WO2021228426A1 - Klimaanlage - Google Patents

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WO2021228426A1
WO2021228426A1 PCT/EP2021/000036 EP2021000036W WO2021228426A1 WO 2021228426 A1 WO2021228426 A1 WO 2021228426A1 EP 2021000036 W EP2021000036 W EP 2021000036W WO 2021228426 A1 WO2021228426 A1 WO 2021228426A1
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heat exchanger
air
conditioning system
evaporator heat
air conditioning
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PCT/EP2021/000036
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English (en)
French (fr)
Inventor
Eugen Presler
Original Assignee
Truma Gerätetechnik GmbH & Co. KG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00507—Details, e.g. mounting arrangements, desaeration devices
    • B60H1/00514—Details of air conditioning housings
    • B60H1/00521—Mounting or fastening of components in housings, e.g. heat exchangers, fans, electronic regulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00357—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles
    • B60H1/00364—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles for caravans or trailers

Definitions

  • the present invention relates to an air conditioner for cooling a room. It is preferably an air conditioning system that is to be attached to the roof of a vehicle (e.g. a mobile home or a caravan).
  • a vehicle e.g. a mobile home or a caravan.
  • the object on which the invention is based is to propose an air conditioning system with improved properties compared to the prior art.
  • the invention solves the problem by an air conditioning system for cooling air, the air conditioning system having at least one housing and an evaporator heat exchanger, the air to be cooled passing through the evaporator heat exchanger, the evaporator heat exchanger being arranged on a support surface of the housing, wherein the support surface has at least one rib, and wherein the at least one rib is designed in such a way that the rib conducts air below the evaporator heat exchanger into the evaporator heat exchanger.
  • the evaporator heat exchanger is a part of the evaporator in which the thermal energy of the air to be cooled is transferred to the coolant. For this purpose, the air is passed through the evaporator heat exchanger.
  • the evaporator heat exchanger is arranged in a housing and rests on a support surface.
  • the air conditioning system is a so-called roof air conditioning system, which is therefore attached, for example, to the roof of a caravan or a mobile home, the Support surface in the direction of the roof and forms part of the floor of the air conditioning system.
  • the support surface does not have a flat or planar shape, but has at least one rib.
  • the rib causes air that flows under the evaporator heat exchanger to be guided into the evaporator heat exchanger from below.
  • the rib guides the air and redirects it in a targeted manner. This prevents that uncooled air gets into the interior or that condensation water can be absorbed and carried along. This is preferably possible through the shaping of that flank of the rib against which the air flow flows.
  • the evaporator heat exchanger is preferably designed to be open in the direction of the support surface, so that the air can flow into it from below. In one embodiment, there are several ribs, each of which is designed in such a way that they guide air below the evaporator heat exchanger into the evaporator heat exchanger.
  • the bearing surface has exactly one rib.
  • the contact surface thus has a depression or a lowered area in which only one rib is located.
  • the evaporator heat exchanger rests on the support surface with only two side end components. In this variant, the evaporator heat exchanger is therefore not supported on the rib.
  • the side end components are designed as essentially flat end plates.
  • tubes for guiding the coolant are attached to the side end components.
  • the side end components also carry pipe sections via which the direction of flow of the coolant is deflected.
  • One embodiment provides that the housing and the support surface are designed and coordinated with one another in such a way that, alternatively, at least two different evaporator heat exchangers can be fixed in the housing.
  • the air conditioning systems differ at least in terms of the evaporator heat exchanger that z. B. have different cooling capacities.
  • the two different evaporator heat exchangers each have side end components of the same size.
  • the dimensioning relates at least to the dimensions of the area with which the side end components rest on the support surface.
  • One embodiment consists in that the evaporator heat exchangers differ from one another in terms of the number of rows of tubes for carrying a refrigerant.
  • the coolant is passed through a tubular structure.
  • the tubes are arranged in rows one above the other, so that a meandering course results for the coolant.
