家用冷却设备的制冷装置 本发明涉及一种全封闭的压缩机机组，机组中的压缩机活塞和称之为流体热交换集成器(Fluxomizer)的部件，以及利用上述带活塞的压缩机组和流体热交换集成器实现用于家用制冷设备的制冷装置(Klteanlage)。
在家用冷却设备中装有常规制冷装置，这种制冷装置按压缩式制冷机原理工作，因此它有一制冷剂回路，该回路由带有吸入和/或压力阻尼器(Druckd mpfer)的压缩机、冷凝器和蒸发器组成，其中在家用冷却设备地冷凝器和蒸发器之间最好设有用作膨胀限制器的毛细管。正如任何制冷装置的配置那样，制冷剂回路中的上述部件的多种实施方式同样也是众所周知的。在这种情况下，通常将制冷机组装于机座中，而将蒸发器置于外面，或将其蒸发器与机柜后壁装于一体，或由其构成机柜后壁。这类已知的家用冷却设备的制冷机组存在下述缺陷：机组的每个部件都按预选设计的位置安装，并依靠制冷剂回路的相应管道固定，因此冷却设备的生产工艺繁琐。从而使成本增加。为了弥补上述不足，正如德国实用新型9206167中所公开的实施方式那样，将制冷机组预选装配成组件。上述公知方案涉及一种带基座部件的冷柜和/或立式冷柜，冷凝器和压缩机装于基座中，它们由风机吹风(冷却)。冷凝器、压缩机和风机安装在一条闭合风道中，当风道的吸入口和排风口位于基座侧时，它们由孔和/或栅状圆盘关闭，并通过门或气阀盖住。风道的内侧壁铺有吸声材料，风道本身由空心管弯制成U形并由弹性件或弹胶件固定在周围的基座箱(Sockelkasten)上，或者用相似的方式支承在基座箱的底部。另一种公知的解决方案是：通过弹性件或弹胶件将压缩机和/或冷凝器与风道内壁相连，或者将它们支撑在风道底部上。
上述方案的缺点是：装于基座部件中的功能件占用了公共内腔，最终导致不能更有效地利用消声空间。此外，这种已知方案要将基座部件的几何尺寸按确定的制冷设备裁剪，因此，用它替换其它类型机组中的部件时，至少需要在结构上进行改造。
基于家用冷却设备在使用特点，人们普遍重视的是冷却物品的保存条件。在常规的家用冷却设备中，通过较短时间启动或断开压缩机对制冷空间温度(Kühfachtemperatur)进行调节，也就是说，用间歇方式驱动制冷装置，制冷空间温度波动显著，尤其在新存入食物时，储物室温度和蒸发器上表面温度之间明显的温度差将导致待冷藏物品变干。也可以象德国发明说明书3926250A1中所披露的那样，不采用间歇驱动而加入一台带潜热贮存器的蒸发器。该蒸发器由一个充注了蓄冷介质的蓄冷器包围，上述蓄冷介质具有确定的相变点温度，其热容能满足制冷装置至少预计的长达数小时内的吸热要求。借此，可在相变温度附近的一定范围内对压缩机的驱动进行调节，而特别有利的是可改善风机对蒸发器上表面和制冷空间之间的强迫对流传热，故而可储物空间温度非常稳定、具有快的冷却速度，而且明显减小冷藏物品变干的程度。
正因为人们识别到对这种制冷装置而言，部件安装既不紧凑又得加装带潜热储存器的蒸发器，对于降低家用冷却设备的生产成本，对于使用基于实际制冷装置过程状态的其它理论循环而言，在呼声不太高时候可以用非常特殊的冷却管道来解决，但是近来对于降低环境承担的材料投入的需求越来越强。
为此，本发明的任务是提供一种用于家用冷却设备的制冷装置，该装置生产工艺不繁锁，不需作较大改动就可装于不同的应用场合，而且采用的理论循环过程最佳。
