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Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen einen klimatisierten, belüfteten Sitz für Fahrzeuge und insbesondere einen klimatisierten, belüfteten Sitz für Fahrzeuge, in welchem in einem Klima-Modus die Menge an absorbiertem Kondensat maximiert wird.
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Im Allgemeinen sind Fahrzeuge mit einer Klimatisierungsvorrichtung ausgestattet, die einen Kühler und einen Heizer aufweist, um die Temperatur im Fahrzeuginnenraum regulieren zu können. Solche Klimatisierungsvorrichtungen verfügen jedoch nicht über die Funktion, die Temperatur der Fahrzeugsitze zu regulieren, so dass beispielsweise im Sommer, obwohl die Temperatur im Fahrzeuginnenraum durch den Betrieb der Klimaanlage gesenkt wird, der Fahrzeugsitz nicht ausreichend gekühlt ist. Wenn ein Fahrgast darauf sitzt, werden aufgrund der Körperwärme des Fahrgastes dessen Hüft- und Rückenbereich mit Schweiß durchnässt, so dass er unter Hitzeausschlägen leiden kann.
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Auch im Winter, obwohl die Heizung die Temperatur im Fahrzeuginnenraum anhebt, werden die Sitze nicht ausreichend beheizt, so dass der Hüft- und der Rückenbereich des Fahrgastes, der darauf sitzt, sich kalt anfühlen.
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Daher wird jüngst bei der Herstellung eines Fahrzeugs separat eine Klimatisierung zur Regulierung der Temperatur des Sitzes eingebaut. Die Klimatisierung ist im Allgemeinen derart konfiguriert, dass ein Luft-Versorgungsrohr, das mit einem Klimatisierungssystem des Fahrzeugs verbunden ist, im Fahrzeugsitz montiert ist, so dass kühle oder warme Luft aus dem Fahrzeugsitz von dem Klimatisierungssystem über das Luft-Versorgungsrohr entnommen wird. Neben der oben beschriebenen Klimatisierung des Fahrzeugsitzes im Stand der Technik, wird in 1 eine andere Klimatisierung für einen Fahrzeugsitz vorgestellt, wobei der Sitz ein Rückenteil 2 und ein Polsterteil 3 aufweist. Die Klimatisierung weist in der Mitte des Polsterteils 3 des Fahrzeugsitzes 1 eine Gebläseeinheit 10 auf, in welcher ein Lüfterkörper und ein Motor montiert sind, und welche Gebläseluftauslässe 11, 12 aufweist, aus denen Gebläseluft, die aus dem Innenraum des Fahrzeugs in die Gebläseeinheit gelangt war, in entgegengesetzte Richtungen austritt. Jeder der Gebläseluftkanäle 16 sind im Polsterteil 3 und Rückenteil 2 derart eingebaut, dass die jeweiligen Gebläseluftkanäle 16 mit den Gebläseluftauslässen 11 und 12 verbunden sind. Die Gebläseluftkanäle 16 haben an deren Enden polsterseitige und rückenseitige Auslässe 17 und 18, durch die Luft senkrecht zu einer Richtung der Luftversorgung austritt. Ein polsterseitiges thermoelektrische Halbleitermodul 19 und ein rückenseitiges thermoelektrisches Halbleitermodul 20 befinden sich in der Mitte der Gebläseluftkanäle 16 nahe der polsterseitigen bzw. rückenseitigen Auslässe 17 und 18. Die thermoelektrischen Halbleitermodule 19, 20 haben erste Seiten 19a und 20a, die als Kühler dienen, und zweite Seiten 19b und 20b, die als Heizer dienen. Die Funktionen der ersten und zweiten Seiten können durch eine Umpolung der angelegten Spannung umgekehrt werden. Das thermoelektrische Halbleitermodul ist wohlbekannt im Stand der Technik, so dass an dieser Stelle auf eine nähere Beschreibung verzichtet wird.
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Wie in 2 gezeigt, sind die thermoelektrischen Halbleitermodule 19 und 20 in der Mitte der Gebläseluftkanäle 16 eingebaut, so dass ein erster Pfad P1 zwischen den ersten Seiten 19a und 20a der Module 19 und 20 und dem Gebläseluftkanal 16 gebildet wird, welcher mit dem polsterseitigen Auslass 17 kommuniziert. Ferner wird ein zweiter Pfad P2 zwischen den zweiten Seiten 19b, 20b und dem Gebläseluftkanal 16 gebildet, welcher mit dem rückenseitigen Auslass 18 kommuniziert.
