JP2011106348A - 圧縮機 - Google Patents

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Abstract

【課題】従来よりも油分離効果が高い圧縮機を得る。
【解決手段】回転子3の上部から突出した駆動軸4の突出部4aに第1の油分離部材5を設ける。第1の油分離部材5は、駆動軸の半径方向に突設されたつば部5bを備える。つば部5bはドーナツ状の板部材から形成されており、板部材は、その外周部の複数箇所が折り曲げられて、折曲部5cが形成され、平面視において多角形状となっているものである。
【選択図】図2

Description

本発明は圧縮機に関し、特に内部に油分離部材を備えた密閉型圧縮機に関する。
密閉型圧縮機は、その内部に冷凍機油が貯留されている。圧縮機構を駆動させる際、この冷凍機油を圧縮機構に供給することで、圧縮機構の摩耗を防止している。このため、圧縮機構から吐出された冷媒には、冷凍機油が混入してしまう。冷媒と共に冷凍機油が圧縮機の外部へ持ち出されると、圧縮機内の冷凍機油が減少して圧縮機構への冷凍機油の供給が不足し、圧縮機の信頼性が低下してしまう。また、冷媒と共に圧縮機の外部へ持ち出された冷凍機油が熱交換器に付着すると、熱交換器の熱交換能力も低下してしまう。
そこで、従来の圧縮機には、圧縮機構と電動機部とを接続する駆動軸に油分離部材を設け、圧縮機外部へ冷凍機油が流出することを抑制したものがある。
このような従来の圧縮機としては、例えばドーナツ状の板部材で形成された油分離部材を駆動軸に設けたものが提案されている(例えば特許文献1参照)。
また、このような従来の圧縮機としては、例えばカップ状の油分離部材を駆動軸に設けたものが提案されている(例えば特許文献2,3参照)。
特開2006−132377号公報(段落0043、図2) 特開平8−177738号公報(段落0025、図2) 実開昭61−88081号公報(第5頁、第1図)
従来の圧縮機に用いられている油分離部材は、いずれも遠心分離効果のみによって冷媒と冷凍機油とを分離している。したがって、例えば流量の大きな圧縮機や容量の大きな圧縮機に従来の油分離部材を採用した場合等、十分な油分離効果が得られないという課題があった。
本発明は上述のような課題を解決するためになされたものであり、従来よりも油分離効果が高い圧縮機を得ることを目的とする。
本発明に係る圧縮機は、密閉容器と、密閉容器の下方に設けられた圧縮機構と、固定子及び回転子を有し、密閉容器において圧縮機構より上方に設けられた電動機部と、回転子と圧縮機構とを接続する駆動軸と、回転子の上部から突出した駆動軸の突出部に設けられた第1の油分離部材と、第1の油分離部材の上方に設けられた吐出管と、を備えた圧縮機において、第1の油分離部材は、駆動軸の半径方向に突設されたつば部を備え、つば部はドーナツ状の板部材から形成されており、板部材は、その外周部の複数箇所が折り曲げられて、折曲部が形成され、平面視において多角形状となっているものである。
本発明においては、第1の油分離部材が回転した際、折曲部近傍において流速勾配が生じる。したがって、第1の油分離部材の遠心分離効果に加え、この流速勾配によって冷凍機油と冷媒とを分離することが可能となる。したがって、従来よりも油分離効果が高い圧縮機を得ることができる。
本発明の実施の形態に係る圧縮機の縦断面模式図である。 図1に示す圧縮機の上部近傍を示す要部拡大図である。 本発明の実施の形態に係る第1の油分離部材を示す詳細図である。 本発明の実施の形態に係る圧縮機の冷媒流れを示す説明図(縦断面模式図)である。 本発明の実施の形態に係る第1の油分離部材に発生する流速勾配を説明するための説明図(平面図)である。 従来の圧縮機(一例)の冷媒流れを示す説明図(縦断面模式図)である。
実施の形態.
