DE102008005076A1 - Kältemittelkreis und Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreises - Google Patents
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Abstract
Ein Kältemittelkreis ist versehen mit einem Kompressor (10), einem Kondensator bzw. Gaskühler (12), einem Ejektor (16) mit einem Hochdruckanschluß und einem Sauganschluß, einem Vorverdampfer (18), einem Separator (20) mit einem Flüssigphasenausgang und einem Gasphasenausgang, einem Niedertemperaturverdampfer (28), der zwischen dem Flüssigphasenausgang des Separators (20) und dem Sauganschluß angeordnet ist, und einem Überhitzungsverdampfer (24), der zwischen dem Gasphasenausgang des Separators (20) und der Saugseite des Kompressors (10) angeordnet ist. Ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreises sieht vor, kondensiertes bzw. überkritisches Kältemittel in einem Ejektor (16) zu expandieren, es anschließend vorzuverdampfen, dann die überwiegend flüssige von der überwiegend gasförmigen Phase zu trennen, die überwiegend flüssige Phase nachzuverdampfen und einem Sauganschluß des Ejektors (18) zuzuführen und die überwiegend gasförmige Phase vollständig zu verdampfen, bevor sie einem Kompressor (10) zugeführt wird.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Kältemittelkreis, wie er als Teil einer Klimaanlage verwendet wird, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
- Allgemein gibt es bei solchen Kältemittelkreisen das Bestreben, den Wirkungsgrad zu erhöhen, um die zum Betreiben des Kältemittelkreises notwendige Energiemenge und dadurch letztendlich den Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs zu verringern.
- Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Kältemittelkreis zu schaffen, der sich durch einen guten Wirkungsgrad auszeichnet.
- Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Kältemittelkreis vorgesehen mit einem Kompressor, einem Kondensator bzw. Gaskühler, einem Ejektor mit einem Hochdruckanschluß und einem Sauganschluß, einem Vorverdampfer, einem Separator mit einem Flüssigphasenausgang und einem Gasphasenausgang, einem Niedertemperatur-Verdampfer, der zwischen dem Flüssigphasenausgang des Separators und dem Sauganschluß angeordnet ist, und einem Überhitzungsverdampfer, der zwischen dem Gasphasenausgang des Separators und der Saugseite des Kompressors angeordnet ist. Zur Lösung der Aufgabe ist erfindungsgemäß auch ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreises vorgesehen, bei dem kondensiertes Kältemittel oder überkritisches Gas in einem Ejektor expandiert wird, anschließend zum Teil verdampft wird, dann die überwiegend flüssige von der überwiegend gasförmigen Phase getrennt wird, die überwiegend flüssige Phase in einem Niedertemperatur-Verdampfer verdampft und einem Sauganschluß des Ejektors zugeführt wird und die überwiegend gasförmige Phase vollständig verdampft wird, bevor sie einem Kompressor zugeführt wird. Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, das Kältemittel nach der Expansion in drei Schritten zu verdampfen. In einem ersten Schritt wird etwa ein Drittel des flüssigen Kältemittels auf dem Druckniveau am Ausgang des Ejektors verdampft. Anschließend erfolgt im Separator die Trennung zwischen der überwiegend gasförmigen und der überwiegend flüssigen Phase. Die überwiegend flüssige Phase, die wiederum etwa ein Drittel des Kältemittels beträgt, wird über den Niedertemperatur-Verdampfer verdampft und über den Sauganschluß des Ejektors erneut dem Vorverdampfer zugeführt. Die überwiegend gasförmige Phase wird durch den Überhitzungsverdampfer geführt, der an den Sauganschluß des Kompressors angeschlossen ist. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß dem Kompressor nur gasförmiges Kältemittel zugeführt wird. Da außerdem jeder der Verdampfer eine spezifische Aufgabe zu erfüllen hat, kann er speziell hierfür ausgelegt werden. Dies gewährleistet einen hohen Wirkungsgrad.