  • the tubes of the individual rows are connected to one another on the sides of the evaporator heat exchanger (that is to say in the area of the side end components) for the coolant.
  • the at least one rib is oriented essentially perpendicular to a direction of flow of the air through the evaporator heat exchanger.
  • the upper edge (or the back) of the rib runs perpendicular to the direction of flow.
  • the rib has a triangular cross-section, with the lateral flanks being curved in one embodiment.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an air conditioner
  • FIG. 2 shows a section through part of an embodiment of an air conditioning system
  • FIG. 3 shows a view of a three-dimensional representation of a further embodiment of an air conditioning system without a part of the housing
  • FIG. 5 shows a section similar to that of FIG. 2 through part of an alternative embodiment of an air conditioning system.
  • 1 shows schematically the structure of an air conditioning system 1 for cooling a room 100.
  • the cooling circuit or cooling process implemented therewith is described, for example, in WO 2007/042065 A1.
  • the space 100 is, for example, the interior of a caravan or a mobile home.
  • the air conditioning system 1 is therefore attached to the vehicle roof of the caravan or mobile home for this application.
  • a compressor an alternative name is compressor
  • compresses a gaseous refrigerant which thus absorbs heat and is transported via a refrigerant line to a condenser (alternative name: condenser) 4.
  • the heat of the refrigerant is given off to the ambient air (or outside air) from the environment around the room 100.
  • the compressed refrigerant liquefies.
  • the liquid refrigerant which is still under high pressure, is expanded to a lower pressure in an expansion device 5.
  • the refrigerant cools down.
  • the refrigerant arrives at an evaporator 6, through which the air of the room 100 to be cooled is guided by means of an evaporator fan 60.
  • the air transfers its heat to the refrigerant, which turns into a gaseous state.
  • the gaseous refrigerant finally reaches the compressor 2 so that the cooling cycle can be continued.
  • the described components of the air conditioning system 1 are located in a housing 10 which, depending on the configuration, consists of two shells.
  • the housing 10 and the components are also designed and coordinated with one another in such a way that the housing is used to fasten the components of the air conditioning system 1 by means of a form fit.
  • FIG. 2 shows a section along a longitudinal axis through part of the configuration of an air conditioning system
  • FIG. 3 shows a three-dimensional view of a further configuration of an air conditioning system. Both figures are described together below.
  • the air conditioner has a heat exchanger 61 and a blower 60 that passes air through the heat exchanger 61 to be cooled.
  • the heat exchanger 61 can also be referred to as an internal or internal heat exchanger, since it cools the internal air of the room.
  • the air conditioning not only cools the room air, it also dries it.
  • the moisture in the air accumulates as condensation (an alternative term used is condensate) and collects in particular on the evaporator heat exchanger 61.
  • FIG. 2 has four rows and in FIG. 3 three rows of tubes 62 through which the refrigerant is guided.
  • the tubes 62 show up as circles.
  • the connection of the tubes 62 via deflection pieces in the side end components 66 is illustrated in FIG. 3.
  • FIG. 4 allows a plan view of the arrangement of FIG. 2.
  • the evaporator heat exchanger 61 is clamped in the housing 10 from above and below and is thereby held in its position by the housing 10.
  • Fig. 5 shows an evaporator heat exchanger 61 having three rows of tubes. It is indicated here that the side end component 66 has the same axial extent as in the embodiment of FIG. 2.
  • the evaporator heat exchanger 61 stands upright in the housing 10 and the condensation water drips downward under the force of gravity. At the foot of the evaporator heat exchanger 61, the condensed water is then with suitable - not shown here - geometries or z. B. discharged by a pump. As can be seen, it is not a flat or planar support surface 63, but rather a single rib 64 which extends below and along the lower side of the evaporator / heat exchanger 61.
  • the rib 64 is laterally adjoined by valleys in which the condensation water collects and can flow off in the direction of - not shown here - drainage openings.
