AT7576U1 - REFRIGERANT COMPRESSOR WITH COMPENSATING VOLUME - Google Patents
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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.Hermetically sealed refrigerant compressor, which has a hermetically sealed compressor housing (1) inside which a piston-cylinder unit compressing a refrigerant, preferably provided on the cylinder head (15), a suction muffler (16) having an inlet opening (18) is, via the refrigerant to the intake valve (24) of the piston-cylinder unit (3, 4) flows and which has at least one filling volume (20) and a compensating volume (21) in which the refrigerant to be sucked into the cylinder and oscillates both with the Filling volume (20) of the suction muffler (16) and with the interior of the compressor housing (1) is in communication. It is provided that the inlet opening (18) is at the same time the connection opening (26) between equalizing volume (21) and filling volume (20) and the equalizing volume (21) is formed by a jacket tube (22) which on the one hand surrounds the inlet opening (18) and in the compressor housing (1) is directed and on the other hand surrounds a connected to the evaporator of the refrigerant compressor, in the interior of the compressor housing (1) projecting suction pipe (17) of the refrigerant at least along a portion.
Description
AT 007 576 U1AT 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.The present invention relates to a hermetically sealed refrigerant compressor, which has a hermetically sealed compressor housing, in the interior of which a refrigerant-compressing piston-cylinder unit operates, wherein, preferably on the cylinder head, a suction inlet having a suction muffler is provided via the refrigerant to the -5 Mammal valve of the piston-cylinder unit flows and having at least a filling volume and a compensation volume in which the refrigerant to be sucked into the cylinder oscillates and which is associated both with the filling volume of the suction muffler and with the interior of the compressor housing, according to the preamble of Claim 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.Such refrigerant compressors are known, for example, from WO 2003/038280 A1, and are mainly used in refrigerators or racks. Accordingly high is the annually produced quantity.
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.Although the energy consumption of a single refrigerant compressor is only between 50 and 150 watts, when looking at all, used in the world refrigerant compressors is a very high energy consumption, which is steadily increasing due to the rapidly advancing development in poorer countries.
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.Every technical improvement that is made to a refrigerant compressor and increases the efficiency, thus, when extrapolated to the refrigerant compressors used worldwide, holds an enormous potential for saving energy.
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.The refrigerant process as such has long been known. The refrigerant is heated by 20 energy intake from the space to be cooled in the evaporator and finally superheated and compressed by the refrigerant compressor to a higher pressure level, where it emits heat through a condenser and via a throttle, in which a pressure reduction and the cooling of the refrigerant , is transported back to the evaporator.
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 starkeThe biggest and most important potential for a possible improvement of the efficiency is 25 in the lowering of the temperature of the refrigerant at the beginning of its compression process. Each reduction of the suction temperature of the refrigerant in the cylinder of the piston-cylinder unit therefore causes as well as the lowering of the temperature during the compression process and, associated with the Ausschiebetemperatur a reduction in the required technical work for the compression process. 30 In the case of known hermetically sealed refrigerant compressors, a strong design is used
Erwärmung des Kältemittels auf dessen Weg vom Verdampfer (Kühlraum) zum Ansaugventil der Kolben-Zylinder-Einheit.Heating of the refrigerant on its way from the evaporator (refrigerator) to the intake valve of the piston-cylinder unit.
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.The suction of the refrigerant takes place via a suction pipe coming directly from the evaporator during an intake stroke of the piston-cylinder unit. The suction pipe opens in known hermetically sealed refrigerant compressors usually in the hermetically sealed compressor housing, usually in the vicinity of the inlet opening in the suction muffler, from where the refrigerant flows into the suction muffler and from this directly to the intake valve of the piston-cylinder unit. The suction muffler serves primarily to keep the noise level of the refrigerant compressor during the intake as low as possible. Known Saug-40 silencers are usually made of several volumes, which communicate with each other, and an inlet opening through which the refrigerant is sucked from the hermetically sealed compressor housing volume in the interior of the suction muffler, and an opening which is close to the intake valve of the piston Cylinder unit is applied.
