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Patent Searching and Data


Title:
AIR-COOLED CABINET-TYPE HOUSING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/055384
Kind Code:
A1
Abstract:
Disclosed is a cabinet-type housing (10) comprising an interior space for accommodating heat-generating electrical and/or electronic modular units (30) and at least one fan (41) for generating a cooling air flow (K) between at least one air inlet (43) and at least one air outlet (16) of the interior space, said inlet and outlet being in contact with the ambient air. According to the invention, the fan (41) is disposed in the area of the air inlet (43) and impinges the interior space with excess pressure while a filter (42) is mounted upstream of the fan (41) in the direction of the cooling air flow (K).

Inventors:
SUEESS JOSEF (CH)
Application Number:
PCT/CH2004/000720
Publication Date:
June 16, 2005
Filing Date:
December 02, 2004
Export Citation:
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Assignee:
ALMATEC AG (CH)
SUEESS JOSEF (CH)
International Classes:
H02B1/56; (IPC1-7): H02B1/56
Foreign References:
US3364838A1968-01-23
FR2819115A12002-07-05
EP1026932A22000-08-09
EP1351561A22003-10-08
DE19714838A11998-10-15
Attorney, Agent or Firm:
Lauer, Joachim (Postfach 2651, 8033 Zürich, CH)
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE
1. Schrankartiges Gehäuse (10) mit einem Innenraum zur Aufnahme von Wärme erzeugenden elektrischen und/oder elektronischen Baueinheiten (30) und mit mindestens einem Lüfter (41) zur Erzeugung eines KühlLuftstromes (K) zwischen mindestens einer Lufteintritts (43) und mindestens einer Luftaustrittsöffnung (16) des Innenraumes, welche Öffnungen mit der Umgebungsluft in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter (41) im Bereich der Lufteintrittsöffnung (43) angeordnet ist und den Innenraum mit einem Überdruck beaufschlagt und dass dem Lüfter (41) in Richtung des Kühlluftstromes (K) ein Filter (42) vorgeordnet ist.
2. Schrankartiges Gehäuse (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (42) in einem Filtergehäuse (40) angeordnet ist.
3. Schrankartiges Gehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtergehäuse (40) innerhalb des schrankartigen Gehäuses (10) angeordnet ist.
4. Schrankartiges Gehäuse (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lufteintrittsöffnung des Filtergehäuses (40) mit mindestens einer Lufteintrittsöffnung (12c) des schrankartigen Gehäuses zusammenfällt.
5. Schrankartiges Gehäuse (10) nach einem der Ansprüche 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtergehäuse (40) an einer Seitenwand (12) des schrankartigen Gehäuses (10) angeordnet ist.
6. Schrankartiges Gehäuse (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtergehäuse (40) sich im wesentlichen über die gesamte Höhe und/oder die Breite der Seitenwand (12) erstreckt.
7. Schrankartiges Gehäuse nach einem der Ansprüche 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter (41) ebenfalls in dem Filtergehäuse (40) angeordnet ist.
8. Schrankartiges Gehäuse (10) nach einem der Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (42) ein Membranfilter ist.
9. Schrankartiges Gehäuse nach einem der Ansprüche 19, dadurch gekennzeichnet, dass für den Lüfter (41) eine Steuerung vorgesehen ist, welche seine Leistung in Abhängigkeit von mindestens einer gemessenen Temperaturund/oder Druckund/oder DurchflussGrösse steuert.
Description:
Schrankartiges Gehäuse mit Luftkühlung TECHNISCHES GEBIET Die vorliegende Erfindung betrifft ein schrankartiges Gehäuse mit einem Innenraum zur Aufnahme von Wärme erzeugenden elektrischen und/oder elektronischen Baueinheiten und mit mindestens einem Lüfter zur Erzeugung eines Kühlluftstromes zwischen mindestens einer Lufteintritts-und mindestens einer Luftaustrittsöffnung des Innenraumes, welche Öffnungen mit der Umgebungsluft in Verbindung stehen.