  • the rib structure prevents air from flowing incorrectly and thus uncooled under the evaporator heat exchanger 61. This takes place in that the air is directed through the rib 64 into the evaporator heat exchanger 61. Furthermore, this also prevents air below the heat exchanger 61 from absorbing the condensate and carrying it on.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Klimaanlage (1) zum Kühlen von Luft mit einem Gehäuse (10) und einem Verdampfer-Wärmetauscher (61). Die zu kühlende Luft passiert den Verdampfer-Wärmetauscher (61), der auf einer Auflagefläche (63) des Gehäuses (10) angeordnet ist. Die Auflagefläche (63) weist mindestens eine Rippe (64) auf, die Luft unterhalb des Verdampfer-Wärmetauschers (61) hinein in den Verdampfer-Wärmetauscher (61) leiten.

Description

Klimaanlage
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Klimaanlage zum Kühlen eines Raumes. Vorzugweise handelt es sich um eine auf dem Dach eines Fahrzeugs (z. B. eines Wohnmobils oder eines Wohnwagens) zu befestigende Klimaanlage.
Das der Luftkühlung zugrundeliegende Prinzip der Kälteerzeugung mittels eines Kühlkreislaufs ist seit langem bekannt und beispielsweise in der WO 2007/042065 A1 beschrieben. Vorhanden sind in solchen Klimaanlagen zumeist zwei Gebläse und zwei Wärmetauscher: Ein Gebläse und ein zugeordneter Wärmetauscher gehören zum Verdampfer, in dem die Luft des zu kühlenden Raumes durch die Wechselwirkung mit dem Kältemittel abgekühlt wird. Ein weiteres Gebläse und ein zugeordneter Wärmetauscher gehören zum Verflüssiger, in welchem thermische Energie des Kältemittels auf die Umgebungsluft übertragen und somit abgeführt wird. Klimaanlagen oder Kraftfahrzeuge lassen sich beispielsweise der DE 10 2009 028 522 B4, der DE 103 61 989 A1 , der US 3,528,607, der US 5,632,328, der EP 2 527 173 A1 oder der CN 204006805 U entnehmen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Klimaanlage mit gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Eigenschaften vorzuschlagen.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine Klimaanlage zum Kühlen von Luft, wobei die Klimaanlage mindestens ein Gehäuse und einen Verdampfer-Wärmetauscher aufweist, wobei die zu kühlende Luft den Verdampfer-Wärmetauscher passiert, wobei der Verdampfer-Wärmetauscher auf einer Auflagefläche des Gehäuses angeordnet ist, wobei die Auflagefläche mindestens eine Rippe aufweist, und wobei die mindestens eine Rippe derartig ausgestaltet ist, sodass die Rippe Luft unterhalb des Verdampfer-Wärmetauschers hinein in den Verdampfer-Wärmetauscher leitet.
Der Verdampfer-Wärmetauscher ist ein Teil des Verdampfers, in dem die thermische Ener gie der zu kühlenden Luft auf das Kühlmittel übertragen wird. Hierfür wird die Luft durch den Verdampfer-Wärmetauscher hindurchgeführt. Der Verdampfer-Wärmetauscher ist in einem Gehäuse angeordnet und ruht auf einer Auflagefläche. Insofern es sich bei der Klimaanlage um eine sogenannten Dachklimaanlage handelt, die also beispielsweise auf dem Dach eines Wohnwagens oder eines Wohnmobils befestigt wird, befindet sich die Auflagefläche in Richtung des Dachs und bildet quasi einen Teil des Bodens der Klimaanlage. Die Auflagefläche weist keine flache oder plane Form auf, sondern verfügt über min destens eine Rippe. Die Rippe bewirkt, dass Luft, die unter den Verdampfer-Wärmetau scher hindurchströmt, von unten hinein in den Verdampfer-Wärmetauscher geleitet wird. Die Rippe führt die Luft und lenkt sie gezielt um. Damit wird verhindert, dass ungekühlte Luft in den Innenraum gelangt oder dass Kondenswasser aufgenommen und mitgeführt werden kann. Dies ist vorzugsweise durch die Ausformung derjenigen Flanke der Rippe möglich, die von dem Luftstrom angeströmt wird. Weiterhin ist hierfür vorzugsweise der Verdampfer-Wärmetauscher in Richtung der Auflagefläche offen ausgestaltet, sodass die Luft von unten in ihn hineinströmen kann. In einer Ausgestaltung sind mehrere Rippen vor handen, die jeweils derartig ausgestaltet sind, dass sie Luft unterhalb des Verdampfer-Wär metauschers hinein in den Verdampfer-Wärmetauscher leiten.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Auflagefläche genau eine Rippe aufweist. Die Auf lagefläche verfügt somit in dieser Ausgestaltung über eine Vertiefung bzw. einen abgesenk ten Bereich, in dem sich nur die eine Rippe befindet.
