DE102020213189B4

DE102020213189B4 - Schaltschrank mit Lüftermodul

Info

Publication number: DE102020213189B4
Application number: DE102020213189.9A
Authority: DE
Inventors: Alexander Netrval; Roland Keller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-07-31
Filing date: 2020-10-20
Publication date: 2022-06-30
Anticipated expiration: 2040-10-21
Also published as: DE102020213189A1; CN114069433A

Abstract

Schaltschrank, in dem wassergekühlte Komponenten (58) befestigt sind, umfassend ein Lüftermodul (10, 10a, 10b), mit einem Grundkörper, der Seitenflächen aufweist, die einen Hohlraum umschließen, wobei die Seitenflächen eine vordere Seitenfläche und eine dieser gegenüberliegende hintere Seitenfläche umfassen;wobei in einem Ansaugbereich (20) an einem Ende des Grundkörpers wenigstens eine Einlassöffnung in der vorderen Seitenfläche (12) vorgesehen ist und in einem von dem Ansaugbereich (20) in einer Höhenrichtung beabstandeten Auslassbereich (22) an einem anderen Ende des Grundkörpers wenigstens eine Auslassöffnung in der vorderen Seitenfläche vorgesehen ist;wobei in dem Hohlraum wenigstens ein Radiallüfter (24) angeordnet ist, dessen Ansaugöffnung mit der wenigstens einen Einlassöffnung verbunden ist, so dass durch den Radiallüfter (24) Luft in den Hohlraum gesaugt werden kann;wobei an der wenigstens einen Auslassöffnung ein Wärmetauscher (26) angeordnet ist, so dass Luft durch den Wärmetauscher (26) aus dem Hohlraum strömen kann;wobei der Wärmetauscher (26) einen Einlassanschluss (28) und einen Auslassanschluss (29) an Leitungen eines Kühlkreislaufs aufweist und dazu eingerichtet ist, Wärme zwischen Luft, die durch den Wärmetauscher (26) strömt und einem Kühlfluid, das durch den Wärmetauscher (26)fließt, wenn der Einlassanschluss (28) und der Auslassanschluss mit dem Kühlkreislauf verbunden sind, auszutauschen;wobei der Wärmetauscher (26) einen Verdampfer umfasst oder als Verdampfer ausgebildet ist, wobei der Verdampfer dazu eingerichtet ist, das Kühlfluid zu verdampfen; undwobei das Lüftermodul (10, 10a, 10b) und die Komponenten an den gleichen Kühlkreislauf angeschlossen sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schaltschrank, in dem ein Lüftermodul montiert ist.
Stand der Technik
In industriellen bzw. verfahrenstechnischen Anlagen werden sogenannte Schaltschränke verwendet, in denen elektrische und elektronische Komponenten angeordnet sind, die der Steuerung und der Versorgung mit elektrischer Energie von Maschinen der Anlage dienen. Die elektrischen bzw. elektronischen Komponenten können z.B. Steuergeräte, Relais, Leistungsschalter, Spannungswandler, Wechselrichter, Gleichrichter, Umrichter (allgemein Stromrichter) oder ähnliches sein. Zur Montage der elektrischen und elektronischen Komponenten können beispielsweise Befestigungsleisten an der Rückwand des Schaltschranks oder eine Rahmenkonstruktion vorgesehen sein. Die Schaltschränke sind normalerweise geschlossen, d.h. an allen Seiten von Wände oder Türen umgeben, um einerseits die Komponenten vor Einwirkungen aus der Umgebung (etwa ein mechanische Einwirkung, oder auch Wasser) und andererseits die Umgebung vor Gefahren durch die Komponenten (etwa durch spannungsführende Leitungen oder elektromagnetische Störungen) zu schützen.
Die elektrischen bzw. elektronischen Komponenten geben während des Betriebs Wärme ab, die, z.B. wenn sich im Schaltschrank Stromrichter befinden, im Bereich einiger kW liegen kann. Diese Wärme muss aus dem Schaltschrank abgeführt werden, um eine Überhitzung der elektrischen bzw. elektronischen Komponenten zu vermeiden. Dazu können in den Wänden und/oder Türen des Schaltschranks Lüftungsschlitze vorgesehen sein, an denen zusätzlich Lüfter angebracht sein können, um den Luftfluss zu erhöhen. Allerdings ist bei dieser Lösung die Wärmeabfuhrleistung bzw. Kühlleistung insbesondere auch von der Umgebungstemperatur abhängig, d.h. die mögliche Kühlleistung ist in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur beschränkt, und außerdem wird die unmittelbare Umgebung des Schaltschranks, die z.B. ein geschlossener Raum sein kann, erwärmt, was unter anderem auch zu einer Abnahme der Kühlleistung führt.
