WO2013152749A2 - Kühlgerät für einen schaltschrank sowie ein entsprechendes verfahren - Google Patents

Kühlgerät für einen schaltschrank sowie ein entsprechendes verfahren Download PDF

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WO2013152749A2
WO2013152749A2 PCT/DE2013/000167 DE2013000167W WO2013152749A2 WO 2013152749 A2 WO2013152749 A2 WO 2013152749A2 DE 2013000167 W DE2013000167 W DE 2013000167W WO 2013152749 A2 WO2013152749 A2 WO 2013152749A2
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evaporator
passage
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Juan Carlos CACHO ALONSO
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Rittal Gmbh & Co. Kg
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20536—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for racks or cabinets of standardised dimensions, e.g. electronic racks for aircraft or telecommunication equipment
    • H05K7/206—Air circulating in closed loop within cabinets wherein heat is removed through air-to-air heat-exchanger
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    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20536—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for racks or cabinets of standardised dimensions, e.g. electronic racks for aircraft or telecommunication equipment
    • H05K7/20609—Air circulating in closed loop within cabinets wherein heat is removed through air-to-liquid heat-exchanger

Definitions

  • the invention relates to a cooling device for a control cabinet and a corresponding method.
  • a generic cooling device is known for example from DE 10 2008 050 376 AI.
  • the refrigerator has a heat exchanger associated with two spatially separated air passages, the heat exchanger being housed in a housing having openings at the two opposite longitudinal ends, each providing access to one of the aisles.
  • the generic cooling units have the disadvantage that they do not work energy-efficient, especially in the partial load range. This is because they run in less efficient on-off mode for maximum efficiency at maximum cooling capacity and thus at part load.
  • the fiction, contemporary cooling device comprises a housing having a first air passage between a first air inlet opening and a first air outlet opening and a second air passage, which is formed between a second air inlet opening and a second air outlet opening.
  • a first air passage between a first air inlet opening and a first air outlet opening and a second air passage, which is formed between a second air inlet opening and a second air outlet opening.
  • an air-to-air heat exchanger is arranged in the air-air heat exchanger is further arranged in the second air passage is.
  • the first air inlet opening and the first air outlet opening are open to the environment of the control cabinet and the second air inlet opening and the second air outlet opening to the interior of the control cabinet, wherein the first air passage is fluidly separated from the second air passage.
  • an air-to-air heat exchanger for cooling the air conducted through the second air passage from the interior of the cabinet is thereby possible that in the second air passage in the air flow direction behind the air-air heat exchanger, an air-water heat exchanger and / or a Evaporator is arranged, which provides depending on the pre-cooling generated by the air-to-air heat exchanger, if necessary, aftercooling of the guided through the second air passage air.
  • the air-water heat exchanger and / or evaporator is preferably a combined air-water heat exchanger and evaporator.
  • a liquid coolant is circulated. If the cabinet is set up, for example, in a building, the coolant between the air-water heat exchanger in the second air passage and another air-water heat exchanger, which is located outside the building and thus forms a heat sink, for example, in the winter months, can be circulated.
  • the combined air-water heat exchanger and evaporator may be operated as an evaporator of a compressor-driven cooling circuit.
  • the vaporized in the evaporator refrigerant is compressed and cooled in a condenser, which is located in the building or preferably outside of the building, after its expansion in the evaporator in the second air passage for the exchange of heat by the second Aerial ducted air to be piped.
  • the air-air heat exchanger is inserted into a passage between the first and second air passage.
  • the air-air heat exchanger fluidly separates the first air passage from the second air passage, wherein the first and the second air passage are thermally coupled via the air-to-air heat exchanger for heat exchange.
  • the cooling device is mounted on an outer side of the control cabinet, wherein the first air passage outside the cabinet and the second air passage is arranged inside the control cabinet.
  • the appliance according to the invention it is also conceivable for the appliance according to the invention that it is arranged completely outside the control cabinet.
  • the cabinet facing the outside of the refrigerator may be a boundary wall of the second air passage, wherein the second Vietnameseeinbergsöffhung and the second air outlet opening are formed in this outer side.
  • the air-water heat exchanger and / or evaporator is a combined air-water heat exchanger and evaporator, which is part of an optionally compressor-driven or circulating a coolant-based cooling circuit, wherein the cooling circuit further comprises a chiller, such as a combined air-water Heat exchanger and condenser, which is associated with a different heat reservoir than the combined air-water heat exchanger and evaporator.
  • the cabinet may be placed within a building, the chiller is located outside the building.
  • the method according to the invention for cooling a control cabinet has the following steps:
  • the air-water heat exchanger and / or evaporator is a combined air-water heat exchanger and evaporator, which is operated either as an air-water heat exchanger or as an evaporator, wherein the combined air-water heat exchanger and Evaporator is operated as an air-water heat exchanger when the provided by the air-water heat exchanger aftercooling of the second air passage through the air-air heat exchanger conducted air sufficient for a given power loss of a heat source inside the cabinet sufficient Cooling the air guided through the second air passage to achieve.