Gemäß einer Ausgestaltung liegt der Verdampfer-Wärmetauscher nur mit zwei Seitenend komponenten auf der Auflagefläche auf. In dieser Variante stützt sich der Verdampfer-Wär metauscher somit nicht auf der Rippe ab. Die Seitenendkomponenten sind in einer Ausgestaltung als im Wesentlichen plane Endbleche ausgeführt. An den Seitenendkomponenten sind in einer Ausgestaltung Röhren zum Führen des Kühlmittels befestigt. In einer Ausgestaltung tragen die Seitenendkomponenten weiterhin Rohrabschnitte, über die die Strömungsrichtung des Kühlmittels umgelenkt wird.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Gehäuse und die Auflagefläche derartig ausgestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass alternativ mindestens zwei unterschiedliche Ver dampfer-Wärmetauscher in dem Gehäuse fixierbar sind. In dieser Ausgestaltung ist es möglich, ein Gehäuse für unterschiedliche Varianten der Klimaanlage zu verwenden. Die Klimaanlagen unterscheiden sich dabei zumindest in Bezug auf die Verdampfer-Wärmetauscher, die z. B. über unterschiedliche Kühlleistungen verfügen.
Gemäß einer Variante verfügen die zwei unterschiedlichen Verdampfer-Wärmetauscher jeweils über gleich dimensionierte Seitenendkomponenten. Die Dimensionierung bezieht sich dabei zumindest auf die Abmessungen des Bereichs, mit dem die Seitenendkomponenten auf der Auflagefläche aufliegen.
Eine Ausgestaltung besteht darin, dass sich die Verdampfer-Wärmetauscher in Bezug auf die Anzahl von Reihen von Röhren für das Führen eines Kältemittels voneinander unter scheiden. Um eine möglichst große Wirkoberfläche zu erzeugen, wird das Kühlmittel durch eine Röhrenstruktur hindurchgeführt. Die Röhren sind dabei in Reihen übereinander angeordnet, sodass sich für das Kühlmittel jeweils ein mäandrierender Verlauf ergibt. In einer Ausgestaltung sind die Röhren der einzelnen Reihen an den Seiten des Verdampfer-Wärmetauschers (also im Bereich der Seitenendkomponenten) für das Kühlmittel miteinander verbunden.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die mindestens eine Rippe im Wesentlichen senkrecht zu einer Durchströmungsrichtung der Luft durch den Verdampfer-Wärmetauscher orientiert ist. Die Oberkante (oder der Rücken) der Rippe verläuft in dieser Ausgestaltung senkrecht zur Durchströmungsrichtung. Die Rippe hat in einer Ausgestaltung einen dreieckigen Quer schnitt, wobei in einer Ausgestaltung die seitlichen Flanken gekrümmt sind.
