KR20130041282A - 열 추출 장치를 구비한 스위칭 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열 방출부(2)를 구비한 스위칭 디바이스, 특히 회로 차단기에 관한 것으로, 열 방출부 상에 가동형 스위칭 피스(4)가 접촉 링크 지지부(3)에 의해 배열되고, 상기 가동형 스위칭 피스(4)는 스프링 바디(7) 상에 장착되고 정지형 스위칭 피스(8, 9)들과 마주하게 배치된다. 본 발명은 열-소산 재료로 이루어진 열-추출 장치(27, 28,29)가 각각의 경우 정지형 스위칭 피스(8, 9)들을 따라 측부에 배치된다.

Description

열 추출 장치를 구비한 스위칭 디바이스 {SWITCHING DEVICE WITH A HEAT EXTRACTION APPARATUS}

본 발명은 열 방출부(thermal release)를 구비한, 스위칭 디바이스, 특히 회로 차단기에 관한 것으로, 열 방출부 상에 가동형 스위칭 피스가 접촉 링크 지지부에 의해 배열되고, 상기 가동형 스위칭 피스는 스프링 바디 상에 장착되고 정지형 스위칭 피스들과 마주하게 배치된다.

회로 차단기들은 다양한 설치 크기들로 개발된다. 설치 크기는 이 경우에는 편리하게 설정되도록 정격 전류 시리이즈(rated current series)를 가지는 디바이스 변형으로 이루어진다. 디바이스의 증가된 정격 전류에 의해, 디바이스의 전력 손실은 매우 불균형한 방식으로 증가한다. 주어진 설치 크기를 가지며 가장 높은 정격 전류를 구비한 디바이스 변형은 정밀하게는 이러한 가장 높은 정격 전류에 대해, 주어진 하우징 용적에 따른 전력 손실이 상기 스위칭 디바이스의 사용 기간을 통하여 스위칭 디바이스의 요건들에 대하여 불리한 결과들이 여전히 없다. 훨씬 더 높은 정격 전류들이 요구되는 경우, 더 큰 설계가 개발된다. 소비자의 관점으로부터, 그러나, 설치 크기 내에서 최대 정격 전류를 더욱더 상승시키는 것이 바람직하다. 이를 달성하기 위하여, 하우징 용적으로부터 열의 전달을 기술적으로 더 유효한 방식으로 구성하도록 조치가 취해져야 한다.

원칙적으로 피할 수 없는 전력 손실들 때문에 보호 하우징 내에서 고온들을 다루는 것에 대해 두 개의 가능성들이 있다. 한편으로는, 모든 재료들이 또한 높은 온도 레벨에서 재료의 기능적 요건들을 충족하는 정도로 모든 재료들이 최적화될 수 있다. 이는 그럼에도 불구하고 종종 비용-효율적인 해법이 아니다. 다른 방법은 기술적 조치들에 의해 하우징으로부터 발생된 열의 제거를 강제하는 것으로 이루어진다. 하우징 환기 장치들, 열 파이프 배열체 또는 심지어 냉각제 회로들에 의한 능동 냉각 조치는 전자 제품들에 대한 종래 기술을 구성한다. 국부적으로 발생된 많은 열의 양들을 소산할 수 있도록, 이러한 열은 냉각 요소들에 의해 대형 표면들 상으로 분배된다. 이러한 방식으로 냉각 요소들은 높은 전력 손실에 의해 구성요소들에 열적으로 결합되지만, 구성요소들로부터 전기적으로 절연된다. 완전한 수동 냉각 시스템들은 요구된 냉각 요소들 상으로 직접적인 대기 유동이 있을 수 있도록 여기서 구성된다.

종래 기술의 단점은 종래의 열 추출 요소들이 스위칭 디바이스에서 최적 공간-절약 배열로 배치되지 않는다는 것이다.

