DD212871A1

DD212871A1 - Anordnung zur waermeabfuehrung aus geschlossenen gehaeusen

Info

Publication number: DD212871A1
Application number: DD24632782A
Authority: DD
Inventors: Lutz-Bodo Tausend; Lothar Becker
Original assignee: Elektroprojekt Anlagenbau Veb
Priority date: 1982-12-21
Filing date: 1982-12-21
Publication date: 1984-08-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Waermeabfuehrung aus geschlossenen Gehaeusen, in denen Verlustwaerme erzeugende Geraete in mehreren Ebenen angeordnet sind. Die Anordnung soll einfach aufgebaut und an unterschiedlich ausgefuehrte Geraete und Baugruppen anpassbar sein sowie den Bestueckungsraum wenig einengen. Bei der nach dem Waermeaustauschprinzip arbeitenden Anordnung werden durch geeignete Ausfuehrung des inneren Zwangskreislaufes mit abgekuehlter Luft die Geraete und Baugruppen je nach konstruktiver Ausfuehrung und Waermeentwicklung angestroemt. Erfindungsgemaess ist der Innenluftkanal 6 durch mindestens eine horizontale Trennwand 3 geteilt. Jeder Teilkanal 13 verfuegt zur Schrankinnenseite ueber mindestens eine Ansaugoeffnung 16; 18 und eine Ausstroemoeffnung 17, auf die mindestens ein Luefter 9 so montiert ist, dass die Kuehlkoerper der zu kuehlenden Baugruppen 11;12 und/oder die Baugruppen 7;8;10 selbst im aus den Kanal 6 angesaugten Kuehlluftstrom angeordnet sind.

Description

•Titel der Erfindung ."

Anordnung zur Wärmeabführung aus geschlossenen Gehäusen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Wärmeabführung aus geschlossenen Gehäusen, in denen Verlustwärme erzeugende Geräte in mehreren Ebenen angeordnet sind«

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind verschiedene Anordnungen zur Wärmeabführung aus geschlossenen Elektronikschränken nach dem Wärmeaustauschprinzip bekannt.

Aus der DE-OS 17 90 054 (H 05 K 7/20) ist eine Anordnung zur Kühlung von Schaltschränken bekannt* An mindestens einer Seite des Schrankes sind den Innen- vom Außenraum staubdicht abschließende Wärmeaustauschelemente angeordnete Ein Lüftersystem führt die erwärmte Luft im Schrankinneren gegen die Innenseite und ein zweites Lüftersystem die Umgebungsluft gegen die Außenseite der Wärmeaustauschelemente. Die Innenluft wird von oben, die Umgebungsluft von unten gegen die Wärmeaustauschelemente geführt. Die Lüftereinheit für die Schrankinnenluft ist unter dem Schrankdach

und die für den äußeren Kreislauf im unteren Teil.des Schrankes angeordnet. Mt dieser Anordnung können keine "Wärmenester" beseitigt werden· • Aus nach dem Y/ärmeaustauschprinzip arbeitenden Anordnungen sind auch Lösungen bekannt, die eine gezielte Wärmeabführung von in mehreren Ebenen angeordneten Baugruppen ermöglichen·

Aus der DD-PS 147 182 (H 05 K 7/20) ist eine Anordnung zur Wärmeabführung aus Schalt- oder Steuerschränken bekannt, die einen Wärmetauscher nach dem Gegenstromprinzip enthält· Der innere Kreislauf wird durch einen Kanal gebildet, der Bohrungen enthält, in die Saugdüsen münden, deren Öffnungen über Geräten mit besonderer Wärmeentwicklung (Warmen!stern) angeordnet sind· Die Saugdüsen können verstellbar und an verschiedenen Stellen des inneren Kanals angeordnet sein·

Bekannt ist aus der DD-PS 148 707 (H 05 K 7/20) eine Kühlanordnung für staub- und spritzwasserdichte Elektronikschränke , die Wärmetauscher im Kreuzstromprinzip enthält· Diese Anordnung enthält mehrere horizontale Wärmeaustauscheinheiten, die jeweils über eine Ebene mit elektronischen Baugruppen angeordnet und miteinander über einen die Kühlluft führenden Kanal verbunden sind· Diese Anordnung hat den Nachteil, daß durch das Kanalsystem mit den mehreren Y/ärmeaustauscheinheiten ein relativ großer Bestückungsraum verloren geht.

