JP2012247104A - スクロール圧縮機を備えた冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スクロール圧縮機を採用した超低温冷凍装置において、蒸発器からスクロール圧縮機へ帰還する冷媒温度が規定値の範囲よりも大きく低下して、−５０℃以下になることがある。スクロール圧縮機等に使用されている材料がこの超低温に耐えられなくなるため、特別な材料で構成することを余儀なくされ、スクロール圧縮機等のコストが大きくアップする。このため、蒸発器を出た規定値以下の温度の冷媒がスクロール圧縮機へ吸い込まれることを防止する技術を提供する。
【解決手段】蒸発器を出た冷媒温度が規定値未満の所定の冷凍温度になった状態で、ホットガス冷媒またはウォームガス冷媒を、蒸発器の出口からスクロール圧縮機の吸込口までの冷媒吸い込み路の吸い込み冷媒に合流させ、冷媒吸い込み路の冷媒温度を上昇させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍装置におけるスクロール圧縮機の温度上昇を抑制する技術に関する。

スクロール圧縮機は、密閉容器内に電動機構成の電動要素とこの電動要素によって駆動されるスクロール圧縮要素とを収容し、スクロール圧縮要素は、鏡板の表面に渦巻き状のラップが立設された固定スクロールと、固定スクロールに対向配置され鏡板の表面に渦巻き状のラップが立設され電動要素の回転軸の回転に伴って旋回運動する揺動スクロールとを備える。固定スクロールのラップと揺動スクロールのラップとが互いに偏心して、この偏心方向の線上で相互接触による噛み合わせにて閉じ込められた圧縮空間が形成され、この圧縮空間は、電動要素の回転軸の回転に伴う揺動スクロールの旋回運動により、外側から内側に向かって次第に縮小される。これにより低圧室、中間圧室、及び高圧室を形成し、圧縮空間の外周部に連通した吸入管から低圧室への冷媒ガスの吸込口に吸い込んだ冷媒ガスを順次、低圧室、中間圧室、及び高圧室にて圧縮しつつ、高圧室と連通するように中心部に形成した吐出ポートから吐出する構成である。

このように、スクロール圧縮機によって圧縮され吐出ポートから吐出された冷媒が、凝縮器で凝縮され、膨張弁で減圧膨張された液体冷媒が蒸発器で蒸発し、再びスクロール圧縮機へ帰還する冷媒循環回路を構成した冷凍装置において、内部低圧型スクロール圧縮機を採用して、スクロール圧縮要素の圧縮空間のうち、凝縮器を出た液冷媒の一部を中間圧室へインジェクションすることにより、スクロール圧縮機の吐出ガス温度を制御するものがある（特許文献１参照）。

また、スクロール圧縮機で冷媒を圧縮する場合、スクロール圧縮機中の潤滑用オイルの一部がこのガス冷媒に混入した状態で吐出され、冷凍装置を構成する冷媒循環回路中に入るため、オイルセパレータで冷媒ガスとオイルとを分離し、この分離されたオイルをスクロール圧縮機へ帰還されるようにしている。

特開２００１−０４７３８３号公報

スクロール圧縮機を含む冷凍装置によって、膨張弁で減圧膨張された冷媒が導入される蒸発器での冷媒蒸発温度を−４０℃以下の超低温の冷凍装置を構成する場合、冷媒の過熱度が所定の範囲に収まる状態であり、且つ、膨張弁による正常な絞り効果が得られている場合は、液冷媒が蒸発器で蒸発した後、アキュムレータ等の吸い込み側部品を備えた冷媒吸い込み路を通ってスクロール圧縮機へ帰還する冷媒温度が規定値の範囲であるため、この吸い込み側部品やスクロール圧縮機等に使用されている材料を特別な超低温に耐えるような材料にする必要がない。

しかし、冷媒蒸発温度を−４０℃以下の超低温温度帯のうち、例えば−６０℃近くの超低温の冷凍装置を構成する場合、冷媒の過熱度が所定の範囲を超えて大きくなった場合や、膨張弁の動作不良により正常な絞り効果が得られない場合等では、蒸発器を出てスクロール圧縮機へ向けて帰還する冷媒温度が規定値の範囲よりも大きく低下して、−５０℃以下になることがある。この場合、蒸発器を出たこの超低温冷媒が冷媒吸い込み路を通ってスクロール圧縮機へ吸い込まれることとなれば、この冷媒吸い込み路に設けたアキュムレータ等の吸い込み側部品やスクロール圧縮機に使用されている材料がこの超低温に耐えられなくなるため、特別な材料で構成することを余儀なくされる状態となる。その場合、この吸い込み側部品やスクロール圧縮機のコストが大きくアップし、好ましくない。

