JP2000356194A - スクロール型流体機械 - Google Patents

スクロール型流体機械

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JP2000356194A
JP2000356194A JP11165957A JP16595799A JP2000356194A JP 2000356194 A JP2000356194 A JP 2000356194A JP 11165957 A JP11165957 A JP 11165957A JP 16595799 A JP16595799 A JP 16595799A JP 2000356194 A JP2000356194 A JP 2000356194A
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JP11165957A
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Inventor
Hisao Mizuno
尚夫 水野
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Mitsubishi Heavy Ind Ltd
三菱重工業株式会社
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低容量を必要とする場合には低圧側と高圧側
との差圧が小さくなることに着目し、同差圧に応じて低
容量時の容量制御を実施できるようにした。 【解決手段】 ハウジング2と、該ハウジング2内に固
定支持された固定スクロール9と、該固定スクロール9
と噛み合わされ、同固定スクロール9に対し自転を阻止
されて公転旋回運動を行う旋回スクロール11と、該旋
回スクロール11の駆動手段とを具備してなるスクロー
ル型流体機械であって、ハウジング2内を高圧室HRと
低圧室LRとに分割するディスチャージカバー15を貫
通し高圧室HR及び低圧室LRの内圧に生じる差圧で作
動するピストン30を設け、該ピストン30が固定スク
ロール9に穿設された圧縮流体のバイパス流路33を開
閉するように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば冷凍装置
や空気調和装置などに使用されるスクロール型圧縮機等
のスクロール型流体機械に係り、特に、低容量運転時の
容量制御を流体機械内で実施できるようにしたスクロー
ル型流体機械に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、スクロール型圧縮機などのス
クロール型流体機械においては、固定スクロール、旋回
スクロール及び自転阻止機構を具備することでスクロー
ル型圧縮機構を構成している。このスクロール型圧縮機
構において、一方の固定スクロールは、吸入管及び吐出
管を接続したハウジング内に固定支持された不動のスク
ロールである。他方の旋回スクロールは、固定スクロー
ルと上下または左右方向に噛み合わされた状態で配置さ
れ、自転阻止機構により自転を阻止されると共に、電動
モータなどの駆動源と連結されて、固定スクロールに対
し公転旋回運動を行うものである。この旋回スクロール
は、固定スクロールと複数の接触点で接触して三日月状
の圧縮室を形成し、同圧縮室が外周側より容積を減少さ
せながら内側へ移動することにより、吸入・圧縮・吐出
を同時に行うことができる。
【0003】このようなスクロール型流体機械において
は、一定回転数の駆動手段で運転する機種の場合、圧縮
室からハウジングの外部に連通するバイパス流路を設け
て、同流路に設けた電磁弁を開閉することにより容量制
御を実施している。また、インバータ制御の電動モータ
を駆動手段とする機種の場合には、周波数変更により電
動モータ及び旋回スクロールの回転数を変化させること
ができるので、この周波数制御により容量制御を実施す
る方法が採用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のスクロール型流体機械の容量制御には、次のような
問題があった。最初に、一定回転数で運転する機種の場
合には、外部から電磁弁により制御する方式のため、電
