Title:
Kühlvorrichtung zur Kühlung elektronischer Komponenten eines Schaltschranks
Kind Code:
U1


Abstract:

Kühlvorrichtung (2) zur Kühlung elektronischer Komponenten (23–28) eines Schaltschranks (1), wobei die Kühlvorrichtung (2) aufweist:
einen Kühlkanal (3, 3a, 3b) mit
einem Lufteinlass (13) und
einem Luftauslass (14, 14a, 14b),
einen Lüfter (15), der dazu eingerichtet ist, einen Luftstrom durch den Kühl kanal (3, 3a, 3b) vom Lufteinlass (13) zum Luftauslass (14, 14a, 14b) zu erzeugen
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kühlvorrichtung (2) eine Vernebelungsvorrichtung (30, 35) für eine Flüssigkeit aufweist, die in Richtung des Luftstroms stromabwärts vom Lüfter (15) und vor einem Bereich einer Seitenwand (16, 17) des Kühlkanals (3, 3a, 3b) angeordnet ist, der in thermischen Kontakt zu im Schaltschrank (1) angeordneten elektronischen Komponenten (23–28) steht,
wobei die Vernebelungsvorrichtung (30, 35) dazu eingerichtet ist,
einen Flüssigkeitsnebel vollständig innerhalb des Luftstromes zu erzeugen, so dass ein Phasenübergang der Flüssigkeit in die Gasphase zur Kühlung innerhalb des Luftstroms erfolgt und eine Benetzung von Seitenwänden (16, 17) des Kühlkanals (3, 3a, 3b) durch den Flüssigkeitsnebel vermieden wird.




Application Number:
DE202017102160U
Publication Date:
06/23/2017
Filing Date:
04/11/2017
Assignee:
SMA SOLAR TECHNOLOGY AG, 34266 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE20016013U1N/A2001-11-08



Foreign References:
EP16104522011-12-28
Claims:
1. Kühlvorrichtung (2) zur Kühlung elektronischer Komponenten (2328) eines Schaltschranks (1), wobei die Kühlvorrichtung (2) aufweist:
einen Kühlkanal (3, 3a, 3b) mit
einem Lufteinlass (13) und
einem Luftauslass (14, 14a, 14b),
einen Lüfter (15), der dazu eingerichtet ist, einen Luftstrom durch den Kühl kanal (3, 3a, 3b) vom Lufteinlass (13) zum Luftauslass (14, 14a, 14b) zu erzeugen
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kühlvorrichtung (2) eine Vernebelungsvorrichtung (30, 35) für eine Flüssigkeit aufweist, die in Richtung des Luftstroms stromabwärts vom Lüfter (15) und vor einem Bereich einer Seitenwand (16, 17) des Kühlkanals (3, 3a, 3b) angeordnet ist, der in thermischen Kontakt zu im Schaltschrank (1) angeordneten elektronischen Komponenten (2328) steht,
wobei die Vernebelungsvorrichtung (30, 35) dazu eingerichtet ist,
einen Flüssigkeitsnebel vollständig innerhalb des Luftstromes zu erzeugen, so dass ein Phasenübergang der Flüssigkeit in die Gasphase zur Kühlung innerhalb des Luftstroms erfolgt und eine Benetzung von Seitenwänden (16, 17) des Kühlkanals (3, 3a, 3b) durch den Flüssigkeitsnebel vermieden wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Vernebelungsvorrichtung (35) in Richtung des Luftstroms stromabwärts von der einen Vernebelungseinrichtung (30, 35) und vor einem weiteren Bereich einer Seitenwand (17) des Kühlkanals (3) angeordnet ist, der in thermischen Kontakt zu im Schaltschrank (1) angeordneten weiteren elektronischen Komponenten (2328) steht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die eine und/oder die weitere Vernebelungsvorrichtung (30, 35) eine Hochdruckdüse (31) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die eine und/oder die weitere Vernebelungsvorrichtung (30, 35) eine Pumpe (32) zur Zuführung der Flüssigkeit zur Hochdruckdüse (31) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (32) die Flüssigkeit aus einem Reservoir (33) entnimmt oder an eine Versorgungsleitung angeschlossen ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass als Flüssigkeit Wasser oder eine Wasser-Alkohol Mischung verwendet wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Vernebelungsvorrichtung (30, 35) einen Ultraschallverdampfer (36) aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Vernebelungsvorrichtung (30, 35) eingerichtet ist, Flüssigkeitströpfchen mit einem Durchmesser kleiner 50µm zu erzeugen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Seitenwand (16, 17) des Kühlkanals (3) im Bereich der zu kühlenden Komponenten (2328) Rippen (18) zur Vergrößerung der Oberfläche der Seitenwand (16, 17) aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Vernebelungsvorrichtung (30, 35) eine Steuerung (40) aufweist, die dazu eingerichtet ist, Daten eines Temperatur-, Feuchte-, Volumenstrom- und/oder Drucksensors (4146) zu empfangen und die Menge der durch die Vernebelungsvorrichtung (30, 35) in den Luftstrom eingebrachten Flüssigkeit zu steuern.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (4143) am Lufteinlass (13), an den zu kühlenden elektronischen Komponenten (2328), in verschiedenen Bereichen des Kühlkanals (3, 3a, 3b) oder am Luftauslass (14, 14a, 14b) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (3) durch ein Luftleitblech (19) in Teilkanäle (3a, 3b) aufgeteilt wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass die durch die verschiedene Teilkanäle (3a, 3b) strömenden Luftströme thermisch entkoppelt voneinander sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Vernebelungsvorrichtung (30, 35) innerhalb eines der Teilkanäle (3a, 3b) angeordnet ist.

