WO2004038221A1 - Linearverdichtereinheit - Google Patents

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WO2004038221A1 PCT/EP2003/011494 EP0311494W WO2004038221A1 WO 2004038221 A1 WO2004038221 A1 WO 2004038221A1 EP 0311494 W EP0311494 W EP 0311494W WO 2004038221 A1 WO2004038221 A1 WO 2004038221A1
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    • Y10S181/403—Refrigerator compresssor muffler

Definitions

  • the present invention relates to a linear compressor unit which can be used in particular for compressing a refrigerant in a refrigeration device such as a refrigerator, a freezer or the like.
  • Reciprocating compressors driven by rotary motors are conventionally used in household refrigeration devices. For use in households, it is very important that such compressors generate minimal running noise.
  • An important source of such noises is the intermittent suction of the refrigerant to be compressed due to the reciprocating movement of the piston. This intermittent suction causes pulsations that must be reduced by appropriate damping devices.
  • a common design principle for this is to pass the flow of the gaseous refrigerant through chambers that z. B. are designed as Helmholtz resonators or the like, so that the pulsations are strongly damped and do not reach the outside. These chambers are usually attached directly to the compressor pump. This pump is enclosed in a capsule for noise reduction and attenuation. There is a small distance between the inlet of the chambers and the capsule of the compressor, which allows the passage of refrigerant into the buffer volume of the capsule surrounding the pump.
  • the object of the present invention is to provide a linear compressor unit with an encapsulated cylinder, in which the generation of noise is effectively limited by modulating the passage cross section to the buffer volume.
  • the object is achieved by a linear compressor unit with the feature of claim 1.
  • the throttle element in the passage prevents the excitation of resonances in the buffer volume and thus excessive noise.
  • the throttle element is preferably formed by walls which are attached to the capsule or to the cylinder and engage in one another.
  • the walls can be of any suitable shape to cause pressure drops on gas flowing between the inlet opening and the buffer volume due to friction on them. Walls which surround the inlet opening or the inlet passage in a ring-shaped and concentric manner are preferred.
  • the cylinder itself preferably has one or more sound-absorbing chambers between its inlet opening and a working chamber receiving the piston. Intensive pressure surges generated by the piston in the working chamber are partially absorbed even before they reach the passage to the buffer volume.
  • Another useful sound-absorbing measure is to insert a sound-absorbing chamber through which the medium to be compressed flows, into the inlet passage of the capsule.
  • This chamber can be attached directly to the wall of the capsule and have a flat cylindrical shape through which the inlet passage runs along the cylinder axis of the chamber.
  • the oscillatable holder of the cylinder is preferably formed by an output line through which compressed medium leaves the cylinder.
  • the output line is preferably guided helically around the cylinder chamber.
  • the magnet which drives the reciprocating movement of the piston can in particular be arranged in the axial extension of the piston or in a ring around the piston.
  • Figure 1 is a schematic partial section through a first embodiment of the linear compressor unit according to the invention.
  • FIG. 2 shows a more detailed section through the head region of the linear compressor unit from FIG. 1;
  • Fig. 3 shows a section through a second embodiment of the linear compressor unit.
  • the linear compressor unit shown in FIG. 1 comprises a hermetically sealed metallic capsule 1 which receives a pump section 2 and a drive section 3 of the compressor unit.
  • the drive section 03 shown in section essentially comprises a rod-shaped permanent magnet 4 which is arranged in the inner cavity of a coil 5 so as to be movable in the longitudinal direction thereof.
  • An alternating current applied to the coil 5 can generate an alternating magnetic field in the interior thereof, which causes the magnet 4 to move back and forth along the axis of the Coil 5 excited.
  • a piston 7 is fixedly mounted on the magnet 4, which engages in a working chamber 8 of a cylinder 9 and can be displaced therein by the movement of the magnet.
  • a valve 10, 11 On a wall of the working chamber 8 opposite the piston 7, two openings are each equipped with a valve 10, 11.
