DE102012105670A1 - Domestic appliance e.g. tumble dryer has high-pressure pipe interpreted to produce rotary vibrations from compressor to heat exchanger, and pipe sections that are arranged in planes arranged perpendicular to each other - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Haushaltsgerät mit einer Trocknungseinrichtung wie Wäschetrockner, Waschtrockner oder Geschirrspülmaschine, wobei die Trocknung durch oder mit Unterstützung einer Wärmepumpenanordnung erfolgt, welche einen Rotationskompressor, insbesondere einen Rollkolbenkompressor, umfasst, der mittels Rohrleitungen zum Transport des Kältemittels in der Wärmepumpenanordnung eingebunden ist und wobei die als Hochdruckrohrleitung zur Aufnahme der vom Kompressor erzeugten Drehschwingung vom Kompressor zum Wärmetausche mäanderförmig und/oder spiralförmig ausgelegt sind. The invention relates to a domestic appliance with a drying device such as tumble dryer, washer-dryer or dishwasher, wherein the drying is carried out by or with the assistance of a heat pump assembly comprising a rotary compressor, in particular a rotary compressor, which is integrated by means of pipes for transporting the refrigerant in the heat pump assembly and which are designed as a high-pressure pipe for receiving the torsional vibration generated by the compressor from the compressor to heat exchanges meandering and / or spiral.
Bei Haushaltsgeräten mit einer Trocknungseinrichtung hat sich der Einsatz von Wärmepumpen zur Energieeinsparung bewährt. In der Regel sind die wesentlichen Funktionsbestandteile eines Wärmepumpenkreises ein Verdampfer mit Wärmetauscher, ein Verflüssiger, ein Kompressor und ein Expansionsventil wie dies beispielsweise in der
Wie bei allen Rotationskompressoren ist das Funktionsprinzip gleich. Durch ein Ansaugventil wird das Kompressionsgut, hier das Kältemittel, von außen angesaugt. Es gelangt in den Stator, einen stationären Zylinder mit einem exzentrischen Rotor (Rollkolben). Das Kältemittel mit Normaldruck wird zwischen der Statorwand und dem zylindrischen Rotor eingeschlossen. Wenn der Rotor die exzentrische Drehbewegung überfährt, verkleinert sich das Volumen zwischen den Lamellen des Rotors und der Statorwand, so dass der Kältemitteldruck steigt. Das unter Druck stehende Kältemittel gelangt dann am Auslassventil aus dem Kompressor. Durch die exzentrische Drehung des Rotors entstehen Druckschwankungen, die den Stator in Drehschwingungen versetzen. Diese Schwingungen übertragen sich auf die angeschlossenen Kältemittelleitungen und erzeugen verstärkt Geräusche im Gerät. Im schlimmsten Fall führen die Druckschwankungen zu einem Problem hinsichtlich der Dauerfestigkeit der Rohrleitungen und ihrer Verbindungen. Es können Risse entstehen und der dadurch bedingte Kältemittelverlust kann dann einen Ausfall des Kompressors verursachen. As with all rotary compressors, the operating principle is the same. Through a suction valve the compression material, here the refrigerant, is sucked from the outside. It enters the stator, a stationary cylinder with an eccentric rotor (rolling piston). The refrigerant at normal pressure is trapped between the stator wall and the cylindrical rotor. As the rotor overrides the eccentric rotation, the volume between the vanes of the rotor and the stator wall decreases to increase the refrigerant pressure. The pressurized refrigerant then exits the compressor at the outlet valve. The eccentric rotation of the rotor causes pressure fluctuations, which put the stator in torsional vibrations. These vibrations are transmitted to the connected refrigerant pipes and generate more noise in the device. In the worst case, the pressure fluctuations lead to a problem with regard to the fatigue strength of the pipes and their connections. Cracks may occur and the consequent loss of refrigerant may cause the compressor to fail.
