DE102006020502B4

DE102006020502B4 - Kühlgerät

Info

Publication number: DE102006020502B4
Application number: DE102006020502A
Authority: DE
Inventors: Walter Nicolai; Joachim Maul
Original assignee: Rittal GmbH and Co KG
Current assignee: Rittal GmbH and Co KG
Priority date: 2006-04-22
Filing date: 2006-04-22
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2026-04-23
Also published as: DE102006020502A1

Abstract

Kühlgerät zur Kühlung eines Schaltschrank-Innenraumes (100),
– mit einem, ein strömbares Fluid führenden Kühlreis (102), der eine Wärmetauscheranordnung mit mehreren Wärmetauschermodulen aufweist, die aus mindestens einem Wärmetauscherelement (20a-d) gebildet sind,
– wobei die Wärmetauscherelemente (20a-d) jeweils wenigstens ein Peltier-Element (10) mit einer wärmeaufnehmenden (kalten Seite) (12) und einer wärmeabgebenden Seite (warmen Seite) (14) aufweisen und die Wärmetauscherelemente (20a-d) jeweils zwei Substratplatten (16, 18) aufweisen, zwischen denen das/die Peltier-Elemente (10) angeordnet sind,
– wobei den Wärmeaufnahme-Substratplatten (16, 18) über einen Strömungskanal (104) ein wärmeaufnehmender Fluidstrom (Pfeil F) zugeführt ist und der Strömungskanal (104) in mehrere, nebeneinander angeordnete und jeweils einem Wärmetauschermodul zugeordnete Teilströmungskanaäle (106a-f) mündet,
– wobei die Teilströmungskanäle (106a-f) für jedes Wärmetauschermodul in Führungskanäle (200) übergehen und jeder Führungskanal (200) einem Wärmetauscherelement (20a-d) oder einem Teil der Wärmetauscherelemente (20a-d) innerhalb des Wärmetauschermoduls zugeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlgerät zur Kühlung eines Schaltschrank-Innenraumes.
Aus der DE 195 31 310 C2 ist ein Kühlgerät für einen Schaltschrank bekannt, das einen Wärmetauscher aufweist. Der Wärmetauscher ist einem Innen- und einem Außenkreislauf zugeordnet, dem jeweils ein Lüfter zugeordnet ist. Der Lüfter fördert Luft durch den Innen- und Außenkreislauf auf und an Wärmetauscherflächen vorbei, so dass ein Wärmeabtausch vorgenommen werden kann.
Ein weiteres Kühlgerät für einen Schaltschrank ist in der DE 200 07 920 U1 beschrieben. Dieses Kühlgerät arbeitet nach einem ähnlichen Wirkprinzip wie die DE 195 31 310 C2 . Als Wärmetauscher wird ein im Kreuzstrom durchflossener Plattentauscher verwendet. Die DE 102 33 736 B3 offenbart ein Kühlgerät, bei dem als Wärmetauscherelemente Peltier-Elemente verwendet sind. Diese weisen eine wärmeaufnehmende und eine wärmeabgebende Seite auf, denen jeweils ein Luftführungskanal zugeordnet ist.
Für eine gleichmäßige Temperaturverteilung wird die Luft im Strömungskanal verwirbelt. Zu diesem Zweck sind Barrieren in die Kanäle eingebaut, die von der Luftströmung umflossen werden müssen.
Aus der DE 102 18 343 B4 geht ein Wärmetauscher für eine KfZ-Klimaanlage als bekannt hervor. An diesem Wärmetauscher kann ein Peltier-Element angebaut werden. Die wärmeabgebende Seite wird verwendet, um der im Wärmetauscher strömenden Luft Wärmeenergie zuzusetzen. Im Bereich der wärmeaufnehmenden Seite ist ein Steuerbaustein einer elektrischen Schaltung angeordnet, der mit dem Peltier-Element gekühlt wird. Eine weitere Kühlanordnung mit Peltier-Elementen ist in der US 4,065,936 beschrieben.
Eine derartige Anordnung eines Wärmetauscherelements ist aus der nach veröffentlichten DE 10 2006 011 794 B3 bekannt. Das Substrat eines derartigen Wärmetauscherelements ist in einem Strömungskanal angeordnet, der ein strömbares Fluid führt. Das Substrat kann dabei aus zwei oder mehreren Teilelementen bestehen. Um nunmehr eine besonders gute Wärmeübertragung mit dem strömbaren Fluid zu gewährleisten, ist es wünschenswert, die Fläche der Substratplatte, die in Wärme übertragenden Kontakt mit dem strömbaren Fluid kommt, in möglichst guten Kontakt mit dem zu kühlenden Fluid zu bringen.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung von Wärmetauscherelementen der eingangs erwähnten Art anzugeben, bei der die Wärmeableitung von der zu kühlenden Substratplatte verbessert ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung von Wärmetauscherelementen gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Demgemäß wird das strömende Fluid in zumindest einem parallel zu einer Substratplatte verlaufenden Führungskanal an der Substratplatte entlang geleitet. Dieser Anordnung ist ein direkter Kontakt zwischen dem strömenden Fluid und der Substratplatte sichergestellt, so dass ein besonders guter Wärmeübertrag zwischen dem strömenden Fluid über die Substratplatte hin zum Peltier-Element sichergestellt ist.
Gemäß einer besonders einfach aufgebauten Ausführungsform kann die Substratplatte die Abdeckung des Führungskanals bilden. Diese Anordnung ist besonders einfach herzustellen und ermöglicht einen kostengünstigen Aufbau.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann zumindest ein das strömende Fluid einleitender Anströmkanal senkrecht in Richtung auf die Substratplatte im Führungskanal münden, so dass das strömende Fluid senkrecht auf die Substratplatte auftrifft. Beim senkrechten Auftreffen des strömenden Fluids auf die Substratplatte wird im Auftreffbereich keine gleichmäßige Strömung des strömenden Fluids erreicht, sondern vielmehr eine Durchmischung des einströmenden Fluids erreicht. Der einströmende Fluidstrom wird von der Substratplatte abgelenkt, so dass das im Bereich der Oberfläche des Substrats geleitete Fluid vom Substrat weggeführt wird und gleichzeitig wärmeres Fluid, das in einer der Substratoberfläche entfernten Strömungsschicht im Führungskanal geführt wird, auf die Substratoberfläche geleitet. Es findet demnach ein aktiver Fluidaustausch statt, aufgrund dessen die Wärmeaufnahme an der Substratoberfläche deutlich effektiviert und damit ein besserer Wirkungsgrad ermöglicht wird.
Um die vollständige Kanallänge des Führungskanals auszunutzen, kann der Anströmkanal an einem ersten Ende des Führungskanals in diesen einmünden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der Führungskanal in zumindest einen sich senkrecht zur Substratplatte erstreckenden, das strömende Fluid ableitenden Abströmkanal münden.
Dabei wird das strömende Fluid senkrecht von der Substratplatte abgeleitet. In vorteilhafter Weise kann dabei der Führungskanal an einem zweiten dem ersten Ende des Führungskanals entgegengesetzten Ende des Führungskanals in den Abströmkanal münden. Bei dieser Anordnung trifft das im Führungskanal geleitete Fluid gegen das Ende des Führungskanals, an welchem der Abströmkanal seitlich mündet. Hierdurch kommt es wiederum zu einer Ablenkung des Fluidstromes wodurch das im Bereich der Oberfläche des Substrats geleitete Fluid wiederum vom Substrat weggeführt wird, und wärmeres Kühlfluid, das in einer der Substratoberfläche entfernten Strömungsschicht geführt wird, auf die Substratoberfläche geleitet wird. Es findet demnach wiederum ein aktiver Fluidtausch statt, welcher die Wärmeübertragung an die Substratoberfläche deutlich effektiviert und damit ein besserer Wirkungsgrad ermöglicht wird.
