DE29921448U1 - Belüftungsvorrichtung für ein Gehäuse - Google Patents

Belüftungsvorrichtung für ein Gehäuse

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RICHTER, WERDERMANW'&'OERBÄULET"
EUROPEAN PATENT ATTORNEYS · PATENTANWÄLTE EUROPEAN TRADEMARK ATTORNEYS HAMBURG ■ BERLIN
DIPL.-ING. JOACHIM RICHTER · BERLIN DIPL.-ING. HANNES GERBAULET · HAMBURG DIPL-ING. FRANZ WERDERMANN · - 1986
NEUER WALL IO 2O354 HAMBURG <m (040) 34 OO 45/34 OO 56 TELEFAX (O4O) 35 24 15
KURFÜRSTENDAMM IO71 9 BERLIN &bull;S (030) 8 82 74 31 TELEFAX (O3O) S 82 32 IN ZUSAMMENARBEIT MIT MAINITZ & MAINITZ RECHTSANWÄLTE ■ NOTARE
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HAMBURG
P 99532 III 3922
15.12.1999
Anmelder:
Otto Pfannenberg
Elektro-Spezialgerätebau GmbH
Werner-Witt-Straße 1
21035 Hamburg
Titel:
Belüftungsvorrichtung für ein Gehäuse
2 Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Belüftungsvorrichtung mit einem Filterlüfter für ein Gehäuse mit einem Gehäuseinnenraum, insbesondere für ein Gehäuse von Abwärme erzeugenden Bauteilen, einen Elektronikschrank, einen Schaltschrank, ein Gehäusesystem oder ein Computergehäuse, wobei der Filterlüfter derart am Gehäuse angeordnet und ausgebildet ist, dass er einen in einen Gehäuseinnraum gerichteten Luftstrom erzeugt, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei in einem Gehäuse angeordneten Bauteilen, welche entsprechende Abwärme erzeugen, ist es notwendig, die Abwärme aus dem Gehäuse abzuführen und eine Temperatur in dem Gehäuse durch mehr oder weniger starkes Einblasen von Umgebungsluft in den Gehäuseinnenraum mittels des Lüfters zu kontrollieren. Ein bekanntes Beispiel hierfür sind Computergehäuse, wobei hier der Leitsatz gilt, je mehr Kühlung desto besser. Üblicherweise werden derartige Gehäuse mit einem Lüfter versehen, welcher entweder ständig läuft oder von einer Steuerung in Abhängigkeit von einer Temperatur im Gehäuse an- und abgeschaltet wird.
Praktisch alle wärmeerzeugenden Bauteile, wie beispielsweise elektronische Bauteile, haben jedoch nicht nur eine maximale Betriebstemperatur sondern auch eine minimale Betriebstemperatur. Herkömmliche Belüftungseinrichtungen, welche im wesentlichen aus einem Lüfter bestehen, können jedoch eine Temperaturkontrolle in Richtung höhere Temperaturen nicht durchführen, da sie lediglich eine Kühlfunktion aufweisen. Dies kann dann kritisch werden, wenn es aufgrund von niedrigen Umgebungstemperaturen durch die Belüftung zu einer Abnahme der Temperatur im Gehäuse nahe oder unterhalb einer minimalen Betriebstemperatur der Bauteile in dem Gehäuse kommt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Belüftungseinrichtung der obengenannten Art zur Verfügung zu stellen, welche die obengenannten Nachteile beseitigt und eine kompakte Bauweise bei einfacher Herstellbarkeit und Montage erzielt, wobei gleichzeitig eine Temperaturkontrolle verbessert werden soll.
Diese Aufgabe wird durch eine Belüftungsvorrichtung der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst.
Dazu ist es bei einer Belüftungsvorrichtung der o.g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Peltier-Element mit einer ersten Seite umfassend einen ersten Werkstoff und einer zweiten Seite umfassend einen zweiten Werkstoff, welcher einen vom ersten Werkstoff unterschiedlichen Peltierkoeffizienten aufweist, vorgesehen ist, wobei das Peltier-Element derart angeordnet ist, dass die erste Seite im Luftstrom des Filterlüfters derart angeordnet ist, dass der Luftstrom mit die ersten Seite thermische Energie austauscht.
