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Die vorliegende Erfindung betrifft eine besondere Form eines Einlaßrohrs zur
Gaskühlung innerhalb einer luftdicht abgeschlossenen Umhüllung, die einen
elektrischen Verdichter beinhaltet, insbesondere für die Anwendung in
Kühlschränken für Haushalte.
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Zur besseren Erläuterung der vorliegenden Erfindung wird angenommen, daß
das Rohr in enger Verbindung mit dem Verdichter zusammenarbeitet und daß
es aus Spritzguß oder gepreßtem Kunststoff hergestellt ist. Dies beschränkt die
Erfindung natürlich nicht auf diesen Materialtyp und auf diese Verwendung.
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Die Schwankungen des Gasdrucks in Verdrängungsverdichtern, insbesondere
für Kühlschränke in Haushalten sind von beträchtlicher Wichtigkeit im
Hinblick auf ihren Einfluß auf den Wirkungsgrad und den Grad an der
Schallintensität, die der Verdichter ausstrahlt. Dabei tritt das Kühlgas aus dem
Einlaßrohr in das luftdichte Gehäuse des Verdichters ein.
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Der Verdichterkörper hat ein Einlaßrohr in dem Gehäuse, das mit dem
Einlaßventil über mehrere Kanäle und Hohlräume verbunden ist, die es dem
eingezogenen Gas erlauben, in das Innere des Zylinders eingeleitet zu werden.
Durch den Kontakt mit allen heißen Oberflächen des Verdichters heizt sich
das Gas auf, was dessen Dichte innerhalb dieser Passagen reduziert.
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Dies führt zu einer Reduzierung der Zylinderfüllung und folglich letzten Endes
zu einer Reduzierung der Kühlkapazität des Verdichters.
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Der Grundmechanismus, der die Strömung der Gasbewegung reguliert, ist der
Folgende:
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1) Der Begrenzungsmechanismus des Flusses durch jede "Einfassung"
und jeden verbundenen Hohlraum, die das System bilden, wird als
eine Öffnung zum Zusammendrücken der Gasströmung betrachtet.
Diese Wirkung ist eigentlich statischer Natur, da die Massenträgheit
von Gas niedrig ist, und normalerweise in den Einlaß- und
Auslaßpassagen, die angemessene Dimensionen haben, unbedeutend ist.
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2) Der zweite Mechanismus ist im wesentlichen von dynamischer Art
und bezieht sich auf das plötzliche Öffnen und Schließen der
Einlaßund Auslaßventile. Das plötzliche Entladen einer Gasmenge
innerhalb eines Hohlraums in einem System verursacht eine
Beschleunigung in der Masse des Gases, die schon in den Passagen
stromabwärts des Hohlraums existiert, was folglich dem ankommenden Gas
es erlaubt, seine thermodynamischen Zustandsgrößen minimal zu
verändern. Die Massenträgheit des Gases bietet einen Widerstand zu
dieser Änderung der Bewegung und führt zu einem Druckanstieg
innerhalb des Hohlraums. Wenn sich diese Zustandsänderung einmal
etabliert hat, verharrt das Gas in seiner Bewegung (aufgrund der
Massenträgheit), was zu einer Verdünnung des Gases in dem
Hohlraum führt, in dem vorher ein Uberdruck war. Die Wiederholung
dieses Prozesses, wie sie charakteristisch für die Hin- und Herbewegung
eines Verdichters ist, verursacht eine Vibration des Gases.
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Allein vom Standpunkt aus der Effizienz wäre die ideale Lösung in einer
vollständigen Eliminierung irgendeines Systems von Rohren, Verteilern und
Hohlräumen, die die Funktion haben, das Gas stromaufwärts und
stromabwärts der automatischen Ventile zu sammeln.
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Die Maximierung des thermodynamischen Wirkungsgrads würde sich auf diese
Weise entsprechend dem Gehalt an ausgestrahlter Schallintensität erhöhen,
insbesondere während des Einlasses, bei dem der Schall direkt außerhalb des
Verdichtergehäuses übertragen wird, wobei die Anforderung an Ruhe
beeinträchtigt wird.
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Es wäre daher wünschenswert und ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen Verdichter zu schaffen, der einen hohe Wirkungsgrad mit wenig
Geräusch verbindet, und dabei zuverlässig, wirtschaftlich und einfach
zusammensetzbar ist, wobei durch den Stand der Technik zur Verfügung gestellte
Materialien und Techniken verwendet werden.
