DE3326977A1

DE3326977A1 - Kuehlaggregat fuer elektrische schaltschraenke

Info

Publication number: DE3326977A1
Application number: DE19833326977
Authority: DE
Inventors: Bruno 7441 Wolfschlugen Kümmerle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-07-27
Filing date: 1983-07-27
Publication date: 1985-02-07
Also published as: DE3326977C2

Description

Kühlaggregat für elektrische Schaltschränke
Die Erfindung betrifft ein Kühlaggregat für elektrische Schaltschränke der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
Solche Kühlaggregate sind erforderlich, um die Temperatur in Schaltschränken in einem für die elektronischen Bauteile unkritischen Temperaturbereich zu halten. Fällt die Kühlung aus, so steigt die Schaltschranktemperatur sehr schnell an, wobei bei Temperaturen über 50 c C bereits Ausfälle und Schädigungen in den elektronischen Bauteilen auftreten können. Es ist deshalb erforderlich, die Schaltschranktemperatur laufend zu überwachen und eine evtl. nicht mehr ausreichende Kühlleistung des Kühlaggregats möglichst frühzeitig zu erkennen. Einfache Temperatursensoren zur Erfassung und Anzeige der Schaltschranktemperatur sind hierfür zu träge, da bei Ausfall des Kühlaggregats die Temperatur im Schaltschrank so schnell anstei gen kann, daß die kritische Temperaturgrenze meist zugleich mit der Störungserkennung überschritten wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Kühlaggregat der eingangs genannten Art mit relativ geringem Geräte- und Schaltungsaufwand ein Überwachungs- und Störungsmeldesystem zu realisieren, das die rechtzeitige Erkennung einer zum Temperaturanstieg im Schaltschrank führenden Störung sicherstellt, so daß Gegenmaßnahmen, wie z.B. das Abschalten des Schaltschranks, so rechtzeitig getroffen werden können, daß die kritische Schaltschranktemperathr nicht erreicht wird.
Die Aufgabe ist bei einem Kühlaggregat der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die Störungsmelder wird einerseits die Schaltschranktemperatur ohne zusätzliche bauliche Eingriffe in den Schaltschrank überwacht und andererseits die Kühlleistung des Aggregats laufend überprüft. Bei zunehmender Luftfilterverschmutzung wird die Kondensatorabwärme nicht mehr ausreichend abgeführt, so daß die Kühlleistung des Kühlaggregats sinkt. Anhand der Temperaturüberwachung am Kondensatorausgang wird ein sol cher Kühlleistungsabfall des Kühlaggregats frühzeitig erkannt und ein Signal zum Luftfilterwechsel gegeben.
Dabei macht man sich die Erkenntnis zunutze, daß bei einer bestimmten Temperatur, z.B. 500C, der durch den zweiten Luftführungskanal hindurchströmenden Umgebung luft am Kältemittelausgang des Kondensators eine bestimmte, konstruktiv bedingte Temperatur, z.B 650C, herrscht. Verschmutzt das Luftfilter, so steigt die Temperatur am Kondensatorausgang an. Dieser Effekt wird ausgenutzt, um auch den Fühler für den Störungsmelder zur Luftfilterüberwachung als Temperaturfühler ausbil- den zu können.
Die Verwendung von Temperaturfühlern ermöglicht ein kleines Bauvolumen der Störungsmelder und eine einfache elektrische Auswertung, insbesondere, wenn als Temperaturfühler temperaturabhängige Halbleiterelemente eingesetzt werden. Andere mögliche Fühler für die Störungsmelder, wie Pressostat und Thermostat, bedingen hingegen einen großen Geräte- und Schaltungsaufwand.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich aus Anspruch 2. Hiermit wird in Rosten-und volumensparender Weise zugleich eine Steuervorrichtung zum Ein- und Ausschalten des Kühlaggregats in Abhängigkeit von der Schaltschranktemperatur geschaffen. Mit nur zwei Temperaturfühlern können somit zwei entsprechende Störungsmeldungen und eine temperaturabhängige Kompressorsteuerung durchgeführt werden.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich aus Anspruch 5. Mittels der Schaltrelais können nicht nur beliebig ausgestaltete Störungsanzeigen, wie Hupe, Blinklicht od. dgl., geschaltet werden, sondern zugleich Schutzmaßnahmen, wie Abschalten des Schaltschranks, Maschinenstillegung, Wicklungsschutz od.dgl., automatisch durchgeführt werden.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich dabei aus Anspruch 6. Durch diese Maßnahmen wird zugleich sichergestellt, daß auch bei teilweisem oder völligem Ausfall des Überwachungs- und Störungsmeldesystems Störungsmeldungen erfolgen.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich aus Anspruch 10. Durch diese Maßnahmen kann in Verbindung mit einer Digitalanzeige gemäß Anspruch 11 zusätzlich die vom Temperaturfühler des ersten Störungsmelders erfaßte Temperatur der Schaltschrankabluft als Meßwert angezeigt werden. Die hier als Temperaturfühler verwendeten Siliciumhalbleiter weisen bei OOC einen Spannungsabfall von 2,73 V auf.
