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JP3349456B2 - 回転式圧縮機 - Google Patents

回転式圧縮機

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JP3349456B2
JP3349456B2 JP29843998A JP29843998A JP3349456B2 JP 3349456 B2 JP3349456 B2 JP 3349456B2 JP 29843998 A JP29843998 A JP 29843998A JP 29843998 A JP29843998 A JP 29843998A JP 3349456 B2 JP3349456 B2 JP 3349456B2
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JP
Japan
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cylinder
refrigerant
rotary
rotary compressor
roller
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JP29843998A
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俊行 江原
伸央 甲元
昌也 只野
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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    • F04C23/00Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids
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    • F04C2210/261Carbon dioxide (CO2)

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Description

【発明の詳細な説明】本発明は、自然冷媒の内、特に二
酸化炭素(CO2)を用いた回転式圧縮機に関する。
【0001】
【従来の技術】本発明に先行する従来技術として、特許
第2517346号公報(F04B49/02)には、
底部にオイル溜を有する密閉容器と、この容器内に収納
された電動要素と、この電動要素によって駆動される複
数の圧縮要素とで構成し、この圧縮要素はシリンダと、
前記電動要素によって回転される回転軸と、この回転軸
の偏心部によってシリンダの内壁に沿って回転されるロ
ーラと、このローラに接してシリンダに設けた溝内を往
復摺動するベーンと、前記シリンダの開口を封じる軸受
とで構成され、各圧縮要素の間を中間仕切板で分離し、
前記回転軸にはオイル溜のオイルを各摺動部に供給する
第1オイル供給通路が設けられている圧縮機において、
前記圧縮要素にはオイル溜のオイルをシリンダ内に供給
する第2オイル供給通路が設けられ、前記第2オイル供
給通路の一端は前記中間仕切板に設けられ、他端の導入
口は第1オイル供給通路の導入口よりも上方に位置され
てなり、前記圧縮機の吐出路には温度検出素子が設けら
れ、この温度検出素子の検出結果に基づいて前記圧縮機
をオン・オフ制御することを特徴とする圧縮機の制御装
置が開示されている。
【0002】ところで、従来冷凍サイクルには、冷媒と
してフロン(R11、R12、R134aなど)が一般
的に用いられていた。しかしながら、フロンは大気中に
放出されると大きな温暖化効果やオゾン層破壊などの問
題を有している。
【0003】このため、近年、環境に与える影響の少な
い他の自然冷媒、例えば、酸素(O 2)、二酸化炭素
(CO2)、ハイドロカーボン(HC)、アンモニア
(NH3)、水(H2O)を冷媒として用いる研究が行わ
れている。
【0004】これら自然冷媒の内、酸素と水は、回転式