図1は、本発明の実施の形態に係る圧縮機の縦断面模式図である。図2は、図1に示す圧縮機の上部近傍を示す要部拡大図である。また、図3は、この圧縮機に設けられた第1の油分離部材を示す詳細図である。なお図3(a)は第1の油分離部材の平面図を示し、図3(b)は第1の油分離部材の側面図を示し、図3(c)は第1の油分離部材の斜視図を示す。以下、これら図1〜図3に基づいて、本実施の形態に係る圧縮機100を説明する。
圧縮機100は、冷凍サイクル回路を循環する冷媒を吸入し、圧縮して高温高圧の状態として吐出させるものである。この圧縮機100は、密閉型の圧縮機であり、略円筒状の密閉容器11の内部には、圧縮機構1及び電動機部10等が設けられている。また、密閉容器11の上面部には、冷媒を吐出する吐出管7が設けられている。
電動機部10は、固定子2及び回転子3を備えている。固定子2は中空円筒形状をしており、その外周部が密閉容器1の内壁に例えば圧入されている。この固定子2は、例えば電磁鋼板等の鋼板を複数枚積層させることにより構成されている。また、固定子2には、内周部の溝にコイル2aが例えば分布巻きされている。このコイル2aは、端子12に接続されている。
回転子3は中空円筒形状をしており、固定子2の内側に配置されている。回転子3が固定子2の内側に配置された状態においては、回転子3の外周面と固定子2の内周面との間にわずかな空隙が形成されている。この回転子3は、例えば電磁鋼板等の鋼板を複数枚積層させることにより構成されており、冷媒が流通する貫通孔3aが上下方向に形成されている。また、回転子3の中心部には、駆動軸4が挿入されている。この駆動軸4は、下端部が後述の圧縮機構1と接続されている。また、駆動軸4の上端部は、回転子3の上部から突出している(以後、この突出した部分を突出部4aという)。
圧縮機構1は、例えばロータリー式の圧縮機構である。本実施の形態では2気筒のロータリー式圧縮機構を用いている。この圧縮機構1は、シリンダー13a、シリンダー13a内に設けられたロータリーピストン13b、シリンダー14a、シリンダー14a内に設けられたロータリーピストン14b等から構成されている。ロータリーピストン13b及びロータリーピストン14bのそれぞれは、駆動軸4の偏心軸部と接続されている。また、シリンダー13aとロータリーピストン13bとの間に形成される圧縮室には、吸入管15が接続されている。シリンダー14aとロータリーピストン14bとの間に形成される圧縮室には、吸入管16が接続されている。これら吸入管15及び吸入管16は、マフラー17に接続されている。
また、圧縮機構1には、駆動軸4が回転した際、密閉容器11の下部に貯留された冷凍機油が、駆動軸4に形成された給油経路を介して供給されるようになっている。
なお、圧縮機構1は、上述の構成に限定されるものではない。例えば、単気筒のロータリー式圧縮機構でもよいし、スクロール式の圧縮機構でもよい。
駆動軸4の突出部4aには、第1の油分離部材5及び第2の油分離部材6が設けられている。
第1の油分離部材5は、カップ部5a、つば部5b、折曲部5c及びフランジ5dから構成されている。カップ部5aは、下部(接続部)から上方にかけて拡径された略カップ形状をしている。つば部5bは、略ドーナツ状の板部材であり、カップ部5aの上側端部に設けられている(つまり、つば部5bは駆動軸4の半径方向に突設されている)。フランジ5dは、略中空円筒形状であり、カップ部5aの下側端部に設けられている。フランジ5dを突出部4aに挿入(例えば圧入)することにより、第1の油分離部材5が突出部4aに接続される。なお、カップ部5aを設けずに第1の油分離部材5を形成してもよい。つまり、フランジ5dの上側端部に、つば部5bを直接設けてもよい。
また、本実施の形態に係るつば部5bは、外周部の四箇所が上方に折り曲げられて、折曲部5cが形成されている。換言すると、つば部5bを平面視した場合、四角形となっている。この折曲部5cは、つば部5bの上面に対して略垂直に折り曲げられている。
