DE19728306A1 - Verfahren und Anordnung zur Kühlung Wärme erzeugender Einrichtungen - Google Patents
Verfahren und Anordnung zur Kühlung Wärme erzeugender EinrichtungenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Kühlung
Wärme erzeugender Einrichtungen, die in einem zur Umgebung abgeschlossenen
Schrank, insbesondere einem Elektronikschrank, betrieben werden.
Im Freien aufgestellte Schränke zur Aufnahme aktiver elektronischer Einrichtungen,
wie beispielsweise elektronischer Schaltungen für die Nachrichtenübertragung,
haben primär die Aufgabe, die eingebauten elektronischen Schaltungen gegen
schädliche Umwelteinflüsse zu schützen. Im allgemeinen werden derartige Schränke
daher vollständig von der Umgebung abgeschlossen. Dies schafft jedoch hinsichtlich
der Abführung der durch die elektronischen Schaltungen erzeugten Wärme
Probleme. Weisen die elektronischen Schaltungen eine hohe Verlustleistung auf, so
reicht der Wärmedurchgang durch die Außenflächen eines derartigen Schranks
nicht mehr aus, um bei höheren Umgebungstemperaturen eine ausreichende
Kühlung der elektronischen Schaltungen im Inneren des Schranks zu gewährleisten.
Um eine vorgeschriebene Betriebstemperatur für die im Inneren des Schranks
befindlichen elektronischen Schaltungen einhalten zu können, wird deshalb
üblicherweise ein Wärmetauscher oder ein Kühlaggregat vorgesehen.
Bekannte Schränke mit einer Kühleinrichtung können im wesentlichen als ein
durchmischter Raum mit einer mittleren Raumtemperatur betrachtet werden. Durch
den Einsatz der Kühleinrichtung wird angestrebt, die Innentemperatur immer unter
dem maximal für die Betriebstemperatur zulässigen Wert zu halten. Hierfür wird an
einer beliebigen Stelle ein Volumenstrom der Innenluft angesaugt, in der
Kühleinrichtung um eine bestimmte Temperaturdifferenz abgekühlt, und an einer
anderen Stelle wieder in den Schrank zurückgeführt. Die abgekühlte Luft vermischt
sich mit der Innenluft und bewirkt eine Abkühlung.
Die bekannten, zur Umgebung abgeschlossenen Schränke mit Kühleinrichtung
weisen aber den Nachteil auf, daß wegen der Durchmischung der Luft eine effektive
und gezielte Kühlung nicht möglich ist.
Aus der Internationalen Offenlegungsschrift WO 95/17805 A1 ist außerdem ein
Verfahren und eine Einrichtung zum Kühlen in geschlossenen Räumen bekannt, bei
der mehrere Gestelle oder Schränke für elektronische Schaltungen in einem
geschlossenen Raum betrieben werden. Zur Kühlung befindet sich im selben Raum
eine Kühleinrichtung, die kalte Luft im Bodenbereich in den geschlossenen Raum
abgibt. Die kalte Luft strömt dann in einem unteren Bereich des geschlossenen
Raums, tritt in die Gestelle mit den elektronischen Schaltungen ein, kühlt die
elektronischen Schaltungen und erwärmt sich dabei. Die erwärmte Luft steigt auf
und bewegt sich in einem oberen Bereich des geschlossenen Raums. In diesem
oberen Bereich des Raums befindet sich auch eine Ansaugöffnung der Kühleinheit.
Auch die zweite bekannte Einrichtung zur Kühlung von geschlossenen Räumen
weist den Nachteil auf, daß, z. B. wegen auftretender Turbulenzen, noch immer eine
Durchmischung der Luft innerhalb des Raums erfolgt, welche die gezielte und
effektive Kühlung der die Wärme abgebenden elektronischen Schaltungen
erschwert. Zusätzlich können nicht alle elektronischen Schaltungen gleich effektiv
gekühlt werden, da sich die Kühlluft beim Aufsteigen immer stärker erwärmt. Ein
weiterer Nachteil der bekannten Einrichtung ist darin zu sehen, daß zusätzlich zu
den für die Halterung der elektronischen Schaltungen nötigen Gestelle oder
Schränke ein weiterer Behälter verwendet werden muß, um den abgeschlossenen
Raum zu bilden.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Anordnung zur Kühlung Wärme erzeugender Einrichtungen in einem von der
Umgebung abgeschlossenen Schrank anzugeben, die eine gezielte und effektive
Kühlung der die Wärme abgebenden Einrichtungen ermöglichen.
Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs
1 gelöst. Das Verfahren zur Kühlung Wärme erzeugender Einrichtungen sieht dabei
vor, daß der abgeschlossene Schrank in einen kühleren und einen wärmeren
Bereich derart aufgeteilt wird, daß eine unbeabsichtigte Durchmischung von kalter
und warmer Luft nicht möglich ist, und daß die kalte Luft gezielt den Wärme
erzeugenden Einrichtungen zugeführt wird.
Das Verfahren weist den Vorteil auf, daß durch die Verhinderung der
Durchmischung von kalter und warmer Luft sowie durch die gezielte Zuführung der
kalten Luft zu den die Wärme erzeugenden Einrichtungen eine effektivere Kühlung
möglich ist.
Hinsichtlich der Anordnung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 2
gelöst. Die Anordnung zur Kühlung Wärme erzeugender Einrichtungen innerhalb
eines geschlossenen Schranks weist dazu eine Kühleinrichtung auf, die an zwei
mittels einer Trenneinrichtung voneinander getrennten Bereichen angeschlossen ist.
In den ersten Bereich wird die von der Kühleinrichtung kommende, kalte Luft geleitet
und den die Wärme erzeugenden Einrichtung direkt durch Öffnungen in der
Trenneinrichtung zugeführt. Die erwärmte Luft wird dann über den zweiten Bereich
der Kühleinrichtung zugeführt.
Die Anordnung weist dabei insbesondere den Vorteil auf, daß den die Wärme
erzeugenden Einrichtungen über den ersten Bereich die kalte Luft direkt zugeführt
wird, wohingegen der Kühleinrichtung über den zweiten Bereich die erwärmte Luft
unvermischt zugeführt wird. Dadurch werden einerseits die die Wärme erzeugenden
Einrichtungen mit der kältestmöglichen Luft gekühlt, andererseits wird die
wärmstmögliche Luft der Kühleinrichtung zugeführt, die damit die größtmögliche
Temperaturdifferenz zum Außenkreislauf der Kühleinrichtung aufweist, weshalb die
Kühleinrichtung besonders effektiv arbeitet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Anordnung ist vorgesehen, daß die
Trenneinrichtung im wesentlichen von Teilen der die Wärme erzeugenden
Einrichtungen gebildet wird. Dadurch können ohnehin vorhandene
Konstruktionselemente als Trenneinrichtung verwendet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Anordnung ist vorgesehen, durch
die Größe der Öffnungen, die den Eintritt der kalten Luft in die die Wärme
erzeugenden Einrichtungen sowie durch die Größe der Öffnungen, die den Austritt
der erwärmten Luft aus den die Wärme erzeugenden Einrichtungen ermöglichen, die
für die die Wärme erzeugende Einrichtung benötigte Kühlung einzustellen.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der
nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand von
Figuren.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Anordnung zur Kühlung Wärme erzeugender
Einrichtungen,
Fig. 2 eine Draufsicht einer Anordnung zur Kühlung Wärme erzeugender
Einrichtungen,
Fig. 3 eine erste Ausführungsform einer Wärme erzeugenden Einrichtung, und
Fig. 4 eine zweite Ausführungsform einer Wärme erzeugenden Einrichtung.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen
versehen.
Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Schrank 4 mit Wärme erzeugenden Einrichtungen,
beispielsweise elektronischen Schaltungen, die Verlustwärme erzeugen, die als
Einbaugeräte 8 und 9 für bekannte Elektronikschränke ausgelegt sind. Die
Einbaugeräte 8 und 9 sind an im Schrank 4 vorhandenen Befestigungsflanschen
befestigt. Befestigungsflansche und die Frontseiten der Einbaugeräte bilden eine
Ebene, die als eine Trenneinrichtung 7 betrachtet werden kann, die den Schrank in
einen ersten Bereich 5 und einen zweiten Bereich 6 teilt. Erster und zweiter Bereich
5 und 6 sind gegenüber der Umgebung abgeschlossen. Der erste Bereich 5 wird
durch eine Tür 10 des Schranks 4, von Seitenwänden 12, der Trenneinrichtung 7
sowie Boden und Dach gebildet. Der zweite Bereich wird durch die Seitenwände 12
eine Rückwand 11, die Trenneinrichtung 7 sowie Boden und Dach gebildet. An den
Schrank 4 ist an der Oberseite eine Kühleinrichtung 1 angeschlossen, die über
einen Innenkreislauf 3 und einen Außenkreislauf 2 verfügt, welche voneinander
getrennt sind. Der Innenkreislauf 3 dient der Kühlung der Einbaugeräte 8 und 9 im
Inneren des Schranks 4, der Außenkreislauf 2 gibt die durch den Innenkreislauf 3
abgeleitete Wärme an die Umgebung ab. Dazu nimmt der Außenkreislauf 2 Luft aus
der Umgebung auf 17 und gibt erwärmte Luft an die Umgebung ab 18.
