DE69303644T2 - Kühlverdichter - Google Patents

Kühlverdichter

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ACC Compressors SpA
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Zanussi Elettromeccanica SpA
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00
    • F04B39/0027Pulsation and noise damping means
    • F04B39/0055Pulsation and noise damping means with a special shape of fluid passage, e.g. bends, throttles, diameter changes, pipes
    • F04B39/0066Pulsation and noise damping means with a special shape of fluid passage, e.g. bends, throttles, diameter changes, pipes using sidebranch resonators, e.g. Helmholtz resonators

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Compressor (AREA)
  • Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine besondere Form eines Einlaßrohrs zur Gaskühlung innerhalb einer luftdicht abgeschlossenen Umhüllung, die einen elektrischen Verdichter beinhaltet, insbesondere für die Anwendung in Kühlschränken für Haushalte.
  • Zur besseren Erläuterung der vorliegenden Erfindung wird angenommen, daß das Rohr in enger Verbindung mit dem Verdichter zusammenarbeitet und daß es aus Spritzguß oder gepreßtem Kunststoff hergestellt ist. Dies beschränkt die Erfindung natürlich nicht auf diesen Materialtyp und auf diese Verwendung.
  • Die Schwankungen des Gasdrucks in Verdrängungsverdichtern, insbesondere für Kühlschränke in Haushalten sind von beträchtlicher Wichtigkeit im Hinblick auf ihren Einfluß auf den Wirkungsgrad und den Grad an der Schallintensität, die der Verdichter ausstrahlt. Dabei tritt das Kühlgas aus dem Einlaßrohr in das luftdichte Gehäuse des Verdichters ein.
  • Der Verdichterkörper hat ein Einlaßrohr in dem Gehäuse, das mit dem Einlaßventil über mehrere Kanäle und Hohlräume verbunden ist, die es dem eingezogenen Gas erlauben, in das Innere des Zylinders eingeleitet zu werden. Durch den Kontakt mit allen heißen Oberflächen des Verdichters heizt sich das Gas auf, was dessen Dichte innerhalb dieser Passagen reduziert.
  • Dies führt zu einer Reduzierung der Zylinderfüllung und folglich letzten Endes zu einer Reduzierung der Kühlkapazität des Verdichters.
  • Der Grundmechanismus, der die Strömung der Gasbewegung reguliert, ist der Folgende:
  • 1) Der Begrenzungsmechanismus des Flusses durch jede "Einfassung" und jeden verbundenen Hohlraum, die das System bilden, wird als eine Öffnung zum Zusammendrücken der Gasströmung betrachtet. Diese Wirkung ist eigentlich statischer Natur, da die Massenträgheit von Gas niedrig ist, und normalerweise in den Einlaß- und Auslaßpassagen, die angemessene Dimensionen haben, unbedeutend ist.
  • 2) Der zweite Mechanismus ist im wesentlichen von dynamischer Art und bezieht sich auf das plötzliche Öffnen und Schließen der Einlaßund Auslaßventile. Das plötzliche Entladen einer Gasmenge innerhalb eines Hohlraums in einem System verursacht eine Beschleunigung in der Masse des Gases, die schon in den Passagen stromabwärts des Hohlraums existiert, was folglich dem ankommenden Gas es erlaubt, seine thermodynamischen Zustandsgrößen minimal zu verändern. Die Massenträgheit des Gases bietet einen Widerstand zu dieser Änderung der Bewegung und führt zu einem Druckanstieg innerhalb des Hohlraums. Wenn sich diese Zustandsänderung einmal etabliert hat, verharrt das Gas in seiner Bewegung (aufgrund der Massenträgheit), was zu einer Verdünnung des Gases in dem Hohlraum führt, in dem vorher ein Uberdruck war. Die Wiederholung dieses Prozesses, wie sie charakteristisch für die Hin- und Herbewegung eines Verdichters ist, verursacht eine Vibration des Gases.
  • Allein vom Standpunkt aus der Effizienz wäre die ideale Lösung in einer vollständigen Eliminierung irgendeines Systems von Rohren, Verteilern und Hohlräumen, die die Funktion haben, das Gas stromaufwärts und stromabwärts der automatischen Ventile zu sammeln.
  • Die Maximierung des thermodynamischen Wirkungsgrads würde sich auf diese Weise entsprechend dem Gehalt an ausgestrahlter Schallintensität erhöhen, insbesondere während des Einlasses, bei dem der Schall direkt außerhalb des Verdichtergehäuses übertragen wird, wobei die Anforderung an Ruhe beeinträchtigt wird.
  • Es wäre daher wünschenswert und ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verdichter zu schaffen, der einen hohe Wirkungsgrad mit wenig Geräusch verbindet, und dabei zuverlässig, wirtschaftlich und einfach zusammensetzbar ist, wobei durch den Stand der Technik zur Verfügung gestellte Materialien und Techniken verwendet werden.
  • Diese Aufgabe wird mit der Vorrichtung erreicht, die beispielhaft und nicht begrenzend mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben wird. Es zeigen:
  • Fig. 1 eine Innenansicht des Verdichtergehäuses mit einer Vorderansicht der Vorrichtung, die einen Schalldämpfer aufweist, der zwischen dem Einlaß des Gases von außerhalb des Verdichters und dem Zylinderkopf angeordnet ist;
  • Fig. 2 eine innere Vorderansicht des Gehäuses des Schalldämpfers;
  • Fig. 3 eine Seitenansicht desselben Details;
  • Fig. 4 eine innere Vorderansicht des Körpers des Schalldämpfers, und
  • Fig. 5 eine seitliche Schnittansicht desselben Details.
  • Die wesentliche Idee der Erfindung ist im folgenden beschrieben.
  • Um den Prozeß des Gaseinlasses innerhalb einer adiabatischen Zustandsänderung aufrechtzuerhalten (und dabei die Kühlungseffektivität des Verdichters zu erhalten), ist das akustische Steuersystem vorzugsweise aus Kunststoff gemacht.
  • Ein Expansionsschalldämpfer ist zwischen zwei Rohren (mit unterschiedlichen Querschnitten) und durch einen Helmholtz-Resonator gebildet, dessen Rand entlang des Rohrs am Auslaß des Schalldämpfers auf der Seite des Einlaßventils positioniert ist.
  • Innerhalb des Schalldämpfers ist die Ausbreitung der akustischen Wellen Gegenstand von Störungs- und Reflektionsphänomenen, die die Schallintensität vermindern (was als Energiefluß pro Flächeneinheit verstanden wird).