Auf diesen Wert wird die Referenzspannung eingestellt, so daß die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers direkt proportional der Temperatur der Schaltschrankabluft ist. Die laufende Istanzeige der Schaltschranktemperatur gibt somit noch eine zusätzliche Überwachungsmöglichkeit.
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt eines Kühlaggregats für einen Schaltschrank, schematisch dargestellt, Fig. 2 einen prinzipiellen Schaltplan eines Überwachungs- und Störungsmeldesystems in Fig. 1.
Wie in Fig. 1 zu sehen ist, weist das Kühlaggregat für einen elektrischen Schaltschrank ein Gehäuse 10 auf, das durch entsprechend angeordnete Trennwände 11, 12 in zwei Luftführungskanäle 13 und 14 unterteilt ist.
Der in der Zeichnung untere Luftführungskanal 13 weist eine Zuluftöffnung 15 und eine Abluftöffnung 16 auf, die mit entsprechenden Öffnungen eines elektrischen Schaltschrankes verbunden werden, so daß die Schaltschrankabluft an der Zuluftöffnung 15 in den Luftführungskanal 13 eintritt und diesen durch die Abluftöffnung 16 wieder verläßt, um gekühlt in den Schaltschrankinnenraum zurückzukehren. Der obere Luftführungskanal 14 mündet ebenfalls in einer Zuluftöffnung 17 im rechten Teil des Gehäuses 10 und in einer Abluftöffnung 18 im linken Teil des Gehäuses 10. Über die Zuluft- und Abluftöffnung 17,18 steht der obere Luftführungskanal 14 mit der Umgebungsluft in Verbindung. Die Zuluftöffnung 17 ist mit einem Luftfilter 19 abgedeckt.
In dem Gehäuse 10 sind, aufgeteilt auf die beiden Luftführungskanäle 13, 14, die Bauelemente Kompressor 20, Kondensator 21 und Verdampfer 22 einer Kältemaschine untergebracht, die in bekannter Weise in einem geschlossenen Kreislauf von einem Kältemittel durchströmt werden.Der Verdampfer 22 ist dabei in dem unteren, von der Abluft des Schaltschranks durchströmten Luftführungskanal 13 angeordnet, während der Kondensator 21 im oberen, von der Umgebungsluft durchströmten Luftführungskanal 14 aufgenommen ist. In letzterem befindet sich noch der Kompressor 20 und der Motor 23 eines zweiflügeligen Ventilators 24, dessen beide Ventilatorflügel jeweils in einem der Luftführungskanäle 13,14 angeordnet sind. Im oberen Luftführungskanal 14 ist auch noch der elektrische Teil eines Überwachungs- und Störungsmeldesystems 25 untergebracht. Dessen gesamte Elektronik ist dabei auf einer Steckkarte aufgebracht, so daß bei einem Defekt die gesamte Platine leicht ausgewechselt werden kann.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, weist das Überwachungs-und Störungsmeldesystem 25 für das Kühlaggregat einen ersten Störungsmelder 26 zur Überwachung der Schalt- schrankablufttemperatur und einen zweiten Störungsmelder 27 zur Überwachung der Luftfilterverschmutzung auf. Jeder Störungsmelder besteht aus einem Temperaturfühler 28 bzw. 29, der als Halbleiterelement mit temperaturabhängigem Spannungsabfall ausgebildet ist, und einervergleichsschaltung 30 bzw. 31, die ein Störungsmeldesignal abgibt, wenn die von dem Temperaturfühler 28 bzw. 29 erfaßte Temperatur einen vorgegebenen Wert übersteigt. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist der dem ersten Störungsmelder 26 zugeordnete Temperaturfühler 28 in dem mit der Schaltschrankabluft beaufschlagten Luftführungskanal 13, und zwar unmittelbar vor dem Verdampfer 22, angeordnet, während der dem zweiten Störungsmelder27 zugeordnete Temperaturfühler 29 im oberen, von der Umgebungsluft durchströmten Luftführungskanal 14, und hier unmittelbar am Kältemittelaustritt 32 des Kondensators 21,angebracht ist. Über elektrische Leitungen 33 bzw. 34 sind die Temperaturfühler mit der übrigen Elektronik auf der Schaltkarte verbunden.
