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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit einem Kühlteil sowie mit einem Verdampfer zur Kühlung des Kühlteils, wobei eine Trennplatte sowie ein durch die Trennplatte begrenzter Kaltluftkanal vorgesehen sind, wobei die Trennplatte den Kaltluftkanal von dem Kühlteil trennt und wobei der Kaltluftkanal relativ zu dem Verdampfer derart angeordnet ist, dass die in dem Kaltluftkanal befindliche Luft durch den Verdampfer gekühlt wird.
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Ein solches Kühl- bzw. Gefriergerät ist beispielsweise aus der
EP 793 066 B1 bekannt.
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Aus dem Stand der Technik ist es des Weiteren bekannt, die Effizienz eines Kühl- bzw. Gefriergerätes dadurch zu steigern, dass beispielsweise die Kompressorlaufzeit und die Verdampfungstemperatur optimiert werden. Diese Parameter können dadurch positiv beeinflusst werden, dass ein Material mit vergleichsweise hoher Wärmekapazität in dem Kühlraum eingebracht wird.
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Dies kann beispielsweise in Form sogenannter Kälteakkus erfolgen, die in dem Kühlraum bzw. Gefrierraum eingelagert werden oder auch durch Latentwärmespeicher, die direkt am Verdampfer angeordnet sind, wie dies aus der
DE 10 2010 038 381 A1 bekannt ist. Die Anordnung des Latentwärmespeichers am Verdampfer bringt den Nachteil mit sich, dass dadurch die Isolation geschwächt wird, was Nachteile im Hinblick auf die Energieeffizienz hat, weil der Warmeintrag in das Gerät erhöht wird.
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Die
DE 10 2011 076 169 A1 offenbart ein Kühlgerät mit einem Verdampfer, der in thermischem Kontakt mit einem Wärmespeichermaterial steht.
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Aus der
DE 10 2008 042 788 A1 ist ein Kühlgerät bekannt, bei dem im einem Kaltluftkanal ein Wärmespeichermaterial angeordnet ist. Zur Kühlung eines Kompartimentes des Gerätes steht das Wärmespeichermaterial über eine Wärmebrücke mit dem Kompartiment in Verbindung.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühl- und/oder Gefriergerät der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass dieses eine hohe Energieeffizienz aufweist und weder den Nachteil einer Isolationsschwächung noch einer negativen Beeinflussung des Abtauverhaltens des Verdampfers aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist vorgesehen, dass sich an der Trennplatte in dem Kaltluftkanal auf der vom Kühlteil abgewandten Seite der Trennplatte ein von Verdampfer beabstandet angeordnetes Wärmespeichermaterial befindet und dass zwischen dem Wärmespeichermaterial und dem Kühlteil durchgehend ein Isolationsmaterial angeordnet ist.
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Durch die thermische Kopplung des Wärmespeichermaterials mit der Luft, die sich in dem Kaltluftkanal befindet, wird die kalte Oberfläche („Verdampferoberfläche”) erhöht und die Verdampfungstemperatur kann ansteigen, was sich positiv auf die Effizienz des Geräts auswirkt. Aufgrund der Tatsache, dass das Wärmespeichermaterial nicht unmittelbar an dem Verdampfer angeordnet ist, sondern an der Trennplatte, wird die Isolation am Verdampfer nicht geschwächt, was ebenfalls effizienzsteigernd wirkt.
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Das Wärmespeichermaterial bietet ein „Kältereservoir”, das auch in der Stehzeit des Kompressors des Kältemittelkreislaufes genutzt werden kann, um die wenigstens eine Temperaturzone bzw. das wenigstens eine Kompartiment des Gerätes zu kühlen. Bei diesem Kompartiment handelt es sich um das Kühlteil und ggf. um ein oder mehrere weitere Kompartimente, wie beispielsweise ein Kaltlagerfach.
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Aufgrund der Tatsache, dass das Wärmespeichermaterial auch in der Stehzeit des Kompressors genutzt werden kann, um aus dem Nutzraum des Gerätes Wärme zu entziehen bzw. um die Luft zu kühlen, können die Laufzeiten des Kompressors flexibler sowie auch effizienter gestaltet werden.
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Das Isolationsmaterial, das sich durchgehend zwischen dem Wärmespeichermaterial und dem Kühlteil befindet, bringt den Vorteil mit sich, dass keine Kondensation von Feuchtigkeit an der zu dem Kühlteil gewandten Seite der Trennplatte auftritt. Eine Wärmebrücke zu dem Kühlteil, die sich durch eine Öffnung der Trennplatte erstreckt ist nicht vorgesehen.
