DE60103792T2

DE60103792T2 - Rotationskompressor

Info

Publication number: DE60103792T2
Application number: DE60103792T
Authority: DE
Inventors: Takashi Ora-gun Sunaga; Kenzo Ora-gun Matsumoto; Manabu Ora-gun Takenaka; Masazo Sano-shi Okajima
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2000-03-15
Filing date: 2001-03-15
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2021-03-16
Also published as: JP2001263280A; DE60103792D1; US6435850B2; KR20010092300A; KR100726308B1; US20010043879A1; CN1313471A; CN1189662C; EP1134418A2; ES2222946T3; EP1134418A3; TW484003B; EP1134418B1

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Anmeldung Nr. 2000-071619, eingereicht am 15. März 2000.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf einen Rotationskompressor, der ein Freon ohne Chlorionen verwendet und Polyolester als Schmiermittel oder Polyvinylether als ein Basisöl verwendet, um anomalen Abrieb zu vermeiden, und bezieht sich insbesondere auf die Struktur eines Schiebers und einer Walze eines hoch zuverlässigen Rotationskompressors.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Traditionell sind die Freone, die für die meisten Kompressoren in Kühlgeräten, Verkaufsautomaten oder Klimaanlagen für Familie und Geschäfte verwendet werden, Dichlordifluormethan (R12) und Monochlordifluormethan (R22). Die traditionellen Freone R12 und R22 schädigen leicht die Ozonschicht, wenn sie in die Atmosphäre freigesetzt werden. Deshalb ist die Verwendung des traditionellen Freons eingeschränkt. Der Schaden an der Ozonschicht der Atmosphäre beruht auf Chlorbestandteilen im Freon. Daher wird ein natürliches Freon ohne Chlorionen, wie etwa HFC-Freon (z. B. R32, R125 und R134a), Phytantyp-Freon (z. B. Propan und Butan usw.), Kohlensäuregas und Ammoniak usw., in Betracht gezogen, um das traditionelle Freon zu ersetzen.
1 ist eine Querschnittdarstellung eines Rotationskompressors mit zwei Zylindern, 2 ist ein Diagramm, das eine strukturelle Korrelation zwischen einer Walze, einem Schieber und einem Zylinder zeigt, 3 ist ein Diagramm, das eine Schieberstruktur zeigt. Wie in 1 gezeigt, umfasst der Rotationskompressor 1 einen abgeschlossenen Behälter 10 mit einem Elektromotor und einem Kompressor, die beide innerhalb des abgeschlossenen Behälters 10 installiert sind. Der Elektromotor 20 umfasst einen Stator 22 und einen Rotor 24, die beide an Innenwänden des abgeschlossenen Behälters 10 befestigt sind. Eine Rotationswelle 25, die durch das Zentrum des Rotors 24 hindurch führt, dreht sich ungehindert, um zwei Platten 33, 34 zu unterstützen, die verwendet werden, um die Öffnungen der Zylinder 31, 32 abzudichten. Eine Kurbel 26 ist exzentrisch mit der Rotationswelle 25 verbunden. Die Zylinder 31, 32 sind zwischen den beiden Platten 33, 34 montiert. Die Achsen der beiden Zylinder 31 und 32 fluchten mit der Achse der Rotationswelle 25. Im Folgenden wird zur Vereinfachung nur der Zylinder 32 beschrieben. An der Seitenwand 32b des Zylinders 32 sind ein Freon-Einlass 23 bzw. ein Freon-Auslass 35 ausgebildet.
Innerhalb des Zylinders 32 ist eine ringförmige Walze 38 montiert. Der Innenumfang 38b der Walze 38 befindet sich in Kontakt mit dem Außenumfang 26a der Kurbel 26, und der Außenumfang 38a der Walze 38 befindet sich in Kontakt mit dem Innenumfang 32b des Zylinders 32. Ein Schieber 40 ist auf dem Zylinder 32 montiert und ist ungehindert verschiebbar. Das Vorderende 40a des Schiebers 40 befindet sich elastisch in Kontakt mit dem Außenumfang 38a der Walze 38. Das Vorderende 40a des Schiebers 40 und die Walze 38 sind sicher abgedichtet, indem ein komprimiertes Freon von dem Schieber 40 eingeleitet wird. Ein Kompressionsraum 50 wird dann von der Walze 38, dem Zylinder 32 und der Platte 34 zum Abdichten des Zylinders 32 abgegrenzt.
Wenn die Rotationswelle 25 bezogen auf 2 gegen den Uhrzeigersinn rotiert, so rotiert die Walze 38 exzentrisch innerhalb des Zylinders 32. Daher wird Freongas aus dem Einlass 23 in den Kompressionsraum 50 eingeleitet, komprimiert und dann aus dem Auslass 35 ausgestoßen. Während des Zyklus wird an dem Kontaktbereich des Schiebers 40 und der Walze 38 eine Druckspannung Fv erzeugt.
Gemäß der herkömmlichen Struktur ist die Kontaktoberfläche (das Vorderende) 40a des Schiebers 40 in Kontakt mit der Walze 38 eine Bogenform mit einer Krümmung Rv. Die Krümmung Rv ist im Wesentlichen der Breite des Schiebers 40 gleich und ungefähr 1/10 bis 1/3 des Radius der Walze 38. Die Walze 38 besteht aus Materialien wie etwa Gusseisen oder Gusseisenlegierung und wird durch ein Abschreckverfahren hergestellt. Der Schieber 40 besteht aus Materialien wie etwa rostfreiem Stahl oder Werkzeugstahl und kann außerdem durch Nitridhärtung beschichtet sein. Im Allgemeinen ist der Schieber 40 durch hohe Härte und Verformbarkeit gekennzeichnet.
