ОХЛАЖДАЮЩИЙ АППАРАТ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ НАХОДЯЩЕГОСЯ ВО ВНУТРЕННЕМ ПРОСТРАНСТВЕ КОММУТАЦИОННОГО ШКАФА ВОЗДУХА И СООТВЕТСТВУЮЩАЯ УСТАНОВКА КОММУТАЦИОННОГО ШКАФА
COOLING DEVICE FOR THE AIR IN THE SWITCHING CABINET INTERNAL SPACE COOLING AND RELATED SWITCHING CABINET UNIT

Изобретение исходит из охлаждающего аппарата для охлаждения находящегося во внутреннем пространстве коммутационного шкафа воздуха, причем охлаждающий аппарат имеет внутренний контур, через который направляется подлежащий охлаждению воздух из внутреннего пространства коммутационного шкафа, и гидродинамически отделенный от внутреннего контура внешний контур, через который направляется окружающий воздух. Во внутреннем контуре расположен первый теплообменник, а во внешнем контуре - второй теплообменник, между которыми циркулирует хладагент. Первый и второй теплообменники могут быть составной частью циркуляционного контура хладагента, который является, например, составной частью холодильной машины. Циркуляция хладагента может осуществляться с помощью нагнетателя или насоса. Первый и второй теплообменники могут быть также составной частью пассивного циркуляционного контура хладагента, например структуры с тепловой трубой. В теплообменниках имеется направление пропускания воздуха, вдоль которого они являются воздухопроницаемыми между воздухозаборной стороной и воздуховыпускной стороной.
Подобный охлаждающий аппарат известен, например, из DE 10 2012108110 А1. При этом охлаждающий аппарат может быть выполнен в виде настенного навесного аппарата или потолочного надстроенного аппарата. Через воздухозаборное отверстие воздух из внутреннего пространства коммутационного шкафа вводится во внутренний контур. Нагретый воздух из внутреннего пространства коммутационного шкафа проходит через выполненный в виде воздушно-хладагентного циркуляционного контура теплообменник во внутреннем контуре и в виде охлажденного воздуха выводится через воздуховыпускное отверстие обратно во внутреннее пространство коммутационного шкафа. Во внешнем контуре имеется другое воздухозаборное отверстие и другое воздуховыпускное отверстие, через которые окружающий воздух установки коммутационного шкафа вводится во внешний контур, проходит через расположенный во внешнем контуре воздушно-хладагентный теплообменник и через воздуховыпускное отверстие направляется обратно в окружающую среду.
Для эффективного теплообмена необходимо, чтобы теплообменник обдувался соответствующим воздухом как можно оптимальнее. В свою очередь, для этого необходимо, чтобы соответствующий воздух, прежде чем он попадет в соответствующий теплообменник, был отклонен точно в направление пропускания воздуха соответствующего теплообменника. Обычные теплообменники зачастую выполнены в виде плоских конструктивных частей, причем в направлении пропускания воздуха они являются существенно более плоскими по размеру, чем в обоих, перпендикулярных этому, пространственных направлениях. Поэтому в выполненных в виде настенного навесного аппарата охлаждающих аппаратах из соображений экономии места теплообменник часто ориентирован так, что его направление пропускания воздуха простирается в направлении глубины охлаждающего аппарата, чтобы ограничить габаритный размер охлаждающего аппарата в направлении глубины. Однако, так как воздухозаборное отверстие и воздуховыпускное отверстие, через которые внутренний контур соединен с внутренним пространством коммутационного шкафа, а внешний контур - с окружающей средой, расположены по отношению к соответствующему теплообменнику со смещением по вертикали, эта ориентация теплообменника по отношению к воздухозаборному отверстию и воздуховыпускному отверстию требует, чтобы введенный во внутренний контур или же во внешний контур воздух эффективно направлялся перед воздухозаборной стороной теплообменника, чтобы он мог быть оптимально пропущен через теплообменник.
В известных из уровня техники теплообменниках это до сих пор не решено в достаточной мере. Для оптимизации обдува теплообменники часто устанавливают под наклоном, причем они, тем не менее, всегда обдуваются еще сбоку, что приводит к большим градиентам скорости воздуха вдоль воздухозаборной стороны теплообменника. Тем самым образуются локальные пики скорости воздуха, тогда как через другие области теплообменника воздух едва ли пропускается или не пропускается вообще. В областях, в которых воздух пропускается через теплообменник с особенно высокой скоростью, это может привести, например, к тому, что образовавшийся в теплообменнике, например на его ламелях, конденсат отрывается и забрасывается во внутреннее пространство коммутационного шкафа, что нежелательно.
