DK174408B1 - Hermetisk motorkompressor - Google Patents

Description

DK 174408 B1

Opfindelsen angår i almindelighed en hermetisk motorkompressor og nærmere bestemt en forbedring af en kompressionsmekanisme til en hermetisk reciprocerende stempelkompressor til anvendelse i køleudstyr eller lignende.

5

Beskrivelse af teknikkens stade

Idet der først henvises til fig. 5 beskrives en konventionel hermetisk motorkompressor.

10

Blandt de hermetiske motorkompressorer/ som anvendes til køleskabe, luftkonditioneringsanlæg osv., omfatter en reciprocerende kompressor en lukket beholder 1, som rummer en kompressionsmekaniske 2 og en el-motor 3. I bunden af 15 den lukkede beholder findes et forråd af køleolie 4. Et stempel 6 er glidende forskydeligt anbragt i en cylinderudboring i én til kompressionsmekanismen 2 hørende cylinder 7. Stemplet 6 bringes til at reciprocere i cylinderudboringen ved hjælp af excentrisk rotation af en elek-20 trisk del (krumtapsøle) 5a på en roterende aksel 5, som overfører rotationen fra den elektriske motor 3, hvorved en kølegas indsuges, komprimeres og udstødes.

En mod stemplet 6 vendende udstødningsåbning 11 er desu-25 den udformet i en del af et cylinderhoved 8. Denne udstødningsport 11 åbnes og lukkes af én som en pladeventil 9 udformet udstødningsventil. 1 sådanne konventionelle hermetiske motorkompressores 30 kompressionsmekanisme er der et problem, fordi der dannes et dødrum af et vist volumen af udstødningsåbningen 11 i DK 174408 B1 2 cylinderhovedet 8 og et mellemrum, som dannes af et topspillerum mellem cylinderhovedet 8 og stemplet 6, når dette når sit topdødpunkt. Dette volumen optager ca. 0,5-2% af den teoretiske fortrængning og udgør en faktor, som 5 reducerer kompressorens volumetriske effektivitet. Specielt optager udstødningsåbningen 11’s volumen så meget som 50-60% af det samlede dødvolumen.

For at undgå problemet med dødvolumenet, som den ovenfor 10 beskrevne kendte teknik medfører, har ansøgeren i japansk patentansøgning nr. 3-51111 (indleveret den 15. marts 1991) foreslået en forbedring, som omfatter, at der på-stemplet er udformet et fremspring, som flugter med udstødningsåbningen i cylinderhovedet, hvorved dødvolumenet 15 bliver mindre, når stemplet når topdødpunktet. Når stemplet 6 nærmer sig topdødpunktet, vil gasstrømmens hastighed gennem gaspassagen mellem stemplets fremspring og cylinderhovedets udstødningsåbning 11 imidlertid blive abnormalt forøget med denne konstruktion. Desuden er der 20 mulighed for, at der opstår et abnormalt tryktab. Af denne grund er der behov for at tage yderligere hensyn til den gaspassage, som er udformet mellem fremspringet og udstødningsåbningen 11.

25 Opfindelsens hovedindhold

Formålet med opfindelsen er at løse de problemer, som er forbundet med den ovennævnte kendte teknik, ved at anvise en hermetisk motorkompressor af den indledningsvis nævnte 30 art, hvormed der elimineres de problemer, der opstår med forøget tryktab og usædvanlig stor gasstrømningshastighed 3 DK 174408 B1 i forbindelse med forsøg på at reducere dødvolumenet ved at udforme et fremspring på stempelhovedet, og som desuden effektivt kan gøre brug af stemplet med det på dette anbragte fremspring.

