DE19841686C2 - Entspannungseinrichtung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Verdichterkältemaschine, die einen
das Kältemittel zu einem überkritischen Druck komprimierenden
Verdichter, einen durch einen Wärmeaustausch mit der Luft das
komprimierte Kältemittel kühlenden Gaskühler, eine das gekühlte
Kältemittel unter den kritischen Druck expandierende
Entspannungsmaschine und einen durch einen Wärmeaustausch mit
der Luft das expandierte Kältemittel verdampfenden Verdampfer
umfaßt.
Beim klassischen Kaltdampfprozeß findet eine isenthalpe
Zustandsänderung durch Entspannung des Kältemittels in einer
Drossel statt. Aus der DE 195 22 884 A1 ist eine gattungsgemäße
Verdichterkältemaschine bekannt, die aber Drosseleinrichtungen
als Entspannungseinrichtungen verwendet. Insbesondere bei
Verdichter-Kältemaschinen hoher Kälteleistung ist auch die
Verwendung von arbeitsleistenden Entspannungsmaschinen (als
Entspannungs- oder Expansionsmaschine oder Expander bezeichnet)
bekannt. Fig. 8 zeigt einen Kolben-Expander 100 als
Entspannungsmaschine, der aus einem Zylinder 101, einem Kolben
102 und Ventilen 103 und 104 besteht.
Das in der Kältemaschine eingesetzte Kältemittel wird vom
verflüssigten Zustand aus bei hohem Druck in der
Entspannungsmaschine auf einen niedrigen Druck in das
Zweiphasengebiet entspannt. Die bei der Entspannung geleistete
Arbeit kann zur Verdichtung des Arbeitsmittels, zur Erzeugung
von elektrischer Energie usw. genutzt werden.
Häufig wird die Arbeit auch nicht genutzt, sondern in
Reibungswärme gewandelt und an die Umgebung abgeführt, da der
Hauptzweck der arbeitsleistenden Entspannungsmaschine meistens
auf eine Erhöhung der Kälteleistung und nicht auf die Gewinnung
von mechanischer Leistung zielt. Für die Volumenänderungsarbeit
der Entspannung wird in der Regel als thermodynamische
Vergleichsgrundlage eine isentrope Zustandsänderung angenommen.
Die insgesamt abführbare Arbeit (übliche Bezeichnung technische
Arbeit) setzt sich zusammen aus der Volumenänderungsarbeit und
der Verschiebearbeit, vgl. Fig. 9.
Durch die Entspannung des flüssigen Kältemittels in das
Zweiphasengebiet verdampft ein Teil des Kältemittels und es
findet eine Volumenvergrößerung statt. "Hartmann, K.:
Kreisprozeßverbesserung durch Entspannungsmaschine. Ki Luft-
und Kältetechnik 9/1994, 421/424" zeigt, daß als
Entspannungsmaschinen in der Regel Strömungsmaschinen
eingesetzt werden. Ein Zahnradmotor per se in hydraulischen
Maschinen ist beispielsweise aus der DE 41 31 159 A1 bekannt.
In neuerer Zeit wird aus Umweltschutzgesichtspunkten die
Verwendung von Kohlendioxid in Verdichter-Kältemaschinen
vorgeschlagen. In vielen Anwendungen ist eine Wärmeabgabe der
Kältemaschine oberhalb von 35°C erforderlich. Die speziellen
Eigenschaften von Kohlendioxid führen zu einer geänderten
sogenannten transkritischen Prozeßführung, bei der vom
überkritischen Zustand aus das Kältemittel entspannt wird, vgl.
Fig. 10. Gegenüber den herkömmlich eingesetzten halogenierten
Kohlenwasserstoffen sind die Kälteleistungszahlen bei
Kohlendioxid - je nach Temperaturbedingungen - bis zu etwa 30%
niedriger. Durch eine arbeitsleistende Entspannung und Nutzung
der Arbeit in einer zweiten Verdichterstufe, vgl. Fig. 11, ist
eine Erhöhung der Kälteleistungszahl um mindestens den gleichen
Prozentsatz zu erwarten, siehe "Lorentzen, G.: The use of
natural refrigerants - a complete solution to the CFC/HCFC
predament. Proceedings oft conference New Application of
Natural Working Fluids in Refrigeration and Air Conditioning.
