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Es werden ein Kühlmöbel mit einem Speicher und ein Kühlsystem mit mindestens einem Kühlmöbel und einem Kälteerzeuger beschrieben. Das Kühlmöbel weist einen Kühlraum zur Aufnahme und Lagerung von Kühlgut auf. Solche Kühlmöbel können beispielsweise als Kühlregale ausgebildet sein und werden im Einzelhandel verwendet, um zu kühlende Produkte anzubieten. Über integrierte Kühlsystem werden die Produkte in den Kühlregalen gekühlt und können daraus über eine mindestens abschnittsweise offene Seite entnommen werden. In der Regel ist eine Vielzahl von Kühlregalen Bestandteil eines Kühlsystems, das zusätzlich einen Kälteerzeuger aufweist.
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Aus dem Stand der Technik ist es bereits bekannt, sogenannte Eisspeicher für ein Kühlsystem bzw. eine Kühlanlage vorzusehen, wobei eine Kühlflüssigkeit für die Kühlmöbel über den Eisspeicher gekühlt werden kann, wenn beispielsweise bestimmte Betriebszustände erreicht sind. Die Betriebszustände umfassen beispielsweise einen vollständig beladenen Eisspeicher und die Betriebskosten für ein Kühlregal. Bei einem Supermarkt kann beispielsweise ein Eisspeicher im Erdreich vorgesehen sein, der nachts bei geringen Betriebskosten (beispielsweise für Strom) gefroren wird, indem dem Wasser Wärme entzogen wird. Nachdem der Eisspeicher vollständig entladen wurde, kann das in dem Kühlsystem zirkulierende Kühlmittel anstelle einer Kühlung durch einen Kälteerzeuger durch den Eisspeicher geführt werden, so dass die an dem Kühlsystem angeschlossenen Kühlregale über den Eisspeicher gekühlt werden.
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Bei einem Kühlsystem kann nicht immer ein Eisspeicher vorgesehen werden, da beispielsweise die örtlichen Begebenheiten dies nicht zulassen. Eisspeicher für ein Kühlsystem, beispielsweise für das eines Supermarkts, sind so ausgelegt, dass das gesamte Kühlsystem bei einem vollständig beladenen Eisspeicher eine bestimmte Zeit betrieben werden kann. Demgemäß ist der Eisspeicher dimensioniert und nimmt im Erdreich viel Platz ein. Kleinere Eisspeicher, die beispielsweise oberirdisch angeordnet werden, weisen jedoch Nachteile auf. Zunächst muss sichergestellt sein, dass ein ausreichender Platz für einen solchen Eisspeicher vorhanden ist, was bei einem grundsätzlichen Mangel an einem Platz für einen Eisspeicher im Erdreich ebenso gegeben ist. Zweitens fehlt es einem oberirdischen Eisspeicher an einer natürlichen Isolierung, wie beispielsweise dem Erdreich. Demzufolge kommt es zu einem stärkeren Entladen des Eisspeichers und die Umgebung des Eisspeichers wird übermäßig gekühlt. Eine entsprechende Isolierung für einen oberirdischen Erdspeicher benötigt zusätzlichen Bauraum und verursacht zusätzliche Kosten.
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Ein zentraler Eisspeicher eines Kühlsystems ermöglicht es zudem, das in einem Versorgungsnetz zirkulierende Kühlmittel gesamtheitlich zu kühlen. Dementsprechend ist es daher für ein Kühlsystem mit mehreren Kühlmöbeln schwierig, unterschiedliche Belastungsanforderungen zu befriedigen, wobei kein übermäßiges Entladen des Eisspeichers erfolgt.
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Beispielsweise beschreibt
DE 10 2011 104 140 A1 Kühlvorrichtungen für Lebensmittel, wobei die Kühlvorrichtungen mit Vorrichtungen versehen sind, welche durch Eiswasser in einem Eisspeicher gekühlt werden.
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Ferner sind aus dem Stand der Technik Kühlschränke mit einem Speicher bekannt, die eine Verlängerung der Abstände zwischen Kühlzyklen bereitstellen.
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JP 2015-218 917 A offenbart einen Kühlrollcontainer, wobei in den Wänden des Rollcontainer Leitungen verlaufen, die zur Kühlung dienen. Hierzu liegen die Leitungen an Wärmespeicherplatten an. An den Wärmespeicherplatten sind wiederum Metallwände angeordnet, welche den Innenraum des Rollcontainers umgeben.
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DE 10 2010 041 951 A1 offenbart ein Kältegerät mit einem Kältespeicher, wobei ein Wärmetauscher über eine separate Leitungsanordnung mit dem Kältespeicher verbunden ist.
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EP 2 009 373 A2 offenbart eine Kühlanlage mit zusätzlichen Kühleinrichtungen.
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Demgegenüber besteht die Aufgabe darin, ein Kühlmöbel mit einem Speicher sowie ein Kühlsystem mit einem Speicher anzugeben, wobei auf externe Eisspeicher verzichtet werden kann, ein modularer Anschluss an bereits bestehende Kühlsysteme und ein autarker Betrieb des Kühlmöbels möglich sind. Zudem sollen die Komponenten des Kühlmöbels vor Beschädigungen, wie beispielsweise Vereisung, geschützt sein, und das Kühlmöbel einen einfachen Aufbau aufweisen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Kühlmöbel anzugeben, das einen reduzierten Energieverbrauch zu Kühlmöbeln aus dem Stand der Technik aufweist.
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Die Aufgabe wird durch ein Kühlmöbel mit den in Anspruch 1 angegebenen technischen Merkmalen und durch ein Kühlsystem mit den in Anspruch 5 angegebenen technischen Merkmalen gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen im Detail angegeben.
