用作为整体的任何部件或引用部件的任何部分或引用部件的整体组合或甚至引用部件的组合的任何部分时使用术语“适用于”或“布置成”或“配置成”或“成形为”的情况下，需要理解的是，这样的术语相应地意指并包含其相关部件或部分或者其部件或部分的组合的结构和/或配置和/或形式和/或定位。

图1示意性地表示根据本公开内容的可操作地与冷却装置1(以下简称为“装置1”)耦接的电气或电子设备100。

尤其地，根据本公开内容的装置1包括至少部分空心的本体；至少部分空心的本体包含制冷剂2并且具有多个(即两个或更多个)导电部3，该导电部3还可导热。该多个导电部中的每个导电部3具有适于与电气或电子设备100的对应导电部分101可操作地相关联尤其是热接触的相应耦接部分4。

此外，至少部分空心的本体包括一个或更多个电绝缘部5，每个电绝缘部在多个导电部中的两个相邻导电部3之间被定位并且与两个相邻导电部3彼此电绝缘。

显然，在两个相邻导电部3之间可以存在有一个以上的电绝缘部5。

在实践中，所插入的一个或更多个电绝缘部5在作为整体向冷却装置提供结构连续性的同时在导电部之间提供电绝缘。

在所示的示例性实施方式中，导电部3优选地由选自由铝、铜、钢或含有这样的材料例如黄铜的合金组成的组中的材料制成。

根据第一实施方式，一个或更多个电绝缘部5由聚合物树脂例如HCEP(疏水脂环族环氧树脂)类型的环氧树脂如基于主要成分和的环氧树脂制成。

尤其地根据这个实施方式并且例如图3和图5所示，由环氧树脂制成的一个或更多个电绝缘部5被模制在相邻的两个导电部3的对应端部上方和之间。

根据第二实施方式，例如图4所示，每个电绝缘部5由陶瓷材料如基于氧化铝的材料制成。在本实施方式中，例如每个绝缘部采取陶瓷绝缘体的形式，在该陶瓷绝缘体上，相关联的两个相邻导电部3的对应端部被连接例如被焊接。

可以在装置1中使用的合适的陶瓷绝缘体例如基于商标被商品化。

接下来，制冷剂2是电介质制冷剂流体，合适的工作流体的非限制性示例是制冷剂如氢氟烃如R245fa、R134a、R1234ze、R1234yf或氟化液体等。

然而，市场上现有的任何合适的材料均可以用于导电部3、电绝缘部5和制冷剂2，此外，甚至可以使用不同材料的组合或混合。

根据应用尤其是相关联的电气或电子设备100的耦接部分101的数目，装置1可以具有任何合适数目的具有其相应的耦接部分4的导电部3和相应合适数目的电绝缘部5。

例如，图3和图4示出了其中(部分地)描绘了两个导电部3和电绝缘部5的基本示例，该电绝缘部5被插入在两个导电部3之间并且与两个导电部3彼此电绝缘。

此外，装置1可以根据不同布局被成形为使得适合于不同的应用。

例如，图6示意性示出了装置1的一部分，其中至少部分空心的本体具有如以U形结构布置的至少一部分20，所述一部分20具有如按交替顺序彼此串联定位的多个导热部3和一个或更多个电绝缘部5。

该布局可以用于例如在将电气或电子设备100的导电部分101在水平方向上定位的情况。

图7示出了其中空心的本体具有至少如下一部分的另一示例性布局，所述一部分被布置成使得多个导电部3中的至少两个导电部3如导电部3A-3B以及导电部3C-3D被定位成彼此平行。

在这个实施方式中，一些导电部3还可以彼此串联，例如，导电部3A、电绝缘部5A和导电部3C被布置成彼此串联，以及导电部3B、电绝缘部5B和导电部3D被布置成彼此串联。

此外，为了更好地机械适应相关联的电气设备，并且在图示的实施方案中的任一实施方式中，至少部分空心的本体可以包括仅在图6和图7中由附图标记7示意性表示的一个或更多个柔性部分例如金属波纹管。

图1至图2和图8至图10示出了根据本公开内容的冷却装置1的一部分的一些示例性构造性实施方式。

具体地，如其中所示，至少部分空心的本体包括：如U形的导管形部分20，该导管形部分20可以如借助于组装在一起的多个单独部分或以单件形式来模块化实现，并且沿着导管形部分20布置了具有其耦接部分4的导电部3和电绝缘部5；以及冷凝器部分21，该冷凝器部分21可以包括例如通过第二热虹吸冷却或水冷却的热交换器或者连接在导管形部分20的端部处的(自然或强制)空气对流冷却器、或者由该热交换器或该空气对流冷却器构成。

