ОХЛАЖДАЮЩИЙ АППАРАТ ДЛЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА В КОММУТАЦИОННОМ ШКАФУ Российский патент 2019 года по МПК H02B1/56 H05K7/20 

Изобретение относится к охлаждающему аппарату для кондиционирования воздуха в коммутационном шкафу, имеющему внутренний контур, через который охлаждаемый воздух посредством первого вентилятора отводится из внутреннего пространства коммутационного шкафа, и воздухонепроницаемо отделенный от внутреннего контура внешний контур, через который посредством второго вентилятора направляется окружающий воздух, причем внутренний контур и внешний контур воздухонепроницаемо отделены один от другого с помощью разделительного элемента, а инвертор, управляющий нагнетателем (компрессором) охлаждающего аппарата, имеет на первой из двух противолежащих сторон теплообменник для обмена отводимого тепла с окружающим теплообменник воздухом, а на второй из двух противолежащих сторон - электронный блок с несколькими элементами электронной схемы.

Подобный охлаждающий аппарат известен, например, из DE 102012108110 А1. Этот охлаждающий аппарат может быть выполнен в виде настенного навесного или потолочного надстроенного аппарата. Через отверстие для впуска воздуха нагретый воздух вводится из внутреннего пространства коммутационного шкафа во внутренний контур. Нагретый воздух из внутреннего пространства коммутационного шкафа проходит через воздушно-хладагентный теплообменник во внутреннем контуре и в виде охлажденного воздуха выводится через отверстие для выпуска воздуха обратно во внутреннее пространство коммутационного шкафа. Во внешнем контуре имеется другое отверстие для впуска воздуха и другое отверстие для выпуска воздуха, через которые окружающий воздух компоновки коммутационного шкафа вводится во внешний контур, проводится через расположенный во внешнем контуре воздушно-хладагентный теплообменник и через отверстие для выпуска воздуха выводится обратно в окружающую среду.

Обоими воздушно-хладагентными теплообменниками вместе с вентиляторами для транспортировки воздуха через внутренний или же внешний контур, а также вместе с нагнетателем и расширительным средством образуются существенные компоненты холодильной машины. При этом инвертор рассчитан на то, чтобы снабжать нагнетатель управляющим напряжением соответственно установленной потребности в охлаждающей способности, чтобы настроилась необходимая для достижения требуемой потребности в охлаждающей способности скорость вращения нагнетателя.

Инвертор является преобразователем напряжения, который из сетевого напряжения, например переменного напряжения с частотой 50 Гц, вырабатывает требуемое для работы нагнетателя рабочее напряжение. Он может содержать, например, также подготовку трехфазного тока для нагнетателя. Применяемые для создания охлаждающих аппаратов инверторы часто содержат электронный блок, который выполнен на первой стороне инвертора и имеет по существу пассивные элементы электрической схемы с малой мощностью потерь и малым теплоизлучением, и теплообменник, через который отводится возникающее при преобразовании напряжения за счет активных элементов схемы, таких как биполярные транзисторы с изолированным затвором, отходящее тепло, причем, по меньшей мере, этот теплообменник и зачастую также вырабатывающие тепло элементы схемы выполнены на расположенной напротив электронного блока стороне инвертора.

Для того чтобы обеспечить оптимальное отведение отходящего тепла, в известных из уровня техники охлаждающих аппаратах инвертор расположен во внешнем контуре. Если бы он был расположен во внутреннем контуре, то отходящее тепло инвертора подавалось бы в воздух внутреннего пространства коммутационного шкафа и тем самым влияло бы отрицательно на коэффициент полезного действия охлаждающего аппарата. Однако электронный блок инвертора чувствителен к влажности и поэтому часто заключается в капсулу, чтобы по возможности предотвратить контактирование с электронным блоком водяных брызг, которые попадают во внешний контур, или конденсата.