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Bei einem Kühlmöbel, das die vorstehend genannte Aufgabe löst, mindestens aufweisend einen Kühlraum zur Aufnahme und Lagerung von Kühlgut, einen Speicher mit einem Speicherbehälter, in dem ein Speichermedium aufgenommen ist, einen Wärmetauscher, eine Steuerung und eine Kühlmittelleitungsanordnung, die über Anschlüsse an ein Kühlmittelversorgungsnetz anschließbar ist,
- - ist die Kühlmittelleitungsanordnung durch den Speicherbehälter geführt,
- - ist der Wärmetauscher mit dem im Speichermedium aufgenommenen Speichermedium thermisch gekoppelt,
- - ist im Vorlauf der Kühlmittelleitungsanordnung eine Kühlmittelregeleinrichtung angeordnet,
- - ist die Kühlmittelregeleinrichtung eine drehzahlgeregelte Pumpe,
- - besteht der Speicherbehälter mindestens abschnittsweise aus einem thermisch leitenden Material und weist eine Isolierung auf,
- - umgibt die Isolierung den Speicher bis auf einen Abschnitt vollständig, über welchen der Speicher mit dem Wärmetauscher verbunden ist, und
- - weist der Wärmetauscher Kühlrippen auf.
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Die Kühlung des Wärmetauschers zum Kühlen des Kühlraums wird bei dem Kühlmöbel nicht direkt über das Kühlmittel erreicht, welches in der Kühlmittelleitungsanordnung von einem Kühlmittelversorgungsnetz bereitgestellt wird. Dadurch ist das Kühlmittel von dem Kühlmittelversorgungsnetz abkoppelbar. Die benötigte „Kälte“ für den Wärmetauscher wird nur dem Speicher entnommen. In Abhängigkeit des Ladezustands des Speichers und der Dimensionierung des Speichers in Bezug auf das Kühlmöbel und den Kühlraum kann daher ein Betrieb des Kühlmöbels über einen langen Zeitraum bereitgestellt werden, ohne dass über das Kühlmittelversorgungsnetz eine Kälteversorgung bereitgestellt werden muss. Das Laden des Speichers wird über die Kühlmittelregeleinrichtung durchgeführt. Die Kühlmittelregeleinrichtung regelt die Zufuhr von Kühlmittel aus dem Kühlmittelversorgungsnetz zu dem Speicher. Als Speichermedium kann beispielsweise Wasser verwendet werden. Zusätzlich können Zusätze dem Wasser beigemischt sein oder Phasenwechselelemente innerhalb des Speicherbehälters aufgenommen sein, die vom Speichermedium umgeben sind. Die Abschnitte der Kühlmittelleitungsanordnung, welche durch den Speicherbehälter geführt sind, können so ausgebildet sein, dass sie eine relativ große Fläche einnehmen. Beispielsweise sind diese Leitungsabschnitte der Kühlmittelleitungsanordnung spiralförmig oder mäanderförmig in dem Speicherbehälter angeordnet. Vorzugsweise sind die Abschnitte der Kühlmittelleitungsanordnung so in dem Speicherbehälter angeordnet, dass ein definiertes Kühlen der Speichermedien von innen nach außen erfolgt. Die Steuerung des Kühlmöbels regelt die Kühlmittelzufuhr über die Kühlmittelregeleinrichtung, welche beispielsweise derart betrieben wird, dass in einem normalen Betriebszyklus der Speicher im Wesentlichen nur zwischen 70 % und 90 % gefroren oder entladen wird, bspw. eine Phasenumwandlung erfolgt und das Speichermedium gefriert. Der normale Betriebszyklus kann beispielsweise den Zeitraum umfassen, in welchem das Kühlmöbel, welches als Kühlregal in einem Supermarkt Teil eines Kühlsystems ist, einen erhöhten Kühlbedarf aufweist. Der erhöhte Kühlbedarf resultiert durch die Entnahme von Kühlgütern und das Einlagern von Kühlgütern sowie dem erhöhten Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmöbel und dem Raum, in welchem das Kühlmöbel angeordnet ist, da bei Kühlregalen in der Regel eine Seite im normalen Betriebszyklus geöffnet ist. Nachts werden Kühlmöbel, beispielsweise Kühlregale, verschlossen, so dass ein geringerer Wärmeaustausch zwischen dem Raum, in welchem das Kühlmöbel angeordnet ist, und dem Inneren des Kühlmöbels bzw. dem Kühlraum vorherrscht. In weiteren Steuerungsverfahren für das Kühlmöbel können jedoch Betriebszustände auch tagsüber vorliegen, d.h. zu Geschäftszeiten eines Supermarkts, wobei der Speicher vollständig geladen wird, damit nachts, bei einem ohnehin reduzierten Kältebedarf durch das Schließen des Kühlraums des Kühlmöbels, der Kältebedarf alleine durch den Speicher bereitgestellt wird. Die Leistungsaufnahme des Kühlmöbels bemisst sich dabei dann nur durch die Komponenten des Kühlmöbels zum Kühlen, wie beispielsweise einen Ventilator, der Steuerung und einer Fördereinrichtung.
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Das Kühlmöbel kann über den Speicher damit autark betrieben werden. Hierdurch können auch Störungen und Ausfälle des Kühlsystems bzw. einer Kälteerzeugungseinrichtung kompensiert werden. Das Kühlmöbel stellt damit eine sichere Aufbewahrung von Kühlgütern über einen langen Zeitraum hinweg sicher. Insbesondere ist das Kühlmöbel auch nicht auf eine zentrale Fördereinrichtung (z.B. Pumpe) des Kühlmittelversorgungsnetzes angewiesen. Das Kühlmöbel kann zusätzlich in ein bestehendes Kühlsystem integriert werden, da die interne Steuerung des Kühlmöbels unabhängig von dem Kühlsystem agiert und lediglich über die Anschlüsse an das Kühlmittelversorgungsnetz angeschlossen wird.