4 zeigt den Kontaktzustand zwischen der Walze 38 und dem Schieber, es kann jedoch ein zylindrisches Rohr mit einer anderen Krümmung verwendet werden. Wie in 4 gezeigt, gibt es durch die Druckspannung Fv des Schiebers 40 zwischen dem Schieber 40 und der Walze 38 eher einen Oberflächenkontakt als einen Punktkontakt oder einen Linienkontakt, wenn sie aneinander drücken. Die Länge einer elastischen Kontaktoberfläche zwischen dem Schieber 40 und der Walze 38 kann durch die folgende Formel berechnet werden:
wobei E1 und E2 longitudinale Elastizitätskoeffizienten (kg/cm²) für den Schieber 40 bzw. die Walze 38 sind, ν1 und ν2 Poisson-Verhältnisse für den Schieber 4 bzw. die Walze 38 sind, L die Höhe (cm) des Schiebers 40 ist, Fv die Druckspannung ist, ρ ein effektiver Radius ist. Am Kontaktbereich wird eine Hertz-Spannung Pmax (kgf/cm²) ausgeübt und durch die folgende Formel berechnet: Pmax = 4/π·Fv/L/d (9)
Als die oben beschriebene Struktur wird, um die Haltbarkeit des Schiebers zu erhöhen, ein Oberflächenverfahren, wie etwa ein Nitridhärtungsverfahren oder ein CrN-Ionenbeschichtungsfilm an dem Schieber des Rotationskompressors ausgeführt, der ein Freon ohne Chlorionen verwendet und ein Polyolesterschmiermittel oder Polyvinylether als ein Basisöl verwendet. Die Haltbarkeit für die Nitridhärtung wird jedoch leicht herabgesetzt und die CrN-Ionenschicht leicht abgestreift. Außerdem sind die Kosten für das Nitridhärtungsverfahren oder den CrN-Ionenbeschichtungsfilm hoch, und daher steigen die Herstellungskosten.
Im US-Patent 5,951,273 wird offenbart, die Spitze eines Schiebers in Richtung der gleitenden Bewegung zwischen dem Schieber und dem Wälzkolben glattzuschleifen. Dadurch wird der Abrieb verringert, verglichen mit einer Schleifrichtung, die senkrecht zu der offenbarten Richtung ist.
Eine nicht gleichförmige Krümmung für die Spitze eines Schiebers wird im US-Patent 5,494,423 offenbart. Die Kontaktspannung an der Spitze des Schiebers wird durch Erhöhung des Radius der gekrümmten Oberfläche in der Nähe der Kontaktstelle zwischen dem Wälzkolben und dem Schieber verringert, wo sich der Maximalwert der Druckkraft zeigt. Die Herstellung einer gekrümmten Oberfläche mit einem nicht einheitlichen Radius ist jedoch teuer.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorhergehenden Beschreibung ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, einen hoch zuverlässigen Rotationskompressor bereitzustellen, der ein Freon ohne Chlorionen verwendet und einen Polyolester als Schmiermittel oder einen Polyvinylether als ein Basisöl verwendet, um anomalen Abrieb zwischen dem Schieber und der Walze zu verhindern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die herkömmliche Gestaltung so geändert, dass die Krümmung der Kontaktoberfläche des Schiebers und der Walze im Wesentlichen der Breite des Schiebers gleich ist. Um die Kontaktoberfläche des Schiebers und der Walze innerhalb eines akzeptablen Bereichs zu erhalten, indem die Krümmung der Kontaktoberfläche größer als die Breite des Schiebers gemacht wird, wird dadurch die Hertzspannung verringert. Außerdem nimmt die Gleitentfernung zu, um die Spannung zu verteilen, so dass die Temperatur am Kontaktbereich zwischen dem Schieber und der Walze verringert werden kann. Folglich ist ein Beschichtungsverfahren mit hohen Kosten für die Oberfläche des Schiebers nicht notwendig. Und zwar kann, obwohl eine kostengünstige Nitridhärtung (NV-Nitridhärtung, Sulfonyl-Nitridhärtung oder radikalische Nitridhärtung) verwendet wird, diese den Abrieb zwischen dem Kontaktbereich der Walze und des Schiebers ausreichend verringern und außerdem anomalen Abrieb verhindern.
Gemäß den oben erwähnten Aufgaben sieht die vorliegende Erfindung einen mit einer Freon-Schleife gekoppelten Rotationskompressor vor. Die Freon-Schleife ist mit dem Rotationskompressor, einem Kondensor, einer Expansionsvorrichtung und einem Verdampfer verbunden. Der Rotationskompressor verwendet ein Freon ohne Chlorionen und verwendet einen Polyolester als Schmiermittel oder einen Polyvinylether als Basisöl für die Schmierung. Der Rotationskompressor umfasst mindestens einen Zylinder, eine Rotationswelle, eine Walze und einen Schieber. Der Zylinder umfasst einen Freon-Einlass und einen Freon-Auslass. Die Rotationswelle umfasst eine Kurbel, die auf einer Achse des Zylinders installiert ist. Die Walze ist zwischen der Kurbel und dem Zylinder installiert und kann exzentrisch rotieren. Der Schieber kann sich innerhalb einer im Zylinder gebildeten Nut hin und her bewegen und sich in gleitendem Kontakt mit dem Außenumfang der Walze befinden. Ein Gleitkontaktbereich wird zwischen dem Schieber und der Walze ausgebildet und weist eine Krümmung Rv auf, welche der folgenden Formel genügt: T < Rv < Rr (1)wobei T die Dicke des Schiebers ist und Rr die Krümmung des Außenumfangs der Walze in gleitendem Kontakt mit dem Schieber ist.
