KR101769220B1

KR101769220B1 - 스위치 캐비닛 냉각을 위한 열 교환기 및 해당하는 냉각 장치

Info

Publication number: KR101769220B1
Application number: KR1020157005549A
Authority: KR
Inventors: 알론소 후안 카를로스 카초
Original assignee: 리탈 게엠베하 운트 코.카게
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2013-08-23
Publication date: 2017-08-17
Also published as: JP6184498B2; BR112015003768A2; CA2882605C; ES2699300T3; EP2891397A1; DE102012108109B4; US20150163956A1; CA2882605A1; WO2014032654A1; JP2015529977A; TR201900470T4; DE102012108109A1; CN104813757B; CN104813757A; MX2015001964A; US10375860B2; RU2015111336A; BR112015003768B1; RU2660812C2; KR20150052055A

Abstract

본 발명은 스위치 캐비닛 냉각을 위한 열 교환기(1)에 관한 것으로, 제1 냉각제를 위한 제1 파이프 시스템(2)과 제1 파이프 시스템(2)으로부터 유체적으로 분리된 제2 냉각제를 위한 제2 파이프 시스템(3)을 포함하고, 제1 파이프 시스템(2) 및 제2 파이프 시스템(3)은 열적으로 서로 결합된다. 본 발명은 또한 해당하는 스위치 캐비닛에 관한 것이다.

Description

스위치 캐비닛 냉각을 위한 열 교환기 및 해당하는 냉각 장치{HEAT EXCHANGER FOR COOLING A SWITCH CABINET AND CORRESPONDING COOLING ARRANGEMENT}

본 발명은 스위치 캐비닛 냉각을 위한 열 교환기 및 해당하는 냉각 장치에 관한 것이다. 이러한 열 교환기는 제1 냉각제를 위한 제1 파이프 시스템 및 제1 파이프 시스템으로부터 유체적으로 분리된 제2 냉각제를 위한 제2 파이프 시스템을 포함하고, 이 경우 제1 및 제2 파이프 시스템은 열 교환을 위해 서로 열 결합된다.

DE 200 08 411 U1호에 전술한 특징을 갖는 열 교환기를 포함하는 프린팅기를 위한 기계 캐비닛(aggregate cabinet)이 공개되어 있다. 유사한 열 교환기들이 DE 10 2007 054 724 A1호, DE 10 2008 059 023 A1호, US 6,053,238 A호 및 US 6,039,111 A호에도 기술되어 있다.

스위치 캐비닛 냉각시 지속적인 문제점은, 연중 스위치 캐비닛의 주변 온도, 스위치 캐비닛 내에 배치된 부품들의 출력 손실 및 그와 관련된 폐열이 심하게 변동될 수 있는 것이고, 이 경우 이러한 변동과 무관하게 스위치 캐비닛 실내의 공기 온도는 스위치 캐비닛 내에 배치된 부품들이 손상을 입는 것을 방지하기 위해 정해진 값 미만으로 유지되어야 한다. 스위치 캐비닛 냉각에 이용되는 냉각기기는 수동 냉각기기이든 냉각 기기이든 항상 작은 냉각 출력 범위를 갖고, 상기 출력 범위에서 상기 냉각기기들은 에너지 효율적으로 작동할 수 있다. 압축기 작동식 냉각기기는 예를 들어 연속 작동시 가장 에너지 효율적으로 작동한다. 극한 상황에서도 충분한 냉각이 보장될 수 있도록 하기 위해, 연속 작동시 달성 가능한 압축기 작동식 냉각 회로의 최대 냉각 출력은 스위치 캐비닛 내에 배치된 부품들의 최대 출력 손실 및 최대 주변 온도에 맞게 조정되어야 한다. 이로 인해 압축기 작동식 냉각 회로는 연중 항상 온-오프 모드로 작동하고, 에너지 소비와 관련해서 상응하는 단점을 갖는다.

기본적으로 냉각기기의 에너지 효율을 높이기 위해, 압축기 작동식 냉각 회로가 작동하는 지속 시간은 가능한 한 짧게 유지되는 것이 바람직하다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 선행기술에 조합된 냉각기기들이 공개되어 있고, 상기 냉각기기는 압축기 작동식 냉각 회로 또는 냉각수 유닛과 같은 능동 냉각 회로에 추가하여 예를 들어 공기 대 공기 열 교환기 형태의 수동 냉각 회로 또는 수동 냉각 부재를 포함한다. 이러한 냉각기기는 본 명세서의 다른 부분에서 "하이브리드 냉각기기"라고도 한다. 능동 냉각 회로는 냉기를 시스템 내로 제공하고, 일반적으로 냉각 매체의 냉각을 위해 이용되는 냉동기기 또는 냉각수 유닛을 포함한다. 냉동기기는 예를 들어 압축기를 포함할 수 있다. 냉각수 유닛은 가장 간단한 경우에 냉각수 용기를 포함할 수 있고, 당업자는 "물"이 냉각 용도에 제한하여 해석되는 것이 아니라, 단지 일반적으로 "냉각 매체"라고 하는 선행기술에 공개된 냉각제 또는 냉매에 대한 동의어로서 사용되는 것을 파악하고 있다. 수동 냉각 회로는 따라서 냉동기기와 냉각수원을 포함하지 않는다. 냉각 매체의 능동 냉각이 이루어지지 않는다.