- Gegenüber anderen, aus dem Stand der Technik bekannten Systemen hat die erfindungsgemäße Lösung den Vorteil, daß sie kostengünstig ist, da auf eine elektronische Steuerung verzichtet werden kann. Außerdem wird ein System geschaffen, das sich über den gesamten Betriebsbereich durch einen gute Ejektorwirkung mit hohem Durchsatz auszeichnet. Es ist keine zweite Expansionsvorrichtung notwendig, und der Durchsatz durch den Sauganschluß des Ejektors ist nicht übermäßig hoch. Eine Vordrossel wird nicht benötigt.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Verdampfer nicht direkt von der zu kühlenden Klimatisierungsluft des Fahrzeugs, sonder von einem Wärmeübertragungsmedium durchströmt werden, das durch einen Wärmetauscher strömt. Diese Ausführungsform schafft ein indirektes Kühlungssystem, welches bei guter Auslegung denselben oder sogar einen höheren Wirkungsgrad hat als ein herkömmliches direktes Kühlungssystem, also ein System, bei dem die zu kühlende Luft unmittelbar durch die Verdampfer geleitet wird anstatt durch den bei einem indirekten System vorgesehenen separaten Wärmetauscher.
- Ein besonders hoher Wirkungsgrad läßt sich erzielen, wenn die Verdampfer Gegenstrom-Verdampfer sind. Auf diese Weise läßt sich für jeden der verschiedenen Verdampfungsschritte die optimale Temperaturdifferenz zwischen dem Wärmeübertragungsmedium und dem Kältemittel nutzen.
- Als Wärmeübertragungsmedium kann Wasser und/oder Glykol verwendet werden.
- Vorzugsweise sind die Verdampfer so ausgelegt, daß die Leistung jedes Verdampfers im Bereich zwischen 20 und 40% der Gesamtleistung aller Verdampfer liegt. Insbesondere kann die Verdampfungsleistung gleichmäßig verteilt werden, so daß jeder Verdampfer etwa ein Drittel der Verdampfungsleistung aufbringt.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Kompressor elektrisch angetrieben wird. Auf diese Weise ist die Kompressorleistung unabhängig von der Drehzahl des ansonsten meist zum Antrieb verwendeten Verbrennungsmotors, so daß der Kältemittelkreis besser gesteuert werden kann. Außerdem ermöglicht es die elektronische Steuerung des Kompressors, einen einfach aufgebauten Ejektor mit konstantem Düsenquerschnitt zu verwenden, da der Kältemitteldurchsatz geeignet gesteuert werden kann.
- Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Düsenquerschnitt des Ejektors steuerbar ist. Dies ermöglicht, den Ejektor an stark unterschiedliche Kältemittel-Massenströme anzupassen.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Massenstrom des Wärmeübertragungsmediums so gesteuert wird, daß die Temperaturdifferenz ΔTWT des Wärmeübertragungsmediums zwischen Ausgang und Eingang des Wärmetauschers gleich dem x-fachen der Temperaturdifferenz ΔTL der Luft zwischen Eingang und Ausgang des Wärmetauschers ist, wobei x zwischen 0,7 und 1,3 beträgt, insbesondere zwischen 0,9 und 1,1. Das indirekte Kühlungssystem ermöglicht durch die Steuerung des Massendurchsatzes des Wärmeübertragungsmediums, die Temperaturdifferenz am Wärmetauscher so einzustellen, daß sich ein optimaler Wirkungsgrad ergibt. Insbesondere wird die Temperaturdifferenz für die durch den Wärmetauscher strömende Luft und das durch den Wärmetauscher strömende Wärmeübertragungsmedium auf etwa denselben Wert eingestellt.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen:
-
1 schematisch einen erfindungsgemäßen Kältemittelkreis; -
2 vergrößert den Verdampferbereich aus1 ; -
