专利名称：用于断路器的冷却装置及包括该冷却装置的断路器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于断路器的冷却装置、一种包括该冷却装置的断路器以及一种 包括该断路器的配电盘。
背景技术：
已知地，低压断路装置(用于额定电压高达交流1000伏/直流1500伏的应用)， 例如自动断路器、切断器、和接触器，通常称为“开关装置”并在下面统称为断路器，是设计 用于使电气系统的特定部件和所安装的负载能够正确操作的装置。这种装置经常安装在位于电气系统中的配电盘内部。配电盘包括布置成用于连接 所述装置和电力配电线路的合适的单元或柜体。配电线路一般由诸如汇流排和/或线缆等 导体系统构成。使用合适的配电盘除了能提高系统的实用性、使用工效性、和外表美观性之 外，也有助于长期保持足够安全的状态以及所有安装部件正确发挥功能。所用装置及其相关安装构造的选择必须与配电盘的技术特性兼容，这种兼容性涉 及到电气方面、尺寸方面、机械方面、以及热学方面。断电器在配电盘中有三种主要的安装 构造。具体地，断路器的第一安装构造是所谓的固定式，其中断路器的电端子直接且稳 固地连接于配电线路的导体。这种连接通常通过使用夹具或螺钉来完成。断路器的第二安装构造是所谓的插入式，其中使用了专门的适配器装置，所述适 配器装置与配电盘机械地连接并借助其自身的电端子与配电线路的导线稳固地连接；每个 断路器机械地耦接于相应的适配器装置并通过合适的插入式电端子来实现与配电线路的 电气连接；插入式耦接通常包括插头_插座式机构。断路器的第三安装构造是所谓的抽屉式；所述抽屉式大致是前面可拆卸构造的演 变，其中增加了作为引导和/或支撑和/或移动装置的附件，以便于断路器的插入和抽出操作。在这三种构造中，第一种是最简单的和最便宜的，但是它只适用于确定的解决方 案并且在任何情形下都不可变通；另一方面，可拆卸式和抽屉式构造提供了更大的灵活性。 这些实际上允许——一旦适配器固定在配电盘中后——非常迅速地和完全安全地安装或 拆卸断路器，并且最重要的是，无需直接介入配电线路。与固定式安装相比，可拆卸式和抽屉式断路器的安装确实具有至少一个缺点。为 实现插入接合(插头/插座)，实际上需要引入至少一个附加的电连接器元件。考虑到由断 路器及其相关适配器所构成的组件，实际上可以将组件的每一极点或分支图式化为由彼此 串联布置的元件所构成的电路链。在这样的电路链中，每一元件都促使电阻增大(或类似 地促使总电导率恶化)，并因此由于焦耳效应而构成潜在热源。在多个导电区段(例如由铜制成)以及首要地在每个存在电气耦接的位置产生非 期望的热。存在的各种接合、特别是插头/插座的插头和断路器的主触头本质上是不可焊 接的，实际上引入了其它微小断开，在所述断开处可以发现电阻有明显的局部增加。在实践中，由焦耳效应造成的最严重的能量分布峰值以及随之产生的非期望的热趋于出现在这些 区域。可以看出，由这些分布所产生的热促使由断路器、柜体和配电盘构成的系统温度 升高。但是，因为断路器的温度和配电盘的温度应该保持在预定工作范围内，由断路器及其 相关适配器所构成的系统的导电分支中电阻的任何非期望的增加，都会迫使限制装置所能 获取的功率。此外，温度会对断路器的工作造成负面影响。实际可用的最大负载(相对于理论额定容量)的分数通常用基于安装的总有效状 态的“减额”系数的形式来表示，这种安装条件考虑了断路器、适配器、柜体、配电盘、外部环 境等特性的组合。因此，除了与减额相关的约束外，期望将断路器的工作温度维持在较低水平；事实 上众所周知地，工作温度越高，断路器(或其更敏感部件)的寿命越短。为了减小断路器电极的电阻以及断路器和适配器之间电气耦接的接触电阻、和/ 或为了改善配电盘的总体热效率，多个制造商已经提出了很多的解决方案。尽管这些现有解决方案确实提供了一些技术收益，但仍然存在进一步改进的空间 禾口需求。
发明内容
