DE102005011179B4

DE102005011179B4 - Verfahren zum Überwachen des Kühlbetriebes in einer Geräteanordnung mit einem Aufnahmegehäuse, insbesondere einem Schaltschrank und mit einem Kühlgerät

Info

Publication number: DE102005011179B4
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: 2007-07-26
Anticipated expiration: 2025-03-10
Also published as: GB2424126A; GB2424126B; DE102005011179A1; US7775061B2; US20060225449A1; GB0604191D0

Abstract

Verfahren zum Überwachen des Kühlbetriebes in einer Geräteanordnung mit einem Aufnahmegehäuse, insbesondere einem Schaltschrank (30), in dessen Innenraum elektrische Einbauten (31) untergebracht sind und mit einem Kühlgerät (10, 20), das über wenigstens einen Lufteinlass (14) und wenigstens einer Ausblasöffnung (13) mit dem Innenraum des Aufnahmegehäuses in luftleitender Verbindung steht, wobei ein Eingangs-Temperatursensor (40) die Temperatur der über den Lufteinlass (14) zugeführten, zu kühlenden Luft und ein Ausgangs-Temperatursensor (41) die Temperatur der über die Ausblasöffnung (13) ausströmenden, gekühlten Luft misst und wobei mittels einer Rechnereinheit die von dem Eingangs-Temperatursensor (40) und vom Ausgangs-Temperatursensor (41) gemessenen Temperaturen ausgewertet und zur Regelung des Kühlgerätes (10, 20) verwendet werden,
dadurch gekennzeichnet,
dass dem Kühlgerät (10, 20) ein Kühlmedium über eine Vorlaufleitung (44) zugeführt und über eine Rücklaufleitung (46) abgeführt wird,
dass der Vorlaufleitung (44) ein Eingangs-Temperatursensor (42) und der Rücklaufleitung (46) ein Ausgangs-Temperatursensor (47) zugeordnet werden,
dass von der Recheneinheit...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen des Kühlbetriebes in einer 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 einer Ausblasöffnung mit dem Innenraum des Aufnahmegehäuses in luftleitender Verbindung steht, wobei ein Eingangs-Temperatursensor die Temperatur der über den Lufteinlass zugeführten, zu kühlenden Luft und ein Ausgangs-Temperatursensor die Temperatur der über die Ausblasöffnung ausströmenden, gekühlten Luft misst und wobei mittels einer Rechnereinheit die von dem Eingangs-Temperatursensor und vom Ausgangs-Temperatursensor gemessenen Temperaturen ausgewertet und zur Regelung des Kühlgerätes verwendet werden.

Ein derartiges Verfahren ist aus der EP 1 357 778 A2 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird ein sehr großer Aufwand betrieben, um die Kühlleistung automatisch entsprechend den gegebenen Bedingungen im Kühlmittelkreislauf zu regeln. Dies erfordert in der Regel einen hohen Bauteile-Aufwand und darüber hinaus teure und komplizierte Bauteile. Dies zeigen auch die DE 43 309 23 C1 und die DE 696 17 089 T2 .

In der DE 197 12 474 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 geführt 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 Bladserver 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 daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der Eingangs erwähnten Art zu schaffen, das mit einfachen Mitteln die Kühlleistung schafft und dem Benutzer eine Anzeige für die bedarfsorientierte Einstellung der Kühlleistung gibt.

Dies Aufgabe wird bei dem eingangs erwähnten Verfahren einfach dadurch realisiert, dass dem Kühlgerät ein Kühlmedium über eine Vorlaufleitung zugeführt und über eine Rücklaufleitung abgeführt wird, dass der Vorlaufleitung der Eingangs-Temperatursensor und der Rücklaufleitung der Ausgangs-Temperatursensor zugeordnet werden, dass von der Recheneinheit ein Differenzsignal aus den gemessenen Temperaturwerten abgeleitet wird, dass dem Kühlgerät, der Vorlaufleitung oder der Rücklaufleitung ein Volumenstrommesser zugeordnet wird und dass von der Recheneinheit aus dem Differenzsignal der gemessenen Temperaturen und dem Signal des Volumenstrommessers die Wärmemenge entsprechendes Signal an eine Anzeigeeinheit übermittelt wird.

Mit diesem Verfahren wird mit der Differenzmessung der Temperaturen die Erwärmung der Luft bei Durchtritt durch den zu kühlenden Einbau des Schaltschrankes erfasst und mit dem Volumenstrommesswert zusammen die Wärmemenge abgeleitet werden. Dabei können Schwellwerte für das Differenzsignal und das Volumen der Kühlluft vorgegeben und die Wärmemenge angezeigt werden, so dass bei Überschreitung eines unzulässigen oder nicht ausreichenden Kühlbetriebes nachgeregelt werden kann. Der Aufwand für die Überwachung des Kühlbetriebes bleibt dennoch klein.

