DE3136226C2 - Klimagerät - Google Patents

Klimagerät

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Klimagerät zum Kühlen von elektrischen Teilen, die sich in einem Schrank befinden. Ein Kühlmittelkreislauf, bestehend aus Verdampfer (2), Kondensator (3) und Kompressor (1) ist vorgesehen. Die durch die elektrischen Teile erwärmte Luft wird innerhalb eines Gehäuses an dem Verdampfer (2) vorbeigeblasen und wieder in den zu kühlenden Schrank zurückgeführt. Der Kondensator dient der Wärmeabfuhr. Das Gehäuse des Klimagerätes ist durch eine Wand (13) in einen Erstbereich (14) und in einen Zweitbereich (15) unterteilt, wobei die Wand die jeweiligen Luftströme gegeneinander abdichtet. Im Erstbereich sind alle gegen Schmutz, Staub usw. empfindlichen Bauelemente (4, 5, 6, 17) untergebracht, während der Kondensator (3) und ein Lüfter (8) sich im Zweitbereich befinden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Klimagerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein derartiges Gerät geht aus der US-PS 35 59 728 als bekannt hervor.
Dem Problem der Kühlung solcher Bauteile, insbesondere elektronischer Bauelemente kommt mit deren technischen Entwicklung immer mehr Bedeutung zu, da man bestrebt ist, auf möglichst wenig Raum möglichst viel an solchen Bauteilen, insbesondere elektronischer »Intelligenz« unterzubringen. Man hat daher, insbesondere wenn mehrere Einzelgeräte in einem Gehäuse zusammengebaut worden sind, versucht, die entstehende Wärme mit Hilfe von Durchlüftungsaggregaten wegzubringen. Hierbei ergibt sich der Nachteil einer Gefährdung der elektrischen Bauteile, insbesondere einer Elektronik durch den mit der Belüftungsluft herangetragenen Schmutz. Der demgegenüber versuchte Ausweg mittels Schränken und Gehäusen in staubdichten Ausführungen scheitert daran, daß damit auch der geringste Luftaustausch zwischen Innen und Außen unterbrochen ist, se daß bereits geringe Verlustleistungen pro zu kühlender Einheit im Gehäuse eine unzulässige Innentemperatur erzeugen. Ferner hat man Wärmetauschsysteme vorgesehen, bei denen die durch die Elektronik oder dergleichen erwärmte Luft innerhalb des die Elektronik umgebenden Gehäuses durch Ventilatoren an einer extrem großen Luft-Austauschfläche vort-eigeblasen wird, die die Wärme an einen Flüssigkeitskreislauf abgibt Die warme Flüssigkeit wird nach außen an eine entsprechend große Austauschfläche außerhalb des Gehäuses bzw. Schrankes gebracht und dort mit Hilfe von Ventilatoren an die Umgebungsluft abgegeben. Hier kann nur mit einem positiven Temperaturgefälle gegenüber der Außenluft gearbeitet werden. Dies heißt, daß die Innentemperatur i'rx Schrank mit der Elektronik oder dergleichen immer größer sein muß als die Umgebungstempeso ratur. Steigt nun die Umgebungstemperatur über einen gewissen Wert, so ist eine solche Wärmetauschung nicht mehr einsetzbar. Schließlich kennt man Klimageräte gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Sie haben gemeinsam den gravierenden Nachteil, daß sie Kühler aus feinmaschigen Rippenrohren vorsehen. Sie sind daher ungeeignet, um mit schmutziger Luft gekühlt zu werden, da dies sehr schnell ein Zersetzen der Rippenrohre zur Folge hat. Man hat zwar, um diesen Nachteil zu umgehen, Filtermatten vorgeschaltet, jedoch wurden erfahrungsgemäß diese Filtermatten vom Benutzer nicht oder nur zu spät gewechselt. Dies hatte Störungen sowohl des Klimagerätes, als auch der davon zu kühlenden Anlage zur Folge. Ein weiterer Nachteil bestand darin, daß auch der Kompressor mit allen Zusatz- und Regelelementen von der mit Schmutz versetzten Luft umströmt wurde und entsprechend verschmutzt bzw. mit Staub zugesetzt wurde. Ein weiterer Nachteil der vorbekannten Klimageräte liegt darin, daß die Ableitung