DE 10 2008 036 755 A1 , DE 196 09 687 A1 und DE 92 00 134 U1 offenbaren jeweils ein an einem Schaltschrank anzubringendes Lüftermodul mit einem in einem Hohlraum des Lüftermoduls angeordneten Wärmetauscher. DE 43 27 444 A1 betrifft eine Kühleinrichtung für einen Schaltschrank mit elektrischen Komponenten, die flüssigkeitsgekühlt sind. EP 0 576 457 B1 betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Verteilung von Kühlgas in einem System aus Schaltschränken.
Es ist daher wünschenswert, eine Lüftung für einen Schaltschrank zu finden, die in der Lage ist, eine hohe Wärmeabfuhrleistung zu erbringen, und die im Besonderen von der Umgebungstemperatur des Schaltschranks unabhängig ist.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Schaltschrank mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Ein erfindungsgemäßer Schaltschrank umfasst ein Lüftermodul. Das Lüftermodul weist an der vorderen Seitenfläche in einem Ansaugbereich eine Einlassöffnung, durch die der Luftstrom mittels eines Radiallüfters angesaugt wird, und eine Auslassöffnung in einem Auslassbereich auf, durch die der Luftstrom durch einen Wärmetauscher, der dazu eingerichtet ist, die Luft zu kühlen, wieder abgeben wird. Der Luftstrom wird vom Ansaugbereich zum Auslassbereich durch einen Hohlraum, der einen Luftkanal bildet, geleitet. Dies ermöglicht es, das Lüftermodul in einem Schaltschrank so anzuordnen, dass warme Luft aus einem Bereich des Schaltschranks oberhalb zu kühlender elektrischer und/oder elektronischer Komponenten abgesaugt wird und gekühlt in einem unteren Bereich des Schaltschranks, unterhalb der Komponenten, wieder abgegeben wird. So kann ein Luftkreislauf in dem Schaltschrank gebildet werden, der einen hohen Wärmeaustausch zwischen den Komponenten und der Luft ermöglicht. Da der Wärmetauscher an einen Kühlkreislauf mit einem Kühlfluid wie z.B. Wasser angeschlossen werden kann, kann die Wärme nach außerhalb des Schaltschranks und auch nach außerhalb der unmittelbaren Umgebung des Schaltschranks abgeführt werden. Ein Kühlkreislauf ist z.B. in der Anlage, in der der Schaltschrank installiert ist, bereits vorhanden. Der Wärmetauscher kann insbesondere als Gas/Flüssigkeitswärmetauscher, insbesondere Luft/Wasser-Wärmetauscher, oder als Verdampfer (z.B. eines sog. Split-Klimageräts) ausgebildet sein.
Unter einem Radiallüfter wird bekanntermaßen ein Lüfter verstanden, der Luft in axialer Richtung, d.h. parallel zu einer Rotationsachse des Lüfterrads, ansaugt und dies in einer radialen Richtung, d.h. senkrecht zu der Rotationsachse des Lüfterrads, ausbläst, die Luft wird also durch den Radiallüfter um ca. 90° umgelenkt. Der Radiallüfter ist im Hohlraum entsprechend so angeordnet, dass dessen axiale Ansaugrichtung durch die Einlassöffnung in der vorderen Seitenfläche verläuft und dessen radiale Auslassrichtung in dem Hohlraum liegt und vorzugsweise vom Einlassbereich zum Auslassbereich weist. Ein für die Erfindung verwendeter Radiallüfter kann einen Nenn-Volumenstrom von wenigstens 500 m³/h, bevorzugt von wenigstens 800 m³/h, weiter bevorzugt von wenigstens 1.200 m³/h, aufweisen. Es können bevorzugt Radiallüfter mit einem Volumenstrom im Bereich von 500 m³/h bis 2.000 m³/h verwendet werden. Insbesondere können Radiallüfter mit einem Volumenstrom im Bereich von 800 m³/h bis 1.300 m³/h verwendet werden. Durch diese Ausgestaltung kann eine Kühlleistung von mehreren kW, z.B. 4 kW, erreicht werden, wobei gleichzeitig, wenn Wasser als Kühlfluid verwendet wird, eine Temperaturdifferenz über den Wärmetauscher in dem Wasser von lediglich etwa 5 °C ausreichend ist, um diese Leistung abzuführen.
Es ist auch möglich mehrere nebeneinander angeordnete Radiallüfter (bevorzugt in Richtung der weiter unten eingeführten Breite) im Ansaugbereich zu verwenden. Dann sind entsprechend mehrere Einlassöffnungen in der vorderen Seitenfläche im Ansaugbereich vorgesehen.
