DE602005002205T2

DE602005002205T2 - Hermetischer verdichter

Info

Publication number: DE602005002205T2
Application number: DE602005002205T
Authority: DE
Inventors: Ikutomo Umeoka; Makoto Katayama; Junichiro Yabiki
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2004-05-28
Filing date: 2005-05-11
Publication date: 2007-12-20
Anticipated expiration: 2025-05-12
Also published as: EP1629198B1; CN100430598C; KR20060038921A; DE602005002205D1; EP1629198A1; CN1771394A; US20060257274A1; JP4337635B2; KR100701527B1; JP2005337160A; WO2005116450A1

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen hermetischen Kompressor, der in einem Kühlzyklus eines Kühlschrankes, Gefrierschrankes oder dergleichen verwendet wird.
STAND DER TECHNIK
In letzter Zeit besteht ein großer Bedarf an einer Reduzierung des Energieverbrauchs von hermetischen Kompressoren der zuvor genannten Art. Bei einem hermetischen Kompressor, der in der internationalen Veröffentlichung WO 02102944 offenbart ist, wird durch Verbessern einer Außenform eines Kolbens ein Gleitverlust zwischen dem Kolben und einem Zylinder verringert, wodurch die Effizienz verbessert wird.
Nachfolgend wird ein herkömmlicher hermetischer Kompressor unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
7 ist eine Längsschnittansicht, die einen herkömmlichen hermetischen Kompressor zeigt, der in dem US-Patent Nr. 5,228,843 beschrieben ist; 8 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Kolben zeigt, der in der internationalen Veröffentlichung WO 02/02944 beschrieben ist.
Wie es in 7 gezeigt ist, nimmt das hermetische Gehäuse 1 ein Motorelement 4, das aus einem Stator 2 mit einem Wicklungsbereich 2a und einem Rotor 3 gebildet ist, und ein Kompressionselement 5 auf, das durch das Motorelement 4 angetrieben wird. Zudem ist in dem unteren Teil des hermetischen Gehäuses 1 Öl 6 enthalten.
Eine Kurbelwelle 10 umfasst eine Hauptwelle 11, an der ein Rotor 3 mit Hilfe eines Presssitzes aufgenommen und befestigt ist, und eine Exzenterwelle 12, die exzentrisch zur Hauptwelle 11 ausgebildet ist. Innerhalb der Hauptwelle 11 ist eine Ölpumpe 13 aufgenommen, und ein Öffnungsbereich der Ölpumpe 13 ist in dem Öl 6 positioniert. Ein Block 20, der an der Oberseite des Motorelements 4 vorgesehen ist, umfasst einen Zylinder 21 mit einer im Wesentlichen zylindrischen Form und ein Lager 22 zum Halten der Hauptwelle 11. Der Kolben 30 ist in dem Zylinder 21 des Blockes 20 eingesetzt, kann hin- und hergleiten und ist über Verbindungsmittel 41 mit der Exzenterwelle 12 verbunden.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 8 ein herkömmlicher Kolben beschrieben. Der Kolben 30 umfasst eine obere Fläche 31, eine Mantelfläche 32 und eine Außenumfangsfläche 33. Ferner umfasst die Außenumfangsfläche 33 eine Dichtfläche 34, zwei Führungsflächen 35 und entfernte Bereiche 36. Vorliegend ist die Dichtungsfläche 34 eine Fläche in der Umfangsrichtung, die derart ausgebildet ist, dass sie in engen Kontakt mit der Innenumfangsfläche des Zylinders 21 gebracht wird. Die Führungsfläche 35 ist derart ausgebildet, dass sie in engen Kontakt mit einem Teil der Innenumfangsfläche des Zylinders 21 gebracht werden kann, und sie erstreckt sich im Wesentlichen parallel in Bewegungsrichtung des Kolbens 30. Der entfernte Bereich 36 ist ein konkaver Bereich, der nicht in engen Kontakt mit der Innenumfangsfläche des Zylinders 21 gebracht wird. Ferner beträgt ein Winkel zwischen Linien, die jeweils die zentrale Achse 37 des zylindrischen Kolbens 30 und zwei Grenzkanten 35a und 35b der Führungsfläche 35 in der Richtung des Radius des Kolbens 30 verbinden, im Wesentlichen 40° oder weniger und bevorzugt 30° oder weniger.
Nachfolgend wird eine Operation eines herkömmlichen hermetischen Kompressors beschrieben, der in 7 dargestellt ist.
Während der Operation bewegt sich der Kolben 30 in der horizontalen Richtung in der Zeichnung hin und her. In der Nähe des unteren Todpunktes steht ein Teil der Mantelseite des Kolbens 30 zur Außenseite des Zylinders 21 vor. Aus diesem Zustand, wenn der Kolben 30 in den Zylinder 21 eintritt, also wenn der Kolben 30 sich in 7 nach rechts bewegt, wird der Kolben 30 durch die Führungsfläche 35 geführt und kann entsprechend sanft in den Zylinder 21 eintreten.
