DE4413130C2 - Kühlgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlgerät für einen Schaltschrank, oder ein sonstiges, elektronisches Einbauten aufnehmendes Gehäuse, mit einem ein Kühlmittel auf­ nehmenden Kältekreislauf, der einen primären Kühlkreislauf bildet und der eine Verdampfereinheit, einen Verdichter und eine Verflüssigereinheit aufweist, wobei in die Verdampfereinheit die im Schaltschrank oder im Gehäuse anfallen­ de Wärme mittels einer Wärmeübertragungseinheit eingeleitet ist, wobei die Wärmeübertragungseinheit aus einem geschlossenen sekundären Kreislauf ge­ bildet ist, in dem eine Flüssigkeit mit hoher spezifischer Wärmespeicherkapazität zirkuliert und in den die im Schaltschrank anfallende Wärme mittels Wärme­ tauscher eingeleitet ist.

Ein derartiges Kühlgerät ist beispielsweise aus der DE 41 25 528 A1 bekannt. In einem Gehäuse des Kühlgerätes ist der Kältekreislauf mit seinen einzelnen Komponenten aufgenommen. Der Verdichter fördert gasförmiges Kühlmittel un­ ter hohem Druck einer als Wärmetauscher ausgebildeten Verflüssigereinheit zu. In der Verflüssigereinheit führt das Kühlmittel unter Wärmeabgabe einen Aggre­ gatzustandswechsel von der flüssigen in die gasförmige Phase durch. An­ schließend wird das unter hohem Druck stehende gasförmige Kühlmittel mittels eines Expansionsventils auf einen niedrigeren Druck entspannt. In diesem Zu­ stand wird das Kühlmittel in der Verdampfereinheit durch Wärmeaufnahme wieder verflüssigt und anschließend dem Verdichter zugeführt. In die Ver­ dampfereinheit wird Wärme durch Kontaktierung von wärmeentwickelnden elektrischen Einbauten eingeleitet. Bei solchen Kühlgeräten ist die Funktion an die elektrischen Einbauten gebunden. Werden wie dies bei Schaltschränken üb­ lich ist einige der elektrischen Einbauten in einen Betriebszustand versetzt, in dem sie keine oder nur noch geringe Wärme entwickeln, so kann das gasför­ mige Kühlmittel nicht mehr verflüssigt werden.

Aus der DE 37 00 708 A1 ist ein Kühlgerät bekannt, das abseits von Schalt­ schränken aufgestellt werden kann. Das Kühlgerät ist mit den Schaltschränken über ein Kreislaufsystem verbunden. Das Kreislaufsystem weist zu den Schaltschränken führende bzw. von diesen rückführende Leitungen auf. Hier ergibt sich für die Installation ein hoher Aufwand. Weiterhin erweist es sich als nachteilig, daß in den langen Leitungssträngen Kühlmittel, beispielsweise Flon oder dergleichen geleitet wird. Dies ist zu einen kostenintensiv und verursacht zum anderen große Umweltproblem im Leckagefall. Darüberhinaus besteht dann Explosions­ gefahr, wenn die Leckage im Innenraum des Schaltschrankes auftritt. Das ver­ dampfte Kühlmittel kann sich an wärmeführenden Bauteilen im Schaltschrank entzünden.

Es ist Aufgabe der Erfindung ein Kühlgerät bereitzustellen, bei dem die Gefahr einer Explosion infolge einer Leckage sicher verhindert ist.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß der sekundäre Kreislauf (22) und der Kältekreislauf in einem Kühlgerätegehäuses untergebracht ist, das an dem Schaltschrank anbringbar ist, daß der Kältekreislauf in dem Kühlgeräte­ gehäuse mittels einer den Innenraum des Kühlgerätegehäuses teilenden Abtren­ nung getrennt von dem Innenraum des Schaltschrankes untergebracht ist, daß die Abtrennung für gasförmige Kühlmittel undurchlässig ist und daß zumindest der Wärmetauscher des sekundären Kreislaufes im verbleibenden Teil des Kühl­ gerätegehäuses untergebracht ist.

