WO2021119683A1 - Hermetisch gekapselter kältemittelverdichter - Google Patents

Hermetisch gekapselter kältemittelverdichter Download PDF

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WO2021119683A1
WO2021119683A1 PCT/AT2020/060401 AT2020060401W WO2021119683A1 WO 2021119683 A1 WO2021119683 A1 WO 2021119683A1 AT 2020060401 W AT2020060401 W AT 2020060401W WO 2021119683 A1 WO2021119683 A1 WO 2021119683A1
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cylinder
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refrigerant
refrigerant compressor
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Ulf PLATZER
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Anhui Meizhi Compressor Co., Ltd.
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    • F04B39/123—Fluid connections

Definitions

  • the present invention relates to hermetically sealed refrigerant compressors of the reciprocating compressor type, and more particularly to such compressors for refrigerating machines used in household appliances such as refrigerators, freezers and small air conditioners.
  • Conventional hermetically sealed refrigerant compressors comprise a cylinder formed in a cylinder block with an open end, a reciprocating piston arranged in the cylinder, a valve plate with a suction valve and a discharge valve, the valve plate being attached to the cylinder block at the open end of the cylinder, a cylinder head which lies above the valve plate and defines a cylinder head space around the side of the valve plate facing away from the cylinder, the cylinder head having a cylinder head cover having an inlet for refrigerant to be sucked in and an outlet for compressed refrigerant.
  • Silencers which are designed to suck in refrigerant, are an important component of the refrigerant compressor. They have the task of conducting the refrigerant, dampening the noises caused by the periodic suction of the refrigerant, and the refrigerant that enters the cylinder is sucked to thermally isolate from the environment.
  • the size of the silencers in particular their length, the shape and the internal volume have a very strong effect on the performance of the compressor. Due to the current trend to keep the dimensions of these compressors, in particular their height, as small as possible, the size of the silencers is inevitably restricted, which can have a negative effect on the performance of the compressor.
  • refrigerant compressors have a reciprocating piston axis perpendicular to the valve plate, as a result of which the inlet opening for the refrigerant in the valve plate lies transversely to the reciprocating piston axis.
  • the refrigerant compressors are usually installed in devices in such a way that the piston axis is arranged essentially horizontally.
  • the conventional mufflers In order to connect the muffler to the inlet opening of the valve plate, the conventional mufflers have a channel for discharging the sucked-in refrigerant, which has a deflection so that two channels at an angle to each other are formed from sections.
  • the channel can be connected to the inlet opening of the valve plate on the one hand and the silencer on the other hand can be arranged at a distance and at an angle from the inlet opening in order to optimally utilize the available installation space.
  • the channel abutting the inlet opening of the valve plate from section of the muffler is accordingly aligned at right angles to the valve plate. Since the muffler is in the In general, it cannot be arranged at the same level as the cylinder head cover, the said deflection and the second channel extending from the muffler are provided section, which is perpendicular to the piston axis. With this configuration, the muffler can be arranged in a place below the cylinder block.
  • a reciprocating compressor with a silencer designed in this way is disclosed, for example, in patent application US 2009/0038329 A1, in particular in FIG. Refrigerant is sucked in from the silencer through the duct and fed to the suction valve of the valve plate. Due to the shape and size, in particular the length and the deflection of the channel, there are, however, some disadvantages which are explained in more detail below.
  • a major disadvantage is the deflection of the channel. Due to this deflection, the centrifugal force directs the refrigerant to the outer edge of the channel and only hits a small area of the inlet opening of the suction valve. As a result, it is more difficult for the refrigerant to pass the inlet opening, which can lead to a backlog of refrigerant and consequently to performance losses of the compressor.
  • the deflection can cause a laminar flow of the refrigerant, which is preferred for low-error operation of the refrigerant compressor, to become unstable, as a result of which turbulence is formed in the area of the deflection in particular.
  • This turbulence is also favored by the considerable length of the duct section running perpendicular to the reciprocating piston axis, so that flow losses occur as a result, which further restrict the performance of the refrigerant compressor.
  • a refrigerant compressor which has a hermetically encapsulated housing, a cylinder formed in a cylinder block with an open end, a reciprocating piston arranged in the cylinder, a valve plate with a suction valve opening with a suction valve and an exhaust opening with a Exhaust valve, and a cylinder head on the side of the valve plate facing away from the cylinder, wherein the cylinder head defines a cylinder head space above the valve plate which is divided by a wall formed in the cylinder head into a suction chamber and a discharge chamber above a portion of the valve plate containing the discharge valve.
  • Thermal insulation means are provided for the thermal insulation of the sucked gas in the cylinder head space, which are either designed as a lining of the interior of the cylinder head with a thermally insulating material, such as a thermal insulation film, or consist of a separate insert in the form of a hollow body, which also provides sound insulation is used and is arranged with minimal contact points in the interior of the cylinder head.
  • the hollow body is arranged in the cylinder head space of the cylinder head, as a result of which its volume is inevitably small and thus the sound absorption is low.
  • the thermal insulation of this refrigerant compressor is also relatively low.
  • the present invention is intended to provide a refrigerant compressor which overcomes the above-mentioned disadvantages of the prior art and which enables low-noise operation even with a small overall size.
  • the present invention achieves the set objects by providing a hermetically encapsulated refrigerant compressor of the reciprocating compressor type with the features of claim 1.
  • Advantageous embodiments of the invention emerge from the dependent claims, the description and the drawings.
  • the present invention provides a hermetically sealed refrigerant compressor which has a cylinder formed in a cylinder block with an open end, a reciprocating piston arranged in the cylinder with a reciprocating piston axis along which the reciprocating piston reciprocates, a valve plate with a suction valve opening and a discharge valve , wherein the valve plate is attached to the cylinder block at the open end of the cylinder, a cylinder head on the side of the valve plate facing away from the cylinder, the cylinder head defining a cylinder head space at least above a portion of the valve plate containing the exhaust valve, the cylinder head having a cylinder head cover which has an outlet for compressed refrigerant, and has a muffler.
