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Die Erfindung bezieht sich auf eine Klimatisierungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen als ein Luft/Kältemittel-Wärmeübertrager ausgebildeten Verdampfer, welcher intern mit Kältemittel und extern mit einem Luftstrom vorgegebener Luftstromstärke durchströmbar ist, umfassend zwei benachbart zueinander angeordnete und von demselben Luftstrom nacheinander durchströmbare Verdampferabschnitte.
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Zentraler Gegenstand der vorgenannten Druckschrift ist eine Klimatisierungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit einem zweiteiligen Verdampfer. Der zweiteilige Verdampfer weist zwei Verdampferabschnitte auf, die luftseitig hintereinandergeschaltet sind. D.h. beide Verdampferabschnitte werden nacheinander von demselben Luftstrom durchströmt, der dabei eine Abkühlung und Entfeuchtung erfährt und alsdann als Klimatisierungsluftstrom in die Fahrgastzelle des Fahrzeugs eingeblasen wird. Die Besonderheit der in der genannten Druckschrift offenbarten Klimatisierungsvorrichtung ist, dass der luftstromausgansseitige Verdampferabschnitt bei Temperaturen unter 0°C betrieben wird, während der luftstromeingangsseitige Verdampferabschnitt bei Temperaturen über 0°C betrieben wird. Hierdurch erfährt der Luftstrom bei Durchströmung des nachfolgenden als erster Verdampferabschnitt bezeichneten, luftstromeingangsseitigen Verdampferabschnitts eine Vorkühlung, die mit einer wesentlichen Entfeuchtung verbunden ist. Bei Durchströmung des nachfolgend als zweiter Verdampferabschnitt bezeichneten, luftstromausgangsseitigen Verdampferabschnitts erfährt der Luftstrom eine weitere, deutliche Abkühlung unter den Gefrierpunkt von Wasser, wobei jedoch das Risiko der Eisbildung am zweiten Verdampferabschnitt durch die zuvor im ersten Verdampferabschnitt erfolgte Entfeuchtung deutlich reduziert wird. Dies führt zu einer erheblichen Verzögerung des unvermeidlichen „Zusetzens“ des zweiten Verdampferabschnitts mit Eis, sodass Anzahl und Frequenz sogenannter Abtauintervalle bei denen der zweite Verdampferabschnitt unter Inkaufnahme eines temporären Diskomforts in der Fahrgastzelle bei Temperaturen über 0°C betrieben wird, gegenüber Klimatisierungsvorrichtung mit nur einem Verdampferabschnitt deutlich reduziert werden können.
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Insbesondere bei hoher Luftfeuchte ist die Entfeuchtung im ersten Verdampferabschnitt mit der Bildung nicht unerheblicher Mengen Kondenswassers verbunden. Würde dieses flüssige Wasser mit der unter 0°C abgekühlten Oberfläche des zweiten Verdampferabschnitts in Kontakt kommen, würde es dort anfrieren, was recht schnell zu einem Zusetzen des zweiten Verdampferabschnitt führen würde. Von praktischer Bedeutung sind im wesentlich drei Transportwege des Wassers vom ersten zum zweiten Verdampferabschnitt: zum einen können große Tropfen, die an der Rückseite des ersten Verdampferabschnitts ablaufen, die Vorderseite des zweiten Verdampferabschnitts kontaktieren. Zweitens ist denkbar, dass sich ablaufendes Wasser in einem offenen Kanal oder einer Wanne zwischen den beiden Verdampferabschnitten staut. Schließlich besteht die Gefahr, das Wassertropfen am ersten Verdampferabschnitt von dem Luftstrom mitgerissen und als Flugtropfen zum zweiten Verdampferabschnitt getragen werden. Dem kann selbstverständlich Rechnung getragen werden, indem zwischen dem ersten und dem zweiten Verdampferabschnitt ein erheblicher Abstand etabliert wird; dies ist jedoch bei den notorisch kritischen Bauraumbeschränkungen im Kraftfahrzeugbau keine geeignete Lösung.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung Maßnahmen vorzuschlagen, die einen Kondenswassertransport vom ersten zum zweiten Verdampferabschnitt unter Berücksichtigung enger Bauraumbeschränkungen unterbinden oder zumindest in wirtschaftlich sinnvoller Weise reduzieren.