  • the combined air-water heat exchanger and evaporator is operated as an evaporator of a compressor-driven cooling circuit when provided in the operation of the combined air-water heat exchanger and evaporator as an air-water heat exchanger cooling capacity is insufficient to the temperature of the recorded in the control cabinet To keep air at a desired level.
  • the combined air-water heat exchanger and evaporator in the event that the cooling capacity of the air-water heat exchanger is insufficient to keep an air temperature inside the cabinet at a predetermined target temperature, alternately as an air Water heat exchanger or operated as an evaporator.
  • the combined air-water heat exchanger and evaporator is switched from operating as an evaporator to operate as an air-water heat exchanger when the air temperature inside the cabinet reaches a lower limit, which is below the target temperature, wherein the combined air - Water heat exchanger and evaporator is switched from the operation as an air-water heat exchanger to operate as an evaporator when the air temperature inside the cabinet reaches an upper limit, which is above the target temperature.
  • the cooling capacity of the air-water heat exchanger via a speed of a coolant circulating pump and / or a speed of a fan of another air-water heat exchanger between and the air-water heat exchanger combined air-water heat exchanger and evaporator, the coolant is circulated, is regulated.
  • the cooling capacity of the evaporator can be controlled by the speed of a compressor of the compressor-driven cooling circuit.
  • Figure 1 is a schematic representation of the mounted on a control cabinet cooling device according to the invention.
  • Figure 2 is an exploded view of the preferred embodiment of the cooling device according to the invention.
  • the cooling device 1 shows a schematic representation of an inventive cooling device 1, which is mounted on an outer side 21 of a control cabinet 20.
  • the cooling device 1 comprises a housing 2 which delimits a first and a second air passage 3, 8, wherein the first air passage 3 is formed between a first air inlet opening 4 and a first air outlet opening 5.
  • the second air passage 8 is formed between a second air inlet opening 9 and a second air outlet opening 10.
  • an air-air heat exchanger 7 is arranged, which projects into the second air passage 8 and the air passages 3, 8 thermally coupled.
  • an air-water heat exchanger and / or evaporator 6 is arranged in the air flow direction x behind the air-air heat exchanger 7.
  • the first air passage 3 is fluidly separated from the second air passage 8, wherein the first air inlet opening 4 and the first air outlet opening 5 are open to the environment of the control cabinet 20 and the second air inlet opening 9 and the second air outlet opening 10 to the interior of the control cabinet. It can be seen that the air-air heat exchanger 7 through a passage between the first and the second air passage 3, 8 protrudes, wherein the first air passage 3 outside the cabinet 20 and the second air passage 8 is disposed within the cabinet 20.
  • Separate fans 12 serve to drive the ambient air or the air taken in the control cabinet 20 through the first air passage 3 and the second air passage 8 and thus through the air-air heat exchanger 7, respectively.
  • a chiller 11 is associated with a different heat reservoir than the combined air-water heat exchanger and evaporator 6.
  • the chiller 11 may be mounted on the roof of the building or on an outside wall of the building.
  • the chiller 11 can be operated as an air-water heat exchanger, which provides sufficient cooling of the coolant due to the low outside temperatures, which is circulated between this and the combined air-water heat exchanger and evaporator 6 in the second air passage 3, so via the air-water heat exchanger and evaporator 6, the transported through the second air passage 3 ambient air of the control cabinet 20 is cooled down so far that including the pre-cooling by the air-air heat exchanger 7 sufficient heat from the interior of the cabinet 20 is replaced.
  • the heat exchanged from the inside of the switch cabinet via the air-air heat exchanger 7 is transferred to the air transported through the first air passage 3 and can thus be made available in the winter months for heating the building.
  • the cooling circuit between the combined air-water heat exchanger and evaporator 6 and the chiller 11 may also find application in a mixed operation. For example, is it sufficient to use the combined air-water heat exchanger and evaporator fer 6 provided precooling to permanently provide a sufficient cooling performance including the air-to-air heat exchanger 7, however, the provided by the combined air-water heat exchanger and evaporator 6 when operating this as an evaporator in a compressor-driven cooling cycle cooling capacity is greater than is necessary for a sufficient post-cooling of the transported through the second air passage 8 air, the combined air-water heat exchanger and evaporator 6 alternately as an air-water heat exchanger or as an evaporator and accordingly the cooling circuit this operated alternately driven by the compressor or only with circulation of a coolant become. Compared to the conventional on-off operation of a compressor-driven cooling circuit, the time intervals between the suspension of the compressor and the re-insertion of this can be extended and thus the energy efficiency of the entire system can be improved.
  • FIG. 2 shows the preferred embodiment of the invention.
  • the cooling device 1 in turn has a first air passage 3 and a second air passage 8, which are fluidly separated from each other via the air-air heat exchanger 7, but thermally coupled.
  • the housing 2 of the refrigerator 1 has on parallel side walls the first air inlet opening 4 and the first air outlet opening 5 of the first air passage 3 and the second air inlet opening 9 and the second Heilaustrittsöff 10 of the second air passage 8.
