DE2712017C3 - Kühl- und Heizsystem fur ein mit elektrischen Geräten bestücktes Gehäuse - Google Patents

Kühl- und Heizsystem fur ein mit elektrischen Geräten bestücktes Gehäuse

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DE2712017C3
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Harry Ing.(Grad.) 8190 Wolfratshausen Becker
Franz Ing. Schmalzl (Grad.), 8033 Martinsried
Helmut Ing.(Grad.) 8000 Muenchen Zitzelsberger
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    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Description

Die F.rfmdung bezieht sich auf ein Kühl- und Heizsystem fur ein nut Geräten der elektrischen Nachrichten und/oder Meßtechnik bestücktes, gegen die Umgebung isoliertes Gehäuse mit einem Flüssigkeitstank und einem mit der Flüssigkeit und der Behälterluft im Flüssigkeits- und Luftkreislauf befindlichen Wärmetauscher,
Geräte der elektrischen Nachrichten* Und/oder Meßtechnik sind meist für bestimmte Umgebungstemperaturen ausgelegt. Zum Schutz gegen Umwelteinflüsse werden diese. Geräte in Behältern, beispielsweise Gehäusen, Kabinen und Sheltern Untergebracht, Da die Behalter gegen von außen eindringende Wärme isoliert sind und somit auch der Wärmefluß von innen nach außen behindert ist, steigt durch die Verlustleistung der Geräte die Temperatur im Behälterinneren an. Um Schäden durch Überhitzung zu vermeiden, ist eine
1S zusätzliche Kühlung notwendig. Gegebenenfalls kann aber auch eine Heizung des Innenraums erforderlich werden, beispielsweise dann, wenn die äußere Temperatur bei Nacht auf sehr niedrige Werte absinkt
Bei der üblichen Behälterkühlung kann die Imentem-
K) peratur von Behältern durch Kühlaggregate in zulässigen Grenzen gehalten werden. Zum Betrieb von Kompressor- und Absorbersystemen muß Energie, nämlich Strom, Gas, Treibstoffe oder ähnliches zugeführt werden. Dabei ist zudem eine laufende Wartung
ib notwendig, und es kann auch eine Umweltverschmutzung auftreten. Solche Kühlsysteme mit Umwälzpumpe jjsw. sind z. B. durch die DE-AS 11 40 613 oder durch die DE-OS 20 56 699 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung für ein Kühl- und Heizsystem für bestückte Behälter in Freüuftklimaten anzugeben, mit dem die vorstehend beschriebenen Probleme in einfacher Weise gelöst werden können, d. h. daß ein Zwangsumlauf im obigen Sinne vermieden wird und die Wartung erheblich vereinfacht ist.
Bei einem Kühl- und Heizsystem der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Wärmetauscher in seiner Lage zu dem oberhalb und/oder unterhalb der Geräte im
in Gehäuse angebrachten Flüssigkeitstank so angeordnet ist, daß Luft- und Flüssigkeitskreislauf allein infolge Temperatur-/Dichteunterschieden Zustandekommen und daß mehrere nebeneinander angeordnete, mit der Flüssigkeit des Fliissigkeitstanks und der Umgebung
!'■ außerhalb des Gehäuses im Wärmekreislauf befindliche Wärmerohre vorgesehen sind.
Bei diesem System, das völlig wartungsfrei arbeitet und außer Wärme nichts an die Umwelt abgibt, also sehr umweltfreundlich ist, werden die Tag-Nachtunterschie
4Ii de der Außentemperatur zur Behaiter-Kühlung bzw. auch Heizung ausgenützt. Aufbau und Funktion sind hierbei besonders einfach. Pumpen oder sonstige Zusatzaggregate sind nichi nötig. Der Wärmetauscher ist nämlich so vorteilhaft angeordnet, daß Luft- und
t'i Flüssigkeitskreisl.iuf allein infolge Temperatur/Dichteunterschieden Zustandekommen.
Der Wärmetauscher besteht dabei aus /wei in unterschiedlichem Abstand /um Flussigkeitstank angeordneten Längs-ohren. an deren mittleren Bereich
'.<> jeweils wenigstens ein unterschiedlich tief in den Flüssigkeitstank eintauchendes Rohr angebracht ist. sowie aus zwischen den Längsrohren angeordneten, schräg /um Flüssigkeitsspiegel verlaufenden Querrohren. Die Querrohre sind in vorteilhafter Weise längs
v> ihres t Imfanges mit Kühlrippen versehen.
