CN108953097A - 用于正排量的封闭式压缩机 - Google Patents

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Abstract

所讨论的本发明涉及制冷压缩机的技术领域。公开了一种用于正排量的封闭式压缩机，其气密外壳被特别地改变，使得其振动的固有频率以4200Hz以上的频率分布并且其“容量密度”大于160W/L。

Description

用于正排量的封闭式压缩机
技术领域
所讨论的本发明涉及用于正排量的封闭式压缩机，并且更具体地涉及通常可应用于制冷系统的往复封闭式压缩机，其产生的操作噪音主要在人听觉的低感觉频率范围中。
背景技术
如本领域技术人员已知的，用于正排量的封闭式压缩机基本上由气密外壳集成，在该气密外壳内功能协作地容纳至少一个电动机和至少一个压缩机构，该至少一个压缩机构基本上由气缸-活塞组件组成。在这个意义上，电动机的操作、活塞在压缩制冷剂蒸汽的气缸内的移动和压缩机阀的操作产生不希望的振动和噪音(连续噪音)。
用于往复封闭式压缩机的噪音减小的目前技术可以被分类为：(i)用于减少激励瞬变的源的技术；(ii)用于减小该源和最后辐射体之间的传输路径的技术；和(iii)作用于最终辐射体(主要是外壳)的技术。
具体地，鉴于振动声学的众所周知的原理，通常观察到，在蒸汽压缩过程中在压缩机内产生的振动被传递到外壳并且可以根据气密外壳的振动的固有频率被放大。应用于住宅制冷系统(例如，冰箱)的用于正排量的封闭式压缩机的传统气密外壳具有从3200Hz的第一固有频率，该第一固有频率与对于人耳的噪音感觉来说相当敏感的频率范围一致。以这种方式，压缩机的气密外壳在其用户特别好地感觉到的频率范围中促进噪音辐射。应当注意，外壳的所述固有频率为盖子和本体组件产生的(不考虑该系统中的压缩机的固定基板)。
在这种情况中，注意到，该技术的目前状态包括旨在解决通常可应用于制冷系统的往复封闭式压缩机中的噪音的产生、放大和辐射的问题的方案。
根据第一方面，已知通过减小集成压缩机的电动机的操作速度可以减小用于正排量的封闭式压缩机的不希望的噪音。这种可能性起因于直觉原理，毕竟，观察到压缩机的制冷容量越大(其电动机的操作速度越高)，发出的噪音越大。因此，考虑这个第一方面，注意到，可应用于制冷系统的目前的往复封闭式压缩机通常由电动机集成，该电动机的最大角速度不超过4500rpm(每分钟转数)，以将噪音保持在可接受的限度内。
根据第二方面和第三方面，已知通过改变其气密外壳的具体特性，尤其是通过增加气密外壳的动态结构刚度(通过增加外壳壁的厚度和/或优化外壳的总形状)可以减小用于正排量的封闭式压缩机的不希望的噪音。然而，值得注意的是，改变用于正排量的封闭式压缩机的气密外壳的具体特性也可能导致不一定有利的其它改变(例如，通过增加外壳壁的厚度的气密外壳的动态结构刚度的增加意味着压缩机的生产成本的增加)，这必须被避免。
虽然该技术的目前状态不描述这两个方面(该两个方面通常以独立的方式被研究和应用)的组合，但合理的是假设，为了最大地减小用户特别讨厌的噪音，可以设计通常可应用于制冷系统的往复封闭式压缩机，该往复封闭式压缩机配备有电动机(该电动机的最大角速度小于4500rpm)并且设置有具有较大动态结构刚度的气密外壳。这种往复封闭式压缩机将是非常安静的，然而，将具有关于其制冷容量和生产成本的严重的不利后果。这意味着，上面讨论的所述两个方面由于该不令人满意的结果而通常不被组合。
正是基于这种情况，提出了所讨论的本发明。
发明内容
因此，所讨论的本发明的基本目标是公开一种用于正排量的封闭式压缩机，其产生的主要操作噪音位于人听觉较少感觉到的频率范围中。
因此，所讨论的本发明的目标是，这里公开的用于正排量的封闭式压缩机由特别地设置有位于4200Hz以上的固有频率的气密外壳集成，并且同时，这里公开的用于正排量的封闭式压缩机包括能够在家用制冷应用中产生传统制冷容量的装置。
上面总结的目标通过用于正排量的封闭式压缩机被完全实现，该封闭式压缩机包括：至少一个气密外壳(通过至少一个本体和至少一个盖子的连接而限定)；至少一个压缩机构(由至少一个压缩气缸和可移动的活塞限定)；和至少一个电动机(由至少一个电子控制系统控制)，其中都被容纳在所述气密外壳内的压缩机构和电动机在功能上彼此协作。