STAND DER TECHNIK Solche, auch als Elektro-oder Elektronikschränke bezeichnete Gehäuse finden in der Elektroinstallation, im Elektronikbereich, in der Telekommunikation sowie der Daten- und Netzwerktechnik breite Anwendung. Sie können für Innen-und/oder . Aussenanwendungen vorgesehen sein. Bei einer Aufstellung im Freien sind die Schränke allen möglichen Witterungseinflüssen ausgesetzt, darunter auch intensiver Sonneneinstrahlung. Hierbei kann die Temperatur im Schrankinnenraum Werte erreichen, die den darin enthaltenen, ggf. sehr empfindlichen Baueinheiten nicht zuträglich sind. Dem versucht man einerseits passiv, z. B. durch eine doppelwandige Ausbildung der Aussenwände, andererseits aber auch aktiv durch Kühlung entgegenzuwirken. Bei der aktiven Kühlung ist die einfache Luftkühlung mittels eines von einem Lüfter bzw. Ventilator bewegten Kühlluftstromes die einfachste und kostengünstigte Lösung. Da hierbei die Kühlleistung unter anderem von der Temperatur der eingesetzten Kühlluft abhängt, ist man bestrebt als Kühlluft möglichst kühle Umgebungsluft zu verwenden. Diese wird über meist ein Vielzahl von Lufteintrittsöffnungen in den Gehäusewandungen von aussen angesaugt, entlang der zu kühlenden Baueinheiten geleitet und schliesslich durch den vor einer Luftaustrittsöffnung angeordneten Lüfter nach aussen wieder abgegeben. Der Lüfter erzeugt dabei im Innenraum des. Gehäuses einen zu ihm hin entlang der Kühlluftpfade zunehmenden Unterdruck.

Der Nachteil dieses einfachen Verfahrens besteht darin, dass die Umgebungsluft unter Umständen, vor allem mit Staub, erheblich belastet sein kann, wobei sich diese Belastung wie eine zu hohe Temperatur schädlich auf empfindliche Baueinheiten auswirken kann.

Ist dieser Art der zusätzlichen Belastung je nach Standort und Applikation nicht tolerierbar, ist man gezwungen, sogenannt geschlossene Gehäuse-Systerne einzusetzen, bei welchen die empfindlichen Baueinheiten im Gehäuseinnern auch gegenüber der Umgebungsluft dicht abgeschottet sind. Zur Kühlung muss man hierbei über Wärmetauscher miteinander in Verbindung stehende getrennte Kühlf uftströme (im Innern der Gehäuse sind das Kreisströme) vorsehen oder gar Kühl-bzw.

Klimaaggregate einsetzen, welche jedoch einen hohen Energieverbrauch aufweisen.

Natürlich müssen in diesem Fall die Gehäuse auch ausreichend dicht ausgebildet sein.

Im Vergleich sind geschlossene Systeme gegenüber offen Systemen regelmässig wesentlich aufwendiger und teurer.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG Im Hinblick auf den vorstehend geschilderten Stand der Technik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein schrankartiges Gehäuse der eingangs genannten offenen Bauart anzugeben, welches trotz seiner offenen Bauweise in einfacher Weise den Schutz der in ihm enthaltenen Baueinheiten auch den Belastungen der Umgebungsluft ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch ein schrankartiges Gehäuse, wie es im Patentanspruch 1 gekennzeichnet ist und bei welchem der Lüfter im Bereich der Lufteintrittsöffnung des Innenraumes angeordnet ist und den Innenraum mit einem Überdruck beaufschlagt und bei welchem dem Lüfter in Richtung des Kühl luftstromes ein Filter vorgeordnet ist.