이러한 냉각기기는, 스위치 캐비닛의 가능한 한 넓은 주변 온도 범위에 걸쳐 그리고 스위치 캐비닛 내에 배치된 부품들의 가능한 한 높은 출력 손실에 대해, 공기 대 공기 열 교환기에 의해 수동적으로만 스위치 캐비닛 실내의 필수 냉각이 제공될 수 있도록 설계되므로, 능동 냉각 회로, 즉 예를 들어 압축기 작동식 냉각 회로는 공기 대 공기 열 교환기에 의해 달성될 수 있는 냉각 출력이 충분하지 않을 때에만 보조적으로 작동되어야 한다.

공기 대 공기 열 교환기에 기초한 냉각기기의 구조적 디자인은 압축기 작동식 냉각 회로에 기초한 냉각기기와 기본적으로 차이가 있기 때문에, 선행기술에 공개된 냉각기기는 지금까지는 공기 대 공기 열 교환기에 기초한 냉각 회로가 압축기 작동식 냉각회로와 동시에 작동되는 것이 불가능하거나 높은 비용을 들여서만 가능하다. 또한 공개된 냉각기기에서 상기 냉각 프로세스들 사이의 전환을 위해 항상 반드시 냉각기기의 내부의 구조적 변경이 실행되어야 한다. 예를 들어 공기 흐름은 플랩 및 그와 같은 것의 선회에 의해 소정의 냉각 프로세스에 맞게 조정되어야 한다. 이는 적절한 작동 메커니즘 및 액추에이터의 이용을 필요로 하고, 이로 인해 시스템의 신뢰성이 낮아지고 시스템의 복잡성이 증가한다. 이는 특히, 냉각기기의 고장이 스위치 캐비닛 실내에 배치된 전자 부품들로 이루어진 시스템에 고장을 일으키거나 파괴를 야기할 수 있는 점에서 위험하다.

본 발명의 과제는 스위치 캐비닛 부품들의 출력 손실 및 스위치 캐비닛의 주변 온도와 같은 개별적인 상황에 맞게 냉각기기의 특히 융통성 있는 조정을 가능하게 하고, 스위치 캐비닛의 에너지 효율적이고 확실한 냉각을 보장하는 스위치 캐비닛 냉각을 위한 열 교환기 및 해당하는 스위치 캐비닛을 제공하는 것이다.

상기 과제는 청구항 1의 특징을 포함하는 열 교환기 및 청구항 5의 특징 또는 청구항 8의 특징을 포함하는 스위치 캐비닛에 의해 해결된다. 나머지 종속 청구항들은 각각 본 발명의 바람직한 실시예들에 해당한다.

본 발명에 따라 열 교환기는 바람직하게 서로 평행하게 정렬된 다수의 박판을 포함하고, 이 경우 인접한 박판들 사이에 열 교환기를 통해서 공기 유동 채널이 형성되고, 제1 및 제2 파이프 시스템은 열 교환을 위해 다수의 박판에 의해 서로 열 결합된다. 박판들은 기본적으로 서로 무관하게 형성된, 특히 유체적으로 서로 분리된 열 교환기의 파이프 시스템들을 서로 열 결합하는데 이용되므로, 2개의 파이프 시스템에 제공된 냉각제의 온도차가 0이 아닐 때면 항상 제1 및 제2 파이프 시스템 사이의 열 교환이 이루어진다.

본 발명에 따른 열 교환기는 따라서 기본적으로 공랭식 박판 열 교환기이고, 상기 열 교환기는 상기 열 교환기를 관류하는 공기와 제1 파이프 시스템의 냉각제 및/또는 제2 파이프 시스템의 다른 냉각제 사이의 열 교환을 가능하게 한다. 파이프 시스템들 중 하나의 파이프 시스템은 이 경우 예를 들어 능동 냉각 프로세스의 구성부, 예컨대 압축기 작동식 냉각 회로의 구성부일 수 있는 한편, 다른 파이프 시스템은 예를 들어 수동 냉각 회로에 통합된다. 본 발명에 따른 열 교환기는, 상기 열 교환기가 스위치 캐비닛 냉각을 위한 냉각기기의 구성에 이용되면, 구현된 냉각 프로세스와 관련해서 높은 가변성을 제공하는 것을 특징으로 한다. 기본적으로 본 발명에 따른 열 교환기는 그러나 스위치 캐비닛 냉각 용도에 제한되는 것이 아니라, 오히려 다양한 산업적 냉각 용도로 또는 가정용으로도 이용될 수 있다.

바람직하게 제1 및 제2 파이프 시스템은 열 교환기를 통과하는 공기 유동 방향으로 차례로 배치된다. 2개의 파이프 시스템 중 하나의 파이프 시스템이 수동 냉각 시스템의 구성부이고, 다른 파이프 시스템은 능동 냉각 시스템의 구성부인 경우에, 수동 냉각 회로의 파이프 시스템은 유동 방향으로 능동 냉각 회로의 파이프 시스템 앞에 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 열 교환기는 스위치 캐비닛 공조를 위한 다양한 냉각기기의 형성을 위한 하나의 동일한 실시예에서 이용될 수 있는 모듈 방식의 부품이어야 한다. 스위치 캐비닛 냉각기기에 상기 열 교환기의 융통성 있는 통합을 가능하게 하기 위해, 본 발명의 실시예에서 제1 및 제2 파이프 시스템은 각각 냉각제 공급부를 위한 접속부와 냉각제 리턴부를 위한 접속부를 포함한다.

