CN101900099A - 密闭型压缩机和冷冻冷藏装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供密闭型压缩机和冷冻冷藏装置，该密闭型压缩机在密闭容器内积存润滑油，并且收纳被电动机构驱动而压缩致冷剂的压缩机构，压缩机构包括：配置在铅直方向，具有主轴部和偏心部的曲轴；形成压缩室的块体；在压缩室内往复运动的圆筒形状的活塞；和将偏心部的旋转运动向活塞传递的连杆，活塞形成为，以通过其轴心并与曲轴垂直的平面为基准，其重心位于铅直方向上侧或铅直方向下侧。

Description

密闭型压缩机和冷冻冷藏装置

技术领域

本发明涉及密闭型压缩机和冷冻冷藏装置。

背景技术

近年来，对于在家庭用冷冻冷藏箱等冷冻装置中使用的密闭型压缩机，强烈需求电力消耗的降低效果高的结构。现有技术中，这种密闭型压缩机如日本公开专利特开2004-169684号公报所示，通过改善活塞的外形形状来降低活塞与缸体之间的滑动损失，而实现高效化。

以下，参照附图说明上述现有的密闭型压缩机。图9是现有的密闭型压缩机的纵截面图，图10是用于该密闭型压缩机的活塞的立体图。

在图9、图10中，在密闭容器1内，由定子2和转子3构成的电动机构4和被电动机构4驱动的压缩机构5被多个弹簧25悬架于内部从而被收纳。另外，在密闭容器1内的下部积存油6。

构成压缩机构5的曲轴10具有压入固定转子3的主轴部11，和形成为相对于主轴部11偏心的偏心部12，并且在主轴部11的内部以在油6中开口的方式设置油泵(未图示)。

块体(block)20具有大致圆筒形的缸体21，并且具有对主轴部11进行轴支承的轴承部22，形成在电动机构4的上方。活塞30往复滑动自由地插入在块体20的缸体21内，其与偏心部12之间被连结机构41连结。

活塞30由顶端面31、裙端面32和外周面33构成，与主轴部11平行地设置有活塞销孔38。在活塞销孔38中插入活塞销36，与连结机构41连结。

对于以上述方式构成的密闭型压缩机，以下说明其动作。

当对电动机构4供给电力时，转子3旋转，曲轴10被旋转驱动。此时，偏心部12的偏心旋转运动经由连结机构41传递给活塞30，活塞30在缸体21内往复运动。

随着活塞30的往复运动，密闭容器1内的致冷剂气体40从吸入消音器45被吸入缸体21内，并且低压的致冷剂气体40从冷却系统(未图示)流入密闭容器1内。被吸入缸体21内的致冷剂气体40被压缩，再次向冷却系统喷出。

密闭型压缩机的运转中，活塞30在缸体21内往复运动，由油泵运送到上方的油6被供给至缸体21与活塞30的外周面33的滑动部，对滑动部进行润滑并密封。

但是，上述现有的结构中，在压缩行程中从下止点朝向上止点去时，活塞30的顶端面31受到致冷剂的压缩载荷，经由连结机构41向活塞30的相反方向强力推压曲轴10，曲轴10发生挠曲。结果，活塞30在上下方向上大幅度倾斜，活塞30的姿势不稳定。

另外，在上述现有的结构中，对于活塞30相对于缸体21在上下方向上的倾斜，仅是被从活塞30的顶端面31的边缘到裙端面32的边缘的区间和活塞30的外周面33与缸体21的间隙限制。

其结果是，活塞30大幅度倾斜，从活塞30的上止点侧到下止点侧泄漏的致冷剂的量，经由由于活塞30的倾斜角度的增大而扩大的间隙变多，冷冻能力降低。

特别是在23rps这样的低速旋转中，随着冷冻能力的降低，滑动损失的比例增大，密闭型压缩机的效率变差，冷冻循环的电力消耗增大。

另外，在作为致冷剂使用R600a的情况下，活塞30的外径变大，容易发生致冷剂的泄漏，并且由于上下方向的活塞30的倾斜振动进一步增大，振动和冲击导致的滑动损失等效率的降低问题变得显著。在此，活塞30的倾斜振动是指，该活塞30的顶端面31受到致冷剂的压缩载荷，随着曲轴10的挠曲而活塞30的姿势变得不稳定。

