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CN102460037A - 压缩机 - Google Patents

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CN102460037A
CN102460037A CN2010800269018A CN201080026901A CN102460037A CN 102460037 A CN102460037 A CN 102460037A CN 2010800269018 A CN2010800269018 A CN 2010800269018A CN 201080026901 A CN201080026901 A CN 201080026901A CN 102460037 A CN102460037 A CN 102460037A
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CN
China
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compressor
blade
cold
producing medium
piston
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Application number
CN2010800269018A
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中野雅夫
饭田登
苅野健
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种压缩机，其特征在于：使用钢作为另一种滑动材料叶片10的基础材料并对其进行氮化处理，通过PVD处理在表面上形成CrN或DLC膜，并且将Ni-Cr-Mo铸铁用于其它相应的滑动材料活塞9。以这种构造可以抑制滑动材料，例如剧烈滑动的叶片顶端区域10a和活塞9的外周区域，的滑动摩擦引起的温度升高，缓和制冷剂的分解，且抑制在与水和氧的反应中产生的氟化氢引起的腐蚀，并由此提供可靠性较高的压缩机。

Description

压缩机
技术领域
本发明涉及对并入制冷循环系统，例如室内空调、冰箱、其它空气调节设备中的压缩机的可靠性的改进，该压缩机使用主要含有无氯原子、全球变暖潜能值低的具有碳-碳双键的氢氟烯烃的制冷剂作为运行制冷剂。
背景技术
具有零臭氧消耗潜能值的HFC(氢氟烃)系统越来越多地被用作常规制冷设备的运行制冷剂，但另一方面，近来具有很高的全球变暖潜能值的HFC类制冷剂正在产生一些问题。因此，在研究的是使用主要含有具有碳-碳双键的无氯原子全球变暖潜能值低的氢氟烯烃的制冷剂的制冷设备。为了保证可靠性，对在这种采用常规HFC类制冷剂的压缩机中使用的滑动材料，例如旋转压缩机中的叶片和活塞进行了各种研究(参见，例如，专利文件1)。
图5是示出使用专利文件1中描述的常规HFC(氢氟烃)类制冷剂的旋转压缩机的水平横截面视图。在该构造中，沿着汽缸31的内表面插入的活塞33借助轴32的旋转而旋转，分别在由叶片34分隔的吸入室和压缩室中吸入和压缩制冷剂气体。在上述机械构造中由于磨损而严重损坏的旋转压缩机的区域是叶片34的顶端与活塞33的外周表面相互接触的区域，并且它是边界润滑区域，在此处，因为排出压力与吸入压力之间的压差由来自叶片34的背面的大的力，使叶片34的顶端按压至活塞33的外周表面上。
出于这个原因，将叶片进行氮化处理或将其表面进行CrN或TiN离子电镀，以提高耐磨性来保证可靠性。
引用文献
专利文件1：JP-A第11-236890号
发明内容
技术问题
然而，当考虑采用主要含有具有碳-碳双键的无氯原子的全球变暖潜值能低的氢氟烯烃的制冷剂作为运行制冷剂的制冷设备用压缩机时，存在如下问题：当上述制冷剂与水和氧反应时，产生氟化氢，并且其导致滑动材料，具体是受到特别严重的滑动力的叶片和活塞的腐蚀加速，且导致冷冻油降解，由此可靠性变差。
为解决与常规技术相关的问题而进行的本发明的目的是抑制严重滑动，降低由制冷剂的分解产生的氢氟酸的量，并由此保证可靠性。
问题的解决方案