본 발명에 따른 스위치 캐비닛은 전술한 방식의 제1 및 제2 열 교환기를 포함하는 냉각기기를 포함하고, 이 경우 제1 열 교환기는 스위치 캐비닛의 주변을 향해 개방된 제1 공기 유입부와 제1 공기 배출부를 포함하는 제1 공기 통로에 배치되고, 제2 열 교환기는 스위치 캐비닛의 내부를 향해 개방된 제2 공기 유입부 및 제2 공기 배출부를 포함하는 제2 공기 통로에 배치되고, 제1 열 교환기의 제1 파이프 시스템은 제2 열 교환기의 제1 파이프 시스템과 함께 폐쇄된 제1 냉각제 회로를 형성하고, 제1 열 교환기의 제2 파이프 시스템은 제2 열 교환기의 제2 파이프 시스템과 함께 폐쇄된 제2 냉각제 회로를 형성한다.

본 발명의 실시예에서 냉각기기는 스위치 캐비닛의 수직 벽에 고정된 벽걸이형 냉각기기이다. 이 경우 바람직하게 제1 열 교환기는 적어도 부분적으로 제2 열 교환기 위에 배치되고, 2개의 냉각제 회로 중 적어도 하나의 냉각제 회로는 수동 냉각제 회로이다. 열 교환기가 전술한 바와 같이 배치되고, 2개의 냉각제 회로 중 하나의 냉각제 회로가 폐쇄된 수동 냉각제 회로인 경우에, 수동 냉각제 회로가 적어도 부분적으로 냉각제로 채워지면 스위치 캐비닛의 온도가 스위치 캐비닛의 주변 온도보다 높을 때 수동 냉각제 회로의 제2 열 교환기의 영역에 제공된 냉각제는 스위치 캐비닛 공기 열로 인해 액체 응집 상태에서 기체 응집 상태로 이행하고, 제1 열 교환기 내로 상승하고, 거기에서 더 차가운 주변 공기에 의해 냉각되어 응축된 후에, 중력으로 인해 다시 제2 열 교환기 내로 역류된다.

냉각제는 제2 열 교환기에서 증발시 열을 흡수하는 한편, 제1 열 교환기에서 응축시 동일한 열량을 다시 방출한다. 제2 열 교환기 내의 냉각제는 제2 열 교환기를 관류하는 스위치 캐비닛 공기에서 상기 열량을 제거하고, 제1 열 교환기에서 응축시 상기 열량을 주변 공기에 방출한다. 이로써 제2 공기 통로로부터 제1 공기 통로로 순열유동이 이루어진다.

바람직한 실시예에서 2개의 냉각제 회로 중 하나의 냉각제 회로는 수동 냉각제 회로이고, 다른 냉각제 회로는 바람직하게 압축기 또는 펌프 작동식 능동 냉각제 회로이고, 이 경우 수동 냉각제 회로의 파이프 시스템이 공기 유동 방향으로 능동 냉각제 회로의 파이프 시스템 앞에 배치되도록, 제1 열 교환기는 제1 공기 통로에 배치되고 제2 열 교환기는 제2 공기 통로에 배치된다. 능동 냉각제 회로는 다양하게 형성될 수 있다. 상기 능동 냉각제 회로는 예를 들어 압축기 회로일 수 있고, 압축기, 응축기, 팽창 밸브 및 증발기를 포함하고, 이 경우 응축기와 증발기는 제1 및 제2 열 교환기에 의해 제공될 수 있다. 상기 능동 냉각제 회로는 유체 냉각제, 바람직하게 물의 순환에 의한 열 이송이 이루어지는 냉각수 회로일 수도 있다. 제2 공기 통로 내의 제2 열 교환기를 관류하는 유체 냉각제는 외부 냉각수원에 의해 또는 제1 공기 통로에 배치된 제1 열 교환기에 의해 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 대안적인 스위치 캐비닛은 본 발명에 따른 제1 및 제2 열 교환기를 포함하고, 이 경우 제1 열 교환기는 스위치 캐비닛의 주변을 향해 개방된 제1 공기 유입부와 제1 공기 배출부를 포함하는 제1 공기 통로에 배치되고, 제2 열 교환기는 스위치 캐비닛의 실내를 향해 개방된 제2 공기 유입부와 제2 공기 배출부를 포함하는 제2 공기 통로에 배치되고, 이 경우

1. 제1 열 교환기의 제1 및 제2 파이프 시스템은 직렬로 접속되고, 직렬 접속된 파이프 시스템들은 제2 열 교환기의 제1 파이프 시스템 또는 제2 파이프 시스템과 함께 폐쇄된 냉각제 회로를 형성하고, 폐쇄된 냉각제 회로의 구성부가 아닌 제2 열 교환기의 파이프 시스템은 냉각제에 의해 관류되거나,

2. 제2 열 교환기의 제1 및 제2 파이프 시스템은 직렬로 접속되고, 직렬 접속된 파이프 시스템들은 제1 열 교환기의 제1 파이프 시스템 또는 제2 파이프 시스템과 함께 폐쇄된 냉각제 회로를 형성하고, 폐쇄된 냉각제 회로의 구성부가 아닌 제1 열 교환기의 파이프 시스템은 냉각제에 의해 관류된다.