Bevorzugt ist ein in der Höhenrichtung gemessener Abstand zwischen Ansaugbereich und Auslassbereich um einen Faktor größer als eine in Höhenrichtung gemessene Höhe des Ansaugbereichs und/oder eine in der Höhenrichtung gemessene Höhe des Auslassbereichs, wobei der Faktor mindestens eins ist, bevorzugt mindestens zwei, weiter bevorzug mindestens drei, am meisten bevorzugt mindestens vier. Ebenso bevorzugt ist ein Abstand zwischen vorderer Seitenfläche und hinterer Seitenfläche kleiner als die in Höhenrichtung gemessene Höhe des Ansaugbereichs und/oder die in Höhenrichtung gemessene Höhe des Auslassbereichs; wobei weiter bevorzugt der Abstand zwischen vorderer Seitenfläche und hinterer Seitenfläche kleiner als 50% der in der Höhenrichtung gemessenen Höhe des Ansaugbereichs und/oder der in der Höhenrichtung gemessenen Höhe des Auslassbereichs ist. Ebenso bevorzugt ist eine Breite der vorderen und der hinteren Seitenfläche im Bereich zwischen 0,5 und 1,5-mal der in der Höhenrichtung gemessenen Höhe des Ansaugbereichs und/oder der in der Höhenrichtung gemessenen Höhe des Auslassbereichs.
Durch diese bevorzugten Abmessungen kann eine flache Bauform des Lüftermoduls erreicht werden, die es ermöglicht, das Lüftermodul in platzsparender Weise in einem Schaltschrank neben oder zwischen zu kühlenden Komponenten anzuordnen. Insbesondere kann ein Lüftermodul mit seiner Breite parallel zu einer Tiefe des Schaltschranks angeordnet werden. Die Breite ist hierbei die Abmessung, die senkrecht zur Höhenrichtung und senkrecht zum Abstand (Tiefe) zwischen vorderer und hinterer Seitenfläche des Lüftermoduls gemessen wird. Die vordere Seitenfläche (und auch die hintere Seitenfläche) weist also eine Höhe in Höhenrichtung und eine Breite auf. Die flache Bauform wird insbesondere auch durch die Verwendung eines Radiallüfters ermöglicht.
Bezogen auf die Fläche der vorderen Seitenfläche, die sich im Ansaugbereich befindet, beträgt ein Flächenanteil (Einlassflächenanteil) der wenigstens einen Einlassöffnung bevorzugt weniger als 75 %, weiter bevorzugt liegt dieser Flächenanteil im Bereich zwischen 20 % und 60 %, noch weiter bevorzugt liegt dieser Flächenanteil im Bereich zwischen 30 % und 50 %. Bezogen auf die Fläche der vorderen Seitenfläche, die sich im Auslassbereich befindet, beträgt ein Flächenanteil (Auslassflächenanteil) der wenigstens einen Auslassöffnung bevorzugt mehr als 20 %, weiter bevorzugt liegt dieser Flächenanteil im Bereich zwischen 30 % und 95 %, noch weiter bevorzugt liegt dieser Flächenanteil im Bereich zwischen 50 % und 95 %.
Bevorzugt weist der Wärmetauscher voneinander beabstandete Lamellen auf, zwischen denen Luft hindurchströmen kann, wobei der Wärmetauscher dazu eingerichtet ist, das Kühlfluid durch die Lamellen oder durch mit den Lamellen verbundene Rohre zu leiten. Durch die Lamellen wird eine große Fläche gebildet, über die der Wärmeaustausch mit der Luft stattfinden kann. Die Lamellen umfassen weiter bevorzugt ein gut wärmeleitendes Material, z.B. Aluminium oder Kupfer.
Eine maximale Abmessung des Lüftermoduls im Auslassbereich, d.h. Abmessung des Grundkörpers im Auslassbereich plus Abmessung (Dicke) des Wärmetauschers, in einer Richtung senkrecht zur vorderen Seitenfläche (also parallel zu dem Abstand zwischen vorderer und hinterer Seitenfläche) beträgt bevorzugt höchstens 200 %, weiter bevorzugt höchstens 150%, noch weiter bevorzugt höchstens 120 %, am meisten bevorzugt 90 % bis 110%, insbesondere 100 %, des Abstands (im Zusammenhang mit 1 als Tiefe bezeichnet) zwischen vorderer und hinterer Seitenfläche außerhalb des Auslassbereichs. Auf diese Weise wird die flache Bauform auch im Auslassbereich erhalten. Vorzugsweise schließt die vordere Seitenfläche des Wärmetauschers also bündig mit der vorderen Seitenfläche des Grundkörpers ab.
Vorzugsweise umfasst das Lüftermodul Befestigungselemente zur Befestigung an dem Schaltschrank. Damit kann das Lüftermodul z.B. an einer Rahmenstruktur des Schaltschranks befestigt werden. Alternativ ist es möglich, dass am Schaltschrank bzw. an dessen Rahmenstruktur Schienen vorgesehen sind, in die das Lüftermodul eingeschoben werden kann. In diesem Fall können am Lüftermodul bzw. am Grundkörper, insbesondere an der vorderen oder hinteren Seitenfläche, in Breitenrichtung verlaufende Rillen (die eine kleinere Abweichung von der Quaderform darstellen) vorgesehen sein, in die die Schienen eingreifen.