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Die Position des Wärmespeichers ist so gewählt, dass auf der Kühlteilseite keine Kondensation auftritt. Gleichzeitig ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Isolationsmaterial derart gestaltet ist, dass eine Kühlwirkung über die Fläche des Wärmespeichers in Richtung des Kühlteils eintritt, was den Vorteil einer gleichmäßigen Temperaturverteilung im Kühlteil mit sich bringt.
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Bei der Trennplatte kann es sich um eine vertikale oder auch um eine horizontale Trennplatte handeln.
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Bei dem Isolationsmaterial kann es sich um die Trennplatte selbst handeln.
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Denkbar ist es, dass es sich bei der Trennplatte um eine vertikale Trennplatte handelt, die sich entlang des Luftkanals erstreckt bzw. eine Begrenzung des Luftkanals bildet. Die Trennung zum Kühlteil in Form der Trennplatte kann beispielsweise durch eine Kunststoffplatine oder auch durch eine Kunststoffplatine und eine zusätzliche Isolation erfolgen. Auch weitere Schichten bzw. Materialien sind denkbar und von der Erfindung mit umfasst.
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Auch ist es denkbar, dass es sich bei der Trennplatte um eine horizontale Trennplatte handelt. Auch diese kann sich in Richtung des Luftkanals erstrecken bzw. eine Begrenzung des Luftkanals bilden. Auch in diesem Fall kann eine Trennung zum Kühlteil z. B. durch eine Kunststoffplatine oder auch durch eine Kunststoffplatine oder eine zusätzliche Isolation erfolgen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich der Kaltluftkanal in vertikaler Richtung erstreckt und sich auch in dieser Richtung der Verdampfer sowie auch der Wärmespeicher erstrecken.
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Auch ist es denkbar, dass sich der Kaltluftkanal in horizontaler Richtung erstreckt und sich auch in dieser Richtung der Verdampfer sowie auch der Wärmespeicher erstrecken. Auch eine Kombination der Ausrichtungen ist denkbar. So kann beispielsweise der Verdampfer vertikal und der Kaltluftkanal horizontal angeordnet sein.
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Auch ist es möglich, dass mehrere Kaltluftkanäle vorgesehen sind. Beispielsweise kann ein Kaltluftkanal horizontal und einer vertikal verlaufen.
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Denkbar ist es, dass der Verdampfer einschäumt, angeschäumt oder auch freihängend in dem Kaltluftkanal angeordnet ist.
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Die Art des Verdampfers ist beliebig. Beispielsweise handelt es sich um einen Rohr-auf-Blech-Verdampfer, um einen Rollbondverdampfer, um einen Verdampfer in Lamellenausführung etc.
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In einer weiteren denkbaren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass sich das Wärmespeichermaterial aus der Trennplatte in Richtung des Kühlteils entnehmen lässt, sodass es beispielsweise ein Nutzer als Kälteakku verwenden kann. Die Trennung zum Luftkanal kann z. B. durch ein Kunststoffteil das luftdurchlässig oder auch luftundurchlässig ist, erreicht werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgehen, dass das Wärmespeichermaterial in einem Behälter angeordnet ist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass das Material des Behälters dem der Trennplatte entspricht. So ist es beispielsweise denkbar, dass es sich bei diesem Material um Polystyrol handelt.
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Das Wärmespeichermaterial kann in einem oder mehreren starren Behältnissen oder auch in einem oder mehreren verformbaren Behältnissen wie beispielsweise Beuteln angeordnet sein.
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Denkbar ist beispielsweise der Einsatz von Aluminiumverbundfolien, in die Wasser oder ein sonstiges Wärmespeichermaterial eingefüllt ist.
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Der Emissionsgrad der Oberfläche des oder der Behältnisse ist möglichst hoch, um Strahlungsenergie gut aufnehmen und abgeben zu können. Vorzugsweise beträgt der Wert für Epsilon > 0,9.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Wärmespeichermaterial aus einem oder mehreren der Stoffe Wasser, insbesondere Trinkwasser, Wassergemisch mit Glykol oder Salzen mit bestimmten Schmelzpunkt, Paraffine, extrudierte Materialien, wie beispielsweise Micronal oder auch in Form eines Wärmespeichers vorliegt, der in einer Matrix eingebunden ist. Als Bespiel ist Paraffin in einer Kratonmatrix zu nennen.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Wärmespeichermaterial eine Wärmekapazität von > 1,5 kJ/kg K und vorzugsweise von > 3 kJ/kg K aufweist.
