DE4413128C2 - Kühlgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlgerät zum Anbau an einem Schaltschrank oder ein sonstiges, elektronische Einbauten aufnehmendes Gehäuse, mit einem ein Kühl­ mittel aufnehmendem Kältekreislauf, der eine Verdampfereinheit, einen Ver­ dichter und eine Verflüssigereinheit aufweist, wobei in die Verdampfereinheit die im Schaltschrank oder Gehäuse anfallende Wärme mittels einer Wärmeüber­ tragungseinheit eingeleitet ist.

Kühlgeräte werden in Schaltschränken oder dgl. eingesetzt um den Schalt­ schrankinnenraum auf einem gleichmäßigen Temperaturniveau zu halten. Temperaturschwankungen entstehen in Schaltschränken infolge der hierin in­ stallierten Leistungsschütze, Transformatoren, Stromverteilungskomponenten und sonstigen elektronischen Bauteilen. Diese geben im Betrieb in Form von Verlustleistung Wärme ab. Treten in einem Schaltschrank zu hohe Temperaturen auf, so reduziert sich die Lebensdauer der Einbauten erheblich.

Ein solches Kühlgerät ist aus der DE 88 10 228 U1 bekannt. Diese Druckschrift beschreibt ein in einem Gehäuse untergebrachtes Kühlgerät. Das Gehäuse kann an einem Schaltschrank angebaut werden, um diesen zu kühlen. Bei solchen Kühlgeräten ist die Verdampfereinheit des Kältekreislaufes räumlich getrennt von dem Verdichter und der Verflüssigereinheit untergebracht. Die Verdampfer­ einheit ist hierbei dem Schaltschrank zugeordnet.

Tritt bei einer Leckage im Bereich der Verdampfereinheit gasförmiges Kühlmittel in den Innenraum des Schaltschrankes ein, so ist dies besonders dann gefähr­ lich, wenn das Kühlmittel aus einem brennbaren Gas, beispielsweise aus einem FKW-freien Propan-Isobutan-Gemisch gebildet ist. Das Gas kann sich dann leicht im Innenraum des Schaltschrankes an einem funkenbildenden Relais oder an einem stark erwärmten Leistungsschalter entzünden, so daß eine explo­ sionsartige Verpuffung des gasförmigen Kühlmittels entsteht.

Die DE 41 25 528 A1 zeigt ein Kühlgerät zum Anbau an ein Gehäuse, bei­ spielsweise einen Schaltschrank. Zur Kühlung von im Schaltschrank einge­ bauten elektronischen Bauelementen ist ein Wasserkreislauf verwendet. Der Wasserkreislauf ist mittels Rohrleitungen durch den Innenraum des Schalt­ schrankes geleitet und punktuell den zu kühlenden elektronischen Bauelementen zugeführt. Zur Kühlung des Wasserkreislaufes ist ein Luftstrom durch das Kühl­ gerät geleitet. Der Luftstrom entzieht dem Wasserkreislauf an einer Wärme­ tauscher-Rohrschlange Wärme.

In der DE 41 25 528 A1 ist auf einen weiteren Stand der Technik in den Fig. 12 bis 14 verwiesen. Hieraus ist es bekannt, ein separates Kühlgerät zu ver­ wenden, das getrennt von zu kühlenden Schaltschränken aufgestellt werden kann. Das Kühlgerät weist einen Kältekreislauf auf, der einen Wasserkreislauf kühlt. Der Wasserkreislauf ist über ein Rohrleitungssystem den Schaltschränken zugeführt. Ein solches System ist hinsichtlich Installation und Wartung sehr auf­ wendig. Aus diesem Grunde wurde dies Kühlvorrichtung dahingehend in der in der DE 41 25 528 A1 beschriebenen Weise abgeändert, daß jedem Schalt­ schrank ein eigenes Kühlgerät zur Verfügung gestellt wird.

Ein dem Stand der Technik gemäß DE 41 25 528 A1, Fig. 12 bis 14, ent­ sprechendes Kühlgerät ist aus der DE 37 00 708 A1 bekannt. Auch hier ist ein getrenntes Kühlgerät verwendet, das abseits von Schaltschränken aufgestellt oder auf einem Schaltschrank anbringbar ist. Die Kühlung der Schaltschränke erfolgt mittels eines Wasserkreislaufes, der das Kühlaggregat mit den Schaltschränken verbindet.

