CN204466125U - 一种集成散热器连接排模块 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及集成散热器连接排模块，其中连接排装配有可熔融加工的双侧塑料散热器，该散热器包含基底和翅片，其中翅片从基底延伸出来；还涉及具有集成散热器连接排模块的模壳式断路器，其中连接排装配有可熔融加工的双侧塑料散热器，该散热器包含基底和翅片，其中翅片从基底延伸出来。

Description

一种集成散热器连接排模块
技术领域
本申请涉及适合用于DC直流模壳式断路器(MCCB)的集成塑料散热器连接排模块。还涉及包含这种集成塑料散热器连接排模块的MCCB。
背景技术
IEC60947所定义的断路器通常用于传导或切断电流，该电流由例如三相电源端产生。较之使用熔断器的优点在于，熔断器仅能使用一次并且如果回路被断开后就必须更换。
当在电流中检测到错误时，就会发送切断信号来切断供应的电力。
所有的断路器系统在其操作中具有共同的特性，但一些细节千差万别，基本取决于电压等级、额定电流以及断路器类型。
断路器必须检测到故障状态；在低压断路器中，这通常是在断路器外壳内完成的。
用于大电流或高电压的断路器通常与保护性继电设备一起布置，以检测故障状态并操作脱钩断开机构(trip opening mechanism)。一旦检测到故障，在断路器内部的触点必须断开，来中断电路；断路器内所包含的一些机械性储能(使用诸如弹簧或压缩空气等物品)被用来使触点分断，但也有一些所需要的能量是从故障电流本身获得的。可手动操作小型断路器；较大的单元具有螺线管来使机械装置跳闸，并且具有电动马达来给弹簧恢复能量。
断路器触点必须能够承载电流而无过量发热，而且也必须能承受当中断(断开)电路时产生的电弧热。触点通常由铜或铜合金、银合金以及其他高导电材料制成。
当电流中断时，产生电弧。必须以受控的方法遏制、冷却以及熄灭该电弧，从而使接触点间的间隙能够再次承受电路中的电压。不同的断路器使用真空、空气、绝缘气体或油作为电弧形成的介质。
中压断路器可以通过螺栓连接来被连接到电路中，例如连接到具有散热器的汇流排或连接排。
在电力分配中，汇流排是红铜、黄铜或铝制成的条或带，其在交换机、配电盘、变电站、电池组或其他电气装置内部导电。其主要目的是传导大量电流，而不是起结构部件的作用，其中其横截面尺寸决定了能够安全承载的最大量电流。连接排是可以用于MCCB中的汇流排的一个例子。
在电子系统中，散热器是被动热交换器，其通过将热量散发到周围介质中来冷却设备。在计算机中，散热器用于冷却中央处理器或图形处理器。当基本设备的散热能力不足以调节其温度时，散热器与高功率半导体设备和光电材料一起使用，其中高功率半导体设备诸如功率晶体管，光电材料诸如激光和发光二极管(LEDs)。
设计散热器，以使与其周围的冷却介质(例如空气)接触的散热器的表面区域最大。空气流速、材料的选择、突起设计和表面处理是影响散热器性能的因素。散热器通常包括具有翅片的基底，其中翅片从基底延伸出来。存在大量方式使散热器连接到连接排，这些方式包括至少使用一个螺钉和/或使用导热性胶来与散热器连接。热粘合剂或热油脂可以通过填充散热器与设备之间的间隙来改善散热器的性能。
对直型翅片散热器的一个变型是带角度的翅片散热器。钉状翅片(pin fin)散热器是具有从其基底延伸出来的多个钉的散热器。钉可以是圆柱形、椭圆形或方形的。
一般来说，散热器表面积越大，其作用越好。
一般来说，散热器材料的导热性越高，其作用越好。
传统来说，散热器是由具有良好的散热特性的铝制成的，并且这种散热器通常装配到连接排的一侧。如果包含连接到基底的翅片的散热器用螺钉拧到连接排的一侧，那么基底与连接排之间的连接通常不是很好，并且会减小散热。然而，铝也导电。因此，由于铝导电，这意味着散热器本身需要保持在保护性壳体中。