Dies hat den Vorteil, dass mit einer einzigen Einrichtung ohne großen Aufwand sowohl eine Kühlung als auch ein Beheizen eines Gehäusesystems bzw. Schaltschrankes einfach durch Umpolung einer elektrischen Stromversorgung am Peltier-Element durchführbar ist. Dies erzielt eine vollständige Temperaturkontrolle für das Gehäusesystem bzw. den Schaltschrank auch in solchen Betriebssituationen, in denen wechselnde Umgebungseinflüsse abwechselnd ein Beheizen oder Abkühlen des Innenraumes des Gehäusesystems bzw. Schaltschrankes erfordern, ohne dass dazu zwei separate Einrichtungen vorgesehen sein müssen. Ein und dieselbe Einrichtung, nämlich das Peltier-Element, ist wahlweise sowohl Heizung als auch Kühlaggregat.
Vorzugsweise Weitergestaltungen der Belüftungsvorrichtung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Zum Kühlen des Gehäuseinnenraumes ist das Peltier-Element mit einer Stromquelle derart verbunden, dass sich ein Transport von Wärmeenergie von der ersten zur zweiten Seite einstellt, wodurch sich die an der kalten ersten Seite vorbeiströmende Luft abkühlt. Umgekehrt ist zum Beheizen des Gehäuseinnenraumes das Peltier-Element mit einer Stromquelle derart verbunden, dass sich ein Transport von Wärmeenergie von der zweiten zur ersten Seite einstellt, wodurch sich die an der warmen ersten Seite vorbeiströmende Luft erwärmt.
Einen Luftstrom in Form eines bzgl. des Gehäuseinnenraumes geschlossenen Umluftkreislaufes erzielt man dadurch, dass eine Saugseite des Filterlüfters mit dem Gehäuseinnenraum verbunden ist. Alternativ ist die Saugseite des Filterlüfters mit einer Umgebung verbunden.
Zum optimalen Anpassen der Betriebsweise der Belüftungsvorrichtung ist eine Vorrichtung zum Umschalten der Verbindung der Saugseite des Filterlüfters wahlweise mit dem Gehäuseinnenraum oder der Umgebung vorgesehen.
Zum Abführen von Wärmeenergie von dem Peltier-Element beim Kühlen des Gehäuseinnenraumes ist ein zweiter Lüfter derart vorgesehen, dass ein von diesem erzeugter Luftstrom die zweite Seite des Peltier-Elementes umströmt. Beispielsweise ist dabei eine Saugseite des zweiten Lüfters mit dem Gehäuseinnenraum und eine Förderseite des zweiten Lüfters mit der Umgebung verbunden. Dies hat den besondern Vorteil, dass in einer Betriebsphase "Beheizen des Gehäuseinnenraumes", in der die zweite Seite des Peltier-Elementes im Betrieb abkühlt, warme Luft aus dem Gehäuse die zweite Seite des Peltier-Elementes umströmt und somit dem Peltier-Element wärme zugeführt
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wird. Mit anderen Worten wird durch das Peltier-Element ein gewisser Anteil an Wärmeenergie von aus dem Gehäuse ausströmender Luft wieder in das Gehäuse zurückgeführt. Zweckmäßigerweise ist die zweite Seite des Peltier-Elementes stromauf oder stromab des zweiten Lüfters angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist erste Seite des Peltier-Elementes stromab des Filterlüfters angeordnet. Alternativ ist die erste Seite des Peltier-Elementes stromauf des Filterlüfters angeordnet.
Für einen besonders guten und effektiven Wärmeübergang zwischen Luftstrom und jeweiliger Seite des Peltier-Elementes weist die erste und/oder zweite Seite des Peltier-Elementes ein Wärmeleitblech, insbesondere einen Lamellenwärmetauscher, auf, welches in den jeweiligen Luftstrom ragt.
Für eine aktive Kühlung oder Beheizung der zweiten Seite des Peltier-Elementes ist diese mit einem Luft/Wasser-Wärmetauscher verbunden.
Es ist ferner vorgesehen, dass der in den Gehäuseinnenraum gerichtete Luftstrom an einer Seite eines Peltier-Elementes vorbeigeführt wird, wobei das Peltier-Element derart mit Strom versorgt wird, dass diese Seite wahlweise gekühlt oder erwärmt wird.
