專利名稱：帶熱管的開關(guān)裝置的制作方法
帶熱管的開關(guān)裝置本發(fā)明涉及一種用于切斷高壓交變電流的裝置，包括與導(dǎo)體連接以及裝 在觸頭殼體內(nèi)的觸頭，其中，導(dǎo)體可至少部分運動地導(dǎo)引以及觸頭可借助驅(qū) 動器和驅(qū)動運動從接觸位置過渡轉(zhuǎn)換為分離位置。例如由EP0606265B1已知這種裝置。在那里公開的裝置設(shè)計用于切斷 高壓電流。該裝置有一個經(jīng)觸頭導(dǎo)通的導(dǎo)電路徑。觸頭沿縱向彼此相對以及 可通過引入開關(guān)運動，從觸頭互相觸點接通的接觸位置過渡到觸頭彼此分開 的分離位置。在這里，觸頭裝在真空開關(guān)管內(nèi)，其中處于真空狀態(tài)以熄滅在 觸頭分離時引發(fā)的電弧。觸頭之一通過一個與真空外殼固定連接的固定觸頭 導(dǎo)體保持位置固定不動。固定觸頭導(dǎo)體穿過真空外殼伸出，并通過另一個導(dǎo) 體與輸入接頭導(dǎo)電連接?？蛇\動的觸頭安置在一根同樣裝在真空外殼中縱向 運動導(dǎo)引的操作桿端部。為了電連接，在輸出接頭與操作桿之間裝有設(shè)計為 彎曲彈性導(dǎo)電帶的耦連器件。 一個限制已知裝置工作能力的因素是，尤其在大電流時出現(xiàn)的在導(dǎo)電路徑的導(dǎo)體上的發(fā)熱。這種發(fā)熱尤其可以在觸頭的接 觸面但也可以在導(dǎo)電帶上觀察到，與導(dǎo)電路徑的其余導(dǎo)體相比，導(dǎo)電帶有較 小的導(dǎo)體截面。由DE19717235A1已知一種熱管，它有基本上空心圓柱形結(jié)構(gòu)的熱管外 殼，它在其一端有一個蒸發(fā)區(qū)和在其另一端有一個冷凝區(qū)。在熱管外殼的內(nèi) 部，在蒸發(fā)區(qū)與冷凝區(qū)之間延伸一個毛細(xì)結(jié)構(gòu)。此外，熱管還有一種流體狀 的傳熱介質(zhì)，它相對于外部大氣被熱管外殼密封。在熱管外殼密封前，傳熱當(dāng)時存在的溫度下的蒸汽壓相同。換句話說，幾乎僅僅由傳熱介質(zhì)組成的氣 相與傳熱介質(zhì)的液相平衡。若熱管的一側(cè)遭受比其另一側(cè)高的溫度，則導(dǎo)致 在加熱的蒸發(fā)區(qū)內(nèi)液體蒸發(fā)以及蒸汽向冷凝區(qū)方向輸送，冷凝區(qū)與蒸發(fā)區(qū)相 比較冷以及促使傳熱介質(zhì)凝結(jié)。在此過程中熱量向外部環(huán)境排出。迄今熱管 主要在計算機的技術(shù)領(lǐng)域中使用。本發(fā)明的目的是提供一種前言所述類型的裝置，用它即使電流更大也可 以掌控。 本發(fā)明為達到此目的建議一種有流體密封的熱管外殼的熱管，它有一個 蒸發(fā)區(qū)、 一個冷凝區(qū)和一個毛細(xì)結(jié)構(gòu)，毛細(xì)結(jié)構(gòu)在蒸發(fā)區(qū)與冷凝區(qū)之間延伸 并與它們熱耦合，其中，熱管外殼有一種傳熱介質(zhì)，以及所述蒸發(fā)區(qū)與導(dǎo)體 之一或觸頭之一導(dǎo)熱連接。按本發(fā)明，在那些以特別嚴(yán)重的發(fā)熱為特征的地方，通過迄今只是由計 算機技術(shù)領(lǐng)域已知的熱管排出熱量。