电动式压缩机的排气阀装置.pdf

本发明公开了一种电动式压缩机的排气阀装置，由对电动式压缩机的压缩腔开口的排气孔、排气孔的外周具备的阀座、对阀座进行开关的平板状排气阀组成，排气阀的一端为固定的固定端，另一端为开关上述阀座的动作端，在排气阀中，至少在对阀座进行开关的开关面生成了含Fe－Cr－N的氮化物。根据发明实施例的排气阀装置，可以减少排气阀的磨损。

1.  一种电动式压缩机的排气阀装置，其特征在于，由对所述电动式压缩机的压缩腔开口的排气孔、所述排气孔的外周具备的阀座、对所述阀座进行开关的平板状排气阀组成，所述排气阀的一端为固定的固定端，另一端为开关上述阀座的动作端，
在所述排气阀中，至少在对所述阀座进行开关的开关面生成了含Fe－Cr－N的氮化物。

2.  根据权利要求1所述的电动式压缩机的排气阀装置，其特征在于，所述排气阀的至少在位于所述阀座的外周的局部或者所述排气阀的外周壁上生成了含Fe－Cr－N的氮化物。

3.  根据权利要求1所述的电动式压缩机的排气阀装置，其特征在于，所述氮化层的厚度为排气阀的厚度的5％～15％，所述氮化层的硬度为Hv650～900。

4.  根据权利要求1所述的电动式压缩机的排气阀装置，其特征在于，所述排气阀为近长方形阀片或者舌型阀。

5.  根据权利要求1所述的电动式压缩机的排气阀装置，其特征在于，所述排气阀为含Cr的瑞典钢。

6.  一种电动式压缩机的排气阀装置，其特征在于，由对所述电动式压缩机的压缩腔开口的排气孔、所述排气孔的外周具备的阀座、对所述阀座进行开关的平板状排气阀组成，所述排气阀为与所述阀座的开口面平行动作的近圆形阀片或者自由阀；所述排气阀的外周生成了含Fe－Cr－N的氮化物。

