DE19522383C2 - Saugschalldämpfer für einen Kältemittelkompressor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Saugschalldämpfer für ei­ nen Kältemittelkompressor, der aus einem ersten und einem zweiten Halbteil gebildet ist, die einen Innen­ raum begrenzen, in dem ein Dämpfungsvolumen angeordnet ist, und der einen Eingang, der mit einem Sauganschluß verbindbar ist, und einen Ausgang, der mit dem Kälte­ mittelkompressor verbindbar ist, aufweist.

Ein derartiger Saugschalldämpfer ist aus DE 36 45 083 C2 bekannt. Dieser Saugschalldämpfer besteht aus zwei Halbteilen, die miteinander verbunden werden und dann vier Kammern umschließen, die untereinander teils durch Drosselstellen und teils durch einen Drosselkanal mit­ einander verbunden sind. Diese Drosselstellen bzw. -ka­ näle führen zu einem relativ großen Strömungswiderstand mit nachteiligen Folgen für den Wirkungsgrad eines da­ mit ausgerüsteten Kompressors. Allerdings läßt sich ein derartiger Saugschalldämpfer relativ preisgünstig her­ stellen.

Ein weiterer Saugschalldämpfer ist aus US 5 201 640 bekannt. Bei diesem Saugschalldämpfer ist der Eingang über ein Rohr mit dem Ausgang verbunden. Das Rohr er­ zwingt eine Vielzahl von Richtungsänderungen des durch­ strömenden gasförmigen Kältemittels. Das Rohr weist eine Anzahl von radialen Öffnungen auf, über die das Innere des Rohres mit dem Dämpfungsvolumen in Verbin­ dung steht, das das Rohr umgibt. Die bekannte Lösung ist einerseits relativ kostenaufwendig, weil das Rohr als eigenständiges Bauteil ausgebildet ist, das dement­ sprechend einen weiteren Herstellungsschritt und zu­ sätzliches Material erfordert. Darüber hinaus führen die vielen Richtungsänderungen des Kältemittelstromes zu einem erhöhten Strömungswiderstand, wodurch der Wir­ kungsgrad eines Kompressors, der mit einem derartigen Saugschalldämpfer ausgerüstet ist, leiden kann.

DE 33 08 604 A1 zeigt einen Resonanz-Absorptions-Schalldämpfer für Motorkompressoren in Kühlmaschinen, der eine Resonanzkammer in Gestalt eines zylindrischen Sackloches besitzt, das im Zylinderblock eingebohrt ist und mit der Kühlgasleitung über eine Öffnung in Verbin­ dung steht, die in der Ventilplatte ausgebildet ist.

US 4 109 751 zeigt einen Schalldämpfer für Verbren­ nungskraftmaschinen, der sowohl an der Lufteingangssei­ te als auch an der Abgas-Ausgangsseite eingesetzt wer­ den kann. Dieser Schalldämpfer weist zwei Gehäusehälf­ ten auf, die im zusammengesetzten Fall zwei Expansions­ kammern umschließen, die durch eine Trennwand vonein­ ander getrennt sind. In eine Expansionskammer mündet ein Einlaßrohr, das mit einer vorbestimmten Entfernung zur gegenüberliegenden Gehäusewand endet. Die Trennwand ist von einem weiteren Rohr durchsetzt, das jeweils mit Abstand zu den gegenüberliegenden Gehäusewänden endet. Die Abmessungen der Rohre sind so gewählt, daß ihre Länge einen geradzahligen Teiler der Wellenlänge des zu dämpfenden Schalls an der tiefsten Frequenz bildet, also L/2, L/4, L/8 oder L/16. Die Abstände der Rohrmün­ dungen zu den gegenüberliegenden Gehäusewänden sind entsprechend gewählt, so daß auch hier eine zusätzliche Schalldämpfung auftritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfa­ chen und preiswerten Saugschalldämpfer für einen Kälte­ mittelkompressor anzugeben, der einen besseren Wir­ kungsgrad des Kältemittelkompressors ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einem Saugschalldämpfer der ein­ gangs genannten Art dadurch gelöst, daß das erste Halb­ teil eine in den Innenraum vorstehende Gasleitwand auf­ weist, die zumindest abschnittsweise eine seitliche Begrenzung eines drosselstellen-freien Strömungspfades zwischen Eingang und Ausgang bildet.