Wie erwähnt, ist ein Abstand zwischen einem Rotationszentrum (O1) der Rotationswelle und einem Zentrum (O2) der Walze als Exzentrizität (E) definiert. Ein Winkel α wird zwischen einer ersten Linie (L1), die das Rotationszentrum (O1) der Rotationswelle und das Zentrum (O2) der Walze verbindet, und einer zweiten Linie (L2), bei der die erste Linie (L1) das Rotationszentrum (O1) der Rotationswelle und das Zentrum (O2) der Walze verbindet, und die zweite Linie (L2) verbindet ein Zentrum (O3) der Krümmung Rv des Schiebers und das Zentrum (O1) der Walze. Eine Gleitentfernung verbindet einen ersten Schnittpunkt der ersten Linie (L1) mit dem Außenumfang der Walze und einen zweiten Schnittpunkt der zweiten Linie (L2) mit dem Außenumfang der Walze. Die Dicke T, die Krümmungen Rv, Rr, die Exzentrizität E, der Winkel α und die Gleitentfernung (ev) genügen den folgenden Formeln, um eine Gleitkontaktoberfläche zu erhalten, die sich an dem Gleitkontaktbereich zwischen dem Schieber und der Walze befindet. T > 2·Rv·E/(Rv + Rr) (2) sinα = E/(Rv + Rr) (3) ev = Rv·E/(Rv + Rr) (4)
Außerdem genügen die Dicke T, die Krümmungen Rv, Rr, die Exzentrizität E, der Winkel α und die Gleitentfernung (ev) einer Formel: T > [2·Rv·E/(Rv + Rr)] + d (8)um die Gleitkontaktoberfläche aufrechtzuerhalten, die sich an dem Gleitkontaktbereich zwischen dem Schieber und der Walze befindet, wenn der Rotationskompressor mit einer großen Belastung betrieben wird, wobei L die Höhe des Schiebers ist, E1, E2 longitudinale Elastizitätskoeffizienten sind, ν1 und ν2 Poisson-Verhältnisse für den Schieber und die Walze sind, ΔP ein Konstruktionsdruck ist, ein effektiver Radius ist, eine Spannung von dem Schieber ist, d ein Abstand einer elastischen Kontaktoberfläche ist, wobei ρ, ΔP, Fv und d durch die folgenden Formeln berechnet werden:
Fv = T·L·ΔP (6)
Wenn der Rotationskompressor mit einer großen Belastung betrieben wird, beträgt der Konstruktionsdruck ΔP 2,98 MPa für die Verwendung eines HFC407C-Freons, 4,14 MPa für die Verwendung eines HFC410A-Freons, 3,10 MPa für die Verwendung eines HFC404A-Freons, 1,80 MPa für die Verwendung eines HFC134a-Freons.
Außerdem setzt sich der oben erwähnte Schieber aus einem Eisenmaterial mit einem longitudinalen Elastizitätskoeffizienten zwischen 1,96 × 10⁵–2,45 × 10⁵ N/mm² zusammen, und die Walze im gleitenden Kontakt mit dem Schieber setzt sich aus einem Eisenmaterial mit einem longitudinalen Elastizitätskoeffizienten zwischen 9,81 × 10⁴ und 1,47 × 10⁵ N/mm² zusammen. Bevorzugt liegt der Stokes-Wert des Basisöls zwischen 20 und 80 mm²/s bei einer Temperatur von ungefähr 40°C.
Die Geometrie des Schiebers und der Walze oben können entworfen werden, wo eine oberste Oberfläche des Schiebers außerdem mit einer Verbundschicht beschichtet sein kann, die eine Eisen-Stickstoff-(Fe-N)-Basis und eine Diffusionsschicht mit einer Eisen-Stickstoff-(Fe-N)-Basis, die unter der Verbundschicht durch Nitridierung gebildet worden ist, enthält.
Die oberste Oberfläche des Schiebers kann alternativ nur mit einer Verbundschicht beschichtet sein, die eine Eisen-Stickstoff-(Fe-N)-Basis enthält. Die oberste Oberfläche des Schiebers kann außerdem auch mit einer Verbundschicht beschichtet sein, die eine Eisen-Schwefel-(Fe-S)-Basis enthält und eine Diffusionsschicht mit einer Eisen-Stickstoff (Fe-N)-Basis, die unter der Verbundschicht durch Nitridhärtung gebildet wurde.
Außerdem kann die oberste Oberfläche des Schiebers mit einer Verbundschicht beschichtet sein, die eine Eisen-Stickstoff (Fe-N)-Basis enthält und eine Diffusionsschicht, die eine Eisen-Stickstoff (Fe-N)-Basis enthält, die unter der Verbundschicht durch Nitridhärtung gebildet wurde, und die Verbundschicht mit einer Eisen-Stickstoff-(Fe-N)-Basis, die auf mindestens einer Seitenoberfläche des Schiebers aufgebracht worden ist, wird entfernt. Alternativ kann die oberste Oberfläche des Schiebers außerdem mit einer Verbundschicht beschichtet sein, die eine Eisen-Schwefel-(Fe-S)-Basis enthält und eine Diffusionsschicht mit einer Eisen-Stickstoff (Fe-N)-Basis wird unter der Verbundschicht durch Nitridhärtung gebildet, aber die Verbundschicht, die eine Eisen-Schwefel-(Fe-S)-Basis enthält, die auf mindestens einer Seitenoberfläche des Schiebers aufgebracht worden ist, wird entfernt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Während die Beschreibung mit Ansprüchen endet, die insbesondere den Gegenstand, der als die Erfindung betrachtet wird, ausführen und klar beanspruchen, werden die Aufgaben und Merkmale der Erfindung und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genauer hervorgehen, in denen:
1 eine Querschnittsdarstellung eines Rotationskompressors mit zwei Zylindern ist;
2 ein Diagramm zur Darstellung einer strukturellen Korrelation zwischen einer Walze, einem Schieber und einem Zylinder in 1 ist;
3 ein Diagramm zur Darstellung einer Schieberstruktur in 1 ist;
4 ein Diagramm zur Darstellung einer strukturellen Korrelation zwischen einer Walze und einem Schieber eines Rotationskompressors in 1 ist;
5 Korrelationen zwischen dem Zentrum der Rotationswelle des Rotationskompressors, dem Zentrum der Walze und dem Krümmungszentrum des Vorderendes des Schiebers darstellt; und
6 eine Freon-Schleife für einen Rotationskompressor in 1 ist.
BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
6 zeigt eine Freon-Schleife, die für die vorliegende Erfindung geeignet ist. Der in 1 gezeigte Rotationskompressor ist ebenfalls für die vorliegende Erfindung geeignet. Bezogen auf 6 wird die Freon-Schleife verwendet, um der Reihe nach den Rotationskompressor a (der ein HFC-Freon ohne Chlorionen verwendet und einen Polyolester als ein Schmiermittel oder einen Polyvinylether als ein Basisöl des Schmiermittels verwendet), einen Kondensor b zum Kondensieren des HFC-Freons, eine Expansionsvorrichtung c zum Verringern des Drucks des HFC-Freons und einen Verdampfer zum Verdampfen und Beseitigen des HFC-Freons zu verbinden.
5 zeigt Korrelationen zwischen dem Zentrum der Rotationswelle des Rotationskompressors, dem Zentrum der Walze und dem Krümmungszentrum des Vorderendes des Schiebers. Wie in 5 gezeigt, wird der Abstand zwischen einem Rotationszentrum (O1) der Rotationswelle 25 und einem Zentrum (O2) der Walze 38 als eine Exzentrizität (E) definiert. Ein Winkel wird zwischen einer ersten Linie (L1) und einer zweiten Linie (L2) gebildet, wobei die erste Linie (L1) das Rotationszentrum (O1) der Rotationswelle und das Zentrum (O2) der Walze verbindet, während die zweite Linie (L2) das Zentrum (O3) der Krümmung Rv des Schiebers 40 und das Zentrum (O1) der Walze 38 verbindet. Eine Gleitentfernung ev verbindet einen ersten Schnittpunkt der ersten Linie (L1) mit dem Außenumfang 38a der Walze 38 und einen zweiten Schnittpunkt der zweiten Linie (L2) mit dem Außenumfang 38a der Walze 38. Die Gleitentfernung ev kann durch die folgende Formel berechnet werden. ev = Rv(E/(Rv + Rr)
Als Nächstes werden die Krümmung Rv des Gleitkontaktbereichs zwischen dem Schieber 40 und der Walze 38, die Dicke des Schiebers 40, die Krümmung Rr des Außenumfangs 38a der Walze 38, die Exzentrizität E, die longitudinalen Elastizitätskoeffizienten E1, E2 des Schiebers 40 und der Walze 38, die Poisson-Verhältnisse ν1, ν2 des Schiebers 40 und der Walze 38 und der Konstruktionsdruck ΔP festgelegt.
Außerdem werden der aktive Radius ρ, die Spannung Fv des Schiebers 40, der Abstand einer elastischen Kontaktoberfläche d und die Hertz-Spannung Pmax jeweils durch die Formeln (5), (6), (7) und (9) oben berechnet.
Wenn z. B. der Zweizylinder-Rotationskompressor eine Spezifikation aufweist, dass der Zylinder ϕ (Innenradius) 39 mm × H (Höhe) 14 mm beträgt, die Exzentrizität E 2,88 mm beträgt, das Ausstoßvolumen 4,6 cc × 2 beträgt und die Parameter T, Rr, E1, E2, ν1, ν2 und ΔP die Werte aufweisen, die in Tabelle I aufgelistet sind, dann werden die Werte von ρ, Fv, d, ev, (T – ev – d)/2, Pmax unter den Bedingungen berechnet, dass die Krümmung Rv 3,2 mm, 4 mm, 6 mm, 8 mm, 10 mm, 16,6 mm (genauso wie die Krümmung Rr) und flach beträgt. Die Ergebnisse sind in Tabelle I gezeigt.
Tabelle I Ausstoßvolumen: 4,6 cc × 2, Zylinder: ϕ 39 × H 14, Exzentrizität: (E) 2,88
Wie in Tabelle I gezeigt, nimmt der Prozentsatz der Hertzspannung Pmax ab und die Gleitentfernung ev nimmt zu, wenn die Krümmung Rv zunimmt unter der Bedingung, dass die Hertzspannung 100% beträgt, wenn T = Rv. Bei Rv = 10 mm beträgt die Hertzspannung Pmax 66% und die Gleitentfernung ev wird 2,3-fach. Bei Rv = 16,6 mm = Rr, beträgt die Hertzspannung Pmax jedoch 57% und (T – ev – d) beträgt ungefähr 0,16. Dabei ist es schwierig, die Gleitkontaktoberfläche an dem Gleitkontaktbereich des Schiebers 40 und der Walze 38 aufrechtzuerhalten.
Wenn der Zweizylinder-Rotationskompressor eine Spezifikation aufweist, dass der Zylinder ϕ 39 mm × H 14 mm beträgt, die Exzentrizität E 2,35 mm beträgt, das Ausstoßvolumen 4,6 cc × 2 beträgt und die Parameter T, Rr, E1, E2, ν1, ν2 und ΔP die Werte aufweisen, die in Tabelle II aufgelistet sind, dann werden die Werte von ρ, Fv, d, ev, (T – ev – d)/2, Pmax unter den Bedingungen berechnet, dass die Krümmung Rv 3,2 mm, 4 mm, 6 mm, 8 mm, 10 mm, 18,1 mm (genauso wie die Krümmung Rr) und flach beträgt. Die Ergebnisse sind in Tabelle II gezeigt.