圧縮機に用いても圧力が低くて冷凍サイクルの冷媒とし
ては用いる事ができない。また、アンモニアやハイドロ
カーボンは可燃性であるため、取り扱いが難しい問題が
ある。
【0005】このため、CO2即ち、二酸化炭素を用い
る圧縮機の開発が望まれていた。
【0006】また、従来では、大別してレシプロ式とロ
ータリ式(回転式)の圧縮機があるが、レシプロ式圧縮
機では騒音や振動の問題がある。
【0007】従って、二酸化炭素を用いるロータリ式圧
縮機の開発が切望されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】冷媒としてフロンを用
いていた回転式圧縮機である場合、ローラとプレートミ
ドルの重なり部分が1.4mm程度であり、小さくても
問題ないが、二酸化炭素を冷媒として用いる場合、圧力
が高くなるため、このローラとプレートミドルの重なり
部分からガス冷媒がリークし、体積効率が悪化する。
【0009】更に、二酸化炭素冷媒の圧縮機は冷凍能力
が高いため、排除容積が非常に小さくてすむ。これをロ
ーラの外径で対応すると、シリンダ内径に近い寸法とな
り、偏心量も小さくなる。従って、圧縮室の径方向の厚
みが小さくなり、体積効率が低下する問題がある。
【0010】本発明は上述した問題点に鑑みてなされた
もので、二酸化炭素冷媒を用いた回転式圧縮機であって
も体積効率の低下を防止する事を目的とした。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の手段として、請求項1の発明では、両端開口を閉塞さ
れたシリンダと、回転軸により前記シリンダ内を回転す
るローラと、このローラに当接することにより前記シリ
ンダ内に圧縮空間を形成するベーンとからなる回転圧縮
要素を複数備えると共に、これらの回転圧縮要素を密閉
容器内に収納し、二酸化炭素冷媒を吸入して前記回転圧
縮要素にて圧縮して吐出する回転式圧縮機において、
記複数の回転圧縮要素を仕切ると共に、仕切られた各回
転圧縮要素のシリンダの一方の開口を閉塞するプレート
ミドルを備え、仕切られた前記回転圧縮要素のローラと
前記プレートミドルの最小重なり幅を3mm以上とする
と共に、前記シリンダの軸方向の厚さを9mm以上11
mm以下とし、前記密閉容器内を内部低圧又は中間圧と
した回転式圧縮機を提供する。
【0012】このため、ローラとプレートミドルとの重
なり部分からのガスリークを極力防止する事ができると
共に、体積効率の低下を極力防止し、更に回転式圧縮機
の小型化をも図る事ができる。
【0013】
【0014】
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例について
図面を参照して説明する。
【0016】図1は本発明を具備する2シリンダの回転
式圧縮機の縦断面図、図2は本発明を具備する回転式圧
縮機の回転圧縮要素の拡大図、図3は回転圧縮要素ユニ
ットの縦断面図、図4は回転圧縮要素ユニットの平面
図、図5は本発明を具備する2シリンダの回転式圧縮機
を用いた冷凍回路図、図6は本発明を具備する2シリン
ダの回転式圧縮機を用いた冷凍回路図におけるモリエル
線図、図7は本発明を具備する2シリンダの回転式圧縮
機におけるローラとプレートミドルとの重なり量と、リ
ーク量との関係を示した図、図8は本発明を具備する2
シリンダの回転式圧縮機におけるシリンダ厚さと、シャ
フトピン部荷重及びサクション通路抵抗との関係を示し
た図である。
【0017】図1における1は、本発明を具備する2シ
リンダの回転式圧縮機(ロータリ式コンプレッサ)で、
鉄などの金属からなる密閉容器2内の上部に設けられた
電動要素3と、この電動要素3の下方に設けられ、電動
要素3の回転軸4にて回転駆動される回転圧縮要素5と
からなるものである。尚、本実施例の回転式圧縮機1に
おいては、回転圧縮要素5が二つ設けられているが、よ
り多数の回転圧縮要素5を設けても良い。
【0018】また、前記密閉容器2は下部をオイル溜2
Cとし、前記電動要素3及び回転圧縮要素5を収納する
容器体2Aと、この容器体2Aを密閉する密閉蓋2Bと
よりなるもので、この密閉蓋2Bには前記電動要素3に