Der Rollkolbenkompressor im Wärmepumpentrockner erzeugt im Betrieb bei der Komprimierung des Kältemittels Drehschwingungen. Da das Kältemittel vom Kompressor zum Wärmetauscher und zurück transportiert werden muss, sind Leitungen erforderlich, die sicherstellen, dass die Kompressorschwingungen nicht ins Gehäuse des Trockners übertragen werden, damit so akustische Probleme und Festigkeitsprobleme ausgeschlossen werden. In der Regel werden hierbei mäanderförmige Kupferrohre zwischen Kompressor und Wärmetauscher eingesetzt, jedoch hat eine mäanderförmige Verrohrung nicht in jedem Fall die hinreichende Flexibilität, um die Kompressorschwingungen gegenüber dem Gehäuse auszugleichen. Eine mäanderförmige Verrohrung hat auch den Nachteil, dass aufgrund der Geometrie viele Schwingungsformen existieren, die angeregt werden können und dann aufgrund von Resonanz zu dem oben beschriebenen Problemen führen. Diese Probleme verschärfen sich extrem, wenn geregelte Kompressoren eingesetzt werden und aufgrund variabler Drehzahl in einem breiten Frequenzband die Verrohrung anregen und somit die Gefahr von Resonanzanregung deutlich steigt. The rotary piston compressor in the heat pump dryer generates torsional vibrations during operation when compressing the refrigerant. As the refrigerant needs to be transported from the compressor to the heat exchanger and back, piping is required to ensure that the compressor vibrations are not transmitted to the drier housing to eliminate acoustic and strength problems. As a rule, meandering copper pipes are used between the compressor and the heat exchanger, but a meandering piping does not always have the sufficient flexibility to compensate for the compressor vibrations with respect to the housing. A meandering casing also has the disadvantage that, due to the geometry, there are many modes of vibration that can be excited and then cause problems as described above due to resonance. These problems are exacerbated when regulated compressors are used and, due to variable speed in a wide frequency band, stimulate the piping and thus significantly increase the risk of resonance excitation.
Die Verrohrung, die das Kältemittel zwischen Kompressor und Wärmetauscher leitet, muss im Wesentlichen zwei mechanische Eigenschaften erfüllen, die sich gegenseitig negativ beeinflussen können. Zum einen muss die Verrohrung eine gewisse Flexibilität aufweisen, um den Wärmetauscher und das ihn umgebende Gehäuse nicht zu stark zum Schwingen anzuregen. Zum anderen weist aber eine sehr flexible Rohrleitung unter Umständen auch Eigenfrequenzen / Resonanzen auf, die vom angeschlossenen Kompressor angeregt werden können. Dies kann dann zu einem verfrühten Ausfall des Aggregats führen, weil die Rohrleitung im Resonanzfall mit großen Amplituden schwingt, die das Material stark beanspruchen. Die Verrohrungen, die das Kältemittel in die Wärmetauscher leitet, müssen diese Kompressorschwingungen ausgleichen, also flexibel sein, damit die Wärmetauscher nicht selbst zu stark zum Schwingen angeregt werden. Die Flexibilität wird in der Regel wie erwähnt mit einer mäanderförmigen Struktur der Verrohrung erreicht. Dabei wird unter einer Eigenmode eine eigene Schwingungsform einer Struktur verstanden, die bei einer bestimmten dazu gehörigen Frequenz auftritt (Eigenfrequenz). Jede Struktur hat theoretisch unendlich viele Eigenmoden, wobei nur die von Interesse sind, die durch irgendetwas angeregt werden. Das sind meist die Moden mit den niedrigen Eigenfrequenzen. Regt man die Struktur mit einer Eigenfrequenz an, dann beginnt die Struktur in der zugehörigen Schwingungsform zu schwingen. Diese hat jedoch den Nachteil, dass die einzelnen Schwingungsbögen Eigenfrequenzen aufweisen können, die vom Kompressor angeregt werden. Das führt dann zu großen Schwingungsamplituden der sich in Resonanz befindenden Bögen und damit auch zu hohen Spannungen in der Rohrleitung. Dies kann im ungünstigsten Fall zu einem verfrühten Ausfall des Wärmepumpenaggregates wegen Bruch der Verrohrung führen. Um dies zu unterbinden, wird in der Regel eine mäanderförmige Rohrgeometrie eingesetzt, wobei die einzelnen Bögen ringförmig um den Kompressor angeordnet sind. The piping that conducts the refrigerant between the compressor and the heat exchanger essentially has to meet two mechanical properties that can negatively affect each other. On the one hand, the piping must have a certain flexibility so as not to cause the heat exchanger and the surrounding housing to vibrate too much. On the other hand, however, a very flexible pipe may also have natural frequencies / resonances that can be excited by the connected compressor. This can then lead to a premature failure of the unit, because the pipeline oscillates in the resonance case with large amplitudes that stress the material. The piping, which directs the refrigerant into the heat exchanger, must compensate for these compressor oscillations, ie be flexible, so that the heat exchangers are not themselves too strongly excited to vibrate. The flexibility is usually achieved as mentioned with a meandering structure of the piping. In this case, an eigenmode is understood to mean its own vibration form of a structure that occurs at a specific associated frequency (natural frequency). Each structure theoretically has infinitely many eigenmodes, with only those of interest being excited by anything. These are usually the modes with the low natural frequencies. If one stimulates the structure with a natural frequency, then the structure begins to oscillate in the associated vibration mode. However, this has the disadvantage that the individual oscillatory arcs may have natural frequencies that are excited by the compressor. This then leads to large oscillation amplitudes of the arcs in resonance and thus also to high voltages in the pipeline. In the worst case, this can lead to a premature failure of the heat pump unit due to breakage of the piping. To prevent this, will As a rule, a meander-shaped tube geometry is used, with the individual sheets being arranged annularly around the compressor.
