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Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung für in einem Innenraum eines Schaltschranks angeordnete Komponenten, aufweisend einen Schaltschrank und ein Kühlgerät, das eine ersten geschlossenen Kühlmittelkreislauf und einen davon fluidisch getrennten zweiten Kühlmittelkreislauf aufweist, wobei der erste Kühlmittelkreislauf eine Kältemaschine oder einen Kaltwassersatz und der zweite Kühlmittelkreislauf eine Wärmerohranordnung oder einen Zwei-Phasen-Thermosiphon aufweist. Eine derartige Kühlanordnung ist aus der
DE 102 96 928 T5 bekannt. Die
DE 690 05 701 T2 ,
US 2003/0057546 A1 und
US 2012/0103571 A1 beschreiben ebenfalls jeweils eine ähnliche Anordnung.
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Solche Kühlgeräte umfassen häufig eine Kältemaschine, bei welcher in einem Kühlmittelkreislauf in Kühlmittelströmungsrichtung hintereinander ein Verdichter, ein Verflüssiger, ein Expansionsmittel und ein Verdampfer angeordnet sind. Die Kältemaschine ist grundsätzlich darauf ausgelegt, bei Extrembedingungen, d. h. bei maximalen Umgebungstemperaturen und zugleich maximalen Verlustleistungen der in dem Schaltschrank aufgenommenen Komponenten eine hinreichende Kühlung des Schaltschrankinnenraums bereitzustellen. Da diese Extrembedingungen jedoch lediglich in Ausnahmefällen vorliegen, befindet sich die Kältemaschine die meiste Zeit im An-Aus-Betrieb, d. h. in einem energieuneffizienten Betriebsmodus.
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Kältemaschinen haben darüber hinaus den Nachteil, einen vergleichsweise hohen Energieverbrauch aufzuweisen. Es ist daher grundsätzlich wünschenswert, zumindest anteilig die benötigte Kühlleistung mit Hilfe alternativer Kühltechniken bereitzustellen. Dazu sind aus dem Stand der Technik Kühlgeräte bekannt, welche einen Luft-Luft-Wärmetauscher mit einer Kältemaschine kombinieren, so dass bei einer ausreichend großen Temperaturdifferenz zwischen der Schaltschranksolltemperatur und der Umgebungslufttemperatur des Schaltschranks die benötigte Kühlleistung ausschließlich oder zumindest weitestgehend mit Hilfe des Luft-Luft-Wärmetauschers bereitgestellt werden kann. Solche kombinierten Kühlgeräte werden im weiteren Verlauf der Anmeldung auch als „Hybridkühlgeräte” bezeichnet. Hybridkühlgeräte, die einen Luft-Luft-Wärmetauscher aufweisen, haben den Nachteil, dass für den Fall, dass die Umgebungslufttemperatur über der Schaltschranktemperatur liegt, eine Erwärmung des Schaltschranks erfolgen würde, wenn der Luft-Luft-Wärmetauscher weiterhin mit warmer Umgebungsluft durchströmt würde, weshalb bei den aus dem Stand der Technik bekannten Kühlgeräten ein aufwendiger Klappenmechanismus dazu vorgesehen ist, in dem genannten Fall die Umgebungsluft von dem Wärmetauscher wegzuleiten. Diese Mechanismen sind jedoch sehr aufwendig und kompliziert in der Handhabung.