Hannover, 10-13.5.94, 23/36". In Fig. 11 sind ein erster
Verdichter 121, ein erster Gaskühler 122, ein zweiter
Verdichter 123, ein zweiter Gaskühler 124, eine
Entspannungsmaschine 125 und ein Verdampfer 126 in Reihe
verbunden, so daß ein geschlossener Kältekreis gebildet ist.
Die Verdichter 121 und 123 werden mit einem Antriebsmotor 127
betrieben. Die Bezugszeichen in Fig. 10 entsprechen den
Bezugszeichen in Fig. 11.
Die an der Entspannungsmaschine anstehenden Druckdifferenzen
betragen bei dem Kältemittel Kohlendioxid über 50 bar. Bei der
für Haushalt- und Fahrzeugklimaanlagen üblichen Kälteleistung
bis ca. 20 kW sind die Volumenströme des Kohlendioxids aufgrund
der hohen volumetrischen Kälteleistung relativ niedrig. Damit
liegen Bedingungen vor, die außerhalb des heute üblichen
Anwendungsbereichs von Strömungsmaschinen liegen.
In "Quack, H.; Kraus, W. E.: Carbon dioxide as a refrigerant for
railway refrigeration and air conditionining. Proceedings of
the Conference New Application of Natural Working Fluids in
Refrigeration and Air Conditioning. Hannover, 10-13.5.94,
489/494" wird als Expansionsmaschine eine sogenannte
Freikolbenmaschine mit doppelt wirkenden Kolben vorgeschlagen,
bei der die Entspannungsarbeit auf einer Kolbenseite direkt zur
Verdichtung des Kohlendioxids auf der gegenüberliegenden
Kolbenseite genutzt werden soll. Vorteilhaft ist diese Maschine
mit einem Freikolben ausgeführt, auf dessen Kolbenstange zwei
doppeltwirkende Kolbenscheiben befestigt sind.
Die Freikolbenmaschine weist für diese Anwendung mehrere
Nachteile auf:
Während der Entspannung ist es erwünscht, daß sich der Druck
während des Kolbenhubs abbaut, d. h. die Volumenänderungsarbeit
genutzt wird. Auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbens soll
hingegen während dieser Kolbenbewegung der Druck für die
Verdichtung zunehmen. Daraus folgt, daß die Freikolbenmaschine
mit doppelt wirkendem Kolben nicht den richtigen Druck-
Kolbenweg-Verlauf für die um 180° phasenversetzt stattfindende
Entspannung und Verdichtung besitzt. Ohne zusätzliche
Hilfskräfte, (z. B. Federn, bewegte Massen etc. zur
Zwischenspeicherung der bei der Entspannung erzeugten Arbeit)
kann die isentrope Entspannungsarbeit nicht genutzt werden,
sondern nur die Verschiebearbeit.
Wird die Freikolbenmaschine als Volldruckmaschine betrieben, so
befindet sich das CO2 am Ende der Arbeitsleistung immer noch
unter hohem Druck im Zylinder. Beim Austritt in den unter
Niederdruck stehenden Verdampfer sind große Druckschwankungen
und Geräuschentwicklungen zu erwarten.
Freikolbenmaschinen arbeiten in der Regel mit einer niedrigen
Frequenz von wenigen Hertz. Dies führt zu relativ großen
Maschinen.
Es ist eine aufwendige kolbenwegabhängige Ventilsteuerung
notwendig.
Die Art des Nutzens der Arbeitsleistung ist auf die Verdichtung
des CO2 festgelegt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine
Verdichterkältemaschine mit einer Entspannungsmaschine zu
schaffen, die in relativ kleinen Anlagen, z. B. in Haushalt- und
Fahrzeugklimaanlagen, eingesetzt werden kann und hohe
Wirkungsgrade verwirklicht.