또한 제1 열 교환기는 적어도 부분적으로 제2 열 교환기 위에 배치될 수 있고, 이 경우 폐쇄된 냉각제 회로는 수동 냉각제 회로이고, 냉각제에 의해 관류되는 파이프 시스템은 바람직하게 펌프 또는 압축기 작동식 능동 냉각 회로의 구성부이다.

본 발명의 다른 실시예에서 냉각제에 의해 관류되는 파이프 시스템을 포함하는 열 교환기는 능동 냉각 회로의 공기 대 물 열 교환기 또는 증발기이고, 또한 냉각제에 의해 관류되는 파이프 시스템이 제1 열 교환기의 구성부이면 수동 냉각 회로의 응축기이거나, 냉각제에 의해 관류되는 파이프 시스템이 제2 열 교환기의 구성부이면, 수동 냉각 회로의 증발기이다.

본 발명의 실시예에서 냉각제 회로 중 하나의 냉각제 회로는 수동 냉각제 회로이고, 다른 냉각제 회로는 압축기 작동식 냉각제 회로이고, 이 경우 능동 냉각제 회로의 팽창 수단과 압축기는 각각 선택적으로 개방 및 폐쇄 가능한 바이패스 라인을 통해 연결되거나, 냉각제 필터를 실질적으로 압력 손실 없이 통과할 수 있는 상태를 취할 수 있다. 이러한 실시예에서 하이브리드 냉각기기는 4개의 상이한 작동 모드를 갖는다. 제1 작동 모드에서 제1 냉각제 회로는 능동 작동되고, 제2 작 냉각제 회로는 비활성화된다. 제2 작동 모드에서 제1 냉각제 회로는 수동 작동되고, 제2 냉각제 회로는 비활성화된다. 제3 작동 모드에서 제1 냉각제 회로는 능동 작동되고, 제2 냉각제 회로는 수동 작동된다. 제4 작동 모드에서 제1 및 제2 냉각제 회로는 수동 작동된다. 제2 냉각제 회로 외에 제1 냉각제 회로도 수동 작동되는 경우에 제1 및 제2 냉각제 회로의 냉각 출력의 합이 충분하지 않을 때에만, 제1 냉각제 회로는 능동 작동되어야 한다.

바이패스 라인 대신에 팽창 수단 또는 압축기가 냉각제를 실질적으로 압력 손실 없이 통과시킬 수 있는 상태를 취할 수 있는 것이 제공될 수도 있다. 따라서 예를 들어 팽창 밸브로서 니들 밸브로 형성된 팽창 수단에서 밸브는 개방 위치가 될 수 있고, 상기 개방 위치에서 냉각제는 팽창 밸브를 실질적으로 방해받지 않고 통과할 수 있다. 또한 압축기는 통합된 바이패스 라인을 포함할 수 있거나 냉각제가 상기 압축기를 방해받지 않고 통과할 수 있는 작동 상태를 취할 수 있다.

본 발명의 다른 세부사항들은 하기 도면을 참고로 설명된다.

도 1은 명료함을 위해 박판이 부분적으로 제거된 본 발명에 따른 열 교환기의 실시예를 도시한 도면.
도 2는 히트 파이프를 압축기 작동식 냉각 회로와 조합하는 벽걸이형 하이브리드 냉각기기를 개략적으로 도시한 횡단면도.
도 3은 히트 파이프만을 포함하는 본 발명에 따른 냉각기기를 도시한 도면.
도 4는 내부 회로에 냉각수 유닛을 포함하는 본 발명에 따른 하이브리드 냉각기기를 도시한 도면.
도 5는 외부 회로에 냉각수 유닛이 배치된 도 4에 따른 실시예의 변형예를 도시한 도면.
도 6은 외부 회로에 냉각수 유닛이 배치된 루프 구조용 하이브리드 냉각기기를 도시한 도면.
도 7은 외부 회로에 냉각수 유닛이 배치된 도 6에 따른 냉각기기의 변형예를 도시한 도면.
도 8은 능동 냉각 회로가 바이패스에 의해 선택적으로 수동 접속될 수 있는 하이브리드 냉각기기를 도시한 도면.

