DE202014105431U1 - Shelter mit passiver Temperaturregelung - Google Patents

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Abstract

Shelter (1) mit passiver Temperaturregelung, umfassend eine thermisch isolierte Ummantelung (2, 3, 4), die luft- und wasserdicht ist, die aus einer Basis (2), einem Deckel (3) und aus Seitenwänden (4) besteht, mindestens einen mit natürlicher Konvektion arbeitenden Wärmespeicher (5), der innerhalb der Ummantelung (2, 3, 4) in zur Innenseite des Deckels (3) benachbarter Position liegt, mindestens einen Wärmetauscher, der innerhalb der Ummantelung (2, 3, 4) liegt und in den Wärmespeicher (5) integriert ist, mindestens einen mit natürlicher Konvektion arbeitenden gerippten Wärmetauscher (6), der außerhalb der Ummantelung (2, 3, 4) und über dem Wärmespeicher (5) liegt, Verbinder (7), die durch die Ummantelung (2, 3, 4) hindurch für die Fluidverbindung zwischen dem Wärmespeicher (5) und dem Außenwärmetauscher (6) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (5) einen ersten länglichen Fluidsammler (8) und einen zweiten länglichen Fluidsammler (9) sowie längliche Fluidverbindungsrohre (13) zwischen dem ersten Sammler (8) und dem zweiten Sammler (9) umfasst, und dass der Innenwärmetauscher eine Vielzahl von länglichen Rippen (15) umfasst, die einstückig mit den Rohren (13) ausgebildet sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Shelter mit passiver Temperaturregelung zur Unterbringung von elektrischer und/oder elektronischer Ausstattung in seinem Inneren, die aufgrund ihrer Wärmeempfindlichkeit die Regelung der Klimabedingungen der Umgebung erfordert, in der sie arbeitet, um innerhalb eines festgelegten Temperaturbereichs betrieben werden zu können.
  • Im Besonderen betrifft sie eine elektrische/elektronische Ausstattung, die während des normalen Betriebs Wärme abstrahlt, die, wenn sie nicht angemessen abgeführt wird, eine Störung oder einen Defekt dieser elektrischen/elektronischen Ausstattung verursachen könnte.
  • In einigen Gebieten der Erde, zum Beispiel in schwer zugänglichen Wüstengebieten, können die widrigen Umweltbedingungen, die auf die hohen Temperaturen, hohen Temperaturschwankungen zwischen Tag und Nacht, Wind, Wasser und Sand zurückgehen, Klima- und Belüftungsanlagen äußerst anfällig machen.
  • Die wichtigsten aktiven Komponenten dieser Anlagen sind Ventilatoren, Pumpen, Kühler und andere Bauelemente, für deren Betrieb die Verfügbarkeit von elektrischer Energie notwendig ist und die für ordentliche und außerordentliche Instandhaltungen verschiedenen Durchsichten unterzogen werden müssen.
  • Unter diesen Umständen ist ein Zurückgreifen auf passive Klimaanlagen bevorzugt, die für die Aufrechterhaltung von für eine Umgebung wünschenswerten Klimabedingungen geeignet sind, indem physikalische Phänomene, wie die natürliche Konvektion, zu eigen gemacht werden.
  • Die Vorteile der passiven Klimaanlagen liegen darin, dass sie auch ohne Stromversorgung arbeiten, sodass der elektrischen/elektronischen Ausstattung ein Betrieb unter physikalischen und klimatischen Bedingungen in uneingeschränkter Sicherheit ermöglicht wird, ohne den Umfang und die Kapazität der vor Ort vorgesehenen Energiequelle zu beeinflussen, die vollständig für die Versorgung der elektrischen/elektronischen Ausstattung vorgesehen sein kann, und ohne dass die Notwendigkeit einer außerordentlichen Instandhaltung bestünde.
  • Es sind Shelter mit passiver Temperaturregelung bekannt, welche eine thermisch isolierte Ummantelung umfassen, in der ein mit natürlicher Konvektion arbeitender Wärmespeicher angeordnet ist, der mit einem mit natürlicher Konvektion arbeitendem, gerippten Wärmetauscher verbunden ist, der außerhalb der Ummantelung liegt.
