Schaltschrank-Klimagerät und Verfahren zum Betreiben eines Solchen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Schaltschrank-Klimagerät mit einem Verdichter, einem Verflüssiger, einem Expansionsventil, einem Wärmeaufnahmemittel, und einem Kältekreis zur Ausführung eines Verdichtungsbetriebs, bei dem ein Kältemittel über den Verdichter auf Hochdruckniveau verdichtet wird sowie in den Verflüssiger geleitet und dort abgekühlt wird, wobei Wärmeenergie an eine Umgebung abgegeben wird und anschließend über das Expansionsventil entspannt wird, wobei das Kältemittel unter Aufnahme von Wärme über das Wärmeaufnahmemittel verdampft. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Schaltschrank-Klimagerätes zur Kühlung eines Schaltschrankes, wobei in einem Verdichtungsbetrieb des Schaltschrank-Klimageräts (19) bei einem Kältekreis des Schaltschrank-Klimageräts (19) ein Kältemittel über einen Verdichter (11) auf Hochdruckniveau verdichtet wird sowie in einen Verflüssiger (12) geleitet und dort abgekühlt wird, wobei Wärmeenergie an eine Umgebung abgegeben wird, und anschließend über ein Expansionsventil (13) entspannt wird, damit das Kältemittel durch Aufnahme von Wärmeenergie über ein Wärmeaufnahmemittel (14) verdampft

[0002] Zur Wärmeabfuhr bei Schaltschränken ist es bekannt, Klimageräte der genannten Art einzusetzen. Bei diesem Klimabetrieb erfolgt eine Kühlung nahezu unabhängig von der Umgebungstemperatur, so dass auch eine Kühlung erfolgen, wenn die Umgebungstemperatur höher ist als die gewünschte Schaltschranktemperatur.

[0003] Durch die Wärmeabgabe an die Umgebung nach diesem Prinzip entstehen jedoch durch die relativ hohe aufzuwendende Energie für den Verdichtungsprozess des Kältemittels hohe Energieverbräuche.

[0004] In der JP 60057154 wird eine Solar-Wärmepumpe beschrieben, welche für Gebäude geeignet ist und eine Kombination aus Kühlsystem und Solarheizung darstellt.

[0005] Die US 2008/0115515 beschreibt eine sogenannte Hybridlösung mit einem Kühlmodus und einem Pumpbetrieb zur Gebäudekühlung.

[0006] In der WO 2008/079116 wird ein Kühlsystem beschrieben, welches den Pumpbetrieb mit einem Kühlmodus nach dem Verdichtungs-Expansions-Prinzip kombiniert.

[0007] Durch die DE 100 13 039 A1 ist ein Kühlgerät für einen Schaltschrank mit einem Kältekreislauf bekannt, der einen Kompressor, einen Verdampfer und einen Verflüssiger aufweist.

[0008] In der WO 2008/082379 A1 wird ein Klimagerät beschrieben, welches auf dem Verdichtungsprinzip basiert und zusätzlich einen Modus aufweist, bei welchem das Kühlmittel mittels einer Pumpe zirkuliert wird.

[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaltschrank-Klimagerät für Schaltschränke der genannten Art zu schaffen, das insgesamt weniger elektrische Energie verbraucht, d. h. mit einem sehr geringen Energieverbrauch.

[0010] Diese Aufgabe wird durch ein Schaltschrank-Klimagerät gemäß Anspruch 1 gelöst. Dabei erfolgt ein alternativer Pumpbetrieb, bei dem das Kältemittel ohne Druckveränderung umgepumpt wird, so dass ein Wärmetransport nach einem Wärmetauscherprinzip erfolgt.

[0011] Die Erfindung beruht auf den Gedanken, dass bei geringerer Umgebungstemperatur und höherer Schaltschranktemperatur ein Wärmeaustausch durch Pumpen des Kältemittels erfolgt. Die im Schaltschrank aufgenommene Wärmeleistung wird im internen Wärmetauscher an das Fluid übertragen, erwärmt das Fluid und wird zu dem äußeren Wärmetauscher gefördert. Hier wird die aufgenommene Wärmeleistung an die kühlere Umgebungsluft abgegeben. Wärmeabgebende Schaltschrankkomponenten können sein sowohl Elektronikkomponenten, wie speicherprogrammierbare Steuerungen, andere Steuerungen, Computer, Server, Geräte für die Telekommunikation und dergleichen als auch elektromechanische Komponenten, wie Schaltgeräte. In der Regel sind Schaltschränke häufig in speziellen Räumen für Schaltanlagen oder in anderen Räumen untergebracht, in denen eine Umgebungstemperatur von etwa 20° relativ häufig vorkommt. Bei dieser Temperatur ist ein Wärmetausch nach dem Prinzip eines Wärmetauschers günstig. Im Pumpbetrieb wird vorzugsweise nämlich kein Verdichter eingesetzt. Ein Hochdruck ist im Pumpbetrieb nicht erforderlich. Für die Bereitstellung des Hochdrucks ist eine hohe Leistung erforderlich. Elektrische Energie wird lediglich benötigt, um die erforderliche Pumpe bzw. zusätzliche Lüfter zu betreiben. Dieser Energiebedarf ist jedoch verhältnismäßig gering.

