JP7462163B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

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Description

本開示は、スクロール圧縮機に関する。
特許文献1は、固定スクロールが軸方向に移動可能で、固定スクロールの背面に導入した圧縮ガスの圧力により固定スクロールを旋回スクロールに押圧し、固定スクロールを経由してインジェクションを行うスクロール圧縮機を開示する。このスクロール圧縮機は、固定スクロールと、固定スクロールに組み合わせて圧縮室を形成し主軸により固定スクロールに対して旋回運動する旋回スクロールと、旋回スクロールを軸方向に支持し主軸を半径方向に支持する主軸受と、主軸受に固定され固定スクロールの背面側に配置された静止部材と、固定スクロールの背面と静止部材とそれらの間に設けたシール材とにより囲われる形で形成された背圧室を備え、この背圧室に圧縮ガスを導入して固定スクロールを旋回スクロールに押し付けている。
特許第3932519号公報
本開示は、固定スクロールの押付力を均等にし、性能低下を抑制したスクロール圧縮機を提供する。
本開示におけるスクロール圧縮機は、密閉容器と、密閉容器内を高圧空間と低圧空間に区画する仕切板と、低圧空間に配置された圧縮機構部と、低圧空間に配置され圧縮機構部を駆動するための電動機部と、圧縮機構部を構成し、仕切板に隣接し、軸方向のみに移動可能な固定スクロールと、圧縮部を構成し、固定スクロールと噛み合わされて圧縮室を形成する旋回スクロールと、圧縮機構部を構成し、旋回スクロールの自転を防止する自転抑制部材と、圧縮機構部を構成し、旋回スクロールを支持する主軸受と、固定スクロールの背面に吐出圧を付与する高圧付与領域と、固定スクロールの背面に圧縮途中の圧力を付与する中圧付与領域と、固定スクロールの背面にインジェクション圧力を付与するインジェクション室と、を備え、前記インジェクション室は固定スクロールの背面に固定スクロールの中心に対して点対称に配置した構成としてある。
また、本開示におけるスクロール圧縮機は、密閉容器と、密閉容器内を高圧空間と低圧空間に区画する仕切板と、低圧空間に配置された圧縮機構部と、低圧空間に配置され圧縮機構部を駆動するための電動機部と、圧縮機構部を構成し、仕切板に隣接し、軸方向のみに移動可能な固定スクロールと、圧縮部を構成し、固定スクロールと噛み合わされて圧縮室を形成する旋回スクロールと、圧縮機構部を構成し、旋回スクロールの自転を防止する自転抑制部材と、圧縮機構部を構成し、旋回スクロールを支持する主軸受と、固定スクロールの背面に吐出圧を付与する高圧付与領域と、固定スクロールの背面に圧縮途中の圧力を付与する中圧付与領域と、固定スクロールの背面にインジェクション圧力を付与するインジェクション室と、を備え、前記インジェクション室は固定スクロールの中心に対して同心に形成した構成としてある。
本開示におけるスクロール圧縮機は、固定スクロールに掛かるインジェクション圧の偏りを抑制して固定スクロールの押付力を均等にすることで、固定スクロールの挙動を安定化することができる。そのため、性能低下を抑制することができる。
実施の形態1におけるスクロール圧縮機の縦断面図 実施の形態1におけるスクロール圧縮機の要部拡大断面図 実施の形態1におけるスクロール圧縮機の固定スクロールの背面図 実施の形態2におけるスクロール圧縮機の縦断面図 実施の形態2におけるスクロール圧縮機の要部拡大断面図 実施の形態2におけるスクロール圧縮機の固定スクロールの背面図 実施の形態2におけるスクロール圧縮機のインジェクション部詳細図
(本開示の基礎となった知見等)
従来、密閉容器内低圧型のスクロール圧縮機では、前述したように固定スクロールを軸方向に移動可能にし、固定スクロールの背面に圧縮ガスを導入し、固定スクロールを旋回スクロールに押し付ける構成が一般的である。また、近年、吐出温度を低下させるため冷凍サイクル中の液冷媒を圧縮室へインジェクションする技術が開示され実用化されている。しかし、このインジェクションタイプのスクロール圧縮機では、固定スクロールが軸方向に移動可能なため、密閉容器外から固定スクロールに直接インジェクション管を挿入することが困難である。そうした状況下において、上記特許文献1では、インジェクション管を静止部材に挿入し、静止部材と固定スクロールの間に、固定スクロールが軸方向に移動してもシールが可能なシール部材により閉空間を形成し、この閉空間を経由してインジェクションを行っている。
