KR101563726B1 - 개방형 압축기 - Google Patents

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Abstract

압축 효율 및 윤활 성능을 향상시킬 수 있는 개방형 압축기가 개시된다. 개방형 압축기는 하우징, 하우징의 내부에 선회 운동 가능하게 제공되는 선회스크롤, 선회스크롤과 상호 협조적으로 압축실을 형성하도록 하우징의 내부에 고정되며 압축실에 연통되는 흡입포트가 형성된 고정스크롤, 흡입포트에 연결되며 하우징의 외부에서부터 압축실로 연통되는 흡입유로를 제공하는 흡입안내관, 및 일단은 선회스크롤에 연결되고 타단은 하우징의 외부로 노출되는 구동축을 포함하고, 압축실에는 흡입안내관을 통해 안내되는 냉매 및 오일이 직접 흡입된다.

Description

개방형 압축기{OPEN TYPE COMPRESSOR}
본 발명은 개방형 압축기에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 압축 효율 및 윤활 성능을 향상시킬 수 있는 고압식 개방형 압축기에 관한 것이다.
일반적으로 압축기는 모터와 압축기의 분리 여부에 따라, 개방형 압축기(open-type compressor)와 밀폐형 압축기(hermetic compressor)로 구분될 수 있다.
여기서, 개방형 압축기라 함은 모터와 압축기가 별도로 분리된 구조로 되어 있고 하우징의 외부로 노출되는 구동축에 벨트 등을 연결하여 구동축을 구동시켜 압축기를 기동하는 방식을 의미하고, 밀폐형 압축기라 함은 밀폐된 하우징 내부에 모터와 압축기가 일체로 구비된 방식을 의미한다.
한편, 자동차에는 엔진의 동력을 전달하는 벨트에 의해 구동될 수 있는 개방형 스크롤 압축기가 널리 사용되고 있다.
도 1은 종래 개방형 압축기를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래 개방형 압축기는 흡입구 및 토출구가 형성된 하우징, 상기 하우징의 내부에서 서로 맞물리도록 구비되어 상호 협조적으로 압축실을 형성하는 선회스크롤 및 고정스크롤, 상기 선회스크롤에 일체로 연결되며 하우징의 외부로 노출되는 구동축을 포함한다. 상기 구동축에는 구동풀리가 연결되고, 엔진의 회전력을 전달하는 벨트에 의해 구동풀리가 회전함에 따라 선회스크롤이 선회운동함으로써 냉매가 압축될 수 있다.
그런데, 기존 자동차용 개방형 압축기에서는 냉매 및 오일이 흡입되는 흡입구가 선회스크롤 하부의 축 구동부에 위치하고, 압축행정 시 흡입구를 통해 축 구동부로 흡입되어 각 스크롤의 랩 끝 부위에 잔류하던 냉매가 선회스크롤과 고정스크롤의 사이에 형성되는 압축실로 흡입되도록 구성됨에 따라, 압축기의 내부에 저압이 형성될 수 밖에 없으며, 냉매 흡입 효율이 저하되고 체적 효율이 저하되는 문제점이 있다.
이에 따라 최근에는 체적 효율 및 압축 효율을 향상시킬 수 있는 개방형 스크롤 압축기에 대한 다양한 연구가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 절실히 요구되고 있다.
대한민국 공개특허 2013-0041472
본 발명은 체적 효율 및 압축 효율을 향상시킬 수 있는 개방형 압축기를 제공한다.
특히, 본 발명은 압축기의 내부를 고압으로 유지할 수 있으며, 체적 효율을 향상시킬 수 있는 고압식 개방형 스크롤 압축기를 제공한다.
또한, 본 발명은 토출실과 축 구동부 간의 실링을 유지하면서 축 구동부의 윤활 특성을 향상시킬 수 있는 개방형 압축기를 제공한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 개방형 압축기는 하우징, 하우징의 내부에 선회 운동 가능하게 제공되는 선회스크롤, 선회스크롤과 상호 협조적으로 압축실을 형성하도록 하우징의 내부에 고정되며 압축실에 연통되는 흡입포트가 형성된 고정스크롤, 흡입포트에 연결되며 하우징의 외부에서부터 압축실로 연통되는 흡입유로를 제공하는 흡입안내관, 및 일단은 선회스크롤에 연결되고 타단은 하우징의 외부로 노출되는 구동축을 포함하고, 압축실에는 흡입안내관을 통해 안내되는 냉매 및 오일이 직접 흡입된다.
