DE102021214502A1 - Outdoor air quality measuring box - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Außenluftgütemessbox zur Bestimmung einer oder mehrerer eine Außenluftgüte betreffende Messgrößen, mit einem Gehäuse (12), das an seiner Unterseite mindestens einen Lufteinlass (14) und einen oberhalb davon angeordneten Luftauslass (15) aufweist, wobei Lufteinlass (14) und Luftauslass (15) über einen vertikal in dem Gehäuse (12) verlaufenden rohrförmigen Kamin (19) verbunden sind, wobei an der Wandung des Kamins (19) mehrere Sensorelemente (30) montiert sind, sodass die Außenluft von dem Lufteinlass (14) durch den Kamin zu den Sensorelementen (30) und von dort zu dem Luftauslass (15) gelangen kann, mit in dem Gehäuse (12) angeordneten elektronischen Komponenten (29) zum Senden und zum Empfangen von Daten, wobei das Gehäuse (12) eine von außen demontierbare Bodenplatte (17) aufweist, auf der wiederum der Kamin (19) mit den Sensoren (30) und die elektronischen Komponenten (29) montiert und somit komplett zusammen mit der Bodenplatte (17) aus dem Gehäuse (12) herausnehmbar sind.The invention relates to an outside air quality measuring box for determining one or more measured variables relating to outside air quality, with a housing (12) which has at least one air inlet (14) on its underside and an air outlet (15) arranged above it, with the air inlet (14) and air outlet (15) via a tubular chimney (19) running vertically in the housing (12), several sensor elements (30) being mounted on the wall of the chimney (19), so that the outside air from the air inlet (14) through the chimney to the sensor elements (30) and from there to the air outlet (15), with electronic components (29) arranged in the housing (12) for sending and receiving data, the housing (12) having a base plate that can be removed from the outside (17) on which in turn the chimney (19) with the sensors (30) and the electronic components (29) are mounted and thus completely removable together with the base plate (17) from the housing (12).
Description
Stand der TechnikState of the art
Es sind bereits Vorrichtungen und Verfahren zur Messung der Außenluftgüte bekannt, die auf eine optimierte Genauigkeit der Messergebnisse abzielen, beispielsweise aus der
Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention
Der Erfindung liegt der Wunsch zu Grunde, eine leistungsfähige Außenluftgütemessbox zu schaffen, die zugleich einfach, robust und wartungsfreundlich ist.The invention is based on the desire to create an efficient outdoor air quality measuring box that is simple, robust and easy to maintain at the same time.
Dies ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Außenluftgütemessbox zur Bestimmung einer oder mehrerer eine Außenluftgüte betreffende Messgrößen, mit einem Gehäuse, das an seiner Unterseite mindestens einen Lufteinlass und einen oberhalb davon angeordneten Luftauslass aufweist, wobei Lufteinlass und Luftauslass über einen vertikal in dem Gehäuse verlaufenden rohrförmigen Kamin verbunden sind, wobei an der Wandung des Kamins mehrere Sensorelemente montiert sind, sodass die Außenluft von dem Lufteinlass durch den Kamin zu den Sensorelementen und von dort zu dem Luftauslass gelangen kann, mit in dem Gehäuse angeordneten elektronischen Komponenten zum Senden und zum Empfangen von Daten, wobei das Gehäuse eine von außen demontierbare Bodenplatte aufweist, auf der wiederum der Kamin mit den Sensoren und die elektronischen Komponenten montiert und somit komplett zusammen mit der Bodenplatte aus dem Gehäuse herausnehmbar sind.According to the invention, this is achieved by an outside air quality measuring box for determining one or more measured variables relating to outside air quality, with a housing which has at least one air inlet on its underside and one air outlet arranged above it, the air inlet and air outlet being connected via a tubular chimney running vertically in the housing are, wherein several sensor elements are mounted on the wall of the chimney, so that the outside air can get from the air inlet through the chimney to the sensor elements and from there to the air outlet, with electronic components arranged in the housing for sending and receiving data, wherein the housing has a base plate that can be removed from the outside, on which in turn the chimney with the sensors and the electronic components are mounted and can therefore be completely removed from the housing together with the base plate.