磁弁が不可欠となってコスト面で不利になるという問題
があった。また、インバータ制御により運転する機種で
は、回転数が小さい低周波数運転の場合、漏れが発生し
やすいことに加えて、モータ効率の悪い領域での運転と
なるため、性能(効率)が低下するという問題がある。
【0005】そこで、本発明は、低容量を必要とする場
合には低圧側と高圧側との差圧が小さくなることに着目
し、同差圧に応じて低容量時の容量制御を実施できるよ
うにしたスクロール型流体機械の提供を目的としてい
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため以下の手段を採用した。請求項1に記載のス
クロール型流体機械は、閉空間を形成し吸入管及び吐出
管を接続したハウジングと、該ハウジング内に固定支持
された固定スクロールと、該固定スクロールと噛み合わ
され、同固定スクロールに対し自転を阻止されて公転旋
回運動を行う旋回スクロールと、該旋回スクロールの駆
動手段とを具備し、前記固定スクロールと前記旋回スク
ロールとが複数の接触点で接触して三日月状の圧縮室を
形成し、該圧縮室が外周側より容積を減少させながら内
側へ移動して吸入・圧縮・吐出を同時に行うスクロール
型流体機械であって、前記ハウジング内を高圧室と低圧
室とに分割する仕切部材を貫通し前記高圧室及び前記低
圧室の内圧に生じる差圧で作動するピストンを設け、該
ピストンが前記固定スクロールに穿設された圧縮流体の
バイパス流路を開閉するように構成したことを特徴とす
るものである。
【0007】この場合、前記ピストンは、前記差圧が所
定値以下の場合に前記バイパス流路を開くようにするこ
とが好ましく、前記ピストンの開状態は、弾性部材の付
勢を与えて維持するようにするとよい。
【0008】また、前記バイパス流路は、前記固定スク
ロールの端板を貫通して穿設するとよい。この場合、前
記バイパス流路の圧縮流体入口を、前記端板内面の外周
低圧側に開口させるのが好ましく、好適には、前記圧縮
流体入口を、前記旋回スクロールの渦巻体先端が通過し
ない領域に配置すればよい。
【0009】このようなスクロール型流体機械によれ
ば、高圧室と低圧室との差圧が大きい運転状態でバイパ
ス流路を閉じ、差圧が小さい運転状態でバイパス流路を
開くようにピストンを作動させることが可能になる。こ
のため、低容量を必要とする運転状態では、差圧が小さ
くなってバイパス流路が開かれ、圧縮する流体をバイパ
スさせることができるので、実質的に圧縮する流体の量
(実質押しのけ量)を低減することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るスクロール型
流体機械の一実施形態として、図3にスクロール型圧縮
機を示して説明する。図示のスクロール型圧縮機1は密
閉縦型と呼ばれているものである。このスクロール圧縮
機1は、有底筒形状のハウジング2と、該ハウジング2
内部の上部にフレーム3で支持されたスクロール型圧縮
機構4と、該スクロール型圧縮機構4の下方、すなわち
ハウジング2内部の下部にフレーム3で支持して配設さ
れた駆動手段のモータ5とを備え、該モータ5の回転シ
ャフト6が、スクロール型圧縮機構4の下部に連結され
ている。
【0011】前記ハウジング2は、筒部2aの下端及び
上端が底部2b及び蓋部2cでそれぞれ閉塞状態とさ
れ、筒部2aには吸入管7が内部と貫通状態に接続され
るとともに、蓋部2cには吐出管8が内部に突出状態に
接続された閉空間を形成している。前記スクロール型圧
縮機構4は、フレーム3に固定された固定スクロール9
と、フレーム3と固定スクロール9との間にスラスト軸
受10を介して公転旋回運動が可能に支持された旋回ス
クロール11と、該旋回スクロール11の外面に設けら
れ旋回スクロール11の公転旋回運動を許容しながらそ
の自転を阻止する周知のオルダムリンク等よりなる自転
阻止機構12とを備えている。
【0012】前記固定スクロール9は、固定側端板9a
と、該固定側端板9aの内面に立設された渦巻き状の固
定側渦巻体9bと、固定側端板9aの周縁部に形成され
た円筒状の周壁部9cとを備え、該固定側渦巻体9bの
先端面にはチップシール13が嵌装されている。前記固
定側端板9aには、その中央部に吐出通路14が上下に
