外殼的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及外殼，更具體地，涉及用于惡劣環(huán)境條件的外殼。
【背景技術(shù)】
[0002]電力電子設(shè)備，例如風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽能發(fā)電機(jī)或電動車輛(例如，公共汽車)在苛刻的室外條件下使用。在室外條件下電力電子設(shè)備通常被放置在保護(hù)性機(jī)殼中，并且室外機(jī)殼的結(jié)構(gòu)不密封。然而，在外殼內(nèi)的電子設(shè)備要求溫度和濕度保持在一定界限內(nèi)以便工作。環(huán)境應(yīng)力的等級取決于雜質(zhì)、溫度、相對濕度和材料。
[0003]外部環(huán)境不滿足最佳操作條件的要求，并且這些條件甚至不可能像在室內(nèi)建筑物中那樣人為形成。變化的室外條件主要指的是促使設(shè)備的整體壽命縮短的溫度和濕度以及外界的空氣污染物。對于電子設(shè)備，外部環(huán)境的溫度和濕度的快速變化導(dǎo)致最壞的情況，例如早晨太陽升起和陣雨之后或當(dāng)外部空氣突然升溫或冷卻時(shí)。
[0004]當(dāng)室外機(jī)殼內(nèi)部的設(shè)備持續(xù)接通時(shí)，正常情況下似乎不存在濕氣的問題，因?yàn)閮?nèi)部的熱損耗足以保持內(nèi)部空氣比外部空氣熱。問題主要可能出現(xiàn)在當(dāng)設(shè)備間歇式接通(例如車輛)時(shí)或在變化的天氣條件下時(shí)。相對濕度與晝夜溫度波動相反。晝夜相對濕度一般在早上日出時(shí)最高，在下午最低。也有一些例外，例如在山坡上，那里由于山谷風(fēng)，濕度的日常波動可能是相反的情況。相對濕度以所觀察到的空氣中有多少水蒸氣相比于飽和濕度的百分比的形式表示。隨著溫度升高，相對濕度降低，相應(yīng)地當(dāng)溫度降低時(shí)相對濕度增加。在這種情況下，外殼的內(nèi)部溫度和相對濕度將會相應(yīng)地變化。此外，外殼內(nèi)部的溫度的變化會引起外殼表面的外部的呼吸(breath)。濕氣被吸收進(jìn)外殼內(nèi)部進(jìn)入部件例如印刷電路板和各種塑料表面。
[0005]濕氣引起的問題涉及材料或設(shè)備的腐蝕和電學(xué)性質(zhì)的變化，這可能引起設(shè)備短路和損壞。潮濕的條件必須加以控制或設(shè)備必須在停止后再使用前進(jìn)行調(diào)節(jié)。關(guān)斷后由濕氣引起的問題必須使用除了持續(xù)加熱或使用脫水機(jī)之外的其他方式解決，因?yàn)楫?dāng)由于經(jīng)濟(jì)原因關(guān)斷該設(shè)備時(shí)，該設(shè)備不應(yīng)用電。
[0006]在封閉空間中，當(dāng)空氣混合并且溫度穩(wěn)定時(shí)，出現(xiàn)幾乎相同的絕對濕度。當(dāng)溫度降低并且水分子開始冷凝為液體至最冷的表面上時(shí)，相對濕度(RH)上升。
[0007]除濕機(jī)利用了這一現(xiàn)象。家用除濕機(jī)是一種常見的降低空氣中的濕氣的家用電器。對于不同種類的應(yīng)用，存在不同種類的除濕機(jī)，但所有除濕機(jī)都遵循相同的原理。除濕機(jī)基于循環(huán)通過設(shè)備的空氣，并且流動空氣中的濕氣冷凝在使?jié)駳鈴目諝庵蟹蛛x的冷表面上。同樣的現(xiàn)象還發(fā)生在制冷空氣時(shí)的空調(diào)器中。除濕機(jī)是一種昂貴的除濕方法。除濕機(jī)的空氣過濾器可能堵塞，其將冷凝水收集在水箱中并且必須從外殼中(手動)除去。另外，除濕機(jī)配備有吸取外殼空氣通過冷卻盤管的風(fēng)扇。如已知的，風(fēng)扇為易于故障并且需要保養(yǎng)的機(jī)電部件。蒸發(fā)器由位于除濕器單元的背面的盤管制成。當(dāng)除濕機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)并且風(fēng)扇吸取潮濕空氣通過盤管時(shí)，蒸發(fā)器盤管轉(zhuǎn)冷，使空氣中的濕氣冷凝。如果吹過盤管的空氣溫度太冷，那么在盤管上的冷凝水會變成冰，最終會危害操作或終止操作(比如，冰箱)。