  • Es sind zwei Systeme der Wärmespeicherung bekannt: in einem ersten System wird nur Wasser verwendet, in einem zweiten System werden Wasser und Phasenwechselmaterialien verwendet, die sogenannten PCM („Phase Change Material“), bzw. Materialien wie Paraffine oder eutektische Salze.
  • In den nur Wasser verwendenden Systemen besteht der Wärmespeicher im Allgemeinen aus einem oder mehreren Tanks aus rostfreiem Stahl, Kunststoff- oder anderem Material, die unmittelbar unter dem Deckel der Ummantelung positioniert sind und deren Konfiguration und Dimension dergestalt sind, dass der gesamte Querschnitt der Ummantelung bestmöglich eingenommen wird, um den gesamten verfügbaren Platz auszunutzen. Das Ziel ist, über eine größtmögliche Oberfläche zu verfügen, ohne die inneren Dimensionen zu vergrößern.
  • Dies ist notwendig, um zu gewährleisten, dass der Wärmespeicher sowohl eine ausreichend große Austauschoberfläche als auch ein ausreichendes Wasservolumen für die Wärmespeicherung aufweist. Diese nur Wasser verwendenden Systeme können einige Nachteile aufweisen, die damit verbunden sind, dass der Tank, der im Wesentlichen einen Querschnitt der Ummantelung belegt, eine Barriere für die natürliche Zirkulation aufgrund der Konvektion der Luft innerhalb der Ummantelung in Richtung des Deckels der Ummantelung aufweist, wodurch zum Teil die Leistungsfähigkeit des Wärmespeichers eingeschränkt wird, dessen Oberfläche des Austauschs mit der Luft vorwiegend nur die der Außenseite des Bodens des Tanks bleibt. Aus diesem Grund kann zur Steigerung der Leistung des Wärmespeichers die Verwendung eines Innenwärmetauschers vorgesehen sein, der aus Rippen aus Stahl oder anderem Material besteht, die hauptsächlich an der Außenseite des Bodens des Tanks angebracht sind, um die Austauschoberfläche zu vergrößern. Der Kontakt zwischen dem Innenwärmetauscher und dem Speicher wird mittels Punktschweißen, Kleben oder mechanischer Pressung erhalten.
  • Diese für den Kontakt zwischen dem Innenwärmetauscher und dem Wärmespeicher angewandten Lösungen sind jedoch nicht sehr leistungsfähig, insbesondere in Umgebungen, in denen der Wärmeaustausch allein in der natürlichen Konvektion ohne erzwungene Belüftung begründet ist. Der Verlust der Leistungsfähigkeit steht insbesondere mit der verringerten Wärmeleitfähigkeit in Verbindung, die an der Kontaktoberfläche zwischen dem Innenwärmetauscher und dem Wärmespeicher erreichbar ist. Mit diesen Kontaktsystemen kann man sich nämlich nie der Qualität und des Ausmaßes der Haftung zwischen Kontaktoberflächen sicher sein und dementsprechend kann man sich nie der Leistungsfähigkeit hinsichtlich der Wärmeübertragung sicher sein.
  • Das Verwenden eines solchen Innenwärmetauschers gestaltet die Konstruktion und den Prozess des Zusammenbaus obgleich der Erhöhung der Leistungsfähigkeit des Wärmespeichers kompliziert. Um die auf dem Kontaktsystem zwischen dem Innenwärmetauscher und dem Wärmespeicher beruhende Leistungsunfähigkeit wieder auszugleichen, oder wenn die abzuführende Wärmeleistung erheblich ist, kann die Vergrößerung des Wärmespeichervolumens und der Austauschoberflächen verlangt werden, und daraus folgend kann es, um die Innentemperatur des Shelters nicht zu erhöhen, notwendig sein, Tanks größerer Dimensionen vorzusehen, die wiederum Shelter größerer Dimensionen erfordern.
  • Dies wirkt sich aufgrund des verstärkten Baumaterialverbrauchs der Ummantelung negativ auf die Kosten des Shelters aus. Eine Vergrößerung der Dimensionen/des Gewichts des Wärmespeichers bedeutet, dass seine Konstruktion und die der Ummantelung, die ihn mechanisch tragen muss, schwieriger und kostenintensiver wird.
  • Deshalb ist die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende technische Aufgabe die Bereitstellung eines Shelters mit passiver Temperaturregelung, der die Beseitigung der im Stand der Technik bekannten technischen Nachteile ermöglicht.