Um eine Fluidströmung in den Anströmkanal hinein zu erzeugen, kann eine Fluidfördereinrichtung das zu kühlende Fluid aus dem Innenraum des Schaltschrankes in den Anströmkanal fördern.
Weiterhin kann eine Fluidfördereinrichtung das gekühlte Fluid aus dem Abströmkanal in den Innenraum des Schaltschrankes fördern. Für die gesamte Fluidförderung kann eine einzige Fluidfördereinrichtung zum Einsatz kommen. Bei einer besonders einfach aufgebauten Ausführungsform münden die Abströmkanäle direkt in den zu kühlenden Innenraum des Schaltschrankes.
Gemäß einem weiterführenden Gedanken der Erfindung kann die Fluidfördereinrichtung einen Fluidstrom in einem Strömungskanal erzeugen, der in zumindest einen Teilströmungskanal mündet, welcher Teil-Fluidströme des strömenden Fluids zum Wärmeübertrag mit der Substratplatte führt. In besonders vorteilhafter Weise mündet dieser Teil-Strömungskanal in den Anströmkanal.
Gemäß einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der Teil-Strömungskanal senkrecht zum Anströmkanal, so dass das strömende Fluid senkrecht auf die Innenseite des Anströmkanals auftrifft. Mit dieser Anordnung wird wiederum eine Ablenkung des zugeführten Fluidstromes erreicht, wobei es wiederum zu einer Durchmischung des strömenden Fluids kommt, wodurch insbesondere bei der Weiterleitung in den Anströmkanal und von dort in den Führungskanal ein besonders effektiver Fluidtausch einerseits in Richtung des Substrats andererseits in Richtung von dem Substrat weggeführt stattfindet. Mit dieser Maßnahme wird somit ein noch weiter verbesserter Wirkungsgrad ermöglicht.
Gemäß einer besonders kompakt bauenden Ausführungsform kann sich der Teil-Strömungskanal zumindest teilweise parallel zu der Substratplatte erstrecken. Dabei kann sich der Anströmkanal parallel zum Abströmkanal erstrecken, wobei die Strömungsrichtung des im Anströmkanal geführten Fluids entgegen der Strömungsrichtung des im Abströmkanal geführten Fluids gerichtet sein kann.
Gemäß einer besonders einfach aufgebauten Ausführungsform können die Seitenwände des Anströmkanals und/oder des Abströmkanals durch zwischen mindestens zwei Wärmetauscherelementen angeordnete Verbindungsstücke gebildet sein. Bei dieser Ausführungsform dienen die Verbindungsstücke somit nicht nur zur Verbindung zweier Wärmetauscherelemente, sondern gleichzeitig auch zur Abtrennung des Anströmkanals bzw. des Abströmkanals.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigen:
1 in schematischer, perspektivischer Darstellung und in Explosionsansicht ein erfindungsgemäßes Wärmetauscherelement;
2 in schematischer, perspektivischer Darstellung ein aus vier Wärmetauscherelementen zusammensetzbares Wärmetauschermodul, wobei die vier Wärmetauscherelemente und das dazwischen angeordnete Verbindungselement im nicht zusammengefügten Zustand dargestellt sind;
3 in schematischer, perspektivischer Darstellung die Anordnung eines aus neun Wärmetauschermodulen gemäß 2 zusammensetzbares Wärmetauscherarrays, wobei die Anordnung in teilweise nicht zusammengefügtem Zustand dargestellt ist;
4 in schematischer, perspektivischer Darstellung das in 3 dargestellte Wärmetauscherarray in zusammengefügtem Zustand;
5 in schematischer Darstellung und in geschnittener Draufsicht ein Kühlgerät zur Kühlung des Innenraumes eines Schaltschrankes, wobei der dem Schaltschrankinnenraum zugeordnete innere Kühlkreis mit einer Anordnung mehrerer Wärmetauscherelemente eines Wärmetauscherarrays dargestellt ist;
6 das Kühlgerät in schematischer Darstellung und in Schnittansicht gemäß der Schnittlinie VI-VI in 5, wobei im oberen Teil der innere Kühlkreis im Innenraum des Schaltschrankes und im unteren Teil der äußere Kühlkreis am Außenraum des Schaltschrankes dargestellt ist;
7 das Kühlgerät in schematischer Darstellung und im Schnitt gemäß Schnittlinie VII-VII in 5, wobei im oberen Teil das Gehäuse des äußeren Kühlkreises und im unteren Teil ein Schnitt durch einen Teil des inneren Kühlkreises dargestellt ist; und
8 das Kühlgerät in schematischer Darstellung und im Schnitt gemäß der Schnittlinie VIII-VIII in 5, wobei im oberen Teil der äußere Kühlkreis und im unteren Teil der innere Kühlkreis des Kühlgerätes dargestellt sind.
1 zeigt in schematischer, perspektivischer Darstellung und in Explosionsansicht ein Wärmetauscherelement 20a, das eine untere, quadratische Substratplatte 16, eine dazu deckungsgleich angeordnete obere, quadratische Substratplatte 18 und zentral zwischen den beiden Substratplatten 16 und 18 ein Peltier-Element 10 aufweist. Die Substratplatten 16 und 18 bestehen in der gezeigten Ausführungsform aus Kupfer, können alternativ jedoch auch aus einem anderen gut Temperatur leitenden Material bestehen.
Das Peltier-Elements 10 weist eine quadratische Grundfläche und eine in 1 nach unten weisende wärmeaufnehmende, kalte Seite 12 und eine nach oben weisende, wärmeabgebende, warme Seite 14 auf. Die kalte Seite 12 ist der unteren Substratplatte 16 zugewandt und auf dieser zentral und in thermisch leitendem Kontakt angebracht. Die warme Seite 14 ist der oberen Substratplatte 18 zugewandt und kommt mit dieser im zusammengefügten Zustand in thermisch leitenden Kontakt. Die warme Seite 12 des Peltier-Elements 10 weist ebenfalls eine quadratische Grundfläche auf und ist der unteren Substratplatte 16 zugewandt und auf dieser in thermisch leitendem Kontakt angebracht
Eine zweiadrige Kontaktierungsleitung 22a zur Ansteuerung bzw. Bestromung des Peltier-Elements 10 führt von dem Peltier-Element 10 über die in 1 vordere Kante der unteren Substratplatte 16 nach außen.
Im zusammengefügten Zustand des Wärmetauscherelements 20a wird die zweiadrige elektrische Kontaktierungsleitung 22a zwischen den beiden Substratplatten 16 und 18 und parallel zu diesen aus dem Wärmetauscherelement herausgeführt.
Die obere Substratplatte 18 ist von der unteren Substratplatte 16 durch thermisch und elektrisch isolierende Abstandsstücke 24a, 24b, 24c und 24d beabstandet, die aus einem Kunststoff- oder Keramikmaterial bestehen. Die Abstandsstücke 24a, 24b, 24c und 24d sind als mit einer Zentralbohrung versehenen Rohrabschnitte ausgebildet und an den Eckbereichen der Substratplatten 16 und 18 angeordnet.
In der oberen Substratplatte 18 sind an den Eckbereichen Durchgangsbohrungen 26a, 26b, 26c und 26d angebracht, durch welche Gewindeschrauben 30a, 30b, 30c und 30d eingeführt werden. In der unteren Substratplatte 16 sind zu den Durchgangsbohrungen 26a, 26b, 26c und 26d in der oberen Substratplatte 18 korrespondierende Gewindebohrungen 28a, 28b, 28c und 28d angebracht. Die rohrabschnittförmigen Abstandsstücke 24a, 24b, 24c und 24d sind so zwischen den beiden Substratplatten 16 und 18 angeordnet, dass die Gewindeschrauben 30a, 30b, 30c und 30d sich durch die Abstandsstücke 24a, 24b, 24c und 24d hindurcherstrecken und in die Gewindebohrungen 28a, 28b, 28c und 28d eingeschraubt werden können.
