外壳的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及外壳，更具体地，涉及用于恶劣环境条件的外壳。
【背景技术】
[0002]电力电子设备，例如风力发电机、太阳能发电机或电动车辆(例如，公共汽车)在苛刻的室外条件下使用。在室外条件下电力电子设备通常被放置在保护性机壳中，并且室外机壳的结构不密封。然而，在外壳内的电子设备要求温度和湿度保持在一定界限内以便工作。环境应力的等级取决于杂质、温度、相对湿度和材料。
[0003]外部环境不满足最佳操作条件的要求，并且这些条件甚至不可能像在室内建筑物中那样人为形成。变化的室外条件主要指的是促使设备的整体寿命缩短的温度和湿度以及外界的空气污染物。对于电子设备，外部环境的温度和湿度的快速变化导致最坏的情况，例如早晨太阳升起和阵雨之后或当外部空气突然升温或冷却时。
[0004]当室外机壳内部的设备持续接通时，正常情况下似乎不存在湿气的问题，因为内部的热损耗足以保持内部空气比外部空气热。问题主要可能出现在当设备间歇式接通(例如车辆)时或在变化的天气条件下时。相对湿度与昼夜温度波动相反。昼夜相对湿度一般在早上日出时最高，在下午最低。也有一些例外，例如在山坡上，那里由于山谷风，湿度的日常波动可能是相反的情况。相对湿度以所观察到的空气中有多少水蒸气相比于饱和湿度的百分比的形式表示。随着温度升高，相对湿度降低，相应地当温度降低时相对湿度增加。在这种情况下，外壳的内部温度和相对湿度将会相应地变化。此外，外壳内部的温度的变化会引起外壳表面的外部的呼吸(breath)。湿气被吸收进外壳内部进入部件例如印刷电路板和各种塑料表面。
[0005]湿气引起的问题涉及材料或设备的腐蚀和电学性质的变化，这可能引起设备短路和损坏。潮湿的条件必须加以控制或设备必须在停止后再使用前进行调节。关断后由湿气引起的问题必须使用除了持续加热或使用脱水机之外的其他方式解决，因为当由于经济原因关断该设备时，该设备不应用电。
[0006]在封闭空间中，当空气混合并且温度稳定时，出现几乎相同的绝对湿度。当温度降低并且水分子开始冷凝为液体至最冷的表面上时，相对湿度(RH)上升。
[0007]除湿机利用了这一现象。家用除湿机是一种常见的降低空气中的湿气的家用电器。对于不同种类的应用，存在不同种类的除湿机，但所有除湿机都遵循相同的原理。除湿机基于循环通过设备的空气，并且流动空气中的湿气冷凝在使湿气从空气中分离的冷表面上。同样的现象还发生在制冷空气时的空调器中。除湿机是一种昂贵的除湿方法。除湿机的空气过滤器可能堵塞，其将冷凝水收集在水箱中并且必须从外壳中(手动)除去。另外，除湿机配备有吸取外壳空气通过冷却盘管的风扇。如已知的，风扇为易于故障并且需要保养的机电部件。蒸发器由位于除湿器单元的背面的盘管制成。当除湿机运转并且风扇吸取潮湿空气通过盘管时，蒸发器盘管转冷，使空气中的湿气冷凝。如果吹过盘管的空气温度太冷，那么在盘管上的冷凝水会变成冰，最终会危害操作或终止操作(比如，冰箱)。
[0008]额外加热是减少湿气效果的另一常见方式。加热的作用正是基于该热空气可以容纳更多湿气，因此相对湿度下降这一事实。排出空气是防止潮湿空气从周围大气中流入外壳。
[0009]持续活动的电子设备具有一直向周围外壳产生热量的电损耗。外壳内的这种持续升高的温度和与周围空气的直接接触的造成了具有降低的相对湿度的异常区。由于周围空气温度升高而降低的相对湿度将莫里尔图中设备的操作点移动到较干燥的侧并且腐蚀较少。该原理仅在接通加热器的情况下发生，并且即使设备关断时必须始终接通一个或更多个加热器。然而，加热消耗大量的能量，因此设备的效率降低。
[0010]当小型设计存在需求时，主要使用具有佩尔捷类型热栗的电子除湿器。佩尔捷具有低能效(低C0P值)和与正常的家用除湿器同样的问题。这在要求禁止(例如额外的24V)的消耗的地方是不适用的。
[0011]离子膜除湿器采用了特殊的膜作为离子栗来将在分子水平上(氢气和氧气，没有液体水)的湿气转移到设备外壳之外。离子膜除湿机作为一种新技术就低除湿能力而言是昂贵的，这从长远来看这是不利的。良好的可取之处在于离子膜除湿机的用电量小，没有移动部件，这个过程是免维护的，并且水以分子水平被除去(表示没有液体水)。可能从环境中传递的化学气体的使用对膜的影响尚未可知。
