用於斷路器的冷卻裝置及包括該冷卻裝置的斷路器的製作方法

2023-07-26 00:42:31 2

專利名稱：用於斷路器的冷卻裝置及包括該冷卻裝置的斷路器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於斷路器的冷卻裝置、一種包括該冷卻裝置的斷路器以及一種 包括該斷路器的配電盤。
背景技術：
已知地，低壓斷路裝置(用於額定電壓高達交流1000伏/直流1500伏的應用)， 例如自動斷路器、切斷器、和接觸器，通常稱為「開關裝置」並在下面統稱為斷路器，是設計 用於使電氣系統的特定部件和所安裝的負載能夠正確操作的裝置。這種裝置經常安裝在位於電氣系統中的配電盤內部。配電盤包括布置成用於連接 所述裝置和電力配電線路的合適的單元或櫃體。配電線路一般由諸如匯流排和/或線纜等 導體系統構成。使用合適的配電盤除了能提高系統的實用性、使用工效性、和外表美觀性之 外，也有助於長期保持足夠安全的狀態以及所有安裝部件正確發揮功能。所用裝置及其相關安裝構造的選擇必須與配電盤的技術特性兼容，這種兼容性涉 及到電氣方面、尺寸方面、機械方面、以及熱學方面。斷電器在配電盤中有三種主要的安裝 構造。具體地，斷路器的第一安裝構造是所謂的固定式，其中斷路器的電端子直接且穩 固地連接於配電線路的導體。這種連接通常通過使用夾具或螺釘來完成。斷路器的第二安裝構造是所謂的插入式，其中使用了專門的適配器裝置，所述適 配器裝置與配電盤機械地連接並藉助其自身的電端子與配電線路的導線穩固地連接；每個 斷路器機械地耦接於相應的適配器裝置並通過合適的插入式電端子來實現與配電線路的 電氣連接；插入式耦接通常包括插頭_插座式機構。斷路器的第三安裝構造是所謂的抽屜式；所述抽屜式大致是前面可拆卸構造的演 變，其中增加了作為引導和/或支撐和/或移動裝置的附件，以便於斷路器的插入和抽出操作。在這三種構造中，第一種是最簡單的和最便宜的，但是它只適用於確定的解決方 案並且在任何情形下都不可變通；另一方面，可拆卸式和抽屜式構造提供了更大的靈活性。 這些實際上允許——一旦適配器固定在配電盤中後——非常迅速地和完全安全地安裝或 拆卸斷路器，並且最重要的是，無需直接介入配電線路。與固定式安裝相比，可拆卸式和抽屜式斷路器的安裝確實具有至少一個缺點。為 實現插入接合(插頭/插座)，實際上需要引入至少一個附加的電連接器元件。考慮到由斷 路器及其相關適配器所構成的組件，實際上可以將組件的每一極點或分支圖式化為由彼此 串聯布置的元件所構成的電路鏈。在這樣的電路鏈中，每一元件都促使電阻增大(或類似 地促使總電導率惡化)，並因此由於焦耳效應而構成潛在熱源。在多個導電區段(例如由銅製成)以及首要地在每個存在電氣耦接的位置產生非 期望的熱。存在的各種接合、特別是插頭/插座的插頭和斷路器的主觸頭本質上是不可焊 接的，實際上引入了其它微小斷開，在所述斷開處可以發現電阻有明顯的局部增加。在實踐中，由焦耳效應造成的最嚴重的能量分布峰值以及隨之產生的非期望的熱趨於出現在這些 區域。可以看出，由這些分布所產生的熱促使由斷路器、櫃體和配電盤構成的系統溫度 升高。但是，因為斷路器的溫度和配電盤的溫度應該保持在預定工作範圍內，由斷路器及其 相關適配器所構成的系統的導電分支中電阻的任何非期望的增加，都會迫使限制裝置所能 獲取的功率。此外，溫度會對斷路器的工作造成負面影響。實際可用的最大負載(相對於理論額定容量)的分數通常用基於安裝的總有效狀 態的「減額」係數的形式來表示，這種安裝條件考慮了斷路器、適配器、櫃體、配電盤、外部環 境等特性的組合。因此，除了與減額相關的約束外，期望將斷路器的工作溫度維持在較低水平；事實 上眾所周知地，工作溫度越高，斷路器(或其更敏感部件)的壽命越短。為了減小斷路器電極的電阻以及斷路器和適配器之間電氣耦接的接觸電阻、和/ 或為了改善配電盤的總體熱效率，多個製造商已經提出了很多的解決方案。儘管這些現有解決方案確實提供了一些技術收益，但仍然存在進一步改進的空間 禾口需求。