3 ein Temperaturdiagramm für den Verdampferbereich; und -
4 ein Enthalpiediagramm für den Kältemittelkreis. - In
1 ist ein Kältemittelkreis5 gezeigt, der einen elektrisch angetriebenen Kompressor10 , einen Kondensator oder Gaskühler12 und einen Verdampferbereich14 aufweist. Der Kondensator oder Gaskühler12 ist mit einem internen Wärmetauscher13 kombiniert, mittels dem Wärme vom Kältemittel auf der Hochdruckseite zur Niederdruckseite übertragen werden kann. Der Begriff „Kondensator" wird hier als Oberbegriff für „Kondensator oder Gaskühler" verwendet. - Der Verdampferbereich
14 weist einen Ejektor16 auf, mittels dem das im Kältemittelkreis zirkulierende Kältemittel expandiert werden kann. Auf der Niederdruckseite schließt sich an den Ejektor16 ein Vorverdampfer18 an, dessen Ausgang mit einem Separator20 verbunden ist. Der Separator weist einen Gasphasenausgang22 auf, der mit einem Überhitzungsverdampfer24 verbunden ist. Der Ausgang des Überhitzungsverdampfers24 führt über den internen Wärmetauscher13 zur Saugseite des Kompressors10 . Der Separator20 ist weiterhin mit einem Flüssigphasenausgang26 versehen, an den ein Niedertemperaturverdampfer28 angeschlossen ist. Der Ausgang des Niedertemperaturverdampfers28 ist an einen Sauganschluß30 des Ejektors16 angeschlossen. Der Separator20 ist außerdem mit einer Ölrückführung32 versehen. - Jeder der Verdampfer
18 ,24 ,28 ist an einen Wärmetauscherkreis34 angeschlossen, der einen Wärmetauscher36 und eine Pumpe38 aufweist. Als Wärmetauschermedium im Wärmetauscherkreis34 kann beispielsweise Wasser und/oder Glykol verwendet werden. Der Wärmetauscher36 ist dabei vorzugsweise als Kreuzgegenstrom-Wärmetauscher ausgeführt und ist Teil einer Klimaanlage. Das Wärmetauschermedium wird vom Wärmetauscher36 zuerst durch den Überhitzungsverdampfer24 , dann durch den Vorverdampfer18 und anschließend durch den Niedertemperaturverdampfer28 geführt, bevor es zum Wärmetauscher36 zurückkehrt. Alle Verdampfer sind dabei als Gegenstrom-Verdampfer ausgeführt. - Im Betrieb des Kältemittelkreises wird das vom Kompressor
10 komprimierte und sich am Ausgang des Kondensators oder Gaskühlers12 im flüssigen bzw. überkritischen Zustand befindende Kältemittel durch den Ejektor16 geführt, in welchem es expandiert. Anschließend durchströmt es den Vorverdampfer18 , in welchem etwa ein Drittel des Kältemassenstroms verdampft wird. Das Gemisch aus flüssigem und gasförmigem Kältemittel wird anschließend im Separator20 in einen im wesentlichen gasförmigen Anteil und einen im wesentlichen flüssigen Anteil getrennt. Der im wesentlichen flüssige Anteil strömt über eine Drossel zum Niedertemperaturverdampfer28 , in welchem es (zu großen Teilen) verdampft wird. Anschließend wird das Kältemittel vom Sauganschluß30 des Ejektors16 angesaugt und wieder dem Vorverdampfer18 zugeführt. Der im wesentlichen gasförmige Anteil des Kältemittels gelangt vom Separator20 in den Überhitzungsverdampfer24 , in welchem die noch verbliebenen flüssigen Anteile verdampft werden. Außerdem wird das dampfförmige Kältemittel überhitzt. Es gelangt dann über den internen Wärmetauscher13 zur Saugseite des Kompressors10 . - Die zum Verdampfen des Kältemittels notwendige Wärmemenge wird über den Wärmetauscherkreis