도 1에 따른 열 교환기(1)는 제1 냉각제가 안내되는 제1 파이프 시스템(2)과 제2 냉각제가 안내되는 제2 파이프 시스템(3)을 포함한다. 파이프 시스템(2, 3)은 각각 평행한 파이프 트랙으로 구성되고, 상기 파이프 트랙은 열 교환기(1)의 2개의 길이방향 단부 사이에서 연장된다. 길이방향 단부에서 평행한 파이프라인들은, 각각의 냉각제 공급부(5)와 냉각제 리턴부(6) 사이에 냉각제가 안내되도록 서로 연결된다. 도 1에 도시된 열 교환기(1)는, 도면에서 수직 길이방향 측면을 통해 기체, 예를 들어 공기가 관류될 수 있도록 설계된다. 열 교환기(1)는 다수의 박판(4)을 포함하고, 이 경우 인접한 박판들 사이에 열 교환기를 통해서 공기 유동 채널이 형성된다. 따라서 플레이트 열 교환기에 해당하는 경우에 플레이트로서 형성될 수도 있는 박판들(4)은, 제1 파이프 시스템(2) 및 제2 파이프 시스템(3)을 열 교환을 위해 서로 열 결합하는 역할을 한다. 열 교환기(1)를 관류하는 공기의 전술한 유동 방향에 있어서 제1 파이프 시스템(2) 및 제2 파이프 시스템(3)은 공기 유동 방향으로 차례로 배치된다. 제1 파이프 시스템(2)은 수동 냉각 회로의 구성부이고, 제2 파이프 시스템(3)은 능동 냉각 회로의 구성부이고, 따라서 열 교환기(1)를 관류하는 공기의 냉각이 바람직하게 수동 냉각 프로세스에 의해 이루어지는 경우에, 수동 냉각 회로에 의해 제공된 냉각 출력이 충분하지 않을 때에만 능동 냉각 프로세스가 활성화될 수 있다. 2개의 냉각 회로는 서로 무관하게 구현되기 때문에, 능동 냉각 회로의 접속을 위해 수동 냉각 회로가 중단되거나 완전히 비활성화되지 않아도 된다. 능동 냉각 회로가 비활성화되고 따라서 수동 냉각 회로에 의해 냉각이 이루어져야 하는 경우에, 제1 열 교환기(1) 내의 능동 냉각 회로의 파이프 시스템의 파이프라인들은 박판(4)에 의해 구현된 열 결합에 따라, 수동 냉각 회로의 파이프 시스템의 냉각력을 높이는데 이용된다. 따라서 능동 냉각 회로가 비활성화되더라도 상기 냉각 회로의 파이프 시스템은 열 교환기(1)에서 무용하지 않다. 오히려 상기 파이프 시스템은 이러한 경우에 수동 냉각 회로의 효율을 높이는데 이용된다. 2개의 냉각 회로가 활성화되면, 제1 파이프 시스템(2) 및 제2 파이프 시스템(3) 사이의 열 이송은 조절되는 온도 구배에 따라 이루어지고, 이로써 열 교환기(1) 내의 열 또는 냉기 피크가 방지되므로, 열 교환기의 효율 증가가 달성된다.

도 2는 냉각기기(8)가 벽걸이형 냉각기기로서 형성된 스위치 캐비닛(7)을 도시한다. 스위치 캐비닛(7)은 스위치 캐비닛 실내(7.1)를 포함하고, 이 경우 스위치 캐비닛(7)의 외벽에 냉각기기(8)가 부착되고, 스위치 캐비닛(7)의 실내(7.1)는 공기 유입부(10) 및 공기 배출부(11)를 통해 냉각기기(8)의 제2 공기 통로(12)에 유체적으로 연결된다. 스위치 캐비닛(7.1) 내부에 있는 공기는 팬(17)에 의해 제2 공기 통로(12)를 통해서 운반된다. 제2 공기 통로(12)에 도 1에 따른 본 발명에 따른 제2 열 교환기(1.2)가 배치된다. 냉각기기(8)는 제2 공기 통로(12)로부터 유체적으로 분리된 제1 공기 통로(9)를 포함하고, 상기 제1 공기 통로는 공기 유입부(10) 및 공기 배출부(11)를 통해 스위치 캐비닛(7)의 주변에 유체적으로 연결된다. 또한 팬(17)은 유입부(10)를 통해 냉각기기(8)의 제1 공기 통로(9) 내로 주변 공기를 운반하기 위해 이용된다. 제1 공기 통로(9)에 도 1에 따른 본 발명에 따른 제1 열 교환기(1.1)가 배치되고, 상기 열 교환기는 제1 공기 통로(9)를 통해 안내되는 공기에 의해 관류된다. 열 교환기(1.1, 1.2)는, 제1 열 교환기(1.1)의 제1 파이프 시스템(2)이 제2 열 교환기(1.2)의 제1 파이프 시스템(2)과 함께 폐쇄된 제1 냉각제 회로(13)를 형성하도록 그리고 제1 열 교환기(1.1)의 제2 파이프 시스템(3)은 제2 열 교환기(1.2)의 제2 파이프 시스템(3)과 함께 폐쇄된 제2 냉각제 회로(14)를 형성하도록 유체적으로 서로 연결된다.

폐쇄된 제1 냉각제 회로(13)는 도 2에 따른 실시예에서 압축기(15)와 팽창 밸브(16)를 가진 압축기 작동식 냉각제 회로이다. 따라서 제1 열 교환기(1.1)는 폐쇄된 제1 냉각제 회로(13)에 관련되는 경우에, 응축기의 기능을 하고, 제2 열 교환기(1.2)는 폐쇄된 제1 냉각제 회로(13)와 관련되는 경우에, 증발기의 기능을 한다.