[0012] Eine weitere Reduzierung von Baugruppen wird in einfacher Weise dadurch realisiert, dass sowohl im Verdichtungsbetrieb als auch im Pumpbetrieb für beide Betriebe ausgeführte Wärmetauscher vorgesehen sind.

[0013] Ein erheblicher Vorteil der Erfindung ist, dass Schaltschränke mit sehr hoher IP-Schutzklasse ausgeführt sein können, denn der Pumpbetrieb nach dem Wärmetauscherprinzip erlaubt ein geschlossenes Schaltschranksystem ohne direkte Lufteintrittsöffnungen, wie es für die Klimatisierung mit z.B. Filterlüftern notwendig wäre.

[0014] Ein anderer Vorteil des erfindungsgemäßen Klimagerätes ist, dass Komponenten, wie Verflüssiger oder Wärmetauscher, für beide Betriebsarten genutzt werden können, wodurch die Anzahl der erforderlichen zusätzlichen Komponenten relativ gering ist.

[0015] Das im Kreislauf eingesetzte Kältemittel Fluid erfüllt praktisch verschiedene Funktionen.

[0016] Eine erste Funktion ist die Verwendung als konventionelles Kältemittel in einem Kompressions-Kältekreislauf mit den thermodynamischen Prozessen Verdichten und Expandieren, Verdampfen und Verflüssigen. Durch das Verdichten von einem Niederdruck auf einem Hochdruck ist das Kältemittel in der Lage, Wärme bei niedriger Verdampfungstemperatur aufzunehmen und danach bei hohem Druck und hoher Temperatur im Verflüssiger an die Umgebung abzugeben. Bei der anschließenden Expansion des Kältemittels über das Expansionsventil wird der Hochdruck auf Niederdruck gebracht. Das Kältemittel expandiert, verdampft und entzieht dem Schaltschrank erneut Wärme.

[0017] Eine zweite Funktion des Fluids ist die des reinen Wärmeenergietransports im Pumpbetrieb, und zwar ohne Druckänderung. Das Fluid nimmt im Wärmetauscher die von den Schaltschrankkomponenten erzeugte Verlustwärme auf und transportiert sie nach außen. Verdampfungs- und Kondensationsprozesse finden hier nicht zwingend statt, können aber Bestandteil des Wärmeaustausches sein.

[0018] In überraschender Weise kann bei einer Schaltschrankkühlung für beide Kühlarten dasselbe Kühlmittel eingesetzt werden, so dass der Kühlprozess im Wesentlichen bzw. über weite Teile des Kreises über einen gemeinsamen Kreislauf erfolgen kann.

[0019] Die Erfindung beruht darauf, dass eine Kombination von einem Standard-Kältekreislauf im Klimabetrieb mit einem Pumpbetrieb ohne Druckänderung eines Fluids eine effiziente Kühlung bei geringerem Energiebedarf schafft. Die Erfindung beruht also auf einer Erweiterung eines Standard-Kältekreislaufs.

[0020] Eine kostengünstige Lösung, um das Fluid zu pumpen, ist dadurch gegeben, dass parallel zum Expansionsventil eine Pumpe angeschlossen ist, durch welche im Pumpbetrieb das Kältemittel gefördert wird. Durch den Parallelanschluss erfolgt

[0021] ein Abzweig, bei dem im Pumpbetrieb das Expansionsventil geschlossen werden kann, so dass das Fluid nur über die Pumpe fließen kann.

[0022] Ferner ist bei dem Klimagerät vorgesehen, dass parallel zum Verdichter eine Bypassleitung angeschlossen ist, durch welche im Pumpbetrieb das Kältemittel gefördert wird. Durch die Bypassleitung kann ein Fluid, ohne den Verdichter zu durchfließen und ohne Druckunterschied im Pumpbetrieb, transportiert werden. Die Bypassleitung kann beispielsweise über einen Absperrventil geschlossen werden.

[0023] Ferner wird im Pumpbetrieb das Kältemittel über den Verflüssiger gepumpt. Der Verflüssiger erfüllt dann zwei Funktionen. Die erste Funktion ist die Verflüssigung des gasförmigen Kältemittels durch die Wärmeabgabe an die Umgebung. Die andere Funktion ist die einer Wärmeabgabe für den Pumpbetrieb.

[0024] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

[0025] Von besonderem Vorteil ist es, wenn nach dem Verflüssiger ein Sammelbehälter für das flüssige Kältemittel angeschlossen ist. Dadurch kann einerseits das Kühlsystem ohne den Einsatz der Pumpe analog einer Schwerkraftheizung arbeiten, was den Energiebedarf reduziert und einen Aufbau mit wenigen Komponenten schafft. Andererseits wirkt der Sammelbehälter als Puffer, so dass ein störungsfreier Betrieb bei Umschaltung von einer zur anderen Betriebsart gegeben ist. Zweckmäßigerweise ist der Sammelbehälter zwischen dem Abzweig zur Pumpe bzw. dem Expansionsventil und dem Verflüssiger angeordnet.

