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Die Erfindung betrifft einen Absorber für eine Solarthermieanlage, der ein Absorberblech und ein von einem Wärmetransportmedium durchströmbare und mit dem Absorberblech wärmeleitend verbundene Rohranordnung aufweist.
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Ein derartiger Absorber ist aus der Druckschrift
DE 10 2008 022 391 A1 bekannt. Als Rohranordnung ist beispielsweise ein mäanderförmig gebogenes Rohr vorgesehen, das von einer Flüssigkeit als Wärmetransportmedium durchströmt wird, wobei die vom Absorber durch Sonneneinstrahlung aufgenommene Wärmeenergie an einen Warmwasserspeicher zur Trink- oder Brauchwasserversorgung oder an eine Heizungsanlage eines Gebäudes abgegeben werden kann.
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Solarenergie lässt sich vielfältig für verschiedene Zwecke in Gebäuden nutzen, neben der genannten Brauchwassererwärmung und der Heizungsunterstützung auch beispielsweise zur Erwärmung von Wasser in einem Schwimmbad des Gebäudes oder zur Raumkühlung, zum Beispiel mit Hilfe einer Absorptionskältemaschine. Die Brauchwassererwärmung und die Gebäudeheizung kann dabei leicht über einen gemeinsam genutzten Absorber erfolgen, indem die als Wärmetransportmedium eingesetzte Flüssigkeit über unterschiedliche Wärmetauscher wahlweise mit dem Heizkreis oder einem Brauchwasservorratsspeicher gekoppelt wird.
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Nicht in allen Fällen kann jedoch die vom Absorber bereitgestellte Wärmeenergie auf diese Weise zwei unterschiedlichen Zwecken zugeführt werden. Zu Kühlungszwecken, beispielsweise bei der genannten Absorptionskältemaschine, ist üblicherweise ein anderes Wärmetransportmedium erforderlich als für die Brauchwassererwärmung oder die Heizungsunterstützung. In einem solchen Fall sind für jeden der beiden Verwendungszwecke separate Absorber erforderlich, was den Aufwand und die Kosten für die Installation erhöht und auch in einer größeren notwendigen Absorberfläche resultiert.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Absorber für Solarthermieanlagen bereitzustellen, der eine vielfältige Nutzung der vom Absorber aufgenommenen Wärmeenergie bei geringem Installationsaufwand ermöglicht. Es ist eine weitere Aufgabe, eine Verwendung für einen derartigen Absorber aufzuzeigen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Absorber mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Verwendung gemäß 11 gelöst.
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Danach weist ein Absorber der eingangs genannten Art eine weitere, von einem weiteren Wärmetransportmedium durchströmbare Rohranordnung auf, die ebenfalls wärmeleitend mit dem Absorberblech verbunden ist. Auf diese Weise wird ein Absorber geschaffen, der die von ihm aufgenommene Wärme an zwei, ggf. unterschiedliche Wärmetransportmedien abgeben kann. Es können so zwei voneinander getrennte Kreisläufe zur Wärmenutzung eingesetzt werden, über die die aufgenommene Wärmeenergie unterschiedlichen Verwendungszwecken zugeführt wird. Durch den Einsatz von zwei separaten Rohranordnungen können diese im Hinblick auf benutzte Materialien und Geometrien jeweils optimal an das jeweils vorgesehenen Wärmetransportmedium und den Durchfluss angepasst werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Absorbers umfasst die Rohranordnung und/oder die weitere Rohranordnung ein mäanderförmig gebogenes Rohr mit geraden Rohrabschnitten und Rohrbögen. Ebenfalls vorteilhaft ist die Rohranordnung und/oder die weitere Rohranordnung harfenförmig ausgestaltet mit Sammelrohren und einer Mehrzahl an von den Sammelrohren abzweigenden Querrohren. Sowohl die mäanderförmige als auch die harfenförmige Ausführung der Rohranordnung stellen effiziente Wärmetauscher zur homogenen Aufnahme der Wärme von dem Absorber auf das Wärmetransportmedium dar.