因みに高圧ガス保安法では、−５０℃以下では使用不可の材料が規定されており、−５０℃未満では比較的安価な材料の使用が可能であるが、−５０℃以下の温度で安定した動作をさせるためには、高価な特殊材料を採用せざるを得なくなり、前記吸い込み側部品やスクロール圧縮機を含む冷凍装置のコストが大きくアップすることとなる。

本発明はこのような点に鑑み、スクロール圧縮機を採用して超低温冷凍装置を構成する場合、蒸発器を出た冷媒温度が規定値（上記のように法規制された値）以下の状態で、冷媒吸い込み路を通ってスクロール圧縮機へ吸い込まれることを防止するために、蒸発器を出た冷媒温度が前記規定値未満の所定の冷凍温度に低下した状態で、冷媒吸い込み路を通ってスクロール圧縮機へ吸い込まれる冷媒の温度を昇温するものである。

本発明では、この昇温の手段として、蒸発器の出口からスクロール圧縮機の吸込口までの冷媒吸い込み路の吸い込み冷媒に、冷凍装置の中のホットガス冷媒またはウォームガス冷媒を混合させることにより、この吸い込み冷媒の温度が規定の範囲内に治まるように上昇させ、それによって、前記吸い込み側部品やスクロール圧縮機を超低温に耐えられるような特別な材料で構成する必要がなく、コストアップを抑制できる冷凍装置の採用を可能とするものである。

この場合の制御手段として、蒸発器の出口からスクロール圧縮機の吸込口までの冷媒吸い込み路の吸い込み冷媒の温度が所定の低温度に低下したことを検出して、この吸い込み冷媒に冷凍装置のホットガス冷媒またはウォームガス冷媒を混合させて、前記規定値（−５０℃）よりも十分高い温度の冷媒とするものである。それによって、前記冷媒吸い込み路の吸い込み冷媒の温度が所定の範囲内に治まるように上昇され、前記吸い込み側部品やスクロール圧縮機を−５０℃以下の超低温に耐えられるような特別な材料で構成する必要がなく、コストアップを抑制できる冷凍装置の採用を可能とするものである。

その一つの手段として、蒸発器の出口からスクロール圧縮機の吸込口までの冷媒吸い込み路の吸い込み冷媒の温度が、所定の冷凍温度以下になったとき、この冷媒吸い込み路の吸い込み冷媒に冷凍装置のホットガス冷媒またはウォームガス冷媒を混合させて、−５０℃よりも十分高い温度の冷媒として吸い込まれるようにする。

本発明の冷凍装置は、スクロール圧縮機で圧縮した冷媒ガスは、その中に含まれたオイルがオイルセパレータにて分離され、オイルが分離された冷媒ガスは凝縮器で凝縮された後、レシーバタンクへ入り、このレシーバタンクを出た液冷媒は膨張弁を通って被冷凍室を超低温に冷凍するための蒸発器に流入して蒸発し、この蒸発器を出た冷媒は再びスクロール圧縮機で圧縮される冷媒循環路を構成している。この構成において、スクロール圧縮機の出口から凝縮器の入り口までの冷媒路のホットガス冷媒、またはレシーバタンクのウォームガス冷媒を、蒸発器の出口からスクロール圧縮機の吸込口までの冷媒吸い込み路の吸い込み冷媒に合流させ、この冷媒の温度を上昇させる構成とすることにより、吸い込み冷媒の温度が規定の範囲内に治まるようにする。

第１発明は、縦型の密閉容器内に、電動要素と、前記電動要素によって駆動されるスクロール圧縮要素が収容され、前記スクロール圧縮要素の吸込口に連通した吸入管から吸い込んだ冷媒ガスを前記スクロール圧縮要素にて圧縮しつつ吐出ポートから前記密閉容器内に吐出し、この吐出される冷媒ガスを前記密閉容器外に吐出するスクロール圧縮機を備え、前記吐出される冷媒ガスが、オイルセパレータ、凝縮器、液冷媒を溜めるレシーバタンクを経て膨張弁にて減圧膨張された液冷媒を蒸発器で蒸発した後、再び前記吸入管から前記スクロール圧縮要素へ帰還する冷媒循環回路を形成した超低温冷凍装置において、前記スクロール圧縮機の出口から前記凝縮器の入り口までの冷媒路のホットガス冷媒を、前記蒸発器の出口から前記スクロール圧縮機の吸込口までの冷媒吸い込み路の吸い込み冷媒に合流させる冷媒供給路を設け、前記冷媒吸い込み路の冷媒温度が所定の冷凍温度に低下したとき前記冷媒供給路を開く開閉弁を設けたことを特徴とするスクロール圧縮機を備えた冷凍装置。

