DE10323527B4 - Kältemittelkompressor - Google Patents

Abstract

Kältemittelkompressor mit einem Motor, einem vom Motor angetriebenen Verdichter und einer Schalldämpferanordnung, die mindestens einen Schalldämpfer mit einem Gehäuse aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (22) mindestens eine Außenwand aufweist, die aus einem geschäumten Polybutylenterephthalat (PBT) gebildet ist.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Kältemittelkompressor mit einem Motor, einem vom Motor angetriebenen Verdichter und einer Schalldämpferanordnung, die mindestens einen Schalldämpfer mit einem Gehäuse aufweist.
• Ein derartiger Kältemittelkompressor ist beispielsweise aus DE 195 16 811 C2 bekannt. Der Motor und der Verdichter sind dabei zusammen mit einem Saugschalldämpfer in einer Kapsel angeordnet. Es handelt sich also um einen hermetisch gekapselten Kältemittelkompressor, der sich über viele Jahre hinweg bewährt hat.
• Bei derartigen Kompressoren wird das vom Verdampfer kommende Kältemittelgas angesaugt, im Verdichter verdichtet, wobei die Temperatur des Kältemittelgases erhöht wird, und dann über einen Druckstutzen, der in vielen Fällen mit einem Pulsations-Dämpfer verbunden ist, ausgegeben. Der Wirkungsgrad des Verdichters ist dabei um so besser, je kälter das angesaugte Kältemittelgas ist. Die Temperatur des angesaugten Kältemittelgases wird jedoch bereits vor dem Eintritt in den Verdichter angehoben, weil das Kältemittelgas einer etwas erwärmten Atmosphäre im Inneren der Kapsel ausgesetzt ist.
• Um dieses Problem zumindest teilweise zu entschärfen, ist in US 4 371 319 vorgeschlagen worden, bei einem hermetisch gekapselten Kompressor den Zylinderkopf, den Druckschalldämpfer und die Druckleitung innerhalb der Kapsel mit einer Isolierschicht zu versehen. Diese Vorgehensweise ist jedoch sehr aufwendig und benötigt erheblichen Bauraum innerhalb der Kapsel.
• US 2002/0193459 A1 beschreibt die Herstellung eines Schaums aus einer thermoplastischen Urethan-Elastomer-Zusammensetzung, wobei das dadurch erzielte Endprodukt auch verwendet werden kann, um eine thermische Abschirmung oder Isolierung zu bewirken.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die thermische Beeinflussung von Sauggas im Kältemittelkompressor zu verringern.
• Diese Aufgabe wird bei einem Kältemittelkompressor der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Gehäuse mindestens eine Außenwand aufweist, die aus einem geschäumten Polybutylenterephthalat (PBT) gebildet ist.
• Mit dieser Ausgestaltung erreicht man eine bessere thermische Abschirmung des in den Schalldämpfer eintre tenden Gases gegen die Umgebung, ohne dass man eine zusätzliche Isolierschicht benötigt. Die Isolierung wird vielmehr vom Gehäuse selbst vorgenommen. Die Außenwand des Gehäuses bildet aufgrund ihrer Ausbildung aus einem geschäumten Kunststoff einen hervorragenden Isolator. Wenn der Schalldämpfer als Saugschalldämpfer eingesetzt wird, dann bleibt das eingesaugte Gas relativ kühl, d. h. es wird nicht durch die in der Kapsel herrschende Temperatur aufgeheizt. Wenn der Schalldämpfer als Druck- oder Pulsationsdämpfer am Ausgang des Verdichters angeordnet ist, dann bildet die aus geschäumtem Kunststoff gebildete Außenwand des Gehäuses ebenfalls eine thermische Isolierung, so dass die Wärme des erhitzten Kältemittelgases nicht an die Umgebung abgegeben wird. Auch dies ist eine Maßnahme, mit der eine unerwünschte Wärmeübertragung auf das angesaugte Kältemittelgas vermieden werden kann. Selbstverständlich bildet auch ein geschäumter Kunststoff keine perfekte thermische Isolierung, d. h. es wird weiterhin Wärme durch die Außenwand strömen können. Der Wärmestrom ist jedoch gegenüber einer Wand aus einem massiven Kunststoff, wie sie derzeit verwendet wird, wesentlich verringert, so dass die thermische Beeinflussung des Sauggases in gleichem Maße verringert werden kann. Die Ausbildung mindestens einer Außenwand mit einem geschäumten Kunststoff erhöht die Kosten für die Herstellung des Schalldämpfers nur unwesentlich oder gar nicht. Dafür wird aber der Wirkungsgrad des mit dem Schalldämpfer versehenen Verdichters erhöht, so dass sich etwaige Mehrkosten nach kurzer Zeit rechnen. PBT hat sich für die Verwendung in Kältemittelkreisläufen bewährt. Man kann nun im Grunde das gleiche Material verwenden und lediglich durch eine Schaumbildung vor oder während der Fertigung dafür sorgen, dass das Gehäuse des Schalldämpfers ganz oder teilweise aus dem geschäumten PBT gebildet ist.
