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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kältegerät mit einem wärmeisolierten
Innenraum und einem von dem Innenraum durch eine isolierende Schicht
getrennten Wassertank. Kältegeräte mit einem
solchen Wassertank, der eine außen
am Gerät angebrachte
Zapfstelle mit gekühltem
Trinkwasser versorgt, erfreuen sich bei den Verbrauchern zunehmender
Beliebtheit.
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Das
Wasser in einem solchen Tank darf niemals gefrieren, zum einen,
da die mit dem Gefrieren verbundene Ausdehnung des Wassers den Tank
zerstören
könnte,
zum anderen, weil aus einem vereisten Tank kein Wasser abgezapft
werden kann. Der Wassertank darf daher keinen zu engen thermischen Kontakt
mit einem Innenraum haben, wenn dieser auf Temperaturen unter 0°C abkühlbar ist.
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Es
sind Kältegeräte bekannt,
bei denen versucht wird, diese Anforderung zu erfüllen, indem
der Tank in einer Wand des Kältegerätegehäuses eingebettet
wird, so dass er sowohl nach außen
als auch zum Innenraum hin von einer isolierenden Schicht umgeben
ist. Das Verhältnis
der Wärmeleitfähigkeiten
dieser Schichten sowie Innenraum- und Umgebungstemperatur legen
die Temperatur fest, die der Inhalt des Tanks unter stationären Bedingungen
annimmt. Dabei ergibt sich jedoch das Problem, dass die Innenraumtemperatur
und – in
noch stärkerem Maße als diese – auch die
Umgebungstemperatur variabel sind. Ein Kältegerät, das für den Einsatz in gemäßigten Breiten
ausgelegt ist, kann bei Einsatz in tropischer Umgebung den Tankinhalt
nicht befriedigend kühlen.
Umgekehrt besteht bei einem Kältegerät, dass
in tropischer Umgebung befriedigend kaltes Wasser liefert, die Gefahr,
dass es in gemäßigten Breiten,
insbesondere beim Einsatz in einem ungeheizten Raum, den Tankinhalt
zum Gefrieren bringt. Ein solches herkömmliches Kältegerät kann daher nicht für unterschiedliche
Klimazonen einheitlich gefertigt werden. Die Fertigung von Modellen,
die sich im Verhältnis
der Isolationsschichtdicken beiderseits des Wassertanks unterscheiden,
erfordert einen erhöhten
Fertigungsaufwand, und auch für
den Benutzer stellt es eine lästige
Einschränkung
dar, wenn das Gerät,
das er erhält,
nur in einem beschränkten
Bereich von Umgebungstemperaturen brauchbar ist.
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Des
Weiteren führt
die Notwendigkeit, den Wassertank gegen den Innenraum des Kältegerätes zu isolieren,
dazu, dass wenn nach dem Abzapfen von Wasser aus dem Tank Frischwasser
von Umgebungstemperatur nachfließt, es sehr lange dauert, bis
dieses Frischwasser abgekühlt
ist.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist, ein Kältegerät zu schaffen, das unter stark
variablen Umgebungstemperaturen einsetzbar ist.
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Diese
Aufgabe wird zum einen dadurch gelöst, dass bei einem Kältegerät mit einem
wärmeisolierten
Innenraum und einem von dem Innenraum durch eine isolierende Schicht
getrennten Wassertank an einer dem Wassertank zugewandten Seite der
isolierenden Schicht ein Hohlraum gebildet ist, und dass an wenigstens
einem Durchgang der isolierenden Schicht, die den Hohlraum mit dem
Innenraum verbindet, ein den Luftaustausch über den Durchgang steuerndes
Element angeordnet ist. So ist es möglich, die Stärke der
isolierenden Schicht zwischen Innenraum und Wassertank so zu wählen, dass
auch bei niedrigen Umgebungstemperaturen ein Gefrieren des Tankinhaltes
ausgeschlossen ist, wenn gleichzeitig der Luftaustausch über den
Durchgang durch das steuernde Element auf einen niedrigen Wert begrenzt
ist. Wenn unter solchen Bedingungen die Kühlung des Wassers im Tank nicht
mehr ausreichend ist, kann das Element angesteuert werden, um einen
verstärkten
Luftaustausch und damit eine verstärkte Kühlung des Tanks zu bewirken.
