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Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung zur Kühlung von begehbaren Lager- oder Kühlräumen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Wärmeübertrageranordnung zur Verwendung in einer solchen Kühleinrichtung.
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Derartige Kühleinrichtungen werden beispielsweise für die Kühlung von Lebensmitteln in begehbaren Kühlräumen eingesetzt. Um die im Kühlraum vorhandene Lagerfläche optimal auszunutzen, sind Kühleinrichtungen bekannt, die außerhalb des Kühlraumes, beispielsweise auf einem Dach, einer Wand oder auf einer Zwischendecke des Kühlraums installierbar sind. Dadurch steht die Lagerfläche des Kühlraums vollständig für das Kühlgut zur Verfügung. Weiterhin können durch die Installation der Kühleinrichtung außerhalb des Kühlraums Installations- und Wartungsarbeiten im Kühlraum vermieden werden und es wird eine zeitsparende Montage der Kühleinrichtung ermöglicht.
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Eine gattungsgemäße Kühleinrichtung für raumlufttechnische Anlagen oder Anlagen zur Erzeugung von Kaltluft für Kühlprozesse ist aus der
DE 10 2010 000 956 B4 bekannt. Diese Kühleinrichtung umfasst einen in einer thermisch isolierten kammerartigen Umhausung angeordneten Luft-Wärmeübertrager, eine Abtauvorrichtung und einen Ventilator, wobei die kammerartige Umhausung einen Teil einer Strömungsleiteinrichtung der Anlage bildet und durch den Luft-Wärmeübertrager in einen Anströmraum und einen Abströmraum segmentiert ist. Der Luft-Wärmeübertrager weist dabei verstellbare Klappen auf, die auf einer Lufteintritts- und einer Luftaustrittsseite den Luftströmungspfad regulier- und absperrbar ausbildet. Zum Abtauen des Luft-Wärmeübertragers können die Klappen die Lufteintritts- und die Luftaustrittsseite des Luft-Wärmeübertragers vollständig abdecken und thermisch nach außen isolieren. Dadurch wird eine effiziente Abtauung mittels der mit dem Luft-Wärmeübertrager gekoppelten Abtauvorrichtung ermöglicht.
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Die Umhausung der bekannten Kühleinrichtung weist sowohl im Anströmraum als auch im Abströmraum Öffnungen im Boden auf, durch welche die Luft in die Umhausung einströmt bzw. aus dieser ausströmt. Dadurch ist es erforderlich, den Luftstrom der einströmenden und der ausströmenden Luft in der Umhausung jeweils um 90° umzulenken, damit die Luft den in der Umhausung vertikal stehenden Luft-Wärmeübertrager in einer horizontalen Strömungsrichtung durchströmen kann. Dies führt zu Druckverlusten und erfordert eine großvolumige Ausbildung der thermisch isolierten Umhausung, wodurch die Herstellung der Kühleinrichtung verteuert wird.
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Weiterhin sind die Öffnungen im Boden der Umhausung nachteilig für die Kühleffizienz der Kühleinrichtung und erzeugen Schwierigkeiten bei der Installation, denn diese Öffnungen sind bei der Installation schwer zu isolieren. Weiterhin kann sich beim Abtauen des Wärmeübertragers an den Öffnungen im Boden der Umhausung Schmelzwasser von abgetautem Eis oder Kondenswasser bilden und durch die Öffnungen in den Kühlraum tropfen. Kondenswasser kann auch im Betrieb der Kühleinrichtung durch die Öffnungen in den Kühlraum tropfen, wenn diese oberhalb des Gefrierpunkts betrieben wird. Zudem wird durch die Öffnungen im Boden der Umhausung eine Reinigung des Innenraums der Umhausung erschwert.
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Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Kühleinrichtung so weiterzubilden, dass sie einfacher und kostengünstiger herstellbar ist, ohne Einbußen in der Wirkungsweise und der Effizienz der Kühleinrichtung hinnehmen zu müssen. Weiterhin soll eine verbesserte Luftführung in dem thermisch isolierten Gehäuse erzielt werden. Schließlich soll verhindert werden, dass beim Betrieb oder beim Abtauen der Kühleinrichtung Schmelz- oder Kondenswasser in den Kühlraum gelangen kann und es soll eine einfachere Reinigung der Kühleinrichtung ermöglicht werden.
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Diese Aufgaben werden mit einer Kühleinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, mit einer Kühleinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 27 sowie mit einer Wärmeübertrageranordnung zur Verwendung in solchen Kühleinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 21 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung und der erfindungsgemäßen Wärmeübertrageranordnung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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In einem Ausführungsbeispiel umfasst die erfindungsgemäße Kühleinrichtung ein thermisch gegenüber der Umgebung isoliertes und zweckmäßig begehbares Gehäuse mit mindestens zwei Lufteinlassöffnungen und mindestens zwei Luftauslassöffnungen, in dem mindestens ein Wärmeübertrager und mindestens zwei Ventilatoren angeordnet sind, welche jeweils Luft ansaugen und in einer vorgegebenen Strömungsrichtung durch den Wärmeübertrager leiten, wobei der Innenraum des Gehäuses durch eine Trennwand in eine erste Kammer und eine strömungstechnisch davon getrennte zweite Kammer unterteilt ist und dem Wärmeübertrager mindestens ein erster Ventilator und ein zweiter Ventilator zugeordnet ist, wobei der erste Ventilator in der ersten Kammer und der zweite Ventilator in der zweiten Kammer angeordnet ist und der erste Ventilator die angesaugte Luft in einer ersten Strömungsrichtung und der zweite Ventilator in einer zweiten Strömungsrichtung durch den ihm zugeordneten Wärmeübertrager leitet, wobei die zweite Strömungsrichtung unterschiedlich zur ersten Strömungsrichtung ist.