34 zugeführt. Das Wärmetauschermedium, das sich nach Durchströmen des Wärmetauschers36 auf einem hohen Temperaturniveau befindet, durchströmt zuerst den Überhitzungsverdampfer24 . Nach Durchströmen des Überhitzungsverdampfers24 befindet sich das Wärmetauschermedium auf einem mittleren Temperaturniveau und strömt durch den Vorverdampfer18 . Nach Verlassen des Vorverdampfers18 befindet sich das Wärmetauschermedium auf einem niedrigen Temperaturniveau und wird durch den Niedertemperaturverdampfer28 geleitet. Von dort gelangt es zum Wärmetauscher36 , wo es der zu kühlenden Luft Wärme entzieht. - Anhand der
2 bis4 werden nachfolgend die Wärmeübergänge im Verdampferbereich14 und im Wärmetauscher36 erläutert. - Das Kältemittel hat am Punkt E am Ausgang des Ejektors eine Temperatur von etwa 0°C. Diese Temperatur bleibt über den Vorverdampfer
18 konstant. Am Punkt I am Eingang des Niedertemperaturverdampfers28 hat die überwiegend flüssige Phase des Kältemittels eine Temperatur von –5°C, die es auch am Punkt J am Ausgang des Niedertemperaturverdampfers28 hat. Die überwiegend gasförmige Phase des Kältemittels hat am Punkt H am Eingang des Überhitzungsverdampfers24 eine Temperatur von 0°C, während es am Punkt K am Ausgang des Überhitzungsverdampfers24 eine Temperatur von 10°C hat. Die genannten Werte sind Beispiele für einen bevorzugten Betriebszustand des Kältemittelkreises. - In
3 ist der Verlauf der Temperatur des Kältemittels im Kältemittelkreis5 , des Wärmetauschermediums im Wärmetauscherkreis34 sowie der Luft L dargestellt, die den Wärmetauscher36 durchströmt. Es ist zu sehen, daß die Temperatur des im Wärmetauscherkreis34 zirkulierenden Wärmetauscher mediums beim Durchströmen der drei Verdampfer24 ,18 und28 abfällt. Dieser Abfall korrespondiert mit den unterschiedlichen, ansteigenden Temperaturniveaus des Kältemittels in den drei Verdampfern28 ,18 und24 . Es ist zu sehen, daß mindestens eine Temperaturdifferenz von 4 K zwischen der Temperatur des Wärmetauschermediums und der Temperatur des Kältemittels vorliegt. Dies gewährleistet eine gute Wärmeübertragung. Die Verdampfer28 ,18 und24 sind dabei als Gegenstrom-Verdampfer ausgeführt, so daß die Temperaturdifferenz über den gesamten Verdampfer jeweils aufrechterhalten wird. Zur Vervollständigung ist noch der Verlauf der Temperatur der Luft L zu sehen, die durch den Wärmetauscher36 strömt. Dieser ist als Kreuzgegenstrom-Wärmetauscher ausgeführt, so daß die Temperaturdifferenz zwischen der Luft und dem Wärmetauschermedium annähernd konstant gehalten wird, hier auf einen Wert von 10 K, während die Luft von 25°C auf 5°C abgekühlt wird und das Wärmetauschermedium von –3° auf +16°C erwärmt wird. - Der beschriebene Kältemittelkreis kann vorzugsweise bei Elektrofahrzeugen, Hybridfahrzeugen oder Fahrzeugen verwendet werden, die mit Brennstoffzellen betrieben werden, da diese üblicherweise einen elektrischen Kompressor aufweisen sowie eine Batterie mit ausreichender Kapazität. Der Kältemittelkreis kann daher auch zur Klimatisierung des Fahrzeugs im Stand oder zur Vorklimatisierung eines geparkten Fahrzeugs verwendet werden.
- Das System kann in nahezu allen Betriebszuständen mit einem optimierten Kältemittel-Massendurchsatz betrieben werden, so daß die Saugwirkung am Sauganschluß des Ejektors groß genug ist, um einen ausreichenden Kältemitteldurchgang durch den Niedertemperaturverdampfer
28 zu gewährleisten. - Der Kältemittelkreis kann mit allen Kältemitteln betrieben werden, die ein Betrieb nach dem Carnot-Prinzip ermöglichen, beispielsweise R134a oder R744.