15. Kühlanordnung für in einem Schaltschrank (1) angeordnete elektronische Komponenten (2328), mit einem Schaltschrank (1) und einer Kühlvorrichtung (2), die einen Kühlkanal (3, 3a, 3b) mit einem Lufteinlass (13) und einem Luftauslass (14, 14a, 14b), und einen Lüfter (15) aufweist, der dazu eingerichtet ist, einen Luftstrom durch den Kühlkanal (3, 3a, 3b) vom Lufteinlass (13) zum Luftauslass (14, 14a, 14b) zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgebildet ist.

Description:

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zur Kühlung elektronischer Komponenten eines Schaltschrankes sowie ein Verfahren hierzu.

Elektronische Komponenten wie z.B. Halbleiterschaltelemente, Kondensatoren, integrierte Schaltungen, usw. werden in der Regel in Gehäusen, die beispielsweise auch in Form von Schaltschränken realisiert sein können, angeordnet. Die Gehäuse dienen vor allem dazu die elektronischen Komponenten zum einen vor Umwelteinflüssen wie etwa Feuchtigkeit zu schützen, und zum anderen dazu einen entsprechenden Personenschutz sicherzustellen. Im Folgenden werden die Begriffe Gehäuse und Schaltschrank synonym verwendet.

Elektronische Komponenten setzen im Betrieb einen Teil der ihnen zugeführten elektrischen Leistung in Wärme um. Es kann daher notwendig sein, diese Komponenten zu kühlen, um die Funktionalität dieser Komponenten sicherzustellen und/oder deren Lebensdauer zu erhöhen. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Kühlkonzepte und Kühlvorrichtungen für diesen Zweck bekannt, die beispielsweise auch in zwei- oder mehrkammerigen Gehäusen eingesetzt werden bzw. bei denen neben einer oder mehrerer Kammern zur Aufnahme elektronischer Komponenten ein anderer Teil des Gehäuses als Kühlkanal ausgebildet ist. Beispielhaft seinen hier das europäische Patent EP1610452B1 und das deutsche Gebrauchsmuster DE20016013U1 genannt.