根据为实现该目的而进行的本发明的权利要求1的发明是一种压缩机，其特征在于：使用含有具有碳-碳双键的氢氟烯烃作为基础成分的制冷剂作为压缩机的运行制冷剂；使用可与制冷剂混溶的冷冻油；使用钢作为压缩机构单元中的一种滑动材料的基础材料，例如叶片，并对其进行氮化处理；通过PVD处理在其表面上形成CrN或DLC膜；并且将Ni-Cr-Mo铸铁用于为另一种滑动材料的活塞。以这种方式可以抑制由严重滑动的滑动材料，例如叶片顶端区域和活塞外周区域的滑动摩擦引起的温度升高，缓和制冷剂的分解，从而可以抑制由制冷剂与水和氧反应时产生的氟化氢引起的腐蚀。
发明的有益效果
根据本发明，通过使压缩机的滑动材料氮化并对其表面进行PVD处理，可以控制制冷剂与水和氧的反应中产生的氟化氢引起的腐蚀，并由此提供耐磨性改善的高可靠性压缩机，其中所述制冷剂主要含有具有碳-碳双键的无氯原子的全球变暖潜能值低的氢氟烯烃。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式1中的旋转压缩机的压缩机构单元的垂直横截面视图。
图2是示出本发明的实施方式1中的旋转压缩机的压缩机构单元的水平横截面视图。
图3是示出本发明的实施方式1中的旋转压缩机的叶片的水平横截面视图。
图4是示出2组分混合制冷剂的混合比与全球变暖潜能值之间的关系的特征表。
图5是常规旋转压缩机的压缩机构单元的水平横截面视图。
具体实施方式
本发明的第一方面的压缩机的特征在于：使用含有具有碳-碳双键的氢氟烯烃作为基础成分的制冷剂作为压缩机的运行制冷剂；使用可与制冷剂混溶的冷冻油；使用钢作为压缩机构单元中的滑动材料的基础材料并对其进行氮化处理；通过PVD处理在其表面上形成CrN或DLC膜；并且将Ni-Cr-Mo铸铁用于另一种滑动材料。以这种方式可以抑制滑动摩擦引起的严重滑动的滑动材料的温度升高，缓和制冷剂的分解，并抑制在制冷剂与水和氧反应时产生的氟化氢引起的腐蚀。
本发明的第二方面的压缩机的特征在于：使用含有具有碳-碳双键的氢氟烯烃作为基础成分的制冷剂作为压缩机的运行制冷剂；使用可与制冷剂混溶的冷冻油；压缩机构单元具有在汽缸中的活塞和叶片；使用钢作为叶片的基础材料并对其进行氮化处理；通过PVD处理在其表面上形成CrN或DLC膜；并且使用Ni-Cr-Mo铸铁作为活塞的材料。以这种方式可以抑制由剧烈滑动的叶片顶端和活塞外周区域的摩擦引起的温度升高，缓和制冷剂的分解，并抑制在制冷剂与水和氧反应时产生的氟化氢引起的腐蚀。
本发明第三方面的压缩机的特征在于：使用含有具有碳-碳双键的氢氟烯烃作为基础成分的制冷剂作为压缩机的运行制冷剂；使用可与制冷剂混溶的冷冻油；在压缩机中安装有具有在紧密密封的容器中的电动机和通过电动机驱动的轴的压缩机构单元；压缩机构单元具有在汽缸的两个端面的轴承、在汽缸中通过轴偏心旋转的活塞和将汽缸分成吸入室和压缩室的叶片，其顶端区域在压力下与活塞的外周面接触；使用钢作为叶片的基础材料并对其进行氮化处理；通过PVD处理在其表面上形成CrN或DLC膜；并且使用Ni-Cr-Mo铸铁作为活塞的材料。以这种方式可以抑制显著滑动的叶片顶端区域和活塞外周区域的温度升高，缓和制冷剂的分解，并抑制在制冷剂与水和氧反应时产生的氟化氢引起的腐蚀。
本发明的第四方面的压缩机的特征在于：在第二方面和第三方面的发明中通过PVD处理，在叶片的顶端区域形成的CrN或DLC膜的厚度是5至15μm。因为叶片顶端区域的CrN或DLC膜的厚度通过PVD处理而增加，因此，即使在剧烈滑动条件下也可以在延长的时间内保证可靠性。
本发明的第五方面的压缩机的特征在于：在第二至第四方面的发明的任一项中通过PVD处理仅在叶片的顶端区域形成膜。通过仅在滑动面中最严重地受到滑动的叶片顶端区域中进行高成本的PVD处理，可以减少成本。
本发明的第六方面的压缩机的特征在于：在第一至第三方面的发明中，使用含有具有碳-碳双键的氢氟烯烃作为基础成分和不具有双键的氢氟烃的混合制冷剂作为运行制冷剂。相比于使用单一的氢氟烯烃，以这种方式可以改善例如制冷效率的具体特性，且使得更易于使用它作为运行制冷剂。
本发明的第七方面的压缩机的特征在于：在第六方面的发明中，氢氟烯烃是四氟丙烯(HFO1234yf)；氢氟烃是二氟甲烷(HFC32)和五氟乙烷(HFC125)中的一种或两种；并且冷冻油是聚乙烯醚、多元醇酯或聚(亚烷基)二醇。因为通过使用可与制冷剂混溶的冷冻油可以容易地回收制冷剂，以这种方式可以使用全球变暖潜能值(GWP)低、比容低且制冷效率高的混合制冷剂作为运行制冷剂并且可以保证压缩机的可靠性。