  • connection piece On the side of the valve plate facing away from the cylinder, a connection piece is arranged as an inlet for refrigerant to be sucked in, the connection piece having a first end which is arranged at the suction valve opening and a second end which is opposite the first end.
  • the connection piece is inclined at a maximum angle of inclination between -45 ° and + 45 ° with respect to the reciprocating piston axis.
  • the muffler is disposed outside of the cylinder head and has a housing that defines a cavity. A suction opening for refrigerant to be sucked into the cavity and a discharge opening for refrigerant to be discharged from the cavity are formed in the housing.
  • the nozzle penetrates the cylinder head cover or is outside the Cylinder head space arranged, wherein the second end of the connecting piece opens through the discharge opening into the cavity of the muffler.
  • a short suction path can be implemented which, compared to the prior art, is designed without a right-angled deflection, whereby the occurrence of turbulence and flow losses is significantly reduced or even completely prevented.
  • the short suction path also has the advantage that, on the one hand, material for the production of the silencer can be saved and, on the other hand, complex forming processes, which are necessary for creating the deflections of the channels of the conventional silencers, can be dispensed with.
  • the refrigerant compressor can be manufactured more simply and quickly, thereby reducing the production cost.
  • the omission of the channel with deflection means that the refrigerant flows evenly through the entire connector cross-section and is thus directed into the entire area of the suction valve opening. A backlog of the refrigerant can thus be avoided, which means that refrigerant can be sucked into the cylinder more efficiently.
  • a particular advantage of the invention is that the silencer can be arranged at the same level as the cylinder head cover, so that the cavity in the silencer can be dimensioned comparatively large even with small compressors. In this way, suction noises can be dampened more effectively, so that low-noise operation of the refrigerant compressor can be achieved.
  • the connecting piece is designed as a pipe section or a conical hollow body.
  • the connecting piece can be curved or designed with kinks, the maximum angle of inclination of each section of the connecting piece in relation to the reciprocating piston axis being between -45 ° and + 45 °. Due to the inclination of the nozzle or the sections of the nozzle, which is comparatively low or nonexistent compared to the prior art, the suction path is short and turbulence and flow losses in the nozzle remain low, which ensures that sufficient refrigerant is sucked in at all times.
  • the connecting piece is designed in one piece with the cylinder head cover.
  • This embodiment offers advantages due to a simple manufacturing process for the cylinder head cover with the connecting piece, for example by means of a die-casting or injection molding process, and minimizes temperature stresses in the cylinder head cover.
  • the cylinder head cover and the connecting piece preferably consist of a metal or a metal alloy, in particular aluminum or an aluminum alloy, or of an optionally fiber-reinforced plastic.
  • the housing of the muffler consists of a plastic. This embodiment has particularly good thermal insulation of the refrigerant from the environment.
  • the connecting piece has a shape that essentially corresponds to the cross-sectional area of the suction valve opening, but in particular an essentially circular or elliptical shape. This has the advantage that the refrigerant that is sucked in can enter the suction valve opening without hindrance and without suction losses that limit performance.
  • the discharge opening is arranged in an upper side or an underside of the housing of the muffler. Due to the slight inclination of the nozzle of a maximum of ⁇ 45 ° with respect to the piston axis, however, in this embodiment the wall of the top or bottom of the housing must be inclined accordingly so that the nozzle can open into the discharge opening of the housing.
  • FIG. 1 is a sectional view of a hermetically sealed refrigerant compressor with a cylinder head cover having a port in accordance with the present invention.
  • FIG. 2 shows a perspective view of the refrigerant compressor shown in FIG. 1.
  • FIG 3 shows the cylinder head cover integrated with the connecting piece in a perspective view.
  • FIGS. 1 and 2 show a hermetically encapsulated refrigerant compressor 1 according to the invention.
  • the refrigerant compressor 1 comprises a cylinder 3 formed in a cylinder block 2 with an open end, a reciprocating piston 4 arranged in the cylinder 3, a valve plate 5 with a suction valve opening 6 and a discharge valve 7 which is fastened to the cylinder block 2 at the open end of the cylinder 3, and a Cylinder head 8, which lies above the valve plate 5 and defines a cylinder head space 9 around the side of the valve plate 5 facing away from the cylinder 3.
  • the reciprocating piston 4 has a reciprocating piston axis 4a along which the reciprocating piston 4 moves back and forth.
  • the cylinder head 8 has a cylinder head cover 10 which has an inlet for refrigerant to be sucked in and an outlet for compressed refrigerant.
  • a silencer 12 is connected to the inlet of the cylinder head cover in that the inlet for refrigerant to be sucked in in the cylinder head cover 10 is designed as a connector 11 penetrating the cylinder head cover 10, a first end 11a of the connector 11 being arranged at the suction valve opening 6 and a second end 1 1b of the connecting piece 11 protrudes from the cylinder head cover 10.
  • the cylinder head 8 could, however, also be configured in such a way that it covers only a section of the valve plate 5, this section containing the exhaust valve 7.
  • connecting piece 11 It is also not necessary for the connecting piece 11 to penetrate the cylinder head cover 10, but it could also be arranged outside the cylinder head space 9, ie laterally, above or below the cylinder head cover 10.
  • the connecting piece 11 can be designed in one piece with the cylinder head cover 10.
  • the connecting piece 11 and the cylinder head cover 10 can be designed as separate components. It is also possible to design the connecting piece 11 in several parts, a one-piece design being preferred.
  • the connector 11 is designed as a straight pipe section and has a longitudinal axis 11c, which can be arranged at an angle of inclination a between -45 ° and + 45 ° with respect to the piston axis 4a
  • the longitudinal axis 11c of the connecting piece 11 and the reciprocating piston axis 4a is 0 °, ie the connecting piece 11 is arranged parallel to the reciprocating piston axis 4a.