[0026] Eine gemeinsame Nutzung von Verflüssiger und Verdampfer ist dadurch möglich, wenn im Pumpbetrieb das Kältemittel über Verflüssiger und Verdampfer ohne Druckveränderung gepumpt wird, so dass durch den Verflüssiger eine Wärmeabgabe an die Umgebung stattfindet bzw. im Verdampfer die Wärmeaufnahme. Dadurch ist eine kostengünstige Realisierung der Erfindung möglich.

[0027] Zweckmäßigerweise können die verschiedenen Betriebsarten dadurch wahlweise betrieben werden, dass eine Umschaltung vom Verdichtungsbetrieb auf Pumpbetrieb und umgekehrt über Absperrventile erfolgt.

[0028] Eine Regelung kann in einfachster Weise durch eine Zwei- oder Dreipunktregelung erfolgen. Es können beispielsweise drei Temperaturfenster vorhanden sein. Das erste Temperaturfenster mit einem niedrigen Temperaturbereich definiert, dass weder ein Klimabetrieb noch ein Pumpbetrieb erfolgt. Hier ist keine Kühlung erforderlich. Das zweite Temperaturfenster mit einem mittleren Temperaturbereich definiert, dass nur ein Pumpbetrieb erfolgt. Das dritte Temperaturfenster mit einem höheren Temperaturbereich definiert, dass nur ein Klimabetrieb erfolgt.

[0029] Anstatt einer Mehrpunktregelung können auch dynamische Regelstrukturen, wie P-, I-, IP-, PID-Regler und dergleichen eingesetzt werden.

[0030] Zusätzlich oder alternativ zur von der Innentemperatur abhängigen Regelung kann die Regelvorrichtung durch einen bezüglich einer Umgebungstemperatur temperaturabhängigen Pumpbetrieb erfolgen. Möglich ist also, dass die Umgebungstemperatur als Parameter im Regelkreis vorhanden ist. Dies wird durch einen an die Regelvorrichtung angeschlossenen Umgebungstemperatur-Sensor erreicht. Die Berücksichtigung der Umgebungstemperatur bringt in einfacher Weise die gewünschte Energieeinsparung mit sich. Indem die Umgebungstemperatur bei der Regelung als Parameter berücksichtigt wird, kann nämlich bei relativ niedriger Umgebungstemperatur ein Pumpbetrieb eingesetzt werden, der völlig ausreichend wäre. Es ist auch klar, dass wenn die Umgebungstemperatur gleich oder höher der Innentemperatur ist, allenfalls nur ein Klimabetrieb in Frage kommt, da im Pumpbetrieb keine Kühlung erfolgen wird.

[0031] Die Erfindung umfasst ferner ein nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildetes Klimagerät für mit sehr hoher IP-Schutzklasse ausgeführte Schaltschränke mit einem sehr geringen Energieverbrauch.

[0032] Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Schaltschrank-Klimagerätes zur Kühlung eines Schaltschrankes, wobei in einem Verdichtungsbetrieb des Schaltschrank-Klimageräts bei einem Kältekreis des Schaltschrank-Klimageräts ein Kältemittel über einen Verdichter auf Hochdruckniveau verdichtet wird sowie in einen Verflüssiger geleitet und dort abgekühlt wird, wobei Wärmeenergie an eine Umgebung abgegeben wird, und anschließend über ein Expansionsventil entspannt wird, damit das Kältemittel durch Aufnahme von Wärmeenergie über ein Wärmeaufnahmemittel verdampft, wobei ferner in einem zusätzlichen Pumpbetrieb des Schaltschrank-Klimageräts das Kältemittel ohne Druckveränderung umgepumpt wird, so dass ein Wärmetransport von einem Wärme aufnehmenden Wärmetauscher zu einem Wärme abgebenden Wärmetauscher nach einem Wärmetauscherprinzip erfolgt, wobei sowohl im Verdichtungsbetrieb als auch im Pumpbetrieb ein für beide Betriebe ausgeführter, der Schaltschrankinnenseite zugewandter Wärmetauscher, der das Wärmeaufnahmemittel bildet, vorgesehen wird, wobei im Pumpbetrieb das Kältemittel über den der Umgebung zugewandten Verflüssiger gepumpt wird, wobei das Kältemittel im Pumpbetrieb über eine parallel zum Expansionsventil angeschlossene Pumpe gefördert wird, wobei das Kältemittel im Pumpbetrieb über eine parallel zum Verdichter angeschlossene Bypassleitung gefördert wird, wobei eine mit einem Innentemperatur-Sensor verbundene Regelvorrichtung bezüglich eines Innenraumes des Schaltschrankes temperaturabhängig zwischen dem Verdichtungsbetrieb und dem Pumpbetrieb umschaltet oder regelt, und/oder wobei eine mit einem Umgebungstemperatur-Sensor verbundene Regelvorrichtung bezüglich einer Umgebungstemperatur temperaturabhängig einen Kühlbetrieb, insbesondere einen Pumpbetrieb, regelt.

