DE202011110352U1

DE202011110352U1 - Elektrisches Kühlmodul mit Peltier-Element zum elektrischen Kühlen eines Luftstroms

Info

Publication number: DE202011110352U1
Application number: DE201120110352
Authority: DE
Original assignee: Ingo Schehr
Current assignee: JANY, PETER, DR., DE
Priority date: 2010-08-04
Filing date: 2011-06-10
Publication date: 2013-08-06
Anticipated expiration: 2021-06-11
Also published as: WO2012016607A1; DE202010011016U1

Abstract

Elektrisches Kühlmodul (1) zum elektrischen Kühlen eines Luftstroms (3), insbesondere zum Kühlen und Belüften eines Sitzes, mit mindestens einem Peltier-Element (10) und mindestens einem luftdurchströmbaren Wärmeaustauschbereich (4) mit wärmeleitenden Lamellen, die mit dem Peltier-Element (10) in wärmeleitender Verbindung stehen und mit diesem zu einem Modul zusammengefasst sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen des Kühlmoduls (1) sowohl mindestens ein Lamellenband (5) als auch mindestens ein festes Lamellenprofil (6) umfassen, die in dem Wärmeaustauschbereich (4) angeordnet sind, wobei das Lamellenband (5) im zentralen Bereich des Wärmeaustauschbereichs (4) innerhalb eines Rahmens (7) angeordnet ist, der quer zur Strömungsrichtung (2) angeordnet ist, das Lamellenprofil (6) im Außenbereich des Wärmeaustauschbereichs (4) angeordnet ist und das Kühlmodul (1) Federelemente (9) aufweist, die zum Zusammendrücken des Lamellenbandes (5), des Lamellenprofils (6) und des Peltier-Elements (10) ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kühlmodul mit Peltier-Element zum elektrischen Kühlen eines Luftstroms. Ein solches Kühlmodul ist insbesondere zum Kühlen und Belüften eines Sitzes, insbesondere in Fahrzeugen, vorgesehen. Es umfasst mindestens ein Peltier-Element und mindestens einen luftdurchströmbaren Wärmeaustauschbereich mit wärmeleitenden Lamellen, die mit dem Peltier-Element in wärmeleitender Verbindung stehen und mit diesem zu einem Modul zusammengefasst sind.
Peltier-Elemente werden auch als thermoelektrische Elemente bezeichnet. Ein Peltier-Element ist ein elektrothermischer Wandler, der basierend auf dem Peltier-Effekt bei Stromdurchfluss eine Temperaturdifferenz erzeugt. Grundlage für den Peltier-Effekt ist der Kontakt von zwei Leitern. Leitet man einen Gleichstrom durch zwei hintereinanderliegende Kontaktstellen dieser Materialien, wird eine Kontaktstelle warm und die andere kalt. Bei Metallen liegt die erreichbare Temperaturdifferenz jedoch unter 1 K, daher verwendet man für die wirtschaftliche Nutzung des Peltier-Effekts n- und p-dotierte Halbleiter, die durch eine Kupferbrücke verbunden sind.
Ein Peltier-Element besteht aus zwei oder mehreren kleinen Quadern jeweils aus p- und n-dotiertem Halbleitermaterial (Bismut-Tellurid, Silizium-Germanium), die abwechselnd oben und unten durch Metallbrücken miteinander verbunden sind. Die Metallbrücken bilden zugleich die thermischen Kontaktflächen und sind durch eine aufliegende Folie oder eine Keramikplatte isoliert. Immer zwei unterschiedliche Quader sind so miteinander verbunden, dass sie eine Reihenschaltung ergeben. Der zugeführte elektrische Strom durchfließt alle Quader nacheinander. Abhängig von Stromstärke und -richtung kühlen sich die Verbindungsstellen einer Seite ab, während sich die der anderen Seite erwärmen. Der Strom pumpt somit Wärme von der kalten Seite auf die warme Seite, d. h. es findet ein Wärmetransport statt, und erzeugt eine Temperaturdifferenz zwischen den Platten. Mit Hilfe einer elektrischen Leistung transportiert das Peltier-Element als ”elektrische Wärmepumpe” die Wärme von kalt nach warm.
Die gebräuchlichste Form von Peltier-Elementen besteht aus zwei meist quadratischen Platten aus Aluminiumoxid-Keramik mit einer Kantenlänge von 20 mm bis 60 mm und einem Abstand von 3 mm bis 5 mm, zwischen denen die Halbleiter-Quader eingelötet sind. Die Keramikflächen sind hierzu an ihren zugewandten Flächen mit lötbaren Metallflächen versehen.
Die größten Vorteile eines Peltier-Elements sind die geringe Größe, die kompakte Bauform, das geringe Gewicht und die Vermeidung jeglicher bewegter Bauteile, Gase und Flüssigkeiten; eine Kältemaschine benötigt dagegen immer ein Kältemittel und in den meisten Fällen einen Kompressor. Ferner ist mit Peltier-Elementen durch eine einfache Umkehr der Stromrichtung sowohl Kühlen als auch Heizen möglich. Durch Umpolen des elektrischen Stromes wird beim Peltier-Element die Kalt- und Warmseite gewechselt. Damit kann eine Temperaturregelung erreicht werden, wenn die Umgebungstemperatur oberhalb oder auch unterhalb der Solltemperatur liegt. Zudem arbeiten Peltier-Elemente geräusch- und erschütterungsfrei und sind lageunabhängig.
Der Wärmetransport bzw. die Wärmeleitfähigkeit aller Komponenten des Temperaturweges bestimmt die Effektivität des Kühlung mit einem Peltier-Element. Besondere Beachtung erfordern die Wärmeübergänge zwischen dem zu kühlenden bzw. temperierenden Objekt und dem Peltier-Element auf der einen Seite und zwischen dem Peltier-Element und dem Kühlkörper/Flüssigkeitskühler/Wärme-Transferer auf der anderen Seite. Hier können gewaltige Wirkungsgrad-Verluste entstehen.
Kühlt man die warme Seite des Peltier-Elements, z. B. mittels eines aufgesetzten Kühlkörpers mit Ventilator, so wird die kühlende Seite noch kälter. Die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Seiten kann, je nach Element und Strom, bei einstufigen Elementen bis ca. 70 Kelvin betragen. Das thermische Management auf der warmen Seite des Peltier-Elements ist der absolut bestimmende Parameter für jede Anwendung. Je kühler die Warmseite gehalten wird, desto kälter kann die Kaltseite werden. Deshalb muss die von der kalten Seite des Peltier-Elements zur warmen Seite transportierte Wärmemenge in vollem Umfang von dort weggeführt werden, um auf der kalten Seite eine ausreichend tiefe Temperatur zu erhalten und um eine Überhitzung des Peltier-Elements zu vermeiden. Dabei entspricht die von der warmen Seite wegzuführende Wärmemenge der Summe der vom Peltier-Element gepumpten Wärme plus der Wärme, die durch die vom Peltier-Element aufgenommene elektrische Betriebsenergie erzeugt wird.
Die Optimierung der Wärmeabfuhr auf der warmen Seite des Peltier-Elements ist der bedeutsamste Parameter in der praktischen Anwendung. Je besser die warme Seite gekühlt, d. h. die von dem Peltier-Element erzeugt Abwärme abgeführt werden kann, desto kälter kann die kalte Seite werden und desto höher ist die erzielte Kühlleistung. Daher muss dafür Sorge getragen werden, dass die mittels des Peltier-Elements von der kalten Seite zur warmen Seite transportierte Wärme, wie auch die elektrische Betriebsenergie des Peltier-Elements, bestmöglich abgeleitet wird, um eine Überhitzung des Peltier-Elements zu vermeiden und auf der kalten Seite eine möglichst tiefe Temperatur oder eine maximale Kühlleistung zu erzeugen.
Die Verwendung von Peltier-Elementen zum Kühlen ist im Stand der Technik bekannt. Beispielsweise gibt es Peltier-Kühler, die mit ihrer kalten Seite auf ein zu kühlendes elektronisches Bauelement aufgesetzt werden. Die warme Seite des Peltier-Elements wird dann mittels eines Luftstroms gekühlt. Auch für die Kühlung eines Luftstroms in Fahrzeugen ist die Anwendung von Peltier-Elementen bekannt, beispielsweise aus folgenden Druckschriften: US 6,119,463 , DE 198 29 440 A1 , DE 42 07 283 A1 , DE 102 18 343 B4 , WO 2009/122282 A1 , DE 10 2006 046 114 A1 , EP 1 660 338 B1 und WO 2009/015235 A1 .
Aus den Druckschriften US 2006/0137358 A1 , DE 196 51 279 A1 und WO 2009/097572 A1 sind elektrische Kühleinrichtungen zum Kühlen eines Luftstroms in Fahrzeugen bekannt, bei denen ein warmer und ein kalter Luftstrom in benachbarten Kanälen verlaufen und in einer diese beiden Luftströme trennenden Grenzfläche ein Peltier-Element angeordnet ist. Zur Verbesserung des Wärmeaustauschs zwischen dem Peltier-Element und den Luftströmen sind dabei jeweils auf der kalten und warmen Seite des Peltier-Elements wärmeleitende Lamellen in Form von Lamellenbändern vorgesehen, die mit dem Peltier-Element in wärmeleitender Verbindung stehen und von der Luft angeströmt bzw. durchströmt werden. Der Bereich um das Peltier-Element und die Lamellen bildet einen Wärmeaustauschbereich, in dem mittels des Peltier-Elements Wärmeenergie von der kalten auf die warme Seite, d. h. von dem gekühlten zu dem erwärmten Luftstrom transportiert wird.
Die bekannten Kühleinrichtungen mit Peltier-Elementen weisen jedoch praktische Nachteile auf. Zum einen ist ihre Fertigung aufgrund ihres komplexen Aufbaus oft aufwendig. Zum anderen können bei Ausführungsformen mit Lamellen aus Metallband kaum mehrere Kühlmodule in Serie hintereinander angeordnet werden, weil aufgrund von Fertigungstoleranzen die gefalteten Lamellenbänder nicht gleichfluchtend hintereinander angeordnet sind, sodass in Strömungsrichtung hintereinander liegende Lamellen seitlich gegeneinander versetzt sind, wodurch sich der Strömungswiderstand für die durchgeleitete Luft und damit der Druckverlust erhöhen. Ferner besteht ein erheblicher Nachteil darin, dass die bekannten Kühleinrichtungen bei der Entsorgung nicht unaufwendig demontiert werden können, sodass sie als Ganzes entsorgt werden müssen. Schließlich erfordert ihre meist rechteckige Außenform auch einen rechteckigen Querschnitt des luftdurchströmten Kanals, zumindest an der Stelle, an der sie darin eingesetzt werden, d. h. in dem Wärmeaustauschbereich. Aber auch in Bezug auf die Kompaktheit und die Erzielung einer optimalen Kühlung des zu kühlenden Luftstroms mit hohem Wirkungsgrad erfüllen die bekannten Kühleinrichtungen mit Peltier-Elementen noch nicht die Anforderungen, weshalb sie selten praktisch eingesetzt werden.
Ferner hat sich im Rahmen der Erfindung gezeigt, dass bei Ausführungsformen von Kühlmodulen, bei denen die kalte Seite des Peltier-Elements in direktem wärmeleitendem Kontakt mit einem zu kühlenden Bauteil steht und die warme Seite des Peltier-Elements Kühlrippen aufweist, die die Funktion von Kühllamellen haben und mit einem Ventilator gekühlt werden, der auf die Kühlrippen aufgesetzt ist und die Kühlrippen mit Kühlluft anströmt, wobei diese Ausführungsform gewissermaßen einen Wärmeaustauschbereich mit einer runden Außenkontur aufweist, die Wärmeauskopplung aus dem Peltier-Element über die Kühlrippen an die die Kühlrippen durchströmende Luft nicht optimal ist, insbesondere wenn ein bevorzugter Axialventilator verwendet wird, sodass die mit dem Peltier-Element theoretisch mögliche Kühlleistung in der Praxis nicht erreicht wird.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Kühlmodul der eingangs genannten Art zu verbessern, beispielsweise hinsichtlich seiner Montagefreundlichkeit, hinsichtlich des benötigten Einbauraums, beispielsweise in einem Sitz, hinsichtlich der Möglichkeit zum hintereinander Anordnen mehrerer Kühlmodule, hinsichtlich der einfachen Zerlegbarkeit bei der Entsorgung, hinsichtlich der Wärmeleitankopplung des Peltier-Elements über die Lamellen an den Wärmeaustauschbereich durchströmende Luft, hinsichtlich einer hohen Kühlleistung bei geringem Druckverlust und hinsichtlich einer freien Formgestaltung des Wärmeaustauschbereichs, vorzugsweise mit einer runden Außenkontur.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kühlmodul mit den Merkmalen des beigefügten Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Verwendungen der Erfindung ergeben sich aus den nebengeordneten und abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung mit zugehörigen Zeichnungen.
Ein erfindungsgemäßes Kühlmodul zum elektrischen Kühlen eines Luftstroms, insbesondere zum Kühlen und Belüften eines Sitzes, mit mindestens einem Peltier-Element und mindestens einem luftdurchströmbaren Wärmeaustauschbereich mit wärmeleitenden Lamellen, die mit dem Peltier-Element in wärmeleitender Verbindung stehen und mit diesem zu einem Modul zusammengefasst sind, weist also die Besonderheit auf, dass die Lamellen des Kühlmoduls sowohl mindestens ein Lamellenband als auch mindestens ein festes Lamellenprofil umfassen, die in dem Wärmeaustauschbereich angeordnet sind, wobei das Lamellenband im zentralen Bereich des Wärmeaustauschbereichs innerhalb eines Rahmens angeordnet ist, der quer zur Strömungsrichtung angeordnet ist, das Lamellenprofil im Außenbereich des Wärmeaustauschbereichs angeordnet ist und das Kühlmodul Federelemente aufweist, die zum Zusammendrücken des Lamellenbandes bzw. Lamellenband-Moduls, des Lamellenprofils und des Peltier-Elements ausgebildet sind.
Die vorliegende Erfindung verbessert die Eigenschaften der bisher bekannten elektrischen Kühlmodule der eingangs genannten Art also durch eine Kombination von Lamellenbändern mit Lamellenprofilen und eine bestimmte Anordnung dieser wärmeleitenden Elemente, die mittels Federelementen mit dem Peltier-Element und einem Rahmen zusammengehalten werden, wobei unterschiedliche Wärmeausdehnungen der Komponenten ermöglicht werden.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass erst durch eine optimierte Wärmeübertragung, d. h. von dem kalten Luftstrom über die Lamellen an das Peltier-Element und von dem Peltier-Element über die Lamellen an den warmen Luftstrom und an die Umgebung, ein effizientes Kühlmodul realisiert werden kann. Im Rahmen der Erfindung wurde gefunden, dass dies mit der erfindungsgemäßen Anordnung von Lamellenbändern im zentralen Bereich des Wärmeaustauschbereichs innerhalb eines Rahmens und von Lamellenprofilen im Außenbereich des Wärmeaustauschbereichs außerhalb des Rahmens besonders gut erreicht wird, weil ein besonders guter Wärmetransport zwischen dem Peltier-Element und den wärmeabgebenden bzw. wärmeaufnehmenden Oberflächen der Lamellen des Kühlmoduls ermöglicht wird.