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Bei dem Wärmespeichermaterial kann es sich um ein Latentwärmespeichermaterial handeln, das während des Betriebes des Gerätes, d. h. bei den dort üblicherweise auftretenden Temperaturen einen Phasenübergang flüssig/fest durchläuft.
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Denkbar ist es weiterhin, dass für den Fall, dass ein bestimmter Gefrierpunkt gewünscht ist, z. B. 0° Celsius im Falle von Wasser, Kristallisationskeime zugegeben werden bzw. vorliegen, um eine Unterkühlung des Wärmespeichermaterials zu vermeiden.
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Denkbar ist es, dass die Trennplatte und der Behälter bzw. die Trennplatte und das Wärmespeichermaterial als ein einziges (gemeinsames) Bauteil ausgeführt sind. Auch ist es denkbar, dass das Wärmespeichermaterial durch eine geeignete Verbindungstechnik, wie beispielsweise Kleben, Klipsen, Einlegen z. B. mit einem Haken als Sicherung, Klemmen oder Schrauben befestigt wird.
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Die Form des Wärmespeichermaterials bzw. des dieses aufnehmenden Behälters folgt vorzugsweise der Trennplatte. Vorzugsweise ist somit vorgesehen, dass das Wärmespeichermaterial bzw. der Behälter ebenfalls plattenförmig ausgeführt ist.
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Von der Erfindung ist jedoch auch eine unregelmäßige Ausformung des Wämespeichermaterials bzw. des dieses aufnehmenden Behälters mit umfasst, beispielsweise um z. B. Raum für Befestigungselemente, wie z. B. Schrauben, Haken etc. zu ermöglichen.
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Das Wärmespeichermaterial bzw. der Behälter, der dieses aufnimmt, kann rechteckig oder quaderförmig, rund oder oval ausgeführt sein, er/es kann eine glatte Oberfläche zu dem Luftkanal hin oder eine raue Oberfläche zu dem Luftkanal hin aufweisen, die Oberfläche kann mit Wärmetauschelementen, z. B. mit Rippen zum Luftkanal hin ausgeführt sein, bei dem Behälter kann es sich um ein folienartiges, flexibles Material, wie z. B. um einen Beutel aus Aluminiumverbundfolie oder dergleichen handeln.
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Auch ist es denkbar, dass die Behälter die das Wärmespeichermaterial aufnehmen, modulartig aufgebaut sind. So ist es beispielsweise denkbar, dass ein großer Behälter oder mehrere kleine Behälter vorgesehen sind, die ggf. zusammengesetzt werden können, sodass je nach Bedarf mehr oder weniger Wärmespeicher eingesetzt werden können.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist weiterhin denkbar, dass der Wärmespeicherbehälter als Trinkwassertank mit einem Zufluss und einem Abfluss ausgebildet ist. Dabei kann über einen Schraubverschluss, Klemmverschluss etc. die Befüllung dieses Tankes erfolgen.
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Vorzugsweise erstreckt sich der Kaltluftkanal in vertikaler Richtung. Alternativ oder zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, dass sich auf der einen Seite des Kaltluftkanals der Verdampfer und auf der anderen Seite des Kaltluftkanals das Wärmespeichermedium befindet.
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In weitere Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gerät mehrere durch eine horizontale Trennplatte voneinander getrennte Kompartimente aufweist, wobei sich der Kaltluftkanal oberhalb oder unterhalb der horizontalen Trennplatte befinden kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gerät zumindest einen Ventilator aufweist, der so angeordnet ist, dass er Luft durch den Kaltluftkanal fördert. Dabei kann der Kaltluftkanal auf der Druckseite oder auch auf der Saugseite des Ventilators angeordnet sein.
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Denkbar ist es, dass der Kaltluftkanal in Kontakt mit dem Wärmespeichermaterial steht und in Betrieb des Ventilators eine Kühlung der wenigstens einen Temperaturzone nur durch den Wärmespeicher oder durch den Wärmespeicher und den Verdampfer erfolgt.