[0033] Ein Ausführungsbeispiel wird anhand der Zeichnungen näher erläutert, wobei weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung und Vorteile derselben beschrieben sind.

[0034] Es zeigen:

Fig. 1

eine Darstellung eines Standard-Kältekreislaufs nach dem Stand der Technik,

Fig. 2

eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Kältekreislaufs,

Fig. 3

eine perspektivische Darstellung eines Schaltschrankes mit einem Kühlmodul, und

Fig. 4

ein Blockschaltbild einer Regelvorrichtung des erfindungsgemäßen Kältekreislaufs.

[0035] Fig. 1 veranschaulicht einen Standard-Kältekreislauf eines Klimagerätes zur Verwendung bei einem Schaltschrank. Das Klimagerät umfasst einen Kältekreis mit Kühlmittelleitungen L1 bis L4. Dieser Kreis dient zur Ausführung eines Verdichtungsbetriebs. Ein Kältemittel wird durch die Leitung L1 über einen Verdichter 11 auf Hochdruckniveau verdichtet. Dabei steigt die

[0036] Temperatur des Kältemittels an. Danach wird das Kältemittel über die Leitung L2 einem Verflüssiger 12 zugeführt. Indem das Kältemittel dort Wärmeenergie an die Umgebung abgibt, kondensiert es, so dass es einen flüssigen Zustand erreicht. Die Wärmeabgabe an die Umgebung ist durch den Pfeil A gekennzeichnet. Der Verflüssiger 12 steht in Kontakt mit der Außenluft.

[0037] Das Kältemittel hat in der Leitung L3 noch einen hohen Druck. Anschließend wird es über ein Expansionsventil 13 entspannt. Über die Leitung L4 wird das Kältemittel dem Verdampfer 14 zugeführt, der mit der Luft des Schaltschrankes in Kontakt steht. Hier erfolgt eine Wärmeaufnahme der abzuführenden Verlustwärme im Schaltschrank, was durch den Pfeil B gekennzeichnet ist, das Kältemittel verdampft.

[0038] Dieses Prinzip wird ebenfalls durch die Erfindung genutzt. Zusätzlich ist jedoch noch ein weiteres Kühlprinzip vorgesehen. Erfindungsgemäß ist ein zusätzlicher Pumpbetrieb vorhanden, der in Fig. 2 veranschaulicht ist. Hierbei wird das Kältemittel ohne Druckveränderung umgepumpt, so dass ein Wärmetransport nach einem Wärmetauscherprinzip erfolgt. Das Kältemittel zirkuliert im Kreis. Ohne Pumpe arbeitet das System analog einer Schwerkraftheizung. Bei hohen übertragenen Leistungsdichten und geeigneten Temperaturverhältnissen kann es bei den Wärmeaustauschvorgängen auch zu Verdampfungs- bzw. Kondensationsvorgängen kommen, was die Effizienz des Prozesses weiter erhöht.

[0039] Analog zum Kreis gemäß Fig. 1 sind der Verflüssiger 12 und das Wärmeaufnahmemittel 14, welches als Wärmetauscher 15 ausgeführt ist, angeordnet. Die Wärmetauscher 15 und 12 sind sowohl für den Verdichtungsbetrieb als auch für den Pumpbetrieb ausgeführt. Im Pumpbetrieb wird das Kältemittel über den Verflüssiger 12 ohne Druckveränderung gepumpt, so dass durch den Verflüssiger die Wärmeabgabe an die Umgebung stattfindet.

[0040] Wie Fig. 2 zeigt, ist parallel zum Verdichter eine Bypassleitung L5 angeschlossen. In dieser Leitung L5 liegt kein Verdichter. Im Pumpbetrieb wird das Kältemittel über diese Leitung L5 gefördert. Die Leitung L5 ist einerseits an die Leitungen L1a und L1b und andererseits mit den Leitungen L2a und L2b verbunden. Parallel zum Expansionsventil 13 ist eine Pumpe 16 angeschlossen, durch welche im Pumpbetrieb das Kältemittel gefördert wird. Im Pumpbetrieb wird das Kältemittel über den Verflüssiger 12 gepumpt, und zwar über die Leitungen L6 bzw. L6a, L6b sowie L4b, L1a, L5, L2b, L3a und L3b.

[0041] Wie weiterhin Fig. 2 veranschaulicht, ist nach dem Verflüssiger 12 ein Sammelbehälter 17 für das darin aufgefangene flüssige Kältemittel angeschlossen. Der Sammelbehälter 17 liegt zwischen den Leitungen L3a und L3b bzw. zwischen dem Verflüssiger 12 und dem Abzweig zum Expansionsventil 13 oder der Pumpe 16. Die Pumpe 16 saugt aus dem Sammelbehälter 17 flüssiges Kältemittel.