참고로, 본 발명에 따른 개방형 압축기는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 장착대상체에 장착될 수 있으며, 개방형 압축기의 장착 위치 및 사용 용도에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
고정스크롤 및 선회스크롤의 각각의 랩은 서로 끼워져 맞춤된 상태로 배치되어 고정스크롤 및 선회스크롤의 사이에 복수개의 압축실을 쌍으로 형성할 수 있으며, 고정스크롤에 대해 선회스크롤이 선회 운동시, 압축실이 지속적으로 중심방향으로 이동하면서 체적이 작아짐에 따라 냉매를 연속적으로 흡입 및 압축하여 토출할 수 있다.
흡입안내관은 압축실과 연통되도록 일단은 흡입포트에 연결되고 타단은 하우징의 흡입구에 연결되는 바, 흡입구로 안내되는 냉매 및 오일은 하우징의 내부 공간을 거치지 않고 흡입안내관을 통해 압축실로 직접 안내될 수 있다.
또한, 흡입포트에는 역류방지밸브가 제공될 수 있다. 역류방지밸브는 흡입안내관에서부터의 압축실로의 냉매 및 오일의 유입은 허용하고, 그 반대 방향으로의 냉매 및 오일의 역류는 방지할 수 있게 한다.
고정스크롤과 하우징의 사이에는 실링부재가 제공될 수 있으며, 실링부재는 하우징의 내부 공간을 서로 차단되는 제1공간 및 제2공간으로 구획할 수 있게 한다. 여기서, 상기 제1공간은 고정스크롤의 상부 공간(일면 측 공간)으로 이해될 수 있고, 상기 제2공간은 고정스크롤의 하부 공간(다른 일면 측 공간)으로 이해될 수 있으며, 제1공간과 제2공간은 실링부재에 의해 서로 밀봉될 수 있다.
아울러, 압축실에서 압축된 냉매는 고정스크롤의 상면을 통해 제1공간으로 토출될 수 있고, 제2공간에서는 상기 구동축 및 상기 선회스크롤이 축 결합될 수 있다. 압축실에는 흡입안내관을 통해 냉매 및 오일이 직접 흡입될 수 있고, 제1공간과 제2공간은 서로 밀봉될 수 있기 때문에, 압축실에서 압축된 냉매가 토출되는 제1공간은 고압으로 유지될 수 있다.
또한, 선회스크롤에는 압축실과 연통되는 바이패스유로가 형성될 수 있다. 바이패스유로는 선회스크롤의 압축 행정시 압축실 내부의 오일 중 일부가 바이패스유로를 통해 제2공간으로 공급될 수 있게 함으로써, 토출실(제1공간)과 축 구동부(제2공간) 간의 실링을 유지하면서, 제2공간에 배치되는 축 구동부(선회스크롤과 구동축 간의 결합 부위)의 윤활 및 냉각 특성을 보장할 수 있게 한다.
또한, 상기 제2공간에는 오일이 수용되기 위한 오일수용유로가 제공될 수 있다. 여기서, 상기 제2공간에 오일수용유로가 제공된다 함은, 제2공간의 벽면에 오일수용유로가 형성되거나, 축 구동부의 외면에 오일수용유로가 형성되는 구조를 모두 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
바이패스유로를 통해 공급되는 오일은 구동축과 하우징의 사이에 제공되는 립실의 실링 내압 한계보다 상대적으로 작은 압력으로 공급될 수 있다. 바람직하게 바이패스유로를 통해 공급되는 오일은 3~6 kgf/㎝2의 압력으로 공급될 수 있다.
본 발명에 따른 개방형 압축기에 따르면 체적 효율 및 압축 효율을 향상시킬 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면 고정스크롤 상에 흡입포트를 형성하고, 흡입포트에 연결되는 흡입안내관을 통해 압축실로 직접 냉매 및 오일이 흡입될 수 있게 함으로써, 체적 효율 및 압축 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 압축된 냉매가 토출되는 토출실과 축 구동부(구동축 및 선회스크롤 간의 축 결합부위)가 서로 차단될 수 있게 하되, 압축실에는 직접 냉매가 흡입될 수 있게 함으로써, 압축기의 내부(토출실)를 고압으로 유지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 선회스크롤의 압축 행정시 압축실 내부의 오일이 축 구동부 측으로 유입될 수 있게 함으로써, 토출실과 축 구동부 간의 실링을 유지하면서 축 구동부의 윤활 및 냉각 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 개방형 압축기를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 개방형 압축기를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 개방형 압축기로서, 냉매 및 오일의 이동 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 개방형 압축기를 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 상기 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 개방형 압축기를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 개방형 압축기로서, 냉매 및 오일의 이동 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 개방형 압축기는, 하우징(100), 고정스크롤(120), 선회스크롤(110), 흡입안내관(130) 및 구동축(140)을 포함한다.