しかし、この構成では、前記閉空間にはインジェクション圧が導入されるため、固定スクロールを旋回スクロールに押し付ける力が閉空間の部分だけ強くなる。そのため、固定スクロールを押し付ける力が不均等になり、固定スクロールが傾いて押し付けられる等の不安定な状態となって性能が低下する。
発明者らはこのような課題を発見し、その課題を解決するために、本開示の主題を構成するに至った。
そこで、本開示は、固定スクロールの中心に対して点対称もしくは同心にインジェクション室を配置し、固定スクロールの押付力を均等にすることで固定スクロールの挙動を安定化させ性能低下を抑制したスクロール圧縮機を提供する。
以下、図面を参照しながら実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。
なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。
(実施の形態1)
以下、図1~図3を用いて、実施の形態1を説明する。
[1-1.構成]
図1~3において、圧縮機100は、密閉容器110と、仕切板120と、圧縮機構部130と、電動機部140と、固定スクロール150と、旋回スクロール160と、自転抑制部材170と、主軸受180と、高圧付与領域190と、中圧付与領域200と、インジェクション室210と、を備える。
仕切板120は、密閉容器110に固定され、密閉容器110内を高圧空間220と低圧空間230に区画する。
圧縮機構部130は、低圧空間230に配置され、低圧空間230内の圧縮される前の低圧冷媒を吸入し、圧縮した後の高圧冷媒を高圧空間220に吐出する。
電動機部140は、低圧空間230に配置され、主軸240を介して圧縮機構部130を駆動する。
固定スクロール150は、圧縮機構部130を構成し、円板状の固定スクロール端板151と固定スクロール端板151から立設された渦巻状の固定渦巻きラップ152を備えている。固定スクロール端板151の略中心部には吐出ポート153が形成され、圧縮室250中心部と固定スクロール150の背面(反固定渦巻きラップ152面)154(図2参照)を連通している。圧縮途中の圧縮室250には背面154に連通する中圧ポート155が開口している。固定スクロール150の周壁156には冷媒を圧縮室250に取り込むための吸入部157が形成されている。背面154は、仕切板120に隣接している。
旋回スクロール160は、圧縮機構部130を構成し、円板状の旋回スクロール端板161と、旋回スクロール端板161に立設された渦巻状の旋回渦巻きラップ162と、旋回スクロール160の背面(反旋回渦巻きラップ162面)には主軸240からの駆動力を受けるボス部163と、を備えている。旋回渦巻きラップ162は、固定渦巻きラップ152と噛み合わせることで圧縮室250を形成している。
自転抑制部材170は、圧縮機構部130を構成し、旋回スクロール160の自転を防止する。
主軸受180は、密閉容器110に固定され、圧縮機構部130を構成し、旋回スクロール160のスラスト負荷を支持する。また、主軸240をラジアル方向に支持している。外周端部にはガイドピン260が圧入され、固定スクロール150にガイドピン260が挿入されることで、固定スクロール150がラジアル方向および軸周りの回転方向に規制され軸方向のみに移動可能となる。
高圧付与領域190は、固定スクロール150の背面154と仕切板120の間に、固定スクロール端板151の中心に対して同心の第1シール部材270を配置し、背面154と仕切板120と第1シール部材270で囲われた空間が形成され、この空間に吐出ポート153が開口し、吐出冷媒を導入することで形成される。
中圧付与領域200は、固定スクロール150の背面154と仕切板120の間に、固定スクロール端板151の中心に対して同心の第2シール部材271を第1シール部材270より外側に配置し、背面154と仕切板120と第1シール部材270と第2シール部材271で囲われた空間が形成され、この空間に中圧ポート155が開口し、圧縮途中の冷媒を導入することで形成される。