Bei einem herkömmlichen hermetischen Kompressor ist jedoch die Neigung der vertikalen Richtung des Kolbens 30 in Bezug auf den Zylinder 21 durch den Raum zwischen der Außenumfangsfläche 33 und dem Zylinder 21 nur in dem kurzen Abschnitt 34A zwischen der Kante der oberen Fläche 31 und der Kante der Dichtungsfläche 34 reguliert. Daher neigt der Kolben 30 dazu, sich in vertikaler Richtung zu neigen. Insbesondere während des Verdichtungshubs von dem unteren Todpunkt zu dem oberen Todpunkt (Bewegung nach rechts in 7) erfährt die obere Fläche 31 des Kolbens 30 eine Verdichtungslast eines Kühlgases, und ferner wird die Kurbelwelle 10 über die Verbindungsmittel 41 in die Richtung gedrückt, die nicht die Richtung eines Kolbens ist (Abwärtsrichtung in 7), so dass die Neigung des Kolbens 30 in der vertikalen Richtung vergrößert werden kann. Somit bestand ein Problem dahingehend, dass die Leckage von Kühlmittel erhöht wird, und dass die Kühlmittelkapazität verschlechtert wird, wodurch wiederum die Effizienz verringert wird.
Insbesondere wenn ein Kühlmittel Isobutan (R600a) mit geringer Dichte verwendet wurde, wurde der Außendurchmesser des Kolbens 30 vergrößert, und es trat leicht eine Leckage des Kühlmittels auf, weshalb die Effizienz beträchtlich verringert wurde.
Ein hermetischer Kompressor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 8 ist aus dem Stand der Technik JP 2004 027969 bekannt.
Die US 2003/223891 offenbart einen hermetisch abgeschlossenen Kühlmittelkompressor mit wenigstens einem Zylinder und einem Kolben, der sich in dem Zylinder hin- und herbewegt, wobei der Kolben über einen Kolbenbolzen mit einer Antriebsstange verbunden ist und in seiner äußeren Mantelfläche eine Umfangsschmiermittelnut aufweist, wobei der Kolbenbolzen eine Längsbohrung aufweist, die mit einer Schmiermittelquelle verbunden ist.
Die US 5,860,395 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Kühlen eines Kolbens, indem ein Schmiermittelölstrom gegen die Unterseite des Kolbens geleitet wird, und genauer gesagt, indem ein geschlossener Aufnahmeraum zwischen der Motorzylinderwand und der Seitenwand des Kolbens ausgebildet durch eine Vertiefung in dem Kolben vorgesehen wird, und indem ein Durchgang in dem Kolben vorgesehen wird, der dazu dient, das Öl zu einer gewünschten Position an der unteren Fläche des Kolbens zu leiten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Zur Lösung der zuvor beschriebenen Probleme, die beim Stand der Technik auftreten, schafft die Erfindung einen hermetischen Kompressor nach Anspruch 1 oder 8. Der erfindungsgemäße Kompressor gemäß Anspruch 1 ermöglicht es, einen Gleitverlust aufgrund der Verringerung einer Gleitfläche zu reduzieren. Indem die Gleitfläche parallel und in senkrechter Richtung zu dem Kolbenbolzen vorgesehen ist, wird eine Neigung des Kolbens in Bezug auf den Zylinder verhindert, wodurch auch die Leckage von Kühlmittel unterdrückt wird. Zudem kann die Dichtungseigenschaft verbessert werden, indem der Gleitbereich durch die Hinterschneidung mit Öl versorgt wird. Bei dem zuvor beschriebenen Effekt kann ein hermetischer Kompressor mit hoher Effizienz erzeugt werden. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen hermetischen Kompressors sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Längsschnittansicht, die einen hermetischen Kompressor einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die ein Element um einen Kolben zeigt, der für einen hermetischen Kompressor in einer beispielhaften Ausführungsform verwendet wird.
3 ist eine Vorderansicht, die einen Kolben zeigt, der für einen hermetischen Kompressor in einer beispielhaften Ausführungsform verwendet wird.
4 ist eine Schnittansicht eines Teils entlang der Linie IV-IV in 3.
5 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die eine Endfläche einer Hinterschneidung eines Kolbens zeigt, der für einen hermetischen Kompressor in einer beispielhaften Ausführungsform verwendet wird.
6 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die eine Spitze eines Kolbens zeigt, der für einen hermetischen Kompressor in einer beispielhaften Ausführungsform verwendet wird.
7 ist eine Längsschnittansicht, die einen herkömmlichen hermetischen Kompressor zeigt.
8 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Kolben zeigt, der für einen herkömmlichen hermetischen Kompressor verwendet wird.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend wird eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es sollte klar sein, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die beispielhafte Ausführungsform beschränkt ist.
