DE202008003516U1

DE202008003516U1 - Kühlgerät für elektronische Bauelemente

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Publication number: DE202008003516U1
Application number: DE202008003516U
Authority: DE
Original assignee: NFT Nanofiltertechnik GmbH
Current assignee: NFT Nanofiltertechnik GmbH
Priority date: 2008-03-12
Filing date: 2008-03-12
Publication date: 2008-07-03
Anticipated expiration: 2018-03-13
Also published as: JP2011515026A; US20110072835A1; JP5323102B2; WO2009112186A1

Abstract

Kühlgerät für elektronische Bauelemente mit einer beidseitig mit Wärmetauschelementen versehenen Platte, längs deren Oberfläche zwei getrennte Luftströmungswege angeordnet sind, von denen einer Außenluft und einer Innenluft führt, dadurch gekennzeichnet,
daß das Kühlgerät zwei in einer Ebene liegende Einlässe (15, 16) aufweist, die mit zwei getrennten Kammern (19, 20) in Strömungsverbindung stehen,
daß die beiden Kammern (19, 20) über Leitbleche (25, 26) mit Kanälen (23, 24) an der Ober- und Unterseite der Platte in Strömungsverbindung stehen,
daß die Platte mindestens ein Peltier-Element (22) aufweist.

Description

Die Neuerung bezieht sich auf ein Kühlgerät für elektronische Bauelemente gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruches 1.
Ein solches Kühlgerät ist aus DE 10 2004 030 675 A1 bekannt. Dort ist eine Kühleinrichtung für elektronische Bauelemente beschrieben, die eine Montageplatte aufweist, an der elektronische Bauelemente in wärmeleitendem Kontakt befestigt sind. An der Montageplatte sind mehrere Wärmetauscherelemente befestigt. Die Montageplatte bildet dabei die Rückwand eines Schaltschrankes und ist durch eine Abdeckung abgedeckt, so daß sich ein außerhalb des Innenraumes des Schaltschrankes liegender Strömungskanal bildet, dem Außenluft über einen Lüfter zugeführt wird. Im Innenraum kann eine zusätzliche Strömung längs der Montageplatte durch Konvektion oder einen weiteren Lüfter erzeugt werden.
Weiter ist dort vorgeschlagen, spezielle Wärmetauscherelemente zu verwenden, wie sie in der DE 102 33 736 beschrieben sind.
Diese bekannten Kühleinrichtungen arbeiten im Prinzip mit einem Luft/Luft-Wärmetausch, wobei davon ausgegangen wird, daß die Außenluft kälter ist als die Innenluft im Innenraum des Schaltschrankes. Bekanntlich hängt der Wärmeübergang an einem Wärmetauscher ganz wesentlich von der Temperaturdifferenz der miteinander im Wärmetausch stehenden Medien ab. Damit ist die Kühlleistung der bekannten Einrichtungen bei hohen Außentemperaturen nicht zufriedenstellend.
Im Stand der Technik sind daher auch schon aktive Kühleinrichtungen bekannt, die nach dem Prinzip eines Kühlschranks mit Kompressor arbeiten (vgl. US 5706668 ) oder mit Peltierelementen. So beschreibt beispielsweise die DE 10 2006 034 487 A1 einen Wärmetauscher mit Peltierelementen, die beidseitig mit Wärmeabgabe- und Wärmeaufnahmeelementen in wärmeübertragenden Kontakt stehen, wobei an die Wärmeabgabe- und die Wärmeaufnahmeelemente jeweils ein Fluid-Erwärmungs- und ein Fluid-Abkühlkanal angrenzen.
Kühleinrichtungen mit Peltierelementen sind auch in der DE 10 2006 020 502 und 10 2006 020 503 , DE 10 2006 020 499 , DE 299 21 448 U1 , DE 203 01 232 U1 beschrieben.
Die DE 201 05 487 U1 beschreibt ein Kühlgerät mit Peltierelementen, bei dem eine Umschaltung zwischen ein zelnen Kühlmodi in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur dadurch möglich ist, daß die Peltierelemente entweder alle parallel geschaltet sein können, oder gruppenweise oder insgesamt in Reihe, womit die Kühlleistung in einfacher Weise steuerbar ist.