インジェクション室210は、固定スクロール150の背面154と仕切板120の間に、第3シール部材272を図3に示す如く複数個、固定スクロール端板151の中心に対して点対称に配置し、背面154と仕切板120と第3シール部材272で囲われた空間が複数個形成され、この空間に密閉容器110外の冷凍サイクル中から液冷媒を導入することで形成される。それぞれのインジェクション室210を形成する仕切板120には、インジェクション経路121が設けられ、インジェクション室210と高圧空間220に連通している。インジェクション経路121の高圧空間220側にインジェクション管280が挿入される。インジェクション管280は、密閉容器110を貫通し、密閉容器110外の冷凍サイクルに接続される。
[1-2.動作]
以上のように構成された圧縮機100について、以下その動作、作用を図1~3に基づいて説明する。
本開示のスクロール圧縮機は、電動機部140により主軸240が回転し、自転抑制部材170により旋回スクロール160は自転することなく旋回運動する。低圧空間230の低圧冷媒は固定スクロール150の吸入部157から圧縮室250へ吸入され、圧縮室250の容積が縮小し、冷媒は圧縮される。圧縮途中の中間圧力の冷媒は、中圧ポート155を通り中圧付与領域200に導入される。圧縮が終わった冷媒は、吐出ポート153を通り高圧付与領域190に導入され、その後、高圧空間220に吐出される。
次に、インジェクションについて説明する。冷凍サイクルから分岐されたインジェクション回路により液冷媒が複数のインジェクション管280を通ってインジェクション経路121を経由し、それぞれのインジェクション室210に導入される。インジェクション室210に導入された液冷媒は、固定スクロール端板151に設けたインジェクションポート158を通り圧縮途中の圧縮室250に導かれる。
固定スクロール150には、上記のように中圧付与領域200に導入された中間圧力の冷媒と、高圧付与領域190に導入された吐出圧力の冷媒の圧力が作用し、旋回スクロール160に押し付けられる。一方、圧縮室250内の冷媒圧力により、固定スクロール150を旋回スクロール160から引き離す力も作用する。この押し付ける力と引き離す力のバランスで固定スクロール150が旋回スクロール160に適正な力で押し付けられる。
ここで、中圧付与領域200および高圧付与領域190は固定スクロール端板151の中心に対して同心に形成されているため、固定スクロール150を押し付ける力は均等になる。
さらに、インジェクション室210に導入される圧力が固定スクロール150を押し付ける力として作用する。本開示では、インジェクション室210を固定スクロール端板151の中心に対して点対称に複数配置しているので、固定スクロール150を押し付ける力は均等になる。
そのため、固定スクロール150が傾いて押される等の不安定な挙動を抑制できる。
[1-3.効果等]
以上のように、本実施の形態において、圧縮機100は、密閉容器110と、仕切板120と、圧縮機構部130と、電動機部140と、固定スクロール150と、旋回スクロール160と、自転抑制部材170と、主軸受180と、高圧付与領域190と、中圧付与領域200と、インジェクション室210と、を備える。仕切板120は、密閉容器110内を高圧空間220と低圧空間230に区画する。圧縮機構部130は、低圧空間230に配置されている。電動機部140は、低圧空間230に配置され圧縮機構部130を駆動する。固定スクロール150は、圧縮機構部130を構成し、仕切板120に隣接し、軸方向のみに移動可能である。旋回スクロール160は、圧縮機構部130を構成し、固定スクロール150と噛み合わされて圧縮室250を形成する。自転抑制部材170は、圧縮機構部130を構成し、旋回スクロール160の自転を防止する。主軸受180は、圧縮機構部130を構成し、旋回スクロール160を支持する。高圧付与領域190は、固定スクロール150の背面154に吐出圧を付与する。中圧付与領域200は、固定スクロール150の背面154に圧縮途中の圧力を付与する。インジェクション室210は、固定スクロール150の背面154にインジェクション圧力を付与する。そしてこのインジェクション室210は、固定スクロール150の中心に対して、点対称に複数個配置されている。
