DE102012020229A1

DE102012020229A1 - Schaltanlagenbelüftungsanordnung sowie elektrische Schaltanlage

Info

Publication number: DE102012020229A1
Application number: DE201210020229
Authority: DE
Inventors: Alexander Graf; Bernhard Gölz
Original assignee: ABB AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2014-04-17

Abstract

Der Anmeldungsgegenstand betrifft eine Schaltanlagenbelüftungsanordnung zur Kühlung und/oder Belüftung einer elektrischen Schaltanlage, insbesondere einer Niederspannungsschaltanlage (1), welche Schaltanlage einen Schaltschrank (4) mit einem Schaltschrankgehäuse sowie wenigstens zwei Einschubelemente (2a, b, c, d, e, 22a, b, c, d, e) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schaltschrankgehäuse zumindest eine Zu- (3a, 23a) und eine Abluftöffnung (3b, 23b) vorgesehen ist, dass die Einschubelemente (2a, b, c, d, e, 22a, b, c, d, e) zueinander vertikal beabstandet angeordnet sind und im Freibereich (6a, b, c, d) zwischen jeweils zwei Einschubelementen (2a, b, c, d, e, 22a, b, c, d, e) zumindest ein Leitungsmittel (7a, b, c, d, 27a, b, c, d) vorgesehen und angeordnet ist, mit welchem die durch die wenigstens eine Zuluftöffnung (5a) eintretende kühlende Zuluft dem jeweiligen Einschubelement (2a, b, c, d, 22a, b, c, d) in Einbaulage von Unten zugeführt oder zugeleitet wird, und vom jeweiligen Einschubelement (2b, c, d, e, 22b, c, d, e) erwärmte Abluft nach Oben abgeführt und der Abluftöffnung (5b) zugeleitet wird, wobei im Zwischen- oder Freibereich (6a, b, c, d) zwischen jeweils zwei Einschubelementen (2a, b, c, d, e, 22a, b, c, d, e) die dem einen Element (2a, b, c, d, 22a, b, c, d) zugeführte kühlende Zuluft durch das jeweilige Leitungsmittel (7a, b, c, d) thermisch und/oder strömungstechnisch von der vom jeweils anderen Element (2b, c, d, e, 22b, c, d, e) abgegebenen erwärmten Abluft getrennt ist und eine Ver- oder Durchmischung beider Strömungen im Zwischen- oder Freibereich (6a, b, c, d) zwischen jeweils zwei Elementen vermieden und unterbunden ist. Des Weiteren betrifft der Anmeldungsgegenstand noch eine Schaltanlage (1), insbesondere eine Niederspannungsschaltanlage, mit einer solchen Schaltanlagenbelüftungsanordnung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltanlagenbelüftungsanordnung zur Belüftung und/oder Kühlung einer elektrischen Schaltanlage, insbesondere einer Niederspannungsschaltanlage, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Darüber hinaus umfasst die Erfindung auch eine elektrische Schaltanlage mit einer solchen Anordnung.
Eine elektrische Schaltanlage umfasst in aller Regel einen oder mehrere Schaltschränke, insbesondere in Einsteck- oder Einschubtechnik gehaltene Schaltschränke, welche einen Rahmen aus Profilstäben aufweisen, welche von damit verbundenen Wänden, wie Seitenwänden, einer Rückwand, einer Deckwand und einer Bodenwand abgeschlossen sind. Innerhalb der Schaltanlage und insbesondere des jeweiligen Schaltschrankes, der mittels wenigstens einer Tür von außen verschließbar ist, befinden sich in unterschiedlichen Ebenen liegende Einschübe oder Einschubmodule, auf denen selbst wiederum elektrische Geräte, wie beispielsweise Steuer-, Schalt- und Regelgeräte, insbesondere für Motorkontrollcenter, Leistungsschalter, Frequenzumrichter, Blindleistungskompensation und dergleichen, aufgebracht sind.
Diese Geräte sowie die damit bestückten Einschübe oder Einschubmodule erzeugen Wärme, die die Luft innerhalb des Schaltschrankes und der jeweiligen Schaltanlage derart erwärmen, dass sich eine thermische Konvektionsströmung innerhalb des jeweiligen Schaltschrankes der Schaltanlage ausbildet. Zur Vermeidung von Wärmestaus und Überhitzung der jeweiligen Geräte sowie damit einhergehende Schäden ist eine entsprechende Belüftung und/oder Kühlung der jeweiligen Schaltanlage vorzusehen.
Es ist bekannt, dass für die Kühlung der jeweiligen Module oder Einschübe, insbesondere im Niederspannungsbereich vorzugsweise das Prinzip der natürlichen Konvektion und damit der passiven Kühlung eingesetzt wird, wobei sich der Abluftstrom ohne den Einsatz zusätzlicher elektrischer Geräte und Einrichtungen beziehungsweise ohne zusätzliche Aufwendung an elektrischer Energie ausbildet. Als zusätzliche Maßnahme zur Verbesserung der passiven Kühlung werden oftmals Lüftungsschlitze in das Gehäuse eingebracht um den Luftdurchsatz durch das Gehäuse und den eigentlichen Schrank der jeweiligen Schaltanlage, insbesondere der jeweiligen Niederspannungsschaltanlage, zu erhöhen und zu verbessern.
Die Kühlleistung hängt dabei vornehmlich von der Temperaturdifferenz zwischen den betriebswarmen Modulen und/oder Einschüben und der kühlenden Luft, der Durchflussgeschwindigkeit der kühlenden Luft und von der Größe der angeströmten Oberfläche der jeweils zu kühlenden Module und Einschübe ab.