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Ein
weiterer Vorteil dieses Kältegerätes ist, dass
auch dann, wenn die Temperatur des Wassertanks aufgrund eines kürzlich erfolgten
Zustroms von Frischwasser erhöht
ist, der Luftaustausch mit dem Innenraum erhöht werden kann, um das Frischwasser
schnell abzukühlen.
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Das
den Luftaustausch steuernde Element kann zum Beispiel ein Ventilator
sein, durch dessen Betrieb der Luftaustausch aktiv gefördert wird.
Denkbar ist jedoch auch die Verwendung einer Klappe oder eines anderen
den freien Querschnitt des Durchganges modulierenden Elementes,
das in offenem Zustand einen anderweitig, beispielsweise durch Konvektion,
angetriebenen Luftaustausch zulässt
und ihn im geschlossenen oder zumindest verengten Zustand im Wesentlichen
verhindert.
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Vorzugsweise
ist der Hohlraum mit dem Innenraum durch eine Mehrzahl von Durchgängen verbunden,
wobei dann durch wenigstens einen dieser Durchgänge Luft vom Innenraum in den
Hohlraum und durch einen anderen Durchgang zurück in den Innenraum strömen kann.
Eine wirksame Steuerung des Luftaustausches ist auch möglich, wenn
wenigstens einer dieser Durchgänge
kein den Luftaustausch steuerndes Element aufweist.
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Um
im Fall unterschiedlicher Temperaturen von Innenraum und Hohlraum
einen Luftaustausch durch Konvektion nicht zu fördern, münden die mehreren Durchgänge zweckmäßigerweise
auf gleicher Höhe
in den Innenraum.
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Wenn
Luftaustausch zwischen Hohlraum und Innenraum erwünscht ist,
sollte es möglich
sein, Warmluft aus dem Hohlraum schnell und vollständig auszuspülen. Hierfür ist eine
Aufteilung zweckmäßig, bei
der der Hohlraum mehrere jeweils an einem oberen Ende miteinander
kommunizierende Kammern umfasst.
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Die
Durchgänge
münden
dann jeweils vorzugsweise auf ein unteres Ende der Kammern.
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Zur
Gliederung des Hohlraumes in die kommunizierenden Kammern können Rippen
dienen, die von einer Wand des Tanks abstehen. Diese Rippen vergrößern gleichzeitig
die Oberfläche,
auf der ein Wärmeaustausch
zwischen dem Tank und der Luft im Hohlraum möglich ist und beschleunigen
so die Kühlung
des Tankinhaltes.
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Zweckmäßig ist
auch, dass der Hohlraum und der Tank durch ein Gehäuse von
der isolierenden Schicht getrennt sind. Indem das Gehäuse einen
direkten Kontakt zwischen der Luft im Hohlraum und der isolierenden
Schicht verhindert, verhindert es auch, dass sich Feuchtigkeit aus
der umgewälzten Luft
in der isolierenden Schicht niederschlägt. Ferner verbessert die Trennung
des Tanks von der isolierenden Schicht die Reparaturfreundlichkeit
des Gerätes.
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Den
Hohlraum gliedernde Rippen können auch
von einer Wand des Gehäuses
abstehen.
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Indem
jeder Durchgang zum Innenraum hin abwärtsgerichtet ist, bleibt Warmluft
in dem Hohlraum gefangen, sofern nicht der Luftaustausch durch Fremdenergie,
insbesondere durch den Ventilator, angetrieben wird.
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Der
Betrieb des den Luftaustausch steuernden Elementes ist zweckmäßigerweise
durch einen am Wassertank angeordneten Temperaturfühler geregelt.