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Absorbers ist die Rohranordnung und/oder die weitere Rohranordnung zumindest abschnittsweise über Wärmeleitbleche kraftschlüssig auf dem Absorberblech festgelegt und so wärmeleitend mit diesem verbunden. Auf diese Weise kann die Rohranordnung gut wärmeleitend mit dem Absorberblech verbunden werden, auch wenn unterschiedliche Materialien für die Rohranordnung und das Absorberblech eingesetzt werden und eine stoffliche Verbindung nicht möglich ist. Besonders bevorzugt sind die Wärmeleitbleche mittels einer Klebeverbindung mit dem Absorberblech verbunden. Dadurch wird eine unaufwändige Herstellung des Absorbers erreicht.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Absorbers sind die Rohranordnung und weitere die Rohranordnung ineinander verschränkt auf dem Absorberblech angeordnet. Dieses ermöglicht eine über die gesamte Fläche des Absorbers homogenes Abführen der Wärme des Absorberblechs, auch wenn nur eine der beiden Rohranordnungen in Betrieb ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Absorbers sind quer von dem Absorberblech wegweisende Luftfinnen mit dem Absorberblech wärmeleitend verbunden, die einer zusätzlichen Erwärmung von an ihnen vorbeigeleiteter Luft dienen. Auf diese Weise kann die vom Absorber aufgenommene Wärmeenergie einer zusätzlichen Nutzung zugeführt werden, z.B. einer direkten Raumheizung über die erwärmte Luft.
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Eine erfindungsgemäße Verwendung eines derartigen Absorbers liegt in der solarthermischen Erwärmung von zwei unterschiedlichen Wärmetransportmedien. In einer vorteilhaften Verwendung wird Brauch- und/oder Heizungswasser als ein Wärmetransportmedium erwärmt und mittels eines weiteren Wärmetransportmediums wird eine Absorptionskältemaschine betrieben. In einer weiteren vorteilhaften Verwendung wird Brauch- und/oder Heizungswasser als ein Wärmetransportmedium erwärmt und Wasser für ein Schwimmbad mittels eines weiteren Wärmetransportmediums erwärmt. Für diese Verwendungen ist der erfindungsgemäße Absorber besonders vorteilhaft geeignet, da jedes der unterschiedlichen Wärmetransportmedien durch eine separate Rohranordnung geführt werden kann, wobei die Rohranordnungen bezüglich ihres Materials und/oder ihrer Geometrie optimal an die jeweiligen Erfordernisse angepasst werden können.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von vier Figuren näher dargestellt.
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Die Figuren zeigen:
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1 eine Draufsicht auf einen Absorber in einem ersten Ausführungsbeispiel in einer schematischen Darstellung,
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2 eine detaillierte Darstellung eines Ausschnitts aus 1 in der Draufsicht,
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3 eine schematische Seitenansicht eines Teils des Absorbers der 1 und 2 und
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4 eine Draufsicht auf einen Absorber in einem ersten Ausführungsbeispiel.
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In 1 ist ein Absorber in einem ersten Ausführungsbeispiel in einer schematischen Draufsicht dargestellt. Die Figur zeigt den Absorber von der unteren, der Sonne abgewandten Seite. In 2 ist ein Ausschnitt des Absorbers detaillierter dargestellt.
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Der Absorber weist ein Absorberblech 1 auf, das vorzugsweise aus Aluminium besteht und dessen nicht dargestellte, der Sonne zugewandte Seite zur besseren Absorption der Sonnenstrahlen mit einer vorzugsweise dunklen Oberflächenbeschichtung versehen sein kann. Auf der in der Figur dargestellten unteren Seite des Absorberblechs 1 ist eine Rohranordnung 10 angeordnet, die in diesem Ausführungsbeispiel aus einem mäanderförmigen Rohr mit geraden Rohrabschnitten 11 und Rohrbögen 12 besteht. Die Rohranordnung 10 ist an beiden Enden des Rohres mit Anschlüssen 13 versehen.