Mit einer derartigen Ausbildung läßt sich der Strö­ mungswiderstand des Saugschalldämpfers ganz beträcht­ lich verringern. Damit kann der Wirkungsgrad des Kom­ pressors, der mit einem derartigen Saugschalldämpfer ausgerüstet ist, vergrößert werden. Erstaunlicherweise ergibt sich eine zufriedenstellende Schalldämpfung auch ohne größere Drosselwiderstände. Vielmehr ergibt sich für das den Strömungspfad durchströmende Kältemittel nunmehr die Möglichkeit, sich in das ebenfalls im In­ nenraum angeordnete Dämpfungsvolumen auszudehnen. Die Gasleitwand hat im wesentlichen nur noch die Funktion, das gasförmige Kältemittel, das den Saugschalldämpfer durchströmt, zumindest abschnittsweise vom Eingang zum Ausgang zu leiten. Die Gasleitwand bildet selber keine Drosselstellen mehr aus. Dadurch, daß die Strömungsver­ luste klein gehalten werden, kann das Kältemittel den Saugschalldämpfer mit einer gleichen Geschwindigkeit, aber niedrigerem Druckabfall, durchströmen. Da der Saugschalldämpfer bei gekapselten Kleinkältemaschinen in der Regel innerhalb der Kapsel angeordnet ist, also innerhalb einer Atmosphäre von bereits erwärmtem Kälte­ mittel, hat die erzielbare Strömungsgeschwindigkeit den Vorteil, daß das noch kalte Kältemittel im Saugschall­ dämpfer nicht nennenswert erwärmt wird. Eine derartige Erwärmung führt zu einer Dichteverringerung und damit zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrades des Kälte­ mittelkompressors.

Bevorzugterweise mündet der Eingang im wesentlichen parallel zur Gasleitwand in den Innenraum. Die Gasleit­ wand befindet sich damit etwa tangential zum einströ­ menden Kältemittel. Verwirbelungen des Kältemittels, die zu einer Vergrößerung des Strömungswiderstandes und zu einem Abbremsen des Kältemittels führen könnten, werden damit weitgehend vermieden.

Auch ist bevorzugt, daß der Ausgang im wesentlichen parallel zur Gasleitwand verläuft. Auch hierdurch las­ sen sich Verwirbelungen vermeiden. Strömungswiderstän­ de, die sich beim Übergang zwischen dem Strömungspfad und dem Ausgang ergeben könnten, werden so gering wie möglich gehalten.

Vorzugsweise weist die Gasleitwand eine eine Richtungs­ änderung zwischen Eingang und Ausgang bewirkende Kurve auf. Dies hat zum einen den Vorteil, daß ein derartiger Saugschalldämpfer auch bei bekannten Kältemittelkom­ pressoren verwendet werden kann, bei denen Eingang und Ausgang des Saugschalldämpfers nicht auf einer Linie liegen, sondern beispielsweise um 90° versetzt zuein­ ander sind. Die Kurve der Gasleitwand hat aber auch den Vorteil, daß das einströmende Kältemittel gegen die Gasleitwand gedrückt wird, wodurch eine zuverlässige Führung des Kältemittels entlang des Strömungspfades sichergestellt wird. Die Kurve sollte hierbei möglichst "rund" oder "weich" ausgeformt sein, um eine allmähli­ che Richtungsänderung des Kältemittelstromes zu bewir­ ken. Je größer der Krümmungsradius der Kurve gewählt wird, desto geringer sind die Strömungsverluste. Natür­ lich ist der Krümmungsradius durch die Baugröße des Saugschalldämpfers begrenzt.