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Die
oben genannte Aufgabe wird ferner gelöst, indem bei einem Kältegerät mit einem
wärmeisolierten
Innenraum und einem von der Umgebung durch eine isolierende Schicht
getrennten, mit dem Innenraum in Wärmeaustausch stehenden Wassertank,
insbesondere einem Kältegerät wie oben
definiert, an dem Tank eine elektrische Heizung angeordnet ist.
Die elektrische Heizung kann ein Einfrieren des Tanks auch dann
verhindern, wenn dieser gegen die Umgebung gut isoliert ist.
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Auch
der Betrieb der Heizung ist zweckmäßigerweise durch einen am Wassertank
angeordneten Temperaturfühler
geregelt.
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Zweckmäßigerweise
ist eine Regelschaltung vorgesehen, die die Heizung betreibt, wenn
die vom Temperaturfühler
erfasste Temperatur einen ersten Grenzwert überschreitet, und die das den
Luftaustausch steuernde Element betätigt, um den Luftaustausch
zu fördern,
wenn die erfasste Temperatur einen zweiten Grenzwert unterschreitet.
Die Grenzwerte können
insbesondere +10 bzw. +2°C
betragen.
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Die
Heizung und der Hohlraum sind zweckmäßigerweise an einander gegenüberliegenden
Seiten des Tanks angeordnet, um einen Wärmefluss von der Heizung zum
Innenraum gering zu halten.
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Um
die Gefahr von Undichtigkeit des Tanks zu minimieren und einen direkten
Kontakt des Temperaturfühlers
mit dem im Tank enthaltenen Trinkwasser zu vermeiden, ist der Temperaturfühler vorzugsweise
an einer Außenfläche des
Tanks befestigt.
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Eine
einfache Anbringung des Temperaturfühlers bei gleichzeitig engem
thermischen Kontakt mit dem Tank ermöglicht eine an der Außenfläche des
Tanks angebrachte Tasche, in die der Temperaturfühler eingesteckt ist.
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Der
Temperaturfühler
ist vorzugsweise benachbart zu einem höchsten Punkt des Tanks angeordnet.
Da Wasser bei 4°C
seine höchste
Dichte hat, befindet sich sowohl das wärmste Wasser, wenn der Tank
zu warm ist, als auch das kälteste
Wasser, wenn er zu kalt ist, in der Nähe von dessen höchstem Punkt und
kann so von ein und demselben Temperaturfühler erfasst werden.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Figuren.
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Es
zeigen:
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1 einen
schematischen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Kältegerät mit einem in einer Nische
der Tür
montierten Wassertank;
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2 einen
Schnitt durch ein Gehäuse
der Nische entlang einer in 1 mit II
bezeichneten Ebene;
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3 einen
Schnitt entlang der in 2 mit III bezeichneten Ebene
gemäß einer
ersten Ausgestaltung der Erfindung;
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4 eine
Ansicht der Vorderseite des Wassertanks;
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5 eine
Abwandlung des Wassertanks von 4;
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6 eine
perspektivische Ansicht des Wassertank gemäß einer zweiten Ausgestaltung
der Erfindung; und
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7 eine
Variante des in 6 gezeigten Wassertanks.
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1 zeigt
einen schematischen Schnitt durch ein Kältegerät mit Wassertank gemäß der vorliegenden
Erfindung. Bei dem gezeigten Kältegerät kann es
sich um einen Gefrierschrank oder um das Gefrierteil eines side-by-side-Kombinationsgerätes handeln.
Die Wände
von Korpus 1 und Tür 2,
die den Innenraum 3 des Gerätes umschließen, sind
in an sich bekannter Weise jeweils mit einer festen Außenhaut
und Innenhaut realisiert, die einen mit isolierendem Kunstharz ausgeschäumten Zwischenraum
umschließen.