  • the valves 10, 11 are shown here as a flap or lamella valve, but it goes without saying that any type of valve can be used which has a flow of medium in one direction only - into the working chamber 8 in the case of the valve 10 and out of it in the case of valve 11 - allows.
  • Medium to be compressed reaches the working chamber 8 via an inlet passage 12 in the form of a tube piece which crosses the capsule 1 and is firmly anchored therein, an inlet opening 13 of the cylinder 9 and a series of chambers 14, 15, 16 which are in the housing of the cylinder 9 of the working chamber 8 are upstream.
  • the inlet opening 13 of the cylinder 9 is located at the end of a pipe socket 17 which protrudes from an end wall of the cylinder 9 in a direction parallel to the direction of movement of the magnet 4 and the piston 7.
  • This pipe socket 17 is flush with a second pipe socket 18, which forms the part of the inlet passage 12 which engages inside the capsule 1.
  • the pipe socket 18 carries a radially projecting flange 19, on which a plurality of cylindrical walls 20 are arranged concentrically to the longitudinal axis of the inlet passage 12.
  • Corresponding walls 21 with suitably staggered diameters are attached to the end face of the cylinder 9 and each engage between two of the walls 20.
  • Compressed medium leaves the working chamber 8 via an outlet line 22, which is fastened at one end to the cylinder 9, extends helically around the cylinder 9 and finally crosses the wall of the capsule 1.
  • This outlet line 22 simultaneously forms a suspension of the cylinder 9 in the capsule 1, which permits oscillatory movements of the cylinder 9, in particular in the longitudinal direction.
  • the chambers 14, 15, 16 of the cylinder 9 also have sound-absorbing functions. They are designed as Helmholtz resonators in a manner known per se from sound attenuation technology.
  • a further sound-absorbing chamber 25 is inserted into the inlet passage 12 of the capsule 1.
  • This chamber 25, of which a wall is formed by the capsule 1 itself, has a flat cylindrical shape, the inlet passage 12 crossing the chamber 25 along its cylinder axis.
  • the chamber 25 also acts as a Helmholtz resonator with an inlet opening that extends over the entire circumference of the inlet passage 12 and is therefore particularly effective.
  • FIG. 3 shows a second embodiment of the linear compressor unit, which differs from that of FIG. 1 by the design of its drive section 3.
  • the pump sections 2 of both configurations are identical. While in the embodiment of FIG. 1 the 3 is arranged in the axial extension of the piston 7, in the case of FIG. 3 it surrounds the piston 7 in an annular manner and is fixedly connected to it by a flange 28 or individual radially oriented support arms.
  • This ring-shaped magnet 4 is surrounded on the outside by a coil 5, which is able to excite it to vibrate by means of an alternating magnetic field.

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  • Compressor (AREA)
  • Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)

Abstract

Eine Linearverdichtereinheit umfasst einen in einem elektromagnetischen Wechselfeld hin- und her beweglichen Magneten, einen von dem Magneten angetriebenen, in einem Zylinder (9) beweglichen Kolben (7) und eine Kapsel (1), die den Zylinder (9) und ein Puffervolumen (24) umschliesst. Der Zylinder (9) ist in der Kapsel (1) schwingfähig angebracht. Eine Einlassöffnung (13) des Zylinders (9) und ein Einlassdurchgang (12) der Kapsel (1) liegen einander berührungslos unter Ausbildung eines Durchgangs (23) zum Puffervolumen (24) gegenüber. In dem Durchgang (23) ist ein Drosselelement (20, 21) angebracht.

Description

Linearverdichtereinheit
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Linearverdichtereinheit, die insbesondere zum Verdichten eines Kältemittels in einem Kältegerät wie etwa einem Kühlschrank, einem Gefriergerät oder dergleichen einsetzbar ist.
