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Die
Erfindung betrifft einen Akkumulator für eine Klimaanlage, insbesondere
Fahrzeug-Klimaanlage, mit
- a) einem Gehäuse, das
einen Einlass und einen Auslass für Kältemittel aufweist;
- b) einem im Innenraum des Gehäuses angeordneten, im Wesentlichen
U-förmigen
Rohr, das einen im Wesentlichen geradlinigen Einlass-Rohrabschnitt
und einem im Wesentlichen geradlinigen Auslass-Rohrabschnitt umfasst,
die an ihren unteren Enden durch einen gekrümmten, eine Durchgangsbohrung
für Öl aufweisenden
Rohrabschnitt verbunden sind;
wobei
- c) der Einlass-Rohrabschnitt sich mit seinem oberen Ende in
den Innenraum des Gehäuses öffnet;
- d) das obere Ende des Auslass-Rohrabschnittes mit dem Auslass
des Gehäuses
verbunden ist.
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Bei
einer nach dem Orifice-Prinzip arbeitenden Klimaanlage enthält das in
den Akkumulator eintretende Kältemittel
im Allgemeinen neben der gasförmigen
eine flüssige
Phase. Die Aufgabe des Akkumulators ist es inbesondere, die gasförmige von
der flüssigen
Phase weitgehend zu trennen, dagegen Öl, welches von dem Kältemittel
mitgeführt
wird, in das System zurückzubringen.
Darüber
hinaus dient der Akkumulator der Trocknung, Speicherung und Filterung
des Kältemittels.
Unter "Kältemittel" wird vorliegend
auch das mit dem eigentlichen Kältemittel
mitgeführte
Kältemaschinenöl verstanden.
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Bei
bekannten Akkumulatoren der eingangs genannten Art, wie sie beispielsweise
in der
DE 103 00 801
B3 beschrieben sind, spannen die Rohrabschnitte des U-förmigen Rohres
eine Ebene auf, welche die Achse des Gehäuses enthält.
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Das
U-förmige
Rohr ist also im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zu einer Axialebene
des Gehäuses.
In jüngster
Zeit stellen die Kunden der Hersteller derartiger Akkumulatoren,
bei Fahrzeug-Klimaanlagen also die Hersteller der Fahrzeuge, ein
zunehmend komplexes Anforderungsprofil an die Akkumulatoren: Zum
einen wird das Anschlussbild des Akkumulators vorgegeben, also die
geometrischen Verhältnisse,
unter denen der Einlass und der Auslass in eine Außenfläche des
Akkumulators münden,
damit die vom Kunden des Akkumulator-Herstellers bereitzustellenden
Anschlusselemente wie Anschlussflansche und Kältemittelleitungen standardisiert
werden können.
Zum anderen sollen die Außenmaße des Akkumulators
stetig kleiner werden und der Akkumulator selbst ein immer geringeres
Gewicht besitzen, ohne dass allerdings die Funktion des Akkumulators hierdurch
beeinträchtigt
werden darf.
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Bei
Akkumulatoren der eingangs genannten Art mit "symmetrischer" Führung
des U-förmigen Rohres
lässt sich
der Außendurchmesser
des Gehäuses
nur beschränkt
verringern, da sonst das obere Ende des Einlass-Rohrabschnittes
zu nahe an die Mündung
des Gehäuseeinlasses
in den Gehäuseinnenraum
heranrückt
und die Gefahr eines "Kältemittel-Kurzschlusses" entsteht, bei welchem
eine zuverlässige
Trennung der beiden Kältemittelphasen
nicht mehr gewährleistet
ist.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, einen Akkumulator der eingangs
genannten Art derart auszugestalten, dass das Anforderungsprofil
des Akkumulatorhersteller-Kunden
besser erfüllt
werden kann, insbesondere kleinere Außendurchmesser realisiert werden
können,
ohne die Funktion des Akkumultors zu beeinträchtigen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass
- e) die Achsen des Einlass-Rohrabschnittes
und des Auslass-Rohrabschnittes
eine Ebene aufspannen, die im Wesentlichen parallel zur Achse des
Gehäuses,
jedoch in Abstand von dieser verläuft.
