用于电气设备的阻火过滤器的制作方法

本申请要求于2016年2月29日在美国专利及商标局提交的美国临时专利申请第62/301,062号的权益，其内容全部以引用的方式并入本文。

本发明的各个方面大体上涉及电气设备，诸如，例如，变频驱动器、电源供应器、变压器、以及断路器等，其包括用于冷却在电弧故障事件期间排放的气体的一个或多个阻火过滤器。

背景技术

电气装置或者设备(诸如：例如变频驱动器(vfd)、电源供应器、变压器或者断路器)通常被容置于外壳或者机壳中。例如，可能由于错误连接或者用户失误在外壳或者机壳中发生电弧故障。内部短路可能会导致电弧故障。空气由于电弧故障而在电气装置中的两个或者更多个电位之间被电离，从而引起包括快速膨胀蒸发金属材料的等离子体云的电弧闪光。等离子体使得顷刻间在外壳内快速地积累高压和高温。

电弧故障状态必须被控制在外壳内或者被排出至电气装置外壳的外部。电弧故障影响在其发生的地方对设备极具破坏性，并且继发影响(诸如，弹片和有毒气体的爆炸性喷发)会引起对人员的严重危害。在电弧燃烧的同时，会发生对机壳内部的部件的显著损坏，这部分地是由于电弧燃烧的方式不可控。此外，电弧具有在机壳内部移动远离能量源头的倾向。这样，内部的损坏是显著的并且一般来说会对整个机壳及其内含物造成永久损坏。

进一步地，电气装置或者设备可以包括空气入口，空气入口包括用于冷却目的的(多个)空气过滤器，但在电弧故障事件期间，可能会从空气入口排出热气体、等离子体和碎片，这可能对人员和财产造成严重损伤或者死亡。正常空气过滤器在电弧事件下会发生故障或者不会过滤这些气体。因此，可能存在对改进型电气设备机壳或者外壳的需要，尤其是改进型抗电弧故障的电气设备。

技术实现要素：

简要地说，本发明的各个方面涉及一种电气装置或者电气设备，包括低和中/高电压设备，尤其是包括外壳、机壳或者壳体的电气设备，诸如：例如电源供应器、变压器、断路器、变频驱动器，其包括用于冷却在电弧故障事件期间排放出的气体的一个或多个阻火过滤器。

根据本发明的第一方面，一种电气装置的外壳包括外壳壁以及集成到外壳壁中的阻火过滤器，其中，阻火过滤器配置为过滤在电弧故障事件期间在外壳内部出现的热气体和颗粒的流，使得热气体和颗粒被吸收并且经过滤的冷却气体流离开过滤器到达外壳的外部。

根据本发明的第二方面，一种配置为耦联至公用电源且提供输出电流的变频驱动器(vfd)，包括多个外壳，该多个外壳包括多个外壳壁，以及集成到多个外壳壁中的至少一个中的至少一个阻火过滤器，其中，阻火过滤器配置为过滤在电弧故障事件期间在外壳内部出现的热气体和颗粒的流，使得热气体和颗粒被过滤器吸收，并且清洁的冷却气体流离开过滤器到达外壳的外部。

附图说明

图1示出了根据本发明的示例性实施例的电气装置的机壳或者外壳的示意截面图的第一表示。

图2示出了根据本发明的示例性实施例的电气装置的机壳或者外壳的示意截面图的第二表示。

图3示出了根据本发明的示例性实施例的变频驱动器的机壳或者外壳的截面的透视示意图的表示。

具体实施方式

为了有助于理解本发明的实施例、原理和特征，下文参照在图示性实施例中的实施方式来对其进行解释。尤其，在作为电气装置和用于电气装置的外壳的语境中对其进行描述，诸如，例如，电源供应器、变压器、断路器、变频驱动器(vfd)等，其包括用于冷却在电弧故障事件期间排放出的气体的一个或多个阻火过滤器。然而，本发明的实施例不限于在所描述的方法或者系统中使用。

下文描述的作为组成各个实施例的部件和材料意在是图示性的并且不具限制性。能够执行与本文所描述的材料相同或者相似功能的许多合适的部件和材料意在被包含在本发明的实施例的范围内。

图1示出了根据本发明的示例性实施例的电气装置的机壳或者外壳100的示意截面图的第一表示。

外壳100容置一个或多个电气装置，诸如：例如电源供应器、变压器、断路器、变频驱动器等。外壳100可以是由例如金属制成，并且可以配置作为例如钢外壳。电气装置的冷却系统可以包括在外壳100的前面、后面和/或侧面上的进气口。根据图1，外壳100包括用于电气设备的的多个空气入口110，其中，为了冷却的目的，将由箭头120图示的环境空气提供给定位在外壳100内部的电气设备。空气入口110可以包括多个固定鳍片或者百叶窗板115，例如，用于覆盖和保护空气入口110。

在环境空气120进入外壳100并进而进入电气装置之前，对环境空气120进行了过滤。外壳100包括一个或多个过滤器130。在电气装置的正常操作状态下，过滤器130用作标准空气过滤器，其中，从环境空气流120中过滤掉颗粒和灰尘以便保护外壳100内部的电气设备。经过滤的空气流由箭头150表示。

过滤器130是外壳100的集成部分，即，过滤器130被集成且形成外壳100的一部分，例如，前面或者侧面的一部分。外壳100包括用于接收过滤器130的一个或多个开口140。过滤器130被插入到开口140中使得过滤器130完全覆盖开口140并且被牢固地和稳固地安装在开口140中。如图1示出的，过滤器130大约以其厚度t的中间插入到外壳100的开口140中。外壳100(尤其是在开口140的边缘处)可以包括在开口140的两个相对侧上的支撑元件125，例如，支撑元件125被设计作为具有折叠边缘或者边界的平面，当将过滤器130布置在开口140中时，其用作“止挡”。