Die Innenhaut 4 der Tür 2 ist
einteilig aus Kunststoff tiefgezogen und hat in einem zentralen Bereich
einen in den Innenraum 3 hineinragenden Vorsprung 5.
Die Außenhaut
setzt sich zusammen aus einer im Wesentlichen ebenen Frontplatte 6,
die hier mit einer Möbelplatte 7 verkleidet
dargestellt ist, und in die ein zentrales Fenster geschnitten ist,
sowie einem im Wesentlichen quaderförmigen, nach vorne offenen,
aus Kunststoff spritzgeformten Gehäuse 8, das in den
Vorsprung 5 der Innenhaut 4 eingreift und das
Fenster der Frontplatte 6 ausfüllt. Zwei Stufen 9 an
Boden- und Deckenwand des Gehäuses 8 gliedern
die in dessen Innerem gebildete Nische in einen inneren Bereich 10 und
einen äußeren, zur
Vorderseite des Gerätes
hin offenen Bereich 11. Der innere Bereich 10 ist
durch eine von vorn in das Gehäuse 8 eingeschobene,
an den Stufen 9 anliegende wärmeisolierende Platte 12 im
Wesentlichen verschlossen. Im inneren Bereich 10 ist ein
Wassertank 13 untergebracht. Leitungen 14 bzw. 15 verbinden
den Wassertank 13 einerseits mit dem Trinkwassernetz und
andererseits mit einer Zapfstelle 16 im äußeren Bereich 11 des
Gehäuses 8.
Zwischen einer Rückseite
des in etwa quaderförmigen
Wassertanks 13 und einer Rückwand des Gehäuses 8 befindet
sich ein Hohlraum 17. Mehrere Durchgänge 18, von denen
in dem Schnitt der 1 nur einer zu sehen ist, verbinden den
Hohlraum 17 mit dem Innenraum 3.
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In
dem Innenraum 3 befinden sich ein automatischer Eisbereiter 19 sowie
ein Vorratsbehälter 20,
in den der Eisbereiter 19 fertige Eisstücke ausgibt. Eine Ausgabeöffnung des
Vorratsbehälters 20 befindet
sich über
einem Schacht 21, der sich durch die Wand der Tür 2 hindurch
erstreckt und an der Decke des äußeren Bereiches 11 in
das Gehäuse 8 mündet. So
kann ein in dem äußeren Bereich 11 platzierter
Behälter
sowohl mit gekühltem
Wasser aus dem Tank 13 als auch mit Eisstücken aus
dem Vorratsbehälter 20 befüllt werden.
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2 zeigt
einen Schnitt durch das Gehäuse 8 in
Höhe seines
inneren Bereiches 10 entlang der in 1 mit II
bezeichneten Ebene. Man erkennt in diesem Schnitt drei Rohrstutzen 22, 22, 23,
die an das Gehäuse 8 angeformt
sind und Wände
bilden, die die Durchgänge 18 von
dem das Gehäuse 8 umgebenden,
in der Figur nicht dargestellten Isoliermaterial abgrenzen. Die
zwei engeren, jeweils außen
liegenden Rohrstutzen 22 sind leer, wie auch in 3 zu erkennen,
die einen Schnitt entlang der Ebene III aus 2 zeigt.
In dem mittleren, weiteren Rohrstutzen 23, ist ein Ventilator 24 montiert.
Der Ventilator 24 dient zum Antreiben eines Luftstromes,
der von dem mittleren Rohrstutzen 23 aus zunächst in
einer von zwei Trennwänden 25 begrenzten
mittleren Kammer 26 des Hohlraumes 17 aufwärts läuft, sich
an deren oberem Ende teilt und über
zwei äußere Kammern 27 und
die Rohrstutzen 22 abwärts
und zurück
in den Innenraum 3 läuft.
