ОХЛАЖДАЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 2007 года по МПК H05K7/20 H01L23/36 G06F1/20 

Изобретение относится к охлаждающему элементу, согласно ограничительной части п.1 формулы.

Известна возможность улучшать теплоотвод из электрических эксплуатационных средств с помощью охлаждающих ребер. Как правило, охлаждающие ребра отформовываются за одно целое с металлическим корпусом данного эксплуатационного средства, например коммутационного аппарата, с тем чтобы достичь хорошего теплоперехода. Этот улучшенный теплоотвод обеспечивает либо более высокую токовую нагрузку эксплуатационного средства, либо экономию электропроводящего материала. Недостатком этих непосредственно отформованных охлаждающих ребер является то, что электрический ток, протекающий через эксплуатационное средство, вследствие поверхностных эффектов течет отчасти также через охлаждающие ребра и дополнительно нагревает их. Для отвода этого дополнительного нагрева требуется определенная доля охлаждающей способности охлаждающих ребер. Охлаждающие ребра должны иметь поэтому большие размеры, с тем чтобы развивать эту дополнительно требуемую охлаждающую способность. Эти увеличенные охлаждающие ребра приводят к тому, что одновременно увеличиваются габариты эксплуатационного средства и, тем самым, это эксплуатационное средство удорожается.

Изобретение, охарактеризованное в независимом пункте формулы, решает задачу создания охлаждающего элемента, обладающего улучшенной охлаждающей способностью.

Это достигается за счет того, что охлаждающий элемент используют не в качестве проводника тока. Охлаждающий элемент может быть поэтому оптимально рассчитан на особенно высокую охлаждающую способность. Охлаждающий элемент изготовлен из металла или металлического сплава. Он содержит, по меньшей мере, одно охлаждающее ребро или иную увеличивающую поверхность охлаждающего элемента, возвышенную структуру. Охлаждающий элемент разъемно соединен с металлическим корпусом эксплуатационного средства крепежными средствами или с геометрическим замыканием. Охлаждающий элемент снабжен теплопроводящим и электроизолирующим покрытием и имеет тот же электрический потенциал, что и корпус.

Хорошее теплопроводящее покрытие состоит преимущественно из порошка нитрида бора или нитрида алюминия или из смеси обоих порошков. Если охлаждающий элемент изготовлен из алюминиевого сплава, то его снабжают предпочтительно анодированным слоем в качестве покрытия. У этого охлаждающего элемента цепь тока через корпус и путь отвода тепла, несмотря на плотное касание между корпусом и охлаждающим элементом, полностью отделены друг от друга.

Вполне возможно применение также органических веществ для электроизолирующего и хорошего теплопроводящего покрытия, которое наносят тогда, например, в виде лака распылением или окунанием.

Если эксплуатационное средство охлаждают интенсивно, например путем обдува, то охлаждающий элемент выполняют аэродинамически оптимально таким образом, чтобы потоком охлаждающего средства покрывалась как можно большая поверхность, что обеспечивает максимально эффективный теплоотвод.

Изобретение, его усовершенствование и достигаемые им преимущества более подробно поясняются ниже с помощью чертежа, изображающего лишь возможный путь реализации.

На чертеже изображают:

фиг.1а - упрощенный вид сверху на охлаждающий элемент;

фиг.1b - разрез А-А охлаждающего элемента по фиг.1а;

фиг.2 - частичный разрез корпуса с отформованной поверхностью и охлаждающий элемент, предусмотренный для монтажа на этой поверхности.

На фигурах одинаковые элементы снабжены одинаковыми ссылочными позициями. Все не требуемые для непосредственного понимания изобретения элементы не показаны и не описаны.