本发明的第八方面的压缩机的特征在于：在第一至第三方面的发明和第七方面的发明中的任一项中，冷冻油不含有极压添加剂。由此可以防止包含在冷冻油中的极压添加剂与制冷剂的反应中制冷剂的快速分解。
下文将参考附图描述本发明的优选的实施方式。应理解本发明将不被这些实施方式所限制。
(实施方式1)
图1是图示说明本发明的实施方式1中的旋转压缩机的垂直横截面视图。如图1所示，电动机2的定子2a固定在紧密密封的容器1的上部区域中，并且具有由转子2b驱动的轴4的压缩机构单元5固定在紧密密封的容器1的下部区域中。主轴承7固定于压缩机构单元5的汽缸6的顶部，并且副轴承8例如用螺栓固定于底部。在汽缸6中，用于偏心旋转的活塞9插入轴4的偏心单元4a中。
储存在紧密密封的容器1底部的是不含有极压添加剂的聚乙烯醚、多元醇酯或聚(亚烷基)二醇的冷冻油3，其可与具有碳-碳双键的氢氟烯烃(例如，HFO1234yf)的单一制冷剂或含有氢氟烯烃作为基础成分和不具有双键的氢氟烃(例如，HFC32或HFC125)的混合制冷剂(下文称作混合制冷剂R，其也包括单一制冷剂)混溶。
图2是示出根据本发明的旋转压缩机的压缩机构单元5的水平横截面视图。如图2所示，叶片10插入汽缸6的叶片槽6a中，并且叶片弹簧11置于叶片10的背面区域10b上，使得叶片10的顶端区域10a与活塞9的外周表面接触。对叶片10的基础材料，例如SKH、SKD、SUS或SCM的钢进行氮化处理，并且通过PVD处理在叶片10的顶端区域10a的表面上形成CrN或DLC膜。此外，使用Ni-Cr-Mo铸铁(含有Mo、Ni和Cr成分)作为活塞9的材料。
图3是示出叶片10的水平横截面视图。如图3所示，通过在叶片10的基础材料21的表面上的氮化处理形成氮化层22，并且另外地通过PVD处理在表面上形成CrN膜23或DLC膜23。以如下方式进行PVD处理：受到严重滑动的顶端区域10a中的CrN膜23或DLC膜23的厚度为5μm至15μm，其比通过普通PVD处理获得的1μm至5μm的正常膜厚更大。
混合制冷剂R，根据实施方式1的旋转压缩机使用的运行制冷剂，是含有以提供5或更大并且750或更小，理想地为300或更小的全球变暖潜能值(GWP)的比率混合的四氟丙烯(HFO1234yf)作为基础成分以及二氟甲烷(HFC32)和五氟乙烷(HFC125)中的一种或两种的2或3成分混合制冷剂。
图4是显示2成分混合的制冷剂中HFO1234yf与HFC32或HFC125的混合比与全球变暖潜能值之间的关系的特性图。如图4所示，当将HFO1234yf与HFC32混合时，需要以56wt％或更大的量使用HFO1234yf以获得300或更小的GWP。或者，当将HFO1234yf与HFC125混合时，需要以78.7wt％或更大的量使用HFO1234yf以获得750或更小的GWP，且需要以91.6wt％或更大的量使用HFO1234yf以获得300或更少的GWP。
因此，即使万一将未回收的制冷剂排入空气，也可以使得对全球变暖的不利作用尽可能的小。
此外，尽管以如图4所示的比率混合的混合制冷剂R是非共沸混合制冷剂，但是，混合制冷剂R允许温差的减小并显示与假共沸混合制冷剂相似的行为，由此改善制冷循环设备的冷却性能和冷却性能系数(cooling coefficient of performance(COP))。
当使用的运行制冷剂是HFO1234yf的单一制冷剂时，它具有极为有利的GWP值4。然而，它具有比混合有氢氟烃的制冷剂更大的比容，因此，其制冷效率变得更低，需要更大的制冷循环设备。因此，根据引入有压缩机的制冷循环设备的目的和例如对上述对GWP的要求的条件，适当确定包括单一制冷剂的情况的运行制冷剂中HFO1234yf的比例。
下文将描述上述构造的旋转压缩机的运行和动作。首先，混合制冷剂R的制冷剂气体通过在汽缸6中形成的入口12被吸入到吸入室13中。压缩室14中的制冷剂气体通过活塞9的向左旋转(箭头方向)而被压缩，并通过排出槽15从出口(未显示在图中)排入紧密密封的容器1中。被排入到紧密密封的容器1中的压缩的制冷剂气体通过围绕电动机2的开口从在紧密密封的容器1顶部的排出管16与存在于此的冷冻油雾一起排出。
来自叶片弹簧11的压力以及高排出压力被施加至叶片10的背面区域10b，并且通过与汽缸中的压力的压差，显著的力被施加至活塞，因此，叶片10的顶端区域10a和活塞9的外周面在边界摩擦下相互接触并被置于在高温的恶劣环境中。在高温状态中，混合制冷剂R中的制冷剂气体与水和氧更快地反应，产生氟化氢，在高温的恶劣环境下加速叶片10的顶端区域10a和活塞9的外周区域的腐蚀。