  • Im Rahmen dieser technischen Aufgabe ist ein Ziel der Erfindung die Bereitstellung eines Shelters mit passiver Temperaturregelung, der mit einer speziellen Konstruktion des ineinander integrierten Wärmespeichers und Innenwärmetauschers die Rationalisierung der Austauschoberfläche und des Speichervolumens ermöglicht, um die Leistungsfähigkeit des Shelters zu optimieren.
  • Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Shelters mit passiver Temperaturregelung mit ineinander integrierten Wärmespeicher und Innenwärmetauscher, der eine einfache Struktur aufweist, der einfach in seiner Realisierung und in seinem Zusammenbau ist sowie wenig Platz einnimmt und leicht ist.
  • Ein noch weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Shelters mit passiver Temperaturregelung, der dank der Rationalisierung der Austauschoberfläche und des Speichervolumens sowie der Optimierung des Übertragungswirkungsgrads von Wärmeenergie zwischen dem Innenwärmetauscher und dem Wärmespeicher den Betrieb nur mit Wasser ermöglicht, ohne dass zur Erhöhung der Speicherkapazität die Verwendung von Phasenwechselmaterialien notwendig wäre, auch wenn das Speichervolumen und demnach die Gesamtdimensionen und daraus folgend die Kosten der Anlage bedeutend niedrig gehalten werden.
  • Ein noch weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Shelters mit passiver Temperaturregelung, der eine Konstruktion aufweist, welche die Konvektion der Luft in seinem Inneren vereinfacht, sodass diese die Wärmespeicherung verstärkt umgibt, die Austauschoberfläche vergrößert und das für die Wärmespeicherung notwendige Volumen optimiert, um einen kompakteren Shelter zu erhalten, der einen Innenraum aufweist, der nur so groß ist, wie für die Unterbringung der elektrischen/elektronischen Ausstattung notwendig ist.
  • Die technische Aufgabe sowie diese und andere erfindungsgemäße Ziele werden durch die Bereitstellung eines Shelters mit passiver Temperaturregelung gelöst, umfassend eine thermisch isolierte Ummantelung, die luft- und wasserdicht ist, die aus einer Basis, einem Deckel und aus Seitenwänden besteht, mindestens einen mit natürlicher Konvektion arbeitenden Wärmespeicher, der innerhalb der Ummantelung in zur Innenseite des Deckels benachbarter Position liegt, mindestens einen Wärmetauscher, der innerhalb der Ummantelung liegt und in den Wärmespeicher integriert ist, mindestens einen mit natürlicher Konvektion arbeitenden gerippten Wärmetauscher, der außerhalb der Ummantelung und über dem Wärmespeicher angeordnet ist, Verbinder, die durch die Ummantelung hindurch zur Fluidverbindung zwischen dem Wärmespeicher und dem Außenwärmetauscher angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher einen ersten länglichen Fluidsammler und einen zweiten länglichen Fluidsammler sowie längliche Fluidverbindungsrohre zwischen dem ersten Sammler und dem zweiten Sammler umfasst, und dass der Innenwärmetauscher eine Vielzahl von länglichen Rippen umfasst, die einstückig mit den Rohren ausgebildet sind.
  • Die Rippen, die den innerhalb der Ummantelung liegenden Tauscher von Wärme zwischen der Luft und dem im Wärmespeicher vorhandenen Fluid definieren, ermöglichen eine beachtliche Verbesserung der Leistung des Kühlsystems, ohne dass eine Verkomplizierung der Konstruktion impliziert wäre, da der Innenwärmetauscher direkt mit demselben Verfahren hergestellt wird, mit dem die Verbindungsrohre des Wärmespeichers hergestellt werden.
  • Vorteilhafterweise ist jedes Verbindungsrohr mit einem Extrusionsverfahren eines einzigen Profils aus wärmeleitendem Material aus Aluminium herstellbar.
  • Um die Wärmetauschleistung weiter zu optimieren, ist mit diesem selben Extrusionsverfahren direkt ein Profil mit äußeren Nuten an den Rippen und am rohrförmigen Körper eines jeden Verbindungsrohres herstellbar.
  • Das integrierte System, das aus dem Wärmespeicher und dem Innenwärmetauscher, die einstückig hergestellt sind, besteht, weist an den Oberflächen des Kontakts zwischen den beiden einen verbesserten Wärmeübertragungswirkungsgrad auf.