Die Kühleinrichtung 1 ist über eine erste Verbindung 15 mit dem ersten Bereich 5
und über eine zweite Verbindung 16 mit dem zweiten Bereich 6 verbunden. In den
ersten Bereich 5 wird die von der Kühleinrichtung 1 gekühlte Luft geleitet. Die
gekühlte Luft tritt durch Öffnungen 14 in die zu kühlenden Einbaugeräte 8 und 9,
durchströmt diese und erwärmt sich dabei. Die erwärmte Luft tritt aus Öffnungen 19
aus den Einbaugeräten 8 und 9 in den zweiten Bereich 6 aus. Von dort wird sie zur
Abkühlung dem Innenkreislauf 3 der Kühleinrichtung 1 zugeführt und wird nach der
Abkühlung erneut in den ersten Bereich 5 geleitet.
Bei der Kühlung der Einbaugeräte 8 und 9 wird die kalte Luft aus dem ersten
Bereich 5 direkt und unvermischt den die Wärme erzeugenden elektronischen
Schaltungen in den Einbaugeräten 8 und 9 durch die Öffnungen 14 zugeführt. Die in
den Einbaugeräten 8 und 9 erwärmte Luft wird durch die Öffnungen 19 in den
zweiten Bereich 6 und von dort zur Kühlung in die Kühleinrichtung 1 geleitet. Die
Anbringung der Öffnungen 19 für den Austritt der erwärmten Luft ist dabei
unerheblich, solange die erwärmte Luft ungehindert nur in den zweiten Bereich 6
austreten kann. Zur Sicherstellung der beschriebenen Kühlung der Einbaugeräte 8
und 9 müssen diese für eine Durchströmung mit Kühlluft ausgelegt sein.
Prinzipiell müssen alle Einbaugeräte wie die Einbaugeräte 8 die Öffnung 14 für den
Eintritt der kalten Luft in der Trennebene 7 aufweisen. Jedoch sind auch andere
Einbaugeräte 9 geeignet, wenn Elemente 13 vorgesehen sind, die die Öffnungen für
den Eintritt der kalten Luft der Einbaugeräte 9, die im zweiten, warmen Bereich 6
liegen, so vom zweiten Bereich 6 abschirmen, daß sich Öffnungen 14 bilden, die nur
Verbindung zum ersten, kalten Bereich 5 aufweisen.
Zum Aufbau einer ausreichenden Druckdifferenz, welche die Durchströmung der
Einbaugeräte 8 und 9 bewirkt, kann in vorteilhafter Weise der im Innenkreislauf 3
der Kühleinrichtung 1 üblicherweise vorhandene Lüfter verwendet werden.
Da, wie oben beschrieben, die zu kühlenden Einbaugeräte 8 und 9 wegen der
erzeugten Druckdifferenz automatisch durchströmt und gekühlt werden, besteht
keine Notwendigkeit, jedes Einbaugerät mit einem separaten Lüfter auszustatten, um
die erforderliche Kühlung zu erreichen. Dies schließt aber nicht aus, daß die
Einbaugeräte 8 und 9 Lüfter aufweisen können. In einem solchen Fall arbeiten die
Lüfter der Einbaugeräte 8 und 9 in Reihe mit dem Lüfter der Kühleinrichtung 1.
Bei der beschriebenen Anordnung ist es außerdem wesentlich, daß der erste, kalte
Bereich 5 und der zweite, warme Bereich 6 vollständig voneinander getrennt sind.
Dies bedeutet, daß an den Stellen des Elektronikschranks, an denen kein
Einbaugerät vorgesehen ist, die Trenneinrichtung 7 vervollständigt werden muß.
Dazu kann an den Befestigungsflanschen beispielsweise ein Stück Blech geeigneter
Größe angebracht werden.
