КОМПЛЕКСНЫЙ МОДУЛЬ ТЕПЛОПОГЛОТИТЕЛЯ С СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ПЛАСТИНОЙ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к комплексному модулю пластмассового теплопоглотителя с соединительной пластиной, пригодному для использования с выключателем в литом корпусе (ВЛК) в цепи постоянного тока. Кроме того, она относится к выключателям в литом корпусе, содержащим такой комплексный модуль пластмассового теплопоглотителя с соединительной пластиной.
Уровень техники
Выключатель согласно стандарту Международной электротехнической комиссии IEC60947 обычно используется для пропускания или отключения электрического тока, который вырабатывается, например, источником трехфазного тока. Преимущество над использованием предохранителей состоит в том, что предохранители могут использоваться только один раз и подлежат замене при размыкании цепи.
Если в сети электрического тока будет обнаружена ошибка, то передается сигнал выключения для отключения подачи электроэнергии.
Все системы выключателей имеют одинаковые особенности в работе, хотя в деталях они существенно различаются в зависимости от класса напряжения, номинального тока и типа выключателя.
Выключатель должен обнаружить повреждение; в выключателях низкого напряжения это обычно происходит в корпусе выключателя.
Выключатели для больших токов и высоких напряжений обычно имеют контрольные устройства реле защиты для обнаружения неисправности и включения механизма отключения. Как только будет обнаружена неисправность, контакты внутри выключателя должны разомкнуться для прерывания цепи; определенная механически накопленная энергия (с использованием, например, пружин или сжатого воздуха), имеющаяся внутри выключателя, используется для размыкания контактов, хотя некоторая необходимая энергия может быть получена от самого тока повреждения. Небольшие выключатели могут иметь ручное управление; большие выключатели имеют соленоиды для включения механизма и электромоторы для восстановления энергии на пружинах.
Контакты выключателя должны пропускать электрический ток без чрезмерного нагревания, а также выдерживать нагрев электрической дугой при отключении (размыкании) цепи. Обычно контакты делают из меди или сплавов меди, сплавов серебра и других материалов с высокой проводимостью.
При прерывании тока образуется электрическая дуга. Такая дуга должна быть локализована, охлаждена и погашена под должным контролем с тем, чтобы зазор между контактами мог снова выдерживать напряжение в цепи. Разные выключатели используют вакуум, воздух, изоляционный газ или масло в качестве среды, в которой образуется дуга.
Выключатели цепей среднего напряжения могут подключаться к сети с помощью болтовых соединений, например, к шинам или соединительным пластинам теплопоглотителя.
В электрической распределительной сети сборная шина представляет собой медную, латунную или алюминиевую полосу или стержень, которые пропускают электричество в щите управления, распределительном щите, подстанции, батарейном блоке или другом электрическом оборудовании. Ее основной целью является пропускание значительного количества электричества, при этом размер ее поперечного сечения определяет максимальное количество электричества, которое она может безопасно пропускать, а не выполнение функции конструктивного элемента. Соединительная пластина является вариантом шины, которая может быть использована в выключателе в литом корпусе.
В электронных системах теплопоглотителем является теплообменник, который охлаждает устройство путем отвода тепла в окружающую среду. В компьютерах теплопоглотители используются для охлаждения центральных процессоров или графических процессоров. Теплопоглотители используются с полупроводниковыми устройствами большой мощности, такими как мощные транзисторы, и оптоэлектронной аппаратурой, такой как лазеры и светодиоды, в которых способность теплоотвода основных устройств является недостаточной для снижения их температуры.
Теплопоглотитель предназначен для максимального увеличения площади его поверхности в контакте с окружающей его охлаждающей средой, такой как воздух. Скорость воздуха, выбор материала, выступающие элементы конструкции и обработка поверхности являются факторами, которые влияют на работу теплопоглотителя. Обычно теплопоглотители включают в себя основание с ребрами, которые выступают из основания. Существуют многочисленные способы соединения теплопоглотителя с соединительной пластиной, которые включают в себя использование по меньшей мере одного винта и/или теплопроводного клеящего вещества для присоединения теплопоглотителя. Термическое связующее вещество или термическое смазочное вещество может улучшить действие теплопоглотителя путем заполнения воздушных зазоров между теплопоглотителем и устройством.