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Die Rohranordnung 10 ist im Bereich des geraden Rohrabschnitts 11 wärmeleitend mit dem Absorberblech 1 verbunden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird dieses durch Wärmeleitbleche 14, die in ihrer Längsrichtung u-förmig mit seitlich abstehenden Abschnitten ausgebildet sind, bewerkstelligt. Die Wärmeleitbleche 14 legen zum einen die Rohranordnung 10 am Absorberblech 1 fest und bedingen zum anderen einen guten Wärmeübertrag vom Absorberblech 1 auf die Rohranordnung 10. Die Wärmeleitbleche 14 können vorteilhaft mit den seitlich abstehenden Abschnitten auf das Absorberblech 1 aufgeklebt werden. Alternativ oder ggf. zusätzlich sind andere Verbindungsmethoden wie Nieten, Schweißen oder Löten denkbar. Bevorzugt werden die geraden Rohrabschnitte 11 zwischen dem Absorberblech 1 und dem Wärmeleitblechen 14 derart kraftschlüssig gehalten, dass eine axiale Verschiebung, die aufgrund einer Wärmeausdehnung der Rohranordnung 10 unvermeidlich ist, möglich ist.
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Neben der Rohranordnung 10 ist eine weitere Rohranordnung 20 vorgesehen, die ebenfalls wärmeleitend mit dem Absorberblech 1 verbunden ist. Die weitere Rohranordnung 20 ist im vorliegenden Fall beispielhaft harfenförmig ausgebildet, mit zwei Sammelrohren 25, an denen jeweils ein Anschluss 23 angeordnet ist, und mit einer Mehrzahl von zueinander parallel verlaufenden und zu den Sammelrohren 25 quer verlaufenden Querrohren 26.
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Zur Befestigung der weiteren Rohranordnung 20 auf dem Absorberblech 1 und zur Erzielung eines guten Wärmeübergangs zwischen dem Absorberblech 1 und der weiteren Rohranordnung 20 sind – analog zum Fall der Rohranordnung 10 – ebenfalls Wärmeleitbleche 24 vorgesehen. In der 1 sind diese weiteren Wärmeleitbleche 24 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind diese weiteren Wärmeleitbleche 24 im Bereich der Querrohre 26 ausgeführt. Es ist zusätzlich denkbar, auch im Bereich der Sammelrohre 25 Wärmeleitbleche vorzusehen, wobei diese entweder nur abschnittsweise jeweils zwischen benachbarten Querrohren 26 ausgeführt sind oder entsprechende Aussparungen an den Übergängen zwischen den Sammelrohren 25 und den Querrohren 26 aufweisen.
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Durch die gezeigte Rohranordnung 10 und die weitere Rohranordnung 20 können zwei getrennte Kreisläufe für Wärmetransportmedien benutzt werden, um die von dem Absorberblech 1 aufgenommene Wärmeenergie abzuführen und sie verschiedenen Nutzung zuzuführen. Dabei können sich die Rohranordnung 10 und die weiter Rohranordnung 20 sowohl hinsichtlich ihrer Geometrie, als auch im Hinblick auf die verwendeten Materialien unterscheiden. So können beide Rohranordnungen 10, 20 optimal auf die Erfordernisse des jeweiligen Kreislaufs angepasst werden. Beispielsweise ist im dargestellten Fall die weitere Rohranordnung 20 durch ihre Ausführung in Harfenform für einen größeren Durchfluss geeignet als die mäanderförmige Rohranordnung 10. Gegebenenfalls kann die weiter Rohranordnung 20 auch als Verdampfer eingesetzt werden, wobei in einem solchen Fall die Sammelrohre 25 mit unterschiedlichem Querschnitt je nach vorgesehener Phase (gasförmig/flüssig) ausgelegt sein können.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Rohranordnung 10 und die weitere Rohranordnung 20 von unterschiedlichen Wärmetransportmedien durchströmt werden. Daran angepasst können sich die Rohranordnung 10 und die weitere Rohranordnung 20 auch bezüglich der benutzten Materialien unterscheiden. Falls eine nicht aggressive Flüssigkeit als Wärmetransportmedium eingesetzt wird, bietet sich die Verwendung von handelsüblichen Kupferrohren als Grundlage für die Rohranordnungen 10, 20 an. Diese können relativ leicht gebogen werden, zum Beispiel um die in den 1 und 2 gezeigten Rohrbögen 12 der Rohranordnung 10 zu bilden. Zudem können Kupferrohre auf einfache Weise mit handelsüblichen Verbindungselementen angeschlossen werden. Insbesondere bei Verwendung eines derartigen leicht biegbaren Materials wie Kupfer kann darüber hinaus vorgesehen sein, das Rohrmaterial in Kontaktbereichen zwischen dem Absorberblech 1 und der Rohranordnung 10 oder der weiteren Rohranordnung 20 abzuflachen. Auf diese Weise wird die Fläche für einen direkten Wärmeübergang zwischen dem Absorberblech 1 und der Rohranordnung 10 oder der weiteren Rohranordnung 20 vergrößert. Zur Verwendung mit aggressiveren Wärmetransportmedien, beispielsweise säure- oder chlorhaltigen Flüssigkeiten, ist Edelstahl als Material für die Rohranordnung 10 oder die weitere Rohranordnung 20 vorteilhaft.