  • Separate fans 12 are provided for transporting the ambient air of the control cabinet through the first air passage 3 and the air taken in the control cabinet through the second air passage 8.
  • the air volumes transported through the first air passage 3 and the second air passage 8 pass through the air-air heat exchanger fluidly separated from each other, whereby the transported amounts of heat are exchanged.
  • the combined air-water heat exchanger and evaporator 6 is arranged in the air flow direction in the second air passage 8 behind the air-air heat exchanger 7.
  • condensing air moisture is discharged via a droplet 13 in a condensate tray 14.
  • the cooling device shown in Figure 2 is provided for outdoor mounting on a side wall of a control cabinet, wherein the cabinet has on the corresponding side wall with the openings 9 and 10 corresponding air inlet and Lucasaustrittsöff openings. Since the cooling device 1 is thus arranged completely outside the control cabinet 20, the condensed water collected in the condensate pan 14 can not come into contact with the interior of the control cabinet 20 and the components accommodated therein.
  • an air-water heat exchanger When in the present invention of an air-water heat exchanger is mentioned, it basically means any type of heat exchangers in which heat can be exchanged for a liquid coolant from air or heat in air.
  • the coolant is not limited to water and is intended in particular also to include such coolants as are used in compressor-driven cooling circuits.

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Abstract

Kühl gerät (1) für einen Schaltschrank (20), mit einem Gehäuse (2), das einen ersten Luftgang (3) mit einer ersten Lufteintrittsöffhung (4) und einer ersten Luftaustrittsöffnung (5) aufweist, wobei in dem ersten Luftgang (3) ein Luft-Luft- Wärmetauscher angeordnet ist, und mit einem zweiten Luftgang (8), der zwischen einer zweiten Lufteintrittsöffnung (9) und einer zweiten Luftaustrittsöffnung (10) ausgebildet ist, wobei der Luft- Luft- Wärmetauscher (7) weiterhin in dem zweiten Luftgang (8) angeordnet ist und in Luftströmungsrichtung (x) hinter dem Luft-Luft-Wärmetauscher (7) ein Luft-Wasser-Wärmetauscher und/oder Verdampfer (6) in dem zweiten Luftgang (8) angeordnet ist, wobei die erste Lufteintrittsöffnung (4) und die erste Luftaustrittsöffnung (5) zur Umgebung des Schaltschrankes (20) und die zweite Lufteintrittsöffnung (9) sowie die zweite Luftaustrittsöffnung (10) zum Innern des Schaltschrankes (20) geöffnet sind, und wobei der erste Luftgang (3) von dem zweiten Luftgang (8) fluidisch abgetrennt ist.

Description

Kühlgerät für einen Schaltschrank sowie ein entsprechendes Verfahren
Die Erfindung betrifft ein Kühlgerät für einen Schaltschrank sowie ein entsprechendes Verfahren.
Ein gattungsgemäßes Kühlgerät ist beispielsweise aus der DE 10 2008 050 376 AI bekannt. Das Kühlgerät weist einen Wärmetauscher auf, dem zwei räumlich getrennte Luftgänge zugeordnet sind, wobei der Wärmetauscher in einem Gehäuse untergebracht ist, das an den beiden einander gegenüberliegenden längsseitigen Enden Öffnungen aufweist, die jeweils einen Zugang zu einem der Luftgänge schaffen.
Die gattungsgemäßen Kühlgeräte haben den Nachteil, dass sie insbesondere im Teillastbereich nicht energieeffizient arbeiten. Dies liegt daran, dass sie für maximale Effizienz bei maximaler Kühlleistung und somit im Teillastbereich im weniger effizienten An-Aus-Betrieb laufen.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Kühlgerät für einen Schaltschrank sowie ein entsprechendes Verfahren zur Kühlung eines Schaltschrankes vorzuschlagen, welche eine energieeffiziente Kühlung des Schaltschrankinnenraums ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kühlgerät für einen Schaltschrank nach dem Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren zur Kühlung eines Schaltschrankes nach dem Patentanspruch 7 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen jeweils bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
Das erfindungs gemäße Kühlgerät umfasst ein Gehäuse, das einen ersten Luftgang zwischen einer ersten Lufteintrittsöffnung und einer ersten Luftaustrittsöffnung sowie einen zweiten Luftgang aufweist, der zwischen einer zweiten Lufteintrittsöffnung und einer zweiten Luftaustrittsöffnung ausgebildet ist. In dem ersten Luftgang ist ein Luft-Luft- Wärmetauscher angeordnet, wobei der Luft-Luft- Wärmetauscher weiterhin in dem zweiten Luftgang angeordnet ist. Die erste Lufteintrittsöffnung und die erste Luftaustrittsöffnung sind zur Umgebung des Schaltschrankes und die zweite Lufteintrittsöffnung sowie die zweite Luftaustrittsöffnung zum Innern des Schaltschrankes geöffnet, wobei der erste Luftgang von dem zweiten Luftgang fluidisch abgetrennt ist.