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 55On the way between entry of the refrigerant in the compressor housing and the intake valve 45 of the piston-cylinder unit takes place, as already mentioned, a - not desired - heating of the refrigerant. Measurements have shown that, for example, at a refrigerant temperature of 32 ° C in the intake manifold (given by Ashrae conditions) shortly before entering the compressor housing, the refrigerant was already heated in the first Saugschalldämpfervolumen to a temperature of about 54 ° C. The main cause of this unwanted heating of the refrigerant is the fact that the fresh refrigerant flowing from the suction pipe into the compressor housing is mixed with warmer refrigerant already in the compressor housing. The mixture arises essentially in that the intake valve of the piston-cylinder unit per cycle is open only over a crank angle range of about 180 ° and therefore only within this time window refrigerant can be sucked into the cylinder of the refrigerant compressor 55. Thereafter, during the compression cycle, the intake valve is closed. However, the cold refrigerant has an almost constant mass flow, even with the intake valve closed, whereby it flows with a closed intake valve in the compressor housing and there dwells and the piston in motion Cylinder unit and their components cools, which in turn causes heating of the refrigerant itself. In addition, due to the pressure oscillations during the compression phase, further flow processes from the compressor housing to the suction muffler and vice versa, whereby an additional mixing is effected. From the already mentioned WO 2003/038280 A1, a refrigerant compressor is known, the suction muffler in addition to a normal filling volume also has a compensating volume, in which the refrigerant flowing from the suction pipe, cold refrigerant can oscillate, even if the intake valve is closed during the compression stroke , The existing, already heated refrigerant will push through the fresh, cold refrigerant from the intake manifold via the compensation volume from the suction muffler in the compressor housing. In this way, there is always enough refrigerant in the intake silencer to suck into the cylinder. During the intake cycle, the cold refrigerant is then sucked out of this compensating volume and the intake manifold into the cylinder, with hot refrigerant from the compressor housing flowing into the compensating volume at the same time. The prerequisite for this, however, is a tight connection between the intake manifold coming from the evaporator and the suction silencer. However, the production of such a tight connection is associated with additional expense, which leads to a considerable increase in assembly costs due to the high quantities in which the Kältemitteiverdichter be prepared. The aim of the present invention is therefore to avoid this disadvantage and to provide a refrigerant compressor, in which the described advantages of a compensation volume for reducing the refrigerant temperature at the beginning of the compression process, and thus necessarily maintained during the suction in the cylinder of the piston-cylinder unit But without having to provide each refrigerant compressor with a tight connection between the suction muffler and coming from the evaporator suction tube. This is achieved by the characterizing features of claim 1 according to the invention. According to the characterizing features of claim 1, the inlet opening in the suction muffler is at the same time the connection opening between equalizing volume and filling volume of the suction muffler and the compensating volume formed by a sheath tube which surrounds the inlet opening on the one hand and is directed into the compressor housing and on the other hand connected to the evaporator of the refrigerant compressor , in the interior of the compressor housing projecting suction pipe of the refrigerant surrounds at least along a portion. This allows a particularly simple construction of the suction muffler including compensation volume. A hermetically sealed connection between intake manifold and suction muffler is not required in this case. The cold refrigerant can flow out of the suction tube into the jacket tube, whereby the cold refrigerant is collected in the jacket tube during the compression phase and the hot refrigerant is forced out of the jacket tube into the compressor housing. The characterizing features of claim 2 provide for this non-hermetically sealed connection between the inlet opening of the suction muffler and intake manifold an optimal result as regards the intake temperature of the refrigerant. Following is now a detailed description of the invention based on embodiments. 1 shows a front view in section of a hermetically sealed refrigerant compressor FIG. 2 shows a side view in section of a hermetically sealed refrigerant compressor FIG. 3 shows a further front view of a hermetically sealed refrigerant compressor FIG. 4 shows a sectional view of a suction muffler according to the prior art FIG. 5 shows an alternative embodiment variant of a suction muffler according to the invention, FIGS. 1, 2 and 3 each show a sectional view through a hermetically sealed refrigerant compressor, FIGS. 1 and 3 each showing a view in the direction of arrow A from FIG. Inside a hermetically sealing compressor housing 1, a piston-cylinder engine unit including drive via springs 2 is mounted elastically. The piston-cylinder-motor unit consists essentially of a cylinder housing 3 3 55
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