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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 30. September 2008 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung Seriennummer 61/101,574, deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme ausdrücklich in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen wird.
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Ultratieftemperaturkühlgeräte und insbesondere die Konstruktion eines modularen Aufbewahrungsschranks für ein Ultratieftemperaturkühlgerät.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die Nachfrage nach Kühlsystemen, die einen sehr tiefen Temperaturbereich erreichen können, ist schnell angestiegen. Ein Typ von System, das solche Temperaturen erreichen kann, ist als Ultratieftemperaturkühlgerät (”ULT”) bekannt, welches einen sehr tiefen Bereich von Temperaturen aufrechterhalten kann. Das ULT kann zum Lager und Schützen einer Vielfalt von Objekten, die zum Beispiel kritische biologische Proben umfassen, verwendet werden, so dass sie für längere Zeiträume sicher und geschützt bei einer gewünschten Temperatur innerhalb eines Aufbewahrungsschranks oder -fachs des ULT gelagert werden. Angesichts der damit verbundenen tiefen Lagertemperaturen und der Notwendigkeit des regelmäßigen Einlegen und Herausnehmen einzelner Proben aus dem Innenraum des Aufbewahrungsschranks können jedoch verschiedene Probleme auftreten.
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Im Allgemeinen wird in Kühlsystemen ein Kühlgas in einer Kompressoreinheit komprimiert. Wärme, die durch die Kompression erzeugt wird, wird dann im Allgemeinen durch Durchführen des komprimierten Gases durch eine wasser- oder luftgekühlte Kondensatorschlange entfernt. Das abgekühlte, kondensierte Gas wird dann rasch in eine Verdampfungsschlange expandieren gelassen, die mit einem Kühlschrank oder Gefrierfach in Fluidverbindung steht, wo das Gas wesentlich kälter wird, wodurch die Schlange und das Fach des Kühlsystems oder Kühlgeräts, mit dem die Schlange in Fluidverbindung steht, gekühlt werden.
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In Kühlsystemen wurden Ultratief- und Tieftemperaturen erreicht, die von ungefähr –95°C bis –150°C reichen. Ein Beispiel für ein Ultratieftemperaturkühlgerät, das zum Erreichen solcher Temperaturen imstande ist, wird im
US-Patent 6,397,620 mit dem Titel Ultra-low Temperature Freezer Cabinet Utilizing Vacuum Insulated Panels dargestellt, das hiermit durch Bezugnahme ausdrücklich in seiner Gesamtheit hierin aufgenommen wird.
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Ein Verfahren zum Konstruieren von herkömmlichen ULTs kann ein Bilden eines äußeren Blechschranks und eines inneren Blechschranks und anschließendes Anwenden von expandiertem Urethanschaum umfassen, um die Außen- und Innenschränke miteinander zu verbinden. Dieser Prozess ist Zeit raubend und schmutzig und weist eine inhärente Abweichung auf. Zum Beispiel müssen die beiden Blechschränke möglicherweise in einer großen Schäumungsaufspannvorrichtung angeordnet werden, und Urethanschaum kann zwischen die beiden Schränke gesprüht werden. Der Schaum wird dann bei typischen Aushärtezeiten, die je nach den Großen und Formen der beiden Schränke etwa 4 bis etwa 48 Stunden betragen, aushärten gelassen. Der Urethanschaum stellt eine Isolierung für das Kühlgerät bereit.
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Es besteht daher ein Bedarf an Konstruktionsverfahren und Strukturen, welche die Probleme und Unzulänglichkeiten von herkömmlichen ULTs und herkömmlichen Konstruktionsverfahren für die Herstellung solcher Kühlgeräte ansprechen und welche dennoch die tiefen Temperaturen unterstützen können, die durch das ULT erreichten werden.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung überwindet die vorhergehenden und andere Konstruktionsnachteile von Ultratieftemperaturkühlgeräten. Es versteht sich von selbst, dass, obwohl die Erfindung in Verbindung mit bestimmten Ausführungsformen beschrieben wird, die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist. Im Gegenteil umfasst die Erfindung sämtliche Alternativen, Modifikationen und Äquivalente, wie sie im Geist und Rahmen der vorlegenden Erfindung enthalten sein können.
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In einer Ausführungsform wird ein Aufbewahrungsschrank für ein Ultratieftemperaturkühlgerät bereitgestellt. Der Schrank umfasst eine Basisplattform, eine Mehrzahl von seitlichen isolierten Bauplatten, die jeweils eine Seitenwand des Aufbewahrungsschranks definieren, und eine Mehrzahl von im Allgemeinen vertikal ausgerichteten Ständern, die sich von der Plattform erstrecken. Mindestens einer der Mehrzahl von im Allgemeinen vertikal ausgerichteten Ständer weist einen Schlitz zur Aufnahme eines Kantenabschnitts einer der isolierten Platten daran entlang auf. Der Schlitz kann ein im Allgemeinen U-förmiges Profil aufweisen, das den Kantenabschnitt einer der isolierten Platten umgibt. Der Kanal kann so konfiguriert sein, dass er eine von einer Isolierung, Verrohrung oder Verdrahtung des Kühlgeräts dadurch aufnimmt. Eine Außenhaut kann die isolierten Platten umgeben und eine Außenfläche des Kühlgeräts definieren, wobei das Volumen zwischen der Außenhaut und den isolierten Platten effektiv frei von expandierender, am Ort geschäumter Isolierung ist.