Tabelle II Ausstoßvolumen: 4,6 cc × 2, Zylinder: ϕ 39 × H 14, Exzentrizität: (E) 2,88
Wie in Tabelle II gezeigt, nimmt der Prozentsatz der Hertzspannung Pmax ab und die Gleitentfernung ev nimmt zu, wenn die Krümmung Rv zunimmt, unter der Bedingung, dass die Hertzspannung 100% beträgt, wenn T = Rv. Bei Rv = 10 mm beträgt die Hertzspannung Pmax 65% und die Gleitentfernung ev wird 2,4-fach. Bei Rv = 18,1 mm = Rr beträgt die Hertzspannung Pmax jedoch 55% und (T – ev – d) beträgt ungefähr 0,42. Es ist daher schwierig, die Gleitkontaktoberfläche an dem Gleitkontaktbereich des Schiebers 40 und der Walze 38 zu erhalten.
Wenn der Zweizylinder-Rotationskompressor überdies eine Spezifikation aufweist, dass der Zylinder ϕ 41 mm × H 16 mm beträgt, die Exzentrizität E 3,478 mm beträgt, das Ausstoßvolumen 6,6 cc × 2 beträgt und die Parameter T, Rr, E1, E2, ν1, ν2 und ΔP die Werte aufweisen, die in Tabelle III aufgelistet sind, dann werden die Werte von ρ, Fv, d, ev, (T – ev – d)/2, Pmax unter den Bedingungen berechnet, dass die Krümmung Rv 3,2 mm, 4 mm, 6 mm, 8 mm, 10 mm, 17 mm (genauso wie die Krümmung Rr) und flach beträgt. Die Ergebnisse sind in Tabelle III gezeigt.
Tabelle III Ausstoßvolumen: 6,6 cc × 2, Zylinder: ϕ 41 × H 16, Exzentrizität: (E) 3,478
Wie in Tabelle III gezeigt, nimmt der Prozentsatz der Hertzspannung Pmax ab und die Gleitentfernung ev nimmt zu, wenn die Krümmung Rv zunimmt, unter der Bedingung, dass die Hertzspannung 100% beträgt, wenn T = Rv. Bei Rv = 10 mm beträgt die Hertz spannung Pmax 65% und die Gleitentfernung ev wird 2,3-fach. Bei Rv = 17 mm = Rr beträgt jedoch die Hertzspannung Pmax 56% und (T – ev – d) beträgt ungefähr – 0,14. Dabei ist es schwierig, die Gleitkontaktoberfläche an dem Gleitkontaktbereich des Schiebers 40 und der Walze 38 zu erhalten.
Wenn der Zweizylinder-Rotationskompressor alternativ eine Spezifikation aufweist, dass der Zylinder ϕ 38 mm × H 15 mm beträgt, die Exzentrizität E 4,715 mm beträgt, das Ausstoßvolumen 7,65 cc × 2 beträgt, und die Parameter T, Rr, E1, E2, ν1, ν2 und ΔP die Werte aufweisen, die in Tabelle IV aufgelistet sind, dann werden die Werte von ρ, Fv, d, ev, (T – ev – d)/2, Pmax unter den Bedingungen berechnet, dass die Krümmung Rv 4,7 mm, 6 mm, 8 mm, 10 mm, 12 mm, 14,5 mm (genauso wie die Krümmung Rr) und flach beträgt. Die Ergebnisse sind in Tabelle IV gezeigt.
Tabelle IV Ausstoßvolumen: 7,65 cc × 2, Zylinder: ϕ 38 × H 15, Exzentrizität: (E) 4,715
Wie in Tabelle IV gezeigt, nimmt der Prozentsatz der Hertzspannung Pmax ab und die Gleitentfernung ev nimmt zu, wenn die Krümmung Rv zunimmt, unter der Bedingung, dass die Hertzspannung 100% beträgt, wenn T = Rv. Bei Rv = 12 mm beträgt die Hertzspannung Pmax 74% und die Gleitentfernung ev wird 1,9-fach. Bei Rv = 14,5 mm = Rr beträgt jedoch die Hertzspannung Pmax 70% und (T – ev – d) beträgt ungefähr – 0,008. Es ist daher schwierig, die Gleitkontaktoberfläche an dem Gleitkontaktbereich des Schiebers 40 und der Walze 38 zu erhalten.
Wenn die Krümmung der Kontaktoberfläche des Schiebers 40 und der Walze 38 innerhalb des Bereichs T < Rv < Rv liegt, wird daher die Kontaktoberfläche des Schiebers 40 und der Walze erhalten, um die Spannung zu verringern. Außerdem nimmt die Gleitentfernung zu, um die Spannung zu verteilen, so dass die Temperatur an dem Gleitkontaktbereich zwischen dem Schieber und der Walze verringert werden kann, so dass ein anomaler Abrieb zwischen dem Schieber 40 und der Walze 38 verhindert wird.
Folglich wird ein sehr teures Beschichtungsverfahren nicht erfordert, das auf der Oberfläche des Schiebers 40 ausgeführt wird. Und zwar kann, auch wenn eine kostengünstige Nitridhärtung (NV-Nitridhärtung, Sulfonylnitridhärtung oder radikalische Nitridhärtung) verwendet wird, diese den Abrieb zwischen dem Außenumfang der Walze und dem Schieber ausreichend verringern, um anomalen Abrieb zu verhindern.
Wenn die Dicke T des Schiebers 40 innerhalb des Bereichs T > 2·Rv·E/(Rv + Rr) liegt, wird außerdem gemäß der vorliegenden Erfindung die Kontaktoberfläche des Schiebers 40 und der Walze erhalten. Weil außerdem die Dicke T des Schiebers 40 innerhalb des Bereichs T > [2·Rv·E/(Rv + Rr)] + d liegt, wird die Kontaktoberfläche des Schiebers 40 und der Walze immer noch sicher erhalten, auch wenn der Rotationskompressor mit einer großen Belastung betrieben wird.