Поэтому задачей изобретения является усовершенствование охлаждающего аппарата описанного ранее типа таким образом, чтобы электронный блок инвертора был защищен от влаги с помощью наиболее простых технических средств без снижения вследствие этого сверх меры коэффициента полезного действия охлаждающего аппарата.

Согласно изобретению данная задача решена посредством охлаждающего аппарата с признаками пункта 1 формулы изобретения. Зависимые пункты относятся соответственно к предпочтительным формам выполнения изобретения.

Согласно этому в охлаждающем аппарате по меньшей мере теплообменник, находящийся на первой стороне инвертора, расположен во внешнем контуре, а по меньшей мере электронный блок, находящийся на второй стороне инвертора, расположен во внутреннем контуре. За счет этого достигается то, что, с одной стороны, отводимое через теплообменник инвертора тепло подается далее только во внешний контур, а не во внутренний контур, тогда как одновременно электронный блок установлен с защитой от проникающей во внешний контур влаги. Охлаждающий аппарат может иметь, например, регулировку точки росы, как это достаточно известно из уровня техники, которая дополнительно эффективно предотвращает образование конденсата во внутреннем контуре.

Может быть предусмотрено, что противолежащие стороны инвертора образованы электронной печатной платой инвертора. Вместо печатной платы может быть предусмотрен также другой носитель приборов и/или компонентов, который пригоден для того, чтобы пространственно и воздухонепроницаемо отделить теплообменник и электронный блок друг от друга на противолежащих сторонах.

Инвертор может быть вставлен в проем разделительного элемента между внутренним контуром и внешним контуром так, чтобы первая сторона инвертора была расположена во внешнем контуре, а вторая сторона инвертора - во внутреннем контуре.

В дополнение к этому, инвертор между противолежащими сторонами может иметь проходящий по периметру фланец, с помощью которого инвертор герметично соединен с разделительным элементом так, что проем закрыт инвертором. Данный фланец может быть образован обрамлением печатной платы.

Для того чтобы достичь особенно эффективного теплообмена через теплообменник инвертора, может быть предусмотрено, что теплообменник имеет на торцевой стороне, которой теплообменник вдается во внешний контур, металлическую пластину теплообменника.

Особенно хорошее обтекание теплообменника достигается за счет того, что в охлаждающем аппарате, в котором во внешнем контуре расположен первый воздушно-хладагентный теплообменник, первая сторона инвертора расположена во внешнем контуре в направлении потока текучей среды через внешний контур между первым воздушно-хладагентным теплообменником и вторым вентилятором.

Для того чтобы также еще лучше защитить электронный блок от влаги, прежде всего от конденсата, может быть предусмотрено, что инвертор своим электронным блоком расположен в воздушном потоке, проходящем через внутренний контур, а своим теплообменником - в воздушном потоке, проходящем через внешний контур. При этом охлаждающий аппарат может быть холодильной машиной с нагнетателем во внешнем контуре, с первым воздушно-хладагентным теплообменником во внешнем контуре, а также со вторым хладагентным теплообменником во внутреннем контуре.

Помимо этого, обтекание теплообменника инвертора может быть далее улучшено за счет того, что в охлаждающем аппарате имеется воздуховодный элемент, с помощью которого протекающий через внутренний контур воздух отклоняется на электронный блок, и/или воздуховодный элемент, с помощью которого протекающий через внешний контур воздух отклоняется на теплообменник. При этом воздуховодная пластина может быть составной частью разделительного элемента и/или может быть приформована к нему. Помимо этого, разделительный элемент может быть фасонной пластмассовой деталью, прежде всего фасонной деталью, полученной литьем под давлением, или глубокотянутой пластмассовой или металлической деталью.

Дальнейшие подробности изобретения разъясняются с помощью приведенных далее фигур. При этом показано на:

Фиг. 1 - компоновка коммутационного шкафа, состоящая из коммутационного шкафа и охлаждающего аппарата, согласно одной форме осуществления изобретения,

Фиг. 2 - фрагментарный вид на область охлаждающего аппарата согласно фиг. 1, в которой расположен инвертор.