これにより、固定スクロール150に掛かるインジェクション圧の偏りを抑制して固定スクロール150の押付力を均等にすることができ、固定スクロール150の挙動を安定化することができる。そのため、性能低下を抑制できる。
また、本実施の形態の圧縮機100においては、図2に示す如くインジェクション経路121のインジェクション室210側を開閉する逆止弁290を備えている。
これにより、インジェクションを行わない場合に逆止弁290が閉じることで、デッドボリュームを低減できる。そのため、性能低下を抑制できる。
(実施の形態2)
以下、図4~7を用いて、実施の形態2を説明する。
実施の形態1と同一の構成については説明を省略する。
[2-1.構成]
図4~7において、圧縮機300は、密閉容器310と、仕切板320と、圧縮機構部330と、電動機部140と、固定スクロール340と、旋回スクロール160と、自転抑制部材170と、主軸受180と、高圧付与領域190と、中圧付与領域200と、インジェクション室350と、を備える。
インジェクション室350は、固定スクロール340の背面344と仕切板320の間に設けた第3シール部材360を、図6に示す如く固定スクロール端板341の中心に対して同心に第2シール部材271より外側に配置し、背面344と、仕切板320と、第2シール部材271と、第3シール部材360と、で囲われた空間で形成され、この空間に密閉容器310外の冷凍サイクル中から液冷媒を導入することで形成される。インジェクション室350を形成する仕切板320には、図7に拡大して示す如くインジェクション経路321が設けられ、インジェクション室350と高圧空間220に連通している。インジェクション経路321の高圧空間220側にインジェクション管280が挿入される。インジェクション管280は、密閉容器310を貫通し、密閉容器310外の冷凍サイクルに接続される。
[2-2.動作]
以上のように構成された圧縮機300について、以下その動作、作用を図4~7に基づいて説明する。
なお、実施の形態1と同一の動作、作用については説明を省略する。
冷凍サイクルから分岐されたインジェクション回路により液冷媒がインジェクション管280を通ってインジェクション経路321を経由し、逆止弁290を押し開いてインジェクション室350に導入される。インジェクション室350に導入された液冷媒は、固定スクロール端板341に設けたインジェクションポート348を通り圧縮途中の圧縮室250に導かれる。高圧付与領域190に導入された吐出圧力および中圧付与領域200に導入された中間圧力と、ともに、インジェクション室350に導入された圧力により、固定スクロール340を旋回スクロール160に押し付ける。本実施の形態では、インジェクション室350が、固定スクロール端板341の中心に対して同心の空間で形成されている。そのため、固定スクロール340を押し付ける力は均等になる。
そのため、固定スクロール340が傾いて押される等の不安定な挙動を抑制できる。
さらに、インジェクション室350が単一で構成される。そのため、第3シール部材360およびインジェクション管280も単一で構成できるので、構造が簡素化できる。
[2-3.効果等]
以上のように、本実施の形態において、圧縮機300は、密閉容器310と、仕切板320と、圧縮機構部330と、電動機部140と、固定スクロール340と、旋回スクロール160と、自転抑制部材170と、主軸受180と、高圧付与領域190と、中圧付与領域200と、インジェクション室350と、を備える。仕切板320は、密閉容器310内を高圧空間220と低圧空間230に区画する。圧縮機構部330は、低圧空間230に配置されている。電動機部140は、低圧空間230に配置され圧縮機構部330を駆動する。固定スクロール340は、圧縮機構部330を構成し、仕切板320に隣接し、軸方向のみに移動可能である。旋回スクロール160は、圧縮機構部330を構成し、固定スクロール340と噛み合わされて圧縮室250を形成する。自転抑制部材170は、圧縮機構部330を構成し、旋回スクロール160の自転を防止する。主軸受180は、圧縮機構部330を構成し、旋回スクロール160を支持する。高圧付与領域190は、固定スクロール340の背面344に吐出圧を付与する。中圧付与領域200は、固定スクロール340の背面344に圧縮途中の圧力を付与する。インジェクション室350は、固定スクロール340の背面344にインジェクション圧力を付与する。そしてこのインジェクション室350は固定スクロール340の中心に対して、同心に設けられている。
