CN106575587A - 具有导电的中央元件的电气部件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电气部件，具有导电的中央元件(4)和至少部分无接触地围绕所述中央元件的电绝缘部(6)。本发明的特征在于，设有热管(8)，所述热管(8)至少在一个端部(10)上被绝缘部(6)包围并且部分地从绝缘部(6)突伸出来，其中，所述热管(8)的从绝缘部(6)突伸出来的部分(12)比绝缘部(6)更靠近地向着所述中央元件(4)突伸。

Description

具有导电的中央元件的电气部件

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的具有导电的中央元件的电气部件。

电气部件、例如开关电子管、中压开关设备或高压开关电子管在其符合规定的应用中导通高电流强度，电气部件必须相对于其环境电隔离。针对这种类型的导电部件具有工业标准，该工业标准规定了安全极限温度。为了能够在不达到极限温度的情况下传输尽可能高的电流，一方面尝试通过尽可能低的电阻降低热量生成，并且另一方面通过与环境的对流和/或向环境的辐射来释放产生的热量。例如根据现有技术在中压开关设备中采取多种措施来降低温度，为此涉及一方面导体横截面本身、螺栓接头、开关电子管的电阻和隔离开关以及冷却板的安装。此外还使容器表面积增加以及容器中的电流通过模拟被优化。导电元件的热辐射性质例如通过涂层被改善。所有这些措施都已经导致在电气部件中的热传递的改进，然而通常由注塑的塑料构成的具有被有目地调整的热力学和电学性质的绝缘体承受巨大的热负载。在此，在制备和构造适用于隔离上述元件的隔离材料时始终具有在导电性能与导热性能之间的目标冲突。这是因为，通常情况下良好的电导体也是良好的热导体，反之亦然，良好的热绝缘体通常也是良好的电绝缘体。然而对于要构造的绝缘材料来说，除了良好的电绝缘之外还应该具有尽可能好的热传导。

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种具有导电的中央元件和围绕该中央元件的电绝缘部的电气部件，所述电气部件与现有技术相比允许更好的对由中央元件释放的热能的热量导出。

解决所述技术问题的技术方案在于一种根据权利要求1的电气部件，其具有导电的中央元件和至少部分无接触地围绕该中央元件的电绝缘部。

根据权利要求1的具有导电的中央元件的根据本发明的部件具有至少一个部分围绕中央元件的电绝缘部，并且其特征在于，设有热管，所述热管至少在一个端部上被绝缘部包围并且部分地从绝缘部突伸出来，其中，所述热管的从绝缘部突伸出来的部分比绝缘部更靠近地向着所述中央元件突伸。

在此，热管是指热导体，该热导体利用介质、尤其液体的蒸发热实现高热流密度。也即，能够在较小的横截面上传输较大的热量。热管按结构被分为两种，热导管和双相热虹吸管。在这两种结构方式中所依据的工作原理相同，区别在于工作介质的传输，也就是说液体在基本上没有额外的机械辅助措施、例如循环泵的情况下运转。热管的热阻明显小于金属的热阻。热管的特征曲线因此接近等温的状态变化。在热管的长度上存在几乎恒定的温度。也就是说，与金属的情况相比能够以明显更小的温度梯度传递确定的热流。与此相比，铜的导热性能约为360W/mK，而热虹吸管或热导管(热管)的有效导热性能为10000W/mK。如上所述，热虹吸管没有使热量灭失，而是仅用于热传递。在浇注材料的情况下，问题并不在于热排放，而是在于沿部件的热传导。因此热虹吸管或热管的影响是显著的。因此在传导功率相同的情况下，在相同的应用条件下能够实现比传统热传导明显更轻的构造。热管原则上可以具有金属外罩，然而也可以具有电绝缘外罩、例如玻璃或陶瓷。

适宜的是，所述部件同时是热虹吸管或热导管的壳体。由此降低了接触电阻。在此压力和工作温度起到同样重要的作用。为此可行的液体例如是Novec649(在105°约5bar条件下)，Novec774(在105°约2.5bar条件下)。

本发明的优点在于，在导电的中央元件中并且在电流的工作状态下流通的热量迅速地从中央元件导出。此外，热量还通过热管更深地导入绝缘部的材料中，因为热管的端部被绝缘部包围，从而使热管的该端部突伸进绝缘部中。通过热管传导至绝缘部的热量必须通过一段路程，直至热量到达绝缘部的外侧，所述路程由此小于热量通过对流达到绝缘部的内侧和经过整个绝缘部通过热传导过程排出所需的路程。由绝缘部所造成的热应力通过所述措施降低，这同样降低了用于绝缘部的制造成本。

根据本发明的一种有利的设计方式，所述热管形状接合和/或材料接合地集成在绝缘部中。热管的在绝缘部中形状接合或材料接合的基座确保了良好的热传导。在此，热管可以通过压配合紧固在绝缘部中，然而特别有利的是，热管直接在制造绝缘部时注塑进待制造的绝缘部件中的所谓浇注材料中。

