DE2846281A1

DE2846281A1 - Vorrichtung zum schutz von elektrischen geraeten gegen witterungseinfluesse

Info

Publication number: DE2846281A1
Application number: DE19782846281
Authority: DE
Inventors: Alberto Ghiraldi
Original assignee: DSDP SpA
Current assignee: DSDP SpA
Priority date: 1977-10-27
Filing date: 1978-10-24
Publication date: 1979-05-03
Also published as: IT1088215B; GB2007028A; US4263963A; CA1110748A; FR2407551A1

Description

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23. Oktober 1978

D.S.D.P., S.p.Α., Mailand (Italien)

Vorrichtung zum Schutz von elektrischen Geräten gegen Witterungseinflüsse

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schutz von elektrischen Geräten oder ähnlichem gegen Witterungseinflüsse.

Auf dem Gebiet der elektronischen Instrumente und Geräte besteht die zunehmende Tendenz, den Energieverbrauch zu reduzieren und das Zulässigkeitsniveau zu steigern, um insbesondere die Betriebskosten der Geräte zu senken. Diese beiden Eigenschaften haben dann absoluten Vorrang, wenn die Geräte in klimatisch ungünstigen Gebieten ins-1alliert oder schwer zugänglich sind oder ihre Speisung mit konventioneller Energie problematisch ist und sie nicht ununterbrochen gewartet werden können. Die daraus resultierenden Forderungen haben zur EntwicHung und Realisierung einer wirksamen Schutzvorrichtung geführt, die nicht nur die Aufgabe haben soll, vor Witterungseinflüssen zu schützen, sondern ebenso gegen zu hohe oder zu tiefe Außentemperaturen.

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Zum Schutz der erwähnten elektronischen Geräte und Einrichtungen werden sogenannte "Shelters" verwendet, die im wesentlichen einen Schachtelbau darstellen, in dem das entsprechende Gerät untergebracht wird.

Die heute zur Verfügung stehenden Shelter bieten stets Schutz gegen die Witterungseinflüsse und in manchen Fällen bewirken sie auch dank der Verwendung nicht leitender Materialien für die Wände eine gewisse thermische Isolierung. In diesen Shelter bewirkt die von den darin installierten Geräten aufgebrauchte Leistung eine positive Temperaturdifferenz der Innenwand gegenüber der Außenwand,wobei die Innentemperatur ebenfalls den Schwankungen der Tages- und Jahreszeitentemperaturen unterworfen wird. Dies bedeutet also, daß man im Innern des Shelters ungefähr dieselben Temperaturschwankungen vorliegen hat wie außerhalb des Shelters, wenn man von der Differenz der jeweiligen Temperatur absieht.

Diese Shelter sind also nur dann verwendungsfähig, wenn die Differenz zwischen Aussen- und Innentemperatur gewährleistet, daß die maximale und/oder minimale Innentemperatur immer noch eine perfekte Funktionstüchtigkeit der geschützten Geräte garantiert.

Sind die maximalen und/oder minimalen Außentemperaturen derart hoch bzw. niedrig, daß diese Voraussetzung nicht erfüllt wird, so muß zu anderen Lösungen gegriffen werden. Werden Shelter in Gebieten angewendet, in denen die maximale Innentemperatur höher liegt als dies von der Funktionstüchtigkeit des betreffenden Gerätes zugelassen wird, so gibt es dafür Shelterausführungen, die entweder automatisch oder manuell geöffnet werden können, um die zu hohe Innentemperatur auf den Wert der Außentemperatur absinken zu lassen. Diese Lösung, die nur dann angewendet werden kann, wenn die maximale Außentemperatur mit der Funktionstüchtigkeit des