[0042] Vorzugsweise sind der Verdichtungsbetrieb und der Pumpbetrieb umschaltbar ausgeführt. Eine Umschaltung vom Verdichtungsbetrieb auf Pumpbetrieb und umgekehrt erfolgt über Absperrventile.

[0043] Fig. 3 zeigt einen Schaltschrank 18 mit einem Klimagerät 19. Dieser kann als Kühlmodul 20 zur modulartigen Erweiterung des Schaltschrankes ausgeführt sein. Das Kühlmodul 20 kann zum Beispiel auf dem Schrank angeordnet sein und ihm gegenüber abgedichtet sein, so dass ein Eindringen von Wasser und Staub in dem Schaltschrank ausgeschlossen wird. Dadurch kann eine hohe IP-Schutzklasse realisiert werden. Das Gerät 19 kann mit Lufteintrittsöffnungen 21 und Luftaustrittsöffnungen 22, wobei die Pfeile C, D einen externen Luftstrom veranschaulichen sollen, versehen sein. Dieser Luftstrom kann durch Konvektion und/oder durch mindestens
einen Lüfter erfolgen. In Fig. 3 ist beispielhaft eine zu kühlende Komponente K dargestellt.

[0044] Im Schaltschrank 18 zirkuliert ein geschlossener Luftstrom E, der ebenfalls durch Konvektion und/oder durch mindestens einen Lüfter erfolgen kann.

[0045] Vorzugsweise steht die Außenluft nicht in Kontakt mit der Luft des Schaltschrankes, um die hohe IP-Schutzklasse zu erreichen. Der Schaltschrank ist praktisch hermetisch abgedichtet.

[0046] In Fig. 4 ist eine Regelvorrichtung 23 dargestellt. An diese sind ein Innentemperatur-Sensor S1 und/oder ein Umgebungstemperatur-Sensor S2, der Verdichter 11, die Pumpe 16, sowie ein oder mehrere Absperrventile V1 bis Vn bzw. das Expansionsventil 13 angeschlossen.

[0047] Durch den Innentemperatur-Sensor S1 wird eine bezüglich des Schaltschrank-Innenraumes temperaturabhängige Regelung oder Umschaltung vom Verdichtungsbetrieb auf Pumpbetrieb und umgekehrt erreicht. Ein Pumpbetrieb kann zum Beispiel bei einer niedrigen Umgebungstemperatur eingeschaltet werden. Ein Pumpbetrieb kann auch bei geringer Soll-IstWert-Regelabweichung eingeschaltet werden, während bei hoher Soll-IstWert-Regelabweichung der Klimabetrieb eingeschaltet werden kann. Im Pumpbetrieb kann zum Beispiel die Schaltschranktemperatur 35° sein, während die Umgebungstemperatur 20° ist.

[0048] Durch den Umgebungstemperatur-Sensor S2 wird ein bezüglich der Umgebungstemperatur temperaturabhängiger Kühlbetrieb geschaffen. Dies ist insbesondere im Pumpbetrieb günstig.

[0049] Um auszuschließen, dass Wärme von außen nach innen gepumpt wird, ist es zweckmäßig, dass ein Pumpbetrieb nur erfolgt, wenn die Umgebungstemperatur niedriger als die Innentemperatur ist.

[0050] Die Regelvorrichtung 23 kann so ausgeführt sein, dass eine konstante Temperatur gemäß eines einstellbaren oder festen Sollwertes von zum Beispiel 35° geregelt wird. Bedarfsweise kann die Regelung bei Regelabweichungen den Verdichter 11 oder die Pumpe 16 einschalten bzw. entsprechende Ventile 13, V1 bis Vn ansteuern.

[0051] Die Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt, so kann anstatt eines Schaltschrankes analog ein anderes Gehäuse eingesetzt werden. Als Hochdruck im Sinne der Beschreibung ist jede Druckänderung zu verstehen, bei dem eine signifikante Temperaturerhöhung des Kältemittels eintritt. Denkbar sind auch Ausführungen ohne zusätzliche Pumpe, wobei der Verdichter die Aufgabe einer Pumpfunktion ohne Druckveränderung übernehmen könnte.

Bezugszeichenliste

[0052] 