Vorzugsweise weist die Gasleitwand im Bereich der Kurve eine vergrößerte Höhe auf. Man verhindert hierdurch, daß das durchströmende Kältemittel aufgrund der Zentri­ fugalkraft über die Gasleitwand gedrängt wird oder "schwappt", so daß es zumindest zum größten Teil im Strömungspfad gehalten wird.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist im wesentlichen parallel zur Gasleitwand auf der gegen­ überliegenden Seite von Eingang und Ausgang eine Be­ grenzungswand vorgesehen. Eingang und Ausgang münden also zwischen der Gasleitwand und der Begrenzungswand. Auf diese Weise wird verhindert, daß sich auf der der Gasleitwand abgewandten Seite des Strömungspfades lang­ sam rotierende Wirbel ausbilden, die zu einem Wärme­ transport von der Außenseite des Schalldämpfers bis zur Saugleitung führen und es damit ermöglichen, daß sich das Kältemittel im Innern des Saugschalldämpfers bei einer längeren Aufenthaltsdauer erwärmt. Wie oben aus­ geführt, würde auch eine derartige Erwärmung zur Ver­ schlechterung des Wirkungsgrades des Kältemittelkom­ pressors beitragen. Vorsprünge im ersten und zweiten Halbteil können ein Labyrinth im Dämpfungsvolumen bil­ den. Hierbei wird der Wärmetransport von der Außenseite des Schalldämpfers bis zum Saugkanal reduziert.

Vorzugsweise ist auch die Begrenzungswand am ersten Halbteil vorgesehen. Dies vereinfacht die Herstellung.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Gasleitwand zumindest auf dem größten Teil ihrer Länge mit Abstand zu einer Außenwand des ersten Halbteils geführt. Zwischen der Außenwand und der Gasleitwand können sich dann in Ruhe befindliche Gasvolumina aus­ bilden, die zu einer thermischen Isolierung zwischen der Außenwand und der Gasleitwand beitragen. Eine Wär­ meeinfuhr in den Strömungskanal von Seiten dieser Au­ ßenwand her wird damit recht zuverlässig unterbunden. Damit wird auch die Erwärmung des den Saugschalldämpfer durchströmenden Kältemittels verringert.

Vorzugsweise weisen die Gasleitwand und/oder die Be­ grenzungswand einen vorbestimmten Abstand zu einer Deckelwand des zweiten Halbteils hin auf. Damit steht der Strömungspfad für das Kältemittel praktisch über den gesamten Querschnitt des Strömungskanals mit einem relativ großen Dämpfungsvolumen im Innern des Saug­ schalldämpfers in Verbindung. Druckimpulse, die sich aufgrund der hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens des Kältemittelkompressors und damit in Verbindung mit dem stoßweisen Ansaugens des Kältemittels ergeben, kön­ nen sich dann in das Dämpfungsvolumen ausdehnen, ohne daß größere Drosselwiderstände zu überwinden wären. Dies ergibt eine sehr wirksame Schalldämpfung.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vor­ gesehen, daß der Eingang nahe des Bodens des ersten Halbteils in den Innenraum mündet. Hierbei kann er­ reicht werden, daß das Kältemittel mit einem niedrige­ ren Druckniveau längs des Bodens des ersten Halbteils gegen diesen Boden abbiegt und sozusagen an dem Boden des ersten Halbteils anhaftet. Dieser Effekt entsteht, weil das einströmende Kältemittelgas das stillstehende Gas im Bereich des Strömungspfades mit sich reißt und damit ein Unterdruck entlang der Wand entsteht, den der Hauptgasstrom in Richtung auf die Wand abgibt.

