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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Durchflussregelventil und einen Verdichter mit dem Durchflussregelventil.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Unter extremen Betriebsbedingungen umfasst das in einen Verdichter eintretende Fluid manchmal Kältemittelflüssigkeit. Die Flüssigkeit ist inkompressibel und kann mechanische Schäden im Inneren des Verdichters verursachen. Um dieses Problem zu lösen, wird nach dem Stand der Technik im Allgemeinen eine größere Ansaugkammer verwendet oder ein Labyrinthabschnitt in einem Ansaugweg angeordnet, um die Durchflussmenge der in den Verdichter eintretenden Flüssigkeit zu reduzieren. Bei diesen technischen Lösungen weist der Verdichter jedoch in der Regel eine komplizierte Struktur, eine große Größe und hohe Kosten auf.
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Daher ist es wünschenswert, eine Vorrichtung zu erhalten, die die Durchflussmenge des einströmenden Fluids mit einem einfachen Aufbau und geringen Kosten effektiv reguliert.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Technisches Problem
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Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um die oben genannten technischen Probleme und andere potentielle technische Probleme zu lösen.
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Technische Lösung
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Durchflussregelventil vorgesehen, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchflussregelventil in der Lage ist, entsprechend den unterschiedlichen Kräften, die von einem einströmenden Fluid auf das Durchflussregelventil ausgeübt werden, Fluideinlässe unterschiedlicher Breite zu bilden.
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Insbesondere umfasst das Durchflussregelventil einen Ventilsitz, ein Führungselement, einen Kolben und ein Rohr. Der Ventilsitz, der Kolben und das Rohr bilden einen Fluidregulierkanal, und der Kolben ist entlang des Führungselements vom Ventilsitz weg oder zu ihm hin beweglich, so dass ein engster Abschnitt des Fluidregulierkanals in der Breite und/oder in der Position verändert wird.
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Insbesondere umfasst das Durchflussregelventil ferner ein Vorspannelement. Sowohl eine durch das Vorspannelement erzeugte Vorspannkraft als auch die durch das einströmende Fluid erzeugte Kraft wirken auf den Kolben, so dass der Kolben entlang des Führungselements bewegt wird und schließlich einen Gleichgewichtszustand erreicht.
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Insbesondere die Breite des engsten Abschnitts des Fluidregulierungskanals wird durch den Kolben und den Ventilsitz oder durch den Kolben und das Rohr bestimmt.
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Insbesondere ist das Führungselement unabhängig vom Kolben und dem Ventilsitz, oder das Führungselement und der Kolben sind ein integrales Element, das durch ein Integralformverfahren gebildet wird, oder das Führungselement und der Ventilsitz sind ein integrales Element, das durch ein Integralformverfahren gebildet wird.
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Insbesondere stößt das Vorspannelement so an den Kolben an, dass die Vorspannkraft direkt auf den Kolben wirkt.
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Alternativ dazu umfasst das Durchflussregelventil auch ein Verbindungselement, wobei das Verbindungselement zwischen dem Vorspannelement und dem Kolben angeordnet ist und mit dem Kolben verbunden werden kann. Das Vorspannelement stößt derart an das Verbindungselement, dass die Vorspannkraft auf das Verbindungselement wirkt.
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Insbesondere umfasst das Vorspannelement eine Feder. Je kleiner die durch das einströmende Fluid auf den Kolben ausgeübte Kraft ist, desto größer ist die Breite des durch den Kolben und den Ventilsitz gebildeten Fluideinlasses.
