-
Wärmeaustauscher für einen staub- und wasserdicht gegen die Um-
-
gebung abgeschlossenen Schrank Die Erfindung bezieht sich auf einen
Wärmeaustauscher für einen staubdicht gegen die Umgebung abgeschlossenen Schrank,
in dem Verlustwärme erzeugende elektrische Verbraucher angeordnet sind, mit mindestens
einem im Innern des Schranks angeordneten Lüfter,
von dem erwärmte
Luft im Gegenstromprinzip längs der Innenseite von Wärmeaustauschelementen bewegt
wird.
-
Ein derartiger Wärmeaustauscher ist bekannt (Siemens-Zeitschrift 46,
1972, U. 8, S. 699 bis 702). Dieser bekannte Wärmenustauscher besteht nus einer
Faltwand, die an jeder zweiten Falte beidseitig mit einer Auerabdeckung versehen
ist. Die Faltwund ist innerhalb einer Tär des Schranks angeordnet, die ein Whärse
für den Wärmeaustnuscher bildet. Die Querabdeckungen sind an den beiden Seiten jeweils
gegeneinander angeordnet. Bsakdseitig swischen den Querabdeckungen der Faltwand
und den Unhäuse ist je ein Stinurnum vorhanden. Der eine Stauraum steht iil,.r eine
Öffnung mit dem Schrankinnern und der andere Stauraum äber eine weitere Öffnung
mit dem Außenraum in Verbindung. An den Elnlaßöffnungen der beiden Stauräume sind
Lüfter angeordnet, vou denen Kühlluftströme längs der Kanäle der Faltwand bewegt
werden.
-
Die Kühlluftströme verlassen die Fa2twand an weiteren Öffnungen.
-
Die Faltwand wird durch Biegen einer dünnen Metall- oder Kunstwtoffplatte
hergestellt. Der Biegevorgang erfordert relativ viel Zeit. Auch die Befestigung
der zahlreichen Querahlekcungen an der Faltwand ist aufwendig.
-
Es ist weiterhin ein Wärmeaustauscher für einen staubdicht gegen
die
Umgebung abgeschlossenen Schrank bekannt, bei dem innerhalb von doppelwandig ausgebildeten
Seitenabdeckungen Kühlschienen angeordnet sind. Die Kühlflächen bilden mit den doppelwandigen
Seitenabdeckungen zwei voneinander getrennte Kühlkanäle, von denen einer in den
inneren Kühlmittelkreislauf des Schrank. einbezogen ist, während der andere von
aus der Ümgebung angesaugter Kühlluft durchströmt ist (DT - OS 17 90 054).
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kompakten, aus möglichst
einfach ausgebildeten Einzelteilen zusammensetzbaren Wärmeaustauscher für einen
mit wärmeerzeugenden Verbrauchern bestückten Schrank oder Gehäuse au entwickeln,
der bei guten Wärmeübergangseigenschaften mit enigen Bearbeitungeschritten für ich
herstellbar und mit einfachen Handgriffen um Schrank montierbar ist.
-
Dio Augebe wird erfindungsgem:-iß dadurch gelöst, daß der Wärmeaustauscher
eine quaderförmige Wanne Aufweist, die mit lhrer Offenen Seite an einer mit Lüftungsöffnungen
versehenen Wand oder Tür des Schranks befestigbar ist und die aus einem Grundkörper,
der aus einem rechteckigen Blech durch Biegen von Längskanten und Anschlagrändern
hergestellt ist, und aus einer oberen und unteren, am Grundkörper befestigten Stirnplstte
bestlht, wobel zwischen Paaren von in der oberen und unteron Stirplatte vorgeschenen
Löchern als Wärmeaustauschelemente
Jeweils glatte, gerade Rohre
angeordnet sind, die mit ihren bei-Aerseits offenen Enden in den Raum Außerhalb
der Wanne ragen und im Rollverfahren dicht nn den Känden der Löcher befestigt sind.
-
Die Anordnung besteht im wesentlichen aus drei Kn.n.truktionselementen,
dem Crundkörper, den beiden Deckeln und den Röhren.
-
Die beiden Deckel können durch Ausstanzen aus einem Blech schnell
und einfach hergestellt werden. Für den Grundkörper ist neben dem Stanzvorgang noch
ein Biegearbeitsgang erforderlich.
