DE10210417A1

DE10210417A1 - Switch cupboard with arrangement for cooling built-in elements, superimposes air sucked in and out by ventilators on a cool air stream fed to the ambient air in the switch cupboard

Info

Publication number: DE10210417A1
Application number: DE2002110417
Authority: DE
Inventors: Martin Doerrich; Dirk Kunkel
Original assignee: Rittal GmbH and Co KG
Current assignee: Rittal GmbH and Co KG
Priority date: 2002-03-09
Filing date: 2002-03-09
Publication date: 2003-10-09
Anticipated expiration: 2022-03-10
Also published as: DE10210417B4

Abstract

Heat-generating built-in elements (14) fit over each other in an inner area (11) and are cooled by a cool air stream (25) created by a central cool air unit (24) and fed to a cavity (30) between a double bottom (20,21). The cool air stream is fed via the bottom (28) of a switch cupboard (10) into an air shaft (27) between the switch cupboard's doors and the built-in elements. A rear-wall air-water heat exchanger (16) increases cooling performance for all the wiring of individual switch cupboards.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schaltschrank mit wärmeerzeugenden, luftgekühlten Einbauten, die im Innenraum übereinander angeordnet sind und von einem durchströmenden Kühlluftstrom gekühlt werden. The invention relates to a control cabinet with heat-generating, air-cooled Internals, one above the other, arranged in the interior flowing cooling air flow to be cooled.

Die Kühlung der Einbauten von Schaltschränken ist ein vielschichtiges Arbeitsgebiet mit den unterschiedlichsten Lösungen. The cooling of the built-in components in control cabinets is complex Work area with a wide variety of solutions.

Bei Schaltschränken werden verschiedene Dachaufbau-Kühlgeräte eingesetzt, die meistens im Wärmepumpenprinzip arbeiten und über mindestens eine Luftansaugöffnung und eine oder mehrere Luftaustrittsöffnungen mit dem Innenraum des Schaltschrankes gekoppelt sind. Bei dieser Art von Kühlung ist die Kühlleistung beschränkt und die Kühlluft ist im Innenraum des Schaltschrankes oft nur mit erheblichem Aufwand an die wärmeerzeugenden Stellen heranführbar. Various roof-mounted cooling units are used for control cabinets, most of them work on the heat pump principle and have at least one Air intake opening and one or more air outlet openings with the Interior of the control cabinet are coupled. With this type of cooling, the Cooling capacity is limited and the cooling air is in the interior of the control cabinet often only with considerable effort to the heat-generating points can be guided.

Es ist auch bekannt, als Kühleinrichtung einen Wärmetauscher einzusetzen, der in die Schranktüre oder eine Seitenwand des Schaltschrankes integriert ist. Dabei bringt der Wärmetauscher eine Trennung in einen mit dem Innenraum des Schaltschrankes gekoppelten Innenkreis und einen mit der Umgebungsluft des Schaltschrankes gekoppelten Außenkreis. It is also known to use a heat exchanger as the cooling device is integrated in the cabinet door or a side wall of the control cabinet. The heat exchanger brings a separation into one with the interior of the Switch cabinet coupled inner circle and one with the ambient air of the Switch cabinet coupled external circuit.

