DE2006759A1

DE2006759A1 - Elektromkschrank

Info

Publication number: DE2006759A1
Application number: DE19702006759
Authority: DE
Inventors: Paul Dr rer nat 8520 Er langen P Fries
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-02-14
Filing date: 1970-02-14
Publication date: 1971-08-26
Also published as: ZA71670B; JPS461602A; ES194564Y; ES194564U; CA899500A; HU162661B; AT303814B; BR7100691D0; DE2006759B2; PL70978B1; CH525598A; FR2078558A5; AU2517171A

Description

Elektronikachrank ·

Im Handel sind Schränke zum Einbau elektronischer Bauteile, sogenannte Elektronikschränke, erhältlich. Die Verlustleistungsabfuhr aus diesen Elektronikschränken erfolgt mittels Durchzügsbelüftung. Im Luftstrom werden dabei je nach Umgebungsverhältnissen Fremdpartikel in feiner Verteilung mitgeführt. Dieser Staub lagert sich auf den elektronischen Bauteilen ab. Seine Einwirkung auf die Elektronikbauteile ist oft aus verschiedenen Gründen unerwünscht.

Es besteht die Aufgabe, in Elektronikschränken angeordnete elektronische Bauteile vor Staub zu schützen und die Abfuhr der Verlustleistung aus den Schrank ohne besonderen wirtschaftlichen Aufwand sicherzustellen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Elektronikschrank dadurch gelöst, daß der Innenraum staubdicht abgeschlossen ist, daß ein Teil der Schrankwand als dünnwandiger Wärmeaustauscher ausgebildet ist und daß die Wärmeaustausehflache des Wärmeaustauschers größejf als die Fläche der Schrankwand ist, die durch den Wärmeaustauscher ersetzt ist. Die Wanddicke des Wärmeaustauschers kann etwa gleich oder kleiner als die Schrankwanddicke sein. Anstatt der Durchzugsbelüftung wird bei dem erfindungsgemäßen Elektronikschrank ein Kühlverfahren, nämlich die Wärmeabfuhr durch die Schrankwand verwirklicht, das die Verlustwärmeabfuhr aus dem staubdicht gegen die Umgebung abgeschlossenen Innenraum des Elektronikschrankes ermöglicht. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau

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des Wärmeaustauschers wird erreicht, daß eine genügend große Wärmetauschfläche zur Verfügung steht, um auch bei nur geringem Temperaturgefälle zwischen Innenraum und Außenluft die Verlustwärme aus dem Elektronikschrank abführen zu können. Anzuführen istjhierbei, daß Elektronikschränke häufig in Räumen mit hohen Raumtemperaturen aufgestellt werden und man für das Temperaturgefälle im allgemeinen Außenlufttemperaturen von 40 ⁰C annehmen muß. Auch bei solchen Außentemperaturen läßt sich die Verlustleistung ohne Schwierigkeit aus dem staubdicht abgeschlossenen Elektronikschrank herausführen.

^m Vorzugsweise ist als Wärmeaustauscher eine Faltfläche vorgesehen. Bei einer solchen Faltfläche ist die Querschnittsform und Fläche der Falten beliebig wählbar, beispielsweise kann die Faltfläche eine balgähnliche Form haben. Der Faltflächenwärmeaustauscher läßt sich besonders einfach herstellen und mit ihm ist die Wärmeaustauschfläche in jedem Falle auf das erforderliche Maß zu vergrößern. Dabei ist ein raumsparender Aufbau möglich und der Wärmeaustauscher kann an jeder Stelle des Schrankes, insbesondere an konstruktiv bzw. strömungsmäßig günstigen Stellen, z.B. an Türen, Seiten- odeiJDeckflächen oder im Bodenbereich eingesetzt werden.

fc Vorteilhaft ist es, wenigstens einen Lüfter zur Belüftung der Wärmeübergangsfläche des Wärmeaustauschers im Innenraum und/oder wenigstens einen Lüfter zur Belüftung der äußeren Wärmeübergangsfläche des Wärmeaustauschers vorzusehen. Mit den Lüftern können die Wärmeübergangsflächen nach dem Gegenstromprinzip belüftbar sein. Mit einem Lüfter im Innenraum kann die Wärmeübergangsfläche, beispielsweise die dem Schrankinneren zugewandten Falten eines Faltflächenwärmeaustauschers im geschlossenen Umlauf mit der warmen Innenluft beströmt werden.