2 zeigt in schematischer, perspektivischer Darstellung den Aufbau einer aus vier Wärmetauscherelementen 20a, 20b, 20c und 20d bestehenden Anordnung im nicht zusammengefügten Zustand. Mittels des zwischen den Wärmetauscherelementen 20a, 20b, 20c und 20d angeordneten Verbindungselements 21 lassen sich die vier Wärmetauscherelemente 20a, 20b, 20c und 20d zu einem Wärmetauschermodul 44a zusammenfügen. Die vier Wärmetauscherelemente 20a, 20b, 20c und 20d entsprechen in ihrem Aufbau dem in 1 gezeigten Wärmetauscherelement 20a und sind alle baugleich ausgeführt.
Das Verbindungselement 21 weist einen rechteckigen, plattenförmigen Grundkörper 34 auf. Die Dicke des Grundkörpers 34 entspricht im Wesentlichen dem Abstand der beiden äußeren Substratoberflächen der Substratplatten 16 und 18 der Wärmetauscherelemente 22a, 22b, 22c und 22d. Zwischen dem Grundkörper 34 des Verbindungselements 21 und den vier an diesem angebrachten Wärmetauscherelementen 20a, 20b, 20c und 20d lässt sich ein im Wesentlichen ebener Abschlussbereich ausbilden.
An der den Wärmetauscherelementen 20a und 20d zugewandten in 2 rechten Längsseite des Grundkörper 34 des Verbindungselements 21 ist ein Verbindungsansatz 32a angeformt. Der Verbindungsansatz 32a weist zwei dem Wärmetauscherelement 20a zugeordnete Rastnasen 36a und 36b und zwei dem Wärmetauscherelement 20d zugeordnete Rastnasen 36c und 36d auf, welche im montierten Zustand mit den Abstandsstücken 24b und 24c der Wärmetauscherelemente 20a und 20d in rastenden Eingriff kommt.
Am Grundkörper 34 des Verbindungselements 21 ist an der den Wärmetauscherelementen 20b und 20c zugewandten in 2 linken Längsseite des Grundkörpers 34 ein weiterer Verbindungsansatz 32b angeformt, welcher wiederum mittels Rastnasen in rastenden Eingriff mit den Abstandsstücken der Wärmetauscherelemente 20b und 20c gebracht werden kann.
Mit der in 2 gezeigten Anordnung lassen sich durch das Verbindungselement 21 paarweise jeweils zwei Wärmetauscherelemente 20a und 20d bzw. 20b und 20c benachbart zueinander anordnen, wobei der Grundkörper 34 die beiden Paare von Wärmetauscherelementen 20a und 20d bzw. 20b und 20c voneinander beabstandet.
An der in 2 rechten Längsseite des Grundkörpers 34 des Verbindungselements 21 ist ein von der Längsseite senkrecht vorstehender Verbindungssteg 38a angeformt, der in die Beabstandungsbereiche zwischen den beiden Substratplatten 16 und 18 der paarweise miteinander zu verbindenden Wärmetauscherelemente 20a und 20d hineinreicht.
Der Verbindungssteg 38a legt die beiden paarweise miteinander zu verbindenden Wärmetauscherelemente 20a und 20d in geringem Abstand zueinander fest, so dass sich die jeweiligen Substratplatten 16 und 18 der beiderseitigen Wärmetauscherelementen 20a und 20d nicht berühren. Der Verbindungssteg 38a weist an den de Wärmetauscherelementen 20a und 20d zugewandten Längsseiten vom Verbindungssteg 38a beidseitig senkrecht hervorstehende Ansätze 37a und 37b auf, die jeweils Abstandsstücke der Wärmetauscherelemente 20a und 20d bei der Montage hintergreifen. Dadurch werden die Wärmetauscherelemente 20a und 20d in den zugeordneten Rastnasen 36a, 36b, 36c und 36d gehalten.
Auf der in 2 linken Längsseite des Grundkörpers 34 des Verbindungselements 21 ist ein weiterer Verbindungssteg 38b senkrecht zum Grundkörper 34 angeformt, der zur Verbindung mit den Wärmetauscherelementen 20b und 20c dient. Der Verbindungssteg 38b ist gleich dem Verbindungssteg 38a ausgebildet und hat dieselbe Funktionsweise in Bezug auf die Wärmetauscherelemente 20b und 20c.
Das Verbindungselement 21 weist an seinen Schmalseiten jeweils sich parallel zu den Substratplatten 16 und 18 der Wärmetauscherelemente 20a, 20b, 20c und 20d erstreckende Einschnitte 56a und 56b auf. Die Einschnitte 56a und 56b sind so bemessen, dass sie einen Beabstandungsbereich definieren, der den Beabstandungsbereich zwischen den beiden Substratplatten 16 und 18 der Wärmetauscherelemente 20a, 20b, 20c und 20d entspricht.
Das Verbindungselement 21 ist mit seinem Grundkörper 34, den Verbindungsansätzen 32a und 32b, den vorstehenden Verbindungsstegen 38a und 38b mit den Ansätzen 37a und 37b sowie den angeformten Rastnasen 36a, 36b, 36c und 36d einstückig im Spritzgussverfahren aus Kunststoff hergestellt. Da das dargestellte Ausführungsbeispiel des Verbindungselements 21 im Wesentlichen gleiche Wandstärken aufweist, sind in den kompakten Bereichen Auslassungen in Form von Durchgangsöffnungen ausgeformt.
Diese Durchgangsöffnungen sind prinzipiell ohne Funktion, können jedoch zusätzlich beispielsweise für die Verbindung mit den Wärmetauscherelementen 20a, 20b, 20c und 20d verwendet werden. Der Grundkörper 34 des Verbindungselements 21 ist dementsprechend als ein Hohlkörper ausgebildet, kann jedoch alternativ auch als Vollkörper ausgebildet sein. Das Verbindungselement 21 ist elektrisch nicht leitend und wirkt thermisch isolierend, so dass sich die Wärmetauscherelemente 20a, 20b, 20c und 20d gegenseitig nicht wesentlich beeinflussen und insbesondere keine Wärmeleitung zwischen den jeweiligen Substratplatten 16 und 18 auftritt.
Die elektrischen Kontaktierungsleitungen 22a und 22b der Wärmetauscherelemente 20a und 20b erstrecken sich parallel zur Längserstreckungsrichtung des Grundkörpers 34 des Verbindungselements 21 in 2 nach vorne, wohingegen sich die elektrischen Kontaktierungsleitungen 22c und 22d parallel zur Längserstreckungsrichtung des Grundkörpers 34 des Verbindungselements 21 in 2 nach hinten erstrecken.
3 zeigt in schematischer, perspektivischer Ansicht den Aufbau eines Wärmetauscherarrays 62, das im teilweise nicht zusammengefügten Zustand aus neun Wärmetauschermodulen aufgebaut ist. Im Folgenden wird nur die Anordnung der Wärmetauschermodule 44a, 44b und 44c näher beschreiben. Die Wärmetauschermodule 44a, 44b und 44c sowie die übrigen in 3 gezeigten und nicht mit Bezugszeichen versehenen Wärmetauschermodule sind gleich dem in 2 dargestellten Wärmetauschermodul 44a aufgebaut.
Das Wärmetauschermodul 44a lässt sich mit dem benachbarten, baugleichen Wärmetauschermodul 44b durch ein Verbindungsteil 46 verbinden. Das Verbindungsteil 46 erstreckt sich parallel zur Längserstreckungsrichtung des Grundkörpers 34 des Verbindungselements 21 des Wärmetauschermoduls 44a.