Der erfindungsgemäße Aufbau eines Kühlmoduls ermöglicht diesbezüglich eine optimierte Wärmeauskopplung aus dem gekühlten Luftstrom in das Peltier-Element und aus dem Peltier-Element in den warmen Luftstrom und somit eine bessere Kühlleistung. Der Wärmetransport erfolgt durch das Peltier-Element von dem kalten Luftstrom zu dem warmen Luftstrom mittels der Lamellenbänder und der Lamellenprofile, zwischen denen das Peltier-Element mittels der Federelemente eingeklemmt wird. Dadurch kann eine symmetrische Auslegung der Wärmeübertragung erzielt werden, wobei die Wärmeabfuhr von den im Inneren des Rahmens angeordneten Lamellenbändern an die Peltier-Elemente in etwa so hoch wie die Wärmeübertragung von den Peltier-Elementen an die außerhalb des Rahmens angeordnete Lamellenprofile ist und beide Wärmeleitvermögen optimiert sind. Auch die von dem Betriebsstrom des Peltier-Elements erzeugte elektrische Leistung wird dabei abgeführt.
Bevorzugt wird das Peltier-Element derart angeordnet bzw. betrieben, dass es die Lamellenbänder im Inneren des Rahmens abkühlt und die Lamellenprofile auf der Außenseite des Rahmens erwärmt. Ein durch die Lamellenbänder geleiteter Luftstrom kann dadurch abgekühlt werden, und die in dem Kühlmodul entstehende Abwärme wird über die Lamellenprofile abgeführt, beispielsweise an einen durch die Lamellenprofile geleiteten weiteren Luftstrom oder an weitere externe Bauteile, die in wärmeleitender Verbindung mit den Lamellenprofilen stehen. Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen die dünneren Lamellenbänder zum Abkühlen eines Luftstromes und die dickeren Lamellenprofile zum Abführen der Abwärme dienen, da sich herausgestellt hat, dass die Kühlleistung der Lamellenbänder ausreicht und eine gute Wärmeleitung der Lamellenprofile vorteilhaft ist.
Dem guten thermischen Kontakt der Peltier-Elemente zu den Lamellen, d. h. den Lamellenbändern und den Lamellenprofilen, kommt eine große Bedeutung zu. Die Peltier-Elemente werden bevorzugt zwischen zwei steifen thermischen Kontaktflächen mit hoher Oberflächengüte eingeklemmt, wobei eine gewisse Materialsteifigkeit gegeben sein muss, die ein Verbiegen beim Zusammenbau verhindert. Ist die Oberflächengüte schlechter als 10 μm, wird in der Regel eine Ausgleichsschicht wie eine Wärmeleitpaste oder eine Folie zwischen den Kontaktflächen verwendet. Damit sollen auch unterschiedliche Temperaturen auf den Kontaktflächen des Peltier-Elements verhindert werden, die im Betrieb zur Zerstörung des Peltier-Elements führen können.
Nach einem vorteilhaften Merkmal wird daher vorgeschlagen, dass auf der kalten und/oder der warmen Seite eines Peltier-Elements eine wärmeleitende Ausgleichsschicht angeordnet ist, insbesondere ein wärmeleitendes Wachs, ein wärmeleitendes Phase-Change Wachs, eine wärmeleitende Folie, insbesondere aus Kupfer oder Aluminium, eine wärmeleitende Klebefolie oder eine wärmeleitende Phase-Change Folie. Eine solche Ausgleichsschicht kann den Wärmekontakt verbessern und einen Oberflächenausgleich herbeiführen. Besonders geeignet hierfür sind sogenannte Phase-Change- oder phasenwechselnde Interface-Materialien. Diese zeichnen sich allgemein durch den Phasenwechsel des Materials vom festen Aggregatzustand in den weichen Zustand ab einer bestimmten Temperatur, der sogenannten Phase-Change Temperatur, aus. Dadurch, dass Phase-Change-Materialien bei der ersten Überschreitung der Phase-Change Temperatur weich werden, werden bereits bei diesem Vorgang Lufteinschlüsse aus den Mikroporen an den Kontaktflächen ausgetrieben und die Oberfläche wird vollständig und aktiv vom Phase-Change Material benetzt. Durch Druck und Weichwerden des Materials wird die Schichtdicke sehr klein. Als Ergebnis dieser Vorgänge wird der thermische Kontaktwiderstand minimal. Der thermische Kontakt und somit der thermische Gesamtübergangswiderstand bleiben dauerhaft über alle Temperaturzyklen sehr klein, auch wenn die Temperatur wieder unter die Phase-Change Temperatur sinkt.
Ferner sind unterschiedliche Klemmkräfte an den verschiedenen Stellen der Kontaktflächen des Peltier-Elements zu vermeiden, weil diese eine mechanische oder thermische Zerstörung des Peltier-Elements zur Folge haben können. Diese kann einerseits ebenfalls durch eine solche Ausgleichsschicht erzielt werden, bei einem erfindungsgemäßen Kühlmodul wird aber bereits durch die Federelemente eine gleichmäßige Klemmkraft bereitgestellt.
Die Dimensionierung und Anzahl der Peltier-Elemente eines erfindungsgemäßen Kühlmoduls sowie ihre Betriebsparameter und Betriebsart können je nach dem gewünschten Anwendungsfall in üblicher Weise ausgewählt werden, d. h. unter Berücksichtigung der Kühlleistung, der zu erzielenden Temperaturdifferenz, der Gesamtwärmeleistung und des Wirkungsgrads. Ferner können bei der Auslegung des Kühlmoduls übliche Qualitätsfaktoren von Peltier-Elementen wie thermische Zyklenfestigkeit, Lebensdauer, maximal zulässige Temperatur, Einhaltung möglichst geringer Maßtoleranzen, Oberflächengüte (Ebenheit, Parallelität, Welligkeit, Rauigkeit) der thermischen Kontaktoberflächen, mechanisch spannungsfreier Aufbau und Korrosionsschutz (Coating und/oder Sealing) berücksichtigt werden. Wenn mehrere Peltier-Elemente in einem Kühlmodul angeordnet sind, können diese gleich oder unterschiedlich ausgelegt sowie gleich oder unterschiedlich elektrisch belastet werden, um eine gewünschte Temperatur oder Temperaturverteilung zu erzielen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Kühlmodul mittels Federelementen, vorzugsweise Klammern, insbesondere Federklammern zusammengesetzt und zusammengehalten wird, die für eine Vorspannung sorgen. Hierdurch ergibt sich ein Anpressdruck zwischen den Lamellen und dem Peltier-Element, was den Wärmeübergang verbessert. Eine besonders effiziente und vorteilhafte Fertigung des erfindungsgemäßen elektrischen Kühlmoduls wird ermöglicht, wenn die Lamellenbänder mittels der Federelemente klemmend in dem Rahmen gehalten werden; neben einer hohen Stabilität dieser Verbindung ergibt sich außerdem ein sehr guter Wärmeübergang von den Lamellenbändern zu den Peltier-Elementen und von den Peltier-Elementen zu den Lamellenprofilen, wobei die Verbindung schnell und effizient maschinell hergestellt werden kann.
Die Federelemente können aus Metall oder einem anderen geeigneten Federmaterial, beispielsweise Kunststoff bestehen. Um in manchen Ausführungsformen, beispielsweise bei der zusätzlichen Verwendung eines optionalen PTC-Heizelements, eine elektrische Verbindung bzw. einen elektrischen Kurzschluss zwischen den von den Federelementen mechanisch zusammengehaltenen Komponenten zu vermeiden, kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Kontakt- bzw. Auflagestellen, an denen die Federelemente an den Komponenten des Kühlmoduls aufliegen oder angreifen, elektrisch nichtleitend oder elektrisch isoliert sind, beispielsweise durch eine Beschichtung. Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen die Federelemente, die insgesamt oder zumindest im Bereich der Kontakt- bzw. Auflagestellen, an denen sie an den Komponenten des Kühlmoduls aufliegen oder angreifen, aus einem elektrisch nichtleitenden Material bestehen oder ganz oder teilweise elektrisch isoliert sind, beispielsweise durch eine Lackierung, Beschichtung oder einen isolierenden Überzug. In anderen Ausführungsformen, insbesondere bei der zusätzlichen Verwendung eines optionalen PTC-Heizelements, kann es aus zweckmäßig sein, mittels der Federelemente eine elektrische Verbindung zwischen den von den Federelementen mechanisch zusammengehaltenen Komponenten zu erzielen. In solchen Fällen kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Federelemente einschließlich ihrer Kontakt- bzw. Auflagestellen, an denen die Federelemente an den Komponenten des Kühlmoduls aufliegen oder angreifen, elektrisch leitend sind.
Dabei kann gleichzeitig auf einfache Weise die elektrische Kontaktierung eines optionalen PTC-Heizelements über dessen Metallisierung erfolgen. Die optionalen PTC-Heizelemente können in dem Kühlmodul alle elektrisch parallel verschaltet werden, wenn nur eine Heizstufe gewünscht wird, oder zumindest teilweise separat zugeschaltet werden, wenn zwei oder mehr Heizstufen gewünscht werden.
Das erfindungsgemäße Kühlmodul wird über ein Federelement-Klemmsystem zusammengehalten, wobei eine gute mechanische Stabilität, eine innige mechanische Verbindung der Peltier-Elemente zu den Lamellen für eine gute Wärmeübertragung und eine innige elektrische Verbindung optionaler PTC-Heizelemente zu den Lamellen oder zu elektrischen Kontaktelementen erreicht werden können.
Während im Betriebsfall bei einer Temperaturänderung die Metallteile des Kühlmoduls immer einer thermischen Ausdehnung unterliegen, weisen die anderen Bauteile, beispielsweise ein Rahmen aus Kunststoff oder Papier oder die Peltier-Elemente oder optionalen PTC-Heizelemente, keine praktisch bedeutsame thermische Ausdehnung auf. Das erfindungsgemäße Federelement-Klemmsystem kann die in dem Kühlmodul auftretenden unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen aufnehmen bzw. ausgleichen oder kompensieren und dabei sicherstellen, dass die gute thermische Kontaktierung der Peltier-Elemente sowie die gute thermische und elektrische Kontaktierung optionaler PTC-Heizelemente erhalten bleibt. Die Federelemente ermöglichen also, dass sich das von ihnen zusammengehaltene Paket aus Lamellenbändern, Rahmen, Peltier-Elementen und Lamellenprofilen bei Temperaturänderungen ausdehnen und zusammenziehen kann und sie sorgen dabei für den Erhalt der thermischen Kontakte.
Die Größe des Kühlmoduls und seine thermische Leistung können durch die Anzahl und Größe der Peltier-Elemente und der Lamellen nahezu beliebig an praktische Erfordernisse angepasst werden. Ein erfindungsgemäßes Kühlmodul kann sehr flexibel gestaltet werden, insbesondere wenn die Peltier-Elemente mittels eines die Lamellenbänder umgebenden Rahmens, vorzugsweise aus Kunststoff oder Papier, zwischen den Lamellenbändern und den Lamellenprofilen angeordnet werden. Die elektrische Kontaktierung optionaler PTC-Heizelemente kann über metallische Kontaktbleche erfolgen.
Der Erfindung liegt ferner die Erkenntnis zugrunde, dass es bei Kühlmodulen mit einer runden Außenkontur des Wärmeaustauschbereichs vorteilhaft ist, die Wärmeaufnahme aus dem zentralen Wärmeaustauschbereich, in dem die Bandlamellen angeordnet sind, und die Wärmeabfuhr an den peripheren Außenbereich des Wärmeaustauschbereichs, in dem die Profillamellen angeordnet sind, an das Strömungsprofil der jeweils diese Bereiche durchströmenden Luft anzupassen. Dies gilt insbesondere bei der Verwendung des Kühlmoduls mit einem Axialventilator, der bauartbedingt in seinem radialen Außenbereich einen höheren Luftstrom und eine höhere Strömungsgeschwindigkeit als im zentralen Bereich aufweist. Die Erfindung ermöglicht es, durch eine entsprechende Gestaltung der Position, Größe, Form, Ausdehnung und Anzahl der dünneren, weniger Wärme leitenden Lamellenbänder in dem zentralen Rahmen und der dickeren, mehr Wärme leitenden Lamellenprofile im Außenbereich eine entsprechende Anpassung der jeweiligen Wärmeabfuhr aus diesen Bereichen vorzunehmen, um trotz der unterschiedlichen Luftströmungen eine gleichmäßige, symmetrische oder insgesamt hohe Kühlleistung der Peltier-Elemente zu erzielen. Da wie oben beschrieben die Optimierung der Wärmeabfuhr auf der warmen Seite des Peltier-Elements eine besonders wichtige Bedeutung hat, ist die erfindungsgemäße Verwendung von gut wärmeleitenden, dicken, hohe Wandstärken aufweisenden Lamellenprofilen auf der warmen Seite der Peltier-Elemente in dem Außenbereich des Kühlmoduls besonders vorteilhaft, um von dort die Wärme an die Umgebung abgeben zu können. Dies gilt insbesondere in Kombination mit der Verwendung eines Axialventilators, dessen radial außen liegender hoher Luftstrom die Lamellenprofile durchströmt und diese gut kühlt, wobei der innen liegende geringere Luftstrom desselben Axialventilators gleichzeitig die auf der kalten Seite der Peltier-Elemente liegende dünneren Lamellenbänder durchströmen kann, um von diesen abgekühlt zu werden.
Die Hintereinanderreihung mehrerer Kühlmodule, d. h. der Zusammenbau mehrerer Positionierungsrahmen mit Peltier-Elementen und Lamellen aneinander, ermöglicht es, auch bei Verwendung jeweils einstufiger Kühlmodule eine insgesamt mehrstufige Kühlleistung bereitzustellen. Ferner kann durch die Aneinanderreihung auch bei geringen Platzverhältnissen, d. h. in engen Strömungskanälen, eine hohe Kühlleistung bei geringem Druckverlust realisiert werden, wenn mehrere Kühlmodule zur Erhöhung der Gesamtleistung hintereinander kaskadiert werden. Dabei können die hintereinander angeordneten Kühlmodule auch gemeinsame Bauteile aufweisen, z. B. ein zwei oder mehrere Kühlmodule verbindendes, gemeinsames Lamellenprofil. Bei anderen Anwendungen, bei denen es stattdessen auf eine geringe Bautiefe ankommt, beispielsweise in Fahrzeugen, können mehrere Peltier-Elemente oder Kühlmodule statt hintereinander auch übereinander oder nebeneinander angeordnet werden.
Ein Kühlmodul kann aus zwei in Strömungsrichtung hintereinander angeordneten Kühlmodulen zusammengesetzt sein, wobei die Lamellenbänder, die Lamellenprofile und die Rahmen der einzelnen Kühlmodule jeweils in Strömungsrichtung hintereinander fluchtend ausgerichtet sind. Allgemein kann es bei einem erfindungsgemäßen Kühlmodul zur Erzielung einer hohen Kühlleistung bei engen Querschnitten des luftdurchströmten Gehäuses vorteilhaft sein, wenn es aus zwei oder mehr in Strömungsrichtung hintereinander angeordneten Kühlmodulen zusammengesetzt ist, wobei die Lamellenbänder, die Lamellenprofile und die Rahmen der einzelnen Kühlmodule jeweils in Strömungsrichtung hintereinander fluchtend ausgerichtet sind, um einen geringen Strömungswiderstand und einen einfachen Aufbau zu erzielen. Dabei kann es vorteilhaft sein, für die hintereinander geschalteten Kühlmodule einen gemeinsamen Rahmen und/oder gemeinsame Peltier-Elemente vorzusehen, um unter Bewahrung des flexiblen, durch die Federelemente federnd zusammengehaltenen Aufbaus Bauteile einzusparen. Ferner kann es aus diesem Grund vorteilhaft sein, wenn mindestens zwei der auf einer Seite der Rahmen bzw. des Rahmens hintereinander liegend angeordneten Lamellenprofile zu einem gemeinsamen, einstückigen Lamellenprofil zusammengefasst sind. Auch in diesem Fall können die dem zusammengefassten Lamellenprofil gegenüberliegenden zwei anderen Lamellenprofile aufgrund ihrer separaten Federelemente unabhängig voneinander thermische Ausgleichsbewegungen durchführen.