Vorzugsweise ist der Ausgang mit einem Ausgangsstutzen versehen, der zwischen dem ersten und dem zweiten Halb­ teil befestigt ist, wobei sich eine Öffnung des Aus­ gangsstutzens im Innenraum befindet. Hierdurch erfolgt eine Einströmung in den Ausgangsstutzen direkt aus dem Strömungspfad und nicht aus dem umgebenden Dämpfungs­ volumen. Hierbei wird der wirksame Öffnungsquerschnitt vergrößert. Das Dämpfungsvolumen kann sich daher mit einem in Ruhe befindlichen Kältemittel füllen, bei dem sich nur wenige Bewegungen ergeben. Eine Durchmischung von warmen und kalten Kältemittel findet nur in einem sehr geringen Umfang statt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzug­ ten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeich­ nung beschrieben. Hierin zeigt die
einzige Figur eine perspektivische Explosionsansicht eines Saugschalldämpfers.

Ein Saugschalldämpfer 1 weist ein erstes Halbteil 2 und ein zweites Halbteil 3 auf, die zusammen einen Innen­ raum begrenzen, wenn sie mit ihren Flanschen 4, 5 mit­ einander verbunden werden.

Der Saugschalldämpfer 1 weist einen Eingang 6 auf, der über einen Eingangsstutzen 7 mit einem Sauganschluß eines nicht näher dargestellten Gehäuses verbindbar ist. Über diesen Sauganschluß wird Kältemittel ange­ saugt.

Ferner weist der Saugschalldämpfer einen Ausgang 8 auf, in den ein Ausgangsstutzen 9 eingesetzt werden kann. Der Ausgangsstutzen 9 kann mit einem ebenfalls nicht näher dargestellten Kältemittelkompressor verbunden werden.

Im ersten Halbteil 2 ist eine Gasleitwand 10 angeord­ net, die vom Eingang 6 zum Ausgang 8 verläuft und sich in den Innenraum zwischen den beiden Halbteilen 2, 3 erstreckt. Die Gasleitwand 10 bildet hierbei eine Kurve 11 mit einem möglichst großen Krümmungsradius.

Im Bereich des Eingangs 6 ist die Gasleitwand 10 im wesentlichen parallel zum Eingang 6 ausgerichtet. Ein­ strömendes Kältemittel strömt daher im wesentlichen tangential zur Gasleitwand 10. Entsprechendes gilt für den Bereich des Ausganges 8, wo die Gasleitwand 10 im wesentlichen parallel zum Ausgang 8 angeordnet ist.

Der Eingangsstutzen 7 mündet in der Nähe des Bodens 12 des ersten Halbteils 2. Hierbei verursacht der soge­ nannte "Coanda-Effekt", daß das gasförmige Kältemittel an dem Boden 12 des ersten Halbteils 2 festgehalten wird. Entlang der Gasleitwand 10 bildet sich damit ein Strömungspfad für das Kältemittel aus. Das Kältemittel wird, wie gesagt, am Boden durch den "Coanda-Effekt" festgehalten und an der Gasleitwand durch die Zentrifu­ galkraft, die das gasförmige Kältemittel bei der Rich­ tungsänderung gegen die Gasleitwand 10 preßt.

Im Bereich der Kurve 11 weist die Gasleitwand 10 eine vergrößerte Höhe 13 auf. Diese vergrößerte Höhe 13 kann sich etwa bis zum Ausgang 8 erstrecken, wobei die ver­ größerte Höhe 13 durch eine Lücke 14 unterbrochen sein kann. Die Lücke 14 ist dabei bevorzugterweise dort an­ geordnet, wo keine konkave Krümmung der Gasleitwand 10 vorhanden ist, sondern, falls möglich, eine konvexe Krümmung.

Im wesentlichen parallel zur Gasleitwand 10 ist eine Begrenzungswand 15 angeordnet. Die Begrenzungswand 15 verhindert, daß sich auf der der Gasleitwand 10 gegen­ überliegenden Seite des Strömungspfades langsam rotie­ rende Wirbel ausbilden, die zwar nicht zu einer nennenswerten Erhöhung des Strömungswiderstandes durch den Saugschalldämpfer führen, aber zu einer Erwärmung des im Saugschalldämpfer verweilenden gasförmigen Käl­ temittels führen könnten. Man kann nun einen Bereich zwischen der Gasleitwand 10 und der Begrenzungswand 15 als Strömungspfad 16 oder Gasleitstrecke definieren. Es ist aber darauf hinzuweisen, daß sich dieser Strömungs­ pfad 16 auf praktisch die gleiche Art ausbilden würde, wenn die Begrenzungswand 15 nicht vorhanden wäre.