Muß die Kühlleistung weiter gesteigert werden, so werden für Schaltschränke mit vergleichsweise großer Abwärmeleistung, wobei die Wärmeleistung vom Leistungsverhalten und dem Wärmeumsatz der jeweilig eingesetzten und bestückten Module beziehungsweise Schaltschrankmodule oder Einschübe abhängt, zusätzliche aktive Kühl- oder Belüftungsgeräte eingesetzt und eine demgemäß aktive Kühlung vorgesehen. Diese zusätzlichen Kühlgeräte benötigen im Gegensatz zur passiven Kühlung nachteilig jedoch zusätzliche Energie und sind aufgrund ihrer zahlreichen mechanischen sowie elektrischen Verschleißteile sowohl reparatur- als auch störanfälliger und damit wartungsintensiver.
Insbesondere scheinen die bis dato bekannten Kühlanordnungen und demgemäß vorsehbaren Belüftungsarten jedoch nur bedingt geeignet, mehrere seriell übereinander angeordnete Einschübe oder Schaltschrankmodule, gleichmäßig und effizient zu Kühlen, denn die Luft beziehungsweise der Luftstrom, der vornehmlich zur Kühlung und zur Wärmeabfuhr eingesetzt ist, wird nur anteilig durch Konvektion nacheinander durch alle Module und Einschübe hindurch wandern und dabei durch den jeweiligen Luft- oder Strömungswiderstand der einzelnen Module oder Einschübe abgebremst und durch den Wärmeumsatz oder die Wärmeabgabe der einzelnen Module oder Einschübe beziehungsweise ihrer Geräte schrittweise aufgeheizt werden.
Dadurch wird die ursprüngliche Kühlleistung von Modul oder Einschub zu Modul oder Einschub stetig vermindert, was in Folge zu einer weiteren Aufheizung der Module oder der Einschübe führen kann, da deren Wärmeentwicklung oder -abgabe vergleichsweise stark differieren kann.
Ein weiterer Teil des zur Verfügung stehenden Luftstromes wird um die Module oder Einschübe herum beziehungsweise seitlich an diesen vorbei geführt. Speziell die Kühlung der Module oder Einschübe im oberen Feld- oder Schrank- beziehungsweise Schaltanlagenabschnitt ist somit nur noch bedingt bis gar nicht mehr gegeben, was eine Verschlechterung der Gesamtkühlleistung und letztlich eine Überhitzung und nachhaltige Beschädigung zumindest einzelner Module oder Einschübe der insbesondere Niederspannungsschaltanlage und damit eine Funktionsbeeinträchtigung oder gar einen Funktionsausfall der Schaltanlage zur Folge haben kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine verbesserte wenn auch gleichzeitig möglichst verschleiß- und wartungsarme Möglichkeit zur Belüftung sowie Kühlung einer Schaltanlage sowie der jeweilig eingesetzten Schaltanlagenmodule oder Einschübe anzugeben, welche einer Überhitzung und letztlich Beschädigung sowohl der einzelnen Module oder Einschübe aber auch der gesamten Anlage effizient entgegenwirkt.
Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch eine Schaltanlagenbelüftungsanordnung, insbesondere eine Niederspannungsschaltanlagenbelüftungsanordnung, zur Belüftung und/oder Kühlung einer elektrischen Schaltanlage, insbesondere einer Niederspannungsschaltanlage, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schaltanlagenbelüftungsanordnung sowie eine Schaltanlage mit einer solchen Belüftungsanordnung sind in weiteren Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben.
Die vorgenannte erfindungsgemäße Schaltanlagenbelüftungsanordnung zur Kühlung und/oder Belüftung einer elektrischen Schaltanlage, insbesondere einer Niederspannungsschaltanlage, wobei die Schaltanlage einen Schaltschrank mit einem Schaltschrankgehäuse sowie wenigstens zwei Einschubelemente aufweist, zeichnet sich dadurch aus, dass in dem Schaltschrankgehäuse zumindest eine Zu- und eine Abluftöffnung vorgesehen ist, dass die Einschubelemente zueinander vertikal beabstandet angeordnet sind und im dadurch gebildeten Frei- oder Zwischenbereich zwischen jeweils zwei Einschubelementen zumindest ein strömungstechnisches Leitungsmittel vorgesehen und derart angeordnet ist, dass die durch die wenigstens eine Zuluftöffnung eintretende kühlende Zuluft dem jeweiligen Einschubelement in Einbaulage von Unten zugeführt oder zugeleitet wird, und vom jeweiligen Einschubelement erwärmte Abluft nach Oben abgeführt und der Abluftöffnung zugeleitet wird und im Zwischen- oder Freibereich zwischen jeweils zwei Einschubelementen die dem einen Element zugeführte kühlende Zuluft durch das Leitungsmittel thermisch und/oder strömungstechnisch von der vom jeweils anderen Element abgegebenen erwärmten Abluft getrennt ist und eine Ver- oder Durchmischung beider Strömungen im Zwischen- oder Freibereich zwischen jeweils zwei Elementen vermieden und unterbunden ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind Einschübe und/oder Schaltanlagenmodule derart zueinander beabstandet angeordnet, dass zwischen ihnen jeweils ein spaltartiger Zwischenbereich gebildet ist.
In einer weiteren Ausführung ist vorsehbar, dass das Schaltanlagen- oder Schaltschrankinnere über die zumindest eine Zuluftöffnung mit kühlender Luft versorgt und/oder beaufschlagt ist oder wird und wenigstens ein erster Strömungsbereich als Zuluft- oder Kaltluftbereich ausgebildet ist, wobei mittels des wenigstens einen Leitungsmittels die kühlende Zuluft dem jeweiligen Einschubelement, insbesondere Einschub und/oder Modul, in Einbaulage von Unten, insbesondere von der Zuluftöffnung her, zugeführt oder zugeleitet und jedes Modul und/oder jeder Einschub in Einbaulage von Unten mit kühlender Luft beaufschlagbar oder beströmbar ist.