如图2所示，热交换器部分21还被布置成使得具有内部腔，该内部腔适合于与由导管形部分20限定的腔一起形成用于制冷剂2的连续闭合回路。

根据图8至图10中所示的实施方式，如还如图5所示，导电部3均为管形，并且一个或更多个电绝缘部5由聚合物树脂制成，例如由直接模制在两个相邻导电部3的对应端部31、32上方和之间的具有或不具有填料的环氧树脂制成。

显然，当使用环氧树脂来实现电绝缘部3时，还可以当这些部具有除了管形之外的其他形状时将电绝缘部5模制在导电部3的对应部分上方。

优选地，如图5所示，每个管形导电部3具有至少一个端部31、32，所述至少一个端部31、32具有相对于管状体本身的其余部分的部扩大的横截面并且该扩大的端部被嵌入到模制的环氧树脂中使得改进电介质绝缘能力。

在实践中，当装置1与相关联的电气设备100耦接时，导管形部分20被定位成使得各个导电部3尤其是耦接部分4均与待冷却的相应的导电部分101可操作地相关联，亦即在它们之间建立了热交换。

例如，形成耦接部分4的管形部分可以被放置成与相应的导电部分101直接接触。或者根据图8至图9的实施方式，导电部3的耦接部分4可以包括额外的导热导电壳50，该导热导电壳50夹持管状耦接部分并且在相应导电部分101的顶部上被连接。

可替选地，如图10的实施方式所示，可以借助于与各自设置有镗孔52的块或端子51来实现耦接部分4，并且如通过螺纹耦接或焊接等将耦接部分4与形成导管形部分20的其他部件组装，其中每个镗孔52贡献于形成用于制冷剂2的整个回路。

在此情况下，块51类似于冷却装置1需要连接到的相关联断路器的端子，并且可以构成该相关联断路器的端子。

在实践中，当电气或电子设备正在操作并且消散热量时，热量从相应的导电部分101传递到导热导电部3，其中导热导电部3与相应的导电部分101相关联并且用作用于制冷剂2的蒸发器。借助于蒸发制冷剂来收集热量，并且热量跟随由箭头60表示的路径朝向热交换器部分21流动。以此方式，将一定热量传递到热交换器部分21，热交换器部分21接着将热量释放到冷却装置1外部，如将热量释放到外部环境中或朝向另外的冷却系统或装置释放。热交换器或冷却器部分21用作用于制冷剂2的冷凝器，该制冷剂2例如主要是以液体状态返回并且跟随由箭头70所示的路径朝向蒸发器部分20流动。

热虹吸还可以具有非回路布置，这意味着蒸汽从蒸发器部行进到冷凝器部并且从冷凝器部朝向蒸发器部返回的液体流动通过相同的管道。

在这样的配置中，为了更好地确保冷凝液体被正确路由到由耦接部分4表示的蒸发器，可以针对导管形部分20采用嵌套配置，即可以使容置和输送液体的一个管形部分至少部分地进入到蒸汽流动的较大管形部分中。

在实践中已观察到根据本公开内容的冷却装置1如何使得能够通过提供相对于已知解决方案的一些显著改进来达到预期范围。事实上，冷却装置1使得能够从相关联的电气或电子设备中移除大量的热量，并且将热量消散到环境中。

应当注意，装置1具有简单的结构并且可以作为原则上要应用于任何类型的合适电气或电子设备的套件被出售，并且具体地，电气/电子设备具有处于不同电位的热源。因此，本公开内容还包括电气或电子设备100，其包括如前所述尤其是在所附权利要求中限定的冷却装置1。

如前所述，冷却装置1尤其适合于结合电子设备尤其是断路器进行使用，其中，例如在低电压断路器的情况下，导电部分101其输入/输出端子处于电位上并且必须彼此电绝缘。

在图11中示出了示例性断路器100，并且该断路器100包括壳体，该壳体具有前壁110、后壁102、上壁103、下壁104、两个侧面105、106、以及从壳体向外突出的用于将断路器100与电路连接的第一系列并排端子107和第二系列并排端子108。

因此，本公开内容还包括断路器100，该断路器100包括用于将断路器与电路连接的第一系列并排端子和第二系列并排端子，该断路器100表征为其包括根据所描述的尤其是在所附权利要求中所限定的至少一个冷却装置1。

具体地，如图11所示，第一系列并排端子107和第二系列并排端子108中的每个端子可操作地耦接如热接触到冷却装置1的相应的耦接部分4。

如已知的，尤其是用于低电压应用的断路器可以根据不同的配置如以固定执行或者以撤出或可移除(插件)执行的方式来实现，其中，含有中断部件的部分能够以可分离的方式耦接到适配器。在这些情况下，冷却装置1可以耦接到设置于适配器部分上的端子。