借助于一种由充注了制冷剂的制冷循环构成的用于家用冷却设备的制冷装置可完成上述任务，该制冷装置由一台全封闭式压缩机组、一个连接在压缩机组高压侧的冷凝器、一根毛细管、一个与毛细管相连的蒸发器以及一台加强制冷装置的制冷空间对流的风机组成，上述毛细管与冷凝器的出口侧相连并与压缩机组的吸入管道热接触，上述蒸发器与一个潜热储存器热耦相连并与压缩机组的吸入侧相连，其中蒸发器的出口通向与压缩机组的吸气管相连的流体热交换集成器，压缩机组弹性地装于隔音罩(Schallschutzhülle)内的流体热交换集成器都被安装在底盘上，底盘连同被装配的结构组件和隔音罩的最大设计高度(Bauh he)与冷却设备(Kühlger le)的基座高度相适应。本发明制冷装置的一种优选配置是：底盘连同被装配的结构组件和隔音罩的最大设计高度共计为100mm。
此外，本发明的上述任务可通过创造地开发上述制冷装置的一些部件来完成。
同时，本发明还涉及带有外罩底部(Kapselboden)和外罩盖的全封闭式压缩机组，上述外罩底部和外罩盖彼此密封地相连。在外罩内部装有一台驱动电机，该电机的电源通过外罩盖密封地引入。外罩盖与气缸构件密封地相连，气缸头内装有一个吸入阀。驱动电机的定片组最好压入外罩盖中。一根压力管道密封地穿过外罩底部朝外引出。在外罩底部和外罩盖之间固定安装了一根管子，管子的内空间通过至少一个护套通孔(Manteldurchbohrung)与外罩内空间相通并与压力管道相通。上述管子用作驱动电机动片组的轴承轴。动片的上轴套呈圆柱形盘状，它相对于上述管子轴线偏心设置，并用作偏心轮，在这种方式中，连杆轴承包围上述圆柱形盘的护套表面。与上述连杆轴承可转动地相连的连杆与在气缸内往复运动的活塞(Oszillierenden Kolben)刚性连接。活塞设有排气阀。可以将动片组制成适合回转质量平衡。本发明的压缩机组的另一种结构是：使气缸构件与流过液态制冷剂的流动路段(Flieβstrecke)热耦合，此外，通过至少一个喷射孔使上述流动路段与活塞的工作容积相通，上述孔在距活塞下死点位置之上很小距离之处穿过气缸壁。优选的配置方式是：使流动路段和活塞工作容积在活塞下死点位置上曲轴转角约为20°处相通。流动路段的入口侧在冷凝器的连接管路处与毛细管相连，同时流动路段的出口与冷凝器入口相连或与压力管道相通。
本发明的特征是在本发明的压缩机组上设置与往复运动的连杆刚性连接的压缩机活塞，紧贴气缸内壁有一个密封唇，借助于一个阀门可控制制冷剂流动管道(Str mungskanal)，在压缩冲程期间阀门使流动管道开启，而在吸气冲程时阀门将其关闭，在这种情况下，在往复运动的连杆上刚性固定一钟形导向件，该导向件具有呈圆柱形的轴向设置的护套区。径向凸出的平坦的活塞底部处于导向件的朝向压缩腔的那一侧。导向件圆柱形区离开活塞底部的边缘围绕气缸内壁偏离一角度，在这种情况下，导向件由可滑动地设置在圆柱形护套表面上的密封环包围，该密封环具有紧贴气缸内壁的环状边缘。导向件设有若干通孔，上述通孔的压缩腔侧开口在压缩冲程期间由密封环开启，而在吸气冲程期间被盖住。连杆的长度至少为曲轴半径的8倍。
