CN105992736B - 电源单元 - Google Patents

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Abstract

一种电源单元，其特别用于杀菌设备，包括外壳(20)和电气***(40)，其中所述电气***(40)被布置在所述外壳(20)内，其特征在于所述外壳(20)用绝缘气体(50)，特别是氮气填充，其中，所述绝缘气体(50)适于使所述电气***(40)电绝缘。

Description

电源单元
技术领域
本发明涉及电源单元，特别是用于杀菌设备的电源单元，涉及杀菌设备，特别是用于包装材料的杀菌设备以及涉及使特别地用于杀菌设备的电源单元电绝缘的方法。
背景技术
电子束照射已被视为是一种有希望的用于杀菌目的替代方案，用于杀菌目的的涉及过氧化氢的湿法化学过程已是传统的技术平台。电子束照射提供对例如包装材料的充分的杀菌，从而消除在例如包装机内的湿法化学过程的负面后果。然而，从现有技术中分别已知的杀菌设备或电子束发射器通常较重、相当大并且不方便使用。特别是，它们通常不适于遵循包装工业的要求。
例如作为用于将所述电源单元与外壳绝缘的绝缘介质的油可能导致关于食品工业应用或在医疗/生物领域内的问题，因为油可能渗漏出并且损坏或污染要杀菌的材料。此外，油的使用增大了部件的重量。然而，电子束发射器和相应的组件，诸如例如电源单元，应优选轻的，因为它们通常是设置在可移动部件，例如可移动转盘上。
所述电源单元产生高电压，该高电压对于操作电子束发射器是必需的。然而，产生这种高电压会产生热量。因此，还必须找到解决方案以冷却整个电气***，并分别在电源单元的内部或在杀菌设备内提供可靠的操作条件。
发明内容
本发明提供了：电源单元，特别是用于杀菌设备的电源单元；杀菌设备，特别是在电源单元内的用于包装材料的具有改进的绝缘和冷却条件的杀菌设备。另外，提供了一种使电源单元电绝缘的方法，其特别地用于杀菌设备，以保持在所述电源单元内的良好的绝缘和冷却条件，以及分别用于电源单元或杀菌设备，从而提供高灵活性、易于搬运并且具有成本效率。
这通过根据权利要求1所述的电源单元，通过根据权利要求13所述的杀菌设备以及根据权利要求14所述的将电源单元电绝缘的方法来实现。本发明的优选实施方式的另外的优点和特征在从属权利要求中限定。
根据本发明，一种电源单元(特别用于杀菌设备)包括外壳和电气***，其中所述电气***位于所述外壳内，其特征在于所述外壳填充有绝缘气体，其中，所述气体适于将所述电气***与所述外壳电绝缘或者将所述电气***的部件彼此电绝缘。绝缘气体的使用提高了电气***和所述外壳的介电强度或电气***的部件的介电强度。所述电源单元分别连接或可连接到电子束发射器。
术语"绝缘"是指两个元件之间的传导隔离。绝缘体或隔离器当在其规格内使用基本上非导电的元件或材料时能够与导电元件相互电分离。
电源单元和电子束发射器的组合或联合在本文被定义为杀菌设备。关于被连接或可连接至一个电源单元的电子束发射器的数量没有限制。然而，在不限制一般性的情况下，为了方便起见，以下特征结构是指包括一个电源供应单元及一个电子束发射器的杀菌设备。
根据本发明的一个或多个实施方式，电子束发射器包括用于发射诸如电子之类的电荷载流子的电子产生器。电子产生器通常被封闭在气密密封的真空室内。真空室设有电子出射窗。此外，电子产生器包括阴极外壳和灯丝。在使用中，电子束通过加热灯丝产生。当电流被馈送通过灯丝时，灯丝的电阻使灯丝被加热到约2000℃的温度。该加热导致灯丝发射电子云。电子通过阴极外壳和电子出射窗之间的高电位差被加速朝向电子出射窗。随后，电子穿过电子出射窗口并继续朝向目标区域，例如朝向包装材料的将被杀菌的一部分。
高电位差例如通过连接阴极外壳和灯丝至提供高电位的电源单元并通过连接真空室至接地电位来创设。当然也可以使用其它电位，电位之间的差提供加速由灯丝发射的电子的电压。除非另有说明，否则术语电压是指由源提供的电位和地电位之间的差。
电源单元提供的电压通常位于约80kV至115kV之间的范围内。然而，根据本发明的一个或者多个实施方式，也产生在约75kV至150kV的范围内的电压。像这样的电子束发射器可用于包装材料、食品、生物或医学设备等的杀菌。
关于包装材料的内含物没有限制。该内含物可以是液体或固体。相应地，关于使用杀菌设备或电子束发射器本身也不存在限制。因此，电子束发射器或杀菌设备相应地可用于内部和/或外部的杀菌。