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Erfindungsgemäß wird also
das U-förmige Rohr,
welches von der gasförmigen
Kältemittelphase zum
Mitreißen
des im Gehäusesumpf
sich sammelnden Öles
durchströmt
wird, gewissermaßen
aus der Mitte des Gehäuses
gerückt
und "asymmetrisch" angeordnet. Dadurch
muss zwar der Radius des unteren, verbindenden gekrümmten Rohrabschnittes
etwas reduziert werden; es wird jedoch wertvoller Abstand zwischen
dem oberen Ende des Einlass-Rohrabschnittes und der Mündungsstelle
des Gehäuseeinlasses
in den Innenraum des Gehäuses
gewonnen. So wird eine direkte Überströmung zwischen
dem Gehäuseeinlass
und dem Einlass-Rohrabschnitt vermieden, bei welcher viel flüssige Kältemittelphase
direkt in das U-förmige
Rohr und damit auch zum Akkumulator-Auslass geraten könnte.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es
zeigen
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1:
die Seitenansicht eines Akkumulators;
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2:
die Draufsicht auf den Akkumulator der 1;
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3:
einen Vertikalschnitt durch den Akkumulator der 1 und 2 in
einer Ebene, die keine Axialebene ist;
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4:
einen anderen Vertikalschnitt durch den Akkumulator der 1 bis 3;
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5:
einen Horizontalschnitt durch den Akkumulator der 1 bis 4 gemäß der Linie
V-V in 3;
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6:
einen Horizontalschnitt durch den Akkumulator der 1 bis 4 gemäß der Linie
VI-VI von 3.
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Der
in den Figuren dargestellte und insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete
Akkumulator ist zur Verwendung mit CO2 als
Kältemittel bestimmt.
Er umfasst ein Gehäuse 2,
das seinerseits aus einem nach unten offenen becherförmigen Gehäuseoberteil 2a und
einem kuppelartig nach unten durchgewölbten Gehäuseunterteil 2b zusammengesetzt
ist. Gehäuseoberteil 2a und
Gehäuseunterteil 2b sind
in geeigneter Weise miteinander dicht verbunden, beispielsweise
verschweißt.
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An
die obere Stirnseite des Gehäuseoberteiles 2a ist
ein Anschlussblock 3 angeformt, der, wie sich insbesondere
aus 2 ergibt, im Gegensatz zum restlichen Gehäuse 2 keinen
kreisförmigen,
sondern einen rechteckigen Querschnitt aufweist, also quaderförmig ist.
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In
eine der beiden größeren Seitenflächen 3a des
Anschlussblockes 3 mündet
ein Einlasskanal 4 für
vom Verdampfer der im Übrigen
nicht dargestellten Klimaanlage kommendes Kältemittel, das noch einen gewissen
Anteil an flüssiger
Phase neben der gasförmigen
Phase enthält.
Ebenfalls in die Seitenfläche 3a des
Anschlussblockes 3 mündet
ein Auslasskanal 5, über
den das Kältemittel,
das nunmehr weitgehend gasförmig
ist, den Akkumulator 1 wieder verlässt. Oberhalb der Mündungsstellen
der beiden Kanäle 4, 5 sind
in die Seitenfläche 3a des
Anschlussblockes 3 zwei Gewindebohrungen 6, 7 eingebracht,
die der Befestigung eines Anschlussflansches dienen, mit dem die
mit den Kanälen 4, 5 korrespondierenden
Kältemittelleitungen
an dem Anschlussblock 3 befestigt werden können.
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Das
durch die Mündungen
der Kanäle 4, 5 und
die Gewindebohrungen 6, 7 vorgebene Anschlussbild
in der Seitenfläche 3a des
Anschlussblockes 3 ist von den Automobilherstellern im
Allgemeinen vorgegeben und bildet einen Standard, an den sich der
den Akkumulator 1 herstellende Zulieferer zu halten hat.
Durch dieses Anschlussbild unterliegt die Bauweise des gesamten
Akkumulators 1 bestimmten Restriktionen.
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Wie
insbesondere der 5 zu entnehmen ist, verläuft der
Einlasskanal 4 durch den Anschlussblock 3 gewinkelt;
er mündet
in achsparalleler Richtung über
einen sich konisch erweiternden Bereich 4a in den Innenraum 8 des
Gehäuses 2.
In entsprechender Weise ist auch der Auslasskanal 5 gewinkelt durch
den Anschlussblock 3 hindurchgeführt; der achsparallel verlaufende
und in 3 nach unten zeigende Abschnitt 5a dieses
Kanales 5 ist jedoch kreiszylindrisch ausgebildet.
