JPH02188680A - 圧縮方法及び圧縮機 - Google Patents

圧縮方法及び圧縮機

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JPH02188680A
JPH02188680A JP731989A JP731989A JPH02188680A JP H02188680 A JPH02188680 A JP H02188680A JP 731989 A JP731989 A JP 731989A JP 731989 A JP731989 A JP 731989A JP H02188680 A JPH02188680 A JP H02188680A
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博 岩田
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弘勝 香曽我部
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坂爪 秋郎
Hiroaki Hatake
裕章 畠
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、圧縮方法、特に、消音装置として吐出室を有
する圧縮機による圧縮方法及び圧縮機に関するものであ
る。
〔従来の技術〕
一般に、冷凍サイクルに使用される圧縮機では。
例えば、特開昭61−210286号公報に開示されて
いるように、圧縮されたガスが吐出機構から吐出すると
きに発生する音を消音するために消音装置が設けられて
おり、この消音装置が吐出室を形成している。すなわち
、この吐出室内で吐出ポートから吐出される冷媒の脈動
を緩衝させ消音し、連通孔からケース内に吐出されるよ
うになっている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述の如く、消音装置として吐出室を有する圧縮機では
この吐出室は消音特性を考慮して設計されており、吐出
室内の圧力脈動が圧縮機消費動力性能に及ぼす影響につ
いては考慮されていなかつた。
例えば、3000rpa+又は3600rpmの一定速
圧縮機では吐出室内の圧力脈動振幅は高速回転圧縮機(
回転数制御圧縮機)に比べて小さいものの吐出室内の圧
力脈動周波数が不適切であるために圧縮機性能を低下さ
せている場合があった。また。
回転数制御圧縮機では高速回転になると、吐出室内の圧
力脈動が圧縮機性能に顕著に影響するという問題があっ
た。
第2図はシリンダ容積と圧力(吐出室圧力及びシリンダ
内圧力)との関係が異なる二つの状態についてX(実線
)及びY(破線)で示しである。
Xtで示すような吐出室圧力波の谷が吐出開始時期にき
ている場合には、吐出期間中のシリンダ内圧力はXtで
示すようになるが、Ylで示すように吐出室内圧力が脈
動すると吐出期間中のシリンダ内圧力は破線Yzで示す
ようにシリンダ内圧力x2より高くなる。従って、ハツ
チングで示したその差分だけ圧縮動力、すなわち、過圧
縮動力が大きくなり損失になるという問題があった。
本発明は1以上の如き問題点を除去し、吐出室内の圧力
脈動を規定する物理量間の関係に適切なる制約を与えて
、過圧縮損失を低減し、性能の高い圧縮方法及び圧縮機
を提供可能とすることを目的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
上述の課題を解決するためにとられた本発明の主な構成
は、少なくとも、ケース内に圧縮要素部と該圧縮要素部
を翻動する駆動部とを有し、該圧縮要素部内の圧縮室で
圧縮されたガスを吐出する吐出弁を有する吐出ポートを
有し、前記吐出弁を囲む吐出室が設けられ、該吐出室か
ら前記ケース内に吐出ガスを吐出する吐出通路を設けた
圧縮機において、吐出開始時期を前記吐出室内の圧力脈
動波の谷付近に一致させることを一つの特徴とし、少な
