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Kastenförmiger, an einen Schaltschrank
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vorzugsweise ansetzbarer Kühler.
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(Zusatz zu Patent..., Patentanmeldung P 25 56 329.5) Die Erfindung
bezieht sich auf einen kastenförmigen, an einen Schaltschrank vorzugsweise ansetzbaren
Kühler mit zwei in Wärmeaustausch miteinander stehenden, voneinander getrennten,
jeweils einen Einlaß und einen Auslaß aufweisenden Kammern, von denen die erste
Kammer als Schaltschrankluftkammer mit ihrem Einlaß und Auslaß jeweils mit einem
zugeordneten Einlaß bzw. Auslaß des Schaltschrankes und die zweite über ihren Einlaß
und Auslaß mit einem Kühlmittelreservoir verbindbar ist, mit einem Innenluftventilator
zur Erzeugung einer Innenluftströmung durch die erste Kammer und mit einem Förderaggregat
zur Erzeugung einer der Innenluftströmung entgegengerichteten Kühlmittelströmung
durch die zweite Kammer, wobei der Innenluftventilator und das Förderaggregat auf
einer gemeinsamen Welle sitzen und durch einen einzigen Motor antreibbar sind, nach
Patent... (Patentanmeldung P 25 56 329.5).
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Dieser Kühler gemäß dem Hauptpatent eignet sich als Luft/Luftkühler,
wobei die Schaltschrankluft innerhalb der ersten Kammer im Gegenstrom und Wärmeaustausch
über die Umgebungsluft, die
die zweite Kammer passiert, heruntergekühlt
wird. Ein solcher Schaltschrankkühler ist einfach und billig aufgebaut. Er erreicht
bei geringem Leistungsbedarf durchaus beachtliche Kühlleistungen und eignet sich
dabei vornehmlich als ansetzbarer oder auch als einsetzbarer Komplettbaustein, insbesondere
zur Kühlung von elektrischen und elektronischen Stéuerungen, numerischen Steuerungen
oder dergleichen, die zur Vermeidung von Störungen bei hohen Temperaturen einer
Kühlung bedürfen.
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Es hat sich aber gezeigt, daß die Luft/Luftkühlung insbesondere in
der warmen Jahreszeit, in klimatisch warmen Gegenden oder dergleichen noch nicht
ausreichend und voll zufriedenstellend ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Schaltschrankkühler
gemäß dem Hauptpatent, wie er eingangs definiert ist, bei nach wie vor billigem
und einfachem Aufbau und bei geringem Leistungsbedarf hinsichtlich der erreichbaren
Kühlleistung noch zu verbessern.
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Die Aufgabe ist bei einem Kühler der eingangs genannten Art gemäß
der Erfindung gelöst durch eine innerhalb der beiden Kammern enthaltene Kältemaschine.
Die Anordnung kann dabei in vorteilhafter Weise so getroffen sein, daß innerhalb
der ersten Kammer, die die Schaltschrankluftkammer bildet, der Kältemittelverdampfer
und innerhalb der zweiten Kammer der Kältemittelkondensator und jeweils derart angeordnet
sind, daß der Kältemittelverdampfer in der ersten Kammer von der die erste Kammer
passierenden, über den Einlaß eingeleiteten und über den Auslaß abgeführten Schaltschrankluft
überstrichen wird und daß der Kältemittelkondensator in der zweiten Kammer von der
letztere passierenden, im Gegenstrom über den Einlaß eingeleiteten und über den
Auslaß abgeführten Umgebungsluft überstrichen wird.
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Dadurch ergibt sich eine außerordentlich hohe Kühlleistung bei sehr
schmalen Schaltschrankabmessungen in allen Richtungen.
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Der Aufbau ist nach wie vor einfach und billig. Der Leistungsbedarf
ist relativ gering. Von Vorteil ist es, daß die Kältemaschine stufenlos regelbar
ist und sich dadurch nahezu jede gewünschte Schaltschranktemperatur einstellen und
konstant halten läßt. Der Regelbereich der Kältemaschine kann z.B. im Bereich von
+ 100C bis + 500 C Austrittstemperatur der zu kühlenden Schaltschrankluft bei einer
Raumtemperatur von z.B.