在這里熱管起快速熱導(dǎo)體的作用，熱量 通過它從危險部位迅速輸出，并通過冷凝區(qū)排入任意的外部環(huán)境，例如大氣 中。傳熱以蒸發(fā)區(qū)內(nèi)傳熱介質(zhì)的蒸發(fā)為基礎(chǔ)，此時由于需要蒸發(fā)焓，因而從 與熱管的蒸發(fā)區(qū)觸點接通的導(dǎo)體提取熱量。氣相的傳熱介質(zhì)力圖到達與蒸發(fā) 區(qū)相比溫度更低的冷凝區(qū)?；谝扬柡偷钠?，在冷凝區(qū)導(dǎo)致傳熱介質(zhì)凝結(jié) 并因而排出形式上為熱量的蒸發(fā)焓。接著，基于在冷凝區(qū)與蒸發(fā)區(qū)之間延伸 的毛細(xì)結(jié)構(gòu)的毛細(xì)作用，凝結(jié)的傳熱介質(zhì)實施其向蒸發(fā)區(qū)的回程。以此方式 造成一個循環(huán)，它可以通過傳熱介質(zhì)的蒸發(fā)和冷凝有效地傳熱。業(yè)已證實恰 當(dāng)?shù)氖?，為計算機工業(yè)設(shè)計的熱管出人意外地也可以在高壓范圍內(nèi)和尤其在中壓范圍內(nèi)，亦即在電壓從1千伏至52千伏有價值的業(yè)務(wù)范圍內(nèi)，提供用 于冷卻發(fā)熱的構(gòu)件。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以動用幾乎任意設(shè)計結(jié)構(gòu)的熱管。按本發(fā)明裝置的一項恰當(dāng)?shù)倪M一步發(fā)展，導(dǎo)體之一有一個凹槽，熱管部 分延伸到凹槽內(nèi)。因此熱管將其蒸發(fā)區(qū)設(shè)在凹槽內(nèi)。凹槽相宜地設(shè)置在那些 會在那里熱負(fù)荷特別高的區(qū)域附近。如已詳細(xì)說明的那樣，這是一些與其余 導(dǎo)體相比導(dǎo)體橫截面狹窄的區(qū)域。按與此相關(guān)的一項進一步發(fā)展，凹槽設(shè)在一個穿過觸頭殼體的觸頭導(dǎo)體 內(nèi)，該觸頭導(dǎo)體在其設(shè)在觸頭殼體內(nèi)的觸頭端上帶有觸頭之一，其中，熱管 的冷凝區(qū)布置在觸頭殼體的外面。因此，凹槽穿過觸頭導(dǎo)體延伸到觸頭殼體 內(nèi)并因而設(shè)置在觸頭鄰近，在觸頭的接觸面上由于沒有理想的面接觸會導(dǎo)致 高的熱負(fù)荷。產(chǎn)生的熱量可以此方式借助熱管有效地^U妄觸區(qū)排出。按與此相關(guān)的另一項進一步發(fā)展，觸頭導(dǎo)體與觸頭殼體固定連接。按此 項進一步發(fā)展，僅兩個觸頭之一保持可以運動，為它配設(shè)的那個觸頭則位置 固定地裝在觸頭殼體內(nèi)。通過將熱管裝在位置固定的那個觸頭導(dǎo)體內(nèi)，避免 熱管運動。按另一個方案，導(dǎo)體有一根可運動地導(dǎo)引并與觸頭中的運動觸頭連接的 操作桿和一個輸出接頭，后者通過耦連器件與該操作桿電連接，其中，蒸發(fā)
