CN101111677A - 密封的致冷剂压缩机 - Google Patents

Abstract

密封封闭的致冷剂压缩机，它具有一密封的压缩机壳体(1)，一压缩致冷剂的活塞工作缸单元在其内部工作，该活塞工作缸单元带一包围设置在其阀板内的吸入口的吸入阀，其中在活塞工作缸单元的工作缸头(15)上设置一具有装灌腔(20)的抽吸***(16)，致冷剂通过它流向活塞工作缸单元的吸入阀，抽吸***(16)具有一入口横截面(18)，致冷剂通过该入口横截面流入抽吸***(16)，并设置一与抽吸***(16)和压缩机壳体(1)内部连接的补偿容积(21)，致冷剂在它里面往复运动。补偿容积(21)为活塞工作缸单元活塞工作容积的0.5至3倍。

Description

密封的致冷剂压缩机

技术领域

本发明涉及一种按权利要求1前序部分的密封封闭的致冷剂压缩机，它具有一密封封闭的压缩机壳体，一压缩致冷剂的活塞工作缸单元在其内部工作，在其工作缸头上设置一抽吸***(Muffler)，致冷剂通过它流向活塞工作缸单元的吸入阀。

背景技术

这种致冷剂压缩机很久以来就是公知的，并且主要用于冰箱或冰柜。因此年产量很大。

尽管单台致冷剂压缩剂的能量消耗仅仅约在50至150瓦之间，但在考虑世界范围内所用的致冷剂压缩器时得到非常高的能量消耗，它由于迅速的不断发展即使在贫穷国家能量消耗也越来越大。

因此对致冷剂压缩机进行的每个技术改进和效率提高，按全世界所用的致冷剂压缩机推算，都带来巨大的节能潜力。

致冷剂的循环过程早就是公知的，其中致冷剂通过从待冷却空腔中吸收能量在蒸发器内加热和最后过热，并借助于致冷剂压缩机压缩到一较高的压力等级，在那里它通过冷凝器输出热量并通过一节流器重新输送回蒸发器，在节流器内进行降压和致冷剂的冷却。

可能改进效率的最大和最重要的潜力在于在致冷剂压缩过程开始时降低致冷剂的温度，因此致冷剂吸入活塞工作缸单元的工作缸时温度的任何降低以及在压缩过程中的温度和与之相关的抽出温度的降低都促使对于压缩过程所需要的功的减小。

在已知的密封封闭致冷剂压缩机中根据结构方式致冷剂在其从蒸发器(冷却腔)到活塞工作缸单元的吸入阀的路途中强烈加热。

在活塞工作缸单元的吸入节拍期间致冷剂的吸入通过一直接来自蒸发器的抽吸管进行。在已知密封封闭的致冷剂压缩机中抽吸管通常通入密封封闭的压缩机壳体内，大多数通入抽吸***入口横截面的附近，并从那里直接流向活塞工作缸单元的吸入阀。抽吸***首先用来使吸入过程中致冷剂压缩器的噪声等级保持尽可能低，已知抽吸***通常由许多相互连接的空腔、以及一致冷剂通过它从密封封闭的压缩机壳体吸入抽吸***内部的入口横截面，以及一紧靠在活塞工作缸单元吸入阀上的开口组成。

在致冷剂进入压缩机壳体的入口和活塞工作缸单元的吸入阀之间的路径上，如上所述，发生致冷剂的不希望的加热。测量得到，例如当在压缩机壳体入口前不远处的抽吸管内的致冷剂温度为32℃(通过标准化的Ashrae-条件规定)时，在第一个抽吸***空腔内致冷剂已经被加热到约54℃的温度。致冷剂这种不希望的加热的主要原因在于这样的事实，即刚从抽吸管流入压缩机壳体的致冷剂与已经位于压缩机壳体内的较热的致冷剂混合。混合主要由于这样的原因造成，即活塞工作缸单元的吸入阀在每个循环内仅仅在一约180°的曲柄角范围内才打开，因此只有在这个时间窗口内致冷剂才能吸入致冷剂压缩机的工作缸内，然后在压缩循环期间吸入阀便关闭。但是冷的致冷剂具有大致恒定的测量，即使是在吸入阀关闭时，因此在吸入阀关闭时它流入压缩机壳体并在那里停留，冷却处于运动中的活塞工作缸单元及其构件，但这又造成致冷剂本身的加热。此外在压缩阶段由于压力波动造成的压缩机壳体向抽吸***的继续流动过程和反方向的流动，由此造成附加的混合。