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betreffenden Gerätes vereinbar ist, hat schwerwiegende Nachteile: in geöffnetem Zustand ist die Schutzfunktion gegen Witterungseinflüsse vermindert, wird er automatisch geöffnet, so ist eine optimale Zuverlässigkeit nicht immer garantiert, ist die öffnung manuell vorzunehmen, so sind die Kosten für die entsprechenden Bedienungsvorgänge nicht un\erheblich.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Shelter mit Klimaanlagen auszurüsten, Diese Lösung jedoch bedingt einen erheblichen Energieverbrauch zur Erzeugung von Wärme oder Kälte und abgesehen davon sind die diesbezüglich zum Einsatz kommenden Vorrichtungen relativ wenig zuverlässig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die in jedem Gebiet einsetzbar ist und auch das Problem des Schutzes gegen zu hohe und/oder zu niedrige Außentemperatur löst, ohne daß dabei Energie benötigt wird oder Vorrichtungen eingesetzt werden müssen, die einen relativ niedrigen Zuverlässigkeitsgrad besitzen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in dem Kennzeichen des Hauptanspruches enthaltenen Merkmale gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Es wird ein thermischer Filter mit geeigneten Eigenschaften geschaffen, der zwischen dem Äußeren und dem Inneren des Shelters zu liegen kommt. Dieser thermische Filter bewirkt eine Beschränkung der ausgetauschten Wärme mit dem Äußeren. Desweiteren wird die in das Innere eindringende Wärme praktisch von dem Körper mit hoher Wärmekapazität aufgesogen, so daß im Inneren nur minimale Temperaturschwankungen auf-

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treten. Analoges gilt für die Abgabe von Wärme nach außen. Durch entsprechende Berechnung der Werte bezüglich der Wärmekapazität und des thermischen Widerstandes in Übereinstimmung mit dem Volumen und der Oberfläche des Shelters , mit den Außentemperaturen sowie mit der Menge der von den Geräten hergestellten Wärme ist es möglich, im Inneren des Shelters eine im wesentlichen konstante Temperatur zu gewährleisten, und dies auch für die Dauer einer vorher zu bestimmenden Zeitspanne, auf jeden Fall langer als 24 Stunden. Diese Innentemperatur wird der durchschnittlichen Außentemperatur einer bestimmten Zeitperiode plus der Temperaturdifferenz, die durch die von den Geräten erzeugten Wärmeenergie entsteht, entsprechen. Aufgrund der Anwesenheit der Körper mit hoher Wärmekapazität wird diese Temperaturdifferenz auf jeden Fall erheblich geringer sein als dies bei den herkömmlichen Sheltern der Fall ist. Die Innentemperatur des Shelters ist also nicht mehr von den minimalen oder maximalen Außentemperaturen abhängig, sondern lediglich vom Durchschnittswert der Außentemperaturen über eine bestimmte Zeitspanne hinweg, die auf jeden Fall größer ist als 24 Stunden. Dies hat zur Folge, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung ein bedeutend größeres Verwendungsfeld hat als die herkömmlichen Shelter. Außerdem kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch in Zusammenwirkung mit Geräten eingesetzt werden, die das Innere der Vorrichtung erwärmen oder kühlen, wenn dies aufgrund der Außentemperaturen erforderlich ist. Auch in diesem Fall erbringt die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil, daß die erforderliche Betriebszeit dieser Kühl- bzw. Wärmeaggregate erheblich verkürzt wird.

Im folgenden wird derGegenstand der Erfindung anhand zweier Beispiele erläutert. In der Zeichnung zeigt:

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Fig. 1 einen schematisehen Querschnitt,der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine grafische Darstellung der Außen- und Innentemperaturen einer Vorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen vertikalen Querschnitt und

Fig. 4 einen horizontalen Teilquerschnitt einer

erfindungsgemäesen Vorrichtung, dessen Einsatz besonders in sehr heißen Klimazonen vorteilhaft ist,sowie

Fig. 5 eine grafische Darstellung des Ergebnisses, das experimentell bei Versuchen mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung festgestellt wurde.

Der erfindungsgemäße Shelter besteht im wesentlichen aus einer schachteiförmigen Tragestruktur 10, mit der eine Schicht aus entsprechend geeignetem wärmeisolierendem Material 14 in Verbindung steht, beispielsweise aus Styropor oder geschäumtem Polyurethanharz oder auch jedem anderen geeigneten Isoliermaterial mit möglichst geringem Gewicht. In Fig. 1 ist die Isolierschicht zwischen zwei Halte- und Befestigungsschichten 10 und 12 eingelegt, sie kann aber auch anders angebracht sein oder die Wände des Schachtgehäuses selbst darstellen, vorausgesetzt, sie gewährleistet einen ausreichenden thermischen Schutz für das Shelterinnere 16, das gegenüber dem Äußeren 18 hermetisch abgedichtet ist.