Ein erfindungsgemäßes Kühlmodul kann kostengünstig hergestellt werden. Dies gilt sowohl für die einfache Fertigung als auch für die verwendeten Komponenten. Insbesondere ist es möglich, das Kühlmodul ”symmetrisch” aufzubauen, wobei manche Teile in identischer Form mehrfach in ein Kühlmodul eingebaut werden, beispielsweise Lamellenbänder, Lamellenprofile, Rahmenteile, Peltier-Elemente oder Federelemente. Dadurch benötigt man insgesamt wenige Bauteile für ein Kühlmodul und spart Herstellungskosten ein. Zudem kann ein erfindungsgemäßes Kühlmodul für die Entsorgung einfach demontiert werden, wobei wiederverwendbare Komponenten, wie beispielsweise die Lamellenbänder oder Lamellenprofile, zur erneuten Verwendung wiedergewonnen können.
Die Vorteile eines erfindungsgemäßen Kühlmoduls bestehen in der Montagefreundlichkeit, dem geringen benötigten Einbauraum, der Möglichkeit zum hintereinander Anordnen mehrerer Kühlmodule, der einfachen Zerlegbarkeit bei der Entsorgung, der verbesserten Wärmeleitankopplung des Peltier-Elements über die Lamellen an den Wärmeaustauschbereich durchströmende Luft, der Erzielung einer hohen Kühlleistung bei geringem Druckverlust, der freien Formgestaltung des Wärmeaustauschbereichs, vorzugsweise mit einer runden Außenkontur, und der Anpassbarkeit an inhomogene Luftströmungen, insbesondere bei Verwendung mit einem bevorzugten Axialventilator. Insgesamt ist das erfindungsgemäße Kühlmodul sehr vorteilhaft, flexibel, sicher und kostengünstig. Die Möglichkeit zum einfachen und flexiblen Anpassen und Optimieren seiner elektrischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften an praktische oder kundenspezifische Anforderungen schafft die Grundvoraussetzung für ein kostengünstig herstellbares Kühlmodul.
Ein weiterer Vorteil erfindungsgemäßer Kühlmodule ist, dass sie derart ausgebildet werden können, dass sie die sogenannte Nagelprüfung bestehen. Die Nagelprüfung ist ein Praxistauglichkeitstest für Geräte, bei dem simuliert wird, dass ein Benutzer mit einem Nagel in das zu prüfende Gerät sticht. Dabei darf für ein Bestehen des Tests das geprüfte Gerät nicht beschädigt werden.
Wenn der Stromfluss durch die Peltier-Elemente umgepolt wird, kann ein erfindungsgemäßes Kühlmodul auch zum Heizen eingesetzt werden. Zusätzlich kann ein Kühlmodul auch mindestens ein PTC-Heizelement aufweisen, das bevorzugt in dem Rahmen oder im Innern des Rahmens zwischen zwei benachbarten Lamellenbändern angeordnet ist.
PTC-Elemente sind Halbleiter-Widerstände aus Keramik, deren ohmscher Widerstand temperaturabhängig ist. Die Widerstands-Temperatur-Kennlinie ist nicht linear; der Widerstand eines PTC-Heizelements sinkt mit steigender Bauteiltemperatur zunächst leicht ab, um dann bei einer charakteristischen Temperatur (sogenannte Referenztemperatur) sehr steil anzusteigen. Diese insgesamt mit positiver Steigung verlaufende Widerstands-Temperatur-Kennlinie (PTC = Positive Temperature Coefficient) führt dazu, dass ein PTC-Heizelement hinsichtlich der sich bei Stromdurchfluss einstellenden Temperatur selbstregelnde Eigenschaften aufweist.
Wenn die Bauteiltemperatur deutlich unter der Referenztemperatur liegt, weist das PTC-Heizelement einen niedrigen Widerstand auf, sodass entsprechend hohe Stromstärken durchgeleitet werden können. Wenn für eine gute Wärmeabfuhr von der Oberfläche des PTC-Heizelements gesorgt ist, wird dabei also entsprechend viel elektrische Leistung aufgenommen und als Wärme abgegeben. Steigt die Temperatur des PTC-Heizelements jedoch über die Referenztemperatur, steigt auch der elektrische PTC-Widerstand rasch an, sodass die elektrische Leistungsaufnahme auf einen sehr geringen Wert begrenzt wird. Die Bauteiltemperatur nähert sich dann einem oberen Grenzwert, der von der Wärmeabgabe an die Umgebung des PTC-Heizelements abhängig ist. Unter normalen Umgebungsbedingungen kann die Bauteiltemperatur des PTC-Heizelements also nicht über eine charakteristische höchste Temperatur ansteigen, selbst wenn im Störfall die gewollte Wärmeableitung von dem PTC-Heizelement an die Umgebung völlig unterbrochen wird.
Wegen dieser Eigenschaft sowie wegen der selbstregelnden Eigenschaft eines PTC-Heizelements, aufgrund derer die von dem PTC-Heizelement aufgenommene elektrische Leistung genau der abgegebenen thermischen Leistung entspricht, sind PTC-Heizelemente für den Einsatz in Heizungs- bzw. Klimaanlagen oder bei sonstigen Anwendungen zur Luftstromerwärmung prädestiniert, insbesondere in Fahrzeugen. Bei Fahrzeugen darf nämlich aus Sicherheitsgründen auch im Störfall keine feuergefährliche Temperatur im Heizelement entstehen, wobei gleichwohl im Normalbetrieb eine hohe Heizleistung gefordert wird. Da beispielsweise ein Kraftfahrzeugsitz aus Sicherheitsgründen auch beim Ausfall des Ventilators an der Oberfläche des Sitzes eine Maximaltemperatur, die für Menschen verträglich ist, nicht überschreiten darf, sind Heizmodule bzw. Kühlmodule mit optionaler Heizmöglichkeit mit PTC-Heizelementen hervorragend geeignet, zumal sie bei gleicher Sicherheit eine wesentlich höhere Heizleistung abgeben können, als die herkömmlich in Sitzheizungen verwendeten Matten mit elektrischen Widerstandsdrähten, deren Leistungsaufnahme aus Sicherheitsgründen sehr begrenzt sein muss.
Es wird angemerkt, dass beim Ersetzen des Peltier-Elements oder der Peltier-Elemente durch ein bzw. mehrere PTC-Heizelemente in einem erfindungsgemäßen Kühlmodul mit den Merkmalen des beigefügten Hauptanspruchs und/oder in einem Kühlmodul mit den Merkmalen eines oder mehrerer Unteransprüche und/oder in einem Kühlmodul gemäß der vorliegenden Beschreibung, Ausführungsbeispiele und Zeichnungen bei im Übrigen unverändertem oder im Wesentlichen gleichen Aufbau das erfindungsgemäße Kühlmodul zu einem Heizmodul mit vergleichbaren Vorteilen wird. Der erfindungsgemäße strukturelle Aufbau eines Kühlmoduls hat somit weitere vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten als Heizmodul.
Da bei einem entsprechenden Heizmodul die Lamellen zum Erwärmen des hindurchströmenden Luftstroms dienen und die von den PTC-Heizelementen erzeugte Wärme von dem Luftstrom abgeführt wird, bei einem erfindungsgemäßen Kühlmodul die Lamellen (insbesondere die Lamellenbänder) dagegen zum Abkühlen des hindurchströmenden Luftstroms dienen, unterscheidet sich ein erfindungsgemäßes Kühlmodul von einem entsprechenden Heizmodul dadurch, dass das Kühlmodul eine Wärmeleitung zum Abführen der Abwärme des Peltier-Elements ermöglicht.
Bevorzugterweise wird ein erfindungsgemäßes Kühlmodul in ein luftdurchströmbares Gehäuse integriert, d. h. in einem luftdurchströmbaren Gehäuse befestigt. Dabei kann ferner vorteilhafterweise ein Ventilator am Gehäuse befestigt oder in dieses eingesetzt sein, vorzugsweise ein Axialventilator. Das Gehäuse kann im Übrigen zum Einsetzen in einen Sitz, insbesondere einen Fahrzeugsitz, oder zum Einsetzen in einen Luftkanal mit bedarfsweise zuschaltbarer Luftstromkühlung eines Fahrzeuges vorgesehen sein.
Ganz besondere Vorteile ergeben sich mit dem elektrischen Kühlmodul nach der vorliegenden Erfindung dann, wenn es als Gebläse in einem belüfteten Sitz, insbesondere in einem Fahrzeugsitz, oder in einem Luftkanal verwendet wird, wobei bedarfsweise die durch das Peltier-Element und die wärmeleitenden Lamellen ermöglichte Luftstromkühlung als Sitzkühlung, ggf. stufenweise oder stufenlos, zugeschaltet werden kann.
Ein erfindungsgemäßes Kühlmodul kann in vielen Gebieten vorteilhaft eingesetzt werden, z. B. zum Kühlen von Lampen, beispielsweise Halogen- oder LED-Lampen, Autoscheinwerfern, Sitzen, Stühlen, Betten, kleinen Schaltschränken, Steuerpulten, Bildschirmen, Flachbildschirmen und Gehäusen mit elektrischen oder elektronischen Teilen (z. B. Netzgeräte, Router, Server, PCs, Industrie-PCs). Dabei kann das Kühlmodul außen an ein entsprechendes Gehäuse angeflanscht werden, dessen Innenraum mittels des Kühlmoduls gekühlt werden soll, und die von dem Kühlmodul erzeugte Kaltluft wird von einem Ventilator, beispielsweise dem Ventilator auf der Anströmseite des Kühlmoduls, durch eine Gehäuseöffnung in das Gehäuse geleitet. Dabei sollte die von dem Kühlmodul und seinem Peltier-Element erzeugte Abwärme nicht in den zu kühlenden Raum, d. h. nicht in das Innere des zu kühlenden Gehäuses geleitet werden. Insoweit kann ein erfindungsgemäßes Kühlmodul einen konventionellen Ventilator, der zum Kühlen Umgebungsluft in ein Gehäuse hinein oder aus diesem heraus fördert, ersetzen, mit dem Unterschied, dass das Kühlmodul wegen der erforderlichen Abfuhr seiner Wärmeleistung nicht in dem Gehäuse, sondern außerhalb untergebracht ist, d. h. die wärmeabführenden Lamellenprofile sind außerhalb des Gehäuses, dafür wird aber gegenüber der Umgebungsluft abgekühlte Luft in das Gehäuse gefördert. Mit einem erfindungsgemäßen Kühlmodul kann die Betriebstemperatur eines gekühlten oder temperierten Raumes oder Bauteils etwa im Bereich zwischen –10°C und +50°C eingestellt oder auf eine solche Temperatur geregelt werden.
Das erfindungsgemäße Kühlmodul bzw. sein Gehäuse kann im Übrigen zum Einsetzen in einen Sitz, insbesondere einen Fahrzeugsitz, oder zum Einsetzen in einen Luftkanal mit bedarfsweise zuschaltbarer Luftstromkühlung oder Luftstromklimatisierung eines Fahrzeuges vorgesehen sein. Ganz besondere Vorteile ergeben sich mit dem elektrischen Kühlmodul nach der vorliegenden Erfindung bei Anwendungen in Fahrzeugen, beispielsweise zum Kühlen von Lampen, insbesondere von LED-Lampen, Scheinwerfern (insbesondere Frontscheinwerfer), der Motorsteuerung, eines Sitzes, einer Steuerelektronik, des Armaturenbrettes, eines in das Fahrzeug eingebauten Gerätes oder bei der körpernahen Klimatisierung. Bei der körpernahen Klimatisierung wird zur Erzielung von Energieeinsparungen, insbesondere in Elektrofahrzeugen, nur ein geringer Bereich um den Körper des Insassen gekühlt bzw. klimatisiert und nicht der gesamte Fahrzeuginnenraum. Hierzu werden körpernahe Luftaustrittsdüsen verwendet, aus denen temperierte Luft ausströmt, beispielsweise aus Flächen im Sitz, aus dem Sicherheitsgurt, der Seiten- oder Türverkleidung, der Teppichverkleidung und dem Armaturenbrett. In allen diesen Fällen kommt der Vorteil der kleinen Bauweise eines erfindungsgemäßen Kühlmoduls, das optional nicht nur zum Kühlen, sondern auch zum Heizen verwendet werden kann, insbesondere auch bei der Verwendung eines PTC-Elements in dem Kühlmodul, zum Tragen. Beispielsweise bei LED-Frontscheinwerfern von Fahrzeugen ist es an kalten Tagen erforderlich, zur Inbetriebnahme der Scheinwerfer diese zunächst vorzuheizen und sie anschließend im laufenden Betrieb zu kühlen. Beides ist mit einem erfindungsgemäßen und platzsparenden Kühlmodul in vorteilhafter Weise möglich, und zwar sowohl mit als auch ohne ein darin optional verwendetes PTC-Element.
Die wärmeleitenden Lamellen dienen als wärmeableitende Elemente, mit denen das mindestens eine Peltier-Element mit seiner kalten Seite in wärmeleitender Verbindung stehenden Lamellen Wärme entzieht und mit seiner warmen Seite in wärmeleitender Verbindung stehende Lamellen erwärmt, wodurch die den Wärmeaustauschbereich durchströmende Luft im Bereich der gekühlten Lamellen gekühlt und im Bereich der erwärmten Lamellen erwärmt wird. Die Lamellen bestehen aus einem gut wärmeleitenden Material, vorzugsweise aus Metall, insbesondere Kupfer, Messing oder bevorzugt Aluminium. Die Lamellen, insbesondere die Lamellenprofile 6, können auch aus einem wärmeleitfähigen Kunststoff gefertigt sein. Derartige Kunststoffe sind beispielsweise bei Lati Industria Termoplastici S. p. A., Vedano Olona/Italien erhältlich. Dazu gehören beispielsweise Typen mit elektrisch leitfähiger Einstellung auf Basis von Polypropylen (PP), Polyphenylensulfid (PPS), Polyamid 6 (PA6) und Polyurethan (PUR) sowie elektrisch isolierend eingestellte Compounds (Basiskunststoffe PP und PA12). Mit Hilfe spezieller Füllstoffe, beispielsweise mit bis zu 70 Gewichtsprozent Grafit, erreichen die Kunststoffe eine Wärmeleitfähigkeit von bis zu 15 W/m·K und eignen sich daher für wärmeleitende Anwendungen, bei denen bisher üblicherweise Metalle wie Aluminium zum Einsatz kamen.
Die Lamellen werden auf zwei unterschiedliche Weisen realisiert, nämlich entweder als umgeformtes, insbesondere gefaltetes und/oder gebogenes Lamellenband, z. B. ein mäanderförmig, rechteckförmig, z-förmig oder s-förmig zu Lamellen gefalteter Metallband-Blechstreifen, der ein längliches Wärmetauscher-Lamellenband-Modul bildet, oder als Rippen eines festen Lamellenprofils, insbesondere einem Aluminium-Strangprofil. Ein Aluminium-Fließpressteil hat eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit, sodass der für die Funktionsweise des elektrischen Kühlmoduls typische, vom Peltier-Element in die wärmeabführenden Lamellenprofile erfolgende Wärmefluss besonders hoch ist. Ein Lamellenband im Sinne der Erfindung kann aber auch ein Feinprofil mit sehr dünnen Innenrippen sein.
