CN100491722C

CN100491722C - 密封式压缩机

Info

Publication number: CN100491722C
Application number: CNB2005100228521A
Authority: CN
Inventors: 片山诚; 坪井康祐
Original assignee: 松下电器产业株式会社
Current assignee: Panasonic Refrigeration Devices Singapore Pte Ltd
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2005-12-12
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2025-12-12
Also published as: US8210832B2; US20090101442A1; KR100772767B1; CN2913667Y; DE602005019381D1; CN1789710A; EP1697638A1; JP2006169998A; WO2006064890A1; JP4760003B2; KR20060093730A; EP1697638B1

Abstract

本发明提供了一种高冷冻能力、高效率的密封式压缩机，该密封式压缩机能够防止因压缩时的活塞倾斜发生的局部摩损及密封性的下降，并使可靠性得到提高。其中，在活塞(140)的周围的上侧面(154)及下侧面(155)上，设有至少在下止点附近与密封壳体(101)内的空间连通、且与活塞的顶面(151)及裙侧面(152)不发生连通的低洼部分(153)。同时，在至少在下止点附近与密封壳体(101)内的空间相连通的部分中，低洼部分在平面展开时的形状中不形成与活塞轴线(170)平行的平行线，活塞在水平方向上不易发生倾斜。这样，致冷剂的泄漏可以得到抑制，另外对滑动部分的侧压负载也可以降低。

Description

密封式压缩机

技术领域

本发明涉及一种用于电冰箱、冷藏柜等的冷冻环路中的密封式压缩机。

背景技术

近年来，对于使用在比方说家用电冰箱等冷冻装置中的密封式压缩机而言，迫切希望其能够达到很高的节能效果。在有的现有密封式压缩机中，通过改进活塞的外形形状来降低活塞和汽缸之间的滑动损失，以提高工作效率(其中的一例可参考国际公开第02/002944号公报)。

下面参照附图对上述的现有密封式压缩机进行说明。

图6为上述参考文献中所述的现有密封式压缩机的纵剖面图，图7为现有密封式压缩机中所使用的活塞的斜视图。

如图6、7中所示，密封壳体1内安装有：由设有绕组2a的定子2和转子3构成的电动机构4、和由该电动机构4加以驱动的压缩机构5。密封壳体1内的下部贮存有润滑油6。

压缩机构5中的曲轴10中包括：套有并固定着转子3的主轴部分11、和相对于主轴部分11呈偏心状态的偏心部分12。同时，在主轴部分11的内部还设有在润滑油6中开口的供油泵13。电动机构4的上方设有气缸体20，气缸体20中设有大致成圆筒形的汽缸21、和将主轴部分11支承在轴向上的轴承部分22。活塞30以能够自如地往复滑动的方式插入到气缸体20中的汽缸21内，并通过连杆41与偏心部分12之间进行联接。

如图7中所示，活塞30由顶面31、裙侧面32和外侧面33构成，外侧面33中包括：设置成与汽缸21的内壁面紧密接触的密封面部分34；设置成与汽缸21的部分内壁面紧密接触、并与活塞30的运动方向基本平行地延伸的至少2个引导面35、和与汽缸21的内壁面不进行紧密接触的切去部分36。活塞30的特点在于：圆筒中心轴37和引导面35上的2个边缘棱边35a、35b之间沿活塞30的半径方向的连线构成的角度为40°以下，最好为30°以下。

下面对具有上述构成的密封式压缩机的操作情况进行描述。

当压缩机进行工作时，活塞30作往复运动。在下止点附近，活塞30的部分裙侧从汽缸21中露出，伸到外面。然后，当活塞30缩回到汽缸21内时，引导面35将产生引导作用，从而可以使活塞30可以顺畅地回到到汽缸21中。同时，由于活塞30上设有切去部分36，汽缸21的内壁面和活塞30的外侧面之间形成的滑动面积将会减少，故滑动阻力也会减少，滑动损耗也就能降低。

在压缩行程中，当活塞30从下止点朝上止点前进时，其顶面31将承受着致冷剂气体的压缩负载(压缩反作用力)，从而通过连杆41在曲轴10上施加上与活塞运动方向相反的巨大压力，使曲轴10发生弯曲。这样，活塞30上也将被加上使之在水平方向上发生很大倾斜的力量。