Um diese Aufgabe zu lösen, wird als Entspannungsmaschine ein
Zahnradmotor verwendet, der ein Gehäuse, mindestens zwei
Zahnräder, deren Wellen in einer Lagerung gelagert sind, und
Kältemittelträgerräume umfaßt.
Damit kann nur die Verschiebearbeit mittels Zahnradmotor
genutzt werden, da die Verdrängung ohne innere
Volumenänderungen abläuft. Das im Trägerraum gehaltene
Kältemittel entspannt, wenn der Trägerraum mit der
Niederdruckseite des Kältekreislaufs nach Drehung der Zahnräder
verbunden wird.
Vorzugsweise ist der Zahnradmotor ein außenverzahnter
Zahnradmotor.
Vorzugsweise übernimmt die Expansionsmaschine die Aufgabe als
Regelorgan für den Kältemitteldurchsatz, der durch die Maschine
über ihre Drehzahl geregelt wird, indem das Abtriebsmoment
entsprechend eingestellt wird.
Vorzugsweise wird das Abtriebsmoment durch einen elektrischen
Generator, vgl. Fig. 2 erzeugt.
Vorzugsweise dichtet die Lagerung die Zahnräder seitlich durch
eine Dichtvorrichtung, vgl. Fig. 6, die zwei
druckunterschiedliche Kammern, einen zwischen den Kammern 61
gelegten Kolben und einen die Kolbenkraft auf die Lagerung
übertragenden Stößel umfaßt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der
folgenden, auf die Zeichen Bezug nehmende Beschreibung eines
bevorzugten Ausführungsbeispiels deutlich.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines
Ausführungsbeispiels einer Verdichterkältemaschine gemäß der
Erfindung;
Fig. 2 eine Schnittansicht eines Zahnradmotors eines ersten
Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung;
Fig. 3 eine Schnittansicht der Fig. 2 entlang der Linie 3-3;
Fig. 4 graphische Darstellungen zu Beziehungen zwischen
Wirkungsgrad und Höhe des Dichtspaltes;
Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung eines Strömungsprofils
der Leckage an den Zahnradkuppen der Fig. 2;
Fig. 6 eine Schnittansicht eines Zahnradmotors eines zweiten
Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung;
Fig. 7 eine Schnittansicht der Fig. 6 entlang der Linie 7-7;
Fig. 8 eine Schnittansicht eines Zylinder-Expanders nach dem
Stand der Technik;
Fig. 9 graphische Darstellungen zu Beziehungen zwischen
Druck und Volumen der Fig. 8;
Fig. 10 graphische Darstellungen zu Beziehungen zwischen
Temperatur und Entropie der Fig. 11; und
Fig. 11 eine schematische Darstellung einer
Verdichterkältemaschine mit einer Entspannungsturbine nach
dem Stand der Technik.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. In Fig.
1 umfaßt eine Verdichter-Kältemaschine 20 einen das
Kältemittel (Arbeitsmittel: das Kolendioxid (CO2)) zu einem
überkritischen Druck komprimierenden Verdichter 11, einen
durch einen Wärmeaustausch mit der Luft das komprimierte
Kältemittel kühlenden Gaskühler 12, eine das gekühlte
Kältemittel unter den kritischen Druck expandierende
Entspannungsmaschine 13 und einen durch einen Wärmeaustausch
mit der Luft das expandierte Kältemittel verdampfenden
Verdampfer 14. Der Verdichter 11, der Gaskühler 12, die
Entspannungsmaschine 13 und der Verdampfer 14 sind mittels
Kanälen oder Leitungen 17 in Reihe miteinander derart
verbunden, so daß ein geschlossener Kältekreis gebildet
wird.