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Ein weiterer Vorteil des hierin beschriebenen Kühlmöbels besteht darin, dass auf ein gesondertes Abtauen des Wärmetauschers wie bei Kühlmöbeln aus dem Stand der Technik bekannt verzichtet werden kann. Ein Vereisen des Wärmetauschers wird durch ein „Abtauen“ derart erzielt, dass kein Kühlmittel zum Kühlen des Speichers mehr zugeführt wird und daher die benötigte „Kälte“ dem Speicher entnommen wird. Hierbei kann es zu einem Erwärmen des Speichers und des Wärmetauschers kommen, wodurch auch ein Abtauen erfolgt. Die Bereitstellung der „Kälte“ über den Wärmetauscher wird dem Speicher entnommen. Bei herkömmlichen Kühlmöbeln erfolgt die Kühlung direkt über das Kühlmittel, welches in dem Kühlsystem gefördert wird, wobei ein zu stark gekühltes Kühlmittel auf Grund eines hohen Kühlmittelbedarfs ein zu starkes Herabkühlen des Wärmetauschers hervorruft. Das Kühlmöbel der hierin beschriebenen technischen Lehre kann jedoch im Wesentlichen mit einer konstanten Temperatur gekühlt werden. Insbesondere kann bei dem Wärmetauscher eine im Wesentlichen definierte und kaum schwankende Kühltemperatur bereitgestellt werden.
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Die Kühlmittelregeleinrichtung ist eine drehzahlgeregelte Pumpe. Über die Pumpe lässt sich die Zufuhr vom Kühlmittel aus dem Kühlmittelversorgungsnetz stufenlos einstellen, wobei durch eine hohe Durchflussrate auch ein schnelles Kühlen bzw. Entladen des Speichers erfolgen kann.
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Der Speicherbehälter kann aus verschiedenen Materialen bestehen und weist eine Isolierung auf. Die Isolierung verhindert die Aufnahme von Wärme von Komponenten des Kühlmöbels innerhalb des Kühlmöbels. Bei dem direkt daran gekoppelten Wärmetauscher umgibt die Isolierung den Speicherbehälter bis auf den Abschnitt des Speicherbehälters, über welchen der Wärmetauscher mit dem Speicherbehälter gekoppelt ist.
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Das Kühlmöbel kann eine zweite Kühlmittelleitungsanordnung aufweisen, die durch den Speicherbehälter geführt und mit dem Wärmetauscher verbunden ist. Die zweite Kühlmittelleitungsanordnung ist nicht direkt mit dem Kühlmittelversorgungsnetz verbunden, sondern stellt einen internen, getrennten Kühlmittelkreislauf bereit. Das Kühlmittel in der zweiten Kühlmittelleitungsanordnung wird über den Speicherbehälter gekühlt, wobei die Abschnitte der zweiten Kühlmittelleitungsanordnung, die durch den Speicherbehälter geführt sind, ebenfalls mäanderförmig oder spiralförmig verlaufen können. Die zweite Kühlmittelleitungsanordnung ist insbesondere so innerhalb des Speicherbehälters angeordnet, dass ein definiertes Entladen und Auftauen, d.h. Wärmeübergang, bspw. Phasenwechsel von fest zu flüssig (z.B. Auftauen des gefrorenen Speichermediums), von außen nach innen erfolgt. Um einen zu starken Einfluss eines Kühlmittels aus dem Kühlmittelversorgungsnetz, welches über die Kühlmittelleitungsanordnung in dem Speicher geführt wird, mit dem Kühlmittel in der zweiten Kühlmittelleitungsanordnung zu verhindern, sind die Leitungen der zweiten Kühlmittelleitungsanordnung zu den Leitungen der Kühlmittelleitungsanordnung, die mit dem Kühlmittelversorgungsnetz verbunden ist, beabstandet.
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Im Vorlauf der zweiten Kühlmittelleitungsanordnung kann eine drehzahlgeregelte Pumpe angeordnet sein. Die Pumpe im Vorlauf der zweiten Kühlmittelleitungsanordnung regelt die Zufuhr von Kühlmittel aus der zweiten Kühlmittelleitungsanordnung zu dem Wärmetauscher, wobei das erwärmte Kühlmittel die Wärme wieder an den Speicher abgibt. Dadurch ist ebenfalls ein autarker Betrieb des Kühlmittels sichergestellt, wobei in Abhängigkeit eines Kühlbedarfs die geförderte Menge von Kühlmittel in der zweiten Kühlmittelleitungsanordnung dem Wärmetauscher zugeführt wird. Zur Erfassung eines Kältebedarfs ist die Steuerung des Kühlmöbels mit weiteren Einrichtungen und Sensoren verbunden, die beispielsweise Temperaturerfassungseinrichtungen aufweisen. Die Temperaturerfassungseinrichtungen erfassen sowohl die Temperatur im Kühlraum an verschiedenen Positionen als auch die Temperatur des Kühlmittels in der zweiten Kühlmittelleitungsanordnung. Zudem können Temperaturerfassungseinrichtungen im Speicher vorgesehen sein, über welche sich der Beladungszustand des Speichers ermitteln lässt.
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Temperaturerfassungseinrichtungen können bei sämtlichen hierin beschrieben Varianten vorgesehen sein. Alternativ kann die Temperatur eines Speichers auch über die Temperatur von Kühlmitteln bestimmt werden, wozu Temperaturerfassungseinrichtungen in den entsprechenden Vorläufen und Rückläufen vorgesehen sind.
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Der Wärmetauscher ist in der erfindungsgemäßen Ausführungsform über mindestens einen thermisch leitenden Abschnitt des Speicherbehälters mit dem im Speicherbehälter aufgenommenen Speichermedium gekoppelt. Dabei ergeben sich verschiedene Ausführungsvarianten. In einer Ausführungsform ist ein Speicher vorgesehen, der über eine Kühlmittelleitungsanordnung, die an einem Kühlmittelversorgungsnetz angeschlossen ist, gekühlt bzw. entladen wird. Der Speicher ist direkt mit einem Wärmetauscher verbunden. Der Wärmetauscher besteht beispielsweise aus einem wärmeleitenden Metall und ist mit einem wärmeleitenden Abschnitt des Speichers verbunden.