(Beispielhafte Ausführungsform)
1 ist eine Längsschnittansicht, die einen hermetischen Kompressor einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die ein Element um einen Kolben zeigt; 3 ist eine Vorderansicht, die einen Kolben zeigt; 4 ist eine Schnittansicht eines Teils entlang der Linie IV-IV in 3; 5 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die eine Endfläche einer Hinterschneidung eines Kolbens zeigt; und 6 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die eine Spitze eines Kolbens zeigt.
Wie es in den 1 bis 6 gezeigt ist, nimmt ein Gehäuse 101 ein Motorelement 104 und einen Kompressionsmechanismus 105 auf, der durch ein Motorelement 104 angetrieben wird, und enthält ferner ein Öl 106. Das Motorelement 104 umfasst einen Stator 102 und einen Rotor 103 und ermöglicht ein Antreiben im Wechselbetrieb unter Verwendung einer Steuerschaltung, etc., die bei mehreren Betriebsfrequenzen einschließlich einer Betriebsfrequenz, die nicht höher als die Stromzufuhrfrequenz ist, gesteuert wird.
Der hermetische Kompressor dieser beispielhaften Ausführungsform verwendet ein auf Kohlenwasserstoff basierendes Kühlmittel-Isobutan (oder R600a). Das Kühlmittel R600a ist ein natürliches Kühlmittel mit geringem globalen Erwärmungspotential.
Eine Kurbelwelle 110 umfasst eine Hauptwelle 111 und eine Exzenterwelle 112 und ist im Wesentlichen in der vertikalen Richtung angeordnet. Vorliegend ist der Rotor 103 mittels einer Pressverbindung an der Hauptquelle 111 angeordnet und befestigt, und die Exzenterwelle 112 ist exzentrisch zur Hauptwelle 111 angeordnet.
Eine Ölzufuhrstruktur 120 umfasst eine Kreiselpumpe 122, ein vertikales Loch 123 und ein laterales Loch 124. Ein Ende der Kreiselpumpe 122, die innerhalb der Kurbelwelle 110 ausgebildet ist, öffnet sich in das Öl 106, wobei das andere Ende mit einer Zähflüssigkeitspumpe 121 verbunden ist. Ein Ende des vertikalen Loches 123 ist mit einem Ende der Zähflüssigkeitspumpe 121 verbunden, wobei sich das andere Ende in den Raum innerhalb des Gehäuses 101 öffnet.
Ein Block 130 umfasst im Wesentlichen einen zylindrischen Zylinder 131, ein Hauptlager 132 zum Halten der Hauptwelle 111 und einen Kollisionsbereich 134, der an der oberen Seite des Zylinders 131 vorgesehen ist. Der Zylinder 131 umfasst eine Kerbe 135, die an der oberen Seite der Kante an der Seite der Kurbelwelle 110 vorgesehen ist.
Der Kolben 140 ist in den Zylinder 131 eingesetzt und kann hin- und hergleiten. Der Kolben 140 umfasst ein Kolbenbolzenloch 141, das parallel zu der Mittelachse der Exzenterwelle 112 ausgebildet ist. In das Kolbenbolzenloch 141 ist ein hohler zylindrischer Kolbenbolzen 142 eingesetzt. Der Kolbenbolzen 142 ist an dem Kolben 140 mit Hilfe eines hohlen zylindrischen Sperrstiftes 143 befestigt. Der Sperrstift 142 ist über die Pleuelstange 146 mit der Exzenterwelle 112 verbunden.
Ein hohles Teil 144 des Kolbenbolzens 142 steht über ein Lüftungsloch 145 in Verbindung mit dem Raum innerhalb des Gehäuses 101.
An einer Außenumfangsfläche 150 des Kolbens 140 ist eine Hinterschneidung 153 ausgebildet. Die Hinterschneidung 153 erreicht nicht die obere Fläche 151 des Kolbens 140, sondern erreicht die Mantelfläche 152. 4 ist eine Schnittansicht eines Teils des Kolbens 140 entlang der Linie IV-IV in 3, die einen Zustand der zylindrischen Mittelachse 170 des Kolbens betrachtet von links zeigt. Wie es in 4 gezeigt ist, ist die Hinterschneidung 153 mit Ausnahme eines Bereiches mit einer vorbestimmten Breite in paralleler Richtung 147 in Bezug auf die Achse des Kolbenbolzens 142 und eines Bereiches mit einer vorbestimmten Breite in der senkrechten Richtung 148 in Bezug auf die Achse des Kolbenbolzens 142 ausgebildet. Die Gesamtfläche der Hinterschneidung 153 ist nicht geringer als die Hälfte einer Fläche der Außenumfangsfläche 150 des Kolbens. Zudem, wie es in 5 gezeigt ist, die eine vergrößerte Ansicht ist, welche die Umgebung der Kante 180 der Hinterschneidung 153 zeigt, ist ein Winkel θ, der durch die Kante 180 der Hinterschneidung 153 und durch die Außenumfangsfläche 150 des Kolbens gebildet wird, als ein spitzer Winkel festgelegt.