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450 C reichen. Von besonderer Bedeutung ist dabei auf jeden Fall,
daß mittels des Schaltschrankkühlers die Innentemperatur eines Schaltschrankes unabhängig
von der Umgebungstemperatur regelbar ist, und zwar bei außerordentlich kleinen Gehäuseabmessungen
und geringem Leistungsbedarf. Dabei gewährleisten die jeweils in einer Kammer angeordneten
Ventilatoren eine außerordentlich gute Belüftung des Kältemittelkondensators und
des Kältemittelverdampfers. Von Vorteil ist dabei zugleich, daß hierdurch auch eine
Entfeuchtung der Innenluft des Schaltschrankes erreichbar ist, was insbesondere
beim Einsatz in subtropischen Gebieten wichtig ist. Diese Entfeuchtung erfolgt in
der Weise, daß sich in der ersten Kammer evtl. sammelndes Kondenswasser von der
ersten Kammer in die zweite Kammer und dort auf den Kältemittelkondensator geleitet
werden kann, wo das Kondenswasser verdunstet, da der Kältemittelkondensator eine
relativ hohe Oberflächentemperatur hat, weil er ja an den die zweite Kammer passierenden
Luftstrom, also an die Umgebungt Wärme abgibt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, daß
die die erste Kammer gegenüber der zweiten Kammer abteilende Trennwand mit Abstand
vom Gehäuseboden endet, daß sich an dieses Trennwandende eine die erste Kammer in
ihrem Bodenbereich abschließende, bis zur einen Gehäuse außenwand reichende
Querwand
anschließt und daß die zweite Kammer im Querschnitt gesehen etwa L-Form besitzt.
Das Kammervolumen der zweiten Kammer ist damit größer als dasjenige der ersten Kammer,
und zwar um den den Quersteg des L bildenden Kammerbereich.
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Von Vorteil kann es sein, wenn innerhalb des unterhalb des Trennwandendes
und der Querwand gebildeten Gehäuseraumes der zweiten Kammer der Kompressor der
Kältemaschine angeordnet ist und sich dort im wesentlichen von einer Gehäuseaußenwand
bishin zur anderen erstreckt. Hier ist also der im unteren Bereich der zweiten Kammer
vorhandene, durch den Quersteg des L umrissene Gehäuseraum zur Unterbringung des
Kompressors der Kältemaschine genutzt. Von Vorteil ist es dann, wenn der Einlaß
der zweiten Kammer auf Höhe der Anordnung des Kompressors der Kältemaschine vorgesehen
ist. Die aus der Umgebung abgezogene und durch die zweite Kammer geleitete Luft
überstreicht somit den Kompressor der Kältemaschine und wird dabei zu dessen Kühlung
mitherangezogen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, daß
der Kältemittelkondensator in der zweiten Kammer oberhalb des Trennwandendes mit
der sich anschließenden Querwand und oberhalb des Einlasses der zweiten Kammer angeordnet
ist und sich zumindest in einer Richtung über die gesamte Kammerbreite erstreckt.
Dadurch ist eine gute Belüftung des Kältemittelkondensators in der zweiten Kammer
gewährleistet.
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Der Auslaß der ersten Kammer ist in vorteilhafter Weise oberhalb des
Trennwandendes und der Querwand und oberhalb des Einlasses der zweiten Kammer angeordnet.
Ferner ist der Kältemittelverdampfer in der ersten Kammer mit Abstand oberhalb der
Querwand und oberhalb des Auslasses der ersten Kammer angeordnet. Diese Gestaltung
gewährleistet, daß auch der Kältemittelverdampfer
in der ersten
Kammer durch den Innenluftventilator in dieser ersten Kammer eine gute Belüftung
erfährt.
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Von Vorteil kann es ferner sein, wenn die Querwand gegenüber der Horizontalen
und zum Trennwandende hin geneigt verläuft und als Auffang für sich in der ersten
Kammer bildendes Kondenswasser ausgebildet ist. Dadurch wird erreicht, daß sich
das Kondenswasser in der ersten Kammer an der tiefsten Stelle der Querwand ansammelt.