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Die Wärmeübergengsflache an der Außenseite d,es Schrankes wird von der kühleren Umgebungsluft eventuell ebenfalls mittels eines Lüfter3 bespült,Der Wärmeübergang findet somit an der gesamten Wärmeauatauachflache, beispielsweise an den Oberflächen sämtlicher Palten eines Faltfläehenwärmeaustauschers statt. ,

Der Wärmeaustauscher kann gegebenenfalls zusammen mit wenigstens einem Lüfter eine kompakte Baueinheit bilden. Eine solche Baueinheit kann für vielfältige Schrankformen einheitlich^ hergestellt, werden, womit eine Serienfertigung des Wärmeaustauschers ermöglicht wird. Die Baueinheit kann auch in be- | reits vorhandene Elektronikschränke eingebaut werden. Damit ist es möglich, Elektronikschränke auch nachträglich bei genügender Verlustwärmeabfuhr gegen Staub zu sichern.' Außerdem ist der Wärmeaustauscher für die Reinigung der Wärmeübergangsflächen leicht aus den Schrank herauszunehmen.

Im folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand der Figuren 1 bis 8 näher beschrieben« In den Figuren sind verschiedene Ausführüngsbeispiele eines FaltflächenwärmeHUstauschers dargestellt, und es ist-in einem Ausführungsbeispiel der Einbau eines erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers in einen Elektronikschrank demonstriert.

Flg. 1 zeigt einen Faltflächenwärmeaustauscher. Eine dünne Platte entsprechender Größe, die beispielsweise aus Kupfer ..--- oder Aluminium oder aus einem nicht metallischen Material, auch-aus einem Kunststoff hergestellt sein kann, ist durch geeignete Bearbeitungsmaßnahmen zu einem mäanderförmigen Wärmeaustauscher 1 verarbeitet. Jede Falte 2 des Wärmeaustauschers ist durch zwei parallele Längswände 2a und 2b und einen Ver-

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bindungsateg 2c gebildet. Um getrennte Strömungswege für die Wärmeaustauschmedien, beispielsweise die Luft des Innenraumes an der Außenseite des Schrankes zu schaffen, und um sicherzustellen, daß an jeder Faltenwand 2a bis 2c einer inneren eine äußere Wärmeübergangsfläche gegenübersteht, ist an den Stirnflächen des Wärmeaustauschers jede zweite Falte 2 mit einem Strömungsleitstück 3 abgeschlossen. Die getrennten Strömungswege 4 und 5 für die Wärmeaustauschmedien sind durch Pfeile schematisch gekennzeichnet. Dabei ist zu betonen, daß man mit diesem Faltflächenwärmeaustauscher Strömungswege für die Wärmeaustauschmedien erhält, die bezüglich des Innen- und Außenluftkreises absolut symmetrisch sind. Diese Kreise sind also gegeneinander austauschbar. Außerdem ist die Lage und Richtung des Lufteintritts und des Luftaustritts in einen der Strömungswege 4 oder 5 sowohl bezüglich des Innen- als auch des Außenkreises völlig frei wählbar, die Strömungswege 4 und 5 können also auch im Gegenstrom von der Luft durchströmt werden.

Der in Fig. 1 gezeigte Wärmeaustauscher kann wegen der guten Kaminwirkung der Falten 2 mit freier Konvektion der Luft im Innen- oder Außenkreis eingesetzt werden. Wie bereits erwähnt, können jedoch auch Lüfter angeordnet sein, die die Luft in einen oder beide Strömungswege 4 bzw. 5 einblasen oder aus diesen Strömungswege'n absaugen.

Die Zahl der Falten 2 und die Größe der Wärmeaustauschflächen ist in weiten Grenzen variierbar. So läßt sich beispielsweise bei erhöhtem Wärmeabfuhrbedarf die Falting des Wärmeaustauschers 1 bequem erhöhen, ohne daß dabei besondere Schwierigkeiten in der Fertigung auftreten.

Zu erwähnen iat noch, daß man die im allgemeinen laminare

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Strömung in den Strömungswegen 4 bzw. 5 durch einfache Hilfsmittel in eine turbulente Strömung umwandeln kann. Hierzu sind zwischen diePalten2Netze, Gitter oder Prallbleche einzusetzen, die herausnehmbar sein können. Mit diesen Hilfsmitteln kann die Strömung zum Abreißen gezwungen bzw. eine Strömungskomponente quer zu den Wänden der Falten 2 des Wärmeaustauschers 1 erzeugt werden. Palis erforderlich, läßt sich damit der Wärmeaustausch an den Wärmeübergangsflächen verbessern. In den Figuren sind solche Hilfsmittel nicht eingezeichnet, um die Übersichtlichkeit zu wahren.