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In einer spezifischen Ausführungsform umfasst der Schrank einen Rollbond-Verdampfer, der benachbart zu einer der isolierten Platten und so konfiguriert ist, dass er mit einem Kühlsystem des Kühlgeräts zum Kühlen eines Innenraums des Aufbewahrungsschranks in Fluidverbindung steht. Der Rollbond-Verdampfer kann mit einem oder mehreren der im Allgemeinen vertikal ausgerichteten Ständer verbunden sein. Ein Volumen zwischen dem Rollbond-Verdampfer und der benachbarten isolierten Seitenplatte kann effektiv frei von expandierender, am Ort geschäumter Isolierung sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Rollbond-Verdampfer eine Mehrzahl von Verdampferplatten umfassen, wobei jede Verdampferplatte im Allgemeinen parallel zu einer der isolierten Platten ausgerichtet ist. In einer spezifischen Ausführungsform umfasst der Aufbewahrungsschrank eine Mehrzahl von Rollbond-Verdampferplatten, die jeweils benachbart zu einer der isolierten Platten sind, und eine Mehrzahl von Kapillarrohren, wobei jedes der Kapillarrohre mit einer der Rollbond-Verdampferplatten in Fluidverbindung steht. In dieser Ausführungsform ist jedes der Kapillarrohre so konfiguriert, dass es mit einem Kühlsystem des Kühlgeräts zum Kühlen des Innenraums des Aufbewahrungsschranks in Fluidverbindung steht. Jeweilige Volumina zwischen den Rollbond-Verdampferplatten und den jeweils benachbarten isolierten Seitenplatten können effektiv frei von expandierender, am Ort geschäumter Isolierung sein.
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In einer anderen spezifischen Ausführungsform umfasst der Schrank eine Verdampferschlange, die an einem der im Allgemeinen vertikal ausgerichteten Ständer gesichert ist, wobei die Verdampferschlange so konfiguriert ist, dass sie mit einem Kühlsystem des Kühlgeräts zum Kühlen eines Innenraums des Aufbewahrungsschranks in Fluidverbindung steht. In dieser spezifischen Ausführungsform ist ein Abstandshalteelement zwischen der Verdampferschlange und dem einen der im Allgemeinen vertikal ausgerichteten Ständer angeordnet. Jeweilige Volumina zwischen Seitenwandabschnitten der Verdampferschlange und den jeweils benachbarten isolierten Seitenplatten können effektiv frei von expandierender, am Ort geschäumter Isolierung sein.
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Der Schrank kann zusätzlich oder alternativ eine Mehrzahl von im Allgemeinen horizontal ausgerichteten Rahmenelementen, die mit einem oder mehreren der im Allgemeinen vertikal ausgerichteten Ständer verbunden sind, und eine obere isolierte Bauplatte aufweisen, die sich zwischen den im Allgemeinen horizontal ausgerichteten Rahmenelementen erstreckt. Eines oder mehrere der im Allgemeinen horizontal ausgerichteten Rahmenelemente können eine elastische Klappe umfassen, die so konfiguriert ist, dass sie die obere isolierte Platte in einer Richtung zu einer der seitlichen isolierten Bauplatten drückt, um die oberen und seitlichen isolierten Bauplatten in Bezug aufeinander ohne die Verwendung von Befestigungselementen zu sichern.
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In einer spezifischen Ausführungsform weist mindestens einer der im Allgemeinen vertikal ausgerichteten Ständer einen Kanal auf, der sich entlang einer Längsabmessung davon erstreckt. Der Schrank umfasst eine Mehrzahl von T-förmigen Halterungen, die jeweils eine Mehrzahl von Ecken des Schranks definieren, wobei mindestens eine der T-förmigen Halterungen einen Schenkel aufweist, der zur Einführung in den Kanal eines des mindestens einen der im Allgemeinen vertikal ausgerichteten Ständer geformt ist. Eine oder mehrere der T-förmigen Halterungen können derart sein, dass mindestens der Schenkel davon aus einem flexiblen Material hergestellt ist, das so konfiguriert ist, dass es sich während der Einführung des Schenkels in den Kanal eines der im Allgemeinen vertikal ausgerichteten Ständer biegt.
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Der Schrank kann eine Mehrzahl von T-förmigen Halterungen umfassen, die jeweils eine Mehrzahl von Ecken des Schranks definieren, wobei mindestens eine der T-förmigen Halterungen einen im Allgemeinen vertikal ausgerichteten Schenkel zum Verbinden mit einem der im Allgemeinen vertikal ausgerichteten Ständer und ein Paar von im Allgemeinen horizontalen Armen aufweist, die jeweils zum Verbinden mit einem einer Mehrzahl von im Allgemeinen horizontal ausgerichteten Rahmenelementen konfiguriert sind.
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In einer anderen Ausführungsform wird ein Ultratieftemperaturkühlgerät bereitgestellt. Das Kühlgerät umfasst ein Gestell, das ein Kühlsystem darin trägt, und einen Aufbewahrungsschrank, der über dem Gestell getragen wird. Der Schrank weist einen Innenraum auf, der durch das Kühlsystem gekühlt wird. Der Schrank umfasst eine Mehrzahl von seitlichen isolierten Bauplatten, die jeweils eine Seitenwand des Aufbewahrungsschranks definieren, und eine Mehrzahl von im Allgemeinen vertikal ausgerichteten Ständern, die sich vom Gestell erstrecken. Mindestens einer der im Allgemeinen vertikal ausgerichteten Ständer weist einen Schlitz zur Aufnahme eines Kantenabschnitts einer der Platten daran entlang auf. Das Kühlsystem kann zum Beispiel ein zweistufiges Kaskadenkühlsystem sein, das einen Wärmetauscher umfasst, der innerhalb des Gestells getragen wird. Der Aufbewahrungsschrank kann eine Außenhaut umfassen, welche die isolierten Platten umgibt und eine Außenfläche des Kühlgeräts definiert, wobei das Volumen zwischen der Außenhaut und den isolierten Platten effektiv frei von expandierender, am Ort geschäumter Isolierung ist.