为了防止来自压缩机壳体内部的热致冷剂与刚从蒸发器出来的致冷剂的这种混合，在已知致冷剂压缩机中用于致冷剂的抽吸管的出口设置在抽吸***入口横截面附近。由此达到，比较少的冷的致冷剂可能从蒸发器流入压缩机壳体内部。接着这样设计抽吸管，使得在它里面可以镶入一中间管，同时中间管被一螺旋弹簧包围，使其一端支承在抽吸管进入壳体的入口处，另一端支承在中间管上，以达到抽吸管在抽吸***上的连接。所有这些试图防止来自蒸发器的冷的致冷剂与压缩机壳体内部的热的致冷剂混合的已知试验仅仅促使这种混合的减少，但是没有完全中止。

由WO 03/038280已知，抽吸***的入口横截面与抽吸管的出口直接连接，使来自蒸发器的致冷剂直接输入抽吸***，而不到达压缩机壳体内部和在那里被加热。由于已经提到过的、即使在吸入阀关闭时冷的致冷剂也具有大致恒定的流量的事实，和现在起通过直接连接流入抽吸***，在抽吸***内便需要设置一个补偿容积，以补偿由于致冷剂连续地从抽吸管补充流入造成的抽吸***内的压力升高，并使得位于抽吸***内的致冷剂可以通过它重新从***流入压缩机壳体内。在下一个吸入周期内一方面使位于抽吸***内的或从抽吸管流入抽吸***的致冷剂通过吸入阀吸入活塞工作缸单元内，但是通过从活塞工作缸单元中的泄漏和通过已经提到过的从抽吸***中的流出使位于压缩机壳体内的致冷剂流入补偿容积，以使压力平衡。

但是这时所出现的特别是在溢流到补偿容积内时的流动特性隐藏着流动损失加大的危险，所述补偿容积在抽吸管与抽吸***不直接连接时不会产生。

发明内容

因此本发明的目的是，避免这些缺点并设置一种开头所述类型的致冷剂压缩机，其中在压缩过程开始时，因此也必需在吸入活塞工作缸单元的工作缸时致冷剂的温度保持尽可能低，其中在吸入时的流动损失尽可能被阻止。本发明的另一个目的是，使在压缩机壳体内部和抽吸***内出现的压力波动保持尽可能小，以及在溢流到补偿容积内时的噪声等级保持尽可能低。

按照本发明这可以通过权利要求1表示的特征实现。

通过提供一具有相当于活塞工作缸单元的活塞的工作容积0.5至3倍的容积的补偿容积保证，即使在吸入阀关闭时来自抽吸管的致冷剂也不会到达压缩机壳体内和在那里与已经被加热的致冷剂混合。同时保证，在吸入过程中设有致冷剂从压缩机壳体通过补偿容积吸入抽吸***或工作缸。

此外可以减少随着提供补偿容积由于进入补偿容积和压缩机壳体积所带来的噪声形成，从而不产生对于操作者有害的噪声，这特别是对于家用冰箱是重要的。此外稍大一些的补偿容积在生产工艺方面可以方便地制造。

按照权利要求2所表示的特征设想，在补偿容积内的最小流通横截面具有相当于吸入口横截面积1/4至3/4的横截面积。由此保证，压力差度小，从而减小流动损失，和另一方面加大对外的噪声遏止。

按权利要求3所表示的特征补偿容积的横截面最多允许相应于活塞底面积的1.5倍。由此保证，一方面补偿容积的位置需求不致太大，另一方面确保，吸入的冷的和热的气体不混合或者说形成以下所述的边界层。

权利要求4所表示的补偿容积具有一圆形横截面并且补偿容积的长度与其直径之比大于10的特征叙述了一种优选的实施方案，它造成特别小的流动损失。

为了尽管有附加的补偿容积仍达到抽吸***尽可能紧凑的结构，权利要求5的特征部分的特征设想，补偿容积由一在横截面内基本上U形的补偿管构成，它至少部分包围抽吸***。