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Bevorzugt verläuft dabei die zweite Strömungsrichtung zumindest im Wesentlichen entgegengesetzt zur ersten Strömungsrichtung. Die Durchströmung der Luft durch den Wärmetauscher in unterschiedlichen, insbesondere einander entgegengesetzten Richtungen, ermöglicht eine verbesserte Luftführung in dem thermisch isolierten Gehäuse. Insbesondere ist dadurch keine Umlenkung der Luft in dem Gehäuse erforderlich, d.h. die Luft kann den im Gehäuse in einer vertikalen Orientierung platzierten Wärmeübertrager sowohl in der ersten als auch in der zweiten Kammer jeweils in einer horizontal verlaufenden Strömungsrichtung durchströmen. Dadurch ist es auch nicht erforderlich, die Luft durch Öffnungen im Boden des Gehäuses anströmseitig einzusaugen oder abströmseitig in den Lager- oder Kühlraum einzublasen. Auf nachteilige Öffnungen im Boden des Gehäuses kann dadurch verzichtet werden. Weiterhin ermöglicht diese Anordnung die Bereitstellung einer Kühleinrichtung mit zwei Luftauslässen an unterschiedlichen Stellen und in unterschiedlichen Auslassrichtungen der ausströmenden (gekühlten) Luft. Dadurch können flexible Einsatzmöglichkeiten zur Verfügung gestellt werden. Insbesondere ist es bspw. möglich, die Kühleinrichtung an einem zentralen Ort, bspw. auf dem Dach des Gebäudes des Lager- oder Kühlraums, aufzustellen und die aus dem Gehäuse ausströmende Luft an unterschiedlichen Stellen und in unterschiedliche Einströmrichtungen in den Lager- oder Kühlraum einzuleiten, ohne hierfür aufwändige Umlenk-, Verzweigungs- und Luftführungskanäle vorzusehen. Dadurch kann die Luftführung im Lager- oder Kühlraum besser den lokalen Gegebenheiten angepasst werden und es wird eine verbesserte Zirkulation der gekühlten Luft in dem Lager- oder Kühlraum ermöglicht.
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Der Wärmeübertrager ist in dem Gehäuse dabei so angeordnet, dass er sich über die erste Kammer und die zweite Kammer erstreckt. Die Trennwand, welche die beiden Kammern strömungstechnisch voneinander trennt, trennt auf diese Weise den Luftstrom durch den Wärmeübertrager in der einen Kammer von dem Luftstrom durch den Wärmeübertrager in der anderen Kammer, wodurch eine Vermischung der Strömungen und Verwirbelungen verhindert werden.
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Der Wärmeübertrager ist bspw. als Lamellen-Wärmetauscher ausgebildet und umfasst eine Mehrzahl von Rohrleitungen, welche von einem ein Kühl- oder Kältemittel durchströmt werden und welche durch die erste Kammer und die zweite Kammer verlaufen. Die Trennwand weist dabei für jede Rohrleitung eine Durchführung auf, bspw. in Form einer Bohrung oder eines Lochs, durch die die Rohrleitung von der ersten Kammer in die zweite durchgeführt ist.
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Zweckmäßig ist die Mehrzahl der Rohrleitungen des Wärmeübertragers in einem Wärmeübertragergehäuse angeordnet, wobei im Inneren des Wärmeübertragergehäuses eine Wärmeübertragertrennwand mit einer Mehrzahl von Durchführungen vorgesehen ist, durch welche die Rohrleitungen durchgeführt sind. Die Wärmeübertragertrennwand unterteilt das Innere des Wärmeübertragergehäuses in eine erste Kammer und eine zweite Kammer. Wenn der Wärmeübertrager mit dem ihn umgebenden Wärmeübertragergehäuse in dem Gehäuse der Kühleinrichtung angeordnet ist, stellt die Wärmeübertragertrennwand einen Bestandteil der Trennwand in dem Gehäuse der Kühleinrichtung dar, welche die erste Kammer von der zweiten Kammer trennt. Durch die Anordnung der Wärmeübertragertrennwand in dem Wärmeübertragergehäuse ist auch der Bereich des Wärmeübertragers in zwei separierte Kammern unterteilt.
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Der Wärmeübertrager weist dabei eine erste Stirnseite und eine dieser gegenüberliegende zweite Stirnseite auf, wobei die erste Stirnseite in der ersten Kammer und die zweite Stirnseite in der zweiten Kammer platziert ist und die erste Stirnseite eine Anschlussseite mit einem Anschluss- und Verzweigungsrohr ausbildet, über welches die Rohrleitungen mit einem Kälte- oder Kühlmittel versorgt werden und die zweite Stirnseite eine Bogenseite ausbildet, an der die Rohrleitungen in einer 180°-Biegung zur Anschlussseite zurück geführt werden. Die Rohrleitungen des Wärmeübertragers verlaufen dabei zumindest im Wesentlichen in horizontaler Richtung und parallel zueinander und erstrecken sich von der ersten Stirnseite bis zur zweiten Stirnseite. Dadurch wird an dem Wärmeübertrager eine vorderseitige Luftströmungsfläche und eine dieser gegenüberliegende rückseitige Luftströmungsfläche definiert, wobei die vorderseitige Luftströmungsfläche und die rückseitige Luftströmungsfläche in parallel zueinander und parallel zu den Rohrleitungen des Wärmeübertragers verlaufende Ebenen angeordnet sind. Eine effiziente Luftführung wird gewährleistet, wenn der erste Ventilator unmittelbar an der vorderseitigen Luftströmungsfläche und der zweite Ventilator unmittelbar an der rückseitigen Luftströmungsfläche angeordnet ist, so dass die von den Ventilatoren erzeugte Luftströmung in horizontaler Richtung durch den vertikal orientierten Wärmeübertrager strömt. Zweckmäßig sind die Ventilatoren dabei als Axialventilator ausgeführt.