Разновидностью теплопоглотителя с прямыми ребрами является теплопоглотитель с наклонными ребрами. Теплопоглотитель со штыревыми ребрами представляет собой теплопоглотитель, который имеет штыри, выступающие из основания. Штыри могут быть цилиндрические, эллиптические или квадратные.
Как правило, чем больше площадь поверхности теплопоглотителя, тем лучше он работает.
Обычно, чем более высокую теплопроводность имеет материал теплопоглотителя, тем лучше он работает.
Традиционно теплопоглотители изготавливают из алюминия, который имеет хорошие показатели теплоотдачи, и такой теплопоглотитель обычно закрепляется на одной стороне соединительной пластины. Если теплопоглотитель, имеющий ребра, выступающие из его основания, закреплен с помощью винтов на одной стороне соединительной пластины, то соединение между основанием и соединительной пластиной обычно бывает не очень хорошее и может снизить теплоотдачу. Но алюминий является к тому же электропроводящим. Поэтому, поскольку алюминий проводит электричество, то это означает, что сам теплопоглотитель должен содержаться в защитном корпусе.
Поэтому дополнительный вентиляционный корпус должен быть установлен над устройством обычного теплопоглотителя с соединительной пластиной.
Промышленный стандарт IEC2006 требует, чтобы в процессе работы выключателя разница температур между соединительной пластиной и окружающим воздухом была меньше 80К, поэтому не каждый материал подходит для использования в качестве теплопоглотителя.
Раскрытие полезной модели
Настоящая полезная модель предусматривает создание комплексного модуля теплопоглотителя с соединительной пластиной, включающего в себя соединительную пластину, прикрепленную к двухстороннему теплопоглотителю, изготовленному из переработанной в расплаве пластмассы и имеющему основание и ребра, выступающие из основания, в котором
IV) теплопроводность пластмассы, измеренная по стандарту ASTM 1461, находится в пределах от 1 до 20 Вт/м·К в плоскости и в пределах от 0,5 до 2,0 Вт/м·К сквозь плоскость;
V) температура плавления пластмассы выше 200°С;
8
VI) пластмасса имеет объемное удельное сопротивление, измеренное по стандарту IEC60093 и равное по меньшей мере 1,0×10 Ом/м.
Двухсторонний теплопоглотитель состоит из двух частей, по одной части на каждой стороне соединительной пластины.
Каждая часть теплопоглотителя крепится к соединительной пластине с помощью по меньшей мере одного винта.
Каждая часть теплопоглотителя крепится к соединительной пластине с помощью теплопроводного клеящего вещества.
Двухсторонний теплопоглотитель формован поверх соединительной пластины.
Комплексный модуль теплопоглотителя с соединительной пластиной подходит для использования с выключателем в литом корпусе.
Пластмасса представляет собой полукристаллическую пластмассу.
Пластмасса представляет собой полиамид.
Пластмасса включает в себя от 0,1 до 50% по весу теплопроводных и электроизоляционных наполнителей по отношению к общему весу состава. Ребра представляют собой прямые ребра. Ребра представляют собой расходящиеся в виде раструба ребра. Ребра представляют собой штыревые ребра.
Настоящая полезная модель предусматривает создание выключателя в литом корпусе, содержащего комплексный модуль теплопоглотителя с соединительной пластиной.
Настоящая полезная модель предусматривает создание выключателя, в котором в процессе работы разница температур между соединительной пластиной и окружающим воздухом составляет менее 80К.
Общеизвестная проблема состоит в том, что при прерывании электрической цепи необходимо как можно скорее восстановить передачу энергии во избежание перегрева, в особенности, выключателя.
