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Die Erfindung betrifft einen Verdampfer für eine Haushaltsgeschirrspülmaschine, wobei der Verdampfer als Bestandteil einer Wärmepumpenanordnung der Haushaltsgeschirrspülmaschine vorgesehen ist, wobei der Verdampfer einen Innenraum zur Aufnahme eines Wärmeträgers der Wärmepumpenanordnung aufweist, und wobei der Verdampfer eine äußere Oberfläche aufweist, die bei bestimmungsgemäßen Gebrauch mit einer innerhalb der Haushaltsgeschirrspülmaschine zirkulierenden Spülflüssigkeit in Kontakt gelangt.
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Ferner wird eine Haushaltsgeschirrspülmaschine mit einer Wärmepumpenanordnung vorgeschlagen, wobei die Wärmepumpenanordnung einen Verdampfer zum Verdampfen eines Wärmeträgers aufweist, der beim Betrieb der Wärmepumpenanordnung innerhalb der Wärmepumpenanordnung zirkuliert.
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Haushaltsgeschirrspülmaschinen sind im Stand der Technik bekannt und dienen prinzipiell dem Reinigen und anschließenden Trocknen von verunreinigtem Spülgut, beispielsweise Geschirr oder Besteck. Während eines oder mehrerer Reinigungsschritte wird das Spülgut mit Spülflüssigkeit (= Wasser, z. B. Leitungswasser, oder Wasser mit Reinigungs- und/oder Klarspülmittel) beaufschlagt, um Verunreinigungen vom Spülgut zu lösen. Zum Trocknen des Spülguts weisen entsprechende Haushaltsgeschirrspülmaschinen ein Trocknungssystem für das gereinigte Spülgut auf, bei dem Luft das Wasser, das an dem gereinigten Spülgut haftet, aufnimmt und das Spülgut hierdurch trocknet.
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Während des Trocknungsschritts ist es gewünscht, dass innerhalb des Aufnahmeraums der Haushaltsgeschirrspülmaschine vorhandener Wasserdampf im Bereich einer der Innenwände der Haushaltsgeschirrspülmaschine kondensiert. Hierfür muss Wärme aus dem Aufnahmeraum abgeführt werden.
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In diesem Zusammenhang ist es ferner bekannt, Haushaltsgeschirrspülmaschinen mit einer Wärmepumpenanordnung auszurüsten, mit deren Hilfe die gewünschte Wärmeabfuhr bewirkt wird.
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Die Wärmepumpenanordnung umfasst prinzipiell einen Verdampfer zum Verdampfen eines innerhalb der Wärmepumpenanordnung zirkulierenden Wärmeträgers und einen Verdichter zum Verdichten des verdampften Wärmeträgers. Mit Hilfe des Verdichters wird der in den Verdichter beim Betrieb der Wärmepumpenanordnung eintretende gasförmige Wärmeträger komprimiert, wobei er sich erwärmt.
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Ferner umfasst die Wärmepumpenanordnung einen als Verflüssiger (andere Bezeichnung: Kondensor) wirkenden Wärmetauscher, in dem der erwärmte gasförmige Wärmeträger wieder kondensiert und hierbei Wärme abgibt, die beispielsweise für die Erwärmung von in der Haushaltsgeschirrspülmaschine vorhandener Spülflüssigkeit genutzt werden kann. Anschließend wird der verflüssigte Wärmeträger mit Hilfe eines Expansionsorgans (in der Regel eines Drosselventils oder eines Kapillarröhrchens) entspannt und gelangt schließlich wieder zurück zum Verdampfer, in dem er unter Wärmeaufnahme wieder in den gasförmigen Zustand übergeht, um dann erneut dem Verdichter zugeführt zu werden.
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Wird die Wärmepumpenanordnung betrieben, wird der den Verdampfer passierenden Spülflüssigkeit Wärme entzogen. Die Spülflüssigkeit kühlt sich ab. Befindet sich diese abgekühlte Spülflüssigkeit in einem Tank, der an den Aufnahmeraum angrenzt, so kann Wärme aus dem Aufnahmeraum in den Tank und auf die darin enthaltene Spülflüssigkeit übertragen werden, um die oben genannte Wärmeabfuhr zu bewirken und die Trocknung des Spülguts zu beschleunigen.