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Der Wärmeübertrager wird dadurch in der ersten Kammer von einer vom ersten Ventilator erzeugten Luftströmung in einer ersten Strömungsrichtung durchströmt, welche von der rückseitigen Luftströmungsfläche zur vorderseitigen Luftströmungsfläche verläuft und er wird in der zweiten Kammer von einer vom zweiten Ventilator erzeugten Luftströmung in einer zweiten Strömungsrichtung durchströmt, welche von der vorderseitigen Luftströmungsfläche zur rückseitigen Luftströmungsfläche verläuft.
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Es ist jedoch auch möglich, die Ventilatoren nicht unmittelbar an die Luftströmungsflächen sondern im Abstand dazu am Wärmeübertrager anzuordnen. Ferner ist es möglich, die von den Ventilatoren erzeugte Luftströmung mittels Umlenkmittel, bspw. Luftleitbleche, so umzulenken, dass der Wärmeübertrager sowohl in der ersten Kammer als auch in der zweiten Kammer in horizontaler Richtung durchströmt wird.
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Zweckmäßig wird an dem Gehäuse der Kühleinrichtung im Bereich der Lufteinlassöffnungen und im Bereich der Luftauslassöffnungen jeweils ein Gehäuseteil angeordnet, welches zusammen mit dem Gehäuse einen Luftschacht ausbildet, der jeweils an einem Ende mit der jeweiligen Lufteinlassöffnung bzw. der Luftauslassöffnung und am anderen Ende mit einer Öffnung im Dach oder einer Wand des Kühlraums und/oder mit einem in den Kühlraum mündenden Lüftungsrohr in Verbindung steht, wobei zumindest die im Bereich der Luftauslassöffnungen angeordneten Luftschächte thermisch gegenüber der Umgebung isoliert sind.
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Diese Anordnung ermöglicht es, die Kühleinrichtung schritt- und komponentenweise auf einem Gebäudedach oder einer Zwischendecke eines Kühlraums zu installieren, wobei zunächst nur das thermisch isolierte und zweckmäßig begehbare Gehäuse mit dem darin angeordneten Wärmeübertrager und den Ventilatoren auf dem Dach bzw. der Zwischendecke des Kühlraums platziert und erst danach die vom Gehäuse separierten Gehäuseteile so an das Gehäuse angestellt werden, dass sie im Bereich der Lufteinlassöffnung und der Luftauslassöffnung zusammen mit dem Gehäuse die Luftschächte ausbilden. Um die Kühleffizienz der Kühleinrichtung beizubehalten sind die Gehäuseteile ebenso wie das Gehäuse selbst thermisch gegenüber der Umgebung isoliert und die zunächst vom Gehäuse separierten Gehäuseteile werden luftdicht an der Außenseite des Gehäuses befestigt.
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In einer zweckmäßigen Ausführungsform weist das Gehäuse vier thermisch isolierte Seitenwände sowie ein thermisch isoliertes Dach und einen geschlossenen und ebenfalls thermisch isolierten Boden auf. In wenigstens einer der Seitenwände ist zweckmäßig eine Tür vorgesehen, durch welche das in der Regel mannshoch ausgebildete Gehäuse begehbar ist. Zum Abtauen des Wärmeübertragers ist in dem Gehäuse bevorzugt eine Abtauvorrichtung angeordnet und mit dem Wärmeübertrager gekoppelt. Hierfür kann die Abtauvorrichtung beispielsweise Heizstäbe enthalten, die durch den Wärmeübertrager verlaufen und zum Abtauen des Wärmeübertragers erhitzt werden können. Zum Sammeln des sich beim Abtauen bildenden Kondensats ist zweckmäßig unterhalb des Wärmeübertragers eine Wanne angeordnet. Die Wanne befindet sich dabei zweckmäßig auf dem geschossenen Boden und erstreckt sich bevorzugt über die gesamte Bodenfläche.
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Bei dem Wärmeübertrager kann es sich um einen Wärmetauscher handeln, der ein von einem Kühl- oder Kältemittel durchflossenes Rohr- oder Kanalsystem aufweist. Bei dem Wärmeübertrager kann es sich auch um einen Verdampfer handeln, der ein von einem zweiphasigen Kältemittel durchflossenes Rohr- oder Kanalsystem aufweist, welches mit einem Verflüssiger oder einem Rückkühler gekoppelt ist, der zweckmäßig ebenfalls außerhalb des Kühlraums angeordnet ist.
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Zum Verschließen der Lufteinlassöffnung und der Luftauslassöffnung während des Abtauens des Wärmeübertragers sind zweckmäßig verschwenkbare Klappen vorgesehen. Es ist auch möglich, die Lufteinlassöffnung und die Luftauslassöffnung während des Abtauens mittels einer Jalousie oder eines Rollos zu verschließen, welche zu diesem Zweck jeweils in der Lufteinlassöffnung und der Luftauslassöffnung angeordnet ist.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Wärmeübertrageranordnung zur Installation in einem thermisch gegenüber der Umgebung isolierten Gehäuse, welche in der oben beschriebenen Kühleinrichtung gemäß der Erfindung verwendet werden kann. Die erfindungsgemäße Wärmeübertrageranordnung umfasst ein Wärmeübertragergehäuse mit einem darin angeordneten Wärmeübertrager, der eine Mehrzahl von parallel zueinander verlaufende Rohrleitungen umfasst, welche sich von einer ersten Stirnseite bis zu einer zweiten Stirnseite des Wärmeübertragers erstrecken, wobei der Wärmeübertrager über eine vorderseitige Luftströmungsfläche und eine dieser gegenüberliegende rückseitige Luftströmungsfläche verfügt. Dabei ist ein erster Ventilator der vorderseitigen Luftströmungsfläche und ein zweiter Ventilator der rückseitigen Luftströmungsfläche zugeordnet und die beiden Ventilatoren leiten Luft in unterschiedliche, zweckmäßig entgegengesetzte Strömungsrichtungen durch den Wärmeübertrager.