In der EP1610452B1 wird z.B. ein Wechselrichter mit einem Gehäuse offenbart, das mindestens zwei Kammern aufweist, wobei in einer Kammer Bauteile untergebracht sind, die vor Schmutz und Feuchtigkeit zu schützen sind. Bei diesen Bauteilen handelt es sich auch um elektronische Komponenten wie z.B. Halbleiterbauelemente, die selbst keinen oder nur einen unzureichenden Schutz gegen Schmutz und Feuchtigkeit aufweisen. Diese Tatsache drückt sich in einer niedrigen Kennzahl für die Schutzart der elektronischen Komponenten aus (in der Folge als Schutzartklasse bezeichnet), die in Form des sogenannten International Protection Codes (IP) angegeben wird. Die Schutzartklasse der Kammer, die die elektronischen Komponenten aufnimmt, ist dementsprechend hoch (z.B. IP65), um diese vor Umwelteinflüssen, wie etwa Staub und Feuchtigkeit zu schützen. Um solch eine Kammer mit einer entsprechend hoher Schutzartklasse zu realisieren, ist es in der Regel notwendig, sie hermetisch gegenüber der äußeren Umgebung abzuschirmen. Eine solche Kammer weist im Allgemeinen keine Öffnung zur Umgebung auf, was entsprechend die Abfuhr von Wärme erschwert. Eine an diese Kammer angrenzende weitere Kammer, die einen Lüfter und entsprechende Lüftungsschlitze nach außen aufweist, dient als eine Art Kühlkanal der Kühlung der in der Kammer mit der hohen Schutzartklasse angeordneten elektronischen Komponenten, indem an den elektronischen Komponenten angeordnete Kühlkörper in diese weitere Kammer hineinragen. Auf diese Weise kann eine Wärmeabfuhr von den elektronischen Komponenten, die sich in der Kammer mit hoher Schutzartklasse befinden, in die weitere Kammer erfolgen. Dort findet mittels eines Lüfters eine forcierte Kühlung der Kühlkörper mit Außenluft statt.

Die Kühlleistung bei den bekannten Kühlvorrichtungen bzw. Kühlkonzepten hängt dabei von verschiedenen Parametern ab, wie z.B. der Höhe des Volumenstroms an Kühlluft durch den Kühlkanal. Ein wesentlicher Einflussfaktor auf die Kühlleistung hat insbesondere aber auch die Temperatur der zur Verfügung stehenden Umgebungsluft, die zur Kühlung verwendet wird. Schwankungen der Temperatur der Umgebungsluft können in der Regel in einem gewissen Umfang zunächst durch eine Variation des Volumenstroms an Kühlluft kompensiert werden. Die maximale Kühlleistung nimmt aber mit steigender Temperatur der Umgebungsluft immer weiter ab. Dies kann dazu führen, dass der Betrieb der elektronischen Komponenten bei Erreichen eines bestimmtem Temperaturwertes derart verändert werden muss, dass sie weniger Leistung in Wärme umsetzen, um eine Schädigung dieser Komponenten zu verhindern. Zunächst kann versucht werden, die Temperatur der betroffenen Komponenten dadurch zu senken, dass sie mit geringerer Leistung betrieben werden. Man spricht in diesen Fällen von Derating. Sollte auch durch dieses Derating die Temperatur der elektronischen Komponenten weiter in einem kritischen Temperaturbereich verbleiben oder sogar noch ansteigen, wird der Betrieb dieser Komponenten eingestellt, um sie nicht dauerhaft zu schädigen.

Um einen Betrieb elektronischer Komponenten ohne Derating auch bei höheren Außentemperaturen zu ermöglichen, wie sie beispielsweise im Sommer oder auch in Wüstenregionen auftreten können, ist es bekannt, diese Komponenten bzw. auch ganze Schaltschränke mit solchen Komponenten in mittels Kältemaschinen aufwendig klimatisierten Räumen anzuordnen. Entsprechende Kältemaschinen z.B. kompressorbetriebene benötigen für ihren Betrieb im Vergleich zu reinen luftgekühlten Systemen deutlich mehr elektrische Energie, verwenden zum Teil umweltbedenkliche Kältemittel, müssen gewartet werden und weisen überdies einen komplexen Aufbau auf.