참고로, 본 발명에 따른 개방형 압축기는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 장착대상체에 장착될 수 있으며, 개방형 압축기의 장착 위치 및 사용 용도에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 본 발명에 따른 개방형 압축기는 자동차에 장착되어 자동차용 냉동공조장치로서 사용될 수 있으며, 엔진의 회전력을 전달하는 벨트에 의해 구동풀리가 회전함에 따라 구동되도록 구성될 수 있다.
상기 하우징(100)은 내부에 소정 공간을 갖도록 제공되며, 상기 하우징(100)의 사이즈 및 형상은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 적절히 변경될 수 있다.
상기 하우징(100)에는 냉매 및 오일이 흡입 및 토출되기 위한 흡입구(102) 및 토출구(104)가 형성된다. 상기 흡입구(102)를 통해 하우징(100) 내부로 안내되는 냉매는 후술할 흡입안내관(130)을 통해 압축실로 직접 흡입되어 압축된 후, 토출실을 거쳐 토출구(104)를 통해 하우징(100) 외부로 토출될 수 있다.
상기 고정스크롤(120)은 하우징(100)의 내부에 고정 설치되며, 일면에는 나선형 형상의 고정랩(미도시)이 형성된다. 상기 고정랩은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 특성을 갖도록 제공될 수 있으며, 상기 고정랩의 구조 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
상기 선회스크롤(110)은 일면에 고정스크롤(120)의 고정랩에 대응되는 선회랩(미도시)을 갖도록 제공되며, 상기 하우징(100)의 내부에 선회 운동 가능하게 배치된다.
상기 고정스크롤(120) 및 선회스크롤(110)의 각각의 랩은 서로 끼워져 맞춤된 상태로 배치되어 고정스크롤(120) 및 선회스크롤(110)의 사이에 복수개의 압축실을 쌍으로 형성할 수 있으며, 고정스크롤(120)에 대해 선회스크롤(110)이 선회 운동시, 압축실이 지속적으로 중심방향으로 이동하면서 체적이 작아짐에 따라 냉매를 연속적으로 흡입 및 압축하여 토출할 수 있다.
상기 흡입안내관(130)은 압축실과 연통되도록 일단은 흡입포트(122)에 연결되고 타단은 하우징(100)의 흡입구(102)에 연결되어, 상기 하우징(100)의 외부에서부터 압축실로 연통되는 흡입유로를 제공한다. 따라서, 상기 흡입구(102)로 안내되는 냉매 및 오일은 하우징(100)의 내부 공간을 거치지 않고 흡입안내관(130)을 통해 압축실로 직접 안내될 수 있다.
또한, 상기 흡입포트(122)에는 역류방지밸브(170)가 제공될 수 있다. 상기 역류방지밸브(170)는 흡입안내관(130)에서부터의 압축실로의 냉매 및 오일의 유입은 허용하고, 그 반대 방향으로의 냉매 및 오일의 역류(압축실에서부터 흡입안내관(130)으로의 냉매 및 오일의 역류)는 방지할 수 있게 한다. 상기 역류방지밸브(170)로서는 통상의 체크밸브 등이 사용될 수 있으며, 역류방지밸브(170)의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
상기 구동축(140)은 선회스크롤(110)을 구동시키기 위해 선회스크롤(110)에 연결된다. 즉, 상기 선회스크롤(110)의 일단은 선회스크롤(110)에 연결되고 타단은 하우징(100)의 외부로 노출된다. 상기 하우징(100)의 외부로 노출되는 선회스크롤(110)의 타단에는 구동풀리(142)가 결합될 수 있으며, 상기 구동풀리(142)에 결합되는 벨트(미도시)에 의해 구동풀리(142)가 회전함에 따라 구동축(140) 및 선회스크롤(110)이 함께 회전할 수 있다.
또한, 상기 구동축(140)과 하우징(100)의 사이에는 실링을 위한 립실(lip seal)(150)이 제공된다.