폐쇄된 제2 냉각제 회로(14)는 수동 냉각 회로를 형성한다. 이를 위해 제1 열 교환기(1.1)는 제2 열 교환기(1.2) 위에 배치된다. 폐쇄된 제2 냉각제 회로(14)는 적어도 부분적으로 냉각제로 채워진다. 유체 냉각제는 중력으로 인해 폐쇄된 제2 냉각제 회로(14)의 하부 영역에 침전된다. 거기에 제2 열 교환기(1.2)가 배치된다. 제2 열 교환기(1.2)는 제2 공기 통로(12)를 통해 운반된 따뜻한 스위치 캐비닛 공기에 의해 관류된다. 이 경우 폐쇄된 제2 냉각제 회로(14)의 냉각제가 가열되고, 후속해서 상기 냉각제는 적어도 부분적으로 증발한다. 증발하는 냉각제는 제1 열 교환기(1.1) 내로 상승한다. 상기 제1 열 교환기는 제1 공기 통로(9)를 통해 팬(17)에 의해 운반된 스위치 캐비닛(7)의 차가운 주변 공기에 의해 냉각되고, 이어서 기체 냉각제는 제1 열 교환기(1.1)에서 응축된다. 응축된 냉각제는 중력으로 인해 제1 열 교환기(1.1)로부터 다시 더 낮게 위치한 제2 열 교환기(1.2) 내로 역류되고, 거기에서 다시 증발할 수 있고, 제2 열 교환기(1.2) 내로 상승할 수 있다.

도 2에 따른 냉각기기(8)는 이로써 선택적으로 3개의 다양한 냉각 모드로, 즉 능동으로만, 수동으로만 또는 하이브리드로 작동될 수 있고, 이 경우 하이브리드 작동시 특히, 수동 냉각 프로세스가 지속적으로 작동될 수 있는 한편, 능동 냉각 프로세스는, 적어도 요구되는 냉각력이 모두 제공되도록 수동 냉각 프로세스에 의해 제공된 냉각 출력을 보완하기 위해 이용된다.

도 3 내지 도 7에, 다양한 냉각 프로세스를 구현하기 위해 실질적으로 하나의 동일한 냉각기기 구조가 이용될 수 있는 것이 도시된다. 도 3 내지 도 5에 따른 실시예는 벽걸이형 냉각기기에 관한 것이고, 도 6 및 도 7에 따른 실시예는 루프 장착부로서 형성된 냉각기기에 관한 것이다.

도 3에 따른 냉각기기(8)는 본 발명에 따른 2개의 열 교환기(1.1, 1.2)를 포함하고, 상기 열 교환기에서 각각의 제1 파이프 시스템(2) 및 제2 파이프 시스템(3)은, 관련 열 교환기(1.1, 1.2)가 각각 냉각제 공급부를 위한 접속부 및 냉각제 리턴부를 위한 접속부를 포함하도록 직렬로 접속된다. 냉각 회로는 응축기, 압축기 또는 펌프와 같은 능동 부품들을 포함하지 않고, 따라서 전술한 히트 파이프 원리에 기초한다. 이를 위해 특히, 제1 열 교환기(1.1)는 적어도 부분적으로 제2 열 교환기(1.2) 위에 배치되어야 한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 냉각기기(8)의 실질적으로 동일한 구조는, 제1 열 교환기(1.1)의 제1 파이프 시스템(2) 및 제2 파이프 시스템(3)이 직렬로 접속되고 제2 열 교환기(1.2)의 2개의 파이프 시스템(2, 3) 중 하나의 파이프 시스템과 함께 폐쇄된 수동 냉각제 회로(13)를 형성하는 하이브리드 냉각 프로세스를 구현하는데 이용될 수 있다. 제2 열 교환기(1.2)의 나머지 파이프 시스템(2, 3)은 냉각수원(18)과 함께 폐쇄된 제2 냉각제 회로(14)를 형성한다. 냉각수원(18)은 열 교환기(1.2)에 의해 순환되는 냉각된 물을 제공하고, 냉각기기(8)의 구성부가 아니다. 이러한 추가의 능동 냉각제 회로(14)는 따라서, 스위치 캐비닛 실내(7.1)에 배치된 부품들의 출력 손실이 높거나 스위치 캐비닛(7)의 주변 온도가 높을 때 추가 냉각 출력을 제공하기 위해 이용될 수 있고, 상기 추가 냉각 출력은 전체적으로 충분한 스위치 캐비닛 냉각이 제공되도록 수동 냉각제 회로(13)에 의해 제공된 냉각력을 보완한다.

특히 주변 온도가 높을 때 도 5에 따른 구조에 상응하게, 추가 능동 냉각제 회로(14)를 제1 공기 통로(9)에 통합된 열 교환기(1.1)에 의해 구현하는 것이 바람직할 수 있다.

도 6 및 도 7은, 도 3 및 도 4와 유사하게, 본 발명에 따라 높은 가변성을 갖는 루프 구조를 위한 냉각기기(8)가 구현될 수 있는 것을 도시한다. 루프 장착부로서 구현된 냉각기기에서도 수동 냉각제 회로(13) 외에 능동 냉각제 회로(14)를 외부 회로에서 제1 열 교환기(1.1; 도 6 참조)에 의해 또는 내부 회로에서 제2 열 교환기(1.2; 도 7 참조)에 의해 구현하는 것은 사용자에게 선택적이다.