Wenn der Rotationskompressor mit einer großen Belastung betrieben wird, beträgt der Konstruktionsdruck ΔP 2,98 MPa für die Verwendung eines HFC407C-Freons, 4,14 MPa für die Verwendung eines HFC410A-Freons, 3,10 MPa für die Verwendung eines HFC404A-Freons und 1,80 MPa für die Verwendung eines HFC134a-Freons. Daher kann, unter Berücksichtigung der elastischen Verformung für jedes Freon, das mit einer hohen Belastung betrieben wird, es immer noch die Gleitkontaktoberfläche zwischen zwei Scheitellinien des Schiebers erhalten, bei denen eine an der Seitenwand angeordnet ist, die in gleitendem Kontakt mit dem Zylinder ist, und die andere an einer Oberfläche angeordnet ist, die in gleitendem Kontakt mit der Walze ist.
Der Schieber 40 ist aus einem Eisenmaterial mit einem longitudinalen Elastizitätskoeffizienten zwischen 1,96 × 10⁵–2,45 × 10⁵ N/mm² zusammengesetzt. Wenn der longitudinale Elastizitätskoeffizient des Schiebers zu klein ist, nimmt die Haltbarkeit des Schiebers ab, und wenn der longitudinale Elastizitätskoeffizient des Schiebers zu groß ist, kann er nicht eine hervorragende elastische Verformung behalten. Und zwar kann, wenn der longitudinale Elastizitätskoeffizient zu groß oder zu klein ist, die Spannung zwischen dem Schieber und der Walze nicht verringert werden, und die Haltbarkeit nimmt ab.
Die oberste Oberfläche des Schiebers ist außerdem mit einer Verbundschicht mit einer Eisen-Stickstoff-(Fe-N)-Basis beschichtet und einer Diffusionsschicht mit einer Eisen-Stickstoff-(Fe-N)-Basis, die unter der Verbundschicht durch Nitridhärtung gebildet wird. Alternativ ist die oberste Oberfläche des Schiebers außerdem nur mit einer Verbundschicht beschichtet, die eine Eisen-Stickstoff-(Fe-N)-Basis enthält. Die oberste Oberfläche des Schiebers kann außerdem mit einer Verbundschicht beschichtet sein, die eine Eisen-Schwefel-(Fe-S)-Basis enthält und eine Diffusionsschicht mit einer Eisen-Stickstoff (Fe-N)-Basis, die unter der Verbundschicht durch Nitridhärtung gebildet wird. Die Nitridhärtung und Beschichtung für den Schieber können die Haltbarkeit erhöhen, was in JP-10-141269, JP-11-217665, JP-5-73918 offenbart ist. Für das HFC-Freon führt eine solche Nitridhärtung oder ein Beschichtungsverfahren jedoch zu einer geringen Haltbarkeit.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Krümmung Rv der Gleitkontaktoberfläche des Schiebers 40 und der Walze 38 durch die Formeln (1) bis (8) oben berechnet, und dann wird ein Schieber mit einer Krümmung Rv hergestellt. Die oben genannte Nitridhärtung kann außerdem auf der Oberfläche des Schiebers ausgeführt werden, um einen Schieber mit hoher Haltbarkeit zu erhalten.
Zusätzlich ist die oberste Oberfläche des Schiebers außerdem mit einer Verbundschicht beschichtet, die eine Eisen-Stickstoff-(Fe-N)-Basis enthält und eine Diffusionsschicht, die eine Eisen-Stickstoff (Fe-N)-Basis enthält, die unter der Verbundschicht durch Nitridhärtung gebildet wird, und eine Verbundschicht mit einer Eisen-Stickstoff-(Fe-N)-Basis, die auf mindestens einer Seitenoberfläche des Schiebers aufgebracht ist, wird entfernt. Alternativ ist die oberste Oberfläche des Schiebers außerdem mit einer Verbundschicht beschichtet, die eine Eisen-Schwefel-(Fe-S)-Basis enthält, und eine Diffusionsschicht mit einer Eisen-Stickstoff (Fe-N)-Basis, die unter der Verbundschicht durch Nitridhärtung gebildet wird, und die Verbundschicht mit einer Eisen-Schwefel-(Fe-S)-Basis, die auf mindestens einer Seitenoberfläche des Schiebers aufgebracht ist, wird entfernt. Das Nitridhärtungsverfahren ändert die Kristallstruktur und ändert dadurch die Abmessungen des Schiebers. Deshalb kann ein Bereich der Nitridhärtungs-Beschichtungsoberflächen des Schiebers zusätzlich entfernt werden.
Die Walze in Gleitkontakt mit dem Schieber ist aus einem Eisenmaterial zusammengesetzt, das z. B. den longitudinalen Elastizitätskoeffizienten zwischen 9,81 × 10⁴ und 1,47 × 10⁵ N/mm² aufweist. Wenn der longitudinale Elastizitätskoeffizient des Schiebers zu klein ist, nimmt die Haltbarkeit des Schiebers ab, und wenn der longitudinale Elastizitätskoeffizient des Schiebers zu groß ist, kann er nicht eine ausreichende elastische Verformung behalten. Und zwar kann, wenn der longitudinale Elastizitätskoeffizient zu groß oder zu klein ist, die Spannung zwischen dem Schieber und der Walze nicht verringert werden, und die Haltbarkeit nimmt ab.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Stokes-Wert für das Basisöl, das durch den Polyolester oder den Polyvinylether gebildet wird, nicht beschränkt. Der bevorzugte Stokes-Wert für das Basisöl beträgt jedoch zwischen ungefähr 20 und 80 mm²/s bei einer Temperatur von 40°C. Wenn der Stokes-Wert des Basisöls weniger als 20 mm²/s beträgt, kann des den Gleitkontaktbereich zwischen dem Schieber und der Walze nicht vor Abrieb schützen, während, wenn der Stokes-Wert des Basisöls größer ist als 84 mm²/s, dies zu einem hohen Stromverbrauch und einem unökonomischen Betrieb führt.
Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel wird nicht verwendet, um die vorliegende Erfindung zu beschränken. Verschiedene Ausführungen des Ausführungsbeispiels können durch Fachleute innerhalb des beanspruchten Schutzbereichs der Erfindung verändert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet der Rotationskompressor ein Freon ohne Chlorionen und verwendet einen Polyolester als ein Schmiermittel oder einen Polyvinylether als ein Basisöl. Die Kontaktoberfläche des Schiebers und der Walze wird dann innerhalb eines akzeptablen Bereichs gehalten, um die Hertzspannung zu verringern. Außerdem nimmt die Gleitentfernung zu, um die Spannung zu verteilen, so dass die Temperatur an dem Gleitkontaktbereich zwischen dem Schieber und der Walze verringert werden kann. Daher verhindern diese Verfahren anomalen Abrieb.
Folglich ist ein Beschichtungsverfahren mit hohen Kosten, das auf der Oberfläche des Schiebers ausgeführt wird, nicht notwendig. Und zwar kann, auch wenn eine kostengünstige Nitridhärtung (NV-Nitridhärtung, Sulfonyl-Nitridhärtung oder radikalische Nitridhärtung) verwendet wird, diese den Abrieb zwischen dem Außenumfang der Walze und dem Schieber ausreichend verringern und außerdem anomalen Abrieb verhindern. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Kontaktoberfläche des Schiebers und der Walze innerhalb eines akzeptablen Bereichs gehalten, so dass, auch wenn der Rotationskompressor mit einer hohen Belastung betrieben wird, die Kontaktoberfläche des Schiebers 40 und der Walze immer noch sicher aufrechterhalten wird. Unter Berücksichtigung der elastischen Verformung für jedes Freon, das mit einer hohen Belastung betrieben wird, kann immer noch die Gleitkontaktoberfläche zwischen zwei Scheitellinien des Schiebers aufrechterhalten werden, bei denen sich eine an der Seitenwand im gleitenden Kontakt mit dem Zylinder befindet und die andere an einer Oberfläche in gleitendem Kontakt mit der Walze befindet.
Außerdem sieht die vorliegende Erfindung einen bevorzugten Bereich für den longitudinalen Elastizitätskoeffizienten des Schiebers vor. Die vorliegende Erfindung sieht außerdem einen bevorzugten Bereich für den longitudinalen Elastizitätskoeffizienten der Walze in gleitendem Kontakt mit dem Schieber vor. Unter Berücksichtigung der elastischen Verformung nimmt die Spannung ab, und die Haltbarkeit des Schiebers nimmt zu.
Außerdem sieht die vorliegende Erfindung eine bevorzugte Konstruktion für die Gleitkontaktoberfläche des Schiebers und der Walze vor. Die Oberfläche des Schiebers kann außerdem durch eine kostengünstige Nitridhärtung beschichtet werden, um die Haltbarkeit des Schiebers zu erhöhen.
Darüber hinaus sieht die vorliegende Erfindung bevorzugte Stokes-Werte für das Basisöl bei einer bevorzugten Betriebstemperatur vor, um den Stromverbrauch zu senken und den Abrieb zu verringern.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, ist diese Beschreibung nicht dafür vorgesehen, unsere Erfindung zu beschränken. Verschiedene Abwandlungen des Ausführungsbeispiels werden für den Fachmann offensichtlich sein. Es wird daher davon ausgegangen, dass die nachfolgenden Ansprüchen all jene Abwandlungen oder Ausführungsbeispiele umfassen, die in den wahren Schutzumfang der Erfindung fallen.

Claims

Rotationskompressor (1), verbunden mit einer Freon-Schleife, die der Reihe nach mit dem Rotationskompressor (1), einem Kondensator, einer Ausdehnungsvorrichtung und einem Verdampfer verbunden ist, wobei der Rotationskompressor ein Freon verwendet, das keine Chlorionen enthält, und ein Polyolester als Schmiermittel oder ein Polyvinylether als Basisöl verwendet, wobei der Rotationskompressor umfasst: einen Zylinder (31, 32), der einen Freon-Einlass und einen Freon-Auslass aufweist; eine Rotationswelle (25), die eine Kurbel (26) aufweist, die auf einer Achse des Zylinders installiert ist; eine Walze (38), die zwischen der Kurbel (26) und dem Zylinder (31, 32) installiert ist und exzentrisch rotiert; und einen Schieber (40), der sich innerhalb einer im Zylinder (31, 32) gebildeten Nut hin und her bewegt und sich in gleitendem Kontakt mit einem äußeren Umfang (38a) der Walze (38) befindet, wobei der Gleitkontaktbereich zwischen dem Schieber (40) und der Walze (38) eine Krümmung Rv aufweist, die folgender Formel genügt: T < Rv < Rrwobei T die Dicke des Schiebers (40) ist und Rr die Krümmung des äußeren Umfangs (38a) der Walze (38) ist, die sich in gleitendem Kontakt mit dem Schieber befindet.