  • Auf diese Art und Weise wird die notwendige Speicherkapazität gewährleistet, indem das Speichervolumen bedeutend niedrig gehalten wird, und durch eine angemessene Rationalisierung auch der Austauschoberfläche kann ein Betrieb nur mit Wasser vorgesehen sein, was dazu führt, dass die Anlage nicht nur weniger Platz einnimmt, sondern auch einfacher und letztendlich auch kostengünstiger ist.
  • Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden außerdem in den nachstehenden Ansprüchen definiert.
  • Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen deutlicher aus der Beschreibung einer bevorzugten, jedoch nicht einschränkenden Ausführungsform des erfindungsgemäßen Shelters mit passiver Temperaturregelung hervor, der beispielhaft und nicht einschränkend in den beigefügten Figuren dargestellt wird. Es zeigen:
  • 1 eine Seitenansicht des Shelters.
  • 2 eine Längsschnittansicht des Shelters im Schnitt entlang der Linie II-II aus 4, wenn nur ein einziger Wärmespeicher installiert ist.
  • 3 eine Querschnittansicht des Shelters im Schnitt entlang der Linie I-I aus 4, wenn nur ein einziger Wärmespeicher installiert ist.
  • 4 eine Schnittansicht des Grundrisses des Shelters im Schnitt entlang der Linie III-III aus 1.
  • 5 zeigt eine Längsschnittansicht des Shelters im Schnitt entlang der Linie II-II aus 4, wenn zwei Wärmespeicher installiert sind, die gestapelt und kaskadenartig verbunden sind.
  • 6 zeigt eine Querschnittansicht des Shelters im Schnitt entlang der Linie I-I aus 4, wenn zwei Wärmespeicher installiert sind, die gestapelt und kaskadenartig verbunden sind.
  • 7 zeigt eine Draufsicht des Wärmespeichers 5.
  • 8 zeigt eine Querschnittansicht eines der Rohre des Wärmespeichers, das den ersten und den zweiten Sammler querverbindet.
  • 9 zeigt eine Querschnittansicht eines Sammlers.
  • Bezug nehmend auf die genannten Figuren wird ein Shelter mit passiver Temperaturregelung gezeigt, der in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 angegeben wird.
  • Der Shelter 1 umfasst eine thermisch isolierte Ummantelung 2, 3, 4, die luft-, wasser- und eventuell sanddicht ist, mindestens einen mit natürlicher Konvektion arbeitenden Wärmespeicher 5, der innerhalb der Ummantelung 2, 3, 4 liegt, und mindestens einen mit natürlicher Konvektion arbeitenden gerippten Wärmetauscher 6, der außerhalb der Ummantelung 2, 3, 4 liegt.
  • Die Ummantelung 2, 3, 4 umfasst eine Basis 2, einen Deckel 3 und Seitenwände 4, die aus mehrschichtigen Platten bestehen, aufweisend einen äußeren, korrosionsbeständigen Rahmen aus Aluminium und mindestens eine Innenschicht aus wärmeisolierendem Material.
  • Der Wärmespeicher 5 liegt in zur Innenseite des Deckels 3 benachbarter Position, während der gerippte Wärmetauscher 6 in zur Außenseite des Deckels 3 benachbarter Position liegt.
  • Der Wärmespeicher 5 ist mit seiner Hauptliegeebene horizontal ausgerichtet positioniert, während der gerippte Wärmetauscher 6 mit seiner Hauptebene so geneigt ausgerichtet positioniert ist, dass dieser mit der Liegeebene des Wärmespeichers 5 ein spitzer Winkel einschließt.
  • Der Wärmespeicher 5 steht mit dem Wärmetauscher 6 durch Verbinder 7 in Fluidverbindung, die durch den Deckel 3 hindurch angeordnet sind und den Wärmespeicher 5 und den Außenwärmetauscher 6 verbinden.
  • Vorteilhafterweise umfasst der Wärmespeicher 5 einen ersten länglichen Fluidsammler 8 und einen zweiten länglichen Fluidsammler 9, die an einer ihrer entgegengesetzten Seitenflächen 8a, 9a einander zugewandt sind, und längliche Verbindungsrohre 13 aus Metall zwischen dem ersten Sammler 8 und dem zweiten Sammler 9.