Aus der DE-OS 21 47 388 (H 05 K 7/20) ist eine Gestellanordnung für elektronische Geräte mit einer besonderen Belüftungseinheit bekannt· Diese Anordnung ist so ausgestaltet, daß in der Mitte und an den Seiten einer aus horizontal angeordneten Baugruppen bestehenden Einheit jeweils senkrecht rohrartige Holme angebracht sind, von denen der mittlere

Holm an beiden Seiten und die Seitenholme nur an der . Baugruppenseite Öffnungen besitzen. Die Kühlluft wird durch die Holme und durch die Öffnungen in diesen auf die Baugruppen gelenkt. Diese Anordnung ist nicht anwendbar für Gefäße in Einzelaufstellung, da diese an eine zentrale Belüftungseinheit angeschlossen werden muß· .

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer einfachen Anordnung zur Wärmeabführung aus geschlossenen Gehäusen, wobei diese Anordnung an unterschiedlich ausgeführte Geräte und Baugruppen mit verschiedener Verlustwärme in mehreren Ebenen anpaßbar sein muß und den Bestückungsraum wenig eineng

t.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Wärmeabführung aus geschlossenen Gehäusen nach dem Yvärmeaustauschprinzip vorzuschlagen, in denen Verlustwärme erzeugende Geräte in mehreren Ebenen angeordnet sind und die Geräte und Baugruppen 3^e nach konstruktiver Ausführung und Wärmeentwicklung durch geeignete Ausführung des inneren Zwangskreislaufes mit abgekühlter Luft angeströmt werden·

Merkmale der Erfindung

Bei einer Anordnung zur Wärmeabführung aus geschlos-

~ 4

senen Gehäusen, in denen Verlustwärme erzeugende Gerate in mehreren Ebenen angeordnet sind, die einen als Tür, Wand oder Teil einer Tür oder Wand ausgeführten Wärmetauscher, der in einem inneren Kreislauf von der erwärmten Innenluft und in einem äußeren Kreislauf -von der kühlen Außenluft durchströmt wird, sowie wenigstens zv/ei Lüfter enthält, wobei im inneren Kreislauf durch eine Abdeckung ein Kanal gebildet wird, ist erfindungsgemäß dieser Kanal durch mindestens eine horizontale Trennwand geteilt· Jeder Teilkanal verfügt zur Schrankinnenseite über mindestens eine Ansaugöffnung und eine Ausströmöffnung, wobei auf die Ausströmöffnung mindestens ein Lüfter so montiert ist, daß die Kühlkörper der zu kühlenden Baugruppen Und/ oder die Baugruppen selbst im aus dem Kanal angesaugten Kühlluftstrom angeordnet sind· In Ausgestaltung der Erfindung verfügt ein Teilkanal über mindestens zwei Ansaugöffnungen, die sich in größtmöglichem Abstand von der Ausströmöffnung mit dem montierten Lüfter befinden. Der Schrankinnenraum ist durch mindestens eine horizontale Zwischenwand geteilt·

Es ist zweckmäßig, daß die horizontale Zwischenwand so weit verlängert ist, daß diese die Trennwand des Kanals ersetzt·

Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind die Ansaugöffnungen der Teilkanäle direkt übereinander und die Ausströmöffnungen mit den montierten Lüftern an den den Ansaugöffnungen gegenüber liegenden Seiten der Teilkanäle angeordnet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Dach und/oder der Boden Bestandteil der Wärmeaustauschfläche. · In vorteilhafter Weiterbildung der zweiten Ausführungsform der Erfindung enthält die Abdeckung auf der

Schrankinnenseite in Höhe der Trennwand eine Luftleiteinrichtung, .

