DE102022117360B3

DE102022117360B3 - Kühlgerät für die schaltschrankklimatisierung mit luftschottung sowie eine entsprechende schaltschrankanordnung

Info

Publication number: DE102022117360B3
Application number: DE102022117360.7A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Heimberg; Lena Kristin Cornelius; Jörg Knetsch; Juan Carlos Cacho Alonso; Lars Walter Niebergall
Original assignee: Rittal GmbH and Co KG
Current assignee: Rittal GmbH and Co KG
Priority date: 2022-07-12
Filing date: 2022-07-12
Publication date: 2023-09-28
Anticipated expiration: 2042-07-13
Also published as: TW202403248A; WO2024012632A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kühlgerät (1) für die Schaltschrankklimatisierung, das in einem Luftinnenkreis (2) einen als Luft-Flüssigkeit-Wärmetauscher ausgebildeten Verdampfer (3) und einen über eine Luftschottung (4) von dem Luftinnenkreis (2) getrennten Luftaußenkreis (5) mit einem als Luft-Flüssigkeit-Wärmetauscher ausgebildeten Verflüssiger (6) aufweist, wobei der Verdampfer (3) ein von einem Rohrleitungssystem (7) durchsetztes Lamellenpaket (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lamellenpaket (8) mit mindestens einer von zwei Stirnseiten (9), an welchen das Rohrleitungssystem (7) mindestens einen Rohrbogen (10) aufweist, durch die Luftschottung (4) hindurch in den Luftaußenkreis (5) hineinragt, sodass der mindestens eine Rohrbogen (10) in dem Luftaußenkreis (5) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Kühlgerät für die Schaltschrankklimatisierung, das in einem Luftinnenkreis einen als Luft-Flüssigkeit-Wärmetauscher ausgebildeten Verdampfer und einen über eine Luftschottung von dem Luftinnenkreis getrennten Luftaußenkreis mit einem als Luft-Flüssigkeit-Wärmetauscher ausgebildeten Verflüssiger aufweist. Dabei weist der Verdampfer ein von einem Rohrleitungssystem durchsetztes Lamellenpaket auf. Ein derartiges Kühlgerät ist in der DE 10 2012 108 110 B4 beschrieben. Weitere Kühlgeräte sind in der DE 10 2010 009 776 A1 und in der DE 199 47 970 A1 beschrieben.
Die Richtlinie 2006/42/EG (Maschinenrichtlinie) fordert, dass von in einer Maschine verwendetem Gas keine Explosions- und Brandgefahr ausgeht, wobei davon auszugehen ist, dass einzelne Bauteile versagen. Hat daher bei einem Schaltschrankkühlgerät ein Kältemittel führendes Teil eine anzunehmende Leckage, ist davon auszugehen, dass brennbares Gas (Kältemittel) in den Schaltschrank gelangt und sich dort an Einbauten, die im Betrieb Lichtbögen zünden, entzünden kann. Ohne Sicherheitsfunktion, die dies zuverlässig verhindert, können Schaltschrankkühlgeräte, die brennbare Kältemittel verwenden, nicht die Maschinenrichtlinie erfüllen bzw. mit der notwendigen Sicherheit für den Endanwender betrieben werden.
