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Die vorliegende Erfindung betrifft ein wärmeisoliertes Behältnis mit einem wärmeisolierten Innenraum und mindestens zwei Wärmeisolationskörpern, die mindestens eine gemeinsame Stoßstelle aufweisen.
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Aus dem Stand der Technik sind wärmeisolierte Behältnisse bekannt, die aus Wärmeisolationskörpern, wie z.B. Vakuumisolationskörpern, bestehen, in die ein oder mehrere Peltierelemente integriert sind, um in einem wärmeisolierten Innenraum des Behältnisses die Temperatur durch Wärmezufuhr oder Wärmeabfuhr einstellen zu können.
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Diese aus dem Stand der Technik bekannte Lösung ist jedoch aufgrund des komplexen Aufbaus aufwändig. Dies gilt insbesondere für die Verkabelung der Peltierelemente, welche durch die Hochbarrierefolie hindurch geführt werden muss.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein wärmeisoliertes Behältnis der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass dieses einen im Vergleich zum Stand der Technik einfacheren Aufbau aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch ein wärmeisoliertes Behältnis gemäß Anspruch 1 gelöst. Demnach ist vorgesehen, dass an der gemeinsamen Stoßstelle zwischen wenigstens zwei Wärmeisolationskörpern mindestens ein Wärmetauscher angeordnet ist, der sich zwischen den Wärmeisolationskörpern befindet und der mit den Wärmeisolationskörpern mittelbar oder unmittelbar verbunden ist, wobei der Wärmetauscher derart angeordnet ist, dass mittels des Wärmetauschers Wärme aus dem wärmeisolierten Innenraum heraus oder in diesen hineinleitbar ist.
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Unter dem Begriff „Stoßstelle“ im Sinne dieser Erfindung ist der Bereich zwischen zueinander zugewandten Flächen der Wärmeisolationskörper zu verstehen. Die Stoßstelle kann beispielweise durch ebene Flächen bzw. Stirnseiten der Wärmeisolationskörper begrenzt werden. Von der Erfindung ist jedoch auch der Fall umfasst, dass die Stoßstelle durch unebene Flächen begrenzt wird.
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Durch die Anordnung des Wärmetauschers an einer Stoßstelle zwischen den Wärmeisolationskörpern ist es möglich, den Wärmetauscher sowohl als strukturelles als auch als funktionelles Element zu nutzen, denn der Wärmetauscher kann die Aufgabe übernehmen, die beiden Wärmeisolationskörper miteinander zu verbinden, d.h. eine mechanische Funktion ausüben. Jedenfalls dient der Wärmetauscher, d.h. z.B. ein Peltierelement dazu, Wärme aus dem wärmeisolierten Innenraum heraus- oder in diesen hineinzuleiten.
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Es ist auch möglich, dass mehrere Wärmetauscher vorzugsweise gleichmäßig verteilt an einer gemeinsamen Stoßstelle angeordnet sind. Dabei kann die Anordnung der Wärmetauscher so gewählt werden, dass die Wärmetauscher eine möglichst gleichmäßige Verteilung der abgeführten oder eingeführten Wärme vornehmen.
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Das erfindungsgemäße Behältnis kann einfach und kostengünstig hergestellt werden, denn durch die externe Anordnung des oder der Wärmetauscher außerhalb der Wärmeisolationskörper ist deren technologisch aufwendige Integration in die Wärmeisolationskörper, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, nicht notwendig.
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Vor diesem Hintergrund können standardmäßige Wärmeisolationskörper, wie beispielweise mit Platten aus Isolierschaum oder VIPs genutzt werden, um den Korpus des wärmeisolierten Behältnisses aufzubauen. Vorzugsweise sind die einzelnen Platten, die den Korpus bilden, an ihren Stoßstellen mit anderen Platten mittels des oder der Wärmetauscher oder einer den oder die Wärmetauscher enthaltenden Hilfskonstruktion miteinander verbunden.
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Die Verbindung zweier Elemente kann grundsätzlich mittels Schraub-, Rast- oder Clipsverbindung erfolgen. Auch andere kraft- und/oder formschlüssige Verbindungen sind ebenfalls von der Erfindung mitumfasst. Sie kann lösbar oder unlösbar ausgeführt sein.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Wärmetauscher um ein thermoelektrisches Element, insbesondere um ein Peltierelement.