Для того чтобы предотвратить этот переход конденсационной воды во внутреннее пространство коммутационного шкафа, в DE 10 2012108110 А1, например, предусмотрено, что находящийся во внутреннем контуре теплообменник расположен выше воздуховыпускного отверстия внутреннего контура, так что отделившийся конденсат может быть выведен в ванну для сбора конденсата в нижней области внутреннего контура. Однако этим обуславливается, в свою очередь, увеличение занимаемой площади для размещения всех конструктивных частей аппарата.
Поэтому задача изобретения состоит в усовершенствовании охлаждающего аппарата известного типа таким образом, чтобы он имел улучшенный коэффициент полезного действия при одновременно меньших габаритных размерах и эффективную защиту от нежелательного перехода конденсационной воды во внутреннее пространство коммутационного шкафа.
Данная задача решена посредством охлаждающего аппарата с признаками п. 1 формулы изобретения. Соответствующая установка коммутационного шкафа является предметом дополнительного независимого п. 14 формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения относятся соответственно к предпочтительным формам выполнения изобретения.
Согласно этому по меньшей мере перед одним теплообменником с воздухозаборной стороны расположен первый воздухонаправляющий элемент, который простирается по отношению к воздухозаборной стороне под углом, который больше чем 5° и меньше чем 45°, и образует между ним и воздухозаборной стороной воздушный канал, который сужается вдоль габаритного размера воздухозаборной стороны, так что он сужает свое поперечное сечение канала вдоль воздухозаборной стороны. Угол составляет, преимущественным образом, от 10° до 25°, а особо предпочтительно от 15° до 20°.
Может быть предусмотрено, что воздухозаборная сторона является передней стороной, а воздуховыпускная сторона - задней стороной теплообменника с расположенным спереди первым воздухонаправляющим элементом, которые удалены друг от друга на размер боковых поверхностей теплообменника, причем теплообменник обдувается через одну из боковых поверхностей, и причем воздушный канал открыт в направлении этой боковой поверхности и сужается в направлении противолежащей боковой поверхности.
При этом обдуваемая боковая поверхность может иметь второй воздухонаправляющий элемент, через который обдувающий теплообменник сбоку воздух направляется перед воздухозаборной стороной.
Охлаждающий аппарат может иметь первую стенку охлаждающего аппарата с впуском воздуха и выпуском воздуха, между которыми выполнен внутренний контур, причем второй воздухонаправляющий элемент на расстоянии от теплообменника внутреннего контура прилегает к первой стенке охлаждающего аппарата и простирается оттуда в направлении воздухозаборной стороны теплообменника. Эта стенка охлаждающего аппарата может быть монтажной стороной охлаждающего аппарата, посредством которой охлаждающий аппарат соединен с коммутационным шкафом, так что впуск воздуха и выпуск воздуха впадают во внутреннее пространство коммутационного шкафа.
Помимо этого, охлаждающий аппарат может иметь вторую стенку охлаждающего аппарата с впуском воздуха и выпуском воздуха, между которыми выполнен внешний контур, причем второй воздухонаправляющий элемент на расстоянии от теплообменника во внешнем контуре прилегает ко второй стенке охлаждающего аппарата и простирается оттуда в направлении воздухозаборной стороны теплообменника.
Для того еще более усложнить выбрасывание конденсата из теплообменника, может быть предусмотрено, что первый воздухонаправляющий элемент закрывает нижнюю область воздухозаборной стороны, так что в этой области воздух не протекает через теплообменник или протекает лишь в незначительном количестве.
Теплообменник может быть, прежде всего, воздушно-хладагентным теплообменником, преимущественным образом ламельным теплообменником или микроканальным теплообменником, который в нижней области и/или на границе с ней имеет отстойник конденсата. Через ламели может быть пропущена трубопроводная система, по которой хладагент циркулирует между теплообменниками.
Наконец, первый воздухонаправляющий элемент может быть стенным участком перегородки, которая гидродинамически отделяет внутренний контур от внешнего контура.
Перед каждым из обоих теплообменников с соответствующей воздухозаборной стороны может быть расположен первый воздухонаправляющий элемент, который простирается по отношению к соответствующей воздухозаборной стороне под углом, который больше чем 5° и меньше чем 45°, и образует между ним и воздухозаборной стороной воздушный канал, который сужается вдоль габаритного размера воздухозаборной стороны. При этом каждый из обоих первых воздухонаправляющих элементов является стенным участком перегородки, которая гидродинамически отделяет внутренний контур от внешнего контура, причем оба первых воздухонаправляющих элемента выполнены на диаметрально противолежащих концах перегородки. Угол составляет, преимущественным образом, от 10° до 25°, а особо предпочтительно от 15° до 20°.