des sich im zu kühlenden Raum badenden Kondenswasser durch einen normalen Plastikschlauch nach außen erfolgte und hiermit für den Anwender das Problem entstand, wie er dieses Abwasser beseitigen soll. Schließlich ist zu erwähnen, daß hierbei unter Verwendung von Standardbauelementen der .Klimatechnik sich eine nicht unbedingt benutzerfreundliche, nämlich kubische Geräteform ergibt Zum Anbau an Schaltschränken ist jedoch eine möglichst flache Bauforra wünschenswert Das eingangs genannte Klimagerät nach der US-PS 35 59 728 unterscheidet sich von der Erfindung in mehrfacher Hinsicht So ist der Vorveröffentlichung zu entnehmen, daß Filter zum Schutz der schmutzanfälligen Wärmetauschflächen vorgesehen sind. Ferner zeigt diese Veröffentlichung das Merkmal, wonach im Außenluftkreislauf aUe gegen Verschmutzung empfindlichen Bauelemente, einschließlich des Kompressors des Klimagerätes vorgesehen sind. Die vorgenannten Merkmale des bekannten Klimagerätes bedingen an diesem eine Verschmutzungsgefahr und den Nachteil, daß ein solches Klimagerät bei hohen bzw. sehr hohen Umgebungstemperaturen nicht me,:r eingesetzt werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber in erster Linie darin, ein Klimagerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 dahingehend auszubilden, daß keine Gefahr der Verschmutzung von gegen Schmutz empfindlichen Teilen besteht und dabei das Klimagerät auch bei sehr hohen Umgebungstemperaturen eingesetzt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen, ausgehend vom Oberbegriff des Anspruches 1, die Merkmale des Kennzeichens des Anspruches 1. Aufgrund der gegen einen Luftdurchtritt gesicherten Trennung des Gerätes in zwei Bereiche sind sämtliche gegen Schmutz und Staub empfindliche Bauelemente, einschließlich des Kompressors, im schmutzfreien und kühlen Erstbereich untergebracht Die im Zweitbereich und damit im Strom der verschmutzten Luft befindlichen Bauteile, insbesondere der Kondensator, können ohne weiteres so gestaltet werden, daß sie gegen Schmutz unempfindlich sind und daß auch keine den Schmutz abfilternden Teil« wie Rippen, Rohre oder Filtermatten erforderlich sind. Hierzu dient die anspruchsgemäße Kondensatorausbildung. Ein Gerät nach der Erfindung ist daher auch bei einer extrem schmutzigen Umgebungsluft einsetzbar. Es ist ferner sowohl bei niedrigen als auch im speziellen bei hohen Umgebungstemperaturen funktionsfähig, da die Temperatur im Innern des die zu kühlenden elektrischen Bauteile aufweisenden Schrankes kleiner bzw. gleich der Umgebungstemperatur ist An sich erscheint es zunächst widersinnig, auch den wärmeerzeugenden Kompressor in dem Luftstrom vorzusehen, der sich im Erstbereich befindet und daher für die Kühlung der elektrischen Bauteile und dergleichen kalt sein muß. Man verhindert aber unter anderem durch diese Anordnung des Kompressors im kühlen Erstbereich nicht nur die bereits erwähnte Verschmutzung des gegen Schmutz empfindlichen Kompressors, sondern ermöglicht es außerdem, das Klimagerät nach der Erfindung auch an Stellen mit einer sehr hohen Umgebungstemperatur vorzusehen, z. B. in bzw. direkt unterhalb der Dächer von Fabrikhallen. Dies wäre aber dann nicht möglich, wenn der Kompressor wie beim erläuterten Stand der Technik im warmen Zeitbereich angeordnet wäre. Dann würde der Kompressor mit dem in ihn integrierten Motor unzulässig hoeif erwärmt werden und damit der Motor ausfallen. Es wäre dann auch nicht mehr möglich, ihn mit den üblichen Kühlmitteln zu kühlen. Es wird also durch eine zunächst widersinnig erscheinend» Maßnahme ein wichtiger und zugleich überraschender Effekt im Sinne der Aufgabe erreicht
Die Merkmale des Anspruches 2 bewirken eine dosierte Zufuhr der staubfreien Luft zum Kompressor.