  • alternative embodiments of the invention also provide a coaxial arrangement of the connecting piece 11 with respect to the piston axis 4a.
  • the connector 11 could also be designed as a conical hollow body and / or curved or formed with kinks, the maximum angle of inclination a of each section of the connector 11 with respect to the reciprocating piston axis 4a between -45 ° and + 45 ° in such an embodiment lies.
  • the muffler 12 has a housing 12a that defines a cavity 12d.
  • a suction opening 12b for refrigerant to be drawn into the cavity 12d and a discharge opening 12c for refrigerant to be discharged from the cavity 12d are formed in the housing 12a of the muffler 12.
  • the discharge opening 12c is arranged in a side wall of the housing 12a of the muffler 12.
  • the discharge opening 12c is in the installed position of the muffler 12 in the upper half, more precisely in this embodiment in the upper third of a side wall of the housing 12a of the muffler 12.
  • the second end 11b of the connecting piece 11 opens through the discharge opening 12c into the cavity 12d of the muffler 12, wherein in the The embodiment shown, the second end 11b of the connecting piece 11 protrudes through the discharge opening 12c of the muffler 12 into the cavity 12d of the muffler.
  • the first end 11 a of the connecting piece 11 rests directly on the suction valve opening 6 of the valve plate 5.
  • the connecting piece 11 preferably has a shape adapted to the cross-sectional area of the suction valve opening 6, for example an essentially circular or elliptical shape or combinations thereof. So the nozzle 11 z. B. have a mouth-shaped form shown in Fig. 3, wherein the ends 11a, 11b of the connecting piece 11 can be shaped differently from one another. For example, the first end 11a of the connecting piece 11 can be mouth-shaped and the second end 11b can be circular.
  • the cylinder head cover 10 and the connecting piece 11 are preferably designed as an integral unit which, for. B. can be produced by injection molding. If the connecting piece 11 and the cylinder head cover 10 are designed separately, the cylinder head cover 10 with the connecting piece
  • the connecting piece 11 by means of a non-positive connection, e.g. B. a press fit, or be connected by screw threads or gluing.
  • the material of the connecting piece 11 is preferably a metal or a metal alloy, e.g. B. aluminum or an aluminum alloy, however, another material known from the prior art, such as. B. an, optionally fiber-reinforced, plastic.
  • the cylinder head cover 10 is preferably made of the same material as the connecting piece 11.
  • the silencer 12 is arranged at the second end 11b of the connecting piece 11 opposite the valve plate 5, wherein the connecting piece 11 can be several centimeters, for example up to 10 cm, long and over a length of several centimeters, for example up to 5 cm can protrude from the cylinder head cover 10.
  • the second end 11b of the nozzle 11 facing away from the valve plate 5 is arranged at the discharge opening 12c of the silencer 12 and has a shape of its outer surface adapted to the contour of the discharge opening 12c, whereby the second end 11b of the nozzle 11 is essentially sealing the discharge port 12c of the housing 12a of the muffler
  • the silencer 12 can be inserted into the cavity 12d of the housing 12a of the muffler 12.
  • the silencer 12 is preferably connected to the connecting piece 11 by means of a force-fit connection, in particular by means of a press fit, in such a way that a tight connection is created. In the simplest case, this connection can be made by plugging the silencer 12 onto the connecting piece 11.
  • the muffler 12 can alternatively also cohesively, for. B. by gluing or welding, be connected to the nozzle 11, wherein in this case the silencer 12 and the connecting piece 11 are preferably made of the same material.
  • the material of the silencer 12 is preferably a plastic. In Fig.
  • the muffler 12 is shown schematically with a simple cuboid shape.
  • the silencer 12 can of course also have other shapes, which on the one hand result from the shape of the other parts of the refrigerant compressor 1, and on the other hand are designed so that the silencer 12 has the largest possible volume of its cavity 12d.
  • FIG. 3 shows a perspective view of the cylinder head cover 10 having the connecting piece 11.
  • the circular cylinder head cover 10 is connected to the likewise circular cylinder head 8 by means of a non-positive connection, in particular a screw connection.
  • B. can be connected to one another by means of a welded joint.
  • Both the cylinder head cover 10 and the cylinder head 8 can have a shape deviating from the circular cross-sectional shape, the cylinder head cover 10 and the cylinder head 8 preferably having the same cross-sectional shape.
  • a seal (not shown in the figures), e.g. B. an O-ring can be arranged to connect the cylinder head cover 10 to the cylinder head 8 tightly.

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Abstract

Der hermetisch gekapselte Kältemittel Verdichter (1) umfasst einen Zylinder (3), einen in dem Zylinder (3) angeordneten Hubkolben (4) mit einer Hubkolbenachse (4a), eine Ventilplatte (5) mit einer Saugventilöffnung (6) und einem Ausstoßventil (7), einen Zylinderkopf (8) auf der vom Zylinder (3) abgewandten Seite der Ventilplatte (5), einen Zylinderkopfdeckel (10), der einen Auslass für komprimiertes Kältemittel aufweist, und einen Schalldämpfer (12). Auf der vom Zylinder (3) abgewandten Seite der Ventilplatte (5) ist ein Stutzen (11) als Einlass für anzusaugendes Kältemittel angeordnet, wobei der Stutzen (11) ein erstes Ende (11a), das an der Saugventilöffnung (6) angeordnet ist, und ein zweites Ende (11b) aufweist. Der Stutzen (11) ist in Bezug auf die Hubkolbenachse (4a) maximal in einem Neigungswinkel (α) zwischen -45° und +45° geneigt. Der Schalldämpfer (12) weist ein Gehäuse (12a) mit einer Ansaugöffnung (12b) auf, in die das zweite Ende (11b) des Stutzens (11) mündet.