5

En første betingelse for at kunne at opfylde ovennævnte formål er at sænke gasstrømningshastigheden gennem udstrømningsåbningen til eller under strømningshastigheden af den gas, som strømmer gennem ventilspalten ved udstød-10 ningsventilen. En anden betingelse er at sætte tryktabet ned til et minimumniveau. Under hensyntagen til disse betingelser er det nødvendigt at fastlægge konfigurationerne af stemplets fremspring og af udstødningsåbningen. Når disse konfigurationer af stemplets fremspring og af ud-15 stødningsåbningen er fastlagt under sådanne betingelser, begrænses de respektive deles dimensionelle forhold til en bestemt værdi. De nævnte betingelser tilfredsstilles ikke af andre forhold end ovennævnte bestemte værdi, eller, hvis betingelserne er tilfredsstillet, så er mellem-20 rummet mellem stempelfremspringet og udstødningsåbningen så stor, at det er umuligt effektivt at reducere udstrømningsåbningens volumen. Dette fører til en tilstand, hvor det tilsigtede formål med stemplet med tilhørende fremspring ikke er opnået.

25

Opfindelsens formål opnås ved hjælp af en hermetisk reci-procerende stempelkompressor af den art, som omfatter en kompressionsmekanisme, som er anbragt i en lukket beholder og indrettet til at blive drevet af en el-motor for 30 at komprimere en kølegas, hvilken kompressionsmekanisme omfatter en cylinder, et stempel, som reciprocerende kan DK 174408 B1 4 bevæges i denne cylinder, og et cylinderhoved, hvori der er udformet en udstødningsåbning, som vender mod stempelhovedets topflade, hvilket stempel er forsynet med et i det væsentlige keglestubformet fremspring, som er udfor-5 met på stempelhovedet og indrettet til at blive indført i udstødningsåbningen, når stemplet er i det mindste i en stilling tæt ved dets topdødpunkt, og udstødningsåbningens dybde (T) er dimensioneret til at være i hovedsagen lig med fremspringets højde (h) , og det nye og særegne 10 ved denne kompressor består i, at et forhold på di : d2 : d3 : dj er fra 1,3 til 1,4 : 1 : fra 1,5 til 1,7 : fra 1,0 til 1,1; og h/{(di - d2)/2} > h/{(d3 - di) /2) 15 hvor dj er fremspringets største diameter, d2 dets mindste diameter, d3 udstødningsåbningens største diameter og d4 dens mindste diameter.

20 Da dimensionsforholdet af stempelfremspringet og udstrømningsåbningen er fastlagt som angivet ovenfor, er kravene til, at gasstrømningshastigheden ved udstødningsåbningen er begrænset til ikke at være højere end gasstrømningshastigheden ved ventilspalten, og til at tryktabet 25 er nedsat til et minimum, tilfredsstillet til effektiv eliminering af en væsentlig del af dødvolumenet. I overensstemmelse hermed opnås den tilsigtede funktion af stemplet med tilhørende fremspring. 1

Ovennævnte og andre formål, træk og fordele ifølge opfindelsen forklares nærmere nedenfor under henvisning til 5 DK 174408 B1 tegningen.

Kort beskrivelse af tegningen 5 Fig. 1 viser et vertikalt tværsnit gennem en udførelsesform for en reciprocerende stempelkompressor ifølge opfindelsen, fig. 2 i større målestok en til den i fig. 1 viste kom-10 pressor hørende udstødningsåbning og fremspring på et stempel, fig. 3A og 3B tværsnit til at forklare grundlaget for fastlæggelsen af dimensionerne for stempelfremspringet og 15 udstødningsåbningen, fig. 4 et diagram, der viser forholdet mellem rotationsvinklen for én til en roterende aksel hørende krumtapsdel, gasstrømningshastigheden ved et ventilspillerum og 20 tryktabet; fig. 5 et vertikalt tværsnit gennem en konventionel reciprocerende stempelkompressor.

25 Beskrivelse af en foretrukket udførelsesform

En foretrukken udførelsesform ifølge opfindelsen beskrives i det følgende under henvisning til fig. 1-4. Bemærk, at dele, som i fig. 1-3 er angivet med samme hen-30 visningstal som i fig. 5, svarer til tilsvarende dele af den i fig. 5 viste kendte konstruktion. Beskrivelsen af DK 174408 B1 6 disse dele er derfor udeladt i det følgende.

