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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Halten
eines Raumes in einem Transportmittel auf einer Solltemperatur,
wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben.
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Ein
Verfahren zum Kühlen
eines Raumes in einem Lastkraftwagen ist durch die britische Patentanmeldung
2,324,852 bekannt. Darin wird ein mobiler Speicherbehälter, gefüllt mit
einem Kältemittel,
im Laderaum eines Lastkraftwagens platziert um diesen auf einer
niedrigen Temperatur zu halten.
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Der
Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass eine Platzierung
des Speicherbehälters
in dem Lastkraftwagen mühsam
ist. Konkret erfordert diese Platzierung einen Gabelstapler. Der
Speicherbehälter
muss am Ende des Laderaums platziert werden, da er sonst das Be-
und Entladen der zu transportierenden Waren behindert.
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Das
Ziel dieser Anmeldung ist es, ein Verfahren der im Oberbegriff genannten
Art zu schaffen, mit Hilfe dessen dieses Problem beseitigt wird.
Konkret ist das Ziel, ein Verfahren zu schaffen, mit dem die gewünschte Temperatur
während
des Transports eingestellt werden kann und mit dem es möglich ist, die
Kapazität
zum schnellen Einstellen der gewünschten
Temperatur zu verbessern.
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Dazu
ist das Verfahren gemäß der Erfindung gekennzeichnet
entsprechend des Kennzeichens des Anspruches 1.
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Dies
ist eine einfache Methode um es dem Fahrer oder Beifahrer zu ermöglichen,
die Kapazität um
die gewünschte
Temperatur in einem Raum zu erhalten zu steigern und zwar in einer
relativ kurzen Zeit. Die Erfindung ist insbesondere dazu geeignet, eine
Last zu kühlen,
die dessen bedarf. Für
einige Länder,
wie etwa die nördlichen
Länder
Schweden und Kanada, kann die Erfindung ebenfalls von Vorteil sein,
um sie auf einer hohen Temperatur zu halten. Dies könnte für Obst,
Gemüse
und andere Güter
zutreffen, die nicht frieren dürfen.
Dies ist insbesondere ebenfalls möglich während der Zeitpunkte eines Transportes,
in denen das Fahrzeug still steht. Wenn der Terminus „während eines
Transportes" in
dieser Anmeldung benutzt wird, ist jeder Zeitpunkt gemeint, in dem
ein Fahrzeug von A nach B fährt.
Das heißt, das
Fahrzeug kann in Bewegung sein, es kann aber auch still stehen.
Verglichen mit bekannten Kühlaggregaten
in Lastkraftwagen wird eine erhebliche Menge an Kraftstoffkosten
gespart. Zusätzlich
wird die Anzahl der emittierten Schadstoffe. wie Russpartikel, reduziert.
Dies ist ebenfalls da von Bedeutung, wo z.B. Güter wie Milchprodukte, die
nicht verderben dürfen,
transportiert werden. Wenn der Lastkraftwagen entladen wird, müssen die
Kühlung
und konsequenterweise auch der Motor weiterlaufen. Das produziert
Abgase und Lärm,
was die benachbarten Anwohner belästigt. Die Temperatur ist gesteuert
einstellbar und zwar bevorzugterweise automatisch oder durch Benutzung
eines oder mehrerer Sensoren im Raum. Das Transportmittel ist im
Grunde genommen jedes Transportmittel, wie Lastkraftwagen oder Auflieger/Container,
Auto, Zug oder Güterzugwagon,
Boot, etc.