Im Einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Klimaanlage auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Klimageräts,
Fig. 2 einen Schnitt durch einen Teil einer Ausgestaltung einer Klimaanlage,
Fig. 3 eine Sicht auf eine räumliche Darstellung einer weiteren Ausgestaltung einer Klimaanlage ohne einen Teil des Gehäuses,
Fig. 4 eine Draufsicht auf den Bereich des Verdampfers und
Fig. 5 einen Schnitt ähnlich dem der Fig. 2 durch einen Teil einer alternativen Ausgestaltung einer Klimaanlage. Die Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Klimaanlage 1 zum Kühlen eines Raumes 100. Der damit realisierte Kühlkreislauf oder Kälteprozess ist beispielsweise in der WO 2007/042065 A1 beschrieben. Bei dem Raum 100 handelt es sich beispielsweise um den Innenraum eines Wohnwagens oder eines Wohnmobils. Die Klimaanlage 1 ist somit für diesen Anwendungsfall auf dem Fahrzeugdach des Wohnwagens bzw. des Wohnmobils befestigt. Für den Kälteprozess verdichtet ein Kompressor (eine alternative Bezeichnung ist Verdichter) 2 ein gasförmiges Kältemittel, das damit Wärme aufnimmt und über eine Kältemittelleitung zu einem Verflüssiger (alternative Bezeichnung: Kondensator) 4 transportiert wird. Im Verflüssiger 4 wird die Wärme des Kältemittels an die Umgebungsluft (oder Außenluft) aus der Umgebung um den Raum 100 herum abgegeben. Infolge der Abgabe der Wärme verflüssigt sich das verdichtete Kältemittel. Das flüssige und weiterhin unter hohem Druck stehende Kältemittel wird in einer Expansionseinrichtung 5 auf einen niedrigeren Druck entspannt. Dabei kühlt das Kältemittel ab. Im nächsten Schritt gelangt das Kältemittel zu einem Verdampfer 6, durch den die Luft des zu kühlenden Raumes 100 mittels eines Verdampfer-Gebläses 60 geführt wird. Die Luft überträgt ihre Wärme auf das Kältemittel, welches in den gasförmigen Zustand übergeht. Das gasförmige Kältemittel ge langt schließlich zurück zu dem Kompressor 2, sodass der Kühlkreislauf fortgeführt werden kann. Die beschriebenen Komponenten der Klimaanlage 1 befinden sich in einem Gehäuse 10, das je nach Ausgestaltung aus zwei Schalen besteht. Dabei sind das Gehäuse 10 und die Komponenten auch so ausgestaltet und aufeinander abgestimmt, dass das Gehäuse der Befestigung der Komponenten der Klimaanlage 1 durch Formschluss dient.
In der Fig. 2 ist ein Schnitt entlang einer Längsachse durch einen Teil der Ausgestaltung einer Klimaanlage und in der Fig. 3 ist eine räumliche Sicht auf eine weitere Ausgestaltung einer Klimaanlage dargestellt. Beide Abbildungen werden im Folgenden gemeinsam be schrieben. Die Klimaanlage verfügt über einen Wärmetauscher 61 und ein Gebläse 60, das Luft durch den Wärmetauscher 61 führt, damit es abgekühlt wird. Der Wärmetauscher 61 kann dabei auch als innerer oder interner Wärmetauscher bezeichnet werden, da er die innere Luft des Raums kühlt. Die Klimaanlage bewirkt nicht nur das Abkühlen der Raumluft, sondern auch eine Trocknung. Die in der Luft befindliche Feuchtigkeit fällt dabei als Kon- denswasser (eine alternativ gebrauchte Bezeichnung ist Kondensat) an und sammelt sich insbesondere am Verdampfer-Wärmetauscher 61. Der in der Fig. 2 dargestellte Verdampfer-Wärmetauscher 61 verfügt über vier Reihen und in der Fig. 3 über drei Reihen von Röhren 62, durch die das Kältemittel geführt wird. Im Schnitt der Fig. 2 entlang der Seitenendkomponente 66 zeigen sich die Röhren 62 als Kreise. Die Verbindung der Röhren 62 über Umlenkstücke in den Seitenendkomponenten 66 verdeutlicht die Fig. 3.