Die Vergleichsschaltungen 30, 31 sind als Komparatoren 35, 36 ausgebildet. Die Temperaturfühler 28, 29, die einen positiven Temperaturkoeffizientenaufweisen (der Spannungsabfall an den Temperaturfühlern 28 ,29 nimmt mit ansteigender Temperatur zu), sind an den Komparatoren 35, 36 so angeschlossen daß der Spannungsabfall an den Temperaturfühlern 28, 29 jeweils als Eingangs spannung an den Komparatoren 35, 36 anliegt. Jeweils der invertierende Eingang der Komparatoren 35, 36 ist mit einer Referenzspannung belegt, die mittels eines Potentiometers 37 bzw. 38 eingestellt wird. Die Potentiometer 37 bzw. 38 liegen ebenso wie die Temperaturfühler 28, 29 an einer Versorgungsspannung von 8 V. Die Ausgänge der beiden Komparatoren 35, 36 sind jeweils über die Erregerwicklung eines Schaltrelais 39 bzw.
40 an eine 12 V-Versorgunsgleichspannung gelegt,die ebenfalls die Betriebsspannung für die Komparatoren 35, 36 bildet. Der Schaltkontakt 391 bzw. 401 der Schaltrelais 39, 40 schaltet eine Störungsanzeige 41 bzw. 42, die an einem Gleichspannungs-oder Wechselspannungsnetz liegen kann. In Fig. 2 sind die Schaltkontakte 391 und 401 der Relais 39, 40 in Arbeitsstellung dargestellt. Die Relais 39, 40 sind angezogen und fallen erst bei Auftreten einer von den Störungsmeldern 26, 27 erfaßten Störung ab. Die Potentiometer 37, 38 sind so eingestellt, daß die Temperaturschwelle, bei welcher der erste Störungsmelder 26 anspricht, bei 500C liegt und die Temperaturschwelle, bei welcher der zweite Störungsmelder 27 anspricht, bei 700C liegt.
Die Arbeitsweise der beiden Störungsmelder 26, 27 ist wie- folgt: Solange die Temperatur der Schaltschrankabluft bzw.
die Temperatur am Kältemittelaustritt des Kondensators 21 die angegebene Temperaturschwellenoch nicht erreicht hat, ist der Spannungsabfall an den Temperaturfühlern 28, 29 kleiner als die mittels der Potentiometer 37, 38 eingestellte Referenzspannung.
Der Ausgang der Komparatoren 35, 36 liegt etwa auf Nullpotential und die Relais 39, 40 sind erregt. Wird die Temperaturschwelle nunmehr überschritten, so übersteigt der Spannungsabfall an den Temperaturfühlern 28, 29 die jeweilige Referenzspannung. Der Ausgang der Komparatoren 35, 36 nimmt das Potential 12 V an und die Relais 39 bzw. 40 fallen ab. Beim Abfall der Relais schaltet der Schaltkontakt 391 bzw. 401 um und die entsprechende Störungsanzeige 41 bzw. 42 wird eingeschaltet.