Ausführungsbeispiel

Die"Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Pig. 1: Prinzipdarstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung _?

Pig. 2: Prinzipdarstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung

Die Ausführungsfonnen der Erfindung nach Pig· 1 und 2 arbeiten nach dem Prinzip eines Luft-Luft-Wärmetauschers. Die Erfindung wird am Beispiel eines Schrankes für elektronische Geräte in zwei Ausführungsformen erläutert. Sie ist aber auch zur Wärmeabführung aus anderen geschlossenen Gehäusen geeignet, in denen Verlustwärme erzeugende Geräte in mehreren Ebenen angeordnet sind. Nach dem Ausführungsbeispiel ist die Verlustwärme von Baugruppen 7; 8; 10; 11; 12 in fünf Ebenen abzuführen, wobei die. Wärmeabführung in zwei getrennten Kreisläufen erfolgt. Gemäß Erfindung kann die Wärmeabführung von den Baugruppen 7; 8; 10; 11; 12 auch in mehr als zwei getrennten Kreisläufen erfolgen. Die Wärmeabführung erfolgt gemäß Pig·· 1 und 2 für die Baugruppen 11; 12 in einem Kreislauf und für die Baugruppen 7» S; 10 in einem anderen Kreislauf· Die Aufteilung in innere Kreisläufe erfolgt nach den Gesichtspunkten abzuführende Wärme (Verlustleistung) und strömungstechnischer Aufbau der Baugruppe. Gemäß Ausführungsbeispiel bildet die Rücktür bzw_e Rückwand des Schrankes den Hauptanteil an der Wärmeaustauschfläche 2 des Wärmetauschers. Zusätzlich in

-β -

Sie Wärmeaustauschfläche werden nach. Pig· 1 das Dach 1 und nach Pig· 2 das Dach 1 und der Boden 20 einbezogen· In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist der Wärmetauscher so aufgebaut, daß dieser als Rücktür aufgebaut ist· Eine umlaufende Dichtung, 14 sorgt für die Abdichtung der Stoßwelle zwi,-schen Sohrankinnenraum und Wärmetauscher gegenüber der Umgebung. Bei geöffneter Rücktür mit dem Wärmetauscher ist ein freier Zugang zu den Baugruppen 7; 8; 10; 11; 12 vorhanden. Das ist ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung. In Pig. 1 tritt die Kühlluft in Nähe des Bodens 20 des Schrankes in den äußeren Kanal des V/ärme tauschers ein. Die Kühlluft wird durch einen Lüfter angesaugt. » Die Luftaustrittsöffnungen befinden sich an der Vorderseite des Daches 1. Die Wärmeaustauschflache 2 bildet die Trennfläche zwischen dem äußeren und dem inneren Kanal und schließt die Fläche des Daches 1 mit ein. Die Innenluftseite des Wärmetauschers bildet durch Abdeckungen 15, die Bestandteil des Wärmetauschers sind und deshalb fest mit diesem verbunden sind, einen Innenluftkanal 6· Die Abdeckungen 15 und damit der Innenluftkanal weist Ansaugöffnungen 16; 18 und Ausströmöffnungen 17 auf, auf denen jeweils ein Lüfter^9 montiert ist, der fester Bestandteil der schwenkbaren Rücktür ist* Der Innenluftkanal 6 ist etwa in Schrankmitte durch eine etwa horizontale Trennwand 3 in zwei Teilkanäle .'13 unterteilt. Es können selbstverständlich auch mehr als eine Trennwand 3 eingefügt werden, wenn es die Wärme entwicklung der Baugruppen 7; 8; 10 und 11; 12 und deren strömungstechnischer Aufbau erfordern. Das gleiche gilt für die etwa horizontale Zwischenwand 4, die den Schrankimienraum 19 trennt» Die Zwischenwand 4 kann auch so weit verlängert werden, daß diese die Trennwand 3 des Innenluftkanals 6 ersetzt. Zur Ab-