Перегородка с обоими воздухонаправляющими элементами может быть выполнена как единое целое, например в виде пластмассовой или листовой формованной детали.
Помимо этого, может быть предусмотрено, что охлаждающий аппарат имеет выпуск воздуха для выдувания охлажденного посредством расположенного во внутреннем контуре теплообменника воздуха, причем воздуховыпускная сторона расположенного во внутреннем контуре теплообменника перекрывает выпуск воздуха. Охлаждающий аппарат позволяет поддерживать скорость воздушного потока, с которой он проходит через теплообменник, настолько низкой, что эффективно предотвращается нежелательное выбрасывание конденсата из теплообменника. Это, в свою очередь, позволяет расположить воздуховыпускную сторону теплообменника в выпуске воздуха, который может впадать непосредственно во внутреннее пространство коммутационного шкафа. При этом поперечное сечение отверстия выпуска воздуха может быть расположено параллельно воздуховыпускной стороне и простираться по всей воздуховыпускной стороне.
Первый воздухонаправляющий элемент может быть выполнен в непосредственном прилегании к воздухозаборной стороне теплообменника. Так, первый воздухонаправляющий элемент, который между ним и воздухозаборной стороной теплообменника образует воздушный канал, может быть выполнен в крайней области в прилегании к воздухозаборной стороне и может простираться под углом к ней, который больше чем 0° и меньше чем 90°. Угол составляет, преимущественным образом от 20° до 60°, а особо предпочтительно от 25° до 45°.
Габаритный размер воздухозаборной стороны, вдоль которой сужается воздушный канал, может простираться перпендикулярно направлению пропускания воздуха соответствующего теплообменника. В настенном навесном аппарате он может простираться вертикально.
Согласно другому аспекту изобретение относится к установке коммутационного шкафа, которая включает в себя коммутационный шкаф, в котором размещены выделяющие тепло в воздух внутреннего пространства коммутационного шкафа компоненты, и охлаждающий аппарат ранее описанного типа. При этом воздух из внутреннего пространства коммутационного шкафа с помощью первого вентилятора направляется через внутренний контур охлаждающего аппарата, в то время как окружающий воздух установки коммутационного шкафа с помощью второго вентилятора направляется через внешний контур.
За счет применения воздушного канала ранее описанного типа достигается равномерное распределение воздуха по воздухозаборной стороне теплообменника и равномерное прохождение через нее. За счет этого, в свою очередь, достигается подача на теплообменник воздуха по существу с одним и тем же давлением по всей его воздухозаборной стороне, так что, как следствие, на всей поверхности теплообменника образуется по существу неизменный профиль скоростей воздуха. Помимо этого, вследствие равномерной подачи воздуха в теплообменник предотвращается образование пиков скорости потока и вместе с тем выбрасывание конденсата. Помимо этого, описанная направленность движения воздуха позволяет, например, в настенных навесных аппаратах установить теплообменник вертикально и, несмотря на это, достичь улучшенного прохождения воздуха через теплообменник. Вследствие вертикального положения теплообменника выбрасывание конденсата снижается далее. Помимо этого, вертикальное положение теплообменника позволяет уменьшить габаритную глубину охлаждающего аппарата. Так как теплообменник теперь может быть расположен во внутреннем контуре также перед выпуском воздуха из внутреннего контура, то отсюда вытекает также больше свободы при расположении прочих конструктивных частей охлаждающего аппарата.
Описанный охлаждающий аппарат, по сравнению с известным из уровня техники, имеет возросшую энергетическую эффективность. Это позволяет применить меньший теплообменник, а в случае холодильной машины - меньший нагнетатель. За счет снижения габаритных размеров аппарата могут быть далее снижены также расходы на изготовление. Улучшенный теплообмен за счет описанной направленности движения воздуха позволяет эксплуатировать холодильную машину при более высокой температуре кипения хладагента, вследствие чего дополнительно снижается опасность образования конденсата.
Дальнейшие детали изобретения разъясняются с помощью приведенных ниже фигур. При этом показано:
Фиг. 1 охлаждающий аппарат согласно уровню техники в поперечном сечении, и
Фиг. 2 установка коммутационного шкафа с охлаждающим аппаратом согласно одной форме выполнения изобретения в поперечном сечении.