Description

Hermetisch gekapselter Kältemittel Verdichter
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf hermetisch gekapselte Kältemittel Verdichter vom Typ Hubkolbenverdichter und insbesondere auf solche Verdichter für Kältemaschinen, die in Haushaltsgeräten wie Kühlschränken, Gefrier schränken und kleinen Klimageräten verwendet werden.
Herkömmliche hermetisch gekapselte Kältemittelverdichter umfassen einen in einem Zylinderblock ausgebildeten Zylinder mit einem offenen Ende, einem in dem Zylinder angeordneten Hubkolben, eine Ventilplatte mit einem Säugventil und einem Ausstoßventil, wobei die Ventilplatte an dem offenen Ende des Zylinders am Zylinderblock befestigt ist, einen Zylinderkopf, der über der Ventilplatte liegt und einen Zylinderkopfraum um die vom Zylinder abgewandte Seite der Ventilplatte herum definiert, wobei der Zylinderkopf einen Zylinderkopfdeckel aufweist, der einen Einlass für anzusaugendes Kältemittel und einen Auslass für komprimiertes Kältemittel aufweist.
Schalldämpfer, die für das Ansaugen von Kältemittel ausgebildet sind, stellen eine wichtige Komponente des Kältemittelverdichters dar. Sie haben die Aufgaben das Kältemittel zu leiten, Geräusche, die durch das periodische Ansaugen des Kältemittels entstehen, zu dämpfen, und das Kältemittel, welches in den Zylinder gesaugt wird, thermisch von der Eimgebung zu isolieren. Dabei wirkt sich die Größe der Schalldämpfer, insbesondere deren Länge, die Form, sowie das innere Volumen sehr stark auf die Performance des Verdichters aus. Durch den gegenwärtigen Trend, die Dimensionen dieser Verdichter, insbesondere deren Höhe, möglichst klein zu halten, wird zwangsweise auch die Größe der Schalldämpfer eingeschränkt, was sich negativ auf die Performance des Verdichters auswirken kann.
Im Allgemeinen besitzen Kältemittel Verdichter eine zur Ventilplatte senkrechte Hubkolbenachse, wodurch die Einlassöffnung für das Kältemittel in der Ventilplatte quer zur Hubkolbenachse liegt. Üblicherweise werden die Kältemittel Verdichter so in Geräte eingebaut, dass die Hubkolbenachse im Wesentlichen waagrecht angeordnet ist. Um den Schalldämpfer mit der Einlassöffnung der Ventilplatte zu verbinden, weisen die herkömmlichen Schalldämpfer einen Kanal zum Abgeben des angesaugten Kältemittels auf, der eine Umlenkung aufweist, sodass zwei zueinander in einem Winkel stehende Kanal ab schnitte gebildet werden. Diese Umlenkung ist notwendig, damit der Kanal einerseits mit der Einlassöffnung der Ventilplatte verbunden werden kann und andererseits der Schalldämpfer gegenüber der Einlassöffnung im Abstand und im Winkel versetzt angeordnet werden kann, um den zur Verfügung stehenden Bauraum optimal auszunützen. Der an die Einlassöffnung der Ventilplatte anstoßende Kanal ab schnitt des Schalldämpfers ist demnach im rechten Winkel zur Ventilplatte ausgerichtet. Da der Schalldämpfer aus Platzgründen im Allgemeinen nicht auf einer Höhe mit dem Zylinderkopfdeckel angeordnet werden kann, sind die genannte Umlenkung und der zweite, sich vom Schalldämpfer erstreckende Kanal ab schnitt vorgesehen, der zur Hubkolbenachse senkrecht verläuft. Mit dieser Konfiguration kann der Schalldämpfer an einem Platz unterhalb des Zylinderblocks angeordnet werden. Ein Hubkolbenverdichter mit einem derart ausgebildeten Schalldämpfer ist beispielsweise in der Patentanmeldung US 2009/0038329 Al, insbesondere in Figur 4, offenbart. Durch den Kanal wird Kältemittel aus dem Schalldämpfer angesaugt und zum Säugventil der Ventilplatte geführt. Durch die Form und Größe, insbesondere die Länge und die Umlenkung des Kanals entstehen jedoch einige Nachteile, die im Folgenden näher erläutert werden.
Ein wesentlicher Nachteil ist durch die Umlenkung des Kanals gegeben. Aufgrund dieser Umlenkung wird das Kältemittel durch die Zentrifugalkraft an den äußeren Rand des Kanals gelenkt und trifft nur auf einen kleinen Bereich der Einlassöffnung des Säugventils auf. Hierdurch kann das Kältemittel schlechter die Einlassöffnung passieren, wodurch es zu einem Rückstau von Kältemittel und infolgedessen zu Performance- Verlusten des Verdichters kommen kann.
Von Nachteil ist außerdem, dass durch die Umlenkung eine für einen fehlerarmen Betrieb des Kältemittel Verdichters bevorzugte laminare Strömung des Kältemittels instabil werden kann, wodurch sich insbesondere im Bereich der Umlenkung Turbulenzen bilden. Diese Turbulenzen werden zusätzlich durch die beträchtliche Länge des zur Hubkolbenachse senkrecht verlaufenden Kanalabschnitts begünstigt, sodass hierdurch Strömungsverluste entstehen, die die Performance des Kältemittelverdichters zusätzlich einschränken.
Ein weiterer wesentlicher Nachteil ist, dass durch die von Geräteherstellern verlangten immer kleineren Verdichtergehäuse zwangsläufig auch die Kältemittel ansaugenden Schalldämpfer immer kleiner werden müssen. Dies liegt bis jetzt vor allem daran, dass die bekannten Schalldämpfer unterhalb des Zylinderkopfs angeordnet werden, weshalb auch ihr zur Hubkolbenachse senkrecht verlaufender Kanalabschnitt erforderlich ist. Durch die daraus resultierende Reduzierung des in dem Schalldämpfer enthaltenen Hohlraums können Ansauggeräusche schlechter gedämpft werden, was zu einem lauten Betrieb des Kältemittel Verdichters führt.