Показанная на фиг. 1 компоновка коммутационного шкафа состоит из коммутационного шкафа 100 и охлаждающего аппарата 1, который выполнен в виде настенного навесного аппарата и смонтирован на боковой стенке коммутационного шкафа 100. Внутренний контур 2 охлаждающего аппарата 1 через проемы в боковой стенке состоит в гидродинамическом соединении с внутренним пространством 101 коммутационного шкафа. Первый вентилятор 4 во внутреннем контуре 2 вытягивает воздух 103 из внутреннего пространства 101 коммутационного шкафа во внутренний контур 2, транспортирует его через внутренний контур 2 мимо инвертора 7 и через второй воздушно-хладагентный теплообменник 18. После того как охлаждаемый воздух 103 прошел через второй воздушно-хладагентный теплообменник 18, он в виде охлажденного воздуха направляется обратно во внутреннее пространство 101 коммутационного шкафа и там может охлаждать принятые во внутреннее пространство 101 коммутационного шкафа, отдающие тепло компоненты 102.

Внутренний контур 2 с помощью разделительного элемента 6 воздухонепроницаемо отделен от внешнего контура 3 охлаждающего аппарата 1. Во внешнем контуре 3 расположен второй вентилятор 5, который всасывает окружающий воздух 104 во внешний контур 3, направляет его через внешний контур 3 мимо теплообменника 10 инвертора 7 и через первый воздушно-хладагентный теплообменник 17. После прохождения через первый воздушно-хладагентный теплообменник 17 этот воздух покидает внешний контур 3 и направляется обратно в окружающую среду.

Первым и вторым воздушно-хладагентными теплообменниками 17, 18 вместе с вентиляторами 4, 5 и нагнетателем, а также с не изображенным расширительным средством образуются существенные компоненты холодильной машины, причем в зависимости от требующейся охлаждающей способности скорость вращения вентиляторов 4, 5, а также нагнетателя регулируется инвертором 7, который предоставляет на вентиляторы 4, 5 или же на нагнетатель соответствующее необходимым скоростям вращения управляющее напряжение. Вентиляторы 4, 5 могут быть вентиляторами постоянного напряжения, тогда как нагнетатель может быть устройством трехфазного тока.

Как можно видеть при кратком обзоре фиг. 1 и 2, инвертор 7 теперь интегрирован в разделительный элемент 6 таким образом, что первой стороной 8, на которой выполнен теплообменник 10, он вдается во внешний контур, в то время как расположенной напротив первой стороны 8 стороной 9, на которой выполнен электронный блок 11, он вдается во внутренний контур. Теплообменник 10 имеет на своей наружной торцевой стороне радиатор охлаждения. Для увеличения поверхности он может быть ребристым или иметь рифление или подобное, чтобы улучшить теплообмен.

Электронный блок 11 имеет несколько элементов 12 электронной схемы. Эти элементы электронной схемы являются, прежде всего, пассивными элементами электронной схемы, которые не образуют отходящего тепла. Если в электронном блоке 11 имеются также активные, образующие отходящее тепло элементы схемы, то они расположены таким образом, что для отвода тепла во внешний контур 3 они термически связаны с теплообменником 10 инвертора 7. Однако на обращенной к внутреннему контуру 2 стороне 9 инвертора преимущественным образом никакие, отдающие тепло элементы электронной схемы не располагаются. Можно выявить, что элементы 12 электронной схемы расположены во внутреннем контуре 2 свободно. Это возможно именно потому, что во внутреннем контуре электронные компоненты эффективно защищены от водяных брызг. В охлаждающих аппаратах для кондиционирования воздуха в коммутационном шкафу, как правило, исключено также образование конденсата на элементах 12 электронной схемы, так как они издавна обладают регулировкой точки росы, которая как раз должна предотвращать образование конденсата на расположенных во внутреннем пространстве 101 коммутационного шкафа электрических коммутационных устройствах, как на отдающих тепло компонентах 102 (см. фиг. 1).