Weiterhin ist vorsehbar, dass wenigstens ein zweiter Strömungsbereich als Abluft- oder Warmluftbereich ausgebildet ist, welcher die von den Einschüben oder Modulen erwärmte Luft von deren Oberseite abführt und die erwärmte Luft mittels des wenigstens einen Leitungsmittels vom jeweilig darüber angeordneten oder darüber liegenden Modul und/oder Einschub abhält und diese der zumindest einen Abluftöffnung zuleitet und an die Schaltschrankaußenumgebung abgibt.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der jeweilige Strömungsbereich mittels des wenigstens einen Leitungsmittels sowie der vorgesehenen Einschubelemente schacht- oder kanalartig ausgebildet.
Weiterbildend ist vorsehbar, dass die Strömungsbereiche zumindest teilbereichsweise an sich gegenüberliegenden Seiten der Einschubelemente innerhalb des Schaltschrankes beziehungsweise des Schaltschrankgehäuses ausgebildet sind.
Als Schaltanlagenmodul wird dabei ein mit wenigstens einem elektrischen Gerät oder Schaltgerät bestückter Einschub verstanden.
Weiterbildend ist vorgesehen, dass das zwischen den jeweiligen Einschüben und/oder Modulen zu deren vertikaler Trennung vorgesehene Leitungsmittel, insbesondere das jeweils als Leitungsblech ausgebildete Leitungsmittel, derart angeordnet ist, dass eine direkte, unmittelbare strömungstechnische Verbindung zwischen Kalt- oder Zuluftbereich und Warmluft- oder Abluftbereich unterbunden und vermieden ist und die zur Belüftung und/oder Kühlung eingesetzte Luft, über den Zuluftbereich dem jeweiligen Einschub oder Modul in Einbaulage über dessen Unterseite zugeführt oder zugeleitet und die erwärmte Abluft über und/oder von dessen Oberseite über den Abluftbereich abgeführt und der wenigstens einen Abluft- oder Ausströmöffnung zugeleitet ist, so dass die jeweiligen in der Schaltanlage vorgesehenen Schaltanlagenmodule und/oder Einschübe somit strömungstechnisch und/oder kühlungstechnisch parallel geschaltet sind und/oder in Einbaulage die vom jeweiligen Modul und/oder Einschub abgeführte Wärme vom jeweilig darüber angeordneten oder darüber liegenden Modul und/oder Einschub abgehalten wird und jedes Modul und/oder jeder Einschub in Einbaulage von Unten mit kühlender Luft beaufschlagt oder beströmt ist oder wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist das jeweilige Leitungsmittel im Zwischenbereich dabei derart angeordnet, dass es von einer dem Zu- oder Kaltluftbereich zugewandten Seite, insbesondere einer Seitenkante, des Zwischenbereichs schräg beziehungsweise unter einem Winkel aufsteigend zur gegenüberliegenden, dem Ab- oder Warmluftbereich zugewandten Seite, insbesondere einer Seitenkante, des Zwischenbereichs verläuft.
Bevorzugt ist das jeweilige Leitungsmittel im Zwischenbereich dabei von einer dem Zuluftbereich zugewandten Seitenkante des Zwischenbereichs zur diametral beziehungsweise diagonal gegenüberliegenden dem Abluftbereich zugewandten Seitenkante des Zwischenbereichs schräg aufsteigend verlaufend angeordnet.
Durch das jeweilige Leitungsmittel, insbesondere das jeweilige Leitungsblech, wird dabei der spaltartige Zwischenbereich seinerseits wiederum in wenigstens einen Zuluftkanal oder -schacht und einen Abluftkanal oder -schacht aufgeteilt, wobei der jeweilige Zuluftkanal strömungstechnisch mit dem Zuluftbereich und der Zuluftöffnung, und der jeweilige Abluftkanal mit dem Abluftbereich und der Abluftöffnung zusammenwirkt, so dass das jeweils zu kühlende Schaltanlagenmodul und/oder der Einschub über den Zuluftbereich und den jeweiligen Zuluftkanal in Einbaulage von seiner Modul- und/oder Einschubunterseite her mit kühlender Luft versorgt und/oder durchströmt wird und seine Abwärme über seine in Einbaulage Modul- und/oder Einschuboberseite und den jeweiligen Abluftkanal sowie den Abluftbereich nach oben abgeführt und der wenigstens einen Abluftöffnung zugeleitet wird.
Die nach oben steigende erwärmte und aus dem Schaltschrankinneren hinausgeleitete Luft, zieht dabei von Unten durch die wenigstens eine Zuluftöffnung stetig frische kühlende Luft, gemäß dem „Kamineffekt” sowie dem Prinzip der Konvektion, nach.
Vorteilhaft ist dabei vorsehbar, dass zusätzlich beziehungsweise ergänzend oder alternativ zur kühlenden Umgebungsluft auch andere gasförmige Kühlmittel einsetzbar sind.
Vorteilhaft ist durch das in den jeweiligen Zwischenbereich eingefügte Leitungsmittel, insbesondere Leit- oder Leitungsbleche, die Warmluftströmung des in Einbaulage jeweils unteren Moduls und/oder Einschubs vom Kühl- oder Zuluftstrom des jeweils oberen Moduls und/oder Einschubs strömungstechnisch separiert und abgehalten.
Vorteilhaft ist weiterhin vorsehbar, dass in den beiden Strömungsbereichen wenigstens zwei weitere Leitungsmittel, insbesondere Leitungsbleche, derart angeordnet sind, dass die kühlende Luft und/oder ein anderes gasförmiges Kühlmittel ausschließlich durch die Zwischenbereiche und die darin gebildeten Kanäle geleitet ist, so dass Beipässe vermieden sind und strömungstechnisch ein voneinander separierter Warmluftbereich sowie ein Kaltluftbereich, insbesondere ein Warmluftströmungsbereich und ein Kaltluftströmungsbereich, ausgebildet sind, wodurch sowohl die Gesamtkühlleistung als auch die Kühlleistung in Bezug auf einzelne Module und Einschübe wesentlich gesteigert beziehungsweise erhöht werden kann.