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Beim Betrieb der Wärmepumpenanordnung kann sich die den Verdampfer umgebende Spülflüssigkeit jedoch soweit abkühlen, dass die Spülflüssigkeit im Bereich der mit der Spülflüssigkeit in Kontakt stehenden äußeren Oberfläche des Verdampfers zu gefrieren beginnt. In diesem Fall bildet sich an der genannten Oberfläche eine Eisschicht, welche den gewünschten Wärmeübergang zwischen der Spülflüssigkeit und dem Wärmeträger negativ beeinflusst.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Haushaltsgeschirrspülmaschine mit einer oben beschriebenen Wärmepumpenanordnung bzw. einen in dieser zum Einsatz kommenden Verdampfer vorzuschlagen, die den Stand der Technik weiterbilden.
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Die Aufgabe wird gelöst durch einen Verdampfer und eine Haushaltsgeschirrspülmaschine mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.
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Der erfindungsgemäße Verdampfer zeichnet sich nun dadurch aus, dass seine äußere Oberfläche, die nach dem Einbau des Verdampfers in eine Haushaltsgeschirrspülmaschine beim Betrieb mit der Spülflüssigkeit in Kontakt gelangt, zumindest abschnittsweise durch eine Beschichtung gebildet ist, welche das Gefrieren der Spülflüssigkeit im Bereich der äußeren Oberfläche hemmt.
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Die Oberfläche besitzt also eine Oberflächenstruktur, welche die Bildung von Eiskristallen gegenüber einem Verdampfer erschwert, der aus dem gleichen Material besteht wie der erfindungsgemäße Verdampfer, jedoch keine Beschichtung aufweist. Die Beschichtung kann die gesamte äußere Oberfläche des Verdampfers oder aber nur Abschnitte derselben bedecken.
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Dies hat den Vorteil, dass vorhandene Strömungskanäle zwischen dem Verdampfer und einer Wandung des den Verdampfer nach dem Einbau in eine Haushaltsgeschirrspülmaschine umgebenden Flüssigkeitstanks nicht oder erst sehr spät mit Eis verschlossen werden. Die innerhalb des Flüssigkeitstanks vorherrschende Strömung der Spülflüssigkeit, die beispielsweise beim Entleeren oder Befüllen des Flüssigkeitstanks nötig ist, wird damit nicht behindert. Auch kann sich die Spülflüssigkeit innerhalb des Flüssigkeitstanks während des Betriebs der Wärmepumpenanordnung ständig durch Zirkulation innerhalb des Flüssigkeitstanks vermischen, so dass der Wärmeübergang von der Spülflüssigkeit auf den Wärmeträger stets optimal ist. Ferner wird ein Wärmeübergang von den Wandabschnitten auf das sich bildende Eis verhindert bzw. zeitlich begrenzt.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die durch die Beschichtung gebildete äußere Oberfläche eine mittlere Rauheit aufweist, deren Betrag zwischen 1 nm und 1000 µm, bevorzugt zwischen 0,1 µm und 10 µm, aufweist. Die mittlere Rauheit gibt den mittleren Abstand eines Messpunktes auf der Oberfläche der Beschichtung zu einer gedachten Mittellinie an. Die Mittellinie schneidet dabei innerhalb einer Bezugsstrecke das wirkliche Oberflächenprofil so, dass die Summe der Profilabweichungen (bezogen auf die Mittellinie) minimal wird. Die mittlere Rauheit entspricht also dem arithmetischen Mittel der betragsmäßigen Abweichung von der Mittellinie.
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Vorzugsweise kann die durch die Beschichtung gebildete Oberfläche eine Mikrostrukturierung aufweisen. Der Durchschnittswert deren Oberflächenrauhigkeitserhebungen (peak to valley height) Rz ist zweckmäßigerweise zwischen 10 und 800 µm und/oder der Durchschnittsabstand dieser Oberflächenrauhigkeitserhebungen voneinander ist vorzugsweise zwischen 10 to 800 µm.