Ferner, wie es in 3 gezeigt ist, ist der rechte Endbereich des Kolbens 140 mit einem umfänglich ausgebildeten Steg 190, an dem die Hinterschneidung 153 nicht ausgebildet ist, in einer vorbestimmten Breite von der Oberfläche 151 versehen. Zudem wird eine Außenumfangsfläche 150, die nicht zu dem umfänglich ausgebildeten Steg 190 und der Hinterschneidung 153 gehört, als axial ausgebildeter Steg 192 bezeichnet. In 3 ist der axial ausgebildete Steg 192 parallel zu der zylindrischen Mittelachse 170 vorgesehen und erstreckt sich von dem umfänglich ausgebildeten Steg 190 und erreicht die Mantelfläche 152. Wie es in 4 gezeigt ist, sind axial ausgebildete Stege 192 in einer vorbestimmten Breite an einer Außenumfangsfläche bei 0°, 90°, 180° und 270° in Bezug auf die Zylinderachse als ein Mittelpunkt ausgebildet.
Ferner, wie es in 4 gezeigt ist, ist es bevorzugt, dass die Breite des axial ausgebildeten Steges 192 derart eingestellt ist, dass der Winkel ω, der durch zwei Linien gebildet ist, die sich zwischen der zylindrischen Mittelachse 170 des Kolbens 140 und zwei Grenzbereichen des axial ausgebildeten Steges 192 in der Richtung des Radius des Kolbens erstrecken, auf 40° oder weniger und bevorzugt auf 30° oder weniger eingestellt ist.
Wie es in 4 gezeigt ist, sind in der Außenumfangsfläche 150 des Kolbens eine obere Gleitfläche 154 und eine untere Gleitfläche 155 in der vertikalen Richtung vorgesehen, und eine seitliche Gleitfläche 160 ist in der Richtung der Seitenfläche vorgesehen.
Diese entsprechen dem umfänglich ausgebildeten Steg 190 und/oder dem axial ausgebildeten Steg 192.
Ferner sind an dem umfänglich ausgebildeten Steg 190 zwei Ringnuten 191 in der Außenumfangsrichtung des Kolbens vorgesehen. Zudem sind an einer Außenumfangsfläche 150 des Kolbens an beiden Endbereichen der Seite der oberen Fläche 151 und der Seite der Mantelfläche 152 winzige Verjüngungen 201 und 202 vorgesehen.
Bei dieser beispielhaften Ausführungsform steht, wie es in 1 gezeigt ist, in der Nähe des unteren Todpunktes ein Teil der Mantelseite des Kolbens 140 von dem Zylinder 131 vor. Selbst bei einer Form, bei der die Hinterschneidung 153 die Mantelfläche 152 nicht erreicht, ist bei einer solchen Konfiguration die Hinterschneidung 153 in den Raum innerhalb des Gehäuses offen, wenn sich wenigstens der Kolben 140 in dem unteren Todpunkt befindet.
Nachfolgend werden die Operation und die Wirkung des hermetischen Kompressors der beispielhaften Ausführungsform beschrieben.
Wenn der Rotor 103 des Motorelementes 104 die Kurbelwelle 110 dreht, so wird die Drehbewegung der Exzenterwelle 112 auf den Kolben 140 über die Pleuelstange 146 und den Kolbenbolzen 142 als ein Verbindungsbereich übertragen, so dass sich der Kolben 140 in dem Zylinder 131 hin- und herbewegt. Wenn der Kolben 140 eine Hin- und Herbewegung ausführt, wird ein Kühlgas aus einem Kühlsystem (nicht gezeigt) in den Zylinder 131 gesaugt, verdichtet und dann wieder in das Kühlsystem abgelassen.
Nachfolgend wird eine Operation der Ölzufuhrstruktur 120 beschrieben. Durch die Drehbewegung der Kurbelwelle 110 wird die Kreiselpumpe 122 gedreht, um eine Zentrifugalkraft zu erzeugen. Durch die Zentrifugalkraft bewegt sich Öl 106 aufwärts in die Kreiselpumpe 122 und erreicht die Zähflüssigkeitspumpe 121. Das Öl 106, das die Zähflüssigkeitspumpe 121 erreicht, bewegt sich weiter aufwärts in der Zähflüssigkeitspumpe 121 und wird über das vertikale Loch 123 und das laterale Loch 124 in dem Gehäuse 101 verteilt.
Das in dem Gehäuse 102 verteilte Öl 106 kollidiert mit dem Kollisionsbereich 134 und bewegt sich entlang der Kerbe 135, so dass es an der Außenumfangsfläche 150 des Kolbens anhaftet. Das angehaftete Öl 106 bewegt sich um die Außenumfangsfläche 150, die Hinterschneidung 153, die Ringnut 191 und die geringen Verjüngungen 201 und 202 in Übereinstimmung mit der Hin- und Herbewegung des Kolbens 140 und arbeitet als ein Schmiermittel zwischen der Außenumfangsfläche 150 und dem Zylinder 131.