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Dementsprechend, wenn die zweiten Seiten 19b, 20b der thermoelektrischen Halbleitermodule 19 und 20 als Kühler dienen, erfährt die Luft, die von der Gebläseeinheit 10 gefördert wird, einen Wärmeaustausch mit der kalten Luft im zweiten Pfad P2 im Gebläseluftkanal 16, so dass kalte Luft aus dem rückenseitigen Auslass 18 in Richtung des Fahrzeuginnenraums austritt. Im Gegensatz dazu, wenn die ersten Seiten 19a und 20a der thermoelektrischen Halbleitermodule 19 und 20 als Heizer dienen, erfährt die Luft, die von der Gebläseeinheit 10 gefördert wird, einen Wärmeaustausch mit der heißen Luft im ersten Pfad P1 im Gebläseluftkanal 16, so dass heiße Luft aus dem polsterseitigen Auslass 17 in Richtung des Fahrzeuginnenraums austritt.
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Solche konventionellen Klimatisierungen für einen Fahrzeugsitz haben den Nachteil, dass beim Kühlen die Temperatur der thermoelektrischen Halbleitermodule 19 und 20, die als Heizer dienen, niedriger ist als die der Luft im Fahrzeuginnenraum, wodurch die Feuchtigkeit in der Luft zur Flüssigkeit kondensiert, was beim Eintritt in die Module 19 und 20 die Reduzierung des Kühlwirkungsgrads verursacht, so dass zum Beispiel der Fahrgast, der sich auf dem Fahrzeugsitz befindet, keine ausreichende Kühlung erfährt. Des Weiteren kann das Kondensat zu Funktionsfehlern führen. Ferner, während eine konventionelle Klimaanlage eines Fahrzeugs eine Drainagestruktur zur Entfernung der Feuchtigkeit aus dem Fahrzeuginnenraum aufweist, befindet sich bei der oben beschriebenen Klimatisierung für einen Fahrzeugsitz das Lüftermodul im Fahrzeuginnenraum, so dass es aufgrund der Beschränkungen hinsichtlich der Installation einer Drainagestruktur schwierig ist, Feuchtigkeit aus dem Fahrzeug zu entfernen.
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Aus der
WO 2008/ 076 588 A2 ist bereits ein Klimagerät mit separatem Einsatzstück für einen Fahrzeugsitz bekannt. Kondensations- und Feuchtigkeitssensoren für thermoelektrische Vorrichtungen in klimageregelten Fahrzeugsitzen werden in der
CN105 291 920 A beschrieben. Und die
US 2004 / 0 055 312 A1 beschreibt einen thermoelektrischen Wärmetauscher für einen Fahrzeugsitz.
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Die hier in Zusammenhang mit dem Stand der Technik der Erfindung offenbarten Informationen sollen lediglich dem besseren Verständnis des allgemeinen Standes der Technik dienen und sollen nicht als eine Anerkennung oder irgendeine Form von Hinweis verstanden werden, dass diese Informationen einen dem Fachmann wohlbekannten Stand der Technik darstellen.
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Verschiedene Aspekte der Erfindung sind darauf gerichtet, ein klimatisiertes, belüftetes Sitzmodul für Fahrzeuge bereitzustellen, das einen Separator zur Maximierung der absorbierten Menge an Kondensat, das von einem thermoelektrischen Halbleitermodul in einem Kühlmodus erzeugt wird, aufweist.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein klimatisiertes, belüftetes Sitzmodul für Fahrzeuge eine Gebläseeinheit mit einem Gebläsegehäuse, ein thermoelektrisches Modul mit einem Modul-Gehäuse, das in dem Gebläsegehäuse eingebaut ist, wobei eine thermoelektrische Vorrichtung in dem Modul-Gehäuse eingebaut ist und wobei ein Innenraum des Modul-Gehäuses in eine Kaltluftstrecke und eine Heißluftstrecke aufgeteilt ist, und einen Separator auf, der zwischen der Kaltluft- und der Heißluftstrecke mit einer Seite des thermoelektrischen Moduls verbunden ist und einen gebogenen Abschnitt zur Maximierung der absorbierten Menge an Kondensat aufweist, das durch einen Temperaturunterschied zwischen der Kaltluft- und der Heißluftstecke entsteht, wenn das Sitzmodul im Kühlmodus betrieben wird.