なお、つば部5bを平面視した場合、各角部が円弧形状となっているが、本実施の形態では角部が円弧形状となっていても四角形と称する。また、つば部5bの数は4つに限定されるものではない。つまり、つば部5bを平面視した場合、多角形となっていれば、後述のような流速勾配による油分離効果を得ることができる。しかしながら、つば部5bを平面視において多角形に形成する場合でも、平面視において略点対称となる多角形状(例えば、略四角形、略六角形、略八角形等)につば部5bを形成することにより、後述のような流速勾配による油分離効果がより促進される。この中でも、つば部5bを平面視において略四角形とすることにより、折曲部5cの平面視における長さを大きくすることができるため、後述のような流速勾配による油分離効果がさらに促進される。このため、本実施の形態では、つば部5bの平面視形状を略四角形としている。
また、本実施の形態に係るつば部5bは、油分離効果を向上させるため、次のような形状となっている。
まず、折曲部5cの一方の端部と第1の油分離部材5の回転中心とを結ぶ直線を仮想直線21、折曲部5cの他方の端部と第1の油分離部材5の回転中心とを結ぶ直線を仮想直線22とした場合、平面視において仮想直線21と仮想直線22とのなす角度は40°以内となっている。これは、隣り合う折曲部5cが、後述する流速勾配による油分離効果を互いに相殺し合わないようにするためである。
また、折曲部5cの高さは、つば部5bの半径R(より詳しくは折曲部5cが設けられていない状態の半径)の5%〜30%となっている。これは、第1の油分離部材5に、遠心力による油分離効果(遠心分離効果)と後述する流速勾配による油分離効果の双方を効率よく発揮させるためである。つまり、折曲部5cの高さが30%よりも大きくなると、折曲部5cにかかる遠心力によって電動機部10への入力が過大になってしまう。電動機部10への入力が過大とならないように回転数を減少させると、遠心力による油分離効果が減少してしまう。一方、折曲部5cの高さが5%よりも小さくなると、折曲部5c近傍で発生する流速勾配(図5で後述する)が小さくなる。このため、流速勾配による油分離効果が減少してしまう。
また、つば部5bの外径(より詳しくは折曲部5cが設けられていない状態の外径)は、回転子3の外径と略同じとなっている。つまり、つば部5bの外径は、平面視において回転子3の貫通孔3aを覆う大きさとなっている。これは、第2の油分離部材6が設けられていない場合、回転子3の貫通孔3aから流出した冷媒を、より確実にカップ部5a及びつば部5bに接触させるためである。これにより、回転子3の貫通孔3aより流出した冷媒から、より確実に冷凍機油を分離することができる。
第2の油分離部材6は、円板部6a及びフランジ6bから構成されている。円板部6aは、略ドーナツ状の板部材である。この円板部6aの外径は、回転子3の外径と略同じとなっている。つまり、円板部6aの外径は、平面視において回転子3の貫通孔3aを覆う大きさとなっている。これは、回転子3の貫通孔3aから流出した冷媒を、より確実に円板部6aに接触させるためである。これにより、回転子3の貫通孔3aより流出した冷媒から、より確実に冷凍機油を分離することができる。
フランジ6bは、略中空円筒形状であり、円板部6aの下部に設けられている。フランジ6bを突出部4aに挿入(例えば圧入)することにより、第2の油分離部材6が突出部4aに接続される。なお、第2の油分離部材6は、略カップ形状の油分離部材としてもよい。
第1の油分離部材5及び第2の油分離部材6を突出部4aに設けた状態においては、第2の油分離部材6に設けられたフランジ6bの下端部は、回転子3の上部に接触している。また、第1の油分離部材5に設けられたフランジ5dの下端部は、第2の油分離部材6(より詳しくは円板部6a)の上部に接触している。
本実施の形態では、第1の油分離部材5及び第2の油分離部材6の設置状態が次のような状態になるように、フランジ5d及びフランジ6bの長さを設定している。フランジ5d及びフランジ6bの長さを設定し、上述のように第1の油分離部材5及び第2の油分離部材6を設けることにより、第1の油分離部材5及び第2の油分離部材6を所望の位置に配置することが容易となる。
まず、第1の油分離部材5の折曲部5cの上端部高さは、固定子2に巻かれたコイル2aの上端部高さと略同じ(例えば、両者の高さの差が±5mm)となっている。第1の油分離部材5の設置位置について発明者らが鋭意検討した結果、第1の油分離部材5の折曲部5cの上端部高さと固定子2に巻かれたコイル2aの上端部高さとを略同じにした場合、第1の油分離部材5による油分離効果が最大値を示したためである。