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Im Allgemeinen werden Kühlkreisläufe, die eine Kältemaschine oder einen Kaltwassersatz aufweisen, die Kalte in das System einbringen und in der Regel zur Kühlung eines Kühlmediums dienen, als „aktive” Kühlkreisläufe bezeichnet. Der Kaltwassersatz kann im einfachsten Fall ein Kaltwasserreservoir aufweisen, wobei der Fachmann verstehen wird, dass „Wasser” bei Kühlanwendungen nicht beschränkend auszulegen ist, sondern lediglich als Synonym für die aus dem Stand der Technik bekannten Kühl- oder Kältemittel, allgemein als „Kühlmedium” bezeichnet, verwendet wird. „Passive” Kühlkreisläufe weisen dementsprechend keine Kältemaschine und keinen Kaltwassersatz auf. Bei diesen erfolgt keine aktive Kühlung eines Kühlmediums.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen gattungsgemäßen Schaltschrank mit einem Kühlgerät bereitzustellen, bei dem das Kühlgerät mit einfachen technischen Mitteln ausgebildet uns auch für niedrige Temperaturdifferenzen zwischen der Schaltschranksolltemperatur und der Umgebungslufttemperatur des Schaltschranks passiv, d. h. ohne die Verwendung einer Kältemaschine oder eines Kaltwassersatzes, betrieben werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Schaltschrank mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche 2 bis 6 betreffen jeweils vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß weist das Kühlgerät einen ersten Luftgang mit einem ersten Lufteinlass und einem ersten Luftauslass, die zur Umgebung des Schaltschranks geöffnet sind, und einen zweiten Luftgang mit einem zweiten Lufteinlass und einem zweiten Luftauslass, die zu dem Innenraum des Schaltschranks geöffnet sind, auf, wobei in dem ersten Luftgang eine Kondensationszone der Wärmerohranordnung und in dem zweiten Luftgang eine Verdampfungszone der Wärmerohranordnung angeordnet ist, und wobei die Kondensationszone und die Verdampfungszone jeweils einen Luft-Kühlmittel-Wärmetauscher aufweisen.
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Vorzugweise umfasst die Wärmerohranordnung ein Gravitationswärmerohr, wobei die Verdampfungszone oberhalb von der Kondensationszone angeordnet ist. Dementsprechend sollten der erste und der zweite Luftgang zumindest bereichsweise derart zueinander angeordnet sein, dass die Kondensationszone zumindest abschnittsweise oberhalb von der Verdampfungszone angeordnet ist.
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Weiterhin ist in dem ersten Luftgang ein Verflüssiger der Kältemaschine oder ein Luft-Wasser-Wärmetauscher des Kaltwassersatzes und in dem zweiten Luftkanal ein Verdampfer der Kältemaschine oder ein Luft-Wasser-Wärmetauscher des Kaltwassersatzes angeordnet.
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Um den Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Kühlgeräts zu steigern, ist bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Verflüssiger der Kältemaschine in Luftströmungsrichtung durch den ersten Luftgang hinter der Kondensationszone der Wärmerohranordnung und der Verdampfer der Kältemaschine in Luftströmungsrichtung durch den zweiten Luftgang hinter der Verdampfungszone der Wärmerohranordnung angeordnet ist. Zu demselben Zwecke kann ei einem Kühlgerät, das eine Wärmerohranordnung mit einem Kaltwassersatz kombiniert, vorgesehen sein, dass der Luft-Wasser-Wärmetauscher des Kaltwassersatzes in Luftströmungsrichtung durch den ersten Luftgang hinter der Kondensationszone der Wärmerohranordnung oder in Luftströmungsrichtung durch den zweiten Luftgang hinter der Verdampfungszone der Wärmerohranordnung angeordnet ist.
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Um eine besonders kompakte Bauweise des ersten und des zweiten Kühlmittelkreislaufes sowie um einen Wärmeaustausch zwischen dem ersten und dem zweiten Kühlmittelkreislauf über den Luft-Kühlmittel-Wärmetauscher der Verdampfungszone zu erreichen, ist bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Luft-Kühlmittel-Wärmetauscher der Verdampfungszone ein erstes Leitungssystem für ein erstes Kühlmittel und ein von dem ersten Leitungssystem fluidisch getrenntes zweites Leitungssystem für ein zweites Kühlmittel aufweist, wobei das erste und das zweite Leitungssystem thermisch miteinander gekoppelt sind, und wobei das erste Leitungssystem Bestandteil des ersten Kühlmittelkreislaufs und das zweite Leitungssystem Bestandteil des zweiten Kühlmittelkreislaufs ist.
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Dabei kann das erste Leitungssystem des Luft-Kühlmittel-Wärmetauschers der Verdampfungszone einen Verdampfer der Kältemaschine oder einen Luft-Wasser-Wärmetauscher des Kaltwassersatzes aufweisen oder bilden.
