CN100445558C

CN100445558C - 封闭式压缩机

Info

Publication number: CN100445558C
Application number: CNB2005800000617A
Authority: CN
Inventors: 坪井康佑
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-03-16
Filing date: 2005-01-12
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2025-01-12
Also published as: CN1777753A; KR20060061288A; JP2005264743A; US20060204373A1; WO2005088127A1; KR100724843B1; EP1727982A1; DE602005016904D1; JP4429769B2; EP1727982B1

Abstract

一种储存机油(106)的封闭式压缩机，并在壳体中(101)容纳压缩制冷剂气体的压缩机构(105)。活塞(140)形成有至少两个槽(144)，该槽位于活塞的外圆周表面(145)上，不包括上表面(142)和裙表面(143)的边缘，其中槽(144)至少在靠近下止点处与壳体(101)中的空间连通。这样的结构可通过槽(144)向滑动部件提供机油，由于具有较高密封性和较低滑动损耗，提高了其效率。

Description

封闭式压缩机

技术领域

本发明涉及一种用于制冷循环(如带有制冷柜的电冰箱的制冷循环)的封闭式压缩机。

背景技术

近年来，封闭式压缩机的价格显著下降。除了减小制造成本外，减少能量消耗是进一步的要求。减小成本包括增加产量，而减少能量消耗需要改进滑动特征。为了解决这些问题，PCT公开号2004-501320(下文中称之为文件1)的日文翻译公开了一种封闭式压缩机，其中改进了活塞的外形，以减少活塞和气缸之间的滑动损耗，从而得到更高效率。在此，滑动特征的改进主要指减少摩擦系数。

在下文中，参考附图说明上述的常规封闭式压缩机。

图8是文件1所述的用于常规封闭式压缩机的活塞的透视图。在图8中，活塞1包括：形成于外圆周表面2以接触气缸内圆周表面的密封表面3；至少两个导向表面4，其形成于外圆周表面2以接触气缸内圆周表面的一部分，并且大致平行于活塞1的运动方向而延伸；及不与气缸内圆周表面接触的切割部分5，其特征在于，由将导向表面4的两个边界4a和4b连接到活塞1的气缸中心轴6的两条线在活塞径向方向形成的角度4ab为40°或更小，优选为30°或更小。

下面说明上述封闭式压缩机的工作。

在运行时，活塞1往复运动。在靠近下止点处，活塞1的活塞裙侧的一部分偏离气缸。由导向表面4引导，活塞1可以平滑地进入气缸。但是，因为上述的常规活塞具有比密封表面3更接近活塞裙侧的切割部分5(活塞1的外圆周表面的区域)，所以换句话说，图8中的下侧不是圆柱形而是多级状的。在这种情况下，在加工时旋转的镗磨油石不能保持稳定，并且因此不能使用贯穿进给无心磨床，降低了生产率。

此外，使用上述的常规活塞，活塞1相对于气缸的垂直位置只能通过在密封表面3的上表面边缘和下边缘之间较短的部分上活塞1的外圆周表面2和气缸的内圆周表面之间的间隙调节，导致活塞很容易相对于气缸的方向倾斜。因此，会泄漏大量的制冷剂，降低了制冷能力，因而也降低了效率。

发明内容

本发明目的在于，提供用于解决上述现有问题，生产率高、制冷能力和效率高的封闭式压缩机。

为此，本发明提供一种封闭式压缩机，它包括压缩机构、电动元件、和容纳上述压缩机构和上述电动元件的壳体，其中，该压缩机构包括：垂直设置的曲轴，其具有主轴部和偏心轴部；气缸；在气缸中往复运动的活塞，且该活塞包括都垂直于往复运动方向的上表面和裙表面，以及平行于往复运动方向的外圆周表面；连接器，其连接偏心轴部和活塞；和供油结构，用于为活塞的外表面提供机油，其中，活塞在其外圆周表面上具有两个槽，这两个槽相互独立且形成在上述圆周表面的一部分上，不包括上述上表面的边缘和上述裙表面的边缘，且当上述活塞位于下止点时，上述槽与壳体中的空间相通，上述槽为在上述外圆周方向上的宽度大的槽，上述槽的面积不小于上述活塞的外圆周表面面积的一半。

