CN108506189B - 压缩机用活塞、压缩机以及热泵单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压缩机用活塞、压缩机以及热泵单元。至少一实施方式的压缩机用活塞包括：活塞本体部，具有顶面，所述顶面与气缸一同形成对气体进行压缩的压缩室；以及突部，以沿着所述活塞本体部的轴方向从所述顶面突出的方式而设，所述突部是以与所述轴方向正交的方向的尺寸随着朝向所述突部的前端而变小的方式形成，沿着与所述轴方向正交的方向的剖面形状为圆形，所述突部中的对所述顶面的连接部从所述顶面朝向所述突部的前端而逐渐缩径，且沿着所述轴方向的剖面呈凹状的曲面。

Description

压缩机用活塞、压缩机以及热泵单元

技术领域

本发明涉及一种压缩机用活塞(piston)、压缩机以及热泵单元(heat pumpunit)。

背景技术

压缩机例如适用于冷冻循环，用于制冷剂的压缩。

例如专利文献1所揭示的压缩机为往复运动压缩机，具备活塞、气缸(cylinder)、吸入室、喷出室、吸入阀及喷出阀。在往复运动压缩机的运转过程中，当从外部对曲轴供给动力而活塞往复运动时，压缩对象气体从吸入室通过吸入阀被吸入气缸内之后受到压缩，然后，通过喷出阀喷出至喷出室。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2011-214463号公报

专利文献2：日本专利特开2013-36381号公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

一般而言，在往复运动压缩机中，设有：气体的压缩室，由活塞的顶面与气缸所形成；喷出室(排气室)，用于排出经压缩的气体；以及排气阀，用于切换压缩室与排气室的连通状态。而且，在往复运动压缩机中，有时会将吸入室与吸入阀设于气缸与排气室之间的构件中，使压缩室与排气室连通的连通孔有时是贯穿前述构件而形成。但是，所述连通孔对于压缩机而言，成为死容积(也称作间隙容积)。就此未被排出而残留的压缩气体在吸入工序时会再膨胀，因此会产生再膨胀/再压缩损失，即，相应的吸入气体量下降，进而，需要再压缩动力，因而造成隔热效率下降。

因此，考虑如专利文献2所揭示的压缩机那样，在活塞的顶面设置突部，当活塞接近上止点时，使突部插入连通孔内，由此来降低死容积，提高性能系数。

但是，若不将突部设为适当的形状，则压缩阻力会增加，从而导致压缩机的驱动动力增加。

压缩机的隔热效率是与体积效率成正比，与驱动动力成反比，因此即使吸入气体量增加，但若压缩机的驱动动力增加，则隔热效率仍有可能下降。

有鉴于所述状况，本发明的至少一实施方式的目的在于，提供一种能够减少死容积以抑制隔热效率下降的压缩机用活塞、压缩机以及热泵单元。

[解决问题的技术手段]

(1)至少一实施方式的压缩机用活塞包括：

活塞本体部，具有顶面，所述顶面与气缸一同形成对气体进行压缩的压缩室；以及

突部，以沿着所述活塞本体部的轴方向从所述顶面突出的方式而设，

所述突部是以与所述轴方向正交的方向的尺寸随着朝向所述突部的前端而变小的方式形成，

沿着与所述轴方向正交的方向的剖面形状为圆形，

所述突部中的对所述顶面的连接部从所述顶面朝向所述突部的前端而逐渐缩径，且沿着所述轴方向的剖面呈凹状的曲面。

通过将所述(1)的结构的压缩机用活塞用于压缩机，能够使死容积最佳化而抑制隔热效率的下降。即，如上所述，一般而言，在往复运动压缩机中，设有气体的压缩室、用于排出经压缩的气体的排气室、及用于切换压缩室与排气室的连通状态的排气阀。而且，在往复运动压缩机中，有时会在安装排气阀的构件上形成使压缩室与排气室连通的连通孔。

在将所述(1)的结构的压缩机用活塞用于此种往复运动压缩机的情况下，当压缩机用活塞在压缩机的气缸内移动到上止点侧时，突部会侵入连通孔内，由此，能够降低死容积以减少再膨胀气体量。而且，如以下所说明的那样，能够抑制压缩阻力以降低压缩机的驱动动力，因此能够抑制隔热效率的下降。

即，在将所述(1)的结构的压缩机用活塞用于所述往复运动压缩机的情况下，经压缩机用活塞压缩的气体流经连通孔。在突部侵入连通孔之后，经压缩机用活塞压缩的气体流经连通孔与突部之间。因此，在突部侵入连通孔之后，连通孔中的气体流路的剖面积相应地减少突部的剖面积的量。

但是，根据所述(1)的结构，由于突部的与轴方向正交的方向的尺寸随着朝向突部的前端而变小，因此在侵入至连通孔的突部与连通孔的内壁面之间所形成的间隙从压缩室朝向排气室而变宽。因此，能够缓和突部开始侵入连通孔时的气体流路剖面积的变化，从而能够抑制压缩室内的气体排出不够充分而产生过压缩。而且，在从突部开始侵入连通孔，直至活塞到达上止点为止的期间内，经由突部与连通孔的内壁面之间的间隙而从压缩室朝向排气室的气体的流动难以受到阻碍。因而，能够抑制压缩阻力以降低压缩机的驱动动力，从而能够抑制隔热效率的下降。而且，能够抑制压缩机的噪音或振动。