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Alternativ oder darüber hinaus kann der Luft-Kühlmittel-Wärmetauscher der Kondensationszone analog ein erstes Leitungssystem für ein erstes Kühlmittel und ein von dem ersten Leitungssystem fluidisch getrenntes zweites Leitungssystem für ein zweites Kühlmittel aufweisen, wobei das erste und das zweite Leitungssystem thermisch miteinander gekoppelt sind, und wobei das erste Leitungssystem Bestandteil des ersten Kühlmittelkreislaufs und das zweite Leitungssystem Bestandteil des zweiten Kühlmittelkreislaufs ist.
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Ebenso kann bei der letztgenannten Ausführungsform das erste Leitungssystem des Luft-Kühlmittel-Wärmetauschers der Kondensationszone einen Verflüssiger der Kältemaschine oder einen Luft-Wasser-Wärmetauscher des Kaltwassersatzes aufweisen oder bilden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der nachstehenden Figuren erläutert. Dabei zeigt:
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1 einen Wärmetauscher mit zwei fluidisch voneinander getrennten und thermisch gekoppelten Leitungssystemen;
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2 eine erfindungsgemäße Kühlanordnung mit einem als Wandanbaugerät ausgebildeten Kühlgerät mit einer Kältemaschine und einer Wärmerohranordnung;
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3 eine erfindungsgemäße Kühlanordnung mit einem als Wandanbaugerät ausgebildeten Kühlgerät mit einem Kaltwassersatz im Innenkreislauf;
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4 eine erfindungsgemäße Kühlanordnung mit einem als Wandanbaugerät ausgebildeten Kühlgerät mit einem Kaltwassersatz im Außenkreislauf;
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5 eine erfindungsgemäße Kühlanordnung mit einem als Dachaufbaugerät ausgebildeten Kühlgerät mit einem Kaltwassersatz im Innenkreislauf;
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6 eine erfindungsgemäße Kühlanordnung mit einem als Dachaufbaugerät ausgebildeten Kühlgerät mit einem Kaltwassersatz im Innenkreislauf;
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7 eine Wärmerohranordnung für die Verwendung in einem als Dachaufbaugerät ausgebildeten Kühlgerät gemäß den 5 und 6; und
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8 ein erfindungsgemäßes Kühlgerät, bei dem ein Expansionsmittel und ein Verdichter der Kältemaschine des ersten Kühlmittelkreislauf wahlweise überbrückbar sind.
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Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform eines Luft-Kühlmittel-Wärmetauschers 10 des zweiten Kühlmittelkreislaufes ist dieser einstückig mit einem Verdampfer bzw. einem Luft-Wasser-Wärmetauschers 12 des ersten Kühlmittelkreislaufes ausgebildet. Der Wärmetauscher 10 weist ein erstes Leitungssystem 13, in dem ein erstes Kühlmittel des ersten Kühlmittelkreislaufes geführt ist, und ein zweites Leitungssystem 14, in dem ein zweites Kühlmittel des zweiten Kühlmittelkreislaufes geführt ist, auf. Die Leitungssysteme 13, 14 sind jeweils aus parallelen Rohrbahnen zusammengesetzt, die sich zwischen zwei Längsenden des Wärmetauschers 10 erstrecken. An den Längsenden sind die parallelen Rohrleitungen derart miteinander verbunden, dass das Kühlmittel zwischen einem jeweiligen Kühlmittelvorlauf 15 und einem Kühlmittelrücklauf 16 geführt ist. Der in 1 dargestellte Wärmetauscher 10 ist darauf ausgelegt, durch seine in der Darstellung vertikalen Längsseiten hindurch von einem Gas, beispielsweise Luft, durchströmt zu werden. Der Wärmetauscher 10 weist eine Mehrzahl Lamellen 17 auf, wobei benachbarte Lamellen 17 jeweils zwischen sich einen Luftströmungskanal durch den Wärmetauscher hindurch ausbilden. Darüber hinaus haben die Lamellen 17 die Aufgabe, das erste und