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Liegt die mittlere Rauheit in dem genannten Bereich, so wird die Bildung von Eiskristallen an der durch die Beschichtung gebildeten Oberfläche des Verdampfers signifikant gegenüber einem Verdampfer mit rauerer Oberfläche erschwert. Dies liegt daran, dass zur Eisbildung Kristallisationskeime notwendig sind, die durch die Erhöhungen und Vertiefungen auf der Oberfläche gebildet werden. Liegt die Rauheit in dem obigen Bereich, so besitzt die Oberfläche eine Struktur, die nur bedingt oder gar nicht als Kristallisationskeim wirkt.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die durch die Beschichtung gebildete äußere Oberfläche wenigstens abschnittsweise eisphob ist. Die Beschichtung weist also eisabweisende Eigenschaften auf. Die Beschichtung verringert damit die Adhäsion von Eispartikeln bzw. -kristallen und erschwert bzw. verhindert damit das Anwachsen einer Eisschicht.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die durch die Beschichtung gebildete äußere Oberfläche wenigstens abschnittsweise hydrophob ist. Die Beschichtung weist damit einen Lotus-Effekt auf, der ebenfalls die Eisbildung im Bereich der Beschichtung erschwert. Vorzugsweise ist die durch die Beschichtung gebildete Oberfläche wenigstens abschnittsweise superhydrophob, d. h. besonders wasserabweisend. Die Eisbildung wird hierdurch besonders deutlich erschwert bzw. sogar verhindert.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Oberflächenenergie der Beschichtung kleiner als 50 mN/m ist. Bevorzugt werden Werte von unter 35 mN/m. Besonders bevorzugt sollte der Betrag der Oberflächenenergie kleiner als 28 mN/m sein. Die Oberflächenenergie ist eine Kenngröße der Beschichtung, die angibt, ob deren Oberfläche durch eine Flüssigkeit (z. B. Wasser) benetzt wird oder ob die Flüssigkeit leicht abperlt. Die Oberflächenenergie bestimmt auch, ob ein anderer fester Körper (hier: Eis) gut oder schlecht an der Oberfläche haften bleibt.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Beschichtung als Antihaftbeschichtung ausgebildet ist. Beispielsweise könnte eine Beschichtung aus Polytetrafluorethylen vorgesehen sein, um die Eisbildung an der mit der Spülflüssigkeit in Kontakt kommenden Oberfläche des Verdampfers zu erschweren.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Beschichtung Nanopartikel umfasst, die eine Partikelgröße zwischen 1 nm und 100 nm aufweisen. Hierdurch ist es möglich, eine besonders glatte Oberlfäche des Verdampfers zu realisieren, verbunden mit der geringen Eisbildung im Bereich der Oberfläche.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Beschichtung durch einen Lack gebildet ist. Der Verdampfer kann beispielsweise einen Grundkörper aus Metall oder Kunststoff aufweisen, der anschließend mit einem Lack versehen wird, der nach seiner Aushärtung insbesondere die vorstehend oder nachfolgend genannten Eigenschaften einzeln oder in Kombination aufweisen kann. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Lack um einen Lack auf Siliziumbasis.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Beschichtung eine Dicke aufweist, deren Betrag zumindest abschnittsweise zwischen 0,1 µm und 10 µm, vorzugsweise zwischen 1 µm und 5 µm, liegt. Die Beschichtung ist in diesem Fall stark genug, um nicht im Laufe der Betriebszeit der Haushaltsgeschirrspülmaschine abgenutzt zu werden. Selbstverständlich kann die Dicke des Lacks überall gleich ausgebildet sein. Denkbar ist auch, den Betrag der Dicke des Lacks an unterschiedlichen Stellen des Verdampfers unterschiedlich groß auszubilden.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Verdampfer als Rohrverdampfer ausgebildet ist. Der Verdampfer umfasst in diesem Fall vorzugsweise mehrere, insbesondere geradlinig und/oder parallel zueinander verlaufende, Rohrabschnitte, die über Rohrbögen miteinander verbunden sind. Ferner weist der Verdampfer wenigstens einen Einlass für einen Wärmeträger und einen Auslass für den Wärmeträger auf, um ihn in den Wärmeträgerkreislauf einer Wärmepumpenanordnung integrieren zu können. Der Innenraum des Verdampfers wird in diesem Fall durch den Innenraum der Rohrabschnitte und Rohrbögen gebildet.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Verdampfer als Plattenverdampfer ausgebildet ist. In diesem Fall umfasst der Verdampfer wenigstens zwei beabstandet zueinander angeordnete flächige Wandabschnitte, die gemeinsam und eventuell mit weiteren Wandabschnitten den Innenraum des Verdampfers begrenzen, durch den der Wärmeträger einer Wärmepumpenanordnung strömen kann.