Die Merkmale des Anspruches 3 stellen eine besonders staubunempfindliche und leicht zu reinigende Gestaltung der Wärmetauschfläche des Kondensators dar.
ίο Hierzu wird bemerkt, daß bei einem staubdicht abgeschlossenen Gehäuse zur Aufnahme wärmeabgebender elektrischer Einrichtungen mit einem Wärmetauscher vom Luftstrom eines Lüfters umströmte Kühlrippen bekannt sind (DE-OS 27 44 664).
Mit den Merkmalen des Anspruches 4 wird eine konstruktiv einfache und einen guten Wärmekontakt ergebende Anordnung aus Rohrspirale und Wärmetauschflächen erreicht In dem Zusammenhang wird der Stand der Technik gemäß DE-OS 25 53 614 erläutert, wonach bei einem elektrischen Widerstandskörper, der von einem Gehäuse umgeben ist, sich innerhalb des Gehäuses ein wendelförmig gebogenes Rohr befindet das von einer Kühlflüssigkeit durchflossen wird.
Die Merkmale des Anspruches 5 sichern einen guten Wärmeübergang. Außerdem ist es nach Lösen der Klemmittel problemlos möglich, die Kühlprofile zu einer etwa doch notwendigen Reinigung aus dem Gerät herauszuziehen und dann wieder betriebsbereit einzusetzen, ohne daß hierzu das Gehäuse zerlegt oder der Kühlmittelkreislauf geöffnet werden muß.
Die Merkmale des Anspruches 6 haben den Vorteil, daß die Verspannung der Profilstücke einen wärmeleitenden Kontakt zwischen diesen Profilstücken und damit eine wärmeleitende Verbindung von außen bis zur Mitte der Kühlrippenanordnung herstellt Hinzu kommt der weitere Vorteil, daß die einzelnen Profilteilstücke problemlos im Strang-Preßverfahren hergestellt werden können. Anspruch 7 stellt eine Weiterbildung der Merkmale und Vorteile des Anspruches 6 dar. Aus der Vorveröffentlichung »Elektronische Bauelemente 71«, der Firma ASSMANN & Söhne, 5880 Lüdenscheid, S. 22 bis 29, sind zwar bei Lüfteraggregaten Kühlrippenanordnungen bekannt, die aus vier Profilstücken zusammengesetzt sind. Da dort die einzelnen Isolierstücke aber voneinander isoliert sein müssen, besteht zwischen den einzelnen Profilstücken jeweils ein Luftspalt. Diese Vorveröffentlichung zeigt also nicht die vorgenannte mechanische Verspannung der Profilteilstücke und die hiermit bewirkte wärmeleitende Verbindung zwischen den einzelnen Profilteilstücken.
Die Merkmale des Anspruches 8 verhindern, daß bei einem unbeabsichtigten öffnen des die elektrischen Bauteil enthaltenden Schrankes dort plötzlich aufgrund einer zu niedrigen Temperatur Kondenswasser auftritt, das insbesondere auf empfindlicht elektronische Bauteile eine zerstörende Wirkung haben kann. Aus der vorveröffentlichten britischen Anmeldung 20 25 144 ist bei einer Datenverarbeitungsanlage, die sich innerhalb eines Gehäuses befindet, es bekannt, mit Hilfe eines Temperaturfühlers in Abhängigkeit von der Temperatur der durch das Gehäuse fließenden Luft einen Kompressor zuzuschalten.