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Wie
insbesondere in 3 zu erkennen, die einen Schnitt
durch das Gehäuse 8 entlang
der Linie III in 2 zeigt, münden die Rohrstutzen 22, 23 in gleicher
Höhe in
den Innenraum 3. Die in den Innenraum 3 mündenden Öffnungen
der Rohrstutzen 22, 23 liegen tiefer als der Hohlraum 17,
so dass, wenn der Ventilator 24 ausgeschaltet ist, Luft,
die sich in dem Hohlraum 17 erwärmt, nicht in den Innenraum 3 abfließt.
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Der
Hohlraum 17 ist nach vorn bzw. nach rechts in 3 begrenzt
durch eine bei dieser Ausgestaltung im Wesentlichen ebene Rückwand 28 des Wassertanks 13.
An dem im Schnitt dargestellten Wassertank 13 ist ein Temperaturfühler 29 zu
sehen, der in eine an der Oberseite des Tanks eingeformte Tasche 36 eingesteckt
ist. Der Temperaturfühler 29 ist
so platziert, dass er die Temperatur des Wassers misst, das sich
in unmittelbarer Nähe
zu einem Auslassstutzen 30 des Tanks 13, am oberen
Ende einer Steigleitung befindet, die im Inneren des Tanks durch eine
sich von dessen Oberseite bis kurz oberhalb des Bodens erstreckende,
in der 3 in Draufsicht gezeigte Scheidewand 31 begrenzt
ist. Auf den Auslassstutzen 30 ist die Leitung 15 aufgesteckt.
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An
der Vorderwand 42 des Tanks 13 ist eine elektrische
Heizung, hier in Form einer aufgeklebten Folienheizung 32,
angebracht. Ein Signalkabel 33 des Temperaturfühlers 29,
ein Versorgungskabel der Folienheizung 32 und ein Versorgungskabel
des Ventilators 24 erstrecken sich zusammen mit der Leitung 15 durch
einen Ausschnitt der isolierenden Platte 12 zu einer Steuerschaltung,
die zum Beispiel in einer Bedienungsbaugruppe 34 untergebracht
sein kann, die, wie in 1 gezeigt, im äußeren Bereich 11 des
Gehäuses 8 an
dessen Decke angebracht ist und vom Benutzer betätigbare Tasten 35 zur
Steuerung der Ausgabe von Wasser und/oder Eis trägt. Die Steuerschaltung überwacht
die von dem Fühler 29 erfasste
Temperatur und schaltet den Ventilator 24 ein, wenn die
erfasste Temperatur einen oberen Grenzwert von zum Beispiel 10° überschreitet,
schaltet ihn wieder aus, wenn die Temperatur einen niedrigeren,
zweiten Grenzwert, zum Beispiel 6°C
unterschreitet, schaltet die Heizung 42 bei Unterschreitung
eines dritten Grenzwertes von zum Beispiel 2°C ein und bei Überschreitung
eines zwischen dem zweiten und dem dritten Grenzwert liegenden vierten Grenzwert
von zum Beispiel 4°C
wieder aus. So ist einerseits sichergestellt, dass trotz eventuell
variabler Umgebungstemperatur das Wasser im Tank 13 eine
einigermaßen
gleichbleibend niedrige Temperatur erreicht, ohne zu gefrieren,
und es ist eine schnelle Abkühlung
von Frischwasser gewährleistet,
das nach Abzapfung einer größeren Wassermenge
in den Tank 13 nachfließt.
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4 zeigt
eine perspektivische Ansicht des Tanks 13 gemäß einer
bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung. Abweichend von einer
exakten Quaderform ist die Oberseite 37 des Tanks in Breitenrichtung
geringfügig
abschüssig,
wobei von dem höhergelegenen
Rand der Oberseite 37 der Auslassstutzen 30 und
vom tiefergelegenen Rand ein Einlassstutzen 38 ausgeht.
Die vertikale Scheidewand 31 im Inneren des Tanks 13 ist
als gestrichelter Umriss eingezeichnet, genauso wie eine Mehrzahl
von horizontalen Wänden 39,
die jeweils abwechselnd ineinandergreifend von der Scheidewand 31 bzw.
der vom Betrachter abgewandten Seitenwand des Tanks 13 ausgehen.
