DE19921674A1 - Cooling device for electrical switchgear housing or control box - Google Patents

Abstract

The cooling device has a passive cooling system with a fan for extracting air from the interior of the switchgear housing or the control box and a heat exchanger, and an active cooling system with a compressor, a condenser, a collector/dryer, an expansion valve, an evaporator and a second fan for drawing in air from the environment and passing it through the heat exchanger.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Kühlen eines Schalt- oder Steuerschrankes. Solche Steuerschränke enthalten elektrische oder elektronische Geräte oder Baugruppen, die beim Betrieb Wärme erzeugen. Zur Vermeidung von Schäden muß dafür gesorgt werden, daß der Innenraum des Schrankes eine gewisse Höchsttemperatur nicht überschreitet. Darüberhinaus ist es häufig erforderlich, den Innenraum auf einem gleichmäßigen Temperaturniveau zu halten.The invention relates to a device and a method for cooling a Switch or control cabinet. Such control cabinets contain electrical or electronic devices or assemblies that heat during operation produce. To avoid damage, make sure that the Interior of the cabinet does not exceed a certain maximum temperature. In addition, it is often necessary to have the interior on one to maintain an even temperature level.

Das Problem wird dann gravierend, wenn die Umgebungstemperatur hoch ist. Dies kann saisonal bedingt sein. Doch kann die Umgebungstemperatur auch ständig hoch sein, etwa in Industrieanlagen, in denen beispielsweise durch Kraft- oder Arbeitsmaschinen ständig hohe Temperaturen herrschen.The problem becomes serious when the ambient temperature is high. This can be seasonal. But the ambient temperature can also be constantly high, for example in industrial plants where, for example, Power or working machines are constantly at high temperatures.

Zum Kühlen von Schaltschränken der genannten Art werden u. a. sogenannte passive Klimageräte eingesetzt - sogenannte Luft-Luft-Klimageräte. Dabei wird die erwärmte Luft aus dem Innenraum des Schrankes mittels eines Lüfters abgesaugt, durch einen Wärmetauscher hindurchgeführt, im allgemeinen einen Luft-Luft-Wärmetauscher hindurchgefördert, und schließlich wieder auf einen niedrigeren Temperaturwert gekühlt in den Schrank eingeführt. Solche Vorrichtungen arbeiten so lange zufriedenstellend, als keine extremen Umgebungstemperaturen auftreten, und die Anforderungen an eine gleichmäßige Temperatur im Innenraum des Schrankes nicht allzu hoch sind. Die Schaltschranktemperatur hat bei dieser Art der Kühlung je nach Wärmeanfall eine Temperatur, die bis zu 20-30°C über der Raumtemperatur liegt. Vorrichtungen dieser Art sind einfach im Aufbau, kostengünstig in der Anschaffung und verursachen außer gelegentlichen Wartungsarbeiten keine Betriebskosten. For cooling cabinets of the type mentioned u. a. so-called passive air conditioners are used - so-called air-air conditioners. Doing so the heated air from the interior of the cabinet by means of a fan aspirated, passed through a heat exchanger, in general an air-to-air heat exchanger, and finally on again a lower temperature value is cooled in the cabinet. Such Devices operate satisfactorily as long as no extreme ones Ambient temperatures occur, and the requirements for a uniform temperature inside the cabinet are not too high. With this type of cooling, the control cabinet temperature depends on Heat build-up a temperature that is up to 20-30 ° C above room temperature lies. Devices of this type are simple in construction, inexpensive to use Except for occasional maintenance work, they do not cause any purchase Operating cost.  

Für höhere Anforderungen sind Klimageräte notwendig, die man als "aktiv" bezeichnen könnte. Diese arbeiten mit einem flüssigen Kältemittel nach dem bekannten linksdrehenden Carnot-Prozeß. Dabei wird gasförmiges Kältemittel von einem Verdichter angesaugt und komprimiert. Sodann wird es in einem Verflüssiger verflüssigt. Es folgt ein Trockner/Sammler. Sodann wird das flüssige Kältemittel in einem Expansionsventil entspannt. Schließlich wird die nunmehr sehr niedrige Temperatur des Kältemittels in einem Verdampfer dazu genutzt, Wärme der Umgebung zu entziehen, im vorliegenden Falle dem betreffenden Schaltschrank.For higher requirements, air conditioners are necessary that can be called "active" could designate. These work with a liquid refrigerant after known left-handed Carnot process. This becomes gaseous refrigerant sucked in by a compressor and compressed. Then it becomes one Liquefier liquefied. A dryer / collector follows. Then it will liquid refrigerant relaxed in an expansion valve. Finally, the very low temperature of the refrigerant in an evaporator used to extract heat from the environment, in the present case the relevant control cabinet.