Mit den Merkmalen des Anspruches 9 wird der für eine Verschmutzung infrage kommende Zweitbereich
f5 ausgenutzt, um sich im Erstbereich bildendes Kondenswasser (»flüssiger Schmutz«) zu verteilen, wobei es verdampft und damit beseitigt ist Die Merkmale des An-SDruches 10 stellen eine Weiterbildung des Ansoru-
ches 9 dar.
Das Klimagerät löst also auch das Kondenswasserproblem. Es verhindert durch einen regeltechnischen Schutz ein Beschlagen der im Schrank eingebauten Elektronik oder dergleichen mit Feuchtigkeit Von Vorteil sind ferner ein relativ geringes Gewicht, ein möglichst ansprechendes Design und ein marktgerechter Verkaufspreis.
Schließlich ist zu erwähnen, daß das Klimagerät sowohl für die Originalausrüstung als auch für die Nachrüstung von Schaltschränken geeignet ist Es kann als steckfertige Liefereinheit ausgebildet werden. Die im Klimagerät vorgesehenen Bauteile sind im wesentlichen wartungsfrei und langlebig.
Der nachstehenden Beschreibung und der Zeichnung ist zur Erläuterung der Erfindung ein Ausführungsbeispiel zu entnehmen. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 schematisch und in einem Längsschnitt gemäß der Linie i-i in F i g. 2 ein Äusführungsbeispiel,
Fig. 2 eine Ansicht gemäß dem Pfeil II in Fig. 1,
Fig.3 eine Seitenansicht des Kondensators im gegenüber F i g. 1 und 2 vergrößerten Maßstab,
F i g. 4 eine Draufsicht auf F i g. I im demgegenüber vergrößerten Maßstab, wobei aber nur der Kondensator eingezeichnet ist,
Fig. 5 eines der die Kühlflächen aufweisenden Segmente in Einzeldarstellung.
Das Gehäuse des Klimagerätes besteht aus dem Erstbereich 14 und dem Zweitbereich 15, die durch eine Trennwand 13 gegen Durchtritt der nachstehend noch 2U schildernden Luftströme abgedichtet sind. Dabei ist die Darstellung bewußt rein schematisch gewählt. Strichpunktiert ist in F i g. 2 auch noch ein Schrank oder dergleichen 25 angedeutet, in dem sich die zu kühlenden elektrischen Bauteile, insbesondere elektronische Bauelemente befinden. Durch eine ebenfalls nur strichpunktiert angedeutete Zuleitung S wird die ;rn Schrank 23 erwärmte Luft dem Lüfter 7 des Erstbereiches zugeführt und dann aus dem in Fig. 1 und 2 unteren Abschnitt des Erstbereiches gekühlt über eine strichpunktiert angedeutete Leitung 10 gekühlt wieder in den Schrank 25 zurückgeführt Innerhalb des Erstbereiches 13 wird die wärme, abzukühlende Schrankluft vom Ventilator 7 durch oder entlang des Verdampfers 2 geführt, wobei das Kühlmittel hierin erwärmt wird. Die am Ausgang 2' des Verdampfers 2 kühle Luft durchströmt einen Raum 26, in dem sich schmutzempfindliche Teile oder Aggregate wie ein Druckregler 4, ein Trockner 5, eine Kapillardrossel 6 und eine Steuerelektronik 17 befinden. Ein Teil dieses mit der Umgebung nicht in Berührung kommenden und damit staubfreien Luftstromes wird durch Umlenkmittel 18 über den Kompressor 1 geleitet und kühlt diesen ebenfalls. Die gemeinsame Rückleitung beider Luftteilströme in den Schrank 25 erfolgt über die bereits erläuterte Leitung 10.