Der Wärmetauscher umfasst einen Verdampfer oder ist als Verdampfer ausgebildet, wobei der Verdampfer dazu eingerichtet ist, das Kühlfluid zu verdampfen. Das Kühlfluid fließt dann als Flüssigkeit in den Wärmetauscher, wird im Verdampfer verdampft (vollständig oder teilweise) (und kühlt dabei ab) und verlässt den Wärmetauscher als Gas (bzw. bei nicht vollständiger Verdampfung als Gas-Flüssigkeits-Gemisch). Eine korrespondierende, über die Leitungen für das Kühlfluid verbundene Kondensatorstufe bzw. Kondensationsstufe, die das Kühlfluid aus dem gasförmigen wieder in den flüssigen Zustand überführt, ist dann (als weiterer Wärmetauscher) außerhalb des Schaltschranks (insbesondere auch im Freien, vgl. sog. Split-Klimageräte) vorgesehen, so dass die Wärme an die Umgebung abgeführt werden kann. Ein solcher Kühlkreislauf ermöglicht eine besonders effiziente Kühlung. Die Kondensatorstufe kann Teil eines Kühlkreislaufs sein, der von der Anlage bereitgestellt wird, in der der Schaltschrank installiert ist, oder die Kondensationsstufe kann (samt Leitungen für das Kühlfluid) zusammen mit dem Lüftermodul Teil einer Kühleinrichtung sein, wobei eine Kondensatorstufe mit mehreren Lüftermodulen verbunden sein kann.
Eine Kühleinrichtung umfasst wenigstens ein Lüftermodul, das einen Verdampfer umfasst oder als solcher ausgebildet ist, und eine Kondensatorstufe, die über Leitungen für das Kühlfluid mit dem wenigstens einen Lüftermodul verbunden ist und dazu eingerichtet ist, verdampftes Kühlfluid zu kondensieren.
Der Schaltschrank umfasst wenigstens ein Lüftermodul oder eine Kühleinrichtung. In dem Schaltschrank sind zu kühlende Komponenten bevorzugt so angeordnet bzw. befestigt, dass ein oberer Bereich und ein unterer Bereich in dem Schaltschrank frei von den Komponenten bleibt; wobei das wenigstens eine Lüftermodul so angeordnet ist, dass der Ansaugbereich im oberen Bereich und der Auslassbereich im unteren Bereich liegt. Auf diese Weise kann ein Luftkreislauf im Schaltschrank gebildet werden, der eine hohe Kühlleistung ermöglicht. Vorzugsweise wird dabei die vordere Seitenfläche des Lüftermoduls parallel zu einer Seitenwand (also parallel zu einer Tiefe) des Schaltschranks angeordnet und mit ihrer Einlass- und Auslassöffnung vorzugsweise in den Innenraum des Schaltschranks gerichtet.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Figurenliste

1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Lüftermoduls gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2 zeigt eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Schaltschranks, in dem ein erfindungsgemäßes Lüftermodul montiert ist;
3 zeigt eine Vorderansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Schaltschranks, in dem zwei erfindungsgemäße Lüftermodule montiert sind.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
In 1 ist ein Lüftermodul 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Das Lüftermodul 10 weist im Wesentlichen eine längliche, flache Quaderform auf, die durch eine vordere Seitenfläche 12, eine hintere Seitenfläche (in dieser Ansicht nicht sichtbar), zwei seitliche Seitenflächen 14 (von denen nur eine in dieser Ansicht sichtbar ist), eine untere Seitenfläche (in dieser Ansicht nicht sichtbar) und einer obere Seitenfläche 16, die einen Hohlraum umschließen, gebildet ist. Die vordere und die hintere Seitenfläche, die beiden seitlichen Seitenflächen und die untere und die obere Seitenfläche liegen einander jeweils gegenüber und verlaufen jeweils im Wesentlichen parallel zueinander. Durch die Seitenflächen wird ein Grundkörper gebildet. Im Wesentlichen bezieht sich hier und in Bezug auf die Quaderform darauf, dass es kleinere Abweichungen, z.B. in Form von Einbuchtungen oder Ausbuchtungen geben kann. Insbesondere im unteren Bereich des Grundkörpers wird von der Parallelität von vorderer und hinterer Seitenfläche abgewichen, so dass eine Einbuchtung gebildet wird, in der ein Wärmetauscher angeordnet ist. Die Seitenflächen sind bevorzugt aus einem Metallblech gefertigt. Allgemeiner sind auch nicht quaderförmige Grundkörper denkbar, z.B. könnte die hintere Seitenfläche eine größere Breite als die vordere Seitenfläche aufweisen.