Die Begrenzungswand 10 ist zumindest über den größten Teil ihrer Länge immer mit Abstand zu einer Außenwand 17 des ersten Halbteiles geführt. Es ergeben sich damit Totvolumina 18, die sich mit gasförmigem Kältemittel füllen. Das gleiche gilt für die Begrenzungswand 15, die ebenfalls im Abstand zur Außenwand 17 des ersten Halbteils verläuft und ein Totvolumen 19 mit dieser Außenwand 17 einschließt.

Die Gasleitwand 10 und die Begrenzungswand 15 enden in einem vorbestimmten Abstand zu einer Deckelwand 20 des zweiten Halbteils 3. Damit steht praktisch der gesamte Raum zwischen der Deckelwand 20 und der Oberseite der nicht erhöhten Gasleitwand 10 bzw. der Begrenzungswand 15 als Dämpfungsvolumen zur Verfügung. Dieses wird er­ gänzt durch die Totvolumina 18, 19. Auch im Bereich der Gasleitwand 10 entsteht eine Verbindung zwischen dem Strömungsweg 16 und dem Dämpfungsvolumen beispielsweise über die Lücke 14 oder den Bereich vor der Erhöhung 13 der Kurve 11. Die Oberseite der Gasleitwand 10 folgt der Deckelwand 20 hier mit einem konstanten Spalt. Auf diese Weise entsteht eine sehr gute Verbindung vom Strömungspfad zum Dämpfungsvolumen. Kurzzeitige Druck­ stöße, die durch das pulsierende Fördern des Kältemit­ tels hervorgerufen werden, können sich dann in dieses Dämpfungsvolumen ausdehnen, wobei dieser Ausdehnung kein nennenswerter Strömungswiderstand entgegengesetzt wird. Andererseits findet eine Gasbewegung in dem Dämp­ fungsvolumen nur sehr eingeschränkt statt, so daß ein Austausch des Kältemittelgases aus dem Strömungspfad 16 mit Gas aus dem Dämpfungsvolumen praktisch nicht oder nur in vernachlässigbarem Umfang stattfindet.

Der Ausgangsstutzen 9 ist einfach zwischen das erste und das zweite Halbteil 2, 3 eingesteckt. Er kann aus einem Material mit einer anderen Wärmeleitfähigkeit als das Material der beiden Halbteile 2, 3 gebildet sein.

Der Ausgangsstutzen 9 weist eine Eingangsöffnung 21 auf, die sich im von den beiden Halbteilen 2, 3 um­ schlossenen Innenraum befindet und zwar im Bereich des Strömungspfades 16. Somit erfolgt ein Einströmen in den Ausgangsstutzen 9 nur aus dem Bereich von der Gasleit­ wand 10 her und nicht aus dem umgebenden Dämpfungsvolu­ men. Dadurch, daß praktisch keine radiale Strömung in den Stutzen aus dem Dämpfungsvolumen erfolgt, wird ein größerer wirksamer Querschnitt im Ausgangsstutzen 9 erreicht.

Während im Bereich der Begrenzungswand 15 ein Spalt zwischen der Deckelwand 20 und der Begrenzungswand 15 über die gesamte Länge der Begrenzungswand 15 ausgebil­ det ist, kann die Gasleitwand 10 im Bereich ihrer ver­ größerten Höhe unter Umständen an die Deckelwand 20 anstoßen. Diese größere Höhe 13 verhindert aber nicht nur, das Gas über die Gasleitwand hinaus verdrängt wird. Sie wird auch von eventuell mit dem Kältemittel mitgerissenen Öltropfen getroffen, wie auch von Tropfen von bereits kondensiertem Kältemittel. Diese Tropfen können dann an der Gasleitwand 10 herunterlaufen und gegebenenfalls beim nächsten Stillstand des Kompressors durch den Eingang 6 ablaufen. Dies ist problemlos mög­ lich, weil der Eingang, wie oben ausgeführt, in der Nähe des Bodens 12 angeordnet ist. Ein Eindringen von Flüssigkeitstropfen in den Kompressor wird weitgehend vermieden.