Alle Elemente die durch Staub, Feuchtigkeit und sonstige Luftverunreinigungen nicht beeinträchtigt werden können, befinden sich im Zweitbereich 15. Dies ist zunächst der Kondensator 3. Das im Verdampfer 2 erwärmte Kühlmittel wird durch den Kompressor 1 wieder auf höheren Druck gebracht und nach Überleitung in den Zweitbereich 15 im Kondensator 3 wieder verflüssigt Zu diesem Zweck wird im Zweitbereich 15 dem Kondensator über einen Lufteintritt 11 und einen Lüfter bzw. Ventilator 8 die Umigebungsluft des Schrank« zwecks Kühlung zugeführt, die dann erwärmt bei 12 austritt Dieser Ventilator 8 ist schmutzunempfindlich. Dies gilt auch für die nachstehend noch näher zu erläuternden Kühlflächen des Kondensators 3.
Das verflüssigte gekühlte Kühlmittel fließt über den Trockner 5 im Erstbereich 14 und die Entspannungskapillare 6 in den Verdampfer 2 zurück. Der genannte Druckregler 4 schaltet im Störfall den Kompressor 1 aus. Die Elektronik 17 steuert über Temperaturfühler 19 und 20 sowohl die Lüfterdrehzahl des Lüfters bzw. Ventilators 7, als auch die Einschaltdauer des Kompressors 1. Hierdurch kann — sofern erforderlich bzw. gewünscht — durch Steuerung der Luftgeschwindigkeit im Erstbereich 14 die Temperatur im Schrank 25 so angepaßt werden, daß sie nicht niedriger wird als die Außentemperatur.
Die F i g. 3, 4 und 5 zeigen näher die Ausbildung des Kondensators 3 mit seinen Wärmetauschflächen. Die die Kühlmittelflüssigkeit führende Kondensatrohrspirale 16 umgibt Profilstücke 27, die mit einer Reihe von Kühlrippen 28 versehen sind, wobei die Kühlrippen in Längsrichtung des Luftstromes, d. h. gemäß F i g. 3 in Richtung des Pfeiles 29 verlaufen. Es können mehrere Profilstücke 27 vorgesehen sein, von denen eines für sich in F i g. 5 dargestellt ist, während F i g. 4 einen Verbund von vier solchen Profilstücken 27 zeigt, die durch Kiemmittel 23 sowohl zusammengehalten als auch nach außen gegen die Rohrspirale 16 verspannt werden. Hierdurch ist nicht nur eine mechanische Verspannung zwischen den Profilstücken 27 und dem sie spiralförmig umgebenden Kondensatrohr 16, sondern auch ein guter Wärmeübergang vom Rohr 16 auf die Profilstücke 27 erreicht Zum anderen ist es nach Lösen der Klemmittel 23 problemlos möglich, diese Kühlprofile zu einer etwa doch notwendigen Reinigung aus dem Gerät herausziehen und wieder einsetzen zu können, ohne daß dazu das Gehäuse zerlegt, oder der hermetisch abgeschlossene Kühlmittelkreislauf geöffnet werden müßte. Dieser Kühlmittelkreislauf 24 ist rein schematisch in F i g. 1 sirichpunkiieri angedeutet. An dieser Steile sei noch bemerkt, daß der Druckregler 4 sich an sich am Kompressorausgang befindet und nur aus Gründen der vereinfachten Darstellung in F i g. 1 vom Kompressorausgang entfernt eingezeichnet ist Die Anordnung und der Verlauf der Kühlrippen 28 ist aerodynamisch günstig und gegen Verschmutzung aus der Umgebungsluft sehr unanfällig. Die beim Stand der Technik notwendigen Filter usw. sind hier nicht erforderlich. In fertigungstechnisch günstiger Weise sind alle vier Profilstücke 27 einander gleich und können von einem Strang-Preßprofil abgeschnitten sein.