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Diese Aufgabe wird mit der Vorrichtung erreicht, die beispielhaft und nicht
begrenzend mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben wird. Es
zeigen:
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Fig. 1 eine Innenansicht des Verdichtergehäuses mit einer Vorderansicht
der Vorrichtung, die einen Schalldämpfer aufweist, der zwischen
dem Einlaß des Gases von außerhalb des Verdichters und dem
Zylinderkopf angeordnet ist;
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Fig. 2 eine innere Vorderansicht des Gehäuses des Schalldämpfers;
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Fig. 3 eine Seitenansicht desselben Details;
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Fig. 4 eine innere Vorderansicht des Körpers des Schalldämpfers, und
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Fig. 5 eine seitliche Schnittansicht desselben Details.
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Die wesentliche Idee der Erfindung ist im folgenden beschrieben.
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Um den Prozeß des Gaseinlasses innerhalb einer adiabatischen
Zustandsänderung aufrechtzuerhalten (und dabei die Kühlungseffektivität des Verdichters
zu erhalten), ist das akustische Steuersystem vorzugsweise aus Kunststoff
gemacht.
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Ein Expansionsschalldämpfer ist zwischen zwei Rohren (mit unterschiedlichen
Querschnitten) und durch einen Helmholtz-Resonator gebildet, dessen Rand
entlang des Rohrs am Auslaß des Schalldämpfers auf der Seite des
Einlaßventils positioniert ist.
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Innerhalb des Schalldämpfers ist die Ausbreitung der akustischen Wellen
Gegenstand von Störungs- und Reflektionsphänomenen, die die Schallintensität
vermindern (was als Energiefluß pro Flächeneinheit verstanden wird).
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Experimente haben die Übertragungsfunktion dieser Komponenten gezeigt
(was als Verhältnis zwischen einem akustischen Signal am Einlaß und einem
akustischen Signal am Auslaß verstanden wird), wenn der Schalldämpfer
einem zufallsartigen akustischen Signal in statischem Zustand und in der Luft
ausgesetzt wird. Der Schalldämpfer wurde als akustischer Tiefpaßfilter
ermittelt, der mit zwei Resonanzen F1 und F2 (siehe Fig. 6) ausgestattet ist. Die
Dämpfung der akustischen Intensität der Resonanzfrequenzen F1 und F2 wird
mittels des Helmholtz-Resonators erreicht.
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Es ist bekannt, daß in Systemen aus mehreren schwach miteinander
verbundenen Komponenten (Schalldämpfer und Resonator) die (im allgemeinen
komplexen) Resonanzfrequenzen geteilt werden und entlang der
Frequenzachse in einem bekannten Bereich verschoben werden, so daß eine Frequenz
höher und eine niedriger als die Frequenz des unveränderten Systems ist.
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Wenn ein Resonator folglich in einem Hohlraum eingesetzt wird (und auf
dieselbe natürliche Frequenz wie ein akustischer Wellentyp des Hohlraums
eingestellt wird), werden zwei neue miteinander gekoppelte Wellentypen geschaffen,
deren natürliche Frequenzen an den Seiten der Originalfrequenz verteilt
werden. Die Trennung zwischen den Frequenzen ist proportional zu der
Nützlichkeit der Kupplungsparameter.
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Um gute Resultate mit dieser Art der Kupplung zu erhalten, ist es notwendig,
das Volumen des Resonators entsprechend dem Volumen des Hohlraums und
auch die Position des Resonatorhalses, der in der Nähe eines
Schwingungsbauchs eines akustischen Wellentyps angeordnet sein muß, zu optimieren, um
sie in einem größeren Ausmaß zu dämpfen. Es ist daher notwendig, diese
Parameter zu dosieren, um eine Reduzierung des Schalldrucks an der
Startfrequenz zu erhalten, wobei die Reduzierung beträchtlich sein sollte, aber nicht
so extensiv, daß sie nicht durch eine beträchtliche Steigerung des Schalldrucks
der zwei neu geschaffenen Frequenzen kompensiert wird.
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Es wird weiter darauf hingewiesen, daß keine Gasströmung durch den
Resonatorhohlraum besteht. Da folglich keine Unterschiede in der Gastemperatur
aufgrund des dazwischen angeordneten Hohlraums bestehen, werden die
Charakteristika des Wirkungsgrads des thermodynamischen Kreisprozesses
unverändert erhalten.