Der sekundäre Kreislauf ist zusammen mit dem Kältekreislauf in einem Kühlge­ rätegehäuse untergebracht und kann damit als kompakte Einheit an einen Schaltschrank angebaut werden. Da die Flüssigkeit im geschlossenen sekun­ dären Kreislauf zirkuliert, muß sie nicht über Anschlußleitungen von außen zu bzw. abgeführt werden, wie dies beispielsweise bei Luft-Wasser-Wärmetau­ schern für Klimaanlagen bekannt ist. Hierdurch ist der Montageaufwand für das erfindungsgemäße Kühlgerät erheblich reduziert. Zusätzlich ist mit dem ge­ schlossenen sekundären Kreislauf bei der Durchleitung durch die Verdampfer­ einheit eine gleichmäßige Wärmeeinbringung mit hohem Wirkungsgrad möglich.

Ein in dem Kältekreislauf geführtes brennbares Kühlmittel beispielsweise ein Ge­ misch aus Propan und Isobutan, kann im Leckagefall nicht in den Schaltschrank­ innenraum gelangen. Die Entzündung des gasförmigen Kühlmittels ist dann si­ cher verhindert.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß dem Wärmetauscher ein Lüfter zugeordnet ist, der dem Schaltschrank in seinem oberen Bereich Luft entzieht und diese dem Wärmetauscher zuführt und daß die am Wärmetauscher gekühlte Luft über Strömungskanäle dem Schaltschrank in seinem unteren Bereich zuführt ist. Damit ist eine ständige Umwälzung der im Schaltschrankinnenraum befindlichen Luft erreicht.

Zur Steigerung der Wärmeeinleitung in den sekundären Kreislauf können bei­ spielsweise auch mehrere Lüfter einem Wärmetauscher zugeordnet werden oder es kann vorgesehen sein, daß die Schaltschrankluft mehreren Wärmetauschern zugeführt ist.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, daß die die Flüssigkeit leitenden Rohrleitungen den sekundären Kreislauf in direktem Kontakt mit wär­ meentwickelnden Einheiten stehen. Hierdurch wird eine Wärmeabfuhr mittels Wärmeleitung erreicht. Dies ist beispielsweise an sich stark erhitzenden Lei­ stungsschaltern oder dgl. von Vorteil.

Zur erleichterten Installation des Kühlgerätes ist es vorgesehen, daß der sekun­ däre Kreislauf über eine Befüllarmatur mit der Flüssigkeit füllbar ist und daß der Befüllarmatur ein oder mehrere Entlüftungsventile zugeordnet sind mittels derer der sekundäre Kreislauf entlüftbar ist. Dem Befüllarmatur kann zusätzlich auch noch ein Ausdehngefäß zugeordnet sein. In dem Ausdehngefäß wird sich im se­ kundären Kreislauf infolge von Temperaturänderungen ausdehnende Flüssigkeit aufgenommen.

Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, daß die im sekundären Kreislauf zirku­ lierende Flüssigkeit Wasser oder eine wasserhaltige Lösung ist, die mit einer in den sekundäre Kreislauf integrierten Pumpe gefördert ist und daß der sekundäre Kreislauf ein oder mehrere Überdruck- und/oder Überströmventile aufweist, die eine unzulässige Drucküberhöhung verhindern. Als wasserhaltige Lösung ist bei­ spielsweise eine Salzsole denkbar, die eine hohe Wärmespeicherkapazität auf­ weist.

Mit der Pumpe ist der Förderdruck bzw. die Fördergeschwindigkeit des Wassers oder der wasserhaltigen Lösung regulierbar.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung ist in schematischer Darstellung ein in einem Kühlgerätegehäuse 21 untergebrachtes Kühlgerät dar­ gestellt.

Das Kühlgerät besteht aus einem primären und einem sekundären Kühlkreislauf. Der primäre Kühlkreislauf wird durch einen ein Kühlmittel führenden Kältekreis­ lauf gebildet. Der Kältekreislauf weist einen Verdichter 1, eine Verflüssigerein­ heit 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 zuge­ führt. 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 Verflüssiger­ einheit 2 wird dem Kühlmittel Wärme entzogen. Dieser Wärmeentzug erfolgt mittels eines Lüfters 6, der von einem Motor M2 angetrieben ist. Der Lüfter 6 fördert Luft aus der Umgebung in das Gehäuse 21, so daß dieser an der Ver­ flüssigungseinheit vorbeigeführt wird.