权利要求6至9特征部分的特征描述一种连接抽吸管和抽吸***的入口横截面的优选实施方案。

权利要求10和11特征部分的特征描述一密封封闭的致冷剂压缩机的两种不同的实施方案，其中抽吸***的入口横截面和抽吸***与补偿容积的过渡部位做得有时相互分开和有时重合。这里根据在压缩机壳体内部位置需求的不同来选择最有利的实施方案，其中在抽吸***的入口横截面和抽吸***与补偿容积的过渡部位重合的情况下设想按权利要求12至14特征部分的特征的另一种优选的实施方案。这种实施方案有这样的优点，即不要求抽吸管和抽吸***之间密封连接。

附图说明

接着进行本发明的具体说明。附图表示：

图1  本发明的密封封闭的致冷剂压缩机以及一个剖开的压缩机壳体的正视图；

图2  本发明的密封封闭致冷剂压缩机的侧剖视图；

图3  本发明的密封封闭的致冷剂压缩机的正剖视图；

图4  按现有技术的抽吸***的剖视图；

图5  一已知抽吸***的另一剖视图；

图6  本发明的抽吸***在吸入阀关闭时的剖视图；

图7  本发明的抽吸***在吸入阀开启时的剖视图；

图8  本发明的在压缩机壳体内的抽吸***的斜视图；

图9  本发明抽吸***的一种选择实施方案；

图9a 本发明抽吸***的另一种可供选择的实施方案；

图10 本发明抽吸***的一种附加的可供选择的实施方案；

图11 抽吸***和抽吸管之间的密封连接的局部视图；

图12 抽吸***和抽吸管之间的密封连接的一种可供选择的

实施方案的局部视图；

图13  抽吸***和抽吸管之间的密封连接的另一种可选择的实施方案的局部视图；

图14  一塑料软管与抽吸管连接的局部视图；

图15  一塑料软管与抽吸管连接的局部视图；

图16  一塑料软管与抽吸管连接的局部视图；

图17  一塑料软管与抽吸管连接的局部视图；

图18  一塑料软管与抽吸管连接的局部视图；

图19  本发明一可选择的抽吸***的斜视图；

图20  图19的本发明抽吸***的另一斜视图；

图21  图19的本发明抽吸***的剖视图；

图22  图19的本发明抽吸***的另一剖视图。

具体实施方式

图1、2和3分别表示一密封封闭的致冷剂压缩机的剖视图，其中图1和3分别表示沿图2中箭头方向A的视图。在密封封闭的压缩机壳体1内部通过弹簧2弹性支承一活塞工作缸电机单元。

活塞工作缸电机单元主要由一圆柱形壳体3以及在它里面进行往复运动的活塞4、和一曲轴轴承5组成，曲轴轴承垂直于工作缸轴线6设置。曲轴轴承5支承一曲轴7，并伸入一电机10转子9的中央孔8。在曲轴7上端有一连杆轴承12，通过它驱动连杆并进一步驱动活塞4。曲轴7具有一润滑油孔13并固定在转子9上的区域14内。抽吸***16设置在工作缸头15上，抽吸***在吸入致冷剂过程中应该将噪声降低到最小。

图4表示一按现有技术的抽吸***16的剖视图。如由图1、2和3已经看到的那样，抽吸***16设置在密封封闭的压缩机壳体1内部工作缸头15上。来自蒸发器的、与位于压缩机壳体1内的热致冷剂相比冷的致冷剂在采用这种已知抽吸***16时通过抽吸管17在抽吸***16入口横截面18的附近流入压缩机壳体1的内部，在那里它和已经在压缩机壳体1内的热致冷剂混合和加热。