區(qū)設(shè)在所述輸出接頭之上或之內(nèi)。按此恰當(dāng)?shù)倪M一步發(fā)展，熱管裝在耦連器 件附近，在耦連器件處通常造成狹窄的導(dǎo)體橫截面并因而在流過電流時導(dǎo)致 大的發(fā)熱量。當(dāng)然，在本發(fā)明的范圍內(nèi)此裝置也可以有兩根或更多根熱管。例如一根 熱管裝在位置固定的觸頭導(dǎo)體內(nèi)，而另一根熱管裝在輸出接頭上。按一項與此相關(guān)的恰當(dāng)?shù)倪M一步發(fā)展，耦連器件有一條彎曲彈性的導(dǎo)電 帶。在本發(fā)明的范圍內(nèi)同樣可以使用的其他耦連器件，例如是一個滑動觸頭 或滾動觸頭，在這里同樣可觀察到導(dǎo)體橫截面變窄。導(dǎo)電帶例如借助螺釘與 接頭連接，其中，熱管恰當(dāng)?shù)卦趯?dǎo)電帶鄰近(例如只通過一個薄的導(dǎo)體層與 導(dǎo)電帶隔開)安裝在一個加工在輸出接頭內(nèi)的凹槽中。按一項恰當(dāng)?shù)倪M一步發(fā)展，冷凝區(qū)與冷卻器接觸連接。通過在熱管的散 熱區(qū)布置冷卻器，顯著提高熱管的冷卻效率。以此方式可以進一步降低裝置 由導(dǎo)體和觸頭構(gòu)成的電流路徑的工作溫度。有利地，觸頭裝在一個接地的開關(guān)外殼內(nèi)。開關(guān)外殼例如圍繞三個觸頭 裝置，它們分別為交流電網(wǎng)的一相所設(shè)。在這里每個觸頭裝置由兩個互相配 屬的觸頭組成。這些觸頭例如沿縱向彼此對置，其中，觸頭之一與開關(guān)外殼 固定連接，而另一個可沿縱向運動地在開關(guān)外殼內(nèi)導(dǎo)引。按一項與此相關(guān)的恰當(dāng)?shù)倪M一步發(fā)展，導(dǎo)體有一個匯流排，它借助絕緣 套管通過在裝置工作時處于地電位的外殼壁延伸，其中，匯流排在其背對觸 頭殼體的那一側(cè)有一個凹槽，熱管部分裝入其中。如已提及的那樣，在本發(fā) 明的范圍內(nèi)也可以同時在裝置內(nèi)或裝置上使用多根熱管。按此項進一步發(fā) 展，其中一根或所述熱管裝在開關(guān)裝置的模塊化腔室外部或甚至裝在整個開 關(guān)裝置外部，開關(guān)裝置例如包括一個處于地電位的薄板外殼。與之不同，所述觸頭殼體裝在一個不導(dǎo)電的絕緣材料外殼內(nèi)。這種絕緣 材料外殼例如設(shè)計為周圍閉合和空心圓柱形或管狀，在這種情況下采用 一 些 緊固件將觸頭殼體固定在絕緣材料外殼內(nèi)。當(dāng)然，在本發(fā)明的范圍內(nèi)觸頭殼 體也可以澆注在絕緣材料外殼的塑料中，從而免去觸頭殼體與絕緣材料外殼 之間的空隙。有利地，觸頭殼體是一個其中抽成真空的真空管。按此項進一步發(fā)展， 真空作為滅弧手段用于熄滅在觸頭分離時引發(fā)的電弧。熱管尤其與真空開關(guān) 管或真空管的使用相結(jié)合，因為在這些管的內(nèi)部難以散熱。在真空狀態(tài)不可
能通過對流傳熱。在真空管中熱流只能通過導(dǎo)體的導(dǎo)熱連接或通過熱輻射實 現(xiàn)。恰當(dāng)?shù)兀瑐鳠峤橘|(zhì)有一種液相和一種汽相，其中，在熱管外殼內(nèi)部的壓 力與液相的蒸汽壓相同。換句話說，在熱管外殼內(nèi)部的整個氣相幾乎僅僅由 傳熱介質(zhì)微粒組成，從而使汽相涉及一種所謂的飽和汽相，它與液體處于平 衡狀態(tài)。由于蒸發(fā)區(qū)的加熱破壞了平衡，所述傳熱立即開始進行。下面借助附圖所示具體實施例對本發(fā)明其他恰當(dāng)?shù)臄U展設(shè)計和優(yōu)點予以說明，圖中相同的符號表示作用相同的構(gòu)件以及其中 圖l表示按本發(fā)明的裝置的一種實施例；以及 圖2表示按本發(fā)明的裝置的另一種實施例。