В обычных выключателях в литом корпусе алюминиевый теплопоглотитель с прямыми ребрами, изготовленный методом выдавливания, закреплен на одной стороне соединительной пластины с помощью винта. Теплопоглотитель может быть изготовлен путем выдавливания алюминия или сплава алюминия, что хорошо известно в области техники. Использование винта для соединения теплопоглотителя означает соединение, и поэтому теплоотвод получается не очень хорошим, так как использование винтов ограничивает плотность соединения. Использование винтов также занимает место, которое могли бы занимать ребра. Кроме того, алюминий является токопроводящим, поэтому требуется пластмассовая крышка с вентиляционными отверстиями для закрытия теплопоглотителя. Одна сторона соединительной пластины является открытой, поэтому крышка также необходима для защиты людей от электрического тока, проходящего через соединительную пластину.
Это означает то, что требуется много технологических операций. Кроме того, требуется много дополнительного места для размещения выключателя в литом корпусе.
Это решается в настоящей полезной модели путем использования пластмасс, в частности, путем использования двухстороннего теплопоглотителя, изготовленного из переработанной в расплаве пластмассы и имеющего основание и ребра, которые выступают из основания и выполнены путем литьевого формования. Экструзионный процесс также подходит для этой цели.
Поэтому теплопоглотитель прикрепляется с обеих сторон соединительной пластины в виде двух отдельных частей или путем формования теплопоглотителя поверх соединительной пластины.
Преимуществом такой конструкции является то, что не требуется никакой крышки для комплексного модуля теплопоглотителя с соединительной пластиной. Комплексный модуль теплопоглотителя с соединительной пластиной, включающий в себя соединительную пластину и теплопоглотитель, изготовленный из переработанной в расплаве пластмассы, может поставляться вместе с выключателем в литом корпусе или соответственно поставляться отдельно для ремонта старых моделей.
Желательно, чтобы переработанным в расплаве пластмассовым материалом была пластмасса для литья под давлением. Желательно, чтобы переработанный в расплаве пластмассовый материал был теплопроводным и электроизоляционным.
Теплопроводные полимерные составы обычно включают в себя органический полимер и теплопроводный наполнитель, диспергированный в нем. Однако теплопроводные наполнители, которые имеют высокую теплопроводность, часто также имеют высокую токопроводность. Поэтому, если теплопроводный полимерный состав должен быть электроизоляционным, то использование токопроводящих наполнителей должно быть ограничено или исключено и требует замены на электроизоляционные наполнители.
В качестве переработанных в расплаве пластмассовых материалов обычно используются термопластичные полимеры, которые выдерживают высокие температуры, такие как полиамиды, полифениленсульфиды, полифениленоксиды, полисульфоны, полиарилаты, полиэфирэфиркетоны и полиэфиримиды. Представительные варианты включают в себя, но не ограничиваются ими, гомополиамиды, такие как полиамид 6, полиамид 46, полиамид 56, полиамид 66, полиамид 410, полиамид 510, полиамид 610, полиамид 6Т, полиамид 8Т, полиамид 9Т, полиамид 10Т и их сополиамиды, сополиамиды полиамида 6Т, полиамида 8Т, полиамида 9Т и полиамида 10Т и других полиамидов, таких как полиамид 4Т, полиамид 5Т, полиамид 7Т, полиамид 12Т, полиамид 46 и полиамид 66, а также терполимеры, такие как полиамид 6Т/4Т/46 [который является сополиамидом полиамида 6Т, полиамида 4Т и полиамида 46], полиамид 6Т/66/46 [сополиамид полиамида 6Т, полиамида 66 и полиамида 46], полиамид 6Т/5Т/56 [сополиамид полиамида 6Т, полиамида 57 и полиамида 56] и полиамид 6Т/66/56 [сополиамид полиамида 6Т, полиамида 66 и полиамида 56].
Желательно, чтобы полиамидами были полукристаллические и полуароматические полиамиды. Полиамиды могут быть основаны, например, на 1,4-диамино бутане (условное обозначение 4), 1,6-гексанодиамине (условное обозначение 6), терефталевой кислоте (условное обозначение Т) и адипиновой кислоте (условное обозначение 6).