In vorteilhafter Weiterbildung des Krfindungsgegenstandcs ist ferner vorgesehen, daß im Bereich /wischen dem Wärmetauscher und den Geräten ein l.uftleitblech angeordnet ist und daß vor den Kühlrippen der schräg
w) liegenden Querrohre des Wärmetauschers ein bimetall gesteuertes Klappensystem angeordnet ist, das aus in ihrer Lage einstellbaren Bjehdefl besteht«
Die Wärmerohre bestehen in vorteilhafter Weise aus jeweils einem in sich geschlossenen, dampf- bzw,
flüssigkeitsgefüllten Rohr, die in dem in den Flüssigkeitstähk eiiitäUchendefi und dem außerhalb des Gehäuses befindlichen Bereich Kühlrippen aufweisen-Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
F i g. I die Behälterkühlung in einer Prinzipskizze und
Fig.2 in einem Meßdiagramm den Verlauf der Innentemperatur einer Versuchkabine mit dem Kühlsystem bei extremer Außentemperatur.
Das wärmeisolierte Gehäuse 1 ist in einer geschnittenen Darstellung gezeichnet, so daß die in ihm angeordneten Geräte 2 sowie das Kühlsystem sichtbar sind. Das Kühlsystem besteht aus einem im oberen Bereich des Gehäuses 1 angeordneten Flüssigkeitstank 3 sowie aus einem Wärmetauscher 4 und Wärmerohren 11 (Heatpipe). Der Wärmetauscher 4 besteht aus zwei nebeneinander geführten, in unterschiedlichem Abstand zum Flüssigkeitstank angeordneten Längsrohren 6,8, an deren Mitten jeweils ein senkrecht in den Flüssigkeitstank eintauchendes Rohr 5 bzw. 7 angebracht ist. Diese senkrechten Rohre 5, 7 tauchen unterschiedlich weit in den Fliissigkeitstank 3 hinein; das Rohr 5 des in einem größeren Abstand zum Flüssigkeitstank 3 geführten Längsrohres 6 taucht weniger tief hinein als das Rohr 7 des näher am Flüssigkeitstank gelegenen Längsrohres 8. Zwischen den Längsrohren 6,8 sind mehrere nebeneinander angeordnete, schräg zum Flüssigkeitsspiegel verlaufende Querrohre 9 angeordnet Die Querrohre 9 weisen längs ihres Umfanges Kühlrippen 10 in Form von Platten auf. Im Bereich dieser Querrohre 9 mit den Kühlrippen 10, in dem der Flüssigkeitskreislauf — die Pfeile innerhalb der senkrechten Rohre 5, 7 zeigen die Richtung des Flüssigkeitskreislaufes an — und der Luftkreislauf der Kühl-Luftströmung K im Behälter — in Fig. 1 mit einem großen Pfeil eingezeichnet — ineinandergreifen, erfolgt der eigentliche Wärmetausch. Der Wärmetauscher ist dabei so eingebaut, daß Luft- und Flüssigkeitskreislauf allein infolge Temperatur-/ Dichteunterschieden Zustandekommen. Entlang des mit größerem Abstand zum Flüssigkeitstank 3 geführten Längsrohres 6 ist ein Luftleitblech 13 unter einem annähernd rechten Winkel /ur Ebene der Querrohre 9 angeordnet, durch das die Kühl-Luftströmung K vom Wärmetauscher 4 zum Gerät 2 geleitet wird.
Vor den Kühlrippen 10 der schräg liegenden Querrohre 9 des Wärmetauschers läßt sich unter geringem Abstand zu diesen ein in der Figur strichliert eingezeichnetes bimetallgesteuertes Klappensystem 14 anbringen, das beispielsweise aus in ihrer Lage einstellbaren Blenden besteht und durch das die Temperatur konstant gehalten werden kann.
Die Wärmerohre des Kühlsystems bestehen aus mehreren nebeneinander bzw. hintereinander angeordneten, jeweils in sich geschlossenen Rohren 11. die mit einer Längsseite in den Flüssigkeitstank 3 eintauchen und mit ihrer gegenüberliegenden Längsseite sich außerhalb des Gehäuses 1 befinden. Die Wärmerohre 11 (Heatpipe) sind in dem in den Flüssigkeitstank 3 eintauchenden Bereich und in dem außerhalb des Gehäuses 1 liegenden Bereich längs ihres Umfanges mit Kühlrippen 12 in Form von Platten versehen zur Vergrößerung der für den Wärmeaustausch wirksamen Flächen. Die Wärmerohre 11 sind dampf- bzw. flüssigkeitsgefüllt, beispielsweise mit Freon. Von den Wärmerohren ist in der Fig. 1, ebenso wie bei den Querrohren 9, jeweils nur das in der Zeichenebene gelegene dargestellt Die weiteren Wärmerohre bzw. Querrohre des Wärmetauschers sind dahinterliegend
in angeordnet.
Die Kühlung des Gehäuseinneren geschieht auf folgende Weise: Die Flüssigkeit, z. B. Wasser, des im oberen Teil des Gehäuses 1 angebrachten Flüssigkeitstanks 3 nimmt über den Wärmetauscher 4 die im
υ Gehäuse 1 am Tag entstehende Wärme auf. Der Wärmetauscher ist dabei so aufgebaut, daß Luft- und Flüssigkeitskreislauf allein infolge Temperatur-/Dichteunterschieden Zustandekommen. Bei Nacht wird über die Wärmerohre 11 die entstehende Verlustwärme und
.'ο die im Fl-'issigkeitstank 3 gespeicherte Wärme nach außen geführt und die Flüssigke wieder auf ihre Anfangstemperatur gebracht.