因此，需要额外的通风壳体装配在传统的散热器连接排布置件上。
行业标准IEC2006要求：当断路器工作时，连接排与环境空气之间的 温度差小于80K，因此，不是所有材料都适合用作散热器。
实用新型内容
本实用新型公开了一种集成散热器连接排模块，其包含装配有双侧可熔融加工塑料散热器的连接排，所述双侧可熔融加工塑料散热器包含基底和从基底延伸出来的翅片，其特征在于：
I)当使用ASTM 1461测定时，所述塑料的在面内导热率在1至20W/m*K范围内，并且所述塑料的过面导热率在0.5至2.0W/m*K范围内；
II)所述塑料的熔点大于200℃；
III)当使用IEC60093测定时，所述塑料具有至少1.0x108Ohm*m的体积电阻率。
所述双侧散热器是两部件的，一个部件在所述连接排的一侧上。
所述散热器部件通过至少一个螺钉装配到所述连接排上。
所述散热器部件通过导热性胶装配到所述连接排上。
所述双侧散热器被覆盖模制在所述连接排上。
所述集成散热器连接排模块适合与模壳式断路器一起使用。
所述塑料是半结晶塑料。
所述塑料是聚酰胺。
述塑料包含相对于组合物总重量的0.1至50重量％的导热性且电绝缘的填料。
所述翅片是直型翅片。
所述翅片是展开的翅片。
所述翅片是钉状翅片。
本实用新型还公开了一种模壳式断路器，其特征在于，所述模壳式断路器具有所述的集成散热器连接排模块。
本实用新型还公开了一种具有所述的集成散热器连接排模块的模壳式断路器，其特征在于，当所述断路器工作时，所述连接排与环境空气之间的温度差小于80K。
当电路中断时，需要尽可能快地转移能量来避免过热，尤其避免断路器过热，这是一个公认的问题。
在传统的MCCB中，带有直型翅片的挤出的铝制散热器采用螺钉连接到连接排的一侧。可以通过本领域所公知的挤压铝或铝合金来制得散热器。使用螺钉来连接散热器是指连接的方式，因此散热不是很好，因为螺钉的使用限制了连接的紧密度。螺钉的使用也占用了本来可以由翅片占用的空间。此外，铝是导电的，因此需要带空气通风孔的塑料覆盖物覆盖散热器。此外，连接排的一侧是暴露的，因此还需要覆盖物来保护人，以防经过连接排的电流。
这意味着，需要大量处理步骤。此外，还需要大量空间来容纳MCCB。
在本实用新型中，使用塑料、具体地使用双侧(double sided)可熔融加工塑料散热器，来解决这些问题，其中该塑料散热器包含基底和从基底延伸出来的翅片，并且通过例如注射模制制得。
因此，散热器以两个分离部件的形式或者通过将该散热器覆盖模制(overmold)在连接排上的形式装配在连接排的两侧。
这种设计的一个优点是，不需要用于集成散热器连接排模块的覆盖物。集成散热器连接排模块包含连接排和可熔融加工的塑料散热器，该集成散热器连接排模块可以与MCCB单元一起提供，或者可以合适地单独提供来用于重新装配(retro-fit)修理。
优选地，可熔融加工的塑料是可注射模制的颜料。优选地，可熔融加工的塑料是导热的、电绝缘的。
导热性聚合物组合物通常包含有机聚合物和分散在其中的导热性填料。然而，具有高导热率的导热性填料通常也具有高的导电性。因此，如果导热性聚合物组合物必须是电绝缘的，那么导电性填料的使用就被限制或排除了，其需要用电绝缘的填料来替代。