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In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Durchflussregelventil vorgesehen, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchflussregelventil umfasst:
- einen Ventilsitz, in dem ein Durchgang ausgebildet ist, wobei der Durchgang es einem einströmenden Fluid ermöglicht, von einer Außenseite des Ventilsitzes in eine Innenseite des Ventilsitzes zu fließen;
- ein Führungselement, das an dem Ventilsitz befestigt ist und zur Außenseite des Ventilsitzes hin vorsteht;
- einen Kolben, der im Allgemeinen an der Außenseite des Ventilsitzes angeordnet ist, mit dem Ventilsitz einen Fluideinlass bildet und entlang des Führungselements hin- und herbewegt werden kann; und
- ein Vorspannelement, das den Kolben in einer Richtung weg vom Ventilsitz vorspannt,
- wobei eine Stoßkraft, die durch das einströmende Fluid auf den Kolben ausgeübt wird, in entgegengesetzter Richtung zu einer Vorspannkraft wirkt, die durch das Vorspannelement auf den Kolben ausgeübt wird, und
- der Kolben unter Einwirkung unterschiedlicher Stoßkräfte in verschiedene Positionen bewegt werden kann, um mit dem Ventilsitz unterschiedlich breite Flüssigkeitseinlässe zu bilden.
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Insbesondere ist der Kolben zwischen einer oberen Endstellung, die am weitesten vom Ventilsitz entfernt ist, und einer unteren Endstellung, die dem Ventilsitz am nächsten liegt, beweglich; und
- zwischen der oberen Endstellung und der unteren Endstellung ist die Breite des durch den Kolben und den Ventilsitz gebildeten Fluideinlasses umso größer, je kleiner die durch das einströmende Fluid auf den Kolben ausgeübte Stoßkraft ist.
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Insbesondere umfasst das einströmende Fluid ein Gas oder eine Flüssigkeit oder ein Gemisch aus Gas und Flüssigkeit.
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Insbesondere ist das einströmende Fluid ein Kältemittel.
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Das Durchflussregelventil umfasst ferner ein Anschlagelement, das an einem distalen Ende des Führungselements angeordnet ist, um zu verhindern, dass der Kolben vom Führungselement herunterfällt.
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Insbesondere umfasst das Anschlagelement ein Klemmband.
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Insbesondere umfasst das Vorspannelement eine Schraubenfeder, die um einen Umfang des Führungselements gewickelt ist und deren eines Ende an den Ventilsitz und deren anderes Ende an den Kolben stößt.
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Insbesondere ist zwischen der oberen und der unteren Endstellung die Länge der Schraubenfeder und damit die Breite des durch den Kolben und den Ventilsitz gebildeten Fluideinlasses umso größer, je kleiner die durch das einströmende Fluid auf den Kolben ausgeübte Stoßkraft ist.
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In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verdichter vorgesehen. Der Verdichter umfasst das oben erwähnte Durchflussregelventil, und das Durchflussregelventil ist in einem Ansaugkanal des Verdichters oder auf einer Saugseite des Verdichters angebracht.
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Insbesondere ist das Durchflussregelventil direkt mit einer Ansaugöffnung des Verdichters kombiniert, oder das Durchflussregelventil ist zwischen der Ansaugöffnung des Verdichters und einer externen Leitung angeordnet, oder die externe Leitung ist mit der Ansaugöffnung des Verdichters kombiniert und das Durchflussregelventil ist in jeder geeigneten Position in der externen Leitung angeordnet.
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Technische Effekte
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Mit den oben genannten technischen Lösungen der vorliegenden Erfindung kann die Durchflussmenge des in den Verdichter eintretenden Fluids mit einem einfachen Aufbau und geringen Kosten wirksam eingestellt werden.
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Insbesondere auf Grund der Ausstattung des Verdichters mit dem erfindungsgemäßen Durchflussregelventil kann das Durchflussregelventil in dem Fall, dass das einströmende Fluid Flüssigkeit umfasst, automatisch die Breite des Fluideinlasses des Durchflussregelventils verringern und dadurch verhindern, dass das Fluid mit einem zu hohen Massendurchsatz schnell in den Verdichter einströmt.
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Figurenliste
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Um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, wird die vorliegende Erfindung anhand exemplarischer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen werden die gleichen oder ähnliche Referenznummern verwendet, um gleiche oder ähnliche Komponenten zu kennzeichnen. Es ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur schematisch sind und die Abmessungen und Proportionen der Komponenten in den Zeichnungen nicht unbedingt genau sind.
- 1A, 1B und 1C sind schematische Darstellungen, die verschiedene Ausführungsbeispiele eines Verdichters mit einem Durchflussregelventil nach der vorliegenden Erfindung zeigen.
