CN102933851B - 压缩机 - Google Patents

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Abstract

通过使用由以在碳和碳之间具有双键的氢氟烯烃为基础成分的制冷剂构成的单一制冷剂或包含该制冷剂的混合制冷剂作为工作制冷剂，并使排出端口（14）的轴向长度（L）比设置有排出端口（14）的部件的厚度（H）小，由此，排出端口（14）的流路方向长度变短，压力损失降低，能够抑制压缩机构部（4）中的不需要的压力上升并抑制制冷剂的温度上升，同时，能够进一步减小被高压制冷剂气体充满的排出端口（14）的容积，所以通过抑制压缩机构部（4）排出结束后残留的排出端口（14）内的高压制冷剂气体的向低压侧压缩室（9）的逆流量，也能够抑制再膨胀、再压缩导致的制冷剂的温度上升。

Description

压缩机
技术领域
本发明涉及能够安装于在采用以不含有氯原子的全球变暖系数低的在碳和碳之间具有双键的氢氟烯烃为主体的制冷剂作为工作制冷剂的室内空调机、冷藏库、其它的空气调节装置、热泵热水器等的制冷循环中的压缩机。
背景技术
在现有的制冷装置中，作为工作制冷剂正过渡为臭氧层破坏系数为0的HFC（氢氟烃）类，但是另一方面由于该HFC类制冷剂的全球变暖系数非常高而在近年来成为问题。所以，在专利文献1中，公开有不含有氯原子且全球变暖系数低的在碳和碳之间具有双键的氢氟烯烃为主体的制冷剂。
但是，上述制冷剂具有在高温下容易分解的性质，所以需要抑制温度上升。
作为压缩机构部内的制冷剂的温度上升的主要原因，主要列举有以下的三个。第一个是隔热压缩导致的温度上升，是在理论是不能避免的温度上升。第二个是在制冷剂气体的压缩过程中产生的压力损失或泄漏、受热等，一般是被称为压缩损失的动力损失导致的温度上升。第三个是在各滑动部产生的摩擦热等，一般是被称为机械损失的动力损失导致的温度上升。
为了解决在高温下容易分解的问题，在图9所示的专利文献2的旋转式压缩机中，通过由非金属构成压缩机构部的各滑动部的至少一个表面，来抑制金属彼此的直接接触导致的温度上升。例如，在活塞101的外周和叶片102的前端102a，在叶片102的表面实施有DLC－Si涂层。这是降低上述温度上升主要原因中的第三个的机械损失的解决方法。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平4-110388号公报
专利文献2：日本特开2009-299649号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，上述专利文献2的现有的结构，着眼于作为上述的制冷剂温度上升主要原因的第三个的机械损失，对于降低制冷剂温度上升主要原因的第二个的压缩损失导致的温度上升抑制没有任何公开。
本发明解决上述现有的课题，目的在于提供一种压缩机，其通过降低压缩损失来抑制从压缩机构部排出的制冷剂气体的温度上升，防止因高温导致的制冷剂分解，能够实现高可靠性。
用于解决课题的方法
为了解决现有的课题，本发明的压缩机，其特征在于：使用由以在碳和碳之间具有双键的氢氟烯烃为基础成分的制冷剂构成的单一制冷剂或包含上述制冷剂的混合制冷剂作为工作制冷剂，在密闭容器内配置压缩机构部，将被上述压缩机构部压缩而成为高压的上述工作制冷剂向上述压缩机构部的外部排出的排出端口设置在上述压缩机构部，上述排出端口的轴向长度L比设置有上述排出端口的部件的厚度H小。
利用该结构，排出端口的流路方向长度变短，压力损失被降低，通过抑制压缩机构部中的不需要的压力上升，能够抑制制冷剂的温度上升，同时，能够进一步减小被高压制冷剂气体充满的排出端口的容积，所以抑制压缩机构部排出结束后残留的排出端口内的高压制冷剂气体的向低压侧压缩室的逆流量，由此也能够抑制再膨胀、再压缩导致的制冷剂的温度上升。
