JP7154868B2 - 圧縮機 - Google Patents

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本発明は、圧縮機に関するものである。
スクロール圧縮機において、吸入口から吸い込まれた冷媒が圧縮されて、吐出口から冷媒が吐出されるまでの圧縮行程の途中で、圧縮途中の冷媒を排出するディスチャージポートが設けられる場合がある。これにより、冷媒を過度に圧縮することを防止でき、冷媒の圧縮比が低い条件に変化した場合でも効率の低下を回避できる。
下記の特許文献1では、吐出脈動の不規則化を図るため、逆止弁が設置された複数の吐出孔を設けると共に、吐出孔の少なくとも1個の断面積を他の吐出孔と異ならせることが開示されている。また、下記の特許文献2では、複数の吐出ポートを設け、それぞれ独立した逆止弁で、吐出ポートを異なるタイミングで開閉させることが開示されている。
特開昭59-213956号公報 特開昭62-195484号公報
図7及び図8に示すように、スクロール圧縮機51において、中心の吐出ポート52以外に、圧縮行程の途中で冷媒を排出する複数のディスチャージポート53が形成され、吐出ポート52及び各ディスチャージポート53にリード弁(逆止弁)54,55が設置される。この場合、図7に示すように、固定スクロール56の端板において全てのリード弁54,55を設けようとすると、固定スクロール56の端板上では設置スペースが限られているため、効率を考慮した適切な位置にディスチャージポート53やリード弁55を設置できない場合があり、配置の自由度が低い。また、リード弁であるリード弁54,55の長さを長尺化できず、弁部材による圧力損失が高くなる可能性もある。
上述した設置例と異なり、図8に示すように、吐出ポート52のリード弁54がディスチャージカバー57に設置され、複数のディスチャージポート53の各リード弁55が固定スクロール56の端板に設置される場合がある。この場合、ディスチャージポート53やリード弁55の配置の自由度が高まる。一方、図8に示すように、ディスチャージカバー57と固定スクロール56の間の空間に、固定スクロール56の中心の吐出ポート52から排出された冷媒と、ディスチャージポート53から排出された冷媒とが集まり、ディスチャージカバー57に形成された一つの吐出口58のみを通過する。そのため、ディスチャージポート53を通過する冷媒は、固定スクロール56に設けられたリード弁55と、ディスチャージカバー57に設けられたリード弁54の両方を通過することになるため、圧力損失が大きくなる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、圧力損失を高めずに複数のディスチャージポートを固定スクロールに形成することが可能な圧縮機を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の圧縮機は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る圧縮機は、ハウジングと、前記ハウジングに収容され、固定スクロールを有するスクロール型の圧縮機構と、前記ハウジングに収容され、前記圧縮機構に対して冷媒が吐出される側に設置されたディスチャージカバーと、前記ディスチャージカバーと前記固定スクロールの間に設置されたカバー部材と、前記ハウジングと前記ディスチャージカバーとの間に形成された吐出チャンバーとを備え、前記固定スクロールは、前記固定スクロールの中心に形成された吐出ポートと、圧縮行程途中の前記冷媒が通過する複数のディスチャージポートとを有し、前記カバー部材は、前記吐出ポートから吐出された前記冷媒が流通する第1冷媒流路と、前記ディスチャージポートから吐出された前記冷媒が流通する第2冷媒流路とを有し、前記ディスチャージカバーは、前記第1冷媒流路を通過した前記冷媒が流通し、前記吐出チャンバーへ前記冷媒を吐出する第1吐出孔と、前記第2冷媒流路を通過した前記冷媒が流通し、前記吐出チャンバーへ前記冷媒を吐出する第2吐出孔とを有し、前記ディスチャージカバーにおいて前記第1吐出孔を開閉可能に設置され、前記吐出ポートを通過する前記冷媒の逆流を防止する第1逆止弁と、前記固定スクロールにおいて前記ディスチャージポートを開閉可能に、又は、前記ディスチャージカバーにおいて前記第2吐出孔を開閉可能に設置され、前記ディスチャージポートを通過する前記冷媒の逆流を防止する第2逆止弁とを更に備える。