Mit solchen Kühlvorrichtungen lassen sich praktisch beliebig niedrige Temperaturen erzielen. Auch läßt sich ein bestimmtes Temperaturniveau durch Einsatz von Reglern über längere Zeiträume hinweg einstellen. Die Anschaffungskosten sind höher als bei einer passiven Kühlvorrichtung, lassen sich jedoch häufig aufgrund der gehobenen Anforderungen nicht vermeiden. Außerdem benötigen Geräte dieser Art zu ihrem Betreiben etwa 10 mal soviel elektrische Energie, wie Luft-Luft-Klimageräte, was sich in Betriebskosten niederschlägt, die ganz erheblich sein können.With such cooling devices can be practically any low Achieve temperatures. You can also set a certain temperature level by using controllers over longer periods of time. The Acquisition costs are higher than with a passive cooling device however, often do not avoid each other due to the higher requirements. In addition, devices of this type require about 10 times as much to operate electrical energy, such as air-to-air conditioners, which translates into operating costs that can be quite significant.

Ein Beispiel für eine aktive Kühlvorrichtung ist in DE 44 13 128 beschrieben. Ein Beispiel für eine passive Kühlvorrichtung ist in DE 196 41 552 C1 beschrieben.An example of an active cooling device is described in DE 44 13 128. An example of a passive cooling device is in DE 196 41 552 C1 described.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvorrichtung anzugeben, die zum Kühlen eines Schalt- oder Steuerschrankes geeignet ist, die hohen Anforderungen entspricht, insbesondere bei wechselnden Umgebungstemperaturen, die aber verhältnismäßig niedrige Betriebskosten hat.The invention has for its object to provide a cooling device, which is suitable for cooling a switch cabinet or control cabinet, the high ones Meets requirements, especially when changing Ambient temperatures, but relatively low operating costs Has.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. This object is solved by the features of the independent claims.  

Der Erfinder hat demgemäß in geschickter Weise die Vorzüge der beiden Systeme miteinander kombiniert. Dabei wird der passive Teil des Systems mit seinen Kostenvorteilen ohne Unterbrechung oder fast ohne Unterbrechung benutzt, während der aktive Teil des Systems bei Bedarf zugeschaltet wird. Der Vorteil liegt unter anderem in der Ausnutzung des in jedem Falle notwendigen Wärmetauschers durch die beiden Teile des Gesamtsystems, aber auch durch die geschickte räumliche Zuordnung der einzelnen Aggregate der beiden Teile des Gesamtsystems. In jenen Phasen, in welchen beide Systeme arbeiten, wird die Arbeit des Verflüssigers bei relativ niedrigen Umgebungstemperaturen begünstigt durch den vorgeschalteten Luft-Luft- Wärmetauscher, der ständig betrieben wird.Accordingly, the inventor cleverly has the advantages of the two Systems combined. The passive part of the system is included its cost advantages without interruption or almost without interruption used while the active part of the system is switched on if necessary. The advantage lies among other things in the utilization of the in any case necessary heat exchanger through the two parts of the overall system, but also through the skillful spatial allocation of the individual Aggregates of the two parts of the overall system. In those phases, in which Both systems work, the condenser will work at relatively low Ambient temperatures favored by the upstream air-air Heat exchanger that is operated continuously.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnungen erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:The invention is explained with reference to the drawings. In it is in detail shown the following:

Fig. 1 ist eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kombigerätes. Fig. 1 is a schematic side view of a combination device according to the invention.

Fig. 2 zeigt denselben Gegenstand, wie Fig. 1, in etwas verkleinertem Maßstab. Fig. 2 shows the same object as Fig. 1, on a somewhat reduced scale.

Fig. 3 ist eine Draufsicht auf das Kombigerät gemäß Fig. 2 von der Schaltschrankseite her. FIG. 3 is a top view of the combination device according to FIG. 2 from the control cabinet side.

Fig. 4 ist eine Draufsicht auf das Gerät gemäß Fig. 2 von der Umgebungsseite her. FIG. 4 is a plan view of the device according to FIG. 2 from the surrounding side.

Fig. 5 ist eine weitere schematische Schnittansicht des Kombigerätes gemäß FIG. 5 is a further schematic sectional view of the combination device according to FIG

Fig. 2, wobei die Schaltschrankseite und die Umgebungsseite gegenüber der Darstellung gemäß Fig. 2 vertauscht sind. Fig. 2, wherein the cabinet side and the surrounding side are reversed compared to the illustration of FIG. 2.