도 8은 폐쇄된 제1 냉각제 회로(13)와 폐쇄된 제2 냉각제 회로(14)를 서로 열 결합하는 본 발명에 따른 제1 및 제2 열 교환기(1)를 포함하는 본 발명에 따른 하이브리드 냉각기기(8)의 대안 실시예를 개략적으로 도시한다. 폐쇄된 제1 냉각제 회로(13)는 능동 냉각제 회로이고, 상기 냉각제 회로는 냉각제 유동 방향으로 차례로 압축기(15), 상부 열 교환기(1) 형태의 응축기, 팽창 밸브(16) 및 하부 열 교환기(1) 형태의 증발기를 포함한다. 압축기(15)와 팽창 밸브(16)는 각각 밸브(20)를 포함하는 바이패스 라인(19)을 통해 연결된다. 밸브(20)의 폐쇄 위치에서 폐쇄된 제1 냉각제 회로(13)는 능동 작동될 수 있다. 밸브(20)가 개방되면, 열 교환기(1)는 히트 파이프 및 수동 냉각제 회로를 형성한다. 2개의 냉각제 회로(13, 14)는, 제1 냉각제 회로(13)가 능동 작동되면 관련 냉각제가 서로 반대 방향으로 운반되도록 서로 배치된다. 제2 냉각제 회로(14)에서 제2 냉각제는 증발기와 응축기 사이에 안내된다. 응축기와 증발기는 각각, 2개의 냉각제 회로(13, 14)가 증발기 및 응축기를 통해 서로 열 결합되도록 형성된다. 응축기는 수직으로 이격되어 증발기 위에 배치된다. 응축기는 냉각기기의 제1 부분 하우징으로 형성된 냉각기기(8)의 제1 공기 통로(9)에 배치되고, 증발기, 압축기(15) 및 팽창 수단(16)은 냉각기기의 제2 부분 하우징으로 형성된 제2 공기 통로(12)에 배치된다. 제1 공기 통로(9)와 특히 응축기를 통해 스위치 캐비닛의 주변 공기가 팬(17)에 의해 운반된다. 제2 공기 통로(12)와 특히 증발기를 통해 스위치 캐비닛 실내의 가열된 공기가 다른 팬(17)에 의해 운반된다. 바이패스 라인(19) 내의 밸브들(20)은 바람직하게 전기 작동식 자기 밸브이다.

제2 냉각제 회로(14) 내의 제2 냉각제는 제2 공기 통로(12)를 통해 운반된 따뜻한 스위치 캐비닛 공기에 의해 가열된 후에, 적어도 부분적으로 증발되거나, 적어도 제2 냉각제 회로(14)를 따라 증발기로부터 응축기 내로 운반되는 정도까지 밀도를 감소시킨다. 응축기는 스위치 캐비닛의 차가운 주변 공기에 의해 관류된다. 이로 인해 냉각제는, 냉각제 회로(14)를 따라 증발기 내로 역류할 수 있도록 응축 또는 압축되고, 이로써 거기에서 다시 따뜻한 스위치 캐비닛 공기에 의해 가열될 수 있다. 제1 냉각제 회로(13)가 또한 수동 작동 모드이면, 상기 작동 모드에서도 냉각제는 제2 냉각제 회로(14)와 관련해서 전술한 방식으로 증발기와 응축기 사이에서 순환할 수 있다. 이러한 경우에 제1 냉각제 회로(13)에서 제1 냉각제의 운반 방향은 도시된 유동 방향(x)과 반대이다. 제1 냉각제 회로(13)에서 제1 냉각제의 도시된 유동 방향(x)은 제1 냉각제 회로(13)의 능동 작동시 설정된 유동 방향에 상응한다. 이러한 경우에 제1 냉각제 회로(13) 및 제2 냉각제 회로(14)에서 냉각제는 반대 방향으로 이동하고, 이로써 증발기 또는 응축기의 효율이 더욱 개선된다.

