ТЕПЛООБМЕННИК ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРОШКАФА И СООТВЕТСТВУЮЩАЯ ОХЛАЖДАЮЩАЯ СТРУКТУРА Российский патент 2018 года по МПК H05K7/20 

Изобретение относится к теплообменнику для охлаждения электрошкафа и к соответствующей охлаждающей структуре. Соответствующий родовому понятию теплообменник имеет первую систему трубопроводов для первого охлаждающего средства и гидравлически отделенную от первой системы трубопроводов вторую систему трубопроводов для второго охлаждающего средства, причем первая и вторая системы трубопроводов теплообменника термически связаны между собой.

Из DE 20008411 U1 известен агрегатный шкаф для печатной машины, который имеет теплообменник с ранее названными отличительными признаками. Подобные теплообменники описываются также в DE 102007054724 A1, DE 102008059023 A1, US 6053238 А и US 6039111 А.

При охлаждении электрошкафа постоянной проблемой является то, что температуры окружающей среды электрошкафа на протяжении года, а также мощности потерь и связанные с этим тепловые потери находящихся в электрошкафу компонентов могут быть подвержены большим колебаниям, причем независимо от данных колебаний преобладающая во внутреннем пространстве электрошкафа температура воздуха должна поддерживаться в пределах определенного значения, чтобы предотвратить причинение вреда находящимся в электрошкафу компонентам. Применяемые для охлаждения электрошкафов охлаждающие аппараты, будь то пассивные или активные устройства, всегда имеют, однако, узкий диапазон охлаждающей способности, в котором они могут работать с эффективным потреблением энергии. Например, при длительном режиме работы с наиболее эффективным потреблением энергии работают приводимые в действие нагнетателем охлаждающие аппараты. Однако максимально достижимая при длительном режиме работы охлаждающая способность приводимого в действие нагнетателем циркуляционного контура охлаждения должна быть адаптирована к максимальным температурам окружающей среды и к максимальным мощностям потерь находящихся в электрошкафу компонентов, чтобы достаточное охлаждение могло быть обеспечено даже в экстремальных ситуациях. Следствием является то, что на протяжении года приводимый в действие нагнетателем циркуляционный контур охлаждения постоянно работает в режиме включения-отключения с соответствующими недостатками в отношении энергопотребления.

Для повышения энергоэффективности охлаждающего аппарата, в принципе, желательно, чтобы промежуток времени, в течение которого функционирует приводимый в действие нагнетателем циркуляционный контур охлаждения, поддерживался как можно более коротким.

Для того чтобы преодолеть данную проблему, из состояния техники известны комбинированные охлаждающие аппараты, которые дополнительно к активному циркуляционному контуру охлаждения, такому как приводимый в действие нагнетателем циркуляционный контур охлаждения или водоохладительный агрегат, имеют пассивный циркуляционный контур охлаждения или пассивный охлаждающий элемент, например в виде воздушно-воздушного теплообменника. В дальнейшем ходе заявки такие охлаждающие аппараты называются также «гибридными охлаждающими аппаратами». Активные циркуляционные контуры охлаждения имеют холодильную машину или водоохладительный агрегат, которые вносят в систему холод и, как правило, служат для охлаждения охлаждающей среды. Холодильная машина может иметь, например, нагнетатель. Водоохладительный агрегат может иметь в простейшем случае резервуар с холодной водой, причем специалист поймет, что в применении к охлаждению слово «вода» следует интерпретировать не ограниченно, а лишь как синоним к известным из состояния техники охлаждающим средствам или холодильным агентам, называемым в общем как «охлаждающая среда». Соответственно этому пассивные циркуляционные контуры охлаждения не имеют холодильной машины или источника холодной воды. Активное охлаждение охлаждающей среды не осуществляется.

Данные охлаждающие аппараты рассчитаны таким образом, что даже только пассивно с помощью воздушно-воздушного теплообменника может быть обеспечено необходимое охлаждение внутреннего пространства электрошкафа при как можно более широком диапазоне температур окружающей среды электрошкафа, а также для как можно более высоких потерь тепла находящихся в электрошкафу компонентов, так что активный циркуляционный контур охлаждения, то есть, например, приводимый в действие нагнетателем циркуляционный контур охлаждения должен быть для поддержки приведен в действие только тогда, когда достижимая с помощью воздушно-воздушного теплообменника охлаждающая способность не является достаточной.

Вследствие того, что структурное построение охлаждающего аппарата, который базируется на воздушно-воздушном теплообменнике, принципиально отличается от охлаждающего аппарата, который базируется на приводимом в действие нагнетателем циркуляционном контуре охлаждения, в известных из состояния техники охлаждающих аппаратах до сих пор является невозможным или возможным лишь с большими затратами, чтобы базирующийся на воздушно-воздушном теплообменнике циркуляционный контур охлаждения работал параллельно с приводимым в действие нагнетателем циркуляционным контуром охлаждения. Помимо этого в известных охлаждающих аппаратах для переключения между названными процессами охлаждения всегда необходимо, чтобы внутри охлаждающего аппарата были предприняты структурные изменения. Например, подвод воздуха посредством поворота клапанов и тому подобного должен быть адаптирован к необходимому процессу охлаждения. Это требует соответствующих исполнительных механизмов и применения серводвигателей, которые снижают надежность системы и повышают ее сложность. Это является критическим, прежде всего, на фоне того, что отказ охлаждающего аппарата может привести к тому, что система из электронных компонентов, которая расположена во внутреннем пространстве электрошкафа, будет выведена из строя или даже разрушена.