对于可熔融加工的塑料来说，通常使用能够承受高温的热塑性聚合物，例如聚酰胺、聚亚苯基硫、聚亚苯基氧、聚砜、聚芳酯、聚醚醚酮和聚醚酰亚胺。代表性实例包括但不限于均聚酰胺，诸如聚酰胺6、聚酰胺46、聚酰胺56、聚酰胺66、聚酰胺410、聚酰胺510、聚酰胺610、聚酰胺6T、 聚酰胺8T、聚酰胺9T、聚酰胺10T及它们的共聚酰胺；聚酰胺6T、聚酰胺8T、聚酰胺9T和聚酰胺10T与其他聚酰胺的共聚酰胺，其他聚酰胺诸如聚酰胺4T、聚酰胺5T、聚酰胺7T、聚酰胺12T、聚酰胺46和聚酰胺66；以及三元共聚物，诸如聚酰胺6T/4T/46[其为聚酰胺6T、聚酰胺4T和聚酰胺46的共聚酰胺]、聚酰胺6T/66/46[聚酰胺6T、聚酰胺66和聚酰胺46的共聚酰胺]、聚酰胺6T/5T/56[聚酰胺6T、聚酰胺5T和聚酰胺56的共聚酰胺]和聚酰胺6T/66/56[聚酰胺6T、聚酰胺66和聚酰胺56的共聚酰胺]。
优选地，聚酰胺是半结晶或半芳族聚酰胺。聚酰胺可以例如基于1,4-二氨基丁烷(符号4)、1,6-己二胺(符号6)、对苯二甲酸(符号T)和己二酸(符号6)。
更优选地，聚酰胺是3种聚酰胺的三元共聚物，其中第一聚酰胺选自由聚酰胺6T、聚酰胺8T、聚酰胺9T、聚酰胺10T和聚酰胺12T组成的组，第二聚合物选自由聚酰胺66、聚酰胺86、聚酰胺96、聚酰胺106和聚酰胺126组成的组，并且第三聚酰胺选自由聚酰胺4T和聚酰胺5T组成的组。
甚至更优选地，共聚酰胺是三元共聚物，选自由聚酰胺6T、聚酰胺66和聚酰胺4T的三元共聚物；聚酰胺8T、聚酰胺86和聚酰胺4T的三元共聚物；聚酰胺9T、聚酰胺96和聚酰胺4T的三元共聚物；以及聚酰胺10T、聚酰胺106和聚酰胺4T的三元共聚物组成的组。应当注意的是，三元共聚物可以以不同的方式命名，取决于聚酰胺中使用的各个单体的比例。例如聚酰胺6T/66/4T，即聚酰胺6T、聚酰胺66和聚酰胺4T的共聚酰胺，也可以称为聚酰胺6T/6T/46或聚酰胺6T/4T/46，取决于聚酰胺66含量比聚酰胺4T含量更高还是更低。
合适的导热性且电绝缘的填料包括氮化硼，因为它具有相对高的固有导热率，并且它是电绝缘的。氮化硼可以是立方氮化硼、六方氮化硼、非晶态氮化硼、斜方六面体氮化硼或其他同素异形体。其可以作为粉末、附聚物或纤维使用。示例性氮化硼为PT350、PT360和PT370，可以由General Electrics Advanced materials购得。
另一种导热性填料包括碳黑和石墨。碳黑是无定形颗粒碳材料，其可 以通过例如油的氧化来生产。这种填料本身并不是电绝缘的，当大量使用时，其会导致电绝缘性不足的导热性组合物。然而，当以较小的量与其他导热性且电绝缘性填料组合使用时，它会显著提高组合物的导热率，同时保持电绝缘性质。
导热性电绝缘填料的其他合适的实例包括经涂布的金属球、氧化铝(Al2O3)、氮化铝(ALN)、碳化硅(SiC)和金刚石。
优选地，相对于组合物的总重量，可熔融加工、导热性、电绝缘塑料包含0.1至50重量％的导热性电绝缘填料。更优选地，相对于组合物的总重量，熔融加工、导热性、电绝缘塑料包含15至40重量％氮化硼和0.01-10重量％碳黑。
除了氮化硼和碳黑外，可以使用其他能够分散于有机聚合物中且改善聚合物组合物的导热率的任何材料。通常，这种材料具有至少2.5W/m-K的固有导热率。
除了导热性电绝缘填料外，电绝缘组合物还可以包含导热性导电填料，前提是导热性导电填料的量足够小，以保持所需要的组合物的电绝缘性质。
本文中，电绝缘组合物被理解为具有至少105Ohm*m的体积电阻率，体积电阻率通过根据ASTM D257的方法测得。使用80x80x2mm的测试样品来进行体积电阻率测试。在测试前，将样品放置在23℃且50％相对湿度的条件下调节40小时。优选地，本申请中所使用的导热性电绝缘塑料组合物具有至少108Ohm*m的体积电阻率
可熔融加工的塑料以及包含该可熔融加工的塑料的组合物特别适合用于从熔体形成产品，例如通过注射模制、挤出模制、吹塑模制或压制模制。
