DE10205487A1 - Saugschalldämpfer für eine Kältemaschine - Google Patents
Saugschalldämpfer für eine KältemaschineInfo
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen Saugschalldämpfer für eine Kältemaschine mit einem Gehäuse, in dem mindestens eine Kammer angeordnet ist und das eine Einlaßöffnung, eine Auslaßöffnung und eine Ölabflußöffnung aufweist.
- Ein derartiger Saugschalldämpfer ist aus DE 36 45 083 C2 bekannt. Er wird insbesondere bei gekapselten Kleinkältemaschinen eingesetzt, wie sie im Haushaltsbereich für Kühl- und Gefrierschränke verwendet werden. Das durch den Saugschalldämpfer angesaugte Kältemittelgas enthält immer etwas Öl, von dem ein Teil im Innern des Dämpfers abgeschieden wird. Dieses Öl sammelt sich in der Kammer. An der Unterseite der Kammer ist eine Ölabflußöffnung vorgesehen, durch die das abgeschiedene Öl aus der Kammer herauslaufen kann. Durch diese Ölabflußöffnung kann allerdings auch eine akustische Kopplung zwischen der Kammer und der Umgebung des Saugschalldämpfers hergestellt werden. Im bekannten Fall ist daher ein Röhrchen vorgesehen, das sich an die Ölabflußöffnung anschließt. Dieses Röhrchen kann so dimensioniert werden, daß eine akustische Kopplung gebildet ist, die die störenden Frequenzen in ausreichendem Maß dämpft. In Abhängigkeit von den Drücken im Betrieb wird sich mehr oder weniger Öl in dem Röhrchen sammeln und dort an den Wänden anhaften.
- Bei einem derartigen Saugschalldämpfer besteht das Problem, daß das in der Kammer aus dem Kältemittelstrom abgeschiedene Öl während des Betriebs des Verdichters nicht ohne weiteres zum Ölsumpf abfließen kann. Ausnahmen bestehen beispielsweise dann, wenn die Einlaßöffnung an der tiefsten Stelle der Kammer angeordnet ist, wovon aber im Regelfall nicht auszugehen ist. Besonders kritisch ist die Situation dann, wenn das Kältemittel direkt vom Einlaßstutzen einer Verdichterkapsel zum Saugschalldämpfer geführt wird, weil dann besonders viel Öl im Kältemittelstrom enthalten ist. Solange der Verdichter der Kältemaschine in Betrieb ist, ergibt sich innerhalb der Kammer ein etwas geringerer Druck als außerhalb des Gehäuses, weil laufend Kältemittelgas aus der Kammer abgesaugt wird. Dieser Druckunterschied wirkt natürlich auch über die Ölabflußöffnung, wirkt also dem Abfließen des Öls aus der Kammer entgegen. Erst dann, wenn der Verdichter abgeschaltet wird, gleicht sich der Druck aus und das in der Kammer angesammelte Öl kann durch Schwerkraft nach unten ablaufen. Bei einer längeren ununterbrochenen Betriebsdauer kann sich also eine beträchtliche Menge Öl in der Kammer ansammeln, was mehrere Nachteile zur Folge hat. Zum einen wird dem Verdichter Öl entzogen, das zur Schmierung und Kühlung benötigt wird. Zum anderen wird das zur Dämpfung zur Verfügung stehende Volumen der Kammer vermindert. Vor allem aber, je mehr Öl in der Kammer ansteht, desto größer ist die Menge des Öls, das vom Kältemittel mitgerissen wird, die sogenannte externe Ölzirkulation. Dieses Öl im Kältemittelkreislauf ist unerwünscht, da durch das Öl der Wärmeübergang in den Wärmetauschern des Kreislaufs herabgesetzt wird. Wenn zuviel Öl im Kältemittelstrom enthalten ist, besteht das Risiko eines Flüssigkeitsschlages im Kompressor, wenn zuviel Öl in den Zylinder des Kompressors eingesaugt wird.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zu vermeiden, daß zuviel Öl in der Kammer verbleibt.