Fig. 2 und 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der
Entspannungsmaschine 13. Ein außenverzahnter Zahnradmotor
13-1 als Entspannungsmaschine 13 umfaßt ein Gehäuse 31, zwei
Seitendeckel 32 und 33, einen brillenförmigen Raum 34, zwei
außenverzahnte Zahnräder 35 und 36, eine Abtriebswelle 37,
einen Einlaß 38, einen Auslaß 39 und Lagerungen 40 und 41,
in welchen die Zahnradwellen 70 gelagert sind. Aufgrund des
Druckunterschiedes zwischen dem Einlaß 38 und Auslaß 39
strömt Kältemittel vom Einlaß 38 nach dem Auslaß 39 über
Kältemittel-Trägerräume 42. Bei dem außenverzahnten
Zahnradmotor 13-1 kann nur die Verschiebearbeit genutzt
werden, da die Entspannung ohne innere Volumenänderungen
abläuft. Das im Trägerraum 42 gehaltene Kältemittel
entspannt, wenn der Raum 42 mit dem Auslaß 39 nach Drehung
der Zahnräder 35 und 36 verbunden wird.
Da der Anteil der Verschiebearbeit jedoch mit ca. 70% der
gesamten technischen Arbeit relativ hoch ist, ergibt sich
insgesamt aufgrund der hohen volumetrischen und mechanischen
Wirkungsgrade ein hoher, auf eine isentrope Entspannung
bezogener Wirkungsgrad von über 40%.
Der Zahnradmotor 13-1 ist durch Öl geschmiert, das z. B. im
Kältekreislauf umläuft oder durch eine nicht dargestellte
spezielle Ölversorgungseinrichtung dem Zahnradmotor 13-1
zugeführt wird. Der Ölvolumenanteil kann zwischen 0 und 15%,
bezogen auf den Gesamtdurchsatz, betragen. Ein großer
Ölanteil vermindert die Reibungs- und Leckverluste und
erhöht zugleich den Anteil der Verschiebearbeit an der
technischen Arbeit.
Um die mechanischen Verluste niedrig zu halten, besitzt der
Zahnradmotor 13-1 keine speziellen Dichtelemente. Die
Dichtspalte insbesondere an den Zahnradseitenflächen und am
Kopfkreis sind sehr eng im Bereich von wenigen Mikrometern
gehalten, um die Leckage gering zu halten. Die Spalthöhen
sind so ausgelegt, daß das Produkt aus volumetrischem und
mechanischem Wirkungsgrad näherungsweise maximal ist, vgl.
Fig. 4. Dabei bedeuten ein hoher volumeterischer
Wirkungsgrad kleine Leckageverluste und ein hoher
mechanischer Wirkungsgrad kleine Reibungsverluste der
Zahnräder. Es zeigt sich, daß es zulässig ist, daß der
volumetrische Wirkungsgrad niedrig bei beispielsweise 60%
liegen darf, d. h. die Leckage beträgt 40% des gesamten
Durchsatzes. Von den verbleibenden 60% des Durchsatzes
können ca. 70% durch die Verschiebearbeit genutzt werden.
Also können insgesamt etwa 42% des gesamten Durchsatzes
arbeitsleistend genutzt werden.
In dem Zahnradmotor 13-1 können die Leckageverluste noch
zusätzlich genutzt werden, um Arbeit zu gewinnen.
Insbesondere führt die Strömung um die Zahnkuppen 43 und die
Zahnseiten zu einem zusätzlichen Antriebsmoment, vgl. Fig.
5. Dieser Vorgang läßt sich mit den Vorgängen in einer
Strömungsmaschine vergleichen. Falls großer Wert auf einen
geräusch- und pulsationsarmen Lauf gelegt wird, ist eine
relativ große Leckage an den Zahnkuppen 43 zulässig.
Der Kältemitteldurchsatz wird durch die Drehzahl des
Zahnradmotors 13-1 geregelt, indem das Abtriebsmoment
entsprechend eingestellt wird. Ein hohes Abtriebsmoment
bewirkt eine niedrige Drehzahl und einen niedrigen
Kältemitteldurchsatz. Das Abtriebsmoment wird durch einen
elektrischen Generator 51 erzeugt, der mit dem Zahnradmotor
13-1 über seine Abtriebswelle 37 verbunden ist, wie Fig. 3
zeigt. Der Zahnradmotor 13-1 und der elektrische Generator
51 können in ein druckfestes Gehäuse integriert sein. Die
Abtriebswelle 37 kann auch mit dem Verdichter 11 verbunden
sein. Damit wird die von dem Zahnradmotor 13-1 geleistete
Arbeit zur Verdichtung des Kältemittels verwendet.