Die Dimensionierung der benötigten Kühlleistung für jedes der Einbaugeräte 8 und 9
ist bei der vorliegenden Erfindung auf besonders vorteilhafte Weise möglich. Durch
die Festlegung der Größe der Öffnungen 14 für den Eintritt der kalten Luft und der
Größe der Öffnungen 19 für den Austritt der erwärmten Luft, läßt sich der für die
erforderliche Kühlleistung benötigte Luftstrom einstellen.
Neben der dargestellten Anbringung der Kühleinrichtung 1 am Dach des Schranks 4
ist prinzipiell jede beliebige Anbringung möglich, solange sichergestellt ist, daß die
kalte Luft in den ersten Bereich 5 geleitet wird und die abzukühlende Luft dem
zweiten Bereich 6 entnommen wird. Insbesondere sind aber neben der
Dachmontage eine Montage an der Tür 10 oder an einer der Seitenwände 12
vorteilhaft. Neben der Anbringung der Kühleinrichtung außerhalb des Schranks 4 ist
die Anbringung innerhalb des Schranks 4 besonders vorteilhaft. Dabei wird die
Kühleinrichtung 1 entsprechend den zu kühlenden Einbaugeräten 8 und 9
ausgeführt, so daß sichergestellt ist, daß die gekühlte Luft in den ersten Bereich 5
abgegeben wird, wohingegen die abzukühlende Luft dem zweiten Bereich 6
entnommen wird.
In Fig. 3 ist die Ausführungsform eines Einbaugeräts dargestellt. Das Einbaugerät
weist ein Gehäuse auf, dessen Frontseite, bei Einbau in den Schrank 4, einen Teil
der Trenneinrichtung 7 bildet. Das Einbaugerät weist Befestigungen 70 auf, die zum
Einbau in den Schrank 4 an den Befestigungsflanschen im Schrank 4 befestigt
werden. Das Einbaugerät weist darüber hinaus eine Öffnung für Kaltluft an der
Unterseite auf. An der Oberseite ist eine Öffnung 19 vorgesehen, durch die die im
Einbaugerät erwärmte Luft austritt. Um den Eintritt der kalten Luft in die Öffnung für
die Kaltluft an der Unterseite zu gewährleisten, ist ein Element 13 angebracht, das
eine Öffnung 14 in der Ebene der Trenneinrichtung 7 bildet und die kalte Luft in die
Öffnung an der Unterseite leitet. Gleichzeitig verhindert das Element 13, das von
einem entsprechend gebogenen Blech gebildet werden kann, daß ein unterhalb des
Einbaugeräts vorhandener Luftstrom, der im eingebauten Zustand im warmen,
zweiten Bereich 6 auftritt, in das Einbaugerät eindringen kann. Das Einbaugerät
weist außerdem ein Anschlußfeld 20 auf, an dem das Einbaugerät elektrisch
angeschlossen werden kann. Um die Trenneinrichtung 7 im Frontbereich des
Einbaugeräts zu vervollständigen, ist deshalb eine weiteres Gehäuseteil 71
vorgesehen, so daß im Frontbereich des Einbaugeräts die gesamte Einbauhöhe des
Einbaugeräts bis auf den Bereich der Öffnung 14 überdeckt wird.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Einbaugeräts. Das Einbaugerät
weist ein Gehäuse auf, dessen Frontseite, bei Einbau in den Schrank 4, einen Teil
der Trenneinrichtung 7 bildet. Das Einbaugerät weist Befestigungen 70 auf, die zum
Einbau in den Schrank 4 an den Befestigungsflanschen im Schrank 4 befestigt
werden. Außerdem weist das Einbaugerät eine Öffnung 14 zum Eintritt der kalten
Luft in der Frontseite und eine Öffnung 19 zu Austritt der im Einbaugerät erwärmten
Luft an mindestens einer Seite auf, die im eingebauten Zustand innerhalb des
warmen, zweiten Bereichs 6 liegt.
Claims (8)
1. Verfahren zur Kühlung Wärme erzeugender Einrichtungen innerhalb eines von
der Umgebung abgeschlossenen Schranks, insbesondere eines
Elektronikschranks,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schrank in einen ersten und einen zweiten Bereich aufgeteilt ist, wobei erster und zweiter Bereich voneinander getrennt sind,
daß in den ersten Bereich gekühlte Luft geleitet wird,
daß die gekühlte Luft aus dem ersten Bereich zur Kühlung in die die Wärme erzeugenden Einrichtungen und durch diese in den zweiten Bereich geleitet wird, und
daß aus dem zweiten Bereich erwärmte Luft zur Kühlung entnommen wird, um sie erneut in den ersten Bereich zu leiten.
daß der Schrank in einen ersten und einen zweiten Bereich aufgeteilt ist, wobei erster und zweiter Bereich voneinander getrennt sind,
daß in den ersten Bereich gekühlte Luft geleitet wird,
daß die gekühlte Luft aus dem ersten Bereich zur Kühlung in die die Wärme erzeugenden Einrichtungen und durch diese in den zweiten Bereich geleitet wird, und
daß aus dem zweiten Bereich erwärmte Luft zur Kühlung entnommen wird, um sie erneut in den ersten Bereich zu leiten.