Auch ist vorsehbar, dass nicht bestückte Einschübe und/oder nicht belegte Modul- und/oder Einschubplätze durch weitere Leitungsmittel, insbesondere Leitbleche, zusätzlich ge- oder verschlossen sind, wodurch Nebenströme oder Beipässe und damit eine direkte strömungstechnische Verbindung zwischen Zuluft- oder und Abluftbereich vermieden und unterbunden sind.
Weiterhin gelöst wird die gestellte Aufgabe durch eine Schaltanlage, insbesondere eine Niederspannungsschaltanlage, mit zumindest einem Schaltschrank mit einem Schaltschrankgehäuse sowie mit wenigstens zwei Einschubelementen, insbesondere Einschüben und/oder Schaltanlagenmodulen, welche sich dadurch auszeichnet, dass zumindest ein Schaltschrank mit einer vorbeschriebenen Schaltanlagenbelüftungsanordnung vorgesehen ist, welche Schaltanlagenbelüftungsanordnung im Gehäuse des jeweiligen Schaltschrankes zumindest eine Zu- und eine Abluftöffnung umfasst beziehungsweise vorsieht, und die Einschubelemente zueinander vertikal beabstandet angeordnet sind, wobei im dadurch gebildeten Frei- oder Zwischenbereich zwischen jeweils zwei Einschubelementen zumindest ein strömungstechnisches Leitungsmittel vorgesehen und derart angeordnet ist, dass die durch die wenigstens eine Zuluftöffnung eintretende kühlende Zuluft dem jeweils oberen ersten Einschubelement in Einbaulage von Unten zugeführt oder zugeleitet wird, und vom jeweils unteren zweiten Einschubelement erwärmte Abluft nach Oben abgeführt und der Abluftöffnung zugeleitet wird, und im Zwischen- oder Freibereich zwischen jeweils zwei Einschubelementen die dem einen Element zugeführte kühlende Zuluft durch das Leitungsmittel thermisch und/oder strömungstechnisch von der vom jeweils anderen Element abgegebenen erwärmten Abluft getrennt ist und eine Ver- oder Durchmischung beider Strömungen im Zwischen- oder Freibereich zwischen den jeweils zwei Elementen vermieden und unterbunden ist.
In vorteilhafter Weiterbildung sind im Inneren des Schaltschrankes wenigstens zwei Strömungsbereiche, insbesondere als Strömungsschächte oder -kanäle, ausgebildet und seitlich zu den Einschubelementen im Schaltschrankinnenraum oder Schaltschrankinneren angeordnet, wobei wenigstens ein erster Strömungsbereich als schacht- oder kanalartiger Zuluft- oder Kaltluftbereich ausgebildet ist, welcher über die zumindest eine Zuluft- oder Zuströmöffnung mit kühlender Luft, versorgt und/oder beaufschlagt ist und die kühlende Luft den jeweiligen Modulen und Einschüben in Einbaulage von Unten zuführt, sowie wenigstens ein zweiter schacht- oder kanalartiger Strömungsbereich als Abluft- oder Warmluftbereich ausgebildet ist, welcher die von den Einschüben oder Modulen erwärmte Luft abführt und über die zumindest eine Abluftöffnung aus dem Schaltschrankinneren beziehungsweise Schaltschrankinnenraum herausleitet und wobei Leitungsmittel derart angeordnet sind, dass eine unmittelbare strömungstechnische Verbindung beider Bereiche oder Kanäle beziehungsweise Schächte unterbunden und vermieden ist.
Hinsichtlich der weiteren Ausgestaltungsmerkmale und Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Schaltanlage wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Ausführungen zur Schaltanlagenbelüftungsanordnung verwiesen.
Die weitere Darlegung der Erfindung sowie vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen erfolgt anhand einiger Figuren und Ausführungsbeispiele.
Es zeigen:
1 eine Niederspannungsschaltanlage des Stands der Technik, in welchem die einzelnen Schaltanlagenelemente in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet sind,
2 eine beispielhaft ausgebildete Niederspannungsschaltanlage mit Belüftungsanordnung, in welchem die Schaltanlagenelemente mit einem Abstand zueinander angeordnet sind und sich ein Luftstrom von rechts nach links ausprägt,
3 eine beispielhaft ausgebildete Niederspannungsschaltanlage mit Belüftungsanordnung, in welchem die Schaltanlagenelemente mit einem Abstand zueinander angeordnet sind und sich im Gegensatz zu 2 ein Luftstrom von links nach rechts ausprägt
In 1 ist eine bekannte Kühlanordnung für die Module einer Niederspannungsschaltanlage 1' nach dem Stand der Technik angegeben, wobei die Schaltanlage mehrere Schaltanlagenmodule 2' aufweist, sie stapelartig übereinander in einem Schaltschrank in Einschüben angeordnet sind. Seitlich der unmittelbar übereinander angeordneten Module 2' sind zwei Strömungsbereiche 3'a, b gebildet, wobei, verursacht durch die Betriebswärme der Module und die dadurch bewirkte Konvektion ein Luftstrom seriell durch die Module hindurch als auch ein vergleichsweise großer Luftstrom an den Seitenflächen der Module vorbei bewirkt ist. Der an den Seitenflächen der Module und/oder Einschübe vorbei geführte Luftstrom trägt dabei nur bedingt zur Gesamtkühlleistung bei und wirkt lediglich über die vergleichsweise kleinen Seitenflächen der Module und/oder Einschübe.