Das Verbindungsteil 46 lässt sich beidseitig in den jeweiligen Beabstandungsbereich zwischen den oberen und unteren Substratplatten 16 und 18 der sich gegenüberstehenden Wärmetauscherelemente der Wärmetauschermodule 44a und 44b einführen und darin festlegen. In 3 ist der Zustand dargestellt, in welchem das Verbindungsteil 46 bereits am Wärmetauschermodul 44b festgelegt ist. Der in Richtung auf das Wärmetauschermodul 44b gerichtete Teil des Verbindungsteils 46 ist gleich dem in Richtung auf das Wärmetauschermodul 44a gerichteten Teil des Verbindungsteils 46 ausgebildet. Der in Richtung auf das Wärmetauschermodul 44a gerichtete Teil des Verbindungsteils 46 weist dabei eine Anordnung von Verbindungsansätzen 48a, 48b und 48c auf, die sich beim Zusammenfügen in den Beabstandungsbereich zwischen den oberen und unteren Substratplatten 16 und 18 der Wärmetauscherelemente 20a und 20d des Wärmetauschermoduls 44a einführen und darin festlegen lässt.
Das Wärmetauschermodul 44b kann an der dem Wärmetauschermodul 44a abgewandten Seitenbereich mit dem benachbarten Wärmetauschermodul 44c mittels des Verbindungsteils 46b verbunden werden. Das Verbindungsteil 46b ist gleich dem Verbindungsteil 46a ausgebildet, so dass die Montage der beiden Wärmetauschermodule 44b und 44c in gleicher Weise erfolgt, wie die Montage der benachbarten Wärmetauschermodule 44a und 44b.
Durch die Anordnung der in Reihe miteinander verbundenen Wärmetauschermodule 44a, 44b und 44c wird eine Wärmetauschermodulreihe 50a gebildet. In 3 links neben der Wärmetauschermodulreihe 50a ist eine entsprechend aufgebaute Wärmetauschermodulreihe 50b und links von dieser wiederum eine korrespondierend aufgebaute Wärmetauschermodulreihe 50c dargestellt. Die Wärmetauschermodulreihe 50a lässt sich durch die Verbindungsleiste 52a mit der Wärmetauschermodulreihe 50b verbinden, wohingegen sich die Wärmetauschermodulreihe 50b durch die Verbindungsleiste 52b mit der Wärmetauschermodulreihe 50c verbinden lässt.
Die Verbindungsleisten 52a und 52b erstrecken sich senkrecht zur Längserstreckungsrichtung des Grundkörpers 34 des Verbindungselements 21 des Wärmetauschermoduls 44a und parallel zur Längsersteckungsrichtung der Wärmetauschermodulreihe 50a, 50b und 50c.
Die Verbindungsleiste 52b ist gleich der Verbindungsleiste 52a aufgebaut, so dass die Verbindung der Wärmetauschermodulreihen 50b und 50c durch die Verbindungsleiste 52b in gleicher Weise erfolgt, wie die nachfolgend beschriebene Verbindung der Wärmetauschermodulreihen 50a und 50b durch die Verbindungsleiste 52a.
Die Verbindungsleiste 52a weist einen rechteckigen, lang gestreckten, plattenförmigen Grundkörper 54 auf, dessen Plattendicke dem Abstand der beiden äußeren Substratoberflächen der Wärmetauscherelemente entspricht. An der in 3 nach rechts weisenden Längsseite des Grundkörpers 54 der Verbindungsleiste 52a ist eine Mehrzahl von Verbindungsansätzen, von denen nur drei mit den Bezugszeichen 58a, 58b und 58c versehen sind, angeformt. Die Verbindungsansätze 58a, 58b und 58c erstrecken sich im zusammengefügten Zustand in die Beabstandungsbereiche zwischen den beiden Substratplatten 16 und 18 der angrenzenden Wärmetauscherelemente der Wärmetauschermodulreihe 50a hinein und lassen sich dort festlegen. Die Verbindungsansätze 56a und 56b erstrecken sich auch in die an den Schmalseiten der Verbindungselemente 21 ausgeformten Einschnitte 56b.
An der in 3 nach links weisenden Längsseite des Grundkörpers 54 der Verbindungsleiste 52a sind ebenfalls mehrere (nicht mit Bezugszeichen versehene) Verbindungsansätze angeformt, die sich in die Beabstandungsbereiche zwischen den beiden Substratplatten 16 und 18 der Wärmetauscherelemente der Wärmetauschermodulreihe 50b und in die an den Schmalseiten der Verbindungselemente ausgeformten Einschnitte hineinerstrecken und dort festlegbar sind.
Beidseitig der Wärmetauschermodulreihen 50a und 50b erstrecken sich die elektrischen Kontaktierungsleitungen parallel zu den Substratplatten 16 und 18 der Wärmetauscherelemente in 3 nach rechts bzw. nach links. So erstrecken sich beispielsweise die elektrischen Kontaktierungsleitungen 22a und 22b der Wärmetauscherelemente 20a und 20b des Wärmetauschermoduls 44a in 3 nach rechts und die elektrischen Kontaktierungsleitungen 22c und 22d der Wärmetauscherelemente 20c und 20d des Wärmetauschermoduls 44a in 3 nach links. Die in Richtung auf die Verbindungsleiste 52a verlaufenden elektrischen Kontaktierungsleitungen der Wärmetauschermodulreihe 50a und die in Richtung auf die Verbindungsleiste 52a verlaufenden elektrischen Kontaktierungsleitungen der Wärmetauschermodulreihe 50b werden in der als hohle Kabelführung ausgebildeten Verbindungsleiste 52a geführt. Damit beispielsweise die in Richtung auf die Verbindungsleiste 52a verlaufenden elektrischen Kontaktierungsleitungen der Wärmetauschermodulreihe 50a in die als hohle Kabelführung ausgebildeten Verbindungsleiste 52a eingeführt werden können, sind beispielsweise zwischen den Verbindungsansätzen 58a und 58b eine Zuführöffnung 60a und zwischen den Verbindungsansätzen 58b und 58c eine Zuführöffnung 60b vorgesehen.
Die Verbindungsleiste 52a ist mit ihren Verbindungsansätzen 58a, 58b und 58c sowie den daran ausgeformten Zuführöffnungen 60a und 60b einstückig im Spritzgussverfahren aus Kunststoff hergestellt.
Die parallel durch die Verbindungsleiste 52a und 52b miteinander verbundenen Wärmetauschermodulreihen 50a, 50b und 50c bilden das Wärmetauscherarray 62. Das Wärmetauscherarray 62 ist eine Anordnung mit im Wesentlichen rechteckiger Grundfläche, wobei die vier Randbereiche jeweils durch eine Abschlussleiste 64a, 64b, 64c und 64d begrenzt werden. Da im zusammengefügten Zustand die Abschlussleisten 64a, 64b, 64c und 64d das Wärmetauscherarray 62 vollständig umschließen, wird durch die Abschlussleisten 64a, 64b, 64c und 64d ein Begrenzungsrahmen gebildet.
Die Berührungsbereiche der Abschlussleisten 64a, 64b, 64c und 64d sind dabei zueinander angeschrägt ausgeführt und auf Gehrung miteinander verbunden.
Die Abschlussleisten 64a, 64b, 64c und 64d sind im Wesentlichen gleich ausgebildet. So weist beispielsweise die Abschlussleiste 64a einen im Wesentlichen rechteckigen, lang gestreckten, plattenförmigen Grundkörper 66 auf, dessen Plattendicke im Wesentlichen dem Abstand der beiden äußeren Substratoberflächen eines Wärmetauscherelements entspricht.
Die Verbindungsleiste 52a welche die Wärmetauschermodulreihen 50a und 50b verbindet, weist an ihren Schmalseiten jeweils einen sich parallel zu den Substratplatten 16 und 18 eines Wärmetauscherelements erstreckenden Einschnitt 68a bzw. 68b auf. Die Einschnitte 68a und 68b definieren einen Beabstandungsbereich, der dem Beabstandungsbereich zwischen den beiden Substratplatten 16 und 18 eines Wärmetauscherelements entspricht.