发明内容

本发明是鉴于上述现有的问题而提出的，其目的在于提供一种可靠性高、冷冻能力和效率高的密闭型压缩机。

本发明的密闭型压缩机在密闭容器内积存润滑油，并且收纳有被电动机构驱动而压缩致冷剂的压缩机构，压缩机构包括：配置在铅直方向，具有主轴部和偏心部的曲轴；形成压缩室的块体；在压缩室内往复运动的圆筒形状的活塞；和将偏心部的旋转运动向活塞传递的连杆，活塞形成为，以通过其轴心并与曲轴垂直的平面为基准，重心位于铅直方向上侧或铅直方向下侧。

这样的密闭型压缩机，由于能够抑制活塞的不稳定动作，因此能够降低局部的滑动引起的滑动损失或磨耗。而且，本发明的密闭型压缩机能够防止容积效率的降低，因此可靠性变高。

附图说明

图1是本发明的实施方式的密闭型压缩机的纵截面图。

图2是用于该密闭型压缩机的活塞周围的机构放大图。

图3是用于该密闭型压缩机的活塞的上表面图。

图4是图3的A方向的向视图。

图5是本发明的实施方式的密闭型压缩机的特性图。

图6是用于该密闭型压缩机的其它活塞的上表面图。

图7是图6的B方向的向视图。

图8是表示本发明的实施方式的冷冻冷藏装置的结构的示意图。

图9是现有的密闭型压缩机的纵截面图。

图10是用于该密闭型压缩机的活塞的立体图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

(实施方式)

图1是本发明的实施方式的密闭型压缩机的纵截面图，图2是用于该密闭型压缩机的活塞周围的机构放大图，图3是用于该密闭型压缩机的活塞的上表面图，图4是图3的A方向的向视图。

另外，图5是本发明的实施方式的密闭型压缩机的特性图，横轴表示与运转密闭型压缩机的旋转数大致相同的电源频率，纵轴是表示容积效率的成绩系数C.O.P(COEFFICIENT OF PERFORMANCE)。

在图1～图4中，密闭型压缩机164在密闭容器101内收纳电动机构104和压缩机构161，并积存作为润滑油的油106。在此，电动机构104由定子102和转子103构成，由包含电源频率以下的运转频率的多个运转频率进行逆变驱动。压缩机构161由电动机构104驱动，配置在电动机构104的上方。另外，压缩机构161具有曲轴110、块体130、活塞140和连杆146。

在本实施方式中，作为在密闭型压缩机164中使用的致冷剂160使用作为温暖化系数低的碳氢化合物类致冷剂的R600a。

曲轴110具有压入固定转子103的主轴部111，和形成在相对于主轴部111偏心的位置的偏心部112，在大致铅直方向上配置。

供油机构120由离心泵122、粘性泵121、纵孔部123和横孔部124构成。在此，离心泵122设置于曲轴110的下部，在油106中开口。粘性泵121在主轴部111的外周以一端与离心泵122连通、另一端位于主轴部111的上部的方式螺旋状地形成。纵孔部123配置在粘性泵121的上方，在上端向密闭容器101内的空间开口。另外，纵孔部123在偏心部112中沿轴方向形成，且流入来自粘性泵121的油106。横孔部124在偏心部112中从纵孔部123的途中延伸出，在偏心部112的外周面开口。

块体130具有形成压缩室162的缸体131和对主轴部111进行轴支承的主轴承132。在缸体131的上部具有弯曲的碰接部134。

圆筒形状的活塞140以能够自由地往复滑动的方式插入块体130的缸体131中。连杆146是将偏心部112的旋转运动传递给活塞140的连结机构。连杆146的一端与偏心部112连结，另一端经由插入固定在活塞销孔141内的活塞销142与活塞140连结。

另外，活塞140设置有在裙端面152开口的空洞部198，在空洞部198中插入连杆146的一端，通过活塞销142连结。

由缸体131、往复滑动自由地插入缸体131内的活塞140和配置在缸体131的端面的阀板166，构成大致圆筒形的压缩室162。

活塞140以通过其轴心170并与曲轴110垂直的平面195为基准，被分为铅直方向上侧192和铅直方向下侧193。

在活塞140的外周面150形成有向径方向内侧凹陷的凹陷部163。凹陷部163具有铅直方向上侧192的第一凹陷部154和铅直方向下侧193的第二凹陷部155，第一凹陷部154和第二凹陷部155的容积(体积)形成为相同。

凹陷部163以与活塞140的顶端面151和裙端面152的任一个都不连通的方式形成。表示将凹陷部163平面展开时的形状的轮廓线，成为与活塞140的轴心170不形成任何平行线的形状。

图1表示活塞140位于下止点的状态。根据图1可知，当活塞140位于下止点附近时，活塞140的裙端面152侧的一部分从块体130的缸体131露出于密闭容器101内的空间。