Das in F i g. 1 dargestellte und vorstehend beschriebene Kühlsystem läßt sich dadurch zu einem Heizsystem
r. ergänzen, daß in spiegelbildlicher Anordnung zum Flüssig/eitstank 3 im oberen Bereich des Gehäuses 1 und zum Wärmetauscher 4 eine entsprechende Anordnung im unteren Bereich des Gehäuses vorgesehen wird, also unterhalb der Geräte. Damit ist bei Bedarf
«ι auch eine Heizung bei Nacht möglich, indem die im Flüssigkeitstank im unteren Bereich des Gehäuses gespeicherte Wärme an den Innenraum des Gehäuses abgegeben wird. Eine solche Heizung ist kombiniert mit einem Kühlsystem möglich oder kann für sich allein im
r. Gehäuse angeordnet werden.
F i g. 2 zeigt in einem Meßdiagramm den Verlauf der Innentemperatur einer Versuchskabine mit dem Kühlsystem gemäß Fig. 2 bei extremer Außentemperatur. Dabei ist die Temperatur & in Abhängigkeit \ on der
in Zeit t über einen Zeitabschnitt von 24 Stunden aufgetragen. Für die Nachtstunden von 0 bis 6 Uhr und vc.i 19 bis 24 Uhr beträgt die Außentemperatur etwa 28°C, für die Tagstunden von 7 bis 18 Uhr etwa 500C. Der Übergang von der Nachttemperatur zur Tagtempe-
ii ratur erfolgt sehr rasch, nämlich innerhalb etwa einer Stunde. Der Temperaturgang der Außentemperatur ist mit I, der der Innentemperatur ist mit Il bezeichnet. Beim Vergleich beider Diagramme miteinander zeigt sich, daß bei Temperaturschwankungen der Außentem-
·..· peratur zwischen Tag und Nacht von über 200C sich die Innentemperatur lediglich um einen Wert von etwa 5"C ändert; die Temperatur des Innenraumes steigt dabei während der Tagstunden von etwa 35° C auf etwa 4O0C an ir.J sinkt während der Nachtstunden wieder auf den
■ unteren Wert ab.
Hier/.u 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Kühl- und Heizsystem für ein mit Geräten der elektrischen Nachrichten- und/oder Meßtechnik bestücktes, gegen die Umgebung isoliertes Gehäuse mit einem Flüssigkeilstank und einem mit der Flüssigkeit und der Behälterluft im Flüssigkeits- und Luftkreislauf befindlichen Wärmetauscher, d a durch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (4) in seiner Lage zu dem oberhalb und/oder unterhalb der Geräte (2) im Gehäuse (1) angebrachten Flüssigkeitstank (3) so angeordnet ist, daß Luft- und Flüssigkeitskreislauf allein infolge Temperatur-/ Dichteunterschieden Zustandekommen und daß mehrere nebeneinander angeordnete, mit der Flüssigkeit des Flüssigkeitstanks (3) und der Umgebung außerhalb des Gehäuses (1) im Wärmekreislauf befindliche Wärmerohre (11) vorgesehen sind.
2. Küh! und Heizsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (4) aus zwei in unterschiedlichem Abstand zum Flüssigkeitstank (3) angeordneten Längsrohren (6,8) besteht, an deren mittlerem Bereich jeweils wenigstens ein unterschiedlich tief in den Flüssigkeitstank (3) eintauchendes Rohr (5, 7) angebracht ist, sowie aus zwischen den Längsrohren (6, 8) angeordneten, schräg zum Flüssigkeitsspiegel verlaufenden Querrohren (9).
3. Kühl- und Heizsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querrohre (9) längs ihres Umfanges mit Kühlrippen (10) versehen sind.
4. Kühl und Huzsyste:/i nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich zwischen dem Wärme luscher (4) und den Geräten (2) ein Luftleitblech (13) angeordnet ist.
5. Kühl- und Heizsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Kühlrippen (10) der schräg liegenden Querrohre (9) des Wärmetauschers (4) ein bimetallgesteuertes Klappensystem (14) angeordnet ist.
6. Kühl- und Heizsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Klappensystem (14) aus in ihrer Lage einstellbaren Blenden besteht.
7. Kühl- und Heizsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmerohre (11) aus jeweils einem in sich geschlossenen, dampf- bzw. flüssigkeitsgefüllten Rohr bestehen, die in dem in den Flüssigkeitstank (3) eintauchenden und dem außerhalb des Gehäuses (1) befindlichen Bereich Kühlrippen (12) aufweisen.
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