Dies hat den Vorteil, dass ohne großen Aufwand sowohl eine Kühlung als auch ein Beheizen eines Gehäusesystems bzw. Schaltschrankes einfach durch Umpolung einer elektrischen Stromversorgung am Peltier-Element durchführbar ist. Dies erzielt eine vollständige Temperaturkontrolle für das Gehäusesystem bzw. den Schaltschrank auch in solchen Betriebssituationen, in denen wechselnde Umgebungseinflüsse abwechselnd ein Beheizen oder Abkühlen des Innenraumes des Gehäusesystems bzw. Schaltschrankes erfordern, ohne dass dazu zwei separate Einrichtungen vorgesehen sein müssen. Ein und dieselbe
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Einrichtung, nämlich das Peltier-Element, ist wahlweise sowohl Heizung als auch Kühlaggregat.
So wird beispielsweise die Umpolung des Peltier-Elementes in Abhängigkeit von einer Temperatur des Gehäuseinnenraumes durchgeführt.
Einen Luftstrom in Form eines bzgl. des Gehäuseinnenraumes geschlossenen Umluftkreislaufes erzielt man dadurch, dass der in den Gehäuseinnenraum gerichtete Luftstrom aus dem Gehäuseinnenraum selbst zugeführt wird. Alternativ wird der in den Gehäuseinnenraum gerichtete Luftstrom von einer Umgebung zugeführt.
Zum optimalen Anpassen der Betriebsweise der Belüftungsvorrichtung wird die Zuführung des Luftstromes wahlweise von der Umgebung oder aus dem Gehäuseinnenraum in Abhängigkeit von einer Temperatur im Gehäuseinnenraum gewählt.
Zum Abführen von Wärmeenergie von dem Peltier-Element beim Kühlen des Gehäuseinnenraumes wird eine zweite Seite des Peltier-Elementes von einem zweiten Luftstrom umströmt. Dieser Luftstrom wird beispielsweise aus dem Gehäuseinnenraum zugeführt. Dies hat den besondern Vorteil, dass in einer Betriebsphase "Beheizen des Gehäuseinnenraumes", in der die zweite Seite im Betrieb des Peltier-Elementes abkühlt, warme Luft aus dem Gehäuse die zweite Seite des Peltier-Elementes umströmt und somit dem Peltier-Element wärme zugeführt wird. Mit anderen Worten wird durch das Peltier-Element ein gewisser Anteil an Wärmeenergie von aus dem Gehäuse ausströmender Luft wieder dem Gehäuse zurückgeführt.
Zweckmäßigerweise wird der Luftstrom aus dem Gehäuseinnenraum zugeführt.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen in
Fig. 1 eine erste bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Belüftungseinrichtung in schematischer Schnittansicht Ansicht und
Fig. 2 eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Belüftungseinrichtung in schematischer Schnittansicht Ansicht.
Die in Fig. 1 dargestellte erste bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Belüftungsvorrichtung 100 umfasst ein Grundgehäuse 10, einen Gebläseträger 12, eine Filtermatte 14, ein Gebläse 16 sowie eine erste Seite 18 eines ansonsten nicht näher dargestellten Peltier-Elementes. Das Grundgehäuse 10 ist mittels einer Montagewand 20 an einer Schaltschrankwand 22 befestigt, welche eine Umgebung 24 von einem Gehäuseihnenraum 26 eines ansonsten nicht näher dargestellten Schaltschrankes abtrennt. Ein Träger 28 und ein Einsatz 30 haltern die Filtermatte 14 stromauf des Gebläses 16. Das Gebläse 16 fördert Kühlluft 32 von der Umgebung 24 durch die Filtermatte 14 in den Gehäuseinnenraum 26.
Das Peltier-Element ist dabei derart mit einer Stromquelle verbunden, dass sich gemäß dem bekannten Peltier-Effekt ein Transport von Wärmeenergie von der ersten Seite 18 zu einer in Fig. 1 nicht näher dargestellten zweiten Seite ergibt, so dass sich die erste Seite 18 abkühlt. Die beiden Seiten des Peltier-Elementes bestehen dabei aus Werkstoffen mit unterschiedlichen Peltierkoeffizienten, wie beispielsweise unterschiedlich dotierten Halbleitern. Die an der kalten Seite 18 des Peltier-Elementes vorbeiströmende Kühlluft 32 kühlt sich dabei ab, so dass eine Temperatur im Gehäuseinnenraum 26 abgesenkt bzw. bei Wärme abgebenden Bauteilen im Gehäuseinnenraum 26 konstant gehalten werden kann.
