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Die
Erfindung betrifft ein Kühlgerät, insbesondere
zur Kühlung
des Innenraumes eines Schaltschrankes, mit zumindest einem, ein
strömbares
Fluid führenden
Kühlkreis,
der eine Anordnung mehrerer Wärmetauscherelemente
mit jeweils mindestens einem Peltier-Element aufweist, wobei der
Anordnung von Wärmetauscherelementen
ein Strömungskanal für den Fluidstrom
zugeordnet ist.
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Aus
dem Stand der Technik sind Kühlgeräte zur Kühlung des
Innenraumes eines Schaltschrankes bekannt, die einen inneren Kühlkreis
mit einem Kühlmittel
bzw. zu kühlender
Innenluft aufweisen. Der innere Kühlkreis ist über einen
Wärmetauscher bzw.
eine Anordnung mehrerer Wärmetauscherelemente
mit einem äußeren Kühlkreis
verbunden. Der äußere Kühlkreis
dient dazu, die vom inneren Kühlkreis über den
Wärmetauscher
an den äußeren Kühlkreis übertragene
Wärme vorzugsweise
in den Außenraum
abzuführen.
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Weiterhin
ist bekannt, einen Wärmetauscher aus
Wärmetauscherelementen
aufzubauen, die jeweils ein Peltier-Element aufweisen. Da die Wärmeübertragungsfähigkeit
eines Peltier-Elements begrenzt ist, ist es zur Erreichung einer
befriedigenden Kühlleistung
notwendig, mehrere Wärmetauscherelemente
beispielsweise in Form eines Arrays anzuordnen, wobei mehrere Wärmetauscherelemente
in einer Ebene nebeneinander angeordnet sind. Nunmehr besteht die
Schwierigkeit darin, das im inneren Kühlkreis geführte Kühlmittel bzw. die Kühlluft aus dem
Inneren des zu kühlenden
Schaltschrankes gleichmäßig dem
Wärmetauscher
bzw. dem Wärmetauscherarray
zuzuführen,
um einen ausreichenden Wärmeübertrag
zu erreichen.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein Kühlgerät der eingangs
genannten Art dahingehend zu verbessern, dass die Wärmeübertragung
von dem Kühlfluid an
den Wärmetauscher
verbessert ist. Darüber
hinaus soll das erfindungsgemäße Kühlgerät einen gleichmäßigen Kühlfluidstrom
zum Wärmeübertrag vom
Kühlfluid
an den Wärmetauscher
gewährleisten.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Kühlgerät mit den
Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Demgemäß mündet der
Strömungskanal
in eine Mehrzahl von Teilströmungskanälen, welche Teil-Fluidströme zum Wärmeübertrag
auf einen Teil der Wärmetauscherelemente
führen.
Indem der Kühlfluidstrom
im Strömungskanal
auf einzelne Teil-Fluidströme aufgeteilt
wird, welche jeweils einem Teilbereich des Wärmetauschers zugeführt werden, wird
sichergestellt, dass dem aus einzelnen Wärmetauscherelementen zusammengesetzte
Wärmetauscherarray
gleichmäßig Teil-Fluidströmen zugeführt werden.
An jedem Teil der Wärmetauscherelemente kann
somit ein besonders effektiver Wärmeübertrag erfolgen.
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Dabei
können
sowohl die Teil-Strömungskanäle als auch
der Strömungskanal
jeweils eine Kanalabdeckung aufweisen, wobei die Teil-Strömungskanäle einen
kleineren Strömungsquerschnitt
als der Strömungskanal
aufweisen.
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Mit
dieser Anordnung wird sichergestellt, dass ein breiter Fluidstrom
in einzelne kleine Fluidströme
zerlegt wird, welche sich auf einfache Weise jeweils Teilen der
Wärmetauscherelemente
zuführen lassen.
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Die
Aufteilung des breiten Fluidstromes in kleine Teil-Fluidströme wird
dadurch verbessert, dass der Strömungskanal
einen sich in Richtung auf die Teil-Strömungskanäle verjüngenden
Strömungsquerschnitt
aufweist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung weisen die Peltier-Elemente
der Wärmetauscherelemente
jeweils eine wärmeaufnehmende
(kalte Seite) und eine wärmeabgebende
Seite (warme Seite) auf. Dabei ist der Wärm aufnehmenden Seite eine
rechteckige Substratplatte und der Wärme abgebenden Seite eine rechteckige
Substratplatte zum Wärmeübertrag
zugeordnet.