電力を供給するためのターミナル端子(配線は省略)6
が取り付けられている。
【0019】また、電動要素3は、ロータ7及びステー
タ8からなるもので、ロータ7は積層した電磁鋼板から
なる積層体10の内部に図示しない永久磁石を設けてな
るもので、ステータ8はリング状の電磁鋼板を積層した
積層体12に巻線11を取り付けてなるものである。
尚、9はバランサである。この構造は、直流モータと称
するものであるが、積層した電磁鋼板にアルミニウム製
のアルミ芯を挿入してなる交流モータと称するモータを
用いても良い。
【0020】更には、自動車等のエアコンに用いる場
合、自動車のエンジンなどを駆動源としても良いし、他
の駆動源であっても良い。
【0021】また、回転圧縮要素5、5は、プレートミ
ドル(中間仕切板)13と、このプレートミドル13の
上下に取り付けられた上下シリンダ14、15と、この
上下シリンダ14、15内を回転軸4の上下ピン部(偏
心部)16、17によって回転する上下ローラ18、1
9と、この上下ローラ18、19に接して上下シリンダ
14、15内を高圧室と低圧室とに区画する上下ベーン
と、上下シリンダ14、15の上下の開口を閉塞すると
共に、前記回転軸4の回転を許容するメインフレーム2
2、ベアリングプレート23とで構成されている。
【0022】また、図2に示す如く、前記上下ローラ1
8、19とプレートミドル13の最小重なり幅は、3m
m以上となっている。この様に、上下ローラ18、19
とプレートミドル13が少なくとも3mm以上重なって
いるため、圧力の高い二酸化炭素冷媒を用いた回転式圧
縮機1であっても、この部分からのリークを極力防止す
る事ができる。
【0023】ここで、ローラ18、19とプレートミド
ル13の重なり量(mm)とリーク量の関係を図7に示
す。
【0024】図7によると、ローラ18、19とプレー
トミドル13の重なり量が4mmを下回るとリーク量が
徐々に多くなるが、3mm程度までは許容できる範囲で
ある。また、この重なり量を4mm以上とすると、図7
に示される如く、ほとんどリーク量の変化がなくなる。
従って、重なり量を3mm以上とする事が望ましい。
尚、上下ローラ18、19とプレートミドル13の重な
り幅(重なり量)は、(ローラ外径/2)−(偏心量)
−(プレートミドルの中心穴の直径/2)で算出できる
ものである。従って、この数値が3mm以上となる様
に、各数値を決定する。
【0025】具体的に本実施例では、上シリンダ14に
おいて、上ローラ18の外径(直径)は約29mm〜3
2mm、偏心量は約2.0mm〜2.6mm、プレート
ミドル13の中心穴の直径は約19mm〜22mmであ
り、これらの範囲から重なり幅が3mm以上となるよう
各数値を決定している。
【0026】尚、本実施例の2シリンダの回転式圧縮機
1は、 (1)回転軸4の上ピン部16に上ローラ18を挿入す
る。 (2)メインフレーム22に回転軸4を挿入する。 (3)上シリンダ14を挿入する。 (4)プレートミドル13を挿入(下ピン部17を通
す)する。 (5)回転軸4の下ピン部17に下ローラ19を挿入す
る。 (6)下シリンダ15を挿入する。 (7)ベアリングプレート23を挿入する。
【0027】という手順で組み立てられている。
【0028】従って、プレートミドル13の中心穴の直
径は、下ピン部17が通過可能な大きさであり、上下ピ
ン部16、17とほぼ同じ大きさ若しくはやや大きいも
のとなる。
【0029】尚、上下ピン部16、17にかかる荷重、
即ち最大ピン部荷重(上下いずれか高い方の荷重)が、
フロン冷媒を用いる回転式圧縮機の場合の+25%以内
となるよう排除容積比を決定する。従って、排除容積比
は、0.45〜0.6の範囲とする。但し、+10%以
内が望ましい範囲である。更に、図3に示す如く、上下
シリンダ14、15の厚みを9mm〜11mmと薄くし
ており、上下シリンダ14、15の内径を34mm〜3
6mmとしている。
【0030】ここで、シリンダ厚さ(mm)とサクショ
ン通路面積、サクション通路抵抗、シャフトピン部荷重
の関係を図8に示す。
【0031】二酸化炭素冷媒時のシャフトピン部荷重
(回転軸4の上下ピン部16、17にかかる荷重)は、
