EP1256770B1 - Luftgekühlter Verflüssiger oder luftbeheizter Verdampfer - Google Patents

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EP1256770B1
EP1256770B1 EP02009647A EP02009647A EP1256770B1 EP 1256770 B1 EP1256770 B1 EP 1256770B1 EP 02009647 A EP02009647 A EP 02009647A EP 02009647 A EP02009647 A EP 02009647A EP 1256770 B1 EP1256770 B1 EP 1256770B1
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EP
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air
cooled
cooling agent
liquefier
housing
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EP02009647A
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Jose Ribeiro Henriques
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Teko Gesellschaft fuer Kaeltetechnik mbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28B—STEAM OR VAPOUR CONDENSERS
    • F28B1/00—Condensers in which the steam or vapour is separate from the cooling medium by walls, e.g. surface condenser
    • F28B1/06—Condensers in which the steam or vapour is separate from the cooling medium by walls, e.g. surface condenser using air or other gas as the cooling medium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/047—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/001—Casings in the form of plate-like arrangements; Frames enclosing a heat exchange core

Definitions

  • the invention relates to an air-cooled condenser or an air-heated evaporator, consisting of a fan-evaporator housing, in which at least one fan is arranged in front of a plurality of curved and ribbed coolant tubes, which form a circular arc-shaped outer surface of the housing and arranged at intervals A one above the other, each with a constant radius R. are.
  • high-throughput evaporators which are manufactured as a heat exchanger block with copper pipes and aluminum fins.
  • the copper tubes are referred to as the primary surface and the aluminum fins as a secondary surface.
  • Object of the present invention is to improve the design of air-cooled condensers or evaporators such that with minimal space consumption optimal air distribution is achieved with low noise.
  • air speed and ⁇ T should be adjustable within wide limits, and even in the high power level still a relatively low energy consumption should be achieved.
  • the coolant tubes are arranged semicircular on the outer surface of the circular arc-shaped housing. They lie at intervals one above the other with a constant radius wherein the ribs are perpendicular to the radii and the coolant tubes are connected to each other with a larger fin spacing.
  • the fin spacing between 6 and 10 mm, wherein the space between the tubes and the vertical ribs or fins should be designed as a diffuser.
  • the spacing of the lamellae in the circular plane from a minimum A min on the side facing the center of the circle on a distance maximum A max formed on the outer side of the housing increasing.
  • the emission direction and the volume flow of the air-cooled condenser or evaporator can be made adjustable via the diffuser openings between the fins or ribs of the coolant tubes, wherein the space between the perforated cylinder portion and the inner edges of the verripten coolant tubes is designed as storage space.
  • circle segments are used with segment angles ⁇ of 45 °, 60 °, 90 °, 180 ° or 360 °.
  • the placement of the condenser or evaporator according to the invention can take place in a corner, on the wall or in the middle of the space to be cooled.
  • the larger fin spacing is particularly low because of the avoidance of icing, with round plate packs can be made with integral lamellae of up to four rows of tubes in depth.
  • FIG. 1 shows an inventive air-cooled condenser or evaporator is shown, consisting of a cylinder segment with semicircular base, which is designed as a fan or evaporator housing 1 with cylindrical shell-shaped curved and ribbed coolant tubes 2.
  • the housing 1 is open only on the outer surface 3, so that radiation from the cylinder segment in the direction of the arrow is possible.
  • the housing 1 Up and down, the housing 1 is closed by an upper and lower semicircular cover 4.5.
  • the back is formed by a flat rear wall 6.
  • FIG. 2 likewise shows a condenser or evaporator designed according to FIG. 1, but in an exploded view.
  • the connection ends 11, 12 of the semicircularly curved coolant tubes 2 with the radius R can be seen.
  • the connection ends 11, 12 of the semicircularly curved coolant tubes 2 with the radius R can be seen.
  • the connection ends 11, 12 of the semicircularly curved coolant tubes 2 with the radius R can be seen.
  • At the open terminal ends 11,12 back plates 9,10 are arranged or screwed. With the rear plates 9,10, the distances A of the coolant tubes 2 are fixed.