Herkömmlicherweise werden in Haushaltskältegeräten durch Rotationsmotoren angetriebene Hubkolbenverdichter eingesetzt. Für den Einsatz in Haushalten ist es von hoher Bedeutung, dass derartige Verdichter nur minimale Laufgeräusche erzeugen. Eine wichtige Quelle solcher Geräusche ist die durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens bedingte stoßweise Ansaugung des zu verdichtenden Kältemittels. Diese stoßweise Ansaugung verursacht Pulsationen, die durch entsprechende Dämpfungseinrichtungen reduziert werden müssen. Ein gängiges Konstruktionsprinzip hierfür ist, den Strom des gasförmigen Kältemittels über Kammern zu leiten, die z. B. als Helmholtz-Resonatoren oder ähnliches ausgebildet sind, so dass die Pulsationen stark gedämpft werden und nicht nach außen gelangen. Diese Kammern sind üblicherweise direkt an die Pumpe des Verdichters angebaut. Diese Pumpe ist zur Geräuschdämpfung und -dämmung in eine Kapsel eingeschlossen. Zwischen dem Einlass der Kammern und der Kapsel des Verdichters besteht ein kleiner Abstand, der den Durchtritt von Kältemittel in das die Pumpe umgebende Puffervolumen der Kapsel erlaubt.
In jüngerer Zeit sind sogenannte Linearverdichter entwickelt worden, die auf einen Rotationsmotor zum Antreiben des Verdichterkolbens verzichten und statt dessen diesen Kolben direkt durch einen Magneten antreiben, der in einem elektromagnetischen Wechselfeld zu linearen Hin- und Herbewegungen antreibbar ist. Bedingt durch dieses Antriebsprinzip ist bei einem Linearverdichter der Zylinder starken Schwingungen ausgesetzt, die durch die Hin- und Herbewegung des Magneten und des daran gekoppelten Kolbens angeregt werden.
Versucht man, das aus dem Bau von rotationsmotorbetriebenen Verdichtern bekannte Konstruktionsprinzip, dem zufolge sich eine Einlassöffnung eines Zylinders und ein
Einlassdurchgang der den Zylinder enthaltenden Kapsel berührungslos unter Ausbildung eines Durchgangs zum Puffervolumen gegenüber liegen, auf den Bau von Linearverdichtereinheiten zu übertragen, so ergibt sich das Problem, dass die unvermeidliche Schwingbewegung der Linearverdichtereinheit den Querschnitt des Durchgangs zum Puffervolumen mit der Resonanzfrequenz des beweglichen Kolbens moduliert und auf diese Weise die Geräuscheerzeugung eher noch vermehrt, als sie zu dämpfen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Linearverdichtereinheit mit einem gekapselten Zylinder anzugeben, bei dem die Geräuscherzeugung durch Modulation des Durchgangsquerschnitts zum Puffervolumen wirksam begrenzt ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Linearverdichtereinheit mit dem Merkmal des Anspruchs 1. Das Drosselelement im Durchgang verhindert die Anregung von Resonanzen im Puffervolumen und damit übermäßige Geräusche.
Das Drosselelement ist vorzugsweise gebildet durch an der Kapsel bzw. an dem Zylinder angebrachte und ineinander greifende Wände. Die Wände können eine beliebige geeignete Form haben, um durch Reibung an ihnen Druckabfall an zwischen der Einlassöffnung und dem Puffervolumen hin und her strömendem Gas zu verursachen. Bevorzugt sind Wände, die die Einlassöffnung bzw. den Einlassdurchgang ringförmig und konzentrisch umgeben.
Vorzugsweise weist der Zylinder selbst eine oder mehrere schalldämpfende Kammern zwischen seiner Einlassöffnung und einer den Kolben aufnehmenden Arbeitskammer auf. So werden vom Kolben in der Arbeitskammer erzeugte intensive Druckstöße teilweise abgefangen, noch bevor sie den Durchgang zum Puffervolumen erreichen.