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Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Verdampferabschnitte in einem Abstand zueinander angeordnet sind, der, gemessen in Luftstromrichtung, 10 mm bis 30 mm, bevorzugt 10 mm bis 20 mm, besonders bevorzugt 12 mm bis 17 mm beträgt.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Die spezielle Auswahl der erfindungsgemäßen Abstandswerte zwischen den beiden Verdampferabschnitten stellt einen technisch und wirtschaftlich sinnvollen Kompromiss zwischen dem Erfordernis eines hinreichend großen Abstandes zur Unterbindung eines erheblichen Wassertransportes zwischen den beiden Verdampferabschnitten einerseits und der notorischen Beschränktheit des Bauraums andererseits dar. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass die genannten, speziellen Abstandswerte bereits genügen, um bei den üblicherweise in Kraftfahrzeug-Klimatisierungsvorrichtungen verwendeten Luftstromstärken den Tropfenflug vom ersten zum zweiten Verdampferabschnitt fast vollständig zu unterbinden. Zugleich sind die erfindungsgemäßen Abstände auch hinreichend, um einen Abfluss von Kondenswasser vom ersten Verdampferabschnitt ohne Kontaktierung des zweiten Verdampferabschnitts zu gewährleisten.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend näher diskutiert werden sollen, unterstützen die Unterbindung des Flüssigkeitstransports zwischen den Verdampferabschnitten, sodass es ihr zusätzlicher Einsatz – allein oder in Kombination – erlaubt, das erfindungsgemäß vorgeschlagene Abstandsintervall in Richtung seines unteren Grenzwertes hin auszuschöpfen, was im Hinblick auf die Bauraumeinsparung offensichtlich vorteilhaft ist.
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So ist es bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung möglich, dass in dem sich durch den Abstand ergebenden Freiraum zwischen den Verdampferabschnitten eine die Verdampferabschnitte randständig verbindende rahmen- oder teilrahmenförmige Isolierschicht angeordnet ist. Aus Stabilitätsgründen wird es in der Regel erforderlich sein, dass die beiden Verdampferabschnitte mechanisch miteinander verbunden sind. Derartige mechanische Verbindungen bergen die Gefahr des Etablierens von Kältebrücken. Eine solche Kältebrücke könnte zur Folge haben, dass bestimmte Bereiche des ersten Verdampferabschnitts lokal übermäßig abgekühlt werden. Entsprechend würde in diesen Bereichen anfallendes Kondenswasser ebenfalls abgekühlt, was zu einem Anfrieren bereits am ersten Verdampferabschnitt oder zu einem besonders schnellen Anfrieren des vorgekühlten Wassers bei Kontakt mit dem zweiten Verdampferabschnitt führen könnte. Die Einführung der genannten Isolierschicht, die bevorzugt aus einem schlecht wärmeleitenden Kunststoff- oder Gummimaterial, insbesondere mit einer Wärmeleitfähigkeit von weniger als 200 W/(m·K), gefertigt ist, wirkt der Bildung derartiger Kältebrücken entgegen. Als besonders vorteilhaft hat sich dabei eine teilrahmenartige Gestaltung erwiesen, welche den Wasserablauf im Fußbereich der beiden Verdampferabschnitte nicht behindert. Auch ein Metallschaum mit schlechter Wärmeleitfähigkeit, insbesondere mit einer Wärmeleitfähigkeit von weniger als 200 W/(m·K), kann als Isolierschicht Einsatz finden.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass in dem sich durch den Abstand ergebenden Freiraum zwischen den Verdampferabschnitten die Verdampferabschnitte punktuell verbindende Stege angeordnet sind. Diese Stege führen zu einer zusätzlichen Stabilisierung. Bei geeigneter, geringer Querschnittswahl, bspw. nicht mehr als 5 mm2 pro Steg, kann die Kältebrückenwirkung auf ein tolerierbares Maß beschränkt bleiben. Auch die Materialwahl der Stege, die bevorzugt aus einem steifen, schlecht wärmeleitenden Kunststoffmaterial, insbesondere mit einer Wärmeleitfähigkeit von weniger als 200 W/(m·K), gefertigt sind, kann als Maßnahme zur Reduzierung der Kältebrückenwirkung genutzt werden.