  • the pipe bends 13-18 can be seen. This results in a continuous connection between the individual coolant tubes.
  • fans 7 are arranged, which blow air from the outside into the housing.
  • the injected air can only escape through the ribbed coolant tubes 2 through the circular outer surface 3.
  • FIG. 3 shows an enlarged detail of the finned coolant tubes 2 in the region of a rear plate 9. Furthermore, an upper tube bend 15 can be seen, which connects the coolant tubes 2a, 2b arranged in the upper region.
  • the superposed coolant tubes 2b, 2c, 2d, 2e, 2f have common rib or lamellar surfaces. There is therefore a rib plane E which runs perpendicular to the plane formed by the radii R. Between the ribs a rib space for the passage of the cooled or the already cooled air is formed.
  • fans 8 can be seen, which are attached to the lower cover 5 and blow air into the semicircular interior.
  • 5 correspondingly shaped chamfers 5A, 5B are incorporated in the lower cover.
  • a perforated cylinder section is mounted, which forms an air-permeable rear wall 6.
  • Figures 4 and 5 show alternative embodiments of the condenser or evaporator according to the invention. There are both quadrant segments and full circle segments can be displayed, the coolant tubes and the covers are designed as a quarter circle or full circle.
  • connection ends which emerge in the quarter circle on the visible side of the condenser or evaporator according to the invention. But it can also be integrated by minor changes, the terminal ends in the backs or in the top cover.
  • plates 9, 10 of the cylinder segments are screwed to the rear wall (6, 6a, 6b) and the outer surface 3 for rear-side separation of the storage space.
  • the spaces between the tubes and the vertically extending ribs or lamellae are formed as a diffuser, wherein the distance of the lamellae in the circular plane from a minimum (A min ) on the side facing the center of the circle to a distance maximum (A max ) on the outer side of the housing increases.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Thermal Sciences (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Cold Air Circulating Systems And Constructional Details In Refrigerators (AREA)
  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen luftgekühlten Verflüssiger oder einen luftbeheizten Verdampfer, bestehend aus einem Lüfter-Verdampfergehäuse, in dem mindestens ein Gebläse vor mehreren gebogenen und gerippten Kühlmittelrohren angeordnet ist, die eine kreisbogenförmige Außenfläche des Gehäuses bilden und in Abständen A übereinander mit jeweils konstantem Radius R angeordnet sind.
  • Zur Kühlung eines isolierten Raumes (Kühlraum oder Bearbeitungsraum) werden unterschiedliche Bedingungen an einen Lüfter oder Verdampfer gestellt:
    • neben der Temperatur, der. Luftfeuchte (dem sogenannten Raumklima) und dem Temperaturgradienten δT spielen noch die Luftgeschwindigkeit bzw.die Luftzirkulation und die Geräuschentwicklung eine wesentliche Rolle. Weiterhin sind die Außenabmessungen des Lüfters oder Verdampfers und auch sein Energieverbrauch wichtig.
  • Üblicherweise werden Verdampfer mit hohem Luftdurchsatz angeboten, die als Wärmetauscherblock mit Kupferrohren und Aluminiumlamellen gefertigt werden. Dabei werden die Kupferrohre als primäre Oberfläche und die Aluminiumlamellen als sekundäre Oberfläche bezeichnet.
  • Im Oberbegriff des neuen Anspruchs 1 wird auf die US 2,454,654 (D1) Bezug genommen. Diese zeigt einen Verdampfer mit Rippenrohren, die durch horizontal angeordnete Abstandsbleche 24 voneinander getrennt sind. Die Abstandsbleche 24 sind erforderlich, damit das Kondensat in eine Sammelpfanne 62 am unteren Ende des Verdampfers abtropfen kann. Von dort wird es in eine Sammelleitung 64 übergeleitet und dann entsorgt.