Eine weitere zweckmäßige schalldämpfende Maßnahme ist, eine von dem zu verdichtenden Medium durchströmte schalldämpfende Kammer in den Einlassdurchgang der Kapsel einzufügen. Diese Kammer kann unmittelbar an die Wand der Kapsel angefügt sein und eine flach zylindrische Form haben, durch die der Einlassdurchgang entlang der Zylinderachse der Kammer verläuft.
Die schwingfähige Halterung des Zylinders ist vorzugsweise durch eine Ausgangsleitung gebildet, durch die verdichtetes Medium den Zylinder verlässt. Die Ausgangsleitung ist vorzugsweise schraubenlinienförmig um die Zylinderkammer herumgeführt. Der Magnet, der die Hin- und Herbewegung des Kolbens antreibt, kann insbesondere in axialer Verlängerung des Kolbens oder auch ringförmig um den Kolben herum angeordnet sein.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Teilschnitt durch eine erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Linearverdichtereinheit;
Fig. 2 einen detaillierteren Schnitt durch den Kopfbereich der Linearverdichtereinheit aus Fig. 1;
Fig. 3 einen Schnitt durch eine zweite Ausgestaltung der Linearverdichtereinheit.
Die in Fig. 1 gezeigte Linearverdichtereinheit umfasst eine hermetisch dichte metallische Kapsel 1 , die einen Pumpabschnitt 2 und einen Antriebsabschnitt 3 der Verdichtereinheit aufnimmt. Der im Schnitt gezeigte Antriebsabschnitt 03 umfasst im wesentlichen einen stabförmigen Permanentmagneten 4, der im inneren Hohlraum einer Spule 5 in deren Längsrichtung beweglich angeordnet ist. Eine Rückstellfeder 6, hier in Form einer Schraubenfeder, drückt den Magneten 4 in Richtung des Pumpabschnitts 2. Durch einen an die Spule 5 angelegten Wechselstrom ist in deren Innenraum ein magnetisches Wechselfeld erzeugbar, dass den Magneten 4 zu Hin- und Herbewegungen entlang der Achse der Spule 5 anregt.
An dem Magneten 4 ist fest ein Kolben 7 montiert, der in eine Arbeitskammer 8 eines Zylinders 9 eingreift und durch die Bewegung des Magneten in dieser verschiebbar ist. An einer dem Kolben 7 gegenüber liegenden Wand der Arbeitskammer 8 sind zwei Öffnungen jeweils mit einem Ventil 10, 11 bestückt. Die Ventile 10, 11 sind hier als Klappen- oder Lamellenventil dargestellt, es versteht sich jedoch, das jeder beliebige Typ von Ventil verwendet werden kann, der einen Durchfluss von Medium nur in eine Richtung - in die Arbeitskammer 8 hinein im Falle des Ventils 10 und aus ihr heraus im Falle des Ventils 11 - zulässt. Zu verdichtendes Medium erreicht die Arbeitskammer 8 über einen Einlassdurchgang 12 in Form eines Rohrstückes, das die Kapsel 1 kreuzt und in dieser fest verankert ist, eine Einlassöffnung 13 des Zylinders 9 und eine Folge von Kammern 14, 15, 16, die im Gehäuse des Zylinders 9 der Arbeitskammer 8 vorgelagert sind.
Die Einlassöffnung 13 des Zylinders 9 befindet sich am Ende eines Rohrstutzern 17, der von einer Stirnwand des Zylinders 9 in einer Richtung parallel zur Bewegungsrichtung des Magneten 4 und des Kolbens 7 absteht. Dieser Rohrstutzen 17 liegt einem zweiten Rohrstutzen 18 fluchtend gegenüber, der den ins Innere der Kapsel 1 eingreifenden Teil des Einlassdurchgangs 12 bildet.
Der Rohrstutzen 18 trägt einen radial abstehenden Flansch 19, an dem eine Mehrzahl von zylindrischen Wänden 20 konzentrisch zur Längsachse des Einlassdurchgangs 12 angeordnet sind. Entsprechende Wände 21 mit passend gestaffelten Durchmessern sind an der Stirnseite des Zylinders 9 angebracht und greifen jeweils zwischen zwei der Wände 20 ein.