Die DE 200 07 920 U1 beschreibt eine Belüftungsvorrichtung für ein Gehäuse mit Peltierelementen, bei dem der Luftstrom wahlweise umgekehrt werden kann, um zwischen Kühl- und Heizbetrieb umzuschalten.
Peltierelemente sind heute als flache Plättchen mit Wärmeabgabe- und Wärmeaufnahmeseite erhältlich. Nachteilig ist naturgemäß ihr Verbrauch an elektrischer Energie und das Problem, daß der Wirkungsgrad bzw. die Kühlleistung temperaturabhängig sind und mit steigender Temperaturdifferenz zwischen Wärmeabgabeseite und Wärmeaufnahmeseite abnimmt.
Aufgabe der Neuerung ist es, das Klimatisierungsgerät der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß es in einem großen Temperaturbereich der Außentemperatur die Temperatur elektronischer Bauelemente gut innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereiches hält, eine hohe Leistungsdichte aufweist, möglichst kompakt ist und einen geringen Verbrauch elektrischer Energie hat.
Diese Aufgabe wird durch die im Schutzanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Neuerung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Das Grundprinzip der Neuerung besteht darin, das Kühlgerät als kompaktes Gerät mit Peltier-Elemente auszubilden, die beidseitig mit Wärmetauscherelementen versehen sind, wobei das Gerät zwei Lufteinlässe und zwei Luftauslässe aufweist, die mit zwei getrennten Strömungswegen verbunden sind, von denen einer an einer Seite des Peltier-Elementes und einer auf der anderen Seite des Peltier-Elementes verläuft. Die beiden Einlässe liegen vorzugsweise parallel in einer Ebene, wobei jedem Einlaß ein Ventilator zugeordnet ist, der die eintretende Luft von einem Einlaßraum über Leitbleche zu dem entsprechenden Strömungsweg an der Ober- oder Unterseite des Peltier-Elementes leitet.
Das Gerät ist vorzugsweise an Norm-Schaltschränke mit 19 Zoll Schienen angepaßt und hat eine Höhe von nur einer Höheneinheit, entsprechend 44,45 mm, eine Breite von 448 mm und eine Tiefe von 480 mm.
Das Gerät kann als reine Umwälzeinrichtung arbeiten, die kühle Außenluft durch Schlitze oder Öffnungen eines Schaltschrankes ansaugt und im Innenraum des Schaltschrankes umwälzt. Wird höhere Kühlleistung gefordert, so kann das Peltier-Element aktiv geschaltet und damit als aktiver Kühler arbeiten. Das Peltier-Element kann bei den oben beschriebenen Maßen bis zu 27 Einzelelemente enthalten, die je eine Leistung von 10 bis 15 Watt pro Einheit aufweisen, so daß eine Kühlleistung von 270 bis 405 Watt möglich ist.
Beim erst genannten Umwälzbetrieb kann auch einer der Ventilatoren abgeschaltet werden.
Zusammenfassend erhält man also ein Hybridkühlgerät mit geringer Einbauhöhe und hoher Leistungsdichte. Durch die beiden Betriebsarten läßt sich der Verbrauch an elektrischer Energie einsparen. Das Gerät läßt sich in verschiedenen Ausrichtungen in einen Schaltschrank einbauen, so daß die Kühlluft nach oben oder nach unten ausgeblasen wird.
Im folgenden wird die Neuerung anhand eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt:
1 eine perspektivische Darstellung eines teilweise abgeschnittenen Schaltschrankes mit einem Kühlgerät nach der Neuerung;
2 eine perspektivische, schematische Darstellung des Kühlgerätes nach der Neuerung;
3 eine schematische Draufsicht auf ein geöffnetes Kühlgerät nach der Neuerung;
4 einen Schnitt längs der Linie A-A der 3; und