das zweite Leitungssystem 13, 14 für den Wärmeaustausch thermisch miteinander zu koppeln. Bei der zuvor beschriebenen Strömungsrichtung der den Wärmetauscher 10 durchströmenden Luft sind das erste und das zweite Leitungssystem 13, 14 in Luftströmungsrichtung hintereinander angeordnet. Ist das erste Leitungssystem 13 Bestandteil eines eine Kältemaschine oder einen Kaltwassersatz aufweisenden Kühlkreislaufes und das zweite Leitungssystem 14 Bestandteil eines eine Wärmerohranordnung aufweisenden Kühlkreislaufes, und ist darüber hinaus vorgesehen, dass die Kühlung der den Wärmetauscher 10 durchströmenden Luft bevorzugt über die Wärmerohranordnung erfolgt, kann vorgesehen sein, dass die Kältemaschine bzw. der Kaltwassersatz nur dann in Betrieb genommen wird, wenn die über die Wärmerohranordnung bereitgestellte Kühlleistung nicht ausreicht. Da die beiden Kühlkreisläufe 13, 14 unabhängig voneinander ausgebildet sind, ist es für das Zuschalten der Kältemaschine bzw. des Kaltwassersatzes nicht notwendig, dass die Wärmerohranordnung deaktiviert wird. Wenn der aktive Kühlkreislauf außer Betrieb ist und die Kühlung somit über den passiven Kühlkreislauf erfolgen soll, dienen die Rohrleitungen des Leitungssystems 13 des aktiven Kühlkreislaufes in dem ersten Wärmetauscher 10 aufgrund der mit Hilfe der Lamellen 17 realisierten Wärmekopplung dazu, die Kühlleistung des Leitungssystems 14 des passiven Kühlkreislaufes zu erhöhen. Selbst wenn der aktive Kühlkreislauf somit außer Betrieb ist, ist dessen Leitungssystem 13 in dem Wärmetauscher 10 nicht nutzlos. Vielmehr dient dieses in diesem Fall zur Erhöhung des Wirkungsgrades des passiven Kühlkreislaufes.
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Die 2 zeigt einen Schaltschrank 1, bei dem das Kühlgerät 2 als ein Wandanbaukühlgerät ausgebildet ist. Der Schaltschrank 1 umfasst einen Schaltschrankinnenraum 9, wobei an einer Außenwand des Schaltschranks 1 das Kühlgerät 2 angesetzt ist und wobei der Innenraum 9 des Schaltschranks 1 über einen Lufteinlass 6 und einen Luftauslass 7 mit dem zweiten Luftgang 8 des Kühlgeräts 2 fluidisch in Verbindung steht. Die in dem Schaltschrank 1 aufgenommene Luft wird mit Hilfe des Lüfters 18 durch den zweiten Luftgang 8 transportiert. In dem zweiten Luftgang 8 ist ein zweiter erfindungsgemäßer Wärmetauscher 10 gemäß 1 angeordnet. Der Wärmetauscher in dem zweiten Luftgang 8 weist einen Verdampfer 11.1 und eine Verdampfungszone 11.3 einer Wärmerohranordnung auf, wobei die Verdampfungszone 11.3 in Luftströmungsrichtung durch den zweiten Luftgang 8 dem Verdampfer 11.1 vorgelagert ist. Fluidisch abgetrennt von dem zweiten Luftgang 8 weist das Kühlgerät 2 einen ersten Luftgang 5 auf, welcher über einen Lufteinlass 6 und einen Luftauslass 7 mit der Umgebung des Schaltschranks 1 fluidisch in Verbindung steht. Wiederum dient ein Lüfter 18 dazu, Umgebungsluft über den Einlass 6 in den ersten Luftgang 5 des Kühlgeräts 2 zu transportieren. In dem ersten Luftgang 5 ist ein erster erfindungsgemäßer Wärmetauscher 10 gemäß 1 angeordnet, der von der durch den ersten Luftgang 5 geführten Luft durchströmt wird. Der Wärmetauscher in dem ersten Luftgang 5 weist einen Verflüssiger 11 und eine Kondensationszone 11.2 einer Wärmerohranordnung auf, wobei die Kondensationszone 11.2 in Luftströmungsrichtung durch den ersten Luftgang 5 dem Verflüssiger 11.1 vorgelagert ist. Die Wärmetauscher 10 stehen derart fluidisch miteinander in Verbindung, dass das erste Leitungssystem 13 des ersten Wärmetauschers 10 mit dem ersten Leitungssystem 13 des zweiten Wärmetauschers 10 einen ersten geschlossenen Kühlmittelkreislauf 3 und das zweite Leitungssystem 14 des ersten Wärmetauschers 10 mit dem zweiten Leitungssystem 14 des zweiten Wärmetauschers 10 einen zweiten geschlossenen Kühlmittelkreislauf 4 bildet.
