DE3717540A1 - An einer wand oder tuer eines schaltschrankes anzuordnender waermetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen innen oder außen an einer Wand oder Tür eines Schaltschrankes anzuordnenden Wär­ metauscher, mit einem Gehäuse in dem ein Wärmetauscher­ aggregat und, dem Aggregat benachbart, zwei in einem inneren bzw. äußeren Luftkreislauf liegende Gebläse­ einheiten angeordnet sind, wobei dem Wärmetauscher­ aggregat Lufteinlaß- bzw. Luftauslaßöffnungen für die geförderte Luft zugeordnet sind.

Bekannte Wärmetauscher dieser Bauart, wie sie bspw. in der DE PS 34 35 422 beschrieben sind, dienen der Küh­ lung von in dem Schaltschrank befindlichen elektrischen oder elektronischen Baugruppen. Werden diese Baugruppen abgeschaltet, kann beim Absin­ ken der Temperatur in dem Schaltschrank Kondens- und Schwitzwasser entstehen. Dieses Wasser schlägt sich auf der Oberfläche der Baugruppen nieder und kann dort Kriechströme verursachen. Auf Metallteilen besteht außerdem Korrosionsgefahr.

Um Kondens- und Schwitzwasserbildung zu verhindern, ist es bekannt, in dem Schaltschrank getrennte Konvektions­ heizungen verteilt anzuordnen, die ggf. zur besseren Verteilung der Wärme mit Ventilatoren versehen sind. Diese Installation ist platzaufwendig, teuer und feh­ leranfällig.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, diesen Problemen der Kondens- und Schwitzwasserbildung kostengünstig, einfach und ohne nennenswerten Mehraufwand an Platzbe­ darf im Innern des Schaltschrankes abzuhelfen.

Zur Lösung der Aufgabe ist der Wärmetauscher durch die Merkmale des Hauptanspruches gekennzeichnet.

Die Heizvorrichtung kann bei in die Nähe des Taupunktes abfallender Temperatur im Innern des Schaltschrankes die umgewälzte Luft so erwärmen, daß eine Kondens- oder Schwitzwasserbildung unmöglich ist. Im Normalbetrieb wird ein Ansteigen der Temperatur auf unzulässig hohe Werte durch die Kühlfunktion des Wärmetauschers bei ab­ geschalteter Heizvorrichtung verhindert. Da die Heizvorrichtung unmittelbar Teil des Wärme­ tauschers ist und in dem inneren Luftkreislauf liegt, wird bei laufender Gebläseeinheit des inneren Luft­ kreislaufes die Luft im Schaltschrank gleichmäßig tem­ periert. Aufwendige Zusatzheizelemente mit eigenen Ven­ tilatoren können daher entfallen. Außerdem können be­ stehende Anlagen mit der Heizvorrichtung auf einfache Weise nachgerüstet werden.

Zweckmäßigerweise kommt eine elektrische Heizvorrich­ tung zum Einsatz, aber auch mit wärmeabgebenden Fluiden durchströmte Rohrleitungs- oder Kammersysteme sind denkbar und liegen im Bereich der Erfindung.

Die Heizvorrichtung mit dem Wärmetauscher lösbar zu verbinden hat u. a. den Vorteil, daß eine einfache Nachrüstung bestehender Anlagen problemlos möglich ist.

Durch die Anordnung der Heizvorrichtung an einer, die Luftein- und/oder -auslassöffnungen des inneren Luft­ kreislaufes aufweisenden, dem Schaltschrank zugewandten Gehäusewand wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß die Heizvorrichtung für Montage und Wartung gut zugäng­ lich ist, außerdem eine ggf. auftretende Erwärmung der Gehäusewand ebenfalls an das Innere des Schaltschrankes weitergeleitet wird.

Ein Anbringen der Heizvorrichtung im Innern des Gehäu­ ses kann bei Ausführungsformen vorteilhaft sein, bei denen auf ein besonders kompaktes Äußeres Wert gelegt ist.