Ist nach einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass von der Recheneinheit ein dem Differenzsignal entsprechendes Schaltsignal an ein Steuermodul abgegeben wird, mit dem in Abhängigkeit von dem Schaltsignal die Kühlleistung des Kühlgerätes gesteuert wird, dann kann die Kühlleistung in der Regel an die vorliegenden Bedingungen angepasst werden, wobei in einfachsten Falle vorgesehen werden kann, dass mit dem Schaltsignal des Steuermoduls die Drehzahl wenigstens eines Lüfters des Kühlgerätes gesteuert wird.

Beim Einsatz eines Lüfters kann zudem die Ausgestaltung so gewählt werden, dass als Lüfter ein Wechselstromlüfter verwendet wird, dessen Drehzahl in Abhängigkeit von dem Schaltsignal des Steuermoduls in fest vorgegebenen Drehzahlstufen geänder wird.

Ist nach einer Weiterbildung vorgesehen, dass das dem Kühlgerät zugeführte Kühlmedium über ein Magnetventil in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur des Ausgangs-Temperatursensors gesteuert wird, dann kann auch der Kühlmittelstrom auf einfache Weise in die Regelung der Kühlleistung einbezogen werden.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen 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. Dieses ist aus zwölf Rahmenprofilen 11, 12, 13 zusammengesetzt. Die horizontalen Rahmenprofile 11, 12 bilden einen Boden- und eine Deckrahmen, in deren Eckbereichen vier querschnittsgleiche vertikale Rahmenprofile 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 befestigt und dienen zur Aufnahme je eines Kühlmoduls 20. Dabei ist jedes Kühlmodul 20 des Kühlgerätes 10 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 Ausblasöffnungen 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 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 13 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 und 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 Schaltzuständen. Abhängig von der Temperatur des Ausgangs-Temperatursensors 41 wird das Ventil 45 angesteuert.
Ist die Temperatur zu hoch, wird das Ventil 45 in der Vorlaufleitung 44 geöffnet und Kühlmittel kann dem Luft-Wasser-Wärmetauscher 21 zufließen. Bei 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 und 47 zugeordnet, der dort die Temperatur des Kühlmittels misst. Aus den erhaltenen Temperatursignalen kann ein Differenzsignal Δt gebildet werden. Weiterhin ist ein Volumenstrommesser 43 bzw. 48 verwendet, der den Volumenstrom des Kühlmittels in der Vorlaufleitung 44 bzw. Rücklaufleitung 46 ermittelt. Über den formelmäßigen Zusammenhang Q . = m .·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

Verfahren zum Überwachen des Kühlbetriebes in einer Geräteanordnung mit einem Aufnahmegehäuse, insbesondere einem Schaltschrank (30), in dessen Innenraum elektrische Einbauten (31) untergebracht sind und mit einem Kühlgerät (10, 20), das über wenigstens einen Lufteinlass (14) und wenigstens einer Ausblasöffnung (13) mit dem Innenraum des Aufnahmegehäuses in luftleitender Verbindung steht, wobei ein Eingangs-Temperatursensor (40) die Temperatur der über den Lufteinlass (14) zugeführten, zu kühlenden Luft und ein Ausgangs-Temperatursensor (41) die Temperatur der über die Ausblasöffnung (13) ausströmenden, gekühlten Luft misst und wobei mittels einer Rechnereinheit die von dem Eingangs-Temperatursensor (40) und vom Ausgangs-Temperatursensor (41) gemessenen Temperaturen ausgewertet und zur Regelung des Kühlgerätes (10, 20) verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kühlgerät (10, 20) ein Kühlmedium über eine Vorlaufleitung (44) zugeführt und über eine Rücklaufleitung (46) abgeführt wird, dass der Vorlaufleitung (44) ein Eingangs-Temperatursensor (42) und der Rücklaufleitung (46) ein Ausgangs-Temperatursensor (47) zugeordnet werden, dass von der Recheneinheit ein Differenzsignal aus den von den Temperatursensoren (42, 47) gemessenen Temperaturwerten abgeleitet wird, dass dem Kühlgerät (10, 20), der Vorlaufleitung (44) oder der Rücklaufleitung (46) ein Volumenstrommesser (43, 48) zugeordnet wird und dass von der Recheneinheit aus dem Differenzsignal der gemessenen Temperaturen und dem Signal des Volumenstrommessers (43, 48) ein der Wärmemenge (Q) entsprechendes Signal an eine Anzeigeeinheit übermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von der Recheneinheit ein dem Differenzsignal entsprechendes Schaltsignal an ein Steuermodul abgegeben wird, mit dem in Abhängigkeit von dem Schaltsignal die Kühlleistung des Kühlgerätes (10, 20) gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Schaltsignal des Steuermoduls die Drehzahl wenigstens eines Lüfters (24.1) des Kühlgerätes (10, 20) gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Lüfter (24.1) ein Wechselstromlüfter verwendet wird, dessen Drehzahl in Abhängigkeit von dem Schaltsignal des Steuermoduls in fest vorgegebenen Drehzahlstufen geändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Kühlgerät (10, 20) zugeführte Kühlmedium über ein Magnetventil (45) in Abhängigkeit von der ermittelten Temperatur des Ausgangs-Temperatursensors (41) gesteuert wird.