Более желательно, чтобы полиамидом был терполимер из трех полиамидов, причем первый полиамид выбирается из группы, состоящей из полиамида 6Т, полиамида 8Т, полиамида 9Т, полиамида 10Т и полиамида 12Т, второй полимер выбирается из группы, состоящей из полиамида 66, полиамид 86, полиамида 96, полиамида 106 и полиамида 126, и третий полиамид выбирается из группы, состоящей из полиамида 4Т и полиамида 5Т.
Еще более желательно, чтобы сополиамидом был терполимер, выбранный из группы, состоящей из терполимеров полиамида 6Т, полиамида 66 и полиамида 4Т; полиамида 8Т, полиамида 86 и полиамида 4Т; полиамида 9Т, полиамида 96 и полиамида 4Т; и полиамида 10Т, полиамида 106 и полиамида 4Т. Следует отметить, что терполимеры могут называться по-разному в зависимости от соотношения соответствующих мономеров, используемых в полиамидах. Напрмиер, полиамид 6Т/66/4Т, то есть сополиамид полиамида 6Т, полиамида 66 и полиамида 4Т, может быть также назван как полиамид 6Т/6Т/46 или полиамид 6Т/4Т/46 в зависимости от того, содержание полиамида 66 выше или ниже полиамида 4Т.
Подходящие теплопроводные и электроизолирующие наполнители включают в себя нитрид бора, так как он имеет сравнительно высокую собственную теплопроводность и обладает электроизолирующим свойством. Нитрид бора может быть кубическим нитридом бора, гексагональным нитридом бора, аморфным нитридом бора, ромбоэдрическим нитридом бора или другим аллотропом. Он может использоваться в качестве порошка, агломератов или волокнистой массы. Типичными нитридами бора являются РТ350, РТ360 и РТ370, доступные для приобретения в компании General Electrics Advanced Materials.
Другими теплопроводящими наполнителями являются технический углерод и графит. Технический углерод представляет собой порошкообразный материал из аморфного углерода, который может быть получен, например, путем окисления нефти. Наполнитель сам по себе не является электроизолирующим, но используемый в больших количествах может влиять на теплопроводящие составы, которые недостаточно электроизолирующие.
Однако, когда он используется в небольших количествах в сочетании с другими теплопроводными и электроизолирующими наполнителями, он может значительно повысить теплопроводимость составов, сохраняя при этом электроизолирующие свойства.
Другие подходящие варианты теплопроводных и электроизолирующих наполнителей включают в себя металлические шарики с покрытием, окись алюминия (Al2O3), нитрид алюминия (AlN), карбид кремния (SiC) и алмаз.
Желательно, чтобы переработанный в расплаве, теплопроводный и электроизолирующий пластмассовый материал включал в себя от 0,1 до 50% по весу теплопроводящих и электроизолирующих наполнителей по отношению к общему весу состава. Более желательно, чтобы переработанный в расплаве, теплопроводный и электроизолирующий пластмассовый материал включал в себя от 15 до 40% по весу нитрида бора и от 0,01 до 10% по весу технического углерода по отношению к общему весу состава.
Следующим после нитрида бора и технического углерода может быть любой материал, который может быть диспергирован в органическом полимере и который улучшает теплопроводность полимерного состава. Обычно такой материал должен иметь собственную теплопроводность, равную по меньшей мере 2,5 Вт/м·К.
Следующим после теплопроводных и электроизолирующих наполнителей электроизолирующий состав может включать в себя также теплопроводные и токопроводящие наполнители при условии, что их количество достаточно невелико, чтобы сохранять электроизолирующие свойства состава.
5
5
Под электроизолирующим составом здесь имеется в виду состав, имеющий объемное сопротивление, измеренное по методу согласно стандарту ASTM D257, равное по меньшей мере 10 Ом·м. Для испытания объемного электрического сопротивления использовались испытательные образцы размером 80×80×2 мм. Перед испытанием образцы выдерживались при 23°С и 50% относительной влажности в течение 40 часов. Желательно, чтобы состав теплопроводного и электроизолирующего пластмассового материала, используемого в полезной модели, имел объемное сопротивление, равное по меньшей мере 10 Ом·м.
Перерабатываемая в расплаве пластмасса, а также состав, включающий в себя перерабатываемую в расплаве пластмассу, являются в высшей степени подходящими для формования продукции, например, путем литьевого формования, выдавливания, формования под раздувом или прессования в форме.