Die Verwendung eines Luft-Luft- Wärmetauschers zur Kühlung der durch den zweiten Luftgang geleiteten Luft aus dem Innern des Schaltschrankes wird dadurch möglich, dass in dem zweiten Luftgang in Luftströmungsrichtung hinter dem Luft-Luft- Wärmetauscher ein Luft- Wasser- Wärmetauscher und/oder ein Verdampfer angeordnet ist, der in Abhängigkeit der von dem Luft-Luft- Wärmetauscher erzeugten Vorkühlung eine bedarfsweise Nachkühlung der durch den zweiten Luftgang geleiteten Luft bereitstellt.
Bevorzugt ist der Luft- Wasser- Wärmetauscher und/oder Verdampfer ein kombinierter Luft- Wasser- Wärmetauscher und Verdampfer. Je nach geforderter Kühlleistung und Umgebungstemperatur des Schaltschrankes kann es somit zur Bereitstellung der notwendigen Nachkühlung hinreichend sein, dass zwischen dem Luft- Wasser- Wärmetauscher im zweiten Luftgang und einem entsprechenden Luft- Wasser- Wärmetauscher ein flüssiges Kühlmittel umgewälzt wird. Ist der Schaltschrank beispielsweise in einem Gebäude aufgestellt, kann das Kühlmittel zwischen dem Luft- Wasser- Wärmetauscher im zweiten Luftgang und einem weiteren Luft- Wasser- Wärmetauscher, welcher sich außerhalb des Gebäudes befindet und damit beispielsweise in den Wintermonaten eine Wärmesenke bildet, umgewälzt werden. In den Sommermonaten kann es notwendig sein, dass der kombinierte Luft- Wasser- Wärmetauscher und Verdampfer als Verdampfer eines kompressorangetriebenen Kühlkreislaufes betrieben wird. In diesem Fall wird dann das in dem Verdampfer verdampfte Kühlmittel verdichtet und in einem Verflüssiger, welcher in dem Gebäude oder bevorzugt außerhalb des Gebäudes aufgestellt ist, abgekühlt, um nach seiner Expansion in den Verdampfer im zweiten Luftgang für den Abtausch der Wärme der durch den zweiten Luftgang geleiteten Luft, geleitet zu werden.
Bei einer Ausfuhrungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Luft-Luft- Wärmetauscher in einen Durchlass zwischen dem ersten und zweiten Luftgang eingesetzt ist. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Luft-Luft- Wärmetauscher den ersten Luftgang von dem zweiten Luftgang fluidisch abtrennt, wobei der erste und der zweite Luftgang über den Luft-Luft- Wärmetauscher für den Wärmeaustausch thermisch gekoppelt sind. Eine derartige Ausführungsform wird weiter unten mit Bezug auf die Figur 2 beschrieben.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kühlgerät an einer Außenseite des Schaltschrankes montiert ist, wobei der erste Luftgang außerhalb des Schaltschran- kes und der zweite Luftgang im Innern des Schaltschrankes angeordnet ist. Ebenso ist es wie von gattungsgemäßen Kühlgeräten bekannt auch bei dem erfindungsgemäßen Gerät denkbar, dass dieses vollständig außerhalb des Schaltschrankes angeordnet ist. Dabei kann die dem Schaltschrank zugewandte Außenseite des Kühlgerätes eine Begrenzungswand des zweiten Luftgangs sein, wobei in dieser Außenseite die zweite Lufteintrittsöffhung und die zweite Luftaustrittsöffnung ausgebildet sind.
