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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Kühlen von
elektrischen Schaltanlagen, insbesondere einen Kühler für Verteilerstationen und Schaltschränke, mit
zumindest einem Lüfter
für einen mindestens
teilweise in die Schaltanlage gerichteten Luftstrom.
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Es
sind Kühlvorrichtungen
bekannt, welche insbesondere zur Verringerung der Temperatur im
Inneren von Schaltanlagen eingesetzt werden. Speziell Verteilerstationen
und Schaltschränke
von Energie- und Telekommunikationsunternehmen beinhalten zum einen
eine steigende Anzahl von elektrischen Komponenten und zum anderen
werden diese elektrischen Komponenten in den Stationen und Schaltschränken immer
leistungsfähiger.
Dadurch entsteht beim Betrieb solcher Schaltanlagen eine sich stetig vergrößernde Wärmemenge
innerhalb der Schaltanlagen, welche abgeführt werden muss, um eine Überhitzung
und somit eine Fehlfunktion der Komponenten zu vermeiden.
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Die
zu diesem Zweck eingesetzten Kühlvorrichtungen
weisen dazu in der Regel wenigstens einen Lüfter zur Erzeugung eines mindestens
teilweise ins Innere der Schaltanlage geführten Luftstromes auf. Der
Lüfter
bzw. Ventilator ist beispielsweise im Bereich einer Öffnung im
Schaltanlagengehäuse
angeordnet und erzeugt dabei einen in die Schaltanlage oder aus
der Schaltanlage gerichteten Luftstrom, über den die in der Schaltanlage
entstandene Wärme abgeführt wird.
Damit der Luftstrom innerhalb der Schaltanlage zirkulieren kann,
weist das Schaltanlagengehäuse
eine weitere Öffnung
auf, durch die je nach Strömungsrichtung
des Luftstromes kühle
Umgebungsluft in die Schaltanlage gesaugt bzw. die sich innerhalb
der Schaltanlage aufgewärmte
Abluft über die Öffnung herausgeführt wird.
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Ein
Nachteil ist dabei die direkte Verbindung zwischen dem Schaltanlageninneren
und der Umgebung, so dass mit dem in die Schaltanlage geführten Luftstrom
Schmutzpartikel und gegebenenfalls auch Feuchtigkeit gelangen kann.
Sowohl Schmutzpartikel als auch die in der Schaltanlage befindliche
Feuchtigkeit kann beim Anhaften an den gegebenenfalls relativ empfindlichen
elektrischen Komponenten Störungen
oder sogar Schäden
verursachen, durch zum Beispiel einen elektrischen Kurzschluss,
was dann mitunter den Totalausfall der Schaltanlage zur Folge hat.
Eine Möglichkeit
zur Verringerung des Schmutzpartikeleintrages in die Schaltanlage
besteht im Einsatz von Filtern, deren Einsatz durch den regelmäßig durchzuführenden
Austausch jedoch einen relativ hohen Wartungsaufwand und damit verbundene Kosten
verursacht.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der vorbezeichneten
Gattung zu schaffen, bei der die vorbeschriebenen Nachteile vermieden
sind.
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Die
Lösung
der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit
den Merkmalen des Schutzanspruches 1. Vorteilhafte Weiterbildungen
und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis
8 angegeben.
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Bei
einer Vorrichtung zum Kühlen
von elektrischen Schaltanlagen, insbesondere einem Kühler für Verteilerstationen
und Schaltschränke,
mit zumindest einem Lüfter
für einen
mindestens teilweise in die Schaltanlage gerichteten Luft strom,
ist nach der Erfindung wenigstens ein erster Lüfter vorgesehen, dem ein erster
Lüftungskanal
zugeordnet ist, wobei mittels des Lüftungskanals mit seinem Ein-
und Auslass jeweils im Schaltanlageninneren ausmündend ein innerer Lüftungskreis
ausgebildet ist, mindestens ein zweiter Lüfter, dem zumindest ein zweiter
Lüftungskanal
zugeordnet ist, wobei der zweite Lüftungskanal mit seinem Ein-
und Auslass in der Umgebung ausmündend
einen äußeren Lüftungskreis
ausbildet, sowie wenigstens ein Wärmeüberträger, wobei Abschnitte beider
Lüftungskanäle von Bereichen des
Wärmeüberträgers ausgebildet
sind.