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In einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren zum Konstruieren eines Ultratieftemperaturkühlgeräts bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein Erhalten einer Basisplattform und Anordnen einer Mehrzahl von seitlichen isolierten Bauplatten, um jeweilige Seitenwände eines Aufbewahrungsschranks des Kühlgeräts zu definieren. Das Verfahren umfasst ein Tragen einer Mehrzahl von im Allgemeinen vertikal ausgerichteten Ständern mit der Basisplattform und Auf nehmen eines Kantenabschnitts einer der Platten innerhalb eines Schlitzes eines der im Allgemeinen vertikal ausgerichteten Ständer. Das Verfahren kann ein Aufnehmen einer von einer Isolierung, Verrohrung oder Verdrahtung des Kühlgeräts in einen Kanal umfassen, der sich entlang einer Längsabmessung eines der im Allgemeinen vertikal ausgerichteten Ständer erstreckt.
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Das Verfahren kann ein Anordnen eines Rollbond-Verdampfers benachbart zu einer der Platten und Anordnen des Rollbond-Verdampfers in Fluidverbindung mit einem Kühlsystem des Kühlgeräts umfassen. Das Verfahren kann alternativ oder zusätzlich ein Anordnen einer Außenhaut um die isolierten Platten, um dadurch eine Außenfläche des Kühlgeräts zu definieren, und effektives Freilassen des Volumens zwischen der Außenhaut und den isolierten Platten von expandierender, am Ort geschäumter Isolierung umfassen. Das Verfahren kann außerdem ein Erhalten einer oberen isolierten Platte sowie einer im Allgemeinen horizontal ausgerichteten Stange mit einem elastischen Abschnitt und derartiges Anordnen der oberen und seitlichen isolierten Bauplatten umfassen, dass der elastische Abschnitt die obere isolierte Platte in einer Richtung zu einer der seitlichen isolierten Bauplatten drückt. Das Drücken ist durchführbar, um die oberen und seitlichen isolierten Bauplatten in Bezug aufeinander ohne die Verwendung von Befestigungselementen zu sichern.
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Das Verfahren kann ein Erhalten einer Halterung und ein Biegen eines Schenkels der Halterung umfassen, um eine Einführung davon in einen Kanal zu ermöglichen, der sich entlang einer Längsabmessung eines der im Allgemeinen vertikal ausgerichteten Ständer erstreckt. Zusätzlich oder alternativ kann das Verfahren ein Verbinden der Halterung mit einem der im Allgemeinen vertikal ausgerichteten Ständer und mit einem Paar von im Allgemeinen horizontal ausgerichteten Rahmenelementen umfassen, um dadurch eine Ecke des Kühlgeräts zu definieren.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die beiliegenden Zeichnungen, die in diese Spezifikation aufgenommen sind und einen Teil derselben bilden, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der vorstehenden allgemeinen Beschreibung der Erfindung und der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung.
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1 ist ein Vorderansicht, die ein beispielhaftes Ultratieftemperaturkühlgerät (”ULT”) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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1A ist eine schematische Darstellung eines Kühlsystems des ULT von 1.
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2 ist eine perspektivische Ansicht eines Gehäuses oder Rahmens des ULT von 1.
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3 ist eine perspektivische, auseinander gezogene Ansicht eines Aufbewahrungsschranks des Gehäuses von 2.
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4 ist eine andere perspektivische, auseinander gezogene Ansicht eines Abschnitts des Aufbewahrungsschranks von 3 und 4.
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5 ist eine perspektivische Ansicht eines Gestells des Gehäuses von 2.
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6 ist eine perspektivische, teilweise zusammengebaute Ansicht des Aufbewahrungsschranks von 3 und 4.
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7 ist eine auseinander gezogene Ansicht, die verschiedene Komponenten des Aufbewahrungsschranks von 3, 4 und 6 veranschaulicht.
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8 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konstruktion einer Ecke des Aufbewahrungsschranks von 3, 4 und 6 veranschaulicht.
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9 ist eine perspektivische Ansicht, die 8 ähnelt und außerdem eine Mehrzahl von isolierten Platten des Aufbewahrungsschranks von 3, 4 und 6 veranschaulicht.
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10 ist eine perspektivische Ansicht des Aufbewahrungsschranks von 3, 4, 6, die einen Verdampfer veranschaulicht, der einen Innenraum des Aufbewahrungsschranks definiert.
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11 ist eine Querschnittansicht im Allgemeinen entlang der Linie 11-11 von 10.
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12 ist eine perspektivische Ansicht eines Aufbewahrungsschranks ähnlich dem von 10, die einen Verdampfer gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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13 ist eine Querschnittansicht im Allgemeinen entlang der Linie 12-12 von 12.
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14 ist eine Querschnittansicht, die 11 und 13 ähnelt und einen Verdampfer gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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14A ist eine Querschnittansicht im Allgemeinen entlang der Linie 14A-14A von 14.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben, in welchen sich gleiche Bezugszeichen durchgehend auf gleiche Teile beziehen.