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Die
Substratoberfläche
der Wärme
aufnehmenden Substratplatten der Wärmetauscherelemente ist dem
Innenraum des Schaltschrankes zugeordnet. Dabei können die
Teil-Fluidströme
mit der Wärme
aufnehmenden Seite der Wärmetauscherelemente
einen Wärmeübertrag
durchführen.
Auf diese Weise lässt
sich eine effektive Kühlung
der im Kühlinnenkreis
des Kühlgerätes geführten Kühlfluids
bzw. der Kühlluft
erreichen.
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Die
Substratoberfläche
der Wärme
abgebenden Substratplatten der Wärmetauscherelemente
ist dem Außenraum
des Schaltschrankes zugeordnet. Dabei kann ein Außenluftstrom
mit der wärmeabgebenden
Seite der Wärmetauscherelemente
einen Wärmeübertrag
durchführen.
Auf diese Weise wird eine effektive Wärmeabführung durch den äußeren, Außenluft
führenden
Kühlkreis
erreicht.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform können die
Wärmetauscherelemente
durch Verbindungsstücke
miteinander verbunden sein, wobei die miteinander verbundenen Wärmetauscherelemente in
einer gemeinsamen Wärmetauscher-Ebene
liegen. Einer derartigen ebenen Anordnung von Wärmetauscherelementen können auf
besonders einfache Weise die Teil-Fluidströme zugeführt werden.
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Um
den im Strömungskanal
geführten
Fluidstrom besonders einfach auf die einzelnen Teil-Strömungskanäle zu verteilen,
können
die Teil-Strömungskanäle im Mündungsbereich
des Strömungskanals
benachbart zueinander jeweils Einströmöffnungen aufweisen. In bevorzugter
Weise können
diese Einströmöffnungen
in einer gemeinsamen Einströmebene
liegen, die sich senkrecht zu der Wärmetauscher-Ebene erstreckt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform können die
Einströmöffnungen
in einer Reihe angeordnet sein, die sich parallel zu der Wärmetauscher-Ebene
erstreckt. Dabei können
die Teil-Strömungskanäle zumindest
teilweise parallel zu der Wärmetauscher-Ebene
verlaufen. Ein derartiger Aufbau ist besonders kompakt und lässt sich
fertigungstechnisch einfach realisieren.
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Dabei
ist es besonders vorteilhaft, wenn sich zumindest in einem sich
an den Mündungsbereich der
Teil-Strömungskanäle mit dem
Strömungskanal anschließenden Bereich
die Teil-Strömungskanäle parallel
zueinander erstrecken.
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Um
die Teil-Fluidströme
jeweils einem Teil der Wärmetauscherelemente
effektiv zuführen
zu können,
können
zwischen der Teil-Strömungskanalebene
und der Wärmetauscher-Ebene
eine Mehrzahl von senkrecht dazu verlaufenden Anströmkanälen angeordnet
sein. Dabei kann jeder Teil-Strömungskanal
in einem Anströmkanal
münden,
der sich senkrecht zu der Wärmetauscher-Ebene
erstreckt und den Teil-Fluidstrom
in Richtung auf einen Teil der Wärmetauscherelemente
zum Wärmeübertrag
führt.
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Um
die gesamte Anordnung von Wärmetauscherelementen
möglichst
gleichmäßig den
Teil-Fluidströmen
auszusetzen, können
die Anströmkanäle benachbarter
Teil-Strömungskanäle voneinander
abgetrennt in einer Reihe angeordnet sein. Durch die Abtrennung
der einzelnen Anströmkanäle benachbarter
Teil-Strömungskanäle wird
sichergestellt, dass sich die einzelnen Teil-Fluidströme nicht
gegenseitig beeinflussen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
können
sich senkrecht zu der Wärmetauscher-Ebene
Abströmkanäle erstrecken,
welche von den Teil-Strömungskanälen und
den Anströmkanälen abgetrennt
sind und den Teil-Fluidstrom nach dem Wärmeübertrag mit dem Teil der Wärmetauscherelemente
abführen.
Dabei kann jedem Teil-Strömungskanal
ein Anströmkanal
und ein damit in Fluidverbindung stehender Abströmkanal zugeordnet sein. Mit einer
derartigen Anordnung lässt
sich ein besonders effektiver Wärmeübertrag
in jedem Teil-Fluidstrom erreichen. Damit das an den Wärmetauscherelementen
abgekühlte
Kühlfluid
möglichst
direkt in den zu kühlenden
Innenraum des Schaltschranks zurückgeführt wird,
können
die Abströmkanäle im zu
kühlenden
Innenraum des Schaltschrankes münden.