Pig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Wärmeaustauschers 1 nach Pig. ί. Dieser Pig. sind die. "Form der Palten 2 des Faltfiächenwärmeaustauschers 1 und die Lage der Strömungsleitstücke 3 deutlicher zu entnehmen. In Abwandlung zu Pig. T sind jedoch bei diesem Paltflächenwärmeaustauseher weitere Strömungsleitstücke 6 vorgesehen, mit denen aus den Strömungswegen 5 abgeschlossene Strömungskanäle gebildet werden. Ein so: ausgebildeter Paltflächenwärmeaustauscher kann auch im freien Innenraum eines Elektronikschrankes angeordnet sein, wenn man dafür sorgt, daß die abgeschlossenen Strömungskanale 5 über entsprechende Zuleitung und eventuell durch ein Gebläse mit der kühleren Außenluft bespült werden. Auch dann bleibt ein staubfreier Innenraum gesichert und die Schädigung \ der Elektronikbausteine ist vermieden.

Fig. 3 zeigt eine andere Form der Partfläche. Die Falben; 2 sind wellenförmig. Die beschriebenen Eigenschaften des FaItflächenwärmeaustauscheTs 1 werden dadurch nicht beeinträchtigt»- Selbstverständlich können auch andere Paltflächönfarmen benützt werden, beispielsweise kann das FaltprofiL ziekzackförmig sein.

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Pig. 4 zeigt einen Wärmeaustauscher 1, bei dem als Faltflächen Wellrohre 7 zwischen zwei Platten 8 und 9 eingesetzt sind. Eine Draufsicht auf die Platte 9 i3t in Pig. 5 dargestellt. Dieser Wärmeaustauscher, bei dem als Faltflächen handelsübliche Wellrohre benützt werden können, eignet sich besonders, falls abgeschlossene Strömung3kanäle für die Außenluft erforderlich sind, falls also der Wärmeaustauscher teilweise durch das Schrankinnere geführt wird.

In Fig. 6 ist ein Elektronikschrank skizziert, der gemäß der Erfindung ausgeführt ist. Für die Fig. ist die Vorderfront der Schrankwand 11 entfernt. Die ElektronikbausteLne im Inneren 12 des Schrankes sind in der Fig. 6 weggelassen. In den Seitenwänden Ha und 11b des Elektronikschrankes sind Durchbrüche 13a und 13b vorgesehen, in die der Wärmeaustauscher 1 staubdicht eingesetzt ist. Zwischen den Durchbrüchen 13a und 13b in den Seitenwänden 11a und 11b des Elektronikochrnnkea und dem Wärmeaustauscher 1 sind Verlängerung'ischächte 14a und Hb vorgei5ehen, über die die Außenluft mit einem Lüfter 15 dem Faltflächenwärmeau3tauscher 1 zugeführt, bzw. von diesem abgeführt wird. Im Inneren des Schranlces ist ein 5tröraungablech 16 vorgesehen. Mit Hilfe des Strömungableches 6 wird im Schrankinneren 12 ein geschlossener Kreislauf für die Luft gebildet, in dem die Schrankluft an der inneren Wärmeiibergangsflache dea Wärmeaustauschers 1 entlanggeführt wird. Ein Lüfter ist für den inneren Kreislauf beim Ausführung;beiupLei nicht vorgesehen, Kann aber, falle eine erhöhte Wärmeabfuhr erfonlerLich int, ohne Schvierigkeit eingebaut .ν ν r d en.

Fig. 7 zei;;t einen Schnitt liiih^i der [linie VII-7Ii eier Fig. 6

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In Fig. 7 ist die Lage der Falten 2 des Wärmeaustauschers 1 im Elektronikachrank demonstriert. Beim Ausführungsbeispiel liegt der Wärmeaustauscher 1 auf dem Grundrahmen 16 des Elektronikschrankes auf. Es ist jedoch den Fig. 6 und 7 direkt zu entnehmen, daß der Wärmeaustauscher Tauch völlig im Schrankinneren 12 geführt sein kann, wenn nur mit Verbindung sschächten wie in Fig. 6 und 7 oder mit Leitungen für eine genügende Außenluftzufuhr durch die Schrankwand gesorgt wird. Daneben kann der Wärmeaustauscher 1, wfe bereits ausgeführt, auch in die Schranktüren oder die Seiten- oder Deckflächen der Schrankwand 11 eingesetzt sein. Das in den Figuren 6 und 7 enthaltene Konstruktionsprinzip wird hiervon nicht berührt.