Bevorzugt ist der Luft- Wasser- Wärmetauscher und/oder Verdampfer ein kombinierter Luft- Wasser- Wärmetauscher und Verdampfer, der Bestandteil eines wahlweise kompressorgetriebenen oder auf Umwälzung eines Kühlmittels basierenden Kühlkreislaufes ist, wobei der Kühlkreislauf weiterhin einen Kaltwassererzeuger, etwa einen kombinierten Luft- Wasser- Wärmetauscher und Verflüssiger aufweist, der einem anderen Wärmereservoir als der kombinierte Luft- Wasser- Wärmetauscher und Verdampfer zugeordnet ist. Beispielsweise kann der Schaltschrank innerhalb eines Gebäudes aufgestellt sein, wobei der Kaltwassererzeuger außerhalb des Gebäudes angeordnet ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kühlung eines Schaltschrankes weist die folgenden Schritte auf:
Durchleiten von Luft aus der Umgebung des Schaltschrankes durch einen ersten Luftgang eines Kühlgerätes;
Durchleiten von Luft aus dem Innern des Schaltschrankes durch einen zweiten Luftgang des Kühlgerätes, wobei der erste und der zweite Luftgang fluidisch voneinander getrennt und über einen Luft-Luft- Wärmetauscher thermisch gekoppelt sind;
Nachkühlen der durch den zweiten Luftgang durch den Luft-Luft- Wärmetauscher geleiteten Luft mit einem Luft- Wasser- Wärmetauscher und/oder einem Verdampfer.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Luft- Wasser- Wärmetauscher und/oder Verdampfer ein kombinierter Luft- Wasser- Wärmetauscher und Verdampfer, der wahlweise als Luft- Wasser- Wärmetauscher oder als Verdampfer betrieben wird, wobei der kombinierte Luft- Wasser- Wärmetauscher und Verdampfer als Luft- Wasser- Wärmetauscher betrieben wird, wenn die von dem Luft- Wasser- Wärmetauscher bereitgestellte Nachkühlung der durch den zweiten Luftgang durch den Luft-Luft- Wärmetauscher geleiteten Luft ausreicht, um bei einer gegebenen Verlustleistung einer Wärmequelle im Innern des Schaltschrankes eine ausreichende Kühlung der durch den zweiten Luftgang geleiteten Luft zu erreichen. Der kombinierte Luft- Wasser- Wärmetauscher und Verdampfer wird als Verdampfer eines kompressorangetriebenen Kühlkreislaufes betrieben, wenn die bei dem Betrieb des kombinierten Luft- Wasser- Wärmetauscher und Verdampfers als Luft- Wasser- Wärmetauscher bereitgestellte Kühlleistung nicht ausreicht, um die Temperatur der in dem Schaltschrank aufgenommenen Luft auf einem gewünschten Niveau zu halten.
So kann es vorgesehen sein, dass der kombinierte Luft- Wasser- Wärmetauscher und Verdampfer für den Fall, dass die Kühlleistung des Luft- Wasser- Wärmetauschers nicht ausreicht, um eine Lufttemperatur im Innern des Schaltschrankes auf einer vorgegebenen Zieltemperatur zu halten, abwechselnd als Luft- Wasser- Wärmetauscher oder als Verdampfer betrieben wird. Dabei wird der kombinierte Luft- Wasser- Wärmetauscher und Verdampfer von dem Betrieb als Verdampfer auf den Betrieb als Luft- Wasser- Wärmetauscher umgestellt, wenn die Lufttemperatur im Innern des Schaltschrankes einen unteren Grenzwert, der unterhalb der Zieltemperatur liegt, erreicht, wobei der kombinierte Luft- Wasser- Wärmetauscher und Verdampfer von dem Betrieb als Luft- Wasser- Wärmetauscher auf den Betrieb als Verdampfer umgestellt wird, wenn die Lufttemperatur im Innern des Schaltschrankes einen oberen Grenzwert, der oberhalb der Zieltemperatur liegt, erreicht. Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Kühlleistung des Luft- Wasser- Wärmetauschers über eine Drehzahl einer das Kühlmittel umwälzenden Pumpe und/oder eine Drehzahl eines Ventilators eines weiteren Luft- Wasser- Wärmetauschers zwischen dem und dem Luft- Wasser- Wärmetauscher des kombinierten Luft- Wasser- Wärmetauschers und Verdampfers das Kühlmittel umgewälzt wird, geregelt wird. Ebenso kann für den Fall, dass der kombinierte Luft- Wasser- Wärmetauscher und Verdampfer die Funktion eines Verdampfers einnimmt, die Kühlleistung des Verdampfers über die Drehzahl eines Kompressors des kompressorgetriebenen Kühlkreislaufes geregelt werden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der nachstehenden Figuren erläutert. Dabei zeigt
Figur 1 eine schematische Darstellung des an einem Schaltschrank montierten erfindungsgemäßen Kühlgerätes; und
Figur 2 eine Explosionsansicht der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlgerätes.
Die Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Kühlgerät 1, das an einer Außenseite 21 eines Schaltschrankes 20 montiert ist. Das Kühlgerät 1 umfasst ein Gehäuse 2, das einen ersten und einen zweiten Luftgang 3, 8 abgrenzt, wobei der erste Luftgang 3 zwischen einer ersten Lufteintrittsöffnung 4 und einer ersten Luftaustrittsöffnung 5 ausgebildet ist. Der zweite Luftgang 8 ist zwischen einer zweiten Lufteintrittsöffnung 9 und einer zweiten Luftaustrittsöffnung 10 ausgebildet. In dem ersten Luftgang 3 ist ein Luft-Luft- Wärmetauscher 7 angeordnet, welcher in den zweiten Luftgang 8 hineinragt und die Luftgänge 3, 8 thermisch koppelt. In dem zweiten Luftgang 8 ist in Luftströmungsrichtung x hinter dem Luft-Luft- Wärmetauscher 7 ein Luft- Wasser- Wärmetauscher und/oder Verdampfer 6 angeordnet. Der erste Luftgang 3 ist von dem zweiten Luftgang 8 fluidisch abgetrennt, wobei die erste Lufteintrittsöffnung 4 und die erste Luftaustrittsöffnung 5 zur Umgebung des Schaltschrankes 20 und die zweite Lufteintrittsöffnung 9 sowie die zweite Luftaustrittsöffnung 10 zum Innern des Schaltschrankes geöffnet sind. Es ist zu erkennen, dass der Luft-Luft- Wärmetauscher 7 durch einen Durchlass zwischen dem ersten und dem zweiten Luftgang 3, 8 hindurchragt, wobei der erste Luftgang 3 außerhalb des Schaltschrankes 20 und der zweite Luftgang 8 innerhalb des Schaltschrankes 20 angeordnet ist. Separate Lüfter 12 dienen dazu, die Umgebungsluft bzw. die in dem Schaltschrank 20 aufgenommene Luft durch den ersten Luftgang 3 bzw. den zweiten Luftgang 8 und damit jeweils durch den Luft-Luft- Wärmetauscher 7 zu treiben.
