DE10109722A1

DE10109722A1 - Kühlanordnung in elektrischen Geräten oder Schaltanlagen mit Wärmeleitrohren

Info

Publication number: DE10109722A1
Application number: DE2001109722
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Kremers; Helge Schaefer; Peter Terhoeven
Original assignee: Moeller GmbH
Current assignee: Eaton Industries GmbH
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2002-09-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung in elektrischen Geräten oder Schaltanlagen. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass das Wärmeleitrohr (10) selbst als stromführendes Teil des Geräts oder der Schaltanlage (4) ausgebildet ist. Hierbei kann vorzugsweise das stromführende Teil eine Stromschiene (24) oder auch ein bewegliches (22) oder ein Fest-Kontaktstück (22') eines Schaltkontaktes sein. Das Wärmeleitrohr (10) wird als Wärmetransportsystem und als Stromleiter benutzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung in elektrischen Geräten oder Schaltanlagen.

Es ist schon vorgeschlagen worden, zur Kühlung einer Leiterplatte ein thermoelektrisches Element anzukoppeln und die über das thermoelektrische Element abgeführte Wärme an ein Wärmeleitrohr zu leiten (JP 11145664 A).

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Verbesserung der vorgenannten Anordnung anzugeben, bei der die Kühlwirkung möglichst nah am Ort der Entwicklung der Stromwärme eingesetzt wird.

Die Aufgabe wird mit dem Merkmal des Hauptanspruchs gelöst. Weiterführende Ausfüh rungsformen werden in den Unteransprüchen angegeben.

Der Kern der Erfindung besteht darin, dass das Wärmeleitrohr selbst als stromführendes Teil des Geräts oder der Schaltanlagen ausgebildet ist. Hierbei kann vorzugsweise das stromfüh rende Teil eine Stromschiene oder auch ein bewegliches oder ein Fest-Kontaktstück eines Schaltkontaktes sein. Das Wärmeleitrohr wird als Wärmetransportsystem und als Stromleiter benutzt. Bei diesem Konzept kommen dem Wärmeleitrohr beide Aufgaben zu.

Bei der gegenseitigen Anordnung von Wärmeleitrohr und stromführenden Leiter des strom leitenden Teils können unterschiedliche Konfigurationen gewählt werden. Einerseits wird vorgeschlagen, das Wärmeleitrohr im Inneren des stromleitenden Teils auszubilden und den stromführenden Leiter um das Wärmeleitrohr herum anzuordnen. Alternativ hierzu kann der stromführende Leiter im Inneren des stromleitenden Teils ausgebildet und das Wärmeleitrohr um den Leiter herum angeordnet sein. Es ist auch eine Ausbildung möglich, bei der Strom leiter und Wärmeleitrohr nicht konzentrisch angeordnet sind, sondern dass im Querschnitt Stromleiter und Wärmeleitrohr nebeneinander liegen und innig verbunden sind.

Zur Erhöhung der wärmeabführenden Wirkung kann am stromführenden Teil ein Körper aus gut wärmeleitendem Material als Wärmesenke angebracht sein.

Mit der Erfindung wird also auch eine Weiterentwicklung von Stromschienensystemen als einer der Hauptproduzenten von Verlustwärme vorgeschlagen.

Wärmeleitrohre erlauben eine effektive Verlustwärmeabfuhr aus der Schaltanlage bzw. zur Verlustwärmeabfuhr direkt vom Ort der Wärmequelle. Als besonderer Vorteil des Wärme leitrohres gilt, das der Wärmetransportmechanismus ein sich selbst tragender Vorgang (Ver dampfung und Kondensation eines Flüssigstoffes unter seinem Dampfdruck innerhalb eines evakuierten Rohres) ist. Das heißt, die Wärmeleitrohrfunktion wird ohne zusätzlichen Einsatz von Hilfsenergie oder Hilfseinrichtungen gewährleistet.

Die wesentlichen Vorteile des Einsatzes von Wärmeleitrohren sind

- Vermeidung von Sammelschienenderatings, kein Ausweichen auf Mehrfachsammelschie nen,
- keine Zwangsbelüftungen,
- maximaler Schutzgrad der Anlage kann eingehalten werden, da Öffnungen für Luftzutritt und Luftaustritt nicht vorgesehen werden oder nicht vergrößert werden müssen, und
- Minimierung der Anlagenabmessungen.

Bei der Nutzung von Wärmeleitrohren als Stromschiene, geschieht der Wärmeabtransport direkt weg vom Ort der Entstehung, da die Rohrwand beispielsweise aus Kupfer aufgebaut ist. Die Geometrie der Wärmeleitrohre ist der Form des Stromleiters unmittelbar angepasst.

Der Einsatz des Wärmeleitrohres innerhalb des Stromleiters ist eine von möglichen Alternati ven. Der Aussenmantel eines Wärmeleitrohrs besteht wegen der Gasdichtheit und Stabilität aus Metall. Daher kann unmittelbar der Aussenmantel, da er aus leitfähigem Werkstoff be steht (z. B. Cu oder Al), auch als Stromleiter benutzt werden. Der wärmeentwickelnde Stromleiter umschließt das Wärmeleitrohr innig und somit wird für optimalen Wärmeüber gang und Abkühlung durch das Wärmeleitrohr gesorgt.