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Gemäß einem anderen, alternativ oder zusätzlich nutzbaren Ansatz ist bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass in dem sich durch den Abstand ergebenden Freiraum zwischen den Verdampferabschnitten ein Gitter oder Netz angeordnet ist. Dieses Gitter oder Netz dient zum Auffangen von Flugtropfen, die dann an seiner Oberfläche schnell ablaufen können. Das Gitter oder Netz ist bevorzugt in einem Bereich des Freiraums angeordnet, in dem die Kühlwirkung des zweiten Verdampferabschnitts noch nicht für dauerhafte Temperaturen unter 0°C sorgt, sodass ein Anfrieren von Flugtropfen an dem Gitter oder Netz ausgeschlossen ist.
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Bevorzugt weisen die beiden Verdampferabschnitte, wie durchaus üblich und dem Fachmann bekannt, jeweils ein Vielzahl sich horizontal erstreckender, parallel zueinander verlaufender und von dem Luftstrom umströmbarer Lamellen auf. Diese Lamellen dienen der Vergrößerung der Wechselwirkungsoberfläche mit dem Luftstrom und sind bei Luft/Kältemittel-Wärmeübertragern üblich.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Lamellen des luftstromeingangsseitigen Verdampferabschnitts jeweils einen parallel zur Luftstromrichtung ausgerichteten und luftstromeingangsseitig angeordneten ersten Lamellenabschnitt und einen nach unten abgewinkelten und luftstromausgangsseitig angeordneten zweiten Lamellenabschnitt auf. Mit anderen Worten sind die Lamellen in ihrem hinteren Bereich nach unten abgeknickt ausgebildet, sodass der den ersten Verdampferabschnitt durchströmende Luftstrom eine vom Abknickwinkel abhängige Umlenkung nach unten erfährt. Auf diese Weise werden auch mitgerissenen Kondenswassertropfen nach schräg unten in den Freiraum zwischen den Verdampferabschnitten geblasen. Hierdurch reduziert sich ihre horizontale Flugweite, wodurch das Risiko reduziert wird, dass sie den zweiten Verdampferabschnitt erreichen.
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Im Hinblick auf die horizontale Erstreckung der Lamellen parallel zum jeweiligen Verdampferabschnitt ist es möglich, einen geraden Verlauf zu wählen. Im Hinblick auf eine Reduktion der Flüssigkeitsübertragung hat es sich jedoch überraschenderweise als günstig erwiesen, wenn die Lamellen wenigstens eines Verdampferabschnitts, vorzugsweise des ersten Verdampferabschnitts, in ihrer horizontalen Erstreckungsrichtung parallel zum jeweiligen Verdampferabschnitt sinusoidal gewellt verlaufen.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der vertikale Abstand zwischen den Lamellen des luftstromeingangsseitigen Verdampferabschnitts kleiner ist als der vertikale Abstand zwischen den Lamellen des luftstromausgangsseitigen Verdampferabschnitts. Hierdurch wird eine besonders intensive Wechselwirkung zwischen dem Luftstrom und dem ersten Verdampferabschnitt gewährleistet, was zu einer intensiven Vorkühlung und insbesondere einer maximalen Entfeuchtung des Luftstroms führt. Der Lamellenabstand im zweiten Verdampferabschnitt wird hingegen größer gewählt, sodass sich die dortigen Freiräume weniger schnell mit eventuell gebildetem Eis zusetzen können. Beide Teilmaßnahmen tragen gemeinsam zur Anzahl- bzw. Frequenzreduktion der erforderlichen Abtauintervalle des zweiten Verdampferabschnitts bei.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Lamellen wenigstens eines Verdampferabschnitts vertikale Durchbrüche mit schräg zur jeweiligen Lamellenebne stehenden Luftleitfahnen aufweisen. Derartige Luftleitfahnen sind dem Fachmann unter dem Begriff Louver bekannt. Es hat sich überraschenderweise als im Hinblick auf die Unterbindung der Flüssigkeitsübertragung besonders effizient erwiesen, wenn die Luftleitfahnen (Louver) einen Anstellwinkel von 20° bis 40°, bevorzugt 25° bis 30°, besonders bevorzugt 28° bis 32° aufweisen.