根据一个实施方式，所述杀菌设备或电源单元相应地用于例如由纸板和/或塑料制成的包装容器的内部和/或外部的杀菌。在一实施方式中，通过电源单元的高电压输出连接器提供在电源单元和电子束发射器之间的电连接。这种连接器提供了一定的绝缘性，并且包括能够承受非常高的电压的材料以及设计。在另一实施方式中，电源单元和电子束发射器连接，并且电源单元被密封并用绝缘气体注满。选择足够的空间，例如在高电压下操作的任何导线和所述外壳之间的约30mm的空间，并且发射器与所有连接导线之间的屏障被建立。在这种环境下，电源单元和发射器之间的连接可由正常的连接器建立，而不用考虑高电压操作的特殊要求。
有利的是，高电压输出连接器适于提供密封连接。该连接可以是例如使用螺钉和/或螺栓(结合适当的开口)的形状和/或力配合连接。所述高电压输出连接器相应地在电源单元的外壳内部提供与电气***或电气***的至少一部分的连接。一般而言，电气***适合于产生对于杀菌过程所需的高电压。
但是，如果产生高的电位或电压，则电绝缘是一个问题。特别是，电晕必须避免。电晕放电是通过电离被电激励的导体周围的诸如气体之类的介质所产生的放电。电晕放电是使电子从具有高电位的电极流到易于电离的中性流体中从而在电极周围产生等离子体区的过程。所产生的这些离子最终传送电荷到低电位的附近区域。当导体周围的强度(电场的电位梯度)高到足以形成导电区域，但没有高到足以导致对于附近的物体的电击穿或电弧时，会发生放电。然而，在本发明上下文中，也必须避免电弧或电弧放电，因为它们会损坏灭菌设备及其部件。此外，特别是利用杀菌设备工作的人员必须受到保护。
本发明尤其建议在外壳内使用绝缘气体，以提高电源单元或其部件的介电强度。在一实施方式中，氮气被用作绝缘气体。氮气是适于防止或快速熄灭放电的介电气体。相比于空气，氮气在其电子之间具有较短的平均自由程。平均自由程是由运动粒子在连续的碰撞之间行进的平均距离，连续的碰撞修改运动粒子的方向或能量或其它颗粒性质。在另一实施方式中，二氧化碳被用作绝缘气体。两种气体是化学上相对地无活性的且不引起电子部件的腐蚀。因此，所述绝缘性能比例如包含有氧气的空气的绝缘性能好得多。
相比于例如绝缘油的使用，绝缘气体(如氮气)的使用的一大优势是气体不能漏出以及滴落在必须杀菌的材料上。必须杀菌的材料不能被绝缘介质/气体破坏或污染。特别对于食品包装工业，这是非常大的优势。
本发明的另一大优点是与液态绝缘材料(例如油)相比，绝缘气体的密度较低。使用加压或不加压的绝缘气体使重量减轻约20％。如已经提到的，所述杀菌设备通常设置在如转盘等运动部件上。这些转盘移动非常快并且例如必须被抬升、加速、停止等。因此，杀菌设备的重量应尽可能减小。该重量减小可通过使用绝缘气体(如氮气或二氧化碳)有利地实现。
然而，上述的在绝缘气体(例如氮气)的电子之间的平均自由程仍然大于例如油的电子之间的平均自由程。根据具体情况和高电压电源单元的结构和设计，提供另外的元件以改善电源单元的介电强度可能是合适的。
在下文中，列出了可根据一个或多个实施方式实现的附加的方面：
a)电气***或电气***的部件通常相应安装在被布置在外壳内的特定盘上。根据一或多个实施方式，用于这些盘的材料可以包括FR4。根据一实施方式，平行于层压的盘材料的最大可接受的电场是大约2kV/mm。
b)被布置在盘上的部件的最大可接受电场为约6-8kV/mm(导体半径)。
c)上述值可通过涂覆具有高的介电强度的电气元件(聚合物化合物)的导电表面增大到3至4倍。对于板绝缘而言，可使用介电聚合物化合物。实施例可包括环氧树脂类、聚酯树脂类、硅树脂类、聚丙烯类和液体有机硅橡胶类，其还可以承受这种电源在运行中的更高的温度。尤其是对于防电晕而言，应使用具有少量导电添加剂的聚合物化合物。添加剂可包括热稳定添加剂或导电添加剂，如钛酸钡、碳、具有微填料(microfillers)的纳米复合材料等。
根据本发明的一个方面，将绝缘气体加压。例如，绝缘气体可以具有比周围压强高的分压。这改进了介电气体的绝缘性能。压强可处于约1.5巴至5巴(总是指绝对压强)的范围内。在一实施方式中，压强为约3.5巴至4.0巴，因此高于在外壳外部的常压至少2.5巴。加压氮气提供良好且可靠的绝缘。在2.5巴下，对于3mm半径的测试电子，击穿电压为8kV/mm。
根据另一个方面，将绝缘气体除湿，特别是将氮气，并且尤其特别是将加压氮气除湿。在外壳内的低湿度增大击穿电压甚至更多，并且降低表面泄漏和电晕。降低氧含量也显著降低臭氧产生的风险，并延长电气***的预期寿命。根据一个或多个实施方式，具有0.1-1％的污染物的氮气适用于此应用。相比于使用(绝缘)油，可以实现重量减少在约20％的范围内。