Die DE 10 2018 109 604 A1 beschreibt ein Kühlgerät, bei dem im Leckagefall des Rohrleitungssystems der Luftinnenkreis des Kühlgeräts an seinen Anschlussstellen, über die das Kühlgerät mit dem Innenraum eines Schaltschrankgehäuses fluidisch in Verbindung steht, verschlossen wird. Die aus dem Stand der Technik bekannten Kühlgeräte haben den Nachteil, dass sie vergleichsweise aufwändig in der Umsetzung sind, da beispielsweise verschiedene, aktiv angetriebene Schließorgane erforderlich sind, und bei einer detektierten Leckage sowie bei Eintritt eines brennbaren Kältemittels in den Innenraum des Schaltschranks angesteuert werden müssen.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, das eingangs beschriebene Kühlgerät derart weiterzuentwickeln, dass es mit einfachen technischen Mitteln umgesetzt werden kann und demgemäß preiswert in der Bereitstellung ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Kühlgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Demgemäß ist bei einem Kühlgerät der eingangs beschriebenen Art vorgesehen, dass das Lamellenpaket mit mindestens einer von zwei, vorzugsweise gegenüberliegenden, Stirnseiten, an welchen das Rohrleitungssystem mindestens einen Rohrbogen aufweist, durch die Luftschottung hindurch in den Luftaußenkreis hineinragt, sodass der mindestens eine Rohrbogen in dem Luftaußenkreis angeordnet ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die leckagempfindlichen Komponenten eines Luft-Flüssigkeit-Wärmetauschers der oder meistens die Rohrbögen bzw. deren Anschlussstellen an das übrige Rohrleitungssystem, insbesondere gerade, störungsunanfällige Rohrleitungsabschnitte, sind. Insbesondere können die Anschlussstellen der Rohrbögen als Lötverbindungen ausgebildet sein, welche eine gegenüber dem übrigen Rohrleitungssystem erhöhte Leckageempfindlichkeit aufweisen. Indem die Rohrbögen im dem Luftaußenkreis des Kühlgeräts angeordnet werden, kann im Leckagefall verdampfendes Kältemittel über den Luftaußenkreis in die Umgebung des Kühlgeräts abgeleitet und insbesondere von Lichtbögen erzeugenden Komponenten im Innenraum eines Schaltschrankgehäuses, an welches das Kühlgerät mit dem Luftinnenkreis angeschlossen ist, ferngehalten werden. Üblicherweise weisen Luft-Flüssigkeit-Wärmetauscher für Schaltschrankkühlgeräte eine Vielzahl 180°-Rohrbögen an ihren gegenüberliegenden Stirnseiten auf, an denen gerade, parallele Rohrleitungsabschnitte über die Bögen paarweise miteinander verbunden sind.
Das Rohrleitungssystem des Lamellenpakets kann an dem im Luftaußenkreis angeordneten Rohrbogen mindestens eine in dem Luftaußenkreis angeordnete Verbindungsstelle, vorzugsweise eine Fügestelle, besonders bevorzugt eine Lötstelle, aufweisen.
Der Rohrbogen kann ein 180°-Rohrbogen sein, der an seinen gegenüberliegenden Enden jeweils eine Verbindungsstelle für eine vorzugsweise gerade Rohrleitung des Rohrleitungssystems aufweist. Der Rohrbogen kann im Luftaußenkreis an der Verbindungsstelle mit der Rohrleitung verbunden, vorzugsweise gefügt, besonders bevorzugt verlötet sein.
Das Rohrleitungssystem kann, soweit es in dem Luftinnenkreis angeordnet ist, frei von Verbindungsstellen, vorzugsweise Fügestellen, besonders bevorzugt Lötstellen sein. Besonders bevorzugt weist das Rohrleitungssystem, soweit es in dem Luftinnenkreis angeordnet ist, lediglich gerade und vorzugsweise parallel zueinander verlaufende Rohrleitungsabschnitte auf. An den Stirnseiten können die geraden Rohrleitungsabschnitte durch die Luftschottung hindurchtreten. An den Durchtrittsstellen können die geraden Rohrleitungsabschnitte gegenüber der Luftschottung abgedichtet sein. Die Luftschottung kann an den Stirnseiten von einer Lamelle des Lamellenpakets, beispielsweise von einer Endlamelle des Lamellenpakets, bereitgestellt sein. An den Durchtrittsstellen der geraden Rohrleitungsabschnitte durch die Lamelle, insbesondere die Endlamelle, können die geraden Rohrleitungsabschnitte mit der Lamelle, insbesondere mit der Endlamelle, fluiddicht gefügt, etwa verlötet sein. Die Lamelle bzw. die Endlamelle kann Bestandteilung der Luftschottung sein, insbesondere in einem Durchtrittsbereich an der Stirnseite des Lamellenpakets, mit der das Lamellenpaket durch die Luftschottung hindurchtritt.