Состав, включающий в себя перерабатываемую в расплаве пластмассу, может включать в себя добавки, известные специалистам, знакомым с составлением таких составов формования. Подходящими добавками являются, например, стабилизаторы, такие как УФ-стабилизаторы, термостабилизаторы и антиокислители, красители, технологические добавки, например, смазки и смазочные вещества для форм, добавки для улучшения текучести, такие как олигомеры, средства для улучшения ударной прочности, наполнители, упрочняющие компоненты, такие как углеродные волокна и стекловолокна, ингибиторы горения, такие как галоген, содержащий ингибиторы горения, галоген, содержащий ингибиторы открытого пламени и синергические вещества ингибиторов пламени. Дополнительно состав может также включать в себя другие полимеры, кроме полиамидов.
Наиболее предпочтительной перерабатываемой в расплаве теплопроводной и электроизолирующей пластмассой является Stanyl™ (доступный для приобретения в компании DSM) определенных сортов, таких как ТС153, ТС155, ТС154 и ТС168. Arnite™ XLT Akulon™ ТС185, ТС186. Другие варианты теплостойкой пластмассы включают в себя, но не ограничиваются этим, сорта РА6 (доступные в компаниях BASF, EMS, Lanxess, Solvay, KingFa), PA66 (компании BASF, Dupont, Lanxess, Solvay, SABIC, Asahi, KingFa), PA9T (компания Kururay), Zytel HTN (PA6T/66, компания DuPont), PA6T (компания Solvay), PA6T/10T и PA10T/6T (компании EMS и KingFa).
Преимущество использования такого материала, как Stanyl™, состоит в том, что он обладает не только свойствами высокой теплоотдачи, хорошей термостойкости и является электроизолирующим, но также имеет высокую устойчивость к воспламенению и облегченный вес, поэтому может также использоваться в целях снижения толщины ребер.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан известный теплопоглотитель, который изготовлен из алюминия и закреплен на одной стороне соединительной пластины с помощью винтов;
на фиг. 2 - известный теплопоглотитель, который изготовлен из алюминия и закреплен на одной стороне соединительной пластины с помощью винтов;
на фиг. 3 - вариант 1 осуществления, включающий в себя модуль двухстороннего теплопоглотителя с соединительной пластиной, в котором теплопоглотитель состоит из двух частей, каждая из которых имеет прямые ребра, выступающие из его основания;
на фиг. 4 - вариант 2 осуществления, включающий в себя модуль двухстороннего теплопоглотителя с соединительной пластиной, имеющий переформованный теплопоглотитель с прямыми ребрами, выступающими из основания;
на фиг. 5 - вариант 3 осуществления, включающий в себя теплопоглотитель, подходящий для использования в качестве двухстороннего теплопоглотителя с ребрами, расходящимися в виде раструба и выступающими из основания;
на фиг. 6 - вариант 4 осуществления, включающий в себя теплопоглотитель, подходящий для использования в качестве двухстороннего теплопоглотителя со штыревыми ребрами, выступающими из основания.
Осуществление полезной модели
На фиг. 1 изображен комплексный модуль 1 теплопоглотителя с соединительной пластиной, содержащий соединительную пластину 2 и однокомпонентный теплопоглотитель 3, изготовленный из алюминия и имеющий прямые ребра 5, при этом теплопоглотитель закреплен на одной стороне с помощью винтов 9.
На фиг. 2 изображен комплексный модуль 1 теплопоглотителя с соединительной пластиной, содержащий соединительную пластину 2 и однокомпонентный теплопоглотитель 3, изготовленный из алюминия и имеющий прямые ребра 5, при этом теплопоглотитель закреплен на одной стороне с помощью винтов 9.
На фиг. 3 изображен комплексный модуль 1 теплопоглотителя с соединительной пластиной, содержащий соединительную пластину 2 и двухсторонний двухкомпонентный теплопоглотитель 3, 4, изготовленный из переработанной в расплаве пластмассы и имеющий прямые ребра 5, при этом теплопоглотитель закреплен не с помощью винтов, а с использованием теплопроводного клеящего вещества (не показано). В дальнейшем он будет именоваться как Вариант 1 осуществления.