Aus der WO 2010/255534 A1 ist ein Kältemittel Verdichter bekannt, der ein hermetisch gekapseltes Gehäuse, einen in einem Zylinderblock ausgebildeten Zylinder mit einem offenen Ende, einen in dem Zylinder angeordneten Hubkolben, eine Ventilplatte mit einer Saugventilöffnung mit einem Säugventil und einer Ausstoßöffnung mit einem Ausstoßventil, und einen Zylinderkopf auf der vom Zylinder abgewandten Seite der Ventilplatte aufweist, wobei der Zylinderkopf einen Zylinderkopfraum über der Ventilplatte definiert, der durch eine im Zylinderkopf ausgebildete Wand in eine Ansaugkammer und eine Ausstoßkammer über einem das Ausstoßventil enthaltenden Abschnitt der Ventilplatte unterteilt ist. Zur thermischen Isolierung des angesaugten Gases im Zylinderkopfraum sind thermische Isoliermittel vorgesehen, die entweder als Auskleidung des Inneren des Zylinderkopfs mit einem thermisch isolierenden Material, wie z.B. einer Wärmeisolierfolie, ausgebildet sind, oder aus einem separaten Einsatz in Form eines Hohlkörpers bestehen, der auch der Schallisolierung dient und mit minimalen Berührungsstellen im Innenraum des Zylinderkopfs angeordnet ist. Der Hohlkörper ist im Zylinderkopfraum des Zylinderkopfs angeordnet, wodurch sein Volumen zwangsweise klein und damit die Schalldämpfung gering ist. Auch die thermische Isolierung ist bei diesem Kältemittel Verdichter relativ gering.
Mit der vorliegenden Erfindung soll ein Kältemittel Verdichter bereitgestellt werden, der die oben erwähnten Nachteile des Standes der Technik überwindet und der auch bei kleiner Baugröße einen geräuscharmen Betrieb ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung löst die gestellten Aufgaben durch das Bereitstellen eines hermetisch gekapselten Kältemittel Verdichters vom Typ Hubkolbenverdichter mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Die vorliegende Erfindung stellt einen hermetisch gekapselten Kältemittelverdichter bereit, der einen in einem Zylinderblock ausgebildeten Zylinder mit einem offenen Ende, einen in dem Zylinder angeordneten Hubkolben mit einer Hubkolbenachse, entlang der sich der Hubkolben hin- und herbewegt, eine Ventilplatte mit einer Saugventilöffnung und einem Ausstoßventil, wobei die Ventilplatte an dem offenen Ende des Zylinders am Zylinderblock befestigt ist, einen Zylinderkopf auf der vom Zylinder abgewandten Seite der Ventilplatte, wobei der Zylinderkopf einen Zylinderkopfraum zumindest über einem das Ausstoßventil enthaltenden Abschnitt der Ventilplatte definiert, wobei der Zylinderkopf einen Zylinderkopfdeckel aufweist, der einen Auslass für komprimiertes Kältemittel aufweist, und einen Schalldämpfer aufweist. Auf der vom Zylinder abgewandten Seite der Ventilplatte ist ein Stutzen als ein Einlass für anzusaugendes Kältemittel angeordnet ist, wobei der Stutzen ein erstes Ende aufweist, das an der Saugventilöffnung angeordnet ist, und ein zweites Ende aufweist, das dem ersten Ende gegenüberliegt. Der Stutzen ist in Bezug auf die Hubkolbenachse maximal in einem Neigungswinkel zwischen -45° und +45° geneigt. Der Schalldämpfer ist außerhalb des Zylinderkopfs angeordnet und weist ein Gehäuse auf, das einen Hohlraum definiert. Im Gehäuse sind eine Ansaugöffnung für in den Hohlraum anzusaugendes Kältemittel und eine Ausstoßöffnung für aus dem Hohlraum auszustoßendes Kältemittel ausgebildet. Der Stutzen durchsetzt den Zylinderkopfdeckel oder ist außerhalb des Zylinderkopfraums angeordnet, wobei das zweite Ende des Stutzens durch die Ausstoßöffnung in den Hohlraum des Schalldämpfers mündet.
Hierdurch ist eine kurze Saugstrecke realisierbar, die im Vergleich zum Stand der Technik ohne rechtwinkelige Umlenkung ausgebildet ist, wodurch das Auftreten von Turbulenzen und Strömungsverlusten deutlich reduziert oder sogar ganz verhindert wird. Die kurze Saugstrecke hat zudem den Vorteil, dass einerseits Material für die Produktion des Schalldämpfers eingespart werden kann, und andererseits aufwendige Umformprozesse, die für die Schaffung der Umlenkungen der Kanäle der herkömmlichen Schalldämpfer notwendig sind, entfallen können. Zusätzlich kann der Kältemittel Verdichter aufgrund des vereinfachten Aufbaus einfacher und rascher hergestellt werden, wodurch die Produktionskosten sinken.
Zudem ist von Vorteil, dass durch den Entfall des Kanals mit Umlenkung das Kältemittel gleichmäßig durch den gesamten Stutzenquerschnitt strömt und somit in den gesamten Bereich der Saugventilöffnung geleitet wird. Ein Rückstau des Kältemittels ist damit vermeidbar, wodurch Kältemittel effizienter in den Zylinder angesaugt werden kann.