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Zur Abtrennung der durch die beiden Ventilatoren erzeugten Luftsrömungen durch den Wärmeübertrager ist zweckmäßig eine luftdichte Wärmeübertragertrennwand in dem Wärmeübertragergehäuse vorgesehen, die sich zwischen der ersten Stirnseite und der zweiten Stirnseite von der vorderseitigen Luftströmungsfläche bis zur rückseitigen Luftströmungsfläche erstreckt und zumindest im Wesentlichen senkrecht zu den Rohrleitungen steht und eine Mehrzahl von Durchführungen aufweist, durch welche die Rohrleitungen durchgeführt sind.
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Zweckmäßig ist es dabei, wenn die Trennwand zumindest im Wesentlichen mittig zwischen der ersten Stirnseite und der zweiten Stirnseite angeordnet ist, um zumindest ungefähr gleich große Kammern im Inneren des Wärmeübertragergehäuses auszubilden. Um eine Trennung durch die beiden Ventilatoren erzeugten Luftströmungen durch den Wärmeübertrager zu realisieren, sind die Durchführung der Rohrleitungen in den Durchführungen zweckmäßig luftdicht ausgebildet, d.h. die Außenfläche der Rohrleitungen ist in den Bohrungen bzw. Löchern der Trennwand, welche die Durchführungen ausbilden, abgedichtet, z.B. mit einem O-Ring oder einem pastösen Dichtmittel. Eine Abdichtung der Rohrleitungen in den Durchführungen der Trennwand kann auch dadurch erreicht werden, dass die Rohre zunächst durch die Durchführungen gesteckt und anschließend mit einem Dorn aufgeweitet werden, um einen dichten Sitz des Außenumfangs des jeweiligen Rohrs in der Durchführung zu erzeugen.
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In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Kühleinrichtung ein thermisch gegenüber der Umgebung isoliertes und durch eine Trennwand in eine erste Kammer und eine strömungstechnisch davon getrennte zweite Kammer unterteiltes Gehäuse, wobei jede der Kammern eine Lufteinlassöffnung und eine Luftauslassöffnung aufweist und in jeder Kammer jeweils ein separater Wärmeübertrager und mindestens ein diesem zugeordneter Ventilator angeordnet sind, wobei mindestens ein erster Ventilator Luft durch die Lufteinlassöffnung der ersten Kammer ansaugt und die angesaugte Luft in einer ersten Strömungsrichtung durch den ihm zugeordneten ersten Wärmeübertrager leitet und mindestens ein zweiter Ventilator Luft durch die Lufteinlassöffnung der zweiten Kammer ansaugt und die angesaugte Luft in einer zweiten Strömungsrichtung durch den ihm zugeordneten zweiten Wärmeübertrager leitet, wobei die zweite Strömungsrichtung zumindest im Wesentlichen entgegengesetzt zur ersten Strömungsrichtung verläuft. In diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist also in jeder der beiden Kammern ein Wärmeübertrager angeordnet, der von dem Wärmeübertrager in der anderen Kammer separiert ist. Eine Verbindung der beiden Wärmeübertrager existiert dabei allenfalls über eine gemeinsame Zuleitung für ein Kälte- oder Kühlmittel, das in die Rohrleitungen der Wärmeübertrager eingeleitet wird. Ansonsten sind die Wärmeübertrager in den beiden Kammern voneinander getrennt und unabhängig. Diese Anordnung ermöglicht es ebenfalls, Luft durch die Wärmeübertrager in den beiden Kammern in unterschiedlichen Richtungen durchzuleiten, wodurch von den oben bereits skizzierten Vorteilen Gebrauch gemacht werden kann. Ein Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass die Wärmeübertrager in den verschiedenen Kammern bei einem Defekt einfacher ausgetauscht und dass die beiden Kammern und die darin angeordneten, voneinander separierten Wärmeübertrager unabhängig voneinander angesteuert werden können, bspw. beim Abtauen. So kann bspw. der Wärmeübertrager in der einen Kammer abgetaut werden, während der Wärmeübertrager in der anderen Kammer weiter im Kühlbetrieb läuft.
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Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher beschriebenen Ausführungsbeispiel. Die Zeichnungen zeigen:
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1: Perspektivische Darstellung eines begehbaren Kühlraums mit mehreren auf dem Dach des Kühlraums angeordneten Kühleinrichtungen gemäß der Erfindung;
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2: Seitenansicht in das Innere des Kühlraums von 1;
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3: eine gegenüber 2 um 90° gedrehte Seitenansicht in das Innere des Kühlraums von 1;
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4: Vorderansicht einer Wärmeübertragereinrichtung, welche in einer der Kühleinrichtungen von 1 verwendet wird und einen in einem Wärmeübertragergehäuse angeordneten Wärmeübertrager enthält;
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5: Perspektivische Ansicht der Wärmeübertragereinrichtung von 4;
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6: Seitenansicht der Wärmeübertragereinrichtung von 4;
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7: Draufsicht der Wärmeübertragereinrichtung von 4, wobei der Deckel des Wärmeübertragergehäuses zur besseren Darstellung abgenommen ist;
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8: Schnittdarstellung einer der Kühleinrichtungen von 1 in einer parallel zum Dach des Kühlraums liegenden Schnittebene;
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9: Schnittdarstellung einer anderen Kühleinrichtung von 1 in einer parallel zum Dach des Kühlraums liegenden Schnittebene;
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10: Perspektivische Ansicht der Wärmeübertragereinrichtung von 4, wobei zur besseren Darstellung der Wärmeübertrager herausgenommen ist;
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In den 1 bis 3 ist ein durch einen Eingang 19 begehbarer Kühlraum 1 gezeigt. Auf dem als Flachdach ausgebildeten Dach 2 des Kühlraums sind mehrere Kühleinrichtungen 30, 30’, 30’’’ gemäß der Erfindung angeordnet. Die auf dem Dach 2 des Kühlraums 1 angeordneten Kühleinrichtungen umfassen dabei jeweils ein thermisch gegenüber der Umgebung isoliertes und durch eine Tür 16 begehbares Gehäuse 3. Das Gehäuse 3 ist quaderförmig ausgebildet und enthält vier Seitenwände, ein geschlossenes Dach und einen geschlossenen Boden. Die Tür 16 ist in einer der Seitenwände angeordnet, in dem zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel in einer stirnseitigen Seitenwand. Seitlich neben den sich an diese stirnseitige Seitenwand rechtwinklig anschließenden Seitenwände sind vom Gehäuse 3 separierte Gehäuseteile 8a, 8b sowie 9a, 9b angeordnet (in 1 ist das Gehäuseteil 9b der vorderen Kühleinrichtung 30 wegen der perspektivischen Darstellung nicht zu sehen). Bei den Kühleinrichtungen 30, 30’, 30’’ kann es sich jeweils um im Inneren des Gehäuses 3 identisch oder unterschiedlich zueinander ausgebildete Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Kühleinrichtung handeln. Mögliche Ausführungsformen der Kühleinrichtungen werden mit Bezug auf die 8 und 9 i.V.m. den 4 bis 7 nachfolgend erläutert.