11

Verdichter

12

Verflüssiger

13

Expansionsventil

14

Wärmeaufnahmemittel

15

Wärmetauscher

16

Pumpe

17

Sammelbehälter

18

Schaltschrank

19

Klimagerät

20

Kühlmodul

21

Lufteintrittsöffnungen

22

Luftaustrittsöffnungen

23

Regelvorrichtung

25

Bypassleitungen

L1-L6

Kühlmittelleitungen

S1

Innenraumtemperatur-Sensor

S2

Umgebungstemperatur-Sensor

V1-Vn

Absperrventile

Ansprüche

1. Schaltschrank-Klimagerät (19) mit einem Verdichter (11), einem Verflüssiger (12), einem Expansionsventil (13), einem Wärmeaufnahmemittel (14), und einem Kältekreis zur Ausführung eines Verdichtungsbetriebs, bei dem ein Kältemittel über den Verdichter (11) auf Hochdruckniveau verdichtet wird sowie in den Verflüssiger (12) geleitet und dort abgekühlt wird, wobei Wärmeenergie an eine Umgebung abgegeben wird, und anschließend über das Expansionsventil (13) entspannt wird, damit das Kältemittel durch Aufnahme von Wärmeenergie über das Wärmeaufnahmemittel (14) verdampft,
wobei das Schaltschrank-Klimagerät (19) einen zusätzlichen Pumpbetrieb aufweist, bei dem das Kältemittel ohne Druckveränderung umpumpbar ist, so dass ein Wärmetransport von einem Wärme aufnehmenden Wärmetauscher zu einem Wärme abgebenden Wärmetauscher nach einem Wärmetauscherprinzip erfolgt, und wobei im Pumpbetrieb das Kältemittel über den der Umgebung zugewandten Verflüssiger (12) pumpbar ist,
wobei sowohl im Verdichtungsbetrieb als auch im Pumpbetrieb ein für beide Betriebe ausgeführter, der Schaltschrankinnenseite zugewandter Wärmetauscher (15), der das Wärmeaufnahmemittel (14) bildet, vorgesehen ist,
wobei parallel zum Expansionsventil (13) eine Pumpe (16) angeschlossen ist, durch welche im Pumpbetrieb das Kältemittel förderbar ist,
wobei parallel zum Verdichter (11) eine Bypassleitung (L5) angeschlossen ist, durch welche im Pumpbetrieb das Kältemittel förderbar ist,
wobei ein Innentemperatur-Sensor (S1) sowie eine damit verbundene Regelvorrichtung (23), bei der eine bezüglich eines Innenraumes des Schaltschrankes temperaturabhängige Regelung oder Umschaltung vom Verdichtungsbetrieb auf Pumpbetrieb und umgekehrt erfolgt, und/oder ein Umgebungstemperatur-Sensor (S2) sowie eine damit verbundene Regelvorrichtung (23), durch die ein bezüglich einer Umgebungstemperatur temperaturabhängiger Kühlbetrieb, insbesondere ein Pumpbetrieb, erfolgt, vorgesehen sind.

2. Schaltschrank-Klimagerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass nach dem Verflüssiger (12) ein Sammelbehälter (17) für das flüssige Kältemittel angeschlossen ist.

3. Schaltschrank-Klimagerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Pumpbetrieb das Kältemittel über den Verflüssiger (12) ohne Druckveränderung pumpbar ist, so dass durch den Verflüssiger (12) eine Wärmeabgabe an die Umgebung stattfindet.

4. Schaltschrank-Klimagerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Verdichtungsbetrieb und der Pumpbetrieb umschaltbar ausgeführt sind, wobei eine Umschaltung vom Verdichtungsbetrieb auf Pumpbetrieb und umgekehrt über Absperrventile (V1 - Vn) erfolgt.

5. Schaltschrank-Klimagerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Pumpbetrieb erfolgt, wenn die Umgebungstemperatur niedriger als die Innentemperatur ist.

6. Schaltschrank-Klimagerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ausführung als modulartige Baugruppe.

7. Schaltschrank-Klimagerät nach Anspruch 1 für mit sehr hoher IP-Schutzklasse ausgeführte Schaltschränke mit einem sehr geringen Energieverbrauch.

8. Verfahren zum Betreiben eines Schaltschrank-Klimagerätes (19) zur Kühlung eines Schaltschrankes, wobei in einem Verdichtungsbetrieb des Schaltschrank-Klimageräts (19) bei einem Kältekreis des Schaltschrank-Klimageräts (19) ein Kältemittel über einen Verdichter (11) auf Hochdruckniveau verdichtet wird sowie in einen Verflüssiger (12) geleitet und dort abgekühlt wird, wobei Wärmeenergie an eine Umgebung abgegeben wird, und anschließend über ein Expansionsventil (13) entspannt wird, damit das Kältemittel durch Aufnahme von Wärmeenergie über ein Wärmeaufnahmemittel (14) verdampft,
wobei in einem zusätzlichen Pumpbetrieb des Schaltschrank-Klimageräts (19) das Kältemittel ohne Druckveränderung umgepumpt wird, so dass ein Wärmetransport von einem Wärme aufnehmenden Wärmetauscher zu einem Wärme abgebenden Wärmetauscher nach einem Wärmetauscherprinzip erfolgt, wobei sowohl im Verdichtungsbetrieb als auch im Pumpbetrieb ein für beide Betriebe ausgeführter, der Schaltschrankinnenseite zugewandter Wärmetauscher (15), der das Wärmeaufnahmemittel (14) bildet, vorgesehen wird, wobei im Pumpbetrieb das Kältemittel über den der Umgebung zugewandten Verflüssiger (12) gepumpt wird, wobei das Kältemittel im Pumpbetrieb über eine parallel zum Expansionsventil (13) angeschlossene Pumpe (16) gefördert wird, wobei das Kältemittel im Pumpbetrieb über eine parallel zum Verdichter (11) angeschlossene Bypassleitung (L5) gefördert wird, wobei eine mit einem Innentemperatur-Sensor (S1) verbundene Regelvorrichtung (23) bezüglich eines Innenraumes des Schaltschrankes temperaturabhängig zwischen dem Verdichtungsbetrieb und dem Pumpbetrieb umschaltet oder regelt, und/oder wobei eine mit einem Umgebungstemperatur-Sensor (S2) verbundene Regelvorrichtung (23) bezüglich einer Umgebungstemperatur temperaturabhängig einen Kühlbetrieb, insbesondere einen Pumpbetrieb, regelt.