进而，尽管突部的与轴方向正交的方向的尺寸随着朝向突部的前端而变小，但只要将在通过铸造来制造压缩机用活塞时所设定的起模斜度兼设定为突部的形状，便能够省略铸造后的突部的机械加工，从而能够降低制造成本。

根据所述(1)的结构，突部的、沿着与轴方向正交的方向的剖面形状为圆形。

所述的往复运动压缩机中，一般而言，连通孔的、沿着与气缸的轴方向即活塞本体部的轴方向正交的方向的剖面形状为圆形。因此，根据所述(1)的结构，突部的沿着与轴方向正交的方向的剖面形状与连通孔的剖面形状为同样的形状，因此能够效率良好地降低死容积。由此，能够减少再膨胀气体量。

根据所述(1)的结构，突部中的对顶面的连接部从顶面朝向突部的前端而逐渐缩径，且沿着轴方向的剖面呈凹状的曲面。

因此，通过将所述(1)的结构的压缩机用活塞用于压缩机，能够降低压缩机的再膨胀气体量的再压缩动力，实现节能化，除此以外，还能够抑制压缩机的噪音或振动。即，在将所述(1)的结构的压缩机用活塞用于所述往复运动压缩机的情况下，从气缸内朝向连通孔与突部之间流动的气体中的、朝向连通孔与突部之间而在气缸内朝半径方向内侧流动的气体，沿着突部中的对顶面的连接部而受到引导，由此，能够将流动的方向由半径方向顺畅(smooth)地变更为轴方向。

由此，能够降低从气缸排出的气体的流路阻力，因此能够抑制压缩阻力而降低压缩机的驱动动力，从而能够抑制隔热效率的下降。而且，能够抑制压缩机的噪音或振动。

(2)至少一实施方式的压缩机包括：

所述(1)的结构的压缩机用活塞，其构成为，在上止点与下止点之间移动而对气体进行压缩；

气缸，与所述压缩机用活塞的所述顶面一同形成所述压缩室；

排气阀，用于切换排气室与所述压缩室的连通状态，所述排气室用于排出经所述压缩机用活塞压缩的气体；以及

阀座形成构件，形成有使所述压缩室与所述排气室连通的连通孔，并且包含在所述排气阀的闭阀时所述排气阀能够抵接的阀座，

所述压缩机用活塞是构成为，在所述上止点处，所述压缩机用活塞的所述突部的至少前端侵入所述阀座形成构件的所述连通孔内。

根据所述(2)的结构，能够减少再膨胀气体量，能够抑制压缩阻力而降低压缩机的驱动动力，从而能够抑制隔热效率的下降。而且，能够抑制压缩机的噪音或振动。

(3)若干实施方式中，在所述(2)的结构中，

所述压缩机用活塞位于上止点时的、所述阀座形成构件在所述压缩室的一侧的表面上的所述连通孔的开口缘与所述突部的侧面的间隙为最小间隙，

所述突部的所述侧面与所述连通孔的内壁面之间的间隙的大小随着接近所述突部的所述前端而从所述最小间隙开始单调增加。

根据所述(3)的结构，活塞位于上止点时的、阀座形成构件在压缩室的一侧的表面上的连通孔的开口缘与突部的侧面的间隙成为最小间隙，因此当活塞从上止点朝向下止点开始移动时，以所述间隙为边界，在较所述间隙处于排气室侧的连通孔内的区域与压缩室中产生压力差。即，当活塞从上止点朝向下止点开始移动时，压缩室内的压力变得低于较所述间隙处于排气室侧的连通孔内的区域，因此能够将进气阀的开阀时期提前。

(4)若干实施方式中，在所述(3)的结构中，在从所述突部的所述前端到达所述阀座形成构件在所述压缩室的一侧的表面上的所述连通孔的开口缘的第1时间点，直至所述压缩机用活塞到达所述上止点的第2时间点为止的期间，在所述连通孔的所述开口缘与所述突部的所述侧面之间，形成所述侧面与所述连通孔的内壁面之间的间隙达到最小的环状孔端部。

根据所述(4)的结构，在从所述第1时间点直至所述第2时间点为止的期间，对于所述侧面与所述连通孔的内壁面之间的间隙而言，所述连通孔的所述开口缘与所述突部的侧面之间为最窄，且随着朝向所述排气室侧而变宽。因此，在从所述第1时间点直至所述第2时间点为止的期间，所述侧面与所述连通孔的内壁面之间的间隙的气体容易朝向所述排气室侧流动。由此，能够效率良好地排出经压缩的气体，因此，能够减少再膨胀气体量而抑制压缩阻力，能够降低压缩机的驱动动力，从而能够抑制隔热效率的下降。

(5)若干实施方式中，在所述(2)至(4)中的任一结构中，从所述突部的所述前端朝向所述顶面的一侧为所述突部的所述轴方向的尺寸的75％的位置处的外径，为所述阀座形成构件在所述压缩室的一侧的表面上的所述连通孔的内径的60％以上且80％以下的范围内。

突部的外径越大，越能够降低死容积。但是，突部的外径越大，突部与连通孔的内壁面之间的间隙越小，会对从压缩室朝向排气室的气体的流动造成影响。因此，有可能导致压缩阻力增加，从而造成压缩机的驱动动力增加。

但是，根据所述(5)的结构，既能抑制对经由突部与连通孔的内壁面之间的间隙而从压缩室朝向排气室的气体的流动造成的影响，又能有效地降低死容积，因此能够抑制隔热效率的下降。

