CN1786470A - 密闭型压缩机 - Google Patents

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Abstract

一种通过降低在压缩缸内往复运动的活塞的机械损失、降低压缩机输入从而提高效率的密闭型压缩机。这种密闭型压缩机是在密闭容器内收容压缩机主体而形成的，压缩机主体由与润滑油一起由用以吸入冷媒气体并压缩的压缩机要件(3、4、5、6)和旋转驱动该压缩机要件的电动机要件(1、2)构成，压缩机要件具备与曲轴(7)的旋转驱动联动的在压缩缸(3)内往复运动的活塞(4)，在该活塞(4)外周面具有在从曲轴(7)侧端部到活塞中间位置的范围内延伸的阶梯部。

Description

密闭型压缩机
技术领域
本发明涉及一种密闭型压缩机。
背景技术
在冰箱等的冷冻循环中，使用将压缩机要件和电动机要件收容在密闭容器内而形成的密闭型压缩机。专利文献1所述的往复式压缩机中，具有作为压缩机要件的压缩缸和活塞，利用电动机要件的动力使活塞往复运动，从而，将压缩缸内的冷媒压缩。这种往复式压缩机的曲轴与活塞的连接，有一种连接方式是利用球窝接头。专利文献1中，公布了利用球窝接头连接的往复式压缩机，着眼于活塞的上止点位置与缸面的间隔(齿顶间隙)尺寸、下止点位置的活塞、相对于压缩缸的轴方向最小接触长度和压缩缸直径的关系，谋求适用于使用异丁烷(R600a)的冷却循环。
专利文献1：特开2003-214342号公报
关于这种利用球窝接头机构的往复式压缩机，用附图进行说明。图5是表示现有的往复式压缩机的图。往复式压缩机，是在底部蓄留润滑油的密闭容器内部通过弹簧等弹性体9支撑并收容压缩机主体的结构，压缩机主体是通过在形成有用以能够旋转地支承曲轴7的轴承部的机架8的上下分别配置由定子1、转子2构成的电动机要件和由压缩缸3、活塞4、缸盖5、罩盖6等构成的压缩机要件而构成的。利用由电动机要件进行的旋转驱动，活塞4在压缩缸3内往复运动，依次重复冷媒的吸入、压缩、排出工序。
为了抑制在活塞4和压缩缸3的滑动中由于金属彼此接触而造成的接触面磨损，而在活塞外周面和压缩缸内面之间设置适宜的间隙尺寸，用以形成利用从曲轴7的曲柄销7a飞散的润滑油而产生的油膜，一边维持活塞外周面和压缩缸内面之间的密封性一边进行活塞的往复运动。
被密封在活塞外周面和压缩缸内面之间的部分的面积对该间隙尺寸和密封性的关系有很大影响。活塞和压缩缸由油膜密封的部分的面积，若过于减少，则有面压增加、可靠性降低，或者密封性下降而使被压缩的冷媒从活塞和压缩缸之间泄漏到压缩机容器内部，而有冷冻能力下降的倾向。反之，若过于增加该面积，则能够确保可靠性和冷冻能力但有滑动损失增加的倾向。
为此，从以前就关于密闭型压缩机的活塞的外周面形状，进行了在外周面局部设置槽和凹部等各种研究，以使在活塞与压缩缸之间积极地引入润滑油，直到活塞的缸盖侧前端都形成充足的油膜，在活塞外周面的槽或凹部在压缩缸内外进出之际，将润滑油引入压缩缸和活塞之间。
不过，最近，提高压缩机效率的要求更加高涨，作为提高效率的一种方法是必须降低压缩机的输入，不过只要在上述压缩缸外周面局部设置槽和凹部等，就很难谋求充分提高效率。
发明内容
本发明，即是鉴于上述课题而产生的，其目的在于提供一种充分确保冷冻能力及可靠性同时降低压缩机机械损失、降低压缩机输入、提高压缩机效率(COP)的压缩机。