くとも2つの代表的運転速度の吐出開始時期を吐出室圧
力脈動波のほぼ平均圧力以下の圧力の時期に同調させる
ことを他の特徴とするもので。
このように構成することによって、圧縮性能の向上、特
に吐出室内圧力脈動周波数の適正化により。
吐出損失の低減と性能向上を可能とするものである。
〔作用〕
まず、第1図及び第3図〜第6図を用いて、吐出室内の
圧力脈動波(以下吐出室内圧力脈動波と称する)をモデ
ル的に説明する6本発明の一実施例を示す後述の第1図
で、1は吐出室、2は吐出弁、3は吐出通路、4は開口
端、5はチャンバを示しており、第3図〜第6図は横軸
に時間、縦軸に圧力振幅がとってあり、同一部分には同
一符号が付しである。
この圧縮器では、吐出室1には吐出弁2があり。
吐出弁2から吐出室1に吐出された冷媒ガスは吐出通路
3を通り開口部4からチャンバ5内の空間に吐出される
。したがって、吐出弁2から吐出室1に冷媒ガスが吐出
されると吐出室1内圧力が上昇する。この状態を吐出室
1に吐出期間τdに相当する時間の吐出パルスが発生す
ると考える。第3図(a)(b)には、この吐出パルス
Pを太い実線で示したサインカーブで表現しである。吐
出iツバ パルスPは吐出通路3の開口端4で反射し1点線で示し
た反射波R1としてτ時間遅れて戻って来る。さらに反
射波R1の反射波がτ時間遅れて反射波RX、反射波R
iの反射波が反射波Raと次数に反射波が戻って来る(
反射波はいずれも点線で示しである)。
従って、吐出室内圧力の波形はそれらの合成波となり、
第3図(a)に実線で示した合成波Qのようになる。こ
の合成波Qが、圧縮機機能を支配する吐出室内圧力脈動
波であり、その周期τlは次式で示すようになる。
τi=2τ             ・・・(1)こ
こで、時間τは反射波が戻って来るまでの時間で、音速
をa、開口端補正吐出通路長さをり。
吐出通路断面積をS、吐出室容積をVとすると次式で示
すようになる。
τ=Qe/a   Qe=tcr7W7丁  −(2)
従って。
また、脈動周波数fは第(g、 (3)式によって次式
で示すようになる。
以上の関係により吐出室内の圧力脈動特性は定まる。一
方、この圧力脈動特性と吐出開始時期の関係は、圧縮機
回転数をno (rpm) 、吐出開始から吐出終了ま
での圧縮機回転角を04 (度)として、さらに、同調
次数をm (m=1,2..3・・・の整数値)、同調
シフト定数をε (−1くさく1)とすると次式で示す
ようになる。
・・・(5) ここで1mは吐出終了後の谷のいくつめの谷に吐出開始
を合わせるかを定める同調次数であり、εはその谷の底
からどれだけずらした位置に吐出開始を合わせるかを定
める定数である。結局、第3図(a)(b)は第(5)
式の関係の一例を示したものであり、第3図(a)はm
;2.ε=0、第3図(b)はn=2.g=0.32 
の場合である。
第3図(a)に示すt =Oの場合は谷の底で吐出開始
となり、1ε1が大きくなると吐出開始時期が第3図(
b)に示すように谷の底からずれることを意味している
従って5ある代表的回転数noのとき、適切なmの整数
値を選び、さらにi =Oを与え、そのとき第(5)式
の関係を満足するようにり、V、’Sを定めれば、第3
図(a)に示すように吐出室内圧力脈動波の谷底に吐出
開始時期を一致させることができ、最も過圧縮損失を低
減することができる。
しかし、圧縮機の使用状態を考えたとき、圧縮機は少な
くとも2つの代表的速度が問題になる。
即ち、一定速圧縮機では同一仕様の圧縮機が50Hzと
601(cの電源で使用される。また、回転数制御圧縮
機では最も一般的に使用される運転条件としてJISで
定められる暖房定格条件及び冷房定格条件がある0両定
格条件では所要冷凍能力が異なるため、当然回転速度が
異なるため少なくとも2つの代表的速度が対象となる。
そこで、吐出室、吐出通路形状としてり、V。
Sを与え、二つの代表的回転数の高速側に関する量にサ
フィックスH1低速側に関する量にサフィックスLを付