Diese Kühleinrichtungen sind für normal bestückte Schaltschränke ausreichend, wenn die Einbauten nur Wärme in beschränktem Maße erzeugen. Heutzutage werden aber immer mehr Elektronik-Einbauten mit hoher elektrischer Leistung in einem Schaltschrank untergebracht, die zudem sehr empfindlich sind. Man ist daher dazu übergegangen, gekühlte Aufstellungsräume für die Schaltschränke zu schaffen, denen von einer zentralen Kühlanlage Kühlluft zugeführt wird. Dabei ist auch schon vorgeschlagen worden, diese Kühlluft dem Hohlraum eines Doppelbodens in dem gekühlten Raum zuzuführen und die Schaltschränke mit Kühlluft aus dem Doppelboden zu versorgen. Diese von einer zentralen Kühlanlage abgeleitete Kühlluft hat ebenfalls eine begrenzte Kapazität, die für eine bestimmte Anzahl von Schaltschränken mit erforderlicher Kühlleistung ausreicht. Heutzutage schreitet die Entwicklung der elektronischen Einbauten, z. B. Server-Einheiten, immer schneller voran, wobei der elektrische Leistungsbedarf der Einbauten mehr und mehr zunimmt. Dies führt insbesondere bei der Aufstellung der Schaltschränke in einem gekühlten Raum zu erheblichen Schwierigkeiten beim Umbau oder bei einer Neubestückung der Schaltschränke. These cooling devices are sufficient for normally equipped control cabinets, if the internals only generate heat to a limited extent. nowadays However, more and more electronic installations with high electrical power are being used a control cabinet, which are also very sensitive. One is therefore, switched to refrigerated installation rooms for the control cabinets to create, which is supplied by a central cooling system cooling air. It has also been suggested that this cooling air is the cavity Access the raised floor in the cooled room and the control cabinets To supply cooling air from the raised floor. This from a central Cooling system-derived cooling air also has a limited capacity for one certain number of control cabinets with the required cooling capacity sufficient. Nowadays, the development of electronic installations, e.g. B. Server units, moving ever faster, taking up the electrical power requirement the built-in is increasing more and more. This leads in particular to the Installation of the control cabinets in a refrigerated room to considerable Difficulties when converting or refitting the control cabinets.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, für einen Schaltschrank mit im Innenraum übereinander angeordneten, wärmeerzeugenden Einbauten eine Kühleinrichtung zu schaffen, die so aufgebaut ist, dass sie Elektronik-Einheiten als Einbauten selbst bei großem Kühlbedarf kühlen kann und auf einfache Weise an steigenden Kühlbedarf angepasst werden kann. It is therefore an object of the invention for a control cabinet in the interior superimposed, heat-generating internals a cooling device to create that is built so that they have electronic units as internals can cool even when there is a great need for cooling and in a simple way increasing cooling requirements can be adjusted.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass die Einbauten von einem Kühlluftstrom gekühlt werden, der von einer zentralen Kühlluftanlage erzeugt und einem Hohlraum zwischen dem Doppelboden zugeführt wird, wobei der Kühlluftstrom über den Boden des Schaltschrankes in einen zwischen der Schaltschranktüre und den Einbauten gebildeten Luftschacht einführbar ist und dann horizontal als Teilströme durch den Innenraum leitbar ist, wobei die offene Rückseite des Schaltschrankes wahlweise mittels einer durchlöcherten Rückwand oder einer Wärmetauscher-Rückwand oder eines Rückwand-Wärmetauscher-Schrankes verschließbar ist, in dem Ventilatoren die Teilströme aus dem Innenraum über einen Luft-Wasser-Wärmetauscher ansaugen und abkühlen und wobei die von den Ventilatoren angesaugte und abgekühlte Luft wieder dem Kühlluftstrom des Schaltschrankes überlagerbar oder der Umgebungsluft des Schaltschrankes zuführbar ist. This object is achieved according to the invention in that the internals of a cooling air flow can be cooled by a central cooling air system generated and fed into a cavity between the raised floor, wherein the cooling air flow over the bottom of the cabinet in between the control cabinet door and the built-in air duct can be inserted and then can be conducted horizontally as partial flows through the interior, the open rear of the control cabinet optionally by means of a perforated Back wall or a heat exchanger back wall or one Back wall heat exchanger cabinet is lockable, in which fans the partial flows Aspirate and cool the interior using an air-water heat exchanger and the air drawn in and cooled by the fans again superimposed on the cooling air flow of the control cabinet or the ambient air of the control cabinet can be fed.