この構成によれば、吐出ポートから吐出された冷媒は、カバー部材の第1冷媒流路、ディスチャージカバーの第1吐出孔の順に流通し、第1逆止弁を介して吐出チャンバーへ吐出される。また、複数のディスチャージポートから吐出された冷媒は、カバー部材の第2冷媒流路、ディスチャージカバーの第2吐出孔の順に流通し、第2吐出弁を介して吐出チャンバーへ吐出される。このように、吐出ポートから吐出された冷媒と、複数のディスチャージポートから吐出された冷媒は、異なる逆止弁を一つずつ通過するだけであるため、複数の逆止弁を通過する場合と異なり、圧力損失を低減できる。
上記発明において、前記カバー部材には、複数の前記ディスチャージポートから供給された前記冷媒が合流する中間室が形成され、前記中間室で合流された前記冷媒は、前記第2冷媒流路へ供給されてもよい。
この構成によれば、複数のディスチャージポートから供給された冷媒は、カバー部材において形成された中間室で合流し、その後、第2冷媒流路へ供給される。中間室にして冷媒が合流することから、第2冷媒流路の設置数を低減できる。また、ディスチャージポートが中間室に開口すればよく、ディスチャージポートの配置の自由度を高めることができる。
上記発明において、複数の前記ディスチャージポートは、前記圧縮機構の圧縮行程に沿って、複数の容積比が形成されるように複数箇所に設けられてもよい。
この構成によれば、容積比の異なる容積制御を行うことができ、より段階的に細かい容量制御を行うことができると共に容量制御率を向上させることができる。
本発明によれば、圧力損失を高めずに複数のディスチャージポートを固定スクロールに形成することができる。
本発明の一実施形態に係るスクロール圧縮機を示す部分縦断面図である。 本発明の一実施形態に係るスクロール圧縮機を示す横断面図であり、図1のA-A線矢視図である。 本発明の一実施形態に係るスクロール圧縮機を示す横断面図であり、図1のB-B線矢視図である。 本発明の一実施形態に係るスクロール圧縮機の吐出口付近を示す部分拡大縦断面図である。 本発明の一実施形態に係るスクロール圧縮機のスクロール圧縮機構を示す横断面図である。 本発明の一実施形態に係るスクロール圧縮機のスクロール圧縮機構を示す横断面図である。 第1比較例に係るスクロール圧縮機を示す部分縦断面図である。 第2比較例に係るスクロール圧縮機を示す部分縦断面図である。
以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
スクロール圧縮機1は、密閉型圧縮機であり、図1に示すように、内部に密閉空間を有するハウジング11と、ハウジング11内に配置され、密閉空間内に取り込まれた冷媒を圧縮するスクロール圧縮機構12と、スクロール圧縮機構12に回転力を伝達する回転軸13と、回転軸13を介してスクロール圧縮機構12の旋回スクロール19を公転旋回運動させる電動モータを主たる要素として構成されている。
ハウジング11は、底部が下部カバーによって密閉され、下部カバーの上部には、上下方向に長い円筒状の中間カバー14を備えている。中間カバー14の上部には、ディスチャージカバー15及び上部カバー16が設けられて、ハウジング11が密閉されており、このディスチャージカバー15と上部カバー16間に、圧縮された高圧のガスが吐出される吐出チャンバー17が形成されている。
ハウジング11内には、スクロール圧縮機構12が組み込まれるとともに、その下方にステータとロータとからなる電動モータが設置されている。電動モータは、ステータがハウジング11に固定設置されることによって組み込まれ、ロータには、回転軸13が固定されている。
スクロール圧縮機構12は、ハウジング11に対して固定設置されている固定スクロール18と、摺動自在に支持され、固定スクロール18と噛み合わされることにより圧縮室20を形成する旋回スクロール19などを備える。
ハウジング11の側面には、冷媒を吸入する吸入口が、密閉空間に連通するように形成されており、上部カバー16の頭頂側には、吐出チャンバー17と連通し、圧縮された冷媒ガスを吐出する吐出口16aが形成されている。
