DE102005011179A1

DE102005011179A1 - Geräteanordnung

Info

Publication number: DE102005011179A1
Application number: DE102005011179A
Authority: DE
Inventors: Martin DÖRRICH; Michael Nicolai
Original assignee: Rittal GmbH and Co KG
Current assignee: Rittal GmbH and Co KG
Priority date: 2005-03-09
Filing date: 2005-03-09
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2025-03-10
Also published as: DE102005011179B4; GB2424126A; GB2424126B; GB0604191D0; US20060225449A1; US7775061B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Geräteanordnung mit einem Aufnahmegehäuse, insbesondere einem Schaltschrank,in dessen Innenraum elektrische Einbauten untergebracht sind, und mit einem Kühlgerät, das über wenigstens einen Lufteinlass und wenigstens eine Ausblasöffnung mit dem Innenraum des Aufnahmegehäuses in luftleitender Verbindung steht, und wobei eine Kühlbetrieb-Überwachungsvorrichtung vorgesehen ist. DOLLAR A Bei einer solchen Geräteanordnung wird eine bedarfsorientierte Steuerung des Kühlbetriebes dann ermöglicht, wenn vorgesehen ist, dass die Kühlbetriebs-Überwachungsvorrichtung einen Eingangs-Temperatursensor aufweist, der die Temperatur der dem Kühlgerät über den Lufteinlass zugeführten zu kühlenden Luft misst, dass ein Ausgangs-Temperatursensor die Temperatur des dem Innenraum des Aufnahmegehäuses über die Ausblasöffnung zugeführte gekühlte Luft misst und dass eine Recheneinheit der Kühlbetrieb-Überwachungsvorrichtung die Differenztemperatur zwischen der vom Eingangs- und Ausgangs-Temperatursensor gemessenen Temperatur ermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Geräteanordnung mit einem Aufnahmegehäuse, insbesondere einem Schaltschrank in dessen Innenraum elektrische Einbauten untergebracht sind und mit einem Kühlgerät, das über wenigstens einen Lufteinlass und wenigstens eine Ausblasöffnung mit dem Innenraum des Aufnahmegehäuses in luftleitender Verbindung steht, und wobei eine Kühlbetrieb-Überwachungsvorrichtung vorgesehen ist.

Eine derartige Geräteanordnung ist aus der DE 197 12 474 bekannt. In diesem Dokument ist ein Kühlgerät beschrieben, das an die Seitenwand eines Schaltschrankes angebaut werden kann. Die Seitenwand weist hierzu zwei Durchbrüche auf. Durch einen dieser Durchbrüche wird warme Schaltschrankluft mittels eines Lüfters angesaugt und einem Wärmetauscher des Kühlgerätes zugeführt.

Die gekühlte Luft kann dann wieder dem Schaltschrank-Innenraum durch den zweiten Durchbruch hindurch zugeführt werden. Die Regelung der Kühlleistung erfolgt üblicher Weise unter Zuhilfenahme eines Temperaturfühlers, der im Innenraum des Schaltschrankes angeordnet ist. Mittels eines Regelkreises kann dann in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur der Betrieb des Kühlgerätes gesteuert werden.

Im Schaltschrank-Innenraum werden häufig empfindliche elektrische Einbauten montiert. Diese müssen im Betrieb kontinuierlich gekühlt werden. Beispielsweise sind Bladserver verwendet, die eine hohe Verlustwärme abführen. Die Bladeserver weisen eine Leitungsstruktur auf, durch die die Kühlluft gefördert werden muss. Herstellerseitig ist dabei die Einblastemperatur in die Leitungsstruktur vorgegeben. Aus Platzgründen wird zunehmend eine hohe Packungsdichte im Schaltschrank-Innenraum gefordert. Dementsprechend beeinflussen sich die elektrischen Einbauten thermisch gegenseitig und es besteht die Gefahr, dass keine ausreichende Versorgung mit Kälteleistung vorliegt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Geräteanordnung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit der eine bedarfsorientierte Steuerung der Kühlleistung möglich wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Kühlbetriebs-Überwachungsvorrichtung einen Eingangs-Temperatursensor aufweist, der die Temperatur der dem Kühlgerät über den Lufteinlass zugeführten zu kühlenden Luft misst, dass ein Ausgangs-Temperatursensor die Temperatur des dem Innenraum des Aufnahmegehäuses über die Ausblasöffnung zugeführte gekühlte Luft misst, und dass eine Recheneinheit der Kühlbetrieb-Überwachungsvorrichtung die Differenztemperatur zwischen der vom Eingangs- und Ausgangs-Temperatursensor gemessenen Temperatur ermittelt.