根据所讨论的本发明，气密外壳包括4200Hz之上的固有频率的振动并且压缩机的“容量密度”大于160W/L。
附图说明
所讨论的本发明将在附图中被特别地详细描述，其中：
图1示出这里公开的用于正排量的封闭式压缩机的“容量密度”(圆形标记)和属于该技术的目前状态的其它压缩机(正方形标记)之间的比较曲线图；
图2示出由不变的声压幅值引起的特别响度水平的曲线图。注意到，该响度水平的峰值在大约3100Hz的频率中，对于该频率，人耳具有对声压的较大敏感度。如果该频率转移到4200Hz，则该最大值减小近似3方。
图3示出随外壳的表面面积变化的响度水平的曲线图。注意到，如果外壳面积从1000cm2减小到800cm2，则减小近似3方；并且
图4示出随压缩机的操作的最大角速度变化的响度水平的曲线图。从4500rpm到5000rpm的最大角速度的增加导致近似3方的增加。
具体实施方式
对于通常适用于制冷系统的往复封闭式压缩机，基于前面讨论的内容，考虑该技术的目前状态和它涵盖的教导，客观合理地推断：
I)压缩机操作噪音随着压缩机马达速度增加而增加；
II)压缩机操作噪音倾向于随着压缩机外壳的动态结构刚度增加而减小。
在这个意义上，所讨论的本发明提议减小压缩机的操作噪音(并且也减小压缩机的操作噪音的感觉)并且维持其制冷容量，而没有影响所述制冷容量的操作噪音的减小的不利后果。
根据所讨论的本发明，用于正排量的封闭式压缩机为最低限度地包括气密外壳、压缩机构和电动机的类型。
优选地，但不限于，气密外壳通过连接至少一个本体和至少一个盖子被限定，因为这些部件一旦被连接(优选地通过焊接)就限定完全封闭的内部容积。
也优选地，但不限于，该压缩机构由至少一个压缩气缸和可移动的活塞限定，该可移动的活塞能够以往复的方式在所述压缩气缸内移动。
更优选地，但不限于，电动机(由转子和定子集成)由电子控制系统控制，该电子控制系统通常涉及变频器，该变频器通常用来控制电动机。
此外，进一步被强调的是，压缩机构和电动机在功能上彼此协作，并且压缩机构和电动机被容纳在所述气密外壳内。
通常，涉及根据所讨论的本发明的集成用于正排量的封闭式压缩机的部件和系统的优选实施例的一般构思对于本领域技术人员来说是众所周知的。因此，这些部件和系统的公开的充分性在这种情况中是显然的。
为了实现所讨论的本发明的目标，被强调的是，气密外壳被特别地改变使得其振动的固有频率被设置在4200Hz以上。
如前面讨论的，气密外壳的振动的固有频率的限定可以以数种方式被执行(列举仅仅两个例子，气密外壳的总尺寸的减小和气密外壳的总形状的改变)。然而，特别合适的是，根据所讨论的本发明，气密外壳的振动的固有频率的限定主要通过其总体小型化被给出。
因此，根据所讨论的本发明，气密外壳包括小于1.4升的内部功能容积。为了实现压缩机的总体小型化并且因此实现小于1.4升的外壳容积，有必要通过部件的紧凑化和在压缩机内的它们的布置的优化好好利用压缩机的内部空间。虽然前述行动被完成，但也有必要减小压缩气缸，减小每压缩循环制冷容量。以这种方式，所述压缩机构的压缩气缸具有小于8cm3的排量容积。
这些规范允许气密外壳的振动的固有频率“转移”到其中人耳的感觉减小至少3方(相对于根据该技术的目前状态的从3200Hz的固有频率)的频率范围，如在根据频率变化的响度感觉的曲线图中可以见到的(图2)。压缩机的总体小型化也减小压缩机外壳的表面面积，根据随外壳面积变化的响度感觉(图3)，这导致将由外壳辐射的噪音减小至少超过3方。
考虑上面的规范，特别地考虑确定气密外壳的振动的固有频率被设置在4200Hz以上的规范，注意到所讨论的本发明的一般目标的大部分被达到，毕竟，已知人耳在3000Hz和4000Hz之间的频率中具有较大的感觉，并且对于4000Hz以上的频率的范围，该感觉开始减小。
气密外壳的振动的固有频率的替代固有的不利后果(由于气密外壳和压缩机构的压缩气缸的减小的容积而导致的制冷容量的减小)通过调节电动机的角速度被避开，这适合于形成大于5000rpm的最大操作速度。
这意味着用于正排量的封闭式压缩机的制冷容量(所讨论的本发明的目标，在这里根据气密外壳和压缩气缸的尺寸特性而恶化)在家用制冷标准内(在50W和300W之间)被再建立。可接受的范围中的这个制冷容量由电动机的操作速度和压缩机构的压缩气缸的压缩容积之间的比率给定。