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Eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühleinrichtung 30 ist in 9 gezeigt. Die Kühleinrichtung 30 umfasst ein Gehäuse 3, in dem eine Wärmeübertrageranordnung 22 platziert ist. Das Gehäuse 3 umfasst einen geschlossenen Boden, vier senkrecht dazu stehende Seitenwände und ein parallel zum Boden verlaufendes Gehäusedach. In einer Seitenwand des Gehäuses ist eine Tür 16 vorgesehen, durch die sich eine Person Zutritt zu dem mannshoch ausgebildeten Gehäuse 3 verschaffen kann. Das Gehäuse 3 ist gegenüber der Umgebung thermisch isoliert. Hierfür sind zumindest die Seitenwände und das Gehäusedach mit einer thermischen Isolierung, bspw. einer Styroporverkleidung oder einer Zwischenschicht aus einem thermisch isolierenden Material, versehen, um einen Wärmeeinfall von außen in das Innere des Gehäuses zu verhindern. Zweckmäßig kann auch der Boden des Gehäuses 3 thermisch isoliert sein.
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Im Inneren des Gehäuses 3 verläuft eine Trennwand 20 quer zu einer Längsrichtung in etwa mittig zum Gehäusegrundriss. Die Trennwand 20 erstreckt sich vom Boden bis zur Gehäusedecke sowie zwischen zwei gegenüberliegende Seitenwände und unterteilt das Innere des Gehäuses dadurch in eine erste Kammer 3a und eine strömungstechnisch davon getrennte zweite Kammer 3b.
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Die im Gehäuse 3 angeordnete Wärmeübertragereinrichtung 22 ist in den 4 bis 7 gezeigt und enthält ein quaderförmiges Wärmeübertragergehäuse 36, einen darin angeordneten Wärmeübertrager 6 sowie zwei Ventilatoren 7a, 7b. In der in den 4 und 5 gezeigten vorderen Seitenwand des Wärmeübertragergehäuses 36 ist eine erste rechteckige Öffnung 34 und eine zweite kreisrunde Öffnung 35 vorgesehen. Entsprechend ist auch die in den 4 und 5 nicht ersichtliche hintere Seitenwand ausgeführt, wobei die rechteckige Öffnung 34 in der vorderen Seitenwand der kreisrunden Öffnung 35 in der hinteren Seitenwand gegenüberliegt, und umgekehrt, wie aus 7 ersichtlich. In der kreisrunden Öffnung 35 ist sowohl an der vorderen Seitenwand als auch an der hinteren Seitenwand ein Ventilator 7a bzw. 7b eingesetzt.
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Der im Inneren des Wärmeübertragergehäuses 36 angeordnete Wärmeübertrager 6 ist bspw. als Lamellen-Wärmetauscher ausgebildet und umfasst eine Mehrzahl von Rohrleitungen 26, welche von einem ein Kühl- oder Kältemittel durchströmt werden. Der Wärmeübertrager weist dabei eine erste Stirnseite 6’ und eine dieser gegenüberliegende zweite Stirnseite 6’ auf (7), wobei die erste Stirnseite 6’ eine Anschlussseite mit einem Anschluss- und Verzweigungsrohr ausbildet, über welches die Rohrleitungen 26 mit einem Kälte- oder Kühlmittel versorgt werden und die zweite Stirnseite 6’’ eine Bogenseite ausbildet, an der die Rohrleitungen 26 in einer 180°-Biegung zur Anschlussseite zurück geführt werden. Die Rohrleitungen 26 des Wärmeübertragers 6 verlaufen dabei in horizontaler Richtung und parallel zueinander und erstrecken sich von der ersten Stirnseite 6’ bis zur zweiten Stirnseite 6’’. Die Vorderseite des Wärmeübertragers 6 bildet eine vorderseitige Luftströmungsfläche 46 und die Rückseite eine dieser gegenüberliegende rückseitige Luftströmungsfläche 56, wobei die vorderseitige Luftströmungsfläche 46 der vorderen Seitenwand des Wärmetauschergehäuses 36 und die rückseitige Luftströmungsfläche 56 der hinteren Seitenwand des Wärmetauschergehäuses 36 zugewandt ist (7). Ein erster Ventilator 7a ist in der kreisrunden Öffnung 35 der vorderen Seitenwand des Wärmetauschergehäuses 36 angeordnet und entsprechend ist auch in der kreisrunden Öffnung 35 der hinteren Seitenwand des Wärmetauschergehäuses 36 ein zweiter Ventilator 7b angeordnet. Der erste Ventilator 7a ist somit der vorderseitigen Luftströmungsfläche 46 und der zweite Ventilator 7b ist der rückseitigen Luftströmungsfläche 56 zugeordnet, wie in 7 gezeigt. Zweckmäßig sind die Ventilatoren dabei als Axialventilator ausgeführt.