-
Die Rohre lassen sich durch Abschneiden aus handelsüblich verfügbaren
Stangen herstellen. Das Einwalzen der Rabre in die beiden Deckel findet ebonfalls
in einem kurzen, wenig aufwendigen !ybc: ürgang statt. Die Gefahr von thermischen
Verformungen der Deckel, die beim Löten oder Schweißen auftritt, wird durch das
Einwalsen vermieden. Für den Zusammenbau der drei Konstruktionselemente sind daher
keine tinbaulehren erforderlich. Der vorstehend beschriebene Wärmeaustauscher kann
daher besonders wirtschaftlich erzeugt werden.
-
Die Rohre im äußeren Kühlkreislauf weisen keine Krümmungen auf, durch
die Luft umgelenkt wird. Die Gofahr von Staubablagerungen an derartigen Umlenkstellen
wird daher vermieden. Sorerr. infolge einer stark staub- oder ölhaltigen Luft Ablagerungen
au den Kühlflächen des äußeren Kühlkreislaufß auftreten, lansen sich diese leiciit
feststellen und nur einfache Weise beseitigen,
indem ein Reinigungskörper
durch die Rohre gezogen wird.
-
Die Anordnung zeigt eine gute Kühlwirkung auch ohne Zwangsumlauf der
Kühlluft im äußeren Kreislauf. Es lassen sich daher die Lüfter im äußeren Kreislauf
bei den im allgemeinen vorkommenden Verlustleistungen der Verbraucher im Schrank
einsparen. Daraus ergibt sich als weiterer Vorteil, daß die Geräuschbildung stark
vermindert wird. Die von dem inneren Lüfter erzeugten Gernusche lass.n sich durch
Dämpfungsmaßnahmen im Schrank af einfache .eise reduzieren. Die durch äußere Lüfter
hervorgerufene besonde .- starke Geräuschbildung. entfällt.
-
Vorzugsweise bestehen die Rohre aus Aluminium und sind ohne Cberflächenüberzüge
in der Wanne angeordnet.
-
Durch die Verwendung blanker Rohre wird der Wärmeübergang verbesser.
Die Herstellung des Wärmeaustauschers wird durch die Einsparung der Oberflächenüberzüge
kostengünstiger. Weiterhin wird das einrollen der Rohre infolge der für Alu;ntnium
notwendigen kleineren Verformungskräfte erleichtert. Darüberhinaus vermindern die
Aluminiumrohre das Gewicht des Wärmenustauschers.
-
Bei einer zweckmaßigen Ausführungsform weisen die Rohre bei einer
Länge von mindestens 1,5 Meter einen Innendurchmesser von mindestens 40 Millimeter
auf. Diese Maßnahmen bewirken einen
großen Kühlluftstrom durch
die Rohre. Die Wärmeabgabe wird dadurch verbessert.
-
Vorzugsweise sind die Rohre in zwei Reihen parallel zur Wand-oder
Türfläche angeordnet. Diese Anordnung hat eine geringe Ausdehnung in senkrechter
Richtung zur Wand- oder Türfläche. Der Schrankumfang wird also durch den Anbau eines
Wärmeaustauschers nicht wesentlich vergrößert. Daher lassen sich die Wärmoaustauscher
bei Bedarf auch nachträglich an Schränken Anbringen.
-
Bei einer gtinstigen Ausführungsform sind die Mit;tlljnien der Rohre
der beiden Reihen um den halben Abstand zwischen den Mittellinien zweier in einer
Reihe benachbarter Rohre gegenelnander vorsetzt. Mit dieser Anordnung wird die Wärmeabgabe
aus dem inneren Kühlluftstrom an die Rohre erhöht. Bei einer vergagebenen Verlustwärmemenge
kann die Förderleistung des inneren Lüfters So bemessen sein, daß die zulässige
Umgebungstemperstur ftit die li-tuelemente im oberen Schrankbereich roj'li'den ist.
-
Durch die günstige Wärmeabgabe kann demnsch bei Einhaltung der sulässigen
Ümgebungstemperatur für die Bauelemente im Schrank ein Lüfter mit weniger Förderleistung
verwendet werden. Dieser Lüfter verbraucht weniger elektrische Energie. Daneben
vermindern sich auch die Strömungsgeräusche.