Die sich an der zweiten Seite des Peltier-Elementes ergebende Abwärme ist in geeigneterweise an die Umgebung 24 abzuführen.
Bei der in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Belüftungseinrichtung 200 sind die erste Seite 18 und die zweite Seite 34 des Peltier-Elementes 36 jeweils mit einem Wärmetauscher 38, 40 ausgebildet. Der Wärmetauscher 38 der ersten Seite 18 des Peltier-Elementes 36 ist hierbei als Kühlblech und der Wärmetauscher 40 der zweiten Seite 34 des Peltier-Elementes 36 ist als Luft/Wasser-Wärmetauscher ausgebildet. Bei an das Peltier-Element 36 angelegter elektrischer Spannung 46 kommt es zu einem Transport von Wärmeenergie von der ersten Seite 18 zur zweiten Seite 34 des Peltier-Elementes 36. Hierdurch wird durch Wärmeleitung der Wärmetauscher 38 der ersten Seite 18 des Peltier-Elementes 36 abgekühlt und der Wärmetauscher 40 der zweiten Seite 23 des Peltier-Elementes 36 erwärmt.
Ein zweiter Lüfter 42 saugt Luft 44 aus dem Gehäuseinnenraum 26 durch den Wärmetauscher 40 und führt diese Luft 44 an die Umgebung 24 ab. Auf diese Weise wird im Kühlbetrieb der Belüftungseinrichtung 200 die überschüssige Wärme an der zweiten Seite 34 des Peltier-Elementes 36 abgeführt.
Sofern die Temperatur im Gehäuseinnenraum 26 unter einen vorbestimmten Wert fällt, wird die Spannung 46 am Peltier-Element 36 umgepolt, so dass sich umgekehrte Wärmeverhältnisse ergeben. Somit wird der Wärmetauscher 38 der ersten Seite 18 des Peltier-Elementes 36 erhitzt, während der Wärmetauscher 40 der zweiten Seite 34 des Peltier-Elementes 36 abgekühlt wird. Dadurch wird die vom Gebläse 16 in den Gehäuseinnenraum 26 geförderte Luft 32 beim Vorbeiströmen an dem Wärmetauscher 38 der ersten Seite 18 des Peltier-Elementes 36 erwärmt, so dass dem Gehäuseinnenraum 26 Wärmeenergie zugeführt wird. Dies ist beispielsweise vorteilhaft in solchen Betriebssituationen, in
denen eine niedrige Umgebungstemperatur eine Temperatur im Gehäuseinnenraum 26 unterhalb einen für die in diesem befindliche Bauteil kritischen Wert sinken lassen würde.
Die erfindungsgemäße Belüftungseinrichtung 100, 200 ist nun in der Lage gleichzeitig beide Betriebsarten "kühlen" und "heizen" wahlweise auszuführen, wobei diese verschiednen Betriebsarten ggf. automatisiert gewählt werden. Dies ist besonders in Betriebsumgebungen vorteilhaft, wo sich beispielsweise bei Tag hohe Umgebungstemperaturen einstellen, die eine Kühlung des Gehäuseinnenraumes 26 erforderlich machen, während sich in der Nacht sehr niedrige Umgebungstemperaturen einstellen, welche ein Heizen des Gehäuseinnenraumes 26 erforderlich machen, um jeweils zulässige Betriebstemperaturwerte für Bauteile im Gehäuseinnenraum 26 einzuhalten.