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Der gebogene Abschnitt ist vorzugsweise in Richtung der Heißluftstrecke, wobei vorzugsweise die Kaltluftstrecke über der Heißluftstrecke angeordnet ist und der gebogene Abschnitt nach unten in Richtung der Heißluftstrecke gebogen ist.
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Vorzugsweise weist der Separator ferner einen Anschlussabschnitt auf, der sich von einem Ende des gebogenen Abschnitts horizontal erstreckt, wobei der Separator vorzugsweise aus einem nichtgewebten Polypropylen-Stoff hergestellt ist, der einer hydrophilen Behandlung und einem Kompressionsverfahren unterzogen wurde.
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Vorzugsweise ist das Modul-Gehäuse an einer Seite mit einer Ausnehmung ausgestattet, deren Querschnitt eine „⊃‟ Form aufweist und in die ein Ende des Anschlussabschnitts eingefügt und befestigt ist.
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Vorzugsweise weist der gebogene Abschnitt einen Oberflächenbereich auf, der derart verdeckt ist, dass ein der Kaltluftstrecke zugewandter und der darin strömenden Kaltluft ausgesetzter Bereich kleiner ist, als ein der Heißluftstrecke zugewandter und der darin strömenden Heißluft ausgesetzter Bereich.
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Vorzugsweise weist das Gebläsegehäuse ein Obergehäuse und ein Untergehäuse auf, wobei das Obergehäuse auf einem Boden in einer Seite ein Leitelement zum Verdecken eines Teils des Oberflächenbereiches des gebogenen Abschnitts aufweist, wobei vorzugsweise das thermoelektrische Modul und das Leitelement über einen vorgegebenen Spalt voneinander getrennt sind.
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Vorzugsweise ist das Leitelement in engen Kontakt mit dem gebogenen Abschnitt gebracht.
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Vorzugsweise ist das Untergehäuse von der Heißluftstecke in einem vorgegeben Winkel gebogen und der gebogene Abschnitt ist vorzugsweise an einem Verbindungspunkt zwischen dem Untergehäuse und der Heißluftstrecke angeordnet.
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Der Separator ist vorzugsweise aus einem nichtgewebten Polypropylen-Stoff hergestellt, der einer hydrophilen Behandlung und einem Kompressionsverfahren unterzogen wurde.
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Wie bereits erwähnt, wird gemäß der Konstruktion der Erfindung Kondensat, das vom thermoelektrischen Modul im Kühlmodus erzeugt wird, entfernt und somit eine Funktionsstörung der thermoelektrischen Module aufgrund des Kondensats vermieden. Ferner wird der Wirkungsgrad der Klimatisierung ungeachtet der mit der Erzeugung des Kondensats zusammenhängenden Faktoren verbessert.
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Die Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung haben weitere Merkmale und Vorteile, wie im Detail aus den angehängten Zeichnungen und den folgenden näheren Beschreibungen sichtbar werden, die hierin einbezogen sind und die zusammen zur Erläuterung gewisser Prinzipien der vorliegenden Erfindung dienen.
- 1 zeigt eine Ansicht, die ein aus dem Stand der Technik bekanntes klimatisiertes, belüftetes Sitzmodul für Fahrzeuge darstellt.
- 2 zeigt eine Ansicht, die Prinzipien des Betriebs von einem herkömmlichen thermoelektrischen Halbleitermodul darstellt.
- 3 zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht, die ein klimatisiertes, belüftetes Sitzmodul für Fahrzeuge gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das in einem Kühlmodus betrieben wird, darstellt.
- 4 zeigt eine Ansicht, die die Hauptkomponenten eines klimatisierten, belüfteten Sitzmoduls für Fahrzeuge gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das in einem Kühlmodus betrieben wird, darstellt.
- 5 zeigt eine Ansicht des Querschnitts, die den Zusammenbau des in einem Kühlmodus betriebenen Sitzmoduls darstellt.
- 6 zeigt eine Ansicht, die den Betrieb der Hauptkomponenten des Sitzmoduls, das in einem Kühlmodus betrieben wird, darstellt.
- 7 zeigt eine schematische Ansicht, die den gesamten Betrieb des Sitzmoduls zeigt.
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Es versteht sich, dass die angehängten Zeichnungen nicht unbedingt maßstabsgetreu sind und lediglich eine vereinfachte Darstellung der verschiedenen Merkmale gemäß den Grundprinzipien der Erfindung präsentieren. Die besonderen Gestaltungsmerkmale der vorliegenden Erfindung, wie hierin offenbart, einschließlich, zum Beispiel, besondere Dimensionen, Orientierungen, Lagen und Umrisse, werden in Teilen durch eine besonders beabsichtigte Anmeldung bestimmt werden.
