JP4372452B2 - 冷却要素 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の上位概念による冷却要素に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気装備からの熱の導出を冷却リブによって改善することが公知である。通常、冷却リブは、良好な熱伝達を得るために、該当する装備、例えば開閉機器、の金属ハウジングに一体的に形成される。この改善された熱の導出は、比較的高い装備の電流負荷又は導電性の材料の削減のいずれかを可能にする。直接形成されたこれらの冷却リブの場合、装備を経て流れる電流が、部分に対する表皮効果のために冷却リブを経ても流れ、これらのリブを付加的に加熱することが、不利に作用する。この付加的な加熱を導出するためには、ある程度の割合の冷却リブの冷却能力が必要とされる。従って、冷却リブは、付加的に必要なこの冷却能力を調達するために、比較的大きく寸法設定しなければならない。拡大されたこれらの冷却リブは、付加的に装備の寸法が拡大され、これによりこの装備が高価になるという結果を伴う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の基本にある課題は、改善された冷却能力を備える冷却要素を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この課題は、請求項１に特徴付けられた特徴を有する冷却要素によって解決される。
【０００５】
これは、冷却要素が一貫して電流導体としては使用されないことによって得られる。従って、この冷却要素は、最適に特に良好な冷却能力のために設計することができる。冷却要素は、金属又は金属合金から製造されている。この冷却要素は、少なくとも１つの冷却リブ又は冷却要素の表面を拡大する普通の***した構造を備える。冷却要素は、固定手段又は嵌合により、解体可能に装備の金属のハウジングと接続されている。冷却要素は、熱伝導性の、電気を絶縁する皮膜を備えており、ハウジングと同じ電位を備える。
【０００６】
良好に熱を伝導する被膜は、主にボロンニトリド粉末又はアルミニウムニトリド粉末又はこれら両方の粉末の混合物から成る。冷却要素がアルミニウム合金から製造されている場合は、この冷却要素が、有利なことに、アルマイト層を被膜として備えられる。この冷却要素の場合、ハウジングを経る電気回路と熱を導出するための経路とが、ハウジングと冷却要素との間に緊密な接触があるにも係わらず、完全に互いに分離されている。
【０００７】
有機物質も、電気を絶縁する、また良好に熱を伝導する被膜のために使用され、その際、この物質が、例えば、ラッカーの形で、スプレー又は浸漬によって塗られることも十分に考えられる。
【０００８】
装備が強制的に冷却される場合、例えば送風によって冷却される場合は、冷却要素が、流動に有利に形成され、できるだけ大きな表面が、冷却剤流によって晒され、従って、できるだけ有効な熱の導出が保証されているように形成される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明、その発展構成、及びこれにより達成可能な利点を、以下で、ただ１つの可能な実施方法を図示した図面を基にして詳細に説明する。
【００１０】
各図において、同じ要素は、同じ符号を備えている。本発明を直接理解するために必要でない全ての要素は、図示しないか、もしくは説明しない。
【００１１】
図１ａは、簡略化して図示した冷却要素１に対する平面図を示す。図１ｂは、図１ａに図示した冷却要素を経る断面Ａ−Ａを示す。冷却要素１は、良好に熱を伝導する金属から、例えばアルミニウムの鋳物から製造されている。冷却要素１の全表面は、電気を絶縁する、良好に熱を伝導する被膜２を備えている。被膜２は、例えば、主にボロンニトリド粉末又はアルミニウムニトリド粉末から構成することができ、この粉末は、結合剤と共に、冷却要素１の全表面に塗布される。しかしながらまた、被膜２は、両方の粉末の混合物から構成されていても良い。冷却要素１がアルミニウム鋳物から製造される場合、表面は、有利なことにアルミナ層で被膜処理される。このアルミナ層は、特に１５〜２０μｍの層の厚さを備え、１０〜５０μｍの範囲は、良好な又は非常に良好な電気絶縁特性を有することができ、同時に良好な熱伝導度を提供することができる。