Поэтому задачей изобретения является создание теплообменника для охлаждения электрошкафа и соответствующего электрошкафа, которые обеспечивают энергоэффективное и надежное охлаждение электрошкафа, причем помимо этого они должны предоставить возможность особенно гибкой адаптации охлаждающего аппарата к индивидуальным характеристикам, таким как мощность потерь компонентов электрошкафа и температура окружающей среды электрошкафа.

Согласно изобретению данная задача решена в теплообменнике с признаками п. 1 формулы изобретения, а также в охлаждающей структуре с признаками п. 6 формулы изобретения или с признаками п. 10 формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения относятся соответственно к предпочтительным формам выполнения изобретения.

Согласно изобретению теплообменник имеет несколько, преимущественным образом направленных параллельно друг другу, ламелей, причем соседние ламели образуют между собой канал протекания воздуха через теплообменник и причем первая и вторая системы трубопроводов термически связаны между собой для теплообмена через несколько ламелей. Ламели служат для того, чтобы термически связать между собой образованные принципиально независимо друг от друга, прежде всего гидравлически отделенные друг от друга, системы трубопроводов теплообменника, так что, если разность температур имеющихся в обеих системах трубопроводов охлаждающих средств не равна нулю, то тогда между первой и второй системами трубопроводов всегда имеет место теплообмен.

Поэтому теплообменник согласно изобретению принципиально является ламельным теплообменником с воздушным охлаждением, который предоставляет возможность теплообмена между протекающим через него воздухом и охлаждающим средством первой системы трубопроводов и/или другим охлаждающим средством второй системы трубопроводов. При этом одна из систем трубопроводов может быть, например, составной частью активного процесса охлаждения, например приводимого в действие нагнетателем циркуляционного контура охлаждения, в то время как другая система трубопроводов встроена, например, в пассивный циркуляционный контур охлаждения. Теплообменник согласно изобретению отличается также именно тем, что он, если он используется для построения охлаждающего аппарата для охлаждения электрошкафа, предоставляет высокую вариабельность относительно реализованного процесса охлаждения. Тем не менее, теплообменник согласно изобретению принципиально не ограничен в применении только для охлаждения электрошкафов, а напротив, он может найти применение в разных вариантах охлаждения в промышленности или даже в домашнем хозяйстве.

Первая и вторая системы трубопроводов расположены друг за другом в направлении протекания воздуха через теплообменник. Одна из этих двух систем трубопроводов является составной частью пассивной системы охлаждения, а другая - составной частью активной системы охлаждения, причем система трубопроводов пассивного циркуляционного контура охлаждения расположена, в направлении протекания воздуха, перед системой трубопроводов активного циркуляционного контура охлаждения. Если активный циркуляционный контур охлаждения деактивирован, его система трубопроводов в теплообменнике не является бесполезной, обеспечивает повышение КПД пассивного циркуляционного контура охлаждения.

Теплообменник согласно изобретению должен быть модульным узлом, который может служить для того, чтобы в одной и той же форме выполнения служить для оформления самых разных охлаждающих аппаратов для кондиционирования воздуха в электрошкафах. Для того чтобы способствовать его гибкой интеграции в охлаждающий аппарат электрошкафа, в одной форме выполнения изобретения предусмотрено, что первая и вторая системы трубопроводов имеют соответственно подключение для подающего трубопровода охлаждающего средства и подключение для обратного трубопровода охлаждающего средства.

Электрошкаф согласно изобретению содержит охлаждающий аппарат, который имеет первый и второй теплообменники вышеназванного типа, причем первый теплообменник расположен в первом воздуховоде с первым впуском воздуха и первым выпуском воздуха, которые открыты в окружающую среду электрошкафа, а второй теплообменник расположен во втором воздуховоде со вторым впуском воздуха и вторым выпуском воздуха, которые открыты во внутреннее пространство электрошкафа, причем первая система трубопроводов первого теплообменника образует с первой системой трубопроводов второго теплообменника первый замкнутый циркуляционный контур охлаждающего средства, а вторая система трубопроводов первого теплообменника образует со второй системой трубопроводов второго теплообменника второй замкнутый циркуляционный контур охлаждающего средства.