根据本发明，在封闭式压缩机中，至少有两个槽形成于活塞外圆周表面，其中该槽不与活塞的上表面和裙表面相通，且同时至少在接近下止点处与壳体内的空间连通。由于活塞顶部和裙侧上基本上为圆柱形的外圆周表面，这种结构在加工过程中可稳定旋转的镗磨油石；可防止活塞相对于气缸方向垂直倾斜；并通过槽向滑动部分供机油。

上述结构为封闭式压缩机提供了高的生产率、制冷能力和高效率。

附图说明

图1是根据本发明的第一示例性实施例的封闭式压缩机的纵向剖面图。

图2是根据本发明的第一示例性实施例的用于封闭式压缩机的活塞的透视图。

图3是一个特征图表，其示出了根据本发明的第一示例性实施例的封闭式压缩机的制冷能力和性能系数(C.O.P)。

图4是根据本发明的第二示例性实施例的封闭式压缩机的纵向剖视图。

图5是根据本发明的第二示例性实施例的用于封闭式压缩机的活塞的透视图。

图6是根据本发明的第三示例性实施例的封闭式压缩机的纵向剖视图。

图7是根据本发明的第三示例性实施例的用于封闭式压缩机的活塞的透视图。

图8是用于常规封闭式压缩机的活塞的透视图。

具体实施方式

本发明通过抑制活塞和气缸之间的制冷剂泄漏，提供了一种高生产率、高制冷能力和高效率的封闭式压缩机。

根据本发明的封闭式压缩机可以在壳体中存储机油，并且在壳体中安置有用于压缩制冷剂气体的压缩机构。该压缩机构配备有：基本上垂直设置的曲轴，其具有主轴部和偏心轴部；形成气缸的块体；在气缸中往复运动的活塞；连接偏心轴部和活塞的连接器；给活塞外圆周表面提供机油的供油结构。在活塞的外圆周表面上形成有槽，该槽不与活塞的上表面和裙表面相连通，其中当活塞位于下止点附近时，该槽与壳体内的空间相连通。在此，槽不与活塞上表面和裙表面相通是指两个槽各自独立形成在活塞的外圆周表面，但不包括上表面和裙表面的边缘。换句话说，槽并不是形成在距上表面和裙表面预定宽度的区域，意即保持了活塞的外圆周形状。由于在活塞上侧和裙侧基本上为圆柱形的外圆周表面，这种结构在加工过程中可稳定旋转的镗磨油石。另外，在上表面边缘和裙侧边缘处调节了活塞在偏离轴心的方向上相对于气缸中心轴方向的倾斜，从而抑制了该倾斜。此外，可通过槽给滑动部分提供机油，从而获得高的生产力、制冷能力、和高效率。

另外，在根据本发明的封闭式压缩机中，槽的区域占活塞外圆周表面区域的一半或更多。这抑制了活塞和气缸之间冷却剂气体的渗漏。此外，大块区域不与气缸接触，从而大大减少了发生在活塞和气缸之间的滑动损耗。另外，可通过槽为很大范围的活塞外表面提供机油，从而提高了效率。

另外，在根据本发明的封闭式压缩机中，曲轴具有与主轴部同轴的第二轴部，且偏心轴被夹在第二轴部和主轴部之间。压缩机还包括枢轴地支撑第二轴部的第二轴承。这种结构防止了曲轴从垂直方向倾斜，并且通过连接器连接到曲轴的活塞大体平行于气缸轴的方向。当活塞从下止点移到上止点时，这种结构防止了裙侧的槽的边缘与气缸边缘接触，稳定了活塞的运转。该结构进一步抑制了制冷剂的渗漏，提高了制冷能力和效率，并减少了噪声。

另外，在根据本发明的封闭式压缩机中，对于当将活塞外圆周表面展开在平面上时槽的形状，在裙侧该槽的形状包括没有形成与活塞裙表面平行的线的形状。当活塞从下止点移动到上止点时，这样的结构使得裙侧的槽的边缘作为活塞和气缸之间的垂直导向部分，从而稳定活塞的运转，以减少噪声。

另外，根据本发明的封闭式压缩机是由多个工作频率变频控制，该工作频率包括至少一个频率或更低的频率。即使在低速运行过程中提供较少的机油，通过在槽中储存机油，应用该频率可抑制制冷剂泄漏，进一步提高了制冷能力和效率。