  • Experimente haben die Übertragungsfunktion dieser Komponenten gezeigt (was als Verhältnis zwischen einem akustischen Signal am Einlaß und einem akustischen Signal am Auslaß verstanden wird), wenn der Schalldämpfer einem zufallsartigen akustischen Signal in statischem Zustand und in der Luft ausgesetzt wird. Der Schalldämpfer wurde als akustischer Tiefpaßfilter ermittelt, der mit zwei Resonanzen F1 und F2 (siehe Fig. 6) ausgestattet ist. Die Dämpfung der akustischen Intensität der Resonanzfrequenzen F1 und F2 wird mittels des Helmholtz-Resonators erreicht.
  • Es ist bekannt, daß in Systemen aus mehreren schwach miteinander verbundenen Komponenten (Schalldämpfer und Resonator) die (im allgemeinen komplexen) Resonanzfrequenzen geteilt werden und entlang der Frequenzachse in einem bekannten Bereich verschoben werden, so daß eine Frequenz höher und eine niedriger als die Frequenz des unveränderten Systems ist.
  • Wenn ein Resonator folglich in einem Hohlraum eingesetzt wird (und auf dieselbe natürliche Frequenz wie ein akustischer Wellentyp des Hohlraums eingestellt wird), werden zwei neue miteinander gekoppelte Wellentypen geschaffen, deren natürliche Frequenzen an den Seiten der Originalfrequenz verteilt werden. Die Trennung zwischen den Frequenzen ist proportional zu der Nützlichkeit der Kupplungsparameter.
  • Um gute Resultate mit dieser Art der Kupplung zu erhalten, ist es notwendig, das Volumen des Resonators entsprechend dem Volumen des Hohlraums und auch die Position des Resonatorhalses, der in der Nähe eines Schwingungsbauchs eines akustischen Wellentyps angeordnet sein muß, zu optimieren, um sie in einem größeren Ausmaß zu dämpfen. Es ist daher notwendig, diese Parameter zu dosieren, um eine Reduzierung des Schalldrucks an der Startfrequenz zu erhalten, wobei die Reduzierung beträchtlich sein sollte, aber nicht so extensiv, daß sie nicht durch eine beträchtliche Steigerung des Schalldrucks der zwei neu geschaffenen Frequenzen kompensiert wird.
  • Es wird weiter darauf hingewiesen, daß keine Gasströmung durch den Resonatorhohlraum besteht. Da folglich keine Unterschiede in der Gastemperatur aufgrund des dazwischen angeordneten Hohlraums bestehen, werden die Charakteristika des Wirkungsgrads des thermodynamischen Kreisprozesses unverändert erhalten.
  • Das am Verdichter eintretende Gas aus dem Einlaßrohr wird in dem Gehäuse nicht dispergiert, um dann in das Einlaßrohr in dem Verdichterkörper eingezogen zu werden, aber es wird sofort "abgefangen" und zum Kopf gerichtet ohne eine Verteilung zu ermöglichen.
  • Zu diesem Zweck ist ein Schalldämpfer zur Leitung des Gasweges so gestaltet und montiert, daß er auf einer Seite den Bereich, der der Einlaßöffnung in dem Gehäuse zugewandt ist und auf der anderen Seite die Einlaßöffnung des Zylinderkopfes miteinander verbindet. Die Trennung, die der Gasstrom unterzogen wird; und der spezielle Weg, der sich bildet, führen zu dem Ergebnis, daß das Gas vor Überhitzung geschützt wird und das Einlaßgeräusch innerhalb des Rohrs abgeblockt wird.
  • Die Merkmale der Erfindung werden in den folgenden Ansprüchen spezifiziert.
  • Mit Bezug auf die Zeichnungen können wir die folgenden Komponenten sehen:
  • 4,
  • 1) Verdichtergehäuse
  • 2) Verdichterkörper
  • 3) Zylinderkopf
  • 4) Schalldämpfer, vom Gehäuse aus gesehen
  • 5) Expansionskammer des Schalldämpfers
  • 6) Gaseinlaßrohr in Kammer 5
  • 7) Gaseinlaßöffnung in das Einlaßventil
  • 8) Gasauslaßrohr von der Kammer 5
  • 9) Auslaßrohr zu dem Helmholtz-Resonator
  • Der Kopf 3 des Verdichterzylinders ist mit dem Einlaßschalldämpfer 4 aus Kunststoff, mit der Gaseinlaßöffnung 6 und dem Gasauslaßrohr 8 von der Kammer 5, gefolgt von der Öffnung 7 zu dem Gaseinlaßventil in dem Kopf, verbunden.
  • Das Kühlgas in dem Rohr 6 tritt in die Kammer 5 innerhalb des Schalldämpfers 4 ein.
  • Der Schalldämpfer ist zwischen dem Hohlraum innerhalb des Verdichtergehäuses und dem Gaseinlaßrohr innerhalb des Zylinderkopfes 3 angeordnet und im wesentlichen L-förmig, wobei die längere Seite, die in der Mitte geweitet und im wesentlichen kastenförmig ist, die Expansionskammer 5 und das Einlaßrohr 6 in die Kammer beinhaltet, und die Begrenzung der kürzeren Seite das Auslaßrohr 8 von der Kammer 5 bildet.
  • Nach der Begrenzung führt die kürzere Seite zuerst zu der Gaseinlaßöffnung 7 in dem Einlaßventil und dann zu dem Auslaßrohr 9 zu einem Helmholtz- Resonator, der aus einem geeigneten Hohlraum besteht, der innerhalb des Verdichterkörpers gebildet ist.
  • Die Expansionskammer 5 kann unterschiedliche Formen haben, hat aber vorzugsweise zwei im wesentlichen parallele, ebene, sich gegenüberliegende Wände und zwei gekrümmte, sich gegenüberliegende Wände mit derselben Richtung und mit im wesentlichen demselben Krümmungswinkel.
  • Die Kammer 5 kann auch unterschiedliche Formen aufweisen, wobei die folgenden Proportionen zwischen einigen kritischen Größen aufrechterhalten werden.
  • Das Verhältnis zwischen dem Bereich des Einlaßrohrs 6 und dem quergeführten Schnitt durch die Kammer 5 muß ungefähr 0,03 sein.
  • Ferner muß die Länge des Hohlraums 5 ungefähr 34 mm sein. Um den Prozeß des Gaseinlasses innerhalb einer adiabatischen Zustandsänderung aufrechtzuerhalten (wobei die Kühleffektivität des Verdichters erhalten wird), ist der Schalldämpfer vorzugsweise aus Kunststoff gebildet.
  • Es ist selbstverständlich, daß das geschriebene und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen Gezeigte nur als beispielhafte Erläuterung der Erfindung gedacht ist und daß zahlreiche Varianten und Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne von der vorliegenden Erfindung, wie sie in den Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.