进一步，根据图1可知，当活塞140位于下止点附近时，凹陷部163的第一凹陷部154和第二凹陷部155均是一部分从块体130的缸体131露出于密闭容器101内的空间。

进一步，凹陷部163的第一凹陷部154和第二凹陷部155的形状如以下所示。

活塞140的向裙端面152侧伸出的部分157的曲率形成为，小于与活塞140的顶端面151侧的大致直线的边缘部158相连的R形状156的曲率。

在铅直方向上侧192，左右对称地形成有从裙端面152向顶端面151凹陷的去除部194。

通过将去除部194设置在铅直方向上侧192，活塞140的铅直方向上侧192的重量比铅直方向下侧193的重量轻活塞140的总重量的0.5％～5％。其结果是，利用以铝材料等为主体的单一材料形成的活塞140，其重心位于铅直方向下侧193内。

关于如上所述构成的密闭型压缩机164，以下说明其动作和作用。

电动机构104的转子103使曲轴110旋转。偏心部112的旋转运动经由连杆146和活塞销142传递给活塞140，由此活塞140在缸体131内往复运动。

由此，致冷剂160从冷却系统(未图示)被吸入压缩室162内，在被压缩后再次向冷却系统喷出。

如图5所示，测量上述结构中的密闭型压缩机的容积效率，得到与现有的密闭型压缩机的容积效率相比，本实施方式的密闭型压缩机的容积效率与运转的转速无关地得到提高的结果。

通过将活塞140的铅直方向上侧192的重量形成为，比铅直方向下侧193的重量轻活塞140的总重量的0.5％以上5％以下，能够确认该容积效率提高的效果特别显著。

以下对于该容积效率提高的理由进行推测。

活塞140在压缩室162内沿水平方向往复运动时，由于重心位置向铅直方向下方偏移，因此作用于活塞140的铅直方向上侧192和铅直方向下侧193的各个的惯性力不同，构成不平衡的状态。因此，活塞140的裙端面152侧在缸体131内位于铅直方向下方，顶端面151侧位于铅直方向上方。或者，活塞140的裙端面152侧在缸体131内位于铅直方向上方，顶端面151侧位于铅直方向下方。于是，推测活塞140在铅直方向上下方向上倾斜滑动，或者变得容易倾斜滑动。

由于活塞140的倾斜滑动，在压缩室162和活塞140的余隙中存在油106，活塞140被油106的油膜从周围加压。即，在活塞140的前进方向上，存在于余隙较大的一侧(上止点侧)的油膜，随着活塞140的前进，使余隙较小的一侧(活塞140的下止点侧)也确保膜厚较厚的所谓楔效应起作用。

另一方面，在活塞140的前进方向上，在活塞140的下止点侧端部，伴随上述楔效应，以余隙变小的方式被加压。另外，在该余隙中存在油106，起到抑制余隙缩小的作用。这样，在压缩室162中，形成与楔效应的加压作用平衡的油106的油膜厚度的所谓压延(しぼり)效应起作用。

换言之，通过活塞140的倾斜滑动，能够促进油106的油膜的润滑的楔效应和压延效应。即，在活塞140与缸体131的形成压缩室162的内壁面的滑动中，油膜压力上升，活塞140往复运动时能够形成稳定的润滑状态。因此，推测能够降低滑动损失。

另外，根据本实施方式，使用单一的材料形成活塞140。但是，也可以通过不同种类的金属的组合而形成活塞140，使活塞140的重心位于铅直方向上侧192或铅直方向下侧193。

即，通过将热膨胀系数相等且比重不同的金属埋入设置，或压入嵌合、螺纹固定而构成活塞140，使重心位置变化。由此，能够防止密闭型压缩机运转时的温度变化所引起的活塞140的变形。因此，能够解决伴随活塞140的变形而滑动损失增大，或伴随从活塞140与缸体131之间的致冷剂的泄漏而容积效率降低的问题。

本发明的实施方式中，使活塞140的重心位置变化，并且使活塞140与缸体131的热膨胀同等。由此，能够与热膨胀无关地将活塞140与缸体131之间的余隙维持为大致均匀。而且，在组装工序中，也不需要考虑热膨胀而进行尺寸管理这样的在生产上效率极低的管理，能够实现生产性的提高。

接着，说明设置于活塞140的去除部194的重量。

如在上述活塞140的结构中所说明的那样，活塞140形成为铅直方向上侧192的重量比铅直方向下侧193的重量轻活塞140的总重量的0.5％以上5％以下，效率提高效果特别显著。

推测在活塞140的铅直方向上侧192与铅直方向下侧193的重量差低于活塞140的总重量的0.5％的情况下，效率提高效果变小是因为，不太能够促进油106进行润滑的楔效应和压延效应，滑动损失的降低效果较小。

