AT7576U1 - Kältemittelverdichter mit ausgleichsvolumen - Google Patents

Abstract

Hermetisch gekapselter Kältemittelverdichter, welcher ein hermetisch dichtes Verdichtergehäuse (1) aufweist, in dessen Innerem eine ein Kältemittel verdichtende Kolben-Zylinder-Einheit arbeitet, wobei, vorzugsweise an dessen Zylinderkopf (15), ein eine Eintrittsöffnung (18) aufweisender Saugschalldämpfer (16) vorgesehen ist, über den Kältemittel zum Ansaugventil (24) der Kolben-Zylindereinheit (3, 4) strömt und der mindestens ein Füllvolumen (20) sowie ein Ausgleichsvolumen (21) aufweist, in welchem das in den Zylinder anzusaugende Kältemittel oszilliert und welches sowohl mit dem Füllvolumen (20) des Saugschalldämpfers (16) als auch mit dem Inneren des Verdichtergehäuses (1) in Verbindung steht. Es ist vorgesehen, dass die Eintrittsöffnung (18) gleichzeitig die Verbindungsöffnung (26) zwischen Ausgleichsvolumen (21) und Füllvolumen (20) ist und das Ausgleichsvolumen (21) durch ein Ummantelungsrohr (22) gebildet ist, welches einerseits die Eintrittsöffnung (18) umgibt und in das Verdichtergehäuse (1) gerichtet ist und andererseits ein mit dem Verdampfer des Kältemittelverdichters verbundene, in das Innere des Verdichtergehäuses (1) ragende Saugrohr (17) des Kältemittels zumindest entlang eines Abschnitts umgibt.

Description

AT 007 576 U1

Die vorliegende Erfindung betrifft einen hermetisch gekapselten Kältemittelverdichter, welcher ein hermetisch dichtes Verdichtergehäuse aufweist, in dessen Innerem eine ein Kältemittel verdichtende Kolben-Zylinder-Einheit arbeitet, wobei, vorzugsweise an dessen Zylinderkopf, ein eine Eintrittsöffnung aufweisender Saugschalldämpfer vorgesehen ist, über den Kältemittel zum An-5 Säugventil der Kolben-Zylindereinheit strömt und der mindestens ein Füllvolumen sowie ein Ausgleichsvolumen aufweist, in welchem das in den Zylinder anzusaugende Kältemittel oszilliert und welches sowohl mit dem Füllvolumen des Saugschalldämpfers als auch mit dem Inneren des Verdichtergehäuses in Verbindung steht, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Solche Kältemittelverdichter sind beispielsweise aus der WO 2003/038280 A1 bekannt und 10 kommen vorwiegend in Kühlschränken oder -regalen zum Einsatz. Dementsprechend hoch ist die jährlich produzierte Stückzahl.

Obwohl die Energieaufnahme eines einzelnen Kältemittelverdichters nur etwa zwischen 50 und 150 Watt beträgt, ergibt sich bei Betrachtung sämtlicher, weltweit im Einsatz stehender Kältemittelverdichter ein sehr hoher Energieverbrauch, der aufgrund der zügig voranschreitenden Entwickle lung auch in ärmeren Ländern stetig zunimmt.

Jede technische Verbesserung, die an einem Kältemittel Verdichter vorgenommen wird und den Wirkungsgrad erhöht, birgt somit, auf die weltweit eingesetzten Kältemittelverdichter hochgerechnet, ein enormes Einsparungspotential an Energie.

Der Kältemittelprozess als solches ist seit langem bekannt. Das Kältemittel wird dabei durch 20 Energieaufnahme aus dem zu kühlenden Raum im Verdampfer erhitzt und schließlich überhitzt und mittels des Kältemittelverdichters auf ein höheres Druckniveau verdichtet, wo es Wärme über einen Kondensator abgibt und über eine Drossel, in der eine Druckreduzierung und die Abkühlung des Kältemittels erfolgt, wieder zurück in den Verdampfer befördert wird.