另外，根据本发明的封闭式压缩机使用R600a作为其制冷剂。利用该制冷剂可防止活塞相对于气缸方向在偏离轴心的方向上倾斜。与使用常规R134a的压缩机相比较，使用R600a的压缩机需要较大的气缸容量，活塞的外径更大，所以制冷剂的渗漏会变大。因为本发明防止了活塞斜靠气缸，抑制了制冷剂泄漏，并提高了制冷能力和效率。

另外，根据本发明的封闭式压缩机，可以选择粘度从VG10到VG5的机油。使用低粘度机油的常规压缩机会造成大量的制冷剂气体渗漏，而本发明的结构抑制了制冷剂的渗漏，进一步提高了制冷能力和效率。

在下文中，参考附图说明根据本发明的一些示例性实施例。

第一示例性实施例

图1是根据第一示例性实施例的封闭式压缩机的纵向剖视图。图2是根据第一示例性实施例的封闭式压缩机的活塞的透视图。图3是示出了制冷能力和性能系数(C.O.P.)的特征图表。C.O.P.表示压缩机的效率，即制冷能力(W)与压缩机电动元件的输入功率(W)的比率，较高的制冷能力会提高C.O.P.。

在图1和2中，壳体101容纳电动元件104，该电动元件104包括：定子102和转子103，通过例如使用控制电路，其能够通过多个包括电力线频率或较低频率的工作频率变频驱动(inverter-drive)；和由电动元件104驱动的压缩机构105。此外，壳体101中储存有机油106。

用于本压缩机的制冷剂是R600a，它是一种自然碳水制冷剂，且对于全球变暖的影响较小。机油106是ISO VG10到ISO VG5的机油的组合，其粘度较低，彼此具有兼容性。

曲轴110基本上垂直安装，其包括：压配合有转子103的主轴部111；偏心形成在主轴部111上的偏心轴部112；以及与主轴部111同轴设置的第二轴部113，并且偏心轴部112夹在主轴部111和第二轴部113之间。

供油结构120包括：固定在主轴部111底端的油锥(oil cone)122，其中油锥的一端在机油106中开口，而另一端与供油管121连通；和形成在曲轴110内部的供油管121，其中该供油管与油锥122连通，并且在偏心轴部112的顶端开口。

块体130具有大体为圆柱形的气缸131，以及枢轴地支撑主轴部111的主轴承132，和枢轴地支撑第二轴部113的第二轴承133。气缸131的顶部设置有遮挡板(dash board)134，并且在曲轴110侧的上边缘设置有槽口135，而且在曲轴110侧的外圆周边缘处提供有倒角部分136。

活塞140可往复移动地插入到块体130的气缸131中，通过连接器141连接到偏心轴部112。

活塞140在活塞的外圆周表面145上还配备有至少两个槽144，该槽不与活塞140的上表面142和裙表面143连通。在此上表面142和裙表面143是指垂直于活塞往复移动方向的表面，如图1所示，而外圆周表面145指平行于往复运动的一侧。上表面142和裙表面143分别对应于活塞140的上止点表面和下止点表面。当将活塞的外圆周表面展开在平面上时，槽144基本上是四边形。例如，槽144的裙侧边缘441的位置是在活塞140上以箭头T方向距离裙表面143大约2mm。槽144上侧边缘442置于在箭头S方向上离上表面142大约7mm到8mm的位置。槽144的深度为距活塞140的外圆周表面145为0.1mm到0.5mm。

当活塞140裙侧的槽144的一部分从气缸131突出到靠近下止点的壳体101内部时，槽144的这部分暴露在壳体101中靠近下止点的空间中。在该位置处，槽144与壳体101内部空间连通。槽144被制成使其总面积超过活塞140的外圆周表面145面积的一半。

在下文中，对如上所述结构的封闭式压缩机的运行和操作进行说明。

电动元件104的转子103转动曲轴110，并通过连接器141将偏心轴部112的旋转运动传送到活塞140，引起活塞在气缸131中往复运动。这种运动将制冷剂气体从冷却系统(未示出)中抽出并压缩送到气缸131内部，然后再排放到冷却系统。