して第(5)式のi =Oの場合を考える。即ち、両代
表的速度の場合共に吐出室内圧力脈動波(以下脈動波と
称する)の谷底に吐出開始時期を一致させる条件を考え
ると。
・・・(6) ・・・(7) 両式の比をγとすると次式で示すようになる。
2mt、+1   (720−〇ab)  al、  
noH・・・(8) 一定速圧縮では50Hz、60Hz共に同じ条件で運転
される場合はγはnon/noしで定まり、モータスリ
ップを考慮した実際の回転数では第(8)式の右辺は。
γ=noo/nob=1.15〜1.20程度となる。
また1回転数制御圧縮機では、暖房定格と冷房定格条件
では運転圧力9回転数が異なるため第(8)式の右辺す
べての項が関連して、γ=1.2〜1.3 程度となる。従って両者を含めて考えると、γ=1.1
5〜1.3 となる。一方、第(8)式のmH,mLからγを求める
と。
mn=1   mし=2   で  γ= 1.6G 
7mo=2   mL=3   で  ?=、1.40
となり、低次の同調次数では第(8)式を満足できない
ことになる。即ち、その−例として、γ=1.22でm
n=1.0  i=oとした場合にnHとnl、で運転
した場合の吐出開始時期と脈動波の関係を第4@に示し
である。この図でSは脈動波を示している。この場合に
はmn=1  としE=Oとしているためnul+で運
転している場合には、第4図(a)に示すように吐出開
始時期が脈動波の谷に一致している。しかし、この圧縮
機をnOLで運転すると、第4図(b)に示すように、
吐出開始時期は脈動波の山に一致しているため性能低下
の原因となる。なお、mn=3 mb==3 以上の高
次の同調次数を選べば第(8)式を満足する整数値が存
在するが、この場合には脈動周波数fを高くすることを
意味し、そのためには第(4)式から明らかなように吐
出通路断面積Sを大きくするか又は吐出通路長さLを小
さくするか、吐出室容積Vを小さくすることになる*m
u=3 以上の場合にはSを大きくLを小さくすると形
状的に非現実的な値となり、さらにSを大きく、■を小
さくすると消音装置としての特性がそこなわれるため非
現実的となる。この様な点から考えるとできればm=1
程度が望ましい。
以上の検討の結果、低次の同調次数で二つの代表的速度
で運転した場合、以下のようにすれば両者の場合共に満
足できる運転を行うことができる・点を見出したもので
ある。
すなわち、過圧縮を増加させないためには少なくとも、
第4図に示した平均圧力付近以下の脈動波圧力の状態で
吐出を開始すればよい、脈動波圧力が平均圧力よりも低
い範囲は第4図(a)において脈動波の谷底からτIH
/4の範囲である。ここでnOH・を与えられると1回
転時間τOHは定まり、吐出開始時期は定まるので相対
的には脈動波の位相をτan/4の範囲でずらすことに
より、吐出開始時期を脈動波の平均圧力以下の範囲に入
れることができる。
脈動波の谷底からτIH/4の範囲は第(5)式で定義
される同調シフト定数εで表現するとε=0〜0.25
の範囲となる。そこでi=0.0.15゜0.25 を
与えm−1としたときn0=nOHで第(5)式を満足
するり、V、Sを定め、(Oa 、 aはnOHにより
定まる圧力条件より決る)吐出室内圧力波形を求めた結
果を第5図に示しである。第5図(a)はm=1.ε=
0,0.15,0.25゜no:=nooのときの脈動
波形とそれぞれの場合の吐出開始時吐出室内圧力(図中
0印)の関係を示した図であり、第5図(b)はm=1
.ε=0゜0.15,0.25.n0=nOHで第(5
)式を満足するようにり、V、Sを定め、110”nO
Lで運転した場合であり、0印で示した吐出開始時の吐
出室内圧力はi =Oから0.25にするほど低くなっ
ている。
従って、同調シフト定数εをε=0〜0.25の間に選
ぶことにより、 nOH,not、の両代表的回転数で
運転した場合共に吐出開始時期を脈動波のほぼ平均圧力