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Hinsichtlich der kältemittelseitigen Verschaltung der beiden Verdampferabschnitte sind unterschiedliche Varianten denkbar. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verdampferabschnitte kältemitteltechnisch hintereinander geschaltet sind.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
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Es zeigen:
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1: eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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2: eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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3: eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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4: eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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5: eine schematische Darstellung einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Lamellen des ersten Verdampferabschnitts,
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6: eine schematische Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Lamellen des ersten Verdampferabschnitts,
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7: eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Lamellen beider Verdampferabschnitte.
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Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche oder analoge Elemente hin.
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1 zeigt in stark schematisierter Darstellung einen Verdampfer 10 einer im Übrigen nicht dargestellten Klimatisierungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Der Verdampfer 10 umfasst zwei Verdampferabschnitte 11, 12, die intern von einem nicht dargestellten Kältemittelstrom durchströmbar sind und die extern von einem Luftstrom 14 gemeinsam durchströmbar sind. Der Luftstrom 14 durchströmt beim Betrieb der Klimatisierungsvorrichtung zunächst den ersten Verdampferabschnitt 11 und sodann den zweiten Verdampferabschnitt 12, der parallel zu dem ersten Verdampferabschnitt 11 angeordnet ist. Entsprechend wird der erste Verdampferabschnitt 11 hier auch als luftstromeingangsseitiger Verdampferabschnitt und der zweite Verdampferabschnitt 12 als luftstromausgangsseitiger Verdampferabschnitt bezeichnet. Kältemittelseitig können beide Verdampferabschnitte 11, 12 hintereinandergeschaltet oder unabhängig voneinander ansteuerbar sein. Jeder der Verdampferabschnitte 11, 12 ist als ein Luft/Kältemittel-Wärmeübertrager ausgebildet. Der den Verdampfer 10 durchströmende Luftstrom 14 erfährt bei der Durchströmung des ersten Verdampferabschnitts 11 eine Vorkühlung sowie eine Entfeuchtung und bei Durchströmung des zweiten Verdampferabschnitts 12 eine weitergehende Kühlung. Bei der bevorzugten Ansteuerung der Klimatisierungsvorrichtung wird der zweite Verdampferabschnitt 12 bei Temperaturen unter 0°C betrieben, während der erste Verdampferabschnitt 11 bei Temperaturen über 0°C betrieben wird. Die Verdampferabschnitte 11, 12 stehen in einem mit Δ bezeichneten, Abstand zueinander, sodass sich zwischen den Verdampferabschnitten 11, 12 ein Freiraum 16 entsprechender Breite erstreckt. Der Abstand Δ, bzw. die Breite des Freiraums 16 ist vorzugsweise ca. 15 mm groß gewählt.
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Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform, die als Explosionszeichnung zu verstehen ist, ist in den Freiraum 16 eine teilrahmenförmige Isolierschicht 18 eingebracht. Im Montageendzustand liegt die Isolierschicht 18 randständig an den einander zugewandten Flächen der Verdampferabschnitte 11, 12 an. Die Isolierschicht hat eine Dicke, die der Breite des Freiraums 16, bzw. dem Abstand Δ zwischen den beiden Verdampferabschnitten 11, 12 entspricht. Bei der Ausführungsform von 2 umläuft die Isolierschicht die einander zugewandten Verdampferflächen lediglich seitlich und oben, sodass der Freiraum 16 nach unten offen ist, um einen hindernisfreien Ablauf von Kondenswasser zu gewährleisten. Selbstverständlich ist es auch möglich die Isolierschicht 16 vollrahmenförmig auszubilden und geeigneten Ablaufkanäle vorzusehen.
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Bei der Ausführungsform von 3 sind die beiden Verdampferabschnitte 11, 12 über schmale Verbindungsstege 20 mechanisch miteinander verbunden. Sowohl die Dimensionierung der Verbindungsstege 20, als auch ihr Material sind vorzugsweise so gewählt, dass die Ausbildung von Kältebrücken zwischen den Verdampferabschnitten 11, 12 weitestgehend unterbunden wird.