Auch sind Kühlkonzepte bekannt, die an Stelle von Luft Flüssigkeiten zur Kühlung von elektronischen Komponenten verwenden. Hierbei werden die Flüssigkeiten z.B. durch Kühlschlangen gepumpt, die direkt an den zu kühlenden Komponenten vorbeigeführt werden. Dabei nimmt die Kühlflüssigkeit Wärme auf, die an einer anderen Stelle, z.B. mittels eines Luft-Wasser-Wärmetauschers an die Umgebung abgegeben wird. Auch solche Kühlsysteme sind in ihrem Aufbau komplex und benötigen regelmäßige Wartung. Außerdem muss die Dichtigkeit des Flüssigkeit führenden Systems sichergestellt sein.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, durch einfache technische Maßnahmen eine Kühlvorrichtung derart zu modifizieren, dass der Temperaturbereich, bei dem ein Betrieb der elektronischen Komponenten ohne Derating möglich ist, hin zu höheren Temperaturen der Umgebungsluft erweitert wird.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Kühlvorrichtung zur Kühlung elektronischer Komponenten mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1, sowie einer Kühlanordnung des nebengeordneten Anspruches 15. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Kühlvorrichtung finden sich in den abhängigen Ansprüchen 2–14.

Bei einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung zur Kühlung elektronischer Komponenten eines Schaltschranks weist die Kühlvorrichtung einen Kühlkanal mit einem Lufteinlass und einem Luftauslass auf. Ferner weist die Kühlvorrichtung einen Lüfter auf, der dazu eingerichtet ist, einen Luftstrom durch den Kühlkanal vom Lufteinlass zum Luftauslass zu erzeugen, sowie eine Vernebelungsvorrichtung für eine Flüssigkeit. Dabei ist die Vernebelungsvorrichtung in Richtung des Luftstromes stromabwärts vom Lüfter und vor einem Bereich einer Seitenwand des Kühlkanals angeordnet, der in thermischen Kontakt zu im Schaltschrank angeordneten elektronischen Komponenten steht. Der Bereich der Seitenwand ist in erster Näherung durch die Größe der Kontaktfläche der Seitenwand mit den zu kühlenden Komponenten definiert. Dieser thermische Kontakt wird in der Folge auch als direkter thermischer Kontakt bezeichnet. Ein solcher Kontakt ist im Sinne der Erfindung auch dann gegeben, wenn der Kontakt zur Seitenwand des Kühlkanals über Kühlkörper oder andere wärmespreizende Elemente, die jeweils wiederum mit der bzw. den elektronischen Komponenten in thermischen Kontakt stehen, hergestellt wird. Die Vernebelungsvorrichtung ist dazu eingerichtet, einen Flüssigkeitsnebel vollständig innerhalb des Luftstromes zu erzeugen, so dass ein Phasenübergang der Flüssigkeit in die Gasphase zur Kühlung innerhalb des Luftstroms erfolgt. Dabei erfolgt hier eine Kühlung des Luftstroms durch Aufnahme von Verdunstungsenergie durch den Flüssigkeitsnebel. Dadurch, dass dieser Phasenübergang vollständig im Luftstrom erfolgt, wird eine Benetzung von Seitenwänden des Kühlkanals durch den Flüssigkeitsnebel vermieden.

Die Temperatur des Luftstroms wird mittels der Vernebelungsvorrichtung auf eine erste Temperatur abgesenkt, bevor dieser Luftstrom auf den Bereich der Seitenwand des Kühlkanals trifft, der in thermischen Kontakt zu im Schaltschrank angeordneten elektronischen Komponenten steht. Wobei sich der Luftstrom auf eine zweite Temperatur erwärmt und durch den Luftauslass aus der Kühlvorrichtung ausgeblasen wird. Insbesondere im Bereich des Lufteinlasses und/oder des Luftauslasses können Schutz- und/oder Filtereinrichtungen vorgesehen sein, die ein Eindringen unerwünschter Gegenstände (z.B. Staubpartikel, Insekten, usw.) in den Kühlkanal verhindern. Solche Schutz- und/oder Filtereinrichtungen können z.B. in Form von feinporigen Filterelementen, Prallblechen, labyrinthartigen Kanalführungen, etc. ausgeführt sein.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist eine weitere Vernebelungsvorrichtung in Richtung des Luftstroms stromabwärts von der einen Vernebelungseinrichtung und vor einem weiteren Bereich einer Seitenwand des Kühlkanals, der in thermischen Kontakt zu im Schaltschrank angeordneten weiteren elektronischen Komponenten steht, angeordnet. Dabei können die beiden Bereiche der Seitenwand des Kühlkanals in Richtung des Luftstroms räumlich hintereinander angeordnet sein und/oder es kann sich um Bereiche handeln, die sich auf unterschiedlichen Seitenwänden des Kühlkanals befinden.