Die Fig. 4 erlaubt eine Draufsicht auf die Anordnung der Fig. 2. Der Verdampfer-Wärmetauscher 61 ist im Gehäuse 10 von oben und unten eingeklemmt und wird dadurch vom Gehäuse 10 in seiner Position gehalten.
Die Fig. 5 zeigt einen Verdampfer-Wärmetauscher 61 mit drei Reihen von Röhren. Angedeutet ist hier, dass die Seitenendkomponente 66 die gleiche axiale Erstreckung wie bei der Ausgestaltung der Fig. 2 aufweist. Der Verdampfer-Wärmetauscher 61 steht aufrecht in dem Gehäuse 10 und das Kondens- wasser tropft durch die Schwerkraft nach unten. Am Fuß des Verdampfer-Wärmetauschers 61 wird das Kondenswasser dann mit passenden - hier nicht dargestellten - Geometrien oder z. B. durch eine Pumpe abgeführt. Wie zu erkennen, handelt es sich nicht um eine flache oder plane Auflagefläche 63, sondern es ist eine einzelne Rippen 64 vorhanden, die sich unterhalb und entlang der unteren Seite des Verdampfer-Wärmetauschers 61 erstreckt. An die Rippe 64 grenzen seitlich Täler an, in denen sich das Kondenswasser sam meln und in Richtung von - hier nicht dargestellten - Ablauföffnungen abfließen kann. Durch die Rippenstruktur wird verhindert, dass Luft fehlerhafterweise und somit ungekühlt unter dem Verdampfer-Wärmetauscher 61 hindurchströmt. Dies geschieht dadurch, dass die Luft durch die Rippe 64 hinein in den Verdampfer-Wärmetauscher 61 gelenkt wird. Wei terhin verhindert dies auch, dass Luft unterhalb des Wärmetauschers 61 das Kondensat aufnimmt und weiterträgt.

Claims

Patentansprüche
1. Klimaanlage (1 ) zum Kühlen von Luft, wobei die Klimaanlage (1) mindestens ein Gehäuse (10) und einen Verdampfer- Wärmetauscher (61) aufweist, wobei die zu kühlende Luft den Verdampfer-Wärmetauscher (61) passiert, wobei der Verdampfer-Wärmetauscher (61) auf einer Auflagefläche (63) des Ge häuses (10) angeordnet ist, wobei die Auflagefläche (63) mindestens eine Rippe (64) aufweist, und wobei die mindestens eine Rippe (64) derartig ausgestaltet ist, sodass die Rippe (64) Luft unterhalb des Verdampfer-Wärmetauschers (61 ) hinein in den Verdampfer- Wärmetauscher (61) leitet.
2. Klimaanlage (1) nach Anspruch 1, wobei die Auflagefläche (63) genau eine Rippe (64) aufweist.
3. Klimaanlage (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Verdampfer-Wärmetauscher (61) nur mit zwei Seitenendkomponenten (66) auf der Auflagefläche (63) aufliegt.
4. Klimaanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Gehäuse (10) und die Auflagefläche (63) derartig ausgestaltet sind, dass alternativ mindestens zwei unterschiedliche Verdampfer-Wärmetauscher (61) in dem Gehäuse (10) fixierbar sind.
5. Klimaanlage (1) nach Anspruch 4, wobei die zwei Verdampfer-Wärmetauscher (61) jeweils gleich dimensionierte Seitenendkomponenten (66) aufweisen.
6. Klimaanlage (1) nach Anspruch 4 oder 5, wobei sich die Verdampfer-Wärmetauscher (61 ) in Bezug auf die Anzahl von Reihen von Röhren (62) für das Führen eines Kältemittels voneinander unterscheiden.
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