Aus der DE 30 10 363 C2 ist eine Steuerungseinrichtung für Maschinen des Bergbaus bekannt. Die Steuerungseinrichtung weist ein Gehäuse auf, bei dem eine Öffnung mit einer Montageplatte verschlossen werden kann. Die Montage­ platte weist eine mäanderförmige Rohrschlange auf, durch die ein Kühlmittel geleitet ist. Auf die Montageplatte können elektronische Bauelemente gebaut werden, die dann im Betrieb von dem Kühlmittel gekühlt werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Kühlgerät der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem verhindert ist, daß im Leckagefall aus dem Kältekreislauf aus­ tretendes gasförmiges Kühlmittel sich im Schaltschrank oder dgl. entzündet.

Die Aufgabe der Erfindung wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Demnach ist also vorgesehen, daß die das Kühlmittel auf­ nehmenden Komponenten des Kältekreislaufes von dem Innenraum des Schalt­ schrankes getrennt untergebracht sind. Tritt infolge einer Leckage gasförmiges Kältemittel, beispielsweise ein hoch explosives Propan-Isobutan-Gemisch aus dem Kältekreislauf aus, so strömt dieses nicht in den Innenraum des Schalt­ schrankes ein. Die erfindungsgemäße gasdichte Abtrennung verhindert dies si­ cher. Damit ist ausgeschlossen, daß eine explosive Reaktion im Schadensfall auftritt.

Es ist aber auch möglich, daß Funken oder Wärme bildende elektrische Ein­ heiten auf der dem Kältekreislauf abgewandten Seite der Abtrennung ange­ ordnet sind. Dadurch sind die Zündquellen für das gasförmige Kühlmittel sicher verlagert. Versorgungsleitungen, die beispielsweise von einem, auf der Schaltschrankseite angeordneten Relais kommend den Verdichter mit elektrischer Energie versorgen, können durch die Abtrennung hindurch geleitet werden. Hierbei ist auf eine gasdichte Durchdringung der Abtrennung geachtet.

Um der Verdampfereinheit die im Schaltschrank anfallende Wärme zuzuführen, kann es vorgesehen sein, daß als Kreislaufsystem ein Luftkreislauf durch die Abtrennung hindurch dem Verdampfer zugeführt ist. Von dem Verdampfer wird die gekühlte Luft wieder dem Schaltschrankinnenraum zugeführt. Damit bei einer evtl. am Verdampfer auftretenden Leckage kein Kühlmittel in den Luftkreislauf gelangt, muß der Verdampfer eine zusätzliche Redundant beispielsweise in Form eines doppelwandigen Rohres aufweisen. Hierbei zirkuliert im äußeren Mantel des doppelwandigen Rohres ein weiterer Luftkreislauf oder ein Flüssigkeit führender Kreislauf. Vorteilhafterweise verhindert das im äußeren Mantel befindliche Medium die Entzündung des gasförmigen Kühlmittels. Auch ist es denkbar das Medium nicht im äußeren Mantel zirkulieren zu lassen.

Es ist aber auch möglich, daß die den Verdampfer erwärmende Wärmeübertragungseinheit aus einem geschlossenen Kreislaufsystem gebildet ist, in dem mittels einer Pumpe Wasser, eine wasserhaltige Lösung einem Wärmetauscher zugeführt ist, und daß dem Wärmetauscher die zu kühlende Luft des Schaltschrankes mittels mindestens eines Lüfter zugeführt. Das im Kreislaufsystem geführte Wasser oder die Lösung umspült den Verdampfer. Das Wasser oder die Lösung nimmt im Leckagefall das Kühlmittel nicht auf. Zur Füllung des Wasserkreislaufes ist auch jede andere Flüssigkeit mit geeigneter Wärmespeicherkapazität geeignet.

Die Kühlung des durch die Verflüssigereinheit geleiteten Kühlmittels erfolgt in der Regel mittels eines von einem Lüfter erzeugten Luftstromes. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Lüfter einem Spaltpol- oder einem Käfigläufermotor oder einem sonstigen nicht Funken bildendem Motor zugeordnet ist.