Von besonderem Vorteil an der Erfindung ist, dass der Schalldämpfer auf einer Höhe mit dem Zylinderkopfdeckel anordenbar ist, wodurch auch bei kleinen Verdichtern der Hohlraum im Schalldämpfer vergleichsweise groß dimensionierbar ist. Somit sind Ansauggeräusche besser dämpfbar, sodass ein geräuscharmer Betrieb des Kältemittel Verdichters erreicht werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Stutzen als Rohrstück oder konischer Hohlkörper ausgebildet. Der Stutzen kann gekrümmt oder mit Knicken ausgebildet sein, wobei der maximale Neigungswinkel eines jeden Abschnitts des Stutzens in Bezug auf die Hubkolbenachse zwischen -45° und +45° liegt. Durch die zum Stand der Technik vergleichsweise geringe bzw. gar nicht vorhandene Neigung des Stutzens oder der Abschnitte des Stutzens ist die Saugstrecke kurz und Turbulenzen und Strömungsverluste im Stutzen bleiben gering, wodurch sichergestellt ist, dass jederzeit ausreichend Kältemittel angesaugt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfmdungsgemäßen Kältemittel Verdichters ist der Stutzen einstückig mit dem Zylinderkopfdeckel ausgebildet. Diese Ausführungsform bietet Vorteile aufgrund eines einfachen Herstellprozesses des Zylinderkopfdeckels mit dem Stutzen, z.B. durch einen Druckguss- oder Spritzprozess, und minimiert Temperaturspannungen im Zylinderkopfdeckel. Bevorzugt bestehen der Zylinderkopfdeckel und der Stutzen aus einem Metall oder einer Metalllegierung, insbesondere Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, oder aus einem, optional faserverstärkten, Kunststoff.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kältemittel Verdichters besteht das Gehäuse des Schalldämpfers aus einem Kunststoff. Diese Ausführungsform weist eine besonders gute thermische Isolierung des Kältemittels gegenüber der Umgebung auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Stutzen eine der Querschnittsfläche der Saugventilöffnung im Wesentlichen entsprechende Form, insbesondere jedoch eine im Wesentlichen kreisförmige oder elliptische Form, auf. Hierdurch ist der Vorteil enthalten, dass angesaugtes Kältemittel hinderungsfrei und ohne performance einschränkende Saugverluste in die Saugventilöffnung eintreten kann.
Eine besonders gute Schalldämpfungswirkung und sehr geringe Turbulenzen des Kältemittels beim Ansaugen durch den Hubkolben ergeben sich, wenn die Ausstoßöffnung in einer Seitenwand des Gehäuses des Schalldämpfers angeordnet ist. Dabei hat sich gezeigt, dass diese Wirkungen noch erhöht werden können, indem die Ausstoßöffnung in der oberen Hälfte, vorzugsweise im oberen Drittel einer Seitenwand des Gehäuses des Schalldämpfers angeordnet ist.
In einer alternativen Ausführungsform des Kältemittelverdichters ist die Ausstoßöffnung in einer Oberseite oder einer Unterseite des Gehäuses des Schalldämpfers angeordnet ist. Aufgrund der geringen Neigung des Stutzens von maximal ±45° in Bezug auf die Hubkolbenachse müssen bei dieser Ausführungsform jedoch die Wand der Oberseite bzw. Unterseite des Gehäuses entsprechend geneigt sein, damit der Stutzen in der Ausstoßöffnung des Gehäuses münden kann.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines hermetisch gekapselten Kältemittel Verdichters mit einem einen Stutzen aufweisenden Zylinderkopfdeckel gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht des in Fig. 1 dargestellten Kältemittelverdichters.
Fig. 3 zeigt den mit dem Stutzen integrierten Zylinderkopfdeckel in einer perspektivischen Ansicht.
Im Folgenden wird auf Fig. 1 und 2 Bezug genommen, die einen erfindungsgemäßen hermetisch gekapselten Kältemittel Verdichter 1 zeigen. Der Kältemittel Verdichter 1 umfasst einen in einem Zylinderblock 2 ausgebildeten Zylinder 3 mit einem offenen Ende, einen in dem Zylinder 3 angeordneten Hubkolben 4, eine Ventilplatte 5 mit einer Saugventilöffnung 6 und einem Ausstoßventil 7, die an dem offenen Ende des Zylinders 3 am Zylinderblock 2 befestigt ist, und einen Zylinderkopf 8, der über der Ventilplatte 5 liegt und einen Zylinderkopfraum 9 um die vom Zylinder 3 abgewandte Seite der Ventilplatte 5 herum definiert. Der Hubkolben 4 weist eine Hubkolbenachse 4a auf, entlang der sich der Hubkolben 4 hin- und herbewegt. Der Zylinderkopf 8 weist einen Zylinderkopfdeckel 10 auf, der einen Einlass für anzusaugendes Kältemittel und einen Auslass für komprimiertes Kältemittel besitzt. Ein Schalldämpfer 12 ist mit dem Einlass des Zylinderkopfdeckels verbunden, indem der Einlass für anzusaugendes Kältemittel im Zylinderkopfdeckel 10 als ein den Zylinderkopfdeckel 10 durchsetzender Stutzen 11 ausgebildet ist, wobei ein erstes Ende 11a des Stutzens 11 an der Saugventilöffnung 6 angeordnet ist und ein zweites Ende 1 lb des Stutzens 11 aus dem Zylinderkopfdeckel 10 vorragt. Der Zylinderkopf 8 könnte aber auch so konfiguriert sein, dass er nur einen Abschnitt der Ventilplatte 5 abdeckt, wobei dieser Abschnitt das Ausstoßventil 7 enthält. Es ist auch nicht notwendig, dass der Stutzen 11 den Zylinderkopfdeckel 10 durchsetzt, sondern er könnte auch außerhalb des Zylinderkopfraums 9, d.h. seitlich, oberhalb oder unterhalb des Zylinderkopfdeckels 10 angeordnet sein. Der Stutzen 11 kann mit dem Zylinderkopfdeckel 10 einteilig ausgebildet sein. Alternativ dazu können der Stutzen 11 und der Zylinderkopfdeckel 10 als getrennte Bauteile ausgeführt sein. Es ist auch möglich, den Stutzen 11 mehrteilig auszuführen, wobei eine einteilige Ausführung bevorzugt ist. Das Stutzen 11 ist im vorliegenden Fall als gerades Rohrstück ausgeführt und weist eine Längsachse 11c auf, die in Bezug auf die Hubkolbenachse 4a in einem Neigungswinkel a zwischen -45° und +45° angeordnet sein kann, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel der Neigungswinkel a zwischen der Längsachse 11c des Stutzens 11 und der Hubkolbenachse 4a 0° beträgt, d.h. der Stutzen 11 parallel zur Hubkolbenachse 4a angeordnet ist. In Abhängigkeit von der Position der Saugventilöffnung 6 in der Ventilplatte 5 ist in alternativen Ausführungsformen der Erfindung auch eine koaxiale Anordnung des Stutzens 11 in Bezug auf die Hubkolbenachse 4a vorgesehen. Der Stutzen 11 könnte auch als konischer Hohlkörper ausgeführt sein und/oder gekrümmt oder mit Knicken ausgebildet sein, wobei auch bei einer solchen Ausführungsform der maximale Neigungswinkel a eines jeden Abschnitts des Stutzens 11 in Bezug auf die Hubkolbenachse 4a zwischen -45° und +45° liegt.