- Diese Aufgabe wird bei einem Saugschalldämpfer der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß im Gehäuse ein mit dem unteren Ende der Kammer in Verbindung stehender Ölsammelraum angeordnet ist, an dessen unterem Ende die Ölabflußöffnung angeordnet ist.
- Mit dieser Ausgestaltung ermöglicht man, daß das Öl aus der Kammer in den Ölsammelraum abfließen kann. Das Volumen der Kammer steht also für die Schalldämpfung vollständig zur Verfügung. Im Ölsammelraum kann sich dann eine Flüssigkeitssäule ausbilden. Der hydrostatische Druck am unteren Ende der Flüssigkeitssäule wirkt dem Druckunterschied zwischen der Kammer und der Umgebung des Gehäuses entgegen. Sobald eine bestimmte Höhe der Flüssigkeitssäule erreicht ist, wird also auch während des Betriebs des Verdichters laufend Öl aus dem Ölsammelraum abfließen können. Dadurch wird ein Auffüllen der Kammer mit Öl vermieden. Zusätzlich ist dafür gesorgt, daß durch die Flüssigkeitssäule des abgeschiedenen Öls eine akustische Entkopplung zwischen der Kammer und der Umgebung des Gehäuses vorliegt.
- Vorzugsweise weist der Ölsammelraum eine Grundfläche auf, die kleiner ist als die Grundfläche der Kammer. Es kommt bei der Ausgestaltung des Ölsammelraums nicht darauf an, daß ein möglichst großes Volumen zur Verfügung steht. Entscheidend ist vielmehr, daß sich das Öl zu einer Flüssigkeitssäule aufstauen kann, deren hydrostatischer Druck so groß ist, daß das Öl durch die Ölabflußöffnung im Betrieb auch dann abfließen kann, wenn in der Kammer ein gewisser Unterdruck gegenüber der Umgebung des Gehäuses herrscht. Dies läßt sich auch dann erreichen, wenn der Ölsammelraum eine relativ kleine Grundfläche aufweist.
- Vorzugsweise ist der Ölsammelraum in einem Gehäusestutzen angeordnet, der von der Unterseite des Gehäuses ausgeht. Damit wird der Materialverbrauch für das Gehäuse klein gehalten. Der Gehäusestutzen benötigt nur wenig zusätzliches Material. Dies verbilligt die Herstellung.
- Bevorzugterweise weist der Gehäusestutzen einen länglichen Querschnitt auf. Mit anderen Worten ist die Querschnittsfläche des Stutzens länger als breit, wobei die Längsrichtung des Querschnitts mit der Längsrichtung des Querschnitts der Kammer übereinstimmt. Das Gehäuse des Saugschalldämpfers ist relativ flach ausgebildet, was unter anderem platzmäßige Gründe hat. Der Saugschalldämpfer muß zusammen mit einem Verdichter in einer Kapsel untergebracht werden. Durch die entsprechend flache Ausbildung des Gehäusestutzens wird einerseits sichergestellt, daß der Gehäusestutzen nicht seitlich über das Gehäuse übersteht. Andererseits bekommt der Gehäusestutzen eine ausreichende mechanische Stabilität.
- Vorzugsweise taucht die Ölabflußöffnung in einen ölgefüllten Bereich ein. Damit wird sichergestellt, daß auch in Stillstandsphasen ein vollständiger Abfluß des Öls aus dem Ölsammelraum nicht möglich ist. Im Ölsammelraum verbleibt vielmehr ein kleiner Ölvorrat mit einem Pegel, der dem Pegel außerhalb des Gehäusestutzens entspricht. Damit wird die akustische Kopplung durch die Ölabflußöffnung hindurch dauerhaft verhindert und zwar auch beim Anlaufen des Verdichters nach einer längeren Stillstandsphase. Der Gehäusestutzen wirkt also als eine Art Siphon.