Eine derartige Struktur der Verrohrung hat den Nachteil, dass viele Eigenfrequenzen der Schwingungsbögen in einem Bereich liegen, die vom Kompressor angeregt wird. Außerdem ist die Fertigung der Verrohrung verhältnismäßig aufwendig. Such a structure of the piping has the disadvantage that many natural frequencies of the oscillatory arcs are in a range that is excited by the compressor. In addition, the production of the piping is relatively expensive.
Der Erfindung stellt sich somit das Problem ein Haushaltsgerät mit einer Trocknungseinrichtung derart weiterzubilden, wobei insbesondere die Rohrleitung zur Aufnahme der vom Kompressor erzeugten Drehschwingungen vom Kompressor zum Wärmetauscher derart ausgelegt ist, dass die Anzahl der Eigenmoden im kritischen Bereich geringer ausfallen und sich diese auch hinsichtlich der zugehörigen Eigenfrequenz besser beeinflussen lassen. The invention thus raises the problem of developing a household appliance with a drying device such that in particular the pipe for receiving the torsional vibrations generated by the compressor from the compressor to the heat exchanger is designed such that the number of eigenmodes in the critical area are lower and this also in terms of better influence the associated natural frequency.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen. According to the invention, this problem is solved by the features of
Die mit der Erfindung erreichten Vorteile bestehen darin, dass bei der erfindungsgemäßen Verrohrung die Schwingungsbögen im Wesentlichen in zwei senkrecht aufeinander stehenden Ebenen angeordnet sind. Außerdem wirkt sich hierbei positiv aus, wenn die Schwingungsbögen sich innerhalb einer Ebene befinden, die eine gleiche Breite aufweisen. Ein Schwingungsbogen sollte dabei deutlich länger sein als die übrigen. Dieser längere Bogen führt zu einer größeren Flexibilität der Rohrleitung, verursacht aber in der Regel nur zwei niedrige Eigenfrequenzen, die im kritischen Frequenzbereich liegen könnten. Diese geringe Anzahl an niedrigen Eigenfrequenzen lässt sich relativ gut kontrollieren und durch geometrische Anspannungen in unkritische Frequenzbereiche verschieben. Verwendet man mehrere lange Bögen in der Rohrleitung, nimmt die Anzahl der Eigenfrequenzen im kritischen Frequenzbereich unter Umständen zu. Die neue Lösung weist generell weniger Eigenmoden auf und lässt sich damit hinsichtlich des auszuklammernden Frequenzbereiches einfacher auslegen. Außerdem ist die neue Lösung leicht herzustellen. In der Optimierung hat sich gezeigt, dass es günstiger ist, wenn die Bögen in zwei annähernd senkrecht aufeinander stehenden Ebenen angeordnet sind, weil dann die Anzahl der Eigenmoden im kritischen Bereich geringer ist und sich dieser auch hinsichtlich der zugehörigen Eigenfrequenz besser beeinflussen lassen. Weiterhin hat es sich als positiv herausgestellt, wenn die Bögen innerhalb einer Ebene etwa die gleiche Breite aufweisen. The advantages achieved with the invention are that in the case of the piping according to the invention, the oscillatory arcs are arranged essentially in two planes which are perpendicular to one another. In addition, this has a positive effect if the oscillatory arcs are located within a plane having an equal width. An oscillation arc should be significantly longer than the rest. This longer arc results in greater flexibility of the tubing, but typically only causes two low natural frequencies that could be in the critical frequency range. This small number of low natural frequencies can be controlled relatively well and shifted by geometric strains in uncritical frequency ranges. If you use several long bends in the pipeline, the number of natural frequencies in the critical frequency range may increase. The new solution generally has fewer eigenmodes and is thus easier to interpret in terms of the frequency range to be excluded. Besides, the new solution is easy to manufacture. In the optimization, it has been found that it is better if the arcs are arranged in two planes lying approximately perpendicular to one another, because then the number of eigenmodes in the critical region is lower and this can also be better influenced with regard to the associated natural frequency. Furthermore, it has been found to be positive if the sheets have approximately the same width within a plane.