圖1示意表示按本發(fā)明的裝置1的一種實施例。圖示的裝置1包括一個 此類已知的真空開關(guān)管2，它有一個真空外殼3和一個通過固定觸頭導(dǎo)體4 與真空外殼3固定連接、位置固定的固定觸頭5，它沿縱向與運動觸頭6對 置。運動觸頭6安裝在一根可沿縱向運動地導(dǎo)引的操作桿7上，因此通過操 作桿7沿用箭頭表示的方向的提升運動，運動觸頭可以從一個在那里它貼靠 在固定觸頭5上接觸位置，過渡到一個在那里它處于與固定觸頭5有間距的 分離位置。操作桿7通過一個金屬波紋盒8可縱向運動地與真空外殼3連接。在真空外殼3內(nèi)抽成真空，在真空中熄滅在觸頭5和6分離時引發(fā)的電 弧。操作桿7通過導(dǎo)電帶9與輸出接頭IO連接，后者位置固定地裝在圖中 未表示的一個絕緣材料外殼內(nèi)。絕緣材料外殼圍繞一個真空管，所以用三個 裝置1制成一個包括三個開關(guān)極的單極封裝的開關(guān)。在這里每個極配屬三相 交流電網(wǎng)的一相。在固定觸頭5與運動觸頭6的接觸位置，盡管由觸頭彈簧提供大的壓緊 力，仍會導(dǎo)致兩個觸頭之間點狀的電流過渡以及引起有效的電流橫截面狹窄 的后果。換句話說，在觸頭5與6之間電流傳輸時引起大量發(fā)熱，在真空中 由于缺失對流作用，熱量只能以熱傳導(dǎo)的形式通過觸頭導(dǎo)體4和操作桿7以 及以熱輻射的形式向外散出。在導(dǎo)電帶9上的電流經(jīng)歷另 一處狹窄橫截面。在這里也出現(xiàn)大量發(fā)熱， 其結(jié)果是限制真空開關(guān)管2并因而裝置1的電流負(fù)載能力。為了改善從裝置1的散熱，設(shè)熱管11和12。熱管11裝在深入固定觸 頭導(dǎo)體內(nèi)的凹槽13中以及有一個流體密封的熱管外殼14,它有一個面朝固定觸頭5的蒸發(fā)區(qū)15和一個背對固定觸頭的冷凝區(qū)16。這些相應(yīng)地也適用 于熱管12，它將其蒸發(fā)區(qū)15靠近導(dǎo)電帶9地裝在輸出接頭IO的凹槽17內(nèi)。每#>熱管11或12的冷凝區(qū)16配備有一個冷卻器18,后者為了增大其 熱交換表面設(shè)有例如用導(dǎo)熱的金屬制成的散熱片。流體密封的熱管外殼14 例如由一個氣密的銅管構(gòu)成，在其內(nèi)側(cè)在蒸發(fā)區(qū)15與冷凝區(qū)16之間延伸一 個毛細(xì)結(jié)構(gòu)19。在這里，該毛細(xì)結(jié)構(gòu)19圍繞一個內(nèi)部空腔20。各熱管11 或12的熱管外殼14內(nèi)充填有一種圖中未表示的傳熱介質(zhì)，它有液相及汽相， 其中，熱管的內(nèi)壓基本上與傳熱介質(zhì)的蒸汽壓相等。換句話說，在熱管外殼 內(nèi)部的汽相基本上沒有外來氣體。在熱管有均勻的溫度時，傳熱介質(zhì)的這些 相處于相互平衡狀態(tài)。在裝置1工作時，蒸發(fā)區(qū)15的溫度上升超過冷凝區(qū)16的溫度。