Таким образом, изобретение обращает в свою пользу обстоятельство, состоящее в том, что необходимые для кондиционирования воздуха в коммутационном шкафу, прежде всего для защиты принятых во внутреннее пространство 101 коммутационного шкафа, нуждающихся в охлаждении компонентов 102, климатические условия пригодны также для защиты электронного блока 11 инвертора 7.

В месте разделения между электронным блоком 11 и теплообменником 10 инвертор 7 имеет проходящий по периметру фланец 15, который герметично присоединен в проеме 14 разделительного элемента 6. Разделительный элемент 6 может быть, например, полученной литьем под давлением фасонной пластмассовой деталью, в которой в виде выреза выполнен проем 14. Для оптимального обтекания электронного блока 11 предусмотрен воздуховодный элемент 19. За счет направленного обтекания электронного блока И эффективно пресекается образование конденсата на электронном блоке 11.

Инвертор имеет печатную плату 13 или иной несущий элемент, на котором на противолежащих сторонах 8, 9 выполнены теплообменник 10 с радиатором 16 охлаждения и электронный блок 11. Проходящий по периметру фланец 15 может быть образован печатной платой 13 или же несущим элементом или выполнен на них по периметру, например отбортован. Между фланцем 15 и обрамлением разделительного элемента 6 может быть предусмотрен уплотнительный элемент (не изображен), чтобы с помощью фланца 15 или же инвертора 7 герметично перекрыть проем 14 в разделительном элементе 6, так что закорачивание по воздуху между внутренним контуром 2 и внешним контуром 3 эффективно пресекается.

Раскрытые в предшествующем описании, в чертежах, 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 вентилятор с регулируемой скоростью вращения

5 второй вентилятор с регулируемой скоростью вращения

6 разделительный элемент

7 инвертор

8 первая сторона

9 вторая сторона

10 теплообменник инвертора

11 электронный блок инвертора

12 элементы электронной схемы инвертора

13 электрическая печатная плата

14 проем

15 фланец

16 радиатор охлаждения

17 первый воздушно-хладагентный теплообменник

18 второй воздушно-хладагентный теплообменник

19 воздуховодный элемент

100 коммутационный шкаф

101 внутреннее пространство коммутационного шкафа

102 отдающие тепло компоненты

103 охлаждаемый воздух во внутреннем пространстве коммутационного шкафа

104 окружающий воздух

Изобретение относится к охлаждающему аппарату для кондиционирования воздуха в коммутационном шкафу. Технический результат - конструктивно простое усовершенствование охлаждающего аппарата, с одной стороны, обеспечивающее защиту электронного блока инвертора от влаги без необходимости в капсулировании электронного блока инвертора, а с другой стороны, позволяющее избежать чрезмерного снижения коэффициента полезного действия охлаждающего аппарата. Достигается тем, что охлаждающий аппарат (1) имеет внутренний контур (2), через который охлаждаемый воздух (103) отводится из внутреннего пространства (101) коммутационного шкафа, и воздухонепроницаемо отделенный от внутреннего контура (2) внешний контур (3), через который направляется окружающий воздух (104), причем внутренний контур (2) и внешний контур (3) воздухонепроницаемо отделены один от другого с помощью разделительного элемента (6). Инвертор (7), с помощью которого управляется нагнетатель (19) охлаждающего аппарата (1), имеет на первой (8) из двух противолежащих сторон (8, 9) теплообменник (10) для обмена отводимого тепла с окружающим теплообменник (10) воздухом, а на второй из двух противолежащих сторон (8, 9) имеет электронный блок (11) с несколькими элементами (12) электронной схемы. Теплообменник (10) первой стороны (8) инвертора (7) расположен во внешнем контуре (3), а, по меньшей мере, электронный блок (11) второй стороны (9) инвертора (7) расположен во внутреннем контуре (2). 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Охлаждающий аппарат (1) для кондиционирования воздуха в коммутационном шкафу, имеющий внутренний контур (2), через который охлаждаемый воздух (103) посредством первого вентилятора (4) отводится из внутреннего пространства (101) коммутационного шкафа, и воздухонепроницаемо отделенный от внутреннего контура (2) внешний контур (3), через который посредством второго вентилятора (5) направляется окружающий воздух (104), причем внутренний контур (2) и внешний контур (3) воздухонепроницаемо отделены один от другого с помощью разделительного элемента (6), а инвертор (7), управляющий нагнетателем охлаждающего аппарата (1), имеет на первой (8) из двух противолежащих сторон (8, 9) теплообменник (10) для обмена отводимого тепла с окружающим теплообменник (10) воздухом, а на второй из двух противолежащих сторон (8, 9) имеет электронный блок (11) с элементами (12) электронной схемы, отличающийся тем, что по меньшей мере теплообменник (10), находящийся на первой стороне (8) инвертора (7), расположен во внешнем контуре (3), а по меньшей мере электронный блок (11), находящийся на второй стороне (9) инвертора (7), расположен во внутреннем контуре (2).