Ein Kaltwassererzeuger 11 ist einem anderen Wärmereservoir als der kombinierte Luft- Wasser- Wärmetauscher und Verdampfer 6 zugeordnet. Ist der Schaltschrank 20 beispielsweise in einem Gebäude aufgestellt, kann der Kaltwassererzeuger 11 beispielsweise auf dem Dach des Gebäudes oder an einer Außenwand des Gebäudes montiert sein. Im Winter kann der Kaltwassererzeuger 11 als Luft- Wasser- Wärmetauscher betrieben werden, wobei dieser aufgrund der niedrigen Außentemperaturen eine ausreichende Kühlung des Kühlmittels bereitstellt, welches zwischen diesem und dem kombinierten Luft- Wasser- Wärmetauscher und Verdampfer 6 im zweiten Luftgang 3 umgewälzt wird, damit über den Luft- Wasser- Wärmetauscher und Verdampfer 6 die durch den zweiten Luftgang 3 transportierte Umgebungsluft des Schaltschrankes 20 so weit runtergekühlt wird, dass einschließlich der Vorkühlung durch den Luft-Luft- Wärmetauscher 7 genügend Wärme aus dem Innern des Schaltschrankes 20 abgetauscht wird. Die aus dem Schaltschrankinnern über den Luft-Luft- Wärmetauscher 7 abgetauschte Wärme wird an die durch den ersten Luftgang 3 transportierte Luft übertragen und kann somit in den Wintermonaten zur Beheizung des Gebäudes bereitgestellt werden.
Andererseits ist die über die aus der ersten Luftaustrittsöffhung 5 austretende Luft an die Umgebung des Schaltschrankes 20 abgegebene Wärmemenge geringer als bei konventionellen Kühlgeräten, da ein Teil der aus dem Schaltschrankinneren abgetauschten Wärme über den Kaltwassererzeuger 11 außerhalb des Gebäudes freigesetzt wird. Dies führt dazu, dass durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Kühlgerätes in den Sommermonaten die Umgebung des Schaltschrankes 20 nicht so stark erwärmt wird, wie bei Verwendung konventioneller Kühlgeräte.
Der Kühlkreislauf zwischen dem kombinierten Luft- Wasser- Wärmetauscher und Verdampfer 6 und dem Kaltwassererzeuger 11 kann zudem in einem Mischbetrieb Anwendung finden. Reicht beispielsweise die von dem kombinierten Luft- Wasser- Wärmetauscher und Verdamp- fer 6 bereitgestellte Vorkühlung nicht aus, um dauerhaft einschließlich des Luft-Luft- Wärmetauschers 7 eine ausreichende Kühlleistung bereitzustellen, ist jedoch die von dem kombinierten Luft- Wasser- Wärmetauscher und Verdampfer 6 bei Betrieb dieses als Verdampfer in einem kompressorangetriebenen Kühlkreislauf bereitgestellte Kühlleistung größer als es für eine ausreichende Nachkühlung der durch den zweiten Luftgang 8 transportierten Luft notwendig ist, kann der kombinierte Luft- Wasser- Wärmetauscher und Verdampfer 6 abwechselnd als Luft- Wasser- Wärmetauscher oder als Verdampfer und dementsprechend der Kühlkreislauf dieses abwechseln kompressorangetrieben oder lediglich unter Umwälzung eines Kühlmittels betrieben werden. Gegenüber dem konventionellen An-Aus-Betrieb eines kompressorgetriebenen Kühlkreislaufes können die zeitlichen Abstände zwischen dem Aussetzen des Kompressors und dem Wiedereinsetzen dieses verlängert und damit die Energieeffizienz des Gesamtsystems verbessert werden.