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Der erste geschlossene Kühlmittelkreislauf 3 ist bei der Ausführungsform gemäß 2 ein Verdichter getriebener Kühlmittelkreislauf mit einem Verdichter 19 und einem Expansionsventil 20. Demzufolge hat der erste Wärmetauscher 10 soweit er den ersten geschlossenen Kühlmittelkreislauf 3 betrifft, die Funktion eines Kondensators und der zweite Wärmetauscher 10, soweit er den ersten geschlossenen Kühlmittelkreislauf 3 betrifft, die Funktion eines Verdampfers.
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Der zweite geschlossene Kühlmittelkreislauf 4 bildet ein Wärmerohr, auch Heatpipe genannt. Dazu ist der erste Wärmetauscher 10 oberhalb des zweiten Wärmetauschers 10 angeordnet. Der zweite geschlossene Kühlmittelkreislauf 4 ist zumindest teilweise mit einem Kühlmittel gefüllt. Für Wärmerohranwendungen geeignete Kühlmittel sind aus dem Stand der Technik bekannt und können Wasser umfassen Das flüssige Kühlmittel lagert sich schwerkraftbedingt im unteren Bereich des zweiten geschlossenen Kühlmittelkreislaufes 4 ab, wo sich die Verdampfungszone des Wärmerohrs befindet. Diese bildet gerade der zweite Wärmetauscher 10. Der zweite Wärmetauscher 10 wird von der durch den zweiten Luftgang 8 transportierten warmen Schaltschrankluft durchströmt. Dabei erwärmt sich das Kühlmittel des zweiten geschlossenen Kühlmittelkreislaufes 4, woraufhin dieses zumindest teilweise verdampft. Das verdampfende Kühlmittel steigt in den ersten Wärmetauscher 10 auf, welcher gerade die Kondensationszone des Wärmerohrs bildet. Der erste Wärmetauscher 10 wird von der kühlen Umgebungsluft des Schaltschranks 1, welche durch den ersten Luftgang 5 mit Hilfe des Lüfters 18 transportiert wird, abgekühlt, woraufhin das gasförmige Kühlmittel in dem ersten Wärmetauscher 10 kondensiert. Das kondensierte Kühlmittel wandert schwerkraftgetrieben aus dem ersten Wärmetauscher 10 zurück in den tiefer gelegenen zweiten Wärmetauscher 10 und kann dort erneut verdampfen und erneut in den zweiten Wärmetauscher 10 aufsteigen.
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Das Kühlgerät 2 gemäß 2 kann somit wahlweise in drei verschiedenen Kühlmodi betrieben werden, nämlich ausschließlich aktiv, ausschließlich passiv, oder hybrid, wobei im Hybridbetrieb insbesondere vorgesehen sein kann, dass der passive Kühlprozess permanent betrieben wird, während der aktive Kühlprozess dazu dient, die mit Hilfe des passiven Kühlprozesses bereitgestellte Kühlleistung soweit zu ergänzen, dass in Summe mindestens die geforderte Kühlleistung zur Verfügung gestellt wird, wozu der aktive Kühlprozess getaktet wird.
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In den 3 bis 6 ist dargestellt, dass im Wesentlichen ein und derselbe Kühlgerätaufbau dazu dienen kann, eine ganze Vielfalt von unterschiedlichen Kühlprozessen zu realisieren. Dabei betreffen die Ausführungsformen gemäß den 3 und 4 Wandkühlgeräte und die Ausführungsformen gemäß den 5 und 6 Kühlgeräte, die als Dachaufbauten ausgebildet sind.