有利地，所述电源单元包括热吸收器单元，所述热吸收器单元由至少一个板形成。该板可由金属制成，例如由铝或铜制成。通常，应当优选提供良好的热传导的材料。根据本发明的一个方面，所述电气***的部件直接安装在至少一个板上或至少与所述至少一个板(导热)接触。因此，由电气***的部件产生的热量可以通过所述热吸收器单元或通过至少一个板吸收和传递。
然而，热吸收器单元还适于从外壳内吸收热量，特别是从绝缘气体吸收热量。因此，所述热吸收器有利地包括至少一个热交换元件，其中，所述热交换元件被有利地布置在所述至少一个板处。所述至少一个热交换元件优选具有大表面的部件。换句话说，该表面是大的导热表面。因此，所述至少一个热交换元件可以从所述外壳的内部吸收热，特别是从绝缘气体吸收热，其中，当热交换元件优选与热吸收器单元或所述至少一个板相应地接触时，所述至少一个热交换元件将所吸收的热量传递到热吸收器单元。
根据一个或多个实施方式，电气***的至少一些部件设置在盘上，该盘设置在所述至少一个板上。所述盘可以是例如由FR4制成。根据本发明的一个方面，所述盘是一种功率转换器盘，并适于提供高的电位或输出到高电压连接器。电气***的部件可以设置在功率转换器盘处。所述功率转换器盘还包括导体等。在一般情况下，(功率转换器)盘也产生热。然而，当其优选地与至少一个板相接触时，(功率转换器)盘的热可以传递到该板。该板和(功率转换器)盘不一定要直接接触。它们例如通过形状和/或力配合连接至少并排地靠近布置可能是足够的。然而，直接接触也是可行的，并且增强热传递。
根据一个或多个实施方式，所述外壳包括内壁，其中所述内壁将外壳分隔成第一室和至少一个第二室，其中，所述至少一个板有利地布置在内壁处。电气***的某些部分被设置在所述第一室内，而电气***的其它部分被设置在第二室内。根据本发明的一个方面，两个室都填充有绝缘气体。这两个室可以相互连接。因此，绝缘气体可以例如从第一室流到第二室，反之亦然。在另一实施方式中，分离这两个室。如果不同的绝缘条件将在两个室内实现，则这可能是优点。例如，绝缘气体的不同压强或不同湿度水平可被提供在每个室中。
此外，一个室可用于加工、处理或产生高电位或电压，其中另一个室可适于处理较低的电压。通常，所述外壳本身由外壁形成，其中所述壁(内壁和/或外壁)的材料可以包括金属，例如铝、钢，而且包括塑料、纤维增强材料等或它们的组合。根据本发明的一个或多个实施方式，所述外壳由焊接的不锈钢制成，其中，外壳的顶端以合适的O型环适当地能活动地连接并密封。替代地或附加地，可使用液态密封垫。有利的是，所述绝缘气体，例如氮气，不会泄漏，即使它被加压也如此。可拆卸的顶部端或通常外壳的可拆卸部分能容易维护。根据一个或多个实施方式，电源单元可以包括诊断***，该诊断***适于表明例如绝缘气体泄漏或其它在电源单元的操作期间可能发生的问题。
根据本发明的另一个方面，所述绝缘气体是具有高介电强度的介电气体，诸如氮气、二氧化碳、SF6或其他卤素。
有利地，热吸收器单元包括至少一个冷却通道，其中所述冷却通道适于冷却所述至少一个热交换元件、所述盘和/或所述至少一个板。根据本发明的一个方面，所述至少一个冷却通道集成在所述至少一个板内。换句话说，这些板可以具有一个或多个冷却通道。为了适当地改善热传递，冷却介质，例如气体或水，流过一个或多个冷却通道。因此，冷却通道具有入口和出口。然而，冷却通道不必被集成在另一部件(例如所述板)内。它可以是位于外壳内的单独的部件。
根据本发明的另一方面，外壳包括用于传送所述绝缘气体的装置，特别是风扇，其中所传送的绝缘气体提供冷却效果。其一个优点在于可产生绝缘气体流。绝缘气体并且特别是绝缘气体流有利地提供冷却性能。换句话说，绝缘气体可以相应地从电气***或从电气***的部件上吸收热量。因此，优选由绝缘气体提供冷却效果。不言而喻，例如包围电气***的一部分的绝缘气体确实加热其本身。因此，所述外壳包括用于输送所述气体的装置是一个大的优点。由此，可以确保已加热的绝缘气体例如通过风扇从电气***的加热部分吹走。反之亦然，可以通过使用用于输送气体的装置，特别是风扇，确保尚未被加热的绝缘气体总是围绕电气***的产生热量的一部分。这样进行时，可以确保围绕电气***的产生热量的一部分的绝缘气体仍然可以吸收热量。
根据本发明的另一个方面，所述外壳包括至少一个热源，其中，用于输送所述绝缘气体的装置用来形成被至少从所述至少一个热源引导到所述至少一个热交换元件的绝缘气体流。热源是电气***的产生热量的那些部件，如之前已经描述的。上述绝缘气体流的优点是，其可以将其吸收的热量传递给至少一个热交换元件。通过传送热到至少一个热交换元件，绝缘气体流本身冷却。根据一个或多个实施方式，冷却后的绝缘气体(在热交换元件处)的温度下降位于约20℃-25℃的范围内。因此，电源单元可以可靠地在高达60℃及以上的环境条件下操作。不言而喻，用于输送绝缘气体的装置，特别是风扇，也适于使冷却的绝缘气体从至少一个热交换元件(返回)到至少一个热源。