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Über das Kühlmittelversorgungsnetz wird der Speicher entladen. Das Auftauen des Speichers erfolgt über den direkt damit gekoppelten Wärmetauscher. Hierdurch kann ferner ein Vereisen des Wärmetauschers verhindert werden, da eine im Wesentlichen konstante Temperatur auf Grund der thermischen Kopplung zwischen Wärmetauscher und Speichergehäuse vorherrscht.
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Das Kühlmöbel kann mindestens einen drehzahlgeregelten Ventilator aufweisen, der zur Umwälzung von Luft innerhalb des Kühlraums dient. In Abhängigkeit der Steuerung der Drehzahl des Ventilators über die Steuerung des Kühlmöbels kann ein schnelleres Kühlen von Kühlgütern bzw. des Kühlraums erreicht werden, da die umgewälzte Luft weniger stark erwärmt wird und damit eine größere Wärmeaufnahmekapazität aufweist. Ein drehzahlgeregelter Ventilator kann daher bei einem Kühlmöbel mit einem Speicher und einem direkt damit gekoppelten Wärmetauscher ohne zweite Kühlmittelleitungsanordnung ebenfalls eine definierte Kühlung des Kühlraums bereitstellen. Der Wärmetauscher weist dabei Kühlrippen auf, die eine relativ große Wärmetauscherfläche bereitstellen.
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Das Kühlmöbel kann weiteren in weiteren Ausführungsformen als Kühlregal ausgebildet sein. Kühlregale weisen in der Regel eine Seite auf, die geöffnet werden kann, um den Kühlraum von außen zugänglich zu machen. Eine Einrichtung zum Verschließen des Kühlregals kann beispielsweise durch ein Rollo gebildet werden. Im geöffneten Zustand des Rollos wird kalte Luft über Öffnungen im oberen und unteren Bereich des Kühlregals umgewälzt, wobei die Umwälzung von oben nach unten erfolgt.
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Die vorstehend genannte Aufgabe wird auch durch ein Kühlsystem gelöst, aufweisend mindestens ein Kühlmöbel der vorstehend beschriebenen Varianten und einem Kälteerzeuger, wobei über eine zentrale Kühlmittelleitungsanordnung mit dem mindestens einen Kühlmöbel ein Kühlmittel über einen Vorlauf zugeführt und über einen Rücklauf abgeführt wird und der Kälteerzeuger das Kühlmittel auf eine einstellbare Temperatur bringt, wobei
- - über die Kühlmittelregeleinrichtung im Vorlauf der Kühlmittelleitungsanordnung die Zufuhr von Kühlmittel zum Entladen des Speichers über die Steuerung des Kühlmittels geregelt wird, und/oder
- - über den mindestens einen Ventilator das Umwälzen von Luft über mindestens einen Wärmetauscher zum Kühlen des Kühlraums über die Steuerung des Kühlmöbels geregelt wird, und/oder
- - in Abhängigkeit des Ladezustands des Speichers und/oder des Betriebszustands des Kälteerzeugers über die drehzahlgeregelte Pumpe im Vorlauf der Kühlmittelleitungsanordnung die Zufuhr von Kühlmittel zu mindestens einem Wärmetauscher über die Steuerung des Kühlmittels geregelt wird.
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Der Kälteerzeuger kann beispielsweise eine Wärmepumpe sein, die ein Kühlmittel auf eine bestimmte Temperatur bringt. Als Kühlmittel können verschiedene aus dem Stand der Technik bekannte Kühlmittel verwendet werden. Beispielsweise wird eine Sole (Wasser-Glykolgemisch) verwendet. Die Zufuhr zu den einzelnen Kühlmöbeln erfolgt über deren jeweilige Kühlmittelregeleinrichtungen. Um ein schnelles Entladen der jeweiligen Speicher der Kühlmöbel zu erreichen, kann das Kühlmittel über den Kälteerzeuger auf eine sehr geringe Temperatur gebracht werden. Da das Kühlmittel von dem Kälteerzeuger jedoch nicht direkt mit den Wärmetauschern der Kühlmöbel in Kontakt steht, wird ein direktes Vereisen der Wärmetauscher durch das Kühlmittel verhindert. Zudem können die einzelnen Kühlmöbel auch autark gesteuert werden und sind auch in einem entkoppelten Zustand von dem Kälteerzeuger in der Lage, über einen längeren Zeitraum ein bedarfsabhängiges Kühlen des Kühlraumes sicherzustellen.
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Zu den vorstehend beschriebenen Vorteilen und Ausgestaltungsmöglichkeiten wird auch im Hinblick auf das Kühlsystem verwiesen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Ausgestaltungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen.
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In den Zeichnungen zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Kühlmöbels;
- 2 eine weitere schematische Darstellung eines Kühlmöbels;
- 3 eine noch weitere schematische Darstellung eines Kühlmöbels;
- 4 eine noch weitere schematische Darstellung eines Kühlmöbels; und
- 5 eine schematische Darstellung eines Speichers mit einem direkt gekoppelten Wärmetauscher.