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3 zeigt ein Hybridkühlgerät mit einem Kaltwassersatz im Innenkreislauf. Das erste und das zweite Leitungssystem 13, 14 des ersten Wärmetauschers 10 im ersten Luftgang 5 sind parallel geschaltet, wobei diese mit dem zweiten Leitungssysteme 14 des zweiten Wärmetauschers 10 ein Wärmerohr bilden. Das verbleibende zweite Leitungssystem 14 des zweiten Wärmetauschers 10 bildet mit einer Kaltwasserquelle 21 den zweiten geschlossenen Kühlmittelkreislauf 4 und damit einen Kaltwassersatz. Die Kaltwasserquelle 21 stellt gekühltes Wasser bereit, welches durch den zweiten Wärmetauscher 10 zirkuliert wird und ist nicht Bestandteil des Kühlgeräts 2. Dieser zusätzliche aktive Kühlmittelkreislauf 4 kann somit dazu dienen, entweder bei hohen Verlustleistungen der in dem Schaltschrankinnenraum 9 aufgenommenen Komponenten oder bei hohen Umgebungstemperaturen des Schaltschrankes 1 eine zusätzliche Kühlleistung zur Verfügung zu stellen, welche die mit Hilfe des passiven Kühlkreislaufes 3 bereitgestellte Kühlleistung soweit ergänzt, dass in Summe eine ausreichende Schaltschrankkühlung zur Verfügung gestellt wird.
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Insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen kann es entsprechend dem Aufbau gemäß 4 zweckmäßig sein, den zusätzlichen aktiven Kühlmittelkreislauf 4 mit Hilfe des in den zweiten Luftgang 8 integrierten Wärmetauschers 10 zu realisieren. Hier umfasst der aktive Kühlmittelkreislauf wiederum einen Kaltwassersatz.
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Die 5 und 6 zeigen, dass analog zu den 3 und 4 Kühlgeräte 2 für den Dachaufbau realisiert werden können, welche die erfindungsgemäße hohe Variabilität aufweisen. Auch bei Kühlgeräten, die als Dachaufbauten realisiert sind, ist es dem Anwender freigestellt, den aktiven Kühlmittelkreislauf 4 neben dem passiven Kühlmittelkreislauf 3 entweder im Außenkreis über den ersten Wärmetauscher 10 (siehe 5), oder im Innenkreis über den zweiten Wärmetauscher 10 (siehe 6) zu realisieren.
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7 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Wärmerohranordnung, wie sie insbesondere in Dachaufbaukühlgeräten Anwendung finden kann.
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Die Wärmerohranordnung 24 umfasst ein Leitungssystem, das aus vertikal geführten Rohrabschnitten 25 zusammengesetzt sind. Die Rohrabschnitte 25 bestehen jeweils aus Paaren paralleler Rohrleitungen, welche an ihrem oberen Ende mit Hilfe eines U-förmigen Umlenkstücks fluidisch miteinander verbunden sind. Am unteren Ende jedes Rohrabschnitts 25 münden die Rohrleitungen jedes Rohrabschnitts 25 in ein gemeinsames Sammelrohr 26, welches die Rohrabschnitte 25 fluidisch miteinander verbindet. Die Wärmerohranordnung 24 ist über eine sich horizontal erstreckende Endlamelle 27 in eine Kondensationszone 24.1 und eine Verdampfungszone 24.2 unterteilt, wobei bei montiertem Luft-Luft-Wärmetauscher 10 die Kondensationszone 24.1 in dem ersten Luftgang des Kühlgeräts und die Verdampfungszone 24.2 in dem zweiten Luftgang des Kühlgeräts angeordnet ist. Die Endlamelle 27 dient zur Positionierung und Befestigung der Wärmerohranordnung 24 an einem Durchlass, der in einer Zwischenwand, die den ersten Luftgang von dem zweiten Luftgang abtrennt, ausgebildet ist. Die Rohrleitungen der Rohrabschnitte 25 sind durch sich horizontal erstreckende, thermisch leitfähige Lamellen 17 hindurch geführt und an diese thermisch gekoppelt, wobei zwischen benachbarten Lamellen 17 jeweils ein Luftführungsschlitz ausgebildet ist. Die Lamellen 17 erstrecken sich somit gerade in Bewegungsrichtung der durch den ersten Luftgang beziehungsweise der durch den zweiten Luftgang transportierten Luft und dienen dazu, den Wärmeaustausch zwischen der Verdampfungszone 24.2 beziehungsweise der Kondensationszone 24.1 und der durch den jeweiligen Luftgang hindurch geführten Luft zu verbessern.