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Die von den Ventilatoren 7a, 7b erzeugte Luftströmung durchströmt den vertikal orientierten Wärmeübertrager in horizontaler Richtung senkrecht zu den Rohrleitungen 26.
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Im Wärmeübertragergehäuse 36 ist eine Wärmeübertragertrennwand 20’ angeordnet, welche das Innere des Wärmeübertragergehäuses 36 in eine erste Kammer 36a und eine zweite Kammer 36b unterteilt, wobei der erste Ventilator 7a der ersten Kammer 36a und der zweite Ventilator 7b der zweiten Kammer 36b zugeordnet ist.
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Die Wärmeübertragertrennwand 20’ weist dabei für jede der Rohrleitungen 26 eine Durchführung 21 auf, bspw. in Form einer Bohrung oder eines Lochs, durch die die Rohrleitung 26 von der ersten Kammer 36a in die zweite Kammer 36b durchgeführt ist. Wenn die in den 4 bis 7 gezeigte Wärmeübertragereinrichtung 22 mit dem Wärmeübertragergehäuse 36 in dem Gehäuse 3 der Kühleinrichtung von 9 angeordnet ist, stellt die Wärmeübertragertrennwand 20’ einen Bestandteil der Trennwand 20 in dem Gehäuse der Kühleinrichtung dar, welche die erste Kammer 3a des Gehäuses 3 von der zweiten Kammer 3b Gehäuses 3 trennt. Hierfür umgibt die Trennwand 20 in dem Gehäuse 3 das Wärmeübertragergehäuse 36 der in Längsrichtung des Gehäuses 3 verlaufenden Wärmeübertragereinrichtung 22, wobei die Trennwand 20 mit der Wärmeübertragertrennwand 20’ fluchtet, wie aus 9 ersichtlich
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Der in dem Wärmeübertragergehäuse 36 angeordnete Wärmeübertrager 6 wird in der ersten Kammer 36a von einer vom ersten Ventilator 7a erzeugten Luftströmung in einer ersten Strömungsrichtung v1 durchströmt, welche von der rückseitigen Luftströmungsfläche 56 zur vorderseitigen Luftströmungsfläche 46 verläuft. Entsprechend wird der Wärmeübertrager 6 in der zweiten Kammer 36b von einer vom zweiten Ventilator 7b erzeugten Luftströmung in einer zweiten Strömungsrichtung v2 durchströmt, welche von der vorderseitigen Luftströmungsfläche 46 zur rückseitigen Luftströmungsfläche 56 verläuft (7). Die von den Ventilatoren 7a, 7b angesaugte Luft durchströmt den Wärmeübertrager 6 damit in den beiden getrennten Kammern 36a, 36b des Wärmeübertragergehäuse 36 in zueinander entgegengesetzten Strömungsrichtungen v1 und v2
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Die Wärmeübertragereinrichtung 22 der 4 bis 7 verläuft in dem Gehäuse 3 der Kühleinrichtung etwa mittig und in Längsrichtung, wobei sich der Wärmeübertrager 6 in einer vertikalen Ebene stehend parallel zu zwei gegenüberliegenden Seitenwänden des Gehäuses 3 erstreckt. An der vorderen Seitenwand und an der hinteren Seitenwand des Wärmeübertragergehäuses 36 sind Wandverlängerungen vorgesehen, welche bis zur Seitenwand des Gehäuses reichen (9) und sich vom Boden bis zum Gehäusedach erstrecken Durch diese Anordnung der Wärmeübertragereinrichtung 36 in dem Gehäuse 3 wird der Gehäuseinnenraum in beiden Kammern 3a, 3b in einen lufteinlassseitigen Anströmraum A und einen luftauslassseitigen Abströmraum B unterteilt.
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Im Bereich des Anströmraums A sind jeweils in einer Seitenwand des Gehäuses 3 Lufteinlassöffnungen 4a, 4b vorgesehen. In entsprechender Weise sind im Bereich des Abströmraums B in der gegenüberliegenden Seitenwand Luftauslassöffnungen 5a, 5b angeordnet (9). In den Lufteinlassöffnungen 4a, 4b und den Auslassöffnungen 5a, 5b sind jeweils Jalousien angeordnet, mit denen die Lufteinlassöffnungen 4a, 4b und die Auslassöffnungen 5a, 5b zur Durchführung eines Abtauvorgangs des Wärmeübertragers 6 verschließbar sind. Weiterhin sind in einer Seitenwand des Gehäuses 3 Durchführungen für Rohrleitungen zur Zuführung und Abführung eines Kühl- oder Kältemittels zu bzw. von dem Wärmeübertrager 6 vorgesehen, welche in den Zeichnungen allerdings nicht gezeigt sind.
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Im Bereich der beiden Lufteinlassöffnungen 4a, 4b sind an der Außenseite des Gehäuses 3, angrenzend zu der Seitenwand vom Gehäuse 3 separierte Gehäuseteile 8a, 8b angeordnet und mit dieser Seitenwand des Gehäuses luftdicht verbunden. Dadurch wird zwischen der Außenseite der Seitenwand und der Innenseite der Gehäuseteile 8a, 8b jeweils ein anströmseitiger Luftschacht 10a, 10b ausgebildet, wie aus 9 ersichtlich. In entsprechender Weise sind an der jeweils gegenüberliegenden Seitenwand im Bereich der Luftauslassöffnungen 5a, 5b vom Gehäuse 3 separierte Gehäuseteile 9a, 9b angeordnet. Auch die Gehäuseteile 9a, 9b sind mit der angrenzenden Seitenwand des Gehäuses luftdicht verbunden, so dass im Bereich der Luftauslassöffnungen 5a, 5b jeweils ein abströmseitiger Luftschacht 11a, 11b ausgebildet wird (9). Sowohl die Gehäuseteile 8a, 8b im Bereich der Lufteinlassöffnungen 4a, 4b als auch die Gehäuseteile 9a, 9b im Bereich der Luftauslassöffnungen 5a, 5b sind thermisch isoliert.