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Um
eine besonders kompakte Anordnung zu erreichen und gleichzeitig
einen besonders gleichmäßigen Wärmeübertrag
zwischen den Teil-Fluidströmen
und den Wärmetauscherelementen
zu erreichen, können
sich die in Reihe angeordnete Anströmkanäle parallel zu den in Reihe
angeordneten Abströmkanälen erstrecken.
Dabei können
die Teil-Fluidströme
in besonders bevorzugter Ausführungsform
derart geführt
sein, dass die Strömungsrichtung
des in den Anströmkanälen geführten Fluids entgegen
der Strömungsrichtung
des in den Abströmkanälen geführten Fluids
gerichtet ist.
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Um
den Fluidstrom im Strömungskanal
und gleichzeitig die Teil-Fluidströme in den Teil-Strömungskanälen zu erzeugen,
kann dem Strömungskanal
eine Fluidfördereinrichtung
zugeordnet sein.
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Diese
Fluidfördereinrichtung
kann die zu kühlende
Innenluft aus dem Innenraum des Schaltschrankes in den Strömungskanal
hinein fördern.
In besonders vorteilhafter Weise kann die Fluidfördereinrichtung auch dazu dienen,
die gekühlte
Innenluft aus den Abströmkanälen in den
Innenraum des Schaltschrankes zu fördern. Dabei ist für den gesamten
Innenkreislauf nur eine Fluidfördereinrichtung notwendig.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform kann
der Teil der Wärmetauscherelemente,
der einen Wärmeübertrag
mit einem Teil-Fluidstrom durchführt, aus
zwei miteinander verbundenen Wärmetauscherelementen
bestehen, die jeweils ein Wärmetauscherpaar
bilden. Dabei können
sowohl benachbarte Teile der Wärmetauscherelemente
als auch Wärmetauscherpaare
durch Trennwende voneinander abgetrennt werden, so dass ein Teil
der Wärmetauscherelemente
bzw. ein Wärmetauscherpaar
nur jeweils mit einem Teil-Fluidstrom Wärme überträgt.
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In
besonders einfacher und kompakt bauender Weise können die Trennwände durch
zwischen den Wärmetauscherelementen
angeordnete Verbindungsstücke
gebildet sein. Dem Außenraum
des Schaltschrankes kann ein Außenströmungskanal
für den
Außenluftstrom
zum Wärmeübertrag
mit der dem Außenraum
zugeordneten Substratoberfläche der
wärmeabgebenden
Substratplatten der Wärmetauscherelemente
zugeordnet sein. Mit einer derartigen Anordnung kann die vom Innenkühlkreis
an den Außenkühlkreis übertragene
Wärme effektiv
abgeführt
werden.
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Gemäß einer
besonderen Ausführungsform der
Erfindung können
den Wärmetauscherelementen Strömungsleitelemente
im Außenströmungskanal zugeordnet
sein.
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Diese
Strömungsleitelemente
können
dabei an einem zwei Wärmetauscherelemente
verbindenden Verbindungsstück
angebracht sein. Dabei können
die Strömungselemente
jeweils Strömungsleitstrukturen
aufweisen, 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.
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Mit
einem derartigen Strömungsleitelement wird
somit eine kreuzweise Ablenkung des Kühlfluidstromes im Außenkühlkreis
vorgenommen. Dementsprechend wird das im Bereich der Oberfläche des Substrats
geleitete Kühlfluid
vom Substrat weggeführt.
Dafür wird
kältere
Außenluft,
die in einer der Substratoberfläche
entfernten Strömungsschicht
geführt
wird, auf die Substratoberfläche
geleitet. Infolge dieses aktiven Luftaustausches wird die Wärmeabfuhr
von der Substratoberfläche
deutlich effektiviert und damit ein besserer Wirkungsgrad ermöglicht.
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Zusätzlich können den
Wärmetauscherelementen
Strömungsverwirbelungs-Elemente im Außenströmungskanal
zugeordnet sein, welche lokal die Strömung im Bereich der Oberfläche des
Substrats verwirbeln. Auch die Strömungs-Verwirbelungselemente können an
einem zwei Wärmetauscherelemente
verbindenden Verbindungselement angebracht sein. Die Strömungsverwirbelungs-Elemente können dazu
dienen, eine turbulente Strömung
im Strömungskanal
zu erzeugen, wodurch ein verbesserter Wärmeübertrag an die Außenluft
und damit eine Verbesserung des Wirkungsgrades des Kühlgerätes erreicht
wird.