-
Eine anders zweckmüßige Ausführungsform besteht darin, daß der
Abstand
der Mittellinien zweier in einer Reihe ben.achbnrter Rohre größer als der Abstand
zwischen den durch die Mittellinlen der beiden Reihen verlaufenden Geraden ist.
-
Bei dieser Anordnung besteht die Möglichkeit, eine Wanne zu verwenden,
deren Boden nur in geringem Abstand von der Wand- oder Türfläche ist. Durch den
Anbau einen oder mehrerer angeordnet Wärmeauscher an der Tür oder den Wänden des
Schrankes, werden die äußeren Abmessungen daher nicht in einer, ins Gewicht fallenden
Weise vergrößert.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß in der an
die Wand- oder Türfläche unmittelbar angrenzenden Reihe von Rohren vier und in der
anderen Reihe drei Rohre auf einer Breite der Wand des Wärmeaustauschers von mindestens
vierhundert Milliretern angeordnet sind.
-
»lost' Anordnung weist bei einer minimalen Anzahl von Rohren und geringer
Ausdehnung senkrecht zur Wand oder Tür ein Optimum an Kühlleistung auf.
-
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in einer Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert, aus dem sich weitere Merkmnle sowie Vorteile
ergeben.
-
Es zeigen: Fig. 1 eine Ansicht eines an der Tür eines Schrankes befentigten
Wärmeaustauschers von vorne, Fig. 2 eine Ansicht des in Fig. 1 dargestellten Wärmeaustauschers
von oben und eine teilweise Ansicht des Schrank kes von oben, Fig. 3 einen Querschnitt
der in Fig. 2 dargestellten Anordnung längs der Linien I - I, Fig. 4 Einzelheiten
der Befestigung der Rohre des Wärmeaustauschcrs an den Deckeln im Schnitt.
-
Ein Schrank 1, in dem nicht dargestellte, Verlustwärme erzeugende
elektrische Verbraucher angeordnet sind, enthält an seiner vorderen Seite eine Tür
2, die eine obere und eine untere Liiftungsöffnung 3, 4 aufweist. Die Lüftungsöffnungen
3, 4 rind in Form von rechteckigen Aussparungen nahe em oberen und unteren Turrrnd
nngeordnct. Die Tür 2 ist um eine senkrechte Achse schwenkbar mit dem Schrank 1
verbunden. In geschlossener Stellung liegt die Tür mit ihren Rändern am Schrankrahmen
nn. Zwischen den Türrändern und dem Rahmen ist eine Dichtung vorgesehen, um den
Schrank gegen das Eindringen von Wascer zu schützen.
-
An der Außenseite der Tür 2 ist ein Wärmeaustauscher 5 befestigt,
der eine Trennung in einen inneren KUhlkreislauf und einen aus Seren Kühlkreislauf
des Schranks 1 bewirkt. Im Inneren des Schrnnks 1 ist ein nicht dargestellter Lüfter
vorhanden, der die von den elektrischen Verbrauchern erwärmte Luft en den wirmeaustauscherelementen
des Wörmeaustauschers 5 vorbeibewegt. Die Kühlung erfolgt an den Wärmeaustauscherelementen
im Gegenstromprinzip. Mittels des Wärmeaustauschers 5 kann das Innere des Schranks
1 staubdicht und gasdicht von der Umgebung abgeschlos sen werden.
-
Der Wärmeaustauscher 5 enthält eine quaderförmige Wanne 6, die t'us
einem Grundkörper 7 und zwei Stirnplatten 8 zusammengesetzt ist. Der Grundkörper
7 ist aus einem rechteckigen Blech hergestellt, das beispielsweise aus einer Blechplatte
ausgestanzt rein kann. Die Stärke dieses Blechs aus Eisen kann etwa 0,5 bis 1 Millimeter
betragen. Aus dem rechteckigen Blech wird der Grundkörper 7 durch Biegen von Längskanten
9 und von Längsanschlagrändern 10 geformt. Die Stirnplatten 8 bestehen aus rechtecrrvizen
Blechen, die ebenfalls ausgestanzt sein können. In den Stirnplatten 8 befinden sich
Löcher 11., die z.B. durch Stanzen hergestellt sind. Zwischen Paaren von in der
oberen und unteren Stirnplatte vorgeschenen Löchern 11 sind jeweils glatto, gerade
Rohre 12 tlnzeordnct, die mit ihren beiderseits offenen Enden in den Raum außerhalb
der Wanne 6 ragen.