Das Kombinationsgerät ist wie folgt aufgebaut:
Das Luft-Luft-Klimagerät LLK ist durch die Montage einer Verdampferwanne 1a im Gehäuse 1 hermetisch in zwei Kammern geteilt. Eine erste Kammer (Innenkreislauf Schrank) beinhaltet einen Innenlüfter 9, einen Luft-Luft- Wärmetauscher 10, zwei Temperaturfühler 14, 15, ein Expansionsventil 13 sowie die Verschraubung mit einem Kondenswasser-Ablaufschlauch 6.The combination device is structured as follows:
The air-air conditioning unit LLK is hermetically divided into two chambers by the installation of an evaporator pan 1 a in the housing 1 . A first chamber (internal circuit cabinet) contains an internal fan 9 , an air-air heat exchanger 10 , two temperature sensors 14 , 15 , an expansion valve 13 and the screw connection with a condensate drain hose 6 .

Eine zweite Kammer (Außenkreislauf) beinhaltet einen Außenlüfter 8, einen Luft-Luft-Wärmetauscher 10, einen Verflüssiger 11, einen Verdichter 7, einen Kondensatablauf 6 und eine Regelplatine 16. Der Außenkreislauf wird durch folgende Anbauteile zur Umgebung begrenzt einen seitlichen Deckel 1 b, einen Deckel mit umlaufender Dichtung 2 und einer Haube 3 mit integrierten Luftleitgittern 4, 5.A second chamber (external circuit) contains an external fan 8 , an air-air heat exchanger 10 , a condenser 11 , a compressor 7 , a condensate drain 6 and a control board 16 . The external circuit is limited to the surroundings by the following attachments: a side cover 1 b, a cover with a circumferential seal 2 and a hood 3 with integrated air guide grilles 4 , 5 .

Die Bauteile Verdichter, Pressostat, Verflüssiger, Sammler, Trockner, Expansionsventil, Verdampfer sind Komponenten des (aktiven) Kältekreislaufes.The components compressor, pressostat, condenser, collector, dryer, Expansion valve, evaporator are components of the (active) Refrigeration cycle.

Der Luft-Luft-Wärmetauscher besteht aus einem Verbund mit Aluminium- Profilteilen.The air-air heat exchanger consists of a composite with aluminum Profile parts.

Wie man insbesondere aus Fig. 1 erkennt, gibt es die folgenden Luftkreisläufe:As can be seen in particular from Fig. 1, there are the following air circuits:

InnenkreislaufInternal circuit

Die warme Luft im Schrank wird mittels Innenlüfter 9 abgesaugt und durch den Luft-Luft-Wärmetauscher 10 und den Verdampfer 12 gedrückt. Sie verläßt das LLK durch den Ausblasschlitz wieder in den Schrank. The warm air in the cabinet is sucked off by means of an internal fan 9 and pressed through the air-air heat exchanger 10 and the evaporator 12 . It leaves the LLK through the blow-out slot in the cabinet.

AußenkreislaufExternal circuit

Die kühlere Umgebungsluft wird mittels Außenlüfter 8 durch das Ansauggitter 4 (eventuell mit Filter) angesaugt und durch den Luft-Luft- Wärmetauscher 10 und den Verflüssiger 11 gedrückt. Sie verläßt das LLK durch das Ausblasgitter 5 und wird dadurch schräg nach unten abgelenkt.The cooler ambient air is drawn in by means of external fans 8 through the intake grille 4 (possibly with a filter) and pressed through the air-air heat exchanger 10 and the condenser 11 . It leaves the LLK through the outlet grille 5 and is thereby deflected obliquely downwards.

Der passive Teil des Kombigerätes, somit das Luft-Luft-Klimagerät, arbeitet wie folgt:
Durch Aneinanderreihen von Aluminium-Profilteilen ist ein Wärmetauscher- Paket 10 mit zwei voneinander luftdicht getrennten Kammern mit Aluminium- Lamellen gebildet.The passive part of the combination device, thus the air-air conditioning unit, works as follows:
By lining up aluminum profile parts, a heat exchanger package 10 is formed with two airtightly separated chambers with aluminum fins.

Diese zwei getrennten Kammern werden einerseits mit Luft aus der Umgebung und andererseits mit Luft aus dem Schrank mit Hilfe von Lüftern durchströmt.These two separate chambers are filled with air from the one hand Environment and on the other hand with air from the cabinet with the help of fans flows through.

Durch den Temperaturunterschied der beiden Luftvolumenströme wird ein Wärmeaustausch bewirkt. Dies wird genutzt, um die Luft aus dem Schrank mit höherer Temperatur abzukühlen. Gleichzeitig wird die Umgebungsluft erwärmt und wieder an die Umgebung abgegeben.Due to the temperature difference between the two air volume flows Heat exchange causes. This is used to get the air out of the closet cool down at a higher temperature. At the same time, the ambient air is heated and released to the environment again.

Die Nutzkühlleistung dieser Art der Kühlung hängt sowohl von der Form und Anzahl der Lamellen und dem Luftvolumenstrom als auch von der bestehenden Temperaturdifferenz zwischen der Umgebungsluft und der Schrankluft ab.The useful cooling capacity of this type of cooling depends on both the shape and Number of fins and the air volume flow as well as from the existing temperature difference between the ambient air and the Closet air off.