为了实现上述目的，本发明是在密闭容器内收容着压缩机主体而形成的密闭型压缩机，压缩机主体由与润滑油一起由用以吸入冷媒气体并压缩的压缩机要件和旋转驱动该压缩机要件的电动机要件构成，本发明中，采用的构成是：上述压缩机要件具备与曲轴的旋转驱动联动的在压缩缸内往复运动的活塞，在该活塞外周面具有在从上述曲轴侧端部到活塞中间位置的范围内延伸的阶梯部。
根据上述构成，能够确保冷冻能力和可靠性，并降低由于压缩缸-活塞间的滑动而造成的机械损失。
另外，上述压缩机要件具有与曲轴的旋转驱动联动的在压缩缸内往复运动的活塞，采用R600a作为冷媒气体而使上述压缩缸及上述活塞的面压减小、且在上述活塞外周面具备与压缩缸内面不接触的阶梯部而减小上述活塞与上述压缩缸的接触面积。
采用R600a作为冷媒气体使压缩缸及活塞的面压减小，从而，能够减小活塞与压缩缸的接触面积。因此，实现能够降低机械损失的构成。
另外，压缩机要件，由球窝接头机构构成，其所具有的在压缩缸内往复运动的活塞与具有大致球状前端的连杆连接，上述活塞通过上述连杆与曲轴的曲柄销的偏心运动联动而在压缩缸内往复运动，在上述活塞的外周面具有在从上述曲轴侧的端部到活塞中间位置的范围内延伸的阶梯部，在上述活塞的下止点位置，使上述阶梯部的上述活塞侧的端部位置比上述压缩缸的开口靠近上述曲轴侧。
如此，利用球窝接头机构连接曲轴和活塞时，从由曲轴旋转运动产生的方向性与由活塞往复运动产生的方向性的关系来看，是一种容易在压缩缸内发生活塞的所谓一端接触的构成，而通过使阶梯部比活塞开口靠近旋转轴侧，从而，有效防止一端接触而能够进行稳定的运转。
另外，不只是球窝接头机构，还通过使上述阶梯部的上述活塞侧的端部位置，在上述活塞的下止点位置比上述压缩缸的开口靠近上述曲轴侧，从而，能够由阶梯部整体接受润滑油，能够有效地进行压缩缸与活塞间的润滑油供给。
另外，具备上述任意构成的密闭型压缩机，以一定深度遍及上述活塞整个外周一样地设置阶梯部。根据这种构成，当然能提高COP，还能维持加工上的尺寸精度。
另外，具备上述任意构成的密闭型压缩机，使阶梯部的深度为200μm以下。通过使阶梯部的深度为200μm以下，从而能够在活塞和压缩缸间充足地形成阶梯部的油膜，同时由于减小阶梯差因而能够从阶梯部到活塞前端顺畅地润滑。从而，不会引起接触面的油膜不连贯，能够确保可靠性。
根据本发明，能够提供一种确保冷冻能力及可靠性、且降低压缩机机械损失、降低压缩机输入、提高压缩机效率(COP)的压缩机。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的压缩机的整体构成图。
图2是图1所示的符号4(活塞)的本发明的说明图。
图3是表示本发明的压缩机的特性的说明图。
图4是表示本实施例的压缩缸、活塞部分的构成的图。
图5是现有的压缩机的整体构成图。
图中，1-定子；2-转子；3-压缩缸；4-活塞；4a-阶梯部；5-缸盖；6-罩盖；7-曲轴；7a-曲柄销；8-机架；9-弹性体；10-连杆。
具体实施方式
下面，对图示的本发明的一实施方式进行说明。图1是表示本实施例的压缩机的整体构成的图。
本实施例的压缩机，是在底部蓄留润滑油的密闭容器内部通过弹簧等弹性体9支撑并收容压缩机主体的结构，压缩机主体通过在形成用以能够旋转地支承曲轴7的轴承部的机架8的上下分别配置由定子1、转子2构成的电动机要件和由压缩缸3、活塞4、缸盖5、罩盖6等构成的压缩机要件而构成的。
