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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Kühlmittelansaugführungsaufbau
eines hin- und herlaufenden Verdichters, umfassend einen Zylinder,
der in seinem Inneren einen Unterbringungsraum aufweist, einen Kolben,
der Ansaugkanäle
aufweist, durch die Kühlmittel
ins Innere eingesaugt und in den Zylinder eingebracht wird, und
der sich in einer linear hin- und herlaufenden Bewegung befinden
soll, ein Ansaugventil, das im Ende des Kolbens enthalten ist, um
die Ansaugkanäle
zu öffnen
und zu schließen,
und ein Ventilfixierungselement zum Kombinieren des Ansaugventils
mit dem Kolben.
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Besprechung der verwandten
Technik
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Im
Allgemeinen ist ein Verdichter eine Vorrichtung zum Umwandeln von
mechanischer Energie in Verdichtungsenergie eines Druckfluids, und
wird er als ein Teil eines Gefriersystems wie etwa eines Kühlschranks
und einer Klimaanlage verwendet.
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Unter
den Verdichtern führt
ein hin- und herlaufender Verdichter einen inneren Kolben linear
im Inneren eines Zylinders hin und her, um ein Kühlmittelgas einzusaugen, zu
verdichten, und abzulassen. Ein Verfahren zum Antreiben des Kolbens
ist in ein Hin-und-Herlauf-Verfahren
und ein lineares Verfahren unterteilt. Nach dem Hin-und-Herlauf-Verfahren ist
eine Kurbelwelle mit einem sich drehenden Motor kombiniert und ist
ein Kolben mit der Kurbelwelle kombiniert, um die Drehkraft des
Motors in eine linear hin- und herlaufende Bewegung umzuwandeln.
Nach dem linearen Verfahren ist ein Kolben mit einer Antriebsvorrichtung
eines Motors verbunden, der sich in einer linearen Bewegung befindet,
um den Kolben durch die lineare Bewegung des Motors hin und her zu
führen.
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1 ist
eine Schnittansicht, die ein Beispiel eines derartigen hin- und
herlaufenden Verdichters veranschaulicht. Wie in 1 veranschaulicht
sind gemäß einem
herkömmlichen
hin- und herlaufenden Verdichter ein Ansaugrohr SP und ein Ablaßrohr DP mit
einem abgedichteten Gehäuse 10 verbunden. Eine
Rahmeneinheit 20 ist im Inneren des Gehäuses 10 bereitgestellt.
Ein hin- und herlaufender Motor 30 zum Erzeugen der Antriebskraft
und eine Verdichtungseinheit 40 zum Verdichten von Kühlmittel
sind an der Rahmeneinheit 20 fixiert. Der hin- und herlaufende
Motor 30 führt
eine Antriebsvorrichtung 33 linear hin und her und ist
mit einem Kolben 42 verbunden. Die Verdichtungseinheit 40 umfaßt einen
Zylinder 41, der an der Rahmeneinheit 20 fixiert
ist, den Kolben 42, der im Inneren einen Ansaugkanal umfaßt, ein
Ansaugventil 43, das im vorderen Ende des Kolbens 42 bereitgestellt
ist, um das Ansaugen eines Kühlmittelgases
zu beschränken,
und einen Ablaßventilaufbau 44,
der in der Ablaßseite
des Zylinders 41 bereitgestellt ist, um das Ablassen eines
Verdichtungsgases zu beschränken,
während
ein Verdichtungsraum P geöffnet
und geschlossen wird.
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2 ist
eine Schnittansicht, die den Kolben eines herkömmlichen hin- und herlaufenden
Verdichters veranschaulicht. Wie in 2 veranschaulicht umfaßt der Kolben 42 einen
Kolbenkörper 42A,
in dem ein erster Ansaugkanal 47 in einer Kolbenbewegungsrichtung
ausgebildet ist, um mit dem Gasansaugrohr SP des Gehäuses 10 verbunden
zu werden, und einen Kolbenkopf 42B, in dem zweite Ansaugkanäle 48,
die durch das Ansaugventil 43 geöffnet und geschlossen werden,
im Ende der Ausgangsseite des ersten Ansaugkanals 47 ausgebildet
sind. Ein oder mehrere zweite Ansaugkanäle 48 sind so ausgebildet,
daß sie
in der Richtung einer Welle den gleichen Durchmesser aufweisen.