Der Schalldämpfer 12 weist ein Gehäuse 12a auf, das einen Hohlraum 12d definiert. Im Gehäuse 12a des Schalldämpfers 12 sind eine Ansaugöffnung 12b für in den Hohlraum 12d anzusaugendes Kältemittel und eine Ausstoßöffnung 12c für aus dem Hohlraum 12d auszustoßendes Kältemittel ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel des Kältemittel Verdichters 1 ist die Ausstoßöffnung 12c in einer Seitenwand des Gehäuses 12a des Schalldämpfers 12 angeordnet. Dabei befindet sich die Ausstoßöffnung 12c in Einbaulage des Schalldämpfers 12 in der oberen Hälfte, genauer gesagt, in diesem Ausführungsbeispiel im oberen Drittel einer Seitenwand des Gehäuses 12a des Schalldämpfers 12. Das zweite Ende 1 lb des Stutzens 11 mündet durch die Ausstoßöffnung 12c in den Hohlraum 12d des Schalldämpfers 12, wobei in der dargestellten Ausführungsform das zweite Ende 1 lb des Stutzens 11 durch die Ausstoßöffnung 12c des Schalldämpfers 12 in den Hohlraum 12d des Schalldämpfers hineinragt. Das erste Ende 11a des Stutzens 11 sitzt direkt an der Saugventilöffnung 6 der Ventilplatte 5 auf.
Bevorzugt weist der Stutzen 11 eine an die Querschnittsfläche der Saugventilöffnung 6 angepasste Form auf, z.B. eine im Wesentlichen kreisförmige oder elliptische Form bzw. Kombinationen daraus. So kann der Stutzen 11 z. B. eine in Fig. 3 ersichtliche maulförmige Form aufweisen, wobei die Enden 11a, 11b des Stutzens 11 zueinander unterschiedlich geformt sein können. Beispielsweise kann das erste Ende 11a des Stutzens 11 maulförmig und das zweite Ende 1 lb kreisförmig ausgebildet sein.
Der Zylinderkopfdeckel 10 und das Stutzen 11 sind bevorzugt als eine integrale Einheit ausgeführt, die z. B. durch Spritzgießen herstellbar ist. Bei getrennter Ausführung des Stutzens 11 und des Zylinderkopfdeckels 10 kann der Zylinderkopfdeckel 10 mit dem Stutzen
11 mittels einer kraftschlüssigen Verbindung, z. B. einer Presspassung, oder durch Schraubgewinde oder Verkleben verbunden sein. Das Material des Stutzens 11 ist bevorzugt ein Metall oder eine Metalllegierung, z. B. Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, kann jedoch auch ein anderes aus dem Stand der Technik bekanntes Material, wie z. B. ein, gegebenenfalls faserverstärkter, Kunststoff, sein. Bevorzugt besteht der Zylinderkopfdeckel 10 aus demselben Material wie der Stutzen 11.
