Die Erfindung betrifft eine Anordnung von Wärmetauscherelementen mit wenigstens einem Peltier-Element, das eine wärmeaufnehmende (kalte Seite) und eine wärmeabgebende Seite (warme Seite) aufweist. Beiden Seiten des Peltier-Elements ist jeweils eine rechteckige Substratplatte zum Wärmeübertrag mit einem strömbaren Fluid zugeordnet. Die beiden Substratplatten sind parallel zueinander ausgerichtet.

Eine derartige Anordnung von Wärmetauscherelementen ist aus der 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 aufgrund der beschränkten Wärmeübertragungsfähigkeit herkömmlicher Peltier-Elemente wünschenswert, die Flächen der Substrate, die in Wärme übertragenden Kontakt mit dem strömbaren Fluid kommen, möglichst großflächig auszugestalten.

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 und an Wärmetauscherflächen vorbei, so dass ein Wärmeabtausch vorgenommen werden kann.

In der US 6,347,521 B1 ist ein Wärmetauscher beschrieben, der in mehreren Teilmodulen eine Vielzahl vom Peltier-Elementen zusammengefasst. Die Teilmodule werden zwischen zwei Substratplatten montiert, die eine wärmeaufnehmende und eine wärmeabgebende Seite bilden.

Ein weiterer aus Teilmodulen zusammengesetzter Wärmetauscher ist aus der US 4,065,936 bekannt. Die Teilmodule weisen jeweils Peltier-Elemente auf, denen Kanalstrukturen für die geordnete Luftleitung zugeordnet sind. Die Teilmodule können so zu einem Wärmetauscher zusammengefasst werden, dass die Kanalstrukturen in Verbindung stehen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung von Wärmetauscherelementen der eingangs erwähnten Art anzugeben, bei der die Wärmeableitung von dem zu kühlenden Substrat verbessert ist. Darüber hinaus soll die erfindungsgemäße Anordnung besonders einfach aufgebaut sein und je nach Spezifikation unterschiedlich konfigurierbar und an vorgegebene Geometrien leicht anpassbar sein. Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung von Wärmetauscherelementen gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Demgemäß kann eine Mehrzahl von Wärmetauscherelementen durch mindestens ein Verbindungselement miteinander verbunden werden, wobei die Substratplatten jeweils in einer gemeinsamen Ebene liegen. Hierdurch wird auf einfache Weise eine Verbindung zwischen einzelnen Wärmetauscherelementen realisiert, wobei die gesamte Anordnung eine im Wesentlichen ebene Oberfläche aufweist, wodurch ein besonders guter Wärmeübertrag mit dem strömbaren Fluid erzielt wird.

Erfindungsgemäß wird die Mehrzahl von Wärmetauscherelementen durch mindestens ein Verbindungselement miteinander verbunden, wobei dieses Verbindungselement zumindest mit einem Verbindungsansatz jeweils in die Beabstandungsbereiche zwischen den beiden Substratplatten zumindest zweier miteinander zu verbindender Wärmetauscherelemente hineinreicht. Die Verbindungsansätze können in dem Beabstandungsbereich festgelegt werden, so dass eine sichere Verbindung zwischen dem Verbindungselement und dem jeweiligen Wärmetauscherelement gewährleistet ist.

Damit jedes einzelne Wärmetauscherelement einen besonders effektiven Beitrag zum Wärmeübertrag der gesamten Anordnung leisten kann, ist zwischen den beiden Substratplatten eines Wärmetauscherelements ein Peltier-Element mit einer zwischen den Substratplatten und parallel zu diesen herausgeführten elektrischen Kontaktierungsleitungen angeordnet. Damit wird sichergestellt, dass jedes einzelne Peltier-Element individuell angesteuert, bzw. bestromt werden kann.

Damit das zwischen den beiden Substratplatten angeordnete Peltier-Element zum einen vor mechanischer Beschädigung geschützt ist und zum anderen ein über die Substratplatten guter Wärmeübertrag gewährleistet ist können die beiden Substratplatten durch thermisch und elektrisch isolierende Abstandsstücke voneinander beabstandet sein. Eine besonders hohe Stabilität wird dadurch erreicht, wenn die Abstandsstücke an den Eckbereichen der Substratplatte angeordnet sind.