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Das am Verdichter eintretende Gas aus dem Einlaßrohr wird in dem Gehäuse
nicht dispergiert, um dann in das Einlaßrohr in dem Verdichterkörper
eingezogen zu werden, aber es wird sofort "abgefangen" und zum Kopf gerichtet
ohne eine Verteilung zu ermöglichen.
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Zu diesem Zweck ist ein Schalldämpfer zur Leitung des Gasweges so gestaltet
und montiert, daß er auf einer Seite den Bereich, der der Einlaßöffnung in
dem Gehäuse zugewandt ist und auf der anderen Seite die Einlaßöffnung des
Zylinderkopfes miteinander verbindet. Die Trennung, die der Gasstrom
unterzogen wird; und der spezielle Weg, der sich bildet, führen zu dem Ergebnis,
daß das Gas vor Überhitzung geschützt wird und das Einlaßgeräusch
innerhalb des Rohrs abgeblockt wird.
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Die Merkmale der Erfindung werden in den folgenden Ansprüchen spezifiziert.
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Mit Bezug auf die Zeichnungen können wir die folgenden Komponenten sehen:
4,
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1) Verdichtergehäuse
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2) Verdichterkörper
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3) Zylinderkopf
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4) Schalldämpfer, vom Gehäuse aus gesehen
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5) Expansionskammer des Schalldämpfers
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6) Gaseinlaßrohr in Kammer 5
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7) Gaseinlaßöffnung in das Einlaßventil
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8) Gasauslaßrohr von der Kammer 5
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9) Auslaßrohr zu dem Helmholtz-Resonator
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Der Kopf 3 des Verdichterzylinders ist mit dem Einlaßschalldämpfer 4 aus
Kunststoff, mit der Gaseinlaßöffnung 6 und dem Gasauslaßrohr 8 von der
Kammer 5, gefolgt von der Öffnung 7 zu dem Gaseinlaßventil in dem Kopf,
verbunden.
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Das Kühlgas in dem Rohr 6 tritt in die Kammer 5 innerhalb des
Schalldämpfers 4 ein.
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Der Schalldämpfer ist zwischen dem Hohlraum innerhalb des
Verdichtergehäuses und dem Gaseinlaßrohr innerhalb des Zylinderkopfes 3 angeordnet und
im wesentlichen L-förmig, wobei die längere Seite, die in der Mitte geweitet
und im wesentlichen kastenförmig ist, die Expansionskammer 5 und das
Einlaßrohr 6 in die Kammer beinhaltet, und die Begrenzung der kürzeren Seite
das Auslaßrohr 8 von der Kammer 5 bildet.
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Nach der Begrenzung führt die kürzere Seite zuerst zu der Gaseinlaßöffnung 7
in dem Einlaßventil und dann zu dem Auslaßrohr 9 zu einem Helmholtz-
Resonator, der aus einem geeigneten Hohlraum besteht, der innerhalb des
Verdichterkörpers gebildet ist.
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Die Expansionskammer 5 kann unterschiedliche Formen haben, hat aber
vorzugsweise zwei im wesentlichen parallele, ebene, sich gegenüberliegende
Wände
und zwei gekrümmte, sich gegenüberliegende Wände mit derselben
Richtung und mit im wesentlichen demselben Krümmungswinkel.
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Die Kammer 5 kann auch unterschiedliche Formen aufweisen, wobei die
folgenden Proportionen zwischen einigen kritischen Größen aufrechterhalten
werden.
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Das Verhältnis zwischen dem Bereich des Einlaßrohrs 6 und dem
quergeführten Schnitt durch die Kammer 5 muß ungefähr 0,03 sein.
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Ferner muß die Länge des Hohlraums 5 ungefähr 34 mm sein. Um den Prozeß
des Gaseinlasses innerhalb einer adiabatischen Zustandsänderung
aufrechtzuerhalten (wobei die Kühleffektivität des Verdichters erhalten wird), ist der
Schalldämpfer vorzugsweise aus Kunststoff gebildet.
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Es ist selbstverständlich, daß das geschriebene und mit Bezug auf die
beigefügten Zeichnungen Gezeigte nur als beispielhafte Erläuterung der Erfindung
gedacht ist und daß zahlreiche Varianten und Modifizierungen vorgenommen
werden können, ohne von der vorliegenden Erfindung, wie sie in den
Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.