Das Lamellenpaket kann eine Vielzahl, vorzugsweise paralleler oder im Wesentlichen parallel zueinander verlaufender Lamellen aufweisen. Von den Lamellen kann eine dem Luftinnenkreis zugewandte Lamelle, vorzugsweise eine äußere Lamelle des Lamellenpakets, das Lamellenpaket und den mindestens einen Rohrbogen mit einem Dichtflansch überragen, über den das Lamellenpaket an der Luftschottung dichtend anliegt.
Dabei kann die dem Luftinnenkreis zugewandte Lamelle eine Endlamelle des Lamellenpakets sein, über die der Verdampfer in dem Kühlgerät, vorzugsweise an der Luftschottung, fluidisch dicht montiert ist.
Der Verdampfer, der Verflüssiger und das Rohrleitungssystem können Bestandteil einer Kältemaschine sein. Die Kältemaschinen kann weiterhin einen Verdichter und ein Expansionsorgan aufweisen. Sämtliche Bestandteile der Kältemaschinen können vollständig im Luftaußenkreis angeordnet sein, bis auf einen in dem Luftinnenkreis angeordneten und von Luft durchströmten Zentralbereich des Lamellenpakets des Verdampfers.
Das Lamellenpaket kann an seiner Stirnseite, mit der es durch die Luftschottung hindurch in den Luftaußenkreis hineinragt, im Luftaußenkreis eine Kondensatabführung für an dem mindestens einen Rohrbogen anfallendes Kondensat aufweisen.
Eine Schaltschrankanordnung weist neben mindestens einem Kühlgerät der zuvor beschriebenen Art ein Schaltschrankgehäuse auf, an dem das Kühlgerät montiert ist. Dabei ist durch den Luftinnenkreis des Kühlgeräts Luft aus einem Innenraum des Schaltschrankgehäuses transportiert, wobei durch den Luftaußenkreis Umgebungsluft der Schaltschrankanordnung transportiert ist.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der nachstehenden Figuren erläutert. Dabei zeigt:

1 in schematischer Darstellung eine Schaltschrankanordnung gemäß dem Stand der Technik; und
2 in schematischer Darstellung eine Gegenüberstellung der Anordnung eines Verdampfers in einem Kühlgerät gemäß dem Stand der Technik und in erfindungsgemäßer Weise.

1 zeigt eine Schaltschrankanordnung mit einem Kühlgerät 1 sowie einem Schaltschrankgehäuse 100, an dem das Kühlgerät 1 montiert ist. Das Kühlgerät 1 weist einen Luftinnenreis 2 und einen Luftaußenkreis 5 auf. Die im Innenraum 101 des Schaltschrankgehäuses 100 aufgenommene Luft wird in einem oberen Bereich des Kühlgeräts in den Luftinnenkreis 2 eingeleitet, durch den Verdampfer 3 hindurchgeleitet und in einem unteren Bereich des Schaltschranks 100 als gekühlte Luft in den Innenraum 101 zurückgeleitet. In dem Innenraum 101 des Schaltschrankgehäuses 100 können Schaltschrankkomponenten (nicht dargestellt) angeordnet sein, die im Betrieb Lichtbögen erzeugen können, beispielsweise elektrische Schaltgeräte. Würde demgemäß im Leckagefall das Rohrleitungssystem 7 ein brennbares Kältemittel in die Atmosphäre im Innenraum 101 des Schaltschrankgehäuses 100 eintreten, könnte sich das Luft-Gas-Gemisch an dem Lichtbogen entzünden. Die in 1 gezeigte Schaltschrankanordnung ist daher gemäß der Maschinenrichtlinie lediglich mit nicht brennbarem Kältemittel zu betreiben.