Bei dem hermetischen Kompressor dieser beispielhaften Ausführungsform steht, wie es in 1 gezeigt ist, in der Nähe des unteren Todpunktes ein Teil der Mantelseite des Kolbens 140 von dem Zylinder 131 vor. Wenn der Kolben 140 zu dem unteren Todpunkt gelangt, so steht entsprechend wenigstens einem Teil der Hinterschneidung 153 von dem Zylinder 131 vor und kann in direkten Kontakt mit dem Öl 106 gebracht werden, das in dem Gehäuse 101 verteilt ist. Entsprechend wird die Hinterschneidung 153 stets mit einer ausreichenden Menge an Öl 106 versorgt.
Wie es in 5 gezeigt ist, wird das Öl 106, das in die Hinterschneidung 153 eintritt, in der Nähe der Kante 180 der Hinterschneidung 153 gesammelt. Da sich der Kolben 140 von dem unteren Todpunkt zum oberen Todpunkt bewegt, so wird Öl 106 zu einem Innenteil des Zylinders 131 gefördert. Wenn sich der Kolben 140 hingegen von dem oberen Todpunkt zum unteren Todpunkt bewegt, so wird entsprechend der Bewegung des Kolbens 140 Öl 106 zwischen dem Zylinder 131 und die Außenumfangsfläche 150 des Kolbens gezogen, um die Umgebung des umfänglich ausgebildeten Steges 190 zu schmieren.
Da der Winkel θ, der durch die Kante 180 und die Außenumfangsfläche 150 des Kolbens gebildet wird, als ein spitzer Winkel ausgebildet ist, wird ferner durch die Bewegung des Kolbens 140 Öl 106 effektiv zwischen den Zylinder 131 durch die Außenumfangsfläche 150 des Kolbens gezogen.
Da bei dieser beispielhaften Ausführungsform vier Hinterschneidungen 153 in der axialen Richtung des Kolbens 140 vorgesehen sind, wird durch die Hinterschneidung 153 Öl 106 in dem breiten Bereich der Außenumfangsfläche 150 des Kolbens gefördert.
Durch den synergetischen Effekt wird die Schmiereigenschaft des Kolbens 140 verbessert, und es kann eine sehr hohe Dichtungseigenschaft erzielt werden, um eine Leckage des Kühlmittels zu unterdrücken. Entsprechend kann eine sehr hohe Effizienz realisiert werden.
Allgemein, wenn der Kolben 140 sich in der Nähe des oberen Todpunktes befindet, wird der Druck innerhalb des Zylinders 131 aufgrund eines verdichteten Kühlmittels hoch, so dass ein Kühlmittelgas dazu neigt, zwischen dem Zylinder 131 und der Außenumfangsfläche 150 des Kolbens hindurchzudringen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Kurbelwelle 110 durch die Kompressionslast, die innerhalb des Zylinders 131 über den Kolbenbolzen 142 und die Pleuelstange 146 erzeugt wird, in Richtung der entgegengesetzten Richtung zu dem Kolben gedrückt und kann geneigt werden. Wenn die Kurbelwelle 110 geneigt wird, kann der Kolben 140 in der vertikalen Richtung in Bezug auf den Zylinder 131 geneigt werden, wodurch ein Bereich erzeugt wird, in dem der Raum zwischen dem Zylinder 131 und der Außenumfangsfläche 150 des Kolbens verbreitert wird. Entsprechend kann eine Leckage eines Kühlgases aus dem Bereich beschleunigt werden. Ferner kann die Neigung des Kolbens 140 den Schmierzustand zwischen dem Kolben 140 und dem Zylinder 131 verschlechtern und ein Gleitgeräusch erhöhen.
Da bei dieser beispielhaften Ausführungsform jedoch die obere Gleitfläche 154 und die untere Gleitfläche 155 des Kolbens 140 über die vollständige Länge des Kolbens 140 von der oberen Fläche 151 zur Mantelfläche 152 vorgesehen ist, wie es in den 3 und 4 gezeigt ist, wird die Neigung in der vertikalen Richtung des Kolbens 140 reguliert, weshalb die Erzeugung einer Neigung des Kolbens 140 effektiv unterdrückt werden kann. Aufgrund der Unterdrückung der Neigung wird die Leckage von Kühlgas aus dem Zylinder 131 in das Gehäuse 101 unterdrückt, das Verhalten des Kolbens 140 wird stabil und es ist möglich, den Gleitverlust zu reduzieren und den Geräuschanstieg zu unterdrücken. Entsprechend können eine hohe Effizienz und eine geringe Geräuscheigenschaft erzielt werden.