На фиг. 1 показан выполненный в виде настенного навесного аппарата охлаждающий аппарат 1 для кондиционирования воздуха в коммутационном шкафу, как он известен из уровня техники. Охлаждающий аппарат 1 имеет внутренний контур 2 и внешний контур 3, которые гидродинамически отделены один от другого с помощью перегородки 15. С помощью первого вентилятора 17 нагретый воздух из внутреннего пространства 101 коммутационного шкафа всасывается через впуск 10 воздуха, направляется через внутренний контур 2 и расположенный там первый теплообменник 4 и в виде охлажденного воздуха выводится через выпуск 11 воздуха обратно во внутреннее пространство 101 коммутационного шкафа.
Для того чтобы достичь лучшего пропускания воздуха через первый теплообменник 4 во внутреннем контуре 2, он установлен под наклоном. Однако, как обозначено нанесенными, пронизывающими первый теплообменник 4 стрелками, первый теплообменник 4 обдувается вдоль своей воздухозаборной стороны 4.1 и, прежде всего, также вдоль своей верхней боковой поверхности 8 неравномерно. Так как теплообменник 4, выполненный, например, в виде ламельного теплообменника, имеет все же определенное направление х пропускания воздуха, описанный вид бокового обдува первого теплообменника 4 сопряжен с потерями. Такой обдув первого теплообменника 4 приводит, прежде всего, к тому, что воздух протекает через него вдоль его габаритной высоты неравномерно, так что в определенных областях теплообменника образуются пики давления воздуха и соответственно этому пики скорости воздуха, в то время как через другие области теплообменника 4 воздух едва ли может протекать или не может протекать вообще.
Как можно понять из воспроизведенной на фиг. 1 справа принципиальной схемы, наклонное положение теплообменника 4 в комбинации с образовавшимися пиками скорости потока приводит к тому, что образовавшийся в теплообменнике 4 конденсат выносится из теплообменника 4 в виде капель или же выдувается из него. Для того чтобы предотвратить попадание выбрасываемого конденсата через выпуск 11 воздуха во внутреннее пространство 101 коммутационного шкафа, первый теплообменник 4 должен быть расположен так, чтобы воздуховыпускная сторона 4.2 была закрыта стенкой 9 охлаждающего аппарата. Тогда выбрасывающийся конденсат может быть собран в отстойнике 14 конденсата и оттуда отведен или под контролем выпарен.
Первый теплообменник 4 через циркуляционный контур 6 хладагента гидродинамически соединен со вторым теплообменником 5 во внешнем контуре. Наряду со вторым теплообменником 5, во внешнем контуре 3 расположен также нагнетатель 19, чтобы можно было просто выводить образованное им отходящее тепло. Другой вентилятор 18 предусмотрен для того, чтобы через впуск 10 воздуха всасывать воздух из окружающей коммутационный шкаф среды во внешний контур 3, направлять его через второй теплообменник 5, и через выпуск 11 воздуха выводить его обратно в окружающую среду. Для упрощения изображения другие, существенные для холодильной машины, конструктивные части, как, например, расширительное средство и блок регулировки и управления, не показаны.
Для оптимального теплообмена первый и второй теплообменники 4, 5 выполнены с большими по сравнению с габаритной глубиной воздухозаборными сторонами 4.1, 5.1 и воздуховыпускными сторонами 4.2, 5.2. По сравнению с этим габаритная глубина теплообменников 4, 5 в направлении х, у пропускания воздуха намного меньше, чем габаритные размеры воздухозаборных сторон 4.1, 5.1 и воздуховыпускных сторон 4.2, 5.2. Это приводит к тому, что теплообменники 4, 5 в настенном навесном аппарате, как это показано на фиг. 1, должны монтироваться по существу вертикально или для улучшения обдува слегка под наклоном, вследствие чего сразу возникают описанные ранее проблемы с направленностью движения воздуха. Чем больше наклоняется теплообменник 4 для оптимизации пропускания воздуха, тем больше соответственно должна быть увеличена габаритная глубина охлаждающего аппарата 1.
В показанной на фиг. 2 установке коммутационного шкафа согласно одной форме выполнения изобретения, наряду с охлаждающим аппаратом 1, имеется коммутационный шкаф 100 с внутренним пространством 101 коммутационного шкафа, в котором расположены отдающие тепло компоненты 102. Охлаждающий аппарат 1 рассчитан на то, чтобы поддерживать температуру во внутреннем пространстве коммутационного шкафа на заданном значении, которое определяется, например, оптимальными условиями эксплуатации компонентов 102 коммутационного шкафа.