Die eingeleitete Luft wird durch in der Zeichnung nicht dargestellte Lüftungsöff­ nungen wieder der Umgebung zugeführt. Infolge der Wärmeentziehung ver­ flüssigt 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 Kühl­ mittel auf einen niedrigen Druck gedrosselt. Mittels einer dem Expansionsventil 4 zugeordneten Temperatursonde 23, die nach der Verdampfereinheit 5 die Temperatur des Kühlmittelstromes abgreift, kann der volumenmäßige Drucksatz des Kühlmittels durch den Kältekreislauf geregelt werden.

Das Kühlmittel wird im Anschluß an das Expansionsventil 4 der Verdampfer­ einheit 5 zugeleitet. In der Verdampfereinheit 5 wird dem Kühlmittel Wärme zu­ geführt, 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 Ver­ dichter wieder zugeführt, so daß ein geschlossener Kreislauf gebildet ist. Der Verdampfereinheit wird die Wärme von einem sekundären Kreislauf 22 zu­ geführt, der den sekundären Kühlkreislauf bildet. Das den sekundären Kreislauf 22 wird mittels einer Pumpe 7 Wasser oder eine wasserhaltige Sole gefördert. Die Pumpe 7 leitet das Wasser einem Wärmetauscher 8 zu. Dem Wärmetau­ scher 8 wird Luft aus dem Innenraum des Schaltschrankes mittels des Venti­ lators 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 Ab­ kühlung der Luft an dem Wärmetauscher 8 erwärmt sich das in dem sekundären Kreislauf 22 befindliche Wasser. Das aufgewärmte Wasser wird der Ver­ dampfereinheit 5 des Kältekreislaufes zugeführt.

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

Um bei einer Druckerhöhung im sekundären Kreislauf 22 einen Schaden an den wasserführenden Teilen zu vermeiden ist ein Überdruckventil 9 sowie ein Über­ strömventil 10 vorgesehen. Der sekundäre Kreislauf 22 kann über eine Befüll­ armatur 13 mit Wasser oder dgl. befüllt werden. Hierbei erfolgt eine Entlüftung des sekundären Kreislaufs 22 mittels Entlüftungsventilen 12 und 14. Dehnt sich das Wasser in dem sekundären Kreislauf 22 infolge von beispielsweise Tempe­ raturschwankungen aus, so ist ein Ausdehngefäß 11 vorgesehen, daß sich aus­ dehnendes Wasser aufnimmt.

Das Kühlgerätegehäuse 21 ist von einer räumlichen Abtrennung 18 durchzogen. Die räumliche Abtrennung 18 teilt das Kühlgerätegehäuse 21 in eine warme Sei­ te und eine kalte Seite auf. Auf der warmen Seite ist der Kältekreislauf sowie ein Teil des sekundären Kreislaufs 22 untergebracht. Auf der kalten Seite ist die Pumpe 7 sowie der Wärmetauscher 8 des sekundären Kreislaufs 22 angeordnet.

Somit ist verhindert, daß für den Fall der Leckage am Kältekreislauf ausströmen­ des gasförmiges Kühlmittel auf die kalte Seite gelangt. Das ausgeströmte Kühl­ mittel kann nicht in den Schaltschrank gelangen. Eine Entzündung des gas­ förmigen Kühlmittels an Funken- oder wärmeentwickelnden elektrischen Ein­ bauten 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 versor­ genden Motor M2 zu verhindern, ist dieser als Spaltmotor oder beispielsweise als Käfigläufermotor ausgebildet. Die Versorgung des Motors M2 sowie des Mo­ tors 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 Lei­ stungsplatine 17 und er Steuerplatine 16 werden sämtliche elektrische Funk­ tionen des Kühlgerätes überwacht und gesteuert. Die Überwachung der Kühlleistung erfolgt mittels zweier Temperaturfühler B2 und B3, die in dem die Ver­ flüssigereinheit 2 kühlenden Luftstrom angeordnet sind. Der Temperaturfühler B3 ist hierbei in Strömungsrichtung der Luft vor der Verflüssigereinheit 2 ange­ ordnet. Der Temperaturfühler B2 ist nach der Verflüssigereinheit 2 angeordnet. Mit einer Differenztemperaturmessung kann somit ein Rückschluß auf den Grad der Verschmutzung einer dem Lüfter 6 vorgeschalteten Filtermatte erfolgen. Die Filtermatte ist in der Zeichnung nicht dargestellt.

