DE10023054B4

DE10023054B4 - Schaltschrankkühlgerät

Info

Publication number: DE10023054B4
Application number: DE10023054A
Authority: DE
Inventors: Markus Dipl.-Ing. Pucel
Original assignee: PUCEL THERMODYNAMIK GmbH
Current assignee: Pucel Thermodynamik 03205 Calau De GmbH
Priority date: 2000-02-24
Filing date: 2000-05-11
Publication date: 2008-08-07
Anticipated expiration: 2020-05-12
Also published as: DE20003397U1; DE10023054A1

Abstract

Schaltschrankkühlgerät mit einem geschlossenen Kältemittelkreislauf, der einen Verdichter (1), einen Verflüssiger, ein Drosselorgan und einen Verdampfer umfasst, und mit einem Luft-Wärmetauscher (4) zur Abkühlung der im Inneren des Schaltschrankes befindlichen Luft, gekennzeichnet durch einen von dem Kältemittelkreislauf separaten Wasserkreislauf, der einerseits mit dem Luft-Wärmetauscher (4) und andererseits – über einen Plattenwärmetauscher (3) – mit dem Kältemittelkreislauf verbunden ist, derart, dass die im Inneren des Schaltschrankes befindliche Luft nur mit dem Wasserkreislauf in Berührung kommt, wobei das in dem Kältemittelkreislauf zirkulierende Kältemittel Isobutan ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltschrankkühlgerät mit einem geschlossenen Kältemittelkreislauf, der einen Verdichter, einen Verflüssiger, ein Drosselorgan und einen Verdampfer umfasst, und mit einem Luft-Wärmetauscher zur Abkühlung der im Inneren des Schaltschrankes befindlichen Luft.
Ein solches Schaltschrankkühlgerät ist beispielsweise aus der DE 37 14 727 A1 bekannt. Das aus dem Stand der Technik bekannte Schaltschrankkühlgerät dient zum Kühlen von elektrischen und elektronischen Bauteilen, die sich in einem geschlossenen Schrank befinden. Hierzu weist das bekannte Schaltschrankkühlgerät einen Kompressor (Verdichter), einen Kondensator (Verflüssiger), ein Drosselorgan und einen Verdampfer auf. Mittels eines Ventilators wird bei dem vorbekannten Schaltschrankkühlgerät die innerhalb des Schaltschrankes befindliche Luft den Wärmetauschflächen eines entsprechenden Luft-Wärmetauschers zugeführt. Wie dies bei Schaltschrankgeräten allgemein üblich ist, weist das vorbekannte Gerät einen (kalten) Erstbereich, der mit dem Innenraum des Schaltschrankes in Verbindung steht, und einen (warmen) Zweitbereich, in welchem sich der Kondensator befindet, auf.
Schaltschrankkühlgeräte der zuvor beschriebenen Art werden aus sicherheitstechnischen Gründen üblicherweise mit dem Kältemittel R 134a betrieben. Dieses Kältemittel kommt beispielsweise auch in Haushaltskühlschränken zur Kühlung von Lebensmitteln zum Einsatz.
Nachteilig ist, dass sich bei Verwendung des Kältemittels R 134a bei hohen Umgebungstemperaturen ein sehr schlechter Wirkungsgrand ergibt. Bei hohen Umgebungstemperaturen von mehr als 50°C, wie sie beispielsweise in Stahlwerken oder anderen industriellen Umgebungen anzutreffen sind, sind Schaltschrankkühlgeräte der üblichen Art nicht mehr einsetzbar. Bei derartig hohen Umgebungstemperaturen erfolgt eine effektive Kühlung nicht mehr. Die Temperatur im Inneren des Schaltschrankes steigt an, so dass es früher oder später zum Ausfall der in dem Schaltschrank befindlichen elektrischen oder elektronischen Komponenten kommt.
Weitere Nachteile des Kältemittels R 134a sind, dass es den Treibhauseffekt fördert, es bereits bei 101°C zersetzt wird und es extrem hohe Drücke aufbaut. Da Schaltschrankkühlgeräte nach DIN 3168 und EN 814 auch bei einer Außentemperatur von 50°C noch funktionieren müssen, muss die Kondensationstemperatur des Kältemittels entsprechend hoch liegen. Ansonsten kann keine Wärmeabgabe an die Umgebung erfolgen. Wenn die Kondensationstemperatur beispielsweise bei 60°C liegt, erreicht das Kältemittel R 134a eine Verdichtungsendtemperatur von mehr als 99°C. Diese Temperatur liegt nur wenig unterhalb der Temperatur, bei welcher die Zersetzung des Kältemittels einsetzt.
Aus der DE 196 53 244 A1 ist eine Kälteanlage zur Erzeugung besonders tiefer Temperaturen von bis zu minus 125°C bekannt. Die vorbekannte Kälteanlage umfasst mehrere Kältemittelkreisläufe, die über Wärmetauscher miteinander verbunden sind. Als Kältemittel für die verschiedenen Kältemittelkreisläufe werden bei der bekannten Anlage Trifluormethan, Tetrafluormethan sowie eine Pentafluorethan/Trifluorethan-Mischung vorgeschlagen.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Schaltschrankkühlgerät bereitzustellen, das eine effektive Kühlung der im Inneren des Schaltschrankes befindlichen Luft auch bei Umgebungstemperaturen von mehr als 50°C ermöglicht.