dichtung zwischen dieser Zwischenwand 4 und der "beweglichen Rücktür mit dem Wärmetauscher dient ein federndes Dichtungselement 5· Die im oberen Teil des Schrankinnenraumes 19 angeordneten Baugruppen 7; 8 mit hoher Verlustleistung und strömungstechnisch ungünstigem Aufbau, wie z.B. sehr dicht stehende Leiterplatten in einer Kassette werden über den Teilkanal 13 des Innenluftkanals 6 direkt belüftet» Zwischen, den beiden Baugruppen 7; 8 befindet sich ein Verbindungsschacht 22, der im Bereich der zu belüfteten Baugruppen 7; 8 oben und unten sowie im Bereich des Lüfters 17 Öffnungen aufweist· Es entsteht ein Schacht, der eine direkte Belüftung der Baugruppen 7; 8 ermöglicht, ohne diese zusätzlich durch Verkleidungen in einem geschlossenen Schacht unterbringen zu müssen. Durch den Verzicht auf einen Schachteinbau aller Baugruppen 7; 8; 10; und 11; 12 werden ein geringerer Aufwand und günstigere Servicebedingungen erreicht· Unterhalb der Baugruppe ist eine Baugruppe 10 mit geringer Verlustleistung angeordnet, die durch den inneren Kreislauf im oberen Schrankinnenraum 19 ebenfalls gekühlt wird» Der obere innere Kreislauf der abzukühlenden Luft erfolgt durch den Lüfter 9 auf der Ausströmöffnung 17, der die erwärmte Luft aus den dem Lüfter 9 abgewandten Enden der Abdeckung 15 befindlichen Ansaugöffnungen 16; ansaugt, an der Wärmeaustauschfläche 2 zur Abkühlung vorbei führt und diese wieder über die Ausströmöffnung die Baugruppen 7; 8 direkt belüftet. Damit wird der gleiche Lüfter 9 für die erzwungene Konvektion an der Wärmeaustauschfläche 2 und an den Baugruppen 7; 8; 10 genutzt. Der Weg für den oberen Teilkreislauf an der Wärmeaustauschfläche 2 ist an sich kürzer und die Kühlluft im äußeren Kreislauf bereits erwärmt, was aber durch Einbeziehung der Fläche des Daches 1 in die Wärmeaustauschfläche 2 ausgeglichen wird. »

Im unteren Teil des Schrankes befinden sich.die zu kühlenden Baugruppen 11; 12, Beispielsweise solche mit Kühlkörpern, die vom Luftstrom des Lüfters 9 direkt angeströmt werden. Ein Verbindungsschacht 22 ist nicht zweckmäßig· Der Lüfter 9 erfüllt die gleiche Doppelfunktion wie der des oberen Kreislaufes. Er ist auf der Ausströmöffnung 17 montiert und saugt die erwärmte Luft über die Ansaugöffnungen 16; 18 durch die Baugruppen 11; 12 bzw. an deren Kühlkörpern vorbei an der Y/ärmeaustauschfläche 2 vorbei» Die An-Saugöffnungen 16; 18 befinden sich in größtmöglichem Abstand von der Ausströmöffnung 17 mit dem montierten Lüfter 9. Bei Baugruppen mit Leiterplattenbestükkung 7; 8 sollten diese so übereinander angeordnet '^} werden, daß sich zusammen mit dem Verbindungsschacht ein Schacht bildet· Gemäß Ausführungsbeispiel weisen die Baugruppen 11; 12 an ihren Rückseiten senkrechte Kühlrippen auf, die durch den Luftstrom aus dem Lüfter 9 im Winkel von etwa 90° angeströmt werden· Der Luftstrom teilt sich und die Luft strömt dann nach oben und unten an den Kühlrippen entlang· Ein geringer Teil des Luftstromes wird zwischen die Baugruppen 11; 12 eingeblasen und durch diese hindurchgeführt. Entsprechend der gewünschten Ϋ/irkung ist der Abstand zwischen den Baugruppen 11; 12 zu wählen· Bei kleinem Abstand zwischen diesen Baugruppen 11; 12 strömt mehr Luft an den Kühlkörpern entlang und nur wenig durch die Baugruppen 11; 12 selbst. Bei großem Abstand strömt mehr Luft durch die Baugruppen 11; Wenn eine der Baugruppen 11 oder 12 nur eine geringe Wärmeentwicklung aufweist, kann auch nur die Baugruppe 11 oder 12 mit der großen Wärmeentwicklung/ direkt angeströmt werden, wobei die andere Baugruppe 12 oder 11 nur wenig gekühlt wird. Bei der Bemessung des Abstandes zwischen der Ausströmöffnung 17