Durch die Vorsehung eines Gehäuse, das an seiner Unterseite mindestens einen Lufteinlass und einen oberhalb davon angeordneten Luftauslass aufweist, wobei Lufteinlass und Luftauslass über einen vertikal in dem Gehäuse verlaufenden rohrförmigen Kamin verbunden sind, wobei an der Wandung des Kamins mehrere Sensorelemente montiert sind, sodass die Außenluft von dem Lufteinlass durch den Kamin zu den Sensorelementen und von dort zu dem Luftauslass gelangen kann, wird erreicht, dass sich innerhalb des Kamins, und damit auch an den Sensoren zumindest durch Konvektion (Kamineffekt) eine kontrollierte Luftströmung ausbildet, die einen regelmäßigen Probenluftaustausch an den Sensoren sicherstellt. Dadurch wird eine geringe Ansprechzeit der Außenluftgütemessbox ermöglicht und gleichzeitig eine potenzielle Aufheizung der Probenluft in dem Gehäuse reduziert.By providing a housing that has at least one air inlet on its underside and one air outlet arranged above it, with the air inlet and air outlet being connected via a tubular chimney running vertically in the housing, with several sensor elements being mounted on the wall of the chimney so that the Outside air can get from the air inlet through the chimney to the sensor elements and from there to the air outlet, a controlled air flow is formed inside the chimney, and thus also at the sensors, at least by convection (chimney effect), which allows for a regular sample air exchange ensures the sensors. This enables a short response time of the outside air quality measuring box and at the same time reduces potential heating of the sample air in the housing.
Der Kamin weist bevorzugt die Form eines gerade zylindrischen Rohrs, bevorzugt mit kreisförmiger Grundfläche, auf. Er kann bevorzugt aus einem thermisch gut leitfähigem Material (z.B. Aluminium oder Kupfer) bestehen. Vorzugsweise hat er einen eher geringen Durchmesser, zum Beispiel maximal 10 cm. In dieser Ausgestaltung kann Abwärme beispielsweise elektronischer Komponenten, die sich im Gehäuse (insbesondere im Innengehäuse, siehe unten) befinden auf die den Kamin durchströmende Luft übertragen werden. Diese wird dabei beispielsweise um einige Kelvin erwärmt, wodurch ihre relative Feuchte signifikant sinkt (z.B. bei einer Änderung von 20 auf 25 °C von 90 auf 60 % rH). Durch die verminderte relative Luftfeuchte verbessert sich die Genauigkeit der Sensoren, insbesondere von Partikelsensoren, die grundsätzlich Quereinflüssen durch feuchteabhängiges Partikelwachstum unterliegen. Überdies trägt diese Ausgestaltung des Kamins zum Wärmetransport aus dem Gehäuse heraus bei und somit zur Kühlung des Gehäuseinnenraumes.The chimney is preferably in the form of a straight cylindrical tube, preferably with a circular base. It can preferably consist of a material with good thermal conductivity (e.g. aluminum or copper). It preferably has a rather small diameter, for example a maximum of 10 cm. In this embodiment, waste heat from electronic components, for example, which are located in the housing (in particular in the inner housing, see below) can be transferred to the air flowing through the chimney. This is heated by a few Kelvin, for example, which means that its relative humidity drops significantly (e.g. with a change from 20 to 25 °C from 90 to 60% rH). The reduced relative humidity improves the accuracy of the sensors, especially particle sensors, which are fundamentally subject to cross-influences due to humidity-dependent particle growth. In addition, this configuration of the chimney contributes to the transport of heat out of the housing and thus to the cooling of the interior of the housing.
In Weiterbildung kann ein Lüfter vorgesehen sein, der die konvektive Durchströmung des Kamins nochmals unterstützt. Die Ansprechzeit der Außenluftgütemessbox ist dann nochmals verkürzt.In a further development, a fan can be provided, which again supports the convective flow through the chimney. The response time of the outdoor air quality measuring box is then shortened again.
Durch die in dem Gehäuse angeordnete elektronischen Komponenten zum Senden und zum Empfangen von Daten kann die Außenluftgütemessbox Teil eines Außenluftgüte-Messnetzwerkes („Smart grid“) sein. Insbesondere in derartigen Netzwerken ist beispielsweise angedacht, eine Vielzahl von Außenluftgütemessboxen vergleichsweise einfach auszugestalten, beispielsweise unter Verzicht auf Vorrichtungen zur aktiven Beheizung des Gehäuses oder der Sensoren und/oder unter Verzicht auf Vorrichtungen zur externen elektrischen Versorgung, und relativ hohe Querempfindlichkeiten der Messfunktionen der Außenluftgütemessboxen, beispielsweise durch Temperatur- und/oder Feuchteschwankungen der Außenluft, zunächst hinzunehmen. Es ist stattdessen vorgesehen, dass die Außenluftgütemessboxen Daten zu empfangenen vermögen, die ihnen innerhalb des Außenluftgüte-Messnetzwerkes fortlaufend zur Verfügung gestellt werden und mit deren Hilfe sich die Fehler durch Querempfindlichkeiten rechnerisch korrigieren lassen. Die so korrigierten Messergebnisse haben dann eine Zuverlässigkeit, die der von aufwändigeren Vorrichtungen, wie sie in dem eingangs genannten Stand der Technik offenbart sind, weitgehend entspricht.Due to the electronic components arranged in the housing for sending and receiving data, the outdoor air quality measuring box can be part of an outdoor air quality measuring network (“smart grid”). In such networks in particular, it is envisaged, for example, to design a large number of outdoor air quality measuring boxes in a comparatively simple manner, for example by dispensing with devices for actively heating the housing or the sensors and/or by dispensing with devices for external electrical supply, and relatively high cross-sensitivities of the measuring functions of the outdoor air quality measuring boxes, for example due to temperature and/or humidity fluctuations in the outside air. Instead, it is provided that the outside air quality measuring boxes are able to receive data that are continuously made available to them within the outside air quality measuring network and with the help of which the errors due to cross-sensitivities can be corrected mathematically. The measurement results corrected in this way then have a reliability that largely corresponds to that of more complex devices such as those disclosed in the prior art mentioned at the outset.