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Unter Bezugnahme auf die Figuren und insbesondere auf 1 ist ein Ultratieftemperaturkühlgerät (”ULT”) 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Das ULT 10 umfasst ein Gehäuse oder einen Rahmen 12, der einen Aufbewahrungsschrank oder ein Aufbewahrungsfach 16 umfasst, das über einem Gestell 18 getragen wird. Das Gestell 18 wiederum trägt eine oder mehrere Komponenten eines Kühlsystems 20 (schematisch dargestellt), das so konfiguriert ist, dass es den Innenraum 16a des Schranks 16 kühlt. In dieser Hinsicht kann das Gestell 18 zum Beispiel einen oder mehrere Kompressoren eines einzelnen Kühlsystems oder einen oder mehrere Kompressoren eines zweistufigen Kaskadenkühlsystems tragen. Das System 20 kann zum Beispiel einen Wärmetauscher 21 (schematisch dargestellt) umfassen, der innerhalb des Gestells 18 getragen wird und der schließlich mit einem Verdampfer des Systems 20, der im Folgenden ausführlicher erläutert wird, in Fluidverbindung steht. Beispielhafte Kühlsysteme und Komponenten davon, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind, wenden zum Beispiel in den gemeinsam übertragenen US-Patentanmeldungen Seriennr. 12/570,348 (Aktenzeichen TFLED-226AUS) und 12/570,480 (Aktenzeichen TFLED-227AUS) mit dem Titel ”Refrigeration System Having A Variable Speed Compressor” bzw. ”Refrigeration System Mounted With A Deck” beschrieben, die gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung eingereicht wurden. Die jeweiligen Offenbarungen jeder dieser US-Patentanmeldungen werden hiermit durch Bezugnahme ausdrücklich in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen.
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Unter Bezugnahme auf 1A sind Einzelheiten eines beispielhaften Kühlsystems 20 veranschaulicht. Das System 20 besteht aus einer ersten Stufe 224 und einer zweiten Stufe 226, die erste bzw. zweite Kreisläufe zum Umlaufenlassen eines ersten Kühlmittels 234 und eines zweiten Kühlmittels 236 definieren. Eine Mehrzahl von Sensoren S1 bis S18 ist angeordnet, um verschiedene Bedingungen des Systems 20 und/oder Eigenschaften der Kühlmittel 234, 236 im System 20 zu messen, während eine Steuerung 330, auf die durch eine Steuerungsschnittstelle 332 zugegriffen werden kann, ein Steuern des Betriebs des Systems 20 erlaubt. Die erste Stufe 224 überträgt. Energie (d. h. Wärme) vom ersten Kühlmittel 234 auf die umliegende Umgebung 240, während das zweite Kühlmittel 236 der zweiten Stufe 226 Energie vom Innenraum 16a des Schranks empfängt. Wärme wird vom zweiten Kühlmittel 236 durch den Wärmetauscher 21 (1), der mit den ersten und zweiten Stufen 224, 226 des Kühlsystems 20 in Fluidverbindung steht, auf das erste Kühlmittel 234 übertragen.
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Die erste Stufe 224 umfasst der Reihe nach einen ersten Kompressor 250, einen Kondensator 254 und eine erste Expansionsvorrichtung 258. Ein Gebläse 262 leitet Umgebungsluft über den Kondensator 254 durch ein Filter 254a und ermöglicht die Übertragung von Wärme vom ersten Kühlmittel 234 auf die umliegende Umgebung 240. Die zweite Stufe 226 umfasst ebenfalls der Reihe nach einen zweiten Kompressor 270, eine zweite Expansionsvorrichtung 274 und einen Verdampfer 278. Der Verdampfer 278 steht derart in thermischer Verbindung mit dem Innenraum 16a des Schranks 16 (1), dass Wärme vom Innenraum 16a auf den Verdampfer 278 übertragen wird, um dadurch den Innenraum 16a zu kühlen. Der Wärmetauscher 21 steht in Fluidverbindung mit der ersten Stufe 224 zwischen der ersten Expansionsvorrichtung 258 und dem ersten Kompressor 250. Außerdem steht der Wärmetauscher 21 in Fluidverbindung mit der zweiten Stufe 226 zwischen dem zweiten Kompressor 270 und der zweiten Expansionsvorrichtung 274. Im Allgemeinen wird das erste Kühlmittel 234 im Kondensator 254 kondensiert und bleibt in der Flüssigphase, bis es an einem bestimmten Punkt innerhalb des Wärmetauschers 21 in Dampf übergeht. Der Dampf des ersten Kühlmittels wird durch den ersten Kompressor 250 komprimiert, bevor er zum Kondensator 254 zurückgeführt wird.