  • Da nach dem US-Patent zwischen den Rippenrohren Jeweils horizontale Abstandsbleche 24 angeordnet sind, müssen die Rippen - wie die Fig. 1 und 2 des US-Patents zeigen, ringförmig um jedes einzelne Verdampferrohr herumgeführt werden. Diese Anordnung ist technisch aufwendig und außerdem besteht wegen des kleinen Rippenabstandes Vereisungsgefahr. Untersuchungen haben femer gezeigt, dass bei einer großen Zahl von kleinen, einzeln beabstandeten Rippen eine hohe Geräuschentwicklung auftritt, so dass die Verwendung in Arbeitsräumen mit erheblichen Nachteilen verbunden ist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es die Konstruktion von luftgekühlten Verflüssigern oder Verdampfern derart zu verbessern, dass bei minimalem Platzverbrauch eine optimale Luftverteilung unter niedriger Geräuschentwicklung erreicht wird. Gleichzeitig sollen Luftgeschwindigkeit und δT innerhalb weiter Grenzen einstellbar sein, wobei auch in der hohen Leistungsstufe noch ein relativ niedriger Energieverbrauch erreicht werden soll.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafterweise sind die Kühlmittelrohre halbkreisförmig auf der Außenfläche des kreisbogenförmigen Gehäuses angeordnet. Sie liegen in Abständen übereinander mit konstanten Radius wobei die Rippen senkrecht zu den Radien verlaufen und die Kühlmittelrohre mit größerem Lamellenabstand untereinander verbunden sind. Vorzugsweise beträgt der Lamellenabstand zwischen 6- und 10 mm, wobei der Zwischenraum zwischen den Rohren und den senkrecht verlaufenden Rippen oder Lamellen als Diffusor ausgebildet sein sollte.
  • Bei einem Horizontalschnitt durch den erfindungsgemäßen Lüfter/Verdampfer ist der Abstand der Lamellen in der Kreisebene von einem Minimum Amin auf der dem Kreismittelpunkt zugewandten Seite auf einem Abstandsmaximum Amax an der äußeren Gehäuseseite ansteigend ausgebildet. Mittels geeigneter Vorrichtungen kann die Abstrahlrichtung und der Volumenstrom des luftgekühltem Verflüssigers oder Verdampfers über die Diffusoröffnungen zwischen den Lamellen beziehungsweise Rippen der Kühlmittelrohre einstellbar ausgeführt werden, wobei der Raum zwischen dem perforierten Zylinderabschnitt und den Innenkanten der verripten Kühlmittelrohre als Stauraum ausgebildet ist.
  • Bevorzugt werden Kreissegmente mit Segmentwinkeln α von 45°, 60°, 90°, 180° oder 360° eingesetzt. Damit ist eine optimale Nutzung des Kühlraumes möglich. Die Platzierung des erfindungsgemäßen Verflüssigers oder Verdampfers kann in einer Ecke, an der Wand oder in der Mitte des zu kühlenden Raumes erfolgen. Der größere Lamellenabstand ist wegen der Vermeidung von Vereisungen besonders günstig, wobei runde Lamellenpakete mit integralen Lamellen von bis zu vier Rohrreihen in der Tiefe hergestellt werden können.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Aussführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    verschiedene Ansichten eines halbkreisförmigen Verflüssigers oder Verdampfers gemäß der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 2
    halbkreisförmiger Verdampfer in Explosivdarstellung,
    Fig. 3
    Ausschnittsvergrößerung im Lamellenbereich eines halbkreisförmigen Verflüssigers oder Verdampfers,
    Fig. 4
    verschiedene Ansichten eines 90° Segmentes des erfindungsgemäßen Verflüssigers oder Verdampfers,
    Fig. 5
    verschiedene Ansichten eines ring- oder kreisförmigen Verflüssigers oder Verdampfers.
  • In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßer luftgekühlter Verflüssiger oder Verdampfer dargestellt, bestehend aus einem Zylindersegment mit Halbkreisgrundfläche, das als Lüfter- oder Verdampfergehäuse 1 mit zylinderschalenförmig gebogenen und gerippten Kühlmittelrohren 2 ausgebildet ist. Das Gehäuse 1 ist nur an der Außenfläche 3 offen, so dass eine Abstrahlung aus dem Zylindersegment in Pfeilrichtung möglich ist.