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Um
die auf Diesel basierenden Kühlungsmethoden
nach dem Stand der Technik abzulösen,
müssen
ein paar Vorrausetzungen gleichzeitig erfüllt sein. Diese werden nicht
durch die nach dem Stand der Technik bekannten Methoden erfüllt, jedoch
weitgehend durch die vorliegende Erfindung. Der Ausdruck „die Kapazität, um den
Raum auf der gewünschten
Temperatur zu halten",
wie er in der vorliegenden Erfindung benutzt wird, ist als Menge
der Wärmeenergie
(in Joule) zu verstehen, welche absorbiert oder emittiert werden
kann. Das Transportmittel kann ein Landfahrtzeug, Wasserfahrtzeug
oder Flugzeug sein und bevorzugterweise ein Fahrzeug um Personen,
Tiere, Pflanzen oder leblose Fracht zu transportieren. Das Transportmittel
kann ebenso ein Container (z.B. Seefracht-Container) sein, welcher auf
einen Lastkraftwagen oder ein Schiff geladen werden kann.
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Der
Ausdruck „massive
Elemente, die eine große
Kapazität
haben, um einen Raum auf einer gewünschten Temperatur zu halten" bedeutet, dass pro Volumeneinheit
die massiven Elemente viel Energie absorbieren oder emittieren können. Ein
typischer Wert liegt bei mindestens 175 kJ/l, sowie mindestens 200kJ/l
und bevorzugterweise bei mindestens 225kJ/l. Solch eine Ausführungsform
bietet interessante Möglichkeiten.
Das regenerative Medium bewegt sich um das massive Element, was
es sehr einfach macht, die Kapazität, um den Raum auf einer gewünschten
Temperatur zu halten, zu erhöhen. Dies
kann sogar sehr schnell geschehen, was viel Zeit spart. Diesbezüglich ist
eine große
Oberfläche des
massiven Elements anzustreben. Das regenerative Medium kann sehr
einfach zugeführt
werden, nämlich
durch Schläuche, ähnlich Benzinschläuchen und
erhitztes regeneratives Medium kann einfach durch die gleichen Schläuche abgelassen
werden, aber bevorzugterweise durch eine spezielle Ablassöffnung.
Im Gegensatz zu
EP 0,122, 189 (weiter
unten beschrieben), sind zusammengefrorene Kugeln kein Problem mehr.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet „massives Element" beides, ein Element
aus einem massiven Feststoff und einen Behälter, welcher eine Flüssigkeit
enthält.
Während
des Betriebes kann die Flüssigkeit
einen Phasenübergang
durchlaufen oder nicht. „Bestehend
aus massiven Elementen" bedeutet „gefüllt mit
massiven Elementen",
wie losen Kugeln oder mit Schläuchen
etc. ausgestattet welche parallel angeordnet sein können oder
auch nicht. Im letzteren Fall könnten
die Schläuche
im Inneren des Speicherbehälters
angebracht werden, oder sie könnten
miteinander verbunden werden um es zu ermöglichen, sie im Speicherbehälter als
eine Einheit anzubringen oder zu entfernen.
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DE 197 35 58 zeigt ein Verfahren,
um einen Raum eines Fahrzeugs auf einer Temperatur um 0°C zu halten,
in dem eine Mischung aus Eis und Wasser benutzt wird. Wenn das Eis
in der besagten Mischung geschmolzen ist. wird die besagte Mischung durch
eine neue Mischung aus Wasser und Eis ersetzt.
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GB-2057109
beschreibt ein Verfahren, welches ein Gerät umfassend einen Speicherbehälter benutzt
und welches weiterhin mit einem primären und einem sekundären Kreislauf
ausgestattet ist. Für die
Regenerierung des eutektischen Gemisches im Speicherbehälter wird
vorgeschlagen, dies optional in einer Werkstatt zu tun. Es ist möglich, kalte
Salzlösung
als regeneratives Medium zu benutzen. Wenn der Speicherbehälter ein
festes Medium enthält,
ist der Wärmeaustausch
gering. Wenn der Speicherbehälter
ein flüssiges
Medium enthält,
ist die Wärmekapazität gegenüber Volumen
und Gewicht gering. Ein Speicherbehälter mit einer Zuflussöffnung,
wie z.B. eine Öffnung
ins Innere des Speicherbehälters.
wird nicht beschrieben.