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In Betrieb empfängt das zweite Kühlmittel 236 Wärme vom Innenraum 16a durch den Verdampfer 278 und strömt vom Verdampfer 278 durch eine Leitung 290 zum zweiten Kompressor 270. Eine Sammelvorrichtung 292 steht mit der Leitung 290 in Fluidverbindung, um das zweite Kühlmittel 236 in Gasform zum zweiten Kompressor 270 durchzuführen, während sie überschüssige Mengen desselben in flüssiger Form sammelt und bei einer kontrollierten Rate dem zweiten Kompressor 270 zuführt. Vom zweiten Kompressor 270 strömt das komprimierte zweite Kühlmittel 236 durch eine Leitung 296 und in den Wärmetauscher 21, der die ersten und zweiten Stufen 224, 226 thermisch miteinander verbindet. Das zweite Kühlmittel 236 tritt in den Wärmetauscher 21 in Gasform ein und überträgt Wärme auf das erste Kühlmittel 234, während es in eine flüssige Form kondensiert. In dieser Hinsicht kann die Strömung des ersten Kühlmittels 234 zum Beispiel in Gegenrichtung in Bezug auf das zweite Kühlmittel 236 strömen, um die Wärmeübertragungsrate zu maximieren. In einem spezifischen, nicht einschränkenden Beispiel ist der Wärmetauscher 21 in Form eines Wärmetauschers mit geteilter Kühlmittelströmung aus hartgelöteten Platten, der innerhalb des Gestells 18 (1) vertikal ausgerichtet und so ausgelegt ist, dass er die Menge von turbulenter Strömung der ersten und zweiten Kühlmittel 234, 236 innerhalb des Wärmetauschers 21 maximiert, was wiederum die Wärmeübertragung vom zweiten Kühlmittel 236 auf das erste Kühlmittel 234 maximiert. Andere Konfigurationstypen von Wärmetauschern sind ebenso möglich.
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Weiter unter Bezugnahme auf 1A tritt das zweite Kühlmittel 236 aus dem Wärmetauscher 21 in flüssiger Form durch einen Auslass 21a davon aus und strömt durch eine Leitung 302, durch eine Filter-/Trocknereinheit 303, dann durch die zweite Expansionsvorrichtung 274 und dann zurück zum Verdampfer 278 der zweiten Stufe 226, wo es in Gasform verdampfen kann, während es Wärme vom Innenraum 16a des Schranks absorbiert. Die zweite Stufe 226 dieser beispielhaften Ausführungsform umfasst außerdem einen Ölkreislauf 304 zum Schmieren des zweiten Kompressors 270. Konkret umfasst der Ölkreislauf 304 einen Ölabscheider 306 in Fluidverbindung mit der Leitung 296 und eine Ölrückleitung 308, welche Öl in den zweiten Kompressor 270 zurückleitet. Zusätzlich oder alternativ kann die zweite Stufe 226 eine Enthitzervorrichtung 310 zum Abkühlen des Endladestroms des zweiten Kühlmittels 236 umfassen, die in Fluidverbindung mit der Leitung 296 steht, die dem Wärmetauscher 21 vorgelagert ist.
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Wie bereits erwähnt, strömt das erste Kühlmittel 234 durch die erste Stufe 224. Konkret empfangt das erste Kühlmittel 234 Wärme vom zweiten Kühlmittel 36, das durch den Wärmetauscher 21 strömt, den Wärmetauscher 21 in Gasform durch einen Auslass 21b davon verlässt und entlang eines Paares von Leitungen 314, 315 zum ersten Kompressor 250 strömt. Eine Sammelvorrichtung 316 ist zwischen den Leitungen 314 und 315 positioniert, um das erste Kühlmittel 234 in Gasform zum ersten Kompressor 250 durchzuführen, während sie überschüssige Mengen desselben in flüssiger Form sammelt und bei einer kontrollierten Rate dem ersten Kompressor 250 zuführt. Vom ersten Kompressor 250 strömt das komprimierte erste Kühlmittel 234 durch eine Leitung 318 und in den Kondensator 254. Das erste Kühlmittel 234 im Kondensator 254 überträgt Wärme auf die umliegende Umgebung 240, wenn es von der Gas- in die flüssige Form kondensiert, bevor es entlang von Leitungen 322, 323 durch eine Filter/Trocknereinheit 326 und in die erste Expansionsvorrichtung 258 strömt, wo das erste Kühlmittel 234 einen Druckabfall erfährt. Von der ersten Expansionsvorrichtung 258 strömt das erste Kühlmittel 234 durch eine Leitung 327 zurück in den Wärmetauscher 21, in den es in flüssiger Form in eintritt.
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Der Innenraum 16a des Schranks 16 ist so konfiguriert, dass er biologische Laborproben oder andere Elemente bei einer gewünschten tiefen Temperatur (z. B. von etwa –80°C bis etwa –160°C oder zum Beispiel von etwa –95°C bis etwa –150°C) enthält, kühlt und bewahrt. Der Aufbewahrungsschrank 16 kann in einer Mehrzahl von Fächern (nicht dargestellt) unterteilt sein, oder er kann alternativ ein einziges Fach aufweisen. Das Kühlgerät 10 umfasst außerdem eine Tür 26, die mit dem Gehäuse 12 verbunden ist und die Zugang zum Innenraum 16a des Schranks 16 bereitstellt. Eine Außenhaut 29 umgibt das Gehäuse 12 und definiert eine Außenfläche 29a des Kühlgeräts 10. Konkret umgibt die Haut 29 in der veranschaulichten Ausführungsform den Schrank 16 und das Gestell 18, obwohl sie alternativ nur eine dieser Komponenten umgeben kann.