5 einen Schnitt längs der Linie B-B der 3.
1 zeigt einen herkömmlichen Schaltschrank 1 (ohne Tür), der seitliche Schienen 2 und 3 zum Einschieben und Halten von elektrischen und elektronischen Bauelementen aufweist sowie senkrechte Träger 4, 5, 6 und 7, an denen Außenwände befestigt sind, wobei zwei der Träger, hier die Träger 4 und 6, Lochreihen 8 und 9 aufweisen, zur Befestigung von einzuschiebenden Bauteilen. Auch an den Trägern 6 und 7 können entsprechende Lochreihen vorgesehen sein.
Das Kühlgerät nach der Neuerung ist als ein Einschubelement ausgebildet, das an die Abmessungen eines solchen Norm-Schaltschrankes angepaßt ist. Es hat beispielsweise die oben genannten Abmessungen, wenn es in einem 19 Zoll Schaltschrank verwendet wird. Das Kühlgerät in seiner Gesamtheit ist mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet. Über zwei seitliche Laschen 11 und 12, die Löcher 13 und 14 aufweisen, kann es an den Trägern 4 und 6 und den dortigen Lochreihen 8 und 9 befestigt werden, wobei es an den Schienen 2 und 3 gehalten ist.
Wie aus 2 zu erkennen ist, hat das Kühlgerät 10 zwei in einer Ebene parallel nebeneinander liegende Einlässe 15 und 16, an denen nicht dargestellte Ventilatoren angeordnet sind, über die Außenluft entsprechend den Pfeilen 17 und 18 in zwei getrennte Kammern 19 und 20 angesaugt wird, wobei die beiden Kammern 19 und 20 durch eine Trennwand 21 voneinander getrennt sind.
Angrenzend an die beiden Kammern 19 und 20 ist eine Peltierplatte 22 angeordnet, die eine Vielzahl von einzelnen Peltierelementen enthält, die beidseitig mit Wärmetauscherelementen versehen sind. Die Peltierplatte 22 ist in der Mitte der Höhe H angeordnet und teilt in ihrem Bereich das Kühlgerät in einen ersten Kanal 23 und einen zweiten Kanal 24. Der Kanal 23 ist mit dem Raum 19 verbunden, wobei ein Leitblech 25 in Verbindung mit der Trennwand 21 dafür sorgt, daß über die Öffnung 15 einströmende Luft nur in den ersten Kanal 23 gelangt. In entsprechender Weise ist der zweite Raum 20 über ein Leitblech 26 mit dem Kanal 24 verbunden, so daß Luft, die über den Einlaß 16 angesaugt wird, nur durch den Kanal 24 fließt.
Der erste Kanal 23 endet an einer stirnseitigen Auslaßöffnung 27, während der zweite Kanal 24 an einer oder mehreren Auslaßöffnungen 28 endet, die an einer Ober- oder Unterseite des Kühlgerätes vorgesehen sind, was von der Einbaulage abhängt. Mit anderen Worten kann das Kühlgerät so eingebaut werden, daß die Kühlluft nach oben oder nach unten ausgeblasen wird. Die Auslaßöffnung 18 kann sich über die gesamte Breite des Gerätes erstrecken. Sie kann aber auch andere Abmessungen haben und damit gezielter und konzentrierter Kühlluft an vorbestimmten Stellen ausblasen.
Der Auslaß 27 ist bei Einbau des Kühlgerätes in einen Schaltschrank 1 gemäß 1 mit einer Öffnung 29 in einer Rückwand 30 ausgefluchtet, während die Öffnung 28 des zweiten Kanales 24 zum Innenraum des Schaltschrankes 1 ausgerichtet ist.
Die Peltierplatte 22 hat bei aktivem Pletierbetrieb eine heiße Seite und eine kalte Seite. Beim aktiven Kühlbetrieb wird die elektrische Spannung so an die Pletierelemente angelegt, daß die heiße Seite zum Kanal 23 und die kalte Seite zum Kanal 24 weist.
Das Gerät ist, wie erwähnt, in zwei Betriebsarten betreibbar. In der ersten Betriebsart arbeitet es als reine Luftumwälzung. Hierbei kann der Ventilator am Einlaß 15 abgeschaltet sein und nur der Ventilator am Einlaß 16 betrieben werden. Es wird dann Luft entsprechend der Pfeile 18 am Einlaß 16 in die Kammer 20 angesaugt und über den Kanal 24 zum Auslaß 28 geblasen. Hierbei wird durch Schlitze oder sonstige Öffnungen des Schaltschrankes Außenluft angesaugt und in herkömmlicher Weise in den Innenraum des Schaltschrankes geblasen, wo sie durch andere nicht dargestellte Öffnungen abfließen kann.