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Die Anordnung kann ferner derart getroffen sein, daß an der räumlich
tiefsten Stelle der Querwand ein Verbindungskanal, z.B. ein Verbindungsrohr'angeordnet
ist, dessen eines Ende mit der ersten Kammer und dessen anderes Ende mit der zweiten
Kammer kommuniziert und dort in Höhe des Xältemittelkondensators endet und sich
in der ersten Kammer bildendes Kondenswasser zu Verdampfungszwecken auf den Kältemittelkondensator
in der zweiten Kammer leitet. Hierdurch ist mit einfachen Mitteln eine Entfeuchtung
der die erste Kammer passierenden Schaltschrank luft erreicht, da sich sammelndes
Kondenswasser über den Verbindungskanal auf den Kältemittelkondensator geführt werden
kann und wegen dessen hoher Oberflächentemperatur dort verdampft.
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In vorteilhafter Weise sind die in jeweils einer Kammer und auf gleicher
Höhe angeordneten Ventilatoren, die von einem einzigen Motor angetrieben sind und
auf gleicher Welle sitzen, als Radialgebläse ausgebildet, die jeweils mit relativ
geringem Kosten- und Energieaufwand eine gute Belüftung beider Kammern gewährleisten.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung gezeigten
Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen
senkrechten Schnitt durch einen Schaltschrankkühler, Fig. 2 eine Seitenansicht in
Richtung des Pfeiles II des Schaltschrankkühlers in Fig. 1.
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Bei der nachfolgenden Beschreibung des Schaltschrankkühlers sind für
die Teile, die denjenigen gemäß Hauptpatent entsprechen, um 100 größere Bezugszeichen
verwendet, so daß dadurch zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Beschreibung
im Hauptpatent Bezug genommen ist.
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Der Schaltschrankkühler besitzt ein im wesentlichen allseitig geschlossenes,
quaderförmiges Gehäuse 110 mit sehr kleinen Abmessungen in Richtung aller drei Raumachsen.
Das Gehäuse 110 ist mittels nicht gezeigter, geeigneter Verbindungseinrichtungen
an einen nicht weiter gezeigten Schaltschrank ansetzbar oder auch in einen solchen
einsetzbar. Es stellt mit allen Teilen einen Komplettbaustein dar. Das Gehäuse 110
besteht z.B. aus Stahlblech. Im Inneren des Gehäuses 110 sind zwei Kammern 112 und
114 vorgesehen, von denen die Kammer 112 die erste Kammer bildet, die von der Schaltschrankluft
durchströmt ist, und von denen die Kammer 114 die zweite Kammer bildet. Beide Kammern
112, 114 sind über eine Trennwand 116 voneinander getrennt, wobei sie über die Trennwand
116 miteinander in wärmeleitender Verbindung stehen können. Stattdessen kann die
Trennwand 116 auch als Isolierwand gestaltet sein. Die erste Kammer 112 besitzt
einen Einlaß 118, der mit einem nicht gezeigten Auslaß des Schaltschrankes verbindbar
ist, sowie einen Auslaß 120, der mit einem nicht gezeigten Schaltschrankeinlaß verbindbar
ist. Die Innenluft aus dem Schaltschrank wird im Betrieb durch einen Innenluftventilator
122 in Gestalt eines Radialgebläses in die erste Kammer 112 gemäß angedeuteten Pfeilen
eingesaugt und verläßt die erste Kammer 112 über den Auslaß 120, von wo sie wieder
in den Schaltschrank zurückgeleitet wird. Der Innenluftventialtor 122 befindet sich
in der Nähe des Einlasses 118 an dem im
Betrieb oberen Ende des
Gehäuses 110 des Kühlers. Vorteilhafterweise ist der Einlaß 118 im Betrieb mit einem
im Betrieb des oberen Endes des Schaltschrankes gelegenen Auslaß des letzteren verbunden,
so daß jeweils die am stärksten erwärmte Luft aus dem Schaltschrank in die erste
Kammer 112 abgesaugt wird, um dort abgekühlt zu werden.