包含可熔融加工的塑料的组合物可以包含本领域技术人员已知的制备这种模制组合物的添加剂。合适的添加剂为，例如稳定剂诸如UV稳定剂、热稳定剂和抗氧化剂，着色剂，加工助剂诸如脱模剂和润滑剂，流动改善添加剂诸如聚酰胺低聚物，用于改善耐冲击性的试剂，填料，增强剂诸如碳纤维和玻璃纤维，和阻燃剂诸如含卤阻燃剂、无卤阻燃剂和阻燃增效剂。该组合物也可以任选地包含除聚酰胺以外的聚合物。
最优选地，可熔融加工的导热性电绝缘塑料包含具有特定等级的 StanylTM(可从DSM获得)，包括TC153、TC155、TC154和TC168；ArniteTMXLT，AkulonTMTC185、TC186。耐高温塑料的其他实例包括但不限PA6(来自BASF、EMS、Lanxess、Solvay、KingFa)，PA66(来自BASF、Dupont、Lanxess、Solvay、SABIC、Asahi、KingFa)、PA9T(来自Kururay)，Zytel HTN(来自DuPont的PA6T/66HTN)，PA6T(来自Solvay)，PA6T/10T和PA10T/6T(来自EMS和KingFa)。
使用诸如StanylTM的一个优点是，其不仅具有高散热性质、良好的耐温性质、电绝缘，而且具有高阻燃性，以及重量轻，因此也可以用于减小翅片的厚度。
附图说明
图1示出了现有的技术。在图1中，散热器是由铝制成的，并且用螺钉与连接排的一侧相连。
图2示出了现有的技术，在图2中，散热器是由铝制成的，并且用螺钉与连接排的一侧相连。
图3示出了实施方式1，其包含双侧散热器和连接排模块，其具有两部件散热器，其中每部分散热器均具有从基底延伸出来的直型翅片。
图4示出了实施方式2，其包含双侧散热器和连接排模块，其具有覆盖模制的散热器，该散热器具有从基底延伸出来的直型翅片。
图5示出了实施方式3，其包含适合作为双侧散热器使用的散热器，该散热器具有从基底延伸出来的展开的翅片。
图6示出了实施方式4，其包含适合作为双侧散热器使用的散热器，该散热器具有从基底延伸出来的钉状翅片。
具体实施方式
在图1中示出了一种集成散热器连接排模块(1)，其包含连接排(2)和具有直型翅片(5)的由铝制成的单一部件(one part)散热器(3)，其中散热器用螺钉(9)被装配到一侧。
在图2中示出了一种集成散热器连接排模块(1)，其包含连接排(2)和 具有直型翅片(5)的由铝制成的单一部件散热器(3)，其中散热器用螺钉(9)被装配到一侧。
在图3中示出了一种集成散热器连接排模块(1)，其包含连接排(2)和具有直型翅片(5)的双侧两部件可熔融加工塑料散热器(3)(4)，其中散热器不需要螺钉来装配，而是使用导热性胶(未示出)。在下文中称为实施方式1。
在图4中示出了一种集成散热器连接排模块(1)，其包含连接排(2)和具有直型翅片(5)的双侧覆盖模制可熔融加工塑料散热器(6)。在下文中称为实施方式2。
在图5中示出了一种适合作为双侧散热器使用的可熔融加工塑料散热器(3)，其具有从基底(10)延伸出来的展开的翅片(7)。在下文中称为实施方式3。
在图6中示出了一种适合作为双侧散热器使用的可熔融加工塑料散热器(3)，其具有从基底(10)延伸出来的钉状翅片(8)。在下文中称为实施方式4。
实施方式1
使用用于PA46化合物的标准配制和模制条件通过注射模制可从DSM获得的StanylTM TC155聚酰胺，来制备散热器。模具是一种包含主体和在主体的一侧上的向内突出的直型翅片元件的壳体。然后，用可从Silanex获得的传导性胶ST0802装配这两个散热器，每个散热器被装配在由铝制成的标准连接排的一侧上，从而获得双侧散热器。
在使用时，集成散热器连接排模块(1)与MCCB连接。当断路器工作时，连接排与环境空气之间的温度差小于70K。当使用IEC60093测定时，体积电阻率大于1.0x108Ohm*m。
实施方式2.