Mit dieser Anordnung kann über die Differenztemperaturmessung die Erwärmung der Kühlluft beim Durchtritt durch den zu kühlenden elektrischen Einbau erfasst werden. Dabei können Schwellwerte für die Differenztemperatur gebildet werden, bei deren Überschreitung ein unzulässiger Betrieb vorliegt und das Kühlgerät dann nachgeregelt werden muss. Bei dieser Anordnung kann insbesondere dann auch die zulässige Eingangstemperatur eingehalten werden, da die Lufttemperatur vor dem Eintritt in den elektrischen Einbau mit dem Ausgangs-Temperatursensor ermittelt wird. An dieser Stelle sei ausdrücklich erwähnt, dass sowohl der Eingangs- als auch der Ausgangs-Temperatursensor dem Kühlgerät oder dem Innenraum des Schaltschrankes direkt zugeordnet sein können.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Recheneinheit ein zu der Differenztemperatur korrespondierendes Schaltsignal an ein Steuermodul übermittelt und dass das Steuermodul die Kühlleistung des Kühlgerätes in Abhängigkeit von diesem Schaltsignal steuert. Dabei kann die Regulierung der Kühlleistung auf einfache Weise derart gelöst sein, dass das Steuermodul die Drehzahl wenigstens eines Lüfters des Kühlgerätes in Abhängigkeit von dem Schaltsignal steuert. Auf diese Weise wird der Kühlleistungsvolumenstrom erhöht, wobei auch die Eingangstemperatur in den elektrischen Einbau bedarfsweise konstant gehalten werden kann.

Eine kostengünstige Ausgestaltung des Kühlgerätes ergibt sich dann, wenn vorgesehen ist, dass der Lüfter ein Wechselstromlüfter ist, der abhängig von dem vom Steuermodul vorgegebenen Steuerbefehl in fest vorgegebenen Drehzahlstufen betreibbar ist. Die Drehzahlvariation des Wechselstromlüfters kann einfach über verschiedene Stromabgriffe verwirklicht werden. Eine aufwändige Regelelektronik ist dann nicht erforderlich.

Eine bevorzugte Erfindungsalternative sieht vor, dass dem Kühlgerät ein Kühlmedium über eine Vorlaufleitung zu- und dieses über eine Rücklaufleitung abführbar ist, und dass der Fluss des Kühlmediums mittels eines Magnetventils in Abhängigkeit des von dem Ausgangs-Temperatursensor ermittelten Temperatursignals steuerbar ist. Mit dieser Maßnahme kann der Kälteeintrag über das Kühlmittel in das Kühlgerät reguliert werden. Dabei gibt der Ausgangs-Temperatursensor, der auch die Temperatur am Eingang des elektrischen Einbaus erfasst, das Maß des Kälteeintrages vor, damit der zulässige Temperaturbereich am Eingang des elektrischen Einbaus nicht verlassen wird.