7.  根据权利要求6所述的排气阀装置，其特征在于，所述氮化层的厚度为排气阀的厚度的5％～15％，所述氮化层的硬度为Hv650～900。

8.  根据权利要求6所述的排气阀装置，其特征在于，所述排气阀为含Cr的瑞典钢。

电动式压缩机的排气阀装置
技术领域
本发明涉及制冷领域，尤其是涉及一种电动式压缩机的排气阀装置。
背景技术
几乎所有的电动式压缩机的排气阀都采用了可靠性高的瑞典钢。这些阀片的形状，一般是使用阀的一端固定的舌型阀，但也有阀片不固定的圆形的自由阀。这些阀片的共通的可靠性课题是：由于与阀座的激烈冲突，产生磨耗和疲劳破坏。另外，自由阀要留意与阀腔的内壁面的滑动产生的磨耗。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种电动式压缩机的排气阀装置，可减少排气阀的磨损。
根据本发明实施例的电动式压缩机的排气阀装置，由对所述电动式压缩机的压缩腔开口的排气孔、所述排气孔的外周具备的阀座、对所述阀座进行开关的平板状排气阀组成，所述排气阀的一端为固定的固定端，另一端为开关上述阀座的动作端，在所述排气阀中，至少在对所述阀座进行开关的开关面生成了含Fe－Cr－N的氮化物。
根据发明实施例的电动式压缩机的排气阀装置，可以减少排气阀的磨损。
在本发明的进一步实施例中，所述排气阀的至少在位于所述阀座的外周的局部或者所述排气阀的外周壁上生成了含Fe－Cr－N的氮化物。
具体地，所述氮化层的厚度为排气阀的厚度的5％～15％，所述氮化层的硬度为Hv650～900。
具体地，所述排气阀为近长方形阀片或者舌型阀。
可选地，所述排气阀为含Cr的瑞典钢。
根据本发明实施例的电动式压缩机的排气阀装置，由对所述电动式压缩机的压缩腔开口的排气孔、所述排气孔的外周具备的阀座、对所述阀座进行开关的平板状排气阀组成，所述排气阀为与所述阀座的开口面平行动作的近圆形阀片或者自由阀；所述排气阀的外周生成了含Fe－Cr－N的氮化物。
根据发明实施例的电动式压缩机的排气阀装置，可以减少排气阀的磨损。
具体地，所述氮化层的厚度为排气阀的厚度的5％～15％，所述氮化层的硬度为Hv650～900。
可选地，所述排气阀为含Cr的瑞典钢。
附图说明
图1为本发明的实施例1中表示舌型阀构成的平面图；
图2同实施例1中，表示舌型阀片的组装的平面图；
图3同实施例1中，表示舌型阀的组装的平面图；
图4同实施例1中，表示氮化处理后的舌型阀的截面深度和硬度的关系；
图5同实施例1中，表示氮化处理的舌型阀；
图6同实施例1中、表示进行氮化处理的舌型阀；
图7本发明的实施例2中，表示进行了氮化处理的舌型阀；
图8本发明的实施例3中，表示自由阀的应用案例；
图9同实施例3中，表示自由阀的设计案例；
图10同实施例3中，表示自由阀的设计案例。
附图标记：
舌型阀(排气阀)20、动作面20a、阀腕部20b、固定孔20c、切口20d、A面22a、B面22b、弯曲部20e、
阀座14、
阀固定部材15、平面槽15a、
排气阀装置10、排气孔12、限位板25(51)、螺钉26、
自由阀(排气阀)45、圆柱腔40、气窗45b、外周45a、
线圈弹簧50、
变形圆板阀(排气阀)46、突起46a、弯曲部46b。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于 附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面参考图1-图7描述根据本发明第一方面实施例的电动式压缩机的排气阀装置。
根据本发明实施例的电动式压缩机的排气阀装置10，由对电动式压缩机的压缩腔开口的排气孔12、排气孔12的外周具备的阀座14、对阀座14进行开关的平板状排气阀20组成，排气阀20的一端为固定的固定端，另一端为开关阀座的动作端，
在排气阀20中，至少在对阀座进行开关的开关面生成了含Fe－Cr－N的氮化物。
根据本发明实施例的电动式压缩机的排气阀装置10，可以减少排气阀20的磨损，延长排气阀20的使用寿命。
进一步地，排气阀的至少在位于阀座的外周的局部或者排气阀的外周壁上生成了含Fe－Cr－N的氮化物。从而可以进一步延长排气阀的使用寿命。
具体地，氮化层的厚度为排气阀的厚度的5％～15％，氮化层的硬度为Hv650～900。