Befindet sich dagegen die Heizvorrichtung außerhalb des Gehäuses, ist sie besonders leicht zugänglich und hat u. U. ein noch besseres Wärmeabstrahlverhalten.

Vorteilhafterweise ist die Heizvorrichtung im Bereich zwischen dem Wärmetauscheraggregat und der inneren Luftauslaßöffnung oder an der inneren Luftauslaßöffnung angeordnet. So wird vermieden, daß sich Teile des Wär­ metauschers unnötig erwärmen, bzw. die Wärme an die Um­ gebung abgegeben wird, was den Wirkungsgrad der Heizvor­ richtung verringern würde.

Weist der Wärmetauscher an seinem Gehäuse im inneren Luftkreislauf eine Luftleiteinrichtung auf, so kann die Heizvorrichtung so beschaffen sein, daß sie an der Luftleiteinrichtung raumsparend angeordnet ist.

Wenn sich die Heizvorrichtung über die gleiche Fläche wie die Luftleiteinrichtung erstreckt, hat dies den Vorteil, eine große Wärmeabstrahlfläche zur Verfügung zu haben.

Die Verwendung einer flexiblen Siliconheizplatte hat mehrere Vorteile: Sie ist auf einer Trägerplatte ein­ fach zu befestigen und kann die bei den auftretenden Temperaturschwankungen entstehenden Eigenspannungen durch ihre Elastizität selbst ausgleichen. Wegen des flachen Aufbaus der Siliconheizplatte ist der zusätzliche Raumbedarf im Innern des Schaltschrankes vernachlässigbar.

Zweckmäßig ist wenigstes eine die Heizvorrichtung tra­ gende, die Luftleiteinrichtung bildende und mit einer wärmeabgebenden und oberflächenvergrößernden Struktur versehene Trägerplatte vorhanden, wobei die wärmeabge­ bende und oberflächenvergrößernde Struktur von der Luft des inneren Luftkreislaufes angeströmt ist. Diese wärme­ abgebende und oberflächenvergrößernde Struktur kann an die Trägerplatte ein- oder mehrstückig angeformt sein. Rippen aus wärmeleitendem Material wären eine mögliche Ausführungsform dieser Struktur. Aber auch eine Anordnung aus wabenförmigen Lamellen o. ä. ist denkbar. Es kommt lediglich darauf an, die Kontakt­ fläche zwischen der Luft des inneren Luftkreislaufes und der Heizvorrichtung auf kleinstem Raum so groß wie möglich zu machen.

Daher ist es auch im Hinblick auf eine möglichst große Wärmeabstrahlung günstig, die Rippen oder Lamellen, d.h. die wärmeabgebende und oberflächenvergrößernde Struktur über die ganze Fläche der Trägerplatte ver­ teilt anzuordnen.

Eine Steuer- oder Regeleinrichtung, die einen Temperatur­ fühler im Innern des Schaltschrankes aufweist, kann vor­ gesehen sein, um die Heizvorrichtung abhängig von der Luft­ temperatur im Schaltschrankinnern ein- und auszuschalten.

Vorteilhaft ist es dabei, während des Betriebes der Heizvorrichtung die Gebläseeinheit des äußeren Luft­ kreislaufes abzuschalten, da sonst ein Teil der Hei­ zenergie unnötigerweise an die Umgebung abgegeben wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Ge­ genstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Wärmetauscher gemäß der Erfindung in einer perspektivischen Explosionszeichnung,

Fig. 2 den Wärmetauscher nach Fig. 1, in einer Teilseitenansicht, geschnitten längs der Linie II-II der Fig. 1 in einem anderen Maßstab,

Fig. 3 die Heizvorrichtung des Wärmetauschers nach Fig. 1, in einer perspektivischen Darstellung, in einer Ansicht von hinten und in einem anderen Maßstab,

Fig. 4 die Heizvorrichtung nach Fig. 3, in einer perspektivischen Darstellung von vorne,

Fig. 5 den Wärmetauscher nach Fig. 1 und einen zuge­ hörigen Schaltschrank im Querschnitt und in sche­ matischer Darstellung, und

Fig. 6 den Wärmetauscher nach Fig. 5 ohne Heizvor­ richtung, in einer entsprechenden Querschnitts­ darstellung.