Verdichtetes Medium verlässt die Arbeitskammer 8 über eine Auslassleitung 22, die an einem Ende am Zylinder 9 befestigt ist, schraubenlinienförmig um den Zylinder 9 herum verläuft und schließlich die Wand der Kapsel 1 durchquert. Diese Auslassleitung 22 bildet gleichzeitig eine Aufhängung des Zylinders 9 in der Kapsel 1, die Schwingbewegungen des Zylinders 9, insbesondere in der Längsrichtung, zulässt.
Im Betrieb der Verdichtereinheit wird mit jeder Bewegung des Kolbens 7 nach links in der Figur in der Arbeitskammer 8 enthaltenes Medium komprimiert und entweicht durch das Auslassventil 11 , sobald der Druck in der Arbeitskammer 8 den in der Auslassleitung 22 übersteigt. Dabei übt der Kolben 7 auf den Zylinder 9 einen in der Figur nach links gerichteten Druck aus, dem der Zylinder 9 aufgrund seiner elastischen Aufhängung ein Stück weit nachgeben kann. Bei dieser Bewegung des Kolbens 7 verschieben sich die Wände 20 und 21 gegeneinander, und ein Spalt zwischen dem Ende des Rohrstutzens 18 und der Einlassöffnung 13 des Zylinders 9 verengt sich. Durch diese Beweglichkeit wird eine Übertragung von starken Klopfgeräuschen, die der Kolben 7 an seinem linken Umkehrpunkt verursacht, auf die Kapsel 1 und damit in die Umgebung der Verdichtereinheit vermieden.
Wenn anschließend der Kolben 7 vom Magneten 4 nach rechts gezogen wird und die Arbeitskammer 8 sich wieder vergrößert, entsteht in dieser ein Unterdruck, der einerseits dazu führt, dass frisches Medium über den Einlassdurchgang 12 angesaugt wird und andererseits dazu, dass der Zylinder 9 dem Kolben 7 ein Stück weit nach rechts folgt. Die daraus resultierende Verbreiterung des Spalts 23 ist jedoch nicht so groß, dass dadurch die Wände 20, 21 außer Eingriff geraten. Die ineinandergreifende Wände 20, 21 wirken so als ein Drosselelement, das den Abstrom von Medium aus dem Puffervolumen 24 in die Arbeitskammer 8 während der Expansionsphase der Arbeitskammer 8 und entsprechend auch einen Zustrom des Mediums zurück in das Puffervolumen 24 über den Einlassdurchgang 12 in der Kompressionsphase der Arbeitskammer 8 dämpft. So werden auch in dem Fall, dass die Arbeitsfrequenz der Linearverdichtereinheit, d.h. die Schwingfrequenz des Magneten 4, mit der Resonanzfrequenz des Puffervolumen 24 übereinstimmt, Druckschwingungen des Puffervolumens 24 wirksam gedämpft und ihre Amplitude klein gehalten. So ist eine der Komponenten, die zum Betriebsgeräusch einer Linearverdichtereinheit beitragen, wirksam unterdrückt.
Die Kammern 14, 15, 16 des Zylinders 9 haben ebenfalls schalldämpfende Funktionen. Sie sind in an sich aus der Schalldämpfungstechnik bekannter Weise als Helmholtz- Resonatoren ausgeführt.
Als eine weitere die Betriebsgeräusche der Verdichtereinheit dämpfende Maßnahme ist eine weitere schalldämpfende Kammer 25 in den Einlassdurchgang 12 der Kapsel 1 eingefügt. Diese Kammer 25, von der eine Wand durch die Kapsel 1 selbst gebildet ist, hat eine flachzylindrische Form, wobei der Einlassdurchgang 12 die Kammer 25 entlang ihrer Zylinderachse kreuzt. Auch die Kammer 25 wirkt als ein Helmholtz-Resonator mit einer Eingangsöffnung, die sich über den gesamten Umfang des Einlassdurchgangs 12 erstreckt und daher besonders wirksam ist.