按现有技术的抽吸***16通常由多个串联和/或并联的通过管子相互连接的空腔V1，V2，Vn以及一位于最低点的油分离口31组成。冷的致冷剂通过抽吸管17流入压缩机壳体1内部，在那里进行由结构决定的与已经位于压缩机壳体1内的热致冷剂的第一次混合，然后已经混合和被加热的致冷剂通过入口横截面18流入第一空腔V1内，然后流入抽吸***16的第二空腔V2，并既在V1又在V2内重新与已经在那里的热致冷剂混合，从而再一次进行致冷剂的加热。在这种已知抽吸***中根据致冷剂压缩机的功率不同在抽吸管17的出口和抽吸***16吸入口24前不远处之间的加热在30K至40K之间。

图5表示一同样由现有技术，亦即由WO03/038280所知的抽吸***16，但是其入口横截面18与抽吸管17紧密相连，因此来自抽吸管17的冷的致冷剂在其吸入抽吸***16之前不与处在压缩机壳体1内的热的致冷剂混合。

在抽吸***16上连接一补偿容积21，通过它可以进行由于抽吸***16和抽吸管17的直接连接所需要的压力补偿，在补偿容积21内既与抽吸***16又与压缩机壳体内部连接。但是通过所需要的压力补偿造成致冷剂的流动状态，这可能导致流动损失，这又使通过降低压缩过程开始时致冷剂的温度所获取的能量化为乌有。

为了防止或减少这种流动损失，需要这样设计补偿容积21，使得通过额外出现的流动损失所造成的能量损失小于通过改善吸入所达到的能量获取。图6表示本发明抽吸***的一个实施例。在图6中以剖视图表示抽吸***16。图1、2和3同样已经示出带一个这种按本发明的抽吸***16的致冷剂压缩机。抽吸***16的入口横截面18通过一示意表示的密封封闭连接19与来自蒸发器的抽吸管17连接。原则上本领域技术人员熟悉的任何尤其是弹性连接可以用作密封连接19，例如简单的橡胶软管，但是它必须与抽吸***16和抽吸管17密封连接。图11至18表示这种连接的例子。本发明的抽吸***16限制装灌容积20(可以考虑多装灌容积结构，这也是常见的)。在抽吸***16上连接一补偿容积21，它由一U形补偿管22构成。所示U形补偿管22提供这样的优点，即它围成一足够大的补偿容积21，另一方面只需要小的额外位置，并建立减小动作损失所需要的流动特性，补偿容积21或补偿管22通过补偿口23与压缩机壳体1的内部连接，并通过过渡口26与抽吸***16的装灌容积20连接。

图6用箭头表示在吸入阀关闭时致冷剂的流动路径，吸入阀在阀板的朝向活塞的一侧上位于抽吸***16吸入口24的后面。

从抽吸管17流出的冷的致冷剂通过密封连接19流入抽吸***空腔20和继续流入补偿容积21内，由此将位于那里的热致冷剂通过补偿口23从补偿管22压入压缩机壳体1内部。用25表示的线象征性地表示在冷的和热的致冷剂之间形成的边界层。

图7表示同样的本发明的抽吸***16连同在吸入阀开启时的流动路径。在这种情况下既从补偿容积21又从装灌腔20和抽吸管17吸入致冷剂。因为补偿容积21内致冷剂具有比在压缩机壳体1内的热致冷剂低的温度，来自所述的吸入区的致冷剂混合温度低于在采用由现有技术已知的抽吸***时致冷剂的混合温度，由此防止前面所述的不希望的温度升高。由于本发明的特征，补偿容积21为活塞工作缸单元活塞工作容积的0.5至3倍，热致冷剂不会从压缩机壳体内部到达抽吸***内，在该实施例中到达空腔20内。由于补偿容积21内的最小流通横截面具有相当于吸入口24横截面积1/4至3/4的横截面积的事实，保证了抽吸***16和压缩机壳体1内部之间的压力差很小，同时在压缩机壳体内部的噪声阻尼大。此外有助于扩大补偿容积，其中它至少为活塞工作缸单元活塞工作容积的至少一半，尤其是0.5至3倍。