Zur Ermittlung der aktuell gekühlten Wärmemenge kann es vorgesehen sein, dass dem Kühlgerät ein Kühlmedium über eine Vorlaufleitung, Zu- und eine Rücklaufleitung abführbar ist, dass der Vorlaufleitung und der Rücklaufleitung je ein Temperatursensor zugeordnet ist, dass eine Recheneinheit ein der Differenztemperatur entsprechendes Differenzsignal bildet, dass dem Kühlgerät oder der Vor- oder der Rücklaufleitung ein Volumenstrommesser zugeordnet ist, und dass die Recheneinheit aus dem Differenzsignal und dem Signal des Volumenstrommessers die Wärmemenge ermittelt und ein der Wärmemenge entsprechendes Signal an eine Anzeigeeinheit übermittelt. Der Benutzer kann diesen Wert mit dem maximal möglichen Leistungsniveau des Kühlgerätes vergleichen. Wenn sich eine Differenz ergibt, besteht noch eine Ausbaureserve und der Benutzer kann entscheiden, ob er noch zusätzlich elektrische Einbauten im Schaltschrank-Innenraum unterbringt.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigen:
1 in perspektivischer Seitendarstellung ein Kühlgerät und
2 eine Geräteanordnung bestehend aus zwei Schaltschränken und dem in 1 dargestellten Klimagerät.
3 in symbolischer Darstellung eine Überwachungseinrichtung zur Steuerung des Kühlgerätebetriebes.
Die 1 zeigt ein Kühlgerät 10 mit einem Rahmengestell. Diese ist aus zwölf Rahmenprofilen 11, 12, 13 zusammengesetzt. Die horizontalen Rahmenprofile 11, 12 bilden einen Boden- und eine Deckrahmen, in deren Eckbereichen die vier querschnittsgleichen vertikalen Rahmenprofile 13 eingeschweißt sind. Der von dem Rahmengestell umgebene Aufnahmeraum ist mittels horizontaler Fachböden 15 in drei Teil-Aufnahmeräume unterteilt. Die Teil-Aufnahmeräume können auf den Rahmengestell-Breitseiten mittels seitlicher Abdeckungen 16 beidseitig überdeckt werden. Die Abdeckungen 16 weisen je einen Lufteinlass 14 und eine Ausblasöffnung 13 auf. Die vorder- und rückseitigen Schmalseiten sowie die Dachseite des Rahmengestelles 15 sind mit geeigneten Blenden überdeckt. Die Fachböden 15 sind an den vertikalen Rahmenprofilen 13 befestigt und dienen zur Aufnahme je eines Kühlmoduls 20. Dabei ist jedes Kühlmodul 20 aus zwei Baueinheiten, einer Wärmetauscher-Einheit 21 und einer Lüftereinheit 24 zusammengesetzt.
Die Wärmetauscher-Einheit 21 weist ein Wärmetauscher-Gerät 25 auf, in das ein Luft-Wasser-Wärmetauscher 22 eingesetzt ist. Das Wärmetauscher-Gehäuse 25 besitzt zwei Ausbasöffnungen 23, die in Flucht zu der Ausblasöffnung 13 der Abdeckung 16 angeordnet werden können.
Die Lüftereinheit 24 besitzt ein Lüfter-Gehäuse 26, das zwei Lüfter 24.1 aufnimmt. Das Lüfter-Gehäuse 26 steht über seine offenen Seiten 27 in luftleitender Verbindung mit den Lufteinlässen 14 der Abdeckungen 16.
Zur Montage des Kühlmoduls 20 wird die Wärmetauscher-Einheit 21 durch die offene Frontseite des Rahmengestelles zwischen den beiden vertikalen Rahmenprofilen 13 auf dem Fachboden 15 in den zugehörigen Teil-Aufnahmeraum eingeschoben bis das Wärmetauscher-Gehäuse 25 an einem Anschlag 18 der Abdeckungen 16 die Einsetzbewegung begrenzt. In gleicher Weise wird von der Rückseite des Rahmengestelles her die Lüftereinheit 24 auf dem als Gleitführung dienenden Fachboden 15 in den Teil-Aufnahmeraum eingeschoben. Der Anschlag 18 begrenzt wieder die Einsetzbewegung.
Das in 1 dargestellte Kühlgerät 10 kann in einer Geräteanordnung, wie sie beispielsweise in 2 gezeigt ist, verbaut werden. Dabei ist das Kühlgerät 10 zwischen zwei Schaltschränken 30 eingebaut. Die Schaltschränke 30 sind in ihrer Bauweise konventionell aufgebaut und weisen ein mit Wandelementen und einer frontseitigen Tür verkleidetes Rahmengestell auf. An den einander zugewandten Schaltschrankseiten ersetzt das Kühlgerät 10 das Wandelement.
Die Schaltschränke 30 sind, wie dies die Zeichnung erkennen lässt, mit je zwei Server-Einheiten (elektrische Einbauten 31) bestückt, die jeweils mehrere Bladeserver aufweisen können. Dabei ist je eine Server-Einheit im Dach- bzw. Bodenbereich des Schaltschrankes 30 angeordnet. Zwischen den beiden Server-Einheiten ist ein Leerraum, der bei Bedarf zur Komplettierung des Innenraumes des Schaltschrankes 30 mit einer dritten Server-Einheit bestückt werden kann. Entsprechend der Belegung des Schaltschrankes 30 nimmt das Kühlgerät 10 zwei Kühlmodule 20 auf. Jedes der Kühlmodule 20 steht über die Lufteinlässe 14 und die Ausblasöffnungen 23 in räumlicher Verbindung mit den Innenräumen beider Schaltschränke 30. Mittels der Lüfter-Einheiten 24 kann Luft im Bereich der Rückseite der Schaltschränke 30 über eine Kanalstruktur der Server-Einheiten in Richtung der Schaltschrank-Tiefe gefördert werden. Diese Luft wird in dem Wärmetauscher 22 der Wärmetauscher-Einheit 21 gekühlt und dann wieder im Bereich der Frontseite der Schaltschränke 30 über die Ausblasöffnungen 13 der Kanalstruktur zugeleitet. Wenn zu einem späteren Zeitpunkt die Schaltschränke 30 mit einer dritten Server-Einheit aufgerüstet werden sollen, kann auch auf einfache Weise ein drittes Kühlmodul 20 im Kühlgerät 10 nachgerüstete werden.