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Auf der der ersten Kammer 112 abgewandten Seite der Trennwand 116
befindet sich die zweite Kammer 114, die ebenfalls einen Einlaß 124 und einen Auslaß
126 aufweist. Im Gegensatz zur ersten Kammer 112 befindet sich aber der Einlaß 124
der zweiten Kammer 114 am unteren Ende derselben, während der Auslaß 126 am oberen
Ende vorgesehen ist. Angrenzend an den Auslaß 126 ist ein Förderaggregat in Form
eines zweiten Ventilators 128 vorgesehen, der ebenfalls als Radialgebläse ausgebildet
ist und Umgebungsluft aus der zweiten Kammer 114 ansaugt und zum Auslaß 126 fördert.
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Die Strömungsrichtung sowohl der in der Kammer 112 zu kühlenden Schaltschrankluft
als auch der die andere Kammer 114 passierenden Umgebungsluft ist im Bereich der
Einläße 118 bzw. 124 und im Bereich der Ausläße 120 bzw. 126 sowie im Inneren der
beiden Kammern 112 bzw. 114 jeweils durch Pfeile angedeutet. Dabei wird deutlich,
daß es sich bei diesem Kühler um eine solchen handelt, der nach dem Gegenstromprinzip
arbeitet.
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Beide Ventilatoren 122 und 128 sitzen auf einer gemeinsamen Welle
130, die durch einen einzigen Motor 132 angetrieben wird, welcher dichtend in eine
Öffnung im oberen Teil der Trennwand 116 eingesetzt ist. Der Einlaß 124 und der
Auslaß 126 der zweiten Kammer 114 sind jeweils durch ein angedeutetes Schutzgitter
140 oder dergleichen abgedeckt, wodurch ein Hineingreifen und damit eine evtl. Verletzungsgefahr
am Ventilator 128 verhindert ist.
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Nachfolgend ist die Gestaltung gemäß der zusatzerfindung erläutert.
Danach befindet sich innerhalb der beiden Kammern 112 und 114 ein kompletter Kältekreislauf
mit kompletter Kältemaschine. Innerhalb der ersten Kammer 112 ist der schematisch
angedeutete Kältemittelverdampfer 151 und innerhalb der zweiten Kammer 114 der Kältemittelkondensator
153 angeordnet. Die Anordnung des Kältemittelverdampfers 151 ist dabei so gewählt,
daß letzterer in der ersten Kammer 112 von der letztere passierenden, über den Einlaß
118 eingeleiteten und über den Auslaß 120 abgeführten Schaltschrankluft überstrichen
wird.
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In entsprechender Anordnung sitzt der Kältemittelkondensator 153 in
der zweiten Kammer 114 so, daß er von der die Kammer 114 passierenden, im Gegenstrom
über den Einlaß 124 eingeleiteten und über den Auslaß 126 abgeführten Umgebungsluft
überstrichen wird.
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Die Trennwand 116 endet mit Abstand oberhalb des unteren Gehäusebodens
155, wobei sich an dieses Trennwandende 157 eine Querwand 159 anschließt, die die
erste Kammer 112 in ihrem Bodenbereich abschließt und die bishin zur in Fig. 1 rechten
Gehäuseaußenwand 161 reicht. Dadurch ergibt sich für die zweite Kammer 114 im Querschnitt
etwa L-Form, wobei der Gehäuseraum, der durch den Steg des L gebildet ist1 doppelte
Breite besitzt, wie der übrige Gehäuseraum der zweiten Kammer 114. Innerhalb dieses
vorgenannten Gehäuseraumes und unterhalb des Trennwandendes 157 mit Querwand 159
ist in der zweiten Kammer 114 der Kompressor 163 mit allen Steuerungsteilen des
Kältekreislaufes angeordnet. Der Kompressor 163 erstreckt sich dabei im wesentlichen
von der in Fig. 1 linken Gehäuseaußenwand 165 bis hin rechten Gehäuseaußenwand 161.