본 발명의 목적은 따라서 열 추출 프로세스를 위한 최적 공간-절약 배열을 가능하게 하는 스위칭 디바이스를 형성하는 것으로 이루어진다.

이러한 목적은 청구항 1의 특징들을 가지는 스위치 디바이스에 의해 달성된다. 개별적으로 또는 서로 조합하여 사용될 수 있는 유용한 실시예들 및 개선예들은 종속 청구항들의 주요 구성을 형성한다.

이러한 목적은 본 발명에 따라 열 방출부를 구비한 스위칭 디바이스, 특히 회로 차단기에 의해 달성되는데, 스위칭 디바이스 상에 가동형 스위칭 피스가 접촉 링크 지지부에 의해 배열되고 상기 가동형 스위칭 피스는 스프링 바디 상에 장착되고 정지형 스위칭 피스들과 마주하여 배치된다. 본 발명은 열-소산 재료로 제조된 열 추출 장치가 각각의 경우 정지형 스위칭 피스들 상에 측방향으로 배열되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따라, 열 추출 문제는 기본적으로 주 열원을 이용할 때 전류 경로를 따라 제 2의 주요 열 추출 루트, 즉 접촉 링크를 개방함으로써 해결된다. 상기 디바이스 내로 연결되는 제 1 열 추출 방향을 제외하고, 이러한 부가 제 2 경로는 버스바아(busbar)들을 전방 면들의 방향으로 배플들에 대해 평행하게 접촉 지점들로부터 멀리 가이드한다. 열에 대해 고려할 때 전류 경로 실시예의 이러한 단부는 이전에 블라인드 합금(blind alloy)이었으며 단지 배플 시설의 방향으로 단락 아크를 안내하도록 기능하였다. 제 2 열 경로의 실현은 예를 들면 냉각 플레이트들과 같이, 바람직하게는 스위칭 디바이스들의 상 분리 벽들 내로 대-면적 냉각 요소들을 도입함으로써 달성될 수 있다. 이러한 냉각 요소들은 예를 들면 직접적 또는 간접적으로 전기 절연되고 예를 들면 스위칭 디바이스들의 버스바아들에 유효 열-전도 방식으로 접속된다. 이어서 냉각 요소들은 대부분의 경우 플라스틱으로 이루어지는 스위칭 디바이스들의 챔버 분리 벽들 내의 공동들 내로 평면 방식으로 통과한다.

디바이스 카커스(carcass)의 외부에 배치되는, 챔버 분리 리브들의 부분 내로 이러한 냉각 러그들을 연속시키는 것은 특히 유용하다. 이러한 외향으로 배치되는 리브들은 현재 주로 절연 경로, 즉 공기 갭 및 상기 디바이스들의 개별 폴(pole)들 사이의 연면 거리(creepage distance)를 확대하기 위해 사용된다. 열적으로 부족한 전도성 리브 플라스틱의 열 커버가 작게 남아 있는 경우, 충분한 공기가 대기로 출력될 수 있다. 리브들이 또한 전체 디바이스 높이 위로 연장하는 경우, 주변 공기 열 내로 소산되는 표면이 상대적으로 크다. 측방향 디바이스 표면들과 반대로 디바이스들을 나란히 배열할 때, 이 리브들은 부수적으로 덮히지 않은 상태로 남아 있으며 따라서 매우 유효하다. 금속 냉각 러그들과의 조작자(operator) 접촉에 대한 전기적 보호는 플라스틱 피복물에 의해 제공된다.

효율의 정도를 증가시키는 추가의 대안은 플라스틱 리브들 내에 접촉-방지 방식으로 냉각 러그들을 이용하지 않지만 대신 플라스틱 리브들을 공기 내로 직접 도입하는 것으로 이루어진다. 조작자 접촉에 대한 필요한 보호는 이러한 경우 전기 절연, 그럼에도 불구하고 전류 경로와 냉각 러그 사이의 예를 들면 종래 기술로부터 알려진 열-전도 필름들 또는 세라믹 플레이트들과 같은 유효 열-전도 중간 층들에 의해 보장되어야 한다.