フロン冷媒の場合と比較して、フロン冷媒時の荷重の1
25%以下が望ましい。そして、図8に示す如く、二酸
化炭素冷媒時のシャフトピン部荷重が、フロン冷媒時の
シャフトピン部荷重の125%である時、シリンダ厚さ
は11mmとなる。
【0032】また、二酸化炭素冷媒時のサクション通路
抵抗は、フロン冷媒の場合と比較して、フロン冷媒時の
通路抵抗の200%以下が望ましい。そして、図8に示
す如く、二酸化炭素冷媒時のサクション通路抵抗が、フ
ロン冷媒時のサクション通路抵抗の200%である時、
シリンダ厚さは9mmとなる。
【0033】従って、上述したシャフトピン荷重をフロ
ン冷媒時の125%以下とし、且つサクション通路抵抗
をフロン冷媒時の200%以下とするため、シリンダ厚
さは9mmから11mmの範囲とする。
【0034】尚、図8中の点線で示すサクション通路面
積はシリンダ厚さが厚くなるに従って増加し、この増加
に伴ってサクション通路抵抗は減少するものである。
【0035】更に、二酸化炭素冷媒は冷凍能力が高いた
め、排除容積はフロンを用いた場合に比較して小さくす
る事ができる。この排除容積を上下ローラ18、19の
外径のみでもって対応すると、上下ローラ18、19の
外径の寸法は、上下シリンダ14、15の内径の寸法に
近くなる。このため、偏心量が小さくなり、圧縮空間の
径方向の厚みが薄くなって、体積効率(吸気効率)が低
下する。
【0036】このため、上下シリンダ14、15の高さ
寸法を小さくする事で対応する必要がある。上下シリン
ダ14、15の高さ寸法を小さく、即ち9mm〜11m
mの範囲とする事により、体積効率を良好に維持する事
ができると共に、回転圧縮要素5を小さくする事ができ
るため、回転式圧縮機1を小型化できるものである。
【0037】前述したメインフレーム22、上シリンダ
14、プレートミドル13、下シリンダ15、ベアリン
グプレート23の順に配置され、ボルト24にて連結さ
れているものである。このボルト24は、図4に示す如
く、メインフレーム22側のボルト取り付け位置と、ベ
アリングプレート23側のボルト取り付け位置をずらせ
てあり、お互いに干渉しない位置となっている。従っ
て、回転圧縮要素5の厚さが薄くとも、ボルト24のネ
ジ部分は確実に各部品を螺着する事ができる。
【0038】また、前記回転軸4には、前記回転圧縮要
素5の各摺動部にオイルAを供給するための給油孔25
が設けられている。更に、回転軸4の外周面には、この
給油孔25と連通し、オイルAをメインフレーム22、
ベアリングプレート23の軸受部に導く給油溝26が形
成されている。更に、前記上下ベーンには前記上下ロー
ラ18、19に対して常時付勢するためのスプリングが
設けられている。
【0039】ここで、潤滑油としてのオイルAは、鉱物
油(ミネラルオイル)、アルキルベンゼン油、エーテル
油、エステル油など既存のオイルAで良い。
【0040】また、前記上下シリンダ14、15には冷
媒を導入する上下導入管28、29が設けられていると
共に、冷媒を吐出する上下出口管30、31がそれぞれ
設けられている。そして、これら上下導入管28、29
及び上下出口管30、31には、冷媒配管32、33、
34がそれぞれ接続されている。
【0041】また、前記回転圧縮要素5のメインフレー
ム22には、前記上シリンダ14と連通する中間圧室4
5が形成されており、この中間圧室45は、メインフレ
ーム22と、このメインフレーム22の上部に取り付け
られる上プレート46とにより画成されるものである。
【0042】尚、この上プレート46は、メインフレー
ム22の軸受部分に嵌合しているものであり、Cリング
46Aにて係止されているものである。更に、46Bは
Oリングである。
【0043】また、前記回転圧縮要素5のベアリングプ
レート23には、前記下シリンダ15と連通する高圧室
50が形成されており、この高圧室50は、ベアリング
プレート23と、このベアリングプレート23の下部に
取り付けられる下プレート51とにより画成されるもの
である。また、前記高圧室50は、下シリンダ15の下
出口管31と連通するものである。
【0044】前記下プレート51は、ベアリングプレー