Ein Kühlmodul wird vorzugsweise in einem entsprechenden luftstromführenden Kanal angeordnet und sein Wärmeaustauschbereich wird mittels mindestens eines Ventilators, der auch als Lüfter bezeichnet wird, mit Luft durchströmt, die dabei mittels des Peltier-Elements gekühlt werden kann. Wegen des in Fahrzeugen für luftstromführende Kanäle begrenzten Platzes werden im Stand der Technik als Ventilatoren bei Kühlmodulen mit Peltier-Elementen meist Radialventilatoren eingesetzt. Sie sind jedoch eher weniger für diesen Zweck geeignet, da sie einen hohen Druck bei entsprechend hohen Ausströmgeschwindigkeiten erzeugen. Vorteilhafter sind Axialventilatoren, die einen hohen geförderten Luftdurchsatz (hoher Volumenstrom) bei geringen Abmessungen liefern. Ihre im Vergleich zu einem Radialventilator geringere Druckerhöhung ist für die meisten Anwendungen in Fahrzeugen nicht bedeutsam.
Die Kühlmodule umfassen in der Regel mehrere mit ihrer Schmalseite im Luftstrom stehende Peltier-Elemente, die an ihren flachen Ober- und Unterseiten jeweils mit Lamellen wärmeleitend verbunden sind. Die an die Peltier-Elemente angrenzenden Wärmeabgabebereiche weisen Lamellen auf, beispielsweise mäanderförmig angeordnete Metalllamellen, die ebenfalls mit ihrer Schmalseite im Luftstrom stehen und an ihrer Breitseite die Peltier-Elemente in regelmäßigen Abständen für einen Wärmeübergang aufliegend thermisch kontaktieren. Um eine gute Wärmeleitung zwischen den Peltier-Elementen und den wärmeleitenden Lamellen zu erzielen, können Wärmeleitkleber oder sonstige Verbindungstechniken verwendet werden; es hat sich jedoch als effizienteste Lösung erwiesen, die Peltier-Elemente und die wärmeleitenden Lamellen in einen diese zu einem Modul zusammenfassenden Rahmen zu setzen und mindestens ein Federelement vorzusehen, wodurch die wärmeleitenden Lamellen, Rahmen und die Peltier-Elemente zusammengehalten werden.
Ein erfindungsgemäßes Kühlmodul kann beispielweise in Bauarten realisiert werden, die vereinfacht als runde oder eckige Bauart bezeichnet werden können. Die elektrischen Kühlmodule der runden Bauart weisen einen in ihrer Außenkontur ringförmigen, insbesondere kreisrund ausgebildeten Wärmeaustauschbereich auf, in dem die Lamellenbänder, der Rahmen und die Lamellenprofile angeordnet sind. Dies vereinfacht die Montage, insbesondere wenn diese automatisiert werden soll, und erhöht die Effizienz des Wärmeübergangs von dem Peltier-Element auf den durch den Wärmeaustauschbereich bzw. die Lamellenbänder bzw. die Lamellenprofile geleiteten Luftstrom. Ein kreisrunder Wärmeaustauschbereich ist strömungsgünstig und deshalb in Bezug auf die Strömungsverhältnisse bevorzugt. Die elektrischen Kühlmodule der eckigen Bauart weisen einen in ihrer Außenkontur eckig, insbesondere rechteckig ausgebildeten Wärmeaustauschbereich auf, in dem die Lamellenbänder, der Rahmen und die Lamellenprofile angeordnet sind. Die rechteckige Form ist jedoch strömungstechnisch zur Luftstromerwärmung insbesondere dann nicht optimal, wenn der Platz für entsprechende luftstromführende Kanäle wie in einem Kraftfahrzeug nur sehr begrenzt ist. Dagegen kann ein Kühlmodul der rechteckigen Bauart bevorzugt sein, weil diese im Vergleich zur runden Bauart besonders viel Masse an wärmeleitendem Material und damit besonders viel Wärmetransport- bzw. Kühlleistung im äußeren Bereich, d. h. im Bereich der Lamellenprofile aufweisen kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die darin beschriebenen Besonderheiten können einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden, um bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung zu schaffen. Gleiche oder gleich wirkende Teile werden in den verschiedenen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und gewöhnlich nur einmal beschrieben, auch wenn sie bei anderen Ausführungsformen vorteilhaft eingesetzt werden können. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kühlmoduls,
2 eine perspektivische Explosionsdarstellung zu 1,
3 eine weitere perspektivische Explosionsdarstellung zu 1,
4 eine perspektivische Ansicht des Kühlmoduls von 1 in einem Gehäuse mit rundem Querschnitt und rechteckigem Luftaustritt, gesehen von der Luftaustrittsseite,
5 eine perspektivische Explosionsdarstellung zu 4,
6 eine axiale Ansicht zu 4,
7 einen Längsschnitt zu 4,
8 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kühlmoduls,
9 eine axiale Ansicht zu 8,
10 eine perspektivische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kühlmoduls in einem Gehäuse oder Luftkanal mit rechteckigem Querschnitt,
11 eine perspektivische Explosionsdarstellung zu 10,
12 axiale Ansicht zu 11,
13 eine axiale Ansicht zu 10,
14 eine radiale Aufsicht zu 10,
15 eine Seitenansicht des Federbügels von 11,
16 eine erste Abwandlung zu 15 und
17 eine zweite Abwandlung zu 15.
Die 1 bis 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kühlmoduls 1, und zwar in 1 in einer perspektivischen Ansicht, in 2 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung zu 1 und in 3 in einer weiteren perspektivischen Explosionsdarstellung zu 1. Das in 1 in einer perspektivischen Ansicht dargestellte elektrische Kühlmodul 1 zum elektrischen Kühlen eines in einer Strömungsrichtung 2 strömenden Luftstroms 3, insbesondere zum Kühlen und Belüften eines Sitzes, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst einen luftdurchströmbaren Wärmeaustauschbereich 4 mit darin angeordneten wärmeleitenden Lamellen. Die Lamellen umfassen dabei zwei unterschiedliche Ausführungsformen in Kombination, nämlich zwei Lamellenbänder 5, die als nebeneinander angeordnete Lamellenband-Module ausgebildet sind, und zwei feste Lamellenprofile 6. Die Lamellenbänder 5 können beispielsweise mäanderförmig, rechteckförmig, z-förmig oder s-förmig zu Lamellenbandmodulen gefaltet sein. Besonders vorteilhafte Lamellenfaltungen sind in der Druckschrift WO 2009/087106 A1 und in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2010 033 309.3 beschrieben. Die Lamellenbänder 5 sind im zentralen Bereich des Wärmeaustauschbereichs 4 innerhalb eines Rahmens 7 angeordnet, der quer zur Strömungsrichtung 2 angeordnet ist. Die Lamellenprofile 6 sind im Außenbereich des Wärmeaustauschbereichs 4 angeordnet. Insbesondere kann nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal wie dargestellt vorgesehen sein, dass die Lamellenprofile 6 außerhalb des Rahmens 7 angeordnet sind, um einen optimierten Aufbau und eine gute Kühlleistung des Kühlmoduls 1 zu erzielen.
Die Lamellenbänder 5 und die Lamellenprofile 6 stehen mit einem oder mehreren Peltier-Elementen 10, die in 2 zu erkennen sind, in wärmeleitender Verbindung und sind mit diesen und dem Rahmen 7 zu dem Modul 1 zusammengefasst. Die elektrische Kontaktierung der Peltier-Elemente 10 erfolgt mittels Zuleitungen 8. Die Einzelteile des Kühlmoduls 1 werden mit Federelementen 9 zusammengehalten, welche die Lamellenbänder 5, die Lamellenprofile 6 und die Peltier-Elemente 10 zusammendrücken.
Der Luftstrom 3 durch den Wärmeaustauschbereich 4 des Kühlmoduls 1 umfasst zwei Bereiche, nämlich den inneren Luftstrom durch den inneren Bereich, der durch die Lamellenbänder 5 strömt, und den äußeren Luftstrom durch den äußeren Bereich, der durch die Lamellenprofile 6 strömt. In der normalen Betriebsart des Kühlmoduls 1 zum Kühlen des inneren Luftstroms sind die Peltier-Elemente 10 so geschaltet, dass den Lamellenbändern 5 Wärme entzogen und diese Wärme über die Lamellenprofile 6 an die Umgebung abgegeben wird. Dadurch wird der innere Luftstrom abgekühlt und der äußere Luftstrom erwärmt. Der innere Luftstrom wird in der Regel von einem Ventilator erzeugt werden. Der äußere Luftstrom kann von einem Ventilator erzeugt werden, bei dem es sich um denselben Ventilator wie für den inneren Luftstrom oder um einen anderen Ventilator handeln kann, er kann sich aber auch ohne Ventilator aufgrund der zwischen den warmen Rippen der Lamellenprofile 6 gebildeten Thermik der Luft selbsttätig bilden.
Der innere und der äußere Luftstrom können durch optionale Strömungsleitelemente, beispielsweise Trennwände, Luftleitkanäle, Düsen, Luftklappen usw. voneinander getrennt werden, insbesondere um einen räumlich fest abgegrenzten inneren Luftstrom zu erhalten. Wenn die Peltier-Elemente 10 des Kühlmoduls 1 umgepolt werden, werden die Lamellenprofile 6 abgekühlt und die Lamellenbänder 5 erwärmt. Dadurch wird der durch die Lamellenbänder 5 strömende innere Luftstrom erwärmt und das Kühlmodul 1 wird in dieser Betriebsart somit zu einem Heizmodul, da der innere Luftstrom erwärmt statt gekühlt wird.
Aus strömungstechnischen Gründen ist es vorteilhaft, wenn die Schmalseiten der Lamellenbänder 5 und/oder der Lamellenprofile 6 axial stromauf oder stromab zu dem Luftstrom 3 weisen. Ferner ist es vorteilhaft, wenn wie in 1 dargestellt die Schmalseiten der Lamellenbänder 5 und/oder der Lamellenprofile 6 in dem Kühlmodul 1 nicht in radialer Richtung (quer zu Strömungsrichtung 2), sondern als Sehne oder Sekante in dem Wärmeaustauschbereich 4 verlaufen. Dies bedeutet, dass die Schmalseiten der Lamellenbänder 5 und/oder der Lamellenprofile 6 nicht in radialer Richtung, bezogen auf einen Mittelpunkt des Wärmeaustauschbereichs 4, sondern gewissermaßen quer in dem Wärmeaustauschbereich 4 verlaufen. Hierdurch können die Lamellen, insbesondere die Lamellenbänder 5 mit hoher Genauigkeit an vorgegebenen Stellen angeordnet werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass in den Lamellenbändern 5 und/oder den Lamellenprofilen 6 Luftdurchtrittsöffnungen mit rechteckigen und zumindest bereichsweise gleichmäßig gleichen Querschnitten realisiert werden können, was sowohl für einen geringen Luftwiderstand des Kühlmoduls 1 als für eine hohe Kühlleistung vorteilhaft ist. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann dabei wie dargestellt zur Vermeidung von Verwirbelungen vorgesehen sein, dass die Schmalseiten der Lamellenbänder 5 und/oder der Lamellenprofile 6 jeweils zueinander parallel sind, vorzugsweise dass die Schmalseiten der Lamellenbänder 5 und der Lamellenprofile 6 zueinander parallel sind.
Umlenkungen und Verwirbelungen im Luftstrom 3, die sich druckerhöhend auswirken, werden ferner nach einem anderen vorteilhaften dargestellten Merkmal vermieden, wenn die (sich in axialer Richtung, d. h. in Strömungsrichtung 2 erstreckenden) Breitseiten der Lamellenbänder 5 und/oder der Lamellenprofile 6 nicht gegen die axiale Richtung und somit nicht gegen die direkte Luftströmungsrichtung 2 gekippt oder verdreht sind, sondern axial in dem Kühlmodul 1 verlaufen.
Ein einfacher Aufbau des Kühlmoduls 1 ergibt sich, wenn es mehrere jeweils zu einem Lamellenband-Modul zusammengefasste Lamellenbänder 5 aufweist und die Lamellenband-Module in dem Rahmen 7 mit ihren Längsseiten, die in einer Ebene quer und axial zur Strömungsrichtung 2 verlaufen, nebeneinander liegend und/oder mit diesen Längsseiten jeweils untereinander in thermischer Verbindung stehend angeordnet sind. Das in den 1 bis 3 dargestellte Ausführungsbeispiel weist zwei solche Lamellenband-Module auf.
Der Rahmen 7 kann prinzipiell jede beliebige Form haben, beispielsweise rund, eckig oder vieleckig. Zur Vereinfachung der Fertigung und Montage ist es bevorzugt, wenn der Rahmen 7 eine rechteckige Form hat. Eine nahezu maximal große Fläche des von dem Rahmen 7 abgedeckten Teils des Wärmeaustauschbereichs 4 wird erzielt, wenn wie in 1 dargestellt der Rahmen 7 rechteckig ist und die Ecken des Rechtecks dicht an der Außenkontur des Kühlmoduls 1 angeordnet sind. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Außenkontur des Wärmeaustauschbereichs 4 ringförmig, d. h. im Wesentlichen rund, kreisrund, elliptisch oder stadionförmig ausgebildet.
Rippen des Lamellenprofils 6 sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 in ihrem Außenbereich offen und nicht paarweise verbunden. Diese offene, geschlitzte Ausbildung der Rippen des Lamellenprofils 6 ist beispielsweise bevorzugt, wenn das Kühlmodul 1 in ein Gehäuse oder einen Strömungskanal mit sich im Bereich des Kühlmoduls 1 verjüngendem oder verbreiterndem Querschnitt, also in ein konisches Gehäuse eingesetzt wird. Der Luftstrom wird dann nämlich zusammengedrückt und kann, da die Strömung nicht durch Querverbindungen am Ende der Rippen behindert wird, besser zwischen die Lamellen des Lamellenprofils 6 strömen, wobei das Lamellenprofil 6 weiterhin eine zylindrische oder rechteckig Außenform haben kann. Zum Führen des Kühlmoduls 1 in einem Gehäuse (nicht dargestellt) können bei zum Rand hin offenen Lamellenprofilen 6 auch beispielsweise auf der Außenseite des Lamellenprofils 6 ein oder mehrere Stege (nicht dargestellt, gebildet durch Fortsätze an den Lamellenprofilen 6 oder durch die Rippen selbst) vorgesehen sein, die in entsprechende Führungsnuten in dem Gehäuse eingreifen, oder das Gehäuse weist an seiner Innenseite ein oder mehrere Stege auf, die zwischen die Rippen eingreifen, die somit zugehörige Führungsnuten bilden.
Die 2 zeigt in einer perspektivischen Explosionsdarstellung des Kühlmoduls 1 weitere vorteilhafte Merkmale des Kühlmoduls 1 von 1. Man erkennt hier gut, dass das Kühlmodul 1 zwei Lamellenprofile 6 aufweist, die jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Rahmens 7 außerhalb des Rahmens 7 angeordnet sind. Hierdurch ist eine Wärmeabfuhr aus den Lamellenbändern 5 des Kerns zu zwei Seiten außerhalb des Rahmens 7 möglich. Ferner sind gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal die Lamellenbänder 5 im Innern des Rahmens 7 und die Lamellenprofile 6 auf der Außenseite des Rahmens 6 angeordnet.