在本发明中，为保证在恶劣环境下叶片10和活塞9的可靠性，使用钢，例如SKH、SKD、SUS或SCM作为叶片10的基础材料并使其经受氮化处理，另外地，通过PVD处理在叶片10的顶端区域10a的表面上形成CrN或DLC膜，并且使用Ni-Cr-Mo铸铁(含有Mo、Ni和Cr成分)作为活塞9的材料。因此可以降低叶片10与活塞9之间的滑动阻力以及由摩擦引起的温度升高，并由此可以抑制氟化氢的产生并保证滑动材料，例如叶片10的可靠性。
具体地，当通过PVD处理在叶片10的顶端区域10a的表面形成的CrN或DLC膜的厚度设定为比膜的正常厚度更大的5μm至15μm时，即使在严重滑动条件下，也可以在较长时间内保证其可靠性。
因为仅在叶片顶端区域10a中进行昂贵的PVD处理，相比于在整个表面上的宽范围PVD处理，还可以获得较便宜的叶片。因为冷冻油不含有极压添加剂，还可以抑制制冷剂自身的分解。因为使用可与聚乙烯醚、多元醇酯或聚(亚烷基)二醇的混合制冷剂R混溶的冷冻油作为冷冻油，通过旋转压缩机可以回收分散在制冷循环中的冷冻油，提供高可靠性的旋转压缩机。
已在上述实施方式1中描述叶片10和活塞9，滚动活塞式旋转压缩机的滑动材料，但本发明适用于类似的其它旋转压缩机，例如滑片式压缩机、涡旋压缩机的涡轮和其它滑动材料例如轴和轴承，以在使用混合制冷剂R时减少滑动阻力并提高可靠性。
也在实施方式1中，将电动机安装在紧密密封的容器中作为对于压缩机构单元的驱动设备，但构造不限于此，并且可以将电动机安装在紧密密封的容器的外部或者可以通过引擎驱动压缩机。
工业适用性
如上所述，根据本发明的压缩机即使在使用含有具有碳-碳双键的氢氟烯烃作为基础成分和不具有双键的氢氟烃的混合制冷剂的环境下，也显示保证的可靠性，并由此适用于，例如如下的应用：例如热水加热器、汽车空调、冷冻冰箱和除湿器。

Claims (8)

1.一种压缩机，其特征在于：
使用含有具有碳-碳双键的氢氟烯烃作为基础成分的制冷剂作为所述压缩机的运行制冷剂；
使用可与所述制冷剂混溶的冷冻油；
使用钢作为用于压缩机构单元中的一种滑动材料的基础材料并对所述钢进行氮化处理；
通过PVD处理在表面上形成CrN或DLC膜；且
将Ni-Cr-Mo铸铁用于另一种滑动材料。
2.一种压缩机，其特征在于：
使用含有具有碳-碳双键的氢氟烯烃作为基础成分的制冷剂作为所述压缩机的运行制冷剂；
使用可与所述制冷剂混溶的冷冻油；
压缩机构单元具有在汽缸中的活塞和叶片；
使用钢作为所述叶片的基础材料并对所述钢进行氮化处理；
通过PVD处理在表面上形成CrN或DLC膜；且
使用Ni-Cr-Mo铸铁作为所述活塞的材料。
3.一种压缩机，其特征在于：
使用含有具有碳-碳双键的氢氟烯烃作为基础成分的制冷剂作为所述压缩机的运行制冷剂；
使用可与所述制冷剂混溶的冷冻油；
在所述压缩机中安装有具有在紧密密封的容器中的电动机和通过所述电动机驱动的轴的压缩机构单元；
所述压缩机构单元具有在汽缸的两个端面的轴承、在所述汽缸中通过所述轴偏心旋转的活塞和将所述汽缸分成吸入室和压缩室的叶片，所述叶片的顶端区域在压力下与所述活塞的外周面接触；
使用钢作为所述叶片的基础材料并对所述钢进行氮化处理；
通过PVD处理在表面上形成CrN或DLC膜；且
使用Ni-Cr-Mo铸铁作为所述活塞的材料。
4.根据权利要求2或3所述的压缩机，其中通过PVD处理在所述叶片的顶端区域形成的CrN或DLC膜的厚度为5至15μm。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的压缩机，其中通过PVD处理仅在所述叶片的顶端区域形成所述膜。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的压缩机，其中使用含有具有碳-碳双键的氢氟烯烃作为基础成分和不具有双键的氢氟烃的混合制冷剂作为运行制冷剂。
7.根据权利要求6所述的压缩机，其中：
所述氢氟烯烃是四氟丙烯(HFO1234yf)；
所述氢氟烃是二氟甲烷(HFC32)和五氟乙烷(HFC125)中的一种或两种；且
所述冷冻油是聚乙烯醚、多元醇酯或聚(亚烷基)二醇。
8.根据权利要求1至3和7中任一项所述的压缩机，其中所述冷冻油不含有极压添加剂。
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