Claims (5)

1.Elektrischer Verdichter, insbesondere für Kühlschränke für Haushalte, mit einem äußeren Gehäuse (1), einem Innenkörper (2), einem Zylinderkopf (3), einem Schalldämpfer (4), der zwischen dem Hohlraum innerhalb des Verdichtergehäuses und der Gaseinlaßpassage innerhalb des Zylinderkopfes (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer (5) innerhalb des Schalldämpfers (4) das Verhältnis zwischen dem Bereich des Einlaßrohrs (6) und dem quergeführten Schnitt durch die Kammer (5) ungefähr 0,03 und die Länge der Kammer (5) ungefähr 34 mm ist, der Schalldämpfer (4) im wesentlichen L-förmig ist, wobei die längere Seite die Expansionskammer (5) und das Einlaßrohr (6) für das Gas in die Kammer beinhaltet, und die kürzere Seite das Auslaßrohr (8) für das Gas aus der Kammer (5) bildet und daß die kürzere Seite zuerst zu der Einlaßöffnung (7) in dem Einlaßventil für das Gas und dann zu dem Auslaßrohr (9) zu einem Helmholtz-Resonator führt.
2. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Helmholtz-Resonator innerhalb des Verdichterkörpers gebildet ist.
3. Verdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansionskammer (5) zwei im wesentlichen parallele, ebene, sich gegenüberliegende Wände und zwei gekrümmte, sich gegenüberliegende Wände mit derselben Ausrichtung und im wesentlichen demselben Krümmungswinkel aufweist.
4. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalldämpfer (4) eine hakenähnliche Form aufweist, wobei das Auslaßrohr (9) an dem Endbereich des Hakens angeordnet ist.
5. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalldämpfer (4) so funktioniert, daß er Geräusche bei einer adiabatischen Zustandsänderung reduziert.
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