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Unter Bezugnahme auf 2 und 3 ist eine beispielhafte Konstruktion des Schranks 16 veranschaulicht. Der Schrank 16 umfasst eine Mehrzahl von im Allgemeinen horizontal ausgerichteten Rahmenelementen 30 und eine Mehrzahl von im Allgemeinen vertikal ausgerichteten Stützen oder Ständern 40, welche in Verbindung mit einer Mehrzahl von isolierten Hochleistungsbauplatten das Gehäuse 12 definieren, wie im Folgenden ausführlicher erläutert wird. Die Rahmenelemente 30 und die Ständer 40 sind aus einem oder mehreren entsprechend gewählten Materialien hergestellt. Zum Beispiel können, ohne Einschränkung, ein oder mehrere der Rahmenelemente 30 und/oder der Ständer 40 aus einem Kunststoffmaterial oder einem beliebigen anderen Material hergestellt sein, solange sie dem Schrank 16 bauliche Integrität und Isolierung verleihen. In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst der Schrank eine Mehrzahl von seitlichen isolierten Bauplatten 45, 50, 55, die zwischen den Ständern 40 getragen werden und die dem Innenraum 16a des Schranks 16 bauliche Integrität und Isolierung verleihen, wie im Folgenden ausführlicher beschrieben. Zusätzlich oder alternativ kann der Schrank 16 eine obere isolierte Platte 57 umfassen, welche aus Materialien hergestellt ist, die den Materialien, welche die isolierten Seitenplatten 45, 50, 55 bilden, ähneln oder von diesen verschieden sind, und welche zwischen einem oberen Satz der Rahmenelemente 30 getragen wird. Die seitlichen isolierten Bauplatten 45, 50, 55 können zum Beispiel in der Form von vakuumisolierten Hochleistungsplatten mit einer Dicke von etwa 1 Zoll sein. Für Durchschnittsfachleute ist leicht zu erkennen, dass die seitlichen isolierten Bauplatten 45, 50, 55 alternativ aus jedem anderen entsprechend gewählten Isoliermaterial, einschließlich Schaum, zum Beispiel, oder jeglichem anderen Material mit Isoliereigenschaften, hergestellt sein kann.
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Jede der seitlichen isolierten Bauplatten 45, 50, 55 definiert eine Seitenwand des Schranks 16. Insbesondere ist die Konstruktion des Schranks 16 derart, dass ein Volumen 58 zwischen der Außenhaut 29 und den seitlichen isolierten Bauplatten 45, 50, 55 effektiv frei von expandierender, am Ort geschäumter Isolierung (z. B. expandierendem, am Ort geschäumtem Schaum) ist. Das effektive Nichtvorhandensein solch einer am Ort geschäumten Isolierung vereinfacht und verkürzt die erforderliche Zeit für die Herstellung des Schranks 16 und des Kühlgeräts 10 im Allgemeinen.
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Weiter unter Bezugnahme auf 2 und 3 wird das effektive Nichtvorhandensein von am Ort geschäumter Isolierung im Volumen 58 zum Teil durch die bauliche Beziehung zwischen den seitlichen isolierten Bauplatten 45, 50, 55 und den Ständern 40 ermöglicht. Genauer gesagt, weist jeder der Ständer 40 ein Paar von Schlitzen 40a auf, die sich entlang der Länge davon erstrecken und die einen Kantenabschnitt 45a, 50a, 55a von zwei benachbarten der isolierten Platten 45, 50, 55 aufnehmen. Die Schlitze 40a sind entsprechend geformt, um die Isolierfähigkeit des Schranks 16 an der Verbindungsstelle zwischen Seitenwänden des Schranks 16 zu optimieren. Konkret sind die Schlitze 40a der veranschaulichten Ausführungsform im Allgemeinen U-förmig und so ausgelegt, dass sie den Pfad maximieren, den Luft von der Außenseite des Kühlgeräts 10 in den Innenraum 16a des Schranks 16 zu durchströmen hätte. Die Konstruktion des Schranks 16 kann zum Beispiel ein Schieben der Platten in die Schlitze 40a der Ständer 40 umfassen.
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Weiter unter Bezugnahme auf 2 und 3 und ferner unter Bezugnahme auf 5, 6 und 7 erstrecken sich die Ständer 40 im Allgemeinen vom Gestell 18 und insbesondere von einer Basisplattform benachbart zum Gestell 18 des Kühlgeräts 10. Konkret erstreckt sich jeder der Ständer 40 von einer Basisplattform, die durch jeweilige flache, horizontale Flächen 62a von jeweiligen Ständerhalterungen 62 definiert ist, die ihrerseits mit einem Rahmen 18a verbunden sind (5), der das Gestell 18 definiert und der zum Beispiel aus einem kaltgewalzten Stahl (Gauge 14 oder weniger) hergestellt sein kann. Die Ständerhalterungen 62 sind aus einem entsprechend gewählten Material, wie beispielsweise, ohne Einschränkung, einem Metall (z. B. Aluminium) oder Kunststoff, hergestellt und durch ein oder mehrere Befestigungselemente, wie beispielsweise Inbusschrauben oder korkenzieherartigen Schrauben 64, am Rahmen 18a sicher befestigt.