Beispielsweise die Abschlussleiste 64a weist an ihrer dem Wärmetauscherarray 62 zugewandten Längsseite eine Mehrzahl von Verbindungsansätzen 70a, 706 und 70c auf, die sich zum einen in die Beabstandungsbereiche zwischen den Substratplatten 16 und 18 der mit der Abschlussleiste 64a zu versehenden Wärmetauscherelemente des Wärmetauscharrays 62 und zum anderen in die Einschnitte 56a an den Schmalseiten der Verbindungselemente 21 hineinerstrecken und sich dort festlegen lassen.
Beispielsweise die Abschlussleiste 64d weist ebenfalls an den in Richtung auf das Wärmetauscherarray zugewandten Längsseiten Verbindungsansätze 71a, 71b und 71c auf, die sich nicht nur in die Beabstandungsbereiche zwischen den Substratplatten 16 und 18 der mit der Abschlussleiste 64d zu versehenden Wärmetauscherelemente des Wärmetauscherarrays 62 sondern auch in die Einschnitte 68a an den Schmalseiten der Verbindungsleiste 52a hineinerstrecken.
Die Abschussleisten 64a und 64c sind als in in ihrer Erstreckungsrichtung hohl ausgebildete Kabelführungen zur Aufnahme der elektrischen Kontaktierungsleitungen ausgebildet. Die sich von der Wärmetauschermodulreihe 50a in Richtung auf die Abschlussleiste 64a bzw. von der Wärmetauschermodulreihe 50c in Richtung auf die Abschlussleiste 64c erstreckenden elektrischen Kontaktierungsleitungen lassen sich durch an den dem Wärmetauscherarray zugewandten Längsseiten angebrachte Zuführöffnungen in die Kabelführung einbringen. Beispielsweise an der Abschlussleiste 64a sind zwischen den Verbindungsansätzen 70a, 70b und 70c die Zuführöffnungen 72a und 72b angeordnet.
4 zeigt in schematischer, perspektivischer Darstellung das in 3 dargestellte Wärmetauscherarray 62 in zusammengefügtem Zustand. Anhand der 4 wird deutlich, dass das Wärmetauscherarray 62 aus drei parallel zueinander angeordneten Wärmetauschermodulreihen 50a, 50b und 50c aufgebaut ist. Jede der Wärmetauschermodulreihen, beispielsweise die Wärmetauschermodulreihe 50a, ist aus drei Wärmetauschermodulen 44a, 44b und 44c aufgebaut. Jedes der Wärmetauschermodule, beispielsweise das Wärmetauschermodul 44a ist aus vier Wärmetauscherelementen 20a, 20b, 20c und 20d aufgebaut. Die Wärmetauscherelemente 20a, 20b, 20c und 20d sind dabei durch das Verbindungselement 21 miteinander verbunden. An der in 4 nach oben weisenden Oberfläche des Verbindungselements 21 des Wärmetauschermoduls 44a ist ein Strömungsleitelement 40 angebracht. Das Strömungselement 40 weist Strömungsleitstrukturen 42 auf, die zumindest einen Teil (Pfeil A) des über die Substratoberfläche geführten Fluidstromes von der Substratoberfläche ableiten und die zumindest einen Teil (Pfeil B) des in Abstand von der Substratoberfläche geführten Fluids in Richtung auf die Substratoberfläche lenken. Der Aufbau derartiger Strömungsleitstrukturen 42 ist in der nach veröffentlichten DE 10 2006 011 794 B3 offenbart und dort genauer beschrieben.
Zusätzlich lassen sich auf der in 4 nach oben weisenden Oberfläche eines der Verbindungselemente der Wärmetauschermodule ein oder mehrere (nicht gezeigte) Strömungsverwirbelungs-Elemente anbringen, welche lokal die Strömung im Bereich der Oberfläche des Substrats verwirbeln. Derartige Strömungsverwirbelungs-Elemente sind ebenfalls in der nach veröffentlichten DE 10 2006 011 794 B3 offenbart und dort genauer beschrieben. Derartige Strömungsverwirbelungs-Elemente erzeugen eine turbulente Strömung.
In den 5 bis 8 ist ein Kühlgerät zur Kühlung des Innenraumes 100 eines Schaltschrankes dargestellt. 5 zeigt hierbei eine geschnittene Draufsicht auf den dem Innenraum des Schaltschrankes zugeordneten inneren Kühlkreis 102, der als ein strömbares Fluid zu kühlende Innenluft aus dem Schaltschrank führt. Der Kühlkreis 102 zeigt an dem in 5 rechts dargestellten Teil eine Anordnung mehrerer Wärmetauscherelemente, die einen Wärmeübertrag mit der Innenluft durchführen. Die Wärmetauscherelemente bilden insgesamt einen Wärmetauscher. Die Anordnung der Wärmetauscherelemente entspricht dem in den 3 und 4 näher dargestellten Wärmetauscherarray 62. In der Mitte des in der 5 gezeigten Wärmetauscherarrays 62 ist eine Anordnung aus vier Wärmetauscherelementen 20a, 20b, 20c und 20d mit Bezugszeichen versehen. Die restlichen Wärmetauscherelemente des Wärmetauscherarrays 62, die nicht mit Bezugszeichen versehen sind, sind gleich den Wärmetauscherelementen 20a, 20b, 20c und 20d aufgebaut. So entspricht jedes der in 5 gezeigten Wärmetauscherelemente dem in 1 gezeigten Wärmetauscherelement. Das Wärmetauscherarray 62 ist an einen Strömungskanal 104 angeschlossen, in welchem ein von einem Radiallüfter 128 erzeugter Fluidstrom in Richtung des Pfeils F bzw. in Richtung auf das Wärmetauscherarray 62 gerichtet ist. Der Strömungskanal 104 mündet in einer Vielzahl von Teil-Strömungskanälen, von denen beispielsweise die etwa mittig angeordneten Teil-Strömungskanäle mit den Bezugszeichen 106a, 106b, 106c, 106d, 106e und 106f bezeichnet sind.
In den Teil-Strömungskanälen 106a, 106b, 106c, 106d, 106e und 106f wird der im Strömungskanal 104 geführte Fluidstrom gemäß Pfeil F in eine durch die Anzahl der Teil-Strömungskanäle bestimmte Vielzahl von Teil-Fluidströmen aufgeteilt, von denen die Teil-Fluidströme mit den Bezugszeichen 108a und 108b beispielhaft eingezeichnet sind. Die Teil-Fluidströme 108a und 108b dienen dem Wärmeübertrag mit einem Teil der Wärmetauscherelemente 20a, 20b, 20c und 20d. So dient beispielsweise der Teil-Fluidstrom 108a dem Wärmeübertrag mit den Wärmetauscherelementen 20b und 20c, wohingegen der Teil-Fluidstrom 108b dem Wärmeübertrag mit den Wärmetauscherelementen 20a und 20d dient.
Die Substratoberflächen der Wärme aufnehmenden Substratplatten der Wärmetauscherelemente 20a, 20b, 20c und 20d werden dem aus dem Inneren des Schaltschrankes geförderten, zu kühlenden Fluidstrom F ausgesetzt, der wiederum in die Teil-Fluidströme 108a und 108b aufgeteilt wird. Die Teil-Fluidströme 108a und 108b führen mit der Wärmeaufnehmenden Seite 16 der Wärmetauscherelemente 20a, 20b, 20c und 20d einen Wärmeübertrag durch.
Die Teil-Strömungskanäle 106a bis 106f weisen in dem Bereich, in welchem der Strömungskanal 104 in die Teil-Strömungskanäle 106a, 106b, 106c, 106d, 106e und 106f mündet jeweils zueinander benachbarte Einströmöffnungen 116a, 116b, 116c, 116d, 116e und 116f auf, wie in 7 genauer dargestellt. Die Einströmöffnungen 116a, 116b, 116c, 116d, 116e und 116f liegen in einer gemeinsamen Einströmebene 118, die sich senkrecht zu der durch das Wärmetauscherarray 62 definierten Wärmetauscher-Ebene 110 erstreckt. Die Teil-Strömungskanäle 106a, 106b, 106c, 106d, 106e und 106f verlaufen parallel zu dem Wärmetauscherarray 62 bzw. zu der Wärmetauscher-Ebene 110. In dem Bereich 124, der sich in Strömungsrichtung F an den Bereich anschließt, in welchem der Strömungskanal 104 in die Teil-Strömungskanäle 106a, 106b, 106c, 106d, 106e und 106f mündet, erstrecken sich zumindest die Teil-Strömungskanäle 106b, 106c, 106d und 106e parallel zueinander.