В свою очередь, охлаждающий аппарат 1 имеет внутренний контур 2 и внешний контур 3, причем теплый воздух 103 с помощью первого вентилятора 17 и впуска 10 воздуха всасывается из внутреннего пространства 101 коммутационного шкафа во внутренний контур 2. Всосанный воздух направляется через внутренний контур 2 и, прежде всего, через расположенный в нем первый теплообменник 4, чтобы в виде охлажденного воздуха быть направленным через выпуск 11 воздуха в нижней области коммутационного шкафа 100 обратно во внутреннее пространство 101 коммутационного шкафа. Перед воздухозаборной стороной 4.1 теплообменника 4 во внутреннем контуре 2 расположен первый воздухонаправляющий элемент 16, который простирается под углом β к воздухозаборной стороне 4.1. В нижней области теплообменника 4 первый воздухонаправляющий элемент 16 прилегает к воздухозаборной стороне 4.1 теплообменника 4. В изображенном виде на поперечное сечение выполненный между воздухозаборной стороной 4.1 и первым воздухонаправляющим элементом 16 воздушный канал 7 имеет сужающуюся форму, приблизительно клиновидную форму.
Клиновидная форма выполняет техническую функцию, состоящую в том, что вдоль всего вертикального габаритного размера z воздухозаборной стороны 4.1 на воздухозаборной стороне 4.1 создается по существу один и тот же скоростной напор воздуха, так что теплообменник 4 вдоль всего своего габаритного размера z пронизывается воздушным потоком с одной и той же скоростью, и образование пиков скорости предотвращается.
Помимо этого, предусмотрен второй воздухонаправляющий элемент 13, который предотвращает обдув боковой поверхности 8 теплообменника 4 и вместо этого отклоняет обдувающий боковую поверхность 8 воздушный поток в пространство перед воздухозаборной стороной 4.1. Первый воздухонаправляющий элемент 16 закрывает нижнюю область первого теплообменника 4, в которой обычно собирается конденсат. Таким образом, первый воздухонаправляющий элемент 16 выполняет также функцию, состоящую в предотвращении подачи воздуха в нижнюю область теплообменника 4, так что выбрасывание конденсата подавляется далее. Это дает возможность расположить первый теплообменник 4 соосно с выпуском 11 воздуха, через который внутренний контур 2 впадает во внутреннее пространство 101 коммутационного шкафа, не опасаясь того, что во внутреннее пространство 101 коммутационного шкафа мог бы быть задут конденсат.
Внешний контур 3 построен аналогично. С помощью второго вентилятора 18 окружающий воздух 104 через впуск 10 воздуха всасывается во внешний контур 3, проходит через внешний контур 3 и, прежде всего, через второй теплообменник 5 и через выпуск 11 воздуха направляется обратно в окружающую коммутационный шкаф среду. Во втором теплообменнике 5 на его воздухозаборной стороне 5.1 тоже имеется воздухонаправляющий элемент 16, который простирается под углом β к воздухозаборной стороне 5.1. Второй воздухонаправляющий элемент 13 предусмотрен для того, чтобы предотвратить обдув боковой поверхности 8 теплообменника 5 и вместо этого отклонить обдувающий второй теплообменник 5 воздух в пространство перед воздухозаборной стороной 5.1 второго теплообменника 5. Помимо этого, во внешнем контуре расположен нагнетатель 19, который через систему трубопроводов, в которой движется хладагент 6, гидродинамически соединен с обоими теплообменниками 4, 5, чтобы образовать циркуляционный контур хладагента наподобие холодильной машины.
Разглашенные в предыдущем описании, чертеже, а также в формуле изобретения признаки изобретения могут быть существенными для реализации изобретения как по отдельности, так и в любой комбинации.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1 охлаждающий аппарат
2 внутренний контур
3 внешний контур
4 первый теплообменник
4.1 воздухозаборная сторона первого теплообменника
4.2 воздуховыпускная сторона первого теплообменника
5 второй теплообменник
5.1 воздухозаборная сторона второго теплообменника
5.2 воздуховыпускная сторона второго теплообменника
6 хладагент
7 воздушный канал
8 боковая поверхность
9 первая стенка охлаждающего аппарата
10 впуск воздуха
11 выпуск воздуха
12 вторая стенка охлаждающего аппарата
13 второй воздухонаправляющий элемент
14 отстойник конденсата
15 перегородка
16 первый воздухонаправляющий элемент
17 первый вентилятор
18 второй вентилятор
19 нагнетатель
100 коммутационный шкаф
101 внутреннее пространство коммутационного шкафа
102 тепловыделяющие компоненты
103 охлаждаемый воздух
104 окружающий воздух
х направление пропускания воздуха в первом теплообменнике
у направление пропускания воздуха во втором теплообменнике
z габаритный размер воздухозаборной стороны
α угол наклона теплообменника
β угол установки первого воздухонаправляющего элемента по отношению к воздухозаборной стороне