Zudem befindet sich der Gleitverlust, der erzeugt wird, wenn ich der Kolben 140 in dem Zylinder 131 hin- und herbewegt, in einem Zustand eines flüssigen Schmiermittels, in dem der Verlust proportional zur Verringerung der Gleitfläche abnimmt. Da bei dieser beispielhaften Ausführungsform die Fläche der Hinterschneidung 153 nicht geringer als die Hälfte der Fläche der Außenumfangsfläche 150 des Kolbens eingestellt ist, beträgt der Gleitverlust des Kolbens 140 etwa die Hälfte. Entsprechend kann eine hohe Effizienz durch starke Eingabereduktion realisiert werden.
Während des Kompressionshubs tritt zudem ein Hochdruckgas innerhalb des Zylinders 131 zur Hinterschneidung 153 aus. Da jedoch die Hinterschneidung 153 stets mit dem Raum innerhalb des Gehäuses 101 an einer Seite der Mantelfläche 152 kommuniziert, wird kein Kühlgas in der Hinterschneidung 153 gesammelt. Entsprechend wird kein Ausströmgeräusch erzeugt, wenn die Hinterschneidung aus dem Zylinder austritt, und ein Hochdruckgas wird im Falle eines Kolbens mit einer Struktur, bei der eine Hinterschneidung nicht mit dem Raum innerhalb des Gehäuses 101 kommuniziert, auf einmal in den Niederdruckraum innerhalb des Gehäuses 101 abgegeben. Ferner strömt ein Hochdruckgas, das sich in der Hinterschneidung sammelt, nicht zurück in den Zylinder 131, um einen Wiederausdehnungsverlust während des Ansaughubs zu vergrößern.
Es sollte klar sein, dass die Hinterschneidung 153 bei dieser beispielhaften Ausführungsform stets mit der Mantelfläche 152 in Verbindung steht. Jedoch kann eine andere Konfiguration, die nachfolgend beschrieben wird, den gleichen Effekt erzielen, da ein Hochdruckgas in den Raum innerhalb des Gehäuses 101 abgegeben wird. Das heißt, ohne es der Hinterschneidung 153 zu gestatten, mit der Mantelfläche 152 in Verbindung zu stehen, kann die Hinterschneidung 153 mit dem Raum innerhalb des Gehäuses 101 nur in der Nähe des unteren Todpunktes kommunizieren, oder die Hinterschneidung 153 kann mit dem Kolbenbolzenloch 141 kommunizieren.
Wenn der umfänglich ausgebildete Steg 190 mit einer Ringnut 191 versehen ist, und wenn Öl 106 in direkten Kontakt mit der Ringnut 191 in der Nähe des unteren Todpunkts, wo der Kolben 140 von dem Zylinder 131 vorsteht, gebracht werden kann, so wird ferner anhaftendes Öl 106 über den gesamten Teil der Ringnut 191 durch den Kapillareffekt verteilt. Anschließend, während der Bewegung des Kolbens 140 von dem unteren Todpunkt zum oberen Todpunkt, wenn ein Kühlgas die Ringnut 191 erreicht und mit dem in der Nut 191 vorhandenen Öl 106 in Kontakt gebracht wird, wirkt ein großer Viskositätswiderstand auf das Kühlgas. Zudem werden das verbundene Öl 106 und das Kühlgas wiederholt expandiert und zusammengezogen, so dass der Druck verringert wird, wodurch ein so genannter Labyrinthdichtungseffekt erzeugt und die Dichtungsei genschaft in Bezug auf die Leckage des Kühlmittels aus dem Zylinder 131 verbessert wird. Durch den zuvor beschriebenen Effekt wird die Ölzufuhr zu dem umfänglich ausgebildeten Steg weiter verbessert, so dass die Schmiereigenschaft weiter verbessert werden kann und ferner eine hohe Effizienz erzielt werden kann.
Nachfolgend wird die Rolle der winzigen Verjüngungen 201 und 202, die an der Seite der oberen Fläche 151 und an der Seite der Mantelfläche 152 des Kolbens 140 vorgesehen sind, beschrieben. Wenn sich der Kolben von dem unteren Todpunkt zum oberen Todpunkt bewegt, so bewegt sich Öl 106 aufgrund des Keileffektes der winzigen Verjüngung 201 an der Seite der oberen Fläche 151 des Kolbens 140 um den umfänglich ausgebildeten Steg 190 des Kolbens 140, um die Schmiereigenschaft des Kolbens 140 und ebenso die Dichtungseigenschaft zu verbessern. Wenn sich der Kolben 140 hingegen von dem oberen Todpunkt zum unteren Todpunkt bewegt, so dringt Öl 106 durch den Keileffekt der winzigen Verjüngung 202 an der Seite der Mantelfläche 152 in die winzige Verjüngung 202 ein, wodurch ein Ölfilm ausgebildet wird und die Schmiereigenschaft und die Dichtungseigenschaft verbessert werden. Das Vorhandensein der winzigen Verjüngungen 201 und 202 unterdrückt also die Leckage des Kühlmittels und verringert den Gleitverlust. Zudem kann eine hohe Effizienz erzielt werden.