Der in den Fig. 1, 5 und 6 dargestellte Wärmetauscher dient zur staubfreien Kühlung eines in den Fig. 5, 6 nur angedeuteten Schaltschrankes 2, der Verlustwärme abgebende elektrische oder elektronische Baugruppen und dergl. enthält. Er weist ein im wesentlichen kasten­ artiges rechteckiges, aus Blech gefertigtes Gehäuse 4 auf, das aus zwei parallelen Seitenwänden 6, einer obe­ ren und unteren (Fig. 1) Wand 8, 10 und einer Bodenwand 12 besteht, sowie mit einer lösbar aufgesetzten Haube 14 verschlossen ist, die die Seitenwände 6 und die Wän­ de 8, 10 deckelartig übergreifend ausgebildet ist.

In der Bodenwand 12 sind oben eine durch ein Gitter 16 abgedeckte kreisrunde Lufteinlaßöffnung 18 und im unte­ ren Bereich eine, sich über die ganze Breite des Gehäu­ ses 4 erstreckende rechteckige Luftauslaßöffnung 20 vorgesehen, die bei auf eine Schaltschrankwand oder -tür aufgesetztem Wärmetauscher mit entsprechenden Luftdurchlaßöffnungen 22 (Fig. 5, 6) der Schaltschrank­ wand oder -tür abgedichtet verbunden sind und durch die die in dem Schaltschrank 2 befindliche Luft in einem inneren Luftkreislauf 24 umgewälzt wird.

Eine auf die Bodenwand 12 aufgesetzte Luftleitein­ richtung 26 steht von dieser im wesentlichen nach unten schräg ab und gestattet es, die aus der Luftauslaßöff­ nung 20 austretende gekühlte Innenluft auf besonders aktive Wärmequellen im Schaltschrank 2 zu richten. Im Innern des Gehäuses 4 befindet sich ein in der Fig. 1 durch die Luftauslaßöffnung 20 teilweise sichtbares Wärmetauscheraggregat 40, das den inneren Luftkreislauf 24 von einem äußeren Luftkreislauf 32 hermetisch trennt und in den Fig. 5, 6 lediglich schematisch mit seiner Wärmeaustauschfläche angedeutet ist. Einzelheiten, den Aufbau dieses Wärmetauscheraggregates betreffend, kön­ nen bspw. der DE PS 34 35 422 entnommen werden.

In dem Gehäuse 4 sind stirnseitig benachbart zu dem Wärmetauscheraggregat 40 zwei Gebläseeinheiten 42, 44 angeordnet.

Die untere der beiden gleichen, elektrisch betriebenen Gebläseeinheiten 42 fördert die Luft des äußeren Luft­ kreislaufes 32 durch eine in der Haube 14 vorgesehene und durch ein Gitter 16 abgedeckte äußere Lufteinlaß­ öffnung 46. (Fig. 5) Nach Durchströmen des Wärmetau­ scheraggregates 40 tritt die Luft durch eine äußere Luftauslaßöffnung 30 in der Haube 14 wieder in die Um­ gebung aus. Die obere Gebläseeinheit 44 fördert die Luft des in­ neren Luftkreislaufes 24 durch die innere Lufteinlaß­ öffnung 18, das Wärmetauscheraggregat 40 und die mit der Luftleiteinrichtung 26 versehene innere Luftauslaß­ öffnung 20 durch den Schaltschrank 2.

Die Luftleiteinrichtung 26 weist eine rechteckige Trä­ gerplatte 50 auf, eine identische Luftleiteinrichtung 28 (Fig. 6) dient auf der Luftauslaßöffnung 30 an der Außenseite des Gehäuses 4 dazu, die warme Abluft des äußeren Luftkreislaufes 32 nach oben in die Umgebung zu lenken.