Gemäß der Erfindung ist die Rohrleitung in zwei annähernd senkrecht zueinander stehenden Ebenen angeordnet, wobei ein Rohrleitungsabschnitt in der ersten Ebene und ein zweiter Rohrleitungsabschnitt in der zweiten Ebene liegen. Hierbei weisen die Rohrleitungsabschnitte wenigstens zwei Bogenverläufe in den jeweiligen Ebenen auf. Die Bogenverläufe sind innerhalb der jeweiligen Ebene von ihrer Erstreckung in der Breite gleich ausgebildet. In Weiterbildung der Erfindung sind die Bogenverläufe von der Erstreckung in der Breite in den beiden Ebenen unterschiedlich ausgebildet. Dabei sind die Bogenverläufe von der Erstreckung in der Breite in der ersten Ebene kleiner als die Bogenverläufe in der zweiten Ebene, wobei die Bogenverläufe in der ersten Ebene quer zueinander verlaufen. In der zweiten Ebene verlaufen die Bogenverläufe in einer Ebene hintereinander. According to the invention, the pipeline is arranged in two approximately mutually perpendicular planes, wherein a pipeline section in the first plane and a second pipeline section lie in the second plane. In this case, the pipeline sections have at least two curved courses in the respective planes. The bow curves are formed within the respective plane of their extension in the same width. In a further development of the invention, the curve progressions are formed differently from the extension in the width in the two planes. The curves of the extension in width in the first plane are smaller than the curve courses in the second plane, wherein the curve courses in the first plane are transverse to each other. In the second level, the curves are in a plane one behind the other.
Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung einer Variante gemäß der Erfindung weisen die Rohrleitung in den zueinander stehenden Ebenen Rohrleitungsabschnitte auf, die spiralförmig ausgebildet sind. Eine spiralförmige Verrohrung weist gegenüber einer mäanderförmigen Verrohrung einige Vorteile auf. Dies sind zum Beispiel eine gleichmäßige Spannungsverteilung, ein relativ geringer Bauraum, eine gute Herstellbarkeit und eine relativ geringe Anzahl an niedrigen Eigenmoden. Dabei sind Unterschiede denkbar hinsichtlich der Anzahl der Spiralen, dem Spiraldurchmesser, der Windungszahl, den Abständen der Windungen zueinander, der Ausführung der Verbindungsstellen zwischen den Spiralen, der Windungsrichtung sowie der Lage der Windungsebenen zueinander usw. According to a particularly advantageous embodiment of a variant according to the invention, the pipeline in the mutually facing planes on pipe sections which are formed spirally. A spiral piping has some advantages over a meandering piping. These are, for example, a uniform stress distribution, a relatively small installation space, a good manufacturability and a relatively low number of low eigenmodes. In this case, differences are conceivable in terms of the number of spirals, the spiral diameter, the number of turns, the distances of the turns to each other, the execution of the joints between the spirals, the winding direction and the position of the winding levels to each other, etc.
In Weiterbildung der Erfindung liegen jeweils eine Rohrleitungsspirale in der ersten Ebene und eine zweite Rohrleitungsspirale in der zweiten Ebene. Dabei weist die einzelne Rohrleitungsspirale in der jeweiligen Ebene wenigstens eine Spiralwindung auf. In Weiterbildung sind die Durchmesser der Rohrleitungsspiralen unterschiedlich ausgebildet. In a further development of the invention, there are in each case a pipeline spiral in the first plane and a second pipeline spiral in the second plane. In this case, the individual pipe spiral in the respective plane has at least one spiral turn. In a further development, the diameters of the pipe spirals are formed differently.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt: An embodiment of the invention is shown purely schematically in the drawings and will be described in more detail below. It shows:
Die
Die
Wie insbesondere aus der
Gemäß einer weiteren Variante gemäß der Erfindung, dargestellt insbesondere in der
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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