Gemäß einer Ausführungsform können dabei in einer der Substratplatten an den Eckbereichen Durchgangsbohrungen und an der anderen Substratplatte korrespondierende Gewindebohrungen angebracht sein. Auf diese Weise lassen sich beide Substratplatten durch Gewindeschrauben auf einfache Weise miteinander verbinden. Die Abstandsstücke sind dabei als Rohrabschnitte ausgebildet, durch die sich die Gewindeschrauben hindurch erstrecken.

Eine ebene Gesamtfläche der erfindungsgemäßen Anordnung lässt sich dadurch aufbauen, dass das Verbindungselement mit dem damit verbundenen Wärmetauscherelement jeweils einen im Wesentlichen ebenen Anschlussbereich bildet. Dabei weist das Verbindungselement einen rechteckigen, plattenförmigen Grundkörper auf, dessen Plattendicke im Wesentlichen dem Abstand der beiden äußeren Substratoberflächen eines Wärmetauscherelements entspricht.

Einzelne Wärmetauscherelemente lassen sich dadurch besonders einfach und darüber hinaus lösbar miteinander Verbinden, dass der in die Beabstandungsbereiche zwischen den beiden Substratplatten zumindest zweier miteinander zu verbindender Wärmetauscherelemente hineinreichende Verbindungsansatz Rastnasen aufweist, die mit den Abstandsstücken zwischen den Substratplatten in rastenden Eingriff gebracht werden können.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform lassen sich mit einem Verbindungselement gleichzeitig vier Wärmetauscherelemente miteinander verbinden. Dabei ist der Grundkörper des Verbindungselements als lang gestreckte, rechteckige Platte ausgebildet, wobei an jeder Plattenlängsseite paarweise zwei Wärmetauscherelemente benachbart zueinander angeordnet sind. Dabei beabstandet der Grundkörper die beiden Paare von Wärmetauscherelementen voneinander.

Die beidseitig des Grundkörpers paarweise angeordneten Wärmetauscherelemente lassen sich dadurch miteinander verbinden, dass beidseitig der Längsachse des Grundkörpers des Verbindungselements jeweils ein Verbindungssteg senkrecht hervorsteht, der jeweils in die Beabstandungsbereiche zwischen den beiden Substratplatten der paarweise miteinander zu verbindenden Wärmetauscherelemente hineinreicht und dort festgelegt werden kann.

Dabei kann zwischen den paarweise miteinander verbundenen Wärmetauscherelementen ein geringer Luftspalt durch den Verbindungssteg erreicht werden, wobei der Verbindungssteg das Paar von Wärmetauscherelementen zueinander festlegt.

Um wiederum eine besonders einfache und gleichzeitig lösbare Verbindung der paarweise zu verbindenden Wärmetauscherelementen zu realisieren, kann der Verbindungssteg beidseitig Ansätze aufweisen, die jeweils Abstandsstücke zwischen den Substratplatten hintergreifen und das Wärmetauscherelement in der durch die Rastnasen an den Verbindungsansätzen des Grundkörpers des Verbindungselements in Raststellung halten.

Um die Peltier-Elemente der einzelnen Wärmetauscherelemente mit Strom zu versorgen und gleichzeitig eine besonders einfache Leitungsführung zu gewährleisten, können die elektrischen Kontaktierungsleitungen der jeweiligen Peltier-Elemente parallel zur Längserstreckungsrichtung des Grundkörpers des Verbindungselements herausgeführt sein. Die herausgeführten Kontaktierungsleitungen können dann auf einfache Weise zusammengefasst in einer Kabelführung geführt werden.

Gemäß einem weiterführenden Gedanken der Erfindung kann an zumindest einer Oberfläche des Verbindungselements wenigstens ein Strömungsleitelement angebracht sein. Dieses Strömungsleitelement kann dabei 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. Diese Strömungsleitelemente sind insbesondere beim Einbau der Anordnung in einen Strömungskanal wirksam, wobei mit dem Strömungsleitelement eine kreuzweise Ablenkung des Kühlfluidstromes vorgenommen wird. Dementsprechend kann das im Bereich der Oberfläche des Substrates geleitete Kühlfluid vom Substrat weggeführt werden. Dafür wird kälteres Kühlfluid, das in einer der Substratoberfläche entfernten Strömungsschicht geführt wird, auf die Substratoberfläche geleitet. Infolge dieses aktiven Fluidtausches wird die Wärmeabfuhr von der Substratoberfläche deutlich effektiviert und damit ein besserer Wirkungsgrad möglich.