これにより、固定スクロール150に掛かるインジェクション圧の偏りを抑制して固定スクロール340の押付力を均等にすることができ、固定スクロール340の挙動を安定化することができる。そのため、性能低下を抑制できる。また、インジェクション室350を単一で構成しているので構造が簡素化できる。そのため、コストを抑制できる。
又、本実施の形態の圧縮機300においては、図7に拡大して示すように第3シール部材360を、固定スクロール340の背面344に設けた環状溝349に挿入し、軸方向に移動可能な構成にしている。
これにより、固定スクロール340の軸方向への移動を規制しないので、固定スクロール340の挙動を安定化することができる。そのため、性能低下を抑制できる。
また、本実施の形態の圧縮機300においては、第3シール部材360を弾性部材370で仕切板320に押し付ける構成にしている。
これにより、固定スクロール340が軸方向に移動した場合でも、第3シール部材360が仕切板320に押し付けられるので、インジェクション室350から低圧空間230への漏れを抑制できる。そのため、性能低下を抑制できる。
また、本実施の形態の圧縮機300においては、インジェクション経路321のインジェクション室350側を開閉する逆止弁290を設けている。
これにより、インジェクションを行わない場合に逆止弁290が閉じることで、デッドボリュームを低減できる。そのため、性能低下を抑制できる。
(他の実施の形態)
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態1および2を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態1および2で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
そこで、以下、他の実施の形態を例示する。
実施の形態1および2では、インジェクション室210、350を、固定スクロール端板151、341の中心に対して、点対称および同心に配置することで押し付け力を均等にすることを開示したが、圧縮室250が固定スクロール端板151、341の中心に対して偏っている場合等で、圧縮室250側からの固定スクロール150、340を旋回スクロール160から引き離す力が固定スクロール端板151、341の中心からずれている場合は、インジェクション室210、350を、固定スクロール150、340を旋回スクロール160に押し付ける力と引き離す力の合力として、固定スクロール150、340が旋回スクロール160に均等に押し付けられるように、インジェクション室210、350を配置してもよい。
また、実施の形態1および2では、逆止弁290をインジェクション経路121、321のインジェクション室210、350側に設けたが、インジェクションポート158、348内に設置してもよく、このようにすることによってよりデッドボリュームを低減できる。
なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
本開示は、固定スクロールを旋回スクロールに適正な力で均等に押し付けることで、固定スクロールの挙動を安定化することができる。そのため、固定スクロールの挙動不安定による性能低下を抑制することが可能となるので、密閉容器内低圧型スクロール圧縮機にインジェクションを行うものに適用可能である。具体的には、給湯機、温水暖房装置、空気調和装置などの電気製品に利用できる冷凍サイクル装置の圧縮機に有用である。
100 圧縮機
110 密閉容器
120 仕切板
121 インジェクション経路
130 圧縮機構部
140 電動機部
150 固定スクロール
151 固定スクロール端板
152 固定渦巻きラップ
153 吐出ポート
154 背面
155 中圧ポート
156 周壁
157 吸入部
158 インジェクションポート
160 旋回スクロール
161 旋回スクロール端板
162 旋回渦巻きラップ
163 ボス部
170 自転抑制部材
180 主軸受
190 高圧付与領域
200 中圧付与領域
210 インジェクション室
220 高圧空間
230 低圧空間
240 主軸
250 圧縮室
260 ガイドピン
270 第1シール部材