因此，本发明的主要目的是面对这些问题提供解决方案，所述解决方案能够改进 对断路器的冷却以及对在其中嵌有断路器的整个电气配电盘的冷却。该目的通过如下用于断路器的冷却装置实现，该冷却装置包括具有前壁、后壁、 上壁、下壁、两个侧壁的壳体；以及第一系列并排端子和第二系列并排端子，第一系列并排 端子和第二系列并排端子从壳体向外伸出，用于断路器与电路的连接。冷却装置包括至少 一个第一本体，第一本体由导热材料制成并具有中央部、第一端部和第二端部，中央部适于 面对第一系列端子且沿着第一系列端子横向定位从而吸收在第一系列端子处产生的热，第 一端部和第二端部从中央部伸出并构造成接收由中央部所吸收的热并将热扩散到冷却装 置自身的外部。
从根据本发明的装置的一些优选但非排它的实施方式的描述中，其它的特性和 优点将更加明显，这些实施方式借助于附图仅以非限制性示例的方式进行了阐释，在附图 中图1是立体图，示出了根据一个可能的实施方式的、与根据本发明的冷却装置的 部件相耦接的断路器；图2是立体图，示出了根据一个可能的实施方式的、与根据本发明的冷却装置相 耦接的断路器；图3是立体图，示出了根据另一个实施方式的、与根据本发明的冷却装置相耦接 的断路器；图4示出了容纳有断路器的电气配电盘，该断路器耦接于根据本发明的冷却装置。
具体实施例方式在图1-4中示出了从后部观察的断路器100，例如低压断路器，其包括由单一件或 由多个元件组装到一起构成的壳体，所述壳体具有前壁1、后壁2、上壁3、下壁4、以及两个 侧壁5和6。根据本领域已知的、因此未在此处作详细描述的实施方式，在壳体内部容纳有断 路器的断开部分，所述断开部分通常包括用于嵌有断路器的电路的每一极或每一相的灭弧 室，在灭弧室内设置有一对彼此耦接/分开的电触头；此外，断路器100可以实现为固定式 即一体实现，或是实现为抽屉式或可移除(插入)式，其中，含有断开部件的(在图中示出 的类型的)部分以可分开方式耦接于适配器。如图中所示，第一系列并排端子7和第二系列并排端子8从断路器的壳体露出，其 中第一系列并排端子7和第二系列并排端子8在壳体外部向前偏斜，用于断路器与电路的 连接。有利地，根据本发明的冷却装置，总体上由参考数字10来表示，包括至少一个第 一本体11，该第一本体11由导热材料制成并构造成具有中央部12，中央部12适于面对第 一系列端子7且沿着第一系列端子7横向定位以吸收在第一系列端子处所产生的热。本体 11还包括第一端部13和第二端部14，该第一端部13和第二端部14从中央部12的相反部 分前倾并构造成接收由中央部12所吸收的热并将其扩散到冷却装置的外部。根据附图中示出的一种可能的实施方式，第一导热本体11完全由导热导电材料 制成，例如铜、铝或任何适于该目的的其它市售材料；并且冷却装置10包括收集本体20，该 收集本体20由导热且电绝缘的材料制成，例如陶瓷或诸如热塑性塑料的耐高温塑料，比如 掺加了诸如氮化硼(BN)等陶瓷粉末的聚苯硫醚(PPS)；这样的收集本体20可以与导热本 体11以以下方式连接，即使得至少中央部12与断路器的通电部分电绝缘，并且收集本体20 可根据应用场合和其将耦接的本体11的形状而形成各种形状。在实践中，本体20像电绝缘护套那样覆盖本体11的中央部；此外，例如如图1中 所示，本体20可以构造成能够与断路器的后壁2相耦接，例如根据插入构造而耦接，或使用 图中未示出的诸如可拆卸螺钉等合适的紧固件而耦接。根据另一种可能的实施方式，中央部12的至少一部分由导热且电绝缘的材料制 成，例如由陶瓷或耐高温塑料制成，或者也可以完全由导热且电绝缘的材料制成。优选地，导热本体11包括至少一个含有冷却液的密封腔15 (在图1中仅由虚线指 示)；密封腔15具有位于中央部12的第一热交换表面，和位于两个端部13和14处的另外 两个热交换表面。优选地，密封腔15包括少量可蒸发液体，例如水。优选地，密封腔15的壁具有多孔的、粗糙的、或带肋的内表面。有利地，装置10包括分别连接于导热本体的第一端部13和第二端部14的第一热 交换器元件30和第二热交换器元件30(在图中只有一个可见)；两个热交换器30适于操 作性地联接于断路器(或断路器的固定部分)的侧壁，这将从下面更加详细的描述变得更 加明显。