Claims

1. A switching device air conditioner (19) with a compressor (11), a condenser (12), an expansion valve (13), a heat absorbing means (14) and a cooling circuit for executing a compression operation, in which a cooling medium is compressed to a high-pressure level via a compressor (11) and is supplied to a condenser (12) and is cooled there, wherein thermal energy is released to an environment, and then is expanded via the expansion valve (13), so that the cooling medium evaporates by absorbing thermal energy through the heat absorbing means (14),
wherein the switching device air conditioner (19) has an additional pumping operation, in which the cooling medium can be is transferred without pressure change, so that a heat transport from a heat absorbing heat exchanger to a heat releasing heat exchanger according to a heat exchanger principle occurs, and wherein in the pumping operation, the cooling means can be pumped via the condenser (12) facing the environment,
wherein both in the compression operation and in the pumping operation a heat exchanger (15) facing the inside of the switching device is provided, which is configured for both operations and forms the heat absorbing means (14),
wherein parallel to the expansion valve (13), a pump (16) is connected, through which in the pumping operation the cooling means can be conveyed,
wherein parallel to the compressor (11), a bypass line (L5) is connected, through which in the pumping operation the cooling means can be conveyed,
wherein an internal temperature sensor (S1) is provided as well as a control device (23) connected thereto, by means of which a control or switch from the compression operation to the pumping operation and vice versa occurs, which is dependent on temperature regarding the interior of the switching device, and/or an ambient temperature sensor (S2) is provided as well as a control device (23) connected thereto, by means of which a cooling operation, in particular a pumping operation, occurs, which is dependent on temperature regarding an ambient temperature.

2. A switching device air conditioner according to claim 1,
characterized in that
after the condenser (12) a collecting container (17) for the liquid cooling means is connected.

3. A switching device air conditioner according to one of claims 1 or 2,
characterized in that
in the pumping operation, the cooling means can be pumped via the condenser (12) without pressure change, so that a heat release to the environment takes place through the condenser (12).

4. A switching device air conditioner according to one of the preceding claims, characterized in that
the compression operation and the pumping operation are configured switchable, wherein a switch from the compression operation to pumping operation and vice versa is executed via shut-off valves (V1 - Vn).

5. A switching device air conditioner according to one of the preceding claims, characterized in that
a pumping operation occurs when the ambient temperature is lower than the internal temperature.

6. A switching device air conditioner according to one of the preceding claims, characterized by an embodiment as a module-like assembly.

7. A switching device air conditioner according to claim 1 for switching devices configured with a very high IP protection class with a very low energy consumption.

8. Method for operating a switching device air conditioner (19) for cooling a switching device, wherein in a compression operation of the switching device air conditioner (19) in a cooling circuit of the switching device air conditioner (19) a cooling medium is compressed to a high-pressure level via a compressor (11) and is supplied to a condenser (12) and is cooled there, wherein thermal energy is released to an environment, and then is expanded via an expansion valve (13), so that the cooling medium evaporates by absorbing thermal energy through a heat absorbing means (14),
wherein in an additional pumping operation of the switching device air conditioner (19) the cooling medium is transferred without pressure change, so that a heat transport from a heat absorbing heat exchanger to a heat releasing heat exchanger occurs according to a heat exchanger principle, wherein both in the compression operation and in the pumping operation a heat exchanger (15) facing the inside of the switching device is provided, which is configured for both operations and forms the heat absorbing means (14), wherein in the pumping operation the cooling means is pumped via the condenser (12) facing the environment, wherein in the pumping operation the cooling means is conveyed via a pump connected parallel to the expansion valve (13), wherein in the pumping operation the cooling means is conveyed via a bypass line (L5) is connected parallel to the compressor (11), wherein a control device (23) connected to an internal temperature sensor (S1) switches or controls the compressing operation and the pumping operation dependent on temperature regarding the interior of the switching device, and/or wherein a control device (23) connected to an ambient temperature sensor (S2) controls a cooling operation, in particular a pumping operation, dependent on a temperature regarding an ambient temperature.