Um die Innentemperatur des Schaltschrankes zu regeln wird das Kühlgerät nur intervallweise in Betrieb genommen. Hierzu 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 vor 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 die elektronischen Einheiten auf der warmen Seite ver­ sorgenden Anschlußleitungen sowie der die Abtrennung 18 durchdringenden Leitungen des sekundären Kreislaufs 22 erfolgt mittels gasdichten Flanschen.

Sämtliche Einheiten des Kühlgerätes, insbesondere der Kältekreislauf, der se­ kundäre Kreislauf 22 und die Lüfter 6 und 15 sind in dem Kühlgerätegehäuse 21 untergebracht, so daß das Kühlgerät als Einheit vormontiert werden kann. Diese vormontierte Einheit kann dann mit wenigen Handgriffen direkt an einem Schalt­ schrank angebracht werden.

Claims (5)

1. Kühlgerät für einen Schaltschrank, oder ein sonstiges, elektronisches Ein­ bauten aufnehmendes Gehäuse, mit einem ein Kühlmittel aufnehmenden Kältekreislauf, der einen primären Kühlkreislauf bildet und der eine Ver­ dampfereinheit, einen Verdichter und eine Verflüssigereinheit aufweist, wobei in die Verdampfereinheit die im Schaltschrank oder im Gehäuse an­ fallende Wärme mittels einer Wärmeübertragungseinheit eingeleitet ist, wobei die Wärmeübertragungseinheit aus einem geschlossenen sekun­ dären Kreislauf gebildet ist, in dem eine Flüssigkeit mit hoher spezifischer Wärmespeicherkapazität zirkuliert und in den die im Schaltschrank an­ fallende Wärme mittels Wärmetauscher eingeleitet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der sekundäre Kreislauf (22) und der Kältekreislauf in einem Kühlge­ rätegehäuses (21) untergebracht ist, das an dem Schaltschrank anbring­ bar ist,
daß der Kältekreislauf in dem Kühlgerätegehäuse (21) mittels einer den Innenraum des Kühlgerätegehäuses (21) teilenden Abtrennung (18) ge­ trennt von dem Innenraum des Schaltschrankes untergebracht ist,
daß die Abtrennung (18) für gasförmige Kühlmittel undurchlässig ist und daß zumindest der Wärmetauscher (8) des sekundären Kreislaufes (22) im verbleibenden Teil des Kühlgerätegehäuses (21) untergebracht ist.

2. Kühlgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß dem Wärmetauscher (8) ein Lüfter (15) zugeordnet ist, der dem Schaltschrank in seinem oberen Bereich Luft entzieht und diese dem Wär­ metauscher (8) zuführt, und
daß die am Wärmetauscher (8) gekühlte Luft über Strömungskanäle dem Schaltschrank mit seinem unteren Bereich zugeführt ist.

3. Kühlgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit leitenden Rohrleitungen des sekundären Kreislaufes (22) in direktem Kontakt mit wärmeentwickelnden Einheiten stehen.

4. Kühlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der sekundäre Kreislauf (22) über eine Befüllarmatur (13) mit der Flüssigkeit befüllbar ist,
daß der Befüllarmatur (13) ein oder mehrere Entlüftungsventile (12,14) zugeordnet sind, mittels derer der sekundäre Kreislauf (22) entlüftbar ist, und
daß in einem Ausdehngefäß (11) sich im sekundären Kreislauf (22) aus­ dehnende Flüssigkeit aufnehmbar ist.

5. Kühlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die im sekundären Kreislauf (22) zirkulierende Flüssigkeit Wasser oder eine wasserhaltige Lösung ist, die mit einer in das den sekundären Kreislauf (22) integrierten Pumpe (7) gefördert ist, und
daß der sekundäre Kreislauf (22) ein oder mehrere Überdruck- und/oder Überströmventile (9,10) aufweist, die eine unzulässige Drucküberhöhung verhindern.