發明內容
因此，本發明的主要目的是面對這些問題提供解決方案，所述解決方案能夠改進 對斷路器的冷卻以及對在其中嵌有斷路器的整個電氣配電盤的冷卻。該目的通過如下用於斷路器的冷卻裝置實現，該冷卻裝置包括具有前壁、後壁、 上壁、下壁、兩個側壁的殼體；以及第一系列並排端子和第二系列並排端子，第一系列並排 端子和第二系列並排端子從殼體向外伸出，用於斷路器與電路的連接。冷卻裝置包括至少 一個第一本體，第一本體由導熱材料製成並具有中央部、第一端部和第二端部，中央部適於 面對第一系列端子且沿著第一系列端子橫向定位從而吸收在第一系列端子處產生的熱，第 一端部和第二端部從中央部伸出並構造成接收由中央部所吸收的熱並將熱擴散到冷卻裝 置自身的外部。


從根據本發明的裝置的一些優選但非排它的實施方式的描述中，其它的特性和 優點將更加明顯，這些實施方式藉助於附圖僅以非限制性示例的方式進行了闡釋，在附圖 中圖1是立體圖，示出了根據一個可能的實施方式的、與根據本發明的冷卻裝置的 部件相耦接的斷路器；圖2是立體圖，示出了根據一個可能的實施方式的、與根據本發明的冷卻裝置相 耦接的斷路器；圖3是立體圖，示出了根據另一個實施方式的、與根據本發明的冷卻裝置相耦接 的斷路器；圖4示出了容納有斷路器的電氣配電盤，該斷路器耦接於根據本發明的冷卻裝置。
具體實施例方式在圖1-4中示出了從後部觀察的斷路器100，例如低壓斷路器，其包括由單一件或 由多個元件組裝到一起構成的殼體，所述殼體具有前壁1、後壁2、上壁3、下壁4、以及兩個 側壁5和6。根據本領域已知的、因此未在此處作詳細描述的實施方式，在殼體內部容納有斷 路器的斷開部分，所述斷開部分通常包括用於嵌有斷路器的電路的每一極或每一相的滅弧 室，在滅弧室內設置有一對彼此耦接/分開的電觸頭；此外，斷路器100可以實現為固定式 即一體實現，或是實現為抽屜式或可移除(插入)式，其中，含有斷開部件的(在圖中示出 的類型的)部分以可分開方式耦接於適配器。如圖中所示，第一系列並排端子7和第二系列並排端子8從斷路器的殼體露出，其 中第一系列並排端子7和第二系列並排端子8在殼體外部向前偏斜，用於斷路器與電路的 連接。有利地，根據本發明的冷卻裝置，總體上由參考數字10來表示，包括至少一個第 一本體11，該第一本體11由導熱材料製成並構造成具有中央部12，中央部12適於面對第 一系列端子7且沿著第一系列端子7橫向定位以吸收在第一系列端子處所產生的熱。本體 11還包括第一端部13和第二端部14，該第一端部13和第二端部14從中央部12的相反部 分前傾並構造成接收由中央部12所吸收的熱並將其擴散到冷卻裝置的外部。根據附圖中示出的一種可能的實施方式，第一導熱本體11完全由導熱導電材料 製成，例如銅、鋁或任何適於該目的的其它市售材料；並且冷卻裝置10包括收集本體20，該 收集本體20由導熱且電絕緣的材料製成，例如陶瓷或諸如熱塑性塑料的耐高溫塑料，比如 摻加了諸如氮化硼(BN)等陶瓷粉末的聚苯硫醚(PPS)；這樣的收集本體20可以與導熱本 體11以以下方式連接，即使得至少中央部12與斷路器的通電部分電絕緣，並且收集本體20 可根據應用場合和其將耦接的本體11的形狀而形成各種形狀。在實踐中，本體20像電絕緣護套那樣覆蓋本體11的中央部；此外，例如如圖1中 所示，本體20可以構造成能夠與斷路器的後壁2相耦接，例如根據插入構造而耦接，或使用 圖中未示出的諸如可拆卸螺釘等合適的緊固件而耦接。根據另一種可能的實施方式，中央部12的至少一部分由導熱且電絕緣的材料制 成，例如由陶瓷或耐高溫塑料製成，或者也可以完全由導熱且電絕緣的材料製成。優選地，導熱本體11包括至少一個含有冷卻液的密封腔15 (在圖1中僅由虛線指 示)；密封腔15具有位於中央部12的第一熱交換表面，和位於兩個端部13和14處的另外 兩個熱交換表面。優選地，密封腔15包括少量可蒸發液體，例如水。優選地，密封腔15的壁具有多孔的、粗糙的、或帶肋的內表面。