In der Praxis bedeutet dies, bei der Annahme einer konstanten Verlustleistung durch elektrische Bauteile im Schrank, eine im Verhältnis zum Anstieg der Umgebungstemperaturen ansteigende Schranktemperatur. Dies ist bezüglich der Lebensdauer teurer Elektronik im Schaltschrank unerwünscht bzw. bei zu hoher Temperatur nicht tragbar. Zu diesem Zeitpunkt muß der aktive Teil des Kombigerätes zugeschaltet werden.In practice, this means assuming a constant power loss through electrical components in the closet, one in proportion to the increase in Ambient temperatures increasing cabinet temperature. This is regarding  the lifespan of expensive electronics in the control cabinet is undesirable or too high temperature not portable. At this point the active part of the Combined device can be switched on.

Der aktive Teil des Gerätes arbeitet wie folgt:
Das Kältemittel R134a zirkuliert im luftdicht geschlossenen Kreislauf durch die o.a. Bauteile. Dabei durchläuft es verschiedene Aggregatzustände von flüssig über Gemisch flüssig-gasförmig und gasförmig, nimmt dabei Wärme auf und gibt sie wieder an definierter Stelle ab.The active part of the device works as follows:
The refrigerant R134a circulates in an airtight closed circuit through the above components. It goes through various physical states from liquid to mixture liquid-gaseous and gaseous, absorbs heat and releases it again at a defined point.

Lm Einzelnen:
Im Sammler/Trockner sammelt sich das Kältemittel im flüssigen Zustand und kann darin seine Volumenänderung ausgleichen. Das integrierte Trocknungssystem ist sehr wichtig, da sich im Kreislauf keine Feuchtigkeit absetzen darf, was zum einen leistungsmindernd und zum anderen zu Beeinträchtigungen der Funktion führen kann.Individuals:
The refrigerant collects in the liquid state in the collector / dryer and can compensate for its change in volume. The integrated drying system is very important, since no moisture can settle in the circuit, which on the one hand reduces performance and on the other hand can impair the function.

Der Druck und dadurch die spezifische Temperatur sind in diesem Teil der Anlage relativ hoch (10 bis 17 bar).The pressure and therefore the specific temperature are in this part of the System relatively high (10 to 17 bar).

Das flüssige Kältemittel wird im Expansionsventil 13 gedrosselt und durch den Druckabfall auf ca. 4 bar (entspricht einer Temperatur von ca. 7 bis 10°C) in einen Mischzustand gasförmig-flüssig gebracht. Diese relativ niedrige Temperatur wird im Verdampfer 12 genutzt, um der Umgebung (bzw. dem Schaltschrank) Wärmeenergie zu entziehen. Das Expansionsventil 13 ist mit einem Temperatur-Fernfühler am Ausgang des Verdampfers verbunden und läßt nur soviel Kältemittel in den Verdampfer einspritzen, daß es zu 100% verdampft. Eine sogenannte Überhitzung von 2 bis 40 Kelvin ist zwar leistungsmindernd aber notwendig, um am Ausgang des Verdampfers 12 dampfförmiges Kältemittel zu garantieren. Der Druck in diesem Teil des Kreislaufes ist annähernd dem Druck hinter dem Expansionsventil 13.The liquid refrigerant is throttled in the expansion valve 13 and brought to a mixed state of gaseous-liquid by the pressure drop to approx. 4 bar (corresponds to a temperature of approx. 7 to 10 ° C.). This relatively low temperature is used in the evaporator 12 in order to extract thermal energy from the environment (or the control cabinet). The expansion valve 13 is connected to a remote temperature sensor at the outlet of the evaporator and can only inject enough refrigerant into the evaporator that it evaporates 100%. A so-called overheating of 2 to 40 Kelvin reduces the power but is necessary in order to guarantee 12 vaporous refrigerant at the outlet of the evaporator. The pressure in this part of the circuit is approximately the pressure behind the expansion valve 13 .

Das gasförmige Kältemittel wird vom Verdichter 7 angesaugt und auf den sogenannten Verflüssigungsdruck von 10 bis 17 bar komprimiert. Dieses Heißgas wird im Verflüssiger 11 bei konstantem Druck und durch Wärmeabgabe an die Umgebung wieder in den flüssigen Zustand versetzt und gelangt dann wieder in den Trockner/Sammler. Damit ist der Kreislauf geschlossen.The gaseous refrigerant is drawn in by the compressor 7 and compressed to the so-called condensing pressure of 10 to 17 bar. This hot gas is brought back into the liquid state in the liquefier 11 at constant pressure and by the release of heat to the environment and then returns to the dryer / collector. The cycle is closed.