BEZUGSZEICHENLISTE
100,200 Belüftungsvorrichtung
10 Grundgehäuse
12 Gebläseträger
14 Filtermatte
16 Gebläse
18 erste Seite des Peltier-Elementes
20 Montagewand
22 Schaltschrankwand
24 Umgebung
26 Gehäuseinnenraum
28 Träger
30 Einsatz
32 Kühlluft
34 zweite Seite des Peltier-Elementes
36 Peltier-Element
38 Wärmetauscher / Kühlblech
40 Wärmetauscher / Luft/Wasser-Wärmetauscher
42 zweiter Lüfter
44 Luft
46 elektrische Spannung

Claims (17)

1. Belüftungsvorrichtung (100, 200) mit einem Filterlüfter (14, 16) für ein Gehäuse mit einem Gehäuseinnenraum (26), insbesondere für ein Gehäuse von Abwärme erzeugenden Bauteilen, einen Elektronikschrank, einen Schaltschrank, ein Gehäusesystem oder ein Computergehäuse, wobei der Filterlüfter (14, 16) derart am Gehäuse angeordnet und ausgebildet ist, dass er einen in einen Gehäuseinnenraum (26) gerichteten Luftstrom (32) erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Peltier-Element (36) mit einer ersten Seite (18, 38) mit einem ersten Werkstoff und einer zweiten Seite (34, 40) mit einem zweiten Werkstoff, welcher einen vom ersten Werkstoff unterschiedlichen Peltierkoeffizienten aufweist, vorgesehen ist, wobei das Peltier-Element (36) derart angeordnet ist, dass die erste Seite (18, 38) im Luftstrom (32) des Filterlüfters (14, 16) derart angeordnet ist, dass der Luftstrom (32) mit die ersten Seite (18, 38) thermische Energie austauscht.
2. Belüftungsvorrichtung (100, 200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Peltier-Element (36) mit einer Stromquelle (46) derart verbunden ist, dass sich ein Transport von Wärmeenergie von der ersten zur zweiten Seite (18/38, 34/40) oder umgekehrt einstellt.
3. Belüftungsvorrichtung (100, 200) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zum wahlweise Umpolen der Verbindung zwischen Peltier-Element (36) und Stromquelle (46) vorgesehen ist.
4. Belüftungsvorrichtung (100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Saugseite des Filterlüfters (14, 16) mit dem Gehäuseinnenraum (26) oder einer Umgebung (24) verbunden ist.
5. Belüftungsvorrichtung (100, 200) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zum Umschalten der Verbindung der Saugseite des Filterlüfters (14, 16) wahlweise mit dem Gehäuseinnenraum (26) oder der Umgebung (24) vorgesehen ist.
6. Belüftungsvorrichtung (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Lüfter (42) derart vorgesehen ist, dass ein von diesem erzeugter Luftstrom (44) die zweite Seite (34, 40) des Peltier-Elementes (36) umströmt.
7. Belüftungsvorrichtung (200) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Saugseite des zweiten Lüfters (42) mit dem Gehäuseinnenraum (26) und eine Förderseite des zweiten Lüfters (42) mit der Umgebung (24) verbunden ist.
8. Belüftungsvorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Seite (34, 40) des Peltier-Elementes (36) stromauf oder stromab des zweiten Lüfters (42) angeordnet ist.
9. Belüftungsvorrichtung (100, 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Seite (18, 38) des Peltier-Elementes (36) stromauf oder stromab des Filterlüfters (14, 16) angeordnet ist.
10. Belüftungsvorrichtung (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Seite (18/38, 34/40) des Peltier-Elementes (36) ein Wärmeleitblech (38, 30), insbesondere einen Lamellenwärmetauscher, aufweist, welches in den jeweiligen Luftstrom (32, 44) ragt.
11. Belüftungsvorrichtung (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Seite (34, 40) des Peltier-Elementes (36) wärmeleitend mit einem Luft/Wasser-Wärmetauscher (40) verbunden ist.
12. Belüftungsvorrichtung (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der in den Gehäuseinnenraum gerichtete Luftstrom an einer Seite des Peltier-Elementes (36) vorbeigeführt wird, wobei das Peltier-Element (36) derart mit Strom versorgt wird, dass diese Seite wahlweise gekühlt oder erwärmt wird.
13. Belüftungsvorrichtung (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Umpolung des Peltier-Elementes (36) in Abhängigkeit von einer Temperatur des Gehäuseinnenraumes (26) durchgeführt wird.
14. Belüftungsvorrichtung (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der in den Gehäuseinnenraum (26) gerichtete Luftstrom von einer Umgebung oder aus dem Gehäuseinnenraum (26) selbst zugeführt wird.
15. Belüftungsvorrichtung (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung des Luftstromes wahlweise von der Umgebung oder aus dem Gehäuseinnenraum (26) in Abhängigkeit von einer Temperatur im Gehäuseinnenraum (26) gewählt wird.
16. Belüftungsvorrichtung (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Seite des Peltier-Elementes (36) von einem zweiten Luftstrom umströmt wird.
17. Belüftungsvorrichtung nach einem er vorhergehenden Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstrom aus dem Gehäuseinnenraum (26) zugeführt wird.
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