Wenn das Motorelement im Wechselbetrieb bei mehreren Betriebsfrequenzen einschließlich der Betriebsfrequenz, die höher als die Stromzufuhrfrequenz ist, angetrieben wird, wird ferner die Geschwindigkeit der Hin- und Herbewegung des Kolbens 140 während eines Betriebs mit geringer Geschwindigkeit verringert. Da eine Menge von Öl 106, die in dem Gehäuse 101 verteilt wird, reduziert wird, kann ferner eine Leckage des Kühlmittels aus dem Raum zwischen der Außenumfangsfläche 150 des Kolbens und dem Zylinder 131 erhöht werden. Da bei dem hermetischen Kompressor gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform Öl 106 hingegen in der Hinterschneidung 153 gesammelt und eine Neigung in der vertikalen Richtung des Kolbens 140 unterdrückt werden kann, kann eine hohe Effizienz auch während des Betriebs mit geringer Geschwindigkeit beibehalten werden.
Die Dichte des Kühlmittels R600a, das bei dem hermetischen Kompressor der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform verwendet wird, ist geringer als die Dichte des Kühlmittels R134a (1,1,1,2-Tetrafluoroethan), das normalerweise für Kühlschränke ver wendet wurde. Wenn eine Kühlfähigkeit entsprechend derjenigen in einem hermetischen Kompressor unter Verwendung des Kühlmittels R134a unter Verwendung des Kühlmittels R600a erzielt werden soll, so wird entsprechend die Zylinderkapazität verringert, und der Außendurchmesser des Kolbens 140 kann reduziert werden. Zwangsläufig wird die Durchgangsfläche für ein Kühlmittel erhöht, und die Kühlmittelmenge, die aus dem Zylinder 131 durch eine Leckage in das Gehäuse 101 austritt, kann erhöht werden. Da bei dem hermetischen Kompressor der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform die Neigung des Kolbens 140 in Bezug auf den Zylinder 131 jedoch unterdrückt werden kann, kann die Effizienz verbessert werden.
Es sollte klar, dass die Kurbelwelle 110 mit einer Nebenachse versehen werden kann, die auf der gleichen Achse wie die Hauptwelle 111 und gegenüber der Hauptwelle vorgesehen ist, wobei die Exzenterwelle 112 zwischen diesen angeordnet ist, und gleichzeitig kann ein Nebenlager zum Halten der Nebenachse vorgesehen werden. Da bei einer solchen Konfiguration die Kurbelwelle 110 an beiden Enden gehalten ist, wobei die Exzenterwelle 112 dazwischen angeordnet ist, kann die Neigung des Kolbens 140 in der vertikalen Richtung in Bezug auf den Zylinder 131 effektiv unterdrückt werden. Da das Verhalten des Kolbens 140 stabil wird, der Gleitverlust reduziert und ein Geräuschanstieg unterdrückt werden kann, ist es entsprechend möglich, einen hermetischen Kompressor mit hoher Effizienz und geringer Geräuscheigenschaft zu realisieren.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Da, wie es zuvor beschrieben wurde, ein hermetischer Kompressor gemäß der vorliegenden Erfindung eine hohe Produktivität erzielt, und da die Effizienz und die Verlässlichkeit erhöht werden können, ist eine breite Anwendung auf eine Anwendung eines hermetischen Kompressors möglich, wie beispielsweise eine Klimaanlage, ein Warenautomat und dergleichen.

101: Gehäuse
105: Kompressionsmechanismus
106: Öl
110: Kurbelwelle
111: Hauptwelle
112: Exzenterwelle
120: Ölzuführstruktur
130: Block
131: Zylinder
140: Kolben
142: Kolbenbolzen
146: Pleuelstange
147: parallele Richtung des Kolbenbolzens
148: senkrechte Richtung des Kolbenbolzens
150: Außenumfangsfläche des Kolbens 151
151: obere Fläche
152: Mantelfläche
153: Hinterschneidung
170: zylindrische Mittelachse
180: Kante
190: umfänglich ausgebildeter Steg
191: Ringnut
192: axial ausgebildeter Steg
201, 202: geringfügige Verjüngung
θ: Winkel zwischen der Kante der Hinterschneidung und der
: Außenumfangsfläche des Kolbens

Claims

Hermetischer Kompressor, der ein Gehäuse (101) umfasst, das Öl enthält und einen Kompressionsmechanismus (105) zum Verdichten eines Kühlgases aufnimmt, wobei der Verdichtungsmechanismus umfasst: eine Kurbelwelle (110), die in einer vertikalen Richtung angeordnet ist und eine Hauptwelle (111) sowie eine Exzenterwelle (112) aufweist; einen Block (130), der einen Zylinder (131) bildet; einen Kolben (140), der sich in dem Zylinder (131) in einer Richtung einer Zylinderachse hin- und herbewegt; einen Kolbenbolzen (142), der an dem Kolben (140) so angeordnet ist, dass eine Mittelachse parallel zu der Exzenterwelle (112) ist; eine Pleuelstange (146), die die Exzenterwelle (112) mit dem Kolbenbolzen (142) verbindet; und eine Ölzufuhrstruktur (120), die das Öl einer Außenumfangsfläche des Kolbens (140) zuführt, wobei der Kolben (140) eine Hinterschneidung (153) an der Außenumfangsfläche aufweist, die außerhalb eines Bereiches mit einer vorgegebenen Breite in einer parallelen und senkrechten Richtung in Bezug auf die Achse des Kolbenbolzens ausgebildet ist; und die Hinterschneidung (153) entlang der Außenumfangsfläche von einer oberen Fläche eines Kolbens (140) getrennt ist und mit einem Raum im Inneren des Gehäuses (101) wenigstens in Verbindung steht, wenn sich der Kolben (140) an einem unteren Totpunkt befindet; dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidung (153) durchgehend an einer Mantelfläche (152) ausgebildet ist.