Um den Wärmeaustausch am Verdampfer 12 bzw. Verflüssiger 11 zu unterstützen, werden Lüfter 8, 9 eingesetzt.Fans 8 , 9 are used to support the heat exchange at the evaporator 12 or condenser 11 .

Dieser Kältemittelkreislauf kann durch den linksläufigen Carnot-Prozeß annähernd beschrieben werden.This refrigerant cycle can be done through the left-handed Carnot process are approximately described.

Bei dem beschriebenen Kombigerät werden beide Arten der Wärmeübertragung zur Schaltschrankkühlung genutzt. Dabei übernehmen sowohl für die Luft-Luft- als auch für den Kältemittelbetrieb zwei Lüftern 8, 9 den Transport der Luft zum Wärmeaustausch.In the combination device described, both types of heat transfer are used to cool the control cabinet. Two fans 8 , 9 take over the transport of the air for heat exchange both for air-air and for refrigerant operation.

Dabei ist das Wärmetauscherpaket 10 für die Luft-Luft-Übertragung konstruktiv so angeordnet, daß die beiden Luftkreisläufe immer zuerst diesen Wärmetauscher durchströmen.The heat exchanger package 10 for the air-air transmission is structurally arranged so that the two air circuits always flow through this heat exchanger first.

Sind optimale Voraussetzungen (d. h. niedere Umgebungstemperaturen) vorhanden, reicht die Nutzkühlleistung der Luft-Luft-Wärmeübertragung aus, die produzierte Wärme aus dem Schaltschrank abzuführen.Are optimal conditions (i.e. lower ambient temperatures) available, the useful cooling capacity of air-to-air heat transfer is sufficient, dissipate the heat produced from the control cabinet.

Steigende Umgebungstemperaturen vermindern die Leistung des Luft-Luft- Wärmetauschers und führen dazu, daß die Nutzkühlleistung allein durch diese Komponente nicht mehr ausreicht, eine konstante Temperatur im Schaltschrank zu gewährleisten. Dadurch wird der Kältemittelkreislauf aktiviert und erhöht die geforderte Nutzkühlleistung. Der Kältemittelkreis bleibt solange aktiv, bis eine bestimmte Solltemperatur im Schaltschrank wieder erreicht wird.Rising ambient temperatures reduce the performance of the air-air Heat exchanger and lead to the fact that the useful cooling output by this alone  Component is no longer sufficient, a constant temperature in the Ensure control cabinet. This activates the refrigerant circuit and increases the required cooling capacity. The refrigerant circuit remains as long active until a certain target temperature in the control cabinet is reached again becomes.

Sind die Umgebungstemperaturen so hoch, daß die Leistung der Luft-Luft- Wärmeübertragung gegen Null geht, übernimmt der Kältemittelkreislauf die gesamte geforderte Nutzkühlleistung.Are the ambient temperatures so high that the performance of the air-air Heat transfer approaches zero, the refrigerant circuit takes over total required cooling output.

Übersteigen die Umgebungstemperaturen die Solltemperatur im Schaltschrank, muß der Kältemittelkreislauf zusätzlich die entgegenwirkende "Negativleistung" des Luft-Luft-Wärmetauschers kompensieren. Diese Kompensation kann bis zu 10% der Nominalleistung des Kühlgerätes erreichen.If the ambient temperatures exceed the target temperature in the Control cabinet, the refrigerant circuit must also counteract the Compensate for the "negative performance" of the air-air heat exchanger. This Compensation can be up to 10% of the nominal output of the cooling unit to reach.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Kombigerätes sind die folgenden:
Durch den Luft-Luft-Wärmetauscher 10 ist immer gewährleistet, daß sich die Luft vor Eintritt in den Verflüssiger 11 erwärmt und dadurch diesem Phänomen entgegenwirkt. D.h. durch diese Kombination ist das Kombigerät bei niederen Umgebungstemperaturen herkömmlichen Kältemittel-Kühlgeräten immer überlegen. Die Luft, die den Verflüssiger 11 anströmt, wird durch das Luft-Luft-Wärmetauscherpaket 10 angekühlt. Dies hat zur Folge, daß der zulässige Kondensationsdruck (begrenzt durch die Bauteile) in diesem Bereich immer niederer liegt, als bei herkömmlichen Kältemittel-Kühlgeräten. Die Nutzkühlleistung im oberen Temperaturbereich der Umgebungsluft nimmt zwar vergleichsweise ab, der Betrieb bei höheren Umgebungstemperaturen ist aber gewährleistet. The advantages of the combination device according to the invention are as follows:
The air-air heat exchanger 10 always ensures that the air heats up before entering the condenser 11 and thus counteracts this phenomenon. This combination means that the combination unit is always superior to conventional refrigerant cooling units at low ambient temperatures. The air flowing to the condenser 11 is cooled by the air-air heat exchanger package 10 . As a result, the permissible condensation pressure (limited by the components) is always lower in this area than with conventional refrigerant cooling devices. The useful cooling capacity in the upper temperature range of the ambient air decreases comparatively, but the operation at higher ambient temperatures is guaranteed.