Durch den Saugschalldämpfer 1 wird also nicht nur eine Verminderung der Strömungswiderstände erreicht, wodurch der Kompressor weniger Leistung zum Ansaugen des Kälte­ mittels aufbringen muß. Es wird auch erreicht, daß das Kältemittel den Saugschalldämpfer 1 schneller durch­ strömen kann, wodurch die Gefahr der Erwärmung des Käl­ temittels vermindert wird. Auch hierdurch wird eine Verbesserung des Wirkungsgrades erreicht.

Beide Halbteile 2, 3 können beispielsweise als Spritz­ gußteile aus Kunststoff gefertigt werden. Bei einer derartigen Ausbildung lassen sich sowohl die Gasleit­ wand 10 als auch die Begrenzungswand 15 unmittelbar am ersten Halbteil 2 anformen, ohne daß es weiterer Maß­ nahmen bedarf. In gleicher Weise kann man die Verbin­ dungsprofile zwischen den beiden Halbteilen 2, 3 aus­ formen, die später zu einer verbesserten Dichtigkeit des Saugschalldämpfers führen.

Claims (11)

1. Saugschalldämpfer für einen Kältemittelkompressor, der aus einem ersten und einem zweiten Halbteil ge­ bildet ist, die einen Innenraum begrenzen, in dem ein Dämpfungsvolumen angeordnet ist, und der einen Eingang, der mit einem Sauganschluß verbindbar ist, und einen Ausgang, der mit dem Kältemittelkompres­ sor verbindbar ist, aufweist, dadurch gekennzeich­ net, daß das erste Halbteil (2) eine in den Innen­ raum vorstehende Gasleitwand (10) aufweist, die zumindest abschnittsweise eine seitliche Begrenzung eines drosselstellen-freien Strömungspfades (16) zwischen Eingang (6) und Ausgang (8) bildet.

2. Saugschalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Eingang (6) im wesentlichen par­ allel zur Gasleitwand (10) in den Innenraum mündet.

3. Saugschalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (8) im wesentlichen parallel zur Gasleitwand (10) verläuft.

4. Saugschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasleitwand (10) eine eine Richtungsänderung zwischen Eingang (6) und Ausgang (8) bewirkende Kurve (11) aufweist.

5. Saugschalldämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gasleitwand (10) im Bereich der Kurve (11) eine vergrößerte Höhe (13) aufweist.

6. Saugschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen paral­ lel zur Gasleitwand (10) auf der gegenüberliegenden Seite von Eingang (6) und Ausgang (8) eine Begren­ zungswand (15) vorgesehen ist.

7. Saugschalldämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Begrenzungswand (15) auch am er­ sten Halbteil (2) vorgesehen ist.

8. Saugschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasleitwand (10) zumindest auf dem größten Teil ihrer Länge mit Ab­ stand zu einer Außenwand (17) des ersten Halbteils (2) geführt ist.

9. Saugschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasleitwand (10) und/oder die Begrenzungswand (15) einen vorbestimm­ ten Abstand zu einer Deckelwand (20) des zweiten Halbteils (3) hin aufweisen.

10. Saugschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang (6) nahe des Bodens (12) des ersten Halbteils (2) in den Innenraum mündet.

11. Saugschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (8) mit einem Ausgangsstutzen (9) versehen ist, der zwi­ schen dem ersten und dem zweiten Halbteil (2, 3) befestigt ist, wobei sich eine Öffnung (21) des Ausgangsstutzens (9) im Innenraum befindet.