본 발명의 열 추출 장치의 장점은 발견된 제 2 유효 전류 경로 열 추출 루트로 이루어져, 더 큰 전력 손실들이 소산될 수 있어 디바이스들의 더 높은 정격 전류 밀도들이 일정한 설치 용적을 가지고 가능하게 된다.

구조적 장점은 이용가능하지 않거나 커버되지 않는 열 방출 표면들로 이루어진다. 결과적으로, 유효 열 방출이 일어날 수 있다. 접촉 지점으로부터 냉각 표면 내로 관측된 제 2 열 추출 경로 때문에, 예를 들면 접촉 전이 지점(contact transition point)에서의 열-특정 편차로부터 바이메탈의 열 방출부의 유리한 디커플링이 발생된다. 결과적으로, 디바이스의 방출 작용이 유리하게 영향을 받는다. 본 발명의 열 추출 장치는 따라서 온도 레벨에서의 감소 및 또한 제한 전류 방출 작용에서의 개선을 달성한다.

특히 유용한 일 실시예에서, 열 전도 재료로 실시되는 열 추출 장치, 특히 냉각 플레이트가 제공된다. 이러한 대형 냉각 플레이트들은 스위칭 디바이스들 내에 사전에 존재하는 열량이 다소 확실한 방식으로(more or less punctual manner) 상대적인 대형 냉각 또는 열 분배 표면들에 의해 전류 경로에서 더 잘 소산되는 것을 가능하게 한다. 이러한 냉각 플레이트들은 유용하게는 또한 냉각 리브들로서 실시되는데, 냉각 리브들은 또한 유효 열 전달을 가능하게 한다.

본 발명의 열 추출 장치의 유용한 하나의 변형에서, 정지형 스위칭 피스들 상 및 열 방출부의 연결 설형부(connecting tongue) 상에 배열되는 열 추출 장치가 제공된다. 정지형 스위칭 피스들 상의 본 발명의 열 추출 장치의 이러한 측방향 위치 설정은 유효 열 전달을 가능하게 하는 공간-최적화 배열을 가능하게 한다.

또한, 유용하게는 스위칭 디바이스의 챔버 분리 벽들 내에 배열되는 열 추출 장치를 제공한다. 본 발명의 냉각 표면들은 이러한 방식으로 절연되고 스위칭 디바이스들의 상(phase) 분리 벽들 사이에서 공간-최적화 방식으로 위치설정된다. 냉각 표면들이 상들 사이에 배치되는 경우, 냉각 표면들은 또한 상기 디바이스 베이스 카커스를 넘어 하나 또는 양 측부들 상에 외측으로 놓이는, 필요한 경우 절연 리브들 내로 연장할 수 있다. 장점은 주변 공기와의 직접적인 접촉 때문에 매우 유효한 이러한 외측에 놓이는 대면적 리브들을 경유하는 열 방출로 이루어진다.

여기서 도시된 스위칭 디바이스들의 특히 회로 차단기용, 본 발명의 열 추출 장치는 제 2 유효 전류 경로 열 추출 루트를 가능하게 하여, 더 큰 전력 손실들이 소산될 수 있어 스위칭 디바이스들의 더 높은 정격 전류 밀도들이 동일하게 남아 있는 절연 용적으로 가능하게 된다. 여기서 열 방출 표면들은 냉각 플레이트들의 형태로 스위칭 디바이스 내로 공간-최적화 방식으로 통합되어 표면들이 사용되지않거나 덮이지 않는다. 접촉 지점으로부터 냉각 플레이트 내로 관측된 제 2 열 추출 경로 때문에, 접촉 전이 지점의 열-특정 변동들로부터 열 방출부의 선호되는 디커플링이 유효하게 발생하며 그 결과로서 스위칭 디바이스의 방출 작용이 유리한 영향을 받는다. 여기서 설명된 공간-최적화 열 추출 장치는 따라서 전체 온도 수준에서의 감소 및 또한 리미트 전류 방출 작용에서의 개선 모두 가능하게 된다.