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Mit
Hilfe einer derartig erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung
lässt sich
ein Kühlvorgang der
elektrischen Komponenten innerhalb einer Schaltanlage umsetzen,
bei dem das Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit über den
Luftstrom auf vorteilhafte Weise vermieden ist. Somit lassen sich insbesondere
Störungen
oder Schäden
an den elektrischen Komponenten der Schaltanlage auf ein Minimum
reduzieren. Durch den Wärmeüberträger erfolgt eine
physikalische Trennung des inneren und äußeren Lüftungskreises. Dabei ist mittels
des Wärmeüberträgers stets
ein optimaler Wärmeübergang
von dem in der Regel höhere
Temperaturen aufweisenden Luftstrom des inneren Lüftungskreises
zum geringere Temperaturen aufweisenden Luftstrom des äußeren Lüftungskreises
gewährleistet.
Ein- und Auslässe
der Lüftungskanäle sind
dementsprechend mit demselben Raum im Schaltanlageninneren bzw. der
Umgebung verbunden.
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Mit
Vorteil ist nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass
die Lüfter
innerhalb der jeweils zugeordneten Lüftungskanäle angeordnet sind. Die Anordnung
jedes Lüfters
bzw. jedes Ventilators innerhalb des jeweils zugeordneten Lüftungskanals
hat den Vorteil, dass nahezu die gesamte vom Lüfter erzeugte Strömungsenergie
in einen gerichteten Luftstrom innerhalb eines jeweiligen Strömungskanals
umgewandet wird. Beide Lüfter
bzw. Ventilatoren sind dabei derart in den Lüftungskanälen des inneren und äußeren Lüftungskreises
angeordnet, dass die Lüfter
bevorzugt eine Saugwirkung des Luftstromes in den Lüftungskanälen hervorrufen.
Diesbezüglich
sind die Lüfter
jeweils hinter einem jeweiligen durch den Wärmeüberträger ausgebildeten Abschnitt des
Lüftungskanals
im inneren und äußeren Lüftungskreis
angeordnet.
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Der
Wärmeüberträger ist
insbesondere ein Plattenwärmetauscher,
dessen Einsatz eine vorteilhaft einfache Möglichkeit für eine Wärmeübertragung zwischen zwei voneinander
getrennt geführten
Luftströmen
darstellt. Ein Stoffaustausch lässt
sich mittels des bevorzugt als Gegenstrom-Plattenwärmetauscher
ausgebildeten Wärmeüberträgers auf
vorteilhafte Weise vermeiden. Mit der Umgebungsluft angesaugte Verunreinigungen
gelangen somit nicht vom äußeren Lüftungskreis
in den inneren Lüftungskreis
sondern werden wieder über
den Auslass des äußeren Lüftungskreises
in die Umgebung abgegeben.
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Darüber hinaus
ist vorgesehen, dass die Kühlvorrichtung
eine mit einem Kältemittel
arbeitende Kältemaschine
aufweist, mittels der sich die Temperatur im Inneren der Schaltanlage
auf einfache Weise weiter verringern lässt. Insbesondere bei relativ
hohen Umgebungstemperaturen, die nicht mehr genügen, um die Innentemperatur
der Schaltanlage unterhalb eines vorgegebenen Maximalwertes zu halten,
kann mittels der Kältemaschine
die Temperatur in der Schaltanlage vorteilhaft runtergekühlt werden.
Bevorzugt kommt eine Kompressionskältemaschine zum Einsatz, dessen
Kältemittel
in einem geschlossenen Kreislauf bewegt wird, wobei durch Aggregatszustandsänderungen
des Kältemittels,
welche aufgrund von Druckänderungen
im geschlossenen Kreislauf bewirkt sind, Wärme im Inneren der Schaltanlage
aufgenommen und außerhalb
der Schaltanlage in die Umgebung abgegeben wird.
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Die
Kältemaschine
umfasst dazu ein Kühlregister
und ein Heizregister, wobei der Kühlregister im Lüftungskanal
des inneren Lüftungskreises
und der Heizregister im Lüftungskanal
des äußeren Lüftungskreises
angeordnet ist. Durch die Anordnung des wärmeaufnehmenden Kühlregisters
und die Anordnung des wärmeabgebenden
Heizregisters in dem jeweils zugeordneten Lüftungskanal ist durch den direkt über den
Kühlregister
und den Heizregister geführten
Luftstrom stets ein optimaler Wärmeübergang
gewährleistet.
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Dabei
ist sowohl der Kühlregister
als auch der Heizregister der Kältemaschine
im jeweils zugeordneten Lüftungskanal
bevorzugt in Strömungsrichtung
hinter dem Wärmeüberträger angeordnet.