В одной форме выполнения изобретения охлаждающий аппарат является закрепленным на вертикальной стенке электрошкафа настенным охлаждающим аппаратом. При этом первый теплообменник, преимущественным образом, расположен, по меньшей мере, частично выше второго теплообменника, причем по меньшей мере один из обоих циркуляционных контуров охлаждающего средства является пассивным. Если теплообменники расположены так, как описано ранее, и один из обоих циркуляционных контуров охлаждающего средства является замкнутым и пассивным, то при температурах в электрошкафу, которые находятся выше температуры окружающей среды электрошкафа, если пассивный циркуляционный контур охлаждающего средства, по меньшей мере, частично заполнен охлаждающим средством, находящееся в пассивном циркуляционном контуре охлаждающего средства в области второго теплообменника охлаждающее средство под действием тепла воздуха электрошкафа будет переходить из жидкого в газообразное агрегатное состояние, подниматься в первый теплообменник, там охлаждаться более холодным воздухом окружающей среды и таким образом конденсироваться, чтобы вслед за этим под действием силы тяжести снова течь обратно во второй теплообменник. В то время как при испарении во втором теплообменнике охлаждающее средство поглощает тепло, при конденсации в первом теплообменнике оно снова отдает то же самое количество тепла. Во втором теплообменнике охлаждающее средство извлекает данную тепловую энергию именно из протекающего через второй теплообменник воздуха электрошкафа и при конденсации в первом теплообменнике отдает ее в окружающий воздух. Таким образом, имеет место чистый тепловой поток от второго воздуховода к первому воздуховоду.

В предпочтительной форме выполнения один из обоих циркуляционных контуров охлаждающего средства является пассивным, а другой - активным, преимущественным образом приводимым в действие нагнетателем или насосом циркуляционным контуром, причем первый теплообменник в первом воздуховоде и второй теплообменник во втором воздуховоде расположены таким образом, что система трубопроводов пассивного циркуляционного контура охлаждающего средства расположена в направлении протекания воздуха перед системой трубопроводов активного циркуляционного контура охлаждающего средства. При этом активный циркуляционный контур охлаждающего средства может быть оформлен разнообразно. Он может быть, например, нагнетательным циркуляционным контуром с нагнетателем, конденсатором, расширительным клапаном и испарителем, причем конденсатор и испаритель предоставляются именно первым и вторым теплообменниками. Он может быть, однако, также циркуляционным контуром холодной воды, в котором перенос тепла осуществляется посредством циркуляции жидкого охлаждающего средства, преимущественным образом воды. При этом протекающее через второй теплообменник во втором воздуховоде жидкое охлаждающее средство может быть предоставленным с помощью внешнего источника холодной воды или через расположенный в первом воздуховоде первый теплообменник.

Альтернативный электрошкаф согласно изобретению имеет первый и второй, соответствующие изобретению теплообменники, причем снова первый теплообменник расположен в первом воздуховоде с первым впуском воздуха и первым выпуском воздуха, которые открыты в окружающую среду электрошкафа, а второй теплообменник расположен во втором воздуховоде со вторым впуском воздуха и вторым выпуском воздуха, которые открыты во внутреннее пространство электрошкафа, причем:

либо

1) первая и вторая системы трубопроводов первого теплообменника подключены последовательно, причем подключенные последовательно системы трубопроводов образуют замкнутый циркуляционный контур охлаждающего средства либо с первой, либо со второй системой трубопроводов второго теплообменника, и причем через систему трубопроводов второго теплообменника, которая не является составной частью замкнутого циркуляционного контура охлаждающего средства, протекает охлаждающее средство,

либо

2) первая и вторая системы трубопроводов второго теплообменника подключены последовательно, причем подключенные последовательно системы трубопроводов образуют замкнутый циркуляционный контур охлаждающего средства либо с первой, либо со второй системой трубопроводов первого теплообменника, и причем через систему трубопроводов первого теплообменника, которая не является составной частью замкнутого циркуляционного контура охлаждающего средства, протекает охлаждающее средство.

При этом может быть предусмотрено, что первый теплообменник, по меньшей мере, частично расположен выше второго теплообменника, причем замкнутый циркуляционный контур охлаждающего средства является пассивным, а система трубопроводов, через которую протекает охлаждающее средство, является составной частью активного, преимущественным образом приводимого в действие насосом или нагнетателем, циркуляционного контура охлаждения.

В другой форме выполнения изобретения теплообменник, который имеет систему трубопроводов, через которую протекает охлаждающее средство, является испарителем или воздушно-водяным теплообменником активного циркуляционного контура охлаждения и вместе с тем, если система трубопроводов, через которую протекает охлаждающее средство, является составной частью первого теплообменника, конденсатором пассивного циркуляционного контура охлаждения или, если система трубопроводов, через которую протекает охлаждающее средство, является составной частью второго теплообменника, испарителем пассивного циркуляционного контура охлаждения.