- Bevorzugterweise weist die Ölabflußöffnung einen Drosselwiderstand auf, der größer ist als ein durch den Ölsammelraum gebildeter Drosselwiderstand. Durch den Ölsammelraum kann das Öl relativ ungehindert nach unten abfließen, d. h. der Ölsammelraum setzt dem Öl keinen nennenswerten Widerstand entgegen, obwohl er als Kanal ausgebildet ist. Die durch den Ölsammelraum fließenden Ölmengen sind hierzu zu gering. Anders sieht es aus mit der Ölabflußöffnung. Diese darf nicht allzu groß gewählt werden, um eine akustische Kopplung zwischen der Kammer und der Umgebung des Gehäuses zu vermeiden. Die Ölabflußöffnung setzt also dem abfließenden Öl einen gewissen Widerstand entgegen. Die Widerstandsverhältnisse sind nun so gewählt, daß die Haupt-Drosselung oder zumindest der größte Teil der Drosselung des abfließenden Öls in der Ölabflußöffnung selbst erfolgt.
- Hierbei ist besonders bevorzugt, daß der Querschnitt der Ölabflußöffnung 5% oder weniger der Grundfläche des Ölsammelraums aufweist. Die Ölabflußöffnung kann also relativ klein gewählt werden. Beim Einschalten des Verdichters entsteht ein Unterdruck in der Kammer, durch den gegebenenfalls Gasblasen durch die Ölabflußöffnung in den Ölsammelraum eintreten können. Durch den kleinen Querschnitt der Ölabflußöffnung bleiben die Blasen klein gegenüber dem Querschnitt des Ölsammelraums. Sie können daher den Aufbau der Flüssigkeitssäule nicht behindern.
- Vorzugsweise ist im Gehäuse ein Einsatz angeordnet, der die Kammer in eine obere Kammer und eine untere Kammer unterteilt und der einen eigenen Ölsammelraum am unteren Ende der oberen Kammer aufweist, dessen Ölabflußöffnung in die untere Kammer mündet. Man erreicht hier die gleiche Wirkung wie mit dem Ölsammelraum am unteren Ende der unteren Kammer, d. h. das Öl kann aus der oberen Kammer abfließen und über die Ölabflußöffnung in die untere Kammer eintreten. Ein Druckunterschied zwischen der oberen Kammer und der unteren Kammer wird durch den hydrostatischen Druck am unteren Ende der Flüssigkeitssäule ausgeglichen, die sich im Ölsammelraum der oberen Kammer bildet.
- Hierbei ist bevorzugt, daß der Einsatz einen rohrartigen Einsatz-Stutzen aufweist, in dem der Ölsammelraum angeordnet ist und der sich in die untere Kammer erstreckt. Dadurch wird gewährleistet, daß sich eine Flüssigkeitssäule auch bei einem kleinen Ölvolumen relativ schnell aufbauen kann. Die Verwendung des Einsatz-Stutzens führt dazu, daß der Ölsammelraum der oberen Kammer ebenfalls einen relativ kleinen Querschnitt aufweist. Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß nur ein geringes Volumen der unteren Kammer ausgefüllt wird und daß nur eine relativ kleine Öloberfläche zur Verfügung steht, von der Öl mitgerissen werden kann. Dies hält die externe Ölzirkulation klein.
- Bevorzugterweise ist das untere Ende des Einsatz- Stutzens von einer Ringwand umgeben, die mit dem Boden der unteren Kammer verbunden ist. Dadurch wird auch hier ein Siphon gebildet, durch den verhindert wird, daß das Öl vollständig aus dem Ölsammelraum der oberen Kammer abfließen kann. Die Ölabflußöffnung der oberen Kammer ist also permanent mit Öl gefüllt, so daß eine akustische Kopplung zwischen der oberen Kammer und der unteren Kammer durch die Ölabflußöffnung der oberen Kammer hindurch wirkungsvoll verhindert werden kann.