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Die Erfindung ist nicht auf den Einsatz von thermoelektrischen Elementen als Wärmetauscher beschränkt. Auch andere Mittel, die geeignet sind, Wärme in den temperierten Innenraum zu leiten oder auch diesem abzuführen, sind von der Erfindung umfasst. So ist es beispielsweise auch möglich, dass es sich bei dem Wärmetauscher um ein oder mehrere Wärmerohre handelt.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei mindestens einem der Wärmeisolationskörper um ein Vakuumisolationspaneel oder um ein Element mit Vollvakuumdämmung, d.h. um einen Körper mit einer vakuumdichten Folie, wobei in dem von der Folie umgebenen Raum Vakuum herrscht und die mit einem körnigen Füllmaterial, wie Perlit, Aerogel und / oder Xerogel gefüllt ist. Dadurch ist es möglich, ein hochgedämmtes Gehäuse mit sehr niedrigen Wärmeverlustwerten, in der Regel kleiner als 0,3 W/K, herzustellen.
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Der oder die Wärmetauscher können an verschiedenen Positionen des Behältnisses eingesetzt werden. Es ist beispielweise möglich, dass die Wärmeisolationskörper derart angeordnet sind, dass sie auf einer gemeinsamen Ebene liegen, sodass die Stoßstelle ebenfalls in dieser Ebene liegt. In diesem Fall sind der oder die Wärmetauscher in einer Fläche des wärmeisolierten Behältnisses angeordnet. Dies ist beispielweise der Fall, wenn mehrere Wärmeisolationskörper eine Wandung des wärmeisolierten Behältnisses, wie beispielweise die Decke bilden und der oder die Wärmetauscher in der Stoßstelle zwischen den Wärmeisolationskörpern angeordnet sind.
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Der oder die Wärmetauscher können somit in einer Hauptfläche (Decke, Boden, Seitenwand, Rückwand, Front) des wärmeisolierten Behältnisses angeordnet sein. Der oder die Wärmetauscher können aber auch in einer Kante des wärmeisolierten Behältnisses angeordnet sein, die sich zwischen zwei Hauptflächen ergibt. Es ist ferner möglich, den oder die Wärmetauscher in einer Ecke des wärmeisolierten Behältnisses anzuordnen.
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Der oder die Wärmetauscher können an einer Stoßstelle angeordnet sein, die zwischen zwei, drei oder mehr als drei Wärmeisolationskörpern vorliegt.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das wärmeisolierte Behältnis mindestens ein inneres Wärmeleitblech umfasst, das den wärmeisolierten Innenraum teilweise oder vollständig definiert und das vorzugsweise mit mindestens einem der Wärmeisolationskörper verbunden ist, wobei der Wärmetauscher unmittelbar oder mittelbar mit dem inneren Wärmeleitblech in wärmeleitendem Kontakt steht. Somit ist eine verbesserte Wärmezufuhr bzw. -abfuhr möglich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das innere Wärmeleitblech mit mindestens einem der Wärmeisolationskörper unmittelbar oder mittelbar verbunden, sodass das innere Wärmeleitblech nicht nur zum Zwecke der Wärmeverteilung dient, sondern auch als strukturelles Element wirkt.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn der Wärmetauscher mit mindestens einem Wärmeleitkörper in wärmeleitendem Kontakt steht, der dem wärmeisolierten Innenraum des Behältnisses zugewandt ist und seinerseits mit einem inneren Wärmeleitblech in wärmeleitendem Kontakt steht. Der Wärmeleitkörper kann verschiedene Formen aufweisen.
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Es ist ebenfalls möglich, dass das wärmeisolierte Behältnis mindestens ein äußeres Wärmeleitblech umfasst, das teilweise oder vollständig die Außenhülle des wärmeisolierten Behältnisses definiert und das vorzugsweise mit mindestens einem der Wärmeisolationskörper verbunden ist, wobei der Wärmetauscher unmittelbar oder mittelbar mit dem äußeren Wärmeleitblech in wärmeleitendem Kontakt steht. Somit ist eine verbesserte Wärmeabfuhr bzw. -zufuhr möglich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das äußere Wärmeleitblech mit mindestens einem der Wärmeisolationskörper verbunden, sodass das äußere Wärmeleitblech nicht nur zum Zwecke der Wärmeverteilung dient, sondern auch als strukturelles Element wirkt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das wärmeisolierte Behältnis sowohl ein oder mehrere innere Wärmeleitbleche als auch ein oder mehrere äußere Wärmeleitbleche auf, die die Wärmeisolationskörper bereichsweise oder vollständig aufnehmen und die Innen- und Außenverkleidung des Behältnisses teilweise oder vollständig bilden.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn der Wärmetauscher mit mindestens einem Wärmeleitkörper in wärmeleitendem Kontakt steht, der von dem wärmeisolierten Innenraum des wärmeisolierten Behältnisses abgewandt ist und mit dem äußeren Wärmeleitblech in wärmeleitendem Kontakt steht. Der Wärmeleitkörper kann verschiedene Formen haben. Es ist jedoch vorteilhaft, wenn der Wärmeleitkörper trapezförmig ist, wobei sich dessen Querschnittsfläche ausgehend von dem Wärmetauscher vergrößert.