发明效果
本发明的压缩机使用以在碳和碳之间具有双键的氢氟烯烃为基础成分的制冷剂，所以有助于防止臭氧层破坏和防止全球变暖，并且，以该制冷剂在高温下不分解的方式缩短排出端口的流路方向长度，由此能够降低排出损失，抑制排出制冷剂气体的温度上升。
附图说明
图1是本发明的实施方式1中的压缩机的纵截面图。
图2是本发明的实施方式1中的上轴承的正视图。
图3是本发明的实施方式1中的上轴承的截面图。
图4是本发明的实施方式1中的排出端口损失详细内容图表。
图5是本发明的实施方式1中的限定范围中的排出端口总损失图表。
图6是本发明的实施方式1中的广范围中的排出端口总损失图表。
图7是本发明的实施方式2中的下轴承的正视图。
图8是本发明的实施方式2中的下轴承的截面图。
图9是现有的压缩机中的压缩机构部正视图。
具体实施方式
第1发明是一种压缩机，使用由以在碳和碳之间具有双键的氢氟烯烃为基础成分的制冷剂构成的单一制冷剂或包含制冷剂的混合制冷剂作为工作制冷剂，在密闭容器内配置有压缩机构部，将被压缩机构部压缩而成为高压的工作制冷剂向压缩机构部的外部排出的排出端口设置于压缩机构部，其中排出端口的轴向长度L比设置有排出端口的部件的厚度H小，由此，排出端口的流路方向长度变短，压力损失被降低，通过抑制压缩机构部中的不需要的压力上升，能够抑制制冷剂的温度上升，同时，能够进一步减小被高压制冷剂气体充满的排出端口的容积，所以通过抑制压缩机构部排出结束后残留的排出端口内的高压制冷剂气体的向低压侧压缩室的逆流量，也能够抑制再膨胀、再压缩导致的制冷剂的温度上升。
第2发明，特别是第1发明的压缩机中，压缩机为旋转方式，其中，压缩机构部，由上轴承和下轴承夹着气缸和旋转活塞、叶片而形成压缩室，伴随驱动轴的旋转，旋转活塞旋转，由此进行压缩动作，由此，作为现有使用的制冷剂用压缩机具有长年的实际成果，结构简单且成本低，并且，具有实际使用时的制冷剂密度比HFC410A和HFC22小且容易应对需要使行程容积比较大的课题的优点，能够提供高可靠性且低成本的压缩机。
第3发明，特别是在第1或第2发明的压缩机中，采用以在碳和碳之间具有双键的氢氟烯烃为基础成分、与不具有双键的氢氟烃混合而成的制冷剂，作为工作制冷剂，由此，与氢氟烃制冷剂相比制冷剂密度小，且与单一使用容易产生压力损失的氢氟烯烃制冷剂的情况相比压力损失变小，抑制排出端口中的温度上升并抑制制冷剂的分解，并且管路系统中的压力降下被缩小，循环效率提高。
第4发明，特别是第3发明的压缩机中，通采用氢氟烯烃为四氟丙烯（HFO1234yf）、氢氟烃为二氟甲烷（HFC32）的混合制冷剂，作为工作制冷剂，由此，以具有非常低的全球变暖系数GWP的HFO1234yf为基础成分有助于防止全球变暖，并且通过混合具有非常高的循环效率的HFC32，与单一使用HFO1234yf的情况相比，能够实现高的循环效率。
第5发明，特别是第3发明的压缩机中，采用氢氟烯烃为四氟丙烯（HFO1234yf）、氢氟烃为五氟乙烷（HFC125）的混合制冷剂，作为工作制冷剂，由此，以具有非常低的全球变暖系数GWP的HFO1234yf为基础成分有助于防止全球变暖，并且通过与不燃性的HFC125混合，能够降低HFO1234yf具有的微燃性的危险。
第6发明，特别是第1～5任一项的发明的压缩机中，设排出端口的直径为D时，D/L为3~8的范围，由此，维持与设置为R410A制冷剂用的压缩机的排出端口周边的压力差导致的变形形变同等等级，防止设置有排出端口的部件的损伤，并且排出端口的流路方向长度变短，压力损失被降低，通过抑制压缩机构部中的不需要的压力上升，能够抑制制冷剂的温度上升，同时，能够减小被高压制冷剂气体充满的排出端口的容积，所以通过抑制压缩机构部中排出结束后残留的排出端口内的高压制冷剂气体的向低压侧压缩室的逆流量，也能够抑制再膨胀、再压缩导致的制冷剂的温度上升。