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EP-0,122,189
beschreibt ein Verfahren, bei dem ein auf einem Lastkraftwagen montiertes
Behältnis
angefüllt
wird mit gefrorenen Kugeln. Dieses Befüllen geschieht sehr schnell.
Jedoch, begründet durch
die Feuchtigkeit, welche die Fracht abgibt (bei z.B. Obst) oder
durch die Umgebung (beim Öffnen des
Ladebereichs), frieren die Kugeln zusammen, so dass sie nicht oder
nur schwierig wider entladen werden können.
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EP-1,218,139
beschreibt ein Verfahren, bei dem ein regeneratives Medium durch
ein Loch in der Wand des Fahrzeugs zugeführt wird und durch Wärmeabsorption
in Gasform übergeht.
Solche regenerativen Medien erfordern zusätzliche Sicherheitsmassnahmen,
in Betracht der Gefahr für
Mensch und Umwelt. Die Temperatur kann nicht während des Transports eingestellt
werden, und nach dem Öffnen des
Ladebereichs ist es nicht möglich,
extra schnell zu kühlen,
um den Raum so schnell wie möglich
auf die gewünschte
Temperatur zu bringen. Das liegt daran, dass die Kälte in den
Wänden
gespeichert ist, die in direktem Kontakt mit dem Laderaum sind.
Zudem braucht die Regeneration einen relativ langen Zeitraum.
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FR 2,691,237 zeigt ein Verfahren
zum Halten eines Raumes zu Transportzwecken auf einer gewünschten
Temperatur, indem ein Speicherbehälter benutzt wird. Dieser Speicherbehälter enthält ein Medium,
welches Kälte
speichern kann. Um dieses Medium zu regenerieren, ist ein Kanal
in besagtem Speicherbehälter
vorgesehen, durch welches das regenerative Medium durchgeführt werden
kann.
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In
dem Verfahren gemäß der Erfindung
kann praktisch jedes Material verwendet werden, welches pro Volumen-
oder Gewichtseinheit eine attraktive Wärme- oder Kältespeicherkapazität aufweist.
Solch ein Material kann Wasser sein und, im Falle von Temperaturen
unter 0°C,
eine Mischung aus Wasser und einem Mittel, welches den Gefrierpunkt
herabsetzt, wie z.B. einem Salz oder Alkohol, genauer gesagt, eutektische
Gemische.
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Ein
bevorzugtes zu verwendendes Material ist eines, welches einen Phasenübergang
erfährt.
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Solch
ein Material hat eine große
Wärmeabsorptions-
oder Wärmeemissionskapazität, da das Material
einen Phasenübergang
erfährt.
Ein weiterer Vorteil eines solchen Materials ist, dass in dem Moment
des Phasenüberganges
das Material seine Temperatur nicht oder kaum ändert. Dies macht es einfacher,
die Vorrichtung zu handhaben.
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Dieses
Verfahren macht wichtige Verbesserungen möglich. Z.B. nach einer bevorzugten
Ausführungsform
werden mindestens 50% des regenerativen Mediums, welches das massive
Medium umströmt,
aus dem Speicherbehälter
abgelassen und das restliche Medium wird zur Erhaltung der gewünschten
Temperatur im Raum benutzt.
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Ein
wichtiger Vorteil hiervon ist, dass weniger Gewicht transportiert
werden muss. Bevorzugterweise werden mindestens 75% oder noch bevorzugter mindestens
90% vom Behälter
abgelassen. Dieser Prozentsatz bezieht sich auf das sogenannte „Leervolumen", welches sozusagen
die Leere zwischen den massiven Elementen darstellt. Ein anderer
Vorteil ist, dass die Flüssigkeit,
welche die flüssigen
Elemente umgibt, sich nicht vermischt, so dass die zur Verfügung stehende
Wärmekapazität effizienter
genutzt werden kann.
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Unter
Bezugnahme auf eine erste Variante, wird das restliche flüssige Medium
als Medium zum Halten des Raums auf der gewünschten Temperatur benutzt,
in dem es unter Wärmeaustausch
mit dem Raum umgewälzt
wird, wobei das Medium nach dem Wärmeaustausch mit dem Raum von
oben in den Speicherbehälter
eingelassen wird und an den massiven Elementen herunter fließen kann.
