DE19623677A1

DE19623677A1 - Geräteschrank für elektrische und elektronische Systeme

Info

Publication number: DE19623677A1
Application number: DE19623677A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Ing Boehmer; Rainer Dipl Ing Bretschneider; Herbert Dipl Ing Hoenisch
Original assignee: LOMMATEC MECHANIK fur DIE ELE; Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Knuerr Ag 94424 Arnstorf De
Priority date: 1996-06-14
Filing date: 1996-06-14
Publication date: 1997-12-18
Anticipated expiration: 2016-06-15
Also published as: WO1997048261A1; CA2255736C; EP0904676B1; KR20000016499A; DE19623677C2; DE59700703D1; CA2255736A1; EP0904676A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Geräteschrank, insbesondere Schalt- und Steuerschrank, für elektrische und elektronische Systeme mit einem staub- und wasserdicht geschlossenen Funktionsraum, mit wenigstens einer staub- und wasserdicht schließenden Tür. Der Geräteschrank ist vorzugsweise für den Außeneinsatz in gemäßigten, subtropischen und tropischen Klimazonen vorgesehen.

Derartige Geräteschränke sind beispielsweise aus der Veröffentlichung Klingberg, Gottfried : "Schaltschrank und Gehäuse- Klimatisierung", Mähling Werbung, Düsseldorf bekannt.

Je nach Funktionsraumklimaanforderungen mit dem Ziel der Sicherstellung eines dauerhaft störungsarmen Betriebes der elektrischen und elektronischen Systeme bei variablen Außenklimabedingungen werden solche Geräteschränke bisher so ausgeführt, daß durch Wärmeabfuhr über die Schrankoberfläche und/oder durch Wärmeübertrager das Überschreiten einer höchstzulässigen Funktionsraumtemperatur verhindert wird und durch Heizgeräte die Unterschreitung einer Mindestfunktionsraumtemperatur vermieden wird.

Dabei werden bei den bekannten Ausführungsformen nur in beschränktem Maße besondere Vorkehrungen für eine gezielte Beeinflussung der Wärmeübertragungsvorgänge an der Schrankoberfläche getroffen. Typisch für Schränke im Außeneinsatz sind diesbezüglich lediglich hinterlüftete Sonnenschutzdächer.

Bereits bei relativ niedrigen inneren Wärmelasten ist bei den bekannten Schränken trotz einer noch deutlich positiven Differenz zwischen höchstzulässiger Funktionsraumtemperatur und höchster Außenlufttemperatur die Lastabführung (Schrankentwärmung) nur noch durch zusätzliche technische Geräte, wie z. B. Luft-Luft- Wärmeübertrager, Luft-Wasser-Kühler, Kältemaschinen u. a. möglich. Die Störanfälligkeit sowie der Wartungs- und Betriebsaufwand solcher Geräte sind vergleichsweise hoch.

Nachteilig ist weiterhin die Belegung von Funktionsraum durch die genannten Kühlgeräte und die Notwendigkeit der konstruktiven Anpassung des Funktionsraumes an die Erfordernisse der Kühlgeräte.

Aufgabe der Erfindung ist es, weitgehend wartungsfreie Elemente mit den für die anderen Geräteschrankfunktionen ohnehin nötigen Bauelemente so zu kombinieren, daß insbesondere der Betriebsbereich "passive Kühlung" gegenüber bekannten Geräteschrankkonstruktionen deutlich erweitert sowie der Wartungs- und Betriebsaufwand gesenkt werden, wobei außerdem zu vermeiden ist, daß der Funktionsraum durch Kühlgeräte belegt wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den im Anspruch 1 genannten Mitteln gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Wesentlich an der Erfindung ist, daß bestimmte Oberflächenbereiche mehrschalig so ausgebildet sind, daß kanalartige Räume an der Außenseite oder an der Außen- und der Innenseite der Funktionsraumwand gebildet werden. Je nach Lastsituation können diese kanalartigen Räume mehr oder weniger intensiv mit Luft beaufschlagt oder weitgehend luftdicht abgeschlossen werden, so daß neben der Kühlung des Funktionsraumes auch eine Wärmedämmung erreichbar ist. Außerdem werden Rippen an der Funktionsraumwand zur Oberflächenvergrößerung vorgesehen, um eine Verbesserung des konvektiven Wärmeüberganges zu erreichen.

Vorteilhaft wird die Luftströmung in dem kanalartigen Raum zwischen der Funktionsraumwand und dem Außenmantel durch im Außenmantel angeordnete Lüfter befördert. Zusätzlich wird im Funktionsraum eine von Lüftern angetriebene Luftströmung erzeugt, die im Bereich der Funktionsraumwand geführt und im Funktionsraum an die Quellen der Verlustwärme angepaßt wird.