В одной форме выполнения изобретения один из циркуляционных контуров охлаждающего средства является пассивным, а другой - приводимым в действие нагнетателем циркуляционным контуром охлаждающего средства, причем нагнетатель и расширительное средство активного циркуляционного контура охлаждающего средства соответственно либо перекрыты на выбор открываемым и закрываемым обводным трубопроводом, либо могут принимать состояние, в котором пропускание охлаждающего средства через сито может происходить по существу без потери давления. В данной форме выполнения гибридный охлаждающий аппарат имеет четыре разных режима работы. В первом режиме работы первый циркуляционный контур охлаждающего средства эксплуатируется как активный, а второй циркуляционный контур охлаждающего средства деактивирован. Во втором режиме работы первый циркуляционный контур охлаждающего средства эксплуатируется как пассивный, а второй циркуляционный контур охлаждающего средства деактивирован. В третьем режиме работы первый циркуляционный контур охлаждающего средства эксплуатируется как активный, а второй циркуляционный контур охлаждающего средства эксплуатируется как пассивный. В четвертом режиме работы как первый, так и второй циркуляционные контуры охлаждающих средств эксплуатируются как пассивные. Таким образом, первый циркуляционный контур охлаждающего средства должен эксплуатироваться как активный только тогда, когда сумма охлаждающих способностей первого и второго циркуляционных контуров охлаждающих средств, если наряду со вторым первый циркуляционный контур охлаждающего средства эксплуатируется тоже как пассивный, является недостаточной.

Вместо обводных трубопроводов может быть также предусмотрено, что расширительное средство или же нагнетатель могут принимать состояние, в котором они позволяют проходить охлаждающему средству по существу без потери давления. Так в расширительных средствах, которые образованы, например, в виде расширительных клапанов с игольчатым клапаном, клапан может быть приведен в открытое положение, в котором охлаждающее средство может проходить через расширительный клапан по существу беспрепятственно. Точно так же является мыслимым, что нагнетатель или имеет интегрированный обводной трубопровод, или может принимать рабочее положение, в котором охлаждающее средство может беспрепятственно проходить через него. Другие подробности изобретения разъясняются с помощью нижеследующих фигур.

Фиг. 1 - форма выполнения теплообменника согласно изобретению, в котором для лучшей наглядности ламели были частично отброшены.

Фиг. 2 - схематический вид на поперечное сечение гибридного охлаждающего аппарата для настенного монтажа, который комбинирует тепловую трубку с приводимым в действие нагнетателем циркуляционным контуром охлаждения.Фиг. 3 охлаждающий аппарат согласно изобретению, который имеет только тепловую трубку.

Фиг. 4 - гибридный охлаждающий аппарат согласно изобретению, который имеет во внутреннем контуре водоохладительный агрегат.

Фиг. 5 - вариант формы выполнения согласно фиг. 4, в котором водоохладительный агрегат расположен во внешнем контуре.

Фиг. - 6 гибридный охлаждающий аппарат для монтажа на крыше, в котором водоохладительный агрегат расположен во внешнем контуре.

Фиг. 7 - вариант охлаждающего аппарата согласно фиг. 6, в котором водоохладительный агрегат расположен во внешнем контуре.

Фиг. 8 - гибридный охлаждающий аппарат, в котором активный циркуляционный контур охлаждения может быть подключен через обводы по выбору как пассивный.

Теплообменник 1 согласно фиг. 1 имеет первую систему 2 трубопроводов, в которой приводится в движение первое охлаждающее средство, и вторую систему 3 трубопроводов, в которой приводится в движение второе охлаждающее средство. Каждая из систем 2, 3 трубопроводов составлена из параллельных полотен трубопроводов, которые пролегают между двумя продольными окончаниями теплообменника 1. Параллельные трубопроводы соединены между собой на продольных окончаниях таким образом, что охлаждающее средство приводится в движение между соответствующим подающим трубопроводом 5 охлаждающего средства и обратным трубопроводом 6 охлаждающего средства. Изображенный на фиг. 1 теплообменник 1 рассчитан на то, чтобы через его вертикальные на изображении продольные стороны протекал газ, например воздух. Теплообменник 1 имеет несколько ламелей 4, причем соседние ламели образуют соответственно между собой канал протекания воздуха через теплообменник. Помимо этого ламели 4, которые соответственно пластинчатому теплообменнику могут быть образованы также в форме пластин, для теплообмена имеют задачу термического связывания между собой первой и второй систем 2, 3 трубопроводов. При ранее описанном направлении протекания протекающего через теплообменник 1 воздуха первая и вторая системы 2, 3 трубопроводов расположены друг за другом в направлении протекания воздуха. Если первая система 2 трубопроводов является составной частью пассивного циркуляционного контура охлаждения, а вторая система 3 трубопроводов - составной частью активного циркуляционного контура охлаждения и помимо этого предусмотрено, что охлаждение протекающего через теплообменник 1 воздуха происходит с предпочтением перед пассивным процессом охлаждения, то может быть предусмотрено, что активный процесс охлаждения активируется только тогда, когда предоставляемая пассивным циркуляционным контуром охлаждения охлаждающая способность является недостаточной. Так как оба циркуляционных контура охлаждения реализованы независимо друг от друга, то для подключения активного циркуляционного контура охлаждения не требуется, чтобы пассивный циркуляционный контур охлаждения был разомкнут или даже полностью деактивирован. Если активный циркуляционный контур охлаждения деактивирован и, таким образом, охлаждение должно осуществляться через пассивный циркуляционный контур охлаждения, то вследствие реализованной с помощью ламелей 4 тепловой связи трубопроводы системы трубопроводов активного циркуляционного контура охлаждения в первом теплообменнике 1 служат для того, чтобы повысить охлаждающую способность системы трубопроводов пассивного циркуляционного контура охлаждения. Таким образом, даже если активный циркуляционный контур охлаждения деактивирован, его система трубопроводов в теплообменнике 1 не является бесполезной. Наоборот, она служит в данном случае для повышения КПД пассивного циркуляционного контура охлаждения. Если активированы оба циркуляционных контура охлаждения, то тоже происходит перенос тепла между первой и второй системами 2, 3 трубопроводов соответственно установившимся градиентам температур, вследствие чего предотвращаются пики тепла или холода внутри теплообменника 1, так что снова достигается повышение КПД теплообменника.