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Dadurch
bleibt die Temperatur in dem Medium zum Halten des Raumes auf einer
gewünschten Temperatur
(durch Umwälzen
des Mediums unter Wärmeaustausch
mit dem Raum) am Boden des Speicherbehälters in etwa gleich. Dies
ist dadurch begründet,
dass die massiven Elemente am Boden der Vorrichtung während des
Betriebes ihre Wärmeaustauschkapazität länger behalten.
Dies vereinfacht die Steuerung und begrenzt die maximale Pumpleistung,
die benötigt
wird, um das Medium umzuwälzen. Dies
reduziert den Kapitalaufwand und die Betriebskosten. Weiterhin kann
die Wärmekapazität im Speicherbehälter fast
komplett genutzt werden.
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Bezugnehmend
auf eine zweite Variante, wird ein weiteres Medium als Medium durch
Umwälzen
im Raum unter Wärmeaustausch
mit diesem Raum benutzt, wobei das restliche flüssige Medium vom Boden des
Speicherbehälters
nach oben gepumpt wird, um in Kontakt zu den massiven Elementen
im oberen Bereich des Speicherbehälters gebracht zu werden und
das weitere Medium wird nach dem Wärmeaustausch mit dem Bereich
am Boden des Speicherbehälters
in Wärmeaustausch
mit dem flüssigen
Medium gebracht, welches an den massiven Elementen herabgeflossen
ist.
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Das
weitere Medium, welches im Raum umgewälzt wird um diesen auf einer
gewünschten
Temperatur zu halten, kann sehr wohl eine andere Zusammensetzung
haben, als das flüssige
Medium im Speicherbehälter.
Solch ein Unterschied in der Zusammensetzung kann im Hinblick auf
die Sicherheit (Entflammbarkeit, Giftigkeit) oder aus wärmetechnischen
Gründen
(z.B. um die Regenerationsgeschwindigkeit zu vergrößern) gewünscht sein.
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Bei
beiden Varianten besteht der Anspruch, dass ein exzellenter Wärmeaustausch
zwischen dem flüssigen
Medium im Speicherbehälter
und den massiven Elementen möglich
ist. Das flüssige
Medium könnte
auf die massiven Elemente aufgesprüht werden, was den Wärmeaustausch
zwischen dem flüssigen
Medium und den massiven Elementen weiter verbesserte.
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Genau
wie bei den anderen Ausführungsformen,
sind die massiven Elemente, wie z.B. Kugeln, bevorzugterweise Elemente,
die ein Material umfassen, welches einen Phasenübergang erfährt. Dadurch ist es einfach,
das Material, welches einen Phasenübergang erfährt, im Speicherbehälter mit gleichartigem
Material zu ersetzen, welches eine größere Kapazität besitzt,
um den Raum auf der gewünschten
Temperatur zu halten. Das Problem der
EP
0,122,189 , nämlich
dass die Kugeln zusammengefroren sind, wird vollständig vermieden,
da die Kugeln von der Flüssigkeit
getragen werden und nicht in direkten Kontakt mit der Luft aus dem
zu kühlenden Raum
treten.
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Der
Austausch des Mediums im Speicherbehälter zur Regeneration wird
nicht in GB-2057109 aufgezeigt. Wenn die vorliegende Anmeldung sich bei
einem Medium auf „eine
Flüssigkeit
umfassend" bezieht,
ist eine pumpbare Flüssigkeit
gemeint, sogar wenn dieselbe eine feste Phase besitzt. Die feste Phase
wird dann von der Flüssigkeit
getragen. Die feste Phase kann eine definierte Form haben, wie z.B.
