DE19521251A1

DE19521251A1 - Vorrichtung zum Kühlen einer Raumzelle

Info

Publication number: DE19521251A1
Application number: DE1995121251
Authority: DE
Inventors: Friedrich Harald Schmidt
Original assignee: SCHMIDT CHRISTEL 51429 BERGISCH GLADBACH DE
Current assignee: SCHMIDT CHRISTEL 51429 BERGISCH GLADBACH DE
Priority date: 1995-06-10
Filing date: 1995-06-10
Publication date: 1996-12-12

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abführen von Wärme aus thermisch belasteten Zellen wie z. B. Schalt- oder Elektronik-Zellen.

Hierfür sind verschiedene Vorrichtungen entwickelt worden, von denen die meisten darauf beruhen, daß Luft in die Raumzelle eingebracht wird, die eine geringere Temperatur hat als die in der Raumzelle vorhandene Luft und dadurch in der Lage ist, der Raumzelle Wärmeenergie zu entziehen und so die Raumzelleninnentemperatur zu senken.

Diese bekannten Vorrichtungen basieren darauf, daß die Luft maschinell gefördert und der Raumzelle an verschiedenen Stellen zugeführt wird, nämlich entweder von oben oder von der Seite oder auch durch den Boden hindurch. Eine maschinelle Förderung der Luft durch Ventilatoren macht bei diesen bekannten Vorrichtungen einen erheblichen Teil des Energieverbrauchs aus. Auch erzeugen die Ventilatoren erhebliche Geräusche und transportieren durch die Luft Schmutzpartikel in die Raumzelle. Der Raumbedarf, außerhalb der Raumzelle, für die Kühlung und Förderung der Luft ist erheblich und führt meist dazu, daß die Räume in denen die Raumzellen in Reihen angeordnet sind, für diesen Kühllufttransport erheblich größer bemessen sein müssen.

Bei Störung einer solchen Luftkühlanlage für Raumzellen entstehen erhebliche Produktionsrisiken durch unerlaubten Temperaturanstieg in der Raumzelle. Zum Teil werden diese reduziert durch Anordnung von zentralen Redundanz geräten, was wiederum zu Kosten und Platz-Anforderungen führt.

Es ist auch bekannt, daß wasser- oder kühlmittelbeaufschlagte Wärmeaus tauscher in Verbindung mit Ventilatoren als Raumzellenkühlgeräte unmittelbar auf oder an den Raumzellen angeordnet werden, womit der benötigte Raum bedarf zur Kühlung und Förderung der Luft schon erheblich reduziert wird.

Ebenso wird durch die Dezentralisierung von Ventilatoren und Geräten für jede einzelne Raumzelle das Risiko bei Störung eines Ventilators dadurch gesenkt daß gegenüber den zentralluftseitig betriebenen Anlagen nicht alle Raumzellen gleichermaßen betroffen sind.

Auch sind die Aufwendungen zur Vermeidung und Abführung von, aus der Kühlluft ausgeschiedene Kondenswasser in folge zu kalter Kühlflächen und Rohrleitungslekagen an den wertvollen wärmeabgebenden Einbauten erheb lich. Grundrißgroße Auffangwannen mit Feuchtefühlern etc. müssen installiert werden. Zur Verhinderung des Wasserdurchtritts an den Zuluft- und Abluft durchführungen sind in den Wannen Luftumlenkungen durch Bundkragen not wendig, die wiederum zu erhöhtem Energieeinsatz führen.

Auch haben die bekannten Kühlvorrichtungen den Nachteil, daß je nach Ein bringungsart des Kühlluftstromes die Raumlufttemperatur in der Raumzelle nach oben erheblich zunimmt, obwohl dieses nicht günstig ist.

Bei Störung der Ventilatoren zur Abführung der Wärme über Wärmeaus tauscher steigt die senkrechte Temperatur erheblich nach oben an. Ein Strah lungsaustausch mit dem geräteeigenen Wärmetauscher findet nicht statt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die Nachteile dieser bekannten Wärmeaustauschverfahren zu vermeiden und den Energieaustausch sowie die Bewegung der Luft nicht nur von den beschriebenen Ventilatoren abhängig zu machen.

Der Energieaustausch zwischen den wärmeabgebenden Geräten und dem erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher (2) erfolgt primär über Strahlungsaus tausch und freie Konvektion auf der Vorderseite (3), und sekundär über eine zwangsweise Hinterlüftung des Wärmeaustauschers (I) auf der Rückseite (4).