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Dadurch kann gleichzeitig der Abtauzyklus des Verdampfers beeinflusst werden. Beträgt z. B. die Temperatur des Wärmespeichermaterials 0° Celsius, kann die wenigstens eine Temperaturzone gekühlt werden. Gleichzeitig wird die Abtauung am Verdampfer nicht behindert, da sich dessen Wärmekapazität nicht ändert, im Gegensatz zu einem Verdampfer in Kontakt mit einem Wärmespeicher, dessen Wärmekapazität deutlich erhöht ist und somit auch die Abtauung deutlich länger dauert.
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Ist der Ventilator ausgeschaltet, kann die Kühlung eine Temperaturzone ebenfalls nur durch den Wärmespeicher oder durch den Wärmespeicher und einen Verdampfer erfolgen.
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In einer denkbaren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wärmespeicher mit einem Temperaturfühler ausgestattet ist. Diese Ausführungsform der Erfindung ermöglicht es, dass bei Erreichen einer Gefriertemperatur oder einer beliebigen Temperatur oder einer beliebigen Temperatur darunter z. B. 1 oder 2 K der Verdampfer abgeschaltet wird, um ein Gefrieren und damit eine Volumenausdehnung beim Phasenwechsel flüssig-fest zu vermeiden.
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Bei Erreichen einer warmen Zieltemperatur wird der Verdampfer eingeschaltet, um den Wärmespeicher zu laden, d. h. diesem Wärme zu entziehen.
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Auch ist es denkbar, eine Regelung dahingehend vorzusehen, dass der Wärmespeicher gezielt z. B. in Abhängigkeit der Stromkosten geladen oder entladen wird, wobei unter Laden das Abkühlen und unter Entladen das Erwärmen des Wärmespeichers zu verstehen ist. Somit lässt sich das erfindungsgemäße Gerät vorteilhaft in einem Smart-Grid betreiben.
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Wie bereits oben ausgeführt, ist es denkbar, dass der Wärmespeicher vom Nutzer entnehmbar ausgeführt ist. Vorzugsweise ist dieser spülmaschinentauglich.
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Die Entnehmbarkeit des Wärmespeichers bzw. des nicht Festverbauens des Wärmespeichers bringt den Vorteil mit sich, dass dieser nicht werkseitig, d. h. von vornerein eingebracht wird, sondern nur im Bedarfsfall. Daraus ergeben sich der Vorteil einer Kostenreduzierung sowie der Vorteil, dass beim Transport des Gerätes kein Einfrieren des Wärmespeichers möglich ist.
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Der Wärmespeicher bringt des Weiteren den Vorteil mit sich, dass bei einer Störung, z. B. bei einem Stromausfall die Lagerzeit des Kühl- bzw. Gefriergutes erhöht wird, da die Temperatur in dem Kühlkompartiment durch den Wärmespeicher länger gering gehalten werden kann.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung darstellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigen:
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1: eine Längsschnittansicht durch ein Kühlgerät gemäß der Erfindung,
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2: eine Längsschnittansicht durch ein Kühlgerät gemäß der Erfindung auf Höhe des Kaltluftkanals in unterschiedlichen Ausführungen,
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3: eine Längsschnittansicht durch ein Kühlgerät gemäß der Erfindung mit vertikalem und horizontalem Kaltluftkanal,
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4: eine Längsschnittansicht durch ein Kühlgerät gemäß der Erfindung auf Höhe des Kaltluftkanals mit entnehmbarem Wärmespeicher.
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1 zeigt in einer Längsschnittansicht ein Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Das Bezugszeichen 10 kennzeichnet ein herkömmliches Kühlteil und das Bezugszeichen 20 ein darunter angeordnetes und durch die Trennplatte 30 von dem Kühlteil abgetrenntes Kaltlagerfach. In dem Kaltlagerfach 20 herrschen geringere Temperaturen als in dem Kühlteil 10.
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Hinter dem Kühlteil 10 befindet sich eine vertikale Trennplatte 40, die das Kühlteil 10 von dem Kaltluftkanal 50 abtrennt.
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Mit dem Bezugszeichen 60 ist ein eingeschäumter oder in dem Kaltluftkanal 50 freihängender Verdampfer gekennzeichnet.
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Im oberen Bereich der Trennplatte 40 befindet sich der Ventilator 70.