Weiter kann in einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass eine weitere Vernebelungsvorrichtung derart im Kühlkanal angeordnet ist, dass der Luftstrom, nachdem er sie passiert hat, direkt durch den Luftauslass aus der Kühlung ausgeblasen wird. Dadurch kann die Temperatur des durch den Luftauslass tretenden Luftstroms herabgesetzt werden.

Eine Vernebelungsvorrichtung einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung kann eine Hochdruckdüse aufweisen. Sie dient der Einspritzung der Flüssigkeit in Form eines Flüssigkeitsnebels in den Luftstrom zwischen Lufteinlass und Luftauslass. Dabei kann die Vernebelungsvorrichtung eine Pumpe zur Zuführung der Flüssigkeit zu der Hochdruckdüse aufweisen, wobei mit Hilfe der Pumpe der Druck der der Hochdruckdüse zugeführten Flüssigkeit, eingestellt werden kann. Eine solche Pumpe kann die Flüssigkeit aus einem Reservoir entnehmen oder direkt an eine Versorgungsleitung angeschlossen sein.

Als Flüssigkeit kann Wasser oder eine Wasser-Alkohol Mischung verwendet werden.

In einer alternativen Ausführungsform der Kühlvorrichtung weist die Vernebelungsvorrichtung einen Ultraschallverdampfer auf, der zur Erzeugung eines Flüssigkeitsnebels im Bereich des Luftstromes zwischen Lufteinlass und Luftauslass eingerichtet ist.

Auch kann vorgesehen sein, dass die Vernebelungsvorrichtung eingerichtet ist, Flüssigkeitströpfchen mit einem Durchmesser kleiner 50µm zu erzeugen.

In einer Ausführungsform der Erfindung weist mindestens eine Seitenwand des Kühlkanals im Bereich der zu kühlenden Komponenten Rippen zur Vergrößerung der Oberfläche der Seitenwand auf.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die Vernebelungsvorrichtung eine Steuerung auf, die dazu eingerichtet ist, Daten von Temperatur-, Feuchte-, Volumenstrom- und/oder Drucksensoren zu empfangen und die Menge der durch die Vernebelungsvorrichtung in den Luftstrom eingebrachten Flüssigkeit zu steuern. Bei einer solchen Vorrichtung können die Temperatursensoren am Lufteinlass, an den zu kühlenden elektronischen Komponenten, in verschiedenen Bereichen des Kühlkanals und/oder am Luftauslass angeordnet sein. Weiter kann eine solche Steuerung allein oder zusätzlich auf einer prognostizierten Verlustleistung der elektronischen Komponenten beruhen.

Ferner kann in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass der Kühlkanal durch ein Luftleitblech in Teilkanäle aufgeteilt wird. Weiter kann vorgesehen sein, dass die durch die verschiedenen Teilkanäle strömenden Luftströme thermisch voneinander entkoppelt sind. In einer weiteren Ausführungsform ist die Vernebelungsvorrichtung innerhalb mindestens eines der Teilkanäle angeordnet. Eine solche Kühlvorrichtung erlaubt eine individuelle Anpassung der Kühlung an stark unterschiedliche Bedürfnisse unterschiedlicher elektronischer Komponenten. Eine solche individuelle Anpassung kann zum einen durch die Anordnung unterschiedlicher Vernebelungsvorrichtungen bzw. unterschiedlicher Betriebsmodi dieser Vernebelungsvorrichtungen in den unterschiedlichen Teilkanälen erfolgen. Aber auch durch eine Regelung der Menge und/oder der Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft durch die unterschiedlichen Teilkanäle z.B. durch eine entsprechende Anordnung von Luftleitblechen kann die jeweilige Kühlleistung an die Bedürfnisse der jeweiligen zu kühlenden Komponenten angepasst werden. Weiter können die Teilkanäle jeweils direkt über einen separaten Luftauslass verfügen oder sie können innerhalb des Gehäuses wieder zusammengeführt werden, so dass mehrere Teilkanäle über einen gemeinsamen Luftauslass verfügen.