其結(jié)果 是導(dǎo)致傳熱介質(zhì)蒸發(fā)，它作為氣體通過內(nèi)部空腔20向冷凝區(qū)16亦即向較冷 的區(qū)域輸送。在那里基于較低的溫度導(dǎo)致蒸汽狀傳熱介質(zhì)凝結(jié)，以及形成的 液體借助毛細(xì)結(jié)構(gòu)19的毛細(xì)力送回蒸發(fā)區(qū)。在蒸發(fā)時消耗的熱焓以此方式 有效地向冷凝區(qū)16的外部排出。通過冷卻器18增大蒸發(fā)區(qū)15與冷凝區(qū)16 之間的溫差，并因而增加熱管11或12的散熱。圖2示意表示按本發(fā)明的裝置1的另一種實施例。在本實施例中，圖1 表示的真空開關(guān)管和另兩個真空開關(guān)管一起裝在一個處于地電位的開關(guān)外 殼21內(nèi)，其中，在圖2中同樣沒有表示的固定觸頭銷分別與一個匯流排22 連接。在圖2的視圖中只能看到其中一個匯流排22。匯流排22裝在另 一個同樣處于地電位的開關(guān)外殼23內(nèi)。 一個絕緣套管 24用于將電導(dǎo)體從開關(guān)外殼23絕緣地引出。絕緣套管是眾所周知的，所以 此處不需要詳細(xì)說明其結(jié)構(gòu)。在這里只應(yīng)指出，絕緣套管24有一個用澆鑄 樹脂制成的不導(dǎo)電的絕緣體并通過此絕緣體固定在開關(guān)外殼23上。匯流排 22有一個凹槽25，熱管ll部分在其中延伸，以及，熱管11的冷凝區(qū)16和 冷卻器18布置在開關(guān)外殼23外部。當(dāng)裝置l工作時，熱量通過導(dǎo)熱的匯流 排22向熱管11的蒸發(fā)區(qū)15輸送并由熱管經(jīng)冷卻器18加速向外部大氣散出。
權(quán)利要求
1.一種用于切斷高壓交變電流的裝置(1)，包括與導(dǎo)體(4、7、9、10)連接以及裝在一個觸頭殼體內(nèi)的觸頭(5、6)，其中，導(dǎo)體(4、7、9、10)可至少部分運動地導(dǎo)引以及所述觸頭(5、6)可借助驅(qū)動器和驅(qū)動運動從接觸位置轉(zhuǎn)變?yōu)榉蛛x位置，其特征在于一根有流體密封的熱管外殼(14)的熱管(11、12)，它有一個蒸發(fā)區(qū)(15)、一個冷凝區(qū)(16)和一個毛細(xì)結(jié)構(gòu)(20)，該毛細(xì)結(jié)構(gòu)在所述蒸發(fā)區(qū)(15)與冷凝區(qū)(16)之間延伸并與它們熱耦合，其中，所述熱管外殼(14)有一種傳熱介質(zhì)以及所述蒸發(fā)區(qū)(15)與所述導(dǎo)體(4、7、9、10)之一或所述觸頭(5、6)之一導(dǎo)熱連接。
2. 按照權(quán)利要求1所述的裝置(l)，其特征為，所述導(dǎo)體(4、 7、 9、 10) 之一有一個凹槽(13)，所述熱管(ll、 12)部分延伸到該凹槽內(nèi)。
3. 按照權(quán)利要求2所述的裝置(1)，其特征為，所述凹槽(13)設(shè)在一個穿 過觸頭殼體(3)的觸頭導(dǎo)體(4)內(nèi)，該觸頭導(dǎo)體(4)在其設(shè)在所述觸頭殼體(3)內(nèi) 的觸頭端(5)上帶有所述觸頭之一，其中，所述熱管(ll、 12)的冷凝區(qū)(16)布 置在所述觸頭殼體(3)的外面。