Zur Überwachung des evakuierten Zustandes (Innendruck) des Wärmeleitrohres können übliche Verfahren der Vakuumtechnik - beispielsweise die Gasreibungsvakuummeter methode - eingesetzt werden.

Besonders bei der Übertragung von hochfrequenten Wechselströmen ist ein rohrförmiger Stromleiter aufgrund des Skineffektes von besonderem Vorteil.

Die entstehende Wärme aus dem Hauptstromschienensystem wird an geeignet platzierte Kühlkörper abgegeben.

Alternativ zum Einsatz von festen metallischen Werkstoffen zur Stromleitung (Kupfer, Gold, Aluminium oder entsprechende metallische Legierungen) sind auch weitere Möglichkeiten durch den Einsatz leitfähiger Fluide, Gase oder Plasma möglich. Das leitfähige nichtfeste Medium - wobei hier vorrangig an Gallium, Quecksilber oder niederschmelzende metallische Legierungen gedacht wird, befindet sich in einem Rohr (z. B. aus Keramik). Im Inneren des Rohres befindet sich das Wärmeleitrohr. Das stromleitende Medium umgibt das Wärme leitrohr schlüssig.

Mehrere Ausführungsformen der Erfindung werden in den Figuren dargestellt. Es zeigen im Einzelnen:

Fig. 1: Schaltstück mit Wärmeleitrohr als bewegliches Schaltstück,

Fig. 2: festes Schaltstück als Wärmeleitrohr,

Fig. 3: Stromschienen als Wärmeleitrohre und

Fig. 4: Querschnitt durch drei Stromschienen.

In Fig. 1 ist ein Schaltstück aus einem Festkontakt 22b und einem beweglichen Kontaktstück 22 gezeigt. Der elektrische Strom durchläuft den Kontakt, wie mit den Zeichen +/- angedeu tet. Zwischen den Kontaktstücken sind Kontaktplättchen 32 vorhanden. Das bewegliche Kontaktstück 22 ist als Wärmeleitrohr 10 ausgebildet, bei dem die Heizzone dem Kontakt plättchen 32 anliegt und sich die Transportzone auf der Länge des beweglichen Kontakt stücks erstreckt. Die Kühlzone des Wärmeleitrohr befindet sich am vom Kontaktplättchen entfernten Ende 12. Das Ende 12 entspricht der Wärmesenke. Das Temperaturgefälle ver läuft vom Kontaktplättchen zum Ende des Kontakts. Die Wärmesenke kann auch dadurch verstärkt werden, wenn an diesem Ort ein Metallkörper zur Erhöhung der Wärmeabfuhr an gebracht ist.

In Fig. 2 ist das feststehende Kontaktstück 22' eines Kontaktes als Wärmeleitrohr ausgebil det.

In Fig. 3 ist eine Schaltanlage schematisch dargestellt, in der drei Stromschienen 24 als Wärmeleitrohre 10 ausgebildet sind.

In Fig. 4 ist ein Querschnitt durch drei Stromleiter 24 (Phasen: L1, L2, L3) gezeigt. Im Inne ren jeden Stromleiters, die als Stromschiene ausgebildet sein können, befindet sich das Wärmeleitrohr 10 mit Wärmetransportmedium 10b und Kapillarschicht 10a. Außen herum ist der Stromleiter 26 angeordnet, der von einer elektrische isolierenden Hülle 28 umgeben ist.

Wie schon erwähnt, kann der stromführende Leiter im Inneren der Stromschiene ausgebildet sein. In Bezug auf Fig. 4 wäre dies eine Konfiguration, bei der die mit den Bezugszeichen 10b, 10a und 26 in von innen nach außen ausgetauschten Reihenfolge angeordnet ist. Das Wärmeleitrohr ist dann um einen isolierten Leiter herum angeordnet.

Es ist für den Fachmann klar, dass die Geometrie der Stromschiene nicht kreisförmig, wie in der Fig. 6 ausgebildet ist, sondern dass auch andere Querschnitte möglich und ausführbar sind.

Claims

1. Kühlanordnung in elektrischen Geräten oder Schaltanlagen, wobei ein Wärmeleitrohr (10) Verlustwärme des Geräts oder der Schaltanlage (4) aufnimmt und die Verlustwärme an eine Wärmesenke (12) weiterleitet, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitrohr (10) als stromführendes Teil (22, 24) des Geräts oder der Schaltanlagen (4) ausgebildet ist.

2. Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitrohr (10) im Inneren des stromleitenden Teils (22, 24) ausgebildet ist, und der stromführende Leiter um das Wärmeleitrohr (10) herum angeordnet ist.

3. Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der stromführende Leiter im Inneren des stromleitenden Teils (22, 24) ausgebildet ist, und das Wärmeleitrohr (10) um den Leiter herum angeordnet ist.

4. Kühlanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das stromführende Teil eine Stromschiene (24) ist.

5. Kühlanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitende Medium im stromführenden Teil (22, 24) flüssig ist.

6. Kühlanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das stromführende Teil ein Kontaktstück (22, 22') eines Schaltkontaktes ist.

7. Kühlanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktstück ein Festkontakt (22') oder ein bewegliches Kontaktstück (22) ist.

8. Kühlanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass am stromfüh renden Teil ein Körper (12) aus gut wärmeleitendem Material als Wärmesenke angebracht ist.