- 2 ist eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Durchflussregelventils in einem ersten Zustand.
- 3 ist ein schematischer Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Durchflussregelventil in einem zweiten Zustand.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG
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Hauptstruktur, Funktionsprinzip und industrielle Anwendbarkeit des Durchflussregelventils und des Verdichters gemäß der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf 1A bis 3 beschrieben.
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[Hauptstruktur]
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1A, 1B und 1C sind schematische Darstellungen verschiedener Ausführungsformen eines Verdichters 100 mit einem Durchflussregelventil nach der vorliegenden Erfindung. In dem in 1A gezeigten Ausführungsbeispiel kann das Durchflussregelventil 10 direkt mit einem Sauganschluss des Verdichters 100 kombiniert werden. In dem in 1B gezeigten Ausführungsbeispiel kann das Durchflussregelventil 10 zwischen dem Sauganschluss 20 des Verdichters 100 und einer externen Leitung 30 angeordnet werden. In dem in 1C gezeigten Ausführungsbeispiel ist die externe Leitung 30 mit dem Sauganschluss 20 des Verdichters 100 kombiniert, und das Durchflussregelventil 10 kann an jeder geeigneten Stelle in der externen Leitung 30 angeordnet werden.
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Es ist erwähnenswert, dass 1A bis 1C nur Beispiele zeigen, in denen das Durchflussregelventil auf der Saugseite des Verdichters montiert ist. Nach der vorliegenden Erfindung kann das Durchflussregelventil jedoch auch in einer Druckleitung des Verdichters oder auf einer Druckseite des Verdichters oder in einer beliebigen Leitung, in der die Durchflussmenge des Fluids eingestellt werden muss, angebracht werden. Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Durchflussregelventil nicht nur im Verdichter, sondern auch in jeder Maschine verwendet werden, in der die Durchflussmenge eingestellt werden muss.
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Wie in 2 und 3 dargestellt, umfasst das Durchflussregelventil 10 einen Ventilsitz 1, ein Führungselement 2, ein Vorspannelement 3, einen Kolben 4, ein Anschlagelement 5 und ein Rohr 6. Im Ventilsitz 1 wird ein Durchgang gebildet, damit Fluid von einer Außenseite des Ventilsitzes 1 in eine Innenseite des Ventilsitzes 1 fließen kann (z.B. in eine Innenseite des Verdichters). Der Ventilsitz 1, der Kolben 4 und das Rohr 6 bilden einen Fluidregulierungskanal, und der Kolben 4 kann entlang des Führungselements 2 vom Ventilsitz 1 weg oder zu ihm hin bewegt werden, so dass ein engster Abschnitt des Fluidregulierungskanals in der Breite und/oder in der Position verändert wird.
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Das Führungselement 2 ist am Ventilsitz 1 befestigt und steht zur Außenseite des Ventilsitzes 1 hin vor. Das Führungselement 2 hat eine zylindrische Form. Das Führungselement 2 ist unabhängig vom Kolben 4 und dem Ventilsitz 1, oder das Führungselement 2 und der Kolben 4 sind ein integrales Element, das durch ein Integralformverfahren gebildet wird, oder das Führungselement 2 und der Ventilsitz 1 sind ein integrales Element, das durch ein Integralformverfahren gebildet wird.