同时通过本发明的抽吸***使流动损失最小，并且致冷剂可以毫无问题地流入补偿容积21或从它里面流出，而不对致冷过程起不利影响。

为了更好的一目了然性，图8表示本发明的在不带活塞工作缸电机单元的压缩机壳体1内的抽吸***16的斜视图。

图9表示本发明的抽吸***16连同补偿容积21的一种可供选择的实施方案。这里补偿容积21及抽吸***16由一套管34构成，它一方面包围和通入吸入口24，另一方面沿某一段包围抽吸管17的末段。从抽吸管17流出的冷致冷剂在吸入循环期间流入套管34和构成抽吸***16的装灌腔20的段。在接着的压缩循环时由于吸入阀关闭抽吸***16的装灌腔20不再从抽吸管17吸入其余的致冷剂，因此致冷剂回流到同样由套管34的一段构成一补偿容积21内，并将在它里面的热致冷剂通过补偿口23挤入压缩机壳体1的内部。

这里也和在图5和6中所述的一样，在热的和冷的致冷剂之间也形成一随吸入循环运动的边界层25。在下一个吸入循环时既从抽吸管17也从套管34的补偿容积21中向工作缸吸入冷致冷剂。这里重要的是，边界层向吸入口24方向不超过用33表示的线，在本实施例中它同时构成抽吸***16的入口横截面18或过渡口26，以防止在吸入过程之前使热和冷致冷剂混合。

同时不允许来自抽吸管17的冷致冷剂从补偿容积21挤入压缩机壳体1内，因此边界层25不推移到在图9中用23(补偿口)表示的线的后面，因此与实施方案无关，要求补偿容积21的容积与致冷功率、从而也与活塞工作缸单元的工作容积按本发明所述精确地匹配。

图9a表示抽吸***16连同补偿容积21的另一种可供选择的实施方案，其中抽吸***16和图9中的相比还具有一附加的容积20。在其他方面这种方案与在图9中所示的方案相同。

图10表示本发明抽吸***16的一种附加的可选择的实施形式。相应地保持附图标记不变。如可以由大量不同的结构形式知道的那样，原则上补偿容积的结构造型可以自由选择，只要在其容积和最小流通横截面方面保持补偿容积21设置在抽吸管17出口上游的按本发明的特征即可。这样便能实现最佳节能，并相应地改善致冷剂压缩机的效率。

不同的补偿容积21和抽吸***的结构做成怎样是次要的，只要实现本发明的特征和气柱或边界层25可以在补偿容积内往复运动即可。

因此在按图9的实施方案中抽吸***16仅仅由一个基本上圆锥形分布的空腔20组成，在按图9a的实施方案中由一基本上圆锥形分布的空腔20a及一空腔20组成，而在按图10的实施方案中由空腔V2和V1组成。当然在任何时候都可以并联或串联设置抽吸***16的附加空腔，并造成抽吸***16更好的消声性能。

在按图9的实施方案中补偿容积21由一圆柱形空腔组成，在按图9a的实施方案中同样由圆柱形空腔组成，而在按图10的实施方案中由空腔21a和21b组成。当然也可以并联或串联设置其他补偿容积，其中它们，例如21b有助于消声。按本发明的最小流通横截面32既可以如图9、9a和10中所示通过挡板实现，也可以如在图3中所示通过空间收缩实现。作为另一种选择当然整个补偿容积21也可以具有带本发明特征的恒定横截面。

图11至18表示抽吸管17和抽吸***16的按本发明的密封连接的不同实施方案。只是如果这个连接在实际上也是密封的，换言之，如果没有热致冷剂从压缩机壳体1吸入抽吸***16，补偿容积21发挥其最佳效果，其前提是采用如图6和图7中所示的实施方案。

图11表示最简单的连接。在这种情况下弹性波纹管19仅仅套在抽吸管17上，而不进一步固定，尤其是粘接。

图12和13表示较复杂但也更牢固的连接。

在图12中压缩机壳体1的壁具有一朝向内部的凸缘28，弹性塑料软管19套在它上面，它同时伸入抽吸***16的入口横截面18。也可以做成弹性管的塑料软管19被一螺旋弹簧27包围，它提供必要的稳定性和固定。既在凸缘28区域又在入口横截面18区域内分别设置一O型圈29，它对所需要的密封性负责。

在图13中抽吸***16也具有一相应地朝压缩机壳体1内部的凸缘。

图14至18表示弹性连接元件19和抽吸管17之间不同的固定可能性，它既可以做成齿(图17，图18)，也可以做成设置在弹性连接元件上的倒钩(图16)或简单的台阶(图14，图15)。