根据本发明的另一个方面，冷却后的绝缘气体流最先被引导到电气***的产生最多热量的这些部件。换句话说，绝缘气体流首先被引导至"最大"的热源。通常，这种热源可包括电气***的高电压部件。在一实施方式中，该外壳包括用于将气体流导向到这种源的引导元件。所述引导元件可包括挡板、引导板或导流板等。引导元件应与外壳热接触，以便能进行热传递。
根据本发明，必须确保，在此"引导"期间，冷却后的绝缘气体流尽可能少地加热。在一实施方式中，绝缘气体流例如沿着外壁(在外壳内部)被引导。不言而喻，可以设置多个用于输送气体的装置，特别是风扇。因此，可以在外壳内部创设多个绝缘气体流。以上提到的特征和优点通常适用于外壳，并且也适用于外壳中的不同室(如果提供的话)。
有利地，绝缘气体流是循环绝缘气体流。关于外壳或多个室中的一个，循环绝缘气体流可以如下建立。根据一个或多个实施方式，该外壳以及第一和第二室(如果提供的话)沿纵向轴线延伸。因此，该外壳具有顶端和底端，其中所述底端可以包括上述高电压输出连接器。可以通过例如在靠近外壳的顶端提供风扇来建立循环绝缘气体流。根据本发明的一个方面，所述风扇基本上位于外壳的中部，其中通过风扇建立的气流从底端流到顶端。所述至少一个热交换元件位于所述风扇的上方。因此，气流撞击至少一个热交换元件，并且在所述至少一个热交换元件处分隔成优选沿着外壳的外壁从外壳的顶端流到底端的多个(至少两个)外绝缘气体流。然而，如果由风扇创设的绝缘气体流没有沿纵向轴线移动的话，那么也可以建立如上所述的循环绝缘气体流。
根据本发明的另一个方面，电气***包括电压倍增器。特别是，设置至少一个电压倍增器，特别是两个或更多个电压倍增器。这些电压倍增器可以包括分立的或集成的电路或它们的组合。通常，电气***包括电力电子部件、高电压部件和控制***部件。根据一个或多个实施方式，电力电子部件直接安装在所述至少一个板处。为了冷却高电压部件(其中，所述电压倍增器是高电压部件的一部分的示例)，使用绝缘气体流。为了提供用于高电压部件的适当的冷却条件，至少一个热交换元件具有约200W(水至氮)的热传递的性能。为了冷却控制***部件，也适当地使用结合热交换元件的绝缘气体流。热交换元件可以具有大约60W(水至氮)的性能。两个热交换元件优选分别与一个水冷却板接触或与多个水冷却板接触。优选地，高电压部件设置在第一室内，其中，控制***部件和电力电子部件设置在第二室内。因此，每个室优选地具有其自己的热交换元件和其自己的风扇。
电压倍增器包括至少较低电压区域和较高电压区域。通常，电压倍增器是电气电路，其将A/C(交流)电力从较低电压转换到较高D/C电压。如已经提及的，一个电压倍增器或多个电压倍增器分别产生在约75kV至150kV的范围内的电压。因此，较低电压区域位于高达70kV至90kV的范围内，其中较高电压区域的电压位于约80kV至150kV的范围内。根据本发明的一个方面，较低电压区域相应地朝向至少一个热交换元件被定位或定向。结合上述绝缘气体流，可以保证绝缘气体流从至少一个热源被引导到至少一个热交换元件。
在上下文中，较高电压区域是热源。这部分相应地被有利地引导到外壳的底部或第一室。所述绝缘气体流应该在其首先接触(电压倍增器的)较高电压区域时尽量冷却。关于外壳或第一室的纵向轴线，相应地，较低电压区域可以被朝向外壳的顶端定向或定位，其中较高电压区域可被朝向外壳的底端定向或定位。因此，如前面所描述的，相应地可以通过(循环)绝缘气体流理想地冷却一个电压倍增器或多个电压倍增器。
根据本发明的杀菌设备(特别是用于包装材料的杀菌设备)包括电源单元和电子束发射器，其中，所述电源单元包括外壳和电气***，其中，所述电气***位于外壳内，且其中所述电气***适于供电给所述电子束发射器，其特征在于所述外壳填充有绝缘气体(特别是氮气)，其中，所述绝缘气体适于将电气***电绝缘。
根据本发明，一种利用绝缘气体(特别是氮气)将电源单元或其部分(特别是用于杀菌设备的)电绝缘的方法，该电源单元包括外壳和电气***，其中绝缘气体适于将电气***电绝缘，并且其中电气***位于外壳内，该方法包括步骤：
-降低外壳内的空气压强；
-用绝缘气体填充外壳，特别是用氮气填充外壳。
根据一个或多个实施方式，相应地应当例如使用合适的真空泵使空气外壳或室内部的压强从起始压强(通常约1巴)最小化至约0.002或0.001巴。根据本发明的一个或多个实施方式，真空泵连接到外壳的适当的端口，特别是装填端口。在此步骤之后，外壳或室相应地可以以绝缘气体(如氮气)填充，直至达到高于正常大气压约2.5或3巴的压强。至少，真空泵可以被断开，其中所述装填端口应是密封的。
