AT7832U1

AT7832U1 - Kältemittelverdichter

Info

Publication number: AT7832U1
Application number: AT0031904U
Authority: AT
Original assignee: Verdichter Oe Ges M B H
Priority date: 2004-04-28
Filing date: 2004-04-28
Publication date: 2005-09-26
Also published as: WO2005106250A1

Abstract

Hermetisch gekapselter Kältemittelverdichter, welcher ein hermetisch dichtes Verdichtergehäuse (1) aufweist, in dessen Innerem eine ein Kältemittel verdichtende Kolben-Zylinder-Einheit (4) arbeitet, die mit einem Saugrohr (2) sowie einem Druckrohr (3) verbunden ist, wobei über das Saugrohr (2) Kältemittel zur Kolben-Zylinder-Einheit (4) strömt, und das Druckrohr (3) das verdichtete Kältemittel von der Kolben-Zylinder-Einheit (4) entlang einer Druckstrecke (3, 5), die vom Druckrohr (3) und wahlweise von einem Druckschalldämpfer (5) gebildet wird, durch das Innere des Verdichtergehäuses (1) und in weiterer Folge aus dem Verdichtergehäuse (1) heraus führt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Druckstrecke (3, 5) in ihrem durch das Innere des Verdichtergehäuses (1) führenden Abschnitt zumindest teilweise mit einer die Wärmeabgabe der Druckstrecke (3) herabsetzenden Isolierung versehen ist.

Description

2 AT 007 832 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, die mit einem Saugrohr sowie einem Druckrohr verbunden ist, wobei über das Saugrohr Kältemittel zur Kolben-Zylinder-Einheit strömt, und das 5 Druckrohr das verdichtete Kältemittel von der Kolben-Zylinder-Einheit durch das Innere des Verdichtergehäuses und in weiterer Folge aus dem Verdichtergehäuse heraus führt, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Solche Kältemittelverdichter sind seit langem bekannt und kommen vorwiegend in Kühlschrän-io ken oder -regalen zum Einsatz. Dementsprechend hoch ist die jährlich produzierte Stückzahl.

Obwohl die Leistungsaufnahme 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 voranschreiten-15 den Entwicklung auch in ärmeren Ländern stetig zunimmt.

Jede technische Verbesserung, die an einem Kältemittelverdichter vorgenommen wird und den Wirkungsgrad erhöht, birgt somit, auf die weltweit eingesetzten Kältemittelverdichter hochgerechnet, ein enormes Einsparungspotential an Energie. 20

Der Kältemittelprozess als solches ist seit langem bekannt. Das Kältemittel wird dabei durch 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 25 Abkühlung des Kältemittels erfolgt, wieder zurück in den Verdampfer befördert wird. Möglichkeiten für eine Verbesserung des Wirkungsgrades liegen insbesondere in der Absenkung der Temperatur des Kältemittels am Beginn dessen Kompressionsvorganges. Jede Absenkung der Einsaugtemperatur des Kältemittels in den Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheit 30 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.

Bei bekannten hermetisch gekapselten Kältemittelverdichtern erfolgt bauartbedingt eine starke 35 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 40 hermetisch gekapselten Kältemittelverdichtem 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. Auf dem Weg 45 zwischen Eintritt des Kältemittels in das Verdichtergehäuse und dem Ansaugventil 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 signifikant erwärmt wurde. 50

Der Hauptverursacher dieser unerwünschten Erwärmung des 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 55 lediglich über einen Kurbelwinkelbereich von ca. 180° offen ist und daher lediglich innerhalb 3 AT 007 832 U1 dieses Zeitfensters Kältemittel in den Zylinder des Kältemittelverdichters gesaugt werden kann. Danach, während des Verdichtungszyklus ist das Ansaugventil geschlossen. Das kalte Kältemittel weist jedoch einen beinahe konstanten Massenstrom auf, auch bei geschlossenem Ansaugventil, wodurch es bei geschlossenem Ansaugventil in das Verdichtergehäuse 5 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. 10