该结构的密闭型压缩机的压缩机构，若利用上述电动机要件旋转驱动曲轴7，则通过压缩机要件的曲柄销7a的偏心运动，通过连杆10，活塞4在压缩缸3内往复运动，依次反复冷媒的吸入、压缩、排出工序。当重复冷媒的吸入、压缩、排出工序时，为了使活塞4在压缩缸3内滑动，压缩缸3的内周面与活塞4外周面之间的间隙尺寸和密封性很重要。
即，要求间隙尺寸和压缩缸3内的密封性，适于以蓄留在密闭容器内底部的石油作为润滑油，随着由电动机要件进行的曲轴7的旋转运动，使从底部抽起的润滑油从曲柄销7a部飞散，在压缩缸3和活塞4的滑动面内形成油膜。
利用图2，关于本实施例的活塞4的方式进行说明。图2是表示图1中构成的活塞4的本实施例的方式的图。本实施例的活塞4，在活塞4外周面具有在从曲轴7侧的端部到活塞4的中间位置的范围内延伸的阶梯部4a。如图2所示，全长L的活塞中，阶梯部4a遍及活塞的整个外周方向360度设置，阶梯部的长度L1、深度d(mm)的尺寸分别为L×0.2≤L1≤L×0.4、d≤200μm。
由于该L1尺寸的大小不同，如后所述，压缩机效率发生变化，本实施例中，能够实施提高压缩机效率的阶梯部4a尺寸为L1。还有，L1＝0的情况是现有的活塞。
下面，关于阶梯部4a和压缩机效率的关系进行说明。图3是表示本实施例的活塞阶梯尺寸L1与压缩机效率的关系的图。该图3，是关于L1尺寸和压缩机效率的关系，变化L1尺寸时测量效率的结果，分别以L1尺寸为0时(即图3所示的没有阶梯部4a的现有例活塞的情况)的活塞与压缩缸的滑动损失、压缩机输入、冷冻能力作为100表示。随着阶梯部长度L1的增加，滑动损失和压缩机输入到某一增加范围之前降低，而若超过某一范围则反而显示出增加的倾向。
还有，关于图3的实验结果进行考察，到某一增加范围之前随着接触面积减少而损失降低，而若过于减少接触面积则面压增加，成为油膜形成不足的要因，意味着接触阻力反而增加。另外，过于减小接触面积的情况下，可靠性也降低。另外，在冷冻能力上，相对于到某一范围前的接触面积不发生变化，而超过某一范围若过于减少，则压缩室中的冷媒从活塞和压缩缸间的间隙泄漏而降低冷冻能力。
从该结果可知，若L1尺寸大于0.6，则COP急剧降低，从而，为了维持比现有例高的效率，而必须使L1尺寸为0.6以下。通过形成这样的L1尺寸，从而，能够谋求提高COP，有助于节能。
不过，若L1尺寸为0.5以上，则压缩机的冷冻能力有降低倾向，从而，在例如必须高负载运转的情况下，高负载运转时间延长，根据情况，结果产生与节能相反的效果。从而，使L1尺寸小于0.5很重要。通过使L1尺寸小于0.5(即，设在从与缸盖6相反一侧的端面到中间位置的范围内)，从而，能够确保冷冻能力且减小输入，更有助于节能。
如上可知，出于输入的降低和冷冻能力的确保、可靠性的确保两方面的考虑，根据实验结果确定了作为L1尺寸的适宜范围为L×0.2≤L1≤L×0.4是与最能提高压缩机效率(COP)相关的。
另外，使阶梯部4a的深度d尺寸为d≤200μm的范围，因而，能够在活塞和压缩缸间充足地形成阶梯部的油膜，同时，由于减小阶梯差，因而油能够顺畅地从阶梯部到活塞前端进行润滑，因此，不会发生接触面的油膜不连贯，能够确保可靠性。
关于阶梯部4a深度，由活塞和压缩缸之间的间隙性和密封性的关系确定，随着缸径r的变化而上述倾向不会有很大不同。另外，关于阶梯部4a尺寸L1，也因其与活塞尺寸L的关系表现出上述倾向，随着活塞尺寸L本身变化而不会有很大变化。