Eine einfache Montage des Kühlgerätes wird dadurch erreicht, daß er Kältekreislauf und das Kreislaufsystem in einem Gehäuse untergebracht sind, daß die Abtrennung das Gehäuse in eine dem Kältekreislauf zugeordnete warmen Seite und eine dem Kältekreislauf abgewandte kalte Seite trennt, und daß das Gehäuse auf der warmen Seite Öffnungen aufweist, durch die im Leckagefall Kühlmittel in die Umgebung entweicht. Mit dem Gehäuse ist eine kompakte leicht zu handhabende Einheit gebildet, die einfach an einen Schaltschrank anbaubar ist.

Die Öffnungen ermöglichen ein Austreten des aus einem Leck strömenden Kühlmittels in die Umgebung. Hier verdünnt sich das Kühlmittel mit der Luft in einer nicht explosiven Konzentration.

Die Öffnungen sind günstigerweise so angeordnet, daß ein solches gasförmiges Kühlmittel, das schwerer ist als Luft, stets abgeführt werden kann. Das heißt, die Öffnungen sind an der tiefsten Stelle in dem die warme Seite bildenden Teil des Gehäuses eingebracht.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Abtrennung durchdringende Anschlußkabel, Schläuche, Rohrleitungen oder dgl. mittels Durchführungen gasdicht in die Abtrennung eingesetzt sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der Zeichnung ist in schematischer Darstellung ein in einem Gehäuse 21 untergebrachtes Kühlgerät dargestellt.

Das Kühlgerät besteht aus einem primären und einem sekundären Kühlkreislauf. Der primäre Kühlkreislauf wird durch einen ein Kühlmittel führenden Kältekreislauf gebildet. Der Kältekreislauf weist einen Verdichter 1, eine Verflüssigereinheit 2, ein Expansionsventil 4 sowie eine Verdampfereinheit 5 auf. Mittels des Verdichters 1 wird das Kühlmittel, in diesem Falle eine Mischung aus den Gasen Propan und Isobutan unter einem hohen Druck der Verflüssigereinheit 2 zugeführt. Um eine unzulässige Drucküberhöhung hierbei zu vermeiden, wird der Druck in der Leitung, in der das Kühlmittel der Verflüssigereinheit 2 zugeführt wird, mittels eines Hochdruckpressostates 20 überwacht. In der Verflüssigereinheit 2 wird dem Kühlmittel Wärme entzogen. Dieser Wärmeentzug erfolgt mittels eines Lüfters 6, der von dem Motor M2 angetrieben ist. Der Lüfter 6 fördert Luft aus der Umgebung in das Gehäuse 21 so, daß dieser an der Verflüssigungseinheit vorbeigeführt wird.

Die eingeleitete Luft wird durch in der Zeichnung nicht dargestellte Lüftungsöffnungen wieder der Umgebung zugeführt. Infolge der Wärmeentziehung verflüssigt sich das Kühlmittel in der Verflüssigereinheit 2. Der Verflüssigereinheit 2 ist ein Filtertrockner 3 nachgeschaltet. In dem Filtertrockner 3 wird in dem Kühlwasser enthaltenes Wasser abgeschieden. Dies ist erforderlich, um eine Korrosion in dem Kältekreislauf zu verhindern. Anschließend wird das Kühlmittel einem Expansionsventil 4 zugeleitet. In dem Expansionsventil 4 wird das Kühlmittel auf einen niedrigeren Druck gedrosselt. Mittels einer dem Expansionsventil 4 zugeordneten Temperatursonde 23, die nach der Verdampfereinheit 5 die Temperatur des Kühlmittelstromes abgreift, kann der volumenmäßige Durchsatz des Kühlmittels durch den Kältekreislauf geregelt werden.