Die Figuren 8a und 8b zeigen je eine Draufsicht auf eine Seitenwand 11a bza. 11b. Den Figuren ist die Lage der Aussparungen f 3b und 13a zu entnehmen, in die der Wärmeaustauscher 1 eingesetzt ist. Fig. 8a zeigt außerdem die Falten 2 des Wärmeaustauschers 1 und Fig. Sb den Lüfter 15.

Es wurde bereits erwähnt, daß der Wärmeaustauscher 1 aus -nicht metallischem Material, sogar unter anderem auch aus Kunststoff hergestellt sein kann. Ein solches schlecht wärmeleitendes Material kann deshalb verwendet werden, weil das Verhältnis Wärmeaustauschfläche F zur Wanddieke des Wärmeaustauschers sehr groß ist und gegenüber diesem Verhältnis die Wärmeleitfähigkeit Λ nicht mehr ins¹ Gewicht fallt.

Bezüglich des in den Fig. 6 bis 8 gezeigten Ausführungsbeispiels ist nochmals darauf hinzuweisen, daß der Wärmeaustauscher sich in einfacher Weise als kompakte Baueinheit ausführen läßt. Diese Baueinheit besteht beim Ausführungsbei-

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spiel aus dem Wärmeaustauscher 1, den Verbindungsschächten und gegebenenfalls dem Lüfter 15. Andere, ähnlich einfache Einheiten können beispielsweise flacher aufgebaut und besonders für den Einbau in Türen geeignet sein.

Bei den Ausführungsbeispielen wurde ab Wärmeaustauschmedien Luft angenommen. Es ist anzumerken, daß auch Flüssigkeiten verwendet werden können. Beispielsweise läßt sich durch die. Strömungskanäle der Wärmeaustauscher nach Fig. 2 und Pig. 4 eine Kühlflüssigkeit ohne besondere Änderung des Wärmeaustauschers leiten.

13 Patentansprüche
8 Figuren

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Claims

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1, Elektronikschrank, dadurch gekennzeichnet,. daß der Innenraum (12) staubdicht abgeschlosseo ist, daß ein Teil der Schrankwand (13) als dünnwandiger Wärmeaustauscher (1) ausgebildet ist und daß die Wärmeaustauschf lache d^es Wärmeaustauschers größer als die Fläche- der Schrankwand ist, die durch den Wärmeaustauscher ersetzt ist.
2. Elektronikschrank nach Anspruch 1 _f dadurch gekennzeichnet, daß die Wanddicke des Wärmeaustauschers (1) etwa gleich oder kleiner als Dicke der Schrankwand (11.) ist,
3. Elektronikschrank nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmeaustauscher eine Faltfläche (1) vorgesehen ist* .
4· Elektronikschrank nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Lüfter zur Belüftung der Wärmeübergangsfläche des Wärmeaustauschers (1) im Innenraum (12) und/oder wenigstens ein Lüfter (15) zur Belüftung der äußeren Wärmeübergangsfläche des, Wärmeaustauschers vorgesehen ist.
5. Elektronikschrank nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübergangsflächen nach dem Gegenstromprinzip belüftbar sind.
6. Elektroniksehrank nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Wärmeaus.tauscher (1)-Mittel zur Erzeugung einer turbulenten Strömung vorgesehen sind.

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7. Elektronikschrank nach einem der Ansprüche 1 bia 6,"dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher in einem aufklappbaren oder herausnehmbaren Teil der Schrankwand

(11) eingesetzt ist.
8. Elektronikschrank nach einem der Ansprüche 1 bis 7» da-. durch gekennzeichnet, daß durch die äußere Wärmeüber-

■ gangsflache des Wärmeaustauschers (1) Strömungskanäle für ein Wärmeaustauschmedium geformt sind und daß der Wärmeaustauscher wenigstens teilweise im Innenraum (12) angeordnet ist.
9· Elektronikschrank nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (1) eine kompakte Baueinheit bildet.
10. Elektronikschrank nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit mit wenigstens einem Lüfter (15) versehen ist.
11. Elektronikachrank nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (1) aus

: Kupfer oder Aluminium hergestellt ist.

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12. Elektronikschrank nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher aus einem nicht metallischen Material hergestellt ist.
13. Elektronikschrank nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (1) aus Kunststoff hergestellt ist.

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