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3 ist
eine Vorderansicht, die ein Ende des Kolbens des herkömmlichen
hin- und herlaufenden Verdichters und das Ansaugventil zeigt. Wie
in 3 veranschaulicht ist das Innere des Ansaugventils 43 teilweise
ausgeschnitten, damit es eine zweiarmige Form aufweist. Eine Seite
des Ansaugventils 43 bildet einen sich öffnenden und schließenden Abschnitt 43A zum Öffnen und
Schließen
der zweiten Ansaugkanäle 48 des
Kolbens, und der Mittelabschnitt des Ansaugventils 43 bildet
einen Fixierungsabschnitt 43B, der durch einen Befestigungsschraubenbolzen
B am Kolben fixiert ist.
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In
der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 21 einen vorderen
Rahmen, bezeichnet das Bezugszeichen 22 einen Zwischenrahmen,
bezeichnet das Bezugszeichen 23 einen hinteren Rahmen,
bezeichnen die Bezugszeichen 31 und 32 einen äußeren bzw.
einen inneren Stator, bezeichnet das Bezugszeichen 31A eine
Wicklungsspule, bezeichnet das Bezugszeichen 33A einen
Magnetrahmen, bezeichnet das Bezugszeichen 33B einen Magnet,
bezeichnet das Bezugszeichen 45 eine Ablaßabdeckung,
bezeichnet das Bezugszeichen 46 eine Ablaßfeder,
bezeichnet das Bezugszeichen 50 eine Resonanzfedereinheit,
bezeichnet das Bezugszeichen 51 einen Federhaltestütze, und
bezeichnen die Bezugszeichen 52 und 53 eine vordere
Resonanzfeder bzw. eine hintere Resonanzfeder.
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Der
oben beschriebene herkömmliche
hin- und herlaufende Verdichter ist wie folgt tätig.
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Wenn
Leistung an den hin- und herlaufenden Verdichter 30 angelegt
wird, um einen magnetischen Fluß zwischen
einem äußeren Stator
und einem inneren Stator zu bilden, bewegt sich eine Antriebsvorrichtung 33 im
Schlitz zwischen dem äußeren Stator 31 und
dem inneren Stator 32 in die Richtung des magnetischen
Flusses. Die Antriebsvorrichtung 33 wird durch die Resonanzfedereinheit 50 fortlaufend hin
und her geführt,
so daß sich
der Kolben 42, der mit der Antriebsvorrichtung 33 verbunden
ist, im Inneren des Zylinders 41 in einer hin- und herlaufenden Bewegung
befindet. Aufgrund der hin- und herlaufenden Bewegung des Kolbens 42 verändert sich
der Rauminhalt eines Verdichtungsraums P so, daß eine Reihe von Vorgängen des
Einsaugens eines Kühlmittelgases
in den Verdichtungsraum, um das Kühlmittelgas zu verdichten,
und dann des Ablassens des Kühlmittelgases
wiederholt wird.
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Dabei
wird das Kühlmittel
durch das Ansaugrohr SP in einem abgedichteten Behälter aufgenommen
und erreicht es durch den ersten Ansaugkanal 47 und die
zweiten Ansaugkanäle 48,
die im Kolben 42 ausgebildet sind, den Verdichtungsraum
P, um verdichtet zu werden. Das Ansaugventil 43 öffnet und schließt die zweiten
Ansaugkanäle 48 durch
den Druckunterschied zwischen den Ansaugkanälen 47 und 48 und
dem Verdichtungsraum P, der durch die Bewegung des Kolbens 42 verursacht
wird, damit das Kühlmittel
in den Verdichtungsraum P eingesaugt wird.