但是，在上述的现有构成中，对于活塞30相对于汽缸21在水平方向上的倾斜而言，只不过是通过从活塞30的顶面31的边缘到密封面部分34的边缘为止的短小区间以及活塞30的外侧面33和汽缸21之间的间隙来加以限制。

其结果则是，活塞30将发生很大的倾斜，在活塞30从上止点一侧运动至下止点一侧的过程中，随着活塞的倾斜角度的增大，外侧面33和汽缸21之间的间隙也将增大，故致冷剂气体的泄漏量也将增大，造成冷冻能力下降。

另外，随着倾斜角度的增大，活塞30的引导面部35的边缘棱边35a、35b处的表面压力也将增大，有可能产生局部摩损，造成可靠性下降。另外，还存在着随着输入的增加压缩效率也将发生下降的问题。

特别是在致冷剂使用R600a的场合下，由于活塞30的外径将变大，致冷剂就更容易发生泄漏，因此，上述这些问题就会变得更加严重，效率将会明显下降。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的上述问题，其目的在于提供一种可靠性高、冷冻能力和效率也高的密封式压缩机。

为了解决现有技术中的上述问题，在本发明的密封式压缩机中的活塞的周围的上侧面及下侧面上，设有至少在下止点附近与所述密封壳体内的空间相连通、但与所述活塞的顶面及裙侧面不发生连通的低洼部分，另外，在至少在下止点附近与所述密封壳体内的空间相连通的部分中，所述低洼部分在平面上展开时的形状中不形成与活塞轴线相平行的平行线。这样，通过减少滑动面积，滑动损失也能降低，从而可以提高效率。同时，由于活塞相对于汽缸而言不易在水平方向上发生倾斜，致冷剂的泄漏可以得到抑制，体积效率的下降可以防止，同时，活塞倾斜时发生的对滑动部分的侧压负载也能降低，局部摩损也可以减少。

本发明产生的技术效果如下。本发明的压缩机可以降低局部摩损，防止体积效率下降，因此，可以提供一种可靠性高、冷冻能力和效率也高的密封式压缩机。

本发明的具体实施方式如下。在实施方案1所述的密封式压缩机中，密封壳体内存积有润滑油，并装有对致冷剂气体进行压缩的压缩机构，所述压缩机构中包括：设置在垂直方向上、具有主轴部分及偏心部分的曲轴；形成汽缸的气缸体；在所述汽缸内进行往复运动的呈圆筒形的活塞；将所述偏心部分和所述活塞加以联接的连杆；和将所述润滑油供给到活塞周围的供油装置，所述活塞的周围的上侧面及下侧面上设有至少在下止点附近与所述密封壳体内的空间相连通、但与所述活塞的顶面及裙侧面不发生连通的低洼部分，另外，在至少在下止点附近与所述密封壳体内的空间相连通的部分中，所述低洼部分在平面上展开时的形状中不形成与活塞轴线相平行的平行线。这样，滑动面积可以通过在活塞外侧面上设置低洼部分而减少，滑动损失可望降低；另外，活塞相对于汽缸不易在水平方向上发生倾斜，因此可以抑制致冷剂的泄漏，防止体积效率下降。同时，由于活塞倾斜时发生的对滑动部分的侧压负载可以降低，还可以降低局部摩损，提高可靠性，从而提供一种冷冻能力和效率都很高的密封式压缩机。

实施方案2中所述的密封式压缩机为，在实施方案1的基础上，所述低洼部分还在平面展开时的形状中不形成任何与活塞轴线相平行的平行线。这样，由于活塞在作往复运动之际可以很好地向滑动部分中提供润滑油，因此可望进一步提高体积效率和可靠性。

实施方案3中所述的密封式压缩机为，在实施方案1或者2的基础上，所述低洼部分的从活塞外表面算起的深度被设定为50μm至400μm。这样，降低粘性阻力引起的滑动损失的效果和防止致冷剂气体的泄漏的密封性效果都可以达到最佳，从而可望使效率进一步得到提高。