根据本发明所述的电源供应单元可以包括根据本发明所述的杀菌设备的特征和优点以及根据本发明所述的将电源单元电绝缘的方法的特征和优点，反之亦然。
本发明的另外的方面和特征在以下的本发明的优选实施方式的参照附图的描述中示出。各个实施方式的单个特征或特性被明确地允许在本发明的范围内结合。
附图说明
图1a：示出了电源单元的第一优选实施方式的示意性侧视剖视图；
图1b：示出了图1a的优选实施方式的顶视图；
图1c：示出了图1b所示的A-A向剖切图；
图2a：示出了根据图1a的表示A-A向和B-B向两个剖切向的优选实施方式的侧视图；
图2b：示出了如图2a所示的A-A向剖切图；
图2c：示出了如图2a所示的B-B向剖切图；
图3a：示出了根据图1a的表示A-A向和B-B向两个剖切向的优选实施方式的侧视图；
图3b：示出了如图3a所示的A-A向剖切图；
图3c：示出了如图3a所示的B-B向剖切图；
图4：示出了电源单元的另一优选实施方式的示意性侧视剖视图；
图5：示出了设置在两个板处的盘的沿着纵向轴线的顶视图；
图6：根据一个或多个实施方式示出了在第一和第二室内的电气***的布置；
图7：根据图6中所示的实施方式示出了电气***的部件的布置(还参见图1c)；
图8：根据图6中所示的实施方式示出了在第二室中的电气***的部件的优选布置(还参见图2b，A-A向剖切图)；
图9：根据图6中所示的实施方式示出了在第二室中的电气***的部件的优选布置(还参见图2c，B-B向剖切图)；
图10a：示出了图1a的表示A-A向和B-B向两个剖切向的实施方式的侧视图；
图10b：根据图10a示出了A-A向剖切图；
图10c：根据图10a示出了B-B向剖切图；
图11：根据图4示出了电源单元的优选实施方式的电气***的部件的优选布置。
具体实施方式
图1a示出了电源单元的第一优选实施方式的示意性侧视剖视图。该电源单元包括外壳20，该外壳20具有外壁23和内壁22。内壁22将外壳20分隔成第一室24和第二室25。两个室24、25都用绝缘气体50，特别是氮气填充。将氮气加压。压强有利地处于约2巴至3巴的范围内，这意味着比正常压强1013毫巴高1-2巴。外壳20以及室24和25沿轴线A延伸。在外壳20的底端，电源单元包括高电压输出连接器85。在第一室24内，设置有电压倍增器80，其包括较低电压区域82(例如高达70kV-90kV)和较高电压区84(例如80kV-150kV)。较低电压区域82包括离散的或集成的元件，这些元件相比于倍增器80的较高电压区域84内布置的元件在较低的电压下操作。
较低电压区域82相应地朝向外壳20的顶端定位，其中，电压倍增器80的较高电压区域84相应地朝向外壳20的底端或第一室24定位或定向。第一室24和第二室25包括用于输送绝缘气体50的装置26。
在用于输送绝缘气体50的装置26或风扇26上方，相应地布置板62。板62是热吸收器单元60的部件，热吸收器单元60还包括设置在水平板62上的至少三个热交换元件64。在第一室24内的热交换元件64的性能值(氮至水)位于约200W的范围内，其中在第二室25的热交换元件64的性能值(氮至水)优选位于约60W的范围内。有利地，热吸收器单元60提供绝缘气体50的约20℃的温度下降。另一垂直板62设置于内壁22处。该板62包括冷却通道68，冷却通道68例如用水填充，以吸收和传递特别是电气***40的热量，该冷却通道68包括适于连接到例如冷却介质供给***的合适的冷却通道输入和/或输出68'。电气***40的不同部分例如在图6、图7、图8和9中说明。
图1b根据图1a示出了电源单元的实施方式的沿轴线A的顶视图。虚线表示将外壳20分隔成第一室24和第二室25的内壁22。截面A-A在图1c中说明。
图1c示出了如图1b所示的A-A向剖切图。第一室24包括被布置在外壳20的外壁23上的板62。板62包括两个冷却通道68。热交换元件64分别被布置或连接到板62。风扇26位于热交换元件64下面。风扇26产生绝缘气体流52，特别是循环绝缘气体流52，如图1c所示的。两个电压倍增器80沿着纵向轴线A延伸。它们被布置在支撑结构69上。循环气体流52沿外壁23从外壳20的顶部流动到外壳20的底部，其中，循环绝缘气体流52从外壳20的底端穿过电压倍增器80流动到外壳20的顶端。有利的是，整个第一室24用绝缘气体50填充。
图2a示出了根据图1a的表示将在接下来的附图解释的A-A向和B-B向两个剖切向的实施方式。