Auf der wärmeleitfähigen Trägerplatte 50 der Luftleit­ einrichtung 26 ist eine Heizvorrichtung 48 befestigt. Sie trägt an ihren beiden Schmalseiten Befestigungs­ achsen 52 mit je vier Bohrungen 54, und an ihrer oberen Breitseite 56 ist sie mit einem der Abdichtung gegen die Bodenwand 12 dienenden, auf der ganzen Länge gleich brei­ ten abgewinkelten Steg 58 versehen.

Die Heizvorrichtung 48 ist durch eine im wesentlichen recht­ eckige flexible Silikon-Heizplatte 60 gebildet, die auf der dem Steg 56 abgewandten Seite der Trägerplatte 50 angeord­ net ist und eine Anschlußvorrichtung 62 für ein strom­ zuführendes Kabel 64 aufweist. Auf der anderen, dem Steg 58 zugewandten Seite trägt die Trägerplatte 50 auf der ganzen Länge eine Vielzahl gleicher, in gleichem Abstand voneinander parallel an­ geordneter, im wesentlichen dreieckiger Rippen 66, die von der Trägerplatte 50 im wesentlichen rechtwinklig abstehen. Diese Rippen 66 ragen in den inneren Luft­ kreislauf 24 hinein, sind von dessen Luft angeströmt und dienen der Vergrößerung der wärmeabgebenden Fläche der Heizvorrichtung 48.

An der Trägerplatte 50 sind mittels Schrauben 68, die in den Bohrungen 54 der beiden Befestigungslaschen 50 stecken, zwei Halterungen 70 befestigt. Diese bestehen jeweils aus einem gewinkelten Blechstück, das an einer von der Trägerplatte 50 abstehenden Seitenfläche 72 un­ ten einen schmalen Schlitz 74 aufweist, mit dem die Halterung 70 in die Luftauslaßöffnung 20 eingehängt ist (Fig. 2). Die Seitenfläche 72 ist an einer Deckfläche 76 der Halterung 70 rechtwinklig angeformt und trapez­ förmig so gestaltet, daß ihre obere Kante 78 (siehe Fig. 2) kürzer als ihre untere Kante 80 ist. Obere Schrauben 68, (siehe Fig. 2) die länger sind als untere Schrauben 68, dienen der Befestigung der Halte­ rungen 70 an der Bodenwand 12. Die von den im Innern des Schaltschrankes 2 befind­ lichen elektrischen oder elektronischen Baugruppen wäh­ rend ihres Betriebes abgegebene Verlustwärme wird in der oben beschriebenen Weise durch das Wärmetau­ scheraggregat 40 über den inneren Luftkreislauf 24 und den äußeren Luftkreislauf 32 abgeführt.

Wenn die Baugruppen abgeschaltet werden, sinkt die Tem­ peratur im Innern des Schaltschrankes ab. Dabei kann Kondens- oder Schwitzwasser entstehen. Um das zu vermeiden, wird sobald die Temperatur unter einen vorbestimmten Wert absinkt, die elektrische Ener­ gieversorgung der Heizvorrichtung 48 durch eine Steue­ rungs- oder Regelungseinrichtung eingeschaltet. Diese Steuerungs- oder Regelungseinrichtung ist mit einem im Innern des Schaltschrankes 2 befindlichen Temperatur­ fühler 86 ausgestattet.

Gleichzeitig ist die Gebläseeinheit 44 des inneren Luftkreislaufes 24 in Betrieb, während die Gebläseein­ heit 42 des äußeren Luftkreislaufes 32 abgeschaltet ist. Auf diese Weise ist gewährleistbar, daß die Temperatur im Innern des Schaltschrankes 2 überall und immer über dem Taupunkt liegt.

Die Überschreitung einer Maximaltemperatur kann durch Abschalten der Heizvorrichtung 48 und Kühlung durch das Wärmetauscheraggregat 40 in der oben beschriebenen Weise verhindert werden.