此外，本发明的上述任务可通过流体热交换集成器结构来完成，该流体热交换集成器由一个液体分离器和一个吸入阻尼器组成，连在制冷装置的蒸发器出口上的吸入管道与上述液体分离器相通。该液体分离器有一储液槽，上述吸入阻尼器连接在液体分离器上，并与制冷装置的压缩机进气管相连。吸入阻尼器构成为内部逆流换热器(Gegenstromw rmeübertrager)。在上述储液槽中装一根立管，此立管作为注入细管与压缩机的进气管相通。优选将本发明的流体热交换集成器的出口直接与压缩机的进气管相连。上述内部逆流换热器由制冷装置的毛细管和吸入管道组成，该毛细管将冷凝器与蒸发器相连，并围着吸入管道螺旋盘绕两圈。本发明的流体热交换集成器的特别优选的结构是将其构成为一种闭合的与周围环境热隔离的构件，通过这种方式可以设计一种最好既可用于流体热交换集成器也可用于密封式压缩机的圆柱形外壳(Ummantelung)，上述外壳除热隔离外还起弹性支架和隔音作用。
本发明的装于家用冷却设备基底高度上的制冷装置结构高度的界限和全封闭式压缩机组、冷凝器流体热交换集成器部件的紧凑结构以及紧凑设置是以制冷装置用于不同场合为先决条件的。除蒸发器的安装外，无论是部件还是制冷装置都需进行与制冷装置生产无关的装配。上述部件尤其是全封闭式压缩机组由很少的、装配简单的结构组成。由于在流体热交换集成器中设有液体容器，不必使制冷剂充注量最佳，而只要满足自身的调节关系就可使压缩机总是吸入最佳制冷剂量。从需要较高的环境兼容性出发，一方面，重要的是急剧减少润滑油量，因为，油只用作润滑，而对于补偿压缩机损失而言是不必要的。另一方面可将全封闭式压缩机组的外形设计成使外罩上表面不具有散热(Verlustw rmeableitung)功能，取而代之的是采用二次隔音措施将噪声级降低到最低水平。全封闭式压缩机组的二次隔音措施同时还构成装于制冷装置底盘上的全封闭式压缩机组和流体热交换集成器的弹性支架。
除装入带潜热储存器的蒸发器外，本发明的制冷装置以更为优化的方式运行，因而产冷量特别大，还可减少压缩机无限定地吸入液体，使制冷剂可过热到环境温度。因此，过热量没有被环境吸收，而是通过装入逆流换热器从被冷凝的制冷剂的过冷中获取。能量总情况的特点在于：在环境温度下的开始压缩，基本为等熵压缩，然后正好在亚绝热条件下喷射液态制冷剂。因此，使压缩机的损失减小并对制冷剂进行压缩。从压缩机吸入的气态物流在活塞的工作容积中被压缩并按照顺流原则由装置在活塞中的排气阀传递到外罩内部空腔。由于活塞底部被刚性固定在连杆上，作用于活塞上的力与杆上的力一致，因此上述过程不形成引起损耗的法向力。上述杆上的力比常规结构的传动装置的杆上力少。其结果是对驱动电机的装配要求降低。由于密封的极易滑动而且安装时密封环的紧贴气缸内壁用作唇的表面很小，活塞与气缸之间形成的磨擦损失微不足道。尽管如此，磨擦仍足以阻止密封环沿轴向振动，因此密封环可以无振动地起排气阀的作用而不需要阀弹簧，其原因是密封环的惯性力可产生用于阀门的回复力。由于在压缩腔外面没有扩大余隙空间(Schadraum)，可以选择通过密封环实现的排气阀的行程解理面的尺寸，使得流量损失保持很小。与传统结构的传动装置相比，振动质量减小到1/15至1/35的效果除降低成本外还可明显改善活塞式压缩机运行时的声学性能。用气缸头部的吸气阀和活塞中的排气阀实现的顺流压缩机的特点是几乎完全避免对气缸中吸气路径上的吸入气体进行加热。活塞的整个平的可实施的正面确保压缩期间余隙体积微不足道。借助于外罩内部空间中的高压气体气氛和目标明确的高压气体流向可以不安装消除压力波动的压力阻尼器。高压气流过定片组、动片和定片间的环形间隙、动片轴承、以及动片内的环形空间，从上述环形空间穿过护套通孔流进轴向管的内空间，再从该空间流入压力管道，同时上述流路吸收电机散发的热量。