具体地，排气阀20为近长方形阀片或者舌型阀。
可选地，排气阀20为含Cr的瑞典钢。
下面参考图8-图10描述根据本发明第二方面实施例的电动式压缩机的排气阀装置。
根据本发明实施例的电动式压缩机的排气阀装置，由对电动式压缩机的压缩腔开口的排气孔12、排气孔12的外周具备的阀座14、对阀座14进行开关的平板状排气阀组成，排气阀为与阀座14的开口面平行动作的近圆形阀片或者自由阀；排气阀的外周生成了含Fe－Cr－N的氮化物。
根据本发明实施例的电动式压缩机的排气阀装置，可以减少排气阀的磨损，延长排气阀的使用寿命。
具体地，氮化层的厚度为排气阀的厚度的5％～15％，氮化层的硬度为Hv650～900。
可选地，排气阀为含Cr的瑞典钢。
下面参考图1-图7详细描述根据本发明第一实施例的电动式压缩机的排气阀装置10，电动式压缩机包括阀固定部材15和气缸组件，气缸组件包括压缩腔，阀固定部材15上设有对压缩腔开口的排气孔12，阀固定部材上设有阀座14，阀座14设在排气孔12的外周，排气阀装置10设在阀固定件部材15的端面上用于打开或关闭排气孔12。
根据本发明实施例的排气阀装置10包括：排气阀20(在图1-图7的示例中，排气阀20为舌型阀20)，排气阀20包括动作部、阀腕部20b和固定部，阀腕部20b的两端分别与动作部和固定部相连。动作部上设有动作面20a，固定部上设有固定孔20c。可选地，排气阀20为含Cr的瑞典钢件。
固定部适于固定在阀固定部材15上，动作部位于阀座14的一侧用于打开或关闭排气孔12，动作部包括相对设置的第一表面和第二表面，第一表面邻近阀座14设置，其中第一表面的与阀座14接触的部分设有包括Fe-Cr-N的氮化层。
根据发明实施例的电动式压缩机的排气阀装置10，可以减少排气阀20的磨损。
在本发明的一些实施例中，第一表面的其余部分设有氮化层。
根据本发明的一些实施例，阀腕部20b的朝向排气孔12的表面的邻近动作部的部分上设有氮化层，其中，阀腕部20b的邻近动作部的部分即为下述的弯曲部分20e，也就是说，弯曲部分20e的朝向排气孔12的表面上设有氮化层。从而可以防止排气阀20产生龟裂。
在本发明的一些实施例中，第二表面的外周沿设有氮化层。进一步地，第二表面的其余部分设有氮化层。
在本发明的进一步实施例中，阀腕部20b的远离排气孔12的表面的邻近动作部的部分上设有氮化层，也就是说，弯曲部分20e的远离排气孔12的表面上设有氮化层。
在本发明的具体实施例中，氮化层的厚度为排气阀的厚度的5％～15％，氮化层的硬度为Hv650～900。
下面参考图8-图10详细描述根据本发明第二实施例的电动式压缩机的排气阀装置，电动式压缩机包括阀固定部材15和气缸组件，气缸组件包括压缩腔，阀固定部材15上设有移动腔(在图8的示例中，移动腔为圆柱腔40)，移动腔具有朝向压缩腔开口的排气孔12，移动腔内设有位于排气孔12外侧的阀座14。
根据本发明实施例的排气阀装置包括：排气阀(在图8和图9的示例中，排气阀为自由阀45。在图10的示例中，排气阀为变形圆板阀46)，排气阀适于可移动地设在移动腔内用于打开或关闭排气孔12，排气阀包括相对设置的第一表面和第二表面，第一表面邻近排气孔12设置，第一表面的与阀座14接触的部分设有包括Fe-Cr-N的氮化层。可选地，排 气阀为含Cr的瑞典钢件。
根据发明实施例的电动式压缩机的排气阀装置，可以减少排气阀的磨损。
在本发明的一些实施例中，第二表面的外周沿设有氮化层。
在本发明的具体实施例中，氮化层的厚度为排气阀的厚度的5％～15％，氮化层的硬度为Hv650～900。
下面参考图1-图10详细描述根据本发明三个具体实施例的电动式压缩机。
实施例1：
实施例1中，在电动式压缩机的排气阀装置中作为排气阀采用了近长方形的舌型阀。图1中所示的舌型阀20，由开关阀座14(图2)的动作端侧的动作面20a、与动作面20a成为一体的阀腕部20b、在这端固定舌型阀20的固定孔20c组成。另外，运行中阀腕部20b产生弯曲变形上下动，所以动作面20a可以开关阀座14。
另外，为了判别阀片的正反两面，在固定端侧具备了切口20d。A面22a为开关阀座14的面，B面22b为A面22a的相反面。动作面20a如虚线所示，包括阀片腕部20b的一部分。