Fig. 3 zeigt eine zweite Ausgestaltung der Linearverdichtereinheit, die sich von der der Fig. 1 durch die Bauform ihres Antriebsabschnitts 3 unterscheidet. Die Pumpabschnitte 2 beider Ausgestaltungen sind identisch. Während bei der Ausgestaltung der Fig. 1 der Permanentmagnet 4 in axialer Verlängerung der Kolbens 7 angeordnet ist, umgibt er im Falle der Fig. 3 den Kolben 7 ringförmig und ist mit ihm durch einen Flansch 28 oder einzelne radial orientierte Tragarme fest verbunden. Dieser ringförmige Magnet 4 ist außen von einer Spule 5 umgeben, die in der Lage ist, ihn durch ein magnetisches Wechselfeld zu Schwingungen anzuregen. Für eine effektive Kopplung des Magnetfelds der Spule an den Magneten 4 sorgen zwei Blechpackungen 26, 27, die jeweils unter Einhaltung eines geringen Luftspalts zum Magneten 4 in einem ringförmigen Zwischenraum zwischen diesem und dem Zylinder 9 bzw. den Magneten 4 und die Spule 5 ringförmig außen umgebend angeordnet sind.

Claims

Patentansprüche
1 Linearverdichtereinheit mit einem in einem elektromagnetischen Wechselfeld hin- und her beweglichen Magneten (4), einem von dem Magneten (4) angetriebenen, in einem Zylinder (9) beweglichen Kolben (7) und mit einer Kapsel (1), die den
Zylinder (9) und ein Puffervolumen (24) umschließt, wobei der Zylinder (9) in der Kapsel (1) schwingfähig angebracht ist und eine Einlassöffnung (13) des Zylinders (9) und ein Einlassdurchgang (12) der Kapsel (1) einander berührungslos unter Ausbildung eines Durchgangs (23) zum Puffervolumen (24) gegenüberliegen, und wobei in dem Durchgang (23) ein Drosselelement (20, 21) angebracht ist.
2. Linearverdichtereinheit nach Anspruch 1 , bei der das Drosselelement durch an der Kapsel (1) bzw. an dem Zylinder (9) angebrachte, ineinandergreifende Wände (20, 21) gebildet ist.
3. Linearverdichtereinheit nach Anspruch 2, bei der die Wände (20, 21) die Einlassöffnung (13) bzw. den Einlassdurchgang (12) ringförmig umgeben.
4. Linearverdichtereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der wenigstens eine von dem zu verdichtenden Medium durchströmte schalldämpfende Kammer (14, 15, 16) zwischen der Einlassöffnung (13) des Zylinders (9) und einer den Kolben (7) aufnehmenden Kammer (8) des Zylinders (9) angeordnet ist.
5. Linearverdichtereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der wenigstens eine von dem zu verdichtenden Medium durchströmte schalldämpfende Kammer (25) in den Einlassdurchgang (12) der Kapsel (1) eingefügt ist.
6. Linearverdichtereinheit nach Anspruch 5, bei der die Kammer (25) flachzylindrisch ist und der Einlassdurchgang (12) entlang der Zylinderachse der Kammer (25) verläuft.
7. Linearverdichtereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die schwingfähige Halterung des Zylinders (9) durch eine Ausgangsleitung (22) des
Zylinders (9) gebildet ist.
8. Linearverdichtereinheit nach Anspruch 7, bei der die Ausgangsleitung (22) sich schraubenlinienförmig um den Zylinder (9) herum erstreckt.
9. Linearverdichtereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der den Kolben (7) antreibende Magnet (4) in axialer Verlängerung des Kolbens (7) angeordnet ist.
10. Linearverdichtereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der der den
Kolben (7) antreibende Magnet (4) sich ringförmig um den Kolben (7) erstreckt.
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