Eine weitere Erwärmung des Kältemittels im Saugrohr ist auf die Erwärmung des Inneren des Verdichtergehäuses zurückzuführen, die aufgrund des im Druckrohr abgeführten, verdichteten Kältemittels stattfindet. Das im Druckrohr abgeführte, verdichtete Kältemittel weist Temperaturen bis zu 100° auf, und muss auf seinem Weg von der Kolben-Zylinder-Einheit in das Äußere 15 des Verdichtergehäuses das Innere des Verdichtergehäuses queren, wo es eine erhebliche Wärmequelle darstellt. Das führt zu einer Erwärmung des Inneren des Verdichtergehäuses und in weiterer Folge zu einem Wärmeübertrag auf das im Saugrohr befindliche Kühlmittel. Auch hinsichtlich der Motorkühlung ist eine Erwärmung des Inneren des Verdichtergehäuses aufgrund des verdichteten Kältemittels im Druckrohr unerwünscht. 20

Es ist daher Ziel der Erfindung, diesen Nachteil zu vermeiden und einen Kältemittelverdichter vorzusehen, bei welchem im allgemeinen Temperaturerhöhungen im Inneren des Verdichtergehäuses vermindert werden und im speziellen die Kältemitteltemperatur zu Beginn des Verdichtungsvorganges, und damit notwendigerweise auch beim Ansaugen in den Zylinder der Kolben-25 Zylinder-Einheit, möglichst niedrig gehalten wird.

Erfindungsgemäß wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 erreicht.

Anspruch 1 sieht hierbei vor, dass die Druckstrecke, die vom Druckrohr und wahlweise von 30 einem Druckschalldämpfer gebildet wird, in ihrem durch das Innere des Verdichtergehäuses führenden Abschnitt zumindest teilweise mit einer die Wärmeabgabe des Druckbereiches herabsetzenden Isolierung versehen ist. Dadurch wird eine Erwärmung des Inneren des Verdichtergehäuses aufgrund des im Druckbereich befindlichen, verdichteten Kältemittels entscheidend verringert. 35

Hierbei ist es vorteilhaft, nicht nur entlang des Druckrohres für eine verminderte Wärmeabgabe zu sorgen, sondern während des gesamten Druck-Abschnittes vom Druckventil an der Kolben-Zylinder-Einheit bis zum Austrittspunkt aus dem Verdichtergehäuse eine ausreichende Isolierung vorzusehen. Somit ist es vorteilhaft, gemäß Anspruch 2 zusätzlich Teile der Kolben-40 Zylinder-Einheit mit einer die Wärmeabgabe herabsetzenden Isolierung zu versehen, oder gemäß Anspruch 3 zusätzlich den Druckschalldämpfer mit einer die Wärmeabgabe herabsetzenden Isolierung zu versehen. Letzteres wird insbesondere bei einer Anordnung des Druckschalldämpfers innerhalb des Verdichtergehäuses vorteilhaft sein. 45 Vorzugsweise besteht die Isolierung hierbei gemäß Anspruch 4 aus einem Werkstoff mit einer Wärmeleitzahl kleiner 5 W/mK. Die technische Verwirklichung der Isolierung kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, wobei gemäß Anspruch 5 etwa vorgesehen sein kann, dass die Isolierung in Verbundbauweise mit herkömmlichen Druckrohrelementen gefertigt ist. Gemäß Anspruch 6 ist das Druckrohr aus einem Kunststoff gefertigt. 50

Im Anschluss erfolgt nun eine detaillierte Beschreibung der Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Kältemittelverdichters mit einem Verdichtergehäu-55 se und einem zuführenden Saugrohr und einem abführenden Druckrohr, 4 AT 007 832 U1

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Inneren des Kältemittelverdichters von Fig. 1, wobei zur besseren Übersichtlichkeit lediglich die für die Erfindung relevanten Teile dargestellt sind, und