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Die erfindungsgemäße Haushaltsgeschirrspülmaschine weist eine Wärmepumpenanordnung auf, wie sie oben beschrieben wurde, d. h. mit einem Verdampfer, einem Verflüssiger, einem Verdichter und einem Expansionsorgan, wobei der Verdampfer dem Verdampfen eines Wärmeträgers dient, der beim Betrieb der Wärmepumpenanordnung innerhalb der Wärmepumpenanordnung zirkuliert. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Verdampfer gemäß bisheriger und/oder nachfolgender Beschreibung ausgebildet ist.
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Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:
- 1 eine Frontansicht auf ausgewählte Abschnitte einer erfindungsgemä-ßen Haushaltsgeschirrspülmaschine,
- 2 eine Schnittdarstellung eines bekannten Verdampferrohrs, und
- 3 eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Verdampferrohrs.
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In den folgenden Figuren sind nur diejenigen Bestandteile einer Haushaltsgeschirrspülmaschine mit Bezugszeichen versehen und erläutert, welche für das Verständnis der Erfindung erforderlich sind. Es versteht sich von selbst, dass die erfindungsgemäße Haushaltsgeschirrspülmaschine weitere Teile und Baugruppen umfassen kann.
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Die erfindungsgemäße Haushaltsgeschirrspülmaschine umfasst mehrere Wandungen (Seitenwandungen, Rückwandung, Deckenwandung und Bodenwandung), die einen innenliegenden Aufnahmeraum 13 begrenzen, der der Aufnahme von Spülgut 10 dient. Hierfür sind im Aufnahmeraum 13 beispielsweise ein oder mehrere Geschirrkörbe 11 vorhanden. Ferner sind ein oder mehrere Sprüharme 9 vorhanden, mit deren Hilfe das Spülgut 10 z. B. während eines Reinigungsschritts eines Spülprogramms mit Spülflüssigkeit 3, d. h. Wasser oder Wasser mit Reinigungs- und/oder Klarspülmittel versetzt, beaufschlagt werden kann.
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Zur Versorgung mit Frischwasser ist die Haushaltsgeschirrspülmaschine über einen nicht gezeigten Wasserzulauf mit einem ebenfalls nicht gezeigten Frischwassernetz verbunden. Ebenso ist ein nicht dargestellter, mit einem Pumpensumpf 12 verbundener, Ablauf vorhanden, über den die Haushaltsgeschirrspülmaschine mit einem Abwassernetz in Verbindung steht und über den verschmutzte Spülflüssigkeit 3 aus der Haushaltsgeschirrspülmaschine abgeführt werden kann. Bevor die Spülflüssigkeit 3 jedoch über den Ablauf entsorgt wird, wird sie in der Regel zunächst über eine Spülflüssigkeitsleitung 18 mehrfach im Kreislauf geführt, wobei hierfür eine Umwälzpumpe 6 vorhanden ist.
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Um die Spülflüssigkeit 3 zu erwärmen, umfasst die Haushaltsgeschirrspülmaschine eine Wärmepumpenanordnung mit einem Verdampfer 1, einem Verdichter 7, einem Expansionsorgan 8 und einem Verflüssiger 5, jeweils verbunden über eine Kältemittelleitung 19. Die Strömungsrichtung des Wärmeträgers ist durch schwarze Pfeile gekennzeichnet.
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Wird nun der Verdichter 7 aktiviert, so wird das im Bereich des Verdichters 7 gasförmig vorliegende Kältemittel verdichtet. Das verdichtete Kältemittel strömt weiter zum Verflüssiger 5, wo es Wärme abgibt und dabei kondensiert. Das flüssige Kältemittel gelangt anschließend zum Expansionsorgan 8, das eine Druckverminderung bewirkt. Im weiteren Verlauf strömt das noch immer oder zumindest teilweise flüssige Kältemittel zum Verdampfer 1. Dort entzieht es der Umgebung Wärme und wird hierdurch in den gasförmigen Aggregatszustand überführt, um schließlich wieder zum Verdichter 7 zu gelangen, so dass sich der Kältemittelkreislauf schließt.