2. Охлаждающий аппарат (1) по п. 1, в котором противолежащие стороны инвертора (7) образованы электронной печатной платой (13) инвертора (7).

3. Охлаждающий аппарат (1) по п. 1 или 2, в котором инвертор (7) вставлен в проем (14) разделительного элемента (6) между внутренним контуром (2) и внешним контуром (3), так что первая сторона (8) инвертора (7) расположена во внешнем контуре (3), а вторая сторона (9) инвертора (7) расположена во внутреннем контуре (2).

4. Охлаждающий аппарат (1) по п. 3, в котором инвертор (7) имеет между противолежащими сторонами (8, 9) проходящий по периметру фланец (15), с помощью которого инвертор (7) герметично соединен с разделительным элементом (6), так что проем (14) закрыт инвертором (7).

5. Охлаждающий аппарат (1) по одному из предшествующих пунктов, в котором теплообменник (10) имеет на торцевой стороне, которой теплообменник (10) вдается во внешний контур (3), металлический радиатор (16) охлаждения, преимущественным образом ребристый радиатор охлаждения.

6. Охлаждающий аппарат (1) по одному из предшествующих пунктов, в котором во внешнем контуре (3) расположен первый воздушно-хладагентный теплообменник (17), причем первая сторона (8) инвертора (7) расположена во внешнем контуре (3) в направлении потока текучей среды через внешний контур (3) между первым воздушно-хладагентным теплообменником (17) и вторым вентилятором (5).

7. Охлаждающий аппарат (1) по одному из предшествующих пунктов, который имеет холодильную машину с нагнетателем во внешнем контуре (3), первый воздушно-хладагентный теплообменник (17) во внешнем контуре (3) и второй воздушно-хладагентный теплообменник (18) во внутреннем контуре (2), причем инвертор (7) своим электронным блоком (11) расположен в воздушном потоке, проходящем через внутренний контур (2), а своим теплообменником (10) - в воздушном потоке, проходящем через внешний контур (3).

8. Охлаждающий аппарат (1) по одному из предшествующих пунктов, который имеет воздуховодный элемент (19), с помощью которого протекающий через внутренний контур (2) воздух отклоняется на электронный блок (11).

9. Охлаждающий аппарат (1) по п. 8, в котором воздуховодный элемент (19) является составной частью разделительного элемента (6) и/или приформован к нему.

10. Охлаждающий аппарат (1) по одному из предшествующих пунктов, в котором разделительный элемент (6) является фасонной пластмассовой деталью, прежде всего фасонной деталью, полученной литьем под давлением, или глубокотянутой пластмассовой или металлической деталью.