На фиг. 2 показан электрошкаф 7, в котором охлаждающий аппарат 8 образован в виде настенного охлаждающего аппарата. Электрошкаф 7 включает в себя внутреннее пространство 7.1 электрошкафа, причем к внешней стенке электрошкафа 7 приставлен охлаждающий аппарат 8, и причем внутреннее пространство 7.1 электрошкафа 7 через впуск 10 воздуха и выпуск 11 воздуха находится в гидравлическом соединении со вторым воздуховодом 12 охлаждающего аппарата 8. Принятый в электрошкаф 7.1 воздух транспортируется через воздуховод 12 с помощью вентилятора 17. Во втором воздуховоде 12 расположен второй, теплообменник согласно изобретению 1.2 согласно фиг. 1. Гидравлически отделенный от второго воздуховода 12 охлаждающий аппарат 8 имеет первый воздуховод 9, который через впуск 10 воздуха и выпуск 11 воздуха находится в гидравлическом соединении с окружающей средой электрошкафа 7. Вентилятор 17, со своей стороны, служит для того, чтобы транспортировать окружающий воздух через впуск 10 в первый воздуховод 9 охлаждающего аппарата 8. В первом воздуховоде 9 расположен первый, теплообменник согласно изобретению 1.1 согласно фиг. 1, через который протекает направляемый через первый воздуховод 9 воздух. Теплообменники 1.1, 1.2 состоят в гидравлическом соединении между собой таким образом, что первая система 2 трубопроводов первого теплообменника 1.1 образует с первой системой 2 трубопроводов второго теплообменника 1.2 первый замкнутый циркуляционный контур 13 охлаждающего средства, а вторая система 3 трубопроводов первого теплообменника 1.1 образует со второй системой 3 трубопроводов второго теплообменника 1.2 второй замкнутый циркуляционный контур 14 охлаждающего средства.

В форме выполнения согласно фиг. 2 первый замкнутый циркуляционный контур 13 охлаждающего средства является приводимым в действие нагнетателем циркуляционным контуром охлаждающего средства с нагнетателем 15 и расширительным клапаном 16. Вследствие этого первый теплообменник 1.1, если он относится к первому замкнутому циркуляционному контуру 13 охлаждающего средства, выполняет функцию конденсатора, второй теплообменник 1.2, если он относится к первому замкнутому циркуляционному контуру 13 охлаждающего средства, выполняет функцию испарителя.

Второй замкнутый циркуляционный контур 14 охлаждающего средства образует пассивный циркуляционный контур охлаждения. Для этого первый теплообменник 1.1 расположен выше второго теплообменника 1.2. Второй замкнутый циркуляционный контур 14 охлаждающего средства, по меньшей мере, частично наполнен охлаждающим средством. Жидкое охлаждающее средство под действием силы тяжести осаждается в нижней области второго замкнутого циркуляционного контура 14 охлаждающего средства. Именно там расположен второй теплообменник 1.2. Через второй теплообменник 1.2 протекает транспортируемый через второй воздуховод 12 теплый воздух электрошкафа. При этом охлаждающее средство второго замкнутого циркуляционного контура 14 охлаждающего средства нагревается, после чего оно, по меньшей мере, частично испаряется. Испаряющееся охлаждающее средство поднимается в первый теплообменник 1.1. Он охлаждается прохладным окружающим воздухом электрошкафа 7, который транспортируется через первый воздуховод 9 с помощью вентилятора 17, после чего газообразное охлаждающее средство конденсируется в первом теплообменнике 1.1. Сконденсировавшееся охлаждающее средство под действием силы тяжести перемещается из первого теплообменника 1.1 назад в расположенный ниже второй теплообменник 1.2 и может там снова испаряться и подниматься во второй теплообменник 1.2 (должно быть: в первый теплообменник 1.1 - прим. пер.).

Таким образом, охлаждающий аппарат 8 согласно фиг. 2 может эксплуатироваться на выбор в трех разных режимах охлаждения, а именно: только как активный, только как пассивный или как гибридный, причем в гибридном режиме работы, прежде всего, может быть предусмотрено, что пассивный процесс охлаждения функционирует непрерывно, в то время как активный процесс охлаждения служит для того, чтобы дополнять предоставляемую с помощью пассивного процесса охлаждения охлаждающую способность настолько, чтобы в сумме была предоставлена по меньшей мере требуемая охлаждающая способность.