第２発明は、縦型の密閉容器内に、電動要素と、前記電動要素によって駆動されるスクロール圧縮要素が収容され、前記スクロール圧縮要素の吸込口に連通した吸入管から吸い込んだ冷媒ガスを前記スクロール圧縮要素にて圧縮しつつ吐出ポートから前記密閉容器内に吐出し、この吐出される冷媒ガスを前記密閉容器外に吐出するスクロール圧縮機を備え、前記吐出される冷媒ガスが、オイルセパレータ、凝縮器、液冷媒を溜めるレシーバタンクを経て膨張弁にて減圧膨張された液冷媒を蒸発器で蒸発した後、再び前記吸入管から前記スクロール圧縮要素へ帰還する冷媒循環回路を形成した超低温冷凍装置において、前記レシーバタンクのウォームガス冷媒を、前記蒸発器の出口から前記スクロール圧縮機の吸込口までの冷媒吸い込み路の吸い込み冷媒に合流させる冷媒供給路を設け、前記冷媒吸い込み路の冷媒温度が所定の冷凍温度に低下したとき前記冷媒供給路を開く開閉弁を設けたことを特徴とするスクロール圧縮機を備えた冷凍装置。

第３発明は、縦型の密閉容器内に、電動要素と、前記電動要素によって駆動されるスクロール圧縮要素が収容され、前記スクロール圧縮要素の吸込口に連通した吸入管から吸い込んだ冷媒ガスを前記スクロール圧縮要素にて圧縮しつつ吐出ポートから前記密閉容器内に吐出し、この吐出される冷媒ガスを前記密閉容器外に吐出するスクロール圧縮機を備え、前記吐出される冷媒ガスが、オイルセパレータ、凝縮器、液冷媒を溜めるレシーバタンク、このレシーバタンクから出た液冷媒を過冷却する過冷却器、及び膨張弁を経て、前記膨張弁で減圧膨張された液冷媒を蒸発器で蒸発した後、再び前記吸入管から前記スクロール圧縮要素へ帰還する冷媒循環回路を形成した超低温冷凍装置において、前記スクロール圧縮機の出口から前記凝縮器の入り口までの冷媒路のホットガス冷媒、またはレシーバタンクのウォームガス冷媒を、前記蒸発器の出口から前記スクロール圧縮機の吸込口までの冷媒吸い込み路の吸い込み冷媒に合流させる冷媒供給路を設け、前記冷媒吸い込み路の冷媒温度が所定の冷凍温度に低下したとき前記冷媒供給路を開く開閉弁を設けたことを特徴とするスクロール圧縮機を備えた冷凍装置。

第４発明は、第１発明乃至第３発明のいずれかにおいて、前記冷媒供給路には、流量制限用キャピラリチューブを介して前記開閉弁が配置されたことを特徴とするスクロール圧縮機を備えた冷凍装置。

第５発明は、第１発明乃至第４発明のいずれかにおいて、前記冷媒吸い込み路の冷媒温度を検出する温度検知部を設け、この温度検知部が所定の冷凍温度を検知したとき、制御部によって前記冷媒供給路を開く電磁弁で前記開閉弁を構成したことを特徴とするスクロール圧縮機を備えた冷凍装置。

第６発明は、第１発明乃至第５発明のいずれかにおいて、前記所定の冷凍温度は、−５０℃に近づく−５０℃未満の温度であることを特徴とするスクロール圧縮機を備えた冷凍装置。

第１発明では、蒸発器の出口からスクロール圧縮機の吸込口までの冷媒吸い込み路の吸い込み冷媒の温度が所定の冷凍温度以下になったとき、冷媒供給路を開閉弁が開くことにより、この冷媒吸い込み路の吸い込み冷媒にホットガス冷媒が合流するため、この冷媒吸い込み路の吸い込み冷媒温度が、−５０℃以下のような超低温とはならず、この冷媒吸い込み路の吸い込み側部品やスクロール圧縮機を−５０℃以下のような超低温に耐えられるような特別な材料で構成する必要がなく、コストアップを抑制できるものとなる。