Die Luftleiteinrichtung 26 ist an dem Gehäuse 2 an der inneren Luftauslaßöffnung 20 lösbar befestigt. Sie ist derart gestaltet, daß sie die Nachrüstung eines her­ kömmlichen Wärmetauschers ohne zusätzlichen Umbauauf­ wand ermöglicht. Zu diesem Zweck wird nämlich nur eine in Fig. 6 dargestellte Luftleiteinrichtung 88 ohne Heizvorrichtung 48 eines herkömmlichen Wärmetauschers von der Luftauslaßöffnung 20 abgenommen und durch die beschriebene Luftleiteinrichtung 26 mit der Heizvor­ richtung 48 ersetzt.

Anordnungen der Heizvorrichtung 48 im Innern des Ge­ häuses 4, etwa zwischen dem Wärmetauscher 40 und der inneren Luftauslaßöffnung 20, oder eine auf geeignete Weise innerhalb des Wärmetauscheraggregates 40 unterge­ brachte Heizvorrichtung 48 liegen ebenfalls im Bereich der Erfindung. Dies gilt auch für andere Ausführungsformen der elek­ trisch betriebenen Heizvorrichtung 48 in Gestalt von Heizregistern 90, Heizschlangen oder Heizpatronen wie dies in Fig. 2 strichliniert angedeutet ist.

Claims (14)

1. Innen oder außen an einer Wand oder Tür eines Schaltschrankes anzuordnender Wärmetauscher, mit einem Gehäuse, in dem ein Wärmetauscheraggregat und, dem Aggregat benachbart, zwei in einem inneren bzw. einem äußeren Luftkreislauf liegende Gebläse­ einheiten angeordnet sind, wobei dem Wärmetauscher­ aggregat Lufteinlaß- und Luftauslaßöffnungen für die geförderte Luft zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß er eine in dem inneren Luftkreislauf (24) befindliche Heizvorrichtung (48) aufweist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (48) mit elektrischer Energie be­ treibbar ist.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (48) mit dem Wärmetauscher lösbar verbunden ist.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (48) an einer die Luftein- und/ oder -auslassöffnungen (18, 20) des inneren Luft­ kreislaufes (24) aufweisenden, dem Schaltschrank (2) zugewandten Gehäusewand (12) angeordnet ist.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (48) im Innern des Gehäuses (4) an­ geordnet ist.

6. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (48) außerhalb des Gehäuses (4) an­ geordnet ist.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (48) im Bereich des Luftaustritts aus dem Wärmetauscheraggregat (40) oder des Gehäu­ ses (4) angeordnet ist.

8. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er wenigstens eine an dem Gehäuse angeordnete Luft­ leiteinrichtung (26) für die ein- und/oder austre­ tende Luft des inneren Luftkreislaufes (24) auf­ weist und die Heizvorrichtung (48) an der Luftleit­ einrichtung (26) angeordnet ist.

9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Heizvorrichtung (48) im wesentlichen über die gleiche Fläche erstreckt wie die Luftleitein­ richtung (26).

10. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (48) eine flexible Siliconheiz­ platte aufweist.

11. Wärmetauscher nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß we­ nigstens eine die Heizvorrichtung (48) tragende, die Luftleiteinrichtung (26) bildende und mit einer wärmeabgebenden und oberflächenvergrößernden Struk­ tur (66) versehene Trägerplatte (50) vorhanden ist, wobei die wärmeabgebende und oberflächenver­ größernde Struktur (66) von der Luft des inneren Luftkreislaufes (24) angeströmt ist.

12. Wärmetauscher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeabgebende und oberflächenvergrößernde Struktur (66) über die ganze Fläche der Heizvorrichtung (48) verteilt an der Trägerplatte (50) angeordnet ist.

13. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (48) durch eine Regel- oder Steuer­ einrichtung geregelt bzw. gesteuert ist, die ein im Innern des Schaltschrankes (2) befindliches Tempe­ raturfühlmittel (94) aufweist.

14. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebläseeinheit (42) des äußeren Luftkreislaufes (32) während des Betriebes der Heizvorrichtung (48) abschaltbar ist.