На фиг. 3-7 изображено, что по существу одна и та же конструкция охлаждающего аппарата может служить для того, чтобы реализовать все многообразие разных процессов охлаждения. При этом формы выполнения согласно фиг. 3-5 относятся к настенным охлаждающим аппаратам, а формы выполнения согласно фиг. 6 и 7 - к охлаждающим аппаратам, которые образованы в виде конструкций на крыше.

Охлаждающий аппарат 8 согласно фиг. 3 имеет два теплообменника 1.1, 1.2 согласно изобретению, в которых соответственно первая и вторая системы 2, 3 трубопроводов подключены последовательно таким образом, что соответствующий теплообменник 1.1, 1.2 имеет соответственно подключение для подающего трубопровода охлаждающего средства и подключение для обратного трубопровода охлаждающего средства. Циркуляционный контур охлаждения не имеет активных компонентов, таких как компрессоры, нагнетатели или насосы и, таким образом, базируется на уже описанном ранее принципе тепловой трубки. Для этого, прежде всего, необходимо, чтобы первый теплообменник 1.1, по меньшей мере, частично был расположен выше второго теплообменника 1.2.

Как показывает фиг. 4, по существу та же самая конструкция охлаждающего аппарата 8 может быть использована для того, чтобы реализовать гибридный процесс охлаждения, при котором первая и вторая системы 2, 3 трубопроводов первого теплообменника 1.1 подключены последовательно,, и причем они образуют с одной из обеих систем 2, 3 трубопроводов второго теплообменника 1.2 пассивный замкнутый циркуляционный контур 13 охлаждения. Оставшаяся система 2, 3 трубопроводов второго теплообменника 1.2 образует второй замкнутый циркуляционный контур 14 охлаждающего средства с источником 18 холодной воды. Источник 18 холодной воды предоставляет охлажденную воду, которая циркулирует через теплообменник 1.2 и не является составной частью охлаждающего аппарата 8. Таким образом, данный дополнительный активный замкнутый циркуляционный контур 14 охлаждающего средства может служить для того, чтобы или при больших мощностях потерь находящихся во внутреннем пространстве 7.1 электрошкафа компонентов, или при высоких температурах окружающей среды электрошкафа 7 предоставлять в распоряжение дополнительную охлаждающую способность, которая дополняет предоставляемую с помощью пассивного циркуляционного контура 13 охлаждения охлаждающую способность настолько, что в сумме предоставляется достаточное охлаждение электрошкафа. Соответственно конструкции согласно фиг. 5, прежде всего, при высоких температурах окружающей среды может быть целесообразной реализация дополнительного активного циркуляционного контура 14 охлаждающего средства с помощью интегрированного во второй воздуховод 9 теплообменника 1.1.

Фиг. 6 и 7 показывают, что аналогично фиг. 3 и 4 могут быть реализованы охлаждающие аппараты 8 для монтажа на крыше, которые имеют высокую вариабельность согласно изобретению. В охлаждающих аппаратах, которые реализованы в виде конструкции на крыше, пользователю тоже предоставляется выбор реализации активного циркуляционного контура 14 охлаждающего средства наряду с пассивным циркуляционным контуром 13 охлаждающего средства или во внешнем контуре через первый теплообменник 1.1 (см. фиг. 6), или во внутреннем контуре через второй теплообменник 1.2 (см. фиг. 7).

Фиг. 8 описывает альтернативную форму выполнения гибридного охлаждающего аппарата 8 согласно изобретению с первым и вторым теплообменниками 1 согласно изобретению, которые термически связывают между собой первый замкнутый циркуляционный контур 13 охлаждающего средства и второй замкнутый циркуляционный контур 14 охлаждающего средства. Первый замкнутый циркуляционный контур 13 охлаждающего средства является активным циркуляционным контуром охлаждающего средства, который в направлении протекания охлаждающего средства имеет один за другим нагнетатель 15, конденсатор в виде верхнего теплообменника 1, расширительное средство 16 и испаритель в виде нижнего теплообменника 1. Нагнетатель 15 и расширительное средство 16 перекрыты через обводной трубопровод 19, который имеет соответственно клапан 20. В закрытом положении клапанов 20 первый замкнутый циркуляционный контур 13 охлаждающего средства может эксплуатироваться как активный. Если клапаны 20 открыты, то теплообменники 1 образуют тепловую трубку и, таким образом, пассивный циркуляционный контур охлаждающего средства. Оба циркуляционных контура 13, 14 охлаждающих средств расположены относительно друг друга таким образом, что, если первый циркуляционный контур 13 охлаждающего средства эксплуатируется как активный, то соответствующие охлаждающие средства транспортируются в противоположных направлениях относительно друг друга. Во втором циркуляционном контуре 14 охлаждающего средства второе охлаждающее средство приводится в движение между испарителем и конденсатором. Конденсатор и испаритель выполнены соответственно таким образом, что оба циркуляционных контура 13, 14 охлаждающих средств через испаритель и конденсатор термически соединены между собой. Конденсатор расположен на некотором вертикальном удалении выше конденсатора (ошибка: выше испарителя - прим. переводчика).