• Vorzugsweise sind alle Außenwände aus geschäumtem PBT gebildet. Damit erzielt man eine verbesserte Wärmeisolierung des im Schalldämpfer befindlichen Gases gegenüber der Umgebung. Darüber hinaus wird eine teilweise erhebliche Schalldämmung erreicht. Ein geschäumter Kunststoff kann bessere schalldämmende Eigenschaften als ein massiver Kunststoff haben, weil eine Schwingungsübertragung durch einen massiven Kunststoff wesentlich direkter erfolgen kann als durch einen geschäumten Kunststoff. Man nimmt an, dass die im geschäumten Kunststoff enthaltenen Gasblasen einen Schalldurchtritt hemmen. Mit der Ausbildung eines Gehäuses, bei dem alle Außenwände aus einem geschäumten Kunststoff gebildet sind, erreicht man also zwei Vorteile.
• Hierbei ist bevorzugt, dass das Gehäuse aus geschäumtem PBT gebildet ist. Dies vereinfacht die Herstellung. Auch wenn im Gehäuse Kammern, Stege oder andere Elemente vorgesehen sind, die man bei einem Herstellungsvorgang einstückig mit den übrigen Gehäuseteilen erzeugt, kann man einen geschäumten Kunststoff verwenden. Der geschäumte Kunststoff liegt dann auch bei den genannten Elementen im Inneren des Gehäuses vor. Man erhält ein Gehäuse des Schalldämpfers aus einem weitgehend homogenen Material. Damit ist die Gefahr, dass sich bei Materialübergängen Ermüdungserscheinungen zeigen, beispielsweise auf Grund einer Spannungsrisskorrosion, relativ gering.
• Bevorzugterweise ist eine Verbindungsleitung zwischen dem Schalldämpfer und dem Verdichter aus geschäumtem Kunststoff gebildet. Auch die Verbindungsleitung dient dazu, das Gas thermisch gegen die Umgebung zu isolieren. Diese Möglichkeit besteht einerseits bei einer Verbindung zwischen einem Saugschalldämpfer und dem Verdichter. In diesem Fall wird vermieden, dass das Sauggas erwärmt wird. Die Möglichkeit besteht andererseits auch bei der Verbindung vom Verdichter zum Druckschalldämpfer. In diesem Fall wird vermieden, dass aus der Verbindungsleitung Wärme in die Umgebung abgestrahlt wird.
• Bevorzugterweise ist der Schalldämpfer in einer Kapsel angeordnet, in der der Motor und/oder der Verdichter angeordnet sind. In diesem Fall ist die Verwendung eines Schalldämpfers, der ganz oder teilweise aus einem geschäumten Kunststoff gebildet ist, besonders vorteilhaft. Wie oben ausgeführt, ist in einer geschlossenen Kapsel in der Regel eine erhöhte Temperatur vorhanden, weil der Verdichter, in dem das Kältemittelgas komprimiert wird, beim Verdichten einen Temperaturanstieg im Kältemittelgas bewirkt. Diese erhöhte Temperatur strahlt in das Innere der Kapsel ab. Wenn man nun insbesondere einen Saugschalldämpfer aus einem geschäumten Kunststoff verwendet, dann wird das Kältemittelgas, das angesaugt wird, kühl gehalten und der Wirkungsgrad des Verdichters steigt.