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Grundsätzlich ist es denkbar, die Rohranordnung 10 und die weitere Rohranordnung 20 geometrisch voneinander getrennt in unterschiedlichen, nicht überlappenden Bereichen auf dem Absorberblech 1 anzuordnen. Um jedoch eine homogenere Übertragung der absorbierten Wärmeenergie auf beide Kreisläufe zu erreichen, ist es vorteilhaft, die Rohranordnungen 10 und die weitere Rohranordnung 20 ineinander verschränkt auf dem Absorberblech 1 anzuordnen, wie es auch das Ausführungsbeispiel der 1 und 2 zeigt. Es entstehen dabei Kreuzungspunkte 2 zwischen der Rohranordnung 10 und der weiteren Rohranordnung 20, im gezeigten Fall konkret zwischen den Rohrbögen 12 und den Querrohren 26.
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In 3 ist der Absorber der 1 und 2 ausschnittsweise in einer Seitenansicht dargestellt. Hier ist ersichtlich, dass die Rohrbögen 12 gegenüber den geraden Rohrabschnitten 11 leicht abgewinkelt (gekröpft) sind und damit vom Absorberblech 1 in vertikaler Richtung beabstandet sind. An den Kreuzungspunkten 2 verlaufen dann die Querrohre 26 jeweils zwischen dem Absorberblech 1 und den Rohrbögen 12.
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In einer alternativen, hier nicht dargestellten Ausführungsform sind zusätzlich quer, insbesondere senkrecht, von der Absorberplatte 1 wegweisende Luftfinnen an der der Sonne abgewandte Seite der Absorberplatte 1 wärmeleitend befestigt. Diese können z.B. durch abgewinkelte äußere Abschnitte der Wärmeleitbleche 14, 24 gebildet sein. Die Luftfinnen, auch Luftleitbleche genannt, dienen dann der Erwärmung von unter dem Absorberblech 1 hergeleiteter Luft, beispielsweise zur direkten Raumheizung. So ist eine weitere parallele Nutzung der absorbierten Sonnenenergie möglich.
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4 zeigt in analoger Art wie 1 einen Absorber in einem zweiten Ausführungsbeispiel in einer schematischen Draufsicht. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen gleiche oder gleich wirkende Elemente wie in den vorangehenden Figuren.
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Bei der Ausgestaltung des Absorbers gemäß 4 sind sowohl die Rohranordnung 10 als auch die weitere Rohranordnung 20 mäanderförmig ausgeführt. Beide weisen jeweils gerade Rohrabschnitte 11, 21 auf, die wärmeleitend mit dem Absorberblech 1 verbunden sind. Zu diesem Zweck sind Wärmeleitbleche 14, 24 vorgesehen, die vorteilhafterweise wiederum mit seitlich abstehenden Abschnitten auf das Absorberblech 1 aufgeklebt werden. An den Enden der Rohranordnungen 10, 20 sind wiederum Anschlüsse 13 bzw. 23 vorgesehen.
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Zwischen den jeweiligen geraden Rohrabschnitten 11 bzw. 21 der Rohranordnungen 10 bzw. 20 sind Rohrbögen 12 bzw. 22 vorgesehen, die wechselweise einen kleineren bzw. größeren Krümmungsradius aufweisen. Dadurch sind jeweils zwei gerade Rohrabschnitte 11 bzw. 21 der Rohranordnung 10 bzw. der weiteren Rohranordnung 20 näher zueinander beabstandet als zwei daneben liegende benachbarte gerade Rohrabschnitte 21 bzw. 22. Durch diese Ausgestaltung können die Rohranordnung 10 und die weitere Rohranordnung 20 ineinander gelegt werden, ohne dass sich Kreuzungspunkte zwischen den Rohren ergeben. Beide Rohranordnungen 10, 20 können dadurch flach mit in einer Ebene liegenden Rohren ausgeführt sein.