(6)至少一实施方式的热泵单元包括：

所述(2)至(5)中任一结构的压缩机；

热交换单元，具有热交换器，所述热交换器用于与经所述压缩机压缩的气体进行热交换；以及

热泵循环构成设备。

根据所述(6)的结构，能够抑制隔热效率的下降。由此，可实现热泵单元的节能化。

[发明的效果]

根据本发明的至少一实施方式，能够抑制隔热效率的下降。

附图说明

图1是示意性地表示具备一实施方式的压缩机的热泵单元的内部结构的立体图。

图2是表示一实施方式的热泵单元的整体结构的图。

图3是示意性地表示一实施方式的压缩机的结构的剖面图。

图4是从压缩室侧观察阀板的图。

图5是一实施方式的活塞的立体图。

图6是表示压缩室及排气室附近的剖面图，表示活塞朝向上止点移动，而突部的前端开始侵入连通孔的状态。

图7是表示压缩室及排气室附近的剖面图，表示活塞已到达上止点的状态。

图8(a)及图8(b)是对发明人等所进行的实验结果进行说明的图，图8(a)是表示发明人等所进行的实验结果的图表，图8(b)是示意性地表示突部仅以突部尺寸h的75％(0.75h)侵入连通孔内的状态的图。

[符号的说明]

30：热交换单元

34：风扇

36：面板状热交换器

50：热泵单元

51：底板

52：热泵循环构成设备

54：制冷剂循环路径

58：气体冷却器

60：冷却水路

62：泵

64：内部热交换器

66：膨胀阀

68：旁通路径

70：制冷剂罐

72、74：电磁阀

100：箱型机壳

100a：正面

100b：背面

111：空气导入口

112：空气流出口

200：压缩机

210：机壳

211：曲柄箱

212：进气室

220：气缸

220a：内周面

221：压缩室

230：活塞

231：活塞本体部

231a：活塞销孔

231b：活塞环槽

232：顶面

233：突部

233a：前端

233b：侧面

233c：连接部

241：曲轴

242 连杆

250：阀板

251：进气通路

251a：开口

252：连通孔

252a：开口缘

253：排气阀座

254：进气阀

255：排气阀

256：环状孔端部

260：机头罩

261：排气室

a：空气流

AX：轴

b、c：箭头

d：箭头、代表直径

D：内径(连通孔径)

h：尺寸

Φ：直径比

ηad：隔热效率

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的若干实施方式。但是，作为实施方式而记载或者在附图中所示的构成零件的尺寸、材质、形状、其相对配置等并非意图将本发明的范围限定于此，只不过是单纯的说明例。

例如，“在某方向上”、“沿着某方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或“同轴”等表示相对或绝对配置的表达，不仅表示严格意义上的此种配置，也表示带有公差、或者可获得相同功能的程度的角度或距离而相对地位移的状态。

例如，“相同”、“相等”及“均质”等表示事物为相等状态的表达，不仅表示严格相等的状态，也表示存在公差、或可获得相同功能的程度的差异的状态。

例如，四边形状或圆筒形状、圆柱形状等表示形状的表达，不仅表示几何学上严格意义上的四边形状或圆筒形状、圆柱形状等形状，也表示在可获得相同效果的范围内包含凹凸部或倒角部等的形状，还表示在可获得相同效果的范围内，例如圆筒形状或圆柱形状等的侧面成为锥状的形状。

另一方面，“配备”、“配设”、“具备”、“包含”或“具有”一个构成要素的表达，并非将其他构成要素的存在除外的排他性表达。

以下的说明中，首先参照图1来说明一实施方式的热泵单元的结构，继而参照图2来说明一实施方式的热泵单元中的热泵循环构成设备。随后，参照图3来说明一实施方式的热泵单元所具有的压缩机的结构。

图1是示意性地表示具备一实施方式的压缩机的热泵单元的内部结构的立体图。一实施方式的热泵单元50具备呈大致长方体形状的箱型机壳(casing)100、热交换单元30以及热泵循环构成设备52。

箱型机壳100是设于大致矩形形状的底板51的上部。一实施方式中，在箱型机壳100的正面100a及背面100b的上部区域形成有空气导入口111，在箱型机壳100的上表面形成有空气流出口112。

一实施方式的热交换单元30具备设于箱型机壳100内的风扇(fan)34、及面板状热交换器36。具体而言，一实施方式中，在箱型机壳100的内部，沿着上下方向而设的一对面板状热交换器36彼此对向地配置。并且，在一对面板状热交换器36的上方配置有使空气通过一对面板状热交换器36的风扇34。一对面板状热交换器36是面向两个空气导入口111而设，并且以一对面板状热交换器36的间隔随着朝向下方而变小的方式配置成V字形。

通过风扇34运转，在箱型机壳100的内部形成空气流a，所述空气流a从正面100a及背面100b上所设的空气导入口111流入，穿过一对面板状热交换器36，到达空气流出口112。

图2是表示一实施方式的热泵单元50的整体结构的图。如图2所示，热泵循环构成设备52包含压缩机200、气体冷却器(gas cooler)58、内部热交换器64及面板状热交换器36。

经压缩机200压缩的制冷剂(例如CO₂)经由制冷剂循环路径54而供给至气体冷却器58，在气体冷却器58中通过流经冷却水路60的冷却水进行冷却。在冷却水路60中，设有将冷却水送往气体冷却器58的泵62。在气体冷却器58中经冷却的制冷剂在内部热交换器64中与从面板状热交换器36输送的制冷剂进行热交换而经冷却后，经过膨胀阀66而减压，随后，制冷剂在面板状热交换器36中以空气作为热源而气化。即，面板状热交换器36作为蒸发器而组装至热泵循环构成设备52。