另外，活塞140的铅直方向上侧192与铅直方向下侧193的重量差超过活塞140的总重量的5％的情况下，效率提高效果变小是因为，由于活塞140倾斜滑动，在活塞140与缸体131之间的滑动中局部的摩擦系数变大。于是推测其抵消了油106进行润滑的楔效应和压延效应。

另一方面，供油机构120利用伴随曲轴110的旋转，离心泵122进行旋转所产生的离心力，使油106在离心泵122内上升。进一步，使到达粘性泵121的油106在粘性泵121内上升，从纵孔部123和横孔部124散布到密闭容器101内。

分散的油106碰到碰接部134，经由切口部135从上方滴落附着在活塞140的外周面150。这时，在活塞140位于下止点的状态下，形成为包含凹陷部163的一部分从块体130露出，因此，分散的油106经由切口部135从上方直接大量供给至凹陷部163并被保持。

另外，滴落附着在外周面150的油106随着活塞140的往复运动，被供给至凹陷部163以外的外周面150、环状槽191等，对外周面150与缸体131之间进行润滑。

特别是，在活塞140从下止点向上止点去时，随着活塞140的运动，油106有效地被引入缸体131与外周面150之间。

在此，凹陷部163以在平面展开其形状时，与活塞140的轴心170不形成任何平行线的方式，形成为滑动幅度在活塞140的裙方向增大的曲线形状。因此，进入凹陷部163的油106能够容易地被运送且储存到凹陷部163的顶端面151侧的大致直线的边缘部158附近，而且油106也从凹陷部163供给并储存在环状槽191中。

其结果是，大量的油106被供给至缸体131和活塞140的滑动部，并以良好的状态被保持。

通过该作用，在缸体131与外周面150之间维持充分的油膜，因此能够得到极高的密封性，容积效率提高，由此得到冷冻能力的提高。

进一步，将凹陷部163平面展开时的形状，与活塞140的轴心170不形成任何平行线。由此，能够防止在与活塞140的轴心170形成平行线时产生的、往复运动方向的磨耗等局部磨耗。于是，本发明的密闭型压缩机能够提高润滑性，并且同时能够得到极高的可靠性。

另外，在本实施方式中，在活塞140的铅直方向上侧192，左右对称地形成有从裙端面152向顶端面151凹陷的去除部194。但是，将活塞140组装在电动机构104的下方，使去除部194位于铅直方向的下方时，根据实验同样也能够提高容积效率。

上述的活塞140的润滑性的提高技术和使活塞140的重心位于铅直方向的上侧或下侧的效率提高技术分别有助于压缩机164的容积效率提高。但是，得到下述结论：利用活塞140的润滑性的提高技术，能够使活塞140的重心的效率提高技术进一步提高，与现有的密闭型压缩机相比较，容积效率提高的比例显著。

进一步，在以23rps以下的转速进行运转时，密闭型压缩机164相对于全损失的固定损失的比率较大。在电力消耗的降低效果高的低转速运转中，能够实现滑动损失的减少和低振动化，其效果在低转速运转中特别显著。

另外，致冷剂R600a的密度相比于一直以来用于电冰箱等中的致冷剂R134a较小。因此，为了得到与使用致冷剂R134a的密闭型压缩机164相同的冷冻能力，在使用致冷剂R600a的情况下，气筒容积变大，活塞140的外径变大。

其结果是，经由缸体131与活塞140的间隙，致冷剂160向密闭容器101内泄漏的流路截面积变大，致冷剂160容易泄漏。

但是，根据本实施方式的活塞140的润滑性的提高技术，能够使活塞140和缸体131的滑动部的润滑性提高，提高缸体131与活塞140的间隙的密封性。因此，即使使用致冷剂R600a且活塞140的外径变大，也能够有效地降低致冷剂160的泄漏。

另外，在搭载有以上所述的效率高的密闭型压缩机164的冷冻装置中，能够进一步降低电力消耗。

另外，在活塞140的铅直方向上侧192设置去除部194，使活塞140的重心位于铅直方向下侧193内。但是也可以不设置去除部194，将第一凹陷部154形成为比第二凹陷部155大的容积。由此使活塞140的重心位于铅直方向下侧193内。进一步，也可以将第一凹陷部154形成为比第二凹陷部155小的容积，使活塞140的重心位于铅直方向上侧192内。

另外，也可以不设置去除部194、第一凹陷部154和第二凹陷部155，将活塞140的铅直方向上侧192和铅直方向下侧193的体积形成为不同。例如可以考虑下述结构：以在密闭型压缩机164的运转中对活塞140与缸体131的形成压缩室162的内壁面的余隙变化几乎没影响的程度，局部使用不同的金属。