Der Rahmen 7 besteht vorteilhafterweise aus einem elektrisch nicht leitenden Material, beispielsweise aus Kunststoff. Zur Verbesserung der Wärmeisolierung zwischen der kalten und der warmen Seite der Peltier-Elemente 10, d. h. zwischen den Lamellenbändern 5 und den Lamellenprofilen 6, wird der Rahmen 7 bevorzugt aus einem thermisch isolierenden Material gebildet. Dies dient der thermischen Isolierung des gekühlten Kerns mit den Lamellenbändern 5 und somit auch dem Schutz gegen Feuchtigkeit. Bevorzugte thermisch isolierende Materialien, aus denen der Rahmen 7 gebildet sein kann und die sich insbesondere auch leicht verarbeiten lassen, sind Kunststoffe, vorzugweise verformbare weiche Kunststoffe, Hochtemperaturfasern, Faserprodukte (Vliese), Papierprodukte, Styropor oder Polypropylen, insbesondere Styropor-(EPP)-extrudiert, d. h. aus expandiertem Polypropylen (EPP). Zudem gleichen solche Stoffe Maßabweichungen oder thermische Ausdehnungen aus.
Besonders geeignete Hochtemperaturfasern, Faserprodukte oder Papierprodukte sind beispielsweise Insulfrax^® Papierprodukte des Herstellers Unifrax. Sie werden aus Rohfasern, Erdalkalien-Silikat-Wolle und speziell ausgewählten organischen Bindemitteln hergestellt. Dadurch werden flexible Papiere mit guter Festigkeit und Flexibilität, gleichmäßiger Struktur bei geringer Wärmeleitfähigkeit, guten Verarbeitungseigenschaften, einfacher Stanzbarkeit, glatter Oberfläche, hoher Temperaturbeständigkeit (bis 1200°C), geringem Gewicht und guten thermischen und akustischen Isolationseigenschaften gewonnen.
Ein weiteres bevorzugtes Material für den Rahmen 7 ist Polypropylen bzw. Styropor, insbesondere Styropor-(EPP)-extrudiert, d. h. expandiertes Polypropylen (EPP), vorzugsweise als Formteil. Es handelt sich hierbei um einen Partikelschaumstoff auf Polypropylen-Basis. Die Verarbeitung im sogenannten Formteilprozess findet in speziellen Formteilautomaten statt. EPP gewinnt zunehmend auch außerhalb seiner anfänglichen Einsatzgebiete (Automobil und hochwertige Mehrwegverpackung) an Bedeutung. Es hat eine gute Festigkeit, eine gleichmäßige Struktur bei geringer Wärmeleitfähigkeit, eine glatte Oberfläche, ist gut verarbeitet und bearbeitbar, eine hohe Temperaturbeständigkeit (bis ca. 200°C), ein geringes Gewicht und gute thermische und akustische Isolationseigenschaften.
Die Peltier-Elemente 10 sind in dem Rahmen 7 angeordnet, d. h. in Öffnungen 11 in den Rahmen 7 eingesetzt, und stehen sowohl mit den im Innern des Rahmens 7 angeordneten Lamellenbändern 5 als auch mit den auf der Außenseite des Rahmens 7 angeordneten Lamellenprofilen 6 in wärmeleitender Verbindung. Dadurch kann der von dem Peltier-Element 10 bei Stromfluss erzeugte Wärmetransport von den Lamellen auf der kalten Seite des Peltier-Elements 10, d. h. in der Regel von den Lamellenbändern 5, zu den Lamellen auf der warmen Seite des Peltier-Elements 10, d. h. in der Regel zu den Lamellenprofilen 6, erfolgen. Der Rahmen 7 nimmt sozusagen die Peltier-Elemente 10 in einer Trennebene oder Trennwand auf, die von dem Rahmen 7 zwischen den Lamellenbändern 5 und den Lamellenprofilen 6 gebildet wird.
Der Rahmen 7 bildet vorzugsweise in und entgegen der axialen Strömungsrichtung 2 einen Überstand über die darin eingesetzten Peltier-Elemente 10. Dadurch werden die Peltier-Elemente 10 in den Öffnungen 11 des Rahmens 7 auch in axialer Richtung des Kühlmoduls 1 geführt, insbesondere wenn der Rahmen 7 aus einem festen Material wie Kunststoff oder EPP gebildet ist.
Der Rahmen 7 ist in diesem Ausführungsbeispiel zweigeteilt, wobei beide Rahmenhälften jeweils u-förmig ausgebildet sind. Die Peltier-Elemente 10 sind vorzugsweise in den U-Rücken 12 der Rahmenhälften angebracht. Die U-Schenkel 13 der Rahmenhälften weisen aufeinander zu. Die U-Schenkel 13 der Rahmenhälften können in Richtung zueinander und gegeneinander verschiebbar sein, um thermische Ausdehnungen ausgleichen zu können, wobei sie durch die Innenseiten der Lamellenprofile 6 geführt werden können. Dies Verschiebbarkeit ist jedoch nicht in allen Ausführungsformen erforderlich, insbesondere wenn der Rahmen 7 aus einem verformbaren Material besteht. Die sich gegenüberliegenden Enden der Rahmenteile können auch miteinander verbunden werden, beispielsweise wie in 2 dargestellt durch eine Schwalbenschwanzführung, bei der ein Nocken eines Endes in eine entsprechende Nut des gegenüberliegenden Endes eingreift. Eine solche Ausführungsform kann bei runden Strömungsquerschnitten bevorzugt sein.
In den Innenecken des Rahmens 7 können Nuten ausgebildet sein. Diese können einerseits bei der Montage des Rahmens 7 zweckmäßig sein, beispielsweise wenn er aus einem Faser- oder Papierprodukt hergestellt wird, um ihn an den dadurch gegebenen Falzstellen falten zu können. Die Nuten können aber auch als Ablauf- oder Sammelrinne 24 dienen, in denen sich beim Kühlbetrieb entstehendes Kondensat sammelt. Sie können auch zur Wasserableitung dienen. Wenn das Wasser zu den Lamellenprofilen 6 geleitet wird, kann es dort verdampfen, was zu einer zusätzlichen vorteilhaften Kühlung der Lamellenprofile 6 führt.
Die zwei Lamellenprofile 6 sind in Form eines Bogens, d. h. bogenartig, bogenförmig oder in etwa bogenförmig ausgebildet auf der Außenseite des Rahmens 7 angeordnet. Sie sind mit ihrer Innenseite an die Außenseite des Rahmens 7 und mit ihrem Außenrand an die Außenkontur des Wärmeaustauschbereichs 4 angepasst, um den vorhandenen Platz optimal ausnutzen zu können. Die Lamellenprofile 6 weisen an ihren dem Rahmen 7 zugewandten Innenseite gerundete Innenecken 15 auf, die die Lamellenprofile 6 stabil und spannungsfrei machen.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel befinden sich innerhalb des Rahmens 7 zwei Lamellenbänder 5, die jeweils zu einem Lamellenband-Modul zusammengefasst sind, die parallel nebeneinander liegen. Zur optimalen Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Platzes sind Ausführungsformen bevorzugt, bei denen der von dem Rahmen 7 umschlossene zentrale Bereich des Wärmeaustauschbereichs 4 vollständig oder nahezu vollständig mit Lamellenbändern 5 ausgefüllt ist. Die Höhe der Lamellenbänder 5 wird aus fertigungstechnischen Gründen oder wegen der Stabilität der Lamellenbänder 5 in der Regel kleiner als etwa 15 mm sein. Daher sind in dem Rahmen 7 mehrere Lamellenbänder 5 nebeneinander angeordnet, um eng an den Peltier-Elementen 10 anliegend den Raum zwischen den Peltier-Elementen 10 im Rahmen 7 zu überbrücken bzw. auszufüllen. Ferner ist in jeweils einem der U-Rücken 12 ein Peltier-Element 10 angeordnet (siehe auch 3).
In der Explosionsdarstellung gemäß 3 des Kühlmoduls 1 ist dargestellt, dass zwischen den Peltier-Elementen 10 und dem jeweils daran angrenzenden Lamellenband 5 bzw. Lamellenband-Modul noch ein Auflageelement 14 in Form eines Auflageblechs angeordnet ist, das thermisch leitend ist, d. h. vorzugsweise aus Metall besteht, und insbesondere der mechanischen Anpassung und der Verteilung von Kräften dient. Ein optionales PTC-Heizelement kann im Innern des Rahmens 7 zwischen zwei benachbarten Lamellenbändern 5 eingesetzt werden, insbesondere anstelle des mittleren der drei dargestellten Auflageelemente 14, eventuell mit zugehörigem elektrischem Kontaktblech, wenn das Kühlmodul 1 auch zum Heizen dienen soll. Ein PTC-Heizelement kann aber auch in dem Rahmen 7 angeordnet werden, eventuell anstelle eines Peltier-Elements 10 und gegebenenfalls mit elektrischen Kontaktblechen. Die elektrischen Anschlüsse der Peltier-Elemente 10, d. h. ihre Zuleitungen 8, bzw. die elektrischen Anschlüsse optionaler PTC-Heizelemente, d. h. die Anschlussfahnen zugehöriger Kontaktelemente, die beispielsweise zum Aufstecken von Kabelschuhen ausgebildet sind, werden in allen Ausführungsformen vorteilhafterweise auf der Lufteintrittsseite des Kühlmoduls 1 angeordnet, um Probleme durch ihre Erwärmung zu vermeiden.
Bei einem erfindungsgemäßen Kühlmodul 1 können die thermischen Ausdehnungen durch eine Verschiebbarkeit von Lamellenbändern 5, Lamellenprofilen 6 sowie gegebenenfalls der Peltier-Elemente 10 und/oder des Rahmens 7 kompensiert und ausgeglichen werden, wobei sowohl der innige wärmeleitende Kontakt zwischen den Peltier-Elementen 10 und den Lamellenbändern 5 und der innige wärmeleitende Kontakt zwischen den Peltier-Elementen 10 und den Lamellenprofilen 6 erhalten bleibt. Dies gilt auch für die gute elektrische Kontaktierung eines optional verwendeten PTC-Heizelements. Hierzu weist das erfindungsgemäße Kühlmodul 1 Federelemente 9 auf, die zum Zusammendrücken der Lamellenbänder 5 bzw. Lamellenband-Module, der Lamellenprofile 6 und der Peltier-Elemente 10 ausgebildet sind.
Gemäß einem bevorzugten weiteren Merkmal ist dabei wie in 1 dargestellt vorgesehen, dass die Federelemente 9 in die Lamellenprofile 6 eingreifen und diese unter Vorspannung belastet zusammendrücken, wobei die von den Federelementen 9 zusammengedrückten Lamellenprofile 6 jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Rahmens 7 außerhalb des Rahmens 7 angeordnet sind. Hierdurch ist der Aufbau leicht herzustellen und im Falle der Entsorgung wieder leicht zu demontieren, und es werden in einfacher und zuverlässiger Weise mit wenigen Federelementen 9 die erforderlichen Bauteile, einschließlich Lamellenbänder 5, Rahmen 7, Lamellenprofile 6, Peltier-Elemente 10, Auflageelemente 14 sowie für optional vorhandene PTC-Heizelemente optionale elektrische Kontaktelemente federbelastet beweglich zusammengehalten. Wenn die Federelemente 9 statt an den Lamellenprofilen 6 beispielsweise an dem Rahmen 7 angreifen, sind zusätzliche Federelemente erforderlich, um auch die anderen Komponenten in dem Kühlmodul 1 zusammenzuhalten, wodurch sich ein höherer Fertigungsaufwand ergibt. Die Wirkungsklemmrichtung der Federelemente 9 ist dabei vorteilhafterweise entgegen der thermischen Ausdehnungsrichtung der Komponenten des Kühlmoduls 1 und entgegengesetzt zur Verschiebe- bzw. Führungsrichtung, die die Komponenten des Kühlmoduls 1 bei thermischer Ausdehnung in dem Kühlmodul 1 haben.
Insbesondere bei runden Strömungsquerschnitten, d. h. bei Kühlmodulen 10 der runden Bauart, werden die Federelemente 9 wie in 1 dargestellt quer zur Strömungsrichtung 2 versetzt neben dem Rahmen 7 angeordnet. Dabei werden die Federelemente 9 wie in 1 dargestellt bevorzugt als Federbügel oder Federklammer aus einem flachen Federmaterial ausgebildet und greifen an sich gegenüberliegenden Enden der Lamellenprofile 6 an.
Ein besonders vorteilhaftes Merkmal kann, insbesondere bei ringförmiger bzw. runder Außenkontur des Wärmeaustauschbereichs 4, wie in 1 dargestellt darin bestehen, dass die Peltier-Elemente 10 nicht im Kern oder Strömungszentrum des Wärmeaustauschbereichs 4 angeordnet, sondern quer zur Strömungsrichtung 2 nach außen versetzt sind, nämlich in 3 in die U-Rücken 12. Hierdurch wird eine optimale beidseitige Luftumströmung der Peltier-Elemente 10 ermöglicht, nämlich sowohl auf ihrer den Lamellenbändern 5 zugewandten Seite als auch auf der dem jeweils angrenzenden Lamellenprofil 6 zugewandten Seite. Ferner kann hierdurch eine gute beidseitige Wärmekopplung der Peltier-Elemente 10 an die Lamellenbänder 5 und die Lamellenprofile 6 realisiert werden, was insbesondere bei der Verwendung des Kühlmoduls 1 mit einem Axialventilator zweckmäßig ist.
In den 1 bis 3 ist gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal zu erkennen, dass das Kühlmodul 1 Peltier-Elemente 10 umfasst, die in zwei gegenüberliegenden Seiten des Rahmens 7 angeordnet sind. Hieraus resultiert ein symmetrischer Aufbau des Kühlmoduls 1, der in Bezug auf die Kühlung der Lamellenbänder 5, der Wärmableitung über die Lamellenprofile 6 und der paarweisen Verwendung gleicher Bauteile in dem Kühlmodul 1 vorteilhaft ist.
Ferner ist zu erkennen, dass der Rahmen 7 eine Trennung zwischen einem kalten Luftstrom durch den zentralen Bereich mit den Lamellenbändern 5 und einem warmem Luftstrom durch den äußeren Bereich mit den Lamellenprofilen 6 bildet, wobei der kalte Luftstrom durch Lamellen leitbar ist, die in wärmeleitender Verbindung mit der kalten Seite des Peltier-Elements 10 stehen, und wobei der warme Luftstrom durch Lamellen leitbar ist, die in wärmeleitender Verbindung mit der warmen Seite des Peltier-Elements 10 stehen.
Das Kühlmodul 1 ist bevorzugt so ausgebildet, dass im Standardbetrieb das Lamellenband 5 in wärmeleitender Verbindung mit der kalten Seite des Peltier-Elements 10 steht und das Lamellenprofil 6 in wärmeleitender Verbindung mit der warmen Seite des Peltier-Elements 10 steht. Bevorzugt umschließt der Rahmen 7 einen kalten Luftstrom, der durch Lamellen leitbar ist, die in wärmeleitender Verbindung mit der kalten Seite des Peltier-Elements 10 stehen. Der kalte Luftstrom fließt also axial durch das Innere des Rahmens 7, d. h. senkrecht zu der vom Rahmen 7 gebildeten Querschnittsfläche des Kühlmoduls 1. Entsprechend ist bevorzugt, wenn das Kühlmodul 1 derart ausgebildet ist, dass ein warmer Luftstrom durch ein Lamellenprofil 6 leitbar ist, das an der Außenseite des Rahmens 7 angeordnet ist, wobei das Lamellenprofil 6 in wärmeleitender Verbindung mit dem Peltier-Element 10 steht. Der warme Luftstrom durchströmt also axial an der Außenseite des Rahmens durch den Wärmeaustauschbereich 4.