Das Lüftermodul 10 bzw. der Grundkörper weist einen Einlassbereich bzw. Ansaugbereich 20 und einen von diesem in der Höhenrichtung um einen Abstand D beabstandeten Auslassbereich 22 auf. Der Einlassbereich 20 weist eine Höhe d_e auf; der Auslassbereich 24 weist eine Höhe d_a auf. Diese Höhen d_e, d_a können in etwa gleich groß sein, z.B. um maximal 25 % voneinander abweichen. Der Einlassbereich 20 ist hier an einem Ende (bezogen auf die längliche Quaderform) des Grundkörpers, d.h. benachbart zu der oberen Seitenfläche 16, angeordnet; der Auslassbereich 22 ist hier an dem anderen Ende des Grundkörpers, d.h. benachbart zu der unteren Seitenfläche, angeordnet. Eine Gesamthöhe des Lüftermoduls bzw. des Grundkörpers ist hier somit durch die Summe von Abstand D, Einlassbereichhöhe d_e und Auslassbereichhöhe d_a gegeben. Die Gesamthöhe liegt bevorzugt im Bereich zwischen 1 m und 2,5 m, weiter bevorzugt zwischen 1,5 m und 2 m.
Eine Tiefe T des Lüftermoduls bzw. des Grundkörpers ist durch den Abstand von vorderer und hinterer Seitenfläche gegeben. Eine Breite B des Lüftermoduls bzw. des Grundkörpers ist durch die Breite der vorderen (bzw. der hinteren) Seitenfläche gegeben.
Im Ansaugbereich 20 ist in dem Hohlraum des Grundkörpers ein Radiallüfter 24 angeordnet, dessen Ansaugöffnung mit einer Öffnung in der vorderen Seitenfläche 12 in Verbindung steht bzw. mit dieser zusammenfällt. Die (nicht sichtbare) Auslassöffnung des Radiallüfters 24 ist in den Hohlraum gerichtet, so dass vom Radiallüfter angesaugte Luft in den Hohlraum, der sozusagen einen Luftkanal bildet, geleitet wird. Im Hohlraum können Luftleitbleche vorgesehen sein, um Luft-Verwirbelungen zu unterdrücken.
Im Auslassbereich 22 ist, in einer Einbuchtung bezüglich der Quaderform, ein Wärmetauscher 26 angeordnet, der dazu eingerichtet ist, Wärme zwischen Luft, die durch den Wärmetauscher strömt, und einem Kühlfluid, insbesondere Wasser, das durch den Wärmetauscher fließt, auszutauschen. Durch die Anordnung in einer Einbuchtung kann eine geringe Tiefe des Lüftermoduls gewahrt bleiben. Es ist aber auch möglich, den Wärmetauscher ohne Einbuchtung anzuordnen, in diesem Fall steht der Wärmetauscher weiter über die Quaderform hinaus.
Der Wärmetauscher 26 ist an bzw. vor einer (in der perspektivischen Ansicht nicht sichtbaren) Auslassöffnung in der vorderen Seitenfläche 12 angeordnet, so dass Luft aus dem Hohlraum durch die Auslassöffnung und durch den Wärmetauscher hindurchströmen kann. Das Kühlfluid kann dem Wärmetauscher 26 aus einem Kühlkreislauf zugeführt werden, wobei hierfür ein Einlassanschluss 28 und ein Auslassanschluss 29 zur Verbindung an Leitungen eines Kühlkreislaufs vorgesehen sind. Der Wärmetauscher kann z.B. Lamellen aufweisen, durch die die Luft strömt, wobei das Kühlfluid durch die Lamellen bzw. durch mit den Lamellen verbundene Röhren geleitet wird.
Insgesamt wird durch das Lüftermodul 10 also warme Luft durch den Radiallüfter 24 im Ansaugbereich 24 angesaugt, durch den Hohlraum zum Auslassbereich 22 geleitet, und durch den Wärmetauscher 26 geleitet, in dem die warme Luft Wärme an das Kühlfluid abgibt und gekühlt ausgestoßen wird.
An den seitlichen Seitenflächen 14 weist das dargestellte Lüftermodul 10 weiterhin Befestigungselemente 30 auf, mit denen das Lüftermodul in einem Schaltschrank befestigt werden kann. Vorzugsweise sind die Befestigungselemente abnehmbar bzw. austauschbar und können an verschiedenen Stellen des Lüftermoduls angebracht werden, z.B. an verschiedenen Seitenflächen. Dies ermöglicht es, das Lüftermodul an verschiedenen Stellen im Schaltschrank zu befestigen, z.B. linksseitige oder rechtsseitige Montage (bezugnehmend auf 2, die eine Montage an der linken Seitenwand 52 zeigt könnte etwa ebenso eine Montage an der rechten Seitenwand 53 erfolgen). Auch kann das Lüftermodul so an Befestigungssysteme verschiedener Schaltschranktypen, etwa verschiedener Hersteller, angepasst werden. Auf solche Befestigungselemente kann auch verzichtet werden, wenn z.B. vorgesehen ist, dass das Lüftermodul in im Schaltschrank vorhandene Einschübe eingeschoben wird.