und den Ansaugöffnungen 16; 18 i3t es zweckmäßig, vom Strömungswiderstand'der Baugruppen auszugehen. Bei einem hohen Strömungswiderstand der Baugruppe kann der Abstand zwischen Ausström- und Ansaugöffnung 17 und 16; 18 gering sein, bei geringem Strömungswiderstand dagegen muß der Abstand möglichst groß sein. Dann kann eine weitere Baugruppe, ζ·Β· 10 mit in den Teilkreislauf einbezogen werden. Es muß erreicht werden, daß die Strömungswiderstände der beiden Teilkreisläufe von den Öffnungen 17 über 18 zurück zu 17 und 17 über 16 zurück zu 17 etwa gleich" groß sind. Damit wird ein etwa gleichmäßiges Durchströmen aller Baugruppen 7; 8; 10 realisierte Dabei wird von einer etwa gleichen Wärmeentwicklung der Baugruppen 7» 8 ausgegangen. Bei der Festlegung des Abstandes zwischen der Ausströmöffnung 17 und den Ansaugöffnungen 16; 18.müssen weiterhin die unterschiedliche .Wärmeentwicklung der . , Baugruppen und die wirksame Wärmeaustauschfläche 2 berücksichtigt werden«

Ist die anfallende Verlustleistung benachbarter Baugruppen 11; 12 so hoch, daß ein direktes Anblasen mit separaten Lüftern 9 erforderlich ist, sollte eine weitere Etage mit einer zusätzlichen Trennwand 3, zusätzlicher Zwischenwand 4 sowie Ansaug- und Ausblasöffnungen 16; 18; 17 für jede Baugruppe 11; 12 ausgeführt werden. Die Anzahl der Etagen und damit auch der Teilkanäle 13 kann nur soweit erhöht werden, so lange die zur Verfugung stehende Wärmeaustauschfläche 2 für jede Etage die geforderte Abführung der Wärme an den äußeren Kreislauf ermöglicht. Durch die Trennung des Schrankinnenraumes 19 wird ein Aufheizen der oberen Baugruppe durch die unteren sowie eine gegenseitige Beeinflussung· der Luftströme vermieden

Die Ausführungsform der Erfindung gemäß Pig. 2 ist

im-'Wesentlichen-Aufbau--gleich· Es werden nur die Unterschiede gegenüber der ersten Ausführungsform.erläutert.-Die beiden Teilkanäle 13 des Innenluftkanals. 6 yrerden ebenfalls durch die Trennwand 3 erreicht. Da aber keine Zwischenwand 4 vorhanden ist, schließt sich an die Trennwand eine Luftleiteinrichtung an, die die Luftströme der beiden Teilströme im Schrankinnenraum 19 so umlenkt, daß deren Trennung im wesentlichen erhalten bleibt. In jeder^ Schrankhälfte mit den Baugruppen 7; 8; 10 bzw. 11; 12 ist nur ein Luftstrom vorhanden. Die Ausströmöffnungen 17 mit den darauf montierten Lüftern 9 befinden sich am oberen und unteren Ende der Abdeckung 15 bzw. an den den Ansaugöffnungen 16 gegenüberliegenden Seiten der Teilkanäle 13· Die Ansaug- » öffnungen 16 der Teilkanäle 13 sind direkt übereinander zu beiden Seiten der Trennwand 3 angeordnet. Nach dieser Ausführungsform werden die Baugruppen 7; 8; 10 und 11; 12 von der abgekühlten Innenluft durchströmt. Der Boden 20 ist mit in die Wärmeaustauschfläche 2 einbezogen. Es ist zweckmäßig, daß die Baugruppen 7; 8; 10; 11; 12 möglichst bis an die Abdeckung 15 heranreichen. Je größer der Abstand ist, umso größer ist der Verlust an Kühlleistung durch Ausweichen des Kühlluftstromes in den freien Raum zwischen Baugruppe und Abdeckung 15·