[0008]額外加熱是減少濕氣效果的另一常見方式。加熱的作用正是基于該熱空氣可以容納更多濕氣，因此相對濕度下降這一事實(shí)。排出空氣是防止潮濕空氣從周圍大氣中流入外殼。
[0009]持續(xù)活動的電子設(shè)備具有一直向周圍外殼產(chǎn)生熱量的電損耗。外殼內(nèi)的這種持續(xù)升高的溫度和與周圍空氣的直接接觸的造成了具有降低的相對濕度的異常區(qū)。由于周圍空氣溫度升高而降低的相對濕度將莫里爾圖中設(shè)備的操作點(diǎn)移動到較干燥的側(cè)并且腐蝕較少。該原理僅在接通加熱器的情況下發(fā)生，并且即使設(shè)備關(guān)斷時(shí)必須始終接通一個(gè)或更多個(gè)加熱器。然而，加熱消耗大量的能量，因此設(shè)備的效率降低。
[0010]當(dāng)小型設(shè)計(jì)存在需求時(shí)，主要使用具有佩爾捷類型熱栗的電子除濕器。佩爾捷具有低能效(低C0P值)和與正常的家用除濕器同樣的問題。這在要求禁止(例如額外的24V)的消耗的地方是不適用的。
[0011]離子膜除濕器采用了特殊的膜作為離子栗來將在分子水平上(氫氣和氧氣，沒有液體水)的濕氣轉(zhuǎn)移到設(shè)備外殼之外。離子膜除濕機(jī)作為一種新技術(shù)就低除濕能力而言是昂貴的，這從長遠(yuǎn)來看這是不利的。良好的可取之處在于離子膜除濕機(jī)的用電量小，沒有移動部件，這個(gè)過程是免維護(hù)的，并且水以分子水平被除去(表示沒有液體水)?？赡軓沫h(huán)境中傳遞的化學(xué)氣體的使用對膜的影響尚未可知。
[0012]二氧化硅凝膠小球廣泛地用作從周圍環(huán)境中吸收濕氣的干燥劑。吸濕性可以是物理或化學(xué)性質(zhì)。材料的物理吸附可以通過溶解、擴(kuò)散或吸附在材料表面而發(fā)生。吸附是基于弱的吸引力(范德華力，靜電相互作用)。在干燥劑吸附中，弱力創(chuàng)造的弱鍵可以通過加熱來消除(可逆過程)。
[0013]二氧化硅凝膠是多孔干燥劑，并且水蒸氣通過多層吸附和毛細(xì)管冷凝來移動。操作的時(shí)間取決于環(huán)境的濕度和二氧化硅的量。二氧化硅凝膠小球可以僅收集一定量的水。硅膠珠必須放置在電子外殼內(nèi)部用于減少相對濕度。在未將濕氣釋放回到電子設(shè)備機(jī)殼中的情況下，再生所需要的逆轉(zhuǎn)過程是不可能的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的目的是提供一種電子設(shè)備的外殼以解決上述問題。本發(fā)明的目的是通過其特征在于在獨(dú)立權(quán)利要求中所述的外殼來實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案在從屬權(quán)利要求中公開。
[0015]本發(fā)明基于使用包括層狀材料或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的外殼的構(gòu)思。材料或結(jié)構(gòu)的內(nèi)層由多孔金屬形成，并且外層由吸濕性多孔材料形成。層狀結(jié)構(gòu)使得濕氣能夠從外殼傳遞出。該結(jié)構(gòu)的外層能夠保持濕氣，并將外殼的外表面的濕氣冷凝成水。
[0016]本發(fā)明的外殼的優(yōu)點(diǎn)是，水蒸氣和其他濕氣通過層狀結(jié)構(gòu)從外殼釋放。當(dāng)在外殼內(nèi)的電子設(shè)備產(chǎn)生熱量時(shí)，外殼內(nèi)增加的壓力推動空氣和濕氣通過層狀結(jié)構(gòu)從外殼排出。當(dāng)電子設(shè)備被再次冷卻時(shí)，濕氣和水蒸氣由于層狀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不能夠進(jìn)入外殼。當(dāng)外殼內(nèi)的壓力不足夠高以將空氣從外殼排出時(shí)，還可以使用風(fēng)機(jī)或風(fēng)扇以產(chǎn)生所需的壓力差。