Vorteilhaft ist außerdem die Ausbildung der Berippung in Nadel- oder Streifenform, die dicht und wärmeleitend mit der Funktionsraumwand verbunden werden. Die Berippung kann je nach Einsatzfall freitragend in die kanalartigen Räume ragen oder mit der Außenwand konstruktiv verbunden werden. Eine zusätzliche Verbindung der Berippung z. B. mit Leitblechen zur Kanalraumbildung kann den Wärmeübertragungskoeffizienten erhöhen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden in den Unteransprüchen genannt.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß unter Zufügung von wartungsarmen Bauteilen zu den ohnehin vorhandenen Geräteschrankelementen eine Anordnung entsteht, die einen "steuerbaren" Wärmedurchgang aufweist, womit insbesondere die Kühlung aber auch die Wärmedämmung des Funktionsraumes je nach dem Einsatzfall möglich ist. Für die Funktion ist der Energieaufwand gering und kann ausschließlich oder ergänzend durch photovoltaische Module am oder in der Nähe des Geräteschrankes gedeckt werden. Außerdem wird der Funktionsraum nicht durch Kühlgeräte eingeschränkt und die Betriebsführung wird einfacher und billiger.

Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die einzige Fig. 1 zeigt die Sicht auf eine längs aufgeschnittene Ausführung eines erfindungsgemäßen Geräteschrankes, wobei die wesentlichen Elemente schematisch dargestellt sind, um insbesondere den mehrschaligen Aufbau bestimmter Bereiche der Hüllkonstruktion hervorzuheben.

Im Ausführungsbeispiel ist die abgedichtete Funktionsraumwand 2 eines Funktionsraumes 1 der Breite B, der Höhe H (und der Tiefe T) im Bereich der beiden Seitenwände und der Rückwand mit einer Berippung 3, 4 bestückt, wobei mögliche Ausführungen der Berippung in der Figur in Form von Nadel 3 - und Streifenrippen 4 beispielhaft angegeben sind.

Funktionsraumseitig wird der zur Luftbewegung im Funktionsraum I verwendete Lüfter 8 so mit Leitblechen 11 verbunden, daß die Luft zunächst die elektrischen Geräte im Funktionsraum I umspült und dabei im Kühlbetriebsfall die Verlustleistung von den Geräten abführt und dann entlang der berippten Funktionsraumwand 2 mit relativ hoher Geschwindigkeit strömt und dort thermische Energie an die berippte Funktionsraumwand 2 überträgt. Der im Kühlfall im Wandbereich angestrebte gute Wärmeübergang wird dadurch erreicht, daß die Innenluft den zwischen Leitblechen 11 und Funktionsraumwand 2 gebildeten Strömungskanal 6 vom Lüfter angetrieben zwangsweise durchströmt und insbesondere bei Verwendung von Nadelrippen 3 an diesen hohe Wärmeübergangskoeffizienten auftreten. Aber auch auf den unberippten Wandteilen zwischen den Nadelrippen treten bedingt durch die lokalen Wirbel ebenfalls erhöhte Wärmeübergangskoeffizienten auf, verglichen mit denen, die bei sonst gleichen Bedingungen an einer glatten Wand erreicht werden.

Anstelle von separaten Leitblechen 11 kann der Strömungskanal 6 wenigsten teilweise, durch die Seitenwände der Einschübe gebildet werden.

Da für den Wärmedurchgang durch die Funktionsraumwand 2 gleichermaßen ein guter Wärmeübergang auf der Außenseite nötig ist, um im Kühlfall auch bei geringen Temperaturdifferenzen zwischen Innen- und Außenluft überdurchschnittlich hohe Wärmestromdichten zu erreichen, sind auch außenseitig für den Kühlfall konstruktive Vorkehrungen getroffen, um dies zu realisieren.

Vorteilhaft wird dieses Ziel - wie im Beispiel gezeigt - dadurch erreicht, indem durch einen Außenmantel 5, der die berippten Funktionsraumwandbereiche mit Distanz zu diesen so umschließt, daß ein oben und unten offener kanalartiger Raum 6′ (analog zur Innenseite) entsteht, durch den -entweder durch thermischen Auftrieb oder vom im Dachbereich angeordneten Lüfter 8′ angetrieben- Außenluft von unten nach oben strömt. Diese Außenluft hat im Kühlfall eine niedrigere Temperatur als die Funktionsraumwand 2 und führt den wesentlichen Teil der Verlustleistung ab.

Die Lüfter 8, 8′ können kühllastabhängig gesteuert werden.

Da im Außenluftkanal i.a. höhere Luftgeschwindigkeiten realisierbar sind als im Funktionsraum, kann hier die Berippung im Vergleich zur Innenseite u. U. mit geringerer Rippenhöhe ausgeführt werden.

Mindernd auf die Wärmeabfuhr im Außenluftschacht würde der Umstand wirken, wenn durch Sonneneinstrahlung auf den Außenmantel die Außenmantelfläche höhere Temperaturen annehmen würde als die im Außenluftschacht strömende Luft. Um dies zu vermeiden, werden entweder - wie in Fig. 1 dargestellt - auf die Außenseite des Außenmantels 5 schattierend wirkende Zusatzelemente 10 (z. B. künstlicher Efeu) aufgebracht oder der Außenmantel wird doppelwandig ausgeführt, wobei die innere Oberflächen des doppelwandigen Außenmantels niedrige Emissionskoeffizienten für Strahlungsenergie aufweisen und die Luft im doppelwandigen Außenmantel als Wärmedämmschicht wirkt.