スクロール圧縮機構12は、吸入配管28及び吸入口を介してハウジング11内に吸い込まれた冷媒ガスを、ハウジング11内部に対して開口されている外周側の吸入口21から圧縮室20内に吸い込み、圧縮する。圧縮された冷媒ガスは、固定スクロール18の中心部に設けられている吐出ポート22、ブロック部材29に設けられている冷媒流路30、及びディスチャージカバー15に設けられている吐出孔23を介して吐出チャンバー17内に吐出され、更に、上部カバー16に設けられ、吐出チャンバー17と連通している吐出管24を介してスクロール圧縮機1の外部へと送出されるようになっている。
リード弁27は、薄板状部材であって、吐出孔23の出口部に設けられ、吐出孔23を開閉する。リード弁27は、冷媒の流れを一方向のみに規定する。リード弁27が設けられることによって、冷媒は、圧縮室20から吐出チャンバー17側に流れる。
リード弁27の可動方向には、リード弁27の可動範囲(開度上限)を限定するリテーナ33が設けられる。リード弁27が開いたとき、リード弁27がリテーナ33に当たることによって、リテーナ33は、リード弁27が開きすぎないように規制できる。リテーナ33は、変形が生じにくい剛性が高い部材である。
リード弁27は、一方向に長い部材であって、端部が例えば円弧形状を有する。リード弁27の一端側が、ボルト34によってディスチャージカバー15の吐出チャンバー17側の面に固定され、リード弁27の他端側が、吐出孔23に対して開閉可能である。リテーナ33も、リード弁27と同様に、一方向に長い部材であり、一端側がリード弁27と共にボルト34によって固定されている。
固定スクロール18は、図1に示されているように、略円板形状の端板18aと、端板18aの一側面上に立設された渦巻状の壁体18bとを備えている。旋回スクロール19は、図1に示されているように、略円板形状の端板19aと、端板19aの一側面上に立設された渦巻状の壁体19bとを備えている。各壁体18b,19bの渦巻形状は、例えば、インボリュート曲線やアルキメデス曲線を用いて定義されている。固定スクロール18には、端板18aにおいて、吐出ポート22と、複数のディスチャージポート26がそれぞれ板厚方向に貫通して形成されている。
固定スクロール18と旋回スクロール19は、その中心O,Oを旋回半径ρだけ離し、壁体18b,19bの位相を180°ずらして噛み合わされ、両スクロール18,19の壁体18b、19bの歯先と歯底間に常温で僅かな高さ方向のクリアランス(チップクリアランス)を有するように組み付けられている。これにより、両スクロール18,19間に、その端板18a,19aと壁体18b、19bとにより囲まれて形成される複数対の圧縮室20がスクロール中心に対して対称に形成される。旋回スクロール19は、オルダムリング等の自転防止機構によって固定スクロール18の周りを公転旋回運動する。
ディスチャージカバー15には、図1に示すように、吐出ポート22から吐出された冷媒ガスが流通する吐出孔23と、ディスチャージポート26から吐出された冷媒ガスが流通する冷媒流路31が設けられる。吐出孔23及び冷媒流路31は、ディスチャージカバー15において、ブロック部材29側から吐出チャンバー17側へ貫通している。吐出孔23及び冷媒流路31は、ディスチャージカバー15においてそれぞれ異なる位置に開口している。冷媒流路31は、ブロック部材29の冷媒流路32の開口位置に対応して形成される。
ブロック部材29は、カバー部材の一例であり、固定スクロール18とディスチャージカバー15の間において、固定スクロール18のディスチャージカバー15側の面にボルト35によって設置される。
ブロック部材29には、図1及び図3に示すように、冷媒流路30と、ディスチャージポート26からの冷媒が流通する冷媒流路32が設けられる。冷媒流路30は、ブロック部材29において、固定スクロール18側からディスチャージカバー15側へ貫通して形成されている。冷媒流路32は、ブロック部材29において、固定スクロール18側に形成された中間室36からディスチャージカバー15側へ貫通して形成されている。冷媒流路30及び冷媒流路32は、ブロック部材29においてそれぞれ異なる位置に開口している。冷媒流路32は、二つ設けられ、それぞれの冷媒流路32は、スクロール圧縮機1の中心軸を中心にして点対称となる位置に配置される。