2. Anordnung zur Kühlung Wärme erzeugender Einrichtungen (8,9) innerhalb
eines von der Umgebung abgeschlossenen Schranks (4), insbesondere eines
Elektronikschranks, mit einer Kühleinrichtung (1), insbesondere einem
Wärmetauscher oder einem Kühlaggregat,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schrank (4) mittels einer Trenneinrichtung (7) in einen ersten Bereich (5) und einen zweiten Bereich (6) aufgeteilt ist,
daß die Kühleinrichtung (1) kalte Luft (15) in den ersten Bereich (5) leitet,
daß erste Öffnungen (14) in der Trenneinrichtung (7) vorgesehen sind, durch welche die kalte Luft aus dem ersten Bereich (5) in die die Wärme erzeugenden Einrichtungen (8,9) übertritt und diese kühlt,
daß zweite Öffnungen (19) in den die Wärme erzeugenden Einrichtungen (8,9) vorgesehen sind, durch die die erwärmte Luft in den zweiten Bereich (6) übertritt, und
daß die Kühleinrichtung (1) die erwärmte Luft (16) zur Kühlung aus dem zweiten Bereich (6) entnimmt und erneut in den ersten Bereich (5) leitet.
daß der Schrank (4) mittels einer Trenneinrichtung (7) in einen ersten Bereich (5) und einen zweiten Bereich (6) aufgeteilt ist,
daß die Kühleinrichtung (1) kalte Luft (15) in den ersten Bereich (5) leitet,
daß erste Öffnungen (14) in der Trenneinrichtung (7) vorgesehen sind, durch welche die kalte Luft aus dem ersten Bereich (5) in die die Wärme erzeugenden Einrichtungen (8,9) übertritt und diese kühlt,
daß zweite Öffnungen (19) in den die Wärme erzeugenden Einrichtungen (8,9) vorgesehen sind, durch die die erwärmte Luft in den zweiten Bereich (6) übertritt, und
daß die Kühleinrichtung (1) die erwärmte Luft (16) zur Kühlung aus dem zweiten Bereich (6) entnimmt und erneut in den ersten Bereich (5) leitet.
3. Anordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich erster Bereich (5) und zweiter Bereich (6) im wesentlichen über die
gesamte vertikale Abmessung des Schranks (4) erstrecken.
4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trenneinrichtung (7) in einer Ebene verläuft, die durch im Schrank (4)
angebrachte Befestigungsflansche festgelegt ist, die der Befestigung der die
Wärme erzeugenden Einrichtungen (8,9) dienen, wobei Teile der die Wärme
erzeugenden Einrichtungen (8,9) und die Befestigungsflansche die
Trenneinrichtung (7) bilden.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine der Begrenzungen des ersten Bereichs (5) durch eine Tür (10) des
Schranks (4) gebildet wird.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß Elemente (13) vorgesehen sind, die den direkten Eintritt kalter Luft aus dem
ersten Bereich (5) in die die Wärme erzeugenden Einrichtungen (9) erzwingen,
wohingegen die Elemente (13) den Eintritt von erwärmter Luft aus dem zweiten
Bereich (6) in die die Wärme erzeugenden Einrichtungen (9) verhindern.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein in einem Innenkreislauf (3) der Kühleinrichtung (1) vorhandener Lüfter
zum Aufbau eines Druckunterschieds zwischen erstem Bereich (5) und zweitem
Bereich (6) verwendet wird.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß durch die Größe der ersten Öffnungen (14) für den Eintritt der gekühlten
Luft und die Größe der zweiten Öffnungen (19) für den Austritt der erwärmten
Luft aus den die Wärme erzeugenden Einrichtungen (8, 9) der für die Kühlung
erforderliche Luftstrom festgelegt wird.
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DE1997128306 DE19728306C2 (de) | 1997-07-03 | 1997-07-03 | Verfahren und Anordnung zur Kühlung Wärme erzeugender Einrichtungen |
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ID=7834446
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