본 발명의 추가의 장점들 및 실시예들이 도면을 기초로하여 예시적인 실시예들을 참조하여 아래에서 더 상세하게 설명된다.

도 1은 스위칭 프로세스 후 열 소산 작용이 도시된, 스위칭 디바이스, 특히 회로 차단기의 단면도이며;
도 2는 열 소산 작용을 하는 스위칭 프로세스 후 열 추출 장치를 가지는 본 발명의 스위칭 디바이스의 단면도이며;
도 3은 냉각 플레이트들로 실시된 열 추출 장치를 구비한 스위칭 디바이스의 사시도이며;
도 4는 도 3에 따른 스위칭 디바이스의 사시도를 보여주며, 여기서 냉각 플레이트들이 절연 리브들의 형태로 스위치 기본 외형을 넘어 확대되는 도면이며;
도 5는 상-분리 하우징 중간 벽들 내에 배열되는, 냉각 표면들을 구비한 본 발명의 열 추출 장치의 추가 실시예의 사시도를 보여준다.

도 1은 열 방출부(2)를 가지는 스위칭 디바이스(1), 특히 회로 차단기를 보여주며, 스위칭 디바이스 상에 접촉 링크 지지부(3)에 의해 가동 스위칭 피스(4)가 배열된다. 가동 스위칭 피스(4)는 두 개의 접촉 지점(5, 6)들을 구비한 가동 접촉 링크로서 실시된다. 가동 스위칭 피스(4)는 접촉 링크 지지부(3) 내에 스프링 요소(7) 상에 장착되고 정지형 스위칭 피스(8, 9)들과 마주하게 배열된다. 정지형 스위칭 피스(8, 9)들은 접촉 링크 지지부(3)의 우측 또는 좌측에 배열되고 각각 접촉 지점(10, 11)들을 포함하며, 이는 스위칭 프로세스의 경우, 가동형 스위칭 피스(4)의 접촉 지점(5, 6)들과 부딪친다.

정지형 스위칭 피스(8)는 U-형상으로 실시되는 것이 바람직하고 단자 클램프(13)에 연결되는 돌출부(12)를 포함한다. 정지형 스위칭 피스(9)는 또한 길고 짧은 림을 구비한 U 형상으로 실시되며, 여기에서 더 짧은 림은 돌출부(14)를 경유하여 열 방출부(2)로 연결된다. 연결 설형부(15)는 열 방출부(2)로부터 추가의 단자 클램프(16)로 연결된다.

도 1에서, 스위칭 프로세스 후의 열 소산 작용(17, 18)이 도시된다. 스위칭 프로세스 후, 대형 열계부(thermal field; 19, 20)들은 초기에 정지형 스위칭 피스(8, 9)의 자유 림(21, 22)들 상에 초기에 형성되는데, 자유 림들은 단자 클램프(13) 및 열 방출부(2)로 연결되지 않는다. 열계부(18, 20)들 보다 다소 작게 표시된 추가의 열계부(23, 24)들은 정지형 스위칭 피스(8, 9)들의 다른 두 개의 림(25, 26)들 상에 발견된다. 상기 다소 작게 표시된 열계부(23, 24)들에 따라, 열이 단자 클램프(13)들의 방향으로 그리고 열 방출부(2)를 경유하여 단자 클램프(16)로 추가로 방출된다.

도 2는 도 1에 따른 설명을 보여주며, 여기에서 열 추출 장치(27, 28)들은 정지형 스위칭 피스(8, 9)들의 자유 림(21, 22)들 상에 배열된다. 이러한 열 추출 장치(27, 28)들은 예를 들면 냉각 플레이트들 또는 냉각 리브들로서 실시될 수 있다. 도 2는 열계부(19, 20)들이 본 발명의 열 추출 장치(27, 28)보다 상당히 더 작게 실시된다.