- Bevorzugterweise weist der Einsatz-Stutzen mindestens eine im wesentlichen in Längsrichtung verlaufende Rippe an seiner Außenwand auf. Dies bildet eine mechanische Verstärkung des Einsatz-Stutzens, die die Schwingungsmöglichkeiten dieses Stutzens klein hält. Dadurch werden zusätzliche Geräusche wirkungsvoll vermieden.
- Vorzugsweise ist im Ölsammelraum eine Trennwand angeordnet. Die Trennwand, die zwei Seitenwände des Ölsammelraums miteinander verbindet, bildet eine zusätzliche mechanische Verstärkung und damit eine Versteifung des Gehäusestutzens, was sich positiv auf das Schwingungsverhalten des Schalldämpfers auswirkt.
- Vorzugsweise ragt die Trennwand in die Kammer hinein. Dadurch werden die die Kammer begrenzenden Seitenwände des Gehäuses miteinander verbunden und versteift. Eine Geräuschentwicklung durch Schwingungen der Gehäusewände wird dadurch vermindert.
- Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigen:
- Fig. 1 einen Längsschnitt I-I durch einen Saugschalldämpfer nach Fig. 2,
- Fig. 2 einen Schnitt II-II nach Fig. 1,
- Fig. 3 eine zweite Ausführungsform eines Saugschalldämpfers im Längsschnitt und
- Fig. 4 den Saugschalldämpfer nach Fig. 1 von außen.
- Ein Saugschalldämpfer 1 weist ein Gehäuse auf mit einem Oberteil 2, einem Unterteil 3 und einem Einsatz 4. Oberteil 2, Unterteil 3 und Einsatz 4 sind aus einem Kunststoffmaterial gebildet und werden im Bereich einer Verbindungsfuge 5 durch Kleben oder Schweißen miteinander verbunden.
- Das Unterteil 3 weist einen Einlaßstutzen 6 mit einer Einlaßöffnung 7 auf. Im Oberteil 2 ist ein Ausgangsstutzen 8 mit einer Auslaßöffnung 9 ausgebildet.
- Der Einsatz 4 unterteilt das Gehäuse in eine obere Kammer 10 und eine untere Kammer 11. Die beiden Kammern 10, 11 sind über einen Kanal 12 miteinander verbunden, der im Einsatz 4 ausgebildet ist. Der Kanal 12 ist mit einem Ende der Einlaßöffnung 7 benachbart angeordnet, wobei zwischen der Einlaßöffnung 7 und dem Ende des Kanals ein Spalt 13 vorgesehen ist, der mit der unteren Kammer 11 in Verbindung steht.
- Das Unterteil 3 weist an seinem unteren Ende einen Gehäusestutzen 14 auf, der sich von der Unterseite des Unterteils 3 nach unten erstreckt. Alle Angaben beziehen sich hierbei auf die Schwerkraftrichtung. Im Gehäusestutzen 14 ist ein Ölsammelraum 15 gebildet, der durch eine Trennwand 16 in zwei Teile 15a, 15b unterteilt ist. Wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, sind am Boden des Ölsammelraums 15 zwei Ölabflußöffnungen 17a, 17b angeordnet. Diese sind wegen der Lage des Schnitts in Fig. 1 nicht zu erkennen. Durch die Ölabflußöffnungen 17a, 17b kann Öl, das sich im Ölsammelraum 15 ansammelt, nach außen austreten.
- Der Gehäusestutzen 14 hat im Querschnitt eine längliche Form, d. h. seine Erstreckung parallel zur Zeichenebene in Fig. 1 ist wesentlich größer als seine Erstreckung senkrecht dazu. Die Trennwand 16, die die Vorderseite und die Rückseite des Gehäusestutzens 14 miteinander verbindet, gibt dem Gehäusestutzen 14 eine erhöhte mechanische Stabilität. Die Trennwand 16 ragt mit ihrem oberen Ende in die untere Kammer 11 hinein. Ihre Breitseite ist dabei so ausgerichtet, daß sie zur Einlaßöffnung 7 hin weist.