如上所述，活塞140以重心位于铅直方向上侧192或铅直方向下侧193的方式形成即可。其结果是，确认密闭型压缩机164的运转时的容积效率提高，用于实现该结构的详细结构存在多个。

例如，作为去除部194，在图6和图7中表示图3和图4所示的结构以外的结构。图6是本发明的实施方式的密闭型压缩机中使用的另一活塞的上表面图，图7是图6的B方向的向视图。

在图6和图7中，去除部194是从活塞140的裙端面152向顶端面151设置的孔。另外，去除部194位于铅直方向上侧192，并且设置在关于通过轴心的垂直平面199对称的位置。当然，去除部194也可以设置在铅直方向的下方。

另外，在本实施方式中，将压缩机构161配置在电动机构104的上方，但是也可以将压缩机构161配置在电动机构104的下方。但是，从振动的观点出发，优选将压缩机构161配置在电动机构104的上方，使得能够抑制从作为振源的压缩机构161经由弹簧196向密闭容器101传递振动。

图8是表示本发明的实施方式的冷冻冷藏装置的结构的示意图。通过采用搭载有密闭型压缩机164的例如作为家用电冰箱的冷冻冷藏装置165，能够降低电力消耗。

即，在图8中，装置主体221包括：具有第一门223a的第一储藏室222a；和具有第二门223b的第二储藏室222b。此处，第一储藏室222a和第二储藏室222b的前表面开口，被隔热材料包围。另外，第一门223a、第二门223b分别对第一储藏室222a、第二储藏室222b的开口进行开关，且具有隔热性。另外，第一储藏室222a和第二储藏室222b经由连接通路224a、224b连通。

进一步，在装置主体221的内部设置有利用配管环状连结密闭型压缩机164、冷凝器226、减压装置227、蒸发器228而构成的冷冻循环。蒸发器228配置在第一储藏室222a。另外，在第一储藏室222a设置有送风机229。送风机229使被蒸发器228冷却的冷气在第一储藏室222a内如箭头a所示地进行循环。另外，第二储藏室222b通过箭头b所示的经由连接通路224a、224b流入的第一储藏室222a的一部分冷气的循环而被冷却。

于是，如上所述通过搭载高效率的密闭型压缩机164，冷冻冷藏装置165能够进行效率高的冷却运转。由此，能够得到抑制了电力消耗的冷冻冷藏装置165。

Claims (9)

1.一种密闭型压缩机，其特征在于：

在密闭容器内积存润滑油，并且收纳有被电动机构驱动的、压缩致冷剂的压缩机构，

所述压缩机构包括：配置在铅直方向，具有主轴部和偏心部的曲轴；

形成压缩室的块体；

在所述压缩室内往复运动的圆筒形状的活塞；和

将所述偏心部的旋转运动向所述活塞传递的连杆，

所述活塞形成为，以通过其轴心并与所述曲轴垂直的平面为基准，重心位于铅直方向上侧或铅直方向下侧。

2.如权利要求1所述的密闭型压缩机，其特征在于：

所述压缩机构配置在所述电动机构的上方，所述活塞形成为其重心位于所述铅直方向下侧。

3.如权利要求1或2所述的密闭型压缩机，其特征在于：

所述活塞形成为所述铅直方向上侧和所述铅直方向下侧的体积不同。

4.如权利要求3所述的密闭型压缩机，其特征在于：

所述活塞形成为，在其外周面具有向径方向内侧凹陷的凹陷部，所述凹陷部具有所述铅直方向上侧的第一凹陷部和所述铅直方向下侧的第二凹陷部，所述第一凹陷部和所述第二凹陷部的体积不同。

5.如权利要求1所述的密闭型压缩机，其特征在于：

所述活塞形成为，所述铅直方向上侧的重量比所述铅直方向下侧的重量轻，所述铅直方向上侧的重量与所述铅直方向下侧的重量的差值的范围是所述活塞的总重量的0.5％以上5％以下。

6.如权利要求4所述的密闭型压缩机，其特征在于：

所述凹陷部在所述活塞位于下止点时一部分从所述块体露出。

7.如权利要求1所述的密闭型压缩机，其特征在于：

该密闭型压缩机以23rps以下的转速运转。

8.如权利要求1所述的密闭型压缩机，其特征在于：

所述致冷剂为碳氢化合物类致冷剂的R600a。

9.一种冷冻冷藏装置，其特征在于：

搭载有权利要求1所述的密闭型压缩机。

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