Durch die Anwendung des Kombigerätes läßt sich gegenüber einem vergleichbaren, konventionellen Kältemittel-Kühlgerät eine Energieeinsparung von über 50% erzielen, wenn sich der Schaltschrank in einer Halle befindet. Befindet er sich im Freien, so sind sogar Energieeinsparungen von bis zu 90% erreichbar. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Aggregate, die Bestandteile des aktiven Teiles des Kombigerätes sind, eine höhere Lebensdauer haben, da sie nur etwa während eines Zehntels der Laufzeit eines herkömmlichen Gerätes betrieben werden müssen.By using the combi device you can comparable, conventional refrigerant cooling device an energy saving of more than 50% if the control cabinet is in a hall. If it is outdoors, there are even energy savings of up to 90% reachable. Another advantage is that the aggregates that Components of the active part of the combination device are a higher one Have lifespan because they only last about a tenth of the term a conventional device must be operated.

Einsatz bei niedrigen UmgebungstemperaturenUse at low ambient temperatures

Beim Einsatz von Kompressor-Kühlgeräten ist darauf zu achten, daß die Umgebungstemperatur nicht zu niedrig ist, da sonst der Kältekreislauf (thermodynamischer Prozeß) zusammenbricht. Der Verflüssiger von Kälteanlagen wird konstruktiv bedingt immer der Umgebungstemperatur ausgesetzt. Fällt die Umgebungstemperatur unter 0°C, erhöht sich die Leistung des Verflüssigers, was dazu führt, daß sich der größte Teil des Kältemittels im Verflüssiger sammelt und dadurch dem Kühlkreislauf entzogen wird.When using compressor cooling units, make sure that the Ambient temperature is not too low, otherwise the refrigeration cycle (thermodynamic process) breaks down. The liquefier from Refrigeration systems always depends on the ambient temperature due to their design exposed. If the ambient temperature falls below 0 ° C, the temperature increases Performance of the condenser, which leads to the fact that most of the Refrigerant collects in the condenser and thus removed from the cooling circuit becomes.

Um bei niedrigen Umgebungstemperaturen <0°C eine Nutzkühlleistung zu gewinnen, muß die Verflüssigertemperatur durch spezielle Technik auf einer bestimmten Mindesttemperatur gehalten werden, gleichzeitig ist aber darauf zu achten, daß eine Vereisung der Lamellen bei Verdampfungstemperaturen von kleiner -3°C die Leistung erheblich mindert.To ensure useful cooling capacity at low ambient temperatures <0 ° C win, the condenser temperature by special technology on a certain minimum temperature are kept, but at the same time it is on to ensure that the fins freeze at evaporation temperatures of less than -3 ° C significantly reduces performance.

Diese Tatsachen begrenzen den Einsatz von herkömmlichen Kältemittel- Kühlgeräten im Bereich niederer Umgebungstemperaturen.These facts limit the use of conventional refrigerant Cooling devices in the area of low ambient temperatures.

Das Luft-Luft-Kompressor-Kühlgerät hat dabei einen erheblichen Vorteil. Durch das Vorschalten des Luft-Luft-Wärmetauschers wird die Umgebungsluft erwärmt (bei maximaler Leistung ca. 10°K) und erst dann dem Verflüssiger zugeführt. Dadurch kann dieses Gerät vergleichbar mit herkömmlichen Geräten bei Umgebungstemperaturen, die um diese Temperaturdifferenz (ca. 10°K) niedriger sind, eingesetzt werden.The air-air compressor cooling unit has a considerable advantage. By upstream of the air-air heat exchanger becomes the ambient air  warmed (at maximum output approx. 10 ° K) and only then the condenser fed. This makes this device comparable to conventional ones Devices at ambient temperatures that are around this temperature difference (approx. 10 ° K) are lower.

Einsatz bei hohen UmgebungstemperaturenUse at high ambient temperatures

Beim Einsatz von hohen Umgebungstemperaturen ist der Einsatzbereich durch den maximal zulässigen Kondensationsdruck von 17 bis 21 bar beschränkt, was beim Kältemittel R134a einer Temperatur von 65 bis 70°C entspricht.When using high ambient temperatures, the area of application is due to the maximum permissible condensation pressure of 17 to 21 bar limited, which is a temperature of 65 to 70 ° C for the refrigerant R134a corresponds.

Dadurch ist bei herkömmlichen Kältemittel-Kühlgeräten eine maximale Einsatztemperatur von ca. 55°C vorgegeben.As a result, a maximum is achieved with conventional refrigerant cooling devices Operating temperature of approx. 55 ° C specified.