Diese Aufgabe löst die Erfindung ausgehend von einem Schaltschrankkühlgerät der eingangs genannten Art durch einen von dem Kältemittelkreislauf separaten Wasserkreislauf, der einerseits mit dem Luft-Wärmetauscher und andererseits – über einen Plattenwärmetauscher – mit dem Kältemittelkreislauf verbunden ist, derart, dass die im Inneren des Schaltschrankes befindliche Luft nur mit dem Wasserkreislauf in Berührung kommt, wobei das in dem Kältemittelkreislauf zirkulierende Kältemittel Isobutan ist.
Das erfindungsgemäße Schaltschrankkühlgerät' zeichnet sich durch einen von dem Kältemittelkreislauf separaten Wasserkreislauf aus, der einerseits mit dem Luft-Wärmetauscher und andererseits – über den Plattenwärmetauscher mit dem Kältemittelkreislauf verbunden ist. Wesentlich ist dabei, dass die im Inneren des Schaltschranks befindliche Luft nur mit dem Wasserkreislauf, nicht aber mit dem Kältemittelkreislauf, in dem das flüchtige und leicht brennbare Kältemittel R 600a (Isobutan) zirkuliert, in Berührung kommt.
Das erfindungsgemäße Schaltschrankkühlgerät arbeitet auf der Grundlage zweier getrennter Kreisläufe. Der Wasserkreislauf innerhalb des Schaltschrankes arbeitet mit Wasser oder mit einer ebenfalls nicht brennbaren Wasser/Glykol-Mischung. Der Kältemittelkreislauf, der sich einschließlich des Plattenwärmetauschers außerhalb des Schaltschrankes befindet, enthält das leicht entzündliche Isobutan. Beide Kreisläufe sind über den Plattenwärmetauscher miteinander verbunden. Dieser befindet sich im Geräteteil außerhalb des Schaltschrankes, so dass in keinem Fall brennbares Kältemittel R 600a in den Schaltschrank gelangen kann.
Durch die Erfindung wird ein Schaltschrankkühlgerät bereitgestellt, das die einschlägigen Normen auch unter schlechten Bedingungen erfüllt. Das erfindungsgemäße Schaltschrankkühlgerät kann problemlos bei bis zu 75°C Außentemperatur eingesetzt werden. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Schaltschrankkühlgerätes ist, dass dieses ohne weiteres mit brennbaren Kältemitteln betrieben werden kann, da ein Eindringen von Kältemittel in den Schaltschrank ausgeschlossen ist. Das erfindungsgemäße Schaltschrankkühlgerät ist auch in aggressiven Atmosphären funktionsfähig.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
1 geschnittene Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Schaltschrankkühlgerät.
Bei dem in der 1 dargestellten Schaltschrankkühlgerät läuft das Kältemittel R 600a in einem geschlossenen Kreislauf stetig ohne Stoffverbrauch um und unterliegt dabei verschiedenen Zustandsänderungen. Kältemitteldampf wird bei niedrigem Druck und tiefer Temperatur durch den Verdichter 1 angesaugt und auf einen höheren Druck gebracht. Danach erfolgt im Verflüssiger 2 zunächst eine Enthitzung des bei der Verdichtung stark erwärmten Kältemitteldampfes und anschließend die Verflüssigung bei hohem Druck. Im Anschluss daran wird das Kältemittel gedrosselt. Die Drosselung ist mit einer Druck- und Temperaturabnahme verbunden. Das Kältemittel wird nun in einem Kleinstplattenwärmetauscher 3 verdampft. Die dafür nötige Verdampfungswärme wird nicht direkt dem Schaltschrankinneren entzogen. In dem Plattenwärmetauscher 3 wird Wasser oder ein Wasser/Glykol-Gemisch abgekühlt. Das Kältemittel wird nun wieder vom Verdichter 1 angesaugt und verdichtet, der Kreislauf beginnt von neuem.
Das mittels des Plattenwärmetauschers 3 abgekühlte Wasser (oder Wasser/Glykol-Gemisch) wird mittels einer in der Zeichnung nicht näher dargestellten Kleinstpumpe in einen als Luft-Wärmetauscher dienenden Lamellenwärmetauscher 4 gepumpt. Durch einen Ventilator 5 wird Luft aus dem in der Zeichnung nicht näher dargestellten Schaltschrank angesaugt und über den Wärmetauscher 4 geblasen. Dabei findet ein Wärmeübergang von der Luft an das Wasser statt. Die Luft wird abgekühlt und in den Schaltschrank befördert.
Zur Wärmeabfuhr an die Umgebung weist das in der 1 dargestellte Schaltschrankkühlgerät einen weiteren Ventilator 6 auf. Das gesamte Schaltschrankkühlgerät ist in ein Gehäuse 7 integriert.
Da bei dem erfindungsgemäßen Schaltschrankkühlgerät die Schaltschrankluft nur mit dem Wasserkreislauf in Berührung kommt, ist es unmöglich, dass brennbares Kältemittel in das Schaltschrankinnere gelangt.
Das verwendete Kältemittel, R 600a (Isobutan) baut nur vergleichsweise geringe Drücke auf, so dass es möglich ist, das Gerät bei Temperaturen über 50°C zu betreiben.
Zum Schutz gegen aggressive Atmosphären und starke Verschmutzungen am Einsatzort des Gerätes kann der Verflüssiger 2 beschichtet sein. Dies erhöht die Lebensdauer nicht unerheblich.