Die Luftströmung ist durch die nicht gefüllten Pfeile dargestellt. An der Unterseite des Schaltschranks befindet sich eine Zuluftöffnung 5' zur Zuführung kühlender Umgebungsluft und an der Oberseite des Schaltschranks befindet sich eine Abluftöffnung 6' zur Abführung der erwärmten Luft.
2 zeigt eine beispielhaft ausgeführte erfindungsgemäße Schaltanlage 1 mit Schaltanlagenbelüftungsanordnung beziehungsweise einen Schaltschrank 4 einer Schaltanlage mit Schaltanlagenbelüftungsanordnung, insbesondere eine Niederspannungsschaltanlage mit Schaltanlagenbelüftungsanordnung, umfassend mehrere Einschubelemente wie Einschübe und elektrische Schaltanlagenmodule 2a, b, c, d, e, wobei Einschübe und Module im jeweiligen Schaltschrank 4 vertikal zueinander beabstandet angeordnet sind.
Anordnungsgemäß sind im Innern beziehungsweise Innenbereich des jeweiligen Schaltschrankes 4 jeweils seitlich zu den Modulen und/oder Einschüben 2a, b, c, d, e jeweils ein schacht- oder kanalartiger Strömungsbereich 3a, 3b ausgebildet, wobei der erste Strömungsbereich 3a als Zuströmbereich beziehungsweise Zuluftbereich mit wenigstens einer Zuluftöffnung 5a zur Zuführung eines gasförmigen Kühlmittels, vorzugsweise Luft, ausgebildet ist und der zweite Strömungsbereich 3b als Abströmbereich beziehungsweise Abluftbereich mit wenigstens einer Abluftöffnung 5b zur Ausleitung des gasförmigen Kühlmittels, im hier gezeigten Beispiel Luft, aus dem Schaltschrank- oder Schaltanlageninneren ausgebildet ist.
Zwischen den vertikal beabstandeten Einschüben und/oder Modulen 2a, b, c, d, e ist jeweils im spaltartigen Zwischenbereich 6a, b, c, d ein Leitungsblech 7a, b, c, d angeordnet, so dass eine direkte strömungstechnische Verbindung zwischen Zuluft- 3a und Abluftbereich 3b unterbunden und vermieden ist, und dass die kühlende Luft, über den Zuluftbereich 3a dem jeweiligen Einschub und/oder Modul 2a, b, c, d, e in Einbaulage über dessen Unterseite zugeführt beziehungsweise zugeleitet wird und die abzuführende Wärme beziehungsweise erwärmte Luft in Einbaulage von dessen Oberseite über den Abluftbereich 3b der wenigstens einen Abluftöffnung 5b im Schaltschrank zugeleitet und in den Außenbereich der Schaltanlage abgeführt wird.
In Blickrichtung auf die Modul- oder Schaltschrankfront ist rechts der Module und/oder Einschübe im hier gezeigten Beispiel der 2 ein Zu- beziehungsweise Kaltluftbereich 3a oder Kaltluftströmungsbereich vorgesehen und schacht- oder kanalartig ausgebildet, links der Module 2a, b, c, d, e ist ein Abluftbereich 3b beziehungsweise Warmluftbereich oder Warmluftströmungsbereich vorgesehen und ebenfalls schacht- oder kanalartig ausgebildet ist, wobei die Strömungsrichtung der kühlenden kalten Luft durch die weißen beziehungsweise nicht gefüllten Pfeile und die abzuführende erwärmte oder gar heiße Luft durch die schwarzen beziehungsweise gefüllten Pfeile verdeutlicht und dargestellt ist. Die durch die Abwärme der Module und/oder Einschübe 2a, b, c, d, e, erwärmte Luft steigt mittels Konvektion nach oben und tritt aus der Ausströmöffung 5b aus und zieht aufgrund der „Kaminwirkung” durch die Zuströmöffnung 5a stets kühlere oder kalte Luft von unten nach.
Zwischen den in vertikaler Richtung benachbart und zueinander beabstandet angeordneten Modulen und/oder Einschüben 2a, b, c, d, e sind Zwischenbereiche 6a, b, c, d ausgebildet, in welchen jeweils erste Leitungsmittel, im hier gezeigten Beispiel Leit- beziehungsweise Leitungsbleche 7a, b, c, d angeordnet sind. Die vorgesehenen Leitungsbleche 7a, b, c, d erstrecken sich dabei diagonal von der unteren linken Seitenkante des jeweiligen Moduls 2a, b, c, d oder Einschubs beziehungsweise der oberen linken Seitenkante des Zwischenbereichs 6a, b, c, d zu der oberen rechten Seitenkante des jeweils darunter angeordneten Moduls 2b, c, d, e oder Einschubs beziehungsweise der unteren rechten Seitenkante des Zwischenbereichs 6a, b, c, d und separieren dabei den zwischen jeweils zwei Modulen/Einschüben gebildeten Zwischenbereich 6a, b, c, d in zwei strömungstechnisch getrennte Kanäle oder Schächte 9a, b, wobei ein erster Kanal 9a der Zuführung kühlender Luft (Zuluftkanal Zwischenbereich) an die Unterseite des jeweiligen Moduls 2a, b, c, d beziehungsweise des jeweiligen Einschubs dient und der andere zweite Kanal 9b der Abführung der erwärmten Luft beziehungsweise der Abwärme (Abluftbereich Zwischenkanal) von der Oberseite des jeweiligen Moduls 2b, c, d, e oder Einschubs dient. Von dieser Anordnung ausgenommen sind dabei lediglich der oberste Einschub 2b oder das betreffende Modul und der unterste Einschub 2a oder das betreffende Modul der Schaltanlage, da diese keinen oberhalb beziehungsweise unterhalb angeordneten Einschub- oder Modulnachbarn aufweisen. Folglich ist somit jeweils die großflächige Unterseite und mindestens je eine weitere Seite eines jedes Moduls 2a, b, c, d, e und/oder Einschubs von kühlender Luft be- oder um- sowie durchströmt. Zwischen zwei vertikal benachbart angeordneten Modulen und/oder Einschüben ist das wenigstens eine Leitungsblech 7a, b, c, d daher auch angeordnet, um die vom jeweiligen Modul oder Einschub 2a, b, c, d erhitzte beziehungsweise erwärmte und nach oben abgegebene Luft vom jeweils darüberliegend angeordneten Modul und/oder Einschub 2b, c, d, e abzuhalten.