In Figur 2 ist die bevorzugte Ausfuhrungsform der Erfindung dargestellt. Das Kühlgerät 1 weist wiederum einen ersten Luftgang 3 und einen zweiten Luftgang 8 auf, welche über den Luft-Luft- Wärmetauscher 7 fluidisch voneinander abgetrennt, jedoch thermisch gekoppelt sind. Das Gehäuse 2 des Kühlgeräts 1 weist an parallelen Seitenwänden die erste Lufteintrittsöffnung 4 sowie die erste Luftaustrittsöffnung 5 des ersten Luftgangs 3 bzw. die zweite Lufteintrittsöffnung 9 und die zweite Luftaustrittsöff ung 10 des zweiten Luftgangs 8 auf. Separate Lüfter 12 sind dazu bereitgestellt, die Umgebungsluft des Schaltschranks durch den ersten Luftgang 3 und die in dem Schaltschrank aufgenommene Luft durch den zweiten Luftgang 8 zu transportieren. Die durch den ersten Luftgang 3 und den zweiten Luftgang 8 transportierten Luftvolumina treten jeweils durch den Luft-Luft- Wärmetauscher fluidisch voneinander getrennt hindurch, wobei die transportierten Wärmemengen getauscht werden. Der kombinierte Luft- Wasser- Wärmetauscher und Verdampfer 6 ist in Luftströmungsrichtung in dem zweiten Luftgang 8 hinter dem Luft-Luft- Wärmetauscher 7 angeordnet. In dem kombinierten Luft- Wasser- Wärmetauscher und Verdampfer 6 kondensierende Luftfeuchtigkeit wird über einen Tröpfchenabscheider 13 in eine Kondensatwanne 14 abgeleitet. Das in der Figur 2 dargestellte Kühlgerät ist für die Außenmontage an einer Seitenwand eines Schaltschrankes vorgesehen, wobei der Schaltschrank an der entsprechenden Seitenwand mit den Öffnungen 9 und 10 korrespondierende Lufteintritts- und Luftaustrittsöff ungen aufweist. Da das Kühlgerät 1 somit vollständig außerhalb des Schaltschrankes 20 angeordnet ist, kann auch das in der Kondensatwanne 14 gesammelte Kondenswasser nicht mit dem Innenraum des Schaltschrankes 20 und den darin aufgenommenen Komponenten in Kontakt treten. Wenn bei der vorliegenden Erfindung von einem Luft- Wasser- Wärmetauscher die Rede ist, so ist damit grundsätzlich jegliche Art von Wärmetauschern gemeint, bei denen über ein flüssiges Kühlmittel Wärme aus Luft abgetauscht oder Wärme an Luft übertragen werden kann. Das Kühlmittel ist insbesondere nicht auf Wasser beschränkt und soll insbesondere auch derartige Kühlmittel umfassen, wie sie in kompressorangetriebenen Kühlkreisläufen verwendet werden.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
Bezugszeichenliste
1 Kühlgerät
2 Gehäuse
3 erster Luftgang
4 erste Lufteintrittsöffhung
5 erste Luftaustrittsöffnung
6 Luft- Wasser- Wärmetauscher und/oder Verdampfer
7 Luft-Luft- Wärmetauscher
8 zweiter Luftgang
9 zweite Lufteintrittsöffnung
10 zweite Luftaustrittsöffnung
11 Kaltwassererzeuger
12 Lüfter
13 Tröpfchenabscheider
14 Kondensatwanne
20 Schaltschrank
21 Außenseite
X Luftströmungsrichtung

Claims

Patentansprüche:
1. Kühlgerät (1) für einen Schaltschrank (20), mit einem Gehäuse (2), das einen ersten Luftgang (3) mit einer ersten Lufteintrittsöffnung (4) und einer ersten Luftaustrittsöffnung (5) aufweist, wobei in dem ersten Luftgang (3) ein Luft-Luft- Wärmetauscher angeordnet ist, und mit einem zweiten Luftgang (8), der zwischen einer zweiten Lufteintrittsöffnung (9) und einer zweiten Luftaustrittsöffnung (10) ausgebildet ist, wobei der Luft-Luft- Wärmetauscher (7) weiterhin in dem zweiten Luftgang (8) angeordnet ist und in Luftströmungsrichtung (x) hinter dem Luft-Luft- Wärmetauscher (7) ein Luft- Wasser- Wärmetauscher und/oder Verdampfer (6) in dem zweiten Luftgang (8) angeordnet ist, wobei die erste Lufteintrittsöffnung (4) und die erste Luftaustrittsöffnung (5) zur Umgebung des Schaltschrankes (20) und die zweite Lufteintrittsöffnung (9) sowie die zweite Luftaustrittsöffnung (10) zum Innern des Schaltschrankes (20) geöffnet sind, und wobei der erste Luftgang (3) von dem zweiten Luftgang (8) fluidisch abgetrennt ist.
2. Kühlgerät (1) nach Anspruch 1, bei dem der Luft-Luft- Wärmetauscher (7) weiterhin in einen Durchlass zwischen dem ersten und dem zweiten Luftgang (3, 8) angeordnet ist.
3. Kühlgerät (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Luft-Luft- Wärmetauscher (7) den ersten Luftgang (3) von dem zweiten Luftgang (8) fluidisch abtrennt, wobei der erste und der zweite Luftgang (3, 8) über den Luft-Luft- Wärmetauscher (7) für den Wärmeaustausch thermisch gekoppelt sind.