1: Verdichter
2: Verflüssiger
3: Kleinstplattenwärmetauscher
4: Lamellen-Wärmetauscher
5: Ventilator
6: Ventilator
7: Gehäuse

Claims

Schaltschrankkühlgerät mit einem geschlossenen Kältemittelkreislauf, der einen Verdichter (1), einen Verflüssiger, ein Drosselorgan und einen Verdampfer umfasst, und mit einem Luft-Wärmetauscher (4) zur Abkühlung der im Inneren des Schaltschrankes befindlichen Luft, gekennzeichnet durch einen von dem Kältemittelkreislauf separaten Wasserkreislauf, der einerseits mit dem Luft-Wärmetauscher (4) und andererseits – über einen Plattenwärmetauscher (3) – mit dem Kältemittelkreislauf verbunden ist, derart, dass die im Inneren des Schaltschrankes befindliche Luft nur mit dem Wasserkreislauf in Berührung kommt, wobei das in dem Kältemittelkreislauf zirkulierende Kältemittel Isobutan ist.
Schaltschrankkühlgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Luft-Wärmetauscher (4) ein Lamellenwärmetauscher ist.
Schaltschrankkühlgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf zur Wärmeabgabe an die Umgebung einen Lamellenwärmetauscher (2) aufweist.
Schaltschrankkühlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verflüssiger eine Beschichtung zum Schutz gegen Schmutz, Verstopfung oder Korrosion aufweist.
Schaltschrankkühlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Wasserkreislauf ein Wasser/Glykol-Gemisch zirkuliert.
Schaltschrankkühlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Ventilator (5), mittels welchem die im Inneren des Schaltschrankes befindliche Luft über den Luft-Wärmetauscher (4) geblasen wird.
Schaltschrankkühlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserkreislauf eine Kleinstpumpe umfasst.