도 3은 본 발명의 열 추출 장치(27, 28)들의 특별히 유용한 실시예를 보여준다. 이러한 예에서, 열 추출 장치(27, 28)들이 냉각 플레이트(29)로서 도시된다. 냉각 플레이트(29)들은 바람직하게는 서로 평행하게 정렬되는 것이 바람직하고 정지형 스위칭 피스(8, 9)들 위 및 연결 설형부(15) 위에 배열된다.

도 4는 도 3으로부터의 설명을 보여주며, 여기에서 냉각 플레이트(29)는 절연된, 필요한 경우, 하우징-통합형 리브(30)들의 형태로 스위치 베이스 외형 위로 연장한다.

도 5는 본 발명의 냉각 플레이트(29)의 추가의 공간-최적화 하우징 배열을 보여준다. 여기서 냉각 표면들은 바람직하게는 상-분리 하우징 중간 벽(31)들 내에 배열된다.

여기서 도시된 스위칭 디바이스들의, 특히 회로 차단기들에 대한 본 발명의 열 추출 장치에 의해, 제 2 유효 전류 경로 열 추출 루트가 가능하여 더 큰 전력 손실들이 방출될 수 있어, 디바이스들의 더 큰 정격 전류 밀도들이 동일하게 남아 있는 설치 용적으로 가능하다. 여기서 열 방출 표면들은 냉각 플레이트들의 형태로 스위칭 디바이스에서 공간-최적화 방식으로 통합되어, 열 방출 표면들은 사용되지 않거나 덮히지 않는다. 접촉 지점으로부터 냉각 플레이트 내로 관측된 제 2 열 추출 경로 때문에, 접촉 전이 지점의 열-특정 변동들로부터 열 방출부의 선호하는 디커플링이 유용하게 발생되고, 이의 결과로서 스위칭 디바이스의 방출 작용이 양호하게 영향을 받는다. 여기서 설명된 공간-최적화된 열 추출 장치는 따라서 열 수준 전체에서의 감소 및 또한 리미트 전류 방출 작용에서의 개선 모두를 가능하게 한다.

Claims (6)

1. 열 방출부(2)를 가지며 상기 열 방출부 위에 가동형 스위칭 피스(4)가 접촉 링크 지지부(3)에 의해 배열되고, 스프링 바디(7) 상에 장착되고 정지형 스위칭 피스(8, 9)들에 마주되게 배치되는, 스위칭 디바이스, 특히 회로 차단기에 있어서,
   열-소산 재료로 이루어진 열 추출 장치(27, 28, 29)가 각각의 경우 상기 정지형 스위칭 피스(8, 9)들 상에 측방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는,
   스위칭 디바이스.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   열-소산 재료로 제조된 상기 열 추출 장치(27, 28, 29)가 냉각 플레이트(29)로서 실시되는 것을 특징으로 하는,
   스위칭 디바이스.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 냉각 플레이트(29)들은 냉각 리브들로서 실시되는 것을 특징으로 하는,
   스위칭 디바이스.
   
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 열 추출 장치(27, 28, 29)는 상기 정지형 스위칭 피스(8, 9)들 상에 그리고 상기 열 방출부(2)의 연결 설형부(15) 상에 배열되는 것을 특징으로 하는,
   스위칭 디바이스.
   
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 열 추출 장치(27, 28, 29)는 상(phase)-분리 하우징 중간 벽(31)들 내에 배열되는 것을 특징으로 하는,
   스위칭 디바이스.
   
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 냉각 플레이트(29)들은 절연 리브들 형태로 스위치 기본 외형 위에 배열되는 것을 특징으로 하는,
   스위칭 디바이스.

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