第7发明，特别是第6的发明的压缩机中，设压缩机构部的行程容积为Vs、排出端口的容积为Vdp时，Vdp/Vs为0.0009~0.015的范围，由此能够使排出端口中产生的损失最小化，也使制冷剂温度上升导致的分解危险最小化，使压缩机效率最大化。
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。但是，并不由本实施方式限定本发明。
（实施方式1）
图1是本发明的实施方式1中的过给（增压）式压缩机的纵截面图。
在图1中，在密闭容器1内收纳有电动构件2。通过电动构件2的铅垂方向的驱动轴3驱动压缩机构部4。该压缩机构部4构成为由上轴承7和下轴承8夹着气缸5和旋转活塞6、叶片，形成压缩室9，进行压缩动作。在气缸5内收纳有与驱动轴3一体构成的曲轴偏芯部10，旋转活塞6旋转自如地安装于该曲轴偏芯部10。在气缸5中，未图示的叶片与旋转活塞6抵接设置，分隔为压缩室9和吸入室11。在气缸5设置有与吸入室11连通的吸入口12。
另外，为了防止压缩机的液压缩，吸入口12与蓄存器13连接，在压缩机直接吸入制冷剂气体之前，对制冷剂进行气液分离。
电动构件2被通电，当其驱动轴3进行旋转时，曲轴偏芯部10在气缸5内进行偏芯旋转，旋转活塞6边与未图示的叶片抵接并进行旋转运动，反复制冷剂气体的吸入、压缩。从蓄存器13的上端的制冷剂气体导入管被吸入至气缸5的低压制冷剂，通过蓄存器13被气液分离，成为完全的低压制冷剂气体，通过吸入口12被吸入到吸入室11。
被吸入的低压制冷剂气体因压缩室9的容积逐渐缩小而被压缩，通过设置于上轴承7的排出端口（参照图3）14，被排出至密闭容器1的内部空间。
图2是上轴承7的正视图，在排出端口14设置有排出止回阀15以使被压缩的高压制冷剂气体不发生逆流。
图3是在将上轴承7在排出止回阀15的长边方向上截断的截面图。排出止回阀15包括：使排出端口14开闭的舌形阀（Flapper valve）15a；和限制舌形阀15a打开时的升降的舌形阀15b，用螺栓16固定于上轴承7。
排出端口14的轴向长度L、即在安装有排出止回阀15的情况下的上轴承7的厚度设定为比与压缩室9相接的那些以外的部分的厚度H小。
对于以上方式构成的压缩机，以下说明其动作、作用。
舌形阀15a的排出端口14侧被压缩室9的压力的制冷剂气体充满，排出端口14的相反侧处于由制冷循环决定的排出压力Pd的制冷剂气体气氛。驱动轴3旋转进行压缩动作时，压缩室9和排出端口14内部的压力达到排出压力Pd，成为比其稍高的压力，由此，由于舌形阀15a表里的压力差，舌形阀15a打开，制冷剂气体向压缩机构部4的外部排出。
压缩完成的制冷剂气体被排出的期间，由于压力损失，排出端口14出口附近的压力变得比压缩室9的压力低，所以为了使排出端口14的出口压力为排出压力Pd，压缩室9的压力必须高于排出压力9。
为了打开舌形阀15a而上升若干压力时，除了压力损失导致的压缩室9的压力上升之外的、排出端口14和排出止回阀15中的整体的压力上升使用不需要的动力所以成为损失，在此称为排出损失。
排出行程结束后、舌形阀15a关闭，但在排出端口14内残留有压缩完成的高压制冷剂气体。驱动轴3进一步旋转，排出端口14对由吸入压力Ps的制冷剂气体充满的下一个压缩室9开口时，排出端口14内的制冷剂气体再次膨胀，大致成为吸入压力Ps。之后通过压缩动作再次被压缩，再膨胀和再压缩导致的不需要的动力也存在损失，在此称为再压缩损失。
上述的排出损失和再压缩损失其大体上是作为热量移动至制冷剂气体，所以从压缩机构部4排出后的高压制冷剂气体的温度变高相应部分。
另一方面，HFO1234yf为代表的不含氯的在碳和碳之间具有双键的氢氟烯烃，臭氧层破坏系数ODP为零，并且全球变暖系数GWP非常低，具有对防止臭氧层破坏和防止全球变暖有较大贡献的优点，用于各种制冷循环中。但是其分子键不稳定，也兼具有在高温下容易分解的缺点。