• Hierbei ist bevorzugt, dass eine Anschlussleitung zwischen der Kapsel und dem Schalldämpfer aus geschäumtem Kunststoff gebildet ist. Eine Wärmeübertragung findet also auch auf dem Weg zwischen dem Eingang der Kapsel und dem Schalldämpfer beziehungsweise zwischen dem Schalldämpfer und dem Ausgang der Kapsel nicht statt.
• Bevorzugterweise weist der geschäumte Kunststoff Zellen im Größenbereich von 5–50 μm auf. Es handelt sich dabei also um sehr kleine Zellen, die wesentlich kleiner sind, als die von "herkömmlichem" PBT-Schaum. Mit derartig kleinen Zellen erreicht man eine hohe mechanische Festigkeit, so daß die Wände des Gehäuses des Schalldämpfers in ihren Dimensionen mehr oder weniger unverändert belassen werden können. Eine geringfügige Vergrößerung der Dicke ist dabei unschädlich. Geschäumtes PBT mit derartig kleinen Zellen wird unter dem Namen "MuCell" von der Trexel, Inc., Woburn, MA, USA angeboten.
• Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
• 1 eine schematische Schnittansicht durch einen Kältemittelkompressor und
• 2 einen Saugschalldämpfer, teilweise im Aufriß.
• 1 zeigt einen Kältemittelkompressor 1 mit einem Motor 2, der einen Verdichter 3 antreibt. Der Motor 2 weist einen Stator 4 und einen Rotor 5 auf. Der Rotor 5 ist mit einer Welle 6 verbunden, die über einen Kurbeltrieb 7 einen Kolben 8 in einem Zylinder 9 antreibt. Der Zylinder 9 ist von einem Zylinderkopf 10 abgeschlossen, in dem in an sich bekannter Weise Ventile angeordnet sind, die eine Befüllung eines Kompressionsraums im Zylinder 9 mit Kältemittelgas beziehungsweise ein Entleeren des Kältemittelgases aus dem Kompressionsraum heraus steuern.
• Die genannten Teile sind in einer Kapsel 11 aufgenommen, die den Motor 2 und den Verdichter 3 hermetisch dicht umschließt. An der Außenseite der Kapsel befindet sich eine elektronische Anschlußvorrichtung 12, gegebenenfalls mit einer Steuerung, die den Betrieb des Motors 2 in Abhängigkeit von vorbestimmten Größen, beispielsweise einem Kältebedarf eines nicht näher dargestellten Kühlmöbels, steuert. Die Vorrichtung 12 ist über durch die Kapsel geführte Leitungen 13 mit dem Motor 2 verbunden.
• Kältemittelgas wird von einem nicht näher dargestellten Verdampfer über einen Ansaugstutzen 14 einem Saugschalldämpfer 15 zugeführt. Der Saugschalldämpfer 15 steht über eine Leitung 16 (2) mit dem Zylinderkopf 10 in Verbindung. In nicht näher dargestellter Weise ist der Zylinderkopf 10 über eine Druckleitung mit einem Druckschalldämpfer 17 verbunden, der über einen Druckstutzen 18 komprimiertes und erhitztes Kältemittelgas aus der Kapsel 11 ausgibt.
• Der Ansaugstutzen 14 geht über in eine Ansaugleitung 19, die im Inneren der Kapsel 11 angeordnet ist. Die Ansaugleitung 19 liegt mit einem Flansch 20 an einer Anlagefläche 21 am Gehäuse 22 des Saugschalldämpfers 15 an.
• Das Gehäuse 22 ist gebildet durch ein Oberteil 23 und ein Unterteil 24, die mit Flanschen 25, 26, die gegebenenfalls gestuft sein können, aneinander anliegen und entlang einer Berührungsfläche 27 miteinander verbunden sind, beispielsweise durch Schweißung.
• Im Inneren des Gehäuses 22 ist eine Dämpfungskammer 28 ausgebildet. In der Dämpfungskammer ist ein Rohr 29 angeordnet, das einen Gasleitkanal 30 bildet, durch den Kältemittelgas vom Eingang 31 des Saugschalldämpfers 15 zum Ausgang 32 strömen kann. Diese Ausbildung ist hier lediglich beispielhaft gewählt. Es ist selbstverständlich möglich, den Saugschalldämpfer 15 auch auf andere Weise auszubilden.