Zwischen Kaltluftströmungsbereich 3a – und Warmluftströmungsbereich 3b sind weitere zweite Leitungsmittel in der Art von Leitungs- oder Unterteilungsblechen 8a, b eingefügt, welche die kühlende Luftströmung durch die betriebswarmen Module und/oder Einschübe 2a, b, c, d, e zwingen und so für eine verbesserte Kühlleistung und Wärmeabfuhr sorgen. Die Zuluftöffnung 5a zur Zuführung der Umgebungsluft liegt im hier gezeigten Beispiel in Blickrichtung auf die Schaltanlagen- beziehungsweise Modulfront rechts von einem unteren, ersten Unterteilungsblech 8a, wohingegen sich die Abluftöffnung 5b zur Abführung der erwärmten Luft an der Oberseite des Schaltschranks befindet und bei identischer Blickrichtung rechts von einem oberen, zweiten Unterteilungsblech 8b angeordnet ist.
In den beiden ausgebildeten Strömungsbereichen 3a, 3b sind somit zwei weitere zweite Leitungsmittel, nämlich zwei Unterteilungs- oder Leitungsbleche 8a, 8b derart angeordnet, dass die Luftströmung in die Zwischenbereiche 6a, b, c, d gedrängt ist und diese durchströmt, wodurch bewirkt ist, dass sich ein gegenüber einem Zuluft- oder Kaltluftströmungsbereich 3a separierter, das heißt mit diesem nicht unmittelbar strömungstechnisch verbundener Abluftbereich oder Warmluftströmungsbereich 3b ausbildet, und dadurch eine Umgehungsströmung beziehungsweise Luftleitung an den Modulen und/oder Einschüben 2a, b, c, d, e vorbei unterbunden und vermieden ist, wodurch letztlich die Gesamtkühlleistung der Kühlanordnung erhöht und gesteigert ist.
Die ersten Leit- oder Leitungsbleche 7a, b, c, d sind dabei derart ausgeführt, dass sie sowohl hinsichtlich der Wärmeübertragung als auch hinsichtlich der Luftdurchlässigkeit im Zwischenbereich 6a, b, c, d den jeweils oberen zweiten Kanal 9b vom jeweils unteren ersten Kanal 9a abschirmen.
Weiter vorteilhaft sind die Unterteilungsbleche 8a, b so ausgeführt, dass sie sowohl hinsichtlich der Wärmeübertragung als auch hinsichtlich der Luftdurchlässigkeit den Zuluft- oder auch Kaltluftbereich vom Abluft- oder auch Warmluftbereich abschirmen.
Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass es sich bei vorstehend beschriebener Belüftungs- oder Kühlanordnung um eine Anordnung zur passiven Kühlung, das heißt um eine Belüftungs- oder Kühlanordnung handelt, welche ohne den Einsatz weiterer aktiver, insbesondere elektrischer Kühlgeräte und/oder Gebläse auskommt.
In der 3 ist eine Niederspannungsschaltanlage mit Schaltanlagenbelüftungsanordnung, entsprechend der Ausführung aus 2, gezeigt, jedoch mit abgeänderter, insbesondere mit horizontal umgekehrter Strömungsrichtung der kühlenden Luft und entsprechend differierend zu 2 angeordneten Leitungsblechen 27a, b, c, d sowie 28a, b. Der Zuluft- oder Kaltluftbereich 3a befindet sich in dieser Anordnung in Blickrichtung auf die Schaltanlagen- oder Modulfront links von den Modulen 22a, b, c, d, e, wobei der Warmluftbereich oder Abluftbereich 23b in Blickrichtung auf die Modulfronten rechts von den Modulen 22a, b, c, d, e ausgebildet ist.
Auch im hier gezeigten Beispiel sind zwischen den in vertikaler Richtung benachbart und zueinander beabstandet angeordneten Modulen und/oder Einschüben 22a, b, c, d, e spaltartige Zwischenbereiche 26a, b, c, d ausgebildet, in welchen jeweils Leit- beziehungsweise Leitungsbleche 27a, b, c, d angeordnet sind, wobei sich die vorgesehenen Leitungsbleche 27a, b, c, d, e diesmal diagonal von der oberen linken Seitenkante eines Moduls 22b, c, d, e oder Einschubs zu der unteren rechten Seitenkante des jeweils darüber angeordneten Moduls 22a, b, c, d oder Einschubs erstrecken. Auch diese separieren den jeweiligen spaltartigen Zwischenbereich 26a, b, c, d in zwei strömungstechnisch getrennte Kanäle 29a, 29b, wobei ein erster Kanal 29a der Zuführung kühlender Luft (Zuluftkanal Zwischenbereich) an die Unterseite des jeweiligen Einschubelementes nämlich des jeweiligen Moduls 22a, b, c, d oder des jeweiligen Einschubs dient und der andere zweite Kanal 29b der Abführung der erwärmten Luft beziehungsweise der Abwärme (Abluftkanal Zwischenbereich) von der Oberseite des jeweiligen Einschubelementes, nämlich des jeweiligen Moduls 22b, c, d, e oder Einschubs dient. Von dieser Anordnung ausgenommen sind dabei lediglich das oberste Element 22a und das unterste Element 22e der jeweiligen Schaltanlage, da diese keinen oberhalb beziehungsweise unterhalb angeordneten Einschub- oder Modulnachbarn aufweisen. Folglich ist somit jeweils die großflächige Unterseite und mindestens je eine weitere Seite eines jedes Moduls 22a, b, c, d, e und/oder Einschubs von kühlender Luft be- oder um- sowie durchströmt. Zwischen zwei vertikal benachbart angeordneten Modulen und/oder Einschüben ist das wenigstens eine Leitungsblech 27a, b, c, d zudem auch dafür angeordnet, um die vom jeweiligen Modul oder Einschub 22b, c, d, e erhitzte oder erwärmte und nach oben abgegebene Luft vom jeweils darüber liegend angeordneten Modul und/oder Einschub 22a, b, c, d abzuhalten.