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Im
Innenraum 8 des Gehäuses 2 befindet sich
ein einstückig
gespritzter Einsatz, der insgesamt das Bezugszeichen 9 trägt und an
dem mehrere Funktionselemente, die der Akkumulator 1 benötigt, vereinigt
sind. Zu diesen Funktionselementen gehört ein im Wesentlichen geradliniger
Einlass-Rohrabschnitt 10, der einen oberen, im Durchmesser
erweiterten Bereich 10a, einen konisch nach unten sich verjüngenden Übergangsbereich 10b,
einen sich unten an den Übergangsbereich 10b anschließenden Bereich 10c mit
kleinerem Durchmesser und schließlich einen im Außen- und Innendurchmesser
erneut verjüngten
Einsteckabschnitt 10d umfasst. Die Achse des Einlass-Rohrabschnittes 10 verläuft parallel zur
Achse des Gehäuses 2 in
Abstand von dieser.
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Erneut
parallel zur Achse des Gehäuses 2 und
parallel zur Achse des Einlass-Rohrabschnittes 10, jedoch
von beiden beabstandet, ist an den Einsatz 9 ein Auslass-Rohrabschnitt 11 angeformt.
Der Auslass-Rohrabschnitt 11 besitzt abgesehen von einem
unteren Einsteckstutzen 11d über seine gesamte axiale Länge hinweg
denselben Außen-
und Innendurchmesser. Sein oberes, einen Schlitz 11e aufweisendes
Ende ist in den Abschnitt 5a des Auslasskanales 5 eingeschoben.
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Die
Achsen des Einlass-Rohrabschnittes 10 und des Auslass-Rohrabschnittes 11 spannen
eine Ebene auf, die im Gehäuse 2 nicht
mittig liegt, also die Achse des Gehäuses 2 nicht enthält. Aus
spritztechnischen und Stabilitätsgründen sind
der Einlass-Rohrabschnitt 10 und der Auslass-Rohrabschnitt 9 durch
eine dünne
Rippe 12 miteinander verbunden.
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Der
Einsatz 9 umfasst neben dem Einlass-Rohrabschnitt 10,
dem Auslass-Rohrabschnitt 11 sowie der diese Rohrabschnitte 10, 11 miteinander
verbindenden Rippe 12 ein becherförmiges, nach unten offenes
und im Querschnitt kreisförmiges
Trockenmittelgehäuse 13.
Die Achse des Trockenmittelgehäuses 13 verläuft koaxial
zur Achse des Gehäuses 2,
wie insbesondere der 5 zu entnehmen ist. Die obere,
in der Außenkontur
kreisförmige
Stirnseite 13a des Trockenmittelgehäuses 13, die von dem
Einlass-Rohrabschnitt 10,
dem Auslass-Rohrabschnitt 11 und der verbindenden Rippe 12 durchstoßen wird, ist
mit vier Fenstern 14 versehen, die jeweils durch ein an
den Rändern
eingespritztes Sieb 15 abgedeckt sind (vgl. 6).
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Der
Durchmesser der zylindrischen Mantelfläche 13b des Trockenmittelgehäuses 13 ist
etwas kleiner als der Innendurchmesser des Gehäuseoberteiles 2a,
so dass zwischen dieser Mantelfläche 13b und
der Innenmantelfläche 2c des
Gehäuseoberteiles 2a ein
Spalt 16 verbleibt, der von flüssigem Kältemittel durchströmt werden
kann. Mehrere radiale Rippen 17, die sich achsparallel
auf der Mantelfläche 13b des
Trockenmittelgehäuses 13 erstrecken,
zentrieren das Trockenmittelgehäuse 13 und
damit den gesamten Einsatz 9 koaxial zum Gehäuse 2.
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Die
nach unten weisende Öffnung
des becherförmigen
Trockenmittelgehäuses 13 ist
durch einen eingeschobenen Boden 18 verschlossen, der sowohl
von dem Einlass-Rohrabschnitt 10 als auch von dem Auslass-Rohrabschnitt 11 durchstoßen wird. Auch
dieser Boden 18 enthält Öffnungen 19, über welche
Kältemittel
nach unten aus dem Innenraum des Trockenmittelgehäuses 13 ausströmen kann. Der
Innenraum des Trockenmittelgehäuses 13 ist
mit einem (nicht dargestellten) Trockenmittelgranulat ausgefüllt, wobei
zwischen dem Trockenmittelgranulat und dem Boden 18 eine
Filzschicht 20 vorgesehen ist.