Конденсатор расположен в образованном первой частью корпуса охлаждающего аппарата первом воздуховоде 9 охлаждающего аппарата 8, а испаритель, а также нагнетатель 15 и расширительное средство 16 расположены в образованном второй частью корпуса охлаждающего аппарата втором воздуховоде 12. Через первый воздуховод 9 и, прежде всего, через конденсатор с помощью вентилятора 17 транспортируется воздух окружающей среды электрошкафа. Через второй воздуховод 12 и, прежде всего, через испаритель с помощью другого вентилятора 17 транспортируется нагретый воздух из внутреннего пространства электрошкафа. Клапаны 20 в обводных трубопроводах 19 являются, преимущественным образом, магнитными клапанами с электрическим срабатыванием.

Второе охлаждающее средство во втором циркуляционном контуре 14 охлаждающего средства нагревается теплым воздухом электрошкафа, который транспортируется через второй воздуховод 12, после чего оно, по меньшей мере, частично испаряется или снижает свою плотность по меньшей мере настолько, что оно транспортируется вдоль второго циркуляционного контура 14 охлаждающего средства от испарителя в конденсатор. Конденсатор обтекается прохладным воздухом окружающей среды электрошкафа. Вследствие этого охлаждающее средство конденсируется или же уплотняется таким образом, что оно течет вдоль циркуляционного контура 14 охлаждающего средства обратно в испаритель, чтобы там снова стать нагретым от теплого воздуха электрошкафа. Если первый циркуляционный контур 13 охлаждающего средства находится тоже в пассивном режиме работы, то охлаждающее средство может циркулировать также в нем между испарителем и конденсатором описанным ранее в отношении второго циркуляционного контура 14 охлаждающего средства образом. В данном случае направление транспортировки первого охлаждающего средства в первом циркуляционном контуре 13 охлаждающего средства является противоположным обозначенному направлению х протекания. Обозначенное направление х протекания первого охлаждающего средства в первом циркуляционном контуре 13 охлаждающего средства соответствует такому, которое устанавливается при активном режиме работы первого циркуляционного контура 13 охлаждающего средства. Таким образом, в данном случае охлаждающие средства в первом и втором циркуляционных контурах 13, 14 охлаждающих средств движутся в противоположных направлениях, вследствие чего КПД испарителя или же конденсатора улучшается далее.

Изобретение относится к теплообменнику для охлаждения электрошкафа и к соответствующей охлаждающей структуре. Технический результат - создание теплообменника для охлаждения электрошкафа и соответствующего электрошкафа, которые обеспечивают энергоэффективное и надежное охлаждение электрошкафа, с предоставлением возможности особенно гибкой адаптации охлаждающего аппарата к индивидуальным характеристикам: таким, как мощность потерь компонентов электрошкафа и температура окружающей среды электрошкафа, и возможности улучшения теплообмена в случае, когда один циркуляционный контур отключен за счет теплообмена между воздухом, проходящим через множество ламелей всего теплообменника, и охлаждающей средой, циркулирующей в другом контуре. Достигается за счет того, что теплообменник (1) для охлаждения электрошкафа имеет первую систему (2) трубопроводов для первого охлаждающего средства и по меньшей мере одну гидравлически отделенную от первой системы (2) трубопроводов вторую систему (3) трубопроводов для второго охлаждающего средства. Первая и вторая системы (2, 3) трубопроводов термически связаны между собой через несколько ламелей (4). Соседние ламели (4) образуют между собой канал протекания воздуха через теплообменник (1). Одна из систем трубопроводов является составной частью активного циркуляционного контура охлаждения, а другая - составной частью пассивного циркуляционного контура охлаждения, и система трубопроводов пассивного циркуляционного контура охлаждения расположена в направлении протекания воздуха через теплообменник перед системой трубопроводов активного циркуляционного контура охлаждения. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Теплообменник (1) для охлаждения электрошкафа, имеющий первую систему (2) трубопроводов для первого охлаждающего средства, по меньшей мере одну вторую систему (3) трубопроводов для второго охлаждающего средства, гидравлически отделенную от первой системы (2) трубопроводов, и несколько ламелей (4), через которые первая и вторая системы (2, 3) трубопроводов термически связаны между собой, причем соседние ламели (4) образуют между собой канал протекания воздуха через теплообменник (1), одна из систем трубопроводов является составной частью активного циркуляционного контура охлаждения, а другая - составной частью пассивного циркуляционного контура охлаждения, и система трубопроводов пассивного циркуляционного контура охлаждения расположена, в направлении протекания воздуха через теплообменник, перед системой трубопроводов активного циркуляционного контура охлаждения.

2. Теплообменник (1) по п. 1, в котором ламели (4) направлены параллельно друг другу.

3. Теплообменник (1) по п. 1 или 2, в котором первая и вторая системы (2, 3) трубопроводов расположены в направлении протекания воздуха через теплообменник (1) непосредственно или опосредованно друг за другом.

4. Теплообменник (1) по п. 1 или 2, в котором первая и вторая системы (2, 3) трубопроводов имеют соответственно подключение для подающего трубопровода (5) охлаждающего средства и подключение для обратного трубопровода (6) охлаждающего средства.