气化后的制冷剂在内部热交换器64中与从气体冷却器58输送的制冷剂进行热交换而经加热后，再次被送往压缩机200进行压缩。

在制冷剂循环路径54中，连接有旁通(bypass)路径68，所述旁通路径68在气体冷却器58的下游侧从制冷剂循环路径54分支，且在膨胀阀66的下游侧连接于制冷剂循环路径54。在旁通路径68中设有制冷剂罐(tank)70，在制冷剂罐70的上游侧及下游侧设有电磁阀72及电磁阀74。通过将制冷剂循环路径54的制冷剂的一部分贮存在制冷剂罐70中，或者使贮存在制冷剂罐70中的制冷剂返回制冷剂循环路径54，从而能够调整在制冷剂循环路径54中流动的制冷剂量。

一实施方式的热泵单元50中，能够将经气体冷却器58加热的热水作为热源而供给至需求目标。

一实施方式的热泵单元50如图1所示，在箱型机壳100内部的上部区域设有热交换单元30，在箱型机壳100内部的下部区域，设有压缩机200、气体冷却器58等热泵循环构成设备52。压缩机200、气体冷却器58及制冷剂罐70等热泵循环构成设备52被固定在底板51(base plate)上。

图3是示意性地表示一实施方式的压缩机200的结构的剖面图。

一实施方式的压缩机200为往复运动压缩机，具备机壳210、气缸220、活塞230、曲轴241、连杆242、阀板(valve plate)250及机头罩(head cover)260。图3所示的压缩机200中，描绘了一组气缸220及活塞230，但压缩机200既可为单缸型往复运动压缩机，也可为多缸型往复运动压缩机。另外，为了便于说明，在参照图3的以下说明中，假定气缸220的延伸方向沿着纸面的上下方向，参照纸面上下方向来说明各部的上下关系。

(机壳210)

一实施方式中，在机壳210的内部设有曲柄箱211及进气室212。在曲柄箱211中，可旋转地轴支撑有曲轴241。在进气室212连接有制冷剂循环路径54，制冷剂从制冷剂循环路径54流入所述进气室212。

在曲柄箱211的上方，以沿着上下方向延伸的方式而配置有气缸220。在气缸220内，可滑动地插入有活塞230。活塞230通过连杆242而与曲轴241连结。另外，图3中，省略了安装于活塞230的活塞环(piston ring)等的记载。由活塞230的顶面232与气缸220的内周面形成对制冷剂进行压缩的压缩室221。

一实施方式中，在机壳210的上表面安装有阀板250，在阀板250的上部安装有机头罩260。一实施方式的压缩机200中，形成有由阀板250的上表面与机头罩260的内壁面所围成的排气室261。在排气室261连接有制冷剂循环路径54，经压缩室221压缩的制冷剂流出向制冷剂循环路径54。

(阀板250)

一实施方式的阀板250中，形成有进气通路251、连通孔252及排气阀座253。进气通路251是设在阀板250内部的制冷剂的流路，连接进气室212与压缩室221。即，进气通路251的上游侧开口连接于进气室212，下游侧开口251a经由进气阀254而与压缩室221连接。

连通孔252是朝与气缸220的延伸方向相同的方向延伸，并将压缩室221与排气室261予以连接的制冷剂的流路，具有圆形剖面。一实施方式中，连通孔252的内径不论轴方向的位置如何均为固定。一实施方式中，连通孔252的中心轴是与气缸220的中心轴、即活塞230的中心轴一致。阀板250的压缩室221侧的表面上的连通孔252的开口缘252a面向压缩室221。

在连通孔252的排气室261侧的端部，设有排气阀255，所述排气阀255用于切换排气室261与压缩室221的连通状态。排气阀255沿着连通孔252的中心轴可移动地安装至阀板250，通过未图示的弹簧，朝向压缩室221侧受到施力，从而压缩室221侧的面抵接于排气阀座253。

排气阀座253如上所述，是排气阀255所抵接的阀座，在阀板250的排气室261侧的表面上，形成在从排气室261侧观察呈圆形形状的连通孔252的周围。即，一实施方式的阀板250为阀座形成构件。

排气阀255利用未图示的弹簧的施加力而抵接于阀板250的排气阀座253，由此，封闭连通孔252的排气室261侧端部的开口，当压缩室221的压力上升时，克服未图示的弹簧的施加力而朝排气室261侧移动，以远离排气阀座253，由此，开放连通孔252的排气室261侧端部的开口。

图4是从压缩室221侧观察阀板250的图。图4中，以两点链线所示的圆表示气缸220的内周面220a的位置。而且，图4中，省略了进气阀254的记载。

如图4所示，一实施方式的阀板250中，以与气缸220成同轴的方式配置有连通孔252。而且，一实施方式的阀板250中，在连通孔252的开口缘252a的周围设有进气通路251的下游侧开口251a。一实施方式中，开口251a呈长孔形状，所述长孔形状是沿着与呈圆形形状的开口缘252a为同轴的圆周方向而延伸。一实施方式中，在开口缘252a的周围，沿着圆周方向而大致等间隔地设有三个开口251a，但开口251a的数量并不限于三个。

(活塞230)

图5是一实施方式的活塞230的立体图。一实施方式的活塞230具有：活塞本体部231，形成为有盖圆筒状；以及突部233，以沿着活塞本体部231的轴AX方向从活塞本体部231的顶面232突出的方式而设。在活塞本体部231上，设有活塞销孔(piston pin hole)231a，在较活塞销孔231a为顶面232侧的外周，设有活塞环槽231b。在活塞销孔231a中，插入用于与连杆242连结的未图示的活塞销。在活塞环槽231b中，安装未图示的活塞环。