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Die im Bereich der Lufteinlassöffnungen 4a, 4b angeordneten lufteinlassseitigen Luftschächte 10a, 10b stehen jeweils mit einer Öffnung 13 im Dach 2 des Kühlraums 1 in Verbindung. In entsprechender Weise stehen die im Bereich der Luftauslassöffnungen 5a, 5b angeordneten luftauslassseitigen (abströmseitigen) Luftschächte 11a, 11b jeweils mit einer Öffnung 14 im Dach 2 des Kühlraums 1 in Verbindung. Die Öffnungen 13 und 14 im Dach 2 des Kühlraums 1 sind aus 2 ersichtlich. An den Öffnungen 14, welche mit den abströmseitigen Luftschächten 11a, 11b in Verbindung stehen, sind Lüftungsrohre 29 angeordnet, welche die von der Kühleinrichtung erzeugte Kaltluft in den Innenraum des Kühlraums leiten und ggf. in gewünschte Strömungsrichtungen umlenken, wie aus den 2 und 3 ersichtlich.
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Im Kühlbetrieb der beschriebenen Kühleinrichtung sind die Jalousien in den Lufteinlassöffnungen 4a, 4b und den Luftauslassöffnungen 5a, 5b geöffnet, so dass Luft durch die Lufteinlassöffnungen 4a, 4b in das Innere des Gehäuses 3 einströmen und durch die Luftauslassöffnungen 5a, 5b aus dem Gehäuse 3 ausströmen kann. Die Luftströmung wird dabei durch die Ventilatoren 7a, 7b erzeugt, die jeweils Luft aus dem Kühlraum 1 durch die Öffnungen 13 im Dach 2 in die ihnen zugeordnete Lufteinlassöffnung 4a, 4b des Gehäuses 3 ansaugen. Die vom ersten Ventilator 7a angesaugte Luft strömt dabei von unten durch eine Öffnung 13 im Dach 2 des Kühlraums in den im Bereich der Lufteinlassöffnung 4a angeordneten anströmseitigen Luftschacht 10a ein. Entsprechend strömt die vom zweiten Ventilator 7b angesaugte Luft von unten durch eine Öffnung 13 im Dach 2 des Kühlraums in den im Bereich der Lufteinlassöffnung 4b angeordneten anströmseitigen Luftschacht 10b ein. Die Luftschächte 10a, 10b sind – wie aus 3 ersichtlich – abgewinkelt, so dass die zunächst vertikal von unten nach oben strömende Luft in den anströmseitigen Luftschächten 10a, 10b um 90° umgelenkt wird und schließlich im Wesentlichen in horizontaler Richtung durch die Lufteinlassöffnungen 4a, 4b in das Innere des Gehäuses 3 einströmt. Dort durchströmt die angesaugte Luft den Wärmeübertrager 6 in einer zumindest im Wesentlichen horizontalen Strömungsrichtung, wobei die Luft den Wärmeübertrager 6 in der ersten Kammer 3a in einer ersten Strömungsrichtung v1 und in der zweiten Kammer 3b in einer dazu entgegengesetzten zweiten Strömungsrichtung v2 durchströmt (9). Die durch den Wärmeübertrager 6 strömende Luft wird durch Wärmeübertragung abgekühlt. Die gekühlte Luft wird durch die Ventilatoren 7a, 7b in einer zunächst im Wesentlichen horizontal liegenden Luftströmung durch die Luftauslassöffnungen 5a, 5b aus dem Gehäuse 3 und in die abströmseitigen Luftschächte 11a, 11b ausgeblasen. Auch die abströmseitigen Luftschächte 11a, 11b sind abgewinkelt, so dass die ausgeblasene und gekühlte Luft darin um 90° in eine im Wesentlichen vertikal orientierte Ausströmrichtung umgelenkt wird.
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Die gekühlte Luft strömt in Ausströmrichtung durch eine der Öffnungen 14 im Dach 2 in den Kühlraum 1 ein. Erforderlichenfalls kann im Bereich der Öffnungen 14, durch welche die gekühlte Luft in den Kühlraum 1 einströmt, ein Lüftungsrohr 29 oder ein Luftverteiler angeordnet sein (wie in den 2 und 3 gezeigt), um die gekühlte Luft umzulenken und/oder in den Kühlraum 1 zu verteilen. Dadurch kann bspw. ein Einströmen der gekühlten Luft in horizontaler Richtung parallel zum Dach 2 sowie eine gleichmäßige Verteilung der gekühlten Luft im Kühlraum 1 erzeugt werden.
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Bei der Installation der beschriebenen Kühleinrichtung auf dem Dach 2 oder einer Zwischendecke des Kühlraums 1 wird zunächst die Baueinheit, die sich aus dem Gehäuse 3 und der darin angeordneten Wärmeübertragereinrichtung 22 mit dem Wärmeübertrager 6 und den Ventilatoren 7a, 7b zusammen setzt, auf dem Dach 2 zwischen zwei jeweils gegenüberliegenden Öffnungen 13 und 14 platziert. Danach werden die vom Gehäuse 3 zunächst separierten Gehäuseteile 8a, 8b an einer der Lufteinlassöffnungen 4a, 4b sowie die Gehäuseteile 9a, 9b an einer der Luftauslassöffnungen 5a, 5b an das Gehäuse 3 angestellt und mit der jeweils benachbarten Seitenwand des Gehäuses 3 luftdicht und thermisch isolierend verbunden, um die lufteinlassseitigen (anströmseitigen) Luftschächte 10a, 10b (an den Lufteinlassöffnungen 4a, 4b) und die luftauslassseitigen (abströmseitigen) Luftschächte 11a, 11b (an den Luftauslassöffnungen 5a, 5b) auszubilden.