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In den Zeichnungen mit gleichen Bezugszeichen versehene Teile entsprechen im Wesentlichen einander, sofern nichts anderes angegeben ist. Darüber hinaus wird darauf verzichtet, Bestandteile zu beschreiben, welche nicht wesentlich zum Verständnis der hierin offenbarten technischen Lehre sind.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kühlmöbels 10. Das Kühlmöbel 10 kann beispielsweise als Kühlregal ausgebildet und Teil eines Kühlsystems mit einer Vielzahl von Kühlmöbeln 10 sein. In dem Kühlsystem ist eine Kälteerzeugungseinrichtung, beispielsweise eine Wärmepumpe vorgesehen, die ein in einem Kühlmittelversorgungsnetz geführtes Kühlmittel kühlt. Das Kühlmittelversorgungsnetz weist einen Vorlauf 50 und einen Rücklauf 52 auf. Über den Vorlauf 50 wird gekühltes Kühlmittel den Kühlmöbeln 10 zugeführt. Das von den Kühlmöbeln 10 zurückgeführte und erwärmte Kühlmittel wird über den Rücklauf 52 dem Kälteerzeuger wieder zugeführt, der das Kühlmittel auf eine bestimmte Temperatur bringt.
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Das Kühlmöbel 10 weist ein Gehäuse 12 auf. Das Gehäuse 12 umgibt die Einrichtungen des Kühlmöbels 10 und einen Kühlraum 14. In dem Gehäuse 12 kann eine Verschließeinrichtung angeordnet sein, die den schematisch angedeuteten Kühlraum 14 freigeben und verschließen kann. Eine solche Einrichtung ist beispielsweise als Rollo bei Kühlregalen bekannt.
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Das Kühlmöbel 10 weist einen Speicher 15 auf, in dem eine erste Leitungsanordnung geführt ist. Die erste Leitungsanordnung ist über deren Vorlauf 28 mit dem Vorlauf 50 des Kühlmittelversorgungsnetzes verbunden. Die Kühlmittelleitungsanordnung wird über den Rücklauf 30 aus dem Speicher 15 und dem Kühlmöbel 10 herausgeführt und ist mit dem Rücklauf 52 des Kühlmittelversorgungsnetzes verbunden. Im Vorlauf 28 ist eine Kühlmittelregeleinrichtung 22 angeordnet. Die Kühlmittelregeleinrichtung 22 kann beispielsweise als Ventil oder als drehzahlgeregelte Pumpe 38 (siehe 2) ausgebildet sein. Die Kühlmittelregeleinrichtung 22 sowie die drehzahlgeregelte Pumpe 38 regeln daher die Zufuhr von Kühlmittel aus dem Kühlmittelversorgungsnetz in den Speicher 15.
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Der Speicher 15 weist ein Gehäuse 16 auf. Das Gehäuse 16 ist von einer Isolierung 18 umgeben, die den Speicher 15 im Wesentlichen thermisch von dem ihn umgebenden Raum innerhalb des Kühlmöbels 10 isoliert. In dem Speicher 15 ist ein Kühlmedium aufgenommen. Das Kühlmedium kann beispielsweise durch Wasser bereitgestellt werden. Beim Zuführen von Kühlmitteln über das Kühlmittelversorgungsnetz über den Vorlauf 28 wird das Kühlmedium in dem Speicher 15 gekühlt. Beispielsweise erfolgt eine Phasenumwandlung, so dass das Speichermedium von einer flüssigen in eine feste Phase übergeht.
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In dem Speicher 15 ist zusätzlich ein Teil einer zweiten Kühlmittelleitungsanordnung geführt. Die zweite Kühlmittelleitungsanordnung ist zudem mit einem Wärmetauscher 24 gekoppelt, wobei im Vorlauf 34 der zweiten Kühlmittelleitungsanordnung eine drehzahlgeregelte Pumpe 32 vorgesehen ist. Über die Pumpe 32 wird ein Kühlmittel in dem separaten Kühlmittelkreislauf der zweiten Kühlmittelleitungsanordnung umgewälzt. Das Kühlmittel im zweiten Kühlmittelkreislauf wird über den Speicher 15 gekühlt und über die Pumpe 32 dem Wärmetauscher 24 zugeführt. Über einen Ventilator 26, der ebenfalls drehzahlgeregelt ist, wird Luft über den Wärmetauscher 24 geführt, so dass eine Kühlung der Luft erfolgt. Die gekühlte Luft wird in den Warenraum bzw. Kühlraum 14 geleitet und/oder im Warenraum bzw. Kühlraum 14 umgewälzt.
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Eine Steuerung 20 regelt die Kühlmittelregeleinrichtung 22, die Pumpe 32 sowie den Ventilator 36. Zudem kann die Steuerung 20 noch weitere Aufgaben übernehmen. Beispielsweise ist die Steuerung 20 mit Temperaturerfassungseinrichtungen gekoppelt, welche die Temperatur im Kühlraum 14, im Vorlauf 34 und im Rücklauf 36 der zweiten Kühlmittelleitungsanordnung sowie im Vorlauf 28 und im Rücklauf 30 der ersten Kühlmittelleitungsanordnung erfassen. Zusätzlich kann über Temperaturerfassungseinrichtungen die Temperatur im Speicher 15 an verschiedenen Positionen erfasst werden. Über die Temperaturerfassungseinrichtungen kann ein Kühlbedarf für Waren in dem Kühlraum 14 durch die Steuerung 20 bestimmt werden. Die Steuerung 20 regelt in Abhängigkeit des ermittelten Kühlbedarfs die Pumpe 32, so dass eine größere Menge an Kühlmittel dem Wärmetauscher 24 zugeführt werden kann. Bei einer zusätzlichen Erhöhung der Drehzahl des Ventilators 26 wird ein größerer Luftstrom umgewälzt, wobei die umgewälzte Luft nicht so stark erwärmt wird, was zusätzlich einer schnellen Kühlung dient. Die Kühlung des Kühlmittels im zweiten Kühlmittelkreislauf erfolgt über das Speichermedium, das in dem Speicher 15 aufgenommen ist. Beim Zuführen von Kühlmittel aus dem Kühlmittelversorgungsnetz erfolgt ein Kühlen des Speichermediums im Speicher 15 im Wesentlichen von innen nach außen. Dabei kann eine Phasenumwandlung des Speichermediums erfolgen. Hierzu sind die Leitungsabschnitte der ersten Kühlmittelleitungsanordnung bzw. der Vorlauf 28 und der Rücklauf 30 entsprechend im Speicher 15 bzw. im Gehäuse 16 verlegt. Die Leitungsabschnitte der zweiten Kühlmittelleitungsanordnung, insbesondere die Leitungsabschnitte des Vorlaufs 34 und des Rücklaufs 36, die innerhalb des Gehäuses 16 des Speichers 15 verlaufen, sind so angeordnet, dass eine Kühlung des darin geführten Kühlmittels derart erfolgt, dass ein Auftauen des Speichers 15 bzw. eine Phasenumwandlung des Speichermediums von fest nach flüssig von außen nach innen erfolgt. Zusätzlich kann auch ohne eine Phasenumwandlung die latente Wärme des Speichermediums zum Entladen und Auftauen des Speichers 15 verwendet werden.