一实施方式中，突部233是以下述方式而形成的部位，即，当使活塞230在气缸220内从下止点朝向上止点移动时，所述突部233插入至阀板250的连通孔252内。即，活塞230构成为，在上止点处，突部233的至少前端侵入阀板250的连通孔252内。

一实施方式中，突部233呈沿着轴AX方向而延伸的大致圆柱形状。即，一实施方式中，突部233的、沿着与轴AX方向正交的方向的剖面形状为圆形。一实施方式中，突部233是以下述方式而形成，即，与轴AX方向正交的方向的尺寸即外径随着朝向突部233的前端233a而变小。

一实施方式中，突部233是以侧面233b在沿着轴AX方向的剖面上呈直线状的方式而形成。另外，突部233中的对顶面232的连接部233c从顶面232朝向突部233的前端233a而逐渐缩径，且沿着轴AX方向的剖面呈凹状的曲面。即，连接部233c是以随着从突部233的前端233a朝向顶面232而呈裙摆状的方式形成。

一实施方式中，突部233的沿着轴AX方向的长度与阀板250的连通孔252的延伸长度大致相等。由此，能够有效地降低死容积。但是，例如，只要组装在一实施方式的压缩机200中的活塞230在上止点处，突部233的前端233a不会抵接于排气阀255，则也可适当设定突部233的沿着轴AX方向的长度。

一实施方式的压缩机200中，如下所述那样吸入制冷剂，进行压缩后予以排出。

一实施方式的压缩机200中，当活塞230在气缸220内朝向下止点移动时，压缩室221的压力下降，因此进气室212内的制冷剂经由阀板250的进气通路251及进气阀254而流入压缩室221内。当活塞230朝向上止点移动时，压缩室221内的制冷剂受到压缩而压缩室221的压力上升。由此，排气阀255克服未图示的弹簧的施加力而朝排气室261侧移动，从而连通孔252的排气室261侧端部的开口被开放，经压缩的制冷剂从压缩室221通过连通孔252而排出至排气室261。

当活塞230朝向上止点移动时，直至突部233的前端233a开始侵入连通孔252为止，在压缩室221内经压缩的制冷剂是在连通孔252的整个内周面内侧流动。

图6是表示压缩室221及排气室261附近的剖面图，表示活塞230朝向上止点移动，而突部233的前端233a开始侵入连通孔252内的状态。

当突部233的前端233a开始侵入连通孔252时，在压缩室221内经压缩的制冷剂通过连通孔252的内周面与突部233的侧面233b之间的间隙而流向排气室261。具体而言，压缩室221内的制冷剂如图6的箭头b所示，从连通孔252的开口缘252a与突部233的侧面233b之间的间隙流入连通孔252内，并在连通孔252的内周面与突部233的侧面233b之间的间隙中朝向排气室261侧流动。在较突部233的前端233a为排气室261侧，如箭头c所示，制冷剂在连通孔252的整个内周面内侧朝向排气室261侧流动。

如上所述，突部233的外径随着朝向前端233a侧而变小。而且，连通孔252的内径不论轴方向的位置如何均为固定。因此，对于连通孔252的内周面与突部233的侧面233b之间的间隙的大小而言，在连通孔252的开口缘252a与突部233的侧面233b之间的间隙处为最小，且随着朝向突部233的前端233a而变大。即，在从突部233的前端233a到达阀板250的压缩室221侧的表面上的连通孔252的开口缘252a的第1时间点，直至活塞230到达上止点的第2时间点为止的期间，在连通孔252的开口缘252a与突部233的侧面233b之间，形成侧面233b与连通孔252的内壁面之间的间隙达到最小的环状孔端部256。

因此，连通孔252的内周面与突部233的侧面233b之间的间隙中的流路阻力在环状孔端部256处为最大，且随着朝向突部233的前端233a而变小，因此在较环状孔端部256为下游侧，流路阻力下降，制冷剂容易朝向排气室261侧流动。即，从压缩室221朝向排气室261的气体的流动难以受到阻碍，因此能够抑制压缩阻力。因此，能够降低压缩机200的驱动动力，实现节能化，除此以外，还能够抑制压缩机200的噪音或振动。

如上所述，突部233的外径随着从前端233a朝向活塞本体部231的顶面232而变大，因此随着突部233侵入连通孔252内，连通孔252的开口缘252a与突部233的侧面233b之间的间隙，即环状孔端部256的剖面积减少，在上止点处达到最小值。将上止点处的连通孔252的开口缘252a与突部233的侧面233b(连接部233c)之间的间隙称作最小间隙。图7是表示压缩室221及排气室261附近的剖面图，表示活塞230到达上止点的状态。

如上所述，突部233的基部即连接部233c是以随着从突部233的前端233a侧朝向活塞本体部231的顶面232而呈裙摆状的方式形成。因此，在压缩室221内从径方向外侧朝向内侧流动的制冷剂如图7的箭头d所示，沿着连接部233c而流动，由此受到引导以朝向排气室261侧。由此，制冷剂的流动变得顺畅，能够将压缩室221内的制冷剂有效地排出至排气室261。

若在活塞230上未设突部233，则连通孔252会成为所谓的死容积，但基于使压缩机200的再膨胀气体量减少之观点，期望降低死容积。

一实施方式中，以从活塞230的顶面232突出的方式而设的突部233在制冷剂的压缩、排气行程中侵入阀板250的连通孔252内，从而降低死容积，因此再膨胀/再压缩损失得到改善。