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Bei
dem oben beschriebenen herkömmlichen
hin- und herlaufenden Verdichter ist das Ansaugventil 43 durch
den Befestigungsschraubenbolzen B am Kolben 42 fixiert,
so daß der
sich öffnende und
schließende
Abschnitt 43A gebogen wird, um geöffnet zu werden.
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Aus
der
DE 103 12 355
A1 ist ein vergleichbarer Kühlmittelansaugführungsaufbau
eines Linearverdichters bekannt, umfassend einen Zylinder, der in
seinem Inneren einen Unterbringungsraum aufweist, einen Kolben,
der Ansaugkanäle
aufweist, durch die Kühlmittel
ins Innere eingesaugt und in den Zylinder eingebracht wird, und
der sich in einer linear hin- und hergehenden Bewegung befindet,
ein Ansaugventil, das im Ende des Kolbens enthaltend ist, um die
Ansaugkanäle
zu öffnen
und zu schließen, und
ein Ventilfixierungselement zum Kombinieren des Ansaugventils mit
dem Kolben.
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Die
herkömmlichen
Ansaugkanäle
weisen einen relativ hohen Strömungswiderstand
gegenüber dem
strömenden
Kühlmittel
auf, wodurch die Leistung des Verdichters und der energetische Wirkungsgrad
des Gefriersystems, welches mit einem solchen Verdichter betrieben
wird, reduziert wird.
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Dies
gilt um so mehr, als dass festgestellt wurde, dass die Strömung im
Innern des Kolbens nicht exakt in Längsrichtung des Kolbens, also
seiner Bewegungsrichtung, verläuft,
sondern teilweise wellenförmig.
Dies führt
zu einer erhöhten
Reibung und damit einem erhöhten
Strömungswiderstand
im Kolben, insbesondere in seinen Ansaugkanälen.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verdichter
der zuvor beschriebenen Art dahingehend weiter zu bilden, dass der
Strömungswiderstand
gegenüber
eingesaugtem Kühlmittel
verringert wird.
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Die
zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe wird gemäß der vorliegenden
Erfindung dadurch gelöst,
dass die Ansaugkanäle
des Kolbens vollständig
in Strömungsrichtung
nach außen
geneigt sind, um Kühlmittel
zur Außenseite
zu führen,
an der das Ansaugventil zuerst geöffnet wird.
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Es
wird also dem Umstand Rechnung getragen, dass das durch den Kolben
strömende
Kühlmittel
nicht exakt in Längsrichtung,
sondern in einer Wellenbewegung in Richtung der Ansaugkanäle strömt. Diese
Wellenbewegung kommt daher, dass die Ansaugkanäle in der Regel im oberen Teil
des Kolbens vorgesehen sind und deshalb durch den oberen Teil des
Kolbens das Kühlmittel
ausströmt.