ト23の軸受部分に嵌合しているものであり、Cリング
51Aにて係止されているものである。更に、51Bは
Oリングである。
【0045】尚、52はメインプレート22やベアリン
グプレート23と回転軸4などの間から二酸化炭素ガス
冷媒がリークし、密閉容器2内が高圧となるのを防止す
るための調圧管、53は中間圧室45が所定の圧力以上
になった場合に、高圧室50側、即ち下シリンダ15の
下出口管31側に圧力をにがすためのバルブ、35は密
閉容器2を支持するための台座、36はサクションマフ
ラである。
【0046】次に、上述した2シリンダの回転式圧縮機
1の冷媒回路に関して、図5及び図6を参照して説明す
る。
【0047】この2シリンダの回転式圧縮機1の場合、
回転式圧縮機1の下シリンダ15に設けられた下出口管
31に接続される吐出側冷媒配管32と凝縮器37とが
接続されており、この凝縮器37と冷却器(蒸発器)3
8とは、膨張弁39を介して冷媒配管40にて接続され
ている。また、この冷却器38と回転式圧縮機1の上シ
リンダ14の上導入管とは、吸込側冷媒配管33にて接
続されている。
【0048】更に、前記凝縮器37と膨張弁39とを接
続する冷媒配管40には、バイパス膨張弁41を介して
過冷却器42と接続するバイパス管43が設けられてい
る。
【0049】また、過冷却器42からの過冷却器冷媒配
管44は、前記回転式圧縮機1の上シリンダ14に設け
られた上出口管30及び下シリンダ15の下導入管29
とを接続する接続冷媒配管34と、前記サクションマフ
ラ36内で結合されているものである。
【0050】この接続冷媒配管34は、前記上出口管3
0と下導入管29とを接続しているものである。
【0051】尚、前記過冷却器42は、二重管にて構成
されるもので、前記バイパス管43からの冷媒を内側に
流し、前記冷媒配管40の冷媒が外側を流れるものであ
る。これは、逆に内側を冷媒配管40とし、外側をバイ
パス管43としても良い。
【0052】更には、熱伝導的に接触して設けた構造で
あっても良い。
【0053】また、前記バイパス管43と分岐した後の
冷媒配管40は、前記過冷却器42に導入され、過冷却
器42にて、バイパス膨張弁41後のバイパス管43と
熱伝導可能に接触して設けられている。この後、前述し
た膨張弁39に接続されるものである。
【0054】従って、2シリンダの回転式圧縮機1にて
圧縮され、高温となった二酸化炭素のガス冷媒が、凝縮
器37にて冷却され、更に前記過冷却器42で前記バイ
パス管43と熱交換、即ち放熱した後、膨張弁39にて
膨張させる。この後、冷却器38に流入し、ここで放熱
したガス冷媒は、再び吸込側冷媒配管33から回転式圧
縮機1に戻る事となる。
【0055】また、凝縮器37にて凝縮された冷媒の一
部は、バイパス管43に分流し、バイパス膨張弁41に
て断熱膨張した後、過冷却器42にて前記冷媒配管40
から収熱する。過冷却器42にて収熱した冷媒は、前記
上シリンダ14にて高温、高圧となった冷媒と混ざり、
高温、高圧の冷媒を冷却すると共に、下シリンダ15に
流入する。尚、過冷却器42にて収熱した後の冷媒は、
前記上シリンダ14の吐出後の高温、高圧冷媒より低温
である。
【0056】ここで、図6に示す臨界圧力は、二酸化炭
素冷媒の場合、約72〜73kgf/cm2Gであり、
この臨界圧力以上、即ち超臨界域では、二酸化炭素冷媒
はガス化しているものである。
【0057】図6のA点は過冷却器42及び圧縮機の上
シリンダ14から吐出された冷媒が合流し、下シリンダ
15に吸い込まれる冷媒で、B点は下シリンダ15から
吐出される冷媒である。
【0058】そして、C点は凝縮器37にて凝縮された
後、分流した冷媒で、バイパス膨張弁41にて断熱膨張
する。D点はこの断熱膨張して圧力低下し、放熱した冷
媒で、過冷却器42に流入して、C点の冷媒をE点まで
冷却する。
【0059】また、E点の過冷却された冷媒は、膨張弁
39にて断熱膨張し、F点の状態となる。この後、G点
に示す如く、冷却器38にて収熱して高温となった冷媒
は、上シリンダ14に流入する。
【0060】H点に示す如く、上シリンダ14にて圧縮
され、高温、高圧となった冷媒は、前述した過冷却器4