Die 4 bis 7 zeigen das Kühlmodul 1 der 1 bis 3 in einem Gehäuse 16 mit rundem Querschnitt und rechteckigem Luftaustritt, und zwar in 4 in einer perspektivischen Ansicht gesehen von der Luftaustrittsseite, in 5 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung zu 4, in 6 in einer axialen Ansicht zu 4 und in 7 in einem Längsschnitt zu 4. Das Kühlmodul 1 mit den Lamellenbändern 5, dem Rahmen 7, den Lamellenprofilen 6 und den Federelementen 9 ist in das luftdurchströmbare Gehäuse 16 integriert. Das Gehäuse 16 wird mit einem Flansch 17 an einem zu kühlenden Bauteil oder Gerät befestigt. Das Gehäuse 16 kann auf der Lufteintritts- und/oder der Luftaustrittsseite ein nicht dargestelltes Schutzgitter aufweisen. Ferner ist ein Ventilator 18 an dem Gehäuse 16 befestigt oder in dieses eingesetzt. Bevorzugt handelt es sich dabei um einen Axialventilator. Der Ventilator 18 ist, bezogen auf die Strömungsrichtung 2, vorzugsweise stromaufwärts von dem Kühlmodul 1 angeordnet, d. h. auf der Lufteintrittsseite des Kühlmoduls 1.
Die Enden mancher Rippen der Lamellenprofile 6 sind als Stege ausgebildet oder dienen als solche, um das Kühlmodul 1 verdrehsicher in entsprechenden Führungsnuten in dem Gehäuse 16 zu führen. Die Stege greifen in korrespondierende Führungsnuten auf der Innenseite des Gehäuses 16 ein, die beispielsweise von Nasen oder Stegen gebildet werden können. Der Ventilator 18 ist in einer zweiteiligen Gummilagerung 19 gelagert und fixiert, die in zwei ringförmigen Hälften um den Ventilator 18 anliegt und mit Rastnocken 20 in korrespondierenden Rastöffnungen 21 des Gehäuses 16 gehalten wird. Die axiale Positionierung des Kühlmoduls 1 in dem Gehäuse 16 kann auch mittels federnd auslenkbarer Rasthaken erfolgen, die sich beim Einschieben des Kühlmoduls 1 in das Gehäuse 16 durch ihre Anschrägung zuerst spreizen und dann zurückschnappen.
Ein zweiteiliger Ring als Gummilagerung 19 ist einfacher herzustellen und zu montieren als ein einteiliger, geschlossener Ring. Um die Montage zu vereinfachen, kann der Gehäusering des Ventilators 18 etwas konisch ausgebildet sein. Die Gummilagerung 19 dient sowohl der schwingungsgedämpften Lagerung des Ventilators 18 in dem Gehäuse 16 als auch der Verhinderung einer Rückströmung von Luft entgegen der Strömungsrichtung 2 aufgrund eines Strömungswiderstands auf der Luftaustrittsseite, indem die Gummilagerung den Ringspalt um den Ventilator 18 zwischen dem Gehäuse 16 und dem Ventilator 18 abdichtet.
Der Axialventilator 18 ist derart angeordnet, dass sein radial innen liegender Luftstrom die Lamellenbänder 5 und sein radial außen liegender Luftstrom die Lamellenprofile 6 durchströmt. In der Standardbetriebsweise des Kühlmoduls 1 zum Kühlen wird somit der äußere Luftstrom erwärmt und der innere Luftstrom wird abgekühlt. In dem Kühlmodul 1 werden diese beiden Luftströme durch den Rahmen 7 getrennt. Auf der Austrittsseite des Kühlmoduls 1 weist das Gehäuse 16 eine hier von einem rechteckigen Stutzen gebildete Trennwand 22 auf, die eine Trennung zwischen einem warmen und einem kalten Luftstrom bildet, wobei sich die Trennwand 22 in der Strömungsrichtung 2 stromabwärts an den Rahmen 7 anschließt oder der Rahmen 7 einen Teil der Trennwand 22 bildet. Die kalte Luft strömt innerhalb des Stutzens aus dem Gehäuse 16 aus und die warme Luft außerhalb. Die warme Luft wird dabei von einem Gehäuseteil abgelenkt, damit sie nicht zusammen mit der kalten Luft aus dem Stutzen in den gekühlten Luftstrom bzw. in den zu kühlenden Raum gelangt. Hierzu dient der Flansch 17, durch den die warme Luft umgelenkt wird und durch Austrittsöffnungen 23, die die Form von Ringspalten haben, aus dem Gehäuse 16 ausströmt. Die Austrittsöffnungen 23 liegen somit stromauf von dem Flansch 17, durch den die kalte Luft austritt.
Das Gehäuse 16 weist somit Austrittsöffnungen 23 zum Ausleiten von Warmluft aus dem Gehäuse 16 auf. Sie sind bevorzugt auf der Auslassseite des Kühlmoduls 1 angeordnet. Die Größe, Anordnung und Ausdehnung der Austrittsöffnungen 23 können den jeweiligen praktischen Erfordernissen angepasst werden. In manchen Anwendungen können sie auch direkt um die Lamellenprofile 6 angeordnet sein, d. h. das um die Lamellenprofile 6 angeordnete Gehäuse 16 kann dort offen sein, um eine gute Wärmeabfuhr an die Umgebung zu ermöglichen. Dies kann beispielsweise bei kleinen Ausführungsformen zweckmäßig sein, bei denen ein Kühlmodul 1 mit Ventilator 18 und einem Gehäuse 16 direkt über einem zu kühlenden Bauteil angeordnet wird, beispielsweise mittels Stehbolzen über einem elektronischen Leistungselement.
Die 8 und 9 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kühlmoduls 1. Es unterscheidet sich von dem in den 1 bis 3 dargestellten Kühlmodul 1 dadurch, dass die U-Schenkel 13 der gegenüberliegenden Rahmenhälften nicht durch Schwalbenschwanzführungen fixiert, sondern durch die stufenförmige Ausbildung der ineinander greifenden Enden in Richtung zueinander und gegeneinander verschiebbar sind, um thermische Ausdehnungen ausgleichen zu können, wobei sie durch die Innenseiten der Lamellenprofile 6 geführt werden können.
Die 10 bis 14 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kühlmoduls 1 in einem Luftkanal oder Gehäuse 16 mit rechteckigem Querschnitt, und zwar 10 eine perspektivische Ansicht, 11 eine perspektivische Explosionsdarstellung zu 10, 12 eine axiale Ansicht zu 11, 13 eine axiale Ansicht zu 10 und 14 eine radiale Aufsicht zu 10. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Außenkontur des Wärmeaustauschbereichs 4 rechteckig ausgebildet. Entsprechend kann die Außenkontur des Wärmeaustauschbereichs 4 allgemein rechteckig oder vieleckig sein.
Wie die in den 1 bis 9 dargestellten Ausführungsbeispiele ist das Kühlmodul 1 gemäß den 10 bis 14 zum elektrischen Kühlen eines in einer Strömungsrichtung 2 durch die Lamellenbänder 5 strömenden Luftstroms 3, insbesondere zum Kühlen und Belüften eines Sitzes, vorgesehen und umfasst einen luftdurchströmbaren Wärmeaustauschbereich 4 mit darin angeordneten wärmeleitenden Lamellen. Die Lamellen umfassen dabei zwei unterschiedliche Ausführungsformen in Kombination, nämlich zwei Lamellenbänder 5, die als nebeneinander angeordnete Lamellenband-Module ausgebildet sind, und zwei feste Lamellenprofile 6. Die Lamellenbänder 5 können beispielsweise mäanderförmig, rechteckförmig, z-förmig oder s-förmig zu Lamellenbandmodulen gefaltet sein, beispielsweise wie in der WO 2009/087106 A1 oder in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2010 033 309.3 beschrieben. Die Lamellenbänder 5 sind im zentralen Bereich des Wärmeaustauschbereichs 4 innerhalb eines Rahmens 7 angeordnet, der quer zur Strömungsrichtung 2 angeordnet ist. Die Lamellenprofile 6 sind im Außenbereich des Wärmeaustauschbereichs 4 angeordnet. Insbesondere kann nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal wie dargestellt vorgesehen sein, dass die Lamellenprofile 6 außerhalb des Rahmens 7 angeordnet sind, um einen optimierten Aufbau und eine gute Kühlleistung des Kühlmoduls 1 zu erzielen.
Im Unterschied zu den in den 1 bis 9 dargestellten Ausführungsbeispielen umfasst der rechteckige Rahmen 7 der 10 bis 14 zwei sich in Längsrichtung eines Lamellenband-Moduls erstreckende, gegenüberliegende Rahmenlängsteile aus einem festen Kunststoff, die jeweils eine Rahmenhälfte bilden, wobei jede Rahmenhälfte einen U-Rücken 12 und zwei kurze U-Schenkel 13 umfasst. Die Rahmenlängsteile können unter der Vorspannung der Federelemente 9 quer 2 zur Strömungsrichtung des Luftstroms 3 gegeneinander verschiebbar sein, wobei mittels einer Rastung zwischen den aneinander anliegenden U-Schenkeln 13 eventuell dafür gesorgt werden kann, dass die U-Rücken 12 einen maximalen Abstand nicht überschreiten können, d. h. der Rahmen 7 nur bis zu einer maximalen Größe geöffnet werden kann. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Rahmenhälften jedoch an den gegenüberliegenden Enden der U-Schenkel 13 durch eine Rastung in einem festen Abstand zueinander verbunden, d. h. die Rahmenhälften sind nicht gegeneinander verschiebbar. Die thermische Ausdehnung der Lamellenbänder 5 und der Lamellenprofile 6 kann jedoch bei runden und eckigen Ausführungsformen des Kühlmoduls 1 auch bei einem starren, nicht beweglichen Rahmen erfolgen, da die Peltier-Elemente 10 in Öffnungen in den Rahmenlängsteilen, die den U-Rücken 12 der Ausführungsbeispiele der 1 bis 9 entsprechen, untergebracht sind und die Federelemente an den Lamellenprofilen 6 angreifen und somit die Lamellenbänder 5, die Peltier-Elemente 10 und die Lamellenprofile 6 zusammendrücken. Diese Bauart ist insbesondere bei sehr kompakten Kühlmodulen 1 und bei Kühlmodulen 1 für rechteckige Strömungsquerschnitte oder Gehäuse 16 vorteilhaft.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal könnte der Rahmen 7 bei der eckigen oder runden Bauart eines Kühlmoduls 1 auch rechteckig sein und vier gerade Rahmenteile aufweisen, umfassend zwei sich in Längsichtung eines Lamellenband-Moduls erstreckende, gegenüberliegende Rahmenlängsteile und zwei die Rahmenlängsteile an ihren Enden verbindende Rahmenverbindungsteile, wobei die Rahmenlängsteile unter der Vorspannung der Federelemente 9 gegeneinander verschiebbar in den Rahmenverbindungsteilen verschiebbar geführt sind. Um diesen Zusammenhalt des Rahmens 7 mit Spiel und eine einfache Montage zu ermöglichen, können die Rahmenverbindungsteile beispielsweise Rastnasen aufweisen, die korrespondierende Stege in den Rahmenlängsteilen hintergreifen. Ferner kann das Kühlmodul 1 vorteilhafterweise zwei gerade ausgebildete Lamellenprofile 6 umfassen, die auf der Außenseite des Rahmens 7 angeordnet sind und mit ihrer Innenseite an die Außenseite des Rahmens 7 und mit ihrem Außenrand an die Außenkontur des Wärmeaustauschbereichs 4 angepasst sind.
Rippen des Lamellenprofils 6 sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 10 in ihrem Außenbereich paarweise geschlossen, sodass sich hier eine besonders hohe Stabilität der Rippen ergibt. Diese Ausführungsform ist beispielsweise bevorzugt, wenn das Kühlmodul 1 in ein Gehäuse 16 oder einen Strömungskanal mit konstantem, d. h. sich im Bereich des Kühlmoduls 1 nicht in Strömungsrichtung 2 verjüngendem oder verbreiterndem Querschnitt eingesetzt wird, d. h. bei der runden Bauart beispielsweise in ein zylindrisches Gehäuse bzw. in einen zylindrischen Strömungskanal. Zum Führen des Kühlmoduls 1 in dem Gehäuse 16 können beispielsweise auf der Außenseite des Lamellenprofils 6 ein oder mehrere Stege vorgesehen sein, die in entsprechende Führungsnuten in dem Gehäuse 16 eingreifen, oder das Gehäuse 16 weist an seiner Innenseite ein oder mehrere Stege 18 auf, die zwischen die Rippen eingreifen, die somit zugehörige Führungsnuten bilden.
Insbesondere bei einer recheckigen Bauart gemäß den 10 bis 14 können die Federelemente 9 vorteilhafterweise in Strömungsrichtung 2 versetzt vor und/oder hinter dem Rahmen 7 angeordnet werden, um eine gute Klemmwirkung der Federelemente 9 und einen kompakten, den zur Verfügung stehenden Raum gut ausnutzenden Aufbau zu erzielen. Sowohl in den 1 bis 9 als auch in den 10 bis 14 können die Federelemente 9 als Federbügel, Flachfeder oder Federklammer aus einem flachen Federmaterial (dargestellt in den 1 bis 9) oder aus einem runden Federmaterial (dargestellt in den 10 bis 14) ausgebildet sein. Die 15 zeigt das Federelement der 10 bis 14, die 16 und 17 abgewandelte Ausführungsbeispiele.
Die weitere Ausgestaltung des in den 10 bis 14 dargestellten Ausführungsbeispiels kann wie zu den 1 bis 9 beschrieben erfolgen. Dies betrifft insbesondere folgende Merkmale.
Die Lamellenbänder 5 und die Lamellenprofile 6 stehen mit einem oder mehreren Peltier-Elementen 10 in wärmeleitender Verbindung und sind mit diesen und dem Rahmen 7 zu dem Modul 1 zusammengefasst. Die Einzelteile des Kühlmoduls 1 werden mit Federelementen 9 zusammengehalten, welche die Lamellenbänder 5, die Lamellenprofile 6 und die Peltier-Elemente 10 zusammendrücken.
Der Luftstrom 3 durch den Wärmeaustauschbereich 4 des Kühlmoduls 1 umfasst zwei Bereiche, nämlich den inneren Luftstrom durch den inneren Bereich, der durch die Lamellenbänder 5 strömt, und den äußeren Luftstrom durch den äußeren Bereich, der durch die Lamellenprofile 6 strömt. In der normalen Betriebsart des Kühlmoduls 1 zum Kühlen des inneren Luftstroms sind die Peltier-Elemente 10 so geschaltet, dass den Lamellenbändern 5 Wärme entzogen und diese Wärme über die Lamellenprofile 6 an die Umgebung abgegeben wird. Dadurch wird der innere Luftstrom abgekühlt und der äußere Luftstrom erwärmt. Der innere Luftstrom wird in der Regel von einem Ventilator erzeugt werden. Der äußere Luftstrom kann von einem Ventilator erzeugt werden, bei dem es sich um denselben Ventilator wie für den inneren Luftstrom oder um einen anderen Ventilator handeln kann, er kann sich aber auch ohne Ventilator aufgrund der zwischen den warmen Rippen der Lamellenprofile 6 gebildeten Thermik der Luft selbsttätig bilden.