Zusätzlich oder alternativ kann an zumindest einer Oberfläche des Verbindungselements wenigstens ein Strömungsverwirbelungs-Element angebracht sein, das lokal die Strömung im Bereich der Oberfläche des Substrates verwirbelt. Hierdurch kann eine weitere Wirkungsgradverbesserung insbesondere dann erreicht werden, wenn das Stömungsverwirbelungs-Element eine turbulente Strömung erzeugt. Insbesondere in Kombination mit einem Strömungsleitstrukturen aufweisenden Strömungselement ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung einen besonders effektiven Wärmeübertrag.

Gemäß einem Grundgedankten der Erfindung können die vier mit dem Verbindungselement verbundenen Wärmetauscherelemente ein Wärmetauschermodul bilden. Dabei kann eine Mehrzahl von Wärmetauschermodulen miteinander verbunden werden, wobei die Substratplatten der Wärmetauscherelemente jeweils in einer gemeinsamen Ebene liegen. Die einzelnen Wärmetauscherelemente eines Wärmetauschermoduls sind bevorzugtermaßen an den Ecken eines Rechtecks, insbesondere eines Quadrats, angeordnet.

Zwei derartige Wärmetauschermodule können auf einfache Weise durch ein Verbindungsteil miteinander verbunden werden, wobei sich das Verbindungsteil parallel zur Längserstreckungsrichtung des Grundkörpers des Verbindungselements erstreckt. Dabei lassen sich die zu verbindenden Wärmetauschermodule dadurch auf einfache Weise miteinander verbinden, dass das Verbindungsteil beidseitig Verbindungsansätze aufweist, die jeweils in die Beabstandungsbereiche zwischen den beiden Substratplatten der miteinander zu verbindenden Wärmetauschermodule hineinreichen. Die Verbindungsansätze können in dem Beabstandungsbereich festgelegt werden, so dass eine sichere Verbindung zwischen dem Verbindungsteil und dem jeweiligen Wärmetauscherelement gewährleistet ist.

Gemäß noch einem weiteren Grundgedanken der Erfindung kann eine Mehrzahl von jeweils durch Verbindungsteile in Reihe miteinander verbundener Wärmetauschermodule eine Wärmetauschermodulreihe bilden. Dabei lässt sich eine Mehrzahl von Wärmetauschermodulreihen derart miteinander verbinden, dass die Substratplatten der einzelnen Wärmetauscherelemente jeweils in einer gemeinsamen Ebene liegen.

Zwei derartige Wärmetauschermodulreihen lassen sich auf einfache Weise durch eine Verbindungsleiste miteinander verbinden, wobei sich die Verbindungsleiste senkrecht zur Längserstreckungsrichtung des Grundkörpers des Verbindungselements erstreckt.

Damit die Oberfläche der erfindungsgemäßen Anordnung möglichst eben ausgebildet werden kann, bildet die Verbindungsleiste mit dem damit verbundenen Wärmetauscherelementen der Wärmetauschermodulreihen einen im Wesentlichen ebenen Anschlussbereich. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Verbindungsleiste einen rechteckigen, lang gestreckten, plattenförmigen Grundkörper aufweist, dessen Plattendicke im Wesentlichen dem Abstand der beiden äußeren Substratoberflächen eines Wärmetauscherelements entspricht.

Um eine Verbindung zweier Wärmetauschermodulreihen mittels einer Verbindungsleiste zu ermöglichen, kann das Verbindungselement an seinen Schmalseiten jeweils einen sich parallel zu den Substratplatten eines Wärmetauscherelements erstreckenden Einschnitt aufweisen, der dem Beabstandungsbereich zwischen den beiden Substratplatten eines Wärmetauscherelements entspricht. In diese Einschnitte an den Schmalseiten der Verbindungselemente und in die Beabstandungsbereiche zwischen den beiden Substratplatten der Wärmetauscherelemente zumindest zweier miteinander zu verbindender Wärmetauschermodulreihen kann die Verbindungsleiste mit daran vorgesehenen Verbindungsansätzen hineinreichen und dort festgelegt werden.