また、回転子3の上部と固定子2に巻かれたコイル2aの上端部との距離を1とした場合、回転子3の上部と第2の油分離部材6の上部(より詳しくは円板部6aの上部)との距離が0.1〜0.2となっている。第2の油分離部材6の設置位置について発明者らが鋭意検討した結果、上記位置に第2の油分離部材6を設置した場合、回転子3の貫通孔3aから流出した冷媒の流れ方向を変化させる効果が大きかったためである。これにより、回転子3の貫通孔3aから流出した冷媒は、拡散する前に第2の油分離部材6に到達する。
また、第1の油分離部材5は、第1の油分離部材5の折曲部5cの上端部と吐出管7の冷媒吸入口7aとの距離がつば部5bの半径以下となり、吐出管7と第1の油分離部材5とが接触しない範囲に設けられる。第1の油分離部材5の設置位置について発明者らが鋭意検討した結果、第1の油分離部材5の折曲部5cの上端部と吐出管7の冷媒吸入口7aとの距離をつば部5bの半径以下とすることにより、第1の油分離部材5による油分離効果をより高くできたからである。一方、第1の油分離部材5の折曲部5cの上端部と吐出管7の冷媒吸入口7aとの距離がつば部5bの半径よりも大きくなってしまうと、第1の油分離部材5の油分離効果が低下し、冷媒と冷凍機油との分離が不十分となる。第1の油分離部材5の折曲部5cの上端部と吐出管7の冷媒吸入口7aとの距離をつば部5bの半径以下にすることで、吐出管7の冷媒吸入口7aを、後述の流速勾配の及ぶ範囲に配置することができる。
(動作)
続いて、このように構成された圧縮機100の動作について説明する。
図4は、本発明の実施の形態に係る圧縮機の冷媒流れを示す説明図(縦断面模式図)である。図5は、本発明の実施の形態に係る第1の油分離部材に発生する流速勾配を説明するための説明図(平面図)である。以下、これら図4及び図5を用いて、圧縮機100の動作について説明する。なお、参考として、図6に従来の圧縮機(一例)の冷媒流れを示す。図6に示す従来の圧縮機200は、ドーナツ状の板部材で形成された油分離部材106を備えたものである。
外部電源(図示せず)から固定子2のコイル2aに電流が流れると、このときに発生した磁界によって回転子3及び駆動軸4が回転する。駆動軸4が回転することにより、ロータリーピストン13b及びロータリーピストン14bも回転する。これにより、圧縮機構1内の圧縮室体積が減少し、吸入管15及び吸入管16から吸入された冷媒が圧縮される。圧縮された冷媒は、圧縮機構1と電動機部10との間の空間に吐出される。そして、圧縮機構1と電動機部10との間の空間に吐出された冷媒は、主に回転子3の貫通孔3aを通って、電動機部10の上部に流出する。
例えば図6に示す従来の圧縮機200の場合、貫通孔3aから流出した冷媒は、油分離部材106によって、その流れ方向が外周方向(駆動軸4側から密閉容器11の内壁へ向かう方向)へ変更される。このとき、油分離部材106の遠心分離効果によって、冷媒内に混入した冷凍機油が分離される。しかしながら、油分離部材106と回転子3との距離が大きすぎると(つまり冷媒流れを変更する位置が高すぎると)、貫通孔3aから流出した冷媒は、油分離部材106へ到達する前に拡散してしまう。このため、吐出管7の冷媒吸入口7a付近に存在する冷媒は、冷凍機油濃度の高いものとなってしまう。また、油分離部材106と回転子3との距離が小さすぎると、吐出管7の冷媒吸入口7a付近に存在する冷媒を十分に遠心分離することができない。このため、吐出管7の冷媒吸入口7a付近に存在する冷媒は、冷凍機油濃度の高いものとなってしまう。
一方、本実施の形態に係る圧縮機100の場合、貫通孔3aから流出した冷媒は、第2の油分離部材6によって、その流れ方向が外周方向(駆動軸4側から密閉容器11の内壁へ向かう方向)へ変更される。このとき、第2の油分離部材6の遠心分離効果によって、冷媒内に混入した冷凍機油が分離される。そして、この冷媒は、吐出管7の冷媒吸入口7a付近に設けられた第1の油分離部材5へ流れ込み、冷媒内に混入した冷凍機油が再度分離される。したがって、本実施の形態に係る圧縮機100は、従来の圧縮機200が有する課題を解消し、従来の圧縮機200よりも油分離効果が向上する。
また、本実施の形態に係る第1の油分離部材5は、流速勾配によっても冷媒に混入した冷凍機油を分離することが可能なので、さらに油分離効果が向上する。