Die Menge der in beiden Richtungen ausgetauschten Wärme, also zwischen dem Inneren 16 und dem Äußeren 18 und umgekehrt.

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hängt vnn diversen Faktoren ab, unter denen hauptsächlich die Temperaturdifferenz zwischen dem Inneren 16 und dem Äußeren 18 sowie die Isolierkapazität oder der thermische Widerstand der Shelterwände ausschlaggebend sind. Selbstverständlich beeinflußt die Menge der Wärme, die in das Innere eindringt oder sie verläßt, direkt die Innentemperatur. Um diesen Einfluß zu vermindern, verfügt das Shelterinnere über einen Körper mit hoher Wärmekapazität bzw. hoher spezifischer Wärme, der beispielsweise von den Behältern 20 dargestellt wird, wobei dieses Material in der Lage sein muß, mit dem Inneren 16 einen Wärmeaustausch durchzuführen. Hierdurch wird die Temperatur im Inneren 16 erheblich geringer von den Werten des Wärmeaustausches zwischen dem Inneren 16 und dem Äußeren 18 beeinflußt, da diese Wärme ja von den Behältern 20 aufgenommen bzw. abgegeben wird. Die Konstruktion des erfindungsgemäßen Shelters bewirkt deshalb, daß zum einen der Wärmeaustausch reduziert und zum zweiten der Einfluß der ausgetauschten Wärme durch den Körper mit hoher Wärmekapazität erheblich verringert wird.

Um dem Inneren 16 eine im wesentlichen konstante Temperatur über eine längere Zeitspanne zu garantieren, werden der thermische Widerstand und der Behälter 20 entsprechend dimensioniert .

Wird beispielsweise angenommen, daß die Außentemperatur so verläuft wie mit T in Fig. 2 angeführt, so erreicht man durch entsprechend geeignete Dimensionierung eine Temperatur T^i, die im wesentlichen konstant und gleich dem Temperaturdurchschnitt der Außentemperatur ist. Ist im Shelter eine Temperatur- bzw. Wärmequelle vorhanden, beispielsweise ein Heizgerät oder auch die durch den Shelter geschützten Geräte selbst, so wird die Innentemperatur infolge der erzeugten

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Wärme auf den Wert T-₂ ansteigen, wobei aber auch hier diese Temperatur konstant bleibt. Es ist anzumerken, daß der Unterschied zwischen T^-j und T^ durch das Vorhandensein des Behälters 20 geringer ist als bei einem Shelter ohne diesen Behälter.

Wie bereits erwähnt, besteht der Behälter 20 aus einer entsprechend geeigneten Menge eines Materials mit hoher spezifischer Wärme, theoretisch also auch aus Wasser, Wegen struktureller Vorteile sind andere Materialarten ratsamer, es sollten jedoch Materialien mit höchstmöglicher Wärmekapazität verwendet werden.

In den Fig. 3 und 4 wird ein anderes Beispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt, bei dem berücksichtigt wurde, daß Sonnenstrahlen die Shelterwände erwärmen können. Solche Sonnenstrahleinwirkungen steigern die Menge der ausgetauschten Wärme erheblich, jedoch ungleichmäßig und nur statistisch errechenbar in Übereinstimmung mit den Werten der Strahlungseinwirkung. Dies hat zur Folge, daß alle vorher berechneten Daten dadurch geändert werden und eine entsprechende Änderung der Menge des verwendeten Stoffes mit großer spezifischer Wärme erforderlich wäre. Es ist deshalb vorteilhaft, eine Sonnenschutzvorrichtung vorzusehen. Diese kann aus einem doppelten Sonnenschutzschirm 22 und 24 bestehen, der vom natürlichen Luftumlauf gekühlt wird. Der Luftumlauf wird von den Pfeilen dargestellt. Der natürliche Zug wird dabei gewährleistet durch den Kamineffekt beim Schutzschirm 22 sowie durch einen kurzen Kamin 26 beim Schutzschirm 24. Der Doppelschutzschirm hat außerdem den Zweck, den Shelter vor allen Witterungseinflüssen zu schützen. Die Wände des Doppelschutzschirmes bestehen zweckmäßig aus reflektierendem Material, um die Strahlenwirkung zu verringern.