Fig. 6 und 7 zeigen zweites Ausführungsbeispiel des
Zahnradmotors 13. Ein außenverzahnter Zahnradmotor 13-2 als
Entspannungsmaschine 13 ist mit einer Dichtvorrichtung
versehen, die eine Hochdruckkammer 61, eine
Niederdruckkammer 62, einen Kolben 63 und einen Stößel 64
umfaßt. Die Hochdruckkammer 61 ist von der Niederdruckkammer
62 durch den Kolben 63 getrennt. Ein Hochdruckanschluß 65
versorgt die Hochdruckkammer 61 mit dem Zuströmdruck des
Zahnradmotor 13-2. In der Niederdruckkammer 62 herrscht über
die Niederdruckverbindung 66 zu der Lagerung 40 der
Abströmdruck des Zahnradmotors 13-2. Die Lagerungen der
Zahnradwellen 70 stehen über nicht dargestellte Verbindungen
unter dem Abströmdruck. Aufgrund des Druckunterschiedes
zwischen den zwei Kammern 61 und 62 wird über den Stößel 64
die Kolbenkraft axial auf die Lagerung 40 übertragen. Die
Lagerungen 40 und 41 haben die Form einer Brille und sind
axial verschieblich in dem Gehäuse 31 untergebracht. Über
die axiale Kraft werden die Zahnräder 35 und 36 mit ihren
Seiten gegen die Lagerungen 40 und 41 gepreßt. Dadurch wird
der Dichtspalt klein gehalten.
Der Prozeß einer transkritischen Verdichter-Kältemaschine
mit dem Kältemittel Kohlendioxid verläuft folgendermaßen:
Schritt 1 (isentrope Verdichtung des Kältemittels durch den
Verdichter 11): Das Kältemittel Kohlendioxid wird
verdichtet, wobei es sich erwärmt. Schritt 2 (isobare
Abführung der thermischen Energie durch den Gaskühler 12):
Das Kältemittel gelangt in den Gaskühler 12, wobei es bei
konstantem Druck abgekühlt wird. Schritt 3 (Entspannung des
Kältemittels): Im Zahnradmotor 13 erfolgt eine
Druckabsenkung. Schritt 4: Das Kältemittel gelangt durch den
Verdampfer 14, wobei die Flüssigkeit verdampft und der
Umgebung thermische Energie entzogen wird.
Die Zahnradmotoren 13-1 und 13-2 zeichnen sich durch
folgende Vorteile aus:
- 1. Hoher volumetrischer und hoher mechanischer Wirkungsgrad:
Infolge fehlender Gaswechselsteuerorgane (wie z. B. Ventile)
sind die Strömungsdruckverluste beim Ein- und Ausströmen
gering, und es wird keine Arbeit zum Öffnen und Schließen
der Gaswechselorgane aufgewendet.
Die Maschine kann so ausgeführt werden, daß das Kältemittel weitgehend beim Eingriff der beiden Zahnräder verdrängt wird und somit nur ein kleines Totvolumen entsteht. Falls das Arbeitsmittel in ein großes Totvolumen einströmen würde, fände bereits eine Entspannung statt, ohne daß dabei Arbeit geleistet wird.
Die bei den in der Ölhydraulik eingesetzten Zahnradmaschinen üblichen Abdichtungsprinzipen für die Zahnradseiten und die Zahnradkuppen durch axial verschiebliche Lagerbrillen lassen sich anwenden. - 2. Leiser und pulsationsarmer Lauf: Aufgrund der fehlenden Gaswechselorgane (Ventile) und der Vielzahl von Zähnen, die pro Umdrehung in Eingriff stehen, ergibt sich ein sehr leiser und pulsationsarmer Lauf. Dies ist besonders wichtig für Kältemaschinen, die in der Gebäude- und Fahrzeugklimatisierung eingesetzt werden.