Die auf der Vorderseite (3) stattfindende freie Konvektion wird durch erhöhte Wärmeübergangswerte an den Kühlflächen infolge der Luftbewegung durch Kleinventilatoren, welche die Elektrogeräte entwärmen, noch erheblich gestei gert. Ebenso verbessern die in aufwärtiger Richtung angeordneten Teilkühlflächen Vorderseite (6) diese Wirkung.

Die Kombination der fremderzwungenen Konvektion und der Strahlungsaus tausch vermindert die vertikale Temperaturdifferenz in der Raumzelle (1).

Die Erfindung verzichtet demzufolge für die Grundlastabfuhr auf eigene Venti latoren und nutzt vielmehr den erheblichen, durch Kleinventilatoren erzeugten Luftwechsel. Der Raumzellen-Innenraum ist quasi eine Wirbelkammer, so daß in den meisten Fällen für die Abführung der Wärme aus den Zellen der Strah lungsaustausch und Fremd-Konvektion ausreichend sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß an den senkrechten (Wände) Breitseiten der Raumzellen (1) flächenförmige Wärmeaustauscher (2) angeordnet bei denen die Rohre (5) parallel zu den senkrechten Teilkühlflächen Vorderseite (6) d. h. in Richtung der aufsteigenden, thermisch verursachten Luftrichtung verlaufen.

Der Wärmeaustauscher (1) verschwindet infolge geringen Bautiefe in der Rahmentiefe der Raumzellen (1) und können durch ihre besondere Konstruktion nahezu die Raumzellen-Seitenflächen zum Wärmeaustausch füllen.

Der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher (1) wird gebildet durch die vorzugsweise vertikal angeordnete Vorderseite und Rückseite (3, 4) welche beliebig für die Herstellung und den Wärmeübergang zu Oberflächenformen des Wärmeaustauschers (1) zusammengepreßt und aneinandergereiht werden.

Der Wärmetauscher (1) kann aus Alu-Strangpressprofilen wie auch durch gebogene oder geknickte Metallplatten zur Bildung von Luftrinnen (9) und Luft kanäle (10) geformt werden.

Die Rohre (5) mit Kühlmittel beaufschlagt, werden parallel zu den Luftrinnen und Luftkanälen verlaufenden Rohrschalen wärmeleitend eingefügt.

Die Abdeckplatte (8) kann im mehr oder weniger großem Abstand der Teilkühl fläche Rückseite (7) angeordnet sein und den Luftkanal (10) bilden.

Der so gebildete Luftkanal (10) und der Zwischenkanal (11) werden durch den Ventilator (12) über den Verbinder (13) mit warmer Luft aus der Raumzelle (1) beaufschlagt und wonach sich diese an den Wandflächen des Luftkanals (10) und des Zwischenkanals (11) abkühlt.

Bei dieser Anordnung ist eine Kombination von freier Kühlung auf der Vorder seite (3), und erzwungener Luftkühlung, auf der Rückseite (4), gegeben.

Die Kühlmittel führenden Rohre (5) werden wahlweise über Rohrschleifen meanderförmig miteinander verbunden oder durch Vorlauf und Rücklauf Sammler (14). Ein Spritzwasserschutz zu den Elektroeinbaugeräten ist gege ben durch den Verbinder (13) der die Rohrschleifen oder den Sammler (14) abdecken.

Der schmale flächenförmig senkrecht angeordnete Wärmeaustauscher (2) kann zur evtl. Kondensatabführung mit einer Kondensatrinne (15) versehen werden.

Über die außen isolierte Abdeckplatte (8) wird der Wärmeverlust über Strah lung zur Außenseite der Raumzelle (1) verringert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bewirkt in bestimmten Grenzen eine Selbst regulierung, da die Abkühlung der Raumzelle (1) von der Umtriebskraft und von der Höhe der Wärmeerzeugung automatisch durch steigenden und fallen den Energieaustausch verändert wird.

Der erfindungsgemäße, flächenförmigen Wärmeaustauscher (2) kann, soweit die Kühlleistung es erfordert, auf allen Umfassungsflächen der Raumzelle (1) angeordnet werden.

Sofern flexible Wasseranschlüsse erlaubt und möglich sind kann der erfin dungsgemäße Wärmeaustauscher auch an den Türen angeordnet werden.

Eventuell anfallendes Kondenswasser in Folge zu niedriger Oberflächentempe ratur der Kühlrippen kann durch eine schmale Rinne am unteren Ende des Plattenwärmeaustauscherelementes in Höhe unter den Elektronikgeräten gesammelt und abgeführt werden.

Ein besonderer Vorteil beim Einsatz eines Ventilators (12) besteht darin, daß zum Vergrößern der Wärmeübertragungsleistung dieser nur dann zum Einsatz kommt, wenn der natürliche und eigendynamische Konvektionsstrom zu gering ist.