貫通状態に形成されるとともに、その上面にはハウジン
グ2内を高圧室HRと低圧室LRとに分割する仕切部材
として、ディスチャージカバー15が配設されている。
このディスチャージカバー15の中央部には吐出ポート
16が開口しており、同吐出ポート16を開閉する吐出
弁17が設けられている。なお、高圧室HRには、前記
吐出管8の開口端が貫通状態に固定され、吐出管8と高
圧室HRとが接続されている。
【0013】また、固定スクロール9の周壁部9cに
は、図1に示すように、固定側端板9a及び周壁部9c
の内面側とハウジング2側とを連通する吸入口18が形
成され、該吸入口18は、固定スクロール9と旋回スク
ロール11との間に形成される吸入室19に接続され
る。
【0014】前記旋回スクロール11は、前記固定側端
板9aに対向状態に配された旋回側端板11aと、該旋
回側端板11aの内面に立設された固定側渦巻体9bと
噛み合わされた渦巻き状の旋回側渦巻体11bとを備
え、該旋回側渦巻体11bの先端面にはチップシール1
3が嵌装されている。前記旋回側端板11aには、その
外面に円筒形状のボス20が軸線を同じくして立設さ
れ、該ボス20の内部には、ブッシュ21が旋回軸受2
2を介して回転可能に嵌装されている。また、該ブッシ
ュ21には、その内部に軸線から偏心した貫通孔21a
が形成されている。
【0015】固定スクロール9と旋回スクロール11と
は、互いに所定の距離だけ偏心した状態で、固定側渦巻
体9bと旋回側渦巻体11bとの互いの側面が複数個所
で線接触するように180度の位相差をもって噛み合わ
されている。また、この状態で、固定側渦巻体9b及び
旋回側渦巻体11bのチップシール13がそれぞれ旋回
側端板11a及び固定側端板9aの内面に密接して、図
4に示すように、固定側渦巻体9bと旋回側渦巻体11
bの中心に対して点対称の位置関係となる複数個所に密
閉空間となる圧縮室Pが形成される。なお、旋回スクロ
ール11は、周知のオルダムリンクを備えた自転阻止機
構12によって、フレーム3及び同フレーム3に固定さ
れた固定スクロール9に対して、自転が阻止された状態
で公転旋回運動可能に配されている。
【0016】前記モータ5の回転シャフト6は、フレー
ム3の内周面に配された上部軸受23及びモータ5の下
方に位置する図示省略の下部軸受に軸支され、軸線から
所定量偏心された偏心ピン24が上端に突出状態に設け
られている。偏心ピン24は、ブッシュ21の貫通孔2
1aに挿入され、ブッシュ21を回転可能に支持してい
る。なお、回転ピン6などの適所には、図示省略のバラ
ンスウエイトが固定されている。
【0017】偏心ピン24及び回転シャフト6には、こ
れらを上下に貫通する油通路25が形成されるととも
に、回転シャフト6の下端には潤滑油ポンプ機構(図示
省略)が設けられている。この潤滑油ポンプ機構は、油
通路25の下端に接続されている。また、ハウジング2
の底部2bには潤滑油が貯留されており、該潤滑油内に
回転シャフト6下端の潤滑油ポンプ機構が配されてい
る。
【0018】次に、上記構成のスクロール圧縮機1にお
けるガス(流体)の圧縮方法について説明する。モータ
5を駆動することにより、回転シャフト6の回転が偏心
ピン24、ブッシュ21、旋回軸受22及びボス20を
介して旋回スクロール11に伝達されるとともに、旋回
スクロール11が自転阻止機構12によって自転が阻止
された状態で固定スクロール9に対して公転旋回運動を
行う。このとき、ガスは、吸入管7からハウジング2内
に供給されるとともにモータ5を冷却し、さらに吸入口
18及び吸入室19を経て圧縮室Pへと供給される。
【0019】そして、圧縮室P内のガスは、旋回スクロ
ール11の上記公転旋回運動による圧縮室Pの容積縮小
に伴い、圧縮されながら中央部に移送される。このよう
にして、さらに圧縮されたガスは、吐出通路14及び吐
出ポート16から吐出弁17を押し開けて高圧室HR内
に排出され、該高圧室HRから吐出管8によって外部へ
と排出される。
【0020】また、底部2bに貯留された潤滑油は、潤
滑油ポンプによって吸い上げられるとともに油通路25
内を通って偏心ピン24先端から出され、偏心ピン2
4、ブッシュ21、旋回軸受22、スラスト軸受10及
び自転阻止機構12等を潤滑した後、ハウジング2の底