以下の圧力のときに合わせることができる。i二〇〜0
.25の間のどの値を選ぶかは、この圧縮機の使用条件
に応じて、nOHを重視する場合にはi=o近傍に、n
OLを重視する場合にはそれよりも大きなCを選べばよ
い。
以上の説明は高い方の代表的回転数n1l(に対してε
を調整し、L、V、Sを定めた場合であるが、場合によ
っては低い方の代表的回転数nOLに対して、ct&調
整し、L、V、Sを定めてもよい。
第6図はこのような場合の吐出室内圧力波形を求めた結
果を示しである。即ち、第6図(a)において、脈動波
圧力が平均圧力よりも低い範囲は脈動波の谷底からτz
t、/4の範囲である。ここでnOLを与えられると1
回転時間τoLは定まり、吐出開始時期は定まるので、
相対的には脈動波の位相をτlム/4の範囲でずらすこ
とにより、吐出開始時期を脈動波の平均圧力以下の範囲
に入れることができる。このτル/4の範囲は第(5)
式で定義されるεで表現するとε=O〜−0,25の範
囲となる。そこで、−例として、m=1.ε=o。
−0,25としたときn0=nOHで第(5)式を満足
するり、V、Sを定め、吐出室内圧力脈動波形を求め、
i =O,−0.25  それぞれに対する吐出開始時
圧力をO印として第6図(a)に示した。
このようにしてり、V、Sを定めno”nonで運転し
た場合の圧力波形は第6図(b)に示すようになり、0
印で示した吐出開始時の吐出室圧力はεを0から−0,
25にするほど低くなっている。
従ってnOLに対してε=O〜−0,25の間に選ぶこ
とによっても、nOH,nOLの両代表的回転数で運転
した場合共に吐出開始時期を脈動波の平均圧力以下の圧
力の時に合すせることができる。
〔実施例〕
以下、実施例について説明する。
第1図は一実施例の回転圧縮機の断面図を示し、1は吐
出室、2は吐出弁、3は吐出通路、4は開口部、5はチ
ャンバを示しており、チャンバ5内にはロータ6、ステ
ータ7よりなるモータが設けられ、ロータ6と結合され
た軸8により圧縮要素部9に動力を伝達する。圧縮要素
部9はシリンダ10の上下に上軸受を兼ねた上端板11
、下軸受を兼ねた下端板12.軸8のクランク部13に
はめられたローラ14.ローラ14に先端が当接しばね
15に押されてローラ14の回転に追従して往復運動す
るベーン16により、吸込室と圧縮室を構成している。
さらに、圧縮室には吐出ポート17が設けられ、吐出ポ
ート17に吐出弁2が設けられている。また吐出弁2は
吐出室1に囲まれ、吐出室1からチャンバ5まで吐出通
路3が設けられている。
圧縮室で圧縮されたガス冷媒はその圧力が吐出室内圧力
以上になると吐出弁2をリテーナ18側に押し、ガスは
圧縮室から吐出ポート17.吐出室1.吐出通路3を通
すチャンバ5内に吐出される。
ここで、吐出室1の容積V、吐出通路3の開口端補正吐
出通路長さり、断面積Sは、前述の同調次数m=1.同
調シフト定数t=0.15  として高い方の代表的回
転数noシnOHに対して第(5)式の関係を満すよう
に定められている。なお、開口端補正吐出通路長さしは
、吐出通路径をφd。
実際の吐出通路長さをQP、吐出通路の数をn。
開口端補正係数をαとすると、音響理論によりL = 
Q p+αJTd         ・・・(9)によ
って表ねされる。αの値は開口端4のf!ll囲状況に
より定まり、本実施例の場合には1.94である。また
、吐出通路3の断面積Sは、S =n−d”     
            −(10)から求められる。
従って、この圧縮機を高い方の代表的回転数nOHで運
転すると、吐出室1内の圧力脈動は第5図(、)に破線
(ε=0.15)で示した圧力波形となり吐出開始時の
圧力は0印Aとなり、吐出室内平均圧力より低い。
また、この圧縮機を低い方の代表的回転数nOLで運転
すると、吐出室1内の圧力脈動は第5図(b)に破線(
ε=0.15)で示した圧力波形となり吐出開始時の圧
力は0印Bとなり、吐出室内平均圧力より低い。従って