Um im Strömungskanal 6′ für den Winterbetrieb möglichst ruhende Luftschichten zu erzielen, ist der Strömungskanal 6′ mittels Klappen 7 verschließbar. Diese werden immer dann betätigt, wenn die Umstellung von Kühl- auf Heizbetrieb und umgekehrt nötig ist.

Außerdem ist für die in den kanalartigen Raum 6′ eintretende Außenluft ein Filter 12 vorgesehen.

Die den Kühlbetrieb unterstützenden Lüfter 8, 8′ werden zweckmäßig mittels photovoltaisch erzeugter Elektroenergie gespeist, weil durch paßfähige Ganglinien der elektrischen Leistungsbereitstellung und der nötigen Lüfterantriebsleistung die Steuerung vereinfacht wird. Durch dachflächengroße Photovoltaik-Module 9, die mit Abstand und damit hinterlüftet über dem Dach des Schrankes montiert werden, wird zugleich die Verschattung des Dachbereiches realisiert.

Bezugszeichenliste

1 Funktionsraum
2 Funktionsraumwand
3 Nadelrippen
4 Streifenrippen
5 Außenmantel
6 kanalartiger Raum
6′- kanalartiger Raum
7 Klappen
8 Lüfter
8′- Lüfter
9 photovoltaik-Module
10 schattengebende Zusatzelemente
11 Leitbleche
12 Filter

Claims

1. Geräteschrank für elektrische und elektronische Systeme, insbesondere Schalt- und Steuerschrank, mit einem staub- und wasserdicht geschlossenen Funktionsraum (1) und wenigstens einer staub- und wasserdicht schließenden Tür, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens an der Außenseite der Funktionsraumwand (2) bereichsweise kanalartige Räume (6′) vorgesehen sind, die aus der Funktionsraumwand (2) und dem Außenmantel (5) gebildet werden, wobei die kanalartigen Räume (6′) mit Luft beströmbar sind oder zur Erzeugung eines Luftpolsters dienen.

2. Geräteschrank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich an der Innenseite der Funktionsraumwand bereichsweise kanalartige Räume (6) vorgesehen sind, die aus der Funktionsraumwand (2) und Leitblechen (11) oder wenigstens teilweise aus den Seitenwänden der Einschübe gebildet werden, wobei die kanalartigen Räume mit Luft beströmbar sind oder zur Erzeugung eines Luftpolsters dienen.

3. Geräteschrank nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kanalartigen Räume (6′,6) durch thermischen Auftrieb oder/und durch Fremdantrieb durchströmt werden.

4. Geräteschrank nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsraumwand (2) wenigstens teilweise eine beidseitige Berippung (3, 4) aufweist, wobei die Berippung in die kanalartigen Räume (6′,6) ragt.

5. Geräteschrank nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die kanalartigen Räume (6′) verschließbar sind und damit die Strömung unterbindbar ist.

6. Geräteschrank nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Berippung (3, 4) in Form von Nadel- und/oder Streifenrippen ausgeführt ist, wobei die Rippen (3, 4) dicht und wärmeleitend mit der Funktionsraumwand (2) verbunden sind.

7. Geräteschrank nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Rippen (3, 4) nach außen und innen unterschiedlich ausgebildet ist.

8. Geräteschrank nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der kanalartige Raum (6′) durch einen Lüfter (8′) mit Außenluft fremdangetrieben beströmt ist.

9. Geräteschrank nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberseite des Außenmantels (5) mit Abstand zum Außenmantel (5) und/oder in räumlicher Nähe zum Geräteschrank Photovoltaik-Module (9) vorgesehen sind, die die Antriebsenergie für die fremdangetriebene Konvektion in voller Höhe oder zu einem Teil bereitstellen.

10. Geräteschrank nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel (5) doppelwandig ausgeführt ist, wobei die Innenseiten des doppelwandig ausgeführten Außenmantels (5) einen niedrigen Emissionskoeffizienten für Strahlungsenergie aufweisen.

11. Geräteschrank nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel (5) mit schattengebenden Zusatzelementen (10) versehen ist.

12. Geräteschrank nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzelemente (10) natürliche und/oder künstliche Pflanzen sind.

13. Geräteschrank nach einem der Ansprüche 2 bis 4 oder 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft aus den kanalartigen Räumen (6) beim Eintritt in den Funktionsraum (1) so verteilt wird, daß bevorzugt die Hauptverlustquellen mit Kühlluft beaufschlagt werden.

14. Geräteschrank nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Lufteintritt in den Funktionsraum (1) durch ein Lochblech erfolgt.

15. Geräteschrank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kanalartige Raum (6′) mit gefilterter Außenluft beaufschlagbar ist.