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Desweiteren ist der Shelter durch eine obere Blechrutsche 28 gegen das Ansammeln von Sand geschützt. An der oberen Shelterwand ist ein Durchbruch aus plastischem Material vorgesehen, an dem im Inneren des Shelters ein Haken 30 angebracht ist, der für die Montagewinde derielektronischen Geräte notwendig ist.

An der Unterseite des Shelters ist eine Luke 32 dargestellt, die sich nach außen öffnen läßt, luftdicht abgedichtet ist und aus einem Rahmengestell mit thermoisolierender Füllung besteht. Die Isolierschicht 34 des Shelters besteht aus Styropor oder geschäumtem Polyurethanharz oder anderem geeigneten thermoisolierenden Material.

An den Wänden der Innenzelle ist die Wärmekapazität angebracht, die aus einer Reihe von Vierkantrohren 36 aus Kunststoff besteht, die nicht ganz so hoch wie die Wände sind und unten und oben hermetisch abgedichtet und mit einer geeigneten Flüssigkeit gefüllt sind.

In weniger strengen Klimazonen und bei höherer zulässiger Innentemperatur kann auf den äußeren Schutzschirm verzichtet werden und evtl. auch auf den inneren, wenn Klima und Funktionsansprüche es zulassen.

Bei einer praktischen Realisierung des Erfindungsgegenstandes ohne Sonnenschutzschirm wies die Innenzelle folgende Abmessungen auf: 1,70 χ 1,70 χ 2 m.

Das Isoliermaterial bestand aus 30 cm starkem geschäumtem Polystyrol und der Körper mit hoher Wärmekapazität aus 24 Plastik-Rundrohren zu jeweils 1,90 m Höhe mit insgesamt 220 1 Wasser. Der Durchmesser der Rohre belief sich auf 80 mm. Die Ergebnisse der Versuche mit diesem Prototypen bei ver-

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brauchten internen Leistungen von 40 und 30 Watt sind in Fig. 5 wiedergegeben, wobei die obere Kurve die Innentemperatur des Shelters aufzeigt. Bei Punkt A wurde die Reduzierung der verbrauchten Leistung vorgenommen. Die untere Kurve stellt den Verlauf der Außentemperatur dar.

Als Ergebnis wurde gefunden, daß die Temperatur im Innern unabhängig von den äußeren TemperaturSchwankungen im wesentlichen konstant bleibt.

Abschließend ist noch darauf hinzuweisen, daß Volumen der Körper mit großer Wärmekapazität abhängig ist von dem verlangten Grad der Abschwächung der äußeren Temperaturschwankungen und dem Grad des thermischen Widerstandes der Shelterwände.

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Claims

Patentansprüche

1., Vorrichtung zum Schutz von elektronischen Geräten oder ähnlichem gegen Witterungseinflüsse, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem geschlossenen Gehäuse (10) besteht und einen thermischen Widerstand (14)und mindestens einen Körper (20) mit hoher Wärmekapazität aufweist oder aus ihnen besteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Widerstand (14) aus Isoliermaterial besteht, der mit den Wänden des Gehäuses (10) in Verbindung steht oder diese daraus bestehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (20) mit hoher Wärmekapazität aus Material mit hoher spezifischer Wärme besteht, das mit den Wänden des Gehäuses (10) in Verbindung steht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (20) mit hoher Wärmekapazität aus einem oder mehreren Materialien besteht, die ihren Zustand unter Einwirkung einer oder mehrerer Betriebstemperaturen verändern .

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5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ^er Körper (20) mit hoher Wärmekapazität sich im Innenraum (16) des Gehäuses (10) befindet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (20) mit hoher Wärmekapazität aus einem oder mehreren Wasserbehälter (η) (36) besteht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserbehälter (36) aus mehreren Rohrbündeln bestehen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren (16) des Gehäuses (10) Vorrichtungen zum Erwärmen und/oder Kühlen angeordnet sind.

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