然后，高压气流过冷凝器、降压毛细管、蒸发器，从蒸发器流出的物流被吸入流体热交换集成器中。在上述物流流入流体热交换集成器的液体分离器中时，对物流的液态组分进行分离，这种分离既包括对油的分离，也包括对液态制冷剂的分离。气态物流流过流体热交换集成器内部的吸入管道并进入压缩机的吸气管，上述吸入管道是还起吸入阻尼器作用的逆流换热器的部件，与此同时该管道吸收热量，从而使流过毛细管的液流过冷。此外，液态油—制冷剂混合物经与吸气管相通的注入细管汇入吸入气流中，因此可实现亚绝热压缩。这种使压缩机损失减小的亚绝热状态可通过气缸的附加冷却而加强。当活塞达到下死点区域而且喷射孔开启时，通过液态制冷剂流过与气缸热耦连的流动路段的而形成附加冷却，或者从流动路段流出的液态制冷剂部分地通过喷射孔被吸入工作容积而形成附加冷却，同时液态制冷剂在工作容积中蒸发。同样，类似于两冲程发动机(2-Takt-Motoren)的润滑那样进行喷射润滑，当然没有油燃烧(lverbrennung)，上述喷射可向所有支承点供给足够的油，而且确保这些支承点润滑。压缩机的构成可以利用偏心的偏心轮、连杆轴承、连杆、与连杆特殊刚性连接的活塞，而且在活塞中设置排气阀，就象采用二氧化碳作为制冷剂一样，这种构成的特点是过种力和过程压力极高。
下面结合附图详细描述本发明制冷装置的优选实施例，该装置采用了本发明的全封闭式压缩机组合和本发明的流体热交换集成器的优选实施例。图中：
图1为本发明制冷装置的方框图；
图2为本发明的全封闭式压缩机组示意图；
图3为本发明的流体热交换集成器的示意图；
图4为本发明的压缩机活塞的示意图；
图5为备有气缸冷却的本发明制冷装置的方框图；
图6为备有气缸冷却的本发明的全封闭式压缩机组的示意图。
如图1所示，本发明的制冷装置由带有一台驱动电机101和一台压缩机102的全封闭式压缩机组10构成，在压缩机的进气管44(见图3)上直接装有一个流体热交换集成器。流体热交换集成器40包括一个构成为内部换热器的吸入阻尼器43和一个液体分离器41，一根通向压缩机102的吸气管44的注入细管45浸入液体容器中，与蒸发器3相连的吸入管道6切向地通入液体分离器41。蒸发器3具有用于减小蒸发器上表面温度和储藏室温度之间的温度差的潜热储存器，因此，当制冷装置停止运行时也吸收热量。不仅只采用自然对流，还可以借助于一台未示出的风机进行强迫对流，以便获得所要求的储存室温度。蒸发器3的制冷剂入口通过毛细管42与冷凝器2相连。毛细管42与吸入阻尼器43热接触。从全封闭式压缩机组10的外罩朝外引出的压力管道5与冷凝器2相通。本发明的制冷装置被设计成紧凑型机组的形式。全封闭式压缩机组10、流体热交换集成器40和冷凝器2安装在与之相应的一个底盘上，所构成的构件包括二次隔音罩在内的总结构高度不超过100mm。上述二次隔音罩同时还用作装于底盘上的全封闭式压缩机组10和流体热交换集成器40的弹性支承。为了避免带动蒸发器3，吸入管道6和流体热交换集成器40的连接点是无振动的。