  • Vorzugsweise weisen der erste Sammler 8, der zweite Sammler 9 und die Rohre 13 über ihre gesamte Länge einen inneren Durchflussquerschnitt mit einer konstanten Weite auf.
  • Die Rohre 13 sind quer zwischen den entgegengesetzten Seitenflächen 8a, 9a des ersten Sammlers 8 und des zweiten Sammlers 9 angeordnet und seitlich voneinander beabstandet, sodass der Durchfluss der Luft im Raum, der zwischen ihnen liegt, ermöglicht wird.
  • Innerhalb der Ummantelung 2, 3, 4 ist in den Wärmespeicher 5 ein Wärmetauscher integriert.
  • Der Innenwärmetauscher umfasst eine Vielzahl von länglichen Rippen 15 aus Metall, die außerhalb der Rohre 13 liegen und einstückig mit den Rohren 13 ausgebildet sind.
  • Die Rippen 15 sind der Länge nach in Längsrichtung der Rohre 13 angeordnet.
  • Die Außenoberfläche der Rohre 13 als auch der Rippen 15 weist vorteilhafterweise Längsnuten 16, 17 auf, die seitlich mit gleichmäßigem Abstand beabstandet sind, um die gesamte Wärmeaustauschoberfläche zu vergrößern.
  • Die Nuten 16 sind vorzugsweise geradlinig und erstrecken sich über die gesamte Außenoberfläche der Rohre 13, und die Nuten 17 sind geradlinig und erstrecken sich über die gesamte Außenoberfläche der Rippen 15.
  • Die Summe der Außenhöhe der Rohre 13 und der Rippen 15 entspricht im Wesentlichen der Außenhöhe des ersten Sammlers 8 und des zweiten Sammlers 9 und ist nicht höher.
  • Die Rohre 13 erstrecken sich demnach vollständig innerhalb der Kanten der entgegengesetzten Seitenflächen 8a, 9a des ersten Sammlers 8 und des zweiten Sammlers 9.
  • Die Rohre 13 weisen im Querschnitt vorzugsweise eine viereckige Gestalt auf und weisen die Rippen 15 an all ihren vier Seitenflächen 13a, 13b, 13c, 13d auf.
  • Die Rohre 13 weisen insbesondere vier ebene Seitenflächen 13a, 13b, 13c, 13d auf, von denen sich die Rippen 15 orthogonal erstrecken, und die Rippen 15 sind wiederum ebenfalls eben und von gleicher Höhe und gleichmäßig über die gesamte Ausdehnung der Außenflächen der vier ebenen Seitenflächen 13a, 13b, 13c, 13d der Rohre 13 verteilt.
  • Von den ebenen Seitenflächen 13a, 13b, 13c, 13d der Rohre 13 weisen zwei entgegengesetzte Seitenflächen eine horizontal ausgerichtete Liegeebene auf und die anderen beiden entgegengesetzten Seitenflächen weisen eine vertikal ausgerichtete Liegefläche auf.
  • Vorteilhafterweise ist jedes Rohr 13 aus einem einzigen extrudierten Profil hergestellt, vorzugsweise aus Aluminium.
  • Der erste Sammler 8 und der zweite Sammler 9 weisen im Querschnitt vorzugsweise eine viereckige Gestalt mit vier ebenen Seitenflächen auf.
  • Von den ebenen Seitenflächen des ersten Sammlers 8 und des zweiten Sammlers 9 weisen die beiden Seitenflächen 8a, 9a gemeinsam mit der zu ihnen entgegengesetzten Seitenfläche 8b, 9b eine vertikal ausgerichtete Liegeebene auf, und die anderen beiden entgegengesetzten Seitenflächen weisen eine horizontal ausgerichtete Liegefläche auf.
  • Auch die Außenoberfläche des ersten Sammlers 8 und des zweiten Sammlers 9 weist vorzugsweise Längsnuten 18, 19 auf, die seitlich mit gleichmäßigem Abstand beabstandet sind, um die gesamte Wärmeaustauschoberfläche zu vergrößern.
  • Die Längsnuten 18, 19 sind geradlinig und erstrecken sich vorzugsweise über alle Seitenflächen des ersten Sammlers 8 und des zweiten Sammlers 9.