- Das untere Ende des Gehäusestutzens 14 ist von einer Ölwanne 18 umgeben, in der sich Öl so hoch aufstauen kann, daß es mindestens so hoch ansteht, wie ein Boden 20 des Gehäusestutzens 14, so daß die Ölabflußöffnungen 17a, 17b immer mit Öl gefüllt sind.
- Der Ölsammelraum 15a, 15b hat einen Querschnitt, der wesentlich kleiner ist als der Querschnitt der unteren Kammer 11. Der Querschnitt ist trotzdem so groß gewählt, daß der Ölsammelraum 15a, 15b durchfließendem Öl praktisch keinen Strömungswiderstand entgegensetzt. Anders sieht es aus mit den Ölabflußöffnungen 17a, 17b. Diese sind relativ klein ausgestaltet, d. h. ihre Querschnittsfläche entspricht höchstens 5% der Querschnittsfläche des Ölsammelraums 15a, 15b. Das durch die Ölabflußöffnungen 17a, 17b fließende Öl wird also etwas gedrosselt. Vor allem dient aber die Begrenzung der Größe der Ölabflußöffnungen 17a, 17b dazu, eine Ausbreitung von Schallwellen aus der unteren Kammer 11 in die Umgebung des Gehäuses 2, 3 zu verhindern.
- Der Einsatz 4 weist einen rohrförmigen Einsatz-Stutzen 21 auf, in dem ein Ölsammelraum 22 angeordnet ist, der mit der oberen Kammer 10 in Verbindung steht. Der Einsatz-Stutzen 21 ragt in die untere Kammer 11 hinein. Der Ölsammelraum 22 steht mit der tiefsten Stelle der oberen Kammer 10 in Verbindung. Am unteren Ende des Ölsammelraums 22 ist eine Ölablaßöffnung 23 angeordnet, durch die Öl aus der oberen Kammer 10 in die untere Kammer 11 fließen kann.
- Das Unterteil 3 weist eine Wand 24 auf, die zusammen mit den übrigen Wandteilen des Unterteils 3 eine Ölwanne 25 bilden, deren Füllhöhe so groß ist, daß der Boden 26 des Einsatz-Stutzens 21 immer in in der Ölwanne 25 befindliches Öl eintaucht, so daß die Ölablaßöffnung 23 permanent mit Öl gefüllt ist.
- Im Betrieb saugt ein nicht näher dargestellter Kompressor Kältemittelgas durch die Einlaßöffnung 7 und den Kanal 12 zur Auslaßöffnung 9. Schallwellen, die insbesondere vom Kompressor oder dessen Ventilanordnung auf den Schalldämpfer 1 zurückgekoppelt werden, werden in der oberen Kammer 10 und der unteren Kammer 11 gedämpft, wie dies an sich bekannt ist.
- Das Kältemittelgas enthält immer eine gewisse Menge an Öl. Dieses Öl wird zumindest teilweise in der oberen Kammer 10 und der unteren Kammer 11 abgeschieden. Das Öl, das in der oberen Kammer 10 abgeschieden wird, sammelt sich im Ölsammelraum 22 im Einsatz-Stutzen 21. Der Ölsammelraum 22 hat eine wesentlich kleinere Querschnittsfläche als die obere Kammer 10. Bereits kleinere Ölmengen reichen daher aus, um im Ölsammelraum 22 eine Flüssigkeitssäule zu erzeugen. Die Flüssigkeitssäule weist an ihrem unteren Ende, also an der Ölablaßöffnung 23, einen hydrostatischen Druck auf, der so groß ist, daß er Druckunterschiede zwischen der oberen Kammer 10 und der unteren Kammer 11 überwinden kann. Ein derartiger Druckunterschied ergibt sich durch das Absaugen von Kältemittelgas an der Auslaßöffnung 9.