图2b示出了如图2a所示的A-A向剖切图。第二室25用绝缘气体50填充。两个垂直板62沿轴线A延伸。被布置在外壳20的顶端的另一水平板62通过冷却通道68与上述板62连接。两个垂直板62还通过在外壳20的底端的冷却通道68连接。热交换元件64被布置在两个垂直板62中的一个处。风扇26位于热交换元件64的上方。电气***40的不同部分例如在图8中说明。
图2c示出了如在图2a中所示的B-B向剖切图。尤其是，如在图2b中所示的电气***40的部分不再存在，使得两个垂直板62是可见的。具体地，可以看到冷却通道68的布置。风扇26产生如例如由图2c中的箭头指示的绝缘气体流55。
图3a示出了根据图1a的表示A-A向和B-B向两个剖切向的电源单元的实施方式。
图3b示出了如图3a所示的A-A向剖切图。第一室24和第二室25的顶视图被示出。因此，风扇26的顶视图被示出。第一室24和第二室25通过内壁22分隔开。在内壁22处，布置有属于热吸收器单元60的一部分的板62。热吸收器单元60包括冷却通道68。小箭头表示在冷却通道68中流动的冷却介质(例如水)的可能的流动方向。
图3c示出了如图3a所示的B-B向剖切图。该图示出了盘66设置在板62处。盘66例如是功率转换器盘。盘66可以与板62直接接触。然而，盘66不一定要直接连接到板62。板62设置有冷却通道68。
图4示出了具有外壳20的电源单元的另一实施方式的示意性剖切图。这个实施方式大体上类似于在图1a中示出的那个实施方式。但是，电压倍增器80的结构是不同的。然而，电压倍增器80以相同的方式包括较低电压区域82和表示热源70的较高电压区域84(类似于图1所示的实施方式)。热吸收器单元60包括如已从图1中已知的元件，但是板62和冷却通道68排列不同。因此，冷却通道的输入/输出68'被布置在外壳20的底端。与图1a中示出的实施方式的进一步的差异是在第一室24内的风扇26的布置。结果，在第一室24内的热交换元件64被相应地安装或布置在内壁22处。在第二室25中的电气***40的布置对应于在图1中所示出的布置。
图5示出了盘66(尤其是功率转换盘)在两个板62处的布置。两个板62通过冷却通道68连接。此外，两个板62被布置在内壁22处。与在盘66和板62之间的形状和/或力配合连接通过例如形成为夹子的适当的连接元件63实现。
图6更详细说明了如图1a所示的实施方式的电气***40。第一室24包括高电压变压器410。在电压倍增器80和高电压输出连接器85之间布置有火花电流限制器408。此外，第一室24包括高电压测量分压器412和灯丝变压器以及整流器411。第二室25包括多个输入电解电容器405。此外，多个PFC(功率因子校正)和软启动半导体元件404以及多个高电压转换器部件413被布置在第二室25内。此外，提供用于灯丝变换器、PFC导体414和整流器403的电源401。
图7示出了如已从图1c已知的剖切图。两个电压倍增器80被布置在相应地与外壳20或外壁23接触的结构69处。两个电压倍增器80通过互连盘409连接。在此视图中，也有两个火花电流限制器408是可见的。
图8示出了如已从图2b已知的剖切图。PFC电感器414、线路滤波器415、用于控制盘416的电源402以及输入电解电容器405被布置在盘66处。整流器403、PFC和软启动半导体元件404以及灯丝变换器组件407直接安装在板62上。
图9示出了如已从图2c已知的剖切图。可以看出，整流器403、PFC和软启动半导体部件404、转换器半导体部件406以及灯丝变换器部件407直接布置在板62上。这些部件是电力电子部件。在图8中所示的其余部件是控制***组件。由风扇引入的气流将热量从转换器部件朝向上部输送。同时，该气体可以防止在这些部件上的电气放电，并减少围绕这些部件的电晕，从而使得转换器的部件能紧凑布置。
图10a示出了图1的实施方式的已知剖切图，其表明了如已从图3a已经的两种剖切。
图10b示出了用于控制盘416上的电源402以及输入电解电容器405的顶视图。
图10c示出了用于灯丝变换器的电源401的顶视图。
图11示出了已从图4已知的电源单元的另一实施方式，更详细解释了第一室24的电气***40。特别是，灯丝变压器和整流器411以及高电压测量分压器412的布置不同于在图6中的布置。电压倍增器80的不同设计还导致互连盘409的不同布置或设计。还有火花电流限制器408被设计成与例如图6中所示的不同。
附图标记
10 电子束发射器
20 外壳
22 内壁
23 外壁
24 第一室
25 第二室
26 用于输送气体的装置，风扇
40 电气***