Der innere und der äußere Luftstrom können durch optionale Strömungsleitelemente, beispielsweise Trennwände, Luftleitkanäle, Düsen, Luftklappen usw. voneinander getrennt werden, insbesondere um einen räumlich fest abgegrenzten inneren Luftstrom zu erhalten. Wenn die Peltier-Elemente 10 des Kühlmoduls 1 umgepolt werden, werden die Lamellenprofile 6 abgekühlt und die Lamellenbänder 5 erwärmt. Dadurch wird der durch die Lamellenbänder 5 strömende innere Luftstrom erwärmt und das Kühlmodul 1 wird in dieser Betriebsart somit zu einem Heizmodul, da der innere Luftstrom erwärmt statt gekühlt wird.
Aus strömungstechnischen Gründen ist es vorteilhaft, wenn die Schmalseiten der Lamellenbänder 5 und/oder der Lamellenprofile 6 axial stromauf oder stromab zu dem Luftstrom 3 weisen. Ferner ist es vorteilhaft, wenn wie in 1 dargestellt die Schmalseiten der Lamellenbänder 5 und/oder der Lamellenprofile 6 in dem Kühlmodul 1 nicht in radialer Richtung (quer zu Strömungsrichtung 2), sondern als Sehne oder Sekante in dem Wärmeaustauschbereich 4 verlaufen. Dies bedeutet, dass die Schmalseiten der Lamellenbänder 5 und/oder der Lamellenprofile 6 nicht in radialer Richtung, bezogen auf einen Mittelpunkt des Wärmeaustauschbereichs 4, sondern gewissermaßen quer in dem Wärmeaustauschbereich 4 verlaufen. Hierdurch können die Lamellen, insbesondere die Lamellenbänder 5 mit hoher Genauigkeit an vorgegebenen Stellen angeordnet werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass in den Lamellenbändern 5 und/oder den Lamellenprofilen 6 Luftdurchtrittsöffnungen mit rechteckigen und zumindest bereichsweise gleichmäßig gleichen Querschnitten realisiert werden können, was sowohl für einen geringen Luftwiderstand des Kühlmoduls 1 als für eine hohe Kühlleistung vorteilhaft ist. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann dabei wie dargestellt zur Vermeidung von Verwirbelungen vorgesehen sein, dass die Schmalseiten der Lamellenbänder 5 und/oder der Lamellenprofile 6 jeweils zueinander parallel sind, vorzugsweise dass die Schmalseiten der Lamellenbänder 5 und der Lamellenprofile 6 zueinander parallel sind.
Umlenkungen und Verwirbelungen im Luftstrom 3, die sich druckerhöhend auswirken, werden ferner nach einem anderen vorteilhaften dargestellten Merkmal vermieden, wenn die (sich in axialer Richtung, d. h. in Strömungsrichtung 2 erstreckenden) Breitseiten der Lamellenbänder 5 und/oder der Lamellenprofile 6 nicht gegen die axiale Richtung und somit nicht gegen die direkte Luftströmungsrichtung 2 gekippt oder verdreht sind, sondern axial in dem Kühlmodul 1 verlaufen.
Ein einfacher Aufbau des Kühlmoduls 1 ergibt sich, wenn es mehrere jeweils zu einem Lamellenband-Modul zusammengefasste Lamellenbänder 5 aufweist und die Lamellenband-Module in dem Rahmen 7 mit ihren Längsseiten, die in einer Ebene quer und axial zur Strömungsrichtung 2 verlaufen, nebeneinander liegend und/oder mit diesen Längsseiten jeweils untereinander in thermischer Verbindung stehend angeordnet sind. Das in den 10 bis 14 dargestellte Ausführungsbeispiel weist zwei solche Lamellenband-Module auf.
Der Rahmen 7 kann prinzipiell jede beliebige Form haben, beispielsweise rund, eckig oder vieleckig. Zur Vereinfachung der Fertigung und Montage ist es bevorzugt, wenn der Rahmen 7 eine rechteckige Form hat. Eine nahezu maximal große Fläche des von dem Rahmen 7 abgedeckten Teils des Wärmeaustauschbereichs 4 wird erzielt, wenn wie in 10 dargestellt der Rahmen 7 rechteckig ist und die Ecken des Rechtecks dicht an der Außenkontur des Kühlmoduls 1 angeordnet sind.
Das Kühlmodul 1 weist zwei Lamellenprofile 6 auf, die jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Rahmens 7 außerhalb des Rahmens 7 angeordnet sind. Hierdurch ist eine Wärmeabfuhr aus den Lamellenbändern 5 des Kerns zu zwei Seiten außerhalb des Rahmens 7 möglich. Ferner sind gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal die Lamellenbänder 5 im Innern des Rahmens 7 und die Lamellenprofile 6 auf der Außenseite des Rahmens 6 angeordnet.
Der Rahmen 7 besteht vorteilhafterweise aus einem elektrisch nicht leitenden Material, beispielsweise aus Kunststoff. Zur Verbesserung der Wärmeisolierung zwischen der kalten und der warmen Seite der Peltier-Elemente 10, d. h. zwischen den Lamellenbändern 5 und den Lamellenprofilen 6, wird der Rahmen 7 bevorzugt aus einem thermisch isolierenden Material gebildet. Dies dient der thermischen Isolierung des gekühlten Kerns mit den Lamellenbändern 5 und somit auch dem Schutz gegen Feuchtigkeit. Bevorzugte thermisch isolierende Materialien, aus denen der Rahmen 7 gebildet sein kann und die sich insbesondere auch leicht verarbeiten lassen, sind Kunststoffe, vorzugweise verformbare weiche Kunststoffe, und Hochtemperaturfasern oder Papierprodukte. Zudem gleichen verformbare Kunststoffe und Hochtemperaturfasern oder Papierprodukte Maßabweichungen oder thermische Ausdehnungen aus.
Die Peltier-Elemente 10 sind in dem Rahmen 7 angeordnet, d. h. in Öffnungen 11 in den Rahmen 7 eingesetzt, und stehen sowohl mit den im Innern des Rahmens 7 angeordneten Lamellenbändern 5 als auch mit den auf der Außenseite des Rahmens 7 angeordneten Lamellenprofilen 6 in wärmeleitender Verbindung. Dadurch kann der von dem Peltier-Element 10 bei Stromfluss erzeugte Wärmetransport von den Lamellen auf der kalten Seite des Peltier-Elements 10, d. h. in der Regel von den Lamellenbändern 5, zu den Lamellen auf der warmen Seite des Peltier-Elements 10, d. h. in der Regel zu den Lamellenprofilen 6, erfolgen. Der Rahmen 7 nimmt sozusagen die Peltier-Elemente 10 in einer Trennebene oder Trennwand auf, die von dem Rahmen 7 zwischen den Lamellenbändern 5 und den Lamellenprofilen 6 gebildet wird.
Der Rahmen 7 ist in diesem Ausführungsbeispiel zweigeteilt, wobei beide Rahmenhälften jeweils u-förmig ausgebildet sind. Die Peltier-Elemente 10 sind vorzugsweise in den U-Rücken 12 der Rahmenhälften angebracht. Die U-Schenkel 13 der Rahmenhälften weisen aufeinander zu. Die U-Schenkel 13 der Rahmenhälften können in Richtung zueinander und gegeneinander verschiebbar sein, um thermische Ausdehnungen ausgleichen zu können, wobei sie durch die Innenseiten der Lamellenprofile 6 geführt werden können. Der Rahmen kann aber auch starr sein.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel befinden sich innerhalb des Rahmens 7 zwei Lamellenbänder 5, die jeweils zu einem Lamellenband-Modul zusammengefasst sind, die parallel nebeneinander liegen. Zur optimalen Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Platzes sind Ausführungsformen bevorzugt, bei denen der von dem Rahmen 7 umschlossene zentrale Bereich des Wärmeaustauschbereichs 4 vollständig oder nahezu vollständig mit Lamellenbändern 5 ausgefüllt ist. Die Höhe der Lamellenbänder 5 wird aus fertigungstechnischen Gründen oder wegen der Stabilität der Lamellenbänder 5 in der Regel kleiner als etwa 15 mm sein. Daher sind in dem Rahmen 7 mehrere Lamellenbänder 5 nebeneinander angeordnet, um eng an den Peltier-Elementen 10 anliegend den Raum zwischen den Peltier-Elementen 10 im Rahmen 7 zu überbrücken bzw. auszufüllen.
Zwischen den Peltier-Elementen 10 und dem jeweils daran angrenzenden Lamellenband 5 bzw. Lamellenband-Modul ist noch ein Auflageelement 14 in Form eines Auflageblechs angeordnet ist, das thermisch leitend ist, d. h. vorzugsweise aus Metall besteht, und insbesondere der mechanischen Anpassung und der Verteilung von Kräften dient. Ein optionales PTC-Heizelement kann im Innern des Rahmens 7 zwischen zwei benachbarten Lamellenbändern 5 eingesetzt werden, insbesondere anstelle des Auflageelements 14, eventuell mit zugehörigem elektrischem Kontaktblech, wenn das Kühlmodul 1 auch zum Heizen dienen soll. Ein PTC-Heizelement kann aber auch in dem Rahmen 7 angeordnet werden, eventuell anstelle eines Peltier-Elements 10 und gegebenenfalls mit elektrischen Kontaktblechen.
Die thermischen Ausdehnungen können durch eine Verschiebbarkeit von Lamellenbändern 5, Lamellenprofilen 6 sowie gegebenenfalls der Peltier-Elemente 10 und/oder des Rahmens 7 kompensiert und ausgeglichen werden, wobei sowohl der innige wärmeleitende Kontakt zwischen den Peltier-Elementen 10 und den Lamellenbändern 5 und der innige wärmeleitende Kontakt zwischen den Peltier-Elementen 10 und den Lamellenprofilen 6 erhalten bleibt. Dies gilt auch für die gute elektrische Kontaktierung eines optional verwendeten PTC-Heizelements. Hierzu weist das erfindungsgemäße Kühlmodul 1 Federelemente 9 auf, die zum Zusammendrücken der Lamellenbänder 5 bzw. Lamellenband-Module, der Lamellenprofile 6 und der Peltier-Elemente 10 ausgebildet sind.
Die Federelemente 9 greifen in die Lamellenprofile 6 ein und drücken diese unter Vorspannung belastet zusammen, wobei die von den Federelementen 9 zusammengedrückten Lamellenprofile 6 jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Rahmens 7 außerhalb des Rahmens 7 angeordnet sind. Hierdurch ist der Aufbau leicht herzustellen und im Falle der Entsorgung wieder leicht zu demontieren, und es werden in einfacher und zuverlässiger Weise mit wenigen Federelementen 9 die erforderlichen Bauteile, einschließlich Lamellenbänder 5, Rahmen 7, Lamellenprofile 6, Peltier-Elemente 10, Auflageelemente 14 sowie für optional vorhandene PTC-Heizelemente optionale elektrische Kontaktelemente federbelastet beweglich zusammengehalten. Wenn die Federelemente 9 statt an den Lamellenprofilen 6 beispielsweise an dem Rahmen 7 angreifen, sind zusätzliche Federelemente erforderlich, um auch die anderen Komponenten in dem Kühlmodul 1 zusammenzuhalten, wodurch sich ein höherer Fertigungsaufwand ergibt. Die Wirkungsklemmrichtung der Federelemente 9 ist dabei vorteilhafterweise entgegen der thermischen Ausdehnungsrichtung der Komponenten des Kühlmoduls 1 und entgegengesetzt zur Verschiebe- bzw. Führungsrichtung, die die Komponenten des Kühlmoduls 1 bei thermischer Ausdehnung in dem Kühlmodul 1 haben.
Die Peltier-Elemente 10 sind nicht im Kern oder Strömungszentrum des Wärmeaustauschbereichs 4 angeordnet, sondern quer zur Strömungsrichtung 2 nach außen versetzt sind, nämlich in die U-Rücken 12. Hierdurch wird eine optimale beidseitige Luftumströmung der Peltier-Elemente 10 ermöglicht, nämlich sowohl auf ihrer den Lamellenbändern 5 zugewandten Seite als auch auf der dem jeweils angrenzenden Lamellenprofil 6 zugewandten Seite. Ferner kann hierdurch eine gute beidseitige Wärmekopplung der Peltier-Elemente 10 an die Lamellenbänder 5 und die Lamellenprofile 6 realisiert werden.
Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal kann darin bestehen, dass das Peltier-Element 10 quaderförmig ausgebildet und derart in dem Kühlmodul 1 angeordnet ist, dass sich seine Längsseite quer zur Strömungsrichtung 2 erstreckt. Dadurch liegt das Peltier-Element 10 parallel zu den Lamellenbändern 5 und den U-Rücken 12 des Rahmens 7 und die Schmalseiten der Wärmekontaktflächen des Peltier-Elements 10 liegen axial in Strömungsrichtung 2. Daraus resultiert eine sehr geringe Bautiefe des Kühlmoduls 1 in seiner axialen Strömungsrichtung 2, was sehr vorteilhaft für die Anwendung bei beengten Platzverhältnissen ist.
Das Kühlmodul 1 umfasst Peltier-Elemente 10, die in zwei gegenüberliegenden Seiten des Rahmens 7 angeordnet sind. Hieraus resultiert ein symmetrischer Aufbau des Kühlmoduls 1, der in Bezug auf die Kühlung der Lamellenbänder 5, der Wärmableitung über die Lamellenprofile 6 und der paarweisen Verwendung gleicher Bauteile in dem Kühlmodul 1 vorteilhaft ist.
Der Rahmen 7 bildet eine Trennung zwischen einem kalten Luftstrom durch den zentralen Bereich mit den Lamellenbändern 5 und einem warmem Luftstrom durch den äußeren Bereich mit den Lamellenprofilen 6, wobei der kalte Luftstrom durch Lamellen leitbar ist, die in wärmeleitender Verbindung mit der kalten Seite des Peltier-Elements 10 stehen, und wobei der warme Luftstrom durch Lamellen leitbar ist, die in wärmeleitender Verbindung mit der warmen Seite des Peltier-Elements 10 stehen.
Das Kühlmodul 1 ist bevorzugt so ausgebildet, dass im Standardbetrieb das Lamellenband 5 in wärmeleitender Verbindung mit der kalten Seite des Peltier-Elements 10 steht und das Lamellenprofil 6 in wärmeleitender Verbindung mit der warmen Seite des Peltier-Elements 10 steht. Bevorzugt umschließt der Rahmen 7 einen kalten Luftstrom, der durch Lamellen leitbar ist, die in wärmeleitender Verbindung mit der kalten Seite des Peltier-Elements 10 stehen. Der kalte Luftstrom fließt also axial durch das Innere des Rahmen, d. h. senkrecht zu der vom Rahmen gebildeten Querschnittsfläche des Kühlmoduls 1. Entsprechend ist bevorzugt, wenn das Kühlmodul 1 derart ausgebildet ist, dass ein warmer Luftstrom durch ein Lamellenprofil 6 leitbar ist, das an der Außenseite des Rahmens 7 angeordnet ist, wobei das Lamellenprofil 6 in wärmeleitender Verbindung mit dem Peltier-Element 10 steht. Der warme Luftstrom durchströmt also axial an der Außenseite des Rahmens durch den Wärmeaustauschbereich 4.
Das Kühlmodul 1 mit den Lamellenbändern 5, dem Rahmen 7, den Lamellenprofilen 6 und den Federelementen 9 der 10 bis 14 ist in ein luftdurchströmbares Gehäuse 16 mit rechteckigem Querschnitt und rechteckigem Luftaustritt integriert. Die Enden mancher Rippen der Lamellenprofile 6 sind als Stege ausgebildet oder dienen als solche, um das Kühlmodul 1 in entsprechenden Führungsnuten in dem Gehäuse 16 zu führen. Die Stege greifen in korrespondierende Führungsnuten auf der Innenseite des Gehäuses 16 ein, die beispielsweise von Nasen oder Stegen gebildet werden können.