Das größte und wichtigste Potential für eine mögliche Verbesserung des Wirkungsgrades liegt 25 in der Absenkung der Temperatur des Kältemittels am Beginn dessen Kompressionsvorganges. Jede Absenkung der Einsaugtemperatur des Kältemittels in den Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheit bewirkt daher ebenso wie die Absenkung der Temperatur während des Verdichtungsvorganges und damit verbunden der Ausschiebetemperatur eine Verringerung der erforderlichen technischen Arbeit für den Verdichtungsvorgang. 30 Bei bekannten hermetisch gekapselten Kältemittelverdichtern erfolgt bauartbedingt eine starke

Erwärmung des Kältemittels auf dessen Weg vom Verdampfer (Kühlraum) zum Ansaugventil der Kolben-Zylinder-Einheit.

Das Ansaugen des Kältemittels erfolgt über ein direkt vom Verdampfer kommendes Saugrohr während eines Ansaugtaktes der Kolben-Zylinder-Einheit. Das Saugrohr mündet bei bekannten 35 hermetisch gekapselten Kältemittelverdichtern in der Regel in das hermetisch gekapselte Verdichtergehäuse, meistens in die Nähe der Eintrittsöffnung in den Saugschalldämpfer, von wo das Kältemittel in den Saugschalldämpfer und aus diesem direkt zum Ansaugventil der Kolben-Zylinder-Einheit strömt. Der Saugschalldämpfer dient in erster Linie dazu, das Geräuschniveau des Kältemittelverdichters beim Ansaugvorgang so gering wie möglich zu halten. Bekannte Saug-40 Schalldämpfer bestehen in der Regel aus mehreren Volumina, die miteinander in Verbindung stehen, sowie einer Eintrittsöffnung, über welche das Kältemittel aus dem hermetisch gekapselten Verdichtergehäusevolumen in das Innere des Saugschalldämpfers gesaugt wird, sowie einer Öffnung, welche dicht am Ansaugventil der Kolben-Zylinder-Einheit anliegt.