Das Kühlmittel wird im Anschluß an das Expansionsventil 4 der Verdampfereinheit 5 zugeleitet. In der Verdampfereinheit 5 wird dem Kühlmittel Wärme zugeführt, so daß es von der flüssigen Phase in die gasförmige Phase übertritt und somit als Gas die Verdampfereinheit 5 wieder verläßt. Das Gas wird dem Verdichter wieder zugeführt, so daß ein geschlossener Kreislauf gebildet ist. Der Verdampfereinheit wird die Wärme von einem Kreislaufsystem 22 zugeführt, der den sekundären Kühlkreislauf bildet. Durch das Kreislaufsystem 22 wird mittels einer Pumpe 7 Wasser oder eine wasserhaltige Sole gefördert. Die Pumpe 7 leitet das Wasser einem Wärmetauscher 8 zu. Dem Wärmetauscher 8 wird Luft aus dem Innenraum des Schaltschrankes mittels des Ventilators 15 zugeführt. Der Ventilator 15 wird von einem Motor M3 angetrieben. Beim Vorbeistreichen der Luft an dem Wärmetauscher 8 kühlt sich diese ab. Die abgekühlte Luft wird dem Schaltschrank wieder zugeleitet. Infolge der Abkühlung der Luft an dem Wärmetauscher 8 erwärmt sich das in dem Kreislaufsystem 22 befindliche Wasser. Das aufgewärmte Wasser wird der Verdampfereinheit 5 des Kältekreislaufes zugeführt.

In der Verdampfereinheit 5 gibt das erwärmte Wasser Wärme infolge eines Wärmeaustausches an das Kühlmittel des Kältekreislaufes ab. Dadurch wird das Wasser abgekühlt und steht somit wieder zur erneuten Wärmeaufnahme an dem Wärmetauscher 8 zur Verfügung.

Um bei einer Druckerhöhung im Kreislaufsystem 22 einen Schaden an den wasserführenden Teilen zu vermeiden ist ein Überdruckventil 9 sowie ein Überströmventil 10 vorgesehen. Das Kreislaufsystem 22 kann über eine Befüllarmatur 13 mit Wasser oder dgl. befüllt werden. Hierbei erfolgt eine Kreislaufsystemes 22 mittels der Entlüftungsventile 12 und 14. Dehnt sich das Wasser in dem Kreislaufsystem 22 infolge von beispielsweise Temperaturschwankungen aus, so ist ein Ausdehngefäß 11 vorgesehen, daß sich ausdehnendes Wasser aufnimmt.

Das Gehäuse 21 ist von einer räumlichen Abtrennung 18 durchzogen. Die räumliche Abtrennung 18 teilt das Gehäuse 21 in eine warme Seite und eine kalte Seite auf. Auf der warmen Seite ist der Kältekreislauf sowie ein Teil des Kreislaufsystemes 22 untergebracht. Auf der kalten Seite ist die Pumpe 7 sowie der Wärmetauscher 8 des Kreislaufsystemes 22 angeordnet. Somit ist verhindert, daß für den Fall einer Leckage am Kältekreislauf ausströmendes gasförmiges Kühlmittel auf die kalte Seite gelangt. Das ausgeströmte Kühlmittel kann nicht in den Schaltschrank gelangen. Eine Entzündung des gasförmigen Kühlmittels an Funken- oder wärmeentwickelnden elektrischen Einbauten im Schaltschrank ist verhindert. Sind auf der warmen Seite funken- oder wärmeentwickelnde elektrische Einbauten vorgesehen, so sind diese in einem separaten Gehäuse 19 gasdicht untergebracht.

Um eine Entzündung des gasförmigen Kühlmittels an dem den Lüfter 6 versorgenden Motor M2 zu verhindern, ist dieser als Spaltpolmotor oder beispielsweise als Käfigläufermotor ausgebildet. Die Versorgung des Motors M2 sowie des Motors M3, der dem Wärmetauscher 8 des Wasserkreislaufes 22 zugeordnet ist, erfolgt mittels einer an einer Leistungsplatine 17 anliegenden Stromquelle.

Die Leistungsplatine 17 wird von einer Steuerplatine 16 geregelt. Mit der Leistungsplatine 17 und der Steuerplatine 16 werden sämtliche elektrische Funktionen des Kühlgerätes überwacht und gesteuert. Die Überwachung der Kühlleistung erfolgt mittels zweier Temperaturfühler B2 und B3, die in dem die Verflüssigereinheit 2 kühlenden Luftstrom angeordnet sind. Der Temperaturfühler B3 ist hierbei in Strömungsrichtung der Luft vor der Verflüssigereinheit 2 angeordnet. Der Temperaturfühler B2 ist nach der Verflüssigereinheit 2 angeordnet.