Fig. 3 eine schematische Darstellung einerweiteren Ausführungsform des Inneren des Kältemit-5 telverdichters von Fig. 1, wobei zur besseren Übersichtlichkeit lediglich die für die Erfindung relevanten Teile dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt einen Kältemittelverdichter in perspektivischer Ansicht mit einem Verdichtergehäuse 1, einem Saugrohr 2, das in das Innere des Verdichtergehäuses 1 führt und das Kältemittel io zuführt, und einem Druckrohr 3, das aus dem Inneren des Verdichtergehäuses 1 herausführt und das verdichtete Kältemittel somit abführt. Das Saugrohr 2 führt zu der auf der Basisplatte 7 montierten Kolben-Zylinder-Einheit 4, in dem die Verdichtung des Kältemittels erfolgt. Das Ansaugen des Kältemittels erfolgt dabei während eines Ansaugtaktes der Kolben-Zylinder-Einheit 4. Das Saugrohr 2 führt dabei bei bekannten hermetisch gekapselten Kältemittelverdich-15 tern in der Regel über einen Saugschalldämpfer (in den Fig. 1-3 nicht dargestellt), von wo das Kältemittel direkt zum Ansaugventil der Kolben-Zylinder-Einheit 4 strömt. Der Saugschalldämpfer dient in erster Linie dazu, das Geräuschniveau des Kältemittelverdichters beim Ansaugvorgang so gering wie möglich zu halten. 20 Auf dem Weg zwischen Eintritt des Kältemittels in das Verdichtergehäuse 1 und dem Ansaugventil der Kolben-Zylinder-Einheit 4 erfolgt, wie bereits erwähnt, eine - nicht erwünschte - Erwärmung des Kältemittels, insbesondere aufgrund der Vermengung von frisch aus dem Saugrohr in das Verdichtergehäuse 1 strömenden Kältemittels mit bereits im Verdichtergehäuse 1 befindlichem, wärmeren Kältemittel. Eine weitere Erwärmung des Kältemittels im Saugrohr 2 ist 25 auf die Erwärmung des Inneren des Verdichtergehäuses 1 zurückzuführen, die aufgrund des im Druckrohr 3 abgeführten, verdichteten Kältemittels stattfindet. Wie erwähnt, weist das im Druckrohr 3 abgeführte, verdichtete Kältemittel mitunter Temperaturen bis zu 100° auf, sodass es auf seinem Weg von der Kolben-Zylinder-Einheit 4 in das Äußere des Verdichtergehäuses 1 eine erhebliche Wärmequelle darstellt. Das führt zu einer Erwärmung des Inneren des Verdichterge-30 häuses 1 und in weiterer Folge zu einem Wärmeübertrag auf das im Saugrohr 2 befindliche Kühlmittel. In den Fig. 2 und 3 ist der durch das Innere des Verdichtergehäuses (1) führende Abschnitt des Druckrohres 3 dargestellt. Dieser Abschnitt wird mitunter auch als „Serpentine“ bezeichnet und muss gemäß dem Stand der Technik über eine bestimmte Länge verfügen, um die Dauerfestigkeit zu erhöhen sowie die Vibrationsübertragung von der Kolben-Zylinder-Einheit 35 4 auf das Verdichtergehäuse 1 zu minimieren. Der Endabschnitt 6 des Druckrohres 5 befindet sich bereits außerhalb des Verdichtergehäuses 1.

Erfindungsgemäß ist daher das in den Fig. 2 und 3 ersichtliche Druckrohr 3 in seinem durch das Innere des Verdichtergehäuses 1 führenden Abschnitt zumindest teilweise mit einer die Wär-40 meabgabe des Druckrohres 3 herabsetzenden Isolierung versehen. Dadurch wird eine Erwärmung des Inneren des Verdichtergehäuses 1 aufgrund des im Druckrohr 3 befindlichen, verdichteten Kältemittels entscheidend verringert. Die Isolierung kann dabei etwa durch eine Kunststoffummantelung gebildet werden. 45 Wie bereits erwähnt wurde, ist es vorteilhaft, nicht nur entlang des Druckrohres 3 für eine verminderte Wärmeabgabe zu sorgen, sondern während des gesamten Druck-Abschnittes vom Druckventil an der Kolben-Zylinder-Einheit 4 bis zum Austrittspunkt aus dem Verdichtergehäuse 1 eine ausreichende Isolierung vorzusehen. So ist es etwa vorteilhaft, zusätzlich Teile der Kolben-Zylinder-Einheit 4 mit einer die Wärmeabgabe herabsetzenden Isolierung zu versehen. Des so weiteren kann auch zusätzlich der Druckschalldämpfer 5 mit einer die Wärmeabgabe herabsetzenden Isolierung versehen werden. Letzteres wird insbesondere bei einer Anordnung des Druckschalldämpfers 5 innerhalb des Verdichtergehäuses 1 vorteilhaft sein, wie dies in den Fig. 2 und 3 angedeutet ist. Die Fig. 2 und 3 zeigen dabei jeweils unterschiedliche Ausführungen eines Druckschalldämpfers 5. Der Druckschalldämpfer 5 könnte aber auch außerhalb des 55 Verdichtergehäuses 1 angeordnet werden, wobei der Endabschnitt 6 in diesem Fall in den