Somit erfolgt durch den Wärmeüberträger zuvor
eine vorteilhafte Verringerung der Temperatur des anschließend über den
Kühlregister
geführten,
inneren Luftstromes, weshalb die mittels der Kältemaschine zu erbringende
Kühlleistung
und der daraus resultierende Primärenergiebedarf mit Vorteil
relativ gering ausfällt.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kühlvorrichtung
zumindest eine Regeleinrichtung für einen gesteuerten Kühlvorgang
umfasst, mit Hilfe der sich sowohl die Lüfter bzw. Ventilatoren als
auch die Kältemaschine
auf vorteilhafte Weise je nach Bedarf regeln lassen. Insbesondere
der Lüfter
des äußeren Lüftungskreises
und die Kältemaschine
können
jeweils einzeln in Abhängigkeit
zur vorliegenden Innentemperatur in der Schaltanlage nacheinander
zu dem üblicherweise dauerhaft
auf einer konstanten Leistungsstufe betriebenen Lüfter mit
seinem auf gleichbleibender Drehzahl gehaltenen Lüfterrad
hinzugeschaltet werden. Dabei wird in der Regel zuerst der Lüfter des äußeren Lüftungskreises
hinzugeschaltet, wobei dessen Drehzahl sich mit steigender Temperatur
im Schaltanlageninneren erhöht.
Ab einer bestimmten Temperatur im Inneren der Schaltanlage wird
die Kältemaschine
hinzugeschaltet, wobei der Lüfter
im äußeren Lüftungskreis
dann mit der Drehzahl seines Lüfterrades
an den im Heizregister vorherrschenden Kondensationsdruck angepasst
wird.
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Die
Regeleinrichtung ist mit mindestens einem Messgrößen erfassenden Sensor gekoppelt.
Jeder Sensor dient insbesondere zur Informationsgewinnung über relevante
Messgrößen, wie
zum Beispiel der Temperatur im Inneren der Schaltanlage bzw. des
Kondensationsdruckes im Heizregister. Gleichzeitig kann mit Hilfe
jedes Sensors eine vorteilhafte Umwandlung der Messgrößen in geeignete elektrische
Ausgangssignale erfolgen, wobei jeder Sensor noch mit Vorteil eine
Signalaufbereitung, in Form einer Verstärkung bzw. einer Filterung
aufweisen kann. Die eingesetzten Sensoren können beispielsweise als Thermoelement
zur Temperaturerfassung bzw. als piezoelektrischer Kraftaufnehmer
zur Bestimmung eines vorherrschenden Druckes ausgebildet sein.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist
in der Zeichnung dargestellt.
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Die
einzige Figur zeigt eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten
Aufsatzkühlers
für elektrische
Schaltanlagen.
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Mit 1 ist
ein Aufsatzkühler
bezeichnet, der einen ersten Lüftungskanal 2 und
einen zweiten Lüftungskanal 3 aufweist,
wobei Abschnitte der beiden Lüftungskanäle 2, 3 von
Bereichen eines Wärmeüberträgers 4 ausgebildet
sind. Innerhalb jedes Lüftungskanals
ist ein Lüfter 5, 6 angeordnet,
die jeweils in den Lüftungskanälen einen
gerichteten Luftstrom erzeugen. Der Lüftungskanal 2 weist
dabei jeweils einen im Inneren der Schaltanlage ausmündenden Einlass 7 und
einen Auslass 8 auf, worüber ein innerer Lüftungskreis
ausgebildet ist. Der Lüftungskanal 3 weist
hingegen einen Einlass 9 und einen Auslass 10 auf,
die jeweils in die Umgebung ausmünden,
wobei ein äußerer Lüftungskreis
ausgebildet ist. Der Aufsatzkühler 1 weist
des Weiteren eine mit einem Kältemittel
arbeitende Kältemaschine 11 auf, welche
zumindest ein Kühlregister 12,
ein Heizregister 13, einen Verdichter 14 und eine
nicht dargestellte Drossel umfasst. Der Kühlregister ist dabei im Lüftungskanal 2 und
der Heizregister 13 im Lüftungskanal 3 jeweils bevorzugt
in Strömungsrichtung
hinter dem insbesondere als Gegenstrom-Plattenwärmetauscher ausgebildeten Wärmeüberträger 4 angeordnet.
Insbesondere bei relativ hohen Umgebungstemperaturen, bei denen
der Kühlvorgang
mittels der in den Lüftungskanälen 2, 3 angeordneten
Lüfter 5, 6 und
dem Wärmeüberträger 4 allein
nicht mehr ausreicht, kann dann die Kältemaschine 11 hinzugeschaltet
werden.