Jeder der Teil-Strömungskanäle 106a, 106b, 106c, 106d, 106e und 106f mündet in Strömungsrichtung F jeweils in einem in Richtung auf das Wärmetauscherarray 62 gerichteten Anströmkanal. So mündet beispielsweise der Teil-Strömungskanal 106b in einem Anströmkanal 122b, der sich senkrecht zu dem Wärmetauscherarray 62 erstreckt und den Teil-Fluidstrom 108a in Richtung auf die Wärmetauscherelemente 20c und 20b zum Wärmeübertrag führt. Der Teil-Strömungskanal 106e mündet in einem Anströmkanal 122a, der sich senkrecht zu dem Wärmetauscherarray 62 erstreckt und den Teil-Fluidstrom 108b in Richtung auf die Wärmetauscherelemente 20a und 20d zum Wärmeübertrag führt.
Wie in 3 gezeigt, ist das Wärmetauscherarray 62 aus drei Wärmetauscherelementreihen 50a, 50b und 50c aufgebaut, die sich parallel zueinander erstrecken. Das Wärmetauscherarray 62 ist in der Anordnung der 5 derart ausgerichtet, dass die Wärmetauscherelementreihen 50a, 50b und 50c sich senkrecht zur Strömungsrichtung F im Strömungskanal 104 erstrecken. Die in der 5 mit den Bezugszeichen 20a, 20b, 20c und 20d bezeichneten Wärmetauscherelementen sind zentral in der mittleren Wärmetauscherelementreihe 50b angeordnet. Somit mündet der Teil-Strömungskanal 106b in einem Anströmkanal 122b, der sich senkrecht zu der Wärmetauscherelementreihe 50b erstreckt. Ebenso mündet der Teil-Strömungskanal 106e in dem Anströmkanal 122a, der sich senkrecht zu der Wärmetauscherelementreihe 50b erstreckt.
Weitere Teil-Strömungskanäle können jedoch auch auf einer der übrigen Wärmetauscherelementreihen 50a oder 50c münden. So mündet beispielsweise der Teil-Strömungskanal 106a unmittelbar in einem (nicht mit einem Bezugszeichen versehenen) Anströmkanal, der sich senkrecht zu der Wärmetauscherelementreihe 50a erstreckt, wohingehend beispielsweise der Teil-Strömungskanal 106 in einem anderen (nicht mit einem Bezugszeichen versehenen) Anströmkanal mündet, der sich senkrecht zu der Wärmetauscherelementreihe 50c erstreckt.
Sämtliche Teil-Strömungskanäle sind so angeordnet und derart in der Teil-Strömungskanal-Ebene 120 geführt, dass sämtliche Wärmetauscher-Elemente des Wärmetauscherarrays 62 über einen jeweils zugeordneten Anströmkanal mit einem Teil-Fluidstrom versorgt werden, der mit dem jeweils zugeordneten Tei der Wärmetauscherelemente einen Wärmeübertrag durchführt.
Die Anströmkanäle benachbarter Teil-Strömungskanäle sind voneinander abgetrennt in einer Reihe angeordnet, die sich senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Wärmetauscherelementreihen 50a, 50b und 50c erstrecken. Benachbarte Teil-Strömungskanäle werden in der Teil-Strömungskanal-Ebene 120 durch entsprechend geformte Strömungskanalwände abgetrennt. Aneinandergrenzende Anströmkanäle werden durch Trennwände voneinander abgetrennt, die an einem zwischen zwei Wärmetauscherelementen angeordneten Verbindungsstück angebracht sind. Diese Verbindungsstücke können beispielsweise die in 3 gezeigten Verbindungselemente 21 oder die Verbindungsleisten 52a und 52b sein.
Senkrecht zum Wärmetauscherarray 62 erstrecken sich zu den vorstehend beschriebenen Anströmkanälen zugeordnete Abströmkanäle in Richtung aus der Zeichenebene heraus. Diese Abströmkanäle führen den Teil-Fluidstrom nach dem Wärmeübertrag in den Innenraum 100 des Schaltschrankes ab. So erstreckt sich beispielsweise der Abströmkanal 126a, welcher dem Anströmkanal 122a zugeordnet und mit diesem strömungsleitend verbunden ist, senkrecht zur Wärmetauscherelementreihe 50b, wobei der Teil-Fluidstrom 108a nach dem Wärmeübertrag mit den Wärmetauscherelementen 20c und 20b in den Innenraum 100 des Schaltschrankes abgeführt wird. Weiterhin beispielsweise erstreckt sich der Abströmkanal 126a ebenfalls senkrecht zur Wärmetauscherelementreihe 50b, wobei der Teil-Fluidstrom 108b nach dem Wärmeübertrag mit den Wärmetauscherelementen 20a und 20d in den Schaltschrankinnenraum 100 abgeführt wird.
Die Abströmkanäle benachbarter Teil-Strömungskanäle sind voneinander abgetrennt in einer Reihe angeordnet, die sich senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Wärmetauscherelementreihen 50a, 50b und 50c erstreckt.
Jedem Teil-Strömungskanal sind ein Anströmkanal und ein damit in Fluidverbindung stehender Abströmkanal zugeordnet. So mündet beispielsweise der Teil-Strömungskanal 106b in den Anströmkanal 122b, der wiederum in Fluidverbindung mit dem Abströmkanal 126b steht. Ebenso steht der Anströmkanal 122a, in welchen der Teil-Strömungskanal 106e mündet, mit dem Abströmkanal 126a in Fluidverbindung. Die in einer Reihe senkrecht zur Längserstreckungsrichtung der Wärmetauscherelementreihen 50a, 50b und 50c angeordneten Anströmkanäle erstrecken sich parallel zu den in Reihe angeordneten Abströmkanälen.
Der Radiallüfter 128 erzeugt den Fluidstrom im Strömungskanal 104 in Richtung des Pfeils F. Aufgrund des Fluidstromes im Strömungskanal 104 werden auch beispielsweise die Teil-Fluidströme 108a und 108b in den Teil-Strömungskanälen 106b und 106e erzeugt. Dabei fördert der Radiallüfter 128 die zu kühlende Innenluft aus dem Innenraum 100 des Schaltschrankes in den Strömungskanal 104 und von da aus beispielsweise in die Teil-Strömungskanäle 106b und 106e. Da die Teil-Strömungskanäle mit den zugeordneten Abströmkanälen in Fluidkontakt stehen, fördert der Radiallüfter ebenso gekühlte Innenluft beispielsweise aus den Abströmkanälen 126a und 126b in den Innenraum 100 des Schaltschrankes.
Die Teil-Fluidströme führen mit einem Teil der Wärmetauscherelemente einen Wärmeübertrag durch. So führt beispielsweise der Teil-Fluidstrom 108a mit den beiden Wärmetauscherelementen 20c und 20b einen Wärmeübertrag durch. Die beiden Wärmetauscherelemente 20b und 20c bilden dabei ein Wärmetauscherpaar, welches wie in 2 dargestellt, durch den am Verbindungselement 21 angeformten Verbindungssteg 38b miteinander verbunden ist.