4. Kühlgerät (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem das Kühlgerät (1) an einer Außenseite (21) des Schaltschrankes (20) montiert ist, wobei der erste Luftgang (3) außerhalb des Schaltschranks (20) und der zweite Luftgang (8) im Innern des Schaltschranks (20) angeordnet ist.
5. Kühlgerät (1) nach Anspruch 1 , bei dem der Luft- Wasser- Wärmetauscher und/oder Verdampfer (6) ein kombinierter Luft- Wasser- Wärmetauscher und Verdampfer ist, der Bestandteil eines wahlweise kompressorbetriebenen oder auf Umwälzung eines Kühlmittels basierenden Kühlkxeislaufes ist, wobei der Kühlkxeislauf weiterhin einen Kaltwassererzeuger (11) aufweist, der einem anderen Wärmereservoir als der kombinierte Luft- Wasser- Wärmetauscher und Verdampfer (6) zugeordnet ist.
Kühlgerät (1) nach Anspruch 5, bei dem der Schaltschrank (20) innerhalb eines Gebäudes aufgestellt ist, wobei der Kaltwassererzeuger (11) außerhalb des Gebäudes angeordnet ist.
Verfahren zur Kühlung eines Schaltschrankes (20), das die Schritte aufweist:
Durchleiten von Luft aus der Umgebung des Schaltschrankes (20) durch einen ersten Luftgang (3) eines Kühlgerätes (1);
Durchleiten von Luft aus dem Innern des Schaltschrankes (20) durch einen zweiten Luftgang (8) des Kühlgerätes (1), wobei der erste und der zweite Luftgang (3, 8) fluidisch voneinander getrennt und über einen Luft-Luft- Wärmetauscher (7) thermisch gekoppelt sind;
Nachkühlen der durch den zweiten Luftgang durch den Luft-Luft- Wärmetauscher (7) geleiteten Luft mit einem Luft- Wasser- Wärmetauscher und/oder einem Verdampfer (6).
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Luft- Wasser- Wärmetauscher und/oder Verdampfer (6) ein kombinierter Luft- Wasser- Wärmetauscher und Verdampfer ist, der wahlweise als Luft- Wasser- Wärmetauscher oder als Verdampfer betrieben wird, wobei der kombinierte Luft- Wasser- Wärmetauscher und Verdampfer (6) als Luft- Wasser- Wärmetauscher betrieben wird, wenn die von dem Luft- Wasser- Wärmetauscher bereitgestellte Nachkühlung der durch den zweiten Luftgang (8) durch den Luft-Luft- Wärmetauscher geleiteten Luft ausreicht, um bei einer gegebenen Verlustleistung einer Wärmequelle im Innern des Schaltschrankes (20) eine ausreichende Kühlung der durch den zweiten Luftgang (8) geleiteten Luft zu erreichen, und wobei der kombinierte Luft- Wasser- Wärmetauscher und Verdampfer (6) als Verdampfer eines kompressorbetriebenen Kühlkreislaufes betrieben wird, wenn die bei dem Betrieb des kombinierten Luft- Wasser- Wärmetauscher und Verdampfers (6) als Luft- Wasser- Wärmetauscher bereitgestellte Kühlleistung nicht ausreicht.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der kombinierte Luft- Wasser- Wärmetauscher und Verdampfer (6) für den Fall, dass die Kühlleistung des Luft- Wasser- Wärmetauschers nicht ausreicht, um eine Lufttemperatur im Innern des Schaltschran- kes (20) auf einer vorgegebenen Zieltemperatur zu halten, der kombinierte Luft- Wasser- Wärmetauscher und Verdampfer (6) abwechselnd als Luft- Wasser- Wärmetauscher oder als Verdampfer betrieben wird, wobei der kombinierte Luft- Wasser- Wärmetauscher und Verdampfer (6) von dem Betrieb als Verdampfer auf den Betrieb als Luft- Wasser- Wärmetauscher umgestellt wird, wenn die Lufttemperatur im Innern des Schaltschrankes (20) einen unteren Grenzwert, der unterhalb der Zieltemperatur liegt, erreicht, und wobei der kombinierte Luft- Wasser- Wärmetauscher und Verdampfer (6) von dem Betrieb als Luft- Wasser- Wärmetauscher auf den Betrieb als Verdampfer umgestellt wird, wenn die Lufttemperatur im Innern des Schaltschrankes (20) einen oberen Grenzwert, der oberhalb der Zieltemperatur liegt, erreicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, bei dem die Kühlleistung des Luft- Wasser- Wärmetauschers über eine Drehzahl einer das Kühlmedium umwälzenden Pumpe und/oder eine Drehzahl eines Ventilators eines weiteren Luft- Wasser- Wärmetauschers (12) zwischen dem und dem Luft- Wasser- Wärmetauscher des kombinierten Luft- Wasser- Wärmetauschers und Verdampfers das Kühlmittel umgewälzt wird, geregelt wird, und bei dem die Kühlleistung des Verdampfers über die Drehzahl eines Kompressors des kompressorgetriebenen Kühlkreislaufes geregelt wird.
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