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Unterhalb
des Bodens 18 des Trockenmittelgehäuses 13 befindet sich
ein einstückig
gespritzter Einsatz 21, der eine kreiszylindrische, zur
Achse des Gehäuses 2 koaxiale
Wand 21a und an deren oberem Rand einen radial vorspringenden
Flansch 21b umfasst. Die zylindrische Wand 21a ragt
in ihrem unteren Bereich in den Innenraum 22 des Gehäuseunterteiles 2b hinein
und liegt an dessen zylindrischer Mantelfläche 22b an. Sie enthält eine
Mehrzahl von Fenstern 23, welche (in der Zeichnung nicht
dargestellt) von Sieben abgedeckt sind, die an ihren Rändern eingespritzt
sind.
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Der
radial überstehende
Flansch 21b des Einsatzes 21, der mit seinem äußeren Rand
an der Innenmantelfläche
des Trockenmittelgehäuses 13 anliegt,
enthält
eine Mehrzahl von Durchströmungsöffnungen 24.
Er wird von einer Spiralfeder 25 nach oben gegen den Boden 18 des
Trockenmittelgehäuses 13 gedrückt, die
sich mit ihrem unteren Ende an einer Stufe 26 der Innenkontur
des Gehäuse-Unterteiles 2b abstützt.
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Die
Einsteckstutzen 10d und 11d der Rohrabschnitte 10 und 11 des
oberen Einsatzes 9 sind durch ein gekrümmtes Rohr 27 miteinander
verbunden, das hierzu an seinen beiden Schenkelenden entsprechende
Erweiterungen 27a, 27b aufweist. Am tiefsten Punkt
des gekrümmten
Rohres 27 befindet sich eine kleine Durchgangsbohrung 28,
durch welche das im Innennraum 22 des Gehäuse-Unterteiles 2b angesammelte
Kältemaschinenöl in das
Innere des Rohres 27 eingesaugt wird.
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Der
Einlass-Rohrabschnitt 10 des Einsatzes 9 endet
oben in einer gewissen Entfernung von der oberen Stirnfläche des
Innenraumes 8 des Gehäuses 2.
Auf dieses obere Ende ist ein käfigartiger
Einlasskopf 29 mittels einer Rastverbindung aufgesetzt. Bei
dem Einlasskopf 29 handelt es sich um ein im Wesentlichen
becherförmiges,
nach unten offenes Teil, dessen Mantelfläche großzügig mit Fenstern 30 versehen
ist, zwischen denen nur verhältnis mäßig schmale
Stege 31 verbleiben. Die Fenster 30 sind mit nicht
dargestellten und an ihren Rändern
eingespritzten Sieben überdeckt.
Der in der Montagestellung oben liegende "Boden" 32 des Einlasskopfes 29 besitzt
keine Öffnungen;
er liegt plan an der oberen Stirnfläche des Innenraumes 8 des
Gehäuses 2 an.
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Der
oben beschriebene Akkumulator 1 wird wie folgt montiert:
Zunächst wird
an dem Einsatz 9 der Einlasskopf 29 durch Auf
rasten befestigt. Der Einsatz 9 wird "auf den Kopf" gestellt, so dass der Innenraum des
Trockenmittelgehäuses 13 bei
zunächst
abgenommenem Boden 18 mit Trockenmittelgranulat angefüllt werden
kann. Nunmehr wird die Filzschicht 19 aufgelegt und der
Boden 18 eingeschoben.
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Die
so erhaltene vormontierte Einheit wird in das Gehäuseoberteil 2a eingeschoben,
das zu diesem Zwecke zunächst
ebenfalls "auf den
Kopf" gestellt wird.
Das Ende des Auslass-Rohrabschnittes 11 wird dabei in den
Abschnitt 5a des Auslasskanales 5 eingeschoben,
bis der Boden 32 des Einlasskopfes 29 an der Stirnfläche des
Innenraumes 8 des Gehäuses 2 anstößt. Nunmehr
wird das gekrümmte
Rohr 27 auf die beiden Einsteckstutzen 10d und 11d aufgeschoben.
Der Einsatz 21 wird montiert, wobei sein Flansch 21b zur
Anlage an den Boden 18 kommt.
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Über die
Zylinderwand 21a des Einsatzes 21 wird die Spiralfeder 25 geführt, deren
eines Ende sich dabei an den Flansch 21b des Einsatzes 21 anlegt. Nunmehr
wird, immer noch bei auf dem Kopf stehenden Gehäuseoberteil 2a das
Gehäuseunterteil 2b auf das
Gehäuseoberteil 2a aufgesetzt
und verschweißt. Dabei
wird die Spiralfeder 25 komprimiert, so dass diese den
gesamten Einsatz 9 nach oben drückt und den Boden 32 des
Einlasskopfes 29 in Anlage an der Stirnfläche des
Innenraumes 8 des Gehäuseoberteiles 2a hält. Dabei
wird gleichzeitig die Trockenmittelschüttung, die sich im inneren
des Trockenmittelgehäuses 13 befindet,
unter Kompression gehalten.