- Ein besonderer Vorteil des beschriebenen Kältemittelkreises besteht darin, daß aufgrund der Verwendung des Vorverdampfers
18 nur eine vergleichsweise geringe Menge an Kältemittel im Niedertemperaturverdampfer28 verdampft werden muß. Aufgrund des geringeren Massendurchsatzes durch diesen Verdampfer ist das Druckverhältnis des Ejektors zwischen dem Ansaugdruck am Sauganschluß des Kompressors10 und dem Sauganschluß am Ejektor16 erhöht, so daß bei demselben benötigten Saugdruck am Niedertemperaturverdampfer28 der Druck an der Saugseite des Kompressors10 höher ist, was zu einer besseren Leistungszahl des Kältemittelkreises und damit zu einem niedrigeren Kraftstoffverbrauch führt. - Aufgrund der vorteilhaften Aufteilung der Verdampferarbeit auf drei separate Verdampfer, die jeweils im Gegenstromverfahren vom Wärmetauschermedium durchströmt werden, ist an jedem Punkt des Verdampfers eine ausreichende Temperaturdifferenz zwischen dem Kältemittel und dem Wärmeübertragermedium gewährleistet. Die Verdampfer können daher vergleichsweise klein ausgeführt werden. Aufgrund des niedrigen Temperaturniveaus des Niedertemperaturverdampfers
28 kann die Temperatur des Wärmetauscherkreises34 unter die Sättigungstemperatur des Kältemittels am Saugstutzen des Verdichters10 abgesenkt werden. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß das vorliegende indirekte System; bei dem die Verdampfer nicht direkt die Luft kühlen, sondern von einem Wärmetauschermedium durchströmt sind, das nötige Temperaturgefälle und damit ein guter Wirkungsgrad erreicht. - Der Wärmetauscher
36 ist im Hinblick auf ein optimales Verhältnis zwischen Druckabfall und Wärmeübergangskoeffizient für einen Massendurchsatz an Wärmetauschermedium ausgelegt, der zwischen 70 l/h und maximal 300 l/h beträgt, vorzugsweise zwischen 120 l/h und 250 l/h. Der Durchschnitt aller lokaler Temperaturdifferenzen im Wärmetauscher36 ist maximal, so daß die beste Wärmetauscherleistung durch dieselbe Wärmetauscherfläche und dasselbe Wärmetauscherdesign erreicht werden kann. Die gesamte spezifische Wärmekapazität im Wärmetauscherkreis34 sollte im Bereich zwischen 5 kJ/K und 15 kJ/K betragen. - Die minimale Drehzahl des Kompressors kann auf einen solchen Wert erhöht sein, daß die Saugwirkung des Ejektors zufriedenstellend ist. Außerdem kann der Kompressor zyklisch betrieben werden, wenn die geforderte Kälteleistung einen bestimmten Wert unterschreitet. Dann wirkt die Wärmekapazität des Wärmetauscherkreises
34 als Kältespeicher während den Betriebsphasen, in denen der Kompressor abgeschaltet ist.
Claims (19)
- Kältemittelkreis mit einem Kompressor (
10 ), einem Kondensator oder Gaskühler (12 ), einem Ejektor (16 ) mit einem Hochdruckanschluß und einem Sauganschluß, einem Vorverdampfer (18 ), einem Separator (20 ) mit einem Flüssigphasenausgang und einem Gasphasenausgang, einem Niedertemperaturverdampfer (28 ), der zwischen dem Flüssigphasenausgang des Separators (20 ) und dem Sauganschluß (30 ) des Ejektors (16 ) angeordnet ist, und einem Überhitzungsverdampfer (24 ), der zwischen dem Gasphasenausgang des Separators (20 ) und der Saugseite des Kompressors (10 ) angeordnet ist. - Kältemittelkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfer (
18 ,24 ,28 ) von einem Wärmeübertragungsmedium durchströmt werden, das durch einen Wärmetauscher (36 ) strömt. - Kältemittelkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfer Gegenstrom-Verdampfer (
18 ,24 ,28 ) sind. - Kältemittelkreis nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeübertragungsmedium Wasser oder ein Gemisch aus Wasser und Glykol ist.