部2bに戻されて再度貯留される。
【0021】上述した構成のスクロール型圧縮機1に対
して、本発明では、ハウジング2内を高圧室HRと低圧
室LRとに分割しているディスチャージカバー15を貫
通するように、ピストン30を設けてある。このピスト
ン30は、高圧室HR及び低圧室LRのそれぞれの内圧
に生じる差圧で作動するもので、貫通孔31及びガイド
壁32に沿って上下方向にスライドし、下端面に設けた
シール部30a(図2参照)により固定スクロール9の
固定側端板9aに穿設されたバイパス流路33の出口3
3aを開閉することができる。ピストン30は、高圧室
HR/低圧室LR間の差圧が所定値以下の場合、バイパ
ス流路33を開くように設定されている。従って、モー
タ5が停止した状態及び差圧が所定値以下の運転状態で
は、弾性部材としてピストン30下面と固定側端板9a
上面との間に配設したコイルバネ34から上向きの付勢
を受けるピストン30が押し上げられており、結果とし
てバイパス流路33の出口33aは開いた状態となって
いる(図2(a)参照)。なお、図中の符号35はOリ
ングであり、低圧室LRと高圧室HRとの間をシールし
ている。
【0022】前記バイパス流路33は、固定スクロール
9の固定側端板9aを貫通して穿設され、その圧縮流体
入口33bは固定側端板9aの内面に開口し、出口33
aは固定側端板9aの上面に開口している。従って、こ
のバイパス流路33が開状態では、低圧室LRと高圧室
HRとの間が連通した状態にある。また、このバイパス
流路33の圧縮流体入口33bは、固定側端板9a内面
の外周低圧側に、すなわちスクロール圧縮機構4内に導
入された流体が圧縮される前か、あるいは、まだ充分に
圧縮されていない位置に開口させてある。さらに、この
圧縮流体入口33bは、固定側端板9a内面でも旋回ス
クロール11の旋回側渦巻体11b先端が運転時に通過
しない領域に配置されている。これは、旋回する旋回側
渦巻体11bによって、圧縮流体入口33bを塞がれる
ことがないように考慮したものである。
【0023】このような構成としたので、容量制御が行
われない通常の運転では、運転開始直後の初期状態がす
ぎて高圧室HRが所定の圧力以上になると、低圧室LR
/高圧室HR間の差圧が大きくなるので、高圧側からピ
ストン30に作用する押下力がコイルバネ34の付勢力
よりも大きくなる。この結果、ピストン30は、図2
(b)に示すように押し下げられ、下端面のシール部3
0aがバイパス流路33の出口33aを閉じた状態とな
る。従って、バイパス流路33が設けられていないのと
同様の運転状態となって、以後容量制御率0%の運転が
継続される。
【0024】一方、スクロール型圧縮機1をシステム中
に備えた空気調和装置などの運転状況により、必要なガ
ス量が低容量になった場合、スクロール圧縮機1の容量
制御運転が必要になる。このような場合、低圧室LR/
高圧室HR間の差圧が小さくなるので、ピストン30は
コイルバネ34の付勢力により自動的に開かれる。この
結果、バイパス流路33が開通し、吸入口18から導入
されたガス量の一部がバイパス流路33から低圧室LR
へ流出するので、スクロール機構4で圧縮する実質的な
押しのけ量が減少して、バイパス流路33を設けた位置
に応じた容量制御率での容量制御運転が実施される。な
お、容量制御運転中に容量制御が不要になれば、低圧室
LR/高圧室HR間の差圧が再び大きくなるので、ピス
トン30は高圧側からの押下力を受けて自動的に押し下
げられ、バイパス流路33を閉じる。
【0025】このように、容量制御を必要とする場合に
生じる差圧の低下で自動的にバイパス流路33を開閉す
るピストン30を設けたので、一定回転数で運転する機
種の場合には、従来必要であった電磁弁が不要となる。
また、インバータ制御により運転する機種の場合には、
実質押しのけ量が減少したことから、容量制御運転時に
おいてもバイパス流路を持たない従来の容量制御運転時
より高周波数(高回転数)での運転が可能になる。従っ
て、漏れの低減やモータ効率のよい領域での運転、すな
わちインバータ制御の周波数変換領域を狭めて効率のよ
い領域を使用することが可能になるとともに、設計容積
比も低下するため、低容量運転時の効率を向上させるこ
ともできる。
【0026】なお、上述した本発明の構成は、上述した