Falls nur in einem Schaltschrank 30 eine Server-Einheit nachgerüstet werden soll, wird zum anderen Schaltschrank 30 hin eine Abdeckung 16 eingebaut, die keinen Luftdurchtritt ermöglicht. Auf diese Weise lassen sich auch sämtliche Teil-Aufnahmeräume jeweils auf die individuellen Einbau-Gegebenheiten im Schaltschrank 30 anpassen.
Das Kühlgerät 10 lässt sich auch alleine mit nur einem Schaltschrank 30 verbauen. Die dem Schaltschrank 30 abgekehrte Kühlgeräte-Seite ist dann mit einer Seitenwand abgeschlossen.
Die 3 zeigt eine Überwachungseinrichtung für das Kühlgerät 10 gemäß den 1 und 2. Die Kühlmodule 20 sowie die Lüfter 24.1 der Lüftereinheiten sind jeweils angedeutet, wobei abweichend zu den 1 und 2 drei Kühlmodule 20 verwendet sind.
Im Luftstrom ist in Strömungsrichtung vor dem Kühlmodul 20 je ein Eingangs-Temperatursensor 40 sowie nach den Kühlmodulen 20 je ein Ausgangs-Temperatursensor 41 angeordnet.
Der Eingangs-Temperatursensor 40 ermittelt die Temperatur des Luftstromes im Bereich des Lufteinlasses, mithin also die Temperatur, die der Luftstrom aufweist, nachdem er den elektrischen Einbau 31 verlassen hat. Der Ausgangs-Temperatursensor 41 ermittelt die Temperatur der gekühlten Luft, nachdem sie die Wärmetauscher-Einheit passiert hat. Mit den von dem Eingangs- und Ausgangs-Temperatursensoren 40, 41 ermittelten Temperaturen wird ein Differenzsignal (Δt) gebildet. Unterschreitet oder überschreitet dieses Differenzsignal einen vorgegebenen Stellenwert, so wird von einer Steuereinheit ein Steuersignal abgegeben, mit dem die Drehzahl der Lüfter 24.1 nachreguliert wird.
Bei einer Unterschreitung wird die Drehzahl zur Erhöhung des Kühlluft-Volumenstromes erhöht. Eine Überschreitung führt zu einer Drehzahlverringerung. Auf diese Weise kann eine energiesparende Anpassung an unterschiedliche Betriebszustände erfolgen. Die Temperatur der Kühlluft, die durch die Ausblasöffnung 13 vor die elektrischen Einbauten 31 geblasen wird, sollte in einem bestimmten Temperaturbereich gehalten werden. Zu tiefe Temperaturen führen zu Kondensationen. Die aus der Luft ausfallende Feuchtigkeit kann zu Schäden an der Elektronik führen. Daher muss die von dem Ausgangs-Temperatursensor 41 ermittelte Temperatur der Luft in einem vorgegebenen Bereich gehalten werden und das Temperatursignal wird hierzu in einer weiteren Steuerfunktion verschaltet, wie dies nachfolgend erläutert wird:
Die Wärmetauscher-Einheiten 21 weisen jeweils einen Luft-Wasser-Wärmetauscher 22 auf. Dieser ist über eine Vorlaufleitung 44 und eine Rücklaufleitung 46 an eine Kühlwasserversorgung angeschlossen. In die Vorlaufleitung 44 ist ein Ventil 45 integriert, mit dem der Durchfluss geregelt werden kann. Im einfachsten, kostengünstigsten Fall ist das Ventil 45 ein Magnetventil mit zwei Schließzuständen. Abhängig von der Temperatur des Ausgangs-Temperatursensors 41 wird das Ventil 45 angesteuert.
Ist die Temperatur zu niedrig, wird die Vorlaufleitung 44 geöffnet und Kühlmittel kann dem Luft-Wasser-Wärmetauscher 21 zufließen. Bein Unterschreitung eines vorgegebenen Temperaturwertes wird die Vorlaufleitung 44 mittels des Ventils 45 geschlossen oder abhängig von der Art des verwendeten Ventils 45 der Kühlmittelfluss reduziert.
Wie die 3 weiter erkennen lässt, ist der Vor- und der Rücklaufleitung 44 und 46 je ein Temperatursensor 43, 47 zugeordnet, der dort die Temperatur des Kühlmittels misst. Aus den erhaltenen Temperatursignalen kann ein Differenzsignal Δt gebildt werden. Weiterhin ist ein Volumenstrommesser 43 verwendet, der den Volumenstrom des Kühlmittels in der Vorlaufleitung 44 ermittelt. Über den formelmäßigen Zusammenhang Q . = ṁ·Δt·cpwkann dann die aktuell gekühlte Wärmemenge ermittelt werden. An einer Anzeigeeinheit kann dies dem Benutzer verdeutlicht werden, so dass dieser entscheiden kann, ob noch eine Kühlreserve vorhanden ist, die gegebenenfalls für zusätzliche elektrische Einbauten 31 genutzt werden kann.