Erfindungsgemäß sind die
Ansaugkanäle
durch ihre Neigung an den Verlauf der Strömung im Innern des Kolbens
unmittelbar vor dem Auftreffen an die Ansaugkanäle angepasst, wodurch der Strömungswiderstand
gegenüber
der Kühlmittelströmung deutlich
reduziert wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
beiliegenden Zeichnungen sind aufgenommen, um ein näheres Verständnis der
Erfindung bereitzustellen, und sind in diese Beschreibung einbezogen
und bilden einen Teil davon. Die Zeichnungen veranschaulichen beispielhafte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung und dienen, zusammen mit der Beschreibung,
dazu, die Grundsätze
der vorliegenden Erfindung zu erklären. In den Zeichnungen
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ist 1 eine
Schnittansicht, die einen herkömmlichen
hin- und herlaufenden Verdichter veranschaulicht;
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ist 2 eine
Schnittansicht, die den Kolben des herkömmlichen hin- und herlaufenden
Verdichters veranschaulicht;
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ist 3 eine
Vorderansicht, die ein Ende des Kolbens und das Ansaugventil des
herkömmlichen
hin- und herlaufenden Verdichters veranschaulicht;
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ist 4 eine
Schnittansicht, die den Kolben und das Ansaugventil eines hin- und
herlaufenden Verdichters nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht;
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ist 5 eine
Vorderansicht, die ein Ende des Kolbens und das Ansaugventil des
hin- und herlaufenden Verdichters nach der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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ist 6 eine
Vorderansicht, die den Kolben und das Ansaugventil eines hin- und
herlaufenden Verdichters nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht;
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ist 7 eine
Schnittansicht, die den Fluß des
Kühlmittels
im Kolben nach den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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ist 8 eine
Schnittansicht, die den Fluß des
Kühlmittels
in einem Kolben nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht;
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ist 9 eine
Tabelle, die den energetischen Wirkungsgrad eines Gefriersystems
veranschaulicht, auf das der herkömmliche hin- und herlaufende
Verdichter, in dem keine geneigten Oberflächen ausgebildet sind, angewendet
wird; und
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ist 10 eine
Tabelle, die den energetischen Wirkungsgrad eines Gefriersystems
veranschaulicht, auf das der hin- und herlaufende Verdichter nach
der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, in dem geneigte Oberflächen ausgebildet
sind, angewendet wird.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER VERANSCHAULICHTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Unter
Bezugnahme auf die Ausführungsformen,
die unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschreiben
sind, wird nachstehend ein Kühlmittelansaugführungsaufbau
eines hin- und herlaufenden Verdichters nach der vorliegenden Erfindung
ausführlich
beschrieben werden.
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4 ist
eine Schnittansicht, die den Kolben und das Ansaugventil eines hin-
und herlaufenden Verdichters nach einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 5 ist eine
Vorderansicht, die ein Ende des Kolbens und das Ansaugventil des
hin- und herlaufenden Verdichters nach der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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Wie
in den Zeichnungen veranschaulicht umfaßt der Kühlmittelansaugführungsaufbau
des hin- und herlaufenden Verdichters nach der vorliegenden Erfindung
einen Zylinder (nicht gezeigt), der in seinem Inneren einen Unterbringungsraum
aufweist, einen Kolben 110, der Ansaugkanäle 111 und 112 umfaßt, durch
die Kühlmittel
eingesaugt wird und in den Zylinder eingebracht wird, und der sich
in einer linear hin- und herlaufenden Bewegung befinden soll, ein
Ansaugventil 120, das im Ende des Kolbens 110 enthalten
ist, um die Ansaugkanäle
zu öffnen
und zu schließen,
und ein Ventilfixierungselement 130 zum Kombinieren des
Ansaugventils 120 mit dem Kolben 110. Die Ansaugkanäle des Kolbens 110 umfassen geneigte
Oberflächen 113,
die Kühlmittel
zur Außenseite
führen,
an der das Ansaugventil 120 zuerst geöffnet wird.
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Der
Kolben 110 umfaßt
den ersten Ansaugkanal 111 und die zweiten Ansaugkanäle 112,
die Teile der Kanäle
des Kühlmittels
sind.
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Der
erste Ansaugkanal 111 ist im Kolben 110 in der
Richtung einer Welle ausgebildet. Die zweiten Ansaugkanäle 112 sind
mit dem ersten Ansaugkanal 111 verbunden und so in einem
Ende des Kolbens in der Richtung einer Welle ausgebildet, daß sie geneigt sind,
so daß die
zweiten Ansaugkanäle 112 durch das
Ansaugventil 120 geöffnet
und geschlossen werden.
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Der
einzelne erste Ansaugkanal 111 verläuft durch den Mittelabschnitt
des Kolbens 110. Die mehreren zweiten Ansaugkanäle 112 (die
Anzahl der zweiten Ansaugkanäle
ist nach der vorliegenden Ausführungsform "drei") sind voneinander
um die gleiche Entfernung getrennt exzentrisch so auf dem gleichen
Umfang des vorderen Endes des Kolbens ausgebildet, daß sie mit
dem ersten Ansaugkanal 111 verbunden sind.