同时，利用曲轴110转动引起的油锥122的转动产生的离心力，供油结构120将供油管121中的机油106升高，并从靠近第二轴部113顶端处将机油106喷入壳体101。喷出的机油106撞击到遮挡板134，行经槽口135，并附着在活塞的外圆周表面145和倒角部136上。随着活塞140的往复运动，附着的机油106渗入活塞的外圆周表面145和槽144，作为活塞外圆周表面145和气缸131之间的润滑剂。

在这种情况下，当活塞140从下止点(S方向末端)移动到上止点(T方向末端)时，附着在倒角部136上的机油106和渗入槽144的机油106通过槽144裙侧的边缘441聚集在一起，储存在靠近活塞140的槽144的边缘处。当活塞140从上止点移到下止点，活塞140的运动会使储存在气缸131和活塞外圆周表面145之间的机油106被引到活塞140和气缸131之间的间隙，在靠近上表面142处的整个间隙会充满机油106，从而提高了密封性。另外，通过槽144可以给活塞外圆周表面145的很大范围提供机油106，以便更有效地供应机油106。

当活塞140位于接近上止点的位置时，由于压缩制冷剂的原因，气缸131内部处于高压，该制冷剂随后被释放。此时，壳体101和气缸131之间的压力差达到最大值，这样，大量的冷却剂气体从气缸131和活塞140之间的间隙处泄漏。此外，由于气缸131中生成的制冷剂的流动，会发生压力的分配，因此会产生一个力使活塞140斜靠气缸131。

但是，根据第一示例性实施例，活塞140利用两个边缘而面向气缸131的内表面，在两个中一个靠近上表面142，另一个靠近裙表面143，这样就可以调节活塞140以便抑制这种倾斜。因此，气缸131和活塞外圆周表面145之间的间隙可得到限制，抑制了制冷剂从气缸131向壳体101内部渗漏，从而提高了制冷能力。同时，槽144没有接触气缸131，减少了滑动损耗。这种相互作用的效果提高了效率。更好的是，槽144的面积大于活塞的外圆周表面145面积的一半，因此增大了不与气缸131接触的面积，同时抑制了活塞140和气缸131之间的间隙处制冷剂的渗漏。这种结构极大地减少了发生在活塞140和气缸131之间的滑动损耗。

当在制造过程中磨制活塞140时，沿着从裙表面143到槽144裙侧的边缘441，以及从槽144上侧边缘442到基本为圆柱形的活塞的外圆周表面145的上表面142的区域，镗磨油石较少受到槽144的影响，因此可以平稳地加工。所以，即使使用适合大规模生产的贯穿进给无心磨床也能获得精确的加工和高生产率。

如果没有第二轴部113，在活塞140向曲轴110的偏心轴部112施加压缩负载时，曲轴110会倾斜。因此，活塞140垂直地倾斜，且特别是对于根据本示例性实施例的活塞140，裙侧的边缘撞击气缸131的边缘，可能会发出噪声。

但是，在第一示例性实施例里，曲轴110包括和主轴部111同轴设置的第二轴部113，其中偏心轴部112夹在主轴部111和第二轴部113之间；且第二轴承133枢轴地支持第二轴部113，并且抑制了曲轴110的倾斜。所以，将曲轴110和连接器141相连接的活塞140被大致保持在与气缸131轴向平行的方向。因此，当活塞140从下止点移到上止点时，避免了设置在活塞140裙表面的槽144的裙侧边缘撞击曲轴110侧的气缸131的边缘。这就抑制了撞击噪声，并且稳定了活塞140的运动，抑制了制冷剂的渗漏，并提高了制冷能力和效率。

另外，当在至少包括电力线频率或较低频率的多个工作频率下进行变频驱动时，活塞140的往复运动在较慢的运行中变慢，减少了从接近第二轴部113顶端喷到壳体101内部的机油106的量。这会使大量制冷剂从活塞外圆周表面145和气缸131之间的间隙处渗漏。同时，在第一示例性实施例中，槽144种可在其中储存机油106，保持较高的制冷能力和效率。