Basierend auf den Höhen d_e, d_a von Einlassbereich 20 und Auslassbereich 22 kann eine typische Abmessung, nämlich eine Referenzabmessung definiert werden, auf die sich in der weiteren Beschreibung die Abmessungen beziehen. Diese Referenzabmessung kann z.B. entsprechend definiert sein als die größere oder die kleinere der Höhen d_e, d_a von Einlassbereich 20 und Auslassbereich 22 oder als Mittelwert der Höhen d_e, d_a von Einlassbereich 20 und Auslassbereich 22. Bevorzugt liegt die Referenzabmessung im Bereich zwischen 20 cm und 40 cm. Bezogen auf die Referenzabmessung liegen bevorzugt die Höhe d_e des Einlassbereichs 20 und die Höhe d_a des Auslassbereichs 22 jeweils im Bereich von 0,75 bis 1,25-mal der Referenzabmessung.
Der Abstand D zwischen Einlassbereich 20 und Auslassbereich 22 sollte um einen Faktor größer sein als die Referenzabmessung. Dieser Faktor sollte mindestens eins sein, bevorzugt mindestens zwei sein, weiter bevorzugt mindestens drei sein, am meisten bevorzugt mindestens vier sein. Andererseits sollte der Faktor höchstens 15, bevorzugt höchstens zehn sein.
Die Breite B liegt vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 1,5-mal der Referenzabmessung. Die Tiefe T ist vorzugsweise kleiner als die Referenzabmessung, weiter bevorzugt höchstens 0,5-mal die Referenzabmessung, am meisten bevorzugt höchstens 1/3-mal die Referenzabmessung. Die Tiefe sollte bevorzugt der Einbautiefe des Radiallüfters entsprechen, d.h. die der Ansaugöffnung des Radiallüfters gegenüberliegende Bodenfläche des Radiallüfters sollte bevorzugt an der hinteren Seitenfläche anliegen.
2 stellt eine Vorderansicht eines Schaltschranks 50, in dem ein erfindungsgemäßes Lüftermodul 10 montiert ist, dar. Hierbei ist eine geöffnete Ansicht des Schaltschranks 50 gezeigt, d.h. evtl. Türen sind geöffnet, bzw. abnehmbare Wände an der Vorderseite sind entfernt. Der Schaltschrank 50 weist Seitenwände 52, 53 und eine obere und eine untere Wand 54, 55 auf. An der Rückseite des Schaltschranks 50 befindet sich eine Rückwand 56. Diese Wände 52, 53, 54, 55, 56 des Schaltschranks, ebenso wie die nicht gezeigten Türen bzw. abnehmbaren Wände an der Vorderseite, können an einer nicht dargestellten, aus Leisten und Streben gebildeten Stützstruktur bzw. Rahmenstruktur befestigt sein. Bekannte Schranksysteme können in modularer Weise zunächst als Rahmenstruktur aufgebaut werden, an der dann die Wände und die Komponenten befestigt werden.
An der Rückwand 56 oder gegebenenfalls an der Rahmenstruktur sind elektrische und/oder elektronische Komponenten 58, die zu kühlende Komponenten sind, befestigt, z.B. mittels Schrauben oder durch Einhängen an entsprechenden Befestigungsleisten oder Befestigungsbohrungen an der Rückwand bzw. der Rahmenstruktur, oder auch durch Einschieben in entsprechende Einschübe, die an den Wänden bzw. der Rahmenstruktur vorgesehen sind. Der Schaltschrank, d.h. der Innenraum des Schaltschranks weist eine Höhe H auf, wobei sich die Komponenten 58 hier beispielsweise zwischen einer unteren Höhe h_u und einer oberen Höhe h_o erstrecken, d.h. einer oberer Bereich B_o und ein unterer Bereich B_u des Schaltschranks 50 bleiben vorzugsweise frei von Komponenten. Falls in diesen Bereichen (oberer B_o, unterer B_u) Komponenten installiert sind, sollten dies so eingerichtet sein, dass sie den Luftstrom zum und vom Lüftermodul durch den Schaltschrank nicht oder nur wenig behindern. Beispielsweise können dort Komponenten vorgesehen sein, die sich nur über eine geringe Tiefe des Schaltschranks (senkrecht zu Zeichenebene) erstrecken.
Elektrische Verbindungsleitungen oder ähnliches (nicht dargestellt) der elektrischen und/oder elektronischen Komponenten 58 können durch entsprechende Öffnungen in einer oder mehreren der Wände, insbesondere durch die Seitenwände 52, 53 und/oder die Rückwand 56 und/oder die obere Wand 55, aus dem Schaltschrank 50 herausgeführt werden und zu entsprechenden Elementen der Anlage (z.B. Maschinen, Bedienelemente, Stromversorgung) geführt sein. Es können auch Kabelkanäle vorgesehen sein (im oder am Schaltschrank), durch die diese Verbindungsleitungen geführt werden.
An einer Seitenwand 52 bzw. an einer eventuellen Rahmenstruktur ist ein Lüftermodul 10 entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung befestigt, wobei das Lüftermodul hier in einer seitlichen Ansicht zu sehen ist, d.h. aus Richtung der seitlichen Seitenfläche 14 der 1, die vordere und die hintere Seitenfläche des Lüftermoduls sind also parallel zur Seitenwand (wobei die hintere Seitenfläche zur Seitenwand weist, so dass das Lüftermodul durch die Einlassöffnung Luft aus dem Innenraum des Schaltschranks ansaugen kann und durch die Auslassöffnung wieder in den Innenraum abgegeben werden kann).