4. 按照權(quán)利要求3所述的裝置(l)，其特征為，所述觸頭導(dǎo)體(4)與所述 觸頭殼體(3)固定連接。
5. 按照權(quán)利要求1至4之一所述的裝置(1)，其特征為，所述導(dǎo)體有一 根可運動地導(dǎo)引并與所述觸頭(5、 6)中的運動觸頭(6)連接的操作桿(7)和一個 輸出接頭(IO),后者通過耦連器件(9)與所迷操作桿(7)電連接，其中，所述蒸 發(fā)區(qū)(15)設(shè)在所述輸出接頭(10)之上或之內(nèi)。
6. 按照權(quán)利要求4所述的裝置(l)，其特征為，所述耦連器件有一條彎 曲彈性的導(dǎo)電帶(9)。
7. 按照權(quán)利要求1至6之一所述的裝置(1),其特征為，所述冷凝區(qū)(16) 與一冷卻器(18)觸點接通。
8. 按照權(quán)利要求1至7之一所述的裝置(1)，其特征為，所述觸頭殼體 (3)裝在一個接地的開關(guān)外殼P3)內(nèi)。
9. 按照權(quán)利要求7所述的裝置(l)，其特征為，所述導(dǎo)體有一個匯流排 (22),后者借助一個絕緣套管(24)通過在該裝置(1)工作時處于地電位的外殼 壁(21、 23)延伸，其中，該匯流排(22)在其背對所述觸頭殼體(3)的那一側(cè)有 一個凹槽(25),所述熱管(11)部分裝入該凹槽(25)中。
10. 按照權(quán)利要求1至6之一所述的裝置(1)，其特征為，所述觸頭殼體 (3)裝在一個不導(dǎo)電的絕緣材料外殼內(nèi)。
11. 按照權(quán)利要求1至10之一所述的裝置(l)，其特征為，所述觸頭殼 體(3)是一個抽成真空的真空管(3)。
12. 按照權(quán)利要求1至11之一所述的裝置(l),其特征為，所述導(dǎo)熱介 質(zhì)有一種液相和一種汽相，其中，在所述熱管外殼(14)內(nèi)部的壓力與液相的 蒸汽壓力相同。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于切斷高壓交變電流的裝置(1)，包括與導(dǎo)體(4、7、9、10)連接以及裝在觸頭殼體內(nèi)的觸頭(5、6)，其中，導(dǎo)體(4、7、9、10)可至少部分運動地導(dǎo)引以及觸頭(5、6)可借助驅(qū)動器和驅(qū)動運動從接觸位置過渡為分離位置，為了用這種裝置即使電流更大也能掌控，本發(fā)明建議了一根帶有流體密封的熱管外殼(14)的熱管(11、12)，它有一個蒸發(fā)區(qū)(15)、一個冷凝區(qū)(16)和一個毛細(xì)結(jié)構(gòu)(20)，毛細(xì)結(jié)構(gòu)在蒸發(fā)區(qū)(15)與冷凝區(qū)(16)之間延伸并與它們熱耦合，其中，熱管外殼(14)有一種傳熱介質(zhì)以及蒸發(fā)區(qū)(15)與導(dǎo)體(4、7、9、10)之一或觸頭(5、6)之一導(dǎo)熱連接。
文檔編號H01H1/58GK101133471SQ200680006432
公開日2008年2月27日 申請日期2006年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月3日
發(fā)明者克萊門斯·魯思尼克, 拉爾夫-彼得·庫爾思 申請人:西門子公司