然而，压缩机的电动机的角速度的增加在压缩机的噪音中产生不利后果，因为噪音产生增加，并且一致地，噪音的感觉也增加(由于外壳的尺寸特性)。如在随压缩机的角速度而变化的响度的曲线图中可以见到的(图4)，当压缩机的最大角速度从4500rpm增加到5000rpm时，噪音感觉增加至少3方。
在这种情况中，值得强调，电动机的操作速度(根据该技术的目前状态，大于4500rpm的常规最大速度)不产生相对于操作噪音的放大的相关不利后果，毕竟，在操作中由压缩机产生的振动将在外壳的固有频率中被外壳放大，该固有频率现在高于4200Hz，人耳的敏感度从该固有频率开始减小。
此外，如果我们作出被提议的方案的效果的简单的算术和，我们将具有6方的减小(外壳固有频率的增加和外壳面积的减小的效果)对3方的增加(由角速度的增加产生)，在被感觉到的噪音中产生3方的净减小。
由压缩机产生的最大制冷容量可以按以下方式被列出方程：“cap＝ηvol×ρ×Vswept×f×ΔH”，其中“ηvol”是所述压缩机的容积得率，“ρ”是吸入压力中的制冷流体的密度，“Vswept”是压缩气缸的排量容积，“f”是压缩机马达的操作的角速度并且“ΔH”是制冷系统的蒸发焓的差。
根据所讨论的本发明(其前言考虑由电动机驱动的小于8cm3的压缩容积压缩机构，其最大角速度是5000rpm，在标准条件Ashrae LBP(-23.3℃的蒸发温度和54.4℃的冷凝温度)下操作)，这里公开的用于正排量的封闭式压缩机特别适合于产生近似223W的制冷容量。
测量压缩机的容量密度的一种方式由以下公式给出：“容量密度＝Cap/Vol_int”，其中“Cap”是在Ashrae LBP中的制冷容量并且“Vol_int”是以升为单位的压缩机的外壳(没有内部部件)的内部容积。在这一点上，考虑所讨论的本发明的用于正排量目标的封闭式压缩机(其内部功能容积是1.4升)，该“容量密度”是160W/L。
涉及考虑Ashrae LBP标准条件的“容量密度”的曲线图的图1以比较的方式示出属于该技术的目前状态的传统压缩机(正方形标记)和用于正排量的封闭式压缩机(圆形标记)。在这个意义上，可以观察到提议的方案提供相对于已有压缩机显著优越的“容量密度”。
值得注意的是，上面的描述的唯一目的是以示例性方式描述所讨论的本发明的特别实施例。因此，清楚的是，以基本上相同的方式执行相同的功能以实现相同的结果的元件的修改、变化和建设性组合保持在由所附权利要求限定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于正排量的封闭式压缩机，所述封闭式压缩机包括：
至少一个气密外壳，所述至少一个气密外壳通过至少一个本体和至少一个盖子相连接而限定；
至少一个压缩机构，所述至少一个压缩机构由至少一个压缩气缸和可移动的活塞限定；
至少一个电动机，所述至少一个电动机由至少一个电子控制系统控制；
所述压缩机构和所述电动机在功能上彼此协作；
所述压缩机构和所述电动机被容纳在所述气密外壳内；
用于正排量的所述封闭式压缩机的特征在于：
所述气密外壳包括大于4200Hz的第一固有频率的振动；并且
“容量密度”大于160W/L。
2.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述压缩机包括小于1.4升的内部功能容积。
3.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述压缩机包括具有小于8cm3的压缩容积的压缩气缸。
4.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述压缩机包括特别适合于大于5000rpm的最大角速度的电动机。
5.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述压缩机特别适合于产生大于200W的制冷容量。
6.根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的压缩机，其特征在于，所述压缩机包括160W/L的较高“容量密度”。
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