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Der Kolben 4 ist im Allgemeinen an der Außenseite des Ventilsitzes 1 angeordnet, bildet mit dem Ventilsitz 1 einen Fluideinlass und kann entlang des Führungselements 2 hin- und herbewegt werden. Das Vorspannelement 3 spannt den Kolben 4 in eine Richtung weg vom Ventilsitz 1 vor (nach oben, wie in 2 dargestellt). Das Anschlagelement 5 ist an einem distalen Ende des Führungselements 2 angeordnet, um zu verhindern, dass der Kolben 4 vom Führungselement 2 herunterfällt. Das Anschlagelement 5 kann ein Klemmband sein. Das Vorspannelement 3 kann eine Schraubenfeder sein, die um einen Umfang des Führungselements 2 gewickelt ist. Die Schraubenfeder hat ein unteres Ende, das gegen den Ventilsitz 1 und ein oberes Ende, das gegen den Kolben 4 stößt. Das Durchflussregelventil 10 kann ferner ein Verbindungselement enthalten (nicht in 2 und 3 dargestellt). Das Verbindungselement ist zwischen dem Vorspannelement 3 und dem Kolben 4 angeordnet und kann mit dem Kolben 4 verbunden werden. Das Vorspannelement 3 stößt an das Verbindungselement an, so dass die Vorspannkraft auf das Verbindungselement wirkt. Eine Stoßkraft, die durch das einströmende Fluid auf den Kolben 4 ausgeübt wird, wirkt im allgemeinen in entgegengesetzter Richtung zu einer Vorspannkraft, die durch das Vorspannelement 3 auf den Kolben 4 ausgeübt wird. Mit anderen Worten drückt das einströmende Fluid den Kolben 4 nach unten, während das Vorspannelement 3 den Kolben 4 nach oben drückt.
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Das einströmende Fluid kann ein Gas sein, wie das in 2 dargestellte Fluid GS. Das einströmende Fluid kann auch eine Flüssigkeit oder eine Mischung aus Gas und Flüssigkeit sein, wie die in 3 gezeigte Flüssigkeit FL. Nach der technischen Lösung der vorliegenden Erfindung kann das einströmende Fluid ein Kältemittel sein.
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Eine durch das einströmende Fluid auf den Kolben 4 ausgeübte Stoßkraft variiert in Abhängigkeit von einem Zustand und/oder einer Massenflussrate des einströmenden Fluids. Der Kolben 4 kann unter der Einwirkung unterschiedlicher Stoßkräfte in verschiedene Positionen entlang des Führungselements 2 bewegt werden, um mit dem Ventilsitz 1 unterschiedlich breite Fluideinlässe zu bilden. Der Kolben 4 ist zwischen einer oberen Endposition, die am weitesten vom Ventilsitz 1 entfernt ist, und einer unteren Endposition, die dem Ventilsitz 1 am nächsten liegt, beweglich.
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Genauer gesagt zeigt 2 einen Zustand, in dem sich der Kolben 4 in der oberen Endstellung befindet, und 3 zeigt einen Zustand, in dem sich der Kolben 4 in der unteren Endstellung befindet. Zwischen der oberen Endstellung und der unteren Endstellung ist die Stoßkraft, die durch das einströmende Fluid auf den Kolben 4 ausgeübt wird, umso kleiner, je größer die Länge der Schraubenfeder ist, je höher die Position des Kolbens 4 ist und je größer die Breite des Fluideinlasses ist, der durch den Kolben 4 und den Ventilsitz 1 gebildet wird, und umgekehrt. Zum Beispiel wird die Breite des durch den Kolben 4 und den Ventilsitz 1 gebildeten Fluideinlasses in dem in 2 gezeigten Zustand mit W1 bezeichnet, die Breite des durch den Kolben 4 und den Ventilsitz 1 gebildeten Fluideinlasses wird in dem in 3 gezeigten Zustand mit W2 bezeichnet und W1 > W2.
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Es ist zu beachten, dass der Massendurchsatz des Fluids durch die Breite des schmalsten Abschnitts des Fluideinlasses und nicht durch einen breiteren Abschnitt des Fluideinlasses begrenzt wird. Daher bezieht sich die hier erwähnte Breite (wie W1 und W2) des Fluideinlasses im Allgemeinen auf die Breite des schmalsten Abschnitts des Fluideinlasses.
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Obwohl die und den Fall zeigen, dass die Breite (wie z.B. W1 und W2) des schmalsten Abschnitts des Fluideinlasses durch den Kolben 4 und den Ventilsitz 1 bestimmt wird, sollte außerdem berücksichtigt werden, dass die Breite des schmalsten Abschnitts des Fluideinlasses auch durch den Kolben 4 und das Rohr 6 bestimmt werden kann.