Bei Bedarf kann der Wärmeaustauscher (1) auch mit Heizmedium beaufschlagt werden.

Der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher kann auch in waagerechter Anord nung zur Kühlung von Arbeitsplätzen eingesetzt werden.

Zusammenfassung der Vorteile

1. Großflächiger vorderseitiger Stahlungswärmeaustausch
2. Große vorderseitige freie Konvektionsfläche
3. Umluftkühlung durch rückwärtige Wärmeaufnahme
4. Einbaulage platzsparend im Rahmengestell der Raumzelle
5. Einbaulage neben und nicht über wertvollen E-Geräten
6. Sichere Kondensatabführung neben den E-Geräten
7. Wirtschaftlich durch Dezentralisierung der Kühlung
8. Redundanz durch zweiseitige Anordnung der Wärmeaustauschern
9. selbsttätige Leistungsanpassung der Strahlung und freien Konvektion
10. Spritzwasserschutz bei Rohrlekagen

Bezugszeichenliste

1 Raumzelle
2 Wärmeaustauscher
3 Vorderseite
4 Rückseite
5 Rohre
6 Teilkühlfläche Vorderseite
7 Teilkühlfläche Rückseite
8 Abdeckplatte
9 Luftrinnen
10 Luftkanäle
11 Zwischenkanal
12 Ventilator
13 Verbinder
14 Sammler
15 Kondensatrinne

Claims

1. Vorrichtung zum Kühlen einer Raumzelle (1) mit mindestens einem mit Kühlmedium beaufschlagbaren flächenförmigen Wärmeaustauscher (2) wobei

a) der Wärmeaustauscher (2) an den Innenwänden der Raumzelle (1) ange ordnet ist
b) die Vorderseite (3) dem Strahlungsaustausch und der freien Konvektion dient
c) die Rückseite (4) der Kühlung von mechanisch geförderter warmer Luft aus dem Innenraum der Raumzelle (1) im Umluftprinzip dient

dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Vorderseite (3) zu parallel verlaufenden Luftrinnen (9) aus Teilkühlflächen Vorderseite (6) vergrößert, die Oberfläche der Rückseite (4) zu parallelverlaufenden Luftkanälen (10) aus den Teilkühlflächen Rückseite (7) gebildet, die Vorderseite (3) mit der Rückseite (4) jeweils mit mindestens einer parallel verlaufenden Rohrschale, in welche das Rohr (5) für den Wärmetransport des Kühlmediums wärmeleitend eingedrückt ist, mit Verbindern zusammengefügt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Luftrinnen (9) gebildet werden, durch mit geringem Abstand parallelverlaufende, vorzugsweise rechtwinklig angeordnete Mittelachse der Teilkühlfläche Vorderseite (6) der Vorderseite (3) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Luftkanäle (10) und der Zwischenkanal (11) gebildet werden, durch mit geringem Abstand parallelverlaufende Luftkanalflächen, die vorzugsweise rechtwinklig zur Teilkühlfläche Rückseite (7) der Rückseite (4) angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Vorderseite (3) angeordneten Teilkühlflächen Vorderseite (6) eine gewellte Form aufweisen und die dabei geformten Wellen die Luftrinnen (9) bilden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Rückseite (4) angeordneten Teilkühlflächen Rückseite (7) eine gewellte Form aufweisen und die dabei geformten Wellen die Luftkanäle (10) und den Zwischenkanal (11) bilden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderseite (3) und die Rückseite (4) und die Teilkühlflächen Vorderseite (6) und Teilkühlflächen Rückseite (7) aus mindestens einer gewellten oder geknickten Metallplatte bestehen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderseite (3) und die Rückseite (4) und die Teilkühlfläche Vorderseite (6) und Teilkühlfläche Rückseite (7) und Rohrschalen aus einem Strangpreßprofil bestehen und das Rohr (5) eingeschoben und wärmelei tend aufgeweitet wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderseite (3) und die Teilkühlfläche Vorderseite (6) mit einer Rohrschale für das Rohr (5) und die Rückseite (4) mit der Teilkühlfläche Rückseite (7) mit einer Rohrschale für das Rohr (5) aus zwei gegenüberliegenden Strang preßprofilen bestehen welche mit Verbindern zusammengefügt werden.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Ventilator (12) saug- oder druckseitig mit den Luftkanälen (10) und Zwischenkanal (11) über den Übergang (13) verbunden ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (5) meanderförmig untereinander verbunden sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (5) über Sammler (14) verbunden sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kondensatrinne (15) angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckplatte (8) die Bauteile (2, 12, 13, 15) aufnimmt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckplatte (8) gleichzeitig die Außenwand des zu temperierenden Raum zelle (1) ist.