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Vier im Allgemeinen T-förmige Eckhalterungen 80 sind so angeordnet, dass sie Ecken des Schranks 16 und dadurch Ecken des Kühlgeräts 10 definieren. Die T-förmigen Halterungen 80 verleihen dem Schrank 16 bauliche Integrität und wirken mit den Rahmenelementen 30 und Ständern 40 zusammen, um den starren Rahmen 12 des Kühlgeräts 10 weiter zu definieren. Genauer gesagt, ist jede der T-förmigen Halterungen 80 zum Verbinden mit einem Paar von benachbarten der isolierten Platten 45, 50, 55 und mit einem der Ständer 40 konfiguriert. Zu diesem Zweck umfasst jede T-förmige Halterung 80 ein Paar von im Allgemeinen horizontal ausgerichteten Armen 81, die im Allgemeinen orthogonal zueinander und jeweils so geformt und bemessen sind, dass sie innerhalb eines Kanals 30a aufgenommen werden, der sich entlang einer Längsabmessung jedes der Rahmenelemente 30 erstreckt. Ähnlich umfasst jede T-förmige Halterung 80 einen Schenkel 82, der so bemessen und geformt ist, dass er innerhalb eines Kanals 40c aufgenommen wird, der sich entlang einer Längsabmessung jedes Ständers 40 erstreckt. Die Gesamtheit oder zumindest bestimmte Abschnitte einer oder mehrerer der T-förmigen Halterungen 80 ist aus einem flexiblen Material hergestellt, das zum Beispiel zum Biegen imstande ist, um ein Verbinden der T-förmigen Halterung mit den Rahmenelementen 30 und/oder den Ständern 40 zu ermöglichen. In der veranschaulichten Ausführungsform zum Beispiel ist der Schenkel 82 jeder T-förmigen Halterung 80 aus einem Kunststoffmaterial hergestellt, das so konfiguriert ist, dass es sich während der Einführung des Schenkels 82 in den Kanal 40c jedes Ständers 40 biegt. Außerdem kann jede der T-förmigen Halterungen 80 eine oder mehrere Laschen umfassen, die angeordnet werden würden, um in Stellung gesteckt zu werden, wenn entsprechend in Eingriff gebracht mit einem Rahmenelement 30 oder einem Ständer 40, wobei solch ein Stecken das Rahmenelement 30 oder den Ständer 40 in Bezug auf die T-förmige Halterung 80 verriegelt.
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Weiter unter Bezugnahme auf 2 bis 7 und ferner unter Bezugnahme auf 8 und 9 erfordert das Verbinden zwischen den isolierten Platten 45, 50, 55, den Rahmenelementen 30 und den Ständern 40 in der veranschaulichten Ausführungsform nicht die Verwendung von Befestigungselementen. Zu diesem Zweck sind die Rahmenelemente 30 so ausgelegt, dass sie solch ein befestigungselementefreies Verbinden ermöglichen. Konkret umfasst unter Bezugnahme auf 9 jedes der Rahmenelemente 30 eine elastische Klappe 30b, die sich derart von einem Hauptabschnitt 30c jedes der Rahmenelemente 30 erstreckt, dass ein Spalt zwischen der Klappe 30b und dem Hauptabschnitt 30c gelassen wird. Während der Montage des Schranks 16 wird die optionale obere isolierte Platte 57 derart in einer angrenzenden Beziehung zu einer oder mehreren der elastischen Klappen 30b angeordnet, dass die elastischen Klappen 30b die obere Platte 57 in einer Richtung zu den Seitenplatten 45, 50, 55 drücken. Sobald der Schrank 16 zusammengebaut ist, stellt jede der elastischen Klappen 30b einen kontinuierlichen Druck gegen die obere Platte 57 bereit, die wiederum Druck gegen die entsprechenden Seitenplatten 45, 50, 55 ausübt. Dieser kontinuierliche Druck stellt außerdem entsprechende Dichtungen zwischen den Seitenplatten 45, 50, 55 und der oberen Platte 57 bereit, was einen Energieverlust zwischen dem Innenraum 16a des Schranks 16 und der umliegenden Umgebung verhindert oder minimiert. Es wird auch in Betracht gezogen, dass ein Verbinden zwischen den isolierten Platten 45, 50, 55, den Rahmenelementen 30 und den Ständern 40 alternativ oder zusätzlich Befestigungselemente wie beispielsweise Schrauben oder Bolzen (nicht dargestellt) umfassen kann.
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Unter konkreter Bezugnahme auf 6 und 7 umfassen, wie bereits erwähnt, einer oder mehrere der Ständer 40 einen Kanal 40c, der sich entlang einer Längsabmessung des Ständers 40 erstreckt. Die Kanäle 40c können leer gelassen wenden oder alternativ so konfiguriert sein, dass sie zum Beispiel eine Verdrahtung, Isolierung oder Verrohrung des Kühlgeräts 10 daran entlang aufnehmen. Die Kanäle 40c können zum Beispiel zur Aufnahme von Verdrahtung oder Verrohrung verwendet werden, die das Kühlsystem 20 (1), das im Gestell 18 getragen wird, mit Komponenten des Kühlsystems 20 verbindet, die im Schrank 16 getragen werden. Zum Beispiel können, ohne Einschränkung, die Kanäle 40c Verdrahtung und/oder Verrohrung aufnehmen, welche die Komponenten, die im unteren Gestell 18 getragen werden, mit einem Verdampfer verbinden, der einen Teil einer Ablage oder anderer Abschnitte des Innenraums 16a des Schranks 16 bildet.
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Unter konkreter Bezugnahme auf 10 und 11 ist eine beispielhafte Anordnung für einen Verdampfer veranschaulicht, der zur Verwendung mit dem Kühlgerät 10 geeignet ist. Der beispielhafte Verdampfer ist in Form eines im Allgemeinen U-förmigen Rollbond-Verdampfers 90 mit drei Verdampferplatten 95, 97, 99, die in jeweiligen parallelen Ausrichtungen mit jeder der isolierten Seitenplatten 45, 50, 55 angeordnet sind. Eine Leitung, wie beispielsweise ein Kapillarrohr 100, erstreckt sich innerhalb eines der Kanäle 40c und verbindet den Verdampfer 90 mit anderen Komponenten des Kühlsystems 20 im Gestell 18. In der veranschaulichten Ausführungsform ist jede der Verdampferplatten 95, 97, 99 über Befestigungselemente 101, wie beispielsweise Schrauben oder Bolzen, mit einem oder mehreren der Ständer 40 verbunden. In der veranschaulichten Ausführungsform sind jeweilige Volumina 58a, 58b, 58c zwischen den isolierten Seitenplatten 45, 50, 55 und der optionalen Außenhaut 29 ebenso effektiv frei von expandierendem, am Ort geschäumtem Isoliermaterial, wie es jeweilige Volumina 102a, 102b, 102c zwischen den isolierten Seitenplatten 45, 50, 55 und den Verdampferplatten 95, 97, 99 sind.