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Im Betrieb des Kühlmöbels 10 erfolgt das Entladen des Speichers 15 in Abhängigkeit der Zufuhr von Kühlmittel über die Kühlmittelversorgungsleitung im Vorlauf 50 über die Kühlmittelregeleinrichtung 22 bzw. die Pumpe 38. Ist der Speicher vollständig entladen, kann die Zufuhr von Kühlmittel über den Vorlauf 50 in den Speicher 15 über die Kühlmittelregeleinrichtung 22 bzw. die Pumpe 38 unterbunden werden. Über die Pumpe 32 wird die Kühlung des Kühlraums 14 geregelt, wozu die Menge an Kühlmittel in dem zweiten Kühlmittelkreislauf mit der zweiten Kühlmittelleitungsanordnung zu dem Wärmetauscher 24 geregelt wird. Weisen der Kühlraum 14 bzw. die darin gelagerten Waren einen erhöhten Kühlbedarf auf und die Steuerung ermittelt ein rasches Auftauen des Speichers 15, so kann die Kühlmittelregeleinrichtung 22 die Zufuhr von Kühlmittel aus dem Vorlauf 50 bereitstellen und die Menge an Kühlmittel regeln.
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Insbesondere eine Pumpe 38 ermöglicht eine stufenlose Einstellung der Kühlmittelfördermenge. Zusätzlich bestimmt der Ventilator 26 die Menge an umgewälzter Luft, wobei bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten der Luft diese weniger stark erwärmt wird als bei geringeren Luftströmen.
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Ist der Speicher 15 bis zu einem bestimmten Maß entladen und/oder die Kühlmittelzufuhr über den Vorlauf 50 des Kühlmittelversorgungsnetzes ist nicht mehr gegeben, kann auch ein autarker Betrieb des Kühlmöbels 10 erfolgen. Der Speicher 15 dient dabei als Kälteerzeuger und stellt eine Kühlung des in dem zweiten Kühlmittelkreislauf geführten Kühlmittels bereit. Die Auslegung des Speichers 15 in Bezug auf die Dimensionierung des Kühlraums 14 und der maximal aufzunehmenden Güter in den Kühlraum 14 kann beliebig erfolgen. Je größer der Speicher 15 in Bezug auf den Kühlraum 14 und die darin gelagerten Waren ist, umso schneller und/oder länger kann ein Kühlen der Güter bzw. des Kühlraums 14 erfolgen. Vorzugsweise kann ein als Kühlregal ausgebildetes Kühlmöbel 10 mit einem Rollo nachts allein durch die über den Speicher 15 bereitgestellte „Kälte“ betrieben werden, wobei hierzu das Kühlmittelversorgungsnetz nicht in Betrieb sein muss. Bei Wärmepumpen als Kälteerzeuger weist dies den Vorteil auf, dass das Takten der Wärmepumpen, d.h. die Abstände zwischen dem Ein- und Ausschalten, vergrößert werden.
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Zusätzlich kann bei einem Kühlsystem mit einer Vielzahl von Kühlmöbeln 10 beim Ausfall des Kälteerzeugers eine Notkühlung bereitgestellt werden. Die Kühlmöbel 10 des Kühlsystems, deren Speicher 15 einen Mindestentladezustand aufweisen, können die Temperatur des Kühlmittels im Versorgungsnetz im Wesentlichen auf eine bestimmte Temperatur bringen, damit mindestens ein weiteres Kühlmöbel 10 des Kühlsystems entsprechend gekühlt und/oder dessen Speicher 15 entladen wird.
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2 zeigt eine weitere schematische Darstellung des Kühlmöbels 10, wobei die Kühlmittelregeleinrichtung 22 als drehzahlgeregelte Pumpe 38 ausgebildet und im Vorlauf 28 angeordnet ist. Anstelle einer Pumpe 38 können in weiteren nicht dargestellten Ausführungsformen auch Ventile vorgesehen sein.
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Darüber hinaus weisen die in den 1 bis 4 gezeigten Kühlmöbel 10 weitere Komponenten wie Ventile, Isolierungen, Montage- und Verbindungselemente sowie Steuerkomponenten auf, die nicht dargestellt sind.
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3 zeigt eine noch weitere schematische Darstellung eines Kühlmöbels 10 mit einem direkt mit dem Speicher 15 verbundenen Wärmetauscher 24. Das Gehäuse 16 des Speichers 15 besteht aus einem wärmeleitenden Material und weist eine Isolierung 18 auf, die den Speicher 15 bis auf einen Abschnitt 40, über welchen der Speicher 15 mit dem Wärmetauscher 24 verbunden ist, isoliert. Weiterhin kann auch nur der Abschnitt 40 aus einem wärmeleitenden Material bestehen. Der Rest des Gehäuses 16 kann aus anderen Materialien bestehen, die bspw. wärmedämmende Eigenschaften aufweisen. Bei dem Kühlmöbel 10 von 3 erfolgt ebenso eine Kühlung bzw. ein Entladen des Speichers 15 über ein Kühlmittel, das über den Vorlauf 50 eines Kühlmittelversorgungsnetzes zugeführt wird.