、ε;O〜0.25の間に選ぶことによって、高い方、
低い方の両代表的回転速度の場合共に吐出開始時の吐出
室内圧力は吐出室平均圧力以下となり、両者共に吐出損
失を極力低くでき、満足な圧縮機性能が得られる。
上述の実施例は高い方の代表的回転数no =noHに
対して第(5)式の関係を満足するようにり。
v、Sを定めているが、先に作用の説明で述べたように
、低い方の代表的回転数no=noLに対して第(5)
式の関係を満すようにり、V、Sを定めてもよい、この
選択は例えば加工寸法公差を考慮して、重視する方の代
表的回転数を選べばよい。
第7図(a)、(b)は他の実施例の実施に用いられる
圧縮機の要部を示すもので、下端板12の構造が第1図
のものと異なる場合であり、第7図(a)は第1図のA
−Aの矢視断面図に相当し。
第7図(b)は第7図(a)のB−B断面図である。こ
の実施例では吐出室のサイレンサとしての機能を持たせ
るためにリブ19を設け、吐出ガスは下端板12と下プ
レート20の間に形成されるリブ通路21を通り、吐出
通路3に流れるようになっている。このように吐出室1
内にリブ19が設けら・れている場合でも、下端板12
でかこまれる吐出室全体の容積を等価的に■とすれば、
第1図の場合と同様な効果を得ることができる。
以上の実施例においては吐出通路の断面が円形の直管の
場合を示しているが、断面形状は四角形など他の形状で
もよく、また途中で曲った吐出通路でもよい。
本発明の実施例では、同調シフト定数EをOく1εl<
0.25 の範囲に選ぶことにより、少なくとも2つの
代表的回転数で吐出開始時期を吐出室圧力脈動波のほぼ
平均圧力以下の時に同調させることができるので過圧縮
損失を極力小さくすることができ、効率のよい運転を行
うことができる効果がある。
さらに本発明は、吐出弁を囲む吐出室と吐出通路とが設
けられていれば、回転圧縮機に限らず、往復圧縮機にお
いても、同様に用いることができる。
〔発明の効果〕
本発明は、吐出室内圧力脈動を規定する物理量間の関係
に適切なる制約を与えて、過圧縮損失を低減し、性能の
高い圧縮方法及び圧縮機を提供可能とするもので、産業
上の効果の大なるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の圧縮方法の一実施例を実施する圧縮
機の断面図、第2図は圧縮機の動作の説明図、第3図〜
第6図は本発明の圧縮方法の作用の説明図、第7図は同
じく他の実施例を実施する圧縮器の断面図である。 1・・・吐出室、2・・・吐出弁、3・・・吐出通路、
4・・・開口端、5・・・チャンバ、7・・・軸、9・
・・圧縮要素部、10・・・シリンダー 11・・・上
端板、113・・・クランク部、14・・・ローラ、1
16・・・ベーン、17・・・吐出ポート、1す、19
・・・リブ、20・・・下プレート、2・・・下端板、 5・・・ばね、 8・・・リテー 21・・・リブ 尾2図 シリンブ、容、f教 第1図 (αJ (bン 1λ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、少なくとも、ケース内に圧縮要素部と該圧縮要素部
    を駆動する駆動部とを有し、該圧縮要素部内の圧縮室で
    圧縮されたガスを吐出する吐出弁を有する吐出ポートを
    有し、前記吐出弁を囲む吐出室が設けられ、該吐出室か
    ら前記ケース内に吐出ガスを吐出する吐出通路を設けた
    圧縮機において、吐出開始時期を前記吐出室内の圧力脈
    動波の谷付近に一致させることを特徴とする圧縮方法。 2、少なくとも、ケース内に圧縮要素部と該圧縮要素部
    を駆動する駆動部とを有し、該圧縮要素部内の圧縮室で
    圧縮されたガスを吐出する吐出弁を有する吐出ポートを
    有し、前記吐出弁を囲む吐出室が設けられ、該吐出室か
    ら前記ケース内に吐出ガスを吐出する吐出通路を設けた
    圧縮機において、少なくとも2つの代表的運転速度の吐