  • Vorteilhafterweise ist auch der erste Sammler 8 aus einem einzigen extrudierten Profil hergestellt, vorzugsweise aus Aluminium, und analog ist auch der zweite Sammler 9 aus einem einzigen extrudierten Profil, vorzugsweise aus Aluminium, hergestellt.
  • Die Optimierung der Leistung des Wärmespeichers 5 wird auch durch die spezielle Proportionierung seiner Bauelemente gewährleistet.
  • Insbesondere beträgt die Weite des inneren Durchflussquerschnitts der Rohre 13 nicht weniger als 40% der Weite des inneren Durchflussquerschnitts des ersten Sammlers 8 und des zweiten Sammlers 9.
  • Außerdem beträgt der Abstand zwischen den Nuten 16 der Rohre 13 zwischen 5/100 und 20/100 des Abstands zwischen den Rippen 15 und der Abstand zwischen den Nuten 17 der Rippen 15 zwischen 5/100 und 10/100 der Höhe der Rippen 15.
  • Darüber hinaus ist eine Dimensionierung der Rohre 13 äußerst vorteilhaft, die einen Durchflussquerschnitt aufweisen, der angemessen weit ist, um das Wärmespeichervolumen zu erhöhen, und einen Außenumfang aufweisen, der angemessen weit ist, um die Austauschoberfläche zu vergrößern: insbesondere beträgt der Wert des Durchflussquerschnitts 29.200 mm2 +/– 10% und der Wert des Umfangs 2.400 mm +/– 10%.
  • Der Betrieb des Shelters 1 in einer Umgebung, in der eine starke Temperaturschwankung zwischen warmen Tagen und kalten Nächten vorhersehbar ist, wird nachfolgend kurz erläutert.
  • In einem thermodynamischen System ist die Ummantelung 2, 3, 4 mit einem Widerstand vergleichbar, der Wärmetauscher 6 mit einem Transistor und der Wärmespeicher 5 mit einer Kapazität.
  • Die Ummantelung 2, 3, 4 wirkt nämlich, um den Wärmeaustausch zwischen dem Äußeren und dem Inneren des Shelters 1 zu verringern.
  • Der Wärmetauscher 6 wirkt, um nur während der Nacht die Wärme vom Inneren zum Äußeren des Shelters 1 zu übertragen, die von der elektrischen/elektronischen Ausstattung erzeugt und während des Tages vom Wärmespeicher 6 gespeichert wird. Die Wärmeübertragung wird durch das Fluid, im Allgemeinen Wasser, erzeugt, das mit natürlicher Konvektion im Wasserkreislauf zirkuliert, der aus dem Wärmespeicher 5 und dem Wärmetauscher 6 besteht.
  • Schließlich wirkt der Wärmespeicher 5 zum Speichern von Wärme während des Tages, wenn die Außentemperatur höher als die Innentemperatur des Shelters 1 ist. Damit soll vermeiden werden, dass die Innentemperatur des Shelters 1 während des Tages über einen gewünschten Höchstwert steigt.
  • Tagsüber kann die innerhalb des Shelters 1 produzierte Wärme nicht nach außen übertragen werden, weshalb die einzige Möglichkeit, einen höheren Anstieg der Innentemperatur des Shelters 1 zu vermeiden, das Speichern der produzierten Wärme im Wärmespeicher 5 ist.
  • Tagsüber gibt es deshalb im Wasserkreislauf keine Zirkulation, da sich das wärmere und demnach das leichtere Wasser im Wärmetauscher 6 befindet, der über dem Wärmespeicher 5 liegt, da die Temperatur der Luft außerhalb des Shelters 1 höher als die der Luft innerhalb ist.
  • Nur während der Nacht wird das passive Kühlsystem ein wahrhaftiger natürlicher Wärmemotor, der den Temperaturgradienten zwischen einer Wärmequelle (das Wasser im Wärmespeicher 5, das von der Wärme erhitzt wird, die von der elektrischen/elektronischen Ausrüstung abgestrahlt wird) und einer Außenquelle (die Außenluft) verwendet. Die Arbeit dieses natürlichen Wärmemotors wird dazu genutzt, um das Wasser des Wasserkreislaufs zu bewegen, dessen wärmster Teil vom Wärmespeicher 5 nach oben zum Wärmetauscher 6 fließt und der kälteste Teil fließt vom Wärmetauscher 6 nach unten zum Wärmespeicher 5. Die eben beschriebene Zirkulation ermöglicht eine progressive Kühlung des im Wärmespeicher 5 vorhandenen Wassers, der am Ende der nächtlichen Regenerationsphase im Stande ist, erneut Wärme für den folgenden Tag zu speichern. Die Aktivierung der Zirkulation ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass die Temperatur der Luft außerhalb des Shelters 1 höher als die der Luft innerhalb ist. Das Wasser im Wärmetauscher 6 wird beim Kontakt mit der Außenluft kühler und schwerer als das im Wärmespeicher 5 vorhandene Wasser innerhalb des Shelters 1, wodurch die Bewegung des Fluids ausgelöst wird.