此外，可以如在改装操作中将根据本公开内容的冷却装置1与应用于任何类型的电气配电盘的断路器或任何其他电气或电子设备100一起使用，或者可以通过简单地将冷却装置1与如用于将冷却装置1连接到相关联电线的现有设备相关联来将冷却装置1安装在配电盘内。因此，本发明的另一个目的通过例如在图12中示出的电气配电盘200来表现，该电气配电盘200具有多个壁201，所述多个壁201限定旨在容置一个或更多个电气或电子设备的内部容积，该电气配电盘200表征为包括根据先前所描述的并在所附权利要求中所限定的冷却装置1。

如此构思的冷却装置1容许修改和变化，所有这些修改和变化都在由所附权利要求书具体限定的发明构思的范围内；先前公开的作为整体或部分采用的实施方式/替选方案的任何可能的组合可以被实现并且将被视为在本公开内容的发明构思之内。还可以将所有的细节替换为技术上等同的要素，并且先前描述的任何部件可以以不同的数目不同地成形或使用，或者先前描述的部分或元件或部件可以以不同方式彼此连接，只要它们适合于所设计用于的范围即可，如部分20或21或其子部分可以不同地成形或定位。例如可以向限定用于制冷剂的回路的空腔的内壁喷砂、使其起棱纹、使其粗糙等。

Claims (14)

1.一种用于电气设备(100)的冷却装置(1)，其特征在于：所述冷却装置(1)包括至少部分空心的本体，所述至少部分空心的本体容纳有制冷剂(2)并且具有多个导电部(3)，所述多个导电部(3)中的每一个具有适于与所述电气设备(100)的相应的导电部分(101)可操作地相关联的对应耦接部分(4)，其中，所述至少部分空心的本体进一步包括一个或更多个电绝缘部(5)，所述一个或更多个电绝缘部(5)中的每一个在所述多个导电部(3)中的两个相邻导电部(3)之间被定位并且与所述两个相邻导电部(3)彼此电绝缘，

其中，所述至少部分空心的本体被布置成使得所述多个导电部(3)和所述一个或更多个电绝缘部(5)以彼此串联的方式被定位，

并且其中，所述制冷剂(2)是电介质制冷剂。

2.根据权利要求1所述的冷却装置(1)，其中，所述至少部分空心的本体被布置成使得所述多个导电部(3)中的至少两个导电部(3)被定位成彼此平行。

3.根据权利要求1所述的冷却装置(1)，其中，所述至少部分空心的本体包括导管形部分(20)，所述导管形部分(20)包括被组装在一起的多个单独部分或以单件被实现。

4.根据权利要求3所述的冷却装置(1)，其中，所述至少部分空心的本体包括热交换器部分(21)，所述热交换器部分(21)在所述导管形部分(20)的端部处被连接。

5.根据权利要求1所述的冷却装置(1)，其中，所述一个或更多个电绝缘部(5)由聚合物树脂制成。

6.根据权利要求5所述的冷却装置(1)，其中，由聚合物树脂制成的所述一个或更多个电绝缘部(5)在两个相邻导电部(3)的相应的端部上方和之间被模制。

7.根据权利要求1所述的冷却装置(1)，其中，所述一个或更多个电绝缘部(5)由陶瓷材料制成。

8.根据权利要求1所述的冷却装置(1)，其中，所述多个导电部(3)由选自由铝、铜、钢或包括这样的材料的合金组成的组中的材料制成。

9.根据权利要求1所述的冷却装置(1)，其中，所述至少部分空心的本体包括一个或更多个柔性部分(7)。

10.根据权利要求1所述的冷却装置(1)，其中，所述导电部(3)为管形，并且其中，所述一个或更多个电绝缘部(5)由环氧树脂制成，所述环氧树脂在两个相邻导电部(5)的相应的端部上方和之间被模制。

11.根据权利要求10所述的冷却装置(1)，其中，每个所述管形的导电部(3)具有至少一个端部(40)，所述至少一个端部(40)具有扩大的横截面。

12.一种电气或电子设备，包括根据权利要求1所述的冷却装置(1)。

13.一种断路器，包括用于将所述断路器与电路连接的第一系列并排端子(107)和第二系列并排端子(108)，其特征在于：所述断路器包括至少一个根据权利要求1所述的冷却装置(1)。

14.一种电气配电盘(200)，其特征在于：所述电气配电盘(200)包括根据权利要求1所述的冷却装置(1)。