【００１２】
冷却要素１は、基礎プレート３を備え、この基礎プレート上に、少なくとも１つの冷却リブ４が形成されている。基礎プレート３は、穿孔部５，６，７及び８を備え、これらの穿孔部は、冷却すべき装備との冷却要素１の図示されてないネジ固定のために設けられている。穿孔部８は、この穿孔部８を取り囲む載置面９を備える。この載置面９上では、被膜２が完全に取り除かれており、即ち、この載置面は、金属が露出している。冷却要素１がアルミニウム鋳物から成る場合は、酸化物の構成を阻止するために、この載置面９をグリースアップすることが有意義であるといえる。常に、穿孔部５，６，７及び８の１つだけは、金属が露出した載置面９を備えている。基礎プレート３の装備に面した側には、平坦なベース面１０が設けられている。このベース面１０は、同様に完全にそれぞれの被膜２で覆われている。
【００１３】
図２は、形成された組立て面１２を有する装備の電流を導通する金属のハウジング１１を経る部分断面を示す。この組立て面１２は、金属が露出するように構成されている。この組立て面１２と、冷却要素１がネジ固定される。２つの破線１３及び１４は、冷却要素１のこのネジ固定を示す。組立て面１２の表面は、冷却要素１のベース面１０の表面形状に適合させられている。特に、平坦な表面形状が選択され、しかしながら、例えばシリンダ状の面又は普通の球状の表面形状を備えることも十分に可能である。更に、例えば、冷却要素１を、装備の表面に形成された溝内へと挿入することも可能であり、その際、この溝は、冷却要素１を嵌合により保持する。付加的に、この場合、溝側面と冷却要素１との間の接触は、バネ力によって強化することができ、これは、良好な熱伝達を結果として伴う。
【００１４】
通常、装備のハウジング１１は、多数の組立て面１２を備えられるが、しかしながら、それぞれ予定された電流負荷のために必要となるのと同じだけ、冷却要素１がこの組立て面１２に組み立てられる。従って、装備は、最適にその熱の負荷に適合させることができる。装備において、更に自由な組立て面１２が存在する場合は、僅かな組立て費用でもって、後から更に高い電流負荷のために能力を高めることができる。これが運転中に必要であると分かった場合、自由な組立て面１２が、後からの改善された熱の導出の達成を可能にすることも、特に有利であると分かった。この様式で、設備の運転の確実性を改善することができる。初めから組み込まれた冷却要素１が、大きな冷却作用を発揮することができる新しい冷却要素１によって置き換えられることによって、装備の電流負荷能力を増大させることも可能である。何故なら、この冷却要素は、例えば比較的大きな冷却をする表面又は比較的多くの数の冷却リブを備えるからである。
【００１５】
作動方式を説明するために、これらの図をいくらか詳細に考察する。ハウジング１１は、ここでは例えばアルミニウム鋳物から製造されており、通常、アルマイト処理をされている。しかしながら、アルマイト処理をする際、組立て面１２は覆われ、従って、組立て面は金属が露出したままであり、偶然生じてしまった酸化被膜は、冷却要素１を組み立てる前に取り除かれる。ネジ固定の際、他の固定の可能性も考えられるが、冷却要素１の全ベース面１０は、比較的大きな力で組立て面１２に押し付けられ、従って、ハウジング１１から冷却要素１への良好な熱伝達を可能にする緊密な接触が、これら両方の面１０と１２の間に生じる。ベース面１０は、電気を絶縁するように被膜処理されており、従って、緊密な接触があるにもかかわらず、いかなる電流も、ハウジング１１から冷却要素１を経て流れることはできない。
【００１６】
しかしながら、冷却要素１は金属から成り、この金属は、無電位状態で固定する際、限定されない電荷を担ってしまう。これを回避するため、冷却要素１は、穿孔部８を経て案内される金属のネジによって、但し、このネジの頭部は、金属が露出した載置面９上に載っているが、ハウジング１１の電位と結びつけられる。常に、ネジ留め箇所の１つだけは、このような載置面９を備えるので、いかなる電流も、金属のネジを介して冷却要素１を経て貫流することはできないということが保証されている。冷却要素１のこの構成では、ハウジング１１を経る電気回路と熱を導出するための経路とが、ハウジング１１と冷却要素１との間に緊密な接触があるにも係わらず、完全に互いに分離されている。原理的には、電位の接続をするために形成されるこの１つのネジ留め箇所を削減して、点状の溶接によって置き換えることも可能である。電位の接続は、この様式で同様に保証される。