- 3. Kleiner kompakter Aufbau. Bei kältetechnischen Produkten steht für das Expansionsorgan in der Regel nur sehr wenig Bauraum zur Verfügung.
- 4. Billige Herstellung, wenig Teile: Dies ist besonders wichtig für kältetechnische Produkte. Die Expansionsmaschine steht von den Kosten her betrachtet in Konkurrenz zu den preiswerten Entspannungsventilen. Andere Entspannungsmaschinen (z. B. Axialkolbenmotoren) sind deutlich aufwendiger in der Herstellung.
Im Ausführungsbeispiel ist der außenverzahnte Zahnradmotor
als Entspannungsmaschine dargestellt. Es können aber
allgemein alle Zahnradmotoren, z. B. innenverzahnte
Zahnradmotoren, verwendet werden.
Eine oder mehrere Entspannungsmaschinen können sich in Reihe
oder parallel im Kältekreislauf zwischen der Hochdruck- und
der Niederdruckseite befinden. In Reihe vor oder nach oder
parallel zur Entspannungsmaschine können sich weitere
Entspannungsorgane des Typs Drossel, z. B. im Querschnitt
veränderbare Ventile, befinden.
Eine Verdichterkältemaschine umfaßt einen das Kältemittel zu
einem überkritischen Druck komprimierenden Verdichter 11,
einen durch einen Wärmeaustausch mit der Luft das
komprimierte Kältemittel kühlenden Gaskühler 12, einen das
gekühlte Kältemittel unter den kritischen Druck
expandierenden Zahnradmotor 13 als Entspannungsmaschine und
einen durch einen Wärmeaustausch mit der Luft das
expandierte Kältemittel verdampfenden Verdampfer 14.
Claims (5)
1. Verdichterkältemaschine, die einen das Kältemittel zu
einem überkritischen Druck komprimierenden Verdichter (11),
einen durch einen Wärmeaustausch mit der Luft das
komprimierte Kältemittel kühlenden Gaskühler (12), eine das
gekühlte Kältemittel unter den kritischen Druck
expandierende Entspannungsmaschine (13) und einen durch
einen Wärmeaustausch mit der Luft das expandierte
Kältemittel verdampfenden Verdampfer (14) umfaßt, dadurch
gekennzeichnet, daß als Entspannungsmaschine ein
Zahnradmotor (13) verwendet wird, der ein Gehäuse (31),
mindestens zwei Zahnräder (35, 36), deren Wellen in einer
Lagerung (40, 41) gelagert sind, und Kältemittel-
Trägerräume (42) umfaßt.
2. Verdichterkältemaschine nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Zahnradmotor (13) ein
außenverzahnter Zahnradmotor ist.
3. Verdichterkältemaschine nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Entspannungsmaschine die Aufgabe als
Regelorgan für den Kältemitteldurchsatz übernimmt, der
durch die Maschine über ihre Drehzahl geregelt wird, indem
das Abtriebsmoment entsprechend eingestellt wird.
4. Verdichterkältemaschine nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Abtriebsmoment durch einen
elektrischen Generator (51) erzeugt wird.