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Unter Bezugnahme auf 12 und 13 umfasst eine andere beispielhafte Ausführungsform eines Kühlgeräts 10a 3 im Allgemeinen flache Rollbond-Verdampfer 103, 105, 107, die jeweils im Allgemeinen parallel zu isolierten Platten 45, 50, 55 ausgerichtet sind und mit anderen Komponenten des Kühlsystems 20 im Gestell 18 in Fluidverbindung stehen. In dieser Hinsicht steht jeder der Verdampfer 103, 105, 107 mit jeder dieser anderen Komponenten zum Beispiel durch jeweilige Leistungen in Form von Kapillarrohren 103a, 105a, 107a in Verbindung, die sich jeweils innerhalb eines der Kanäle 40c von entsprechenden Ständern 40 erstrecken. Die Kapillarrohre 103a, 105a, 107a dieser Ausführungsform sind an einer Verteilungsleitung 110 (schematisch dargestellt) miteinander verbunden, die sich innerhalb eines der Kanäle 40c erstrecken kann oder sich alternativ innerhalb des Gestells 18 oder an einer anderen Stelle des Kühlgeräts 10a befinden kann. Jeder der Verdampfer 103, 105, 107 ist über Befestigungselemente 101, wie beispielsweise Schrauben oder Bolzen, mit einem oder mehreren der Ständer 40 verbunden. In der veranschaulichten Ausführungsform sind jeweilige Volumina 58a, 58b, 58c zwischen den isolierten Seitenplatten 45, 50, 55 und der optionalen Außenhaut 29 ebenso effektiv frei von expandierendem, am Ort geschäumtem Isoliermaterial, wie es jeweilige Volumina 102a, 102b, 102e zwischen den isolierten Seitenplatten 45, 50, 55 und den Verdampfern 103, 105, 107 sind.
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Unter Bezugnahme auf 14 und 14A umfasst noch eine andere beispielhafte Ausführungsform eines Kühlgeräts 10b einen Verdampfer in Form einer Schlange 120 (z. B. Kupferrohrleitung). Die Schlange 120 steht mit anderen Komponenten des Kühlsystems 20 im Gestell 18 durch eine Leitung in Fluidverbindung, die sich innerhalb eines der Kanäle 40c erstreckt (6, 8 und 9). Die Schlange 120 ist benachbart zu einer oder mehreren der isolierten Seitenplatten 45, 50, 55 angeordnet und mit einem Auskleidungselement 128 verbunden (z. B. geschweißt oder hartgelötet), das den Innenraum 16a des Schranks 16 definiert. Das Auskleidungselement 128 ist über Befestigungselemente 101, wie beispielsweise Schrauben oder Bolzen, an einem oder mehreren der Ständer 40 gesichert. Zu diesem Zweck umfasst ein Verbinden des Auskleidungselements 128 mit einem oder mehreren der Ständer 40 in dieser Ausführungsform zum Beispiel ein Anordnen eines Trenn- oder Abstandshalteelements 126 zwischen der Schlange 120 und jedem Ständer 40. Genauer gesagt, wird unter konkreter Bezugnahme auf 14A die Schlange 120 entlang einer Mehrzahl von Kanälen 126a jedes Trennelements 126 derart aufgenommen, dass die Schlange 120 zwischen den Abstandshalteelementen 126 und dem Auskleidungselement 128 fest gesichert wird. In einem anderen Aspekt der veranschaulichten Ausführungsform sind jeweilige Volumina 58a, 58b, 58c zwischen den isolierten Seitenplatten 45, 50, 55 und der optionalen Außenhaut 29 ebenso effektiv frei von expandierendem, am Ort geschäumtem Isoliermaterial, wie es jeweilige Volumina 102a, 102b, 102e zwischen den isolierten Seitenplatten 45, 50, 55 und den jeweiligen Seitenwandabschnitten der Schlange 120 sind.
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Die vorgegebenen Langen der Rahmenelemente 30, Ständer 40, isolierten Seitenplatten 45, 50, 55 und der optionalen oberen isolierten Platte 57 ermöglichen Wiederholbarkeit im Montageprozess des Kühlgeräts 10. Außerdem können mehrere dieser Komponenten über verschiedene Modelle von Kühlgeräten verwendet werden, wodurch das erforderliche Inventar reduziert wird, das in einer Fertigungsanlage gelagert und aufrechterhalten werden muss. Konkret können zum Beispiel zwei oder mehr verschiedene Modelle von Kühlgeräten Schränke 16 von ähnlichen Höhen aufweisen (Pfeil 132 von 2) und infolgedessen Ständer 40 mit ähnlichen Längen verwenden. Zusätzlich oder alternativ können zwei oder mehr verschiedene Modelle von Kühlgeräten Schränke 16 von gleicher Tiefe aufweisen (Pfeil 134) und infolgedessen die beiden Rahmenelemente 30 gemein haben, welche die Tiefe des Schranks 16 definieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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