Weiter betrifft die Erfindung auch eine Kühlanordnung für in einem Schaltschrank angeordnete elektronische Komponenten, mit einem Schaltschrank und einer Kühlvorrichtung, die einen Kühlkanal mit einem Lufteinlass und einem Luftauslass und einen Lüfter aufweist, der dazu eingerichtet ist, einen Luftstrom durch den Kühlkanal vom Lufteinlass zum Luftauslass zu erzeugen. Dabei ist die Kühlvorrichtung gemäß einem der weiter vorn beschriebenen Ausführungsbeispiele ausgeführt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen. Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs "mindestens" bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Element die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Element, zwei Elemente oder mehr Elemente vorhanden sind. Diese Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, aus denen das jeweilige Erzeugnis besteht.

Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben, von denen

1 eine schematische Außenansicht eines Schaltschrankes,

2a einen Schnitt entlang eines Kühlkanals einer ersten Ausführungsform,

2b einen Schnitt entlang eines Kühlkanals einer zweiten Ausführungsform,

3a einen Schnitt entlang eines Kühlkanals einer dritten Ausführungsform,

3b einen Schnitt entlang eines Kühlkanals einer vierten Ausführungsform,

4 einen Schnitt entlang eines Kühlkanals einer fünften Ausführungsform,

5 einen Schnitt entlang eines Kühlkanals einer sechsten Ausführungsform und

6 einen Schnitt entlang eines Kühlkanals einer Ausführungsform mit geteiltem Luftstrom zeigt.

1 zeigt perspektivisch eine schematische Außenansicht eines Schaltschrankes 1. Sie dient der Verdeutlichung der Lage einer Schnittebene, die entlang des Kühlkanals durch den Lufteinlass 13 und den Luftauslass 14, der sich auf der dem Betrachter abgewandten Seite des Gehäuses 1 befindet, verläuft.

Die in der 2a dargestellte Kühlvorrichtung stellt einen Schnitt entlang der in der 1 angegebenen Schnittebene durch den Schaltschrank 1 dar. Der Lüfter 15 saugt durch den Lufteinlass 13 Außenluft mit der Temperatur T1 in den Kühlkanal 3. Auf diese Weise erzeugt er einen Luftstrom durch den Kühlkanal 3 vom Lufteinlass 13 zum Luftauslass 14. Innerhalb der Kühlvorrichtung 2 befindet sich eine Vernebelungsvorrichtung 30. Sie ist im Kühlkanal 3 in Richtung des Luftstromes hinter dem Lüfter 15 angeordnet und dient der Erzeugung eines Flüssigkeitsnebels innerhalb des Luftstroms. Durch diese Anordnung kann eine Benetzung des Lüfters 15 durch den Flüssigkeitsnebel vermieden werden, die zu einer erhöhten Ablagerung von (Staub-)Partikel auf den benetzten Oberflächen führen würde. Der Wartungsaufwand ist daher bei der erfindungsgemäßen Anordnung geringer. Die Vernebelungsvorrichtung 30 erzeugt einen so feinen Flüssigkeitsnebel innerhalb des Luftstroms, so dass die Flüssigkeitstropfen sofort und vollständig verdampfen. Durch diesen Phasenübergang kühlt sich der Luftstrom ab. Dabei wird die Menge der in den Luftstrom eingebrachten Flüssigkeit derart gesteuert und die Einbringung des Flüssigkeitsnebels derart gerichtet, dass auch eine Benetzung von Seitenwänden des Kühlkanals 3 durch den Flüssigkeitsnebel vermieden wird. Auch hier ergeben sich wieder die schon im Zusammenhang mit der Anordnung des Lüfters 15 diskutierten Vorteile. Die Vernebelungsvorrichtung 30 kann beispielsweise eine oder mehrere Hochdruckdüse/n 31 oder einen oder mehrere Ultraschallverdampfer 36 umfassen. Nachdem die Temperatur des Luftstrom durch die Verdampfung der Flüssigkeit von einer Temperatur T1 auf eine niedrigere Temperatur T2 gefallen ist, trifft dieser auf einen ersten Bereich der Seitenwand 16. Dieser Bereich der Seitenwand des Kühlkanals 3 steht in direktem thermischen Kontakt zu im Schaltschrank 1 angeordneten elektronischen Komponenten, die hier schematisch durch die Elemente 2426 angedeutet sind. In diesem Bereich erfolgt eine Wärmeübertragung von Verlustwärme der elektronischen Komponenten 2426 auf den Luftstrom. Dadurch erwärmt sich dieser auf eine Temperatur T3, bevor er durch den Luftauslass 14 aus der Kühlkanal 3 ausgeblasen wird.