En hermetisk reciprocerende stempelkompressor ifølge opfindelsen omfatter et' fremspring 10, som er udformet på 5 oversiden af et stempel 6 i en position, som flugter med en udstødningsåbning, der er udformet i et cylinderhoved 8 på en kompressionsmekanisme 2. Som tydeligt vist i fig.

2 og 3 er dette fremspring 10 keglestubformet. Udstødningsåbningen 11, der skal optage dette fremspring 10, er 10 udformet som et keglestubformet gennemgående hul, der er tildannet i hovedet 8.

Som vist i fig. 2, har fremspringet 10 en højde h fra stemplet 6's overside, en store diameter di og lille dia-15 meter d?. Modsvarende har udstødningsåbningen 11 en dybde T, som fastlægges af hovedet 8's tykkelse, en store diameter d3 og en lille diameter d4. Fremspringet 10's højde h er lig med eller lidt mindre end udstødningsåbningen 11's dybde T.

20

Fig. 3 illustrerer en tilstand, hvor stemplet 6 nærmer sig sit topdødpunkt under kompressionslaget, og fremspringet 10 er i færd med at udfylde udstødningsåbningens 11's volumen. På dette trin af kompressionslaget er ud-25 stødningsventilen 9 allerede ført væk fra ventilsædet på cylinderhovedet 8's yderside af det gastryk, som stødes ud gennem udstrømningsåbningen 11 fra et kompressionsrum, som afgrænses af stemplet 6, cylinderen 7 og cylinderhovedet 8, hvorved der dannes et ventilmellemrum.

30 7 DK 174408 B1

Under en periode, der strækker sig fra det tidspunkt, hvor stemplet 6's fremspring 10 begynder at bevæge sig ind i udstødningsåbningen 11, til det tidspunkt, hvor stemplet 6 når sit topdødpunkt, varierer tværsnitsarealet 5 af den ringformede gaspassage 13, som afgrænses af fremspringet 10's ydre periferiflade og udstødningsåbningen 11's indre periferiflade. Den måde, hvorpå denne variation finder sted, er forskellig i afhængighed af stempelfremspringet 10's diametre di og d? og udstødningsåbnin-10 gen 11's diametre d-j og d^. For at undgå tryktab og en særlig stor strømningshastighed af den gas, som passerer den ringformede gaspassage 13, ville det være ønskeligt, om denne gaspassage 13's tvaersnitsareal blev mindre, efterhånden som kompressionsrummet 12's volumen blev min-15 dre.

Opfinderne har udført en kalkulativ analyse af variationerne af den ringformede gaspassage 13's tværsnitsareal og af kompressionsrummet 12's volumen under perioden fra 20 stemplet 6 begynder at blive ført ind i udstødningsåbningen 11, indtil stemplet 6 har fuldført sin bevægelse op til sit topdødpunkt. 1 det følgende angives t som betegnelse for tiden og A(t) 25 for gaspassagen 13Ts tværsnitsareal på et bestemt tidspunkt t (se fig. 3B). Desuden angives V(t) som betegnelse for udstødningsvolumenet (kompressionsrummet 12’s volumen) i dette øjeblik (se fig. 3A) . Tiden, efter at et kort tidsrum er forløbet, er udtrykt ved t + At. Gaspas-30 sagen 13’s tværsnitsareal på dette tidspunkt er givet af A (t + At) . Udstødningsvolumenet på dette tidspunkt er 8 DK 174408 B1 udtrykt af V (t + At) . Den øjeblikkelige udstødningsstrømningshastighed v af den gas, som i dette øjeblik passerer gennem gaspassagen 13, er i hovedsagen givet af følgende formel: 5 V(t) - V(t - At) V(t) v = _ = _ A(t) · At A(t) 10 Fig. 4 viser analyseresultaterne, som er baseret på denne formel.