在示例性实施例中，过滤器130包括矩形设计(同样见图3)，但也可以包括许多其它形状或者根据需要成形，其中，外壳100包括具有用于接收过滤器130的对应形状或者形式的开口140。过滤器130可以包括约3(三)英寸的示例性厚度t，但也可以包括大于或者小于3英寸的厚度。

图2图示了根据本发明的示例性实施例的电气装置的机壳或者外壳100的示意截面图的第二表示。图2的示意截面图对应于图1的视图，并且在图1和图2中使用的相同附图标记用于标注相同的部件。

如参照图1描述的，在容置于外壳100中的电气装置的正常操作状态下，即，未在电弧故障事件期间，为了冷却的目的，将环境空气流120提供至外壳100内部的电气设备，其中，过滤器130用作普通的空气过滤器并且从环境空气流120中过滤掉颗粒和灰尘以便保护电气设备。但在外壳100中的电弧故障事件期间，可能会从空气入口110排出热气体、等离子体和碎片，这可能对人员和财产造成严重损伤或者死亡。正常空气过滤器在有电弧事件的情况下会发生故障或者不会过滤这些气体。

为了提高电气装置在电弧故障事件期间的安全性，过滤器130配置作为阻火过滤器，其适应于过滤和/或吸收电弧故障事件的热气体、等离子体和碎片。在示例性实施例中，过滤器130可以配置作为填充有多孔材料135(特别是具有高孔隙率的材料)的金属过滤器，该多孔材料具有高热导率和高比热(也被称为比热容)。阻火过滤器130在被置于空气流中时允许空气连续地从外壳100流向外部，但限制包括电弧故障事件产生的火花、热气体、等离子体和碎片在内的颗粒的通过。如图2图示的，在电弧故障事件中，由气体流160表示的热气体和颗粒进入阻火过滤器130。热气体和颗粒流160被过滤，其中，经冷却和过滤的流170离开过滤器130。阻火过滤器130在电弧故障事件期间吸收热量和颗粒并且还允许空气离开外壳100，因而降低了设备外壳100内部的压力。

图3图示了根据本发明的示例性实施例的变频驱动器(vfd)200的机壳或者外壳100的截面的透视示意图的表示。

vfd200可以包括彼此邻近的多个外壳100，其中，每个外壳100包括多个外壳壁105。一个或多个外壳100的至少一个壁105包括用于接收阻火过滤器130的开口140。阻火过滤器130被集成到外壳壁105中。在我们的示例中，用于接收过滤器130的外壳壁105位于外壳100的前面。

如之前所描述的，每个阻火过滤器130配置用于过滤在外壳100内部的在电弧故障事件期间出现的热气体和颗粒的流160，使得热气体和颗粒被过滤器130吸收并且经过滤的冷却气体流170离开过滤器130到达外壳100的外部(见图2)。在电弧故障事件期间，阻火过滤器130允许空气离开外壳100从而降低外壳100内部的压力。同时，阻火过滤器130配置为用作常规空气过滤器，其在正常条件下(即，未在电弧故障事件中)过滤在进入外壳100之前的环境空气流120(见图1)。

根据示例性实施例，阻火过滤器130可以配置作为包括框架185的过滤板180，以容易地将过滤器130安装在开口140内。应该注意的是，阻火过滤器130可以不被配置作为具有框架185的嵌板180。将阻火过滤器130设计为具有框架185的过滤板180是可选的并且对于阻火过滤器130的功能不是关键的。

进一步地，图3图示了空气入口110和固定鳍片或者百叶窗板115。在一个示例中，空气入口110和固定鳍片115可以被形成或者组装为冷却空气板190。空气板190包括框架195，其中，框架195的尺寸(诸如，长度和宽度)稍微大于框架185的那些尺寸，以便使得空气板190可以被安装在过滤板180之上。特别地，过滤板180部分地被插入在空气板190中，并且具有框架195的空气板190适应于接收和保持过滤板180。当被组装时，过滤板180是不可见的，因为过滤板180被空气板190覆盖。如早前参照图1描述的，过滤器130大约以其厚度t的中间插入到外壳100的开口140中。嵌板180(过滤器130)的朝着外部从外壳壁105突出的厚度的剩余部分被空气板190覆盖。具有空气入口110和百叶窗板115的空气板190通过例如螺栓或者螺钉被牢固地安装至外壳壁105。应该注意的是，具有框架195的空气板190以及空气入口110和固定百叶窗板115是可选的并且对于阻火过滤器130的功能不是关键的。换言之，vfd200可以包括阻火过滤器130，但可以不包括空气板190和/或空气入口110和百叶窗板115。

所提供的用于抗电弧故障外壳的方案使用一种方式——阻火过滤器——来冷却由电弧故障事件产生的热气体和颗粒。外壳的这种配置是一种无源设计，其不需要有源部件来在电弧故障事件期间恰当地运作以提供所需要的特性，诸如：例如人员保护。由于vfd通常包括出于冷却目的的空气入口和固定鳍片，所以vfd可以使用已经存在的用于空气入口的开口而容易地配备有阻火过滤器，而不用修改外壳(改装方案)。

尽管已经在示例性形式中公开了本发明的实施例，但对于本领域的技术人员而言明显的是，在不背离如在以下权利要求书中陈述的本发明及其等效物的精神和范围的情况下，可以在其中作出许多修改、添加和删减。