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Funktionsprinzip
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Zum Beispiel wird in dem in 2 dargestellten Zustand eine obere Fläche des Kolbens 4 von der Flüssigkeit GS beaufschlagt (es kann davon ausgegangen werden, dass diese keine oder nur eine geringe Menge an flüssigen Bestandteilen umfasst). Da der Massendurchsatz der Flüssigkeit GS klein ist, ist die Aufprallkraft auf den Kolben 4 gering. Daher kann die vom Vorspannelement 3 auf den Kolben 4 ausgeübte Vorspannkraft die von der Flüssigkeit GS auf den Kolben 4 ausgeübte Aufprallkraft überwinden und dadurch den Kolben 4 nach oben drücken, so dass der Kolben 4 gegen das Anschlagglied 5 stößt. Infolgedessen ist die Breite W1 des geformten Fluideinlasses größer.
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In dem in 3 dargestellten Zustand ist der Massendurchsatz jedoch größer, da das Fluid FL mehr Flüssigkeitskomponenten umfasst (auch wenn das gesamte Fluid FL flüssig ist). Die Stoßkraft, die das Fluid FL auf den Kolben 4 ausübt, ist größer. Daher kann die vom Vorspannelement 3 auf den Kolben 4 ausgeübte Vorspannkraft die vom Fluid GS auf den Kolben 4 ausgeübte Stoßkraft nicht überwinden. Daher wird der Kolben 4 nach unten gedrückt, so dass er gegen den Ventilsitz 1 stößt, wodurch die Breite W2 des geformten Fluideinlasses kleiner wird. Da die Breite des Fluideinlasses verringert wird, wird die Flüssigkeit im Fluid FL blockiert, so dass die Flüssigkeit daran gehindert wird, schnell in den Verdichter zu fließen und diesen zu beschädigen.
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Es ist zu beachten, dass die oben beschriebene Verringerung der Breite des Fluideinlasses die Durchflussmenge des einströmenden Gases nicht wesentlich beeinflusst, sondern nur die Durchflussmenge der einströmenden Flüssigkeit verlangsamt. Ein solcher Effekt war experimentell bestätigt worden und ist auch genau ein gewünschter Effekt.
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Obwohl die Fälle, in denen sich der Kolben 4 in der oberen Endstellung und der unteren Endstellung befindet, unter Bezugnahme auf die obigen 2 und 3 ausdrücklich beschrieben werden, ist es darüber hinaus denkbar, dass sich der Kolben 4 basierend auf der Größe des Massendurchsatzes des einströmenden Fluids auch in jeder Position zwischen der oberen und der unteren Endstellung befinden kann. Dementsprechend liegt die Breite des geformten Fluideinlasses zwischen W2 und W1.
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Weiter ist zu beachten, dass bei der obigen technischen Lösung zwar die Breite des schmalsten Abschnitts des Flüssigkeitseinlasses angepasst wird, jedoch auch die Position des schmalsten Abschnitts des Flüssigkeitseinlasses tatsächlich angepasst wird. Auf der Grundlage der oben genannten technischen Lösung, die in der vorliegenden Erfindung offenbart ist, könnten sich die Fachleute eine technische Lösung vorstellen, bei der nur die Breite des schmalsten Abschnitts des Fluideinlasses angepasst wird, jedoch die Position des schmalsten Abschnitts des Fluideinlasses nicht angepasst wird, und eine technische Lösung, bei der nur die Position des schmalsten Abschnitts des Fluideinlasses angepasst wird, jedoch die Breite des schmalsten Abschnitts des Fluideinlasses nicht angepasst wird.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Das Durchflussregelventil nach der vorliegenden Erfindung kann in verschiedenen Maschinen einschließlich eines Verdichters in großem Umfang eingesetzt werden.
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Obwohl die technischen Gegenstände, technischen Lösungen und technischen Wirkungen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die spezifischen Ausführungsbeispiele oben ausführlich beschrieben worden sind, ist zu beachten, dass die obigen Ausführungsbeispiele nur beispielhaft, aber nicht einschränkend sind. Alle Änderungen, gleichwertigen Substitutionen und Verbesserungen, die von Fachleuten vorgenommen wurden, ohne von den Grundsätzen und dem Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen, sollten in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallen.