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Die
Funktion des oben beschriebenen Akkumulators 1 entspricht
weitgehend derjenigen bekannter Akkumulatoren. Ihre Erläuterung
kann daher kurz gehalten werden:
Das aus einer Gas- und einer
Flüssigphase
bestehende, vom Verdampfer kommende Kältemittel, im vorliegenden
Falle CO2, wird über den Einlasskanal 4 und
insbesondere dessen sich konisch erweiternden Abschnitt 4a in
den Innenraum 8 des Gehäuseoberteiles 2a eingeleitet.
Auf Grund der Versetzung der Ebene, in welcher die Achsen des Einlass-Rohrabschnittes 10 und
des Auslass-Rohrabschnittes 11 des Einsatzes 9 gegenüber der
Achse des Gehäuses 2 liegen,
ist es möglich,
dass die Mündungsstelle
des Einlasskanalabschnittes 4a von dem Einlasskopf 29 einen
verhältnismäßig großen Abstand
besitzt. Dies ist deshalb wichtig, weil anderenfalls ein "Kurzschluss" zwischen dem Einlasskanalabschnitt 4a und dem
Einlass-Rohrabschnitt 10 entstehen könnte, welcher eine ausreichende
Trennung der flüssigen von
der festen Phase verhindern würde.
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Das über den
Einlasskanal 4 in den Innenraum 8 des Gehäuses 2 eintretende
Kältemittel
kann sich daher, ohne sofort in den Einlass-Rohrabschnitt 10 einzuströmen, im
Innenraum des Gehäuses 2 verteilen
und auch nach unten in den Bereich des Trockenmittelgehäuses 13 gelangen.
Insbesondere die flüssige
Phase und das in dem Kältemittel
enthaltene Öl
kann an der Mantelfläche 13b des
Trockenmittelgehäuses 13 entlang
nach unten strömen;
ein anderer Teil des flüssigen
aber auch des gasförmigen
Kältemittels
durchsetzt die Siebe 15 in der oberen Stirnfläche 13a des Trockenmittelgehäuses 13,
das im Trockenmittelgehäuse 13 befindliche
Trockenmittelgranulat sowie die Öffnungen 19 im
Boden 18 und strömt
von dort in die Öffnungen 23 des
unteren Einsatzes 21.
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Im
unteren Bereich des Innenraumes 22 des Gehäuseunterteiles 2b bildet
sich dabei ein "Sumpf" von Öl, über dem
eine Säule
von flüssigem
Kältemittel
steht. Der Spiegel dieses flüssigen
Kältemittels kann
innerhalb des Gehäuses 2 schwanken;
insbesondere kann sich das gesamte Trockenmittelgehäuse 13 zumindest
zeitweise vollständig
in flüssigem Kältemittel
befinden.
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Das
gasförmige
Kältemittel
tritt aus dem Innenraum 8 des Gehäuseoberteiles 2a durch
die Fenster 31 des Einlasskopfes 29 hindurch und
von dort zunächst
in den Abschnitt 10a größeren Durchmessers
des Einlass-Rohrabschnittes 10 ein. Dies geschieht auf
Grund des verhältnismäßig großen Durchmessers
dieses Abschnittes 10a mit verhältnismäßig kleiner Geschwindigkeit;
daher ist die Gefahr gering, daß eine
unzulässig
große
Menge an flüssigem
Kältemittel
in den Einlass-Rohrabschnitt 10 mitgerissen wird.
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Das
gasförmige
Kältemittel
wird in dem sich verjüngenden
Rohrabschnitt 10b beschleunigt, durchströmt dann
mit höherer
Geschwindigkeit den unteren Abschnitt 10c des Einlass-Rohrabschnittes 10 und
das gektrümmte
Rohr 27 sowie den Auslass-Rohrabschnitt 11, bis
es schließlich über den Auslasskanal 5 im
Anschlussblock 3 den Akkumulator 1 wieder verlässt. Auf
Grund der verhältnismäßig hohen
Geschwindigkeit, welche das gasförmige
Kältemittel
im gekrümmten
Rohr 27 besitzt, wird das Öl, welches im untersten Bereich
des Gehäuseunterteiles 2b als
Sumpf steht, durch die Durchgangsöffnung 28 hindurchgesaugt
und von dem Kältemittel
in gewünschter
Weise fortgeführt.