401 用于灯丝转换器的电源
402 用于控制盘的电源
403 整流器
404 PFC(功率因子校正)和软启动半导体部件
405 输入电解电容器
406 转换器半导体部件
407 灯丝转换器部件
408 火花电流限制器
409 互连盘
410 HV(高压)变压器
411 灯丝变压器和整流器
412 HV(高压)测量分压器
413 HV(高压)转换器部件
414 PFC电感器
415 线路滤波器
416 控制盘
50 气体，氮气
52 绝缘气体流
60 热吸收器单元
62 板
63 连接元件
64 热交换元件
66 (功率转换盘)盘
68 冷却通道
68' 冷却通道输入/输出
69 支撑结构
70 热源
80 电压倍增器
82 较低电压区域
84 较高电压区域
85 高压输出连接器
A (纵向)轴线

Claims (45)

1.电源单元，
所述电源单元包括外壳(20)和电气***(40)，
其中所述电气***(40)被布置在所述外壳(20)内，并适于提供高输出电压至连接到所述外壳(20)的高电压输出连接器，并且其中
所述外壳(20)用绝缘气体(50)填充，其中，所述绝缘气体(50)适于使所述电气***(40)电绝缘。
2.根据权利要求1所述的电源单元，其用于杀菌设备。
3.根据权利要求1所述的电源单元，其中，所述绝缘气体(50)是氮气。
4.根据权利要求1所述的电源单元，其中，所述外壳被密封，以使得能将所述绝缘气体(50)加压。
5.根据权利要求1-4中任一项-所述的电源单元，
其中，所述电源单元包括热吸收器单元(60)，
其中，所述热吸收器单元(60)包括至少一个板(62)。
6.根据权利要5所述的电源单元，
其中，所述热吸收器单元(60)包括至少一个热交换元件(64)，其中，所述热交换元件(64)被布置在所述至少一个板(62)处。
7.根据权利要6所述的电源单元，
其中所述电气***(40)的部件被布置在盘(66)上，并且其中所述盘(66)被布置在所述热吸收器单元(60)处。
8.根据权利要7所述的电源单元，
其中，所述盘(66)被布置在所述热吸收器单元(60)的所述至少一个板(62)处。
9.根据权利要求6所述的电源单元，
其中，所述外壳(20)包括内壁(22)，所述内壁(22)将所述外壳(20)分隔成第一室(24)和第二室(25)，并且
其中，所述热吸收器单元(60)的所述至少一个板(62)被布置在所述内壁(22)处。
10.根据权利要求7所述的电源单元，
其中，所述外壳(20)包括内壁(22)，所述内壁(22)将所述外壳(20)分隔成第一室(24)和第二室(25)，并且
其中，所述热吸收器单元(60)的所述至少一个板(62)被布置在所述内壁(22)处。
11.根据权利要求8所述的电源单元，
其中，所述外壳(20)包括内壁(22)，所述内壁(22)将所述外壳(20)分隔成第一室(24)和第二室(25)，并且
其中，所述热吸收器单元(60)的所述至少一个板(62)被布置在所述内壁(22)处。
12.根据权利要求6所述的电源单元，
其中，所述热吸收器单元(60)包括至少一个冷却通道(68)，
其中，所述冷却通道(68)适于冷却所述至少一个热交换元件(64)、所述盘(66)和/或所述至少一个板(62)。
13.根据权利要求7所述的电源单元，
其中，所述热吸收器单元(60)包括至少一个冷却通道(68)，
其中，所述冷却通道(68)适于冷却所述至少一个热交换元件(64)、所述盘(66)和/或所述至少一个板(62)。
14.根据权利要求8所述的电源单元，
其中，所述热吸收器单元(60)包括至少一个冷却通道(68)，
其中，所述冷却通道(68)适于冷却所述至少一个热交换元件(64)、所述盘(66)和/或所述至少一个板(62)。
15.根据权利要求9所述的电源单元，
其中，所述热吸收器单元(60)包括至少一个冷却通道(68)，
其中，所述冷却通道(68)适于冷却所述至少一个热交换元件(64)、所述盘(66)和/或所述至少一个板(62)。
16.根据权利要求1-4中任一项所述的电源单元，
其中，所述外壳(20)包括用于贯穿所述外壳输送绝缘气体(50)的装置(26)，其中，所输送的所述绝缘气体(50)提供冷却效果至所述电气***上。
17.根据权利要求5所述的电源单元，
其中，所述外壳(20)包括用于贯穿所述外壳输送绝缘气体(50)的装置(26)，其中，所输送的所述绝缘气体(50)提供冷却效果至所述电气***上。
18.根据权利要求6所述的电源单元，
其中，所述外壳(20)包括用于贯穿所述外壳输送绝缘气体(50)的装置(26)，其中，所输送的所述绝缘气体(50)提供冷却效果至所述电气***上。