Das zentrale Kühlsystem reicht in vielen Fällen aus, dann wird die Rückwand des Schaltschrankes mittels einer normalen Rückwand verschlossen. Bei höherem Kühlbedarf übernimmt dies ein Rückwand-Wärmetauscher oder ein Rückwand-Wärmetauscher-Schrank, mit dem der zusätzliche Kühlbedarf gedeckt wird. Die Schaltschränke in dem gekühlten Raum können auf diese Weise individuell an ihren Kühlbedarf angepasst werden, wobei das zentrale Kühlsystem unverändert bleiben kann. Außerdem wird in dem erweiterten Kühlsystem eine gleichmäßige Kühlung des gesamten Innenraumes des Schaltschrankes erreicht und der Effekt der Zusatzkühlung wird zu einer Gesamtkühlung der zentralen Kühlung überlagert. The central cooling system is sufficient in many cases, then the rear wall the control cabinet closed with a normal rear wall. at If there is a higher cooling requirement, a rear wall heat exchanger or one Rear wall heat exchanger cabinet that covers the additional cooling requirements becomes. The cabinets in the refrigerated room can do this can be individually adapted to your cooling needs, with the central cooling system can remain unchanged. In addition, a uniform cooling of the entire interior of the control cabinet is achieved and the effect of the additional cooling becomes an overall cooling of the central one Cooling overlaid.

Dabei kann nach einer Ausgestaltung vorgesehen sein, dass der Kühlluftstrom aus dem Doppelboden einer unter den Einbauten angeordneten Luftkammer zuführbar ist, die mit dem Luftschacht zwischen der Schranktüre und den Einbauten in Verbindung steht. Die Luftkammer erleichtert die Ankopplung des Schaltschrankes an das zentrale Kühlsystem. It can be provided according to one embodiment that the cooling air flow from the raised floor of an air chamber arranged under the internals can be supplied with the air duct between the cabinet door and the Built-in connections. The air chamber facilitates the coupling of the Control cabinet to the central cooling system.

Für die gleichmäßige Kühlung hat sich eine Ausgestaltung bewährt, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sich der Luftschacht zumindest über die im Innenraum von den Einbauten belegte Höhe und Breite erstreckt. For the uniform cooling, an embodiment has proven successful is characterized in that the duct is at least above that in the interior the height and width occupied by the internals.

Ist zusätzlich vorgesehen, dass sich der Luft-Wasser-Wärmetauscher über die im Innenraum von den Einbauten belegte Höhe und Breite erstreckt, dann wird im gesamten Innenraum des Schaltschrankes ein gleichmäßiger horizontaler Kühlstrom erreicht. Dabei ist eine weitere Ausgestaltung von Vorteil, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Ventilatoren über die gesamte Höhe des Luft-Wasser-Wärmetauschers gleichmäßig verteilt sind. It is also provided that the air-water heat exchanger is above the in the interior of the built-in height and width, then a uniform horizontal in the entire interior of the control cabinet Cooling flow reached. A further embodiment is advantageous here is characterized in that the fans over the entire height of the Air-water heat exchanger are evenly distributed.

Die Überlagerung der Zusatzkühlung und der zentralen Kühlung lässt sich dadurch einfach realisieren, dass die von den Ventilatoren angesaugte und abgekühlte Luft über den Boden der Wärmetauscher-Rückwand oder des Wärmetauscher-Schrankes wieder dem Hohlraum des Doppelbodens zuführbar ist. The superimposition of the additional cooling and the central cooling can be by simply realizing that the cooled air over the bottom of the heat exchanger rear wall or Heat exchanger cabinet can be fed back into the cavity of the raised floor.

Es kann jedoch auch eine Lösung gewählt werden, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die von den Ventilatoren angesaugte und abgekühlte Luft aus der Wärmetauscher-Rückwand oder dem Wärmetauscher-Schrank direkt der Umgebungsluft des Schaltschrankes zuführbar ist. However, a solution can also be chosen, which is characterized by this is that the air sucked in and cooled by the fans comes out of the Heat exchanger back wall or the heat exchanger cabinet directly the Ambient air of the control cabinet can be supplied.