  • Nach oben und unten ist das Gehäuse 1 durch eine obere und untere halbkreisförmige Abdeckung 4,5 verschlossen. Die Rückseite wird durch eine ebene Rückwand 6 gebildet.
  • Figur 2 zeigt ebenfalls einen gemäß Fig. 1 ausgebildeten Verflüssiger oder Verdampfer, jedoch in Explosivdarstellung. Nach Demontage der oberen und unteren Abdeckung 4,5 sowie der Rückwand 6 sind die Anschlussenden 11,12 der halbkreisförmig gebogenen Kühlmittelrohre 2 mit dem Radius R zu erkennen. An den offenen Anschlussenden 11,12 sind rückseitige Platten 9,10 angeordnet bzw. angeschraubt. Mit den rückseitigen Platten 9,10 werden die Abstände A der Kühlmittelrohre 2 festgelegt. Außerdem sind die Rohrbögen 13-18 zu erkennen. Somit ergibt sich eine durchgehende Verbindung zwischen den einzelnen Kühlmittelrohren.
  • An der unteren Abdeckung 5 sind Ventilatoren 7 angeordnet, die von außen Luft in das Gehäuse blasen. Die eingeblasenen Luft kann nur über die verrippten Kühlmittelrohre 2 durch die kreisförmige Außenfläche 3 entweichen.
  • Figur 3 zeigt eine Ausschnittsvergrößerung der verippten Kühmittelrohre 2 im Bereich einer rückseitigen Platte 9. Ferner ist ein oberer Rohrbogen 15 zu erkennen, der die im oberen Bereich angeordneten Kühlmittelrohre 2a, 2b verbindet.
  • Die übereinander angeordneten Kühlmittelrohre 2b, 2c, 2d, 2e, 2f weisen gemeinsame Rippen- oder Lamellenflächen auf. Es existiert daher eine Rippenebene E, die senkrecht zu der durch die Radien R gebildete Ebene verläuft. Zwischen den Rippen ist ein Rippenraum für den Durchtritt der zu kühlenden oder der bereits gekühlten Luft ausgebildet.
  • Weiterhin sind Ventilatoren 8 zu erkennen, die an der unteren Abdeckung 5 befestigt sind und die Luft in den halbkreisförmigen Innenraum blasen. Um einen festen Sitz der gerippten Kühlmittelrohre zu garantieren, sind in der unteren Abdeckung 5 entsprechend geformte Abkanntungen bzw. Vertiefungen 5A;5B eingearbeitet. Durch Formschluss mit dem Lamellenkörper der Kühlmittelrohre wird eine feste Verbindung geschaffen, die gleichzeitig auch geringe Spaltverluste aufweist. Im Abstand von den Innenkanten der verripten Kühlmittelrohre ist ein perforierter Zylinderabschnitt angebracht, der eine luftdurchlässige Rückwand 6 bildet.
  • Die Figuren 4 und 5 zeigen alternative Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verflüssigers oder Verdampfers. Es sind sowohl Viertelkreissegmente als auch Vollkreissegmente darstellbar, wobei die Kühlmittelrohre und die Abdeckungen entsprechend als Viertelkreis oder im Vollkreis ausgebildet sind.
  • Weitere Besonderheiten zeigen die Anschlussenden, die beim Viertelkreis auf der sichtbaren Seite des erfindungsgemäßen Verflüssigers oder Verdampfers austreten. Es lassen sich aber auch durch geringfügige Änderungen die Anschlussenden in die Rückseiten oder in die obere Abdeckung integrieren.
  • Vorzugsweise sind an die Rückwand (6, 6a, 6b) und die Außenfläche 3 zur rückseitigen Abtrennung des Stauraums Platten 9,10 der Zylindersegmente angeschraubt. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, sind die Zwischenräume zwischen den Rohren und den senkrecht verlaufenden Rippen oder Lamellen als Diffusor ausgebildet, wobei der Abstand der Lamellen in der Kreisebene von einem Minimum (Amin) auf der dem Kreismittelpunkt zugewandten Seite auf ein Abstandsmaximum (Amax) an der äußeren Gehäuseseite ansteigt.