Das Rohrleitungssystem 7 ist Bestandteil einer Kältemaschine 15, die neben dem Verdampfer 3 im Innenkreis 2 und dem Verflüssiger 6 im Außenkreis 5 weiterhin einen Verdichter 16 und ein Expansionsorgan 17 aufweist. In einem unteren Bereich des Kühlgeräts 1 wird Umgebungsluft in den Luftinnenkreis 2 eingesogen, durch den Verflüssiger 6 hindurchgeleitet und in einem oberen Bereich des Kühlgeräts 1 aus dem Luftaußenkreis 5 in die Umgebung der Schaltschrankanordnung 100 ausgeblasen. Für den Transport der Luft durch den Luftaußenkreis 5 einerseits und den Luftinnenkreis 2 andererseits ist jeweils ein Lüfter (nicht dargestellt) in dem jeweiligen Luftkreis 2,5 angeordnet. Im Falle des Luftaußenreises 5 kann der Lüfter als ein Filterlüfter ausgebildet sein.
Um in dem Leckagefall des Rohrleitungssystems 7 das Eintreten von verdampfendem brennbaren Kältemittel in den Luftinnenkreis 2 zu vermeiden, ist bei der erfindungsgemäßen Lösung, wie sie beispielhaft in 2 gezeigt ist, vorgesehen, dass das Lamellenpaket 8 mit mindestens einer von zwei gegenüberliegenden Stirnseiten, vorzugsweise mit beiden Stirnseiten 9, an welchen das Rohrleitungssystem 7 mindestens einen Rohrbogen 10 aufweist, durch die Luftschottung 4 hindurch in den Luftaußenkreis 5 hineinragt, sodass der mindestens eine Rohrbogen 10 in dem Luftaußenkreis 5 angeordnet ist. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Leckage des Rohrleitungssystems 7 insbesondere im Bereich der Rohrbögen 10 bzw. der Verbindungsstellen 12 der Rohrbögen 10 mit den geraden Leitungsabschnitten 11 erfolgt. Wenn folglich diese besonders kritischen Bereiche außerhalb des Luftinnenkreises 2, mithin in den Luftaußenkreis 5, angeordnet werden, kann das Risiko des Eintretens von verdampfendem Kältemittel in den Luftinnenkreis 2 wirkungsvoll auf nahezu Null herabgesetzt werden.
Das Lamellenpaket 8 weist eine Vielzahl vorzugweise paralleler Lamellen 13 auf, von denen die dem Luftinnenkreis 2 zugewandte Endlamelle 14 des Lamellenpakets 8 das Lamellenpaket 8 und die Rohrbögen 10 an der betreffenden Stirnseite überragt. Insbesondere ist der Verdampfer 3 über die Endlamelle 14 in dem Kühlgerät 1, nämlich an der Luftschottung 4, fluidisch dicht montiert. Mithin ist bis auf einen Zentralbereich des Verdampfers 3, in dem sich lediglich gerade Rohrabschnitte 11 parallel zueinander erstrecken, die wenig anfällig gegenüber Leckage sind, der gesamte Kältemittelkreislauf im Außenluftkreis 5 angeordnet, sodass im Leckagefall austretendes Kältemittel von dem Innenkreis 2 abgeschottet in die Umgebung des Kühlgeräts 1 abgeleitet werden kann.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
Bezugszeichenliste

1: Kühlgerät
2: Luftinnenkreis
3: Verdampfer
4: Luftschottung
5: Luftaußenkreis
6: Verflüssiger
7: Rohrleitungssystem
8: Lamellenpaket
9: Stirnseite
10: Rohrbogen
11: Rohrleitung
12: Verbindungsstelle
13: Lamelle
14: Endlamelle
15: Kältemaschine
16: Verdichter
17: Expansionsorgan
100: Schaltschrankgehäuse
101: Innenraum

Claims

Kühlgerät (1) für die Schaltschrankklimatisierung, das in einem Luftinnenkreis (2) einen als Luft-Flüssigkeit-Wärmetauscher ausgebildeten Verdampfer (3) und einen über eine Luftschottung (4) von dem Luftinnenkreis (2) getrennten Luftaußenkreis (5) mit einem als Luft-Flüssigkeit-Wärmetauscher ausgebildeten Verflüssiger (6) aufweist, wobei der Verdampfer (3) ein von einem Rohrleitungssystem (7) durchsetztes Lamellenpaket (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lamellenpaket (8) mit mindestens einer von zwei Stirnseiten (9), an welchen das Rohrleitungssystem (7) mindestens einen Rohrbogen (10) aufweist, durch die Luftschottung (4) hindurch in den Luftaußenkreis (5) hineinragt, sodass der mindestens eine Rohrbogen (10) in dem Luftaußenkreis (5) angeordnet ist.