На фиг.1а изображен упрощенный вид сверху на охлаждающий элемент 1. На фиг.1b изображен разрез А-А охлаждающего элемента по фиг.1а. Охлаждающий элемент 1 изготовлен из хорошего теплопроводящего металла, например алюминиевого литья. Вся поверхность охлаждающего элемента 1 снабжена электроизолирующим, хорошо проводящим тепло покрытием 2. Покрытие 2 может состоять, например, преимущественно из порошка нитрида бора или нитрида алюминия, который вместе со связующими наносят на всю поверхность охлаждающего элемента 1. Покрытие 2 может состоять также из смеси обоих порошков. У изготовленного из алюминиевого литья охлаждающего элемента 1 поверхность покрывают предпочтительно анодированным слоем. Этот анодированный слой имеет толщину преимущественно от 15 до 20 мкм, диапазон от 10 до 50 мкм может обеспечить хорошие и очень хорошие электроизолирующие свойства и одновременно хорошую теплопроводность.

Охлаждающий элемент 1 содержит основание 3, на котором отформовано, по меньшей мере, одно охлаждающее ребро 4. Основание 3 имеет отверстия 5, 6, 7, 8, предусмотренные для свинчивания (не показано) охлаждающего элемента 1 с охлаждаемым эксплуатационным средством. Отверстие 8 имеет охватывающую его опорную поверхность 9. На этой опорной поверхности 9 покрытие 3 полностью удалено, она металлически голая. Если охлаждающий элемент 1 состоит из алюминиевого литья, то может быть целесообразно смазать эту поверхность 9 во избежание образования оксида. Этой металлически голой поверхностью 9 всегда снабжено только одно из отверстий 5, 6, 7, 8. На обращенной к эксплуатационному средству стороне основания 3 предусмотрена плоская несущая поверхность 10. Эта несущая поверхность 10 также полностью покрыта соответствующим покрытием 2.

На фиг.2 изображен частичный разрез металлического, токоведущего корпуса 11 эксплуатационного средства с отформованной монтажной поверхности 12. Эта монтажная поверхность 12 выполнена металлически голой. Охлаждающий элемент 1 свинчивают с этой монтажной поверхности 12. Это свинчивание охлаждающего элемента 1 обозначено двумя штриховыми линиями 13, 14. Поверхность монтажной поверхности 12 соответствует форме несущей поверхности 10 охлаждающего элемента 1. Преимущественно выбирают плоские формы поверхности, однако вполне можно предусмотреть, например, также цилиндрические поверхности или прочие бочкообразные формы поверхности. Далее, например, можно вставить охлаждающий элемент 1 в выполненный на поверхности эксплуатационного средства паз, который тогда удерживает охлаждающий элемент 1 с геометрическим замыканием. Дополнительно можно в этом случае усилить контакт между боковыми сторонами паза и охлаждающим элементом 1 с помощью усилия пружины, что имело бы своим следствием лучший теплопереход.

Как правило, корпус 11 эксплуатационного средства снабжают множеством монтажных поверхностей 12, однако на этих монтажных поверхностях 12 монтируют лишь столько охлаждающих элементов 1, сколько требуется для соответственно предусмотренной токовой нагрузки. Эксплуатационное средство может быть, таким образом, оптимально согласовано с его тепловой нагрузкой. Если у эксплуатационного средства имеются еще свободные монтажные поверхности 12, то с небольшими монтажными затратами можно впоследствии достичь еще более высокой токовой нагрузки. Особенно предпочтительным оказывается также, что свободные монтажные поверхности 12 позволяют достичь впоследствии улучшенного теплоотвода, если это при эксплуатации окажется необходимым. Таким образом, эксплуатационная надежность установки может быть повышена. Можно также повысить нагружаемость током эксплуатационного средства за счет того, что первоначально установленные охлаждающие элементы 1 заменяют новыми охлаждающими элементами 1, которые могут оказать большее охлаждающее действие, поскольку они имеют, например, большую охлаждающую поверхность или большее число охлаждающих ребер.