导热本体11优选地包括至少一个密封中空管状元件；特别地，如图2-4所示，可以预见使用多个——例如三个——密封中空管状元件，它们彼此平行定位并由收集本体20保 持在一起成为单个结构。这样，多个管状元件的内壁构成限定相应的腔15的表面，每个腔15含有冷却液。具体地，在图中示出的实施方式中，这种密封中空管状元件，无论是一个还是多 个，均呈U形，其具有预期面对第一系列并排端子7的中央部12，和从中央部12向断路器 (或断路器的固定部分)的侧壁5和6的外表面前倾的两个弯曲端部13和14。端部13连 接于第一热交换器元件30，而第二端部14连接于第二热交换器30。在图2示出的实施方式中，两个热交换器30均由散热元件(只有一个在侧壁6上 可见)构成，所述散热元件连接于每个U形管状元件的相应的端部13、14 ；在该例子中如图 所示，这两个散热元件具有伸出有多个散热片41的共用壁31。散热元件30可以分别靠置 在断路器(或断路器的固定部分)的相应的侧壁5、6上，或例如用螺钉而牢固地连接在断 路器(或断路器的固定部分)的相应的侧壁5、6上。在图3和图4示出的实施方式中，两个热交换器30均由板(在该例中也只有一个 在侧壁6上可见)构成，所述板连接于每个U形管状元件的相应的端部13、14 ；此外，两个 板30可以分别支撑于断路器(或断路器的固定部分)的相应的侧壁5、6上，或例如用螺钉 而分别牢固地连接于断路器(或断路器的固定部分)的相应的侧壁5、6。
有利地，两个板30、31中的至少一个——优选地，两个板——耦接于风扇，风扇在 图3中由参考数字40示意性地表示。在实践中，根据本发明的装置10包括中央部分(由中央部12、所使用的多个管状 元件、和可能使用的收集器20构成)，该中央部分用作代表十分关键的发热点的端子7处的 热收集器；密封腔15的中央部分(直接地或间接地)吸收来自于该区域的热并将热传输到 两个端部13和14，两个端部13和14又将热传递到热交换器30 (无论它们是板还是散热 器)。两个热交换器30用作扩散器，并将热(直接地或间接地)传递到装置外部。特别地，在示出的实施方式中，交换器30将热传送到侧壁5和侧壁6，因此侧壁5 和侧壁6本身用作附加散热器；任何可能的对风扇40的使用都将能够进一步促进从端子7 的区域减少热。总之，这是一种热回路，其具有中央区域中的较热区段，该较热区段面对端子7， 即与断路器的较热部分在一起；和“较冷”区段，该“较冷”区段位于面对断路器侧壁的端部， 在该“较冷”区段中，温度对于断路器的工作不具有特别影响。较热区段用作位于密封腔内 的冷却液的蒸发器，而较冷区段用作冷凝器；基本上，在链路的、其特征在于温度非常不同 的两个区段之间实现了 “热短回路”，其中装置10在其较热区段吸收热，将热传送到较冷区 段，该较冷区段从而将热传送到与其接触的区域。注意到如果数十瓦的热功率(例如，如出现在断路器以满负荷工作的典型情况下 的那样)保持在断路器的内部，则无疑将非常危险，而一旦该热功率朝断路器(或断路器的 固定部分)的侧壁抽离，则该热功率将变得无关紧要。实际上，与主要散热表面相联接的断 路器(或断路器的固定部分)侧壁的热容量实际上使得该热贡献可以忽略。而且，金属板 侧壁通常相当坚固，并且不会出现因适度的加热现象而造成的过早老化的风险。在实践中已经观察到根据本发明的装置10是如何能够通过提供一些相对于现有 解决方案的重大改进而实现预期意图的；事实上，冷却装置10能够从断路器的敏感部分(如端子)处带走大量的热并将其朝基本不受其影响的区域扩散。应该注意到装置10具有简单的结构并且无需特别的预先布置就能够快速和高效 地安装，并可作为套件出售，该套件可应用于任意类型的断路器，特别是将会需要使用该装 置10的低压断路器。因此，本发明的另一目的由以下的用于电路的断路器构成，该断路器包括根据前 面的描述并在附属权利要求中限定的冷却装置10。