Kühlgerät (1) nach Anspruch 1, bei dem das Rohrleitungssystem (7) des Lamellenpakets (8) an dem im Luftaußenkreis (5) angeordneten Rohrbogen (10)mindestens eine in dem Luftaußenkreis (5) angeordnete Verbindungsstelle (12), vorzugsweise eine Fügestelle, besonders bevorzugt eine Lötstelle, aufweist.
Kühlgerät (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Rohrbogen (10) ein 180°-Rohrbogen (10) ist, der an seinen gegenüberliegenden Enden jeweils eine Verbindungsstelle (12) für eine vorzugsweise gerade Rohrleitung (11) des Rohrleitungssystems (7) aufweist, wobei der Rohrbogen (10) im Luftaußenkreis (5) an der Verbindungsstelle (12) mit der Rohrleitung (11) verbunden, vorzugsweise gefügt, besonders bevorzugt verlötet ist.
Kühlgerät (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem das Rohrleitungssystem (7), soweit es in dem Luftinnenkreis (2) angeordnet ist, frei von Verbindungsstellen (12), vorzugsweise Fügestellen, besonders bevorzugt Lötstellen ist.
Kühlgerät (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem das Rohrleitungssystem (7), soweit es in dem Luftinnenkreis (2) angeordnet ist, ausschließlich gerade und vorzugsweise parallel zueinander verlaufende Rohrleitungsabschnitte aufweist.
Kühlgerät (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem das Lamellenpaket (8) eine Vielzahl, vorzugsweise paralleler oder im Wesentlichen parallel zueinander verlaufender Lamellen (13) aufweist, von denen eine dem Luftinnenkreis (2) zugewandte Lamelle (13), vorzugsweise eine äußere Lamelle (13) des Lamellenpakets (8), das Lamellenpaket (8) und den mindestens einen Rohrbogen (10) mit einem Dichtflansch überragt, über den das Lamellenpaket (8) an der Luftschottung (4) dichtend anliegt.
Kühlgerät (1) nach Anspruch 6, bei der die dem Luftinnenkreis (2) zugewandte Lamelle (13) eine Endlamelle (14) des Lamellenpakets (8) ist, über die der Verdampfer (3) in dem Kühlgerät (1), vorzugsweise an der Luftschottung (4), fluidisch dicht montiert ist.
Kühlgerät (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem der Verdampfer (3), der Verflüssiger (6) und das Rohrleitungssystem (7) Bestandteil einer Kältemaschine (15) mit einem Verdichter (16) und einem Expansionsorgang (17) sind, die vollständig in dem Luftaußenkreis (5) angeordnet ist, bis auf einen in dem Luftinnenkreis (2) angeordneten und von Luft durchströmten Zentralbereich des Lamellenpakets (8) des Verdampfers (3).
Kühlgerät (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem das Lamellenpaket (8) an seiner Stirnseite (9), mit der es durch die Luftschottung (4) hindurch in den Luftaußenkreis hineinragt, im Luftaußenkreis (5) eine Kondensatabführung für an dem mindestens einen Rohrbogen (10)anfallendes Kondensat aufweist.
Schaltschrankanordnung mit einem Kühlgerät (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche sowie einem Schaltschrankgehäuse (100), an dem das Kühlgerät (1) montiert ist, wobei durch den Luftinnenkreis (2) Luft aus einem Innenraum (101) des Schaltschrankgehäuses (100) transportiert ist, und wobei durch den Luftaußenkreis (5) Umgebungsluft der Schaltschrankanordnung transportiert ist.