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Das
Ansaugventil 120 wird durch Durchführen einer solchen Blechbearbeitung
an einem ferroelastischen Material, daß sein Inneres teilweise ausgeschnitten
ist, damit es eine zweiarmige Form aufweist, erhalten. Eine Seite
des Ansaugventils 120 bildet einen sich öffnenden
und schließenden
Abschnitt 121, der so mit den zweiten Ansaugkanälen in Kontakt
steht, daß die
jeweiligen zweiten Ansaugkanäle 112 des
Kolbens 110 geöffnet
und geschlossen werden. Der Mittelabschnitt des Ansaugventils 120 bildet einen
Fixierungsabschnitt 122, der durch das Ventilfixierungselement 130 am
Kolben 110 fixiert ist.
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Das
Ventilfixierungselement 130 kann der oben beschriebene
Schraubenbolzen sein, oder der Fixierungsabschnitt 122 kann
durch Schweißen
am Kolben 110 fixiert sein.
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Die
geneigten Oberflächen 113 sind
unter Berücksichtigung
des Umstands, daß die
zweiten Ansaugkanäle 112 der
Reihe nach von der Außenseite
zur Innenseite geöffnet
werden, während
der sich öffnende
und schließende
Abschnitt 121 des Ansaugventils 120 gebogen wird,
vorzugsweise so ausgebildet, daß sie
in der Richtung, in der Kühlmittel eingesaugt
wird, allmählich
nach außen
geneigt sind, um das Kühlmittel
zur vom Mittelabschnitt, in dem das Ansaugventil 120 fixiert
ist, entfernten Seite, das heißt,
zur Außenseite,
zu führen.
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Die
geneigten Oberflächen 113 sind
vorzugsweise an den zweiten Ansaugkanälen 112 ausgebildet,
können
aber am ersten und an den zweiten Ansaugkanälen 111 und 112 ausgebildet
sein.
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6 ist
eine Vorderansicht, die den Kolben und das Ansaugventil eines hin-
und herlaufenden Verdichters nach einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Wie in 6 veranschaulicht
können
die geneigten Oberflächen 113 so
ausgebildet sein, daß sie
auf Basis des Fixierungspunkts O, an dem das Ansaugventil fixiert ist,
radial geneigt sind. Das heißt,
nach der in 4 und 5 veranschaulichten
ersten Ausführungsform
ist die Neigungsrichtung parallel. Andererseits sind die geneigten
Oberflächen
nach der in 6 veranschaulichten zweiten
Ausführungsform
radial geneigt, um Kühlmittel
glatter einzusaugen. Das Kühlmittel
wird in den Verdichtungsraum P eingesaugt, während es stärker zerstreut wird, so daß es möglich ist,
den Widerstand des Kühlmittels
zu verringern.
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Nachstehend
wird der Betrieb der vorliegenden Erfindung wie folgt beschreiben
werden.
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7 ist
eine Schnittansicht, die den Fluß des Kühlmittels im Kolben nach den
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Wie in 7 veranschaulicht
wird das Ansaugventil 120 dann, wenn sich der in einen
Zylinder 410 eingesetzte Kolben 110 zurückzieht,
um Kühlmittel
einzusaugen, aufgrund des Druckunterschieds zwischen den Ansaugkanälen und
dem Verdichtungsraum P geöffnet.
Das heißt,
wenn sich der Kolben 110 zurückzieht, erhält das Kühlmittel
eine Kraft in der Richtung, die der Bewegungsrichtung des Kolbens 110 entgegengesetzt
ist. Durch eine solche Kraft des Kühlmittels wird der sich öffnende
und schließende Abschnitt 121 des
Ansaugventils 120 auf Basis des durch das Ventilfixierungselements 130 gehaltenen Fixierungspunkts 122 gebogen
und werden die zweiten Ansaugkanäle 112 geöffnet, so
daß das
Kühlmittel
schnell im Verdichtungsraum P des Zylinders 410 aufgenommen
wird.