图2示意性地示出了本发明的全封闭式压缩机组10的剖视图。全封闭式压缩机组10的外罩由彼此密封地相连的外罩底部11和外罩盖12组成。气缸构件13与外罩盖12密封地相连。驱动电机101带有磁场绕组14’的定片组14被压入外罩盖12中。外罩底部11和外罩盖12之间设有一根中心轴管15。优选外罩盖12有一轴颈12’，上述轴管15被压紧在该轴颈上，外罩底部11最好通过用于容纳轴承的轴套11’使轴管15插入轴套中。大约在轴管15的长度的一半之处至少有一个径向护套通孔16。在外罩底部11的容纳轴套的区域内，压力管道5与轴管15的内空间相通，上述压力管道从外罩底部11密封地穿出。带有上轴承座19和下轴承座20的驱动电机101的动片18装在轴管15上，其中轴套11’的下部的、最好作为滑动轴承配置的轴承20’正面安装。设在轴颈12’区域的上轴承19’可以是气体轴承或滑动轴承。动片18的上轴承座19呈圆盘状，该圆盘相对上述管轴偏心设置并被连杆轴承21包围。连杆22与连杆轴承21可转动地连接，活塞23刚性固定在连杆上。根据通过上轴承座19的偏心结构形成的并经过连杆22传递的行程，活塞23在气缸构件13中往复运动。图中示出了活塞23处于下死点的情况。活塞23与连杆22刚性连接导致活塞23受到相对于气缸轴为倾斜的摆动(Neigeschwingung)，因此，作用在活塞上的力直接传递到连杆22上并与杆上力一致，也就是说没有分解为法向力和杆上力分量。由此可具有损耗减小的优点，而在传统的带有可转动地安装在活塞销上的连杆活塞结构中，上述损耗主要来自法向力。此外，活塞23还可设置一个如图4中示出的排气阀，该阀由可沿轴向略为移动的密封环236组成，借此可实现制冷剂物流的顺流原则，同时可对所有支承点进行喷射润滑，经过设置在气缸头中的未示出的吸入阀吸入的也许包括液态制冷剂和油的进气被压缩后通过位于活塞23中的排气阀流入外罩内部空间，然后，流到定片14和动片18之间的环形间隙和上部动片轴承19’并到达处于动片18和轴管15之间的环形空间24，从上述环形空间流出的进气穿过径向孔16流进轴管15的内空间，再从上述内空间流入压力管道5。以这种方式在外罩内部形成强制高压气流流动的方式对所有支承点起润滑作用，同时吸收电机的热损失，因此，外罩本身不必具有换热功能。故而借助于弹性的起隔音作用的包层可在外罩外面吸收振动。
图3中示出了本发明的流体热交换集成器40，它由圆柱形液体分离器41和作为内部换热器的吸入阻尼器43组成，与蒸发器3出口相连的吸入管道6沿切向通向上述液体分离器。内部换热器43包括呈螺旋形的流动体(Str mungsk rper)和毛细管42的压入流动体中的双螺旋部分47，吸入气流流过上述流动体并在液体分离器41中为了附加稳定而被阻尼，毛细管42作为降压限制器连接冷凝器2和蒸发器3，最好毛细管在进入流体热交换集成器40之前可绕吸入管道6盘旋。在液体分离器41的下部区域设置一个液体容器46，一根立管浸入该容器中，该立管作为注入细管45在中部与流体热交换集成器40的出口相通，压缩机102的吸气管44与上述出口相通，该吸气管与流体热交换集成器密封地相连。流体热交换集成器40的弹性外壳(Umhüllung)未示出。该外壳既用于底盘上的流体热交换集成器40的阻尼振动式支承，还用于与环境的热隔离，最好将流体热交换集成器的外壳与全封闭式压缩机10的外壳构成一个单元。流体热交换集成器40基本上使实际达到的过程状况接近最佳理论循环过程。由于液体容器46同时又是制冷剂收集器和润滑剂存放器，由于不需使制冷剂的充注量最优，本发明制冷装置装配非常简单。