Beim erfindungsgemäßen Kombigerät wird durch den vorgeschalteten Luft- Luft-Wärmetauscher die Luft vor dem Eintritt in den Kondensator um ca. 5° K gekühlt, was theoretisch den Einsatzbereich ebenfalls um 5° K erhöht.In the combination device according to the invention, the upstream air Air heat exchanger the air before entering the condenser by about 5 ° K cooled, which theoretically also increases the area of application by 5 ° K.

NotlaufeigenschaffenRun-flat run

Ein nicht zu unterschätzender Vorteil der konstruktiven Lösung beim erfindungsgemäßen Kombi-Klimagerät ist die Tatsache, daß bei Außenaufstellungen (z. B. Mobilfunkstationen) eine Notlauf-Nutzkühlleistung beim Ausfall des Verdichters durch den Luft-Luft-Wärmetauscher gegeben ist.A not to be underestimated advantage of the constructive solution at Combi air conditioner according to the invention is the fact that at Outdoor installations (e.g. mobile radio stations) have an emergency running useful cooling capacity in the event of a compressor failure due to the air-air heat exchanger.

Des weiteren können die zur "Notkühlung" relevanten Lüfter so ausgelegt werden, daß sie mit einer Gleichspannung von 24V betrieben werden. Dadurch kann die Spannung bei Ausfall des Netzes durch einfache Batterien zur Verfügung stehen. Furthermore, the fans relevant for "emergency cooling" can be designed in this way be operated with a DC voltage of 24V. This allows the voltage to drop if the mains fails using simple batteries be available.  

Bei herkömmlichen Kältemittel-Kühlgeräten ist es gar nicht oder allenfalls kurzzeitig möglich, den Verdichter für den Notlauf mit der erforderlichen Energie bei Netzausfall zu versorgen.With conventional refrigerant cooling units, it is not at all or at most possible for a short time, the compressor for emergency operation with the required To supply energy in the event of a power failure.

Regelverhalten und SteuerungControl behavior and control

Hauptbestandteil der Regelung und Steuerung ist die Regelplatine 16 mit den zwei Temperaturfühlern 14, 15.The main component of the regulation and control is the control board 16 with the two temperature sensors 14 , 15 .

Der Innenlüfter ist nach der Verbindung des LLK mit der Netzspannung immer in Betrieb.The internal fan is always connected to the mains voltage after the LLK has been connected in operation.

Der Temperaturfühler 14 fühlt die Temperatur nach dem Ansaugen aus dem Schrank. Erreicht die Temperatur am Fühler 14 die Solltemperatureinstellung (z. B. 35°C), so wird der Außenlüfter 8 eingeschaltet. Falls die Umgebungstemperatur kleiner als die Solltemperatureinstellung ist, wird dadurch die Luft des Innenkreislaufes durch den Luft-Luft-Wärmetauscher 10 abgekühlt und verläßt das LLK in den Schrank. Die Luft im Außenkreislauf wird erwärmt und an die Umgebung abgegeben. Ist durch den Betrieb die Nutzkühlleistung größer als die Verlustleistung im Schrank, kühlt sich die Luft im Schrank ab und der Fühler 14 gibt der Regelplatine 16 das Signal zum Ausschalten des Außenlüfters 8. Ist die erforderliche Nutzkühlleistung größer als durch den Luft-Luft-Wärmetauscher 10 bereitgestellt werden kann, erwärmt sich die Luft im Schrank, übersteigt die Solltemperatureinstellung und veranlaßt beim Erreichen der Solltemperatur +5°K am Fühler 15 am Ausgang des Luft-Luft-Wärmetauschers 10 die Regelplatine 16, den Verdichter 7 einzuschalten. Durch den Betrieb des Verdichters 7 wird der Kältekreislauf gestartet und erhöht zusätzlich die zur Verfügung stehende Nutzkühlleistung. Der Kältekreislauf wird solange aufrechterhalten, bis der Fühler 15 die Solltemperatur +5°K erreicht hat. Um ein unzulässig häufiges Takten des Verdichters 7 zu vermeiden, ist die Regelplatine 16 mit einer Anlaufverzögerung zur Steuerung des Verdichters 7 ausgestattet.The temperature sensor 14 senses the temperature after being sucked out of the cabinet. When the temperature at sensor 14 reaches the target temperature setting (e.g. 35 ° C), the external fan 8 is switched on. If the ambient temperature is lower than the target temperature setting, the air in the inner circuit is cooled by the air-air heat exchanger 10 and leaves the LLK in the cabinet. The air in the external circuit is heated and released into the environment. If the useful cooling power is greater than the power loss in the cabinet due to the operation, the air in the cabinet cools down and the sensor 14 gives the control board 16 the signal to switch off the external fan 8 . If the required useful cooling output is greater than can be provided by the air-air heat exchanger 10 , the air in the cabinet heats up, exceeds the target temperature setting and, when the target temperature is reached, causes + 5 ° K at the sensor 15 at the outlet of the air-air heat exchanger 10 the control board 16 to turn on the compressor 7 . The refrigeration cycle is started by the operation of the compressor 7 and additionally increases the available cooling capacity. The refrigeration cycle is maintained until the sensor 15 has reached the target temperature + 5 ° K. In order to avoid an impermissibly frequent cycling of the compressor 7 , the control board 16 is equipped with a start-up delay for controlling the compressor 7 .