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Bei der Ausführungsform von 4 ist in den Freiraum 16 ein Gitter oder Netz 22 eingebracht, welches sich parallel zu den Verdampferabschnitten 11, 12 erstreckt und Kondenswassertropfen, die mit dem Luftstrom 14 vom ersten Verdampferabschnitt 11 mitgerissen werden, auffängt und so an einem Übertritt zum zweiten Verdampferabschnitt hindert.
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Wie eingangs erläutert, sind die Verdampferabschnitte 11, 12 als dem Fachmann grundsätzlich bekannte Luft/Kältemittel-Wärmeübertrager ausgebildet. Solche Luft/Kältemittel-Wärmeübertrager weisen zur Vergrößerung der Wechselwirkungsoberfläche mit dem Luftstrom 14 typischerweise eine Lamellenstruktur auf. Die 5–7 zeigen bevorzugte Formgestaltungen der Lamellen (5 und 6) bzw. eine bevorzugte Lamellenkonstellation (7).
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5 zeigt stark schematisiert zwei benachbarte Lamellen 24 des luftstromeingangsseitigen Verdampferabschnitts 11. Die Lamellen 24 bestehen im Wesentlichen aus einem luftstromeingangsseitigen Lamellenabschnitt 241 und einem luftstromausgangsseitigen Lamellenabschnitt 242. Ersterer soll hier auch als vorderer Lamellenabschnitt 241 und letzterer als hinterer Lamellenabschnitt 242 bezeichnet werden. Der vordere Lamellenabschnitt 241 ist im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung des Luftstroms 14 ausgerichtet. Demgegenüber ist der hintere Lamellenabschnitt 242 leicht nach unten abgewinkelt. Bei der dargestellten Ausführungsform beträgt die Abwinklung ca. 30°. Dies führt zu einer Umlenkung des Luftstroms 14 im hinteren Lamellenbereich, sodass die Luft nach schräg unten in den Freiraum 16 zwischen den Verdampferabschnitten 11, 12 strömt und dadurch die Flugweite eventuell mitgerissener Kondenswassertropfen reduziert wird.
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Bei der Ausführungsform von 6 weisen die Lamellen 24 in ihrem vorderen Lamellenabschnitt 241 zusätzlich vertikale Durchbrüche 243 auf, die mit Luftleitfahnen, sogenannten Louvers 244 bewehrt sind. Diese Gestaltung dient einer wellenartigen Leitung des Luftstroms 14 zur Vergrößerung der Wechselwirkungsfläche mit den Lamellen 24.
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7 zeigt eine bevorzugte Konstellation der Lamellen 24 des ersten Verdampferabschnitts 11 und der Lamellen 26 des zweiten Verdampferabschnitts 12. Unabhängig von der konkreten Form der Lamellen 24, 26 zeigt 7 deutlich, dass der vertikalen Lamellenabstand zwischen den Lamellen 24 des luftstromeingangsseitigen Verdampferabschnitts 11 kleiner ist als der vertikale Lamellenabstand der Lamellen 26 des luftstromausgangsseitigen Verdampferabschnitts. Hierdurch wird das Zusetzen des luftstromausgangsseitigen Verdampferabschnitts 12 aufgrund von Eisbildung zwischen den Lamellen 26 verzögert.
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Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Insbesondere wird der Fachmann erkennen, dass die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen unterschiedliche Maßnahmen repräsentieren, die einzeln oder in Kombination miteinander genutzt werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verdampfer
- 11
- erster Verdampferabschnitt (luftstromeingangsseitig)
- 12
- zweiter Verdampferabschnitt (luftstromausgangsseitig)
- 14
- Luftstrom
- 16
- Freiraum zwischen 11 und 12
- 18
- Isolierschicht
- 20
- Steg
- 22
- Netz oder Gitter
- 24
- Lamelle von 11
- 241
- Vorderer Lamellenabschnitt von 24 (luftstromeingangsseitig)
- 242
- Hinterer Lamellenabschnitt von 24 (luftstromausgangsseitig)
- 243
- Durchbruch in 241
- 244
- Luftleitfahne (Louver)
- 26
- Lamelle von 12
- Δ
- Abstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014207278 A1 [0002]