与常规用于电冰箱的R134a制冷剂相比，R600a制冷剂的密度较低。如果要求制冷能力与使用R134a制冷剂的压缩机处于同等水平，使用R600a制冷剂的封闭式压缩机需要较大的气缸容量和较大的活塞140的外径。所以，在使用R600a制冷剂的情况下，由于管道的面积较大，所以可能会有更多制冷剂从气缸131渗漏到壳体101内部。但是，根据第一示例性实施例的封闭式压缩机抑制了活塞140相对于气缸131的方向倾斜，从而防止了R600a制冷剂渗漏，且提高了效率。

ISO粘度从VG10到VG5的低粘度机油可用作机油106。大体来说，低粘度机油可减少滑动损耗，同时机油106在气缸131和活塞外圆周表面145之间的间隙处变得不连续，导致密封破坏且制冷剂渗漏到壳体101内。但是，该第一示例性实施例可在槽144中储存机油106，并且可以给气缸131和活塞140之间的间隙提供机油106，防止密封被破坏和制冷剂渗漏，提高了效率。

接着，对根据第一示例性实施例的封闭式压缩机的效率改善进行说明。

在图3中，右纵轴表示压缩机的制冷能力，左纵轴表示性能系数(W/W)特征。常规压缩机和第一示例性实施例的压缩机都使用R600a制冷剂。活塞往复运动的操作频率是50Hz。操作温度为-25°，作为汽化温度，冷凝温度为55°，这是电冰箱运行的通用条件。

图3清楚地示出了使用第一示例性实施例的压缩机改进了制冷能力、C.O.P.、和效率。

第二示例性实施例

图4是根据本发明的第二示例性实施例的封闭式压缩机的纵向剖面图。图5是根据第二示例性实施例的封闭式压缩机使用的活塞的透视图。在此，对于和在第一示例性实施例中相同的部件，给出了相同的附图标记，并略去其详细说明。

在图4和5中，壳体101容纳了由电动元件104驱动的压缩机构205。

包括在压缩机构205内的活塞240至少配备有两个槽244，且该槽在活塞的外圆周表面245上不与活塞240的上表面242和裙表面245连通。槽244之间互不连通。

从活塞240的上方观察，槽244至少在接近下止点处与壳体101内的空间连通，且右侧比左侧宽。如图5所示，如果活塞的外圆周表面245被展开在平面上，槽244裙侧的边缘246形成的线是弯曲或倾斜的，从而未形成与活塞240裙表面243形成的线平行的线。图5示出了一个示例，其中在裙侧边缘246被加工成弯曲的形状，该弯曲形状在图的左下角具有预定曲率。在此，该形状不限于有一定曲率的弯曲形状，也可以是倾斜的直线。

以下，对具有上述结构的封闭式压缩机的运行和操作进行说明。

电动元件104的转子103顺时针转动曲轴110，偏心轴部112的旋转运动通过连接器141被传送到活塞240，使活塞240在气缸131中往复运动。

活塞240的裙侧边缘246是弯曲的，因而没有形成平行于活塞240裙表面243的线。由于这种结构，当活塞240从下止点移到上止点时，设置在活塞240裙表面上的槽244的裙侧边缘246作为曲轴110一侧的气缸131边缘的连续导向部分。这种效果防止了裙侧边缘246周期性地撞击气缸131的边缘，稳定了活塞240的运行，且抑制了噪声的出现。除了这个优点之外，从图5的上方观察，槽244的右侧较宽，因此可通过槽244为更大的由于一侧压力而易磨损的区域提供机油106，从而提高可靠性。

另外，根据第二示例性实施例的压缩机，曲轴110包括与主轴部111共轴设置的第二轴部113，偏心轴部112夹在主轴部111和第二轴部113之间，且第二轴承133枢轴地支持第二轴部113。同时，即使没有提供第二轴部113和第二轴承133，换句话说，只有主轴承132枢轴地支持曲轴110，并且即使由于垂直方向的倾斜活塞240会相对于气缸131的方向垂直倾斜，第二示例性实施例中的所述结构可带来同样的作用和效果。