实施方案4中所述的密封式压缩机为，在实施方案1至3的任一项的基础上，所述低洼部分的形状为向活塞的裙边一侧伸出的、大致呈半月状的形状，低洼部分的轮廓包括：向裙边一侧伸出的第一圆弧部分，平行于活塞顶面的第二部分，连接第一圆弧部分和第二部分的第三圆弧部分，其中，第一圆弧部分的曲率比第三圆弧部分的曲率要小。这样，在通过使用立铣刀等进行切削加工之际，由于在同一加工轨跻在无需来回往返，因此可以缩短生产时间，从而可望进一步降低制造成本。

实施方案5中所述的密封式压缩机为，在实施方案1至4的任一项的基础上，所述的致冷剂为碳氢化合物类致冷剂。这样，与使用现有的R134a致冷剂的压缩机相比，虽然气缸容积增大了，活塞的直径也相应地变大，致冷剂容易发生泄漏，但是，由于活塞相对于汽缸而言不容易在水平方向上发生倾斜，致冷剂的泄漏可以得到抑制，体积效率的降低也能防止，从而可使效率进一步得到提高。

附图说明

图1为本发明的一个实施例中的密封式压缩机的纵剖面图，

图2为该密封式压缩机中所使用的活塞及周围部件经放大后的示意图，

图3为该密封式压缩机中的活塞的俯视图，

图4为该密封式压缩机中的活塞上的低洼部分深度和效率系数之间的特性图，

图5为表示该密封式压缩机中所使用的活塞的低洼部分加工方法的概略示意图，

图6为现有密封式压缩机的纵剖面图，

图7为现有密封式压缩机中所使用的活塞的斜视图。

上述附图中，101为密封壳体，105为压缩机构，106为润滑油，110为曲轴，111为主轴部分，112为偏心部分，120为供油装置，130为气缸体，131为汽缸，140为活塞，146为连杆，150为活塞的外侧面，151为顶面，152为裙侧面，153为低洼部分，154为上侧面，155为下侧面，156为与顶面侧之间的连接圆弧，157为向裙边一侧凸出的部分，170为活塞轴线。

具体实施方式

下面参照附图来对本发明的一个实施例进行详细说明。需要说明的是，本发明的技术范围不受这一实施例的限制。

图1为本发明的实施例中的密封式压缩机的纵剖面图，图2为该密封式压缩机中所使用的活塞及周围部件经放大后的示意图，图3为该密封式压缩机中所使用的活塞的俯视图，图4为本实施例的特性图，横轴表示活塞的低洼部分深度，纵轴表示效率系数(COP)。图5为表示该密封式压缩机中所使用的活塞的低洼部分加工方法的概略示意图。

如图1至图3中所示，密封壳体101内安装有电动机构104、以及由该电动机构104加以驱动的压缩机构105。电动机构104中包括定子102和转子103，由变频器加以驱动，可以在包含电源频率以下的工作频率在内的多个频率上工作。另外，密封壳体101内存积有润滑油106。

本发明的密封式压缩机中所使用的致冷剂为全球变暖系数低的自然致冷剂，如碳氢化合物类致冷剂R600a。

曲轴110中包括：套有并固定着转子103的主轴部分111；和相对于主轴部分111呈偏心状态的偏心部分112。另外，曲轴110被大致设置在垂直方向上。

供油装置120中包括：形成在曲轴110的内部的、一端在润滑油106中开口、另一端与粘液泵121相连通的离心泵122；和与粘液泵121的另一端相连的、在密封壳体101内的空间开口的竖孔部分123和横孔部分124。

气缸体130中设有大致呈圆筒形的汽缸131和用于将主轴部分111保持在轴向上的主轴承132。汽缸131的上部设有弯曲的挡油部分134。

活塞140以可以自如地往复滑动的方式插入到气缸体130中的汽缸131内，经连杆146与偏心部分112相联接。另外，如图1中所示的那样，活塞140的部分裙侧面在下止点附近呈从汽缸131内伸出的构成。

在活塞的外侧面150上，设有至少在下止点附近与密封壳体101内的空间相连通、且与活塞140的顶面151及裙侧面152不连通的低洼部分153(见图3)，所述低洼部分153形成在活塞140的圆周面的上侧面154及下侧面155上。