2で圧力が低下し、過冷却に使われ、温度上昇した冷媒
(但し、前述した如く、上シリンダ14の吐出後の高
温、高圧冷媒より低温)と合流し、A点に示す如く、温
度低下した冷媒が回転式圧縮機1に流入する。
【0061】尚、以上の説明おける内部低圧とした回転
式圧縮機1とは、(密閉容器2内の圧力)<(上シリン
ダ14の圧縮空間の平均圧力)<(下シリンダ15の圧
縮空間の平均圧力)の圧力関係である回転式圧縮機1で
あり、内部中間圧とした回転式圧縮機1とは、(上シリ
ンダ14の圧縮空間の平均圧力)<(密閉容器2内の圧
力)<(下シリンダ15の圧縮空間の平均圧力)の圧力
関係である回転式圧縮機1である。
【0062】また、以上詳述した回転式圧縮機1は、家
庭用エアコン、業務用エアコン(パッケージエアコ
ン)、自動車用エアコン、家庭用冷蔵庫、業務用冷蔵
庫、業務用冷凍庫、業務用冷凍冷蔵庫、ショーケース、
自動販売機、給湯機等に用いるものである。
【0063】更に、この回転式圧縮機1は1馬力の出力
である。
【0064】
【発明の効果】以上詳述した如く、請求項1の発明によ
ると、ローラとプレートミドルの最小重なり幅を3mm
以上とすると共に、シリンダ厚さを9mm〜11mmと
したため、ガスリークを極力防止すると共に、体積効率
の低下を極力防止すると共に、回転式圧縮機の小型化を
も図る事ができる。
【0065】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を具備する2シリンダの回転式圧縮機の
縦断面図である。
【図2】本発明を具備する回転式圧縮機の回転圧縮要素
の拡大図である。
【図3】回転圧縮要素ユニットの縦断面図である。
【図4】回転圧縮要素ユニットの平面図である。
【図5】本発明を具備する2シリンダの回転式圧縮機を
用いた冷凍回路図である。
【図6】本発明を具備する2シリンダの回転式圧縮機を
用いた冷凍回路図におけるモリエル線図である。
【図7】本発明を具備する2シリンダの回転式圧縮機に
おけるローラとプレートミドルとの重なり量と、リーク
量との関係を示した図である。
【図8】本発明を具備する2シリンダの回転式圧縮機に
おけるシリンダ厚さと、シャフトピン部荷重及びサクシ
ョン通路抵抗との関係を示した図である。
【符号の説明】
1 回転式圧縮機 2 密閉容器 5 回転圧縮要素 13 プレートミドル 14、上シリンダ 15 下シリンダ 18 上ローラ 19 下ローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−266983(JP,A) 特開 平9−151847(JP,A) 特開 平6−323274(JP,A) 特開 平2−91495(JP,A) 特開 平1−318788(JP,A) 特開 平6−81786(JP,A) 特開 平5−256285(JP,A) 実開 昭61−41884(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F04C 23/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 両端開口を閉塞されたシリンダと、回転
    軸により前記シリンダ内を回転するローラと、このロー
    ラに当接することにより前記シリンダ内に圧縮空間を形
    成するベーンとからなる回転圧縮要素を複数備えると共
    に、これらの回転圧縮要素を密閉容器内に収納し、二酸
    化炭素冷媒を吸入して前記回転圧縮要素にて圧縮して吐
    出する回転式圧縮機において、前記複数の回転圧縮要素
    を仕切ると共に、仕切られた各回転圧縮要素のシリンダ
    の一方の開口を閉塞するプレートミドルを備え、仕切ら
    れた前記回転圧縮要素のローラと前記プレートミドルの
    最小重なり幅を3mm以上とすると共に、前記シリンダ
    の軸方向の厚さを9mm以上11mm以下とし、前記密
    閉容器内を内部低圧又は中間圧としたことを特徴とする
    回転式圧縮機。
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