第２発明では、蒸発器の出口からスクロール圧縮機の吸込口までの冷媒吸い込み路の吸い込み冷媒の温度が所定の冷凍温度以下になったとき、冷媒供給路を開閉弁が開くことにより、この冷媒吸い込み路の吸い込み冷媒にウォームガス冷媒が合流するため、この冷媒吸い込み路の吸い込み冷媒温度が、−５０℃以下のような超低温とはならず、この冷媒吸い込み路の吸い込み側部品やスクロール圧縮機を−５０℃以下のような超低温に耐えられるような特別な材料で構成する必要がなく、コストアップを抑制できるものとなる。

第３発明では、レシーバタンクから出た液冷媒を過冷却する過冷却器を設けて、レシーバタンクを出た液冷媒が過冷却器にて過冷却されることにより、冷凍能力の増加、及びスクロール圧縮機の運転による消費電力の低減を図ることができるものとなる。この場合、蒸発器の出口からスクロール圧縮機の吸込口までの冷媒吸い込み路の吸い込み冷媒に、スクロール圧縮機の出口から凝縮器の入り口までの冷媒路のホットガス冷媒、またはレシーバタンクのウォームガス冷媒を合流するため、この冷媒吸い込み路の吸い込み冷媒温度が、−５０℃以下のような超低温とはならず、この冷媒吸い込み路の吸い込み側部品やスクロール圧縮機を−５０℃以下のような超低温に耐えられるような特別な材料で構成する必要がなく、コストアップを抑制できるものとなる。

第４発明では、ホットガス冷媒またはウォームガス冷媒を供給する冷媒供給路には、流量制限用キャピラリチューブを介して開閉弁が配置されたものであり、流量制限用キャピラリチューブの流路抵抗によって、ホットガス冷媒またはウォームガス冷媒の供給量を設定できるため、冷媒吸い込み路の吸い込み冷媒の温度を適正状態に設定することが可能となり、上記第１発明乃至第３発明と同様の効果を奏することができるものとなる。

第５発明では、蒸発器を出た冷媒温度が所定の冷凍温度に低下したことを温度検知部が検知したとき、冷媒供給路を電磁弁が開くため、この温度検知部が検知する設定値によって、安定した動作を得ることができ、上記第１発明乃至第４発明と同様の効果を奏することができるものとなる。

第６発明では、温度検知部が検知する所定の冷凍温度は、−５０℃に近づく−５０℃未満の温度であることにより、法で規定された−５０℃以下のような低温冷媒の吸い込みを速やかにキャッチして、冷媒吸い込み路の吸い込み冷媒の温度が、−５０℃以下の超低温になることを防止することができ、上記第１発明乃至第５発明と同様の効果を奏することができるものとなる。

本発明に係る超低温冷凍装置のホットガス供給式の冷媒配管図である。 本発明に係る内部低圧型のスクロール圧縮機の縦断側面図である。 本発明に係るスクロール圧縮機を構成する固定スクロールの下面図である。 本発明に係るスクロール圧縮機の運転時に公転する揺動スクロールと、固定スクロールに形成したインジェクション孔との位置関係を示す図である。 本発明に係るスクロール圧縮機の運転時に公転する揺動スクロールと、固定スクロールに形成したインジェクション孔との位置関係を示す図である。 本発明に係るスクロール圧縮機の運転時に公転する揺動スクロールと、固定スクロールに形成したインジェクション孔との位置関係を示す図である。 本発明に係る超低温冷凍装置の制御装置を示す図である。 本発明に係る超低温冷凍装置のウォームガス供給式の冷媒配管図である。

本発明の超低温冷凍装置は、縦型の密閉容器内に、電動要素と、前記電動要素によって駆動されるスクロール圧縮要素が収容され、前記スクロール圧縮要素の吸込口に連通した吸入管から吸い込んだ冷媒ガスを前記スクロール圧縮要素にて圧縮しつつ吐出ポートから前記密閉容器内に吐出し、この吐出される冷媒ガスを前記密閉容器外に吐出するスクロール圧縮機を備え、前記吐出される冷媒ガスが、オイルセパレータ、凝縮器、液冷媒を溜めるレシーバタンクを経て膨張弁にて減圧膨張された液冷媒を蒸発器で蒸発した後、再び前記吸入管から前記スクロール圧縮要素へ帰還する冷媒循環回路を形成した超低温冷凍装置において、前記スクロール圧縮機の出口から前記凝縮器の入り口までの冷媒路のホットガス冷媒または前記レシーバタンクのウォームガス冷媒を、前記蒸発器の出口から前記スクロール圧縮機の吸込口までの冷媒吸い込み路の吸い込み冷媒に合流させる冷媒供給路を設け、前記冷媒吸い込み路の冷媒温度が所定の冷凍温度に低下したとき前記冷媒供給路を開く開閉弁を設けた構成であり、以下にその実施例を図に基づき説明する。