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Dabei
sind die geneigten Oberflächen 113 so ausgebildet,
daß sie
gemäß der Tätigkeit
des Öffnens
des sich öffnenden
und schließenden
Abschnitts 121 des Ansaugventils 120 zum Ausgang
hin zur Außenseite
geneigt sind, so daß das
meiste Kühlmittel
zur Außenseite
des Ansaugventils 120 eingesaugt wird und der Strömungswiderstand
des Kühlmittels
verringert wird. Daher kann das Kühlmittel rasch durch die zweiten
Ansaugkanäle 112 verlaufen,
so daß es
möglich
ist, die Menge des eingesaugten Kühlmittels im Verdichtungsraum
zu erhöhen.
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8 ist
eine Schnittansicht, die den Fluß des Kühlmittels in einem Kolben nach
einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Wie in 8 veranschaulicht
sind die geneigten Oberflächen 113 so
ausgebildet, daß die
inneren Umfänge
der zweiten Ansaugkanäle 112 in
der Außenseite
zum Ausgang hin zur Außenseite
geneigt sind. Das heißt,
nach der ersten und zweiten Ausführungsform
sind die geneigten Oberflächen 113 so ausgebildet,
daß sie
parallel geneigt sind. Andererseits sind die inneren Umfänge in der
Innenseite nach der dritten Ausführungsform
in der Richtung der Welle parallel ausgebildet und die geneigten
Oberflächen 113 nur
an den inneren Umfängen
in der Außenseite
ausgebildet.
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Es
kann eine Ausführungsform
gebildet werden, auf die die zweite und die dritte Ausführungsform
angewendet wird. Das heißt,
die inneren Umfänge
der zweiten Ansaugkanäle 112 in
der Außenseite sind
so ausgebildet, daß sie
zum Ausgang hin zur Außenseite
geneigt sind, so daß die
zweiten Ansaugkanäle 112 auf
Basis des Fixierungspunkts O, an dem das Ansaugventil fixiert ist,
radial geneigt sind.
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9 ist
eine Tabelle, die den energetischen Wirkungsgrad eines Gefriersystems
veranschaulicht, auf das der herkömmliche hin- und herlaufende
Verdichter, in dem keine geneigten Oberflächen ausgebildet sind, angewendet
wird. 10 ist eine Tabelle, die den
energetischen Wirkungsgrad eines Gefriersystems veranschaulicht,
auf das der hin- und herlaufende Verdichter nach der ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, in dem geneigte Oberflächen ausgebildet sind, angewendet
wird.
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Hierbei
ist Wc die am Verdichter im Gefriersystem durchgeführte Arbeit,
die eine Einheit von [W] aufweist. Qe ist ein kalorischer Wert,
der durch einen Verdampfer aufgenommen wird und eine Einheit von [W]
aufweist. EER ist der energetische Wirkungsgrad, der durch Qe/Wc·3,4125
erhalten werden kann. Wie in den Zeichnungen veranschaulicht sind
die Ausgänge
(We) in 10 in Bezug auf die gleichen Eingänge (Wc)
größer als
die Ausgänge
(We) in 9, woraus man bemerkt, daß sich der
energetische Wirkungsgrad verbessert.
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Das
heißt,
nach der vorliegenden Erfindung sind die geneigten Oberflächen beim
Kühlmittelansaugführungsaufbau des
hin- und herlaufenden Verdichters in den Ansaugkanälen ausgebildet,
um den Strömungswiderstand
zu verringern, wenn das Kühlmittel
eingesaugt wird, so daß das
Kühlmittel
rasch in den Verdichtungsraum eingesaugt wird, um die Menge des
eingesaugten Kühlmittels
zu erhöhen.
Daher ist es nach der vorliegenden Erfindung möglich, die Leistung des Verdichters
und den energetischen Wirkungsgrad des Gefriersystems zu verbessern.