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In den Figuren kennzeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen oder entsprechenden Bauteile der vorliegenden Erfindung in den verschiedenen Figuren.
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Es wird nun im Detail Bezug genommen auf die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, von denen Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind. Während die Erfindung im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschrieben wird, versteht sich, dass die vorliegende Beschreibung nicht beabsichtigt, die Erfindungen auf diese beispielhafte Ausführungsformen zu beschränken. Auf der anderen Seite ist beabsichtigt, dass die Erfindung nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen Äquivalente und andere Ausführungsformen deckt, die in den Sinn und Schutzbereich der Erfindung fallen, wie in den angehängten Patentansprüchen definiert.
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Wie in 3 gezeigt, weist ein klimatisiertes, belüftetes Sitzmodul für Fahrzeuge gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Gebläseeinheit 100, ein thermoelektrisches Modul 200 und einen Separator 300 auf.
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Die Gebläseeinheit 100 weist ein Gebläsegehäuse 110 auf, in dem ein Motor 120, ein Lüfterkörper 130 und ein Deckel montiert sind. Das Gebläsegehäuse 110 weist vorzugsweise ein Anbauteil für einen scheibenförmigen Lüfterkörper 130 auf, wobei das Anbauteil der Form des Lüfterkörpers entsprechend aufgebaut ist. Der Lüfterkörper 130 rotiert beim Betrieb des Motors 120 und saugt die Luft aus dem Fahrzeuginnenraum an.
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Das thermoelektrische Modul 200 wird in einer Seite des Gebläsegehäuses 110 montiert. Obwohl das klimatisierte, belüftete Sitzmodul für Fahrzeuge je nach dem Wunsch des Fahrgastes sowohl im Kühl- als auch im Heizmodus betrieben werden kann, wird in der Beschreibung zu Erläuterungszwecken Bezug auf den Fall des Betriebs im Kühlmodus genommen. Wenn der Betrieb im Heizmodus gewünscht ist, ist es ausreichend, einfach einen eine umgekehrte Spannung aufweisenden Strom an die thermoelektrische Halbleitervorrichtung 240 anzulegen. In diesem Fall ist das Betriebsprinzip gleich dem Betrieb im Kühlmodus und die Positionen der Kaltluftstrecke 220 und der Heißluftstrecke 230 können miteinander vertauscht werden.
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Das thermoelektrische Modul 200 weist ein Modul-Gehäuse 210 und eine thermoelektrische Halbleitervorrichtung 240 auf. Die thermoelektrische Halbleitervorrichtung 240 ist in dem Modul-Gehäuse 210 eingebaut, so dass die thermoelektrische Halbleitervorrichtung 240 den Innenraum des Modul-Gehäuses in eine Kaltluftstrecke 220 und eine Heißluftstrecke 230 aufteilt. Das heißt, dass die thermoelektrische Halbleitervorrichtung 240 den Innenraum des Modul-Gehäuses 210 in einer horizontalen Richtung trennt, dass die Kaltluft durch die obere Seite des Modul-Gehäuses 210 und die Heißluft durch die untere Seite des Modul-Gehäuses 210 strömt. Somit verursacht der Temperaturunterschied zwischen den Luftströmungen in den Strecken 220 und 230 die Erzeugung von Kondensat. Um dieses Kondensat zu entfernen, wird der Separator 300, der im Folgenden beschrieben wird, eingebaut.
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Wie in 3 und 4 dargestellt, ist der Separator 300 mit einer Seite des Modul-Gehäuses 210 des thermoelektrischen Moduls 200 verbunden, um die maximale Menge an Kondensat, das durch den Temperaturunterschied zwischen den Strecken 220 und 230 erzeugt wird, zu absorbieren. Insbesondere weist der Separator 300 einen gebogenen Abschnitt 310 zur Maximierung der Absorptionsfläche für das Kondensat auf. Ferner löst der gebogene Abschnitt des Separators das Problem der begrenzten Einbaufläche des Separators und gleichzeitig kann die Absorptionsfläche für das Kondensat maximiert werden.