- Das aus der Ölablaßöffnung 23 austretende Öl gelangt in die Wanne 25 und fließt dann über die Wand 24 in den Ölsammelraum 15a.
- In ähnlicher Weise sammelt sich Öl, das in der unteren Kammer 11 abgeschieden wird, im Ölsammelraum 15a, 15b und bildet dort eine Flüssigkeitssäule, deren hydrostatischer Druck ausreicht, um auch bei einem auftretenden Unterdruck in der unteren Kammer 11 ein Abfließen des Öls aus dem Ölsammelraum 15a, 15b durch die Ölabflußöffnungen 17a, 17b zu ermöglichen.
- Der Ölstand im Ölsammelraum 22 und der Ölstand im Ölsammelraum 15 wird sich in Abhängigkeit von den Druckunterschieden zwischen der oberen Kammer und der unteren Kammer 11 bzw. der unteren Kammer 11 und der Umgebung einstellen.
- Die freie Oberfläche des Öls im Ölsammelraum 22 bzw. im Ölsammelraum 15 ist relativ klein, so daß Kältemittelgas, das über diese Oberfläche geführt wird, nur sehr wenig oder sogar gar kein Öl mitreißen kann. Da die im Betrieb auftretenden Druckverhältnisse bekannt sind, kann man dafür sorgen, daß die Länge des Gehäusestutzens 14 und des Einsatz-Stutzens 21 so gewählt sind, daß die Flüssigkeitssäule nie größer als die Länge dieser beiden Stutzen 14, 21 ist.
- Wenn der Kompressor abgeschaltet wird und eine längere Zeit stillsteht, dann kann das Öl aufgrund der Schwerkraft aus den Ölsammelräumen 22 und 15 nach außen abfließen. Um zu verhindern, daß dabei die Ölabflußöffnungen 23 bzw. 17a, 17b leerlaufen und damit eine freie Strecke zwischen der oberen Kammer und der unteren Kammer bzw. der unteren Kammer und der Umgebung bilden, durch die sich Schallwellen ungehindert fortpflanzen können, sind die Ölwannen 18, 25 vorgesehen, mit denen dafür gesorgt wird, daß die Ölabflußöffnungen 17a, 17b, 23 immer mit Öl gefüllt sind. Auch bei einem Wiederanlaufen des Kompressors besteht daher nicht die Gefahr, daß sich Schallwellen durch diese Ölablaßöffnungen nach außen ausbreiten.
- Der Einsatz-Stutzen 21 weist eine mechanisch versteifende Rippe 27 auf, wodurch eine Schwingungsanregung des Einsatz-Stutzens 21 durch Druckimpulse im Kältemittelgas weitgehend vermieden wird.
- Fig. 3 zeigt einen Saugschalldämpfer 1 ohne Einsatz. Gleiche Teile sind hier mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
- Auch hier erstreckt sich ein Gehäusestutzen 14 von der Unterseite des Unterteils 3, so daß hier ein Ölsammelraum 15 gebildet ist, der durch die Trennwand 16 in zwei Hälften geteilt ist. Die Ölabflußöffnungen 17 sind hier nicht erkennbar, weil sie nicht in der Schnittebene liegen.
- In beiden Ausgestaltungen ist sichergestellt, daß trotz Vorhandensein eines Ölsammelraumes 15, 22 das Volumen der Kammer 10, 11 bzw. 100 (Fig. 3) vollständig für die Schalldämpfung zur Verfügung steht. Durch Öl, das sich im Innern des Saugschalldämpfers 1 ansammelt, werden die schalldämpfenden Eigenschaften also praktisch nicht verändert.
- Fig. 4 zeigt den Saugschalldämpfer 1 von außen, so daß zu erkennen ist, daß der Gehäusestutzen 14 eine flache Ausbildung hat.
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