Des weiteren ist das Gerät mit einer Leistungsregelung durch Heißgasbeimischung in den Verdampfer ausgestattet (nicht dargestellt).Furthermore, the device is through with a power control Hot gas admixture equipped in the evaporator (not shown).

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Kombigerätes lassen sich wie folgt zusammenfassen:
Vielseitiger und umfassender Einsatzbereich;
konstante Nutzkühlleistung durch logische Verknüpfung der einzelnen Komponenten zur Wärmeübertragung und durch Leistungsregelung über Heißgas-Bypassbeimischung;
Notlaufeigenschaften durch Luft-Luft-Wärmetauscher;
beträchtliche Energieeinsparung;
geringe Geräuschemission bei Solobetrieb des Luft-Luft-Wärmetauschers.The advantages of the combination device according to the invention can be summarized as follows:
Versatile and comprehensive area of application;
constant useful cooling output through logical linking of the individual components for heat transfer and through output control via hot gas bypass admixture;
Emergency running properties through air-air heat exchanger;
considerable energy saving;
low noise emissions when the air-to-air heat exchanger is operated solo.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Kühlen eines Schalt- oder Steuerschrankes

• 1.1 mit einem Luft-Luft-Kühlsystem ("passives Kühlsystem"), umfassend einen ersten Lüfter zum Ansaugen eines Luftstromes aus dem Schrank sowie einen Wärmetauscher;
• 1.2 mit einem thermodynamischen Kühlsystem ("aktives Kühlsystem"), umfassend einen Verdichter, einen Verflüssiger, einen Sammler/Trockner, ein Expansionsventil, einen Verdampfer sowie einen zweiten Lüfter zum Ansaugen eines zweiten Luftstromes aus der Umgebung; der Wärmetauscher ist den beiden Lüftern nachgeschaltet.

1. Device for cooling a switch or control cabinet

• 1.1 with an air-air cooling system ("passive cooling system"), comprising a first fan for drawing in an air flow from the cabinet and a heat exchanger;
• 1.2 with a thermodynamic cooling system ("active cooling system"), comprising a compressor, a condenser, a collector / dryer, an expansion valve, an evaporator and a second fan for drawing in a second air stream from the environment; the heat exchanger is connected downstream of the two fans.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das passive Kühlsystem ein Luft-Luft-Kühlsystem ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the passive cooling system is an air-air cooling system. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• 3.1 es sind zwei Kammern vorgesehen, die aneinander grenzen;
• 3.2 die erste Kammer enthält den ersten Lüfter (Innenlüfter), einen Teil des Wärmetauschers, einen Temperatursensor, das Expansionsventil;
• 3.3 die zweite Kammer enthält den zweiten Lüfter (Außenlüfter), einen Teil des Wärmetauschers, einen Verflüssiger, einen Verdichter.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized by the following features:

• 3.1 two chambers are provided which adjoin one another;
• 3.2 the first chamber contains the first fan (internal fan), part of the heat exchanger, a temperature sensor, the expansion valve;
• 3.3 the second chamber contains the second fan (external fan), part of the heat exchanger, a condenser, a compressor.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer baulich an den Schrank angeschlossen ist, während die zweite Kammer der freien Umgebung zugewandt ist.4. The device according to claim 3, characterized in that the first Chamber is structurally connected to the cabinet, while the second chamber faces the free environment. 5. Verfahren zum Kühlen eines Schalt- oder Steuerschrankes, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• 5.1 es ist ein passives Kühlsystem vorgesehen;
• 5.2 es ist ein aktives Kühlsystem vorgesehen, umfassend einen Verdichter, einen Verflüssiger, einen Sammler/Trockner, ein Expansionsventil, einen Verdampfer;
• 5.3 das passive Kühlsystem wird ständig betrieben, während das aktive System erst bei Überschreiten einer bestimmten Umgebungstemperatur und/oder Temperatur des Schrankes zugeschaltet wird.

5. Method for cooling a switch cabinet or control cabinet, characterized by the following features:

• 5.1 a passive cooling system is provided;
• 5.2 an active cooling system is provided, comprising a compressor, a condenser, a collector / dryer, an expansion valve, an evaporator;
• 5.3 The passive cooling system is operated continuously, while the active system is only switched on when a certain ambient temperature and / or temperature of the cabinet is exceeded.