Hermetischer Verdichter nach Anspruch 1, wobei eine Fläche der Hinterschneidung nicht kleiner ist als eine Hälfte der Außenumfangsfläche des Kolbens.
Hermetischer Verdichter nach Anspruch 1, wobei ein Winkel, der durch einen Rand der Hinterschneidung und die Außenumfangsfläche des Kolbens gebildet wird, ein spitzer Winkel ist.
Hermetischer Verdichter nach Anspruch 1, wobei der Kolben einen in Umfangsrichtung ausgebildeten Steg in einer vorgegebenen Breite von einer oberen Fläche an einer Zylinderseite des Kolbens aufweist und der in Umfangsrichtung ausgebildete Steg mit einer Ringnut (191) versehen ist.
Hermetischer Verdichter nach Anspruch 1, wobei der Kolben eine Verjüngung wenigstens an einer Grenze zwischen einer oberen Fläche an einer Zylinderseite des Kolbens und der Außenumfangsfläche oder einer Grenze zwischen einer Mantelfläche und der Außenumfangsfläche aufweist.
Hermetischer Verdichter nach Anspruch 1, der des weiteren ein Motorelement (104) zum Drehen der Kurbelwelle umfasst, wobei das Motorelement bei mehreren Betriebsfrequenzen einschließlich einer Betriebsfrequenz, die wenigstens Stromzufuhrtrequenz oder niedriger ist, in Wechselrichterbetrieb angetrieben wird.
Hermetischer Verdichter nach Anspruch 1, wobei das Kühlgas R600a ist.
Hermetischer Verdichter, der ein Gehäuse (101) umfasst, das Öl enthält und einen Verdichtungsmechanismus (105) zum Verdichten eines Kühlgases aufnimmt, wobei der Verdichtungsmechanismus umfasst: eine Kurbelwelle (110), die in einer vertikalen Richtung angeordnet ist und eine Hauptwelle (111) sowie eine Exzenterwelle (112) aufweist; einen Zylinder (131); einen zylindrischen Kolben (140), der sich in dem Zylinder (131) in einer Richtung einer Zylinderachse hin- und herbewegt; und einen Verbindungsabschnitt (146) zum Verbinden des Kolbens (140) mit der Exzenterwelle (112); wobei der Kolben (140) umfasst: eine Mantelfläche (152) an einer Seite des Verbindungsabschnittes (146); eine obere Fläche (151) an einer Seite des Zylinders (131); und eine Außenumfangsfläche (150) parallel zu dem Zylinder (131), wobei die Außenumfangsfläche (150) einen Steg (190, 192), der sich an der gleichen Fläche befindet wie die Außenumfangsfläche (150) des Kolben (140), sowie eine Hinterschneidung (153) enthält, die in Bezug auf die Außenumfangsfläche ausgespart ist; dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (190, 192) umfasst: einen in Umfangsrichtung ausgebildeten Steg (190), der in einer vorgegebenen Breite von der oberen Fläche (151) in Richtung der Mantelfläche (152) um den Kolben (140) herum ausgebildet ist; und einen axial ausgebildeten Steg (192), der in einer vorgegeben Breite an einer Außenumfangsfläche in 0°, 90°, 180° und 270° in Bezug auf die Zylinderachse als einen Mittelpunkt ausgebildet ist und durchgehend von dem in Umfangsrichtung ausgebildeten Steg (190) zu der Mantelfläche (152) ausgebildet ist.
Hermetischer Verdichter nach Anspruch 8, wobei die Hinterschneidung durchgehend an der Mantelfläche ausgebildet ist.
Hermetischer Verdichter nach Anspruch 8, wobei die Hinterschneidung nicht durchgehend an der Mantelfläche ausgebildet ist, und die Hinterschneidung, wenn sich der Kolben wenigstens an einem unteren Totpunkt befindet, mit einem Raum im Inneren des Gehäuses in Verbindung steht.