Das Lüftermodul 10 weist, wie im Zusammenhang mit 1 beschrieben, den Einlassbereich 20, in dem der Radiallüfter 24 angeordnet ist, und den Auslassbereich 22, in dem ein Wärmetauscher 26 angeordnet ist, auf. Im Einlassbereich wird durch den Radiallüfter ein (warmer) Luftstrom 60 angesaugt, der Luftstrom wird im Inneren, d.h. im Hohlraum, des Lüftermoduls zum Auslassbereich geleitet (Pfeil 62), und als (gekühlter) Luftstrom 62 durch den Wärmetauscher wieder abgegeben.
Die Abmessungen des Lüftermoduls 10 sind dabei so auf die Abmessungen des Schaltschranks 50 und der darin befindlichen Komponenten 58 abgestimmt, dass sich der Einlassbereich 20 im oberen Bereich B_o befindet und sich der Auslassbereich 22 im unteren Bereich B_u befindet. Es kann also ein Kreislauf-Luftstrom gebildet werden, bei dem der gekühlte Luftstrom 62 durch den unteren Bereich, zwischen den Komponenten hindurch, wo der Luftstrom erwärmt wird bzw. die Komponenten gekühlt werden, und über den oberen Bereich wieder als erwärmter Luftstrom 60 zurück zum Lüftermodul 10 gelangt. Entsprechend ist der Abstand D zwischen Einlassbereich 20 und Auslassbereich 22 des Lüftermoduls 10 vorzugsweise mindestens so groß wie die Differenz zwischen oberer Höhe h_o und unterer Höhe h_u.
Da das Lüftermodul 10 bevorzugt eine geringe Tiefe (im Vergleich zu den übrigen Abmessungen, bzw. zu Höhe und Breite, des Lüftermoduls) aufweist, kann dieses in platzsparender Weise neben den Komponenten 58 in den Schaltschrank 50 eingeschoben werden. Dabei sind die vordere Seitenfläche 12 und die hintere Seitenfläche des Lüftermoduls parallel zu einer Seitenwand 52 bzw. Tiefe des Schaltschranks angeordnet.
Der Wärmetauscher 26, bzw. dessen Einlassanschluss und dessen Auslassanschluss, ist mit Leitungen 63, 64 (z.B. einer Zuleitung 63 und einer Ableitung 64) eines Kühlkreislaufs, in dem ein Kühlfluid, bevorzugt Wasser, fließt, verbunden. Diese Leitungen 63, 64 können beispielsweise wie gezeigt durch die untere Wand 54 des Schaltschranks aus diesem herausgeführt werden. Im oder am Schaltschrank können Kabelkanäle vorgesehen sein, durch die die Leitungen des Kühlkreislaufs geführt werden. Über den Kühlkreislauf kann die Wärme z.B. an die Umgebung außerhalb der Anlage, in der der Schaltschrank und damit verbundene Maschinen installiert sind, abgegeben werden.
Es ist auch möglich, mehrere Lüftermodule in einem Schaltschrank anzuordnen. 3 stellt dazu einen weiteren Schaltschrank 70 dar, in dem beispielsweise zwei erfindungsgemäße Lüftermodule 10a, 10b angeordnet sind, wobei eines der Lüftermodule (in der Figur das rechte Lüftermodul 10b), an einer hier angedeuteten Rahmenstruktur 72 des Schaltschranks befestigt ist. Das (rechte) Lüftermodul 10b unterteilt den Innenraum des Schaltschranks in zwei Teile, wobei sich Komponenten 58a, die durch das Lüftermodul 10a gekühlt werden, in einem Teil und Komponenten 58b, die durch das Lüftermodul 10b gekühlt werden, in dem anderen Teil befinden. Im Prinzip könne so zwei Luft-Kühlkreisläufe gebildet werden. Wenn die Abmessungen des Lüftermoduls 10b auf die Abmessungen des Schaltschrank abgestimmt sind, d.h. wenn um das Lüftermodul 10b herum kein oder wenig Freiraum bleibt, der die beiden Teile des Schrankinnenraums verbindet, kann auf eine Wand zwischen den beiden Teilen (die auch als zwei einzelne Schränke angesehen werden können) verzichtet werden. Ansonsten gilt wieder das im Zusammenhang mit den 1 und 2 Gesagte, entsprechend wird hier auf Bezugszeichen weitgehend verzichtet.