在进气行程中，活塞230到达上止点后，当朝向下止点开始移动时，压缩室221内的压力开始下降。如上所述，当突部233侵入连通孔252内时，连通孔252的内周面与突部233的侧面233b之间的间隙的大小在环状孔端部256处为最小。而且，环状孔端部256的剖面积在上止点处为最小。

因此，当活塞230朝向下止点开始移动而压缩室221内的压力开始下降时，以环状孔端部256为边界，在连通孔252的内周面与突部233的侧面233b之间的间隙和压缩室221中产生压力差。即，压缩室221的压力变得低于连通孔252的内周面与突部233的侧面233b之间的间隙的压力。由此，能够将进气阀254打开的时机(timing)提前，制冷剂可有效地流入压缩室221内，因此能够降低压缩机200的流入阻力。

如上所述，一实施方式中，活塞230具备：活塞本体部231，具有顶面232，所述顶面232与气缸220一同形成对气体进行压缩的压缩室221；以及突部233，以沿着活塞本体部231的轴方向从顶面232突出的方式而设。

在将活塞230用于所述压缩机200的情况下，当活塞230在压缩机200的气缸220内移动到上止点侧时，突部233会侵入连通孔252内，由此，能够降低死容积。因而，能够减少压缩机200的再膨胀气体量。

突部233是以与活塞本体部231的轴方向正交的方向的尺寸随着朝向突部233的前端233a而变小的方式形成。

在将活塞230用于所述压缩机200的情况下，经活塞230压缩的制冷剂流经连通孔252。突部233侵入连通孔252内之后，经活塞230压缩的制冷剂流经连通孔252与突部233之间。因此，在突部233侵入连通孔252之后，连通孔252中的制冷剂流路的剖面积相应地减少突部233的剖面积的量。

但是，由于突部233的与轴方向正交的方向的尺寸随着朝向突部233的前端233a而变小，因此在侵入至连通孔252的突部233与连通孔252的内壁面之间所形成的间隙从压缩室221朝向排气室261而变宽。因此，能够缓和突部233开始侵入连通孔252时的气体流路剖面积的变化，从而能够抑制压缩室221内的气体排出不够充分而产生过压缩。而且，在从突部233开始侵入连通孔252，直至活塞230到达上止点为止的期间内，经由突部233与连通孔252的内壁面之间的间隙而从压缩室221朝向排气室261的气体的流动难以受到阻碍。因而，能够抑制压缩阻力而降低压缩机200的驱动动力，因此可实现节能化，除此以外，还能够抑制压缩机200的噪音或振动。

而且，尽管突部233的与轴方向正交的方向的尺寸随着朝向突部233的前端233a而变小，但只要将在通过铸造来制造活塞230时所设定的起模斜度兼设定为突部233的形状，便能够省略铸造后的突部233的机械加工，从而能够降低制造成本。

突部233的沿着与轴方向正交的方向的剖面形状为圆形。

连通孔252的、沿着与气缸220的轴方向即活塞本体部231的轴方向正交的方向的剖面形状为圆形。因此，突部233的沿着与轴方向正交的方向的剖面形状与连通孔252的剖面形状为同样的形状，因此能够效率良好地降低死容积。由此，能够改善压缩机200的再膨胀/再压缩损失。

突部233中的对顶面232的连接部233c从顶面232朝向突部233的前端233a而逐渐缩径，且沿着轴方向的剖面呈凹状的曲面。

在将活塞230用于所述压缩机200的情况下，突部233侵入连通孔252之后，经活塞230压缩的制冷剂流经连通孔252与突部233之间。从气缸220内朝向连通孔252与突部233之间流动的制冷剂中的、朝向连通孔252与突部233之间而在气缸220内朝半径方向内侧流动的制冷剂，沿着突部233中的对顶面232的连接部233c而受到引导，由此，能够将流动的方向由半径方向顺畅地变更为轴方向。

由此，能够降低从气缸220排出的制冷剂的流路阻力，因此能够抑制压缩阻力。因此，能够降低压缩机200的驱动动力，可实现节能化，除此以外，还能够抑制压缩机200的噪音或振动。

突部233是以活塞本体部231的轴方向的尺寸比与轴方向正交的方向的尺寸大的方式而形成。

一实施方式的压缩机200中，在阀板250的内部设有进气通路251，因此与在内部未设制冷剂的进气通路的阀板相比较，存在阀板的厚度变厚，连通孔252的延伸长度变长的倾向。而且，一实施方式的压缩机200中，如图4所示，在连通孔252的周围设有进气通路251的下游侧开口251a，因此若与在连通孔252的周围未设进气通路的下游侧开口的阀板相比较，则存在连通孔252的直径变小的倾向。因此，一实施方式中，连通孔252的延伸长度大于连通孔252的直径。

在将活塞230用于一实施方式的压缩机200的情况下，经活塞230压缩的制冷剂流经连通孔252。突部233侵入连通孔252之后，经活塞230压缩的制冷剂流经连通孔252与突部233之间。因此，突部233侵入连通孔252之后，连通孔252中的制冷剂流路的剖面积相应地减少突部233的剖面积的量。

但是，由于突部233是以活塞本体部231的轴方向的尺寸比与轴方向正交的方向的尺寸大的方式而形成，因此既能确保连通孔252中的制冷剂的流路，又能有效地降低死容积，因此能够抑制压缩阻力而降低压缩机的驱动动力，从而能够抑制隔热效率的下降。