在本发明的一种有利的设计方式中，电气部件是开关电子管、例如中压开关电子管，并且中央元件是所配属的开关触头。尤其在中压开关电子管中，在开关触头处出现特别高的热量，所述热量必须从开关电子管向外导出。

在此，绝缘部优选对中地围绕中央元件，其中，一个或多个热管还从绝缘部对中地向内延伸，其中，热管优选均匀地围绕中央元件沿径向向外、朝绝缘部内延伸。由此确保向绝缘部的均匀的热传递。

在此同样适宜的是，热管的被绝缘部包围的端部至少突伸进绝缘部的壁厚的30％中，也就是说绝缘部的壁厚的至少30％被端部插入。

本发明的其他设计方式以及其他技术特征根据以下附图更详细地阐述。在此涉及示例性的实施方式，该实施方式不对保护范围构成任何限制。

在附图中：

图1示出具有绝缘部和热管的中压开关电子管的立体剖视图，和

图2示出沿根据图1的剖切线II穿过开关电子管的剖视图。

在图1中示出开关电子管14形式的电气部件2的立体剖视图。开关电子管14在中央区域中具有呈开关触头18形式的中央元件4。开关触头18在此被电绝缘部6包围。设置有热管8，所述热管从电绝缘部6对中地朝开关触头18向内延伸。

在图2中示出沿根据图1的虚线剖切线II得到的不按比例的剖视图，其中示出，多个热管8从绝缘部6对中地向内朝向开关触头18，其中，热管不接触开关触头。热管8相对于开关触头18出于电安全的原因无接触地布置。然而热管靠近开关触头18，只要开关触头能实现所要确保的绝缘。热管8将从开关触头18辐射出的热量传递至绝缘部6，如上所述，这比通过普通的金属热导体更迅速且由此比通过单纯的热辐射或对流的更迅速。

绝缘部6是专门针对电绝缘和热稳定性构成的塑料，所述塑料优选被注塑并且还可以被称为所谓的浇注材料，其中，热管8已经在制造绝缘部6时注塑进绝缘部中。然而显然原则上还可行的是，在绝缘部中设置通孔并且随后尤其通过压配合的方式将热管8集成在绝缘部6中。热管8在此将大部分突伸进绝缘部6的壁厚16中。在此具有两个限制因素，一方面热管8应该尽可能深地突伸进绝缘部6的壁部中，由此使通过热管8传递的热量尽可能广泛地向开关电子管外部传导，并且对流式热传导仅需经过较少的路径。另一方面必须要考虑的是，在热管8伸入绝缘部中的位置中，绝缘部6的电绝缘性能下降。在此所谋求的是，热管8通过其沉入绝缘部6的端部，以绝缘部的壁厚的至少30％突伸进绝缘部中。

为了提高在热管8的区域中的电绝缘，适宜的是，热管8由不导电的包覆材料构成。此外，存在于热管中的液体也可以是不导电的，为此例如可以使用去离子水或诸如NOVEC649、NOVEC7000以及FC72的液体。在此，液体处于热管8的闭合的腔体中。液体始终处于热动力平衡中。如果要提高温度，在此情况下提高在热管8的突伸出来的、与开关触头18相邻布置的端部12的温度，则液体开始在该热侧沸腾。在此形成的蒸汽输送至热管8的端部10上的冷侧。液体在该处冷凝并且重新释放热量。液体的传输可以基于存在于热管8中的毛细力实现。

Claims (9)

1.一种电气部件，具有导电的中央元件(4)和至少部分无接触地围绕所述中央元件的电绝缘部(6)，其特征在于，设有热管(8)，所述热管(8)至少在一个端部(10)上被绝缘部(6)包围并且部分地从绝缘部(6)突伸出来，其中，所述热管(8)的从绝缘部(6)突伸出来的部分(12)比绝缘部(6)更靠近地向着所述中央元件(4)突伸。

2.根据权利要求1所述的电气部件，其特征在于，所述热管(8)形状接合和/或材料接合地集成在绝缘部(6)中。

3.根据权利要求1所述的电气部件，其特征在于，所述热管(8)浇注进绝缘部(6)中。

4.根据上述权利要求中任一项所述的电气部件，其特征在于，所述电气部件是开关电子管(14)。

5.根据上述权利要求中任一项所述的电气部件，其特征在于，所述绝缘部(6)对中地围绕所述中央元件(4)。

6.根据权利要求5所述的电气部件，其特征在于，所述热管(8)从绝缘部(6)对中地向内延伸。

7.根据上述权利要求中任一项所述的电气部件，其特征在于，所述热管(8)的一个端部(10)以绝缘部(6)的壁厚(16)的至少30％突伸进绝缘部中。

8.根据上述权利要求中任一项所述的电气部件，其特征在于，多个热管(8)均匀地围绕中央元件(4)分布。

9.根据上述权利要求中任一项所述的电气部件，其特征在于，所述中央元件(4)是开关电子管(14)的开关触头(18)。