In der dargestellten Ausführungsform ist der Schalldämpfer 12 an dem der Ventilplatte 5 gegenüberliegenden zweiten Ende 1 lb des Stutzens 11 angeordnet, wobei der Stutzen 11 mehrere Zentimeter, z.B. bis zu 10 cm, lang sein kann und über eine Länge von mehreren Zentimetern, z.B. bis zu 5 cm aus dem Zylinderkopfdeckel 10 vorstehen kann. Das von der Ventilplatte 5 abgewandte zweite Ende 1 lb des Stutzens 11 ist hierbei an der Ausstoßöffnung 12c des Schalldämpfers 12 angeordnet und weist eine der Kontur der Ausstoßöffnung 12c angepasste Form seiner Außenfläche auf, wodurch das zweite Ende 1 lb des Stutzens 11 im Wesentlichen dichtend durch die Ausstoßöffnung 12c des Gehäuses 12a des Schalldämpfers
12 in den Hohlraum 12d des Gehäuses 12a des Schalldämpfers 12 eingeführt werden kann. Bevorzugt ist der Schalldämpfer 12 mittels einer kraftschlüssigen Verbindung, insbesondere mittels einer Presspassung, mit dem Stutzen 11 derart verbunden, dass eine dichte Verbindung geschaffen wird. Diese Verbindung kann im einfachsten Fall durch Aufstecken des Schalldämpfers 12 auf den Stutzen 11 erfolgen. Der Schalldämpfer 12 kann alternativ auch stoffschlüssig, z. B. durch Kleben oder Schweißen, mit dem Stutzen 11 verbunden sein, wobei hierbei der Schalldämpfer 12 und der Stutzen 11 vorzugsweise aus demselben Material sind. Aus Gründen der Schalldruckdämpfung und der thermischen Isolierung des Kältemittels ist das Material des Schalldämpfers 12 jedoch bevorzugt ein Kunststoff. In Fig. 1 und 2 ist der Schalldämpfer 12 schematisch mit einer einfachen quaderförmigen Gestalt dargestellt. Der Schalldämpfer 12 kann jedoch selbstverständlich auch andere Formen aufweisen, die sich einerseits aus der Gestalt der übrigen Teile des Kältemittelverdichters 1 ergeben, und andererseits dahingehend ausgelegt sind, damit der Schalldämpfer 12 ein größtmögliches Volumen seines Hohlraums 12d aufweist.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Darstellung des den Stutzen 11 aufweisenden Zylinderkopfdeckels 10. Der kreisförmig ausgebildete Zylinderkopfdeckel 10 ist mit dem ebenfalls kreisförmig ausgebildeten Zylinderkopf 8 mittels einer kraftschlüssigen Verbindung, insbesondere einer Schraubverbindung, verbunden, wobei diese alternativ auch stoffschlüssig, z. B. mittels einer Schweißverbindung, miteinander verbunden sein können. Sowohl der Zylinderkopfdeckel 10 als auch der Zylinderkopf 8 können eine von der kreisförmigen Querschnittsform abweichende Form aufweisen, wobei der Zylinderkopfdeckel 10 und der Zylinderkopf 8 bevorzugt die gleiche Querschnittsform aufweisen. Zudem kann an der der Ventilplatte 5 zugewandte Fläche 10a des Zylinderkopfdeckels 10 eine in den Figuren nicht dargestellte Dichtung, z. B. ein O-Ring, angeordnet sein, um den Zylinderkopfdeckel 10 mit dem Zylinderkopf 8 dicht zu verbinden.

Claims

Ansprüche:
1. Hermetisch gekapselter Kältemittel Verdichter (1), umfassend einen in einem Zylinderblock (2) ausgebildeten Zylinder (3) mit einem offenen Ende, einen in dem Zylinder (3) angeordneten Hubkolben (4) mit einer Hubkolbenachse (4a), entlang der sich der Hubkolben (4) hin- und herbewegt, eine Ventilplatte (5) mit einer Saugventilöffnung (6) und einem Ausstoßventil (7), wobei die Ventilplatte (5) an dem offenen Ende des Zylinders (3) am Zylinderblock (2) befestigt ist, einen Zylinderkopf (8) auf der vom Zylinder (3) abgewandten Seite der Ventilplatte (5), wobei der Zylinderkopf (8) einen Zylinderkopfraum (9) zumindest über einem das Ausstoßventil (7) enthaltenden Abschnitt der Ventilplatte (5) definiert, wobei der Zylinderkopf (8) einen Zylinderkopfdeckel (10) aufweist, der einen Auslass für komprimiertes Kältemittel aufweist, und einen Schalldämpfer (12), wobei auf der vom Zylinder (3) abgewandten Seite der Ventilplatte (5) ein Stutzen (11) als ein Einlass für anzusaugendes Kältemittel angeordnet ist, wobei der Stutzen (11) ein erstes Ende (11a) aufweist, das an der Saugventilöffnung (6) angeordnet ist, und ein zweites Ende (1 lb) aufweist, das dem ersten Ende (11a) gegenüberliegt, wobei der Stutzen (11) in Bezug auf die Hubkolbenachse (4a) maximal in einem Neigungswinkel (α) zwischen -45° und +45° geneigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalldämpfer (12) außerhalb des Zylinderkopfs (8) angeordnet ist und ein Gehäuse (12a) aufweist, das einen Hohlraum (12d) definiert und im Gehäuse (12a) eine Ansaugöffnung (12b) für in den Hohlraum (12d) anzusaugendes Kältemittel und eine Ausstoßöffnung (12c) für aus dem Hohlraum (12d) auszustoßendes Kältemittel ausgebildet sind, wobei der Stutzen (11) den Zylinderkopfdeckel (10) durchsetzt oder der Stutzen (11) außerhalb des Zylinderkopfraums (9) angeordnet ist und wobei das zweite Ende (11b) des Stutzens (11) durch die Ausstoßöffnung (12c) in den Hohlraum (12d) des Schalldämpfers (12) mündet.
2. Kältemittel Verdichter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stutzen (11) als Rohrstück oder konischer Hohlkörper ausgebildet ist.
3. Kältemittel Verdichter (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stutzen (11) gekrümmt oder mit Knicken ausgebildet ist, wobei der maximale Neigungswinkel (a) eines jeden Abschnitts des Stutzens (11) in Bezug auf die Hubkolbenachse (4a) zwischen -45° und +45° liegt.
4. Kältemittel Verdichter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Stutzen (11) einstückig mit dem Zylinderkopfdeckel (10) ausgebildet ist.
5. Kältemittel Verdichter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Stutzen (11) eine im Wesentlichen der Querschnittsfläche der Saugventilöffnung (6) entsprechende Form, insbesondere eine im Wesentlichen kreisförmige oder elliptische Form, aufweist.
6. Kältemittel Verdichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12a) des Schalldämpfers (12) aus einem Kunststoff besteht.
7. Kältemittel Verdichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausstoßöffnung (12c) in einer Seitenwand des Gehäuses (12a) des Schalldämpfers (12) angeordnet ist, wobei die Ausstoßöffnung (12c) in der oberen Hälfte, vorzugsweise im oberen Drittel einer Seitenwand des Gehäuses (12a) des Schalldämpfers (12) angeordnet ist.
8. Kältemittel Verdichter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausstoßöffnung (12c) in einer Oberseite oder einer Unterseite des Gehäuses (12a) des Schalldämpfers (12) angeordnet ist.
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