一实施方式的压缩机包括：所述活塞230，其构成为，在上止点与下止点之间移动而对气体进行压缩；气缸220，与活塞230的顶面232一同形成压缩室221；排气阀255，用于切换排气室261与压缩室221的连通状态，所述排气室261用于排出经活塞230压缩的制冷剂；以及阀板250，形成有使压缩室221与排气室261连通的连通孔252，并且包含在排气阀255的闭阀时排气阀255能够抵接的排气阀座253。活塞230在上止点处，活塞230的突部233的至少前端233a侵入阀板250的连通孔252内。

由此，当活塞230在气缸220内移动至上止点侧时，突部233侵入连通孔252内，由此，能够降低死容积，从而能够改善压缩机200的再膨胀/再压缩损失。

阀板250具有进气通路251，所述进气通路251是设于阀板250的内部，用于将制冷剂导向压缩室221。

由此，能够有效利用阀板250的内部来作为进气通路，因此可实现压缩机200的小型化。

活塞230位于上止点时的、阀板250的压缩室221侧的表面上的连通孔252的开口缘252a与突部233的侧面233b的间隙为最小间隙。突部233的侧面233b与连通孔252的内壁面之间的间隙的大小随着接近突部233的前端233a而从所述最小间隙开始单调增加。

由此，活塞230位于上止点时的、阀板250的压缩室221侧的表面上的连通孔252的开口缘252a与突部233的侧面233b的间隙成为最小间隙。因此，当活塞230从上止点朝向下止点开始移动时，以所述间隙为边界，在较所述间隙处于排气室261侧的连通孔252内的区域与压缩室221中产生压力差。即，当活塞230从上止点朝向下止点开始移动时，相较于较所述间隙处于排气室261侧的连通孔252内的区域，压缩室221内的压力变得较低，因此能够将进气阀254的开阀时期提前，制冷剂可有效地流入压缩室221内，因此能够减少压缩机200的再膨胀气体量。

在从突部233的前端233a到达阀板250的压缩室221侧的表面上的连通孔252的开口缘252a的第1时间点，直至活塞230到达上止点的第2时间点为止的期间，在连通孔252的开口缘252a与突部233的侧面233b之间，形成侧面233b与连通孔252的内壁面之间的间隙达到最小的环状孔端部256。

由此，在从第1时间点直至第2时间点为止的期间，对于侧面233b与连通孔252的内壁面之间的间隙而言，连通孔252的开口缘252a与突部233的侧面233b之间为最窄，且随着朝向排气室261侧而变宽。因此，在从第1时间点直至第2时间点为止的期间，侧面233b与连通孔252的内壁面之间的间隙的制冷剂容易朝向排气室261侧流动。由此，能够有效地排出经压缩的制冷剂，因此，能够减少压缩机200的再膨胀气体量。

如此，所述的一实施方式中，既能抑制隔热效率的下降，又能减少压缩机200的再膨胀气体量而改善再膨胀/再压缩损失。

另外，如上所述，突部233的直径越大，则越能够降低死容积而减少再膨胀气体量，但流经连通孔252与突部233之间的制冷剂的流路的剖面积减少，会对从压缩室221朝向排气室261的制冷剂的流动造成影响。即，若不将突部设为适当的形状，则压缩阻力会增加，从而导致压缩机的驱动动力增加，因此压缩机200的隔热效率有可能下降。

因此，发明人等对使突部233的直径不同的多个方案(pattern)进行实验，以验证压缩机的隔热效率根据突部233的直径如何变化。

另外，如上所述，由于突部233的侧面233b呈锥形状，因此在以下的说明中，采用从突部233的前端233a朝向顶面232侧为突部233的轴AX方向尺寸h的75％(0.75h)的位置处的直径，来作为突部233的直径的代表值。以下，将所述直径的代表值简称作代表直径d(参照图8(b))。

图8(a)及图8(b)是对发明人等所进行的实验结果进行说明的图，图8(a)是表示发明人等所进行的实验结果的图表，图8(b)是示意性地表示突部233仅以突部233的尺寸h的75％(0.75h)侵入连通孔252内的状态的图。

在图8(a)中，直径比Φ是将代表直径d除以开口缘252a处的连通孔252的内径(连通孔径)D所得的值。图8(a)是实验中所用的压缩机的隔热效率ηad的图表。在图8(a)中，关于隔热效率ηad的菱形、四边形及三角形的各绘制(plot)，分别对应于对制冷剂的吸入压力及排气压力进行了变更的三个不同的实验条件下的实验结果。

虽未图示，但若直径比Φ变大，则驱动动力将增加，并且驱动动力的增加程度将变大。而且，虽未图示，但若直径比Φ变大，则体积效率将与直径比Φ成正比而提高。

因此，如图8(a)所示，隔热效率ηad在规定的直径比Φ(Φ＝0.7附近)时达到最大，无论直径比Φ是大于规定的直径比Φ，还是小于规定的直径比Φ，隔热效率ηad均会下降。

根据以上所述，为了减少再膨胀气体量而改变再膨胀/再压缩损失，且抑制隔热效率的下降，理想的是直径比Φ设定在60％以上且80％以下的范围内。

一实施方式的热泵单元50包括：所述压缩机200；热交换单元30，具有面板状热交换器36，所述面板状热交换器36用于与经压缩机200压缩的制冷剂进行热交换；以及热泵循环构成设备52。