    出開始時期を前記吐出室内の圧力脈動波のほぼ平均圧力
    以下の圧力の時期に同調させることを特徴とする圧縮方
    法。 3、少なくとも、ケース内に圧縮要素部と該圧縮要素部
    を駆動する駆動部とを有し、該圧縮要素部内の圧縮室で
    圧縮されたガスを吐出する吐出弁を有する吐出ポートを
    有し、前記吐出弁を囲む吐出室が設けられ、該吐出室か
    ら前記ケース内に吐出ガスを吐出する吐出通路を設けた
    圧縮機において、少なくとも2つの代表的運転速度が、
    1/(2(m−ε)+1)(1−(θ_d/720))
    (60/n_0)=(π/a)√(LV/S)ここで、 m:同調次数(m=1、2・・・の整数) ε:同調シフト定数(−1<ε<1) θ_d:吐出開始から吐出終了までの圧縮機回転角(度
    ) n_0:圧縮機回転数(rpm) a:音速 L:開口端補正吐出通路長さ V:吐出室容積 S:吐出通路断面積 及び、0<|ε|<0.25 を満足するように、L、V、Sを定めることを特徴とす
    る圧縮方法。 4、前記2つの代表的運転速度のうち、高い方の代表的
    速度に対して、同調シフト定数εを0<ε<0.25の
    範囲に設定した特許請求の範囲第3項記載の圧縮方法。 5、前記2つの代表的運転速度のうち、低い方の代表的
    速度に対して同調シフト定数εを−0.25<ε<0の
    範囲に設定した特許請求の範囲第3項記載の圧縮方法。 6、少なくとも、ケース内に圧縮要素部と該圧縮要素部
    を駆動する駆動部とを有し、該圧縮要素部内の圧縮室で
    圧縮されたガスを吐出する吐出弁を有する吐出ポートを
    有し、前記吐出弁を囲む吐出室が設けられ、吐出室から
    前記ケース内に吐出ガスを吐出する吐出通路を設けた圧
    縮機において、少なくとも2つの代表的運転速度の吐出
    開始時期を前記吐出室内の圧力脈動波がその平均圧力以
    下となる時点とすることを特徴とする圧縮方法。 7、前記少なくとも2つの代表的運転速度が、電源の周
    波数がそれぞれ50Hz及び60Hzである場合の速度
    である特許請求の範囲第2項から第6項までの何れか1
    項記載の圧縮方法。 8、前記少なくとも2つの代表的運転速度が、暖房定格
    条件及び冷房定格条件により定まる速度である特許請求
    の範囲第2項から第6項までの何れか1項記載の圧縮方
    法。 9、少なくとも、ケース内に圧縮要素部と該圧縮要素部
    を駆動する駆動部とを有し、該圧縮要素部内の圧縮室で
    圧縮されたガスを吐出する吐出弁を有する吐出ポートを
    有し、前記吐出弁を囲む吐出室が設けられ、吐出室から
    前記ケース内に吐出ガスを吐出する吐出通路を設けた圧
    縮機において、少なくとも2つの代表的運転速度が、両
    速度の場合共に吐出開始時期を前記吐出室内の圧力脈動
    波のほぼ平均圧力以下の圧力の時期に同調させてあるこ
    とを特徴とする圧縮機。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5718493A (en) * 1980-07-08 1982-01-30 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Rolling piston type rotary compressor
JPS62284971A (ja) * 1986-06-02 1987-12-10 Matsushita Refrig Co 冷凍サイクル
JPS63101663A (ja) * 1986-10-17 1988-05-06 松下冷機株式会社 冷凍サイクル
JPS63106376A (ja) * 1986-10-24 1988-05-11 Hitachi Ltd 過給式圧縮機

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