第三示例性实施例

图6是根据本发明的第三示例性实施例的封闭式压缩机的纵向剖面图。图7是根据第三示例性实施例的封闭式压缩机使用的活塞的透视图。

在此，对于和在第一示例性实施例中同样的部件，给出同样的附图标记，并略去其详细说明。

在图6和7中，壳体101容纳了由电动元件104驱动的压缩机构305。

包括在压缩机构305之内的活塞340至少配备有两个槽344，该槽在活塞外圆周表面345上不与活塞240的上表面342和裙表面343连通。

槽344至少在接近下止点处与壳体101内的空间连通。如图6和7所示，槽344的形状是拱形的，且上侧被加宽。图7示出了槽344的裙侧边缘346的形状。该形状没有形成平行于裙表面343的线，并且该形状是有预定曲率的拱形。在此，该形状不限于有一定曲率的弧形，也可以是倾斜的直线。

以下，根据第三示例性实施例对该封闭式压缩机的运行和操作进行说明。

电动元件104的转子103转动曲轴110，且偏心轴部112的旋转运动通过连接器141被传送到活塞340，使活塞340在气缸131中往复运动。

活塞340的裙侧边缘246没有形成平行于活塞340裙表面343的线。由于这种结构，当活塞340从下止点移动到上止点时，设置在活塞340的裙表面上的槽344的裙侧边缘346连续地作为曲轴110一侧的气缸131边缘的导向部分。这种效果防止了裙侧边缘346周期性地撞击气缸131的边缘，稳定了活塞340的运行，且抑制了撞击引起的噪声。除了这个优点之外，机油106沿着槽344的裙侧边缘346聚集在活塞340的顶部，进一步提高了密封性能。

另外，在根据第三示例性实施例的压缩机中，曲轴110包括与主轴部111共轴设置的第二轴部113，偏心轴部112夹在主轴部111和第二轴部113之间，且第二轴承133枢轴地支持第二轴部113。同时，即使没有设置第二轴部113和第二轴承133，换句话说，只有主轴承132枢轴地支持曲轴110，并且即使由于垂直方向的倾斜活塞240会相对于气缸131的方向垂直倾斜，第三示例性实施例的所述结构可带来同样的作用和效果。

对本领域的普通技术人员来说，很明显可以对本发明的上述实施例作出多种改变。但是，本发明的范围应该由以下的权利要求确定。

工业实用性

如上所述，根据本发明的封闭式压缩机可以提高生产率、效率、和可靠性，因此其也可用于空调和带有冷冻室的复合式电冰箱。

Claims

1.一种封闭式压缩机，包括：

压缩机构，其包括：

垂直设置的曲轴，其具有主轴部和偏心轴部；

气缸；

在气缸中往复运动的活塞，且该活塞包括都垂直于往复运动方向的上表面和裙表面，以及平行于往复运动方向的外圆周表面；

连接器，其连接所述偏心轴部和所述活塞；和

供油结构，用于为所述活塞的外表面提供机油，

其中所述活塞在其外圆周表面上具有两个槽，所述槽相互独立且形成在所述圆周表面的一部分上，不包括所述上表面的边缘和所述裙表面的边缘，且当所述活塞位于下止点时，所述槽与壳体中的空间相通，所述槽为在所述外圆周方向上的宽度大的槽，所述槽的面积不小于所述活塞的外圆周表面面积的一半；

电动元件；和

壳体，其容纳所述压缩机构和所述电动元件。

2.如权利要求1所述的封闭式压缩机，其中所述槽可以在其中存储机油。

3.如权利要求1所述的封闭式压缩机，其中所述曲轴还包括与主轴部同轴的第二轴部，且所述偏心轴部夹在所述第二轴部和所述主轴部之间，并且，所述压缩机还包括枢轴地支持所述第二轴部的第二轴承。

4.如权利要求1所述的封闭式压缩机，其中在所述活塞的外圆周表面展开在平面上时，所述槽裙侧的边缘形状包括没有形成平行于裙表面的线的形状。

5.如权利要求4所述的封闭式压缩机，其中所述槽裙侧边缘的形状包括具有预定曲率的弯曲形状。

6.如权利要求1所述的封闭式压缩机，其中所述电动元件在多个工作频率下被变频驱动，所述工作频率包括至少电力线频率或较低的频率。

7.如权利要求1所述的封闭式压缩机，其中所述压缩机构包括一种制冷剂气体，且所述制冷剂气体是R600a。

8.如权利要求1所述的封闭式压缩机，其中所述机油选自ISO粘度VG10到VG5的机油，并包括VG10和VG5。