Auf dem Weg zwischen Eintritt des Kältemittels in das Verdichtergehäuse und dem Ansaug-45 ventil der Kolben-Zylinder-Einheit erfolgt, wie bereits erwähnt, eine - nicht erwünschte - Erwärmung des Kältemittels. Messungen haben ergeben, dass beispielsweise bei einer Kältemitteltemperatur von 32°C im Saugrohr (durch Ashrae- Bedingungen vorgegeben) kurz vor dem Eintritt in das Verdichtergehäuse, das Kältemittel bereits im ersten Saugschalldämpfervolumen auf eine Temperatur von ca. 54°C erwärmt wurde. Der Hauptverursacher dieser unerwünschten Erwärmung des 50 Kältemittels ist die Tatsache, dass das frisch aus dem Saugrohr in das Verdichtergehäuse strömende Kältemittel mit bereits im Verdichtergehäuse befindlichem, wärmeren Kältemittel vermischt wird. Die Mischung entsteht im wesentlichen dadurch, dass das Ansaugventil der Kolben-Zylinder-Einheit pro Zyklus lediglich über einen Kurbelwinkelbereich von ca. 180° offen ist und daher lediglich innerhalb dieses Zeitfensters Kältemittel in den Zylinder des Kältemittelverdichters gesaugt 55 werden kann. Danach, während des Verdichtungszyklus ist das Ansaugventil geschlossen. Das 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 AT 007 576 U1 kalte Kältemittel weist jedoch einen beinahe konstanten Massenstrom auf, auch bei geschlossenem Ansaugventil, wodurch es bei geschlossenem Ansaugventil in das Verdichtergehäuse nachströmt und dort verweilt und die sich in Bewegung befindliche Kolben-Zylinder-Einheit sowie deren Bauteile kühlt, was jedoch wiederum eine Erwärmung des Kältemittels selbst bewirkt. Dazu kommen durch die Druckschwingungen während der Verdichtungsphase weitere Strömungsvorgänge vom Verdichtergehäuse zum Saugschalldämpfer und umgekehrt, wodurch eine zusätzliche Vermischung bewirkt wird. Aus der bereits erwähnten WO 2003/038280 A1 ist ein Kältemittelverdichter bekannt, dessen Saugschalldämpfer neben einem normalen Füllvolumen auch ein Ausgleichsvolumen aufweist, in welchem das aus dem Saugrohr strömende, kalte Kältemittel oszillieren kann und zwar auch dann, wenn das Ansaugventil während des Verdichtungshubes geschlossen ist. Das dort vorhandene, bereits erwärmte Kältemittel wird durch das frische, kalte Kältemittel aus dem Saugrohr über das Ausgleichsvolumen aus dem Saugschalldämpfer in das Verdichtergehäuse drängen. Auf diese Art und Weise steht im Saugschalldämpfer immer ausreichend kaltes Kältemittel zur Ansaugung in den Zylinder bereit. Beim Ansaugzyklus wird das kalte Kältemittel dann aus diesem Ausgleichsvolumen und dem Saugrohr in den Zylinder gesaugt, wobei gleichzeitig warmes Kältemittel aus dem Verdichtergehäuse in das Ausgleichsvolumen nachströmt. Vorraussetzung dafür ist jedoch eine dichte Verbindung zwischen vom Verdampfer kommenden Saugrohr und dem Saugschalldämpfer. Die Herstellung einer solchen dichten Verbindung ist jedoch mit zusätzlichem Aufwand verbunden, der aufgrund der hohen Stückzahlen, in welchen die Kältemitteiverdichter hergestellt werden, zu einer beträchtlichen Erhöhung des Montageaufwandes führt. Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, diesen Nachteil zu vermeiden und einen Kältemittelverdichter vorzusehen, bei welchem die beschriebenen Vorteile eines Ausgleichsvolumen zur Reduzierung der Kältemitteltemperatur zu Beginn des Verdichtungsvorganges, und damit notwendigerweise auch beim Ansaugen in den Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheit beibehalten werden, ohne aber jeden Kältemittelverdichter mit einer dichten Verbindung zwischen Saugschalldämpfer und vom Verdampfer kommenden Saugrohr versehen zu müssen. Erfindungsgemäß wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 erreicht. Gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 ist die Eintrittsöffnung in den Saugschalldämpfer gleichzeitig die Verbindungsöffnung zwischen Ausgleichsvolumen und Füllvolumen des Saugschalldämpfers und das Ausgleichsvolumen durch ein Ummantelungsrohr gebildet, welches einerseits die Eintrittsöffnung umgibt und in das Verdichtergehäuse gerichtet ist und andererseits ein mit dem Verdampfer des Kältemittelverdichters verbundenes, in das Innere des Verdichtergehäuses ragendes Saugrohr des Kältemittels zumindest entlang eines Abschnitts umgibt. Dies ermöglicht einen besonders einfachen Aufbau des Saugschalldämpfers samt Ausgleichsvolumen. Eine hermetisch dichte Verbindung zwischen Saugrohr und Saugschalldämpfer ist in diesem Fall nicht erforderlich. Das kalte Kältemittel kann dabei aus dem Saugrohr in das Ummantelungsrohr strömen, wodurch im Ummantelungsrohr während der Verdichtungsphase das kalte Kältemittel gesammelt und das warme Kältemittel aus dem Ummantelungsrohr in das Verdichtergehäuse gedrückt wird. Die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 2 liefern auch für diese nicht hermetisch dichte Verbindung zwischen Eintrittsöffnung des Saugschalldämpfers und Saugrohr ein optimales Ergebnis was die Ansaugtemperatur des Kältemittels betrifft. Im Anschluss erfolgt nun eine detaillierte Beschreibung der Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen. Dabei zeigt: Fig. 1 eine Vorderansicht im Schnitt eines hermetisch gekapselten Kältemittelverdichters Fig. 2 eine Seitenansicht im Schnitt eines hermetisch gekapselten Kältemittel Verdichters Fig. 3 eine weitere Vorderansicht eines hermetisch gekapselten Kältemittelverdichters Fig. 4 eine Schnittansicht eines Saugschalldämpfers nach dem Stand der Technik Fig. 5 eine alternative Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Saugschalldämpfers Fig.1, 2 und 3 zeigen jeweils eine Schnittansicht durch einen hermetisch gekapselten Kältemittelverdichter, wobei Fig.1 und 3 jeweils eine Ansicht in Richtung Pfeil A aus Fig.2 darstellt. Im Inneren eines hermetisch abdichtenden Verdichtergehäuses 1 ist eine Kolben-Zylinder-Motor-Einheit samt Antrieb über Federn 2 elastisch gelagert. Die Kolben-Zylinder-Motor-Einheit besteht im wesentlichen aus einem Zylindergehäuse 3 3 55