Während
in einem unmittelbar an den Einlassstutzen 38 anschließenden Bereich 40 des Tanks
eine Durchmischung von über
den Einlassstutzen 38 zuströmenden Frischwasser mit dem
Inhalt des Bereichs 40 möglich ist, ist die Strömung beim Abzapfen
von Wasser in der Steigleitung und zwischen den horizontalen Wänden 39 laminar.
So kann zunächst
eine größere Menge
kaltes Wasser abgezapft werden, bevor durchmischter, wärmerer Tankinhalt
den Auslassstutzen 30 erreicht.
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In
der vertikalen Scheidewand 31 ist unmittelbar an deren
oberem Ende eine kleine Durchgangsöffnung 41 gebildet,
durch die in dem Bereich 40 des Tanks gefangene Luft aufsteigen
und zum Auslassstutzen 30 gelangen kann. So ist eine sichere Entlüftung des
Tanks 13 gewährleistet.
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Wenn
kein Wasser abgezapft wird, strömt Wasser,
das sich an der Rückwand 28 des
Tanks abkühlt,
im Inneren des Tanks bis zu dessen Boden. Erst wenn dieses Wasser
kälter
wird als 4°C,
neigt es dazu, wieder aufzusteigen, wobei es dann im Wesentlichen
in die Steigleitung zum Auslassstutzen 30 eindringt. Daher
ist im Falle einer zu starken Abkühlung des Tanks 13 die
Umgebung des Auslassstutzens 30 dessen kälteste Stelle,
und durch die Platzierung des Temperaturfühlers 29 an dieser
Stelle kann die Unterkühlungsgefahr
sicher erfasst werden. Entsprechend der Verteilung des zu kalten
Wassers im Tank in einer solchen Situation, in Bodennähe und in der
Steigleitung, hat die Folienheizung 32 hier eine L-förmige Gestalt
mit einem die Steigleitung beheizenden vertikalen Schenkel und einem
den Bodenbereich des Tanks beheizenden horizontalen Schenkel.
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5 zeigt
eine abgewandelte Ausgestaltung des Tanks, bei der die in die Oberseite
des Tanks eingebrachte Tasche 36 durch eine seitlich angeordnete
Tasche 43 ersetzt ist, die im Wesentlichen durch eine entlang
einer Linie 44 an den Tank 13 angeklebte oder
angeschweißte
elastische Folie gebildet ist. Die Folie, die mit einer wärmeisolierenden Schicht
versehen ist, hält
einen (nicht dargestellten) plättchenförmigen Temperaturfühler fest
gegen die Seitenwand des Tanks gedrückt.
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6 zeigt
eine perspektivische Ansicht des Tanks 13, gesehen von
dessen Rückseite
her, gemäß einer
zweiten Ausgestaltung der Erfindung. Bei dieser Ausgestaltung sind
Trennwände 45,
die den Hohlraum 17 wie in 2 dargestellt,
in mittlere und äußere Kammern 26, 27, 27 gliedern,
einteilig an die Rückwand 28 des
Tanks 13 angeformt. Die Trennwände 45 vergrößern so
die Oberfläche,
die dem Tank 13 zum Wärmeaustausch
mit im Hohlraum 17 zirkulierender Luft zur Verfügung steht
und ermöglichen
so eine schnellere Abkühlung
des Tankinhaltes.
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Eine
Weiterentwicklung dieses Gedankens zeigt 7, in der
abermals eine perspektivische Ansicht des Tanks 13 gezeigt
ist. Die Kammern 26, 27, 27, die den
Hohlraum 17 bilden, sind hier als in den Körper des
Tanks eingetiefte Rillen ausgeführt,
die jeweils von hohlen Rippen 46 begrenzt sind. So ist
ein besonders schneller Wärmeaustausch
mit Tankinhalt möglich,
der sich im Inneren der hohlen Rippen 46 befindet.