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Im gezeigten Beispiel ist der Verdampfer 1 im Bereich einer Seitenwandung angeordnet, so dass aus dem Aufnahmeraum 13 und damit auch von im Aufnahmeraum 13 vorhandenem Wasserdampf Wärme auf den Verdampfer 1 übertragen werden kann. Der Wasserdampf im Aufnahmeraum 13 kondensiert in diesem Fall, so dass die Trocknung des Spülguts 10 während eines Trocknungsschritts unterstützt wird.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass sich der Verdampfer 1 in einem Flüssigkeitstank 20 befindet, der von der Spülflüssigkeit 3 durchströmt werden kann. Der Flüssigkeitstank 20 weist hierfür wie aus dem Stand der Technik bekannt einen nicht gezeigten Einlass sowie einen ebenfalls nicht gezeigten Auslass für die Spülflüssigkeit 3 auf. Vorzugsweise verweilt die im Flüssigkeitstank 20 vorhandene Spülflüssigkeit 3 während des Trocknungsschritts innerhalb des Flüssigkeitstanks 20. Wird die Wärmepumpenanordnung in dieser Zeit betrieben, so kühlt der Verdampfer 1 die im Flüssigkeitstank 20 vorhandene Spülflüssigkeit 3, die dann wiederum Wärme aus dem Aufnahmeraum 13 aufnehmen kann.
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2 zeigt nun einen Querschnitt durch ein Verdampferrohr 4 eines als Rohrverdampfer ausgebildeten Verdampfers 1 gemäß dem Stand der Technik.
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Wie der Vergrößerung (rechts) des links kenntlich gemachten rechteckigen Ausschnitts des Verdampferrohrs 4 zu entnehmen ist, weisen herkömmliche Verdampfer 1 eine relativ hohe Oberflächenrauheit auf. Die hierdurch gebildeten Vertiefungen 17 und Erhöhungen 21 bilden optimale Kristallisationskeime für Eiskristalle 16.
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Beim Betrieb der Wärmepumpenanordnung kommt es damit rasch zu einer Vereisung der Oberfläche 2 des Verdampfers 1. Hierdurch sinkt der Wärmeübergang zwischen dem Wärmeträger, der durch den Innenraum 14 des Verdampferrohrs 4 strömt, und der Spülflüssigkeit 3, die mit der äußeren Oberfläche 2 des Verdampferrohrs 4 in Kontakt steht. Dies wirkt sich negativ auf den Wirkungsgrad der Wärmepumpenanordnung aus und ist daher unerwünscht.
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Um hier Abhilfe zu schaffen, schlägt die vorliegende Erfindung vor, den Verdampfer 1 mit einer Beschichtung 15 zu versehen, die die äußere Oberfläche 2 des Verdampfers 1 zumindest abschnittsweise bildet.
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Ein mit einer Beschichtung 15 versehenes Verdampferrohr 4 ist in 3 gezeigt. Die Beschichtung 15 bewirkt einen Ausgleich der genannten Vertiefungen 17 und Erhöhungen 21, so dass die äußere Oberfläche 2 des Verdampfers 1 nach Aufbringen der Beschichtung 15 besonders glatt ausgebildet ist. Die Bildung von Eiskristallen 16 in der den Verdampfer 1 kontaktierenden Spülflüssigkeit 3 wird hierdurch erschwert oder sogar ganz verhindert.
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Hinsichtlich möglicher Ausgestaltung der Beschichtung 15 wird auf die obige Beschreibung verwiesen.
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Im Übrigen ist die Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr sind sämtliche Kombinationen der beschriebenen Einzelmerkmale, wie sie in den Ansprüchen, der Beschreibung sowie den Figuren gezeigt oder beschrieben sind und soweit eine entsprechende Kombination technisch möglich bzw. sinnvoll erscheint, Gegenstand der Erfindung.
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Bezugszeichenliste
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- 1.
- Verdampfer
- 2.
- äußere Oberfläche des Verdampfers
- 3.
- Spülflüssigkeit
- 4.
- Verdampferrohr
- 5.
- Verflüssiger
- 6.
- Umwälzpumpe
- 7.
- Verdichter
- 8.
- Expansionsorgan
- 9.
- Sprüharm
- 10.
- Spülgut
- 11.
- Geschirrkorb
- 12.
- Pumpensumpf
- 13.
- Aufnahmeraum
- 14.
- Innenraum des Verdampfers
- 15.
- Beschichtung
- 16.
- Eiskristall
- 17.
- Vertiefung
- 18.
- Spülflüssigkeitsleitung
- 19.
- Kältemittelleitung
- 20.
- Flüssigkeitstank
- 21.
- Erhöhung