Для пояснения принципа действия следует рассмотреть фигуры более подробно. Корпус 11 изготовлен здесь, например, из алюминиевого литья и, как правило, анодирован. При анодировании монтажную поверхность 12, однако, закрывают, так что она остается металлически голой, а возможные оксидные пленки удаляют перед монтажом охлаждающего элемента 1. При свинчивании, возможны и другие виды крепежа, всю несущую поверхность 10 охлаждающего элемента 1 прижимают к этой монтажной поверхности 12 со сравнительно большим усилием, так что между этими обеими поверхностями 10, 12 возникает плотный касательный контакт, который обеспечивает хороший теплопереход от корпуса 11 к охлаждающему элементу 1. Несущая поверхность 10 имеет электроизолирующее покрытие, так что, несмотря на плотный касательный контакт, от корпуса 11 через охлаждающий элемент 1 не может протекать электрический ток.

Охлаждающий элемент 1 состоит, однако, из металла, который при лишенном потенциала закреплении мог бы нести неопределенные электрические заряды. Во избежание этого охлаждающий элемент 1 соединяют с потенциалом корпуса 11 с помощью пропущенного через отверстие 8 металлического винта, головка которого прилегает к металлически голой опорной поверхности 9. Поскольку только одно из мест свинчивания имеет подобную опорную поверхность 9, это обеспечивает то, что через металлические винты сквозь охлаждающий элемент 1 не может протекать электрический ток. При таком выполнении охлаждающего элемента 1 цепь тока через корпус 11 и путь отвода тепла, несмотря на плотное касание между корпусом 11 и охлаждающим элементом 1, полностью отделены друг от друга. В принципе, можно также съэкономить это выполненное для связи с потенциалом место свинчивания и заменить его точечной сваркой. Связь с потенциалом также была бы обеспечена таким образом.

Перечень ссылочных позиций:

1 - охлаждающий элемент,

2 - покрытие,

3 - основание,

4 - охлаждающее ребро,

5, 6, 7, 8 - отверстия,

9 - опорная поверхность,

10 - несущая поверхность,

11 - корпус,

12 - монтажная поверхность,

13, 14 - штриховые линии.

Изобретение относится к конструктивным элементам различных электрических приборов и устройств, облегчающих охлаждение, в частности к охлаждающему элементу (1) из металла или металлического сплава, содержащему, по меньшей мере, одно охлаждающее ребро (4), которое соединено с металлическим корпусом (11) эксплуатационного средства. Охлаждающий элемент (1) разъемно соединен с корпусом (11) крепежными средствами и снабжен теплопроводящим и электроизолирующим покрытием (2), имеет тот же электрический потенциал, что и корпус (11), однако не проводит ток. Технический результат от использования изобретения - улучшение охлаждающей способности. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Охлаждающий элемент (1) из металла или металлического сплава, содержащий, по меньшей мере, одно охлаждающее ребро (4), которое соединено с металлическим корпусом (11) охлаждаемого эксплуатационного средства, отличающийся тем, что охлаждающий элемент (1) снабжен теплопроводящим и электроизолирующим покрытием (2), охлаждающий элемент (1) имеет тот же электрический потенциал, что и корпус (11), при этом цепь тока через корпус (11) и путь отвода тепла, несмотря на плотное соединение между корпусом (11) и охлаждающим элементом (1), полностью отделены друг от друга.2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что покрытие (2) состоит преимущественно из порошка нитрида бора или нитрида алюминия или из смеси обоих порошков.3. Элемент по п.1, отличающийся тем, что он изготовлен из алюминиевого сплава и снабжен анодированным слоем в качестве покрытия (2).4. Элемент по п.3, отличающийся тем, что толщина анодированного слоя лежит в диапазоне от 10 до 50 мкм, преимущественно, однако, в диапазоне от 15 до 20 мкм.5. Элемент по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что он разъемно соединен с корпусом (11) крепежными средствами.6. Элемент по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что металлический корпус (11) эксплуатационного средства имеет, по меньшей мере, одну монтажную поверхность (12), соответствующую покрытой несущей поверхности (10) охлаждающего элемента (1), монтажная поверхность (12) выполнена металлически голой, при этом вся несущая поверхность (10) охлаждающего элемента (1) прижата к этой монтажной поверхности (12), так, что возникает плотный касательный контакт между ними.7. Элемент по п.1, отличающийся тем, что всегда предусмотрено только одно из крепежных средств для связи с потенциалом охлаждающего элемента (1).