为此，本实施例中，以提高COP为目的，从图3所示结果，如下确定压缩缸、活塞部分的各数据。若利用图4进行说明，则使本实施例的压缩缸3的内径r为26.2mm、压缩缸深度w为30.5mm、压缩缸尺寸L为22mm、阶梯部4a的尺寸L1为6mm、活塞4的行程s为18mm、活塞4的上止点位置的间隙(齿顶间隙)为0.04mm以下，冷媒采用R600a，使用石油作为润滑油。还有，图4是表示本实施例的压缩缸、活塞部分的构成的图，表示活塞4位于下止点位置的情况。
如图4所示，活塞4从曲轴7一侧端部配备的阶梯部4a的压缩缸3一侧端部的阶梯位置4b，形成在活塞4的下止点位置中的比压缩缸开口靠外侧。从而，在下止点位置，能够由阶梯部4a整体接触从曲轴侧飞散的润滑油和从上方滴下的润滑油，当在压缩缸3内周面和活塞4外周之间供给润滑油时，能够有效地利用阶梯部4a。
另外，如上所述，由于使阶梯中4a的深度d尺寸为d≤200μm的范围，从而，能够在活塞和压缩缸间充足地形成由阶梯部4a接受的油膜。
再有，本实施例中，活塞4从曲轴7侧端部配备的阶梯部4a的压缩缸3一侧端部的阶梯位置4b，形成在活塞4的下止点位置中的比压缩缸开口靠外侧，据此，能够进行压缩机的稳定运转。例如，在下止点位置，在阶梯位置4b位于压缩缸内的情况、利用球窝接头机构与曲轴连接的本实施例的情况下，压缩缸3内周面还同时具有活塞4往复运动的导向作用。从而，在阶梯部4a的阶梯位置4b在下止点位置位于压缩缸3开口内侧的情况下，活塞4的往运动(冷媒压缩方向)开始时，容易发生以阶梯位置4b为支点的活塞4的旋转运动，成为的所谓一端接触的原因。本实施例防止这个，有助于稳定运转和提高可靠性。
下面，关于上述本实施例的效果加以考察。作为压缩机的输入降低方法之一是降低滑动部的机械损失。其中降低活塞与压缩缸的滑动损失对降低压缩机输入有效。从而，现有作为用以降低活塞和压缩缸的滑动损失的设计方法，通过提高由油膜产生的润滑性和提高部件的尺寸精度等降低摩擦阻力，是基本的方法之一。
为了比起由这种现有的基本方法带来的润滑油供给结构的改良和尺寸精度的提高，更能够获得降低效果，发现比现有方法大幅度地削减活塞和压缩缸的接触面积非常有效，本实施例中，着眼于在活塞外周面设置与压缩缸不接触的阶梯部，比起现有方法大幅度地削减活塞与压缩缸的接触面积从而降低滑动损失。
这样，通过使用具备阶梯部的活塞，从而能够降低由摩擦阻力造成的滑动损失，实现压缩机的输入降低。
不过，作为这种情况的课题，若过宽地设置阶梯部，则接触面积过小而使面压增加，会担心促进滑动部的磨损和冷媒从活塞和压缩缸间泄漏而降低压缩机的冷冻能力等。另外，若使阶梯部过深，则担心阶梯部表面的油膜不能遍及活塞外周面的整个区域而引起接触面上的油膜不连贯。
为此，在密闭容器内与润滑油一起收容着将由用以吸入冷媒气体并压缩的压缩机要件和旋转驱动该压缩机要件的电动机要件构成的压缩机主体与而形成的密闭型压缩机，本实施例中，是在与曲轴旋转驱动联动地在压缩缸内往复运动的活塞的外周面设置与压缩缸内面不接触的阶梯部，且使阶梯中的长度为活塞全长的20％～40％。另外，使阶梯部的深度为200μm以下。
根据这种构成，没有由于具有阶梯部而造成的不合理现象，能够实现压缩机的输入降低。
另外，通过以一定深度在从缸盖相反侧的活塞端面到活塞中间位置的范围内的全周上设置阶梯部4a，从而，能够形成单纯形状的阶梯部4a，还能够维持加工上的尺寸精度。