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Bevorzugt ist es, wenn der Wärmetauscher mit mindestens zwei Wärmeleitkörpern in Verbindung steht, wobei ein erster Wärmeleitkörper von dem wärmeisolierten Innenraum abgewandt ist und ein zweiter Wärmeleitkörper dem wärmeisolierten Innenraum zugewandt ist.
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Die zwei Wärmeleitkörper können unterschiedliche oder gleiche Formen aufweisen.
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Es kann vorgesehen sein, dass eine innere Wärmeleitschiene vorhanden ist, die entlang der zum wärmeisolierten Innenraum gewandten Seite der Stoßstelle zwischen den Wärmeisolationskörpern verläuft und die mit dem Wärmetauscher in wärmeleitender Verbindung steht. Vorzugsweise ist die innere Wärmeleitschiene mit mindestens einem der Wärmeisolationskörper und/oder mit einem inneren Wärmeleitblech lösbar oder unlösbar verbunden.
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Es kann vorgesehen sein, dass eine äußere Wärmeleitschiene vorhanden ist, die entlang der vom wärmeisolierten Innenraum abgewandten Seite der Stoßstelle zwischen den Wärmeisolationskörpern verläuft und die mit dem Wärmetauscher in wärmeleitender Verbindung steht.
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Vorzugsweise ist die äußere Wärmeleitschiene mit mindestens einem der Wärmeisolationskörper und/oder mit einem äußeren Wärmeleitblech lösbar oder unlösbar verbunden. Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die äußere Wärmeleitschiene mit dem Wärmetauscher und/oder mit einem Wärmeleitkörper strukturell verbunden ist.
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Wenn sowohl eine innere als auch eine äußere Wärmeleitschiene vorgesehen sind, ist es besonders vorteilhaft, dass mindestens ein Abstandshalter zwischen den beiden Wärmeleitschienen angeordnet ist, um die durch den Transport oder den Betrieb des wärmeisolierten Behältnisses auftretenden Kräfte aufzunehmen bzw. zu übertragen. Somit können beispielweise die durch thermische Dehnung erzeugten Spannungen zum Schutz der Peltier-Elemente abgebaut bzw. aufgenommen werden. Zudem kann die Struktur des wärmeisolierten Behältnisses entlastet werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Abstandshalter aus flexiblem Material besteht oder dieses umfasst.
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Der Abstandshalter kann auch derart angeordnet sein, dass er die Wärmeleitkörper derart umgreift oder mit diesen verbunden ist, so dass diese durch den Abstandshalter in ihrer Position fixiert werden. Somit ist es möglich, durch den oder die Abstandshalter nicht nur die Wärmeleitkörper sowie auch die Wärmeleitschienen gegen auftretende Kräfte zu schützen, sondern auch die Wärmeleitkörper in ihrer Position während des Transports und während des Betriebes des wärmeisolierten Behältnisses zu fixieren. Der Abstandshalter wirkt also auch als strukturelles Verbindungsmittel zwischen den Wärmeleitschienen und/oder zwischen den Wärmeleitkörpern.
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Der Abstandshalter kann verschiedene Formen aufweisen. Es ist beispielweise denkbar, dass der Abstandshalter ringförmig oder L-förmig ist oder dass mehrere Stifte vorgesehen sind, die als Abstandshalter dienen und die in (Durchgangs-) Löcher der Wärmeleitschienen bzw. der Wärmeleitkörper aufgenommen sind.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Stoßstelle als Hohlraum ausgebildet ist.