使用用于PA46化合物的标准配制和模制条件通过注射覆盖模制可从DSM获得的AkulonTM TC 186聚酰胺，来制备散热器。模具是一种包含主 体和在主体的两侧上的向内突出的直型翅片元件的壳体。覆盖模制导致双侧散热器装配到连接排，其中连接排与散热器之间完全接触。在使用时，集成散热器连接排模块(1)与MCCB相连。
当断路器工作时，连接排与环境空气之间的温度差小于70K。当使用IEC60093测定时，体积电阻率大于1.0x108Ohm*m。
实施方式3.
使用用于PA46化合物的标准配制和模制条件通过注射模制可从DSM获得的StanylTM TC155聚酰胺，来制备适合作为双侧散热器使用的具有展开的翅片的散热器。模具是一种包含主体和向内突出的展开的翅片元件的壳体。当使用IEC60093测定时，体积电阻率大于1.0x108Ohm*m。
实施方式4.
使用用于PA46化合物的标准配制和模制条件通过注射模制可从DSM获得的AkulonTM TC 186聚酰胺，来制备适合作为双侧散热器使用的具有钉状翅片的散热器。模具是一种包含主体和向内突出的钉状元件的壳体。当使用IEC60093测定时，体积电阻率大于1.0x108Ohm*m。

Claims (14)

1.集成散热器连接排模块，其包含装配有双侧可熔融加工塑料散热器的连接排，所述双侧可熔融加工塑料散热器包含基底和从基底延伸出来的翅片，其特征在于：
I)当使用ASTM 1461测定时，所述塑料的在面内导热率在1至20W/m*K范围内，并且所述塑料的过面导热率在0.5至2.0W/m*K范围内；
II)所述塑料的熔点大于200℃；
III)当使用IEC60093测定时，所述塑料具有至少1.0x108Ohm*m的体积电阻率。
2.根据权利要求1所述的集成散热器连接排模块，其特征在于，所述双侧散热器是两部件的，一个部件在所述连接排的一侧上。
3.根据权利要求2所述的集成散热器连接排模块，其特征在于，散热器部件通过至少一个螺钉装配到所述连接排上。
4.根据权利要求2所述的集成散热器连接排模块，其特征在于，散热器部件通过导热性胶装配到所述连接排上。
5.根据权利要求1所述的集成散热器连接排模块，其特征在于，所述双侧散热器被覆盖模制在所述连接排上。
6.根据权利要求1所述的集成散热器连接排模块，其特征在于，所述集成散热器连接排模块适合与模壳式断路器一起使用。
7.根据权利要求1所述的集成散热器连接排模块，其特征在于，所述塑料是半结晶塑料。
8.根据权利要求1所述的集成散热器连接排模块，其特征在于，所述塑料是聚酰胺。
9.根据权利要求1所述的集成散热器连接排模块，其特征在于，所述塑料包含相对于组合物总重量的0.1至50重量％的导热性且电绝缘的填料。
10.根据权利要求1所述的集成散热器连接排模块，其特征在于，所述翅片是直型翅片。
11.根据权利要求1所述的集成散热器连接排模块，其特征在于，所述 翅片是展开的翅片。
12.根据权利要求1所述的集成散热器连接排模块，其特征在于，所述翅片是钉状翅片。
13.模壳式断路器，其特征在于，所述膜壳式断路器具有如权利要求1中所述的集成散热器连接排模块。
14.具有如权利要求1中所述的集成散热器连接排模块的模壳式断路器，其特征在于，当所述断路器工作时，所述连接排与环境空气之间的温度差小于80K。
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