Ein baugleiches Wärmetauscherpaar wird durch die Wärmetauscherelemente 20a und 20d gebildet, welche wie in 2 dargestellt durch den am Verbindungselement 21 angeformten Verbindungssteg 28a miteinander verbunden sind und welche mit dem Teil-Fluidstrom 108b einen Wärmeübertrag durchführen. Die benachbarten Wärmetauscherpaare 20a und 20d bzw. 20b und 20c werden durch Trennwände voneinander abgetrennt, so dass ein Wärmetauscherpaar nur mit einem Teil-Fluidstrom Wärme überträgt. Die Trennwand zwischen den Wärmetauscherpaaren 20a und 20d bzw. 20b und 20c werden durch zwischen den Wärmetauscherpaaren angeordnete Verbindungsstücke gebildet. Hierzu können auch entsprechende Trennwände an das Verbindungsstück 21, wie es in 2 dargestellt ist, angebracht werden.
6 zeigt das Kühlgerät in schematischer Darstellung und in Schnittansicht gemäß der Schnittlinie VI-VI in 5, wobei der obere Bereich im Innenraum 100 des Schaltschrankes und der untere Bereich 112 im Außenraum des Schaltschrankes angeordnet ist. Mit dem Bezugszeichen 111 ist die Schaltschrankwand bezeichnet.
Wie anhand der 6 deutlich wird, verlaufen die Teil-Strömungskanäle 106a, 106b, 106c, 106d, 106e und 106f in einer Teil-Strömungskanalebene 120 parallel zum Wärmetauscherarray 62, welches in der Wärmetauscher-Ebene 110 verläuft. Sämtliche Wärmetauscher-Elemente sind in dieser Wärmetauscher-Ebene angeordnet.
So erstreckt sich beispielsweise der Teil-Strömungskanal 106e parallel zur Wärmetauscher-Ebene 110, wobei der darin geführte Teil-Fluidstrom 108b in 6 aus der Zeichenebene herausgeführt ist, was durch die auf den Betrachter weisende Pfeilspitze dargestellt ist. Der Teil-Strömungskanal 106e mündet in dem Anströmkanal 122a. Der Anströmkanal 122a erstreckt sich senkrecht zum Teil-Strömungskanal 106e in Richtung auf die Wärmetauscher-Ebene 110. Der im Teil-Strömungskanal 106e geführte Teil-Fluidstrom 108b trifft senkrecht auf eine Innenseite des Anströmkanals 122b.
Der Anströmkanal 122a mündet senkrecht in Richtung auf die Substratplatte 16 in einem Führungskanal 200. Der Führungskanal 200 verläuft dabei parallel zu der Substratplatte 16, welche die Wärme des im Führungskanal 200 strömenden, zu kühlenden Fluids aufnimmt. Zu diesem Zweck wird das strömende Fluid an der Substratplatte 16 entlang geleitet, wobei die Substratplatte 16 gleichzeitig eine Abdeckung des Führungskanals 200 bildet. Der Anströmkanal 122a mündet an einem ersten Ende 204 des Führungskanals 200 in diesen. An dem zweiten Ende 206 des Führungskanals 200, das dem ersten Ende 204 des Führungskanals 200 entgegengesetzt orientiert ist, mündet der Führungskanal 200 in den Abströmkanal 126a. Der Abströmkanal 126a erstreckt sich dabei senkrecht zum Führungskanal 200, so dass das im Führungskanal 200 strömende Fluid senkrecht von der Substratplatte 16 abgeleitet wird. Der durch den Radiallüfter 128 erzeugte Fluidstrom fördert das im Führungskanal 200 gekühlte Fluid aus dem Abströmkanal 126a in den Innenraum 100 des Schaltschrankes. Zu diesem Zweck mündet der Abströmkanal 126a direkt im zu kühlenden Innenraum 100 des Schaltschrankes.
Der Anströmkanal 122a erstreckt sich parallel zum Abströmkanal 126a. Die Strömungsrichtung gemäß Pfeil AN des im Anströmkanal 122a geführten Fluids ist entgegen der Strömungsrichtung gemäß Pfeil AB des im Abströmkanal 126a geführten Fluids gerichtet. Die Seitenwände des Anströmkanals 122a sind durch zwischen jeweils zwei Wärmetauscherelementen angeordneten Verbindungsstücke bzw. an Verbindungsstücken 21, wie sie in 2 gezeigt sind, angeordnete Wandstücke gebildet. Ebenso sind die Seitenwände des Abströmkanals 126a durch ähnliche Wandstücke gebildet.
Die Substratoberfläche der Wärmeabgebenden Substratplatten 18 der Wärmetauscherelemente des Wärmetauscherarrays 62 sind dem Außenkühlkreis bzw. dem Außenraum 112 des Schaltschrankes zugeordnet.
Zu diesem Zweck ist am Außenraum 112 des Schaltschrankes ein Außenströmungskanal 130 für den in Richtung des Pfeils AS strömenden Außenluftstrom angeordnet. Der Außenluftstrom in Richtung der Pfeile AS dient dem Wärmeübertrag mit der Substratoberfläche der Wärme abgebenden Substratplatten 18 der Wärmetauscherelemente des Wärmetauscherarrays 62. Am Außenströmungskanal 130, ist ein Außenluft-Radiallüfter 132 angeordnet, der den Außenluftstrom in Richtung der Pfeile AS im Außenströmungskanal 130 erzeugt. Der Außenluft-Radiallüfter 132 fördert wiederum an der Substratoberfläche der Wärmeabgebenden Substratplatten 18 erwärmte Außenluft aus dem Außenströmungskanal 130 in den Außenraum 112 des Schaltschrankes.
Innerhalb des Außenströmungskanals 130 sind an den Verbindungsstücken 21, wie auch in den 3 und 4 gezeigt, zwischen jeweils zwei Wärmetauscherelementen Strömungsleitelemente 40 angeordnet. Die Strömungsleitelemente 40 weisen Strömungsleitstrukturen 42 auf, die zumindest einen Teil des über die Substratoberfläche geführten Fluidstromes von der Substratoberfläche ableiten und die zumindest einen Teil des in Abstand von der Substratoberfläche geführten Fluids in Richtung auf die Substratoberfläche lenken. Die kreuzweise Ablenkung des Außenluftstromes ist durch die gekreuzten Pfeile KS in 6 gekennzeichnet. Der Aufbau derartiger Strömungsleitstrukturen 42 ist in der nach veröffentlichten DE 10 2006 011 794 B3 offenbart und dort genauer beschrieben. Weiterhin können den Wärmetauscherelementen im Außenströmungskanal (nicht gezeigte) Strömungsverwirbelungselemente zugeordnet sein, welche die Strömung im Bereich der Oberfläche des Substrates 18 lokal verwirbeln. Derartige Strömungsverwirbelungs-Elemente können eine turbulente Strömung im Außenströmungskanal 130 erzeugen.
7 zeigt in schematischer Darstellung und im Schnitt gemäß der Schnittlinie VII-VII in 5 den Bereich, in welchem der Strömungskanal 104 in die Vielzahl von Teil-Strömungskanäle mündet.
Mit den Bezugszeichen 116a, 116b, 116c, 116d, 116e und 116f sind hierbei beispielhaft einige Einströmöffnungen gekennzeichnet. Beispielsweise strömt in die Einströmöffnung 116b der Teil-Fluidstrom 108a, wohingegen in die Einströmöffnung 116e der Teil-Fluidstrom 108b einströmt. Die Strömungsrichtung der Teil-Fluidströme 108a und 108b ist in 7 in die Zeichenebene hinein gerichtet, was jeweils durch das mit einem Kreuz gekennzeichnete Ende eines Pfeile dargestellt ist.
8 zeigt das Kühlgerät in schematischer Darstellung und im Schnitt gemäß der Schnittlinie VIII-VIII in 5. Anhand der 8 wird deutlich, dass die Teil-Strömungskanäle eine Kanalabdeckung 107 und der Strömungskanal 104 eine Kanalabdeckung 105 aufweisen.