Die in 2b dargestellte Ausführungsform zeigt eine Kühlvorrichtung, wie sie bereits in 2a dargestellt ist, deren Vernebelungsvorrichtung eine Hochdruckdüse 31 aufweist. Dieser wird mittels einer Pumpe 32 Flüssigkeit aus einem Reservoir 33 über ein Filter 34 zugeführt. An Stelle des Reservoirs 33 kann die Pumpe 32 die Flüssigkeit auch direkt aus einer hier nicht dargestellten Versorgungsleitung beziehen. Eine Steuerung 40 steuert dabei die Menge der durch die Hochdruckdüse 31 in den Kühlkanal 3 eingespritzten Flüssigkeit.

3a zeigt eine zu 2a ähnliche Kühlvorrichtung 2. In dem dargestellten Fall trifft der mittels des Lüfters 15 durch den Lufteinlass 13 in die Kühlvorrichtung gesaugte Luftstrom mit der Temperatur T1 zunächst auf einen Bereich der Seitenwand des Kühlkanals, der in direktem thermischen Kontakt mit einer elektronischen Komponente 23 steht. Dabei erfolgt eine Energieübertragung von der elektronischen Komponente 23 auf den Luftstrom, so dass dessen Temperatur über die ursprüngliche Temperatur T1 ansteigt. Eine in Richtung des Luftstroms hinter dieser elektronischen Komponente 23 angeordnete Vernebelungsvorrichtung 30 kühlt nun den Luftstrom, wie bereits weiter vorn beschrieben, auf eine Temperatur T2 ab, bevor dieser Luftstrom wiederum auf einen Bereich der Seitenwand 16 trifft, der in direktem thermischen Kontakt mit weiteren elektronischen Komponenten 24, 25 steht. Auch hier findet wieder eine Übertragung von Wärme auf den Luftstrom statt, so dass dieser sich auf eine Temperatur T3 erwärmt, bevor er aus dem Luftauslass ausgeblasen wird.

In 3b wurde die in 3a dargestellte Kühlvorrichtung um verschiedene Temperatur- 4143, Feuchte- 44, Volumenstrom- 46 und Drucksensoren 45 ergänzt. Dabei sind sowohl deren Position als auch deren Anzahl beispielhaft zu verstehen. In einer konkreten Umsetzung einer entsprechenden Kühlvorrichtung 2 wird nur eine Auswahl an Sensoren zum Einsatz kommen. Weiter sind im Bereich der zu kühlenden Komponenten 24, 25 Rippen 18 parallel zum Luftstrom zur Vergrößerung der Oberfläche der Seitenwand 16 vorgesehen. In der 3b erkennt man eine solche Rippe 18, zu der weitere Rippen parallel verlaufen.