Ist die Temperatur der Außenluft so hoch, daß keine ausreichende Kühlung erzielbar ist, wird die Peltierplatte 22 bzw. deren Peltierelemente aktiv geschaltet und der Ventilator an dem Einlaß 15 eingeschaltet. Die über den Einlaß 16 angesaugte Luft läuft dann entsprechend den Pfeilen 18 über die aktiv gekühlte kalte Seite der Peltierplatte 22 in dem Kanal 24 und wird am Auslaß 28 ausgeblasen. Die über den Einlaß 15 angesaugte Luft strömt entlang den Pfeilen 17 an der heißen Seite der Peltierplatte 22 entlang und führt die dortige Wärme über die Auslaßöffnung 27 ab, wobei diese Luft über die Öffnung 29 an der Rückwand 30 des Schaltschrankes nach außen transportiert wird.
3 zeigt eine Draufsicht auf das teilweise geöffnete Kühlgerät, wobei auch hier die Ventilatoren fortgelassen sind. Man erkennt die beiden Öffnungen 15 und 16 zu den Kammern 19 und 20, die Trennwand 21, die die beiden Kammern 19 und 20 trennt, und die Leitbleche 25 und 26, die die jeweiligen Luftströme 17 und 18 (vgl. 4 und 5) auf die beiden Seiten der Peltierplatte 22 leiten. Weiter sieht man die Austrittsöffnung 28 des Kanales 24.
4 zeigt einen Schnitt längs der Linie A-A, aus dem deutlicher hervorgeht, wie der Luftstrom längs der Pfeile 18 vom Einlaß 16 über einen ersten Ventilator 32 in die Kammer 20 und das Leitblech 26 in den Kanal 24 und von dort zur Austrittsöffnung 28 gelangt. Entsprechend zeigt 5 in einem Schnitt längs der Linie B-B den Luftstrom längs der Pfeile 17 über den Einlaß 15, einen zweiten Ventilator 33, die Kammer 19 und den Kanal 23 zur Auslaßöffnung 27 entlang der anderen Seite der Peltierplatte 22.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004030675 A1 [0002]
- DE 10233736 [0003]
- US 5706668 [0005]
- DE 102006034487 A1 [0005]
- DE 102006020502 [0006]
- DE 102006020503 [0006]
- DE 102006020499 [0006]
- DE 29921448 U1 [0006]
- DE 20301232 U1 [0006]
- DE 20105487 U1 [0007]
- DE 20007920 U1 [0008]

Claims

Kühlgerät für elektronische Bauelemente mit einer beidseitig mit Wärmetauschelementen versehenen Platte, längs deren Oberfläche zwei getrennte Luftströmungswege angeordnet sind, von denen einer Außenluft und einer Innenluft führt, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgerät zwei in einer Ebene liegende Einlässe (15, 16) aufweist, die mit zwei getrennten Kammern (19, 20) in Strömungsverbindung stehen, daß die beiden Kammern (19, 20) über Leitbleche (25, 26) mit Kanälen (23, 24) an der Ober- und Unterseite der Platte in Strömungsverbindung stehen, daß die Platte mindestens ein Peltier-Element (22) aufweist.
Kühlgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es hinsichtlich seiner Außenmaße als Einschub für einen Norm-Schaltschrank mit einer Norm-Höheneinheit ausgebildet ist.
Kühlgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kanal (23) mit einer stirnseitigen Auslaßöffnung (27) in Verbindung steht und der andere Kanal (24) mit einer an einer Ober- oder Un terseite des Gerätes angeordneten Auslaßöffnung (28) in Strömungsverbindung steht.
Kühlgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Kanal (24) je nach Einbaulage des Kühlgerätes seine Auslaßöffnung (28) nach oben oder unten ausgerichtet hat.