DE10109722A1

DE10109722A1 - Cooling arrangement in electrical equipment or switching systems, uses heat conducting pipe as current-carrying part of equipment or switching system

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

The arrangement has a heat conducting pipe (10) that receives the heat loss of the equipment or system and passes it to a heat sink (12). The heat conducting pipe forms a current-carrying part (24) of the equipment or switching system. The heat conducting pipe is formed inside the current conducting part and is enclosed by it.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung in elektrischen Geräten oder Schaltanlagen.The invention relates to a cooling arrangement in electrical devices or switchgear.

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).It has already been proposed to use a thermoelectric to cool a circuit board Coupling element and the heat dissipated via the thermoelectric element Conduct heat pipe (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.It is an object of the invention to provide an improvement in the aforementioned arrangement, where the cooling effect is used as close as possible to the place where the electricity heat is generated becomes.

Die Aufgabe wird mit dem Merkmal des Hauptanspruchs gelöst. Weiterführende Ausfüh rungsformen werden in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved with the feature of the main claim. Further execution Forms of development are specified in the subclaims.

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.The essence of the invention is that the heat pipe itself as a current-carrying part of the device or switchgear. In this case, the current can preferably be carried out Part of a conductor rail or a movable or a fixed contact piece Switch contact. The heat pipe is used as a heat transport system and as a conductor used. With this concept, the heat pipe has two tasks.

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.With the mutual arrangement of heat pipe and current-carrying conductor of electricity different configurations can be selected. On the one hand proposed to form the heat pipe inside the current-carrying part and the to arrange current-carrying conductors around the heat pipe. Alternatively, the Live conductors formed inside the current-carrying part and the heat pipe be arranged around the conductor. It is also possible to do an apprenticeship at the Electricity conductor and heat pipe are not arranged concentrically, but that in cross section Current conductor and heat pipe are next to each other and are intimately connected.

Zur Erhöhung der wärmeabführenden Wirkung kann am stromführenden Teil ein Körper aus gut wärmeleitendem Material als Wärmesenke angebracht sein.A body can be made on the current-carrying part to increase the heat-dissipating effect good heat-conducting material as a heat sink.

Mit der Erfindung wird also auch eine Weiterentwicklung von Stromschienensystemen als einer der Hauptproduzenten von Verlustwärme vorgeschlagen. With the invention is also a further development of busbar systems as one of the main producers of waste heat is proposed.

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.Heat pipes allow effective heat dissipation from the switchgear or to Dissipation of heat directly from the location of the heat source. As a special advantage of warmth guide tube applies that the heat transport mechanism is a self-supporting process (Ver vaporization and condensation of a liquid under its vapor pressure within a evacuated pipe). This means that the heat pipe function is without additional use guaranteed by auxiliary energy or auxiliary devices.

Die wesentlichen Vorteile des Einsatzes von Wärmeleitrohren sind
The main advantages of using heat pipes are

- Avoiding busbar dating, no switching to multiple busbars NEN,
- no forced ventilation,
- The maximum degree of protection of the system can be maintained as there are openings for air access and air outlet are not provided or need not be enlarged, and
- Minimization of the system dimensions.

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.When using heat pipes as a busbar, the heat is removed directly away from the place of origin, since the pipe wall is made of copper, for example is. The geometry of the heat pipes is directly adapted to the shape of the conductor.

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.The use of the heat pipe within the conductor is one of possible alternatives ven. The outer jacket of a heat pipe exists because of the gas tightness and stability made of metal. Therefore, the outer jacket, because it is made of conductive material stands (e.g. Cu or Al), can also be used as a conductor. The heat-generating Current conductor encloses the heat pipe intimately and thus is for optimal heat transfer passage and cooling through the heat pipe.

Zur Überwachung des evakuierten Zustandes (Innendruck) des Wärmeleitrohres können übliche Verfahren der Vakuumtechnik - beispielsweise die Gasreibungsvakuummeter methode - eingesetzt werden.To monitor the evacuated condition (internal pressure) of the heat pipe Common processes in vacuum technology - for example gas friction vacuum gauges method - to be used.

Besonders bei der Übertragung von hochfrequenten Wechselströmen ist ein rohrförmiger Stromleiter aufgrund des Skineffektes von besonderem Vorteil.A tubular one is particularly useful when transmitting high-frequency alternating currents Conductors are particularly advantageous due to the skin effect.