Claims

Schaltschrank, in dem wassergekühlte Komponenten (58) befestigt sind, umfassend ein Lüftermodul (10, 10a, 10b), mit einem Grundkörper, der Seitenflächen aufweist, die einen Hohlraum umschließen, wobei die Seitenflächen eine vordere Seitenfläche und eine dieser gegenüberliegende hintere Seitenfläche umfassen; wobei in einem Ansaugbereich (20) an einem Ende des Grundkörpers wenigstens eine Einlassöffnung in der vorderen Seitenfläche (12) vorgesehen ist und in einem von dem Ansaugbereich (20) in einer Höhenrichtung beabstandeten Auslassbereich (22) an einem anderen Ende des Grundkörpers wenigstens eine Auslassöffnung in der vorderen Seitenfläche vorgesehen ist; wobei in dem Hohlraum wenigstens ein Radiallüfter (24) angeordnet ist, dessen Ansaugöffnung mit der wenigstens einen Einlassöffnung verbunden ist, so dass durch den Radiallüfter (24) Luft in den Hohlraum gesaugt werden kann; wobei an der wenigstens einen Auslassöffnung ein Wärmetauscher (26) angeordnet ist, so dass Luft durch den Wärmetauscher (26) aus dem Hohlraum strömen kann; wobei der Wärmetauscher (26) einen Einlassanschluss (28) und einen Auslassanschluss (29) an Leitungen eines Kühlkreislaufs aufweist und dazu eingerichtet ist, Wärme zwischen Luft, die durch den Wärmetauscher (26) strömt und einem Kühlfluid, das durch den Wärmetauscher (26) fließt, wenn der Einlassanschluss (28) und der Auslassanschluss mit dem Kühlkreislauf verbunden sind, auszutauschen; wobei der Wärmetauscher (26) einen Verdampfer umfasst oder als Verdampfer ausgebildet ist, wobei der Verdampfer dazu eingerichtet ist, das Kühlfluid zu verdampfen; und wobei das Lüftermodul (10, 10a, 10b) und die Komponenten an den gleichen Kühlkreislauf angeschlossen sind.
Schaltschrank nach Anspruch 1, wobei der Grundkörper im Wesentlichen eine Quaderform aufweist.
Schaltschrank nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Radiallüfter (24) einen Nenn-Volumenstrom im Bereich von 500 m³/h bis 2.000 m³/h, bevorzugt im Bereich von 800 m³/h bis 1.300 m³/h, aufweist.
Schaltschrank nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein in der Höhenrichtung gemessener Abstand (D) zwischen Ansaugbereich (20) und einen Faktor größer ist als eine in der Höhenrichtung gemessene Höhe des Ansaugbereichs (20) und oder eine in der Höhenrichtung gemessene Höhe des Auslassbereichs (22), wobei der Faktor größer eins ist, bevorzugt größer 2 ist, weiter bevorzug größer 3 ist, am meisten bevorzugt größer 4 ist.
Schaltschrank nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Abstand (T) zwischen vorderer Seitenfläche und hinterer Seitenfläche kleiner als die in der Höhenrichtung gemessene Höhe des Ansaugbereichs (20) und oder die in der Höhenrichtung gemessene Höhe des Auslassbereichs (22) ist wobei bevorzugt der Abstand zwischen vorderer Seitenfläche und hinterer Seitenfläche kleiner als 50% der in der Höhenrichtung gemessenen Höhe des Ansaugbereichs (20) und oder der in der Höhenrichtung gemessenen Höhe des
Schaltschrank nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Breite (B) der vorderen und der hinteren Seitenfläche im Bereich zwischen 0,5 und 1,5-mal der in der Höhenrichtung gemessenen Höhe des Ansaugbereichs (20) und oder der in der Höhenrichtung gemessenen Höhe des Auslassbereichs (22) ist
Schaltschrank nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Wärmetauscher (26) voneinander beabstandete Lamellen aufweist, zwischen denen Luft hindurchströmen kann, wobei der Wärmetauscher (26) dazu eingerichtet ist, das Kühlfluid durch die Lamellen oder durch mit den Lamellen verbundene Rohre zu leiten.
Schaltschrank nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend Befestigungselemente (30) zur Befestigung an dem Schaltschrank; wobei bevorzugt die Befestigungselemente auswechselbar sind und an verschiedenen Stellen des Lüftermoduls (10, 10a, 10b), insbesondere verschiedenen Seitenflächen, anbringbar sind.
Schaltschrank nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend eine Kondensatorstufe, die über Leitungen für das Kühlfluid mit dem wenigstens einen Lüftermodul (10, 10a, 10b) verbun- den ist und dazu eingerichtet ist, verdampftes Kühlfluid zu kondensieren.
Schaltschrank nach einem der vorstehenden Ansprüche, in dem zu kühlende Komponenten befestigt sind, so dass ein oberer Bereich (B_o) und ein unterer Bereich (B_u) in dem Schaltschrank frei von den Komponenten (58) bleibt; wobei das wenigstens eine Lüftermodul (10, 10a, 10b) so angeordnet ist, dass der Ansaugbereich (20) im oberen Bereich und der Auslassbereich (22) im unteren Bereich liegt.
Schaltschrank nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die vordere Seitenfläche des Lüftermoduls (10, 10a, 10b) parallel zu einer Tiefe des Schaltschranks angeordnet ist.