具体地，根据前面所描述的，装置10优选地例如以可拆卸的方式连接到断路器本 体的后部区域；此外，如从前面的描述中显而易见并在附图中示出的那样，关于第一系列端 子7对装置10的说明可以以完全类似的方式重复用于第二系列端子8。实际上在该例中， 可以使用第二本体11，在示出的相关例子中，该第二本体11具有一个或多个密封的U形中 空管状元件并与相关的收集器20相联接；管状元件可以连接于相同的散热元件30(见图 2)或其它散热元件30 (见图3)。这样，在所有条件相同的情况下，使用装置10可使断路器的额定值高于未设置装 置10的相同断路器的额定值。此外，该装置10可以例如在改型中与用于任意类型电气配电盘的断路器一起使 用，或可以通过简单地将其与已有断路器相联接从而将其连接于相联的电气线路的方式将 装置10安装在配电盘内。因此，本发明的另一目的由例如图4所示出的电气配电盘200构 成，电气配电盘200具有多个壁201，多个壁201限定了意在容纳一个或多个电气装置的内 部容积，电气配电盘200的特征在于其包括根据前面所描述的并在附属权利要求中限定的 断路器20。具体地，在图4示出的例子中，提出了使用一个或多个成型导热元件202。每个 成型元件202包括第一端和第二端，该第一端操作性地耦接于配电盘的相应的壁201，第二 端操作性地耦接于导热体部11相应的端部13或14 ；例如，该第二端可以以螺纹方式连接 到相应的热交换器30中。通过这样的解决方案，除了使用元件202作为散热器外，配电盘 的壁也可以用作散热元件。可以对这样构想的装置10做出多种变化和变型，这些变化和变型均在本发明理 念的范围内；另外，所有的细节都可以由其它等同的技术性元件替代。例如，可以改变管状 元件的数目及其构造；或者可以用完全不同的方式设计收集器20形状/尺寸；可以改变交 换器的数目、形状和位置等。另外，可以实行上述示例性实施方式的任意组合。在实践中， 根据需求和技术领域的状态，材料以及尺寸可以为任意种类。
权利要求
一种用于断路器(100)的冷却装置(10)，所述冷却装置(10)包括具有前壁(1)、后壁(2)、上壁(3)、下壁(4)、两个侧壁(5、6)的壳体；以及第一系列并排端子(7)和第二系列并排端子(8)，所述第一系列并排端子(7)和第二系列并排端子(8)从所述壳体向外伸出，用于所述断路器(100)与电路的连接，所述冷却装置(10)的特征在于，其包括至少一个第一本体(11)，所述第一本体(11)由导热材料制成并构造成具有中央部(12)、第一端部(13)和第二端部(14)，所述中央部(12)适于面对所述第一系列端子(7)且沿着所述第一系列端子(7)横向定位从而吸收在所述第一系列端子(7)处产生的热，所述第一端部(13)和第二端部(14)从所述中央部(12)伸出并构造成接收由所述中央部(12)所吸收的热并将所述热扩散到所述冷却装置(10)自身的外部。
2.如权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，所述第一导热本体(11)完全由导热 导电材料制成，并且，所述装置(10)包括至少一个由导热且电绝缘的材料制成的收集本体 (20)，所述收集本体(20)适于连接于所述第一导热本体(11)从而使至少所述中央部(12) 电绝缘。
3.如权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，所述第一导热本体(11)的所述中央部 (12)的至少一部分由电绝缘材料制成。
4.如权利要求2所述的装置(10)，其特征在于，所述第一导热本体(11)完全由导热且 电绝缘的材料制成。
5.如权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，所述第一导热本体(11)包括至少一个 含有冷却液的密封腔(15)。
6.如权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，所述第一导热本体(11)包括分别连接 于所述第一导热本体(11)的所述第一端部(13)和第二端部(14)的第一热交换器(30)和 第二热交换器(30)，所述第一热交换器(30)和第二热交换器(30)适于操作性地联接于所 述断路器(100)的侧壁(5、6)。