有利地，裝置10包括分別連接於導熱本體的第一端部13和第二端部14的第一熱 交換器元件30和第二熱交換器元件30(在圖中只有一個可見)；兩個熱交換器30適於操 作性地聯接於斷路器(或斷路器的固定部分)的側壁，這將從下面更加詳細的描述變得更 加明顯。導熱本體11優選地包括至少一個密封中空管狀元件；特別地，如圖2-4所示，可以預見使用多個——例如三個——密封中空管狀元件，它們彼此平行定位並由收集本體20保 持在一起成為單個結構。這樣，多個管狀元件的內壁構成限定相應的腔15的表面，每個腔15含有冷卻液。具體地，在圖中示出的實施方式中，這種密封中空管狀元件，無論是一個還是多 個，均呈U形，其具有預期面對第一系列並排端子7的中央部12，和從中央部12向斷路器 (或斷路器的固定部分)的側壁5和6的外表面前傾的兩個彎曲端部13和14。端部13連 接於第一熱交換器元件30，而第二端部14連接於第二熱交換器30。在圖2示出的實施方式中，兩個熱交換器30均由散熱元件(只有一個在側壁6上 可見)構成，所述散熱元件連接於每個U形管狀元件的相應的端部13、14 ；在該例子中如圖 所示，這兩個散熱元件具有伸出有多個散熱片41的共用壁31。散熱元件30可以分別靠置 在斷路器(或斷路器的固定部分)的相應的側壁5、6上，或例如用螺釘而牢固地連接在斷 路器(或斷路器的固定部分)的相應的側壁5、6上。在圖3和圖4示出的實施方式中，兩個熱交換器30均由板(在該例中也只有一個 在側壁6上可見)構成，所述板連接於每個U形管狀元件的相應的端部13、14 ；此外，兩個 板30可以分別支撐於斷路器(或斷路器的固定部分)的相應的側壁5、6上，或例如用螺釘 而分別牢固地連接於斷路器(或斷路器的固定部分)的相應的側壁5、6。
有利地，兩個板30、31中的至少一個——優選地，兩個板——耦接於風扇，風扇在 圖3中由參考數字40示意性地表示。在實踐中，根據本發明的裝置10包括中央部分(由中央部12、所使用的多個管狀 元件、和可能使用的收集器20構成)，該中央部分用作代表十分關鍵的發熱點的端子7處的 熱收集器；密封腔15的中央部分(直接地或間接地)吸收來自於該區域的熱並將熱傳輸到 兩個端部13和14，兩個端部13和14又將熱傳遞到熱交換器30 (無論它們是板還是散熱 器)。兩個熱交換器30用作擴散器，並將熱(直接地或間接地)傳遞到裝置外部。特別地，在示出的實施方式中，交換器30將熱傳送到側壁5和側壁6，因此側壁5 和側壁6本身用作附加散熱器；任何可能的對風扇40的使用都將能夠進一步促進從端子7 的區域減少熱。總之，這是一種熱迴路，其具有中央區域中的較熱區段，該較熱區段面對端子7， 即與斷路器的較熱部分在一起；和「較冷」區段，該「較冷」區段位於面對斷路器側壁的端部， 在該「較冷」區段中，溫度對於斷路器的工作不具有特別影響。較熱區段用作位於密封腔內 的冷卻液的蒸發器，而較冷區段用作冷凝器；基本上，在鏈路的、其特徵在於溫度非常不同 的兩個區段之間實現了 「熱短迴路」，其中裝置10在其較熱區段吸收熱，將熱傳送到較冷區 段，該較冷區段從而將熱傳送到與其接觸的區域。注意到如果數十瓦的熱功率(例如，如出現在斷路器以滿負荷工作的典型情況下 的那樣)保持在斷路器的內部，則無疑將非常危險，而一旦該熱功率朝斷路器(或斷路器的 固定部分)的側壁抽離，則該熱功率將變得無關緊要。實際上，與主要散熱表面相聯接的斷 路器(或斷路器的固定部分)側壁的熱容量實際上使得該熱貢獻可以忽略。而且，金屬板 側壁通常相當堅固，並且不會出現因適度的加熱現象而造成的過早老化的風險。在實踐中已經觀察到根據本發明的裝置10是如何能夠通過提供一些相對於現有 解決方案的重大改進而實現預期意圖的；事實上，冷卻裝置10能夠從斷路器的敏感部分(如端子)處帶走大量的熱並將其朝基本不受其影響的區域擴散。應該注意到裝置10具有簡單的結構並且無需特別的預先布置就能夠快速和高效 地安裝，並可作為套件出售，該套件可應用於任意類型的斷路器，特別是將會需要使用該裝 置10的低壓斷路器。