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Die Zufuhr von Kühlmittel über das Versorgungsnetz erfolgt über die Pumpe 32. Die Steuerung 20 des Kühlmöbels 10 regelt über die Drehzahl der Pumpe 32 die Menge an Kühlmittel, die von dem Kühlmittelversorgungsnetz in den Speicher 15 geleitet wird, um den Speicher 15 zu entladen. Insbesondere kann bei einer relativ geringen Kühlmitteltemperatur durch eine hohe Drehzahl ein schnelles Entladen des Speichers 15 erreicht werden. Weiterhin ist es auch möglich, die Drehzahl der Pumpe 32 zu drosseln, um eine geringere Kühlmittelzufuhr bereitzustellen, was zu einem langsameren Entladen führt. Ebenso kann eine geringere Drehzahl der Pumpe 32 über die Steuerung 20 eingestellt werden, wenn das Kühlmittel eine zu geringe Temperatur aufweist. Hierdurch wird sichergestellt, dass eine definierte Entladung des Speichers 15 erfolgt. Insbesondere ist darauf zu achten, dass in dem Speicher 15 eine Entladung, bspw. eine Phasenumwandlung der Speichermedien von flüssig nach fest, von innen nach außen erfolgt. Um eine direkte Kopplung des Wärmetauschers 24 mit dem in der ersten Kühlmittelleitungsanordnung geführten Kühlmittel zu verhindern, sind insbesondere der Vorlauf 28 und der Rücklauf 30 beabstandet zu dem Wärmetauscher 24 angeordnet.
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Bei einem konventionellen Kühlsystem für Kühlregale aus dem Stand der Technik mit einer Warenraumtemperatur von 4 °C wird zum Beispiel ein Kühlmittel von einer zentralen Versorgungsleitung bereitgestellt. Dieses Kühlmittel weist eine Temperatur von -2 °C auf. Aufgrund der geringen Temperatur des Kühlmittels kann es daher in kurzer Zeit zu einem relativ starken Vereisen eines Wärmetauschers kommen. Bei den hierin beschrieben Kühlsystemen wird den Wärmetauschern 24 kein Kühlmittel von einer zentralen Versorgungsleitung zugeführt. Den Wärmetauschern 24 wird ein Kühlmittel eines zweiten Kühlmittelkreislaufs im Kühlmöbel, welcher mit einem Speicher 15 gekoppelt ist, zugeführt oder die Wärmetauscher 24 werden direkt über einen Speicher 15 gekühlt. Dadurch weisen die Wärmetauscher 24 bei einem Kühlregal mit einer Warenraumtemperatur von 4 °C keine Bereiche auf, die übermäßig stark gekühlt werden. Das Kühlmittel eines zweiten Kühlmittelkreislaufs kann hierzu bspw. im Vorlauf eine Temperatur von 2 °C aufweisen.
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Bei Kühlsystemen aus dem Stand der Technik werden sehr geringe Vorlauftemperaturen des Kühlmittels auch deshalb eingestellt, da das Kühlmittel über teilweise lange Wege auch entfernten Kühlregalen zugeführt werden muss und die Kühlmitteltemperatur entlang des Wegs ansteigt. Um bspw. eine Kühlmitteltemperatur von 0 °C bei einem abgelegenen Kühlregal eines Kühlsystems des Stands der Technik sicherzustellen muss die Kühlmitteltemperatur bei einem ersten Kühlregal -4 °C betragen. Diese relativ großen Temperaturunterschiede sind führen dazu, dass abgelegene Kühlmöbel weniger stark gekühlt werden. Dies kann auch dazu führen, dass Wärmetauscher von Kühlregalen, die keinen großen Abstand zu einem Kälteerzeuger aufweisen, in relativ kurzer Zeit stark vereisen. Die hierin beschriebenen Varianten weisen diese Probleme nicht auf, da die Wärmetaucher 24 nicht direkt mit dem Kühlmittel des Versorgungsnetzes gekoppelt sind. Auch bei sehr geringen Kühlmitteltemperaturen in dem Kühlmittelversorgungsnetz kann ein Kühlen mehrerer Kühlmöbel 10 mit einer gleichen Temperatur erfolgen. Ferner bietet das Vereisen, bspw. des Speichermediums im Speicherbehälter, die Möglichkeit den Kühlraum 14 über einen langen Zeitraum zu kühlen, ohne dass von außen ein Kühlmittel zugeführt werden muss.
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Zudem wird bei der Ausführung nach 3 eine homogene Kühlung des Wärmetauschers 24 über dessen gesamte Erstreckung und insbesondere über dessen gesamte Kontaktfläche mit dem wärmeleitenden Gehäuse 16 des Speichers 15 erreicht.
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4 zeigt eine noch weitere schematische Darstellung eines Kühlmöbels 10, wobei sich die Ausführung von 4 von der der Ausführung von 3 dadurch unterscheidet, dass anstelle einer drehzahlgeregelten Pumpe 32 allgemein eine Kühlmittelregeleinrichtung 22 im Vorlauf 28 angeordnet ist. Die Kühlmittelregeleinrichtung 22 kann bspw. ein Ventil sein.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines Speichers 15 mit einem hiermit gekoppelten Wärmetauscher 24. Das Gehäuse 16 weist eine nach oben hin breitere Ausgestaltung auf. Der Aufnahmeraum für das Speichermedium 44 ist nicht vollständig mit einem Speichermedium 44, 45 gefüllt, sondern weist einen Ausgleichsbereich 46 auf. Der Ausgleichsbereich 46 dient zur Aufnahme des Speichermediums 44, 45 nach einer Ausdehnung auf Grund eines Phasenwechsels. Die trapezförmige Ausgestaltung des Speichers 15 im Querschnitt dient ebenso der definierten Ausdehnung des Speichermediums 44, 45 nach einer Phasenumwandlung.