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Erkennbar ist ferner, daß der Einlaß 124 der zweiten Kammer 114 einen
außerordentlich großen Einlaßquerschnitt besitzt und dabei auf Höhe der Anordnung
des Kompressors 163 vorgesehen ist. Der Kältemittelkondensator 153 sitzt oberhalb
des Trennwandendes 157 mit sich anschließender Querwand 159 und dabei auch oberhalb
des Einlasses 124 der zweiten Kammer 114. Dabei erstreckt sich der Kältemittelkondensator
153 zumindest in Querrichtung gesehen von der Gehäuseaußenwand 165 bis hin zur Trennwand
116, somit also im wesentlichen über die gesamte Breite der Kammer 114.
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Der Auslaß 120 der ersten Kammer 112 befindet sich oberhalb des Trennwandendes
157 und der Querwand 159 und dabei zugleich oberhalb des Einlasses 124 der zweiten
Kammer 114 auf der gegenüberliegenden Seite. Während also der Einlaß 118 in Fig.
1 rechts und der Auslaß 126 in Fig. 1 links auf gleicher Höhe sitzen, sind der Auslaß
120 in Fig. 1 rechts und der Einlaß 124 in Fig. 1 links höhenmäßig abgestuft, wobei
der Auslaß 120 oberhalb des Einlasses 124 sitzt.
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Der in der ersten Kammer 112 enthaltene Kühlmittelverdampfer 151 ist
mit Abstand oberhalb der Querwand 159 und oberhalb des Auslasses 120 angeordnet.
Aus Fig. 1 ist ersichlich, daß die Querwand 159 gegenüber der Horizontalen und zum
Trennwandende 157 hin geneigt verläuft und dadurch als Auffang für sich in der ersten
Kammer 112 bildendes Kondenswasser ausgebildet ist.
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An der räumlich tiefsten Stelle der Querwand 159 ist ein Verbindungskanal
in Gestalt eines relativ kleinen Verbindungsrohres 167 angeordnet. Das in Fig. 1
rechte Ende des Verbindungsrohres 167 kommuniziert dabei mit der ersten Kammer 112,
während dessen anderes,in Fig. 1 linkes Ende mit der zweiten Kammer 114 kommuniziert
und dort in Höhe des Kältemittelkondensators 153 endet, so daß das Verbindungsrohr
167 evtl.
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Kondenswasser, das sich in der ersten Kammer 112 bildet und im Bereich
der Querwand 159 absetzt, in die zweite Kammer 114 und
dort auf
den Xältemittlkondenstor 153 zu Verdampfungszwecken weiterleitet, an dem das Kondensw:isser
infolge der relativ hohen Oberflächentemperatur von z.B. 500C verdunstet.
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Der geschlossene Kältekreislauf enthält eine bestimmte Flüssigkeit
als Kältemittel, z.B. Ammoniak (NH3). Das Kältemittel verdampft unter niedrigem
Druck und entsprechend niedriges Temperatur im Kältemittelverdampfer 151, wobei
die dazu nötige Verdampfungswärme der Umgebung entzogen wird, also der durch die
erste Kammer 112 in Richtung der Pfeile geführten Schaltschrankluft. Dies hat eine
Herunterkühlung der Schaltschrankluft auf die jeweils gewünschte und eingestellte
Temperatur zur Folge. Der Kompressor 163 saugt den Kältemitteldampf vom Kältemittelverdampfer
151 im geschlossenen Kreislauf ab, setzt ihn unter höheren Druck, z.B. 10 bar, und
fördert ihn sodann zum Kältemittelkondensator 153 in der zweiten Kammer 114, wo
sich der Kältemitteldampf unter Wärmeabgabe an die Umgebung, also die durch die
zweite Kammer 114 in Richtung der ofeile geführte Umgebungsluft, verflüssigt. Das
Kondensat gelangt sodann vom Kältemittelkondensator 153 in üblicher Weise über nicht
gezeigte Sammler, Trockner und Expansionsventil wieder zurück zum Kältemittelverdampfer
151. Beim Verdampfen des flüssigen Kältemittels im Kältemittelverdampfer 151 wird
der Schaltschrankluft zu deren Kühlung die zur Verdampfung nötige Wärme entzogen,
mithin also die durch die erste Kammer 112 geführte Schaltschrankluft gekühlt.