Claims

Geräteanordnung mit einem Aufnahmegehäuse, insbesondere einem Schaltschrank (30) in dessen Innenraum elektrische Einbauten (31) untergebracht sind und mit einem Kühlgerät (10), das über wenigstens einen Lufteinlass (14) und wenigstens eine Ausblasöffnung (13) mit dem Innenraum des Aufnahmegehäuses in luftleitender Verbindung steht, und wobei eine Kühlbetrieb-Überwachungsvorrichtung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlbetriebs-Überwachungsvorrichtung einen Eingangs-Temperatursensor (40) aufweist, der die Temperatur der dem Kühlgerät (10) über den Lufteinlass (14) zugeführten zu kühlenden Luft misst, dass ein Ausgangs-Temperatursensor die Temperatur des dem Innenraum des Aufnahmegehäuses über die Ausblasöffnung (13) zugeführte gekühlte Luft misst, und dass eine Recheneinheit der Kühlbetrieb-Überwachungsvorrichtung die Differenztemperatur zwischen der vom Eingangs- und Ausgangs-Temperatursensor gemessenen Temperatur ermittelt.
Geräteanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit ein zu der Differenztemperatur korrespondierendes Schaltsignal an ein Steuermodul übermittelt und dass das Steuermodul die Kühlleistung des Kühlgerätes (20) in Abhängigkeit von diesem Schaltsignal steuert.
Gerätanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul die Drehzahl wenigstens eines Lüfters (24.1) des Kühlgerätes in Abhängigkeit von dem Schaltsignal steuert.
Geräteanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter (24.1) ein Wechselstromlüfter ist, der abhängig von dem vom Steuermodul vorgegebenen Steuerbefehl in fest vorgegebenen Drehzahlstufen betreibbar ist.
Geräteanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kühlgerät (20) ein Kühlmedium über eine Vorlaufleitung (44), Zu- und eine Rücklaufleitung (46) abführbar ist, und dass der Fluss des Kühlmediums mittels eines Magnetventils (45) in Abhängigkeit des von dem Ausgangs-Temperatursensor (41) ermittelten Temperatursignals steuerbar ist.
Geräteanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kühlgerät (20) ein Kühlmedium über eine Vorlaufleitung (44), Zu- und eine Rücklaufleitung (46) abführbar ist, dass der Vorlaufleitung (44) und der Rücklaufleitung (46) je ein Temperatursensor (42 und 47) zugeordnet ist, dass eine Recheneinheit ein der Differenztemperatur entsprechendes Differenzsignal bildet, dass dem Kühlgerät (20) oder der Vor- oder der Rücklaufleitung (44 und 46) ein Volumenstrommesser (43) zugeordnet ist, und dass die Recheneinheit aus dem Differenzsignal und dem Signal des Volumenstrommessers die Wärmemenge (Q) ermittelt und ein der Wärmemenge entsprechendes Signal an eine Anzeigeeinheit übermittelt.