即，排出损失和再压缩损失越大制冷剂气体的温度越上升，存在变为高温而产生分解的危险。
抑制排出端口14中的压力损失降低排出损失，可以使排出端口14的流路方向的长度变短，抑制排出端口14的残留高压制冷剂气体的量降低再压缩损失，也同样可以使排出端口14的流路方向长度变短。
但是，如果为此缩小上轴承7的厚度H，则由于上轴承7的表里压力差而变形，上轴承7和旋转活塞6接触滑动，损害性能和可靠性。
于是，如本实施方式1的方式，仅缩小排出端口14和排出止回阀15的周围的厚度L，不损害上轴承7整体的刚性，则能够降低排出损失和再压缩损失，避免制冷剂的分解的危险。
另外，排出端口14周围的厚度为L的部位比厚度为H的其它的部位薄，所以特别是因表里压力差导致的变形变大。其最大变形σmax与压力差成比例，并且也与排出端口14的直径D和轴向长度L的纵横比D/L的平方成比例。
如果比较R410A制冷剂和本申请的制冷剂，则本申请的制冷剂的压力降低至大概0.4，所以能够允许至设计为R410A制冷剂用的现有的压缩机的排出端口周围的最大变形σmax的排出端口14的纵横比D/L为大约1.6倍。
设计为R410A制冷剂用的现有的压缩机的排出端口的纵横比D/L为大概2～5，在该范围内，能够实现压缩机的效率和可靠性的兼顾，与此相对，在使用本申请的制冷剂的情况下，通过将排出端口14的纵横比D/L设定为其大约1.6倍的3～8，能够实现排出端口14中的压力损失和再压缩损失的最小化导致的效率提高与压力差导致的上轴承7的排出端口14周围的损伤的防止，能够实现压缩机的效率和可靠性的兼顾。
排出端口14中的损失、即除了压缩所必需的动力之外多余施加的动力，基本上作为制冷剂的温度上升和噪音而被消耗，所以抑制制冷剂的温度上升导致的分解和降低排出端口14中的损失基本上是同义的。
图4是当使行程容积Vs为30cc、排出端口14的轴向长度L为1.8mm使排出端口14的直径D变化时的排出端口14的各损失占压缩机总输入的比例的图表。压缩机的运转条件是室内空调机频率最高的供冷中间条件。横轴是排出端口14的内部容积Vdp与行程容积Vs之比，描绘其内部容积Vdp内的高压制冷剂向低压侧的压缩室再膨胀，当被再压缩时的再压缩损失、制冷剂气体通过排出端口14时的压力损失导致的伴随压缩室内压力上升的动力损失（在此称为排出损失）、以及那些再压缩损失和排出损失的合计的总损失。
此外，即使空调机以外的热泵式热水器和冷冻冷藏库、除湿机等，大概的倾向也相同，并不被压缩机的应用范围和运转条件限定。
从图4也可知，随着Vdp/Vs变小（直径D小），压力损失导致的排出损失増大，另一方面，再压缩损失减少，总损失具有极小点。在该极小点，排出端口14中的损失最小，即制冷剂的温度上升最小。
如上所述，排出端口14的纵横比D/L为3～8最合适，图5表示从图4的总损失提取其范围的结果。图5是排出端口14的轴向长度L为1.8mm的情况下的总损失，但图6表示使纵横比D/L保持3～8的状态使轴向长度L变化时的图表。图6可知，换而言之，在排出端口14的适当的纵横比D/L中，使排出端口14的直径D和轴向长度L各种变化时的排出端口14中的总损失，其总损失具有极小点。
在图6中，Vdp/Vs大概在0.0025具有极小点，可见在其以下的范围中，排出损失的增大导致的急剧的总损失的增加。该总损失并不急剧变化，同时，作为能够使总损失为最小限的范围，优选使纵轴定义的压缩机总输入的排出端口14中的总损失的比例为2％以下。此时，Vdp/Vs的范围大概从0.0009至0.015。
此外，在本实施方式1中，以旋转活塞式旋转式压缩机作为一个例子进行了说明，但摆动叶片式和旋转叶片式等的旋转式压缩机、往复式压缩机和涡旋式压缩机等的其它的压缩方式的压缩机，也当然能够获得同样的效果。