密閉縦型のスクロール型圧縮機の他にも、開放型や横型
のスクロール型圧縮機及びスクロール型流体機械に対し
ても同様に適用可能である。
【0027】
【発明の効果】本発明のスクロール型流体機械によれ
ば、低容量運転時における差圧の低下で自動的に作動し
てバイパス流路を開閉するピストンを設けたので、これ
を一定回転数で運転する機種に適用すれば低コストでの
容量制御が可能になる。また、インバータ制御により運
転する機種に適用すれば、漏れの低減やモータ効率のよ
い領域での運転が可能になることに加えて、低容量運転
時の効率を向上させることもできるので、スクロール型
流体機械の性能を向上させるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係るスクロール型流体機械の一実施
形態として密閉縦型スクロール圧縮機を示す要部断面図
である。
【図2】 図1のピストン作動状態を示す説明図で、
(a)はバイパス流路が開いた状態、(b)はバイパス
流路が閉じた状態である。
【図3】 密閉縦型スクロール圧縮機の概要を示す部分
断面図である。
【図4】 固定側渦巻体及び旋回側渦巻体の関係を示す
説明図である。
【符号の説明】
1 スクロール型圧縮機 2 ハウジング 3 フレーム 4 スクロール型圧縮機構 5 モータ(駆動手段) 6 回転シャフト 7 吸入管 8 吐出管 9 固定スクロール 9a 固定側端板 9b 固定側渦巻体 10 スラスト軸受 11 旋回スクロール 11a 旋回側端板 11b 旋回側渦巻体 12 自転阻止機構 13 チップシール 14 吐出通路 15 ディスチャージカバー(仕切部材) 16 吐出ポート 17 吐出弁 18 吸入口 19 吸入室 20 ボス 21 ブッシュ 21a 貫通孔 22 旋回軸受 23 上部軸受 24 偏心ピン 25 油通路 30 ピストン 30a シール部 31 貫通孔 32 ガイド壁 33 バイパス流路 33a 出口 33b 圧縮流体入口 34 コイルバネ(弾性部材) 35 Oリング HR 高圧室 LR 低圧室 P 圧縮室

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 閉空間を形成し吸入管及び吐出管を接続
    したハウジングと、該ハウジング内に固定支持された固
    定スクロールと、該固定スクロールと噛み合わされ、同
    固定スクロールに対し自転を阻止されて公転旋回運動を
    行う旋回スクロールと、該旋回スクロールの駆動手段と
    を具備し、前記固定スクロールと前記旋回スクロールと
    が複数の接触点で接触して三日月状の圧縮室を形成し、
    該圧縮室が外周側より容積を減少させながら内側へ移動
    して吸入・圧縮・吐出を同時に行うスクロール型流体機
    械であって、 前記ハウジング内を高圧室と低圧室とに分割する仕切部
    材を貫通し前記高圧室及び前記低圧室の内圧に生じる差
    圧で作動するピストンを設け、該ピストンが前記固定ス
    クロールに穿設された圧縮流体のバイパス流路を開閉す
    るように構成したことを特徴とするスクロール型流体機
    械。
  2. 【請求項2】 前記ピストンは、前記差圧が所定値以下
    の場合に前記バイパス流路を開くことを特徴とする請求
    項1に記載のスクロール型流体機械。
  3. 【請求項3】 前記ピストンの開状態は、弾性部材の付
    勢を与えて維持することを特徴とする請求項2に記載の
    スクロール型流体機械。
  4. 【請求項4】 前記バイパス流路が、前記固定スクロー
    ルの端板を貫通して穿設されたことを特徴とする請求項
    1ないし3のいずれかに記載のスクロール型流体機械。
  5. 【請求項5】 前記バイパス流路の圧縮流体入口を、前
    記端板内面の外周低圧側に開口させたことを特徴とする
    請求項4に記載のスクロール型流体機械。
  6. 【請求項6】 前記圧縮流体入口を、前記旋回スクロー
    ルの渦巻体先端が通過しない領域に配置したことを特徴
    とする請求項5に記載のスクロール型流体機械。
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