在如在图9、9a和10中所述的补偿容积21连同抽吸***16的一种实施方案中由于所述原因消除了抽吸***16和抽吸管17之间这种密封连接的必要性。

图19、图20、图21和图22表示抽吸***16连同如图9、9a和10中已经示意说明过的补偿容积21的另一个实施例。其中抽吸管17一直引伸到紧靠抽吸***16的入口横截面18。入口横截面18借助于塑料软管19与抽吸管17密封连接。

出于看得更清楚的原因在图19、20、21和22中没有画出致冷剂压缩机的其余零件。

Claims (14)

1.密封封闭的致冷剂压缩机，它具有一气密密封的压缩机壳体(1)，一压缩致冷剂的活塞工作缸单元在压缩机壳体的内部工作，该活塞工作缸单元带有包括设置在其阀板内的吸入口(24)的吸入阀，其中在活塞工作缸的工作缸头(15)内设置一具有一装灌腔(20)的抽吸***(16)，致冷剂通过它流向活塞工作缸单元的吸入阀，并且抽吸***(16)具有一入口横截面(18)，致冷剂通过它流入抽吸***(16)，并且设置一与抽吸***(16)和压缩机壳体(1)内部连接的补偿容积(21)，致冷剂在补偿容积里面往复运动，其特征为：补偿容积(21)为活塞工作缸单元的活塞工作容积的0.5至3倍。

2.按权利要求1的密封封闭的致冷剂压缩机，其特征为：补偿容积(21)内的最小流通横截面(32)具有一相当于吸入口(24)横截面积1/4至3/4的横截面积。

3.按权利要求1或2的密封封闭的致冷剂压缩机，其特征为：补偿容积(21)的横截面积最多为活塞工作缸单元的活塞底面积的1.5倍。

4.按权利要求1至3之任一项的密封封闭的致冷剂压缩机，其特征为：补偿容积(21)具有一圆形横截面，并且补偿容积(21)的长度与其直径之比大于10。

5.按权利要求1至4之任一项的密封封闭的致冷剂压缩机，其特征为：补偿容积(21)由一横截面基本上成U形的补偿管(22)构成，该补偿管至少部分包围抽吸***(16)。

6.按权利要求1至5之任一项的密封封闭的致冷剂压缩机，其特征为：抽吸***(16)的入口横截面(18)与抽吸管(17)的连接由一由PTEE、丙烯腈、丁二烯或氟橡胶组成弹性塑料软管(19)制成。

7.按权利要求6的密封封闭的致冷剂压缩机，其特征为：弹性塑料软管是一波纹管。

8.按权利要求1至7之任一项的密封封闭的致冷剂压缩机，其特征为：抽吸管(17)设有倒钩。

9.按权利要求1至8之任一项的密封封闭的致冷剂压缩机，其特征为：抽吸管(17)设有卡锁元件，所述卡锁元件与塑料软管(19)上相应的卡锁元件共同作用。

10.按权利要求1至9之任一项的密封封闭的致冷剂压缩机，其特征为：入口横截面(18)和在补偿容积(21)和装灌空腔(20)之间的连接口(26)设置在抽吸***壳体的不同段内。

11.按权利要求1至3之任一项的密封封闭的致冷剂压缩机，其特征为：入口横截面(18)同时是补偿容积(21)和装灌腔(20)之间的连接口(26)。

12.按权利要求11的密封封闭致的冷剂压缩机，其特征为：补偿容积(21)由一套管(34)构成，该套管一方面紧密包围吸入口(24)或入口横截面(18)，另一方面至少沿一段包围与致冷剂压缩机的蒸发器连接的、伸入压缩机壳体(1)内部的致冷剂抽吸管(17)并朝向压缩机壳体(1)。

13.按权利要求12的密封封闭的致冷剂压缩机，其特征为：抽吸管(17)在套管(34)内直至接近于吸入口(24)。

14.按权利要求12和13的密封封闭的致冷剂压缩机，其特征为：套管(34)和抽吸***(16)做成一体。

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