Claims

스위치 캐비닛 냉각을 위한 열 교환기(1)로서, 제1 냉각제를 위한 적어도 하나의 제1 파이프 시스템(2) 및 상기 제1 파이프 시스템(2)으로부터 유체적으로 분리된 제2 냉각제를 위한 적어도 하나의 제2 파이프 시스템(3)을 포함하고, 제1 파이프 시스템(2) 및 제2 파이프 시스템(3)이 서로 열 결합되는 열 교환기(1)에 있어서,
상기 열 교환기(1)는 다수의 박판(4)을 포함하고, 인접한 박판들(4) 사이에 상기 열 교환기(1)를 통해서 공기 유동 채널이 형성되고, 상기 제1 파이프 시스템(2) 및 제2 파이프 시스템(3)은 상기 다수의 박판(4)에 의해 서로 열 결합되며,
상기 제1 파이프 시스템(2) 및 제2 파이프 시스템(3)은 공기 유동 방향으로 차례로 배치되고, 상기 제1 파이프 시스템(2)은 수동 냉각제 회로의 구성부이며, 상기 제2 파이프 시스템(3)은 능동 냉각제 회로의 구성부인 것을 특징으로 하는 열 교환기.
청구항 1에 있어서, 상기 박판들(4)은 서로 평행하게 정렬되는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
삭제
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제1 파이프 시스템(2) 및 제2 파이프 시스템(3)은 각각 냉각제 공급부(5)를 위한 접속부와 냉각제 리턴부(6)를 위한 접속부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 교환기.
삭제
스위치 캐비닛(7)과 청구항 1 또는 청구항 2에 따른 제1 열 교환기(1.1) 및 제2 열 교환기(1.2)를 포함하는 냉각기기(8)를 가진 냉각 장치에 있어서, 제1 열 교환기(1.1)는 상기 스위치 캐비닛(7)의 주변을 향해 개방된 제1 공기 유입부(10)와 제1 공기 배출부(11)를 포함하는 제1 공기 통로(9)에 배치되고, 제2 열 교환기(1.2)는 상기 스위치 캐비닛(7)의 실내(7.1)를 향해 개방된 제2 공기 유입부(10)와 제2 공기 배출부(11)를 포함하는 제2 공기 통로(12)에 배치되고, 상기 제1 열 교환기(1.1)의 제1 파이프 시스템(2)은 상기 제2 열 교환기(1.2)의 상기 제1 파이프 시스템(2)과 함께 폐쇄된 제1 냉각제 회로(13)를 형성하고, 상기 제1 열 교환기(1.1)의 제2 파이프 시스템은 상기 제2 열 교환기(1.2)의 상기 제2 파이프 시스템(3)과 함께 폐쇄된 제2 냉각제 회로(14)를 형성하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
청구항 6에 있어서, 상기 제1 열 교환기(1.1)는 적어도 부분적으로 상기 제2 열 교환기(1.2) 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
청구항 6에 있어서, 수동 냉각제 회로의 파이프 시스템이 공기 유동 방향으로 능동 냉각제 회로의 파이프 시스템 앞에 배치되도록, 상기 제1 열 교환기(1.1)는 상기 제1 공기 통로(9)에 배치되고, 상기 제2 열 교환기(1.2)는 상기 제2 공기 통로(12)에 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
스위치 캐비닛(7)과 청구항 1 또는 청구항 2에 따른 제1 열 교환기(1.1) 및 제2 열 교환기(1.2)를 포함하는 냉각기기(8)를 가진 냉각 장치에 있어서, 상기 제1 열 교환기(1.1)는 상기 스위치 캐비닛(7)의 주변을 향해 개방된 제1 공기 유입부(10)와 제1 공기 배출부(11)를 포함하는 제1 공기 통로(9)에 배치되고, 상기 제2 열 교환기(1.2)는 상기 스위치 캐비닛(7)의 실내(7.1)를 향해 개방된 제2 공기 유입부(10)와 제2 공기 배출부(11)를 포함하는 제2 공기 통로에 배치되고,
1. 제1 열 교환기(1.1)의 제1 파이프 시스템(2) 및 제2 파이프 시스템(3)은 직렬로 접속되고, 직렬 접속된 파이프 시스템들(2, 3)은 제2 열 교환기(1.2)의 제1 파이프 시스템(2) 또는 제2 파이프 시스템(3)과 함께 폐쇄된 냉각제 회로를 형성하고, 폐쇄된 냉각제 회로의 구성부가 아닌 제2 열 교환기(1.2)의 파이프 시스템(2, 3)은 냉각제에 의해 관류되거나,
2. 제2 열 교환기(1.2)의 제1 파이프 시스템(2) 및 제2 파이프 시스템(3)은 직렬로 접속되고, 직렬 접속된 파이프 시스템들(2, 3)은 제1 열 교환기(1.1)의 제1 파이프 시스템(2) 또는 제2 파이프 시스템(3)과 함께 폐쇄된 냉각제 회로를 형성하고, 폐쇄된 냉각제 회로의 구성부가 아닌 제1 열 교환기(1.1)의 파이프 시스템(2, 3)은 냉각제에 의해 관류되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
청구항 9에 있어서, 상기 제1 열 교환기(1.1)는 적어도 부분적으로 상기 제2 열 교환기(1.2) 위에 배치되고, 폐쇄된 냉각제 회로는 수동 냉각제 회로이고, 냉각제에 의해 관류되는 파이프 시스템은 펌프 또는 압축기 작동식 능동 냉각 회로의 구성부인 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
청구항 10에 있어서, 냉각제에 의해 관류되는 상기 파이프 시스템(2, 3)을 포함하는 상기 열 교환기(1.1, 1.2)는, 능동 냉각 회로의 공기 대 물 열 교환기 또는 증발기이고, 또한 냉각제에 의해 관류되는 파이프 시스템(2, 3)이 제1 열 교환기(1.1)의 구성부이면 수동 냉각 회로의 응축기이거나, 냉각제에 의해 관류되는 파이프 시스템(2, 3)이 제2 열 교환기(1, 2)의 구성부이면, 수동 냉각 회로의 증발기인 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
청구항 6에 있어서, 상기 능동 냉각제 회로는 압축기 작동식 냉각제 회로의 압축기이고, 능동 냉각제 회로의 팽창 수단(16)과 압축기(15)는 각각 선택적으로 개방 및 폐쇄 가능한 바이패스 라인(19)을 통해 연결되거나, 냉각제가 더 작은 압력 손실로 또는 압력 손실 없이 상기 팽창 수단과 압축기를 통과할 수 있는 상태를 취할 수 있는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.