因此，本發明的另一目的由以下的用於電路的斷路器構成，該斷路器包括根據前 面的描述並在附屬權利要求中限定的冷卻裝置10。具體地，根據前面所描述的，裝置10優選地例如以可拆卸的方式連接到斷路器本 體的後部區域；此外，如從前面的描述中顯而易見並在附圖中示出的那樣，關於第一系列端 子7對裝置10的說明可以以完全類似的方式重複用於第二系列端子8。實際上在該例中， 可以使用第二本體11，在示出的相關例子中，該第二本體11具有一個或多個密封的U形中 空管狀元件並與相關的收集器20相聯接；管狀元件可以連接於相同的散熱元件30(見圖 2)或其它散熱元件30 (見圖3)。這樣，在所有條件相同的情況下，使用裝置10可使斷路器的額定值高於未設置裝 置10的相同斷路器的額定值。此外，該裝置10可以例如在改型中與用於任意類型電氣配電盤的斷路器一起使 用，或可以通過簡單地將其與已有斷路器相聯接從而將其連接於相聯的電氣線路的方式將 裝置10安裝在配電盤內。因此，本發明的另一目的由例如圖4所示出的電氣配電盤200構 成，電氣配電盤200具有多個壁201，多個壁201限定了意在容納一個或多個電氣裝置的內 部容積，電氣配電盤200的特徵在於其包括根據前面所描述的並在附屬權利要求中限定的 斷路器20。具體地，在圖4示出的例子中，提出了使用一個或多個成型導熱元件202。每個 成型元件202包括第一端和第二端，該第一端操作性地耦接於配電盤的相應的壁201，第二 端操作性地耦接於導熱體部11相應的端部13或14 ；例如，該第二端可以以螺紋方式連接 到相應的熱交換器30中。通過這樣的解決方案，除了使用元件202作為散熱器外，配電盤 的壁也可以用作散熱元件。可以對這樣構想的裝置10做出多種變化和變型，這些變化和變型均在本發明理 念的範圍內；另外，所有的細節都可以由其它等同的技術性元件替代。例如，可以改變管狀 元件的數目及其構造；或者可以用完全不同的方式設計收集器20形狀/尺寸；可以改變交 換器的數目、形狀和位置等。另外，可以實行上述示例性實施方式的任意組合。在實踐中， 根據需求和技術領域的狀態，材料以及尺寸可以為任意種類。
權利要求
一種用於斷路器(100)的冷卻裝置(10)，所述冷卻裝置(10)包括具有前壁(1)、後壁(2)、上壁(3)、下壁(4)、兩個側壁(5、6)的殼體；以及第一系列並排端子(7)和第二系列並排端子(8)，所述第一系列並排端子(7)和第二系列並排端子(8)從所述殼體向外伸出，用於所述斷路器(100)與電路的連接，所述冷卻裝置(10)的特徵在於，其包括至少一個第一本體(11)，所述第一本體(11)由導熱材料製成並構造成具有中央部(12)、第一端部(13)和第二端部(14)，所述中央部(12)適於面對所述第一系列端子(7)且沿著所述第一系列端子(7)橫向定位從而吸收在所述第一系列端子(7)處產生的熱，所述第一端部(13)和第二端部(14)從所述中央部(12)伸出並構造成接收由所述中央部(12)所吸收的熱並將所述熱擴散到所述冷卻裝置(10)自身的外部。
2.如權利要求1所述的裝置(10)，其特徵在於，所述第一導熱本體(11)完全由導熱 導電材料製成，並且，所述裝置(10)包括至少一個由導熱且電絕緣的材料製成的收集本體 (20)，所述收集本體(20)適於連接於所述第一導熱本體(11)從而使至少所述中央部(12) 電絕緣。
3.如權利要求1所述的裝置(10)，其特徵在於，所述第一導熱本體(11)的所述中央部 (12)的至少一部分由電絕緣材料製成。
4.如權利要求2所述的裝置(10)，其特徵在於，所述第一導熱本體(11)完全由導熱且 電絕緣的材料製成。
5.如權利要求1所述的裝置(10)，其特徵在於，所述第一導熱本體(11)包括至少一個 含有冷卻液的密封腔(15)。
6.如權利要求1所述的裝置(10)，其特徵在於，所述第一導熱本體(11)包括分別連接 於所述第一導熱本體(11)的所述第一端部(13)和第二端部(14)的第一熱交換器(30)和 第二熱交換器(30)，所述第一熱交換器(30)和第二熱交換器(30)適於操作性地聯接於所 述斷路器(100)的側壁(5、6)。