より詳しくは、略直線的に折り曲げられた折曲部5cは、折曲部5c内の各位置において、回転中心からの距離が異なる。このため、折曲部5cの両端部は角速度が大きくなり、折曲部5cの中心部は角速度が小さくなる。この角速度の違いによって、図4に示すように、折曲部5cの回転方向前方側の端部には外側に負圧が発生し、折曲部5cの回転方向後方側の端部には内側に負圧が発生する。これにより、折曲部5cの外側では回転方向と同じ方向に流れが発生し、折曲部5cの内側では回転方向と逆方向に流れが発生する。したがって、第1の油分離部材5は、この流れ方向の違い(流速勾配)によっても冷媒に混入した冷凍機油を分離することが可能なので、さらに油分離効果が向上する。
以上、このように構成された圧縮機100においては、第1の油分離部材5が回転した際、折曲部5c近傍において流速勾配が生じる。したがって、第1の油分離部材5は、遠心分離効果に加え、この流速勾配によっても冷凍機油と冷媒とを分離することが可能となる。
なお、この効果は、第2の油分離部材6が設けられた場合に限るものではない。つまり、第2の油分離部材6を設けなくとも、本実施の形態に係る圧縮機100は、従来の圧縮機よりも油分離効果が向上する。第1の油分離部材5は、遠心分離効果に加え、この流速勾配によっても冷凍機油と冷媒とを分離することが可能だからである。
また、つば部5bの形状を平面視において略四角形とすることにより、流速勾配による油分離効果がさらに促進される。
また、第1の油分離部材5は、折曲部5cの一方の端部と第1の油分離部材の回転中心とを結ぶ直線を仮想直線21、折曲部5cの他方の端部と第1の油分離部材の回転中心とを結ぶ直線を仮想直線22とした場合、平面視において仮想直線21と仮想直線22とのなす角度は40°以内となっている。これにより、隣り合う折曲部5cが流速勾配による油分離効果を互いに相殺し合うことを抑制でき、さらに油分離効果が向上する。
また、折曲部5cの高さは、つば部5bの半径R(より詳しくは折曲部5cが設けられていない状態の半径)の5%〜30%となっている。このため、第1の油分離部材5に、遠心力による油分離効果(遠心分離効果)と流速勾配による油分離効果の双方を効率よく発揮させることができる。
また、つば部5bの外径(より詳しくは折曲部5cが設けられていない状態の外径)は、回転子3の外径と略同じとなっている。つまり、つば部5bの外径は、平面視において回転子3の貫通孔3aを覆う大きさとなっている。これにより、第2の油分離部材6が設けられていない場合でも、回転子3の貫通孔3aより流出した冷媒から、より確実に冷凍機油を分離することができる。
また、回転子3と第1の油分離部材5との間に第2の油分離部材6が設けられているので、吐出管7の冷媒吸入口7a近傍に第1の油分離部材5を設置することができる。このため、さらに油分離効果が向上する。
また、第2の油分離部材6の円板部6aの外径は、平面視において回転子3の貫通孔3aを覆う大きさとなっている。これにより、回転子3の貫通孔3aより流出した冷媒から、より確実に冷凍機油を分離することができる。
また、第1の油分離部材5及び第2の油分離部材6にフランジ5d及びフランジ6bを設け、これらフランジ5d及びフランジ6bの長さを設定することにより、第1の油分離部材5及び第2の油分離部材6を所望の位置に配置することが容易となる。
また、回転子3の上部と固定子2に巻かれたコイル2aの上端部との距離を1とした場合、回転子3の上部と第2の油分離部材6の上部(より詳しくは円板部6aの上部)との距離が0.1〜0.2となっている。これにより、回転子3の貫通孔3aから流出した冷媒は、拡散する前に第2の油分離部材6に到達する。このため、さらに油分離効果が向上する。
また、第1の油分離部材5の折曲部5cの上端部と吐出管7の冷媒吸入口7aとの距離がつば部5bの半径以下となり、吐出管7と第1の油分離部材5とが接触しない範囲に、第1の油分離部材5が設けられている。このため、吐出管7の冷媒吸入口7aを、流速勾配の及ぶ範囲に配置することができる。
1 圧縮機構、2 固定子、2a コイル、3 回転子、3a 貫通孔、4 駆動軸、4a 突出部、5 第1の油分離部材、5a カップ部、5b つば部、5c 折曲部、5d フランジ、6 第2の油分離部材、6a 円板部、6b フランジ、7 吐出管、7a 冷媒吸入口、10 電動機部、11 密閉容器、12 端子、13a シリンダー、13b ロータリーピストン、14a シリンダー、14b ロータリーピストン、15 吸入管、16 吸入管、17 マフラー、21 仮想直線、22 仮想直線、100 圧縮機、106 油分離部材、200 圧縮機。