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Denkbar ist es, dass der Wärmetauscher in dem Hohlraum eingeschäumt ist. Wenn weitere Komponenten in der Stoßstelle angeordnet sind, wie beispielweise Wärmeleitkörper, können diese auch eingeschäumt sein. Die Ausschäumung kann z.B. aus PU-Schaum bestehen.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem wärmeisolierten Behältnis um ein Kühl- und/oder Gefriergerät.
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An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „ein“ und „eine“ nicht zwingend genau eines der fraglichen Elemente bezeichnen, wenngleich dies eine mögliche Ausführungsform darstellt, sondern auch für eine Mehrzahl der Elemente stehen können. Entsprechendes gilt für die Verwendung des Plurals, der auch nur eines der Elemente umfassen kann und umgekehrt für die Verwendung des Singulars, der auch mehrere Elemente bezeichnen kann.
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Wärmeleitende Verbindungen im Sinne dieser Erfindung sind vorzugsweise mittels wärmeleitenden Klebstoffs oder wärmeleitender Paste realisiert.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figuren erläutert.
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Es zeigen:
- 1: perspektivische Frontansicht eines Korpus eines wärmeisolierten Behältnisses bestehend aus mehreren Wärmeisolationskörpern;
- 2 perspektivische Rückansicht eines wärmeisolierten Behältnisses gemäß 1 ;
- 3: Schnittansicht durch eine Stoßstelle zwischen zwei Wärmeisolationskörpern;
- 4: Ansicht eines Wärmetauschers, der in einer Stoßstelle in einer Hauptfläche des wärmeisolierten Behältnisses angeordnet ist;
- 5: perspektivische Ansicht auf einen äußeren Wärmeleitkörper, der in einer Stoßstelle im Eckbereich des wärmeisolierten Behältnisses angeordnet ist und
- 6: perspektivische Ansicht auf einen inneren Wärmeleitkörper, der in einer Stoßstelle im Eckbereich des wärmeisolierten Behältnisses angeordnet ist.
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1 und 2 zeigen den Korpus eines erfindungsgemäßen wärmeisolierten Behältnisses bestehend aus Wärmeisolationskörpern, beispielweise aus VIPs 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f und 1g.
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Die Oberseite und Unterseite des Korpus bestehen aus jeweils zwei Wärmeisolationskörpern, nämlich aus den Wärmeisolationskörpern 1a und 1b (Oberseite) 1c und 1d (Unterseite). Die rechte Seitenwand, die linke Seitenwand und die Rückwand bestehen aus jeweils einem einzigen Wärmeisolationskörper 1e (linke Seitenwand), 1f (rechte Seitenwand) und 1g (Rückwand). Die Vorderseite des wärmeisolierten Korpus weist eine Öffnung auf, die mittels einer hier nicht näher gezeigten Tür verschließbar ist.
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Wie dies aus den 1 und 2 ersichtlich ist, existieren Stoßstellen, die in einer Fläche vorliegen (Stoßstellen 2a, 2b), die in einer Kante vorliegen (3a - 3f) und die in einem Eckbereich vorliegen (4a - 4d).
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Die 3 zeigt im Detail einen Wärmetauscher, hier ein Peltierelement 20, der an einer Stoßstelle angeordnet ist, die zwischen zwei Wärmeisolationskörpern 10 und 11 vorliegt, die in zwei verschiedenen Ebenen des wärmeisolierten Behältnisses angeordnet sind.
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Gemäß der in der 3 gezeigten Ausführungsform sind für jeden Wärmeisolationskörper 10, 11 jeweils ein inneres und ein äußeres Wärmeleitblech vorgesehen, die die Wärmeisolationskörper aufnehmen und fixieren. Somit ist der Wärmeisolationskörper 10 zwischen den Wärmeleitblechen 12 (inneres Wärmeleitblech) und 14 (äußeres Wärmeleitblech) angeordnet; der Wärmeisolationskörper 11 ist zwischen den Wärmeleitblechen 13 (inneres Wärmeleitblech) und 15 (äußeres Wärmeleitblech) angeordnet.
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Darüber hinaus sind eine innere Wärmeleitschiene 21 und eine äußere Wärmeleitschiene 22 vorgesehen, die entlang der Stoßstelle an ihrer zu dem wärmeisolierten Innenraum I gewandten bzw. von dem wärmeisolierten Innenraum I abgewandten Seite verlaufen. Die innere Wärmeleitschiene 21 steht mit dem Peltierelement 20 über den inneren Wärmeleitkörper 23 in wärmeleitendem Kontakt. Die äußere Wärmeleitschiene 22 steht mit dem Peltierelement 20 über den äußeren Wärmeleitkörper 24 in wärmeleitendem Kontakt.