[0012]二氧化硅凝胶小球广泛地用作从周围环境中吸收湿气的干燥剂。吸湿性可以是物理或化学性质。材料的物理吸附可以通过溶解、扩散或吸附在材料表面而发生。吸附是基于弱的吸引力(范德华力，静电相互作用)。在干燥剂吸附中，弱力创造的弱键可以通过加热来消除(可逆过程)。
[0013]二氧化硅凝胶是多孔干燥剂，并且水蒸气通过多层吸附和毛细管冷凝来移动。操作的时间取决于环境的湿度和二氧化硅的量。二氧化硅凝胶小球可以仅收集一定量的水。硅胶珠必须放置在电子外壳内部用于减少相对湿度。在未将湿气释放回到电子设备机壳中的情况下，再生所需要的逆转过程是不可能的。
【发明内容】
[0014]本发明的目的是提供一种电子设备的外壳以解决上述问题。本发明的目的是通过其特征在于在独立权利要求中所述的外壳来实现的。本发明的优选实施方案在从属权利要求中公开。
[0015]本发明基于使用包括层状材料或层状结构的外壳的构思。材料或结构的内层由多孔金属形成，并且外层由吸湿性多孔材料形成。层状结构使得湿气能够从外壳传递出。该结构的外层能够保持湿气，并将外壳的外表面的湿气冷凝成水。
[0016]本发明的外壳的优点是，水蒸气和其他湿气通过层状结构从外壳释放。当在外壳内的电子设备产生热量时，外壳内增加的压力推动空气和湿气通过层状结构从外壳排出。当电子设备被再次冷却时，湿气和水蒸气由于层状结构的设计不能够进入外壳。当外壳内的压力不足够高以将空气从外壳排出时，还可以使用风机或风扇以产生所需的压力差。
[0017]当湿气从外壳内除去时，外壳内侧的电子设备腐蚀的风险最小化。在没有任何附加的能量或化学物质而仅使用由电子设备产生的热量的情况下，湿气和水蒸气从外壳去除。根据一个实施方案，产生热量的电子设备是电加热器。当外壳用在恶劣的条件下并且在外壳内的设备不产生足以用于外壳的操作的热量时可以使用这种加热器。
[0018]根据实施方案，外壳是密封的外壳，其中外壳的壁或顶板的至少一部分由层状结构形成。层状结构的表面面积取决于设计偏好。
【附图说明】
[0019]下面将参照附图借助优选实施方案对本发明进行更详细的描述，其中
[0020]图1示出在本发明中使用的层状结构的简化视图。
【具体实施方式】
[0021]根据本发明，外壳至少部分由层状材料3形成。层状材料的内层1由多孔金属形成，并且层状材料的外层2由吸湿性多孔材料形成。因此，适于包围电子设备的外壳至少部分由层状材料3形成，使得多孔金属的层朝向外壳的内部，并且吸湿性多孔材料的层在外壳的外表面上。
[0022]本发明的外壳可以为任意类型或任意尺寸。外壳可以容纳低功率电子设备或兆瓦规模的电子设备。外壳可以为机壳、容器、壳体或在其结构内可适于容纳电子设备的任何其他结构。
[0023]由于外壳至少部分由层状材料3形成，所以外壳以受控的方式提供了自然或人工的呼吸作用。由多孔金属形成的内层1作为外壳的稳定结构材料并且同时作为热导体。例如，多孔金属优选多孔铝、多孔铜、多孔钢或多孔铁。下面使用多孔铝作为合适材料的示例。
[0024]多孔铝将热量传导至外表面，并且将热量通过辐射和传导从外表面移动到周围空气中。内层的优良导热性、热质量和多孔铝的大的内部表面是对于热交换器的有利性质。
[0025]由吸湿性多孔材料形成的外层2优选为陶瓷膜涂层，例如Si02、Ti02、Sn02S ZrO 2陶瓷膜涂层或具有与上述陶瓷涂层相似性质的涂层。
[0026]由于层状材料是多孔的，所以该层也允许通过对流来传递热量。热对流的量可以通过内层1的制造过程进行控制，并且多孔铝作为流量控制层。
[0027]以下将对本发明的操作和层状材料的制造进行更详细的说明。
[0028]在本发明的外壳中所使用的层状材料3的内层1优选为多孔铝，并且通过浇铸来制造。铝是非常坚硬、具有泡沫结构的轻质、导热的和普遍使用的材料。高孔隙率铝在整个表面上是可渗透的。多孔铝制造是标准工艺，并且已用于宽的应用范围中，例如过滤器、消音器和热交换器。
[0029]多孔铝的优点为材料的易成形性。多孔铝可以根据规格来生产，并且因此外壳的设计是自由的。多孔铝还由于浇铸结构而提供了极其坚固的结构和抗变形力。多孔铝的制造技术也符合成本效益。在制造过程中铝连同盐晶体被铸造成期望的形状和尺寸。在铝被冷却之后，盐晶体被洗掉，为铝留下期望的孔隙率。
[0030]铝的孔隙率可以根据设计来选择。在本发明中使用的铝的孔径范围最高达200 μm0由于高体积孔隙率(大的内表面)所以多孔铝适于用作对流热传递中的热交换器。
[0031]在本发明的外壳中所使用的层状材料3的外层2优选由以公知的溶胶-凝胶工