图2(平面图)和图3(截面图)是在电动式压缩机的压缩机构上具备的阀固定部材15中构成的排气阀装置10。排气阀装置10由对电动式压缩机的压缩腔开口的排气孔12、在排气孔12的周围具备的阀座14、对该阀座14进行开关的舌型阀20、限制其开关范围(阀的行程量)的限位板25、将舌型阀20和限位板25固定在阀固定部材15上的螺钉26组成。另外，阀座14的外周，和从阀座14开始向螺钉26侧扩大的平面槽15a、是壁厚最薄的槽。另外，阀固定部材15、在旋转式压缩机中相当于轴承的法兰、在往复式压缩机中相当于阀片密封板等。
在此，对舌型阀20的动作进行说明。舌型阀20的开关动作的次数，与电动压缩机中具备的电机转速相同。电源频率为50Hz或者60Hz的话，与电源频率一样为50次/秒、60次/秒。但是，使用变频电机的电动式压缩机中，舌型阀20的开关动作次数到达120次/秒。
在舌型阀20的上面作用的压力带来的负荷(F)、比如家用空调(使用冷媒R410A)的话如下所述。排气孔12的直径(D)为9mm、排气压力和吸气压力的差(Δp)为3.0Mpa的话、F＝Δpx1/4πD＝19kgf(186N)、考虑阀片厚度(约0.3mm)和上述开关次数的话，是非常严酷的负荷。
另一方面，收纳舌型阀片20的阀座14的先端截面，出于降低噪音的原因，设定为圆 形。即，如果收纳面积在0.1cm以下，负荷为19kgf、按毎秒60～120次的频次，舌型阀20与阀座14的先端产生冲击。其结果，动作面20a沿阀座14先端形状的形状产生磨耗。
其磨耗槽的范围受阀座14的收纳面所限，比如，5000小时后，磨耗幅度约扩大0.5～1.0mm左右，其磨耗深度为5～10μm。其后，随着运行时间的推移，动作面20a产生断裂的概率会增加。其断裂面以磨耗部为基准，到达动作面20a的外周。
本发明作于上述舌型阀20的磨耗和疲劳对策，在舌型阀20的A面22a进行气氮化处理。以瑞典钢为代表的电动式压缩机用的板状阀，以铁(Fe)为主要成分，含有的(Cr)约为13.5％，大多有这样的特点。因此，氮化处理是形成硬度较高、对耐磨耗性和耐疲劳强度较好的、含有Fe－Cr－N的氮化层最好的手段。
通常、氮化处理大致分为气体氮化处理和盐浴氮化处理。前者是以氨(NH3)为主要成分的气体氛围，后者是氰化盐(CN、CNO)为主要成分的盐浴。一般的处理时间一共是1～4小时。本发明的电动式压缩机的阀要求有高精度和弹力，所以不但要缩短处理时间，也需要对处理面积进行严格的限定。
出于对这些必要条件和环境的考量，气体氮化处理具有很多优势。作为一个例子，气体氮化处理为了在钢的变态点以下的温度(约570度)进行处理，品质的波动较小，热量带来的变形量较小。因此，本发明选择了气体氮化处理。但不排除其他氮化处理。
舌型阀20中进行气体氮化处理，从最表面到深层，按化合物层→扩散层→未氮化层的顺序。这些深度，主要由阀的材料和处理时间来决定。化合物层是Fe－Cr－N最多的层，其硬度为HV1100～1200。这些叫做白亮层。扩散层中是素材里Fe－Cr－N会结晶散布的层，越深，结晶数量越少。未氮化层是上述结晶不存在的素材的层。
本发明作为排气阀的可靠性设计概念(1)限定气体氮化处理的范围。即，限定为包括舌型阀20的耐磨耗和耐疲劳强度所需的与阀座14的接触面在内的范围，以及与阀座14相邻的外周部分。(2)具有舌型阀20的素材的阀片材料的性质，比如说可以维持弹簧常数和精度。并且(3)对处理的制造性要考量。
图4表示从表面开始的深度(d)和硬度(Hv)之间的关系和扩散层的分布。在此，Hv为Vickers硬度。本发明的气体氮化处理，分为：硬度最高的耐磨耗性较好的化合物层①、硬度与深度(d)成比例下降的扩散层③。化合物层①的深度(d)较浅为1～3μm、有效扩散层②对耐磨耗性和耐疲労强度有利，其深度強度(d)足够宽。
因此，本发明使用化合物层①+有效扩散层②。但是、这2层合在一起称为有效扩散层。即，本发明使用了包括含Fe－Cr－N在内的有效扩散层，上述有效扩散层的深度在阀片厚度的5～15％的范围。另外，使在这些有效扩散层中任意选择的点的硬度为Hv 650～900。比如、阀片厚度为0.3mm的话、上述有效扩散层的深度为15～45μm(中心值为30μm)、在该深度范围内任意选择的点的硬度为Hv650～900的范围。