[0017]當(dāng)濕氣從外殼內(nèi)除去時(shí)，外殼內(nèi)側(cè)的電子設(shè)備腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)最小化。在沒有任何附加的能量或化學(xué)物質(zhì)而僅使用由電子設(shè)備產(chǎn)生的熱量的情況下，濕氣和水蒸氣從外殼去除。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，產(chǎn)生熱量的電子設(shè)備是電加熱器。當(dāng)外殼用在惡劣的條件下并且在外殼內(nèi)的設(shè)備不產(chǎn)生足以用于外殼的操作的熱量時(shí)可以使用這種加熱器。
[0018]根據(jù)實(shí)施方案，外殼是密封的外殼，其中外殼的壁或頂板的至少一部分由層狀結(jié)構(gòu)形成。層狀結(jié)構(gòu)的表面面積取決于設(shè)計(jì)偏好。
【附圖說明】
[0019]下面將參照附圖借助優(yōu)選實(shí)施方案對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中
[0020]圖1示出在本發(fā)明中使用的層狀結(jié)構(gòu)的簡化視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]根據(jù)本發(fā)明，外殼至少部分由層狀材料3形成。層狀材料的內(nèi)層1由多孔金屬形成，并且層狀材料的外層2由吸濕性多孔材料形成。因此，適于包圍電子設(shè)備的外殼至少部分由層狀材料3形成，使得多孔金屬的層朝向外殼的內(nèi)部，并且吸濕性多孔材料的層在外殼的外表面上。
[0022]本發(fā)明的外殼可以為任意類型或任意尺寸。外殼可以容納低功率電子設(shè)備或兆瓦規(guī)模的電子設(shè)備。外殼可以為機(jī)殼、容器、殼體或在其結(jié)構(gòu)內(nèi)可適于容納電子設(shè)備的任何其他結(jié)構(gòu)。
[0023]由于外殼至少部分由層狀材料3形成，所以外殼以受控的方式提供了自然或人工的呼吸作用。由多孔金屬形成的內(nèi)層1作為外殼的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)材料并且同時(shí)作為熱導(dǎo)體。例如，多孔金屬優(yōu)選多孔鋁、多孔銅、多孔鋼或多孔鐵。下面使用多孔鋁作為合適材料的示例。
[0024]多孔鋁將熱量傳導(dǎo)至外表面，并且將熱量通過輻射和傳導(dǎo)從外表面移動到周圍空氣中。內(nèi)層的優(yōu)良導(dǎo)熱性、熱質(zhì)量和多孔鋁的大的內(nèi)部表面是對于熱交換器的有利性質(zhì)。
[0025]由吸濕性多孔材料形成的外層2優(yōu)選為陶瓷膜涂層，例如Si02、Ti02、Sn02S ZrO 2陶瓷膜涂層或具有與上述陶瓷涂層相似性質(zhì)的涂層。
[0026]由于層狀材料是多孔的，所以該層也允許通過對流來傳遞熱量。熱對流的量可以通過內(nèi)層1的制造過程進(jìn)行控制，并且多孔鋁作為流量控制層。
[0027]以下將對本發(fā)明的操作和層狀材料的制造進(jìn)行更詳細(xì)的說明。
[0028]在本發(fā)明的外殼中所使用的層狀材料3的內(nèi)層1優(yōu)選為多孔鋁，并且通過澆鑄來制造。鋁是非常堅(jiān)硬、具有泡沫結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)、導(dǎo)熱的和普遍使用的材料。高孔隙率鋁在整個(gè)表面上是可滲透的。多孔鋁制造是標(biāo)準(zhǔn)工藝，并且已用于寬的應(yīng)用范圍中，例如過濾器、消音器和熱交換器。
[0029]多孔鋁的優(yōu)點(diǎn)為材料的易成形性。多孔鋁可以根據(jù)規(guī)格來生產(chǎn)，并且因此外殼的設(shè)計(jì)是自由的。多孔鋁還由于澆鑄結(jié)構(gòu)而提供了極其堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)和抗變形力。多孔鋁的制造技術(shù)也符合成本效益。在制造過程中鋁連同鹽晶體被鑄造成期望的形狀和尺寸。在鋁被冷卻之后，鹽晶體被洗掉，為鋁留下期望的孔隙率。
[0030]鋁的孔隙率可以根據(jù)設(shè)計(jì)來選擇。在本發(fā)明中使用的鋁的孔徑范圍最高達(dá)200 μm0由于高體積孔隙率(大的內(nèi)表面)所以多孔鋁適于用作對流熱傳遞中的熱交換器。
[0031]在本發(fā)明的外殼中所使用的層狀材料3的外層2優(yōu)選由以公知的溶膠-凝膠工