【００１７】
【発明の効果】
本発明により、改善された冷却能力を備える冷却要素が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】 簡略化して図示した冷却要素に対する平面図を示す。
【図１ｂ】 図１ａによる冷却要素を経る断面Ａ−Ａを示す。
【図２】 形成された面を有するハウジングを経る部分断面と、組立てのためにこの面上に設けられた冷却要素とを示す。
【符号の説明】
１ 冷却要素
２ 被膜
３ 基礎プレート
４ 冷却リブ
５〜８ 穿孔部
９ 載置面
１０ ベース面
１１ ハウジング
１２ 組立て面
１３，１４ 破線

Claims (10)

1. 冷却すべき電気装備の金属のハウジング（１１）と接続されており、電流が流れることによって加熱されたハウジング（１１）から熱を導出する、少なくとも１つの冷却リブ（４）を有する金属又は金属合金から成る冷却要素（１）において、
   冷却要素（１）が、熱を伝導しかつ電気を絶縁する被膜（２）を備えていること、
   冷却要素（１）が、ハウジング（１１）と複数の固定手段によって解体可能に接続されており、常に固定手段の１つだけは、冷却要素（１）の電位を接続するために設けられており、これにより、冷却要素（１）が、ハウジング（１１）と同じ電位を備えるが、いかなる電流も、この固定手段を介して冷却要素（１）を経て流れることはできないこと、
   ハウジング（１１）を経る電気回路と熱を導出するための経路とが、ハウジング（１１）と冷却要素（１）との間に緊密な接続があるにも係わらず、完全に互いに分離されていること、
   を特徴とする冷却要素。
2. 被膜（２）が、主に、ボロンニトリド粉末又はアルミニウムニトリド粉末又はこれら両方の粉末の混合物から成ることを特徴とする請求項１に記載の冷却要素。
3. 冷却要素（１）が、アルミニウム合金から製造されており、アルマイト層を被膜（２）として備えていることを特徴とする請求項１に記載の冷却要素。
4. アルマイト層の層の厚さが、１０〜５０μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項３に記載の冷却要素。
5. 装備の金属のハウジング（１１）が、冷却要素（１）の被膜処理されたベース面（１０）に適合させられた少なくとも１つの組立て面（１２）を備えること、
   組立て面（１２）が、金属が露出するように構成されていること、そして、
   冷却要素（１）の全ベース面（１０）が、この組立て面（１２）に押し付けられ、従って、これらの面の間に緊密な接触が生じるように構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の冷却要素。
6. 固定手段が、金属のネジによるネジ留め箇所であり、いかなる電流も他の金属のネジを介して冷却要素１を経て貫流することはできないことを保証するために、冷却要素（１）のネジ留め箇所の１つだけが、金属が露出した載置面（９）を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の冷却要素。
7. 金属が露出した載置面（９）を有するネジ留め箇所が、電位を接続するための点状の溶接によって置き換えられていることを特徴とする請求項６に記載の冷却要素。
8. 冷却要素（１）が、装備の表面に形成された、嵌合により冷却要素（１）を保持するための溝内へと挿入されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の冷却要素。
9. 溝側面と冷却要素（１）との間の接触が、良好な熱伝達を生じさせるために、バネ力によって強化されていることを特徴とする請求項８に記載の冷却要素。
10. 請求項５〜９のいずれか１つに記載の少なくとも１つの冷却要素（１）を備えたハウジング（１１）を有する装備において、
    ハウジング（１１）が、装備を最適にその熱負荷に適合可能にするために必要な数の冷却要素（１）を組み立てる複数の組立て面（１２）を備えていることを特徴とする装備。

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