Claims

5 AT 007 832 U1 Druckschalldämpfer 5 mündet. Vorzugsweise besteht die Isolierung aus einem Werkstoff mit einer Wärmeleitzahl kleiner 20, vorzugsweise kleiner 1 W/(m*K). Die technische Verwirklichung der Isolierung kann auf unter-5 schiedliche Weise erfolgen, wobei etwa vorgesehen sein kann, dass die Isolierung in Verbundbauweise mit herkömmlichen Druckrohrelementen gefertigt ist. Es ist aber auch denkbar, das Druckrohr 3 aus einem Kunststoff zu fertigen. Somit werden Temperaturerhöhungen im Inneren des Verdichtergehäuses 1 vermindert, wo-io durch insbesondere die Kältemitteltemperatur zu Beginn des Verdichtungsvorganges, und damit notwendigerweise auch beim Ansaugen in den Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheit 4, möglichst niedrig gehalten wird. Als weiterer Vorteil der Isolierung des Druckrohres 3 zeigt sich außerdem, dass dessen Vibrationsanfälligkeit herabgesetzt wird. Da das Druckrohr 3 unmittelbar mit der vibrierenden Kolben-Zylinder-Einheit 4 verbunden ist, werden die Vibrationen auch 15 auf das Druckrohr 3 übertragen, was in weiterer Folge erhebliche Geräuschentwicklung sowie Materialermüdung bewirken kann. Aufgrund der zusätzlichen Isolierung erweist es sich, dass die Vibrationsübertragung und somit auch Geräuschentwicklung und Materialermüdung herabgesetzt werden. Des weiteren kann dadurch die Länge der Serpentine, also des durch das Innere des Verdichtergehäuses 1 führenden Abschnittes, kürzer ausgeführt werden, was ent-20 sprechende Materialersparnis nach sich zieht und eine kompaktere Bauweise des Verdichters ermöglicht. Ansprüche: 25 1. Hermetisch gekapselter Kältemittelverdichter, welcher ein hermetisch dichtes Verdichtergehäuse (1) aufweist, in dessen Innerem eine ein Kältemittel verdichtende Kolben-Zylinder-Einheit (4) arbeitet, die mit einem Saugrohr (2) sowie einem Druckrohr (3) verbunden ist, wobei über das Saugrohr (2) Kältemittel zur Kolben-Zylinder-Einheit (4) strömt, und das 30 Druckrohr (3) das verdichtete Kältemittel von der Kolben-Zylinder-Einheit (4) entlang einer Druckstrecke (3, 5), die vom Druckrohr (3) und wahlweise von einem Druckschalldämpfer (5) gebildet wird, durch das Innere des Verdichtergehäuses (1) und in weiterer Folge aus dem Verdichtergehäuse (1) heraus führt, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckstrecke (3, 5) in ihrem durch das Innere des Verdichtergehäuses (1) führenden Abschnitt zumin- 35 dest teilweise mit einer die Wärmeabgabe der Druckstrecke (3, 5) herabsetzenden Isolie rung versehen ist.
2. Hermetisch gekapselter Kältemittelverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Teile der Kolben-Zylinder-Einheit (4) mit einer die Wärmeabgabe herabset- 40 zenden Isolierung versehen sind.
3. Hermetisch gekapselter Kältemittelverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckschalldämpfer (5) im Inneren des Verdichtergehäuses angeordnet ist und mit einer die Wärmeabgabe herabsetzenden Isolierung versehen ist. 45
4. Hermetisch gekapselter Kältemittelverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierung aus einem Werkstoff mit einer Wärmeleitzahl kleiner als 5 W/(m*K) besteht. so 5. Hermetisch gekapselter Kältemittelverdichter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierung in Verbundbauweise mit herkömmlichen Druckrohrelementen gefertigt ist.
6. Hermetisch gekapselter Kältemittelverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch 55 gekennzeichnet, dass das Druckrohr (3) in seinem durch das Innere des Verdichtergehäu- 5 6 AT 007 832 U1 ses (1) führenden Abschnitt aus einem Kunststoff gefertigt ist. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55