Die Erfindung sieht insofern im Bereich der Lufteintrittsöffnung des Gehäuse- lnnenraumes zunächst ein Filter vor, das Belastungen und Verunreinigung en der Umgebungsluft, inbesondere jedoch Staubpartikel, herausfiltert und zurückhält. Die Erfindung wäre jedoch unvollständig, ohne gleichzeitig auch den Lüfter im Bereich der Lufteintrittsöffnung und damit auch des Filters anzuordnen und dafür zu sorgen, dass dieser das Gehäuse unter stets einen gewissen Überdruck gegenüber der Umgebungsluft hält.. Hierdurch kann nämlich Luft aus der Umgebung auf einem anderem Wege als durch das Filter und durch dieses gereinigt nicht in den Gehäuse- Innenraum, auch nicht durch kleinste Undichtigkeiten desselben, einströmen und zu einer Verunreinung führen. Die im Gehäuse befindliche Luft hat durch ihren Überdruck vielmehr die Tendenz, durch andere Öffnungen des Gehäuses, durch welche sie beim Stand der Technik üblicherweise angesogen wird, aus dem Gehäuse auszutreten. Auf diese Weise sind nach der Erfindung mit Vorteil nicht einmal spezielle Dichtungsmassnahmen an dem Gehäuse erforderlich, zumindest nicht solche von so aufwendiger Art wie bei einem geschlossenen System. Das Gehäuse kann von daher sehr einfach ausgeführt werden.

Gemäss einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Filter in einem Filtergehäuse untergebracht, welches z. B. als Ganzes innerhalb des schrankartigen Gehäuses, inbesondere an einer Seitenwand desselben, von aussen geschützt, durch eine frontseitige Tür dennoch aber gut zugänglich angeordnet werden kann.

Weiter bevorzugt weist das Filtergehäuse eine grossflächige Lufteintrittsöffnung auf und ist mit dieser Lufteintrittsöffnung in Überdeckung mit einer ähnlich grossflächigen Lufteintrittsöffnung des schrankartigen Gehäuses montiert. Zur Ausbildung der Lufteintrittsöffnung des Gehäuses bieten sich inbesondere eine Vielzahl sogenannter Kiemen in einer Gehäusewandung an.

Filter und Lüfter können gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Baueinheit realisiert werden, indem der Lüfter mit in das Filtergehäuse integriert wird.

Als Filter kommt insbesondere ein sogenanntes Membranfilter von der Firma Gore in 85640 Putzbrunn, Deutschland, in Frage, welches auf einer Trägerstruktur aus einem texitlen Gewebe eine Membranschicht mit Mikroporen im um-Bereich aufweist. Durch Zick-Zack-Faltung des Filtermaterials in einen kompakten Block können auf geringem Raum grosse Oberflächen erhalten werden.

Selbstverständlich ist es nicht vermeidbar, dass sich das Filter mit der Zeit mit Staub versetzt, dadurch weniger durchlässig wird und von Zeit zu Zeit ersetzt oder gereinigt werden muss. Da dies bei gegebener Lüfterleistung Einfluss auf den Kühlluftstrom und damit die wirksame Kühlleistung hat, ist es gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, für den Lüfter eine Steuerung vorzusehen, welche seine Leistung in Abhängigkeit von einer geeigneten Messgrösse wie z. B. einer Temperatur im Gehäuse-Innenraum, einer Temperatur-Differenz innen-Aussen, dem Luftdruck im Gehäuse-Innenraum, der Druckdifferenz Innen-Aussen und/oder einem Luft-Durchflusswert steuert. Indem bei anfänglich noch freiem, gut durchgängigen Filter die Lüfterleistung gedrosselt bzw. mit zunehmend weniger gut durchlässigem Filter die Lüfterleistung erhöht wird, lassen sich die Kühlleistung über einen langen Zeitraum annährend konstant halten und die Wartungszyklen sowie die Lebensdauer des Filters und des Lüfters verlängern.

KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen : Fig. 1 ein schrankartiges Gehäuse in Form eines Elektroschranks nach der Erfindung in Ansicht von vorn mit zwei Fronttüren ; Fig. 2 den Elektroschrank von Fig. 1 mit geöffneter rechter Fronttür und mit einem dadurch sichtbaren, an der Innenseite der rechten Seitenwand montierten Filtergehäuse ; Fig. 3 die rechte Seitwand mit dem Filterhäuse im wesentlichen von aussen ; Fig. 4 die rechte Seitwand mit dem Filterhäuse im wesentlichen von innen ; Fig. 5 die rechte Seitenwand wie in Darstellung von Fig. 4, jedoch mit abgenommenen Filterghäuse ; und Fig. 6 die rechte Seitenwand in einem Längsschnitt und mit einer Ausschnittssvergrösserung A.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG Der Elektroschrank 10 ist gemäss Fig. 1 und 2 bezüglich seiner Grundkonstruktion von an sich üblicher Ausbildung und weist z. B. an einem nicht dargestellten Rahmengestell gehaltene Wände sowie ein diese übergreifendes Dach 11 auf. Von den Wänden sind die rechte Seitenwand mit 12 und die linke Seitenwand mit 13 bezeichnet. An seiner Frontseite sind zwei Türen 14 und 15 vorgesehen. Die Wände und das Dach können einschalig oder, wie in Fig. 2 in einem in der linken oberen Schrankecke aufgeschnittenen Bereich dargestellt, doppeischalig ausgebildet sein, wobei sich die Doppelschaligkeit des Daches 11 hier durch ein Zwischendach 11a ein Oberdach 1 1 b ergibt. Inbesondere bei doppelschaliger Ausbildung eignet sich der Elektroschrank 10 auch für eine Aufstellung im Freien.

Durch die in Fig. 2 geöffnet dargestellte rechte Tür 14 sind. einige im Gehäuse- Innenraum beispielhaft dargestellte, Wärme erzeugende Elektro-oder Elektronikbaueinheiten 30 dargestellt, die eine gewisse Kühlung benötigen.

Gekühlt werden die Wärme erzeugenden Baueinheiten 30 mittels eines Kühlluftstromes K, welcher durch wenigstens einen, im dargestellten Beispiel jedoch durch zwei Lüfter 41 erzeugt und aufrechterhalten wird. Die beiden Lüfter 41 sind im unteren Teil eines Filtergehäuses 40 untergebracht, welches auch noch ein Filter 42 beherbergt.

Das Filtergehäuse 40 ist als eine Art einseitig offene Haube ausgebildet und mit seiner offenen Seite innenseitig an der rechten Seitenwand 12 des Elektroschranks montiert, wie dies inbesondere aus den Figuren 3 und 4 ersichtlich ist. Vorzugsweise ist das Filtergehäuse 40 gegen der Seitenwand 12 auch noch abgedichtet. Im Filtergehäuse 40, vorzugsweise jedoch ebenfalls an der Seitenwand 12 sind die beiden Lüfter 41 sowie das Filter 42 befestigt, wie dies aus den Figuren 5 und 6 ersichtlich ist. Das Filtergehäuse 40 erstreckt sich im wesentlichen über die gesamte Höhe sowie auch die Breite der Seitenwand 12 und nutzt so den an den Seitenwand 12 vorhandenen Platz optimal aus. Es kann dadurch auch mit eher geringer Tiefe ausgebildet werden.

Im Filtergehäuse 40 nimmt vorzugsweise das Filter 42 den grössten Teil des verfügbaren Patzes ein, wobei das Filter weiter vorzugsweise Membranfilter der bereits erwähnten Art ist.

In der Seitenwand 12 bzw. in der Innen-12a und in der Aussenwandschale 12b dieser Seitenwand sind in Überdeckung mit dem von dem Filter 42 überdeckten Bereich eine Vielzahl von kiemenartigen Öffnungen 12c ausgebildet, wie dies in der Ausschnittssvergrösserung A von Fig. 6 gut zu erkennen ist. Bei montiertem Filtergehäuse 40 saugen die Lüfter 41 Luft daher von aussen durch die kiemenartigen Öffnungen 12c und durch das Filter 42 an und blasen diese Luft durch Öffnungen 43 im unteren Teil des Filtergehäuses als Kühlluft K in den Gehäuse-Innenraum hinein.