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Der Ventilator fördert die Luft aus dem Kühlteil 10 in den Kaltluftkanal 50. Von dort tritt sie vollständig in das Kaltlagerfach 20 ein. Nach der Durchströmung des Kaltlagerfaches 20 gelangt die Luft durch eine oder mehrere Öffnungen in oder neben der Trennplatte 30 zurück in das Kühlteil 10.
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Das Gerät kann des Weiteren ein Gefrierteil aufweisen.
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Der Gerätekorpus umfasst eine Außenhaut sowie eine Wärmeisolation 80, die sich zwischen der Außenhaut und dem gekühlten Innenraum befindet.
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An der vertikalen und/oder an der horizontalen Trennplatte 30, 40 kann sich ein Wärmespeichermaterial, wie z. B. Wasser und vorzugsweise Trinkwasser befinden. 2a) zeigt eine Schnittansicht durch das Gerät auf Höhe des Kaltluftkanals 50. Das Bezugszeichen 60 kennzeichnet den Verdampfer bzw. die Verdampferrohre. Wie dies aus 2a) hervorgeht, befindet sich zwischen der Trennplatte 40 und dem Verdampfer ein Wärmespeichermaterial 90. Das Material 90 befindet sich auf der zum Kaltluftkanal gewandten Seite der Trennplatte 40.
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Die Trennplatte 40 kann beispielsweise aus Styropor oder aus einem sonstigen Kunststoffmaterial 40' bestehen oder dieses umfassen.
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2b) entspricht der Ausführung gemäß 2a) mit dem Unterschied, dass sich zwischen dem Wärmespeichermaterial 90 und dem Kunststoffmaterial 40' eine weitere Isolationsschicht 40'' angeordnet ist. Das Kunststoffmaterial 40' und die weitere Isolationsschicht 40'' bilden die Trennplatte 40.
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Die Trennplatte 30, 40 weist keine Öffnungen für eine Wärmebrücke oder dergleichen von dem Wärmespeichermaterial zu dem gekühlten Innenraum auf, d. h. die Trennplatte ist durchgehend ausgebildet.
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Die Trennplatte ist vorzugsweise derart ausgelegt, dass auf deren zum Kühlteil 10 gewandten Seite keine Kondensation auftritt. Gleichwohl kann ein Wärmedurchgang durch die Trennplatte erfolgen, so dass dem Kühlteil über die Fläche des Wärmespeichermaterials Wärme entzogen wird, was in einer gleichmäßigeren Temperaturverteilung in dem Kühlteil resultiert.
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3 zeigt eine Anordnung gemäß 2a) und verdeutlicht, dass in der vertikalen Trennplatte 40 und/oder in der horizontalen Trennplatte 30 ein Isolationsmaterial und/oder ein Wärmespeichermaterial angeordnet sein kann, was mit dem Bezugszeichen 100, 101 angedeutet ist.
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Das Isolationsmaterial und/oder Wärmespeichermaterial 101 befindet sich unterhalb der horizontalen Trennplatte 30 und ist somit von dem Kühlteil durch die Trennplatte 30 getrennt. Unterhalb der Trennplatte 30 befindet sich die Schublade S.
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4 zeigt schließlich eine Ausführungsform, bei der das Wärmespeichermaterial 90' zum Kühlteil 10 hin entnehmbar ist.
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Im Übrigen kennzeichnen in den 3 und 4 gleiche Bezugszeichen dieselben Teile wie in 2.
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Das Ausführungsbeipiel zeigt ein Gerät mit einem oben angeordneten Kühlteil und mit einem darunter angeordneten Kaltlagerfach, wobei die Luft durch den Kaltfluftkanal von dem Kühlteil zu dem Kaltlagerfach transportiert wird.
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Von der Erfindung ist grundsätzlich auch eine umgekehrte Anordnung erfasst. Somit kann sich auch das Kaltlagerfach oberhalb des Kühlteils befinden, das heißt Kaltlagerfach und Kühlteil sind wieder durch eine horizontale Trennplatte voneinander getrennt, wobei sich das Kaltlagerfach oberhalb der Trennplatte und das Kühlteil unterhalb der Trennplatte befinden. In diesem Fall wird die Luftströmungsrichtung gegenüber der in 1 dargestellten umgedreht, das heißt sie verläuft von unten nach oben. Der Ventilator ist vorzugsweise ist dem unten angeordneten Kühlteil angeordnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 793066 B1 [0002]
- DE 102010038381 A1 [0004]
- DE 102011076169 A1 [0005]
- DE 102008042788 A1 [0006]