19.根据权利要求7所述的电源单元，
其中，所述外壳(20)包括用于贯穿所述外壳输送绝缘气体(50)的装置(26)，其中，所输送的所述绝缘气体(50)提供冷却效果至所述电气***上。
20.根据权利要求8所述的电源单元，
其中，所述外壳(20)包括用于贯穿所述外壳输送绝缘气体(50)的装置(26)，其中，所输送的所述绝缘气体(50)提供冷却效果至所述电气***上。
21.根据权利要求9所述的电源单元，
其中，所述外壳(20)包括用于贯穿所述外壳输送绝缘气体(50)的装置(26)，其中，所输送的所述绝缘气体(50)提供冷却效果至所述电气***上。
22.根据权利要求12所述的电源单元，
其中，所述外壳(20)包括用于贯穿所述外壳输送绝缘气体(50)的装置(26)，其中，所输送的所述绝缘气体(50)提供冷却效果至所述电气***上。
23.根据权利要求16所述的电源单元，
其中，所述用于贯穿所述外壳输送绝缘气体(50)的装置(26)是风扇。
24.根据权利要求16所述的电源单元，
其中，所述外壳(20)包括作为所述电气***(40)的一部分的至少一个热源(70)，
其中，用于输送所述绝缘气体(50)的所述装置(26)适于建立至少被从所述至少一个热源(70)引导到所述至少一个热交换元件(64)的绝缘气体(50)流。
25.根据权利要求23所述的电源单元，
其中，所述外壳(20)包括作为所述电气***(40)的一部分的至少一个热源(70)，
其中，用于输送所述绝缘气体(50)的所述装置(26)适于建立至少被从所述至少一个热源(70)引导到所述至少一个热交换元件(64)的绝缘气体(50)流。
26.根据权利要求16所述的电源单元，其中，所述绝缘气体(50)流是循环绝缘气体流(52)。
27.根据权利要求23所述的电源单元，其中，所述绝缘气体(50)流是循环绝缘气体流(52)。
28.根据权利要求24所述的电源单元，其中，所述绝缘气体(50)流是循环绝缘气体流(52)。
29.根据权利要求25所述的电源单元，其中，所述绝缘气体(50)流是循环绝缘气体流(52)。
30.根据权利要求1-4中任一项所述的电源单元，
其中所述电气***(40)包括电压倍增器(80)。
31.根据权利要求5所述的电源单元，
其中所述电气***(40)包括电压倍增器(80)。
32.根据权利要求6所述的电源单元，
其中所述电气***(40)包括电压倍增器(80)。
33.根据权利要求7所述的电源单元，
其中所述电气***(40)包括电压倍增器(80)。
34.根据权利要求8所述的电源单元，
其中所述电气***(40)包括电压倍增器(80)。
35.根据权利要求9所述的电源单元，
其中所述电气***(40)包括电压倍增器(80)。
36.根据权利要求12所述的电源单元，
其中所述电气***(40)包括电压倍增器(80)。
37.根据权利要求16所述的电源单元，
其中所述电气***(40)包括电压倍增器(80)。
38.根据权利要求23所述的电源单元，
其中所述电气***(40)包括电压倍增器(80)。
39.根据权利要求24所述的电源单元，
其中所述电气***(40)包括电压倍增器(80)。
40.根据权利要求30所述的电源单元，其中所述电压倍增器(80)包括至少第一区域(82)和第二区域(84)，其中，相比于被布置在所述第二区域(84)上的元件，被布置在所述第一区域(82)上的元件在较低的电压下工作，其中，所述第一区域(82)被相应地朝向所述至少一个热交换元件(64)定位或定向。
41.杀菌设备，
所述杀菌设备包括电子束发射器(10)和根据前述权利要求之一所述的电源单元，
其中所述电气***(40)经由所述高电压输出连接器连接到所述电子束发射器。
42.根据权利要求41所述的杀菌设备，其用于包装材料。
43.使用绝缘气体(50)使电源单元电绝缘的方法，
所述电源单元包括外壳(20)和电气***(40)，所述电气***(40)适于提供高输出电压至连接到所述外壳(20)的高电压输出连接器，
其中所述绝缘气体(50)适于使所述电气***(40)电绝缘，并且
其中所述电气***(40)位于所述外壳(20)内，
所述方法包括以下步骤：
-降低所述外壳(20)内的空气压强；
-用所述绝缘气体(50)填充所述外壳(20)。
44.根据权利要求43所述的方法，其中，所述绝缘气体(50)是氮气。
45.根据权利要求43所述的方法，其中，所述电源单元用于杀菌设备。
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