Rotationskompressor (1) nach Anspruch 1, wobei der Abstand zwischen dem Rotationszentrum (O1) der rotierenden Welle (25) und dem Mittelpunkt (O2) der Walze (38) der eine Exzentrizität (E) ist, ein Winkel α, der zwischen einer ersten Linie (L1), die das Rotationszentrum (O1) der Rotationswelle (25) und den Mittelpunkt (O2) der Walze (38) verbindet, und einer zweiten Linie (L2), in der die erste Linie das Rotationszentrum (O1) der Rotationswelle (25) und den Mittelpunkt (O2) der Walze (38) verbindet, und die zweite Linie (L2) verbindet den Mittelpunkt (O3) der Krümmung Rv des Schiebers (40) und den Mittelpunkt (O1) der Walze (38) gebildet wird, und eine Gleitentfernung, die einen ersten Schnittpunkt der ersten Linie (L1) mit dem äußeren Umfang (38a) der Walze (38) und einen zweiten Schnittpunkt der zweiten Linie (L2) mit dem äußeren Umfang (38a) der Walze (38) verbindet, wobei die Dicke T, die Krümmungen Rv, Rr, die Exzentrizität E, der Winkel α und die Gleitentfernung (ev) der folgenden Formel genügen, um eine Gleitkontaktoberfläche aufrecht zu erhalten, die sich im Gleitkontaktbereich zwischen dem Schieber (40) und der Walze (38) befindet: T > 2·Rv·E/(Rv + Rr) sinα = E/(Rv + Rr) ev = Rv·E/(Rv + Rr)
Rotationskompressor (1) nach Anspruch 1, wobei die Dicke T, die Krümmungen Rv, Rr, die Exzentrizität E, der Winkel α1 und die Gleitentfernung (ev) einer Formel, T > [2·Rv·E/(Rv + Rr)] + d, genügen, um eine Gleitkontaktoberfläche aufrecht zu erhalten, die sich im Gleitkontaktbereich zwischen dem Schieber (40) und der Walze (38) befindet, wenn der Rotationskompressor (1) mit einer großen Belastung betrieben wird, wobei L die Höhe des Schiebers (40) ist, E1, E2 longitudinale Elastizitätskoeffizienten sind, ν1 und ν2 Poisson-Verhältnisse für den Schieber (40) und die Walze (38) sind, ΔP ein Konstruktionsdruck ist, ρ ein effektiver Radius ist, Fv eine Spannung von dem Schieber (40) ist, d ein Abstand von einer elastischen Kontaktoberfläche ist, wobei ρ, ΔP, Fv und d durch folgende Formeln berechnet werden:
Fv = T·L·ΔP
Rotationskompressor (1) nach Anspruch 1, wobei, wenn der Rotationskompressor (1) mit einer großen Belastung betrieben wird, der Konstruktionsdruck ΔP 2,98 MPa für die Verwendung eines HFC407C Freons, 4,14 MPa für die Verwendung eines HFC410A Freons, 3,10 MPa für die Verwendung eines HFC404A Freons, 1,80 MPa für die Verwendung eines HFC134a Freons beträgt.
Rotationskompressor (1) nach Anspruch 1, wobei der Schieber (40) aus einem Eisenmaterial zusammengesetzt ist, das einen longitudinalen Elastizitätskoeffizienten von zwischen 1,96 × 10⁵~2,45 × 10⁵ N/mm² aufweist.
Rotationskompressor (1) nach Anspruch 5, wobei eine obere Oberfläche des Schiebers (40) zusätzlich mit einer Verbundschicht beschichtet ist, die aus einer Eisen-Stickstoff-(Fe-N)-Basis zusammengesetzt ist und einer Diffusionsschicht mit einer Eisen-Stickstoff-(Fe-N)-Basis, die unter der Verbundschicht durch Nitridierung gebildet wird.
Rotationskompressor (1) nach Anspruch 5, wobei eine obere Oberfläche des Schiebers (40) zusätzlich nur mit einer Verbundschicht beschichtet ist, die eine Eisen-Stickstoff-(Fe-N)-Basis enthält.
Rotationskompressor (1) nach Anspruch 5, wobei eine obere Oberfläche des Schiebers (40) zusätzlich mit einer Verbundschicht beschichtet ist, die eine Eisen-Schwefel-(Fe-S)-Basis enthält, und einer Diffusionsschicht mit einer Eisen-Stickstoff-(Fe-N)-Basis, die unter der Verbundschicht durch Nitridierung gebildet wird.
Rotationskompressor (1) nach Anspruch 6, wobei die obere Oberfläche des Schiebers (40) zusätzlich mit einer Verbundschicht beschichtet ist, die eine Eisen-Stickstoff-(Fe-N)-Basis enthält, und der Diffusionsschicht mit einer Eisen-Stickstoff-(Fe-N)-Basis, die unter der Verbundschicht durch Nitridierung gebildet wird, und die Verbundschicht mit einer Eisen-Stickstoff-(Fe-N)-Basis, die auf mindestens eine Seitenfläche des Schiebers (40) aufgebracht wurde, entfernt wird.
Der Rotationskompressor (1) nach Anspruch 8, wobei eine obere Oberfläche des Schiebers (40) zusätzlich mit einer Verbundschicht beschichtet wird, die eine Eisen-Schwefel-(Fe-S)-Basis enthält, und einer Diffusionsschicht, die eine Eisen-Stickstoff-(Fe-N)-Basis enthält, die unter der Verbundschicht durch Nitridierung gebildet wird, und die Verbundschicht, die eine Eisen-Schwefel-(Fe-S)-Basis enthält, die auf mindestens eine Seitenoberfläche des Schiebers (40) aufgebracht ist, entfernt wird.
Rotationskompressor (1) nach Anspruch 1, wobei die Walze (38), die sich in gleitendem Kontakt mit dem Schieber (40) befindet, aus einem Eisenmaterial zusammengesetzt ist, das einen longitudinalen Elastizitätskoeffizienten zwischen 9,81 × 10⁴ und 1,47 × 10⁵ N/mm² aufweist.
Rotationskompressor (1) nach Anspruch 1, wobei das Stokes des Basisöls zwischen 20 und 80 mm²/s bei 40°C beträgt.