한편, 상기 고정스크롤(120)과 하우징(100)의 사이에는 실링부재(160)가 제공될 수 있으며, 상기 실링부재(160)는 하우징(100)의 내부 공간을 서로 차단되는 제1공간(101) 및 제2공간(102)으로 구획할 수 있게 한다. 여기서, 상기 제1공간(101)은 고정스크롤(120)의 상부 공간(일면 측 공간)으로 이해될 수 있고, 상기 제2공간(102)은 고정스크롤(120)의 하부 공간(다른 일면 측 공간)으로 이해될 수 있으며, 제1공간(101)과 제2공간(102)은 실링부재(160)에 의해 서로 밀봉될 수 있다.
상기 실링부재(160)로서는 통상의 오링과 같은 실링부재(160)가 사용될 수 있으며, 실링부재(160)의 종류 및 특성은 요구되는 조건에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
상기 압축실에서 압축된 냉매는 고정스크롤(120)의 상면을 통해 제1공간(101)으로 토출될 수 있고, 상기 제2공간(102)에서는 상기 구동축(140) 및 상기 선회스크롤(110)이 축 결합될 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 압축실에는 흡입안내관(130)을 통해 냉매 및 오일이 직접 흡입될 수 있고, 제1공간(101)과 제2공간(102)은 서로 밀봉될 수 있기 때문에, 압축실에서 압축된 냉매가 토출되는 제1공간(101)은 고압으로 유지될 수 있다.
한편, 상기 선회스크롤(110)에는 압축실과 연통되는 바이패스유로(112)가 형성될 수 있다. 상기 바이패스유로(112)는 선회스크롤(110)의 압축 행정시 압축실 내부의 오일 중 일부가 바이패스유로(112)를 통해 제2공간(102)으로 공급될 수 있게 함으로써, 토출실(제1공간)과 축 구동부(제2공간) 간의 실링을 유지하면서, 제2공간(102)에 배치되는 축 구동부(선회스크롤과 구동축 간의 결합 부위)의 윤활 및 냉각 특성을 보장할 수 있게 한다. 바람직하게 선회스크롤(110)의 압축 행정시 바이패스유로(112)를 통해 저압 급유가 되도록 구성될 수 있다.
상기 바이패스유로(112)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 제공될 수 있다. 일 예로, 상기 압축실의 내부에는 고압영역과 저압영역이 형성될 수 있고, 상기 바이패스유로(112)는 고압영역 또는 저압영역과 제2공간을 교번하여 연통시키도록 제공될 수 있다. 상기 바이패스유로(112)가 고압영역에 위치하는 경우에는 압축실 내부의 오일은 제2공간으로 이동할 수 있고, 상기 바이패스유로(112)가 저압영역에 위치하는 경우에는 제2공간(102) 내부의 오일은 압축실로 이동할 수 있다.
또한, 상기 바이패스유로(112)는 구동축(140)을 중심으로 대칭으로 복수개가 구비될 수 있으며, 바이패스유로(112)의 개수에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 제2공간(102)에는 오일이 수용되기 위한 오일수용유로(106)가 제공될 수 있다. 여기서, 상기 제2공간(102)에 오일수용유로(106)가 제공된다 함은, 제2공간(102)의 벽면에 오일수용유로(106)가 형성되거나, 축 구동부의 외면에 오일수용유로(106)가 형성되는 구조를 모두 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 바람직하게 상기 오일수용유로(106)는 축 구동부에 전체적으로 급유 가능한 구조로 제공될 수 있다.
한편, 상기 바이패스유로(112)를 통해 공급되는 오일은 구동축(140)과 하우징(100)의 사이에 제공되는 립실(150)의 실링 내압 한계보다 작은 압력으로 공급될 수 있다. 바람직하게 상기 바이패스유로(112)를 통해 공급되는 오일은 3~6 kgf/㎝2의 압력으로 공급될 수 있다.
참고로, 상기 바이패스유로(112)를 통해 공급되는 오일의 압력 조절은 바이패스유로(112)의 위치 및 사이즈를 변경함으로써 조절될 수 있으며, 경우에 따라서는 여타 다른 방법에 의해 오일 급유 압력을 조절할 수 있다.