Dadurch, dass das Gehäuse eine von außen demontierbare Bodenplatte aufweist, auf der wiederum der Kamin mit den Sensoren und die elektronischen Komponenten montiert und somit komplett zusammen mit der Bodenplatte aus dem Gehäuse herausnehmbar sind, ist eine Wartung der Außenluftgütemessbox sehr vereinfacht. Insbesondere braucht die Außenluftgütemessbox zu diesem Zweck nicht als Ganzes demontiert und/oder von ihrem Befestigungsort (z.B. Mast) entfernt werden. Beispielsweise kann das Gehäuse zumindest teilweise durch Montage der Bodenplatte verschlossen werden.Because the housing has a base plate that can be removed from the outside, on which the chimney with the sensors and the electronic components is mounted and can therefore be removed from the housing together with the base plate, maintenance of the outdoor air quality measuring box is greatly simplified. In particular, the outdoor air quality measuring box does not need to be dismantled as a whole and/or removed for this purpose be removed from their place of attachment (e.g. mast). For example, the housing can be closed at least partially by mounting the base plate.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse ein doppelwandiges Gehäuse mit einem Innengehäuse und einem Außengehäuse ist, wobei die Bodenplatte lediglich unter dem Innengehäuse angeordnet ist, während ein zwischen dem Innengehäuse und einem Außengehäuse umlaufender Zwischenraum nach unten offen ist und oben mit dem Luftauslass kommuniziert. Auf diese Weise kann einer Aufheizung des Inneren der Außenluftgütemessbox, etwa bei direkter Sonneneinstrahlung auf das Gehäuse der Außenluftgütemessbox wirkungsvoll entgegengewirkt werden. Überdies bildet sich in dem Zwischenraum eine konvektive Strömung (Kamineffekt) der eine fortgesetzte Aufheizung der im Inneren der Außenluftgütemessbox befindlichen Sensorelemente bei direkter Sonneinstrahlung nochmals wirkungsvoll behindert. Die Temperatur im Inneren des Gehäuses, insbesondere im Innengehäuse, entspricht dann weitgehend der Außentemperatur.Advantageously, it can be provided that the housing is a double-walled housing with an inner housing and an outer housing, the base plate being arranged only under the inner housing, while a circumferential space between the inner housing and an outer housing is open at the bottom and communicates with the air outlet at the top. In this way, heating of the interior of the outdoor air quality measuring box, for example when the housing of the outdoor air quality measuring box is exposed to direct sunlight, can be effectively counteracted. In addition, a convective flow (chimney effect) forms in the intermediate space, which again effectively prevents continued heating of the sensor elements located inside the outdoor air quality measuring box in direct sunlight. The temperature inside the housing, in particular in the inner housing, then largely corresponds to the outside temperature.
Sind das Innengehäuse und das Außengehäuse über vertikale Stege miteinander verbunden, realisiert dies eine stabile mechanische Verbindung ohne übermäßig viel Wärme in das Innere des Innengehäuses zu transportieren.If the inner housing and the outer housing are connected to one another via vertical webs, this creates a stable mechanical connection without transporting an excessive amount of heat into the interior of the inner housing.
Ist eine elektrische Versorgungseinheit zur Versorgung der Sensoren zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse angeordnet, treibt die resultierende Abwärme den Kamineffekt in dem Zwischenraum zusätzlich an.If an electrical supply unit for supplying the sensors is arranged between the inner housing and the outer housing, the resulting waste heat also drives the chimney effect in the intermediate space.
Das Innengehäuse kann insbesondere gegenüber dem Außengehäuse, dem Inneren des Kamins und gegenüber der Umgebung luftdicht ausgeführt sein. So kann z.B. eine hohe IPXY-Schutzklasse für das Gerät spezifiziert werden, obwohl es - als Ganzes gesehen - von Luft und Staub durchströmt wird.The inner housing can be designed to be airtight, in particular with respect to the outer housing, the interior of the chimney and with respect to the environment. For example, a high IPXY protection class can be specified for the device, although air and dust flow through it - seen as a whole.