Mit der Differenztemperaturmessung kann somit ein Rückschluß auf den Grad der Ver­ schmutzung einer dem Lüfter 6 vorgeschalteten Filtermatte erfolgen. Die Filter­ matte ist in der Zeichnung nicht dargestellt.

Um die Innentemperatur des Schaltschrankes zu regeln wird das Kühlgerät nur intervallweise in Betrieb genommen. Somit ist ein Temperatursensor im Schalt­ schrank vorgesehen, der der Steuerplatine 16 den erforderlichen Schwellwert zur Inbetriebnahme des Kühlgerätes bereitstellt. Die Temperatur eines Tempe­ raturfühlers 31 der von dem Wärmetauscher 8 angeordnet ist, wird stets durch die Elektronik der Steuerplatine 16 ausgewertet. Ist der Schaltschrank auf ein ausreichendes Temperaturniveau abgekühlt, so wird das Kühlgerät durch ein entsprechendes Signal der Steuerplatine 16 abgeschaltet.

Die Durchführung der elektronischen Einheiten auf der warmen Seite versor­ genden Anschlußleitungen sowie der die Abtrennung 18 durchdringenden Lei­ tungen des Kreislaufsystemes 22 erfolgt mittels gasdichten Flanschen.

Claims (7)

1. Kühlgerät zum Anbau an einen Schaltschrank oder ein sonstiges, elektronische Einbauten aufnehmendes Gehäuse, mit einem ein Kühlmittel aufnehmendem Kältekreislauf, der eine Verdampfereinheit, einen Verdichter und eine Verflüssigereinheit aufweist, wobei in die Verdampfereinheit die im Schaltschrank oder Gehäuse anfallende Wärme mittels einer Wärmeübertragungseinheit eingeleitet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die das Kühlmittel aufnehmenden Komponenten des Kältekreislaufes von dem Innenraum des Schaltschrankes oder des Gehäuses mittels einer räumlichen Abtrennung (18) getrennt untergebracht sind, und
daß die räumliche Abtrennung (18) für das Kühlmittel im gasförmigen Zustand undurchlässig ist.

2. Kühlgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Funken oder Wärme bildende elektrische Einheiten auf der dem Kältekreislauf abgewandten Seite der Abtrennung (18) angeordnet sind.

3. Kühlgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kältekreislauf räumlich zugeordnete Funken oder Wärme bildende elektrische Einheiten in einem oder mehreren separaten gasdichten Gehäusen (19) untergebracht sind.

4. Kühlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Verdampfereinheit (5) erwärmende Wärmeübertragungseinheit (22) aus einem geschlossenen Wasserkreislauf gebildet ist, in dem mittels einer Pumpe (7) Wasser, oder eine wasserhaltige Lösung einem Wärmetauscher (8) zugeführt ist, und daß dem Wärmetauscher (8) die zu kühlende Luft des Schaltschrankes mittels mindestens eines Lüfter (15) zugeführt ist.

5. Kühlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verflüssigereinheit (2) des Kältekreislaufes mittels mindestens eines, von einem Lüfter (6) erzeugten Luftstromes gekühlt ist, wobei der Lüfter (6) von einem Spaltpol-, einem Käfigläufer- oder einem sonstigen nicht Funken bildendem Motor (M2) angetrieben ist.

6. Kühlgerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kältekreislauf und der Wasserkreislauf (22) in einem Gehäuse (21) untergebracht sind,
daß die Abtrennung (18) das Gehäuse (21) in eine dem Kältekreislauf zu­ geordnete warmen Seite und eine dem Kältekreislauf abgewandte kalte Seite trennt, und
daß das Gehäuse (21) auf der warmen Seite Öffnungen aufweist, durch die im Leckagefall Kühlmittel in die Umgebung entweicht.

7. Kühlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennung (18) durchdringende Anschlußkabel, Schläuche oder Rohrleitungen mittels Durchführung gasdicht in die Abtrennung (18) eingesetzt sind.