I det i fig. 4 viste kurvediagram er rotationsvinklen for den roterende aksels krumtapsdel 5a afsat ud af abscisse-15 aksen, medens gassens udstødningshastighed (gassens strømningshastighed gennem udstødningsåbningen) og tryktabet af afsat op ad ordinataksen. Diagrammet viser en sammenligning mellem et tilfælde, hvor den foreliggende opfindelse er anvendt, og et tilfælde, hvor dette ikke er 20 tilfældet (sidstnævnte tilfælde er angivet som "et andet eksempel" i fig. 4).

Formlen til at definere koniciteten af det keglestubfor-mede fremspring 10 og udstødningsåbningen 11 er ifølge 25 den foreliggende opfindelse h/{(di - d2)/2} > h/((d3 - dj/2}. Når i særdeleshed det dimensionelle forhold af di: d2 : d3 : d4 er fastlagt til 1,36 : 1,0 : 1,61 : 1,07 har det vist sig, at både gasudstrømningshastigheden og tryktabet antager de bedste værdier, som vist med fuldt 30 optrukken streg i fig. 4. Formlen i det andet eksempel er h/{ (di - d2) /2} < h/{ (d3 - dj/2}. Når forholdet di : d2: DK 174408 B1 g d3 : d4 = 1,15 : 1,0 : 1,21 : 1,06 er betingelsen, at strømningshastigheden af den udstødningsgas, der passerer gennem passagen 13, skal være mindre end strømningshastigheden af den gas, der passerer gennem ventilmellem-5 rummet, ikke opfyldt ved dette eksempel, som vist i fig.

4. Desuden er tryktabet mere end ti gange så stort som tilfældet er ved den foreliggende opfindelse. Det er derfor godtgjort, at dette dimensionelle forhold ikke lader sig anvende.

10

Selv om den fuldt optrukne linie i fig. 4 angiver tryktabet og strømningshastigheden gennem udstødningsåbningen i overensstemmelse med det ved den beskrevne udførelsesform anvendte dimensionelle forhold d: : d3 : d3 : dj = 1,36 : 15 1,0 : 1,61 : 1,07, er de med punkterede streger og skra veringer angivne områder i praksis foretrukne. Det dimensionelle forhold di : d3 : d3 : dj kan fortrinsvis falde inden for et område af 1,3 til 1,4 : 1,0 : 1,5 til 1,7 : 1,0 til 1,1.

20

Claims (1)

1. Hermetisk reciprocerende stempelkompressor af den art, 5 som omfatter en kompressionsmekanisme (2), som er anbragt i en lukket beholder (1) og indrettet til at blive drevet af en el-motor (3) for at komprimere en kølegas, hvilken kompressionsmekanisme omfatter en cylinder (7), et stempel (6), som reciprocerende kan bevæges i denne cylinder, 10 og et cylinderhoved (8), hvori der er udformet en udstødningsåbning (11), som vender mod stempelhovedets topflade, hvilket stempel er forsynet med ét i hovedsagen keg-lestubformet fremspring (10), som er udformet på stempelhovedet og indrettet til at blive indført i udstødnings-15 åbningen (11), når stemplet befinder sig i det mindste i en position tæt ved dets topdødpunkt, og udstødningsåbningens dybde (T) er dimensioneret til at være i hovedsagen lig med fremspringets (10) højde (h), og k e n -detegnet ved, at forhold di : d2 : d3 : d4 er 20 fra 1,3 til 1,4 : 1 : fra 1,5 til 1,7 ; fra 1,0 til 1,1, og h/{ (di - d2) /2} > h/{ (d3 - d4) /2} 25 hvor di er fremspringets (10) største diameter, d2 dets mindste diameter, d3 er udstødningsåbningens (11) største diameter og d4 dens mindste diameter.