Zwischen Zuluftbereich beziehungsweise Kaltluftbereich 23a – und Abluftbereich oder Warmluftbereich 23b sind weitere zweite Leitungsmittel in der Art von, insbesondere senkrecht beziehungsweise vertikal oder horizontal ausgerichteten und angeordneten, Leitungs- oder Unterteilungsblechen 28a, b eingefügt, welche die kühlende Luftströmung durch die betriebswarmen Module und/oder Einschübe 22a, b, c, d, e zwingen und so für eine verbesserte Kühlleistung und Wärmeabfuhr sorgen. Die Zuluftöffnung 25a zur Zuführung der Umgebungsluft liegt im hier gezeigten Beispiel in Blickrichtung auf die Schaltanlagen- beziehungsweise Modulfront rechts von einem weiteren zweiten Leitungsmittel, nämlich einem unteren, ersten Unterteilungsblech 28a, wohingegen sich die Ausströmöffnung 25b zur Abführung der erwärmten Luft an der Oberseite des Schaltschranks befindet und bei identischer Blickrichtung rechts von einem weiteren zweiten Leitungsmittel, nämlich einem oberen, zweiten Unterteilungsblech 28b angeordnet ist.
In den beiden ausgebildeten Strömungsbereichen 23a, 23b sind somit zwei zweite Leitungsmittel in der Art von zwei Unterteilungs- oder Leitungsblechen 28a, 8b derart angeordnet, dass die Luftströmung in die Zwischenbereiche 26a, b, c, d gedrängt ist und diese durchströmt, wodurch bewirkt ist, dass sich ein gegenüber einem Kaltluftbereich 23a separierter, das heißt mit diesem nicht unmittelbar strömungstechnisch verbundener Warmluftströmungsbereich 23b ausbildet, und dadurch eine Umgehungsströmung an den Modulen und/oder Einschüben 22a, b, c, d, e vorbei unterbunden und vermieden ist, wodurch letztlich die Gesamtkühlleistung der Kühlanordnung erhöht und gesteigert ist.
Die vorliegende Erfindung umfasst dabei auch beliebige Kombinationen bevorzugter Ausführungsformen sowie einzelner Ausgestaltungsmerkmale oder Weiterbildungen, sofern diese sich nicht gegenseitig ausschließen.
Bezugszeichenliste

1': bekannte Niederspannungsschaltanlage nach 1
2': Schaltanlageneinschubelement
3': Strömungsbereiche
1: beispielhafte Niederspannungsschaltanlage mit erfindungsgemäßer Schaltanlagenbelüftungsanordnung gemäß 2
2a, b, c, d, e: Schaltanlageneinschubelement
3a: Zuluftbereich
3b: Abluftbereich
4: Schaltschrank
5a: Zuluftöffnung
5b: Abluftöffnung
6a, b, c, d: Zwischenbereich
7a, b, c, d: Leitungsbleche
8a: erstes Unterteilungsblech
8b: zweites Unterteilungsblech
9a: Zuluftkanal Zwischenbereich
9b: Abluftkanal Zwischenbereich
21: beispielhafte Niederspannungsschaltanlage mit erfindungsgemäßer Schaltanlagenbelüftungsanordnung gemäß 3
22a, b, c, d, e: Schaltanlageneinschubelement
23a: Zuluftbereich
23b: Abluftbereich
24: Schaltschrank
25a: Zuluftöffnung
25b: Abluftöffnung
26a, b, c, d: Zwischenbereich
27a, b, c, d: Leitungsbleche
28a: erstes Unterteilungsblech
28b: zweites Unterteilungsblech
29a: Zuluftkanal Zwischenbereich
29b: Abluftkanal Zwischenbereich

Claims

Schaltanlagenbelüftungsanordnung zur Kühlung und/oder Belüftung einer elektrischen Schaltanlage, insbesondere einer Niederspannungsschaltanlage (1), welche Schaltanlage einen Schaltschrank (4) mit einem Schaltschrankgehäuse sowie wenigstens zwei Einschubelemente (2a, b, c, d, e, 22a, b, c, d, e) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schaltschrankgehäuse zumindest eine Zu- (3a, 23a) und eine Abluftöffnung (3b, 23b) vorgesehen ist, dass die Einschubelemente (2a, b, c, d, e, 22a, b, c, d, e) zueinander vertikal beabstandet angeordnet sind und im Freibereich (6a, b, c, d) zwischen jeweils zwei Einschubelementen (2a, b, c, d, e, 22a, b, c, d, e) zumindest ein Leitungsmittel (7a, b, c, d, 27a, b, c, d) vorgesehen und angeordnet ist, mit welchem die durch die wenigstens eine Zuluftöffnung (5a) eintretende kühlende Zuluft dem jeweiligen Einschubelement (2a, b, c, d, 22a, b, c, d) in Einbaulage von Unten zugeführt oder zugeleitet wird, und vom jeweiligen Einschubelement (2b, c, d, e, 22b, c, d, e) erwärmte Abluft nach Oben abgeführt und der Abluftöffnung (5b) zugeleitet wird, wobei im Zwischen- oder Freibereich (6a, b, c, d) zwischen jeweils zwei Einschubelementen (2a, b, c, d, e, 22a, b, c, d, e) die dem einen Element (2a, b, c, d, 22a, b, c, d) zugeführte kühlende Zuluft durch das jeweilige Leitungsmittel (7a, b, c, d) thermisch und/oder strömungstechnisch von der vom jeweils anderen Element (2b, c, d, e, 22b, c, d, e) abgegebenen erwärmten Abluft getrennt ist und eine Ver- oder Durchmischung beider Strömungen im Zwischen- oder Freibereich (6a, b, c, d) zwischen jeweils zwei Elementen vermieden und unterbunden ist.
Schaltanlagenbelüftungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltanlagen- oder Schaltschrankinnere über die zumindest eine Zuluftöffnung (5a, 25a) mit kühlender Luft versorgt und/oder beaufschlagt ist und wenigstens ein erster Strömungsbereich als Zuluftbereich oder Zuströmbereich (3a, 23a) ausgebildet ist, wobei mittels des wenigstens einen Leitungsmittels (7a, b, c, d, 27a, b, c, d)) die kühlende Zuluft dem jeweiligen Einschubelement (2a, b, c, d, 22a, b, c, d), insbesondere Einschub und/oder Modul, in Einbaulage von Unten, insbesondere von der Zuluftöffnung (5a) her, zugeführt oder zugeleitet und jedes Element (2a, b, c, d, 22a, b, c, d), insbesondere Modul und/oder jeder Einschub in Einbaulage von Unten mit kühlender Luft beaufschlagbar oder beströmbar ist.
Schaltanlagenbelüftungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zweiter Strömungsbereich (3b, 23b) als Abluftbereich oder Abströmbereich ausgebildet ist, welcher die von den Schaltanlagenelementen (2b, c, d, e, 22b, c, d, e), insbesondere den Einschüben oder Modulen, erwärmte Luft von deren Oberseite abführt und die erwärmte Luft mittels des wenigstens einen Leitungsmittels (7a, b, c, d, 27a, b, c, d) vom jeweilig darüber angeordneten oder darüber liegenden Modul und/oder Einschub abhält und diese der zumindest einen Abluftöffnung zuleitet und an die Schaltschrankumgebung abgibt.
Schaltanlagenbelüftungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Strömungsbereich (3a, 3b u. 23a, 23b) mittels des wenigstens einen Leitungsmittels (7a, b, c, d, 27a, b, c, d) sowie der vorgesehenen Einschubelemente (2a, b, c, d, e, 22a, b, c, d, e) schacht- oder kanalartig ausgebildet ist.
Schaltanlagenbelüftungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsbereiche (3a, 3b u. 23a, 23b) zumindest teilbereichsweise an sich gegenüberliegenden Seiten der Einschubelemente (2a, b, c, d, e, 22a, b, c, d, e) ausgebildet sind.
Schaltanlagenbelüftungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischen den jeweiligen Schaltanlagenelementen (2a, b, c, d, e, 22a, b, c, d, e), insbesondere Einschüben und/oder Modulen, zu deren vertikaler Trennung, eingesetzte Leitungsmittel (7a, b, c, d, 27a, b, c, d) als Leitungsblech ausgebildet ist und derart angeordnet ist, dass eine direkte, unmittelbare strömungstechnische Verbindung zwischen Zuström- oder Zuluftbereich (3a, 23a) und Abström- oder Abluftbereich (3b, 23b) unterbunden und vermieden ist.
Schaltanlagenbelüftungsmodul nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Leitungsmittel (7a, b, c, d, 27a, b, c, d) im Zwischenbereich (6a, b, c, d) derart angeordnet ist, dass es von einer dem Zuström- oder Zuluftbereich (3a) zugewandten Seite, insbesondere einer Seitenkante, des Zwischenbereichs (6a, b, c, d) schräg beziehungsweise unter einem Winkel aufsteigend zur gegenüberliegenden dem Abström- oder Abluftbereich (3b, 23b) zugewandten Seite, insbesondere einer Seitenkante, des Zwischenbereichs (6a, b, c, d) verläuft.
Schaltanlagenbelüftungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein weiteres zweites Leitungsmittel (8b, 28b) vorgesehen ist, mit welchem der Zuluft- oder Zuströmbereich (3a, 23a) von der Abluftöffnung (5b, 25b) getrennt und/oder abgeschottet ist, so dass zwischen beiden keine unmittelbare oder direkte strömungstechnische Verbindung besteht.
Schaltanlagenbelüftungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein weiteres drittes Leitungsmittel (8a, 28a) vorgesehen ist, mit welchem der Abluftbereich (3b, 23b) von der Zuluftöffnung (5a, 25a) getrennt und/oder abgeschottet ist, so dass zwischen beiden keine unmittelbare oder direkte strömungstechnische Verbindung besteht.
Schaltanlagenbelüftungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils vorgesehenen Schaltanlagenelemente (2a, b, c, d, e, 22a, b, c, d, e), insbesondere Schaltanlagenmodule und/oder Einschübe, strömungstechnisch und/oder kühlungstechnisch und/oder belüftungstechnisch parallel geschaltet sind.
Schaltanlage, insbesondere eine Niederspannungsschaltanlage, mit zumindest einem Schaltschrank (4) mit jeweils wenigstens zwei übereinander beabstandet angeordneten Schaltanlagenelementen (2a, b, c, d, e, 22a, b, c, d, e), insbesondere Einschübe und/oder Schaltanlagenmodule, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Schaltschrank (4) eine Schaltanlagenbelüftungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Kühlung und/oder Belüftung einer elektrischen Schaltanlage (1) sowie deren einzelner Elemente (2a, b, c, d, e, 22a, b, c, d, e) wie Module und Einschübe aufweist.