  • Der erfindungsgemäße Shelter ermöglicht eine flexible Anpassung des Kühlsystems an die abzuführende Wärmeleistung und ermöglicht insbesondere eine Erhöhung der Wärmespeicherungskapazität, ohne den Platzbedarf der Ummantelung zu erhöhen. Zu diesem Zweck wird nämlich darauf hingewiesen, dass es möglich ist, die Installation eines ersten Wärmespeichers 5 und mindestens eines zweiten Wärmespeichers 5 vorzusehen, die übereinander gestapelt sind und kaskadenartig in Fluidverbindung stehen, ohne dass der untere Wärmespeicher die Leistung des oberen Wärmespeichers beeinträchtigte. Die Luft innerhalb der Ummantelung kann nämlich bei ihrer Erhitzung in Richtung des Deckels 3 steigen, mit dem unteren Wärmespeicher 5 interagieren, dann weiter durch die Zwischenräume zwischen den Verbindungsrohren 13 des unteren Wärmespeichers 5 nach oben steigen, bis sie schließlich den oberen Wärmespeicher 5 erreicht.
  • Durch diese Lösung wird verhindert, dass die Dimensionen des Grundrisses des Shelters vergrößert werden, was ein beachtliches Kostenersparnis des Produkts, der Verpackung, des Transports und der Installation mit sich bringt.
  • Der so konzipierte Shelter mit passiver Regelung ist offen für zahlreiche Änderungen und Varianten, die alle in den Rahmen des Erfindungsgedanken fallen; darüber hinaus sind alle Einzelheiten durch technisch äquivalente Elemente ersetzbar.
  • Praktisch können die verwendeten Materialien sowie die Dimensionen je nach Bedürfnissen und dem Stand der Technik beliebig sein.

Claims (15)

  1. Shelter (1) mit passiver Temperaturregelung, umfassend eine thermisch isolierte Ummantelung (2, 3, 4), die luft- und wasserdicht ist, die aus einer Basis (2), einem Deckel (3) und aus Seitenwänden (4) besteht, mindestens einen mit natürlicher Konvektion arbeitenden Wärmespeicher (5), der innerhalb der Ummantelung (2, 3, 4) in zur Innenseite des Deckels (3) benachbarter Position liegt, mindestens einen Wärmetauscher, der innerhalb der Ummantelung (2, 3, 4) liegt und in den Wärmespeicher (5) integriert ist, mindestens einen mit natürlicher Konvektion arbeitenden gerippten Wärmetauscher (6), der außerhalb der Ummantelung (2, 3, 4) und über dem Wärmespeicher (5) liegt, Verbinder (7), die durch die Ummantelung (2, 3, 4) hindurch für die Fluidverbindung zwischen dem Wärmespeicher (5) und dem Außenwärmetauscher (6) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (5) einen ersten länglichen Fluidsammler (8) und einen zweiten länglichen Fluidsammler (9) sowie längliche Fluidverbindungsrohre (13) zwischen dem ersten Sammler (8) und dem zweiten Sammler (9) umfasst, und dass der Innenwärmetauscher eine Vielzahl von länglichen Rippen (15) umfasst, die einstückig mit den Rohren (13) ausgebildet sind.
  2. Shelter (1) mit passiver Temperaturregelung nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (15) außerhalb der Rohre (13) angeordnet sind.
  3. Shelter (1) mit passiver Temperaturregelung nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (15) längs in der Längsrichtung der Rohre (13) angeordnet sind.