7.如前述權利要求中一項或多項所述的裝置(10)，其特徵在於，所述第一導熱本體 (11)包括至少一個含有冷卻液的密封中空管狀元件。
8.如權利要求7所述的裝置(10)，其特徵在於，所述密封中空管狀元件呈U形，具有 中央部(12)和兩個彎曲端部(13、14)，所述中央部(12)意在面對所述第一系列並排端子 (7)，所述兩個彎曲端部(13、14)從所述中央部(12)朝所述斷路器(100)的所述側壁(5、6) 的外表面伸出並分別連接於所述第一熱交換器(30)和所述第二熱交換器(30)。
9.如權利要求8所述的裝置(10)，其特徵在於，所述第一熱交換器(30)和第二熱交換 器(30)包括第一板(30)和第二板(31)，所述第一板(30)和第二板(31)連接於所述密封 中空管狀元件的兩個相應的所述彎曲端部(13、14)。
10.如權利要求9所述的裝置(10)，其特徵在於，所述第一板和第二板中的至少一個耦 接於風扇(40)。
11.如權利要求8所述的裝置(10)，其特徵在於，所述第一熱交換器(30)和所述第二 熱交換器(30)包括與所述密封中空管狀元件的兩個相應的所述彎曲端部(13、14)相連的 第一散熱元件(30)和第二散熱元件(30)，所述第一散熱元件(30)和第二散熱元件(30)包 括伸出有多個散熱片(41)的共用壁(31)伸出。
12.—種斷路器(100)，包括具有前壁(1)、後壁(2)、上壁(3)、下壁(4)、兩個側壁(5、 6)的殼體；以及第一系列並排端子(7)和第二系列並排端子(8)，所述第一系列並排端子 (7)和第二系列並排端子⑶從所述殼體向外伸出，用於所述斷路器(100)與電路的連接，所述斷路器(100)的特徵在於，其包括至少一個如權利要求1所述的冷卻裝置(10)。
13.如權利要求12所述的斷路器(100)，其特徵在於，所述冷卻裝置(10)以可拆卸方 式連接於所述斷路器(100)自身的本體。
14.如權利要求12所述的斷路器(100)，其特徵在於，所述冷卻裝置(10)包括第二本 體(11)，所述第二本體(11)由導熱材料製成並構造成具有中央部(12)、第一端部(13)和 第二端部(14)，所述中央部(12)適於面對所述第二系列端子(8)且沿著所述第二系列端 子(8)橫向定位從而吸收在所述第二系列端子處產生的熱，所述第一端部(13)和第二端部 (14)從所述中央部(12)伸出並構造成接收由所述中央部(12)所吸收的熱並將所述熱擴散 到所述冷卻裝置(10)自身的外部。
15.一種電氣配電盤(200)，所述電氣配電盤(200)包括具有多個壁(201)的櫃體，所 述多個壁(201)限定意在容納一個或多個電氣裝置的內部容積，所述配電盤(200)的特徵在於，其包括如權利要求12所述的斷路器(100)。
16.一種電氣配電盤(200)，其特徵在於，其包括如權利要求1所述的冷卻裝置(1)。
全文摘要
一種用於斷路器的冷卻裝置，所述冷卻裝置包括具有前壁、後壁、上壁、下壁、兩個側壁的殼體；以及第一系列並排端子和第二系列並排端子，所述第一系列並排端子和第二系列並排端子從所述殼體向外伸出，用於所述斷路器與電路的連接。所述冷卻裝置包括至少一個第一本體，所述第一本體由導熱材料製成並具有中央部、第一端部和第二端部，所述中央部適於面對所述第一系列端子且沿著所述第一系列端子橫向定位從而吸收在所述第一系列端子處產生的熱，所述第一端部和第二端部從所述中央部伸出並構造成接收由所述中央部所吸收的熱並將所述熱擴散到所述冷卻裝置自身的外部。
文檔編號H02B1/56GK101901705SQ20101019059
公開日2010年12月1日 申請日期2010年5月27日 優先權日2009年5月28日
發明者丹尼爾·沙爾圖尼, 布魯諾·阿戈斯蒂尼, 弗朗切斯科·阿戈斯蒂尼, 蒂洛·比勒, 阿萊西奧·貝爾加米尼, 馬裡奧·博爾託利 申請人:Abb公司