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In dem Leitungssystem der Wärmerohranordnung 24 ist ein Kältemittel vorgehalten, welches sich aufgrund der vertikalen Ausrichtung der Rohrabschnitte 25 Schwerkraft getrieben vor allem im unteren Bereich der Wärmerohranordnung 24 und damit in dem Sammelrohr 26 sowie in der Verdampfungszone 24.2 ansammelt. Erfindungsgemäß ist die Vedampfungszone 24.2 gerade im zweiten Luftgang 8 des Kühlgeräts angeordnet und wird damit von der warmen Luft aus dem Schaltschrankinnenraum 9 durchströmt. Die warme Luft kann über die Rohrleitungen beziehungsweise die thermisch leitfähigen Lamellen 17 Wärme an das Kühlmittel in der Verdampfungszone 24.2 abtauschen, welches daraufhin vom flüssigen Aggregatzustand in den gasförmigen Aggregatzustand übergeht und entlang der Rohrleitungen in die Kondensationszone 24.1 der Wärmerohranordnung 24 wandert. Die Kondensationszone 24.1 soll sich erfindungsgemäß gerade im ersten Luftgang 5 des Kühlgeräts 2 befinden, so dass diese gerade von der kühlen Umgebungsluft des Schaltschranks 1 umströmt wird. Dies hat zur Folge, dass das gasförmige Kältemittel, welches in der Kondensationszone 24.1 der Wärmerohranordnung 24 vorgehalten ist, Wärmeenergie an die durch den ersten Luftgang 3 transportierte Umgebungsluft abtauschen kann, woraufhin dieses kondensiert und Schwerkraft getrieben aus der Kondensationszone 24.1 in die Verdampfungszone 24.2 zurückfließt.
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Es ist verständlich, dass das Leitungssystem und insbesondere dessen Rohrabschnitte nicht exakt vertikal ausgerichtet sein müssen, damit die zuvor beschriebene Funktionalität erreicht werden kann. Vielmehr ist auch eine angewinkelte Anordnung der Wärmerohranordnung 24 in dem Kühlgerät denkbar, beispielsweise um ein platzsparendes, weniger hoch bauendes Kühlgerät zu erzielen.
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Die 8 beschreibt schematisch eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hybridkühlgeräts 2, mit einem ersten und einem zweiten erfindungsgemäßen Wärmetauscher 10, die einen ersten geschlossenen Kühlmittelkreislauf 3 und einen zweiten geschlossenen Kühlmittelkreislauf 4 thermisch miteinander koppeln. Der erste geschlossene Kühlmittelkreislauf 3 ist ein aktiver Kühlmittelkreislauf, der in Kühlmittelströmungsrichtung hintereinander einen Verdichter 19, einen Verflüssiger in Form des oberen Wärmetauschers 10, ein Expansionsventil 20 und einen Verdampfer in Form des unteren Wärmetauschers 10 aufweist. Der Verdichter 19 und das Expansionsventil 20 sind über eine Bypassleitung 22, die jeweils ein Ventil 23 aufweist, überbrückt. In der Schließstellung der Ventile 23 kann der erste geschlossene Kühlmittelkreislauf 3 aktiv betrieben werden. Sind die Ventile 23 geöffnet, bilden die Wärmetauscher 10 eine Wärmerohranordnung und somit einen passiven Kühlmittelkreislauf. Die beiden Kühlmittelkreisläufe 3, 4 sind derart zueinander angeordnet, dass die jeweiligen Kältemittel in entgegengesetzter Richtung zueinander transportiert werden, wenn der erste Kühlmittelkreislauf 3 aktiv betrieben wird. In dem zweiten Kühlmittelkreislauf 4 ist ein zweites