이와 같은 구성에 의해, 하우징(100)의 흡입구(102)로 안내되는 냉매 및 오일은 흡입안내관(130)을 통해 압축실로 직접 흡입될 수 있으며, 선회스크롤(110)의 선회 운동에 따라 압축된 냉매는 제1공간(101)(토출실)로 토출된 후 하우징(100)의 토출구(104)를 통해 외부로 토출될 수 있다. 아울러, 선회스크롤(110)의 압축 행정시에는 압축실 내부의 오일 중 일부가 바이패스유로(112)를 통해 축 구동부가 배치된 제2공간(102)으로 저압 급유될 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 개방형 압축기를 설명하기 위한 도면이다. 아울러, 전술한 구성과 동일 및 동일 상당 부분에 대해서는 동일 또는 동일 상당한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 개방형 압축기는 하우징(100), 선회스크롤(110), 고정스크롤(120), 흡입안내관(130), 구동축(140) 및 오일추가실(200)을 포함할 수 있으며, 상기 하우징(100)에는 실링부재(160)에 의해 구획된 제2공간(102)과 오일추가실(200)을 연통시키는 보조유로(210)가 형성될 수 있다. 상기 오일추가실(200)의 오일은 보조유로(210)를 통해 제2공간(102)으로 공급될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 하우징 110 : 선회스크롤
120 : 고정스크롤 130 : 흡입안내관
140 : 구동축 150 : 립실
160 : 실링부재 170 : 역류방지밸브

Claims (12)

  1. 하우징;
    상기 하우징의 내부에 선회 운동 가능하게 제공되는 선회스크롤;
    상기 선회스크롤과 상호 협조적으로 압축실을 형성하도록 상기 하우징의 내부에 고정되며, 상기 압축실에 연통되는 흡입포트가 형성된 고정스크롤;
    상기 흡입포트에 연결되며, 상기 하우징의 외부에서부터 상기 압축실로 연통되는 흡입유로를 제공하는 흡입안내관; 및
    일단은 상기 선회스크롤에 연결되고 타단은 상기 하우징의 외부로 노출되는 구동축;을 포함하고,
    상기 압축실에는 상기 흡입안내관을 통해 안내되는 냉매 및 오일이 직접 흡입되며,
    상기 고정스크롤과 상기 하우징의 사이에 제공되는 실링부재를 더 포함하고,
    상기 실링부재는 상기 하우징의 내부 공간을 서로 차단되는 제1공간 및 제2공간으로 구획되며,
    상기 선회스크롤에는 상기 압축실과 연통되는 바이패스유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 개방형 압축기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흡입포트에 제공되는 역류방지밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 개방형 압축기.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1공간에는 상기 압축실에서 압축된 냉매가 토출되고, 상기 제2공간에서는 상기 구동축 및 상기 선회스크롤이 축 결합되는 것을 특징으로 하는 개방형 압축기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 선회스크롤의 압축 행정시 상기 바이패스유로를 통해 오일이 이동하는 것을 특징으로 하는 개방형 압축기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 압축실의 내부에는 고압영역과 저압영역이 형성되고,
    상기 바이패스유로는 상기 고압영역 또는 상기 저압영역과 상기 제2공간을 교번하여 연통시키는 것을 특징으로 하는 개방형 압축기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 바이패스유로가 상기 고압영역에 위치하는 경우에는 상기 압축실 내부의 오일은 상기 제2공간으로 이동하고,
    상기 바이패스유로가 상기 저압영역에 위치하는 경우에는 상기 제2공간 내부의 오일은 상기 압축실로 이동하는 것을 특징으로 하는 개방형 압축기.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바이패스유로는 상기 구동축을 중심으로 대칭으로 복수개가 구비된 것을 특징으로 하는 개방형 압축기.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 제2공간에는 상기 오일이 수용되기 위한 오일수용유로가 제공되는 것을 특징으로 하는 개방형 압축기.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 구동축과 상기 하우징의 사이에는 립실(lip seal)이 제공되며,
    상기 바이패스유로를 통해 공급되는 상기 오일은 상기 립실의 실링 내압 한계보다 작은 압력으로 공급되는 것을 특징으로 하는 개방형 압축기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 바이패스유로를 통해 공급되는 상기 오일은 3~6 kgf/㎝2의 압력으로 공급되는 것을 특징으로 하는 개방형 압축기.
  12. 제5항에 있어서,
    오일추가실을 더 포함하며,
    상기 하우징에는 상기 제2공간과 상기 오일추가실을 연통시키는 보조유로가 형성된 것을 특징으로 하는 개방형 압축기.
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JP2000314382A (ja) 1999-05-06 2000-11-14 Hitachi Ltd スクロール圧縮機
JP2007064576A (ja) * 2005-09-01 2007-03-15 Sanden Corp 冷凍回路

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