根据上述设计概念，图5所示的实施例1的舌型阀20限定为A面22a进行气氮化处理。根据该结果，舌型阀20的弹簧常数和精度不会产生发生变化。而且，上述过于严酷的运行条件中，5000小时的运行之后没有产生磨耗的痕迹，与没有气氮处理的舌型阀相比，有明确的区别。因此，作为目标的运行时间30000小时是有可能达到的。
舌型阀20的一面进行气氮化处理的方法有几种，简单的方法是沿切口20d的方向、对2片进行组合处理。处理后，在切口20d的方向可以判定正反面。比如，如图5所示，将动作面20a打到右方，20d在左下的话，是与阀座14相接的面。另外，进行处理的面，与没有处理的面相比辉度会下降，所以容易判定。气氮化处理是沿袭以往的工序进行辊抛处理的。
另外，有效扩散层的深度(d)做浅的时候，即使是在舌型阀20的两面进行氮化处理，对阀片材料的特性也不会有大的影响。因此，舌型阀20的两面都实施气氮化处理也可以。
另外、如图6所示、A面22a中即使选择动作面20a进行气氮化处理，也可以与上述A面22a整个面进行气氮化处理的方法达到同等的可靠性。通过该方法，对阀片素材的影响也可以进一步减少。
实施例2：
运行速度在120rps那样的高速条件中，舌型阀20的上下行程(上浮量)会增加。另外，排气孔12和阀座14的直径要加大，气体阻力要减小。另外，作为这些设计的应对，至少要增加动作面20a的直径。
但是，动作面20a的上下行程和阀座14的直径变大的话，课题是动作面20a和阀腕部20b的边界的弯曲部20e(图7)、或者动作面20a的外周应力增加，动作面20a的疲劳破坏会继续进行。
图7所示的实施例2、作为解决该课题的手段，在A面22a和B面22b的两方，对动作面20a的外周进行了气氮化处理。其结果，在A面22a中、对阀座14的收纳部分即使产生应力集中，也可以防止收纳部分和弯曲部分20e或者动作面20a的外周之间产生龟裂的现象。
解决该课题的手段不但是将气氮处理放在动作面20a的A面22a、而且在动作面20a的整个面的A面22a和B面22b的两方进行，也可以得到同等的效果。另外，为了提高处理效率，将舌型阀20比如重叠10枚以上进行气体氮化处理就可以了。但是，不进行气氮化处理的位置需要包覆起来。或者，不包覆，在阀片腕部20b的外周全区域扩大气氮化 处理也是一种方法。
实施例3：
图8所示实施例3的排气阀装置使用了圆板状的自由阀45。收纳在圆柱腔40中进行上下动的自由阀45沿着圆柱腔40的内周上下滑动，所以自由阀45的外周有磨耗的问题。实施例3是可以解决该磨耗的手段。
阀固定部材15的圆柱腔40的底面中央具备可以开关排气孔12、阀座14的自由阀45。自由阀45和限位板51之间，具备将自由阀45向阀座14的方向按压的线圈弹簧50。自由阀45具有如图9所示的4个气窗45b。
图9所示的自由阀45的两面的外周45a上进行了气氮化处理。其结果，自由阀45的外周的耐磨特性可以明显提升。而且，气氮化处理根据实施例1揭示的方法。另外，为了提高处理效率，将数片自由阀45重叠进行气体氮化处理就可以了。而且，由于与阀座14的碰撞，自由阀45的平面产生磨损的话，对该冲突面的全面要进行气氮化处理。
图10所示的变形圆板阀46、分别有4个突起46a以及作为排气出口的弯曲部46b。即使是这样的案例，也可以象图9的自由阀一样沿阀的外周进行气氮化处理。
应用本发明排气装置的电动式压缩机，可以使用在空调、制冷装置、热水器等中，另外，本发明也可以应用在壳体低压式旋转式压缩机中。本发明中应用的气氮处理经过了长期的验证。
根据本发明具体实施例的电动式压缩机具有如有优点：
(1)作为磨耗或者疲劳引起的排气阀的破损对策，选择了阀片的最佳位置，进行氮化处理。其扩散层的深度也是必要充分的范围。因此，不但可改善阀片破损，也不会损坏瑞典钢的优秀特性。
(2)不变更阀片的形状和材质，所以与以往的阀片可以进行标准化。
(3)叠加多片阀片进行处理，对制造性和成本有利。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者 特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。