Wie anhand der 8 weiterhin deutlich wird, weist der Strömungskanal 104 einen sich in Richtung auf die Teilströmungskanäle verjüngenden Strömungsquerschnitt Q auf, wobei die Teil-Strömungskanäle einen kleineren Strömungsquerschnitt als der Strömungskanal aufweisen.

10: Peltier-Element
12: Wärme aufnehmende (kalte Seite)
14: Wärme abgebende Seite (warme Seite)
16: kalte Substratplatte
18: warme Substratplatte
20a, b, c, d: Wärmetauscherelement
21: Verbindungselement
22a, b, c, d: elektrische Kontaktierungsleitung
24a, b, c, d: Abstandsstück
26a, b, c, d: Durchgangsbohrung
28a, b, c, d: Gewindebohrung
30a, b, c, d: Gewindeschraube
32a, b: Verbindungsansatz
34: Grundkörper des Verbindungselements
36a, b, c, d: Rastnase
37a, bf: Ansatz
38a, b: Verbindungssteg
40: Strömungsleitelement
42: Strömungsleitstrukturen
44a, b, c: Wärmetauschermodul
46a, b: Verbindungsteil zwischen zwei Modulen
48a, b, c: Verbindungsansatz des Verbindungsteils
50a, b, c: Wärmetauschermodulreihe
52a, b: Verbindungsleiste
54: Grundkörper der Verbindungsleiste
56a, b: Einschnitte im Verbindungselement
58a, b, c: Verbindungsansatz der Verbindungsleiste
60a, b: Zuführöffnungen der Verbindungsleiste
62: Wärmetauscherarray
64a, b, c, d: Abschlussleiste
66: Grundkörper der Anschlussleiste
68a, b: Einschnitte in der Verbindungsleiste
70a, b, c: Verbindungsansatz der Abschlussleiste
71a, b, c: Verbindungsansatz der Abschlussleiste
72a, b: Zuführöffnungen der Abschlussleiste
100: Innenraum des Schaltschrankes
102: Innenraum-Kühlkreis
104: Strömungskanal
105: Kanalabdeckung des Strömungskanals
106a, b, c, d, e, f: Teil-Strömungskanäle
107: Kanalabdeckung der Teil-Strömungskanäle
108a, b: Teil-Fluidströme
110: Wärmetauscherebene
112: Außenraum des Schaltschrankes
114: Außenluftstrom
116a, b, c, d, e, f: Einströmöffnungen
118: Einströmebene
120: Teil-Strömungskanal-Ebene
122a, b: Anströmkanäle
124: an den Mündungsbereich anschließender Bereich
126a, b: Abströmkanäle
128: Fluid-Fördereinrichtung
130: Außenströmungskanal
132: Außenluft-Fördereinrichtung
200: Führungskanal
204: erstes Ende des Führungskanals
206: zweites Ende des Führungskanals
Pfeil A: Teil des Fluidstromes
Pfeil B: Teil des Fluidstromes
Pfeil F: Fluidstrom
q: Strömungsquerschnitt des Teil-Strömungskanals
Q: Strömungsquerschnitt des Strömungskanals
Pfeil AN: Strömungsrichtung in den Anströmkanälen
Pfeil AB: Strömungsrichtung in den Abströmkanälen
Pfeil AS: Außenlutstrom
Pfeile KS: kreuzweise Ablenkung des Außenluftstromes

Claims

Kühlgerät zur Kühlung eines Schaltschrank-Innenraumes (100), – mit einem, ein strömbares Fluid führenden Kühlreis (102), der eine Wärmetauscheranordnung mit mehreren Wärmetauschermodulen aufweist, die aus mindestens einem Wärmetauscherelement (20a-d) gebildet sind, – wobei die Wärmetauscherelemente (20a-d) jeweils wenigstens ein Peltier-Element (10) mit einer wärmeaufnehmenden (kalten Seite) (12) und einer wärmeabgebenden Seite (warmen Seite) (14) aufweisen und die Wärmetauscherelemente (20a-d) jeweils zwei Substratplatten (16, 18) aufweisen, zwischen denen das/die Peltier-Elemente (10) angeordnet sind, – wobei den Wärmeaufnahme-Substratplatten (16, 18) über einen Strömungskanal (104) ein wärmeaufnehmender Fluidstrom (Pfeil F) zugeführt ist und der Strömungskanal (104) in mehrere, nebeneinander angeordnete und jeweils einem Wärmetauschermodul zugeordnete Teilströmungskanaäle (106a-f) mündet, – wobei die Teilströmungskanäle (106a-f) für jedes Wärmetauschermodul in Führungskanäle (200) übergehen und jeder Führungskanal (200) einem Wärmetauscherelement (20a-d) oder einem Teil der Wärmetauscherelemente (20a-d) innerhalb des Wärmetauschermoduls zugeordnet ist.
Kühlgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratplatte (16) die Abdeckung des Führungskanals (200a) bildet.
Kühlgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein das strömende Fluid einleitender Anströmkanal (122a) im Wesentlichen senkrecht in Richtung auf die Substratplatte (16) im Führungskanal (200) mündet, so dass das strömende Fluid senkrecht auf die Substratplatte (16) auftrifft.
Kühlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anströmkanal (122a) an einem ersten Ende (204) des Führungskanals (200) in diesen mündet.
Kühlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskanal (200) in zumindest einen sich im Wesentlichen senkrecht zur Substratplatte (16) erstreckenden, das strömende Fluid ableitenden Abströmkanal (126a) mündet, so dass das strömende Fluid senkrecht von der Substratplatte (16) abgeleitet wird.
Kühlgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskanal (200) an einem zweiten, dem ersten Ende (204) des Führungskanals (200) entgegen gesetzten Ende (206) des Führungskanals (200a) in den Abströmkanal (126a) mündet.
Kühlgerät nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fluidfördereinrichtung (128) zu kühlendes Fluid aus dem Innenraum (100) des Schaltschrankes in den Anströmkanal (122a) fördert.
Kühlgerät nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fluidfördereinrichtung (128) gekühltes Fluid aus dem Abströmkanal (126a, 126b) in den Innenraum (100) des Schaltschrankes fördert.
Kühlgerät nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abströmkanäle (126a) direkt im zu kühlenden Innenraum (100) des Schaltschrankes münden.
Kühlgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidfördereinrichtung (128) einen Fluidstrom (Pfeil F) in dem Strömungskanal (104) erzeugt, der in die mehreren Teil-Strömungskanäle (106b, 106e) mündet, welche Teil-Fluidströme (108a, 108b) das strömende Fluid zum Wärmeübertrag mit der Substratplatte (16) führen.
Kühlgerät nach Anspruch 10; dadurch gekennzeichnet, dass der Teil-Strömungskanal (106b, 106e) in den Anströmkanal (122a, 122b) mündet.
Kühlgerät nach Anspruch 10 oder 11; dadurch gekennzeichnet, dass sich der Teil-Strömungskanal (106b, 106e) im Wesentlichen senkrecht zum Anströmkanal (122a, 122b) erstreckt, so dass das strömende Fluid senkrecht auf eine Innenseite des Anströmkanals (122a, 122b) auftrifft.
Kühlgerät nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil-Strömungskanal (106b, 106e) sich zumindest teilweise parallel zu der Substratplatte (16) erstreckt.
Kühlgerät nach einem der Ansprüche 5 bis 13; dadurch gekennzeichnet, dass sich der Anströmkanal (122a) parallel zum Abströmkanal (126a, 126b) erstreckt.
Kühlgerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtung (Pfeil AN) des im Anströmkanal (122a) geführten Fluids entgegen der Strömungsrichtung (Pfeil AB) des im Abströmkanal (126a) geführten Fluids gerichtet ist.
Kühlgerät nach einem der Ansprüche 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände des Anströmkanals (122a) und/oder des Abströmkanals (126a) durch zwischen mindestens zwei Wärmetauscherelementen (20a, 20b, 20c, 20d) angeordnete Verbindungsstücke (21, 52a, 52b) gebildet sind.