An dem Temperaturfühler 28 des ersten Störungsmelders 26 ist eine weitere Vergleichsschaltung 43 angeschlossen. Die Vergleichsschaltung 43 weist wiederum einen Komparator 44 und ein Potentiometer 45 zum Einstellen einer Referenzspannung am nichtinvertierenden Eingang des Komparators 44 auf. Der Ausgang des Komparators 44 ist über die Erregerwicklung eines Schaltrelais 46 wiederum mit der 12 V-Versorgungsgleichspannung verbunden. Der Arbeitskontakt 461 des Relais 46 schaltet den elektrischen Stromkreis des Kompressors 20. Die Referenzspannung am Potentiometer 45 ist so eingestellt, daß unter-0 halb einer Temperaturschwelle von 35 C der Spannungsabfall am Temperaturfühler 28 kleiner ist als die Referenzspannung. Am Ausgang des Komparators 44 liegt damit das 12 V-Potential, das Relais 46 wird nicht erregt, und der Kompressor 20 ist abgeschaltet. Übersteigt die Temperatur der Schaltschrankabluft die 0 Temperaturschwelle von 35°C, so ist der Spannungsabfall am Temperaturfühler 28 größer als die Referenzspannung des Potentiometers 45. Das Potential am Ausgang des Komparators 44 fällt auf Null ab, und das Relais 46 zieht an. Der Schaltkontakt 461 schaltet den Kompressor 20 ein.
Zur Erfassung der genauen Isttemperatur der Schaltschrankabluft ist der Temperaturfühler 28 des ersten Störungsmelders 26 noch mit einem Differenzverstärker 47 verbunden. Der negierte Eingang des Differenzverstärkers 47 ist über ein Potentiometer 48 mit einer Referenzspannung belegt. Das Potentiometer 48 ist ebenso wie das Potentiometer 45 wiederum an die 8 V-Versorgungsgleichspannung angeschlossen. Der als Siliciumhalbleiter ausgebildete Temperaturfühler 28, der ebenso wie der gleich ausgebildete Temperaturfühler 29 über einen Vorwiderstand 49 bzw. 50 ebenfalls an der 8 V-Versorgungsgleichspannung angeschlossen ist, erzeugt bei OOC einen Spannungsabfall von 2,73 V, der mit jedem Anstieg der Temperatur um 10 K um 10 mV anwächst. Das Potentiometer 48 ist nunmehr so eingestellt, daß die Referenzspannung am negierten Eingang des Differenzverstärkers 47 genau 2,73 V entspricht. Die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 47 ist dann direkt proportional der vom Temperaturfühler 28 erfaßten Temperatur der Schaltschrankabluft, Die Ausgangsspannung ist auf die Steckkontakte einer Platine 51 gegeben und kann von hier aus auf eine externe Digitalanzeige übertragen werden.
Die Temperaturfühler 28, 29 können sehr einfach ausgeführt werden. Die Siliciurnhalbleiter mit einer Abmessung von ca. 5x5 mm sind in einem hier nicht dargestellten Messingrohr mit einer Länge von ca. 30 mm und einen Durchmesser von ca. 7 mm eingeschoben und über eine Kontaktmasse mit dem Messingrohr wärmeleitend verbunden. Im Kabelabgang ist das Messingrohr versiegelt Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So können die Störungsanzeigen 41, 42 als Hupe, Blinklicht oder andersartig ausgebildet sein. Auch können über die Schaltrelais 39, 40 irgendwelche Schutzmaßnahmen z.B. Maschinenstillegung, durchgeführt werden.

Claims

Patentansprüche KühLaggregat für elektrische Schaltschränke mit in einem geschlossenen Kreislauf von einem Kältemittel durchströmten Kompressor, Kondensator und Verdampfer, mit einem den Verdampfer aufnehmenden ersten Luftführungskanal, der eine Zu- und Abluftöffnung zum Anschließen an mindestens einen Schaltschrankinnenraum aufweist, und mit einem mindestens den Kondensator enthaltenden zweiten Luftführungskanal, der über eine mit einem Luftfilter abgedeckte Zuluftöffnungund über eine Abluftöffnung mit der Umgebung in Verbindung steht, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein erster Störungsmelder (26) zur Überwachung der Schaltschrankablufttemperatur und ein zweiter Störungsmelder (27) zur Überwachung der Luftfilterverschmutzung vorgesehen sind, daß die Störungsmelder (26,27) jeweils einen Temperaturfühler (28, 29) und eine mit diesem verbundene Vergleichsschaltung (30,31) aufweisen, die ein Störungsmeldesignal abgibt, wenn die von den Temperaturfühlern (28,29) erfaßte Temperatur einen vorgegebenen Wert übersteigt, und daß der Temperaturfühler (28) des ersten Störungsmelders (26) im ersten Luftführungskanal (13) in Luftströmungsrichtung vor dem Verdampfer (22) und der Temperaturfühler (29) des zweiten Störungsmelders (27) im zweiten Luftführungskanal (14) am Kältemittelaustritt (32) des Kondensators (21) angeordnet ist.