Das Kühlmodul 1 wird von einem Luftstrom angeströmt, der mit einem Ventilator erzeugt wird. Der innen liegende Luftstrom durchströmt die Lamellenbänder 5 und der radial außen liegende Luftstrom die Lamellenprofile 6. In der Standardbetriebsweise des Kühlmoduls 1 zum Kühlen wird somit der äußere Luftstrom erwärmt und der innere Luftstrom wird abgekühlt. In dem Kühlmodul 1 werden diese beiden Luftströme durch den Rahmen 7 getrennt. Auf der Austrittsseite des Kühlmoduls 1 kann das Gehäuse 16 eine Trennwand aufweisen, die eine Trennung zwischen einem warmen und einem kalten Luftstrom bildet, wobei sich die Trennwand in der Strömungsrichtung 2 stromabwärts an den Rahmen 7 anschließt oder der Rahmen 7 einen Teil der Trennwand bildet. Die kalte Luft strömt aus dem Zentrum des Kühlmoduls 1 aus und die warme Luft aus dem Randbereich. Die warme Luft kann dabei von einem Gehäuseteil abgelenkt werden, damit sie nicht zusammen mit der kalten Luft in den gekühlten Luftstrom bzw. in den zu kühlenden Raum gelangt.
Bezugszeichenliste

1: Kühlmodul
2: Strömungsrichtung
3: Luftstrom
4: Wärmeaustauschbereich
5: Lamellenband
6: Lamellenprofil
7: Rahmen
8: Zuleitung
9: Federelement
10: Peltier-Element
11: Öffnung
12: U-Rücken
13: U-Schenkel
14: Auflageelement
15: Innenecke
16: Gehäuse
17: Flansch
18: Ventilator
19: Gummilagerung
20: Rastnocken
21: Rastöffnung
22: Trennwand
23: Austrittsöffnung
24: Sammelrinne

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6119463 [0009]
DE 19829440 A1 [0009]
DE 4207283 A1 [0009]
DE 10218343 B4 [0009]
WO 2009/122282 A1 [0009]
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WO 2009/015235 A1 [0009]
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DE 19651279 A1 [0010]
WO 2009/097572 A1 [0010]
WO 2009/087106 A1 [0069, 0103]
DE 102010033309 [0069, 0103]

Claims

Elektrisches Kühlmodul (1) zum elektrischen Kühlen eines Luftstroms (3), insbesondere zum Kühlen und Belüften eines Sitzes, mit mindestens einem Peltier-Element (10) und mindestens einem luftdurchströmbaren Wärmeaustauschbereich (4) mit wärmeleitenden Lamellen, die mit dem Peltier-Element (10) in wärmeleitender Verbindung stehen und mit diesem zu einem Modul zusammengefasst sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen des Kühlmoduls (1) sowohl mindestens ein Lamellenband (5) als auch mindestens ein festes Lamellenprofil (6) umfassen, die in dem Wärmeaustauschbereich (4) angeordnet sind, wobei das Lamellenband (5) im zentralen Bereich des Wärmeaustauschbereichs (4) innerhalb eines Rahmens (7) angeordnet ist, der quer zur Strömungsrichtung (2) angeordnet ist, das Lamellenprofil (6) im Außenbereich des Wärmeaustauschbereichs (4) angeordnet ist und das Kühlmodul (1) Federelemente (9) aufweist, die zum Zusammendrücken des Lamellenbandes (5), des Lamellenprofils (6) und des Peltier-Elements (10) ausgebildet sind.
Kühlmodul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmalseiten des Lamellenbandes (5) und/oder des Lamellenprofils (6) axial stromauf oder stromab zu dem Luftstrom (3) weisen.
Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmalseiten des Lamellenbandes (5) und/oder des Lamellenprofils (6) nicht in radialer Richtung, sondern als Sehne oder Sekante in dem Wärmeaustauschbereich (4) verlaufen.
Kühlmodul (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmalseiten des Lamellenbandes (5) und/oder des Lamellenprofils (6) jeweils zueinander parallel sind.
Kühlmodul (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmalseiten des Lamellenbandes (5) und des Lamellenprofils (6) zueinander parallel sind.
Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breitseiten des Lamellenbandes (5) und/oder des Lamellenprofils (6) nicht gegen die axiale Richtung und somit nicht gegen die direkte Luftströmungsrichtung (2) gekippt oder verdreht sind, sondern axial in dem Kühlmodul (10) verlaufen.
Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Lamellenprofil (5) außerhalb des Rahmens (7) angeordnet ist.
Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Rippen des Lamellenprofils (6) in ihrem Außenbereich offen sind.
Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Rippen des Lamellenprofils (6) in ihrem Außenbereich paarweise geschlossen sind.
Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lamellenprofil (6) an seiner dem Rahmen (7) zugewandten Innenseite gerundete Innenecken (15) aufweist.
Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mehrere jeweils zu einem Lamellenband-Modul zusammengefasste Lamellenbänder (5) aufweist und die Lamellenband-Module in dem Rahmen (7) mit ihren Längsseiten, die in einer Ebene quer und axial zur Strömungsrichtung (2) verlaufen, nebeneinander liegend und/oder mit diesen Längsseiten jeweils untereinander in thermischer Verbindung stehend angeordnet sind.
Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der von dem Rahmen (7) umschlossene zentrale Bereich des Wärmeaustauschbereichs (4) vollständig oder nahezu vollständig mit Lamellenbändern (5) ausgefüllt ist.
Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei Lamellenprofile (6) aufweist, die jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Rahmens (7) außerhalb des Rahmens (7) angeordnet sind.
Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (7) rechteckig ist und die Ecken des Rechtecks dicht an der Außenkontur des Kühlmoduls (10) angeordnet sind.
Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (7) rechteckig ist und zwei sich in Längsrichtung eines Lamellenband-Moduls erstreckende, gegenüberliegende Rahmenlängsteile umfasst, wobei die Rahmenlängsteile unter der Vorspannung der Federelemente (9) quer zur Strömungsrichtung (2) des Luftstroms gegeneinander verschiebbar sind.
Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (7) aus einem elektrisch nicht leitenden Material, beispielsweise aus Kunststoff besteht.
Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (7) aus einem thermisch isolierenden Material gebildet ist.
Kühlmodul (1) nach dem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (7) aus Kunststoff, einer Hochtemperaturfaser, einem Faserprodukt, einem Papierprodukt oder aus Styropor oder Polypropylen, vorzugsweise aus expandiertem Polypropylen (EPP) gebildet ist.
Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der kalten und/oder der warmen Seite eines Peltier-Elements (10) eine wärmeleitende Ausgleichsschicht angeordnet ist, insbesondere ein wärmeleitendes Wachs, ein wärmeleitendes Phase-Change Wachs, eine wärmeleitende Folie, insbesondere aus Kupfer oder Aluminium, eine wärmeleitende Klebefolie oder eine wärmeleitende Phase-Change Folie.
Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellenbänder (5) im Innern des Rahmens (7) und die Lamellenprofile (6) auf der Außenseite des Rahmens (7) angeordnet sind.
Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Peltier-Elemente (10) in dem Rahmen (7) angeordnet sind und sowohl mit den im Innern des Rahmens (7) angeordneten Lamellenbändern (5) als auch mit den auf der Außenseite des Rahmens (7) angeordneten Lamellenprofilen (6) in wärmeleitender Verbindung stehen.
Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es Peltier-Elemente (10) umfasst, die in zwei gegenüberliegenden Seiten des Rahmens (7) angeordnet sind.
Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (7) eine Trennung zwischen einem kalten Luftstrom und einem warmem Luftstrom bildet, wobei der kalte Luftstrom durch Lamellen leitbar ist, die in wärmeleitender Verbindung mit der kalten Seite des Peltier-Elements (10) stehen, und wobei der warme Luftstrom durch Lamellen leitbar ist, die in wärmeleitender Verbindung mit der warmen Seite des Peltier-Elements (10) stehen.
Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es so ausgebildet ist, dass im Standardbetrieb das Lamellenband (5) in wärmeleitender Verbindung mit der kalten Seite des Peltier-Elements (10) steht und das Lamellenprofil (6) in wärmeleitender Verbindung mit der warmen Seite des Peltier-Elements (10) steht.
Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (7) einen kalten Luftstrom umschließt, der durch Lamellen leitbar ist, die in wärmeleitender Verbindung mit der kalten Seite des Peltier-Elements (10) stehen.
Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es derart ausgebildet ist, dass ein warmer Luftstrom durch ein Lamellenprofil (6) leitbar ist, das an der Außenseite des Rahmens (7) angeordnet ist, wobei das Lamellenprofil (6) in wärmeleitender Verbindung mit dem Peltier-Element (10) steht.
Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (7) zweigeteilt ist, wobei beide Rahmenhälften jeweils u-förmig ausgebildet sind.
Kühlmodul (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die U-Schenkel (13) des Rahmens (7) aufeinander zu weisen und gegeneinander verschiebbar sind.
Kühlmodul (1) nach einem der Ansprüche 27 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Peltier-Elemente (10) in den U-Rücken (12) der Rahmenhälften angebracht
Kühlmodul (1) nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei in Form eines Bogens, d. h. bogenartig, bogenförmig oder in etwa bogenförmig ausgebildete Lamellenprofile (6) umfasst, die auf der Außenseite des Rahmens (7) angeordnet sind und mit ihrer Innenseite an die Außenseite des Rahmens (7) und mit ihrem Außenrand an die Außenkontur des Wärmeaustauschbereichs (4) angepasst sind.
Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (7) rechteckig ist und vier gerade Rahmenteile aufweist, umfassend zwei sich in Längsrichtung eines Lamellenband-Moduls erstreckende, gegenüberliegende Rahmenlängsteile und zwei die Rahmenlängsteile an ihren Enden verbindende Rahmenverbindungsteile, wobei die Rahmenlängsteile unter der Vorspannung der Federelemente (9) gegeneinander verschiebbar in den Rahmenverbindungsteilen verschiebbar geführt sind.
Kühlmodul (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei gerade ausgebildete Lamellenprofile (6) umfasst, die auf der Außenseite des Rahmens (7) angeordnet sind und mit ihrer Innenseite an die Außenseite des Rahmens (7) und mit ihrem Außenrand an die Außenkontur des Wärmeaustauschbereichs (4) angepasst sind.
Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (9) in Lamellenprofile (6) eingreifen und diese unter Vorspannung belastet zusammendrücken, wobei die von den Federelementen (9) zusammengedrückten Lamellenprofile (6) jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Rahmens (7) außerhalb des Rahmens (7) angeordnet sind.
Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (9) quer zur Strömungsrichtung (2) versetzt neben dem Rahmen (7) angeordnet sind.
Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (9) in Strömungsrichtung (2) versetzt vor und/oder hinter dem Rahmen (7) angeordnet sind.
Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (9) als Federbügel oder Federklammer aus einem flachen Federmaterial ausgebildet sind.
Kühlmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (9) als Federbügel oder Federklammer aus einem runden Federmaterial ausgebildet sind.
Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es aus zwei oder mehr in Strömungsrichtung (2) hintereinander angeordneten Kühlmodulen zusammengesetzt ist, wobei die Lamellenbänder (5), die Lamellenprofile (6) und die Rahmen (7) der einzelnen Kühlmodule jeweils in Strömungsrichtung (2) hintereinander fluchtend ausgerichtet sind.
Kühlmodul (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die hintereinander geschalteten Kühlmodule einen gemeinsamen Rahmen (7) und/oder gemeinsame Peltier-Elemente (10) aufweisen.
Kühlmodul (1) nach einem der Ansprüche 38 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der auf einer Seite der Rahmen (7) hintereinander liegend angeordneten Lamellenprofile (6) zu einem gemeinsamen, einstückigen Lamellenprofil (6) zusammengefasst sind.
Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens ein PTC-Heizelement aufweist.
Kühlmodul (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das PTC-Heizelement in dem Rahmen (7) angeordnet ist.
Kühlmodul (1) nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass das PTC-Heizelement im Innern des Rahmens zwischen zwei benachbarten Lamellenbändern (5) angeordnet ist.
Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur des Wärmeaustauschbereichs (4) ringförmig, d. h. im Wesentlichen rund, kreisrund, elliptisch oder stadionförmig ausgebildet ist.
Kühlmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur des Wärmeaustauschbereichs (4) rechteckig oder vieleckig ausgebildet ist.
Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Peltier-Element (10) nicht im Kern oder Strömungszentrum des Wärmeaustauschbereichs (4) angeordnet, sondern quer zur Strömungsrichtung (2) nach außen versetzt ist.
Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Peltier-Element (10) quaderförmig ausgebildet und derart in dem Kühlmodul (1) angeordnet ist, dass sich seine Längsseite quer zur Strömungsrichtung (2) erstreckt.
Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es in ein luftdurchströmbares Gehäuse (16) integriert ist.
Kühlmodul (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilator (18) an dem Gehäuse (16) befestigt oder in dieses eingesetzt ist.
Kühlmodul (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilator (18) ein Axialventilator ist.
Kühlmodul (1) nach Anspruch 49 oder 50, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilator (18), bezogen auf die Strömungsrichtung (2), stromaufwärts von dem Kühlmodul (1) angeordnet ist.
Kühlmodul (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Axialventilator (18) derart angeordnet ist, dass sein radial innen liegender Luftstrom die Lamellenbänder (5) und sein radial außen liegender Luftstrom die Lamellenprofile (6) durchströmt.
Kühlmodul (1) nach einem der Ansprüche 48 bis 52, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (16) eine Trennwand aufweist, die eine Trennung zwischen einem warmen und einem kalten Luftstrom bildet, wobei sich die Trennwand (22) in der Strömungsrichtung (2) stromabwärts an den Rahmen (7) anschließt oder der Rahmen (7) einen Teil der Trennwand (22) bildet.
Kühlmodul (1) nach einem der Ansprüche 48 bis 53, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (16) Austrittsöffnungen (23) zum Ausleiten von Warmluft aus dem Gehäuse (16) aufweist.
Kühlmodul (1) nach einem der Ansprüche 48 bis 54, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (16) zum Einsetzen in einen Sitz, insbesondere einen Fahrzeugsitz, oder zum Einsetzen in einen Luftkanal mit bedarfsweise zuschaltbarer Luftstromkühlung oder Luftstromklimatisierung eines Fahrzeuges vorgesehen ist.
Belüfteter Sitz mit einem elektrischen Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kühlmodul (1) als Gebläse mit bedarfsweise zuschaltbarer Luftstromkühlung dient, insbesondere in einem Fahrzeugsitz, oder in einem Luftkanal mit bedarfsweise zuschaltbarer Luftstromkühlung eines Fahrzeuges.
Fahrzeug mit einem elektrischen Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kühlmodul (1) insbesondere zum Kühlen einer Lampe, insbesondere einer LED-Lampe, eines Scheinwerfers, der Motorsteuerung, eines Sitzes, einer Steuerelektronik, des Armaturenbrettes, eines in das Fahrzeug eingebauten Gerätes oder zur körpernahen Klimatisierung dient.
Lampe, beispielsweise eine Halogen- oder LED-Lampe, eines Autoscheinwerfers, Sitz, Stuhl, Bett, kleiner Schaltschrank, Steuerpult, Bildschirm, Flachbildschirm oder ein Gehäuses mit elektrischen oder elektronischen Teilen, beispielsweise eines Netzgerätes, Routers, Servers, PCs oder Industrie-PCs, mit einem elektrischen Kühlmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kühlmodul (1) zum Kühlen dient.