5. Теплообменник (1) по п. 1 или 2, в котором по меньшей мере одна из систем (2, 3) трубопроводов направлена в форме меандра так, что предотвращается образование сифонов.

6. Охлаждающая структура с электрошкафом (7) и охлаждающим аппаратом (8), который имеет первый и второй теплообменники (1.1, 1.2) по одному из пп. 1-5, причем первый теплообменник (1.1) расположен в первом воздуховоде (9) с первым впуском (10) воздуха и первым выпуском (11) воздуха, которые открыты в окружающую среду электрошкафа (7), а второй теплообменник (1.2) расположен во втором воздуховоде (12) со вторым впуском (10) воздуха и вторым выпуском (11) воздуха, которые открыты во внутреннее пространство (7.1) электрошкафа (7), причем первая система (2) трубопроводов первого теплообменника (1.1) образует с первой системой (2) трубопроводов второго теплообменника (1.2) первый замкнутый циркуляционный контур (13) охлаждающего средства, а вторая система трубопроводов первого теплообменника (1.1) образует со второй системой (3) трубопроводов второго теплообменника (1.2) второй замкнутый циркуляционный контур (14) охлаждающего средства.

7. Охлаждающая структура по п. 6, в которой первый теплообменник (1.1), по меньшей мере частично, расположен выше второго теплообменника (1.2), причем по меньшей мере один из обоих циркуляционных контуров (13, 14) охлаждающих средств является пассивным.

8. Охлаждающая структура по п. 6 или 7, в которой один из обоих циркуляционных контуров (13, 14) охлаждающих средств является пассивным, а другой является активным циркуляционным контуром охлаждающего средства, причем первый теплообменник (1.1) в первом воздуховоде (9) и второй теплообменник (1.2) во втором воздуховоде (12) расположены таким образом, что система трубопроводов пассивного циркуляционного контура охлаждающего средства расположена в направлении протекания воздуха перед системой трубопроводов активного циркуляционного контура охлаждающего средства.

9. Охлаждающая структура по п. 6 или 7, в которой один из обоих циркуляционных контуров (13, 14) охлаждающих средств является пассивным, а другой - приводимым в действие нагнетателем циркуляционным контуром охлаждающего средства, причем нагнетатель (15) и расширительное средство (16) активного циркуляционного контура охлаждающего средства соответственно либо перекрыты на выбор открываемым и закрываемым обводным трубопроводом (19), либо могут принимать состояние, в котором охлаждающее средство может проходить через них с малой потерей давления или по существу без потери давления.

10. Охлаждающая структура с электрошкафом (7) и охлаждающим аппаратом (8), который имеет первый и второй теплообменники (1.1, 1.2) по одному из пп. 1-5, причем первый теплообменник (1.1) расположен в первом воздуховоде (9) с первым впуском (10) воздуха и первым выпуском (11) воздуха, которые открыты в окружающую среду электрошкафа (7), а второй теплообменник (1.2) расположен во втором воздуховоде со вторым впуском (10) воздуха и вторым выпуском (11) воздуха, которые открыты во внутреннее пространство (7.1) электрошкафа (7), в котором:

либо

- первая и вторая системы (2, 3) трубопроводов первого теплообменника (1.1) подключены последовательно, причем подключенные последовательно системы (2, 3) трубопроводов образуют замкнутый циркуляционный контур охлаждающего средства либо с первой, либо со второй системой (2, 3) трубопроводов второго теплообменника (1.2), и причем через систему трубопроводов (2, 3) второго теплообменника (1.2), которая не является составной частью замкнутого циркуляционного контура охлаждающего средства, протекает охлаждающее средство,

либо

- первая и вторая системы (2, 3) трубопроводов второго теплообменника (1.2) подключены последовательно, причем подключенные последовательно системы (2, 3) трубопроводов образуют замкнутый циркуляционный контур охлаждающего средства либо с первой, либо со второй системой (2, 3) трубопроводов первого теплообменника (1.1), и причем через систему трубопроводов (2, 3) первого теплообменника (1.1), которая не является составной частью замкнутого циркуляционного контура охлаждающего средства, протекает охлаждающее средство.

11. Охлаждающая структура по п. 10, в которой первый теплообменник (1.1), по меньшей мере частично, расположен выше второго теплообменника (1.2), причем замкнутый циркуляционный контур охлаждающего средства является пассивным, а система трубопроводов, через которую протекает охлаждающее средство, является составной частью активного, преимущественным образом приводимого в действие насосом или нагнетателем, циркуляционного контура охлаждения.

12. Охлаждающая структура по п. 11, в которой теплообменник (1.1, 1.2), который имеет систему (2, 3) трубопроводов, через которую протекает охлаждающее средство, является испарителем или воздушно-водяным теплообменником активного циркуляционного контура охлаждения и вместе с тем, если система (2, 3) трубопроводов, через которую протекает охлаждающее средство, является составной частью первого теплообменника (1.1), является конденсатором пассивного циркуляционного контура охлаждения или, если система (2, 3) трубопроводов, через которую протекает охлаждающее средство, является составной частью второго теплообменника (1.2), является испарителем пассивного циркуляционного контура охлаждения.