DE10109722A1 - Kühlanordnung in elektrischen Geräten oder Schaltanlagen mit Wärmeleitrohren - Google Patents
Kühlanordnung in elektrischen Geräten oder Schaltanlagen mit WärmeleitrohrenInfo
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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 (8)
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2001109722 DE10109722A1 (de) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | Kühlanordnung in elektrischen Geräten oder Schaltanlagen mit Wärmeleitrohren |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE2001109722 DE10109722A1 (de) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | Kühlanordnung in elektrischen Geräten oder Schaltanlagen mit Wärmeleitrohren |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10109722A1 true DE10109722A1 (de) | 2002-09-05 |
Family
ID=7675847
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE2001109722 Ceased DE10109722A1 (de) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | Kühlanordnung in elektrischen Geräten oder Schaltanlagen mit Wärmeleitrohren |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE10109722A1 (de) |
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-
2001
- 2001-02-28 DE DE2001109722 patent/DE10109722A1/de not_active Ceased
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