На фиг. 4 изображен комплексный модуль 1 теплопоглотителя с соединительной пластиной, содержащий соединительную пластину 2 и двухсторонний теплопоглотитель 6, переформованный из переработанной в расплаве пластмассы и имеющий прямые ребра 5. В дальнейшем он будет именоваться как Вариант 2 осуществления.
На фиг. 5 изображен теплопоглотитель 3, изготовленный из переработанной в расплаве пластмассы и имеющий ребра 7, расходящиеся в виде раструба и выступающие из основания 10, и пригодный для использования в качестве двухстороннего теплопоглотителя. В дальнейшем он будет именоваться как Вариант 3 осуществления.
На фиг. 5 изображен теплопоглотитель 3, изготовленный из переработанной в расплаве пластмассы и имеющий штыревые ребра 8, выступающие из основания 10, и пригодный для использования в качестве двухстороннего теплопоглотителя. В дальнейшем он будет именоваться как Вариант 4 осуществления.
Вариант 1 осуществления
Теплопоглотитель был изготовлен путем литьевого формования полиамида Stanyl™ ТС 155, доступного для приобретения у компании DSM, с использованием стандартных условий составления смеси и формования для смесей РА46. Пресс-форма представляла собой полость, включающую в себя основной корпус и выступающие внутри прямые ребра на одной стороне корпуса. Каждый из двух таких теплопоглотителей был затем закреплен на каждой стороне стандартной соединительной пластины, изготовленной из алюминия, с помощью связующего клея ST0802, предоставленного компанией Silanex, для получения в итоге двухстороннего теплопоглотителя.
8
При использовании комплексный модуль 1 теплопоглотителя с соединительной пластиной присоединяется к выключателю в литом корпусе. Когда выключатель был в процессе работы, разница температур между соединительной пластиной и окружающим воздухом была менее 70К. Удельное объемное сопротивление, измеренное по стандарту IEC60093, составляло более 1,0×10 Ом/м.
Вариант 2 осуществления
Теплопоглотитель был изготовлен путем литьевого переформования полиамида Akulon™ ТС 186, доступного для приобретения у компании DSM, с использованием стандартных условий составления смеси и формования для смесей РА46. Пресс-форма представляла собой полость, включающую в себя основной корпус и выступающие внутри прямые ребра на обеих сторонах основного корпуса. Переформование обеспечивает закрепление двухстороннего теплопоглотителя на соединительной пластине с плотным контактом между ними.
При использовании комплексный модуль 1 теплопоглотителя с соединительной пластиной присоединяется к выключателю в литом корпусе.
8
Когда выключатель был в процессе работы, разница температур между соединительной пластиной и окружающим воздухом была менее 70К. Удельное объемное сопротивление, измеренное по стандарту IEC60093, составляло более 1,0×10 Ом/м.
Вариант 3 осуществления
8
Теплопоглотитель с ребрами, расходящимися в виде раструба, пригодный для использования в качестве двухстороннего теплопоглотителя, был изготовлен путем литьевого формования полиамида Stanyl™ ТС 155, доступного для приобретения у компании DSM, с использованием стандартных условий составления смеси и формования для смесей РА46. Пресс-форма представляла собой полость, включающую в себя основной корпус и выступающие внутри ребра, расходящиеся в виде раструба. Удельное объемное сопротивление, измеренное по стандарту IEC60093, составляло более 1,0×10 Ом/м.
Вариант 4 осуществления
8
Теплопоглотитель с штырьковыми ребрами, пригодный для использования в качестве двухстороннего теплопоглотителя, был изготовлен путем литьевого переформования полиамида Akulon™ ТС 186, доступного для приобретения у компании DSM, с использованием стандартных условий составления с меси и формования для смесей РА46. Пресс-форма представляла собой полость, включающую в себя основной корпус и выступающие внутри штырьковые элементы. Удельное объемное сопротивление, измеренное по стандарту IEC60093, составляло более 1,0×10 Ом/м.