- Kältemittelkreis nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (
36 ) Teil eines Klimageräts ist, insbesondere einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage. - Kältemittelkreis nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (
36 ) eine Kreuzgegenstrom-Wärmetauscher ist. - Kältemittelkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorverdampfer (
18 ), bezogen auf die Strömungsrichtung des Kältemittels, stromaufwärts des Separators (20 ) angeordnet ist. - Kältemittelkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Niedertemperaturverdampfer (
28 ) und/oder der Überhitzungsverdampfer (24 ), bezogen auf die Strömungsrichtung des Kältemittels, stromaufwärts des Separators (20 ) angeordnet ist/sind. - Kältemittelkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorverdampfer (
18 ), der Niedertemperaturverdampfer (28 ) und/oder der Überhitzungsverdampfer (24 ) ein einstückiges Verdampfungsorgan (14 ) bilden. - Kältemittelkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ejektor (
16 ) in das einstückige Verdampfungsorgan (14 ) integriert ist. - Kältemittelkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er einen internen Wärmetauscher (
13 ) aufweist, mit dem Wärme von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite übertragen werden kann. - Kältemittelkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der interne Wärmetauscher in den Kondensator bzw. Gaskühler (
12 ) integriert kombiniert ist. - Kältemittelkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung jedes Verdampfers (
18 ,24 ,28 ) im Bereich zwischen 20 und 40% der Gesamtleistung aller Verdampfer liegt. - Kältemittelkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor (
10 ) elektrisch angetrieben wird. - Kältemittelkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenquerschnitt des Ejektors (
16 ) steuerbar ist. - Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreises, bei dem kondensiertes oder überkritisches Kältemittel in einem Ejektor (
16 ) expandiert wird, anschließend zum Teil verdampft wird, dann die überwiegend flüssige von der überwiegend gasförmigen Phase getrennt wird, die überwiegend flüssige Phase in einem Niedertemperatur-Verdampfer verdampft und einem Sauganschluß des Ejektors (16 ) zugeführt wird und die überwiegend gasförmige Phase vollständig verdampft wird, bevor sie einem Kompressor (10 ) zugeführt wird. - Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die überwiegend gasförmige Phase überhitzt wird.
- Verfahren nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Massenstrom des Wärmeübertragungsmediums so gesteuert wird, daß die Temperaturdifferenz ΔTWT des Wärmeübertragungsmediums zwischen Ausgang und Eingang des Wärmetauschers (
36 ) gleich dem x-fachen der Temperaturdifferenz ΔTL der Luft zwischen Eingang und Ausgang des Wärmetauschers (36 ) ist, wobei x zwischen 0,7 und 1,3 beträgt. - Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß x zwischen 0,9 und 1,1 beträgt.
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| DE102005021396A1 (de) * | 2005-05-04 | 2006-11-09 | Behr Gmbh & Co. Kg | Vorrichtung zur Luftkonditionierung für ein Kraftfahrzeug |
| DE102006024211A1 (de) * | 2005-05-24 | 2007-01-25 | Denso Corp., Kariya | Ejektorpumpe und Ejektorpumpenkreisvorrichtung |
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| US20080164015A1 (en) * | 2007-01-04 | 2008-07-10 | Steven James Papapanu | Contra-tapered tank design for cross-counterflow radiator |
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- 2009-01-15 US US12/863,249 patent/US20110100038A1/en not_active Abandoned
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012012490A3 (en) * | 2010-07-23 | 2012-03-08 | Carrier Corporation | Ejector cycle |
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| CN106670549A (zh) * | 2016-11-23 | 2017-05-17 | 朱顺华 | 一种用于钻孔的钻孔装置 |
| CN116160816A (zh) * | 2021-11-24 | 2023-05-26 | 大众汽车股份公司 | 带有受调节的喷射器的空调组件 |
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