Im Gehäuse-Innenraum strömt die Kühlluft K an den zu kühlenden Baueinheiten 30 entlang und verlässt den Gehäuse-Innenraum anschliessend wieder durch vorzugsweise im oberen Schrankbereich vorgesehene Austrittsöffnungen. Eine dieser Austrittsöffnungen ist in dem erwähnten Zwischendach 11 a im aufgeschnittenen Bereich von Fig. 2 dargestellt und mit 16 bezeichnet. Durch die Öffnung 16 gelangt die Kühlluft zunächst in den Zwischenraum zwischen dem Zwischendach 11a und dem Oberdach 11 b und verlässt diesen schliesslich durch einen seitlich offenen Spalt 17 zwischen dem Zwischen-und dem Oberdach.

Indem die Lüfter 41 im Bereich der Eintrittsöffnung/en der Kühlluft in den Gehäuse- innenraum angeordnet sind, d. h. im gewählten Ausführungsbeispiel vor den Öffnungen 43 des Filtergehäuses 40, ergibt sich im Gehäuse-innenraum mit Vorteil ein gewisser Überdruck gegenüber dem äusseren Luftdruck, was zur Folge hat, dass die Kühlluft an allen anderen Gehäuseöffnungen wie zum Beispiel den beschriebenen Öffnungen 16 und 17 lediglich ausströmen kann. Einströmen kann die Kühlluft umgekehrt nur auf dem Weg durch das Filter 42, in weichem sie vor vor allem von Staubpartikeln gereinigt wird.

44 bezeichnet einen Sensor, welcher über eine Datenleitung mit dem Filtergehäuse und darin mit einer nicht weiter dargestellten Steuerung für die Lüfter 41 verbunden ist.

Bei dem Sensor 43 handelt es sich bevorzugt um einen Temperaturfühler. In Abhängigkeit von dessen Temperatursignal steuert die Steuerung die Lüfter 41 in dem Sinn, dass sie mit steigender Temperatur deren Leistung erhöht. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Lüfter bei neuem, noch sauberem und noch gut durchgängigem Filter mit niedriger Leistung laufen und diese sukzessive erst mit sich zusetzendem Filter erhöht wird, so dass auch dann noch eine bestimmte Temperatur im Gehäuse-Innenraum aufrechterhalten werden kann.

Mit 45 ist noch ein weiterer Sensor bezeichnet, welcher mit der der Aussen-bzw.

Umgebungsluft des Elektroschranks in Verbindung steht und beispielsweise ebenfalls ein Temperatursensor sein kann. In diesem Fall wäre es möglich, die Lüfterleistung alternativ oder zusätzlich über die Tempraturdifferenz Innen/Aussen zu steuern.

Möglich wäre es auch, die Sensoren 44 und/oder 45 als Drucksensoren auszubilden oder Drucksensoren zusätzlich zu Temperatursensoren vorzusehen und durch Verwertung von deren Drucksignal zur Lüftersteuerung beispeilsweise sicherzustellen, dass im Gehäuse-Innenraum stets ein Überdruck gegenüber dem Umgebungsdruck herrscht. Schliesslich könnte zusätzlich oder alternativ auch das Signal eines z. B. im Filtergehäuse 40 noch angeordneten Durchflusssensors 46 zur Lüftersteuerung herangezogen werden.

BEZEICHNUNGSLISTE 10 Elektroschrank 11 Dach 11 a Zwischendach 11 b Oberdach 12 rechte Seitenwand 12a Innenwandschale 12b Aussenwandschale 12c kiemenförmige Öffnungen 13 linke Seitenwand 14,15 Türen 16 Öffnung im Zwischendach 17 Spalt zwischen dem Zwischen-und dem Oberdach 30 Elektro-oder Elektronikbaueinheiten 40 Filtergehäuse 41 Lüfter 42 Filter 43 Öffnungen 44 Sensor 45 weiterer Sensor 46 Durchflussensor K Kühlluft