Claims (11)

  1. 密閉容器と、
    該密閉容器の下方に設けられた圧縮機構と、
    固定子及び回転子を有し、前記密閉容器において前記圧縮機構より上方に設けられた電動機部と、
    前記回転子と前記圧縮機構とを接続する駆動軸と、
    前記回転子の上部から突出した前記駆動軸の突出部に設けられた第1の油分離部材と、
    前記第1の油分離部材の上方に設けられた吐出管と、
    を備えた圧縮機において、
    前記第1の油分離部材は、駆動軸の半径方向に突設されたつば部を備え、
    前記つば部はドーナツ状の板部材から形成されており、
    該板部材は、
    その外周部の複数箇所が折り曲げられて、折曲部が形成され、
    平面視において多角形状となっていることを特徴とする圧縮機。
  2. 前記つば部は、
    前記板部材の外周部の四箇所が折り曲げられ、
    平面視において四角形状となっていることを特徴とする請求項1に記載の圧縮機。
  3. 前記折曲部の高さは、
    前記板部材の半径の5%〜30%であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の圧縮機。
  4. 前記第1の油分離部材は、
    該第1の油分離部材の回転中心と前記折曲部の一方の端部とを結んだ線を第1の仮想直線、及び、前記第1の油分離部材の回転中心と前記折曲部の他方の端部とを結んだ線を第2の仮想直線とした場合、
    前記第1の仮想直線と前記第2の仮想直線とのなす角度が、平面視において40°以内となっていることを特徴とする請求項2に記載の圧縮機。
  5. 前記第1の油分離部材が前記駆動軸の前記突出部に設けられた状態において、
    前記折曲部の上端部の高さは前記固定子に巻かれたコイルの上端部と略同じ高さであることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の圧縮機。
  6. 前記つば部の外径は、平面視において前記回転子の外径と略同じであることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の圧縮機。
  7. 前記回転子と前記第1の油分離部材との間の前記突出部に、第2の油分離部材が設けられたことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の圧縮機。
  8. 前記回転子と前記第1の油分離部材との間の前記突出部に、第2の油分離部材が設けられ、
    前記第2の油分離部材はドーナツ状の板部材であり、その外径は平面視において前記回転子の外径と略同じであることを特徴とする請求項6に記載の圧縮機。
  9. 前記第1の油分離部材の下部及び前記第2の油分離部材の下部にはフランジが設けられ、
    前記第1の油分離部材の下部及び前記第2の油分離部材が前記突出部に設けられた状態においては、
    前記第2の油分離部材に設けられたフランジの下端部が前記回転子の上部に接触し、前記第1の油分離部材に設けられたフランジの下端部が前記第2の油分離部材の上部に接触することを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の圧縮機。
  10. 前記突出部に前記第2の油分離部材が設けられた状態において、
    前記回転子の上部と前記固定子に巻かれたコイルの上端部との距離を1とした場合、
    前記回転子の上部と前記第2の油分離部材の上部との距離が0.1〜0.2となることを特徴とする請求項7〜請求項9のいずれか一項に記載の圧縮機。
  11. 前記第1の油分離機構は、
    前記折曲部の上端部と前記吐出管の冷媒吸入口との距離が前記つば部の半径以下となり、前記吐出管と接触しない範囲に設けられたことを特徴とする請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載の圧縮機。
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