低洼部分153在平面上展开(压平)时的形状为使活塞140与汽缸131内壁之间的互相滑动部分的宽度在朝向活塞裙边的方向上逐渐增大的曲线形状，且不构成与活塞140的轴心平行的任何平行线。此外，低洼部分的轮廓包括：向裙边一侧伸出的第一圆弧部分157，平行于活塞顶面的第二部分，连接第一圆弧部分和第二部分的第三圆弧部分156，其中，第一圆弧部分157的曲率比第三圆弧部分156的曲率要小。

低洼部分153的深度为50μm至400μm。用于使低洼部分153加工成形的立铣刀被设置成沿低洼部分153的外表面转动一周就能加工出低洼部分153的形状。另外，低洼部分153的总面积被设置成超过活塞的外圆周面150的面积的一半。

活塞140的周围的顶面附近，设有多个环状低洼部分191。

下面对具有上述构成的密封式压缩机中的操作和产生的作用进行说明。

电动机构104中的转子103使曲轴110发生旋转，偏心部分112的转动通过连杆146和活塞销传递到活塞140上，从而使活塞140在汽缸131内作往复运动。这样，致冷剂气体会从冷却回路(图中未示出)吸入到汽缸131内，经压缩后再排出到冷却回路中。

另一方面，随着曲轴110的旋转，离心泵122也发生旋转，供油装置120利用由此产生的离心力使润滑油106在离心泵122内上升，并且使到达粘液泵121中的润滑油106在粘液泵121内继续上升，并从纵孔部分123和横孔部分124撒布到密封壳体101内。

撒布出来的润滑油106碰到挡油部分134后，会沿汽缸体上的导油槽流动，然后沾附在活塞的外侧面150上。沾附着的润滑油106在活塞140作往复运动时会流到活塞的外侧面150上及低洼部分153、环状低洼部分191中，对活塞的外侧面150和汽缸131之间进行润滑。

在本实施例中，由于活塞140的部分裙边在下止点附近如图1及图2中所示的那样从汽缸131内伸出，故当活塞140到达下止点时，低洼部分153将从汽缸131中露出，接住润滑油106，这样，润滑油106能够充分地加到低洼部分153中。

这里，为了使低洼部分153在平面上展开时的形状中不形成与活塞140的轴心平行的平行线，低洼部分153被制成滑动部分的宽度在朝向活塞140的裙边方向上逐渐增大的曲线形状。这样，进入到低洼部分153中的润滑油106会被贮存在低洼部分153的上端部附近，在活塞140从下止点运动到上止点时会被送入汽缸131的深处；在活塞140从上止点运动到下止点时，润滑油106会随着活塞140的运动被加到汽缸131和活塞的外侧面150之间，对顶端滑动面附近进行有效的润滑。

在这一作用下，汽缸131和活塞的外侧面150之间能够维持充分的油膜，因此可以得到极高的密封性，体积效率能够得到提高，从而使冷冻能力也得到提高。

此外，通过将低洼部分153设置成其平面展开时的形状中不形成任何与活塞140的轴心平行的平行线，可以防止存在与活塞140的轴心平行的平行线时发生的往复运动方向上的阶梯摩损等局部摩损，提高润滑性能，从而得到极高的可靠性。

另外，当活塞140位于上止点附近时，汽缸131内的致冷剂被压缩，成为高压，故致冷剂气体具有从汽缸131和活塞的外侧面150之间发生泄漏的倾向。此时，在汽缸131内产生的压缩负载(压缩反作用力)会通过活塞销、连杆146将曲轴110推向下止点方向，使曲轴110中相对于垂直方向产生很大的弯曲，活塞140相对于汽缸131则具有在水平方向上发生倾斜的趋势。但是，在本实施例中，由于活塞上的低洼部分153的形状中形成了滑动宽度朝活塞140的裙边方向逐渐增大的曲率，故对于倾斜具有很大程度的纠正能力，从而可以防止活塞140发生大幅度的倾斜。

这样，不但可以抑制致冷剂从汽缸131泄漏至密封壳体101内，同时还可以减少倾斜时发生的对滑动部分的侧压负载，防止局部摩损，提高滑动部分的可靠性。

图4中示出了现有的压缩机和本实施例中的压缩机的低洼部分深度和效率系数(W/W)特性之间的关系。这里的致冷剂使用的是R600a。

从图4中可以看出，将低洼部分153从活塞外侧面算起的深度设置成50μm至400μm后，在电冰箱等的节能效果较高的低速操作过程中，可以使降低粘性阻力引起的滑动损失的效果和防止致冷剂气体泄漏的密封效果同时达到最佳，故能实现很高的效率。