    Durch Verwendung verschieden breiter Platten 9, 10 ist die Abstrahlrichtung und der Volumenstrom des luftgekühlten Verflüssigers oder Verdampfer über die Diffusoröffnung zwischen den Lamellen bzw. Rippen der Kühlmittelrohre einstellbar.

Claims (11)

  1. Luftgekühlter Verflüssiger oder luftbeheizter Verdampfer, bestehend aus einem Lüfter-Verdampfergehäuse, in dem mindestens ein Gebläse vor mehreren gebogenen und gerippten Kühlmittelrohren angeordnet ist, die eine kreisbogenförmige Außenfläche des Gehäuses bilden und in Abstanden A übereinander mit jeweils konstantem Radius R angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfter-Verdampfergehäuse (1) aus einem oder mehreren Zylindersegmenten besteht und die Ubereinander angeordneten Kühlmittelrohre gemeinsame Rippen- oder Lamellenflächen aufweisen, die eine Rippenebene E senkrecht durch die von den Radien R gebildeten Ebene bilden und die übereinander angeordneten Kuhlmittelrohre (2) miteinander verbindet, wobei zwischen den Rippen ein als Diffusor ausgebildeter Rippenraum für den Durchtritt der zu kühlenden oder bereits gekühlten Luft entsteht.
  2. Luftgekühlter Verflüssiger oder luftbeheizter Verdampfer nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass die Zylindersegmente als ringförmige Segmente ausgebildet sind, wobei im Abstand von den Innenkanten der verrippten Kühlmittelrohre (2) ein perforierte Zylinderabschnitt als Rückwand (6) angeordnet ist.
  3. Luftgekühlter Verflüssiger oder luftbeheizter Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder-Segmente mit einer oberen und unteren Abdeckung (4,5) versehen sind, die zusammen mit der Rückwand (6,6a,6b) das Gehäuse bilden.
  4. Luftgekühlter Vertlüssiger oder luftbeheizter Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Abstandshalter (19) zwischen der Rückwand (6,6c,6b) und den Innenkanten der verrippten Kühlmittelrohre angeordnet sind.
  5. Luftgekühlter Verflüssiger oder luftbeheizter Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Ventilatoren (7,8) an der Rückwand(6,6a,6b) oder an der unteren Abdeckung (5) angeordnet sind.
  6. Luftgekühlter Verflüssiger oder luftbeheizter Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum zwischen dem perforierten Zylinderabschnitt und den Innenkanten der verrippten Kühlmittelrohre als Stauraum ausgebildet ist.
  7. Luftgekühlter Verflüssiger oder luftbeheizter Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die Rückwand (6,6a,6b) und die Außenfläche (3) zur rückseitigen Abtrennung des Stauraums Platten (9,10) der Zylinder-Segmente angeschraubt sind.
  8. Luftgekühlter Verflüssiger oder luftbeheizter Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (9,10) einerseits die Anschlussenden (11,12) der halbkrelsförmigen Kühlmittelrohre und andererseits Rohrbögen (13-18) enthalten, die mit den oberen und unteren Abdeckungen (4,5) und mit dem Zylindersegment des Lüftergehäuses allseitig umschlossen sind.
  9. Luftgekühlter Verflüssiger oder luftbeheizter Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die senkrecht verlaufenden Rippen zwischen den Kohlmittelrohren als Abstandshalter für die obere- und untere Abdeckung fungieren.
  10. Luftgekühlter Verflüssiger oder luftbeheizter Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Lamellen in der Kreisebene von einem Minimum (Amin) auf der dem Kreismittelpunkt zugewandten Seite auf ein Abstandmaximum (Amax) an der äußeren Gehäuseseite ansteigt.
  11. Luftgekühlter Verflüssiger oder luftbeheizter Verdampfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstrahlrichtung und der Volumenstrom des luftgekühlten Verflüssigers oder Verdampfers über die Diffusoröffnung zwischen den Lamellen bzw. Rippen der Kühlmittelrohre einstellbar ist.
EP02009647A 2001-05-12 2002-04-27 Luftgekühlter Verflüssiger oder luftbeheizter Verdampfer Expired - Lifetime EP1256770B1 (de)

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DE20107972U1 (de) 2001-07-26
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