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Es versteht sich, dass in einem alternativen, hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel des Absorbers die Rohranordnung 10 und die weitere Rohranordnung 20 auch durch nicht ineinander gelegte Mäanderstrukturen gebildet sein können. Dabei treten dann ähnlich wie bei dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel Überkreuzungen zwischen den beiden Rohranordnungen 10, 20 auf, die beispielsweise, wie im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, durch gekröpfte Rohrbögen 12 bzw. 22 möglich gemacht werden.
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Verwendung finden kann der zuvor beschriebene Absorber beispielsweise zur Brauchwassererwärmung bzw. zur Heizungsunterstützung, indem die Rohranordnung 10, ausgeführt mit Kupferrohr, in bekannter Weise zur Erwärmung von Brauchwasser und/oder Heizungswasser benutzt wird. Der weitere Absorber 20 kann Teil eines Austreiberkreislaufs einer Absorptionskältemaschine sein, wobei als Wärmetransportmedium in der weiteren Rohranordnung 20 ein niedrig siedendes Medium wie beispielsweise eine Ammoniak-Wasser-Mischung oder eine Wasser-Lithiumbromid-Mischung eingesetzt wird. Als Material für die weiteren Rohranordnung 20 ist Edelstahl in diesem Fall besonders geeignet. Abhängig vom benutzten Wärmetransportmedium ist ein Temperaturniveau von beispielsweise etwa 80° bis 120° geeignet, um eine A bsorptionskältemaschine zu betreiben. Ein derartiges Temperaturniveau kann solarthermisch mit Hilfe des dargestellten Absorbers erreicht werden. Gegebenenfalls wird zum Betreiben der Absorptionskältemaschine der Durchfluss des Wärmetransportmedium durch die Rohranordnung 10 zum Zwecke der Brauchwassererwärmung für die Laufzeit der Absorptionskältemaschine reduziert oder unterbunden, um das Absorberblech 1 nicht unter das zum Betrieb der Absorptionskältemaschine notwendige Temperaturniveau fallen zu lassen. Grundsätzlich ist eine gleichzeitige Verwendung der vom Absorber aufgenommenen Wärmeenergie für beide Verwendungszwecke jedoch auch möglich.
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Eine weitere Anwendung liegt in einer Erwärmung von Wasser für ein hauseigenes Schwimmbad mittels der weiteren Rohranordnung 20 parallel zur bereits genannten Brauchwasser- bzw. Heizungswassererwärmung über die Rohranordnung 10. Das (meist chlorhaltige) Schwimmbadwasser kann dabei z.B. direkt, d.h. ohne Zwischenschaltung eines Wärmetauschers, durch die weitere Rohranordnung 20 geführt werden. Aufgrund der korrodierenden Wirkung des Chlorwassers ist auch Edelstahl als Material für die weiteren Rohranordnung 20 besonders geeignet.
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In einer weiteren Anwendung kann eine Brauchwassererwärmung über die Rohranordnung 10 vorgenommen werden, wohingegen die weitere Rohranordnung 20 der Heizungsunterstützung dient. Dieses kann beispielsweise dann besonders vorteilhaft sein, wenn die Heizungsunterstützung durch eine Wärmepumpe erfolgt, die andere Anforderungen an die Durchflussmenge des Wärmetransportmediums durch den Absorber stellt, als die Brauchwassererwärmung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Absorberblech
- 2
- Kreuzungspunkt
- 10
- Rohranordnung
- 11
- gerader Rohrabschnitt
- 12
- Rohrbogen
- 13
- Anschluss
- 14
- Wärmeleitblech
- 20
- weitere Rohranordnung
- 21
- gerader Rohrabschnitt
- 22
- Rohrbogen
- 23
- weiterer Anschluss
- 24
- weiteres Wärmeleitblech
- 25
- Sammelrohr
- 26
- Querrohr
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008022391 A1 [0002]