Weitere Varianten des Kühlsystems sind dadurch gekennzeichnet, dass die dem Hohlraum des Doppelbodens zugeführte und abgekühlte Luft über eine Filtereinrichtung leitbar ist. Dies empfiehlt sich insbesondere bei empfindlichen elektronischen Einbauten, wobei in der Regel zusätzlich vorgesehen ist, dass der Hohlraum des Doppelbodens mit der Kühlluft unmittelbar mit der Umgebungsluft des Schaltschrankes in Verbindung steht, und dass die Umgebungsluft des Schaltschrankes über die Filtereinrichtung dem Hohlraum des Doppelbodens zuführbar ist. Other variants of the cooling system are characterized in that the Cavity of the raised floor supplied and cooled air via a Filter device is conductive. This is particularly recommended for sensitive electronic internals, whereby it is usually additionally provided that the Cavity of the double floor with the cooling air directly with the ambient air of the control cabinet and that the ambient air of the Switch cabinet over the filter device the cavity of the raised floor is feedable.

Derselbe Effekt lässt sich auch dadurch erzielen, dass anstelle der Frontseite mit der Schranktüre und der Rückseite die einander gegenüberliegenden vertikalen Seitenwände des Schaltschrankes entsprechend ausgebildet sind und den An- und Einbau der Funktionseinheiten sowie die Luftführung übernehmen. Es ist dabei die Strömungsrichtung im Innenraum des Schaltschrankes nur um 90° verdreht. The same effect can also be achieved by using instead of the front the cabinet door and the back are the opposite vertical Sidewalls of the control cabinet are designed accordingly and the and installation of the functional units and the air flow. It is the flow direction in the interior of the control cabinet is only 90 ° twisted.

Die Erfindung wird anhand eines Prinzipschaltbildes eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. The invention is based on a schematic diagram of an embodiment explained in more detail.

Unter dem in der Zeichnung dargestellten Schaltschrank 10 ist die zentrale Kühlluftanlage schematisch dargestellt. Ein Kühllufterzeuger 24 gibt einen Kühlluftstrom 25 an einen aus den Böden 20 und 21 gebildeten Hohlraum 30 ab, der sich vorzugsweise über einen ganzen Installationsraum für Schaltschränke erstreckt und wie mit dem Bezugszeichen 31 angedeutet, ist auch die gesamte Umgebungsluft 29 in diesem Raum kühlt. The central cooling air system is shown schematically below the control cabinet 10 shown in the drawing. A cooling air generator 24 emits a cooling air flow 25 to a cavity 30 formed from the shelves 20 and 21 , which preferably extends over an entire installation space for control cabinets and, as indicated by the reference number 31 , also cools the entire ambient air 29 in this space.

Die Schaltschränke 10 haben im Boden 28 einen Lufteinlass, der mit dem Hohlraum 30 in Verbindung steht. Aus dem Hohlraum 30 gelangt eine Kühlluft 26 in einen Luftschacht 27, der zwischen der Schranktüre 12 und den Einbauten 14 im Innenraum 11 des Schaltschrankes 10 gebildet ist. Die Kühlluft 26 teilt sich in Teilströme 15 auf, die den Innenraum 11 von vorne nach hinten, d. h. von der Frontseite mit der Schranktüre 12 zur Rückseite 13, horizontal durchströmen. The control cabinets 10 have an air inlet in the bottom 28 , which is connected to the cavity 30 . A cooling air 26 passes from the cavity 30 into an air shaft 27 which is formed between the cabinet door 12 and the internals 14 in the interior 11 of the control cabinet 10 . The cooling air 26 is divided into partial flows 15 , which flow horizontally through the interior 11 from front to back, ie from the front with the cabinet door 12 to the rear 13 .

Die Rückseite 13 ist vorzugsweise ganz offen und kann mit einer herkömmlichen, durchlöcherten Rückwand verschlossen werden. Die Teilströme 15 nehmen einen Teil der Wärme aus dem Innenraum 11 mit und führen die so erwärmten Teilströme 15 in die Umgebungsluft 29 ab. Die Zusatzkühlung ist dann nicht in Betrieb. Die erwärmten Teilströme 15 können auch der zentralen Kühlluftanlage zugeführt werden. The back 13 is preferably completely open and can be closed with a conventional, perforated rear wall. The partial flows 15 take part of the heat from the interior 11 and discharge the heated partial flows 15 into the ambient air 29 . The additional cooling is then not in operation. The heated partial streams 15 can also be fed to the central cooling air system.