Die Erfindung kann zur Wärmeabführung aus allen geschlossenen Gefäßen eingesetzt werden, in denen Verlustwärme erzeugende Geräte in*mehreren Ebenen ange- ' ordnet sind«

Die vorgeschlagene Anordnung ermöglicht mit geringem Aufwand eine Wärmeabführung aus geschlossenen Gehäusen, sowie eine Anpassung an unterschiedlich,ausgeführte" Geräte und Baugruppen mit verschiedener Verlustwärme. Der Bestückungsraum wird nur wenig eingeengt. Die Zugänglichkeit der zu kühlenden Baugruppen bleibt auch bei geöffneter Rücktür von deren Rückseite erhalten. -

Claims

-.11 - * Erfindungsanspruch

1· Anordnung zur Wärmeabführung aus geschlossenen Gehausen, in denen Verlustwärme erzeugende Geräte in mehreren Ebenen angeordnet sind, die einen als Tür, Wand oder Teil einer Tür oder Wand ausgeführten Wärmetauscher, der in einem inneren Kreislauf von der erwärmten Innenluft und in einem äußeren Kreislauf von der kühlen Außenluft durchströmt wird, sowie wenigstens zwei Lüfter enthält,; wobei im inneren Kreislauf durch eine Abdeckung ein Kanal gebildet wird, gekennzeichnet dadurch, daß der Kanal(6) durch mindestens eine horizontale Trennwand (3) geteilt ist und jeder Teilkanal (13) zur Schrankinnenseite über mindestens eine Ansaugöffnung. (16; 18) und eine Ausströmöffnung (17) verfügt, wobei auf die Ausströmöffnung (17) mindestens ein Lüfter (9) so montiert ist, daß die Kühlkörper der zu kühlenden Baugruppen (11; 12) und/oder die Baugruppen (7; 8; 10) selbst im aus dem Kanal (6) angesaugten Kühlluftstrom angeordnet sind,

2· Anordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß ein Teilkanal (13) über mindestens zwei Ansaug-Sffnungen (16; 18) verfügt, die sich in größtmöglichem Abstand von der Ausströmöffnung (17) mit ' dem montierten Lüfter (9) befinden und der Schrankinnenraum (19) durch mindestens eine horizontale

Zwischenwand (4) geteilt ist. -

3· Anordnung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die horizontale Zwischenwand (4) so weit verlängert ist, daß diese die Trennwand (3) des Kanals (6) ersetzt.

4· Anordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch* daß die Ansaugöffnungen (16) der Teilkanäle (13) direkt übereinander und die Ausströmöffnungen (17) mit den montierten Lüftern (9) an den den Ansaugöffnungen(16) gegenüber liegenden Seiten der Teilkanäle (13) angeordnet sind.

5» Anordnung nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß das Dach (1) Bestandteil der Wärmeaustauschfläche (2) ist.

6· Anordnung nach Punkt T bis 5». gekennzeichnet dadurch, daß der Boden (20) Bestandteil der Y/ärmeaustauschfläche (2) ist. .

7. Anordnung nach Punkt 1, 4, 5 und 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Abdeckung (15) auf der Schrankinnenseite in Höhe der Trennwand (3) eine Luftleiteinrichtung (21) enthält.

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