eine Kugel, oder eine undefinierte Form, wie später in dieser Anmeldung erläutert werden
wird. Wenn feste Elemente in einer definierten Form vorliegen, sind
dies üblicherweise
Elemente, welche ein anderes Material umfassen, als das Medium,
welches diese Elemente umgibt. Die Elemente können z.B. Kunststoffelemente
sein, die mit einem Material gefüllt
sind, welches einen Phasenübergang
erfährt. Mit
dem Verfahren gemäß der Erfindung
ist es möglich,
die Flüssigkeit
den Behälter
zu führen,
optional zusammen mit den massiven Elementen welche vorhanden sein
können,
und zwar entlang einer wärmeaustauschenden
Oberfläche,
um die gewünschte Temperatur
einzustellen. Diese wärmeaustauschende
Oberfläche
könnte
eine Innenwand des Raumes sein.
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Zwischen
der Vorrichtung zur Vergrößerung der
Kapazität
zum Halten des Raumes auf der gewünschten Temperatur und dem
Transportmittel wird bevorzugterweise eine Puffermulde vorgesehen.
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Dies
macht es möglich,
eine kontinuierlich arbeitende Einrichtung zu benutzen, welche nicht
Teil des Transportmittels ist. Dies erlaubt es, die Kapazität der Einrichtung
zu reduzieren, welches den Kapitalaufwand reduziert. Alternativ
kann Elektrizität
benutzt werden, zu den Zeitpunkten, an denen sie preiswert ist.
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In
einem interessanten Ausführungsbeispiel kann
das Transportmittel ein elektrisches Fahrzeug sein und der Raum,
welcher erwärmt
werden soll, ist der Fahrgastraum.
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Verbrennungsmotoren
sind relativ ineffizient und produzieren viel Wärme. In kalter Umgebung kann
diese Wärme
dazu benutzt werden, um z.B. den Fahrgastraum warm zu halten. Die
Effizienz von Elektromotoren ist so hoch, dass die Beheizung in
einem elektrischen Fahrzeug ein Problem darstellt. Eine elektrische
Heizung begrenzt die Reichweite erheblich. Das Verfahren gemäß dieser
Erfindung erlaubt es, ein elektrisches Auto sehr effektiv und mit wenig
zusätzlichem
Gewicht zu erwärmen.
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Bei
einer sehr wichtigen Anwendung ist der Raum, der gekühlt wird,
ein Raum in welchem das Transportmittel einen Speicherbehälter mit
einem Medium mit niedriger Temperatur enthält, Kälte dem Medium entzogen wird,
um den Raum im Transportmittel auf einer gewünschten Temperatur während des
Transports zu halten, was zu einem Medium führt, welches eine reduzierte
Kühlkapazität besitzt und
während
des Stillstands des Transportmittels die Kühlkapazität mit Hilfe eines Kühlaggregats,
welches nicht Teil des Transportmittels ist, erhöht wird, der Speicherbehälter Teil
des Transportmittels ist, der Speicherbehälter eine Einlassöffnung zur
Erhöhung der
Kühlkapazität besitzt
und die Kühlkapazität erhöht wird
indem i) ein Kühlmedium
durch die Einlassöffnung
zugeführt
wird und erhitztes Kühlmedium abgelassen
wird, wobei das Kühlmedium
eine niedrigere Temperatur als das Medium im Speicherbehälter besitzt,
oder ii) das Medium im Speicherbehälter durch die Einlassöffnung ersetzt
wird mit einem Medium mit einer größeren Kühlkapazität.
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Um
die Kühlkapazität so einfach
wie möglich zu
erhöhen,
ist das Medium bevorzugterweise eine Aufschlämmung aus Eis und einem Mittel
um den Gefrierpunkt herabzusetzen.
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Solch
eine Aufschlämmung
kann sehr einfach hergestellt werden mit Hilfe eines geeigneten Gerätes, wie
z.B. einem Wärmetauscher
mit angerauter Oberfläche
eines Kühlgerätes. Die
Aufschlämmung
kann sehr einfach in den Speicherbehälter gepumpt und nach der Wärmeabsorption
ersetzt werden.