Zur Erhöhung der Kühlleistung kann die offene Rückseite 13 auch mittels eines Rückwand-Wärmetauschers 16 oder eines Rückwand-Wärmetauscher-Schrankes verschlossen werden. Dabei werden die Teilströme 15 über einen Luft- Wasser-Wärmetauscher 17 von Ventilatoren 18 angesaugt und abgekühlt. Die Ventilatoren 18 sind über die gesamte Höhe des Luft-Wasser-Wärmetauschers 17 gleichmäßig verteilt. Der Luft-Wasser-Wärmetauscher 17 erstreckt sich wie der Luftschacht 27 zwischen Schranktüre 12 und den Einbauten 14 über die von den Einbauten 14 belegte Höhe und Breite des Innenraumes 11, um im gesamten Innenraum gleichmäßige Teilströme 15 zu erhalten. To increase the cooling capacity, the open rear side 13 can also be closed by means of a rear wall heat exchanger 16 or a rear wall heat exchanger cabinet. The partial streams 15 are drawn in and cooled by fans 18 via an air-water heat exchanger 17 . The fans 18 are evenly distributed over the entire height of the air-water heat exchanger 17 . The air-water heat exchanger 17 , like the air shaft 27 between the cabinet door 12 and the internals 14, extends over the height and width of the interior 11 occupied by the internals 14 in order to obtain uniform partial flows 15 throughout the interior.

Die über den Luft-Wasser-Wärmetauscher 17 angesaugte und gekühlte Luft 19 kann direkt der Umgebungsluft 29 zugeführt oder über eine Filtereinrichtung 22 wieder dem Hohlraum 30 des Doppelbodens 20, 21 zugeführt werden. The air 19 sucked in and cooled via the air-water heat exchanger 17 can be fed directly to the ambient air 29 or can be fed back into the cavity 30 of the raised floor 20 , 21 via a filter device 22 .

Mit dem Rückwand-Wärmetauscher 16 oder dem Rückwand-Wärmetauscher- Schrank kann in der gesamten Installation von Schaltschränken die Kühlleistung individuell erhöht werden. Dabei können Rückwand-Wärmetauscher oder Rückwand-Wärmetauscher-Schränke unterschiedlicher Kühlleistung zur Verfügung stellen, was die Flexibilität einer Kühlanlage für mehrere Schaltschränke 10 weiter erhöht, denn die Kühlleistungen lassen sich individuell an den Kühlbedarf der einzelnen Schaltschränke 10 anpassen, ohne das zentrale Kühlsystem ändern zu müssen. With the rear wall heat exchanger 16 or the rear wall heat exchanger cabinet, the cooling capacity can be individually increased in the entire installation of control cabinets. Backplane heat exchangers or backplane heat exchanger cabinets can provide different cooling capacities, which further increases the flexibility of a cooling system for several control cabinets 10 , because the cooling capacities can be individually adapted to the cooling requirements of the individual control cabinets 10 without changing the central cooling system have to.

Es ist einleuchtend, dass der Luft-Wasser-Wärmetauscher 17 und die Ventilatoren 18 auch in einem Rückwand-Wärmetauscher-Schrank untergebracht werden können, der mit der offenen Rückseite 13 des Schaltschrankes 10 verbunden wird. It is obvious that the air-water heat exchanger 17 and the fans 18 can also be accommodated in a rear wall heat exchanger cabinet which is connected to the open rear side 13 of the control cabinet 10 .

Bei der Ankopplung des Schaltschrankes 10 an den Hohlraum 30 des Doppelbodens 20, 21 ist günstig, wenn der Schaltschrank 10 im Bodenbereich eine Luftkammer aufweist, die mit dem Luftschacht 27 in Verbindung steht. Der Boden 28 des Schaltschrankes 10 weist dann einen Eingang in die Luftkammer auf. When the control cabinet 10 is coupled to the cavity 30 of the double floor 20 , 21, it is advantageous if the control cabinet 10 has an air chamber in the floor area which is connected to the air shaft 27 . The bottom 28 of the control cabinet 10 then has an entrance into the air chamber.