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Die innere Wärmeleitschiene 21 ist mit dem inneren Wärmeleitkörper 23 wärmeleitend verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform ist der innere Wärmeleitkörper 23 in einer Aussparung 26 der inneren Wärmeleitschiene 21 eingerastet, sodass eine form- und kraftschlüssige Verbindung besteht. Die äußere Wärmeleitschiene 22 ist mit dem äußeren Wärmeleitkörper 24 wärmeleitend verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform ist der äußere Wärmeleitkörper 24 in einer Aussparung 27 der äußeren Wärmeleitschiene 22 eingerastet, sodass eine form- und kraftschlüssige Verbindung besteht.
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Gemäß der in der 3 dargestellten Ausführungsform ist die äußere Wärmeleitschiene 22 mit den äußeren Wärmeleitblechen 14, 15 wärmeleitend verbunden. Die äußeren Wärmeleitbleche 14, 15 sind in Einsparungen 35 der äußeren Wärmeleitschiene 22 eingerastet. Die Wärmeleitkörper 23, 24 stehen mit dem Peltierelement 20 in wärmeleitendem Kontakt, sodass Wärme aus dem wärmeisolierten Innenraum I abgeführt bzw. in diesen hineingeführt werden kann.
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Mindestens ein Abstandshalter 25 ist zwischen der inneren Wärmeleitschiene 21 und der äußeren Wärmeleitschiene 22 angeordnet. Der Abstandshalter 25 dient zur Übertragung und/oder Aufnahme der auftretenden Kräfte, die beispielweise durch den Transport und/oder die betriebsbedingten thermischen Dehnungen erzeugt werden. Der Abstandshalter 25 besteht aus flexiblem Material, wie Gummi, und ist nicht wärmeleitend. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Abstandshalter 25 derart angeordnet, dass er die Wärmeleitkörper 23, 24 derart umgreift, dass sie durch den Abstandshalter 25 in ihrer Position fixiert sind. In der Ausführungsform gemäß der 3 sind der innere Wärmeleitkörper 23 und der äußere Wärmeleitkörper 24 in Aussparungen 35 bzw. 34 des Abstandshalters 25 eingerastet.
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Wie dies aus der 3 hervorgeht sind das Peltierelement 20, die Wärmeleitkörper 23, 24, die Wärmeleitschienen 21, 22 und der Abstandshalter 25 an bzw. in einer Stoßstelle angeordnet, die einen Hohlraum 36 aufweist. Zur Verbesserung der Wärmeisolierung und der Stabilität der in bzw. an dem Hohlraum angeordneten Elemente kann der Hohlraum 36 mit PU-Schaum gefüllt sein.
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Die 4 zeigt im Detail ein Peltierelement 20, das an einer Stoßstelle angeordnet ist, die zwischen zwei Wärmeisolationskörpern auftritt, die in einer gemeinsamen Ebene des wärmeisolierten Behältnisses liegen.
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Das Peltierelement 20 steht mit einem äußeren Wärmeleitkörper 24 und mit einem inneren Wärmeleitkörper 23 in wärmeleitendem Kontakt.
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Zwischen der inneren und der äußeren Wärmeleitschienen 21, 22 sind stabförmige Abstandshalter 25a, 25b angeordnet.
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Die 5 und 6 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, bei der der Wärmetauscher in einer Ecke des wärmeisolierten Behältnisses angeordnet ist. Die Stoßstelle ist zwischen den Wärmeisolationskörpern 40, 41, 42 angeordnet. Ein äußerer Wärmeleitkörper 22 ist mit einem hier nicht gezeigten Wärmetauschkörper in wärmeleitender Verbindung und leitet die Wärme aus dem wärmeisolierten Innenraum heraus oder in diesen hinein. Der äußere Wärmeleitkörper 22 weist Durchgangslöcher 221 auf, die dazu dienen, Abstandshalter 25b (6) aufnehmen.
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6 zeigt ein Peltierelement 20, das in wärmeleitender Verbindung mit einem inneren Wärmeleitkörper 23 steht, welcher wiederum mit Wärmeleitblechen 12, 13 wärmeleitend in Verbindung steht. Die Abstandshalter 25b sind in Löchern 231 des inneren Wärmeleitkörper 23 aufgenommen.