ブロック部材29には、固定スクロール18側の面において、凹状の中間室36が形成される。ディスチャージポート26を流れた冷媒は、中間室36へ供給された後、冷媒流路32,31へ順に供給される。中間室36と冷媒流路30の間は、壁部40によって隔てられている。
中間室36において、固定スクロール18の複数のディスチャージポート26が開口している。それぞれのディスチャージポート26から中間室36へ供給された冷媒は、中間室36で合流される。中間室36で合流された冷媒は、ブロック部材29に形成された冷媒流路32から排出される。
中間室36に収容されたリード弁37は、ボルト38によって固定スクロール18に固定されている。リード弁37は、薄板状部材であって、ディスチャージポート26の出口部に設けられ、ディスチャージポート26を開閉する。リード弁37は、冷媒の流れを一方向のみに規定する。リード弁37が設けられることによって、冷媒は、スクロール圧縮機構12の圧縮室20から吐出チャンバー17側に流れる。すなわち、リード弁37は、スクロール圧縮機構12の圧縮室20から供給される冷媒の逆流を防止する。
リード弁37の可動方向には、リード弁37の可動範囲(開度上限)を限定するリテーナ39が設けられる。リード弁37が開いたとき、リード弁37がリテーナ39に当たることによって、リテーナ39は、リード弁37が開きすぎないように規制できる。リテーナ39は、変形が生じにくい剛性が高い部材である。
図1及び図2に示すように、リード弁37は、一方向に長い部材であって、端部が例えば円弧形状を有する。リード弁37の一端側が、ボルト38によって固定スクロール18に固定され、リード弁37の他端側が、ディスチャージポート26に対して開閉可能である。リテーナ39も、リード弁37と同様に、一方向に長い部材であり、一端側がリード弁37と共にボルト38によって固定されている。
以上より、スクロール圧縮機構12の圧縮室20において、スクロール圧縮機構12の中心の吐出ポート22まで圧縮された冷媒が、吐出ポート22を流通して、冷媒流路30と吐出孔23を介して吐出チャンバー17へ吐出される。また、スクロール圧縮機構12の圧縮室20において中間圧まで圧縮された冷媒が、所定圧力よりも高くなった場合、ディスチャージポート26を流通して、中間室36と冷媒流路32,31を介して吐出チャンバー17へ吐出される。
このように、固定スクロール18の吐出ポート22から吐出される冷媒と、複数のディスチャージポート26から吐出される冷媒は、異なる流路を通過して吐出チャンバー17へ供給する。したがって、固定スクロール18の吐出ポート22から吐出される冷媒と、複数のディスチャージポート26から吐出される冷媒は、吐出チャンバー17に吐出されるまでの経路で合流することがない。
吐出ポート22からの冷媒が流通する経路上には、逆止弁としてリード弁27が一つのみ設けられ、ディスチャージポート26からの冷媒が流通する経路上には、逆止弁としてリード弁37が一つのみ設けられる。図8に示すように、比較例に係るスクロール圧縮機51として、ディスチャージポート53の出口に設けられたリード弁55を通過した冷媒が、中心の吐出ポート52から吐出された冷媒と合流された後、再びディスチャージカバー57の吐出口58に設けられたリード弁54を通過する構成を有するものがある。この場合、ディスチャージポート53からの冷媒が流通する経路上には、逆止弁として二つのリード弁55,54が設けられる。これに対し、本実施形態では、ディスチャージポート26からの冷媒が流通する経路上に設けられる逆止弁は、リード弁37が一つのみであるため、圧力損失が比較例に比べて低減される。
また、吐出ポート22からの冷媒が流通する経路上に設けられるリード弁27は、ディスチャージカバー15における吐出チャンバー17側の面に設置される。図7に示すように、比較例に係るスクロール圧縮機51として、吐出ポート52からの冷媒が流通する経路上に設けられるリード弁54が、ディスチャージポート53からの冷媒が流通する経路上に設けられるリード弁55と同様に、固定スクロール56に設置されるものがある。この場合、多数のリード弁54,55が、一つの固定スクロール56上に設置されるため、リード弁54,55の配置の自由度が低い。また、狭いスペースにリード弁54,55を設置することになるため、リード弁54,55の長さを長尺化できず、リード弁54,55による圧力損失が高まる可能性もある。