-
Die Rohre 12 sind im Rollverfahren mit den Rändern der Löcher 11 verbunden.
Mit dem Rollverfahren werden die Rohrwände in die V.;:inde der I.öcher 11 eingewalzt.
Es treten dabei bleibende Verformungen 13 der Rohrwände an den Löchern 11 auf. Dadurch
entr;teht eine gasdichte Verbindung, so daß keine Luft ohne. dieer mitgeführte Verunreinigungen
in das Innere dee Wanne 6 langen können. Das Einrollen der Rohre 12, die z. B u:
handelsüblich verfügbaren StanGen abgesigt oder abgeschnitten ind, erfordert nur
wenig Zeit. Durch die Kaltverformunglder Robre 12 werden die beim Schweißen oder
Löten entstehenden Verwerfungen des Materials vermieden. Es sind deshalb keine aufwendigen
Lehren zum Halten der Stirnplatten 8 Während des Zusammenfügens mit den Rohren 12
notwendiG. Die Stirnplatten 8 können durch Rollschweißen an den Rändern des Grundkörpers
7 befestigt sein.
-
Der Wärmeaustauscher 5 besteht im wesentlichen aus nur drei verschiedenen
Konstruktionsteilen, dem Grundkörper 7, den Stirnplatten 8 und den Rohren 12. Diese
Teile sind konstruktiv einfach ausgebildet und lassen sich auf einfache Weise herstellen
und montieren. Daher kann der Wärmeaustauscher 5 besonders kostengünstig gefertigt
werden.
-
Der Wärmonustauscher 5 bildet eine stabile, kompakte Einheit, die
leicht transportiert und gelagert werden kann.
-
Die Wanne 6 ist an ihrer offenen Seite an der Tür 2 befestigt.
-
Dabei liegen die Anschlagränder 10 an der Türfläche an. Zwischen der
Türfläche und den Anschlagrändern 10 können Dichtungsstreifen angeordnet sein. Als
Befestigungsmittel können nicht dargestellte Schneidschrauben benutzt werden, für
die in den Längs anschlagrändern 10 Bohrungen vorgesehen sind.
-
Die von dem Lüfter im Schrank 1 geförderte Luft tritt durch die Öffnung
3 in den 1Jä.rmeaustauscher 5 ein, strömt entlang den Wänden der Rohre 12 nach unten
und verläßt den Wärmenustauscher 5 durch die Öffnung 4. Die im Schrank 1 und im
Wärmeaustauscher 5 umgewälzte Luft gibt ihre Wärme vorwiegend an die Wände der Rohre
12, aber auch un die Stirnplatten 8 und den Grundkörper 7 ab.
-
In inneren Kreis strömt die Luft durch die Rohre 12 tind entlang der
Wände der Wanne 6 von unten nach oben und nimmt dabei die Wärme nuf. Die Wärmeabfuhr
erfolgt im Gegenstromprlnzip. Da die Rohre 12 keine Krümmungen oder Querschnittsveränderungen
aufweisen, ist ihr Strömungswiderstand gering. Die Ausbildung des äußeren Kühlluftstroms
wird dnher nicht behindert. Durch die Clatten, geraden, senktecht verlaufenden Flächen
der Rohre 12 wird eine Ablagerung von Staub weitgehend unterbunden. Die Kühlleistung
des Wärmeaustauschers bleibt demnach auch nach längerer Betriebszeit erhalten. Überdies
können die Innenflächen der Rohre 12 einfech und schnell überprüft werden. Sofern
sich z.B. infolLt.. von ölhaltigen Verunreinigungen in der Luft nn .n Innenflächen
den
Wärmeübergang störende Ablagerungen ansetzen, können diese leicht und schnell entfernt
werden, indem durch alle Rohre 12 ein Reinigungskörper gezogen wird.