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Der gebogene Abschnitt fällt vorzugsweise nach unten in Richtung der Heißluftstrecke 230 ab. Wenn das der Fall ist, kann die Absorptionsfläche für das Kondensat maximiert werden, und die Richtung der Kondensatströmung fällt mit der Richtung der Schwerkraft zusammen, so dass ferner auch der Absorptionseffekt für das Kondensat verbessert wird.
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Der Separator 300 weist vorzugsweise einen Anschlussabschnitt 320 auf, der sich von einem Ende des gebogenen Abschnitts 310 erstreckt. Ferner wird zur Vereinfachung des Koppelns und Entkoppelns des Anschlussabschnitts 320 am Gebläsegehäuse 110 vorzugsweise eine Ausnehmung an der Endseite des Modul-Gehäuses 210 geformt, deren Querschnitt eine „⊃‟ Form aufweist.
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Der Separator 300 ist vorzugsweise so konfiguriert, dass ein Teil des gebogenen Abschnitts 310 derart verdeckt ist, dass ein der Kaltluftstrecke 220 zugewandter und der darin strömenden Kaltluft ausgesetzter Bereich kleiner ist als ein der Heißluftstrecke 230 zugewandter und der darin strömenden Heißluft ausgesetzter Bereich. Um das in dem Separator 300 absorbierte Kondensat effektiv zur Verdunstung zu bringen, soll die maximale Menge an Luft, die durch die Heißluftstrecke 230 strömt, ausgenutzt werden. Wenn die Wirkung der kalten Luft, die durch die Kaltluftstrecke 220 strömt, nicht minimiert wird, kann die Wirkung der Verdunstung des Kondensats nicht maximiert werden. Daher soll zur Minimierung der Wirkung der kalten Luft der Oberflächenbereich des Separators 300, der mit der kalten Luft in Kontakt gebracht wird, vorzugsweise verdeckt werden.
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Insbesondere soll die Konfiguration, wie in 4 und 5 dargestellt, derart sein, dass das Gebläsegehäuse 110 ein Obergehäuse 114 und ein Untergehäuse 116 aufweist und dass das Untergehäuse 116 auf einem Boden an einer Seite ein Leitelement 114a aufweist, das den direkten Kontakt des Oberflächenbereiches des gebogenen Abschnittes 310 des Separators 300 mit der Kaltluft verhindert. Ferner, wenn das Leitelement 114a so konfiguriert ist, dass es einen engen Kontakt mit dem gebogenen Abschnitt 310 hat, kann auch die Wirkung der Befestigung des Separators 300 verbessert werden. Der Separator 300 kann vorzugsweise aus einem nichtgewebten Polypropylen-Stoff hergestellt sein, der einer hydrophilen Behandlung und einem Kompressionsverfahren unterzogen wird, um die Funktion des Absorbierens vom Kondensat zu maximieren.
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In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können das thermoelektrische Modul 200 und das Leitelement 114a mit einem vorgegebenen Spalt 118 voneinander getrennt sein, so dass das Kondensat, welches in der Kaltluftstrecke 220 gebildet wird, durch den Spalt 118 vom Separator 300 absorbiert werden kann.
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Wie in 6 gezeigt, wird im Kühlmodus des klimatisierten, belüfteten Sitzmoduls das Kondensat, das aufgrund des Temperaturunterschiedes zwischen der Kaltluftstrecke 220 und der Heißluftstrecke 230 gebildet wird, in dem Separator 300 absorbiert und das absorbierte Kondensat verdunstet aufgrund der heißen Luft, die durch die Heißluftstrecke 230 strömt, wodurch das Problem der Verschlechterung des klimatisierten, belüfteten Sitzmoduls infolge des Kondensats gelöst wird. Des Weiteren werden auch andere Probleme, wie zum Beispiel die Zunahme des Kondensats aufgrund der Verbesserung des Kühlwirkungsgrades sowie die Abnahme des Kühlwirkungsgrades aufgrund der Zunahme des Kondensats, gelöst.
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Wie in 7 gezeigt, wird gemäß dem klimatisierten, belüfteten Sitzmodul für Fahrzeuge kalte Luft in eine polsterseitige Richtung C oder in eine rückenseitige Richtung B durch einen Luftkanal bereitgestellt und somit der Kühlwirkungsgrad maximiert.
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Zwecks Erläuterung und genauer Definition der angehängten Ansprüche werden Begriffe wie „obere“, „untere“, „innere“ und „äußere“ zur Beschreibung der Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen mit Bezug auf die Merkmale, wie sie in den Figuren dargestellt sind, verwendet.