作为工作制冷剂，即使使用在以HFO1234yf所代表的在碳和碳之间具有双键的氢氟烯烃为基础成分的单一制冷剂、或者在该制冷剂混合有其以外的制冷剂、例如氢氟烃和自然制冷剂的混合制冷剂，也留有制冷剂的分解的危险，所以能够获得同样的效果。
或者，也能够使用以氢氟烯烃为基础成分、与不具有双键的氢氟烃混合的制冷剂作为工作制冷剂。并且，也能够使用氢氟烯烃为四氟丙烯（HFO1234yf）、氢氟烃为二氟甲烷（HFC32）或五氟乙烷（HFC125）的混合制冷剂作为工作制冷剂。
但是，排出端口14的纵横比D/L和Vdp/Vs的最适范围因使用的制冷剂的压力和密度而改变，在上述混合制冷剂的情况下，随着氢氟烯烃的比例变小，接近R410A制冷剂的压力，所以排出端口14的纵横比D/L和Vdp/Vs的最适范围也靠近R410A制冷剂的情况。即，本申请的发明中的氢氟烯烃的比例越大，能够对防止臭氧层破坏和防止全球变暖防止进一步作出贡献，同时，通过使排出端口14的纵横比D/L和Vdp/Vs在最适范围，抑制温度上升导致的制冷剂分解的效果进一步变大。
（实施方式2）
图7是设置有排出止回阀15的下轴承8的正视图，图8是将下轴承8在排出止回阀15的长边方向上截断的截面图。排出止回阀15包括：使排出端口14开闭的舌形阀15a；和限制舌形阀15a打开时的升降的舌形阀15b，用螺栓16固定于上轴承7。
本实施方式2相对于实施方式1，为排出止回阀15移动至下轴承8的结构，能够获得与实施方式1同样的效果。
并且，下轴承8浸渍到蓄积于密闭容器1的下部的润滑油中，所以排出止回阀15产生的噪音因润滑油而衰减，难以向压缩机外部传出，所以能够提供低噪声的压缩机。
产业上的利用可能性
如上所述，本发明的压缩机提供使用以在碳和碳之间具有双键的氢氟烯烃为基础成分的制冷剂，有助于防止臭氧层破坏和防止全球变暖，并且，缩短排出端口的流路方向长度以使该制冷剂在高温下不分解，由此能够降低排出损失并抑制排出制冷剂气体的温度上升，也能够适用于使用在碳和碳之间具有双键的氢氟烯烃类制冷剂的空调机或热泵式热水器、冷冻冷藏库、除湿机等的用途。
附图符号说明
1密闭容器
2电动构件
3驱动轴
4压缩机构部
5气缸
6旋转活塞
7上轴承
8下轴承
9压缩室
10曲轴偏芯部
11吸入室
12吸入口
13蓄存器
14排出端口
15排出止回阀
15a舌形阀
15b舌形阀
16螺栓

Claims (6)

1.一种压缩机，其特征在于，包括：
使用由以在碳和碳之间具有双键的氢氟烯烃为基础成分的制冷剂构成的单一制冷剂或包含所述制冷剂的混合制冷剂作为工作制冷剂，在密闭容器内配置有压缩机构部，将被所述压缩机构部压缩而成为高压的所述工作制冷剂向所述压缩机构部的外部排出的排出端口设置于所述压缩机构部，其中
所述排出端口的轴向长度L比设置有所述排出端口的部件的厚度H小，设所述排出端口的直径为D时，D/L为3～8的范围。
2.如权利要求1所述的压缩机，其特征在于：
所述压缩机为旋转方式，其中，所述压缩机构部，由上轴承和下轴承夹着气缸和旋转活塞、叶片而形成压缩室，伴随驱动轴的旋转，所述旋转活塞旋转，由此进行压缩动作。
3.如权利要求1或2所述的压缩机，其特征在于：
采用以在碳和碳之间具有双键的氢氟烯烃为基础成分、与不具有双键的氢氟烃混合而成的制冷剂，作为工作制冷剂。
4.如权利要求3所述的压缩机，其特征在于：
采用氢氟烯烃为四氟丙烯(HFO1234yf)、氢氟烃为二氟甲烷(HFC32)的混合制冷剂，作为工作制冷剂。
5.如权利要求3所述的压缩机，其特征在于：
采用氢氟烯烃为四氟丙烯(HFO1234yf)、氢氟烃为五氟乙烷(HFC125)的混合制冷剂，作为工作制冷剂。
6.如权利要求1所述的压缩机，其特征在于：
设所述压缩机构部的行程容积为Vs、所述排出端口的容积为Vdp时，Vdp/Vs为0.0009～0.015的范围。
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