Figurenlistecharacter list
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1 zeigt eine Außenluftgütemessbox in einer Außenansicht,1 shows an outside air quality measuring box in an outside view, -
2 zeigt einen Querschnitt durch die Außenluftgütemessbox aus1 .2 shows a cross section through the outdoor air quality measuring box1 .
Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment
Die
Das Innengehäuse 12b ist an seiner Unterseite durch eine angeschraubte Bodenplatte 17 verschlossen, in der ein im Beispiel runder Lufteinlass 14 der Außenluftgütemessbox 1 vorgesehen ist.The
Durch diesen Lufteinlass 14 kann Außenluft in einen auf der Bodenplatte 17 montierten Kamin 19 gelangen, der sich vertikal durch das Innengehäuse 12b hindurch erstreckt und an dem wiederum elektrochemische Sensoren 30, beispielsweise zur Messung der Konzentration von Schadstoffen wie NOx, SO2 usw. in der Außenluft montiert sind.Outside air can pass through this
Weitere funktionale, elektronische Komponenten, beispielsweise zum Empfangen und Senden von Daten, befinden sich vollumfänglich in dem Innengehäuse 12b und sind ebenfalls auf der Bodenplatte 17 montiert bzw. mit ihr verbunden. Da eine anderweitige Befestigung dieser Komponenten im Gehäuse 12 unterbleibt, sind der Kamin 19 mit den Sensoren 30 und den elektronischen Komponenten zusammen mit der Bodenplatte 17 aus dem Gehäuse 12 herausnehmbar. Eine Wartung der Außenluftgütemessbox 1 ist also sehr vereinfacht.Other functional, electronic components, for example for receiving and sending data, are located entirely in the
Zur Überprüfung der Sensoren 30 kann beispielsweise der Kamin 19 mit den an ihm montierten Sensoren 30 direkt in eine Prüfeinrichtung eingespannt und mit einem Prüfgas durchströmt werden. Es ist somit vermeidbar, einzelne Sensoren in eine entsprechend großen Testkammer bringen zu müssen.To check the
Zwischen den Gehäusen 12a, 12b führt die natürliche Konvektion und der „Kamineffekt“ zu einem häufigen Luftaustausch. Dies wird durch die Verbindung der Gehäuse 12a, 12b in Form von vertikalen Stegen sowie Luftaustrittsöffnungen 15 am oberen Gehäuseende begünstigt. Die Lage der Luftaustrittsöffnungen 15 in Verbindung mit dem abgewinkelten Deckel 21 reduziert den Eintritt von Regenwasser in den Zwischenraum und auf das Innengehäuse.The natural convection and the "chimney effect" between the
Durch dieses Design wird eine Aufheizung des Innengehäuses 12b, des Kamins 19 und der empfindlichen Sensoren 30 durch direkte Sonneneinstrahlung deutlich reduziert. Zudem kann der Abstand zwischen den Gehäusen 12a, 12b gerade so gewählt sein, dass eine elektrische Versorgungseinheit 23 darin verborgen und fixiert werden kann.This design significantly reduces heating of the
Das innere Gehäuse 12b kann insbesondere gegenüber dem äußeren Gehäuse 12a, dem Inneren des Kamins 19 und gegenüber der Umgebung luftdicht ausgeführt sein. So kann z.B. eine hohe IPXY-Schutzklasse für Außenluftgüte-Messbox 1 spezifiziert werden, obwohl es von Luft und Staub durchströmt wird.The
In einer nicht gezeichneten Alternative weist die Außenluftgüte-Messbox 1 keine Vorrichtungen zur externen elektrischen Versorgung, sondern ein integriertes Solarmodul auf.In an alternative that is not shown, the outside air quality measuring box 1 has no devices for external electrical supply, but an integrated solar module.
Die im Beispiel gezeigte Außenluftgüte-Messbox 1 hat eine Gesamtmasse von nicht mehr 4kg, was unter anderem beispielsweise dadurch erreicht werden kann, dass der Kamin 19, das Außengehäuse 12a und das Innengehäuse 12b aus Aluminium bestehen.The outdoor air quality measuring box 1 shown in the example has a total mass of no more than 4 kg, which can be achieved, for example, by the fact that the
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102019211409 A1 [0001]DE 102019211409 A1 [0001]
- DE 102019204830 A1 [0001]DE 102019204830 A1 [0001]
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Citations (2)
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---|---|---|---|---|
DE102019204830A1 (en) | 2019-04-04 | 2020-10-08 | Robert Bosch Gmbh | Electrochemical gas sensor and method for its operation as an outside air quality sensor |
DE102019211409A1 (en) | 2019-07-31 | 2021-02-04 | Robert Bosch Gmbh | Outside air quality measuring box |
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2021
- 2021-12-16 DE DE102021214502.7A patent/DE102021214502A1/en active Pending
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