Revendications

1. Climatiseur d'armoire de distribution (19), avec un compresseur (11), un condenseur (12), une soupape de détente (13), un absorbeur thermique (14) et un circuit réfrigérant pour réaliser un mode de compression dans lequel un agent réfrigérant est compressé par l'intermédiaire du compresseur (11) à un niveau haute pression, ainsi que dirigé dans le condenseur (12) pour y être refroidi, de l'énergie thermique étant restituée à un environnement et étant ensuite détendue via la soupape de détente (13), pour que par absorption d'énergie thermique, l'agent réfrigérant s'évapore par l'intermédiaire de l'absorbeur thermique (14),
le climatiseur d'armoire de distribution (19) présentant un mode de pompage supplémentaire, dans lequel l'agent réfrigérant est transvasable par pompage sans variation de pression, de sorte qu'il s'effectue un transport thermique d'un échangeur thermique absorbant une chaleur vers un échangeur thermique restituant une chaleur selon un principe d'échangeur thermique et dans le mode pompage, l'agent réfrigérant étant pompable par l'intermédiaire du condenseur (12) qui fait face à l'environnement,
aussi bien en mode compression qu'en mode pompage étant prévu un échangeur thermique (15) réalisé pour les deux modes, qui fait face au côté intérieur de l'armoire de distribution, qui forme l'absorbeur thermique (14),
à la parallèle de la soupape de détente (13) étant raccordée une pompe (16) par laquelle l'agent réfrigérant est transportable en mode pompage,
à la parallèle du compresseur (11) étant raccordé un conduit de dérivation (LS) à travers lequel l'agent réfrigérant est transportable en mode pompage,
un capteur de température intérieure (51) ainsi qu'un dispositif de réglage (23) relié avec celui-ci étant prévus, sur lequel il s'effectue un réglage ou une commutation du mode compression en mode pompage et inversement dépendant de la température, en fonction d'un espace intérieur de l'armoire de distribution, et/ou un capteur de température ambiante (52) ainsi qu'un dispositif de réglage (23) relié avec celui-ci étant prévus, par lequel il s'effectue un mode de refroidissement, notamment un mode pompage dépendant de la température en rapport à une température ambiante.

2. Climatiseur d'armoire de distribution selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'en aval du condenseur (12) est raccordé un récipient collecteur (17) pour l'agent réfrigérant liquide.

3. Climatiseur d'armoire de distribution selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'en mode pompage, l'agent réfrigérant est pompable par l'intermédiaire du condenseur (12) sans variation de pression, de sorte qu'une restitution thermique à l'environnement ait lieu par l'intermédiaire du condenseur (12).

4. Climatiseur d'armoire de distribution selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mode compression et le mode pompage sont réalisés en étant commutables, une commutation du mode compression en mode pompage et inversement s'effectuant par l'intermédiaire de soupapes de blocage (V1 à Vn).

5. Climatiseur d'armoire de distribution selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il s'effectue un mode pompage lorsque la température ambiante est inférieure à la température intérieure.

6. Climatiseur d'armoire de distribution selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par une réalisation en tant qu'ensemble modulaire.

7. Climatiseur d'armoire de distribution selon la revendication 1, destiné à des armoires de distribution à classe de protection IP très élevée, à très faible consommation énergétique.

8. Procédé destiné à faire fonctionner un climatiseur d'armoire de distribution (19), destiné à refroidir une armoire de distribution, dans un mode compression du climatiseur d'armoire de distribution (19), sur un circuit réfrigérant du climatiseur d'armoire de distribution (19), un agent réfrigérant étant compressé par l'intermédiaire d'un compresseur (11) à un niveau haute pression, ainsi que dirigé dans un condenseur (12) pour y être refroidi, de l'énergie thermique étant restituée à un environnement et ensuite détendue par l'intermédiaire d'une soupape de détente (13), pour que par absorption d'énergie thermique, l'agent réfrigérant s'évapore par l'intermédiaire d'un absorbeur thermique (14),
dans un mode pompage supplémentaire du climatiseur d'armoire de distribution (19), l'agent réfrigérant étant transvasé par pompage sans variation de pression, de sorte qu'il s'effectue un transport thermique d'un échangeur thermique absorbant de la chaleur vers un échangeur thermique restituant de la chaleur selon un principe d'échangeur thermique, lors duquel, aussi bien en mode compression qu'en mode pompage, il est prévu un échangeur thermique (15) réalisé pour les deux modes, qui fait face au côté intérieur de l'armoire, qui forme l'absorbeur thermique (14), lors duquel, en mode pompage, l'agent réfrigérant est pompé par l'intermédiaire du condenseur (12) dirigé vers l'environnement, lors duquel, en mode pompage, l'agent réfrigérant est transporté par l'intermédiaire d'une pompe (16) raccordée sur la soupape de détente (13), lors duquel, en mode pompage, l'agent réfrigérant est transporté par l'intermédiaire d'un conduit de dérivation (LS) raccordé sur le compresseur (11), un dispositif de réglage (23) relié avec le capteur de température intérieure (51) réglant ou commutant entre le mode compression et le mode pompage, en fonction de la température, en rapport à un espace intérieur de l'armoire de distribution, et/ou un dispositif de réglage (23) relié avec un capteur de température ambiante (52) réglant un mode de refroidissement, notamment un mode pompage, en fonction de la température, en rapport à une température ambiante.

Zeichnung