Die entstehende Wärme aus dem Hauptstromschienensystem wird an geeignet platzierte Kühlkörper abgegeben. The heat generated from the main busbar system is placed in a suitable place Heat sink delivered.

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.As an alternative to using solid metallic materials for power conduction (copper, gold, Aluminum or corresponding metallic alloys) are also other options possible by using conductive fluids, gases or plasma. The conductive non-solid Medium - being primarily gallium, mercury or melting metal Alloys is thought to be in a tube (e.g. made of ceramic). Inside the Pipe is the heat pipe. The electrically conductive medium surrounds the heat guide tube conclusive.

Mehrere Ausführungsformen der Erfindung werden in den Figuren dargestellt. Es zeigen im Einzelnen:Several embodiments of the invention are shown in the figures. It show in Specifically:

Fig. 1: Schaltstück mit Wärmeleitrohr als bewegliches Schaltstück, Fig. 1: contact piece with heat pipe as a movable contact piece,

Fig. 2: festes Schaltstück als Wärmeleitrohr, Fig. 2: stationary contact as a heat pipe,

Fig. 3: Stromschienen als Wärmeleitrohre und Fig. 3: busbars as heat pipes and

Fig. 4: Querschnitt durch drei Stromschienen. Fig. 4: cross section through three busbars.

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. 1, a switching piece from a fixed contact 22 b and a movable contact piece 22 is shown. The electrical current passes through the contact, as indicated by the +/- signs. Contact plates 32 are present between the contact pieces. The movable contact piece 22 is designed as a heat pipe 10 , in which the heating zone rests on the contact plate 32 and the transport zone extends over the length of the movable contact piece. The cooling zone of the heat pipe is located at the end 12 remote from the contact plate. The end 12 corresponds to the heat sink. The temperature gradient runs from the contact plate to the end of the contact. The heat sink can also be reinforced if a metal body is brought to increase the heat dissipation at this location.

In Fig. 2 ist das feststehende Kontaktstück 22' eines Kontaktes als Wärmeleitrohr ausgebil det.In Fig. 2, the fixed contact piece 22 'of a contact is ausgebil det as a heat pipe.

In Fig. 3 ist eine Schaltanlage schematisch dargestellt, in der drei Stromschienen 24 als Wärmeleitrohre 10 ausgebildet sind.In Fig. 3, a switchgear is shown schematically, in which three busbars 24 are formed as heat pipes 10 .

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. In FIG. 4 a cross section of three current conductors is 24 (phases: L1, L2, L3) are shown. Inside each conductor, which can be designed as a busbar, there is the heat pipe 10 with heat transfer medium 10 b and capillary layer 10 a. The current conductor 26 , which is surrounded by an electrically insulating sheath 28 , is arranged on the outside.

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.As already mentioned, the current-carrying conductor can be formed in the interior of the busbar. With reference to FIG. 4, this would be a configuration in which the reference numerals 10 b, 10 a and 26 are arranged in the order exchanged from the inside out. The heat pipe is then arranged around an insulated conductor.

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.It is clear to the person skilled in the art that the geometry of the busbar is not circular, as is shown in FIG. 6, but that other cross sections are also possible and can be implemented.

Claims

1. Cooling arrangement in electrical devices or switchgear, wherein a heat pipe ( 10 ) absorbs heat loss from the device or switchgear ( 4 ) and transfers the heat loss to a heat sink ( 12 ), characterized in that the heat pipe ( 10 ) as a current-carrying part ( 22 , 24 ) of the device or the switchgear ( 4 ).

2. Cooling arrangement according to claim 1, characterized in that the heat pipe ( 10 ) is formed in the interior of the current-conducting part ( 22 , 24 ), and the current-carrying conductor is arranged around the heat pipe ( 10 ).

3. Cooling arrangement according to claim 1, characterized in that the current-carrying conductor is formed in the interior of the current-conducting part ( 22 , 24 ), and the heat pipe ( 10 ) is arranged around the conductor.

4. Cooling arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the current-carrying part is a busbar ( 24 ).

5. Cooling arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the electrically conductive medium in the current-carrying part ( 22 , 24 ) is liquid.

6. Cooling arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the current-carrying part is a contact piece ( 22 , 22 ') of a switching contact.

7. Cooling arrangement according to claim 6, characterized in that the contact piece is a fixed contact ( 22 ') or a movable contact piece ( 22 ).

8. Cooling arrangement according to claim 6 or 7, characterized in that a body ( 12 ) made of heat-conducting material is attached as a heat sink to the current-carrying part.