7.如前述权利要求中一项或多项所述的装置(10)，其特征在于，所述第一导热本体 (11)包括至少一个含有冷却液的密封中空管状元件。
8.如权利要求7所述的装置(10)，其特征在于，所述密封中空管状元件呈U形，具有 中央部(12)和两个弯曲端部(13、14)，所述中央部(12)意在面对所述第一系列并排端子 (7)，所述两个弯曲端部(13、14)从所述中央部(12)朝所述断路器(100)的所述侧壁(5、6) 的外表面伸出并分别连接于所述第一热交换器(30)和所述第二热交换器(30)。
9.如权利要求8所述的装置(10)，其特征在于，所述第一热交换器(30)和第二热交换 器(30)包括第一板(30)和第二板(31)，所述第一板(30)和第二板(31)连接于所述密封 中空管状元件的两个相应的所述弯曲端部(13、14)。
10.如权利要求9所述的装置(10)，其特征在于，所述第一板和第二板中的至少一个耦 接于风扇(40)。
11.如权利要求8所述的装置(10)，其特征在于，所述第一热交换器(30)和所述第二 热交换器(30)包括与所述密封中空管状元件的两个相应的所述弯曲端部(13、14)相连的 第一散热元件(30)和第二散热元件(30)，所述第一散热元件(30)和第二散热元件(30)包 括伸出有多个散热片(41)的共用壁(31)伸出。
12.—种断路器(100)，包括具有前壁(1)、后壁(2)、上壁(3)、下壁(4)、两个侧壁(5、 6)的壳体；以及第一系列并排端子(7)和第二系列并排端子(8)，所述第一系列并排端子 (7)和第二系列并排端子⑶从所述壳体向外伸出，用于所述断路器(100)与电路的连接，所述断路器(100)的特征在于，其包括至少一个如权利要求1所述的冷却装置(10)。
13.如权利要求12所述的断路器(100)，其特征在于，所述冷却装置(10)以可拆卸方 式连接于所述断路器(100)自身的本体。
14.如权利要求12所述的断路器(100)，其特征在于，所述冷却装置(10)包括第二本 体(11)，所述第二本体(11)由导热材料制成并构造成具有中央部(12)、第一端部(13)和 第二端部(14)，所述中央部(12)适于面对所述第二系列端子(8)且沿着所述第二系列端 子(8)横向定位从而吸收在所述第二系列端子处产生的热，所述第一端部(13)和第二端部 (14)从所述中央部(12)伸出并构造成接收由所述中央部(12)所吸收的热并将所述热扩散 到所述冷却装置(10)自身的外部。
15.一种电气配电盘(200)，所述电气配电盘(200)包括具有多个壁(201)的柜体，所 述多个壁(201)限定意在容纳一个或多个电气装置的内部容积，所述配电盘(200)的特征在于，其包括如权利要求12所述的断路器(100)。
16.一种电气配电盘(200)，其特征在于，其包括如权利要求1所述的冷却装置(1)。
全文摘要
一种用于断路器的冷却装置，所述冷却装置包括具有前壁、后壁、上壁、下壁、两个侧壁的壳体；以及第一系列并排端子和第二系列并排端子，所述第一系列并排端子和第二系列并排端子从所述壳体向外伸出，用于所述断路器与电路的连接。所述冷却装置包括至少一个第一本体，所述第一本体由导热材料制成并具有中央部、第一端部和第二端部，所述中央部适于面对所述第一系列端子且沿着所述第一系列端子横向定位从而吸收在所述第一系列端子处产生的热，所述第一端部和第二端部从所述中央部伸出并构造成接收由所述中央部所吸收的热并将所述热扩散到所述冷却装置自身的外部。
文档编号H02B1/56GK101901705SQ20101019059
公开日2010年12月1日 申请日期2010年5月27日 优先权日2009年5月28日
发明者丹尼尔·沙尔图尼, 布鲁诺·阿戈斯蒂尼, 弗朗切斯科·阿戈斯蒂尼, 蒂洛·比勒, 阿莱西奥·贝尔加米尼, 马里奥·博尔托利 申请人:Abb公司