Kühlmittel zwischen dem Verdampfer und dem Verflüssiger geführt. Der Verflüssiger und der Verdampfer sind jeweils derart ausgestaltet, dass die beiden Kühlmittelkreisläufe 3, 4 über den Verdampfer und den Verflüssiger thermisch miteinander gekoppelt sind. Der Verlüssiger ist um einen vertikalen Abstand oberhalb von dem Verlüssiger angeordnet. Der Verflüssiger ist in einem von einem ersten Teilgehäuse des Kühlgeräts gebildeten ersten Luftgang 5 des Kühlgeräts 2 und der Verdampfer sowie der Verdichter 19 und das Expansionsventil 20 sind in einem von einem zweiten Teilgehäuse des Kühlgeräts 2 gebildeten zweiten Luftgang 8 angeordnet. Durch den ersten Luftgang 5 und insbesondere den Verflüssiger wird Umgebungsluft des Schaltschranks 1 mit Hilfe eines Lüfters 18 transportiert. Durch den zweiten Luftgang 8 und insbesondere den Verdampfer wird erwärmte Luft aus dem Schaltschrankinnern mit Hilfe eines weiteren Lüfters 18 transportiert. Die Ventile 23 in den Bypassleitungen 22 sind vorzugsweise elektrisch ansteuerbare Magnetventile.
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Das zweite Kühlmittel in dem zweiten Kühlmittelkreislauf 4 wird über die warme Schaltschrankluft, welche durch den zweiten Luftgang 8 transportiert wird, erwärmt, woraufhin dieses zumindest teilweise verdampft oder seine Dichte zumindest insoweit verringert, dass es entlang dem zweiten Kühlmittelkreislauf 4 von dem Verdampfer in den Verflüssiger transportiert wird. Der Verflüssiger wird von kühler Umgebungsluft des Schaltsschranks umströmt. Dadurch kondensiert bzw. verdichtet sich das Kühlmittel derart, dass es entlang dem Kühlmittelkreislauf 4 zurück in den Verdampfer fließt, um dort erneut von der warmen Schaltschrankluft erwärmt zu werden. Befindet sich der erste Kühlmittelkreislauf 3 ebenso im passiven Betriebsmodus, kann auch in diesem das Kältemittel in der zuvor mit Bezug auf den zweiten Kühlmittelkreislauf 4 beschriebenen Weise zwischen dem Verdampfer und dem Verflüssiger zirkulieren. In diesem Fall ist die Transportrichtung des ersten Kühlmittels in dem ersten Kühlmittelkreislauf 3 entgegen der eingezeichneten Strömungsrichtung x. Die eingezeichnete Strömungsrichtung x des ersten Kühlmittels in dem ersten Kühlmittelkreislauf 3 entspricht derjenigen, welche sich bei dem aktiven Betrieb des ersten Kühlmittelkreislaufes 3 einstellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltschrank
- 2
- Kühlgerät
- 3
- erster geschlossener Kühlmittelkreislauf
- 4
- zweiter geschlossener Kühlmittelkreislauf
- 5
- erster Luftgang
- 6
- Lufteinlass
- 7
- Luftauslass
- 8
- zweiter Luftgang
- 9
- Innenraum des Schaltschranks
- 10
- Luft-Kühlmittel-Wärmetauscher
- 11
- Verflüssiger
- 11.1
- Verdampfer
- 11.2
- Kondensationszone
- 11.3
- Verdampfungszone
- 12
- Luft-Wasser-Wärmetauscher
- 13
- erstes Leitungssystem
- 14
- zweites Leitungssystem
- 15
- Kühlmittelvorlauf
- 16
- Kühlmittelrücklauf
- 17
- Lamellen
- 18
- Lüfter
- 19
- Verdichter
- 20
- Expansionsventil
- 21
- Kaltwasserquelle
- 22
- Bypassleitung
- 23
- Ventil
- 24
- Wärmerohranordnung
- 24.1
- Kondensationszone
- 24.2
- Verdampfungszone
- 25
- vertikale Rohrabschnitte
- 26
- Sammelrohr
- 27
- Endlamelle