5. Verdichterkältemaschine nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Lagerung (40, 41) die Zahnräder
seitlich durch eine Dichtvorrichtung abdichtet, die zwei
Kammern (61, 62) mit unterschiedlichem Druck, einen
zwischen den Kammern gelegenen Kolben (63) und einen die
Kolbenkraft auf der Lagerung übertragenden Stößel (64)
umfaßt.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19841686A DE19841686C2 (de) | 1998-09-11 | 1998-09-11 | Entspannungseinrichtung |
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Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
DE19841686A DE19841686C2 (de) | 1998-09-11 | 1998-09-11 | Entspannungseinrichtung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19841686A1 DE19841686A1 (de) | 2000-03-23 |
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ID=7880685
Family Applications (1)
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DE19841686A Expired - Lifetime DE19841686C2 (de) | 1998-09-11 | 1998-09-11 | Entspannungseinrichtung |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000088373A (de) |
DE (1) | DE19841686C2 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005017623A1 (de) * | 2005-04-15 | 2006-10-19 | Behr Gmbh & Co. Kg | Expansionsventil für ein Klimagerät |
DE102007006993B4 (de) | 2006-03-27 | 2019-12-05 | Hanon Systems | Mit Kohlendioxid betreibbare Klimaanlage für Fahrzeuge und Verfahren zum Betreiben der Klimaanlage |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10013191C1 (de) * | 2000-03-17 | 2002-01-17 | Zexel Valeo Compressor Europe | Klimaanlage, insbesondere für Kraftfahrzeuge und Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage, insbesondere für Kraftfahrzeuge |
AU2003238364A1 (en) * | 2002-05-21 | 2003-12-02 | Walter Dolzer | Refrigerating machine |
US6647742B1 (en) * | 2002-05-29 | 2003-11-18 | Carrier Corporation | Expander driven motor for auxiliary machinery |
US6739141B1 (en) * | 2003-02-12 | 2004-05-25 | Carrier Corporation | Supercritical pressure regulation of vapor compression system by use of gas cooler fluid pumping device |
JP4760166B2 (ja) * | 2005-07-05 | 2011-08-31 | パナソニック株式会社 | 冷凍サイクル装置の制御方法およびそれを用いた冷凍サイクル装置 |
DE102013216208A1 (de) * | 2012-08-17 | 2014-02-20 | Behr Gmbh & Co. Kg | Ventil zur Regulierung eines Kühlmediumstromes in einem Kühlmediumkreislauf und Kühlvorrichtung |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4131159A1 (de) * | 1990-10-01 | 1992-04-02 | Volkswagen Ag | Hydraulischer zahnradmotor |
DE4404844A1 (de) * | 1994-02-16 | 1995-08-17 | Ekrut Horst Dieter Dr | Kompressionskältemaschine geringer Kälteleistung und Verfahren zum Betreiben der Maschine |
DE19522884A1 (de) * | 1995-06-23 | 1997-01-02 | Inst Luft Kaeltetech Gem Gmbh | Verfahren zum Betrieb einer Kompressionskälteanlage |
-
1998
- 1998-09-11 DE DE19841686A patent/DE19841686C2/de not_active Expired - Lifetime
-
1999
- 1999-09-09 JP JP11255741A patent/JP2000088373A/ja active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4131159A1 (de) * | 1990-10-01 | 1992-04-02 | Volkswagen Ag | Hydraulischer zahnradmotor |
DE4404844A1 (de) * | 1994-02-16 | 1995-08-17 | Ekrut Horst Dieter Dr | Kompressionskältemaschine geringer Kälteleistung und Verfahren zum Betreiben der Maschine |
DE19522884A1 (de) * | 1995-06-23 | 1997-01-02 | Inst Luft Kaeltetech Gem Gmbh | Verfahren zum Betrieb einer Kompressionskälteanlage |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
DE-Z.: Ki Luft- und Kältetechnik 9/1994, S. 421/424 * |
LORENTZEN, G.: The use of natural refrigerants- a complete solution to the CFC/HCFC predicament. Proceedings of the conference New Application of Natural Working Fluids in Refrigeration and Air Conditioning, Hannover, 10-13.5.94, 23/36 * |
QUACK, H., KRAUS, W.E.: Carbon dioxide as a refrigerant for railway refrigeration and air conditioning, Hannover, 10-13-5.94, 489/494 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005017623A1 (de) * | 2005-04-15 | 2006-10-19 | Behr Gmbh & Co. Kg | Expansionsventil für ein Klimagerät |
DE102007006993B4 (de) | 2006-03-27 | 2019-12-05 | Hanon Systems | Mit Kohlendioxid betreibbare Klimaanlage für Fahrzeuge und Verfahren zum Betreiben der Klimaanlage |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2000088373A (ja) | 2000-03-31 |
DE19841686A1 (de) | 2000-03-23 |
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