• Das Gehäuse 22 des Saugschalldämpfers 15 ist aus einem geschäumten Kunststoff gebildet. Auch das Rohr 29 ist aus dem geschäumten Kunststoff gebildet. Bei dem geschäumten Kunststoff handelt es sich um ein geschäumtes PBT (Polybutylenterephthalat) mit gleichmäßig verteilten Zellen im Größenbereich von 5–50 μm. Ein derartiges Material ist beispielsweise unter der Bezeichnung "MuCell" von der Trexel, Inc., Woburn, MA, USA erhältlich. Es zeichnet sich dadurch aus, dass es wesentlich kleinere Zellen hat als herkömmlich geschäumtes PBT mit Zellen in der Größenordnung von 250 μm.
• Ein derartiges geschäumtes PBT (oder auch ein anderer geschäumter Kunststoff) hat den Vorteil, dass eine Wärmeübertragung von der im Inneren der Kapsel 11 herrschenden Atmosphäre auf das angesaugte Kältemittelgas nur in einem stark verminderten Umfang möglich ist. Das Kältemittelgas wird also im Inneren der Kapsel 11 nicht weiter erhitzt. Umgekehrt hat die Ausbildung des Saugschalldämpfers 15 aus geschäumtem Kunststoff den Vorteil, dass Geräusche, die durch das strömende und pul sierende Gas im Inneren des Saugschalldämpfers entstehen, noch besser als bisher gedämpft werden können. Der geschäumte Kunststoff bildet also einen akustischen Dämpfer.
• Der geschäumte Kunststoff kann beispielsweise dadurch gebildet werden, daß man Stickstoff oder Kohlendioxyd unter einem hohen Druck als superkritisches Fluid in das geschmolzene Polymer in einen Extruder oder eine Spritzgießvorrichtung einspeist und plötzlich entspannt und dann das Gehäuse des Saugschalldämpfers 15 in praktisch herkömmlicher Weise fertigt. Mit dieser Herstellungsart ist es möglich, die Wandstärken, die man bisher für die Teile gewählt hatte, aus denen Saugschalldämpfer bestehen, praktisch unverändert zu übernehmen. Kleinere Dimensionsänderungen sind unkritisch.
• Selbstverständlich kann auch der Druckschalldämpfer 17 aus dem geschäumten Kunststoff gebildet werden. In diesem Fall behindert der geschäumte Kunststoff eine Wärmeübertragung von dem durch die Kompression erhitzten Kältemittelgas auf die Umgebung im Inneren der Kapsel 11. Auch dadurch lassen sich thermische Beeinflussungen des angesaugten Kältemittelgases weiter verringern.
• Je kälter das in den Verdichter 3 eintretende Kältemittelgas ist, desto größer ist der Wirkungsgrad des Verdichters. Durch die Verwendung eines geschäumten Kunststoffes lassen sich also Wirkungsgradverbesserungen erzielen.

Claims (7)

1. Kältemittelkompressor mit einem Motor, einem vom Motor angetriebenen Verdichter und einer Schalldämpferanordnung, die mindestens einen Schalldämpfer mit einem Gehäuse aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (22) mindestens eine Außenwand aufweist, die aus einem geschäumten Polybutylenterephthalat (PBT) gebildet ist.
2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Außenwände aus geschäumtem PBT gebildet sind.
3. Kompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (22) aus geschäumtem PBT gebildet ist.
4. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindungsleitung (16) zwischen dem Schalldämpfer (15) und dem Ver dichter (3) aus geschäumtem Kunststoff gebildet ist.
5. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalldämpfer (15) in einer Kapsel (11) angeordnet ist, in der der Motor (2) und/oder der Verdichter (3) angeordnet sind.
6. Kompressor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anschlussleitung (19) zwischen der Kapsel (11) und dem Schalldämpfer (15) aus geschäumtem Kunststoff gebildet ist.
7. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der geschäumte Kunststoff Zellen im Größenbereich von 5–50 μm aufweist.