Claims (3)

1. AT 007 576 U1 sowie dem darin eine Hubbewegung vollführenden Kolben 4, sowie einem Kurbelwellenlager 5, welches senkrecht zur Zylinderachse 6 angeordnet ist. Das Kurbelwellenlager 5 nimmt eine Kurbelwelle 7 auf und ragt in eine zentrische Bohrung 8 des Rotors 9 eines Elektromotors 10. Am oberen Ende der Kurbelwelle 7 befindet sich ein Pleuellager 12, über das ein Pleuel und in weiterer 5 Folge der Kolben 4 angetrieben wird. Die Kurbelwelle 7 weist eine Schmierölbohrung 13 auf und ist im Bereich 14 am Rotor 9 fixiert. Am Zylinderkopf 15 ist der Saugschalldämpfer 16 angeordnet, der beim Ansaugvorgang des Kältemittels die Geräuschentwicklung auf ein Minimum reduzieren soll. Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht durch einen Saugschalldämpfer 16 nach dem Stand der Technik. Der Saugschalldämpfer 16 ist, wie bereits aus den Fig.1,2 und 3 ersichtlich, im Inneren des 10 hermetisch dichten Verdichtergehäuses 1 am Zylinderkopf 15 angeordnet. Das vom Verdampfer kommende, im Vergleich zum im Verdichtergehäuse 1 befindlichen warmen Kältemittel, kalte Kältemittel strömt über ein Saugrohr 17 in das Innere des Verdichtergehäuses 1 in die Nähe der Eintrittsöffnung 18 des Saugschalldämpfers 16, wo es sich mit dem bereits im Verdichtergehäuse 1 befindlichen, warmen Kältemittel vermischt. 15 Saugschalldämpfer 16 nach dem Stand der Technik bestehen in der Regel aus mehreren hin-tereinandergeschalteten Volumen V1,V2,Vn, die über Röhren miteinander verbunden sind sowie einer Ölabscheideöffnung 31 am tiefsten Punkt. Das kalte Kältemittel strömt über das Saugrohr 17 in das Innere des Verdichtergehäuses 1 wo eine erste Durchmischung mit dem bereits im Verdichtergehäuse 1 befindlichen warmen Kältemittel stattfindet. Dann strömt das bereits durchmischte 20 und erwärmte Kältemittel durch die Eintrittsöffnung 18 in das erste Volumen V1 und dann in das zweite Volumen V2 und mischt sich sowohl in V1 als auch in V2 erneut mit dem bereits dort befindlichen warmen Kältemittel, wodurch nochmals eine Erwärmung des Kältemittels stattfindet. Bei bekannten Saugschalldämpfern beträgt die Erwärmung zwischen Austritt aus dem Saugrohr 17 und des ersten Volumen V1 im Saugschalldämpfer 16 zwischen 30K und 40K, je nach Leistung 25 des Kältemittelverdichters. Nach dieser erneuten Durchmischung strömt das Kältemittel durch die Ansaugöffnung 24 in den Zylinder. Um die ungewollte Erwärmung zu verhindern ist ein Saugschalldämpfer 16 wie in Fig.5 dargestellt, vorgesehen, welcher eine hermetisch dichte Verbindung zwischen Eintrittsöffnung 18 und Saugrohr 17 nicht erforderlich macht. 