-
Die Rohre 12 bestehen aus Aluminium mit einer Wand stärke von ungefahr
einem Millimeter. Der Außendurchmesser der Rohre 12 beträgt z.B. fünfzig Millimeter.
Die Rohre 12 tragen keine Oberflächenüberzüge. Die Länge der Rohre 12 ist etwn 1,5
Meter. Durch die Einsparung der Oberflächenüberzüge entfällt ein Arbeitsgang.
-
Die Fertigung des Wärmeaustauschers 5 wird dadurch einfrjcl£3r und
wirtschaftlicher. Durch die Verwendung von Aluminiumrobren vermindert sich überdies
das Gewicht des Wärmeaustauschers 5.
-
Die Rohre 12 sind in zwei Reihen parallel zur Fläche der Tür 2 angeordnet.
Die Mittellinien 14 der Rohre 12 der beiden Reihen sind um den halben Abstand zwischen
den Mittellinien zweier in einer Reihe benachbarter Rohre gegeneinander Versetzt
angeordnet. Durch diese Anordnung kann sich ein günstiger Strömungsverlauf der Kühlluft
im Inneren des Wärmeaustauschers 5 ausbilden.
-
Die Wärmeabgabe von der Kühlluft an die Rohre 12 steigt durch an.
-
Der Abstand der Mittellinien 14 zweier in einer Reihe benachbarter
Rohre 12 ist größer als der Abstand zwischen den durch die Mittellinien der beiden
Reihen verlaufenden Geraden. Auf diese
Weise ergibt sich eine geringe
Ausdehnung des Wärmeaustauschers 5 senkrecht zur Fläche der Tür 2.
-
In der an die Wand der Tür 2 unmittelbar angrenzenden Reihe sind bei
einer Breite des Bodens der Wanne 6 von mindestens 440 Millimetern vier Rohre 12
vorgesehen. In der zweiten Reihe befinden ;ich drei Rohre 12.
-
Bei minimaler Anzahl von Rohren 12 und geringer Ausdehnung des Wärmeaustauschers
5 in senkrechter Richtung zur Flächer der Tür 2 ergibt sich mit dieser Anordnung
eine hohe Kühlleistung. Verlustleistungen in der Roößenordnung von einem Kilowatt
können mit dieser Anordnung. bei einem inneren Luftdurchsatz von etwa 700 qm/h an
die Außenluft abgegeben werden, ohne daß die Tcmperutur im Schrankinnern nuch im
oberen Schrankbereich über die fir elektronische Bauteile zulässige Temperatur ansteigt.
Bei größeren Verlustleistungen kann der innere Luftdurchsatz entsprechend gesteigert
werden. Der Wärmeaustauscher 5 eignet sich insbesondere für mit elektronischen Bauteilen
bestückte Schränke mit Verlustleistungen bis ungefähr 1,3 Kilowatt. Falls crforderlich,
lassen sich such weitere Wärmeaustauscher, brispielsweise an den Schrankseitenwänden
oder der Rückwand entauen.
-
in günstiger Luftdurchsatz in ncn Rohren 12 stellt nich bei Abtänden
der unteren Rohröffnungen vom Boden von etwa fünfundsiebzig
Millimetern
ein. Der Luftdurchsatz wird weiterhin dadurch begünstigt, daß die Rohre 12 um etwa
fünfzehn bis zwanzig Millimeter i1br dic obere Stirnplatte 8 hinausragen.
-
Ein Außenlüfter für die Erhöhung des Luftßurchsatzes durch die Rohrc
12 ist bei den oben erwälinton Verlustleistungen nicht er forderlich. Dadurch entfällt
die bei Außenlüftern auftretende und störende Geräuschbildung. Die vom Innenlüfter
hervorgerufe nen Geräusche sind gedämpft und können durch relntiv einfache Dämpfungsmaßnahmen
sehr stark reduziert werden.
-
Die Innendurchmesser der Röhren 12 sind bei Bauhöhen des Wärmeaustauschers
1 von mehr als 1,5 Metern größer ausgebildet. Mit zunehmender Bauhöhe, die an die
Höhe der Schränke angepaßt ist, nehmen auch die Durchmesser der Röhren 12 zu, damit
die gute Kühlleistung der Anordnung erhalten bleibt.
-
Leerseite