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Um
den Wärmeaustausch
mit der Umgebung zu vermeiden, ist die Einlassöffnung bevorzugterweise außerhalb
des Raumes angebracht und die Kapazität, um den Raum auf einer gewünschten Temperatur
zu halten wird erhöht
ohne den Raum zu öffnen.
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Die
Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Transportmittel mit einem
Raum, der mittels eines Speicherbehälters, in dem ein Medium enthalten
sein kann und welcher Mittel enthält, um die Kälte in den Raum
zu leiten, kühlbar
ist.
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Das
Transportmittel gemäß der Erfindung besitzt
einen Speicherbehälter,
welcher mit dem Transportmittel verbunden ist und eine Einlassöffnung besitzt,
wobei der Speicherbehälter
mit massiven Elementen gefüllt
ist und die Einlassöffnung
es einer Flüssigkeit,
welche ein regeneratives Medium enthält, erlaubt, die massiven Elemente
zu umgeben.
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Durch
die Einlassöffnung
kann ein (regeneratives) Medium ins Innere des Speicherbehälters gelangen.
Die Einlassöffnung
befindet sich bevorzugterweise in der Nähe des Bodens des Speicherbehälters. Bevorzugterweise
hat der Speicherbehälter
auch eine Ablassöffnung
für das
verbrauchte (regenerative) Medium, wobei sich die Ablassöffnung – im Falle
einer Regeneration mittels Durchfluss – bevorzugterweise am Kopf
des Speicherbehälters
befindet.
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GB-2,324,852
beschreibt ein Gerät
bestehend aus einem mobilen Speicherbehälter, welcher jedes Mal, wenn
die Kühlkapazität angepasst
werden muss, ausgetauscht werden muss. Der Nachteil dieses Gerätes besteht
darin, dass der Zugang zum Laderaum geöffnet werden muss. Wenn sich
darin schon Fracht befindet, geht die Kühlkapazität verloren. Zusätzlich kann
die Kühlkapazität nicht,
oder nur schwerlich erhöht
werden, wenn die Fracht sich schon im Laderaum befindet.
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Die
Erfindung stellt deshalb bevorzugterweise ein Transportmittel zur
Verfügung,
welches eine Einlassöffnung
besitzt, die zugänglich
ist, um die Kapazität
zum Halten der gewünschten
Temperatur des Raumes zu erhöhen,
ohne den zu kühlenden
Raum zu öffnen.
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Die
Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein elektrisch betriebenes
Fahrzeug, welches einen heizbaren Raum besitzt, wobei das Fahrzeug
einen damit verbundenen Speicherbehälter besitzt, welcher mit massiven
Elementen befüllt
ist und welcher eine Einlassöffnung
besitzt, welche es einer Flüssigkeit,
die ein regeneratives Medium enthält, erlaubt, die massiven Elemente
zu umgeben und bei welchem Mittel vorgesehen sind, um die Wärme in den
Raum zu leiten.
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Das
elektrisch betriebene Fahrzeug besitzt bevorzugterweise einen Speicherbehälter, welcher eine
Einlassöffnung
besitzt, die zugänglich
ist um die Kapazität,
um den Raum auf der gewünschten
Temperatur zu halten, zu erhöhen,
ohne den zu erwärmenden
Raum zu öffnen.
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Zur
Verteilung von Luft im Raum und zur Aufnahme der zu kühlenden
oder erwärmenden
Luft des Raumes, ist es vorteilhaft, ein poröses oder perforiertes (Kunststoff)
Rohr zu verwenden, welches z.B. einen runden oder rechteckigen Querschnitt
besitzt. Alternativ können
zumindest Teile der Wand aus solch einer durchlässigen Folie oder Stoff bestehen.
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Nach
dem Wärmeaustausch
mit dem Speicherbehälter
wird Luft in das Rohr oder hinter die Folie oder den Stoff eingeführt und über die Öffnungen
oder durch die Folie oder den Stoff in den Raum eingelassen, um
ihn auf der gewünschten
Temperatur zu halten.