30 Das Ausgleichsvolumen 21 wird dabei durch ein Ummantelungsrohr 22 gebildet, welches mit der Eintrittsöffnung 18 verbunden ist, einen Endabschnitt das Saugrohrs 17 umschließt und über die Ausgleichsöffnung 23 mit dem Inneren des Verdichtergehäuses 1 in Verbindung steht. Das aus diesem strömende kalte Kältemittel strömt während des Ansaugzyklus in den Saugschalldämpfer 16 und füllt dessen Füllvolumen bzw. Füllvolumina, deren Anzahl beliebig sein kann. Beim darauf-35 folgenden Verdichtungszyklus kann der Saugschalldämpfer aufgrund des geschlossenen Ansaugventils kein weiteres Kältemittel aus dem Saugrohr 17 mehr aufnehmen, weswegen das Kältemittel in das vom Ummantelungsrohr 22 begrenzte Ausgleichsvolumen 21 zurückströmt und das darin befindliche warme Kältemittel in das Innere des Verdichtergehäuses 1 verdrängt. Dabei kommt es zur Ausbildung einer Grenzschicht 25 zwischen warmem und kaltem Kältemittel. Beim nächsten 40 Ansaugzyklus kann kaltes Kältemittel sowohl vom Saugrohr 17 als auch aus dem Ausgleichsvolumen 21 des Ummantelungsrohrs 22 in den Zylinder angesaugt werden. Damit kein kaltes Kältemittel aus dem Saugrohr 17 aus dem Ausgleichsvolumen 21 in das Verdichtergehäuse 1 gedrängt wird, ist, unabhängig von der Ausführungsvariante, eine genaue Abstimmung des Volumens des Ausgleichsvolumens 21 auf die Kälteleistung und damit auf das 45 Hubvolumen der Kolben-Zylinder-Einheit erforderlich. Da das Kältemittel im Ausgleichsvolumen 21 eine geringere Temperatur hat als das in das Innere des Verdichtergehäuses 1 verdrängte warme Kältemittel ist die Mischtemperatur der Kältemittel aus dem Saugrohr 17 und dem Ausgleichsvolumen 21 geringer als die Mischtemperatur der Kältemittel beim Einsatz von aus dem Stand der Technik bekannten Saugschalldämpfern, wodurch 50 die weiter oben erwähnte, unerwünschte Temperaturerhöhung verhindert wird. ANSPRÜCHE: 1. Hermetisch gekapselter Kältemittelverdichter, welcher ein hermetisch dichtes Verdichter- 4 AT 007 576 U1 gehäuse (1) aufweist, in dessen Innerem eine ein Kältemittel verdichtende Kolben-Zylinder-Einheit arbeitet, wobei, vorzugsweise an deren Zylinderkopf (15), ein eine Eintrittsöffnung (18) aufweisender Saugschalldämpfer (16) vorgesehen ist, über den Kältemittel zum Ansaugventil (24) der Kolben-Zylindereinheit (3,4) strömt und der mindestens ein 5 Füllvolumen (20) sowie ein Ausgleichsvolumen (21) aufweist, in welchem das in den Zylin der anzusaugende Kältemittel oszilliert und welches sowohl mit dem Füllvolumen (20) des Saugschalldämpfers (16) als auch mit dem Inneren des Verdichtergehäuses (1) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung (18) gleichzeitig die Verbindungsöffnung (26) zwischen Ausgleichsvolumen (21) und Füllvolumen (20) ist und das 10 Ausgleichsvolumen (21) durch ein Ummantelungsrohr (22) gebildet ist, welches einerseits die Eintrittsöffnung (18) umgibt und in das Verdichtergehäuse (1) gerichtet ist und andererseits ein mit dem Verdampfer des Kältemittelverdichters verbundenes, in das Innere des Verdichtergehäuses (1) ragende Saugrohr (17) des Kältemittels zumindest entlang eines Abschnitts umgibt. 15
2. 2. Kältemittelverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Saugrohr (17) bis knapp an die Eintrittsöffnung (18) in den Saugschalldämpfer (16) im Ummantelungsrohr (22) geführt ist. 20 HIEZU
3. 3 BLATT ZEICHNUNGEN 25 30 35 40 45 50 5 55