Die in der 4 dargestellte Kühlvorrichtung unterscheidet sich von der in 3a dargestellten dadurch, dass hier zwei Vernebelungsvorrichtungen 30, 35 hintereinandergeschaltet sind. Analog zu der in 1 dargestellten Ausführungsform wird der durch den Lüfter 15 angesaugte Luftstrom mit der Temperatur T1 zunächst durch eine Vernebelungsvorrichtung 30 auf eine Temperatur T2a abgekühlt, bevor er auf einen Bereich der Seitenwand 17 des Kühlkanals trifft und dort Wärme von einer mit diesem Bereich in direktem thermischen Kontakt stehenden elektronischen Komponente 26 aufnimmt. Mittels einer weiteren Vernebelungsvorrichtung 35 wird der Luftstrom dann abermals abgekühlt. Er trifft dann mit einer Temperatur T2 auf einen Bereich der Seitenwand 16 des Kühlkanals, die mit weiteren elektronischen Komponenten 24, 25 in thermischen Kontakt steht. Auch hier kann der Luftstrom wieder Wärme aufnehmen, so dass er schließlich mit einer Temperatur T3 aus dem Luftauslass 14 der Kühlvorrichtung 2 ausgeblasen wird. Dabei können bei einer solchen Kühlvorrichtung 2 auch mehrere Vernebelungsvorrichtungen 30, 35 nebeneinander, an gegenüberliegenden und/oder an angrenzenden Seitenwänden des Kühlkanals angeordnet sein. Das ist schematisch in 5 dargestellt.

6 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform der Erfindung, die sich von den zuvor beschriebenen im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass im Bereich des Kühlkanals 3 ein Luftleitblech 19 angeordnet ist. Durch das Luftleitblech 19 findet eine Aufteilung des Kühlkanals 3 in zwei Teilkanäle 3a, 3b statt, die thermisch voneinander entkoppelt sein können. Auf diese Weise können verschiedene elektronische Komponenten 2426 und/oder Kühlkörper 2728 gekühlt werden, die sich in direktem thermischen Kontakt zu unterschiedlichen Bereichen der Seitenwände in unterschiedlichen Teilkanälen 3a, 3b befinden. In 6 wird dazu der durch den Lüfter angesaugte Luftstrom mit der Temperatur T1 zunächst durch eine Vernebelungsvorrichtung 30 auf eine Temperatur T2 abgekühlt. Danach wird der Luftstrom mittels eines Luftleitbleches 19 in zwei Teilluftströme aufgeteilt und jeweils den Teilkanälen 3a, 3b zugeführt. Dabei trifft der Luftstrom, der in den Teilkanal 3a strömt, mit einer Temperatur T2 auf einen Bereich 16a der Seitenwand des Teilkanals 3a, der in direktem thermischen Kontakt zu elektronischen Komponenten 26 und Kühlkörpern 27 steht. Die dabei auf den Luftstrom übertragene Energie erwärmt den Teilluftstrom auf eine Temperatur T3a, bevor er aus dem Luftauslass 14a der Kühlvorrichtung 2 ausgeblasen wird.

Der in den anderen Teilkanal 3b strömende Luftstrom trifft zunächst auf einen Bereich 17 der Seitenwand des Teilkanals 3b, der in direktem thermischen Kontakt zu elektronischen Komponenten 24 steht, erwärmt sich dadurch und wird durch eine weitere Vernebelungsvorrichtung 35 erneut abgekühlt, so dass er mit einer Temperatur T2a auf einen weiteren Bereich 16 der Seitenwand des Teilkanals 3b trifft. Dieser Bereich 16 steht in direktem thermischen Kontakt zu elektronischen Komponenten 25, 28. Auch hier findet wieder ein Wärmeübertrag auf den Luftstrom statt, so dass dieser mit einer Temperatur T3 aus dem Luftauslass 14b der Kühlvorrichtung 2 ausgeblasen wird.

Bezugszeichenliste

1
Schaltschrank, Gehäuse
2
Kühlvorrichtung
3
Kühlkanal
3a, 3b
Teilkanal
13
Lufteinlass
14, 14a, 14b
Luftauslass
15
Lüfter
16
Bereich einer Seitenwand
17
Bereich einer Seitenwand
18
Rippen
19
Luftleitblech
23–26
elektronischen Komponente
27–28
Kühlkörper
30
Vernebelungsvorrichtung
31
Hochdruckdüse
32
Pumpe
33
Reservoir
34
Filter
35
Vernebelungsvorrichtung
36
Ultraschallverdampfer
40
Steuerung
41–43
Temperatursensor
44
Feuchtesensor
45
Drucksensor
46
Volumenstromsensor
T1, T2, T2a, T3, T3a
Temperatur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • EP 1610452 B1 [0003, 0004]
  • DE 20016013 U1 [0003]