另外，本实施例如以上所说明的，相对于活塞和压缩缸上面压小的压缩机而言特别适合。从而，代替在现有冰箱用压缩机中广泛使用的冷媒气体HFC-134a而使用最近成为主流的冷媒气体R600a的压缩机中，由于冷媒压力降低、面压小，因而本构成非常有效。换言之，通过使用R600a作为冷媒气体而减小压缩缸3及活塞4上的面压，且在活塞4外周面配备与活塞3内面不接触的阶梯部4a，从而，能够减小活塞4与压缩缸3的接触面积，关系到提高效率。
另外，作为压缩方式，采用在压缩缸内往复运动的活塞与具有大致球状前端的连杆连结、上述活塞通过上述连杆与曲轴的曲柄销的偏心运动联动而在压缩缸内往复运动的球窝接头机构构成的压缩机(图1为图示球窝接头机构的压缩机构成图的一例)，是在使曲轴旋转运动成为活塞往复运动时，随着曲轴的旋转方向而容易发生活塞侧面的一端接触等的结构，必须使活塞和压缩缸的间隙始终保持为最佳，不过，本实施例中由于具备如上所述结构，因此，能够解决这些问题点。从而，在具有球窝接头压缩机构的压缩机中本构成非常有效。

Claims (6)

1.一种密闭型压缩机，是在密闭容器内收容压缩机主体而构成的密闭型压缩机，其中该压缩机主体由压缩机要件和电动机要件构成，该压缩机要件用于与润滑油一起吸入并压缩冷媒气体，该电动机要件用于驱动该压缩机要件旋转，其特征在于：上述压缩机要件具备与曲轴旋转驱动联动地在压缩缸内往复运动的活塞，在该活塞外周面具有在从上述曲轴一侧的端部到活塞中间位置的范围内延伸的阶梯部。
2.一种密闭型压缩机，是在密闭容器内收容压缩机主体而构成的密闭型压缩机，其中该压缩机主体由压缩机要件和电动机要件构成，该压缩机要件用于与润滑油一起吸入并压缩冷媒气体，该电动机要件用于驱动该压缩机要件旋转，其特征在于：上述压缩机要件具备与曲轴的旋转驱动联动地在压缩缸内往复运动的活塞，采用R600a作为冷媒气体而减小加在上述压缩缸及上述活塞上的面压，并且，在上述活塞外周面具备与压缩缸内面不接触的阶梯部而减小上述活塞与上述压缩缸的接触面积。
3.一种密闭型压缩机，是在密闭容器内收容压缩机主体而构成的密闭型压缩机，其中该压缩机主体由压缩机要件和电动机要件构成，该压缩机要件用于与润滑油一起吸入并压缩冷媒气体，该电动机要件用于驱动该压缩机要件旋转，其特征在于：压缩机要件由球窝接头机构构成，该球窝接头机构具有在压缩缸内往复运动的活塞，上述活塞与具有大致球状前端的连杆连接，并经由上述连杆而与曲轴的曲柄销的偏心运动联动地在压缩缸内往复运动，
在上述活塞的外周面具有在从上述曲轴一侧的端部到活塞中间位置的范围延伸的阶梯部，在上述活塞的下止点位置，使上述阶梯部的上述活塞一侧的端部位置比上述压缩缸的开口更靠近上述曲轴一侧。
4.根据权利要求1或2所述的密闭型压缩机，其特征在于：在上述活塞的下止点位置，上述阶梯部的上述活塞一侧的端部位置比上述压缩缸的开口更靠近上述曲轴一侧。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的密闭型压缩机，其特征在于：上述阶梯部以一定深度遍及上述活塞整个外周一样设置。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述的密闭型压缩机，其特征在于：上述阶梯部的深度为200μm以下。
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