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In 8 ist eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühleinrichtung dargestellt. Diese unterscheidet sich von der in 9 gezeigten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass in dem Gehäuse 3 zwei separate Wärmeübertrager 6a, 6b angeordnet sind, wobei jedem Wärmeübertrager 6a, 6b ein Ventilator 7a, 7b zugeordnet ist. Ein erster Wärmeübertrager 6a ist dabei in der ersten Kammer 3a und ein zweiter Wärmeübertrager 6b, welcher vom ersten Wärmeübertrager 6a separiert ist, ist in der zweiten Kammer 3a des Gehäuses 3 untergebracht, wobei die erste Kammer 3a und die zweite Kammer 3b durch die Trennwand 20 voneinander getrennt sind. Dem ersten Wärmeübertrager 6a ist der erste Ventilator 7a und dem zweiten Wärmeübertrager 6b ist der zweite Ventilator 7b zugeordnet. Die Ventilatoren 7a, 7b saugen, wie in dem Ausführungsbeispiel von 9, Luft aus einem anströmseitigen Luftschacht 10a, 10b an und leiten sie in einer vorgegebenen Strömungsrichtung durch den jeweils zugeordneten Wärmeübertrager 6a bzw. 6b, wobei die Luft den ersten Wärmeübertrager 6a in einer ersten Strömungsrichtung v1 und den zweiten Wärmeübertrager 6b in einer dazu entgegengesetzten zweiten Strömungsrichtung v2 durchströmt, wie aus 8 ersichtlich.
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Die Erfindung ist nicht auf das zeichnerisch dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So ist es z.B. nicht erforderlich, die Ventilatoren 7a, 7b unmittelbar an der vorderseitigen bzw. der rückseitigen Luftströmungsfläche 46, 56 des Wärmeübertragers 6 bzw. der Wärmeübertrager 6a, 6b anzuordnen. Die Ventilatoren 7a, 7b können auch im Abstand zu den Luftströmungsflächen 46, 56 des Wärmeübertragers 6 bzw. der Wärmeübertrager 6a, 6 aufgestellt werden. Bspw. können die Ventilatoren 7a, 7b in den Öffnungen 13 im Dach 2 des Kühlraums angeordnet und dort befestigt sein. Die von den Ventilatoren 7a, 7b aus dem Kühlraum angesaugte Luft wird dann von Luftleitelementen, die in den anström- und abströmseitigen Luftschächten 10a, 10b, 11a, 11b angeordnet sind, so umgelenkt, dass sie den Wärmeübertrager 6 bzw. die Wärmeübertrager 6a, 6 in unterschiedlichen Strömungsrichtungen v1, v2 durchströmen. Statt Axialventilatoren können auch Radialventilatoren oder Zentrifugal- oder Diagonalventilatoren eingesetzt werden. Die Ventilatoren können dabei so zum jeweiligen Wärmeübertrager angeordnet sein, dass sie entweder blasend oder saugend eine Luftströmung durch den Wärmeübertrager leiten. Weiterhin können in der Ausführungsform der 9 in jeder Kammer 3a, 3b auch mehrere Ventilatoren angeordnet sein, wobei die in einer Kammer angeordneten Ventilatoren jeweils einen Luftstrom erzeugen, der den Wärmeübertrager in gleicher Strömungsrichtung durchströmt. Die Strömungsrichtung durch den Wärmeübertrager ist dabei in den beiden Kammern aber gemäß der Erfindung unterschiedlich, insbesondere um 180° gedreht.
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Statt der anström- und abströmseitigen Luftschächten können auch andere Luftleitelemente, wie z.B. Luftleitbleche, Luftleitsäcke, etc. eingesetzt werden.
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Ausgehend von der Ausführungsform von 8 können auch mehr als zwei Wärmeübertrager 6a, 6b mit jeweils zugeordneten Ventilatoren 7a, 7b vorgesehen sein. Sollten mehr als zwei voneinander separierte Wärmeübertrager 6a, 6b in dem Gehäuse 3 vorgesehen sein, ist eine entsprechende Anzahl von Kammern und diese voneinander abtrennende Trennwände vorzusehen, so dass jeder Wärmeübertrager 6a, 6b in einer separaten Kammer angeordnet ist und jeder Kammer ein Ventilator zugeordnet ist, der Luft ansaugt und durch den ihm zugeordneten Wärmeübertrager leitet, wobei die Luft in unterschiedlichen Richtungen durch zueinander benachbarte Wärmeübertrager geleitet wird. Weiterhin können, ausgehend von der Ausführungsform von 9, in dem Gehäuse 3 mehrere Wärmeübertrageranordnungen 22 gemäß der Erfindung vorgesehen sein. Hierfür sind entsprechende Lufteinlassöffnungen und Luftauslassöffnungen im Gehäuse 3 vorzusehen, so dass jeder Wärmeübertrageranordnung 22 zwei Lufteinlassöffnungen 4a, 4b und zwei Luftauslassöffnungen 5a, 5b zugeordnet sind. Es ist jedoch auch möglich, die Anzahl der Lufteinlassöffnungen und der Luftauslassöffnungen 5a, 5b den Erfordernissen und insbesondere dem Volumen des Kühlraums 1 anzupassen und für jede Wärmeübertrageranordnung 22 mehr als zwei Lufteinlassöffnungen und Luftauslassöffnungen vorzusehen. Entsprechendes gilt für die Öffnungen 13, 14 im Dach 2 des Kühlraums 1. Zweckmäßig ist dabei jeder Lufteinlassöffnung 4 eine Öffnung 13 auf der Lufteinlassseite zugeordnet und auf der Luftauslassseite ist jeder Luftauslassöffnung 5 eine Öffnung 14 im Dach 2 zugeordnet.
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Bei dem Wärmeübertrager kann es sich statt eines Lamellen-Wärmetauschers auch um einen Mikrokanal-Wärmetauscher handeln.
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Weiterhin ist eine Kaskadierung der erfindungsgemäßen Anordnungen möglich, d.h. es können mehrere Wärmeübertrageranordnungen neben- oder hintereinander platziert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010000956 B4 [0003]