Der Rückwand-Wärmetauscher 16 kann ebenfalls mit seinem Boden eine Kopplung für die Luft 19 zu der Filtereinrichtung 22 aufweisen. The bottom of the rear wall heat exchanger 16 can also have a coupling for the air 19 to the filter device 22 .

Claims

1. Control cabinet with heat-generating internals ( 14 ) arranged one above the other in the interior ( 11 ), which are cooled by a cooling air flow ( 25 ) generated by a central cooling air system ( 24 ) and a cavity ( 30 ) between the raised floor ( 20 , 21 ) The cooling air flow ( 26 ) can be introduced via the bottom ( 28 ) of the control cabinet ( 10 ) into an air shaft ( 27 ) formed between the control cabinet door ( 12 ) and the internals ( 14 ) and then horizontally as partial flows ( 15 ) the interior ( 11 ) is conductive, the open back ( 13 ) of the control cabinet ( 10 ) being selectively closable by means of a perforated rear wall or a heat exchanger rear wall ( 16 ) or a rear wall heat exchanger cabinet, in which the fans ( 18 ) Aspirate and cool partial streams ( 15 ) from the interior ( 11 ) via an air-water heat exchanger ( 17 ), and the air sucked in and out by the fans ( 17 ) cooled air ( 19 ) can be superimposed on the cooling air flow ( 26 ) of the control cabinet ( 10 ) or can be supplied to the ambient air of the control cabinet ( 10 ).

2. Switchgear cabinet according to claim 1, characterized in that the cooling air flow ( 26 ) from the double floor ( 20 , 21 ) of an air chamber arranged under the internals ( 14 ) can be fed, which is connected to the air shaft ( 27 ) between the cabinet door ( 12 ) and the internals ( 14 ) is connected.

3. Control cabinet according to claim 1 or 2, characterized in that the air shaft ( 27 ) extends at least over the height and width occupied by the internals ( 14 ) in the interior ( 11 ).

4. Control cabinet according to one of claims 1 to 3, characterized in that the air-water heat exchanger ( 17 ) extends over the height and width occupied by the internals ( 14 ) in the interior ( 11 ).

5. Control cabinet according to one of claims 1 to 4, characterized in that the fans ( 18 ) are evenly distributed over the entire height of the air-water heat exchanger ( 17 ).

6. Control cabinet according to one of claims 1 to 5, characterized in that the air ( 19 ) sucked in and cooled by the fans ( 18 ) via the bottom of the heat exchanger rear wall ( 16 ) or the heat exchanger cabinet again the cavity ( 30 ) of the double floor ( 20 , 21 ) can be fed.

7. Control cabinet according to one of claims 1 to 5, characterized in that the air ( 19 ) sucked in and cooled by the fans ( 18 ) from the heat exchanger rear wall ( 16 ) or the heat exchanger cabinet directly the ambient air of the control cabinet ( 10 ) is feedable.

8. Switchgear cabinet according to claim 6, characterized in that the cavity ( 30 ) of the double floor ( 20 , 21 ) supplied and cooled air ( 19 ) can be conducted via a filter device ( 22 ).

9. Control cabinet according to one of claims 1 to 8, characterized in that the cavity ( 30 ) of the double floor ( 20 , 21 ) with the cooling air ( 25 ) is directly connected to the ambient air ( 29 ) of the control cabinet ( 10 ).

10. Switchgear cabinet according to claim 8, characterized in that the ambient air ( 29 ) of the switchgear cabinet ( 10 ) can be supplied to the cavity ( 30 ) of the raised floor ( 20 , 21 ) via the filter device ( 22 ).

11. Control cabinet according to one of claims 1 to 10, characterized in that instead of the front with the cabinet door ( 12 ) and the rear ( 13 ), the opposite vertical side walls of the control cabinet ( 10 ) are designed accordingly and the installation and installation of Take over functional units and the air flow.