图4示出了本发明的活塞的一种优选结构。图中示出了往复压缩机102(见图1)的气缸壁237，本发明的活塞在气缸壁之间往复运动。其运动行程由虚线箭头表示。该附图的左侧表示活塞处于压缩冲程，而右侧表示活塞处于进气冲程。气缸具有气缸头，该气缸头与吸入管道6(见图1)相连，气缸头内设有一个合适的吸气阀。活塞由一导向件232和一活塞底部233构成，上述导向件为钟形并在其远离活塞的一端与连杆22刚性连接，活塞底部与导向件232固定连接。也可在技术上采用相同措施将连杆22和导向件232连在一起制成。连杆22用铰链连接在由电机驱动的曲轴上。导向件232具有环状正面，活塞底部233平面地被固定在导向件环状正面上。活塞底部233的直径小于气缸孔的直径，以避免因与连杆22刚性连接的活塞随曲轴转动产生的轴向摆动而与气缸内壁237咬死。另一方面，导向件232的直径小于活塞底部233的直径，此时，导向件232从环状正面到其周边与连杆22同轴并呈圆柱形，从而形成指向气缸内壁237的滑动面234。导向件232的圆柱形滑动面区域234内设有在总护套表面上等角度分布的通孔238。滑动面区234一侧与活塞底部233的凸出于导向件232的周边区的背面相邻，其另一侧与环绕的、朝气缸内壁237成一角度延伸的边缘235相邻，上述边缘还作制速器(Hubf nger)之用。在导向件232的圆柱形区234周围装有一个由聚四氟乙烯制成的密封环236，该环具有紧贴滑动面234的第一边缘和紧贴气缸内壁237的第二边缘。密封环236的指向活塞底部233的背面的那一侧是平面。
由于密封环236与气缸内壁237磨擦大于在滑动面234上的磨擦，根据活塞的行程方向可改变密封环的位置。在压缩冲程结束时，借助于制速器235密封环236处于止动位置(im Anschlag)，并开启行程间隙239V。这种状态在该附图的左侧表示出来。通过选择密封环236的滑动性能，或通过制造滑动面234的相应上表面可以改变断开瞬间。在行程间隙239V开启期间，经压缩的制冷剂从压缩腔2310通过行程间隙239V和通孔238流入曲轴腔2311。曲轴腔2311通过电机腔与压缩机的高压气出口5(见图2)相通。附图4右侧示出了活塞处于吸气冲程期间密封环236的位置。密封环236以平面方式紧贴活塞底部233的背面。因此，没有行程间隙239V，而且将通孔238关闭，于是将制冷剂吸入压缩腔2310。
密封环236紧贴气缸内壁237和紧贴滑动面234各有一个密封唇的结构使其可在各个平面上滑动，这可确保在连杆22相对于气缸轴倾斜度较大并由此使活塞的往复倾斜较大时压缩腔2310与活塞和气缸内壁237之间的曲轴箱的密封，同时确保密封环236起排气阀的作用。
图5和图6所示的本发明制冷装置的实施方式与图1和图2中示出的实施方式的差别在于前者有一附加的气缸冷却装置51。由于其它结构相同，对它们的说明可参见对图1或图2的说明。压缩机102的附加气缸冷却装置由液态制冷剂流过的活动路段51构成。液态制冷剂从冷凝器2和毛细管42之间的连接回路上被分支，并反向流过处于压缩机出口和冷凝器入口之间的压力管道5中的流动路段51，因此该流动路段既是支路又是在结构合适处的反向流连接路段。图6中除流动路段51外，还设计成至少由一个喷射孔连通该流动路段和气缸工作容积2310(见图4)。在曲轴转角为20°时，上述喷射孔25处于活塞23的下死点上方。同样，这些孔分布在气缸壁237(见图4)的四周。气机内壁上表面与孔的过渡尽可能地制成无脊棱(gratfrei)的形式。