由此，能够减少压缩机200的再膨胀气体量而改善再膨胀/再压缩损失，且能够抑制隔热效率的下降，因此可实现热泵单元50的节能化。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于所述形态，可在不脱离本发明的目的之范围内进行各种变更。

所述的一实施方式中，突部233是以与活塞本体部231的轴AX方向正交的方向的尺寸随着朝向突部233的前端233a而变小的方式形成。即，所述的一实施方式中，突部233的侧面233b呈锥形状。但是，例如突部233的侧面233b也可不呈锥形状。

所述的一实施方式中，对于突部233是实心还是中空未作特别提及。但是，突部233既可为实心，也可为中空。

所述的一实施方式中，突部233的、沿着与轴AX方向正交的方向的剖面形状为圆形。但是，突部233的、沿着与轴AX方向正交的方向的剖面形状也可为圆形以外的形状，例如也可为椭圆形，还可为多边形，还可为将直线或曲线适当组合而成的形状。

所述的一实施方式中，突部233是以在连接部233c中随着从突部233的前端233a朝向顶面232而呈裙摆状的方式形成。但是，例如也可形成为，突部233的连接部233c中的沿着轴方向的剖面并非呈凹状的曲面，而是侧面233b与顶面232交叉。

所述的一实施方式中，突部233是以轴AX方向的尺寸比与轴AX方向正交的方向的尺寸大的方式而形成。但是，例如突部233也可形成为，轴AX方向的尺寸跟与轴AX方向正交的方向的尺寸相同，或者轴AX方向的尺寸比与轴AX方向正交的方向的尺寸小。

所述的一实施方式中，在阀板250的内部设有作为制冷剂流路的进气通路251。但是，例如也可不在阀板250的内部设置将制冷剂导向压缩室221内的流路。

所述的一实施方式中，在上止点处，侧面233b与连通孔252的内壁面之间的间隙在连通孔252的开口缘252a与突部233的侧面233b之间达到最小。但是，例如也可为，在上止点处，在较连通孔252的开口缘252a为排气室261侧，侧面233b与连通孔252的内壁面之间的间隙达到最小。

所述的一实施方式中，在从突部233的前端233a到达阀板250的压缩室221侧的表面上的连通孔252的开口缘252a的第1时间点，直至活塞230到达上止点的第2时间点为止的期间，侧面233b与连通孔252的内壁面之间的间隙达到最小的是连通孔252的开口缘252a与突部233的侧面233b之间。但是，也可为，在从第1时间点直至第2时间点为止的期间，在较连通孔252的开口缘252a为排气室261侧，侧面233b与连通孔252的内壁面之间的间隙达到最小。

例如，所述的实施方式中，对具备构成热泵循环的设备的热泵单元50进行了说明，但关于热泵单元50所述的内容可适用于具备构成冷冻循环的设备的冷冻单元。

Claims (5)

1.一种压缩机，其特征在于，包括：

压缩机用活塞，其构成为，在上止点与下止点之间移动而对气体进行压缩；

气缸，与所述压缩机用活塞的顶面一同形成压缩室；

排气阀，用于切换排气室与所述压缩室的连通状态，所述排气室用于排出经所述压缩机用活塞压缩的气体；以及

阀座形成构件，形成有使所述压缩室与所述排气室连通的连通孔，并且包含在所述排气阀的闭阀时所述排气阀能够抵接的阀座，

所述压缩机用活塞，包括：

活塞本体部，具有顶面，所述顶面与气缸一同形成对气体进行压缩的压缩室；以及

突部，以沿着所述活塞本体部的轴方向从所述顶面突出的方式而设，

所述连通孔的内径不论所述轴方向的位置如何均为固定，

所述突部在沿着与所述轴方向正交的方向的剖面形状为圆形，

所述突部包括直线部和连接部，所述直线部是以与所述轴方向正交的方向的尺寸随着朝向所述突部的前端而变小的方式形成，且在沿着所述轴方向的剖面上侧面呈直线状，所述连接部连接于所述顶面，从所述顶面朝向所述突部的前端而逐渐缩径，且具有由沿着所述轴方向的剖面呈凹状的曲面所构成的侧面，

所述压缩机用活塞是构成为，在所述上止点处，所述压缩机用活塞的所述突部的至少前端侵入所述阀座形成构件的所述连通孔内，所述压缩机用活塞位于上止点时的、所述阀座形成构件在所述压缩室的一侧的表面上的所述连通孔的开口缘与所述连接部的侧面的间隙为最小间隙。

2.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，

所述突部的侧面与所述连通孔的内壁面之间的间隙的大小随着接近所述突部的所述前端而从所述最小间隙开始单调增加。

3.根据权利要求2所述的压缩机，其特征在于，

在从所述突部的所述前端到达所述阀座形成构件在所述压缩室的一侧的表面上的所述连通孔的开口缘的第1时间点，直至所述压缩机用活塞到达所述上止点的第2时间点为止的期间，在所述连通孔的所述开口缘与所述突部的侧面之间，形成突部的侧面与所述连通孔的内壁面之间的间隙达到最小的环状孔端部。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的压缩机，其特征在于，

从所述突部的所述前端朝向所述顶面的一侧为所述突部的所述轴方向的尺寸的75%的位置处的外径，为所述阀座形成构件在所述压缩室的一侧的表面上的所述连通孔的内径的60%以上且80%以下的范围内。

5.一种热泵单元，其特征在于，包括：

权利要求1至4中任一项所述的压缩机；

热交换单元，具有热交换器，所述热交换器用于与经所述压缩机压缩的气体进行热交换；以及

热泵循环构成设备。

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