これに対し、本実施形態では、リード弁27は、ディスチャージカバー15に設置され、リード弁37は、固定スクロール18に設置されるため、比較例に比べてリード弁27,37及びリテーナ33,39の設置可能なスペースが広くなり、リード弁27,37及びリテーナ33,39の配置の自由度が高まる。また、リード弁27は、ディスチャージカバー15上の広いスペースに設置されることになるため、リード弁27の長さを長尺化することができる。その結果、比較例に比べてリード弁27による圧力損失を低減できる。
なお、上述した説明では、リード弁37及びリテーナ39は、固定スクロール18に設置されるとしたが、本発明はこの例に限定されない。リード弁37は、スクロール圧縮機構12の圧縮室20からディスチャージポート26を介して供給される冷媒の逆流を防止できればよく、ディスチャージカバー15上において、冷媒流路31の出口部に設けられてもよい。冷媒流路31の数は、ディスチャージポート26に比べて少ないため、リード弁37及びリテーナ39の設置数が減少する。そのため、固定スクロール56にリード弁54とリード弁55の両方を設置する比較例に比べてリード弁27,37及びリテーナ33,39の設置可能なスペースが広くなり、リード弁27,37及びリテーナ33,39の配置の自由度が高まる。
図4に示すように、ブロック部材29のディスチャージカバー15側の面には、円環状の溝41が形成される。溝41は、ブロック部材29に形成された冷媒流路30の周囲において、冷媒流路30を囲むように形成される。溝41内には、冷媒流路32が配置されている。また、ディスチャージカバー15のブロック部材29側の面には、円環状の突起部42が形成される。ブロック部材29とディスチャージカバー15が組み合わされたとき、突起部42は、ブロック部材29の溝41に挿入された状態となる。突起部42が形成される部分には、冷媒流路31が配置される。溝41と突起部42が組み合わされた状態で、溝41と突起部42の間の隙間を低減するため、溝41の内壁面にはOリング43が設置される。これにより、溝41と突起部42が組み合わされた部分で、高圧側と低圧側を確実に隔離できる。また、対称形状を有する円環状の溝41にOリング43が設置されるため、Oリング43が均等に潰されることから、Oリング43によって確実に密閉が行われる。
なお、本実施形態は、ブロック部材29に形成された中間室36で、複数のディスチャージポート26からの冷媒が合流され、合流された冷媒が冷媒流路32を介して、ディスチャージカバー15に形成された冷媒流路31に導かれる。そのため、ディスチャージポート26を形成できる位置が冷媒流路31の位置に制約されず、固定スクロール18の任意の位置にディスチャージポート26を形成できる。一方、ブロック部材29の中間室36を介さずに、ディスチャージポート26と、ディスチャージカバー15の冷媒流路31を接続する場合、ディスチャージポート26を形成できる位置が冷媒流路31の位置に制約される。このような比較例に比べて、本実施形態では、冷媒の排出を適切に行うことができる位置にディスチャージポート26を形成できる。
本実施形態では、ブロック部材29に形成された中間室36で、複数のディスチャージポート26からの冷媒が合流されるため、ディスチャージポート26を形成できる位置が制約されにくい。
スクロール圧縮機1が適用される冷凍機や空気調和機では、低負荷運転時には容量制御運転を行い、たとえば容量制御率(キャパシティコントロール率)を50%に落として駆動源の負荷を下げることによって、省エネルギー運転を実施することがある。一定回転数で運転する機種の場合、容量制御運転を実施するとき、固定スクロール18に設けたディスチャージポート26から吐出される冷媒を、バイパス管を介してハウジング11内の低圧側へ供給する。バイパス管には、電磁弁を設置し、電磁弁を開閉することによって、容量制御が実施される。
この場合、圧縮行程の途中に設けられたディスチャージポート26が、容量制御運転時の圧縮開始の位置となって容量制御が行われるので、どの容積比の位置にディスチャージポート26を設けるかによって容量制御率を変えることができる。また、本実施形態では、上述したとおり、冷媒の排出を適切に行うことができる位置にディスチャージポート26を形成できる。したがって、吸入口21から吐出ポート22までの圧縮行程の間に1箇所のみディスチャージポート26を設けるだけでなく、圧縮工程に沿って2箇所にディスチャージポート26を設けることによって、容積比の異なる容量制御を行うことができる。