271 第2シール部材
272 第3シール部材
280 インジェクション管
290 逆止弁
300 圧縮機
310 密閉容器
320 仕切板
321 インジェクション経路
330 圧縮機構部
340 固定スクロール
341 固定スクロール端板
344 背面
348 インジェクションポート
349 環状溝
350 インジェクション室
360 第3シール部材
370 弾性部材

Claims (5)

  1. 密閉容器と、
    前記密閉容器内を高圧空間と低圧空間に区画する仕切板と、
    前記低圧空間に配置された圧縮機構部と、
    前記低圧空間に配置され前記圧縮機構部を駆動するための電動機部と、
    前記圧縮機構部を構成し、前記仕切板に隣接し、軸方向のみに移動可能な固定スクロールと、
    前記圧縮機構部を構成し、前記固定スクロールと噛み合わされて圧縮室を形成する旋回スクロールと、
    前記圧縮機構部を構成し、前記旋回スクロールの自転を防止する自転抑制部材と、
    前記圧縮機構部を構成し、前記旋回スクロールを支持する主軸受と、
    前記固定スクロールの背面に吐出圧を付与する高圧付与領域と、
    前記固定スクロールの前記背面に圧縮途中の圧力を付与する中圧付与領域と、
    前記固定スクロールの前記背面にインジェクション圧力を付与するインジェクション室と、
    を備え、
    前記固定スクロールの中心に対して同心の第1シール部材と、
    前記固定スクロールの前記中心に対して同心で、前記第1シール部材の外側に配置した第2シール部材と、
    を有し、
    前記第1シール部材の内側に前記高圧付与領域が形成され、
    前記第1シール部材の前記外側で前記第2シール部材の内側に前記中圧付与領域が形成され、
    それぞれの圧力により前記固定スクロールを前記旋回スクロールに押し付ける構成のスクロール圧縮機であって、
    前記インジェクション室は、前記第2シール部材の外側に、前記固定スクロールの前記中心に対して点対称に配置したことを特徴とするスクロール圧縮機。
  2. 密閉容器と、
    前記密閉容器内を高圧空間と低圧空間に区画する仕切板と、
    前記低圧空間に配置された圧縮機構部と、
    前記低圧空間に配置され前記圧縮機構部を駆動するための電動機部と、
    前記圧縮機構部を構成し、前記仕切板に隣接し、軸方向のみに移動可能な固定スクロールと、
    前記圧縮機構部を構成し、前記固定スクロールと噛み合わされて圧縮室を形成する旋回スクロールと、
    前記圧縮機構部を構成し、前記旋回スクロールの自転を防止する自転抑制部材と、
    前記圧縮機構部を構成し、前記旋回スクロールを支持する主軸受と、
    前記固定スクロールの背面に吐出圧を付与する高圧付与領域と、
    前記固定スクロールの前記背面に圧縮途中の圧力を付与する中圧付与領域と、
    前記固定スクロールの前記背面にインジェクション圧力を付与するインジェクション室と、
    を備え、
    前記固定スクロールの中心に対して同心の第1シール部材と、
    前記固定スクロールの前記中心に対して同心で、前記第1シール部材の外側に配置した第2シール部材と、
    を有し、
    前記第1シール部材の内側に前記高圧付与領域が形成され、
    前記第1シール部材の前記外側で前記第2シール部材の内側に前記中圧付与領域が形成され、
    それぞれの圧力により前記固定スクロールを前記旋回スクロールに押し付ける構成のスクロール圧縮機であって、
    前記インジェクション室は、前記第2シール部材の外側に、前記固定スクロールの前記中心に対して同心に設けたことを特徴とするスクロール圧縮機。
  3. 前記インジェクション室を、前記固定スクロールの背面に設けた環状溝に挿入されたシール部材で囲われた空間で構成したことを特徴とする、
    請求項2に記載のスクロール圧縮機。
  4. 前記シール部材を弾性部材により前記仕切板に押し付けたことを特徴とする、
    請求項3に記載のスクロール圧縮機。
  5. 前記インジェクション室入口に逆止弁を設けたことを特徴とする、
    請求項1~4のいずれか1項に記載のスクロール圧縮機。
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