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5 zeigt eine schematische Schnittansicht des Speichers 15 und des Wärmetauschers 24. Der Speicher 15 kann in Längsrichtung ebenfalls trapezförmige Seitenwände aufweisen.
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An der linken Seite des Gehäuses 16 ist über einen Abschnitt 40 der Wärmetauscher 24 angeordnet. Der Wärmetauscher 24 besteht aus einem wärmeleitfähigen Material, vorzugsweise aus dem gleichen wärmeleitfähigen Material wie das Gehäuse 16 des Speichers 15 oder der Abschnitt 40 des Gehäuses 16. In weiteren Ausführungsformen kann der Wärmetauscher 24 auch direkt an dem Gehäuse 16 des Speichers 15 ausgebildet und einstückig mit diesem hergestellt sein. In noch weiteren Ausführungsformen bildet eine Fläche des Wärmetauschers 24 eine Seitenwand des Gehäuses 16 des Speichers 15. Die restlichen Teile des Gehäuses 16 können dann aus weiteren Materialien gefertigt und mit dem Abschnitt 40 verbunden sein. Zusätzlich weist der Speicher 15 eine Isolierung 18 auf. Die Isolierung 18 umgibt den Speicher 15 bis auf den Abschnitt 40 vollständig, so dass im Wesentlichen kein Wärmeübergang zwischen dem Speicher 15 und dem ihn umgebenden Raum stattfindet. Die Isolierung 18 kann beispielsweise durch Schaumstoffe gebildet werden.
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Ferner kann die Isolierung 18 aus einem Schichtverbund aus mehreren Schichten verschiedener Materialien bestehen.
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Im Inneren des Speichers 15 sind Kühlmittelleitungen 48 des Vorlaufs 28 und des Rücklaufs 30 der ersten Kühlmittelleitungsanordnung und/oder Kühlmittelleitungen 48 des Vorlaufs 34 und des Rücklaufs 36 der zweiten Kühlmittelleitungsanordnung aufgenommen. Durch die Kühlmittelleitungen 48 strömt bspw. das Kühlmittel, welches über ein Kühlmittelversorgungsnetz bereitgestellt wird.
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Die Darstellung von 5 ist schematisch. Daher können die Kühlmittelleitungen 48 auch Leitungen des Vorlaufs 34 und des Rücklaufs 36 der zweiten Kühlmittelleitungsanordnung sein. Ebenso ist die Anzahl der Kühlmittelleitungen 48 nur exemplarisch. Vorzugsweise sind die Kühlmittelleitungen 48 so in dem Gehäuse 16 verlegt, dass diese nicht direkt mit den Seitenwänden des Speichers 15 in Kontakt stehen. Die Anordnung der Kühlmittelleitungen 48 ist insbesondere so gewählt, dass ein definiertes Entladen des Speichers 15 durch Kühlmittelzufuhr von dem Kühlmittelversorgungsnetz von innen nach außen und ein Auftauen durch Wärmezufuhr über ein weiteres Kühlmittel oder über den Wärmetauscher 24 direkt von außen nach innen erfolgt.
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Das Entladen von innen nach außen ist in 4 schematisch durch die gefrorenen Abschnitte des Speichermediums 45 dargestellt. Das Speichermedium 45 gefriert dabei zuerst an den Kühlmittelleitungen 48, die zumindest in den Abschnitten, in welchen sie innerhalb des Speichers 15 geführt sind, eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
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Das Gehäuse 16 des Speichers 15 weist zusätzliche Anschlüsse für die Kühlmittelleitungen 48 auf. In weiteren Ausführungsformen ist der Speicherbehälter oder ein Speicherbehälter mit einem Wärmetauscher 24 eine nachträglich in ein Kühlmöbel 10 einbaubare Baugruppe. Das bedeutet, dass Kühlmittelleitungen 48 bereits innerhalb des Speichers 15 angeordnet und ein Speichermedium 44 in dem Speicher 15 vorgesehen sind. Über entsprechend definierte Anschlüsse kann dann eine Anbindung an einen Vorlauf 28 und einen Rücklauf 30 einer ersten Kühlmittelleitungsanordnung vorgenommen werden. Zusätzlich kann über weitere optional vorgesehen Anschlüsse für einen Vorlauf 34 und einen Rücklauf 36 eine Kopplung mit einer zweiten Kühlmittelleitungsanordnung erfolgen.
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Hierdurch ist es insbesondere möglich, einen Kühlmittelkreislauf eines bestehenden Kühlmöbels zu unterbrechen und den Speicher 15 anzuordnen. Der Speicher 15 stellt dann eine Trennung für einen internen Kreislauf des Kühlmöbels von einem externen Kreislauf eines Kühlmittelversorgungsnetzes bereit. Jedoch besteht weiterhin eine thermische Kopplung der beiden Kühlmittelkreisläufe und es wird eine Speicherung von „Kälte“ bereitgestellt. Die Befüllung der Kühlmittelkreisläufe, insbesondere eines so gebildeten internen Kühlmittelkreislaufs für das Kühlmöbel kann nachträglich erfolgen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kühlmöbel
- 12
- Gehäuse
- 14
- Kühlraum
- 15
- Speicher
- 16
- Gehäuse
- 18
- Isolierung
- 20
- Steuerung
- 22
- Kühlmittelregeleinrichtung
- 24
- Wärmetauscher
- 26
- Ventilator
- 28
- Vorlauf
- 30
- Rücklauf
- 32
- Pumpe
- 34
- Vorlauf
- 36
- Rücklauf
- 38
- Pumpe
- 40
- Abschnitt
- 42
- Kühlrippe
- 44
- Speichermedium
- 45
- Speichermedium
- 46
- Ausgleichsbereich
- 48
- Kühlmittelleitung
- 50
- Vorlauf
- 52
- Rücklauf