例えば、図5に示すように、1番目のディスチャージポート26Aは、旋回スクロール19の壁体19bが移動することによって、吸入締切時にディスチャージポート26Aが開く位置に設けられる。また、図6に示すように、2番目のディスチャージポート26Bは、旋回スクロール19の壁体19bが移動することによって、1番目のディスチャージポート26Aが締め切られて、かつ、2番目のディスチャージポート26Bが開く位置に設けられる。このように、圧縮工程に沿って2箇所にディスチャージポート26が設けられることによって、より段階的に細かい容量制御を行うことができると共に容量制御率を向上させることができる。
1 :スクロール圧縮機
11 :ハウジング
12 :スクロール圧縮機構
13 :回転軸
14 :中間カバー
15 :ディスチャージカバー
16 :上部カバー
16a :吐出口
17 :吐出チャンバー
18 :固定スクロール
19 :旋回スクロール
20 :圧縮室
21 :吸入口
22 :吐出ポート
23 :吐出孔(第1吐出孔)
24 :吐出管
26,26A,26B :ディスチャージポート
27 :リード弁(第1逆止弁)
28 :吸入配管
29 :ブロック部材(カバー部材)
30 :冷媒流路(第1冷媒流路)
31 :吐出孔(第2吐出孔)
32 :冷媒流路(第2冷媒流路)
33 :リテーナ
34 :ボルト
35 :ボルト
36 :中間室
37 :リード弁(第2逆止弁)
38 :ボルト
39 :リテーナ
40 :壁部
41 :溝
42 :突起部
43 :Oリング
51 :スクロール圧縮機
52 :吐出ポート
53 :ディスチャージポート
54 :リード弁
55 :リード弁
56 :固定スクロール
57 :ディスチャージカバー
58 :吐出口

Claims (3)

  1. ハウジングと、
    前記ハウジングに収容され、固定スクロールを有するスクロール型の圧縮機構と、
    前記ハウジングに収容され、前記圧縮機構に対して冷媒が吐出される側に設置されたディスチャージカバーと、
    前記ディスチャージカバーと前記固定スクロールの間に設置されたカバー部材と、
    前記ハウジングと前記ディスチャージカバーとの間に形成された吐出チャンバーと、
    を備え、
    前記固定スクロールは、
    前記固定スクロールの中心に形成された吐出ポートと、
    圧縮行程途中の前記冷媒が通過する複数のディスチャージポートと、
    を有し、
    前記カバー部材は、
    前記吐出ポートから吐出された前記冷媒が流通する第1冷媒流路と、
    前記ディスチャージポートから吐出された前記冷媒が流通する第2冷媒流路と、
    を有し、
    前記ディスチャージカバーは、
    前記第1冷媒流路を通過した前記冷媒が流通し、前記吐出チャンバーへ前記冷媒を吐出する第1吐出孔と、
    前記第2冷媒流路を通過した前記冷媒が流通し、前記吐出チャンバーへ前記冷媒を吐出する第2吐出孔と、
    を有し、
    前記ディスチャージカバーにおいて前記第1吐出孔を開閉可能に設置され、前記吐出ポートを通過する前記冷媒の逆流を防止する第1逆止弁と、
    前記固定スクロールにおいて前記ディスチャージポートを開閉可能に、又は、前記ディスチャージカバーにおいて前記第2吐出孔を開閉可能に設置され、前記ディスチャージポートを通過する前記冷媒の逆流を防止する第2逆止弁と、
    を更に備え
    前記第2逆止弁は、前記固定スクロール又は前記ディスチャージカバーのいずれか一方にのみ設けられている圧縮機。
  2. 前記カバー部材には、複数の前記ディスチャージポートから供給された前記冷媒が合流する中間室が形成され、
    前記中間室で合流された前記冷媒は、前記第2冷媒流路へ供給される請求項1に記載の圧縮機。
  3. 複数の前記ディスチャージポートは、前記圧縮機構の圧縮行程に沿って、複数の容積比が形成されるように複数箇所に設けられる請求項1又は2に記載の圧縮機。
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