2. Kühlaggregat nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Temperaturfühler (28) des ersten Störungsmelders (26) zur Überwachung der Schaltschrankablufttemperatur zugleich ein Steuerglied zur elektrischen Aus- und Einschaltung des im Kältemittelkreislauf angeordneten Kompressors (20) bildet.
3. Kühlaggregat nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mit dem Temperaturfühler (28) des ersten Störungsmelders (26) eine weitere Vergleichsschaltung (43) verbunden ist, die bei Überschreiten einer vorgegebenen Temperaturschwelle ein Einschaltsignal und bei Unterschreiten dieser Temperaturschwelle ein Ausschaltsignal für den Kompressor (20) abgibt.
4. Kühlaggregat nach einem der Ansprüche 1 - 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Temperaturfühler (28,29) als Halbleiterelemente mit temperaturabhängigem Spannungsabfall ausgebildet sind und daß die Vergleichsschaltungen (30,31,43) jeweils einen Komparator (35,36,44) aufweisen, dessen einer Eingang jeweils mit dem zugehörigen Temperaturfühler (28,29) verbunden ist und dessen anderer Eingang mit einer einstellbaren Referenzspannung belegt ist.
5. Kühlaggregat nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß am Ausgang der Komparatoren (35,36,44) jeweils die Erregerwicklung eines Schaltrelais (39,40,46) zur Schaltung einer Störungsanzeige (41,42) bzw.

des Kompressors (20) angeschlossen ist.
6. Kühlaggregat nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Schaltrelais (39,40) zur Störungsanzeige (41,42)- derart an den Komparatoren (35,36) angeschlossen sind, daß sie bei einer die Referenzspannung unterschreitenden Temperaturfühlerspannung erregt und bei einer die Referenzspannung übersteigenden Tem-* peraturfühlerspannung abgefallen sind, und daß die Schaltrelais (39,40) im abgefallenen Zustand die Störungsanzeige (41,42) einschalten.
7. Kühlaggregat nach Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Schaltrelais (46) für die Kompressorschaltung derart an dem Komparator (44) angeschlossen ist, daß es bei einer die Referenzspannung übersteigenden Temperaturfühlerspannung anzieht und bei einer die Referenzspannung unterschreitenden Temperaturfühlerspannung abfällt, und daß das Schalt relais (46) einen im Stromkreis des Kompressors (20) angeordneten Arbeitskontakt (461) aufweist,
8. Kühlaggregat nach einem der Ansprüche 1 ~ 7, d a d u r c h. g e k e n n z e i c h n e t, daß die Temperaturschwelle der Vergleichsschaltung (30) des ersten Störungsmelder (26) auf etwa 50 die Temperaturschwelle der Vergleichsschaltung (31) des zweiten Störungsmelders (27) auf etwa 700C und die Temperatur schwelle der weiteren Vergleichsschaltung (43) für die Kompressorschal-0 tung auf etwa 35 C eingestellt ist.
9. Kühlaggregat nach einem der Ansprüche 4 - 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zur Einstellung der Referenzspannungen jeweils ein Potentiometer (37,38,48) vorgesehen ist.
10. Kühlaggregat nach einem der Ansprüche 1 - 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein Differenzverstärker (47) vorgesehen ist, dessen einerEingang mit dem Temperaturfühler (28) des ersten Störungsmelders (26) verbunden ist und dessen zweiter Eingang mit einer Referenzspannung belegt ist, und daß die eingestellte Referenzspannung einem einer Bezugstemperatur, z.B. OOC, zugeordneten Spannungsabfall am Temperaturfühler (28) entspricht.
11. Kühlaggregat nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Ausgangs spannung des Differenzverstärkers (47) an Steckkontakte (51) geführt ist, die mit einer die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers (47) in Temperaturgraden ausgebenden externen Digitalanzeige verbindbar sind.
12. Kühlaggregat nach einem der Ansprüche 4 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die die Temperaturfühler (28,29) bildenden Halbleiter jeweils in einem Messingrohr eingebettet und mit diesem über eine Kontaktmasse wärmeleitend verbunden sind.