Um eine besonders einfache und den Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung nicht beeinflussende Führung der elektrischen Kontaktierungsleitungen der einzelnen Peltier-Elemente zu ermöglichen, kann die Verbindungsleiste als eine in ihrer Erstreckungsrichtung hohl ausgebildete Kanalführung ausgebildet sein. In dieser hohlen Kanalführung kann eine Mehrzahl von elektrischen Kontaktierungsleitungen nebeneinander geführt sein. Die von den Wärmetauscherelementen der von der Verbindungsleiste zu verbindenden Wärmetauschermodulreihen senkrecht herausgeführten Kontaktierungsleitungen können durch an den Längsseiten der Verbindungsleiste zwischen den Verbindungsansätzen angebrachten Zuführöffnungen in die hohle Kabelführung eingeführt werden.

Gemäß noch einem weiteren Grundgedanken der Erfindung kann eine Mehrzahl von Wärmetauschermodulreihen miteinander verbunden werden, wobei die Substratplatten der Wärmetauscherelemente jeweils in einer gemeinsamen Ebene liegen. Dabei kann eine Mehrzahl von jeweils durch Verbindungsleisten parallel miteinander verbundener Wärmetauschermodulreihen ein Wärmetauscherarray bilden. Um die Anordnung der einzelnen Wärmetauscherelemente bzw. -module bzw. -modulreihen des Wärmetauscherarrays zusammenzuhalten bzw. einen Abschluss an dessen Randbereich vorzusehen, kann jeder Randbereich des Wärmetauscherarrays durch eine Abschlussleiste begrenzt sein. Die an allen Randbereichen des Wärmetauscherarrays herumgeführten Abschlussleisten können dabei einen Begrenzungsrahmen bilden.

Um eine möglichst ebene Oberfläche des Wärmetauscherarrays zu erreichen, kann die Abschlussleiste mit den damit verbundenen Wärmetauscherelementen des Wärmetauscherarrays einen im Wesentlichen ebenen Anschlussbereich bilden. Zu diesem Zweck kann die Abschlussleiste einen im Wesentlichen rechteckigen, lang gestreckten, plattenförmigen Grundkörper aufweisen, dessen Plattendicke im Wesentlichen dem Abstand der beiden äußeren Substratoberflächen eines Wärmetauscherelements entspricht.

Damit die Abschlussleiste am Randbereich des Wärmetauscherarrays angebracht werden kann, kann jede Verbindungsleiste, die zwei Wärmetauschermodulreihen eines Wärmetauscherarrays miteinander verbindet, an ihren Schmalseiten jeweils einen sich parallel zu den Substratplatten eines Wärmetauscherelements erstreckenden Einschnitt aufweisen. Dieser Einschnitt entspricht dem Beabstandungsbereich zwischen den beiden Substratplatten eines Wärmetauscherelements.

In diese Einschnitte an den Schmalseiten der Verbindungsleisten und in die Beabstandungsbereiche zwischen den beiden Substratplatten der mit der Abschlussleiste zu versehenden Wärmetauscherelemente kann die Abschlussleiste zumindest mit einem Verbindungsansatz hineinreichen und dort festgelegt werden.

Um eine weitere Möglichkeit einer effektiven Führung der elektrischen Kontaktierungsleitungen der jeweiligen Peltier-Elemente zu ermöglichen, kann jede Abschlussleiste als in ihrer Erstreckungsrichtung hohl ausgebildete Kabelführung ausgebildet sein, wobei an der dem Wärmetauscherarray zugewandten Längsseite der Abschlussleiste zwischen den Verbindungsansätzen Zuführöffnungen für die Kontaktierungsleitungen der Peltier-Elemente angebracht sind.

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 den 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, sodass 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, 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 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 hinein, erstrecken.

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.

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 gezeigte 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 Pfeiles 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.

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 angeordnete 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 Pfeiles 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.

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