  4. Shelter (1) mit passiver Temperaturregelung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste längliche Fluidsammler (8) und der zweite längliche Fluidsammler (9) an einer ihrer entgegengesetzten Seitenflächen (8a, 9a) einander zugewandt sind, und dass die länglichen Verbindungsrohre (13) quer zwischen den entgegengesetzten Seitenflächen (8a, 9a) angeordnet und seitlich voneinander beabstandet sind.
  5. Shelter (1) mit passiver Temperaturregelung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Verbindungsrohr (13) aus einem einzigen extrudierten Profil ausgebildet ist.
  6. Shelter (1) mit passiver Temperaturregelung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Außenoberfläche der Rohre (13) als auch der Rippen (15) Längsnuten (16, 17) aufweist, die seitlich mit gleichmäßigem Abstand beabstandet sind, um die gesamte Wärmeaustauschoberfläche zu vergrößern.
  7. Shelter (1) mit passiver Temperaturregelung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sammler (8), der zweite Sammler (9) und die Verbindungsrohre (13) über ihre gesamte Länge einen inneren Durchflussquerschnitt mit einer konstanten Weite aufweisen, dass die äußere Höhe der Rohre (13) im Wesentlichen der äußeren Höhe des ersten Sammlers (8) und des zweiten Sammlers (9) entspricht, und dass sich die Rohre (13) vollständig innerhalb der Kanten der entgegengesetzten Seitenflächen (8a, 9a) des ersten Sammlers (8) und des zweiten Sammlers (9) erstrecken.
  8. Shelter (1) mit passiver Temperaturregelung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Weite des inneren Durchflussquerschnitts der Rohre (13) nicht weniger als 40% der Weite des inneren Durchflussquerschnitts des ersten Sammlers (8) und des zweiten Sammlers (9) beträgt.
  9. Shelter (1) mit passiver Temperaturregelung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den Nuten (16) der Rohre (13) zwischen 5/100 und 20/100 des Abstands zwischen den Rippen (15) beträgt und der Abstand zwischen den Nuten (17) der Rippen (15) zwischen 5/100 und 10/100 der Höhe der Rippen (15) beträgt.
  10. Shelter (1) mit passiver Temperaturregelung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsrohre (13) im Querschnitt eine viereckige Gestalt aufweisen und die Rippen (15) an all ihren vier Seitenflächen (13a, 13b, 13c, 13d) aufweisen.
  11. Shelter (1) mit passiver Temperaturregelung nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (13) vier ebene Seitenflächen (13a, 13b, 13c, 13d) aufweisen, von denen sich orthogonal die Rippen (15) erstrecken, wobei eine gleichmäßige Verteilung der Rippen (15) über die gesamte Ausdehnung der Außenflächen der vier ebenen Seitenflächen (13a, 13b, 13c, 13d) vorgesehen ist.
  12. Shelter (1) mit passiver Temperaturregelung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenoberfläche des ersten Sammlers (8) und des zweiten Sammlers (9) Längsnuten (18, 19) aufweist, die seitlich mit gleichmäßigem Abstand beabstandet sind, um die gesamte Wärmeaustauschoberfläche zu vergrößern.
  13. Shelter (1) mit passiver Temperaturregelung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher (5) aus Aluminium hergestellt ist.
  14. Shelter (1) mit passiver Temperaturregelung nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass er einen ersten Wärmespeicher (5) und einen zweiten Wärmespeicher (5) aufweist, die übereinander gestapelt sind und kaskadenartig in Fluidverbindung stehen.
  15. Wärmespeicher (5) für Shelter (1) mit passiver Temperaturregelung, in den ein Wärmetauscher integriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher einen ersten länglichen Fluidsammler (8) und einen zweiten länglichen Fluidsammler (9), der dem ersten Sammler (8) an seinen entgegengesetzten Seitenflächen (8a, 9a) zugewandt ist, und längliche Fluidverbindungsrohre (13) zwischen dem ersten Sammler (8) und dem zweiten Sammler (9) umfasst, wobei die Verbindungsrohre (13) quer zwischen den entgegengesetzten Seitenflächen (8a, 9a) angeordnet sind und seitlich voneinander beabstandet sind, und dass der Wärmetauscher eine Vielzahl von länglichen Rippen (15) umfasst, die einstückig mit den Rohren (13) ausgebildet sind.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115790229A (zh) * 2023-02-13 2023-03-14 成都天保节能环保工程有限公司 一种适用于流化床蓄热的结构及方法

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