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Um
die durch den Wärmeübertrag
erwärmte Außenluft
effektiv aus dem Außenströmungskanal
in den Außenraum
des Schaltschrankes zu fördern, kann
eine Außenluft-Fördereinrichtung
vorgesehen sein, die dem Außenströmungskanal
zugeordnet ist.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispieles
näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 in
schematischer, perspektivischer Darstellung und in Explosionsansicht
ein erfindungsgemäßes Wärmetauscherelement;
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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;
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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;
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4 in
schematischer, perspektivischer Darstellung das in 3 dargestellte
Wärmetauscherarray
in zusammengefügtem
Zustand;
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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;
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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;
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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
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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.
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1 zeigt
in schematischer, perspektivischer Darstellung und in Explosionsansicht
ein Wärmetauscherelement 20a,
das eine untere, quadratische Substratplatte 16, eine dazu
deckungsgleich angeordnete obere, quadratischen 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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 diesen angebrachten
Wärmetauscherelementen 20a, 20b, 20c und 20d lässt sich
ein im Wesentlichen ebener Abschlussbereich ausbilden.
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An
der den Wärmetauscherelementen 20a und 20d zugewandten
in 2 rechten Längsseite des
Grundkörper 34 des
Verbindungselements 21 ist ein Verbindungsansatz 32a angeformt.
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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.
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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.
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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.
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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 dem 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.
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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.
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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.
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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 36 deinstückig 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.
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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.
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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.
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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 gerichtet
Teil des Verbindungsteils 46 ist gleich dem in Richtung auf
das Wärmetauschermodul 44a gerichtete
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.
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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.
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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.
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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.
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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 Verbindungsansätzen, von
denen nur drei mit den Bezugszeichen 58a, 58b und 58c versehen
sind, angeformt.
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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.
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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 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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Verbindungsleiste 52a welche die Wärmetauschermodulreihen 50a und 50b verbindet, weist
an ihren Schmalseiten jeweils ein 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.
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Beispielsweise
die Abschlussleiste 64a weist an ihrer dem Wärmetauscherarray 62 zugewandten Längsseite
eine Mehrzahl von Verbindungsansätzen 70a, 70b 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 sind dort
festlegen lassen.
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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 hinein.
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Die
Abschussleisten 64a und 64c sind als 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.
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4 zeigt
in schematischer, perspektivischer Darstellung das in 3 dargestellte
Wärmetauscherarray 62 in
zusammengefügtem
Zustand.
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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 Wärmetauschermodulreihen 50a,
ist aus drei Wärmetauschermodulen 44a. 44b und 44c aufgebaut.
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Jedes
der Wärmetauschermodule,
beispielsweise das Wärmetauschermodul 44a ist
aus vier Wärmetauscherelementen 20a, 20b, 20c und 20d aufgebaut.
Die Wärmetauscherelementen 20a, 20b, 20c und 20d sind
dabei durch das Verbindungselement 21 miteinander verbunden.
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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 noch nicht veröffentlichten
DE 10 206 011 794.8 offenbart und
dort genauer beschrieben.
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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 noch nicht veröffentlichten
DE 10 206 011 794.8 offenbart
und dort genauer beschrieben. Derartige Strömungsverwirbelungs-Elemente
erzeugen eine turbulente Strömung.
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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.
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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.
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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 108 dem Wärmeübertrag
mit den Wärmetauscherelementen 20b und 20c,
wohingegen der Teil-Fluidstrom 108b dem Wärmeübertrag mit
den Wärmetauscherelementen 20a und 20d dient.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Abströmkanäle benachbarter
Teil-Strömungskanäle sind
voneinander abgetrennt in einer Reihe angeordnet, die sich senkrecht
zur Erstreckungsrichtung der Wärmetauscherelementreihen 50a, 50b und 50c erstreckt.
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Jedem
Teil-Strömungskanal
sind ein Abströmkanal
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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 200a.
Der Führungskanal 200a verläuft dabei
parallel zu der Substratplatte 16, welche die Wärme des
im Führungskanal 200a 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 200a bildet.
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Der
Anströmkanal 122a mündet an
einem ersten Ende 204 des Führungskanals 200a 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.
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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.
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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.
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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 Wärme
abgebenden Substratplatten 18 erwärmte Außenluft aus dem Außenströmungskanal 130 in
den Außenraum 112 des
Schaltschrankes.
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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 noch nicht veröffentlichten
DE 10 206 011 794.8 offenbart
und dort genauer beschrieben.
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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.
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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 und in die Einströmöffnung 116e der Teil-Fluidstrom 108b einströmt. Die
Strömungsrichtung
der Teil-Fluidstrom 108a und 108b ist in 7 in die
Zeichenebene hinein gerichtet, was jeweils durch das mit einem Kreuz
gekennzeichnete Ende eines Pfeile dargestellt ist.
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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.
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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.