Mit 21 ist eine Verbindung von dem ein etwaiges Kondensat aufweisenden Teil des Erstbereiches 14 zr τι Zweitbereich 15 beziffert Bevorzugt führt diese Verbindungsleitung 21 zum Lüfter 8. Hierdurch wird das sich auf den Luftumlenkmitteln 18 sammelnde Kondensat auf die Flügel des Lüfters 8 geleitet und von diesem versprüht, so daß es im wärmen Zweitbereich 15 verdampft Da der Außenlüfter 8 bei Einschaltung des Gerätes immer in Betrieb ist und außerdem von seiner Konstruktion her feuchtigkeitsunempfindlich ist, ist damit stets für eine Abführung bzw. Vernichtung des Kondensates gesorgt Falls erforderlich ist die Zuleitung 21 durch eine Klemme 22 verschließbar. Dies kann z. B. dann der Fall sein, wenn man im Schrank 25 eine gewisse Restfeuchtigkeit erhalten wilL um die elektronische Baugruppen störenden oder sogar zerstörenden statischen Aufladungen zu vermeiden.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

fi-'Λί Patentansprüche:
1. Klimagerät zum Kühlen von sich in einem Gehäuse, insbesondere einem Schrank befindenden, sich erwärmenden elektrischen Teilen, insbesondere elektronischen Bauelementen, mit einem Kühlmittelkreislauf bestehend aus Verdampfer, Kondensator und Kompressor, wobei die durch die elektrischen Teile erwärmte Luft innerhalb des Gehäuses mittels eines Ventilators an dem mit einer entsprechenden Wärmetauschfläche versehenen Verdampfer vorbeigeblasen und wieder in das zu kühlende Gehäuse zurückgeblasen wird und wobei der Kondensator die vom Verdampfer aufgenommene Wärme an die durch einen Ventilator bewegte Außenluft abgibt, wobei das Gehäuse des Klimagerätes durch eine die jeweiligen Luftströme gegeneinander abdichtende Wand in einen Erstbereich und in einen Zweitbereicb unterteilt ist und sich im Erstbereich der Verdampfer und im Zweitbereich der Kondensator mit dem jeweils zugehörigen Lüfter befinden, dadurch gekennzeichnet, daß im Erstbereich (14) ferner alle gegen Verschmutzung, empfindlichen Bauelemente (4,5,6,17) einschließlich des Kompressors (1) des Klimagerätes vorgesehen sind und daß der sich im Zweitbereich (15) befindliche Kondensator (3) schmutzunanfällige Wärmetauschflächen aufweist
2. Klimagerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ii.i Erstbereich (14) in Luftstromrichtung dem Verdampfer nachgec.rdnet Luftumlenkmittel (18) vorgesehen und derart angeordnet sind, daß sie ein Teil des kühlen Luftrvomes über den Kompressor (1) leiten.
3. Klimagerät nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschflächen des Kondensators (3) aus Kühlrippen (28) bestehen, die in Längsrichtung des Umgebungsluftstromes verlaufen.
4. Klimagerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (3) eine vom Kühlmittel durchflossene Rohrspirale (16) aufweist, welche die Wärmetauschfiächen (28) mit wärmeleitendem Kontakt umgibt
5. Klimagerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß lösbare Kiemmittel (23) vorgesehen sind, welche die Wärmetauschfiächen (28) mit der Rohrspirale (16) des Kondensators (3) verspannen.
6. Klimagerät nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kühlrippen (28) an mehreren, z. B. vier, miteinander verbundenen Profilstücken (27) befinden, die durch Klemmittel (23) gegeneinander verspannbar sind.
7. Klimagerät nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilstücke (27) mit ihren Rippen (28) einander gleich und von einem entsprechend geformten Strang-Preßprofil abgeschnitten sind.
8. Klimagerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Drehzahl des Lüfters oder Ventilators (7) im Erstbereich (14) und die Einschaltdauer des Kompressors (1) steuernde, bevorzugt elektronische Steueranordnung (17) vorgesehen und derart eingestellt ist, daß die Innentemperatur des die zu kühlenden Teile aufweisenden Schrankes (25) oder dergleichen nicht niedriger als die Umgebungstemperatur von Schrank und Klima-
gerät ist
9. Klimagerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Verbindung (21) um das Kondenswasser, bevorzugt das sich auf den Luftumlenkmitieln (18) sammelnde Kondenswasser des Ersibereiches auf die Flügel des Lüfters (8 im Zweitbereich zu leiten.
10. Klimagerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (21) durch eine Klemme (22) abschließbar ist
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