另外，当低洼部分153的深度超过400μm时，效率系数会发生下降，其原因可以认为是：当低洼部分153太深时，存积在其中的润滑油就不易传播到活塞140周围，密封性将会恶化。另一方面，在加工尺寸的管理方面，较浅的尺寸也是以50μm为极限。

另外，如图3、图5中所示，低洼部分153的形状大致为朝活塞140的裙边一侧伸出的半月状，低洼部分的轮廓包括：向裙边一侧伸出的第一圆弧部分157，平行于活塞顶面的第二部分，连接第一圆弧部分和第二部分的第三圆弧部分156，其中，第一圆弧部分157的曲率比第三圆弧部分156的曲率要小，因此，通过使立铣刀一边沿活塞140的轴线进行往复运动、一边沿低洼部分153的周围运动一周，就可以加工出低洼部分153，对于同一加工轨跻无需进行多次往返，在短时间就能加工完成，从而可以缩短生产时间，提高生产效率，降低制造成本。

此外，由于R600a致冷剂的密度比常规电冰箱中使用的R134a致冷剂要小，故为了得到与使用R134a致冷剂的密封式压缩机相同的冷冻能力，在使用R600a致冷剂的场合下需要增大气缸容积，活塞140的外径也会变大，因此，由于其流路面积增大，从汽缸：131泄漏到密封壳体101内的致冷剂量也会增加。但是，由于本实施例的活塞140相对于汽缸131不易发生倾斜，从而可以产生很好的提高效率的效果。

另外，在曲轴110上隔着偏心部分112设有与主轴部分111同轴的副轴部分的场合下，偏心部分112的两端都会被支承在轴向上，故曲轴110几乎不会发生倾斜，活塞140相对于汽缸131更不易在水平方向上发生倾斜，活塞140的运动将更加稳定。这样，不但可以降低滑动损失，同时还可以抑制噪声的增大，实现高效率和低噪声。

综上所述，本发明中的压缩机由于能够在降低活塞周围的滑动损失的同时提高保油性，因此不但可望实现高效率，同时还可以抑制活塞滑动时的倾斜，提高滑动部分的可靠性，故可以广泛适用在空调装置、自动售货机等的密封式压缩机中。

Claims

1.一种密封式压缩机，其特征在于：密封壳体内存积有润滑油，并装有对致冷剂气体进行压缩的压缩机构，所述压缩机构中包括：

设置在垂直方向上、具有主轴部分及偏心部分的曲轴；形成汽缸的气缸体；在所述汽缸内进行往复运动的呈圆筒形的活塞；将所述偏心部分和所述活塞加以联接的连杆；和将所述润滑油供给到活塞周围的供油装置，

所述活塞的周围的上侧面及下侧面上设有至少在下止点附近与所述密封壳体内的空间相连通、但与所述活塞的顶面及裙侧面不发生连通的低洼部分，另外，

在至少在下止点附近与所述密封壳体内的空间相连通的部分中，所述低洼部分在平面上展开时的形状中不形成与活塞轴线相平行的平行线。

2.如权利要求1中所述的密封式压缩机，其特征在于：所述低洼部分在平面展开时的形状中不形成任何与活塞轴线相平行的平行线。

3.如权利要求1所述的密封式压缩机，其特征在于：所述低洼部分的从活塞外表面算起的深度被设定为50μm至400μm。

4.如权利要求1所述的密封式压缩机，其特征在于：所述低洼部分的形状为向活塞的裙边一侧伸出的、大致呈半月状的形状，低洼部分的轮廓包括：向裙边一侧伸出的第一圆弧部分，平行于活塞顶面的第二部分，连接第一圆弧部分和第二部分的第三圆弧部分，其中，第一圆弧部分的曲率比第三圆弧部分的曲率要小。

5.如权利要求1至4中的任一项所述的密封式压缩机，其特征在于：所述的致冷剂为碳氢化合物类致冷剂。