本発明に係るスクロール圧縮機１００は、図２に示すように、縦型の密閉容器１０１内が低圧となるように、スクロール圧縮要素１０２から密閉容器１０１内上側に限られた空間として形成された吐出圧力空間１１１（マフラー室）に高圧冷媒ガスが吐出される内部低圧型のスクロール圧縮機である。

密閉容器１０１は鋼板製であり、上下方向に沿って延びる縦長円筒状の容器本体１０１Ａと、この容器本体１０１Ａの上下両端にそれぞれ溶接固定された椀状のエンドキャップ１０１Ｂ及びボトムキャップ１０１Ｃとから構成されている。この密閉容器１０１内には、下側に駆動手段としての電動要素１０３が収納され、上側に電動要素１０３の回転軸１０５によって駆動されるスクロール圧縮要素１０２がそれぞれ収納されている。密閉容器１０１内のスクロール圧縮要素１０２と電動要素１０３の間には、上部支持フレーム１０４（メインフレームという）が収納されており、この上部支持フレーム１０４には中央に軸受部１０６とボス収容部１２２とが形成されている。この軸受部１０６は回転軸１０５の先端（上端）側を回転可能に軸支するためのものであり、上部支持フレーム１０４の一方の面（下側の面）の中央から下方に突出して形成されている。また、ボス収容部１２２は後述する揺動スクロール１１５のボス１２４を収容するためのものであり、上部支持フレーム１０４の他方の面（上側の面）の中央を下方に凹陥することにより形成されている。

電動要素１０３下部の密閉容器１０１内には、下部支持フレーム１０７（ベアリングプレートという）が収納されており、この下部支持フレーム１０７の中央には軸受け１０８が形成されている。この軸受け１０８は、回転軸１０５の末端（下端）側を軸支するためのものであり、下部支持フレーム１０７の一方の面（下側の面）の中央から下方に突出して形成されている。そして、下部支持フレーム１０７の下側の空間、即ち、密閉容器１０１内の底部は、スクロール圧縮要素１０２などを潤滑する潤滑油が貯留されるオイル溜め１６２とされている。

回転軸１０５の先端（上端）には、偏心軸１２３が形成されている。この偏心軸１２３は、中心が回転軸１０５の軸心と偏心して設けられると共に、図示しないスライドブッシュ及び旋回軸受けを介して揺動スクロール１１５のボス１２４に、揺動スクロール１１５を旋回駆動可能に挿入されている。

スクロール圧縮要素１０２は、固定スクロール１１４と揺動スクロール１１５とで構成されている。固定スクロール１１４は、円形状の鏡板１１６と、この鏡板１１６の一方の面（下側の表面）に立設されたインボリュート状、又は、これに近似した曲線からなる渦巻き状のラップ１１７と、このラップ１１７の周囲を取り囲むように立設された周壁１１８と、この周壁１１８の周囲（周壁１１８の他方の面側（上側））に突出して設けられ、外周縁が全周囲で密閉容器１０１の容器本体１０１Ａの内面に焼き嵌めされたフランジ１１９とから一体に構成されている。そして、固定スクロール１１４は、フランジ１１９が全周囲で容器本体１０１Ａの内面に焼き嵌め固定されると共に、鏡板１１６の中央部（固定スクロール１１４の中心）には、スクロール圧縮要素１０２にて圧縮された冷媒ガスを密閉容器１０１内上側に形成された吐出圧力空間１１１（マフラー室）に連通する吐出孔１１３が形成されている。係る固定スクロール１１４は、ラップ１１７の突出方向を下方としている。固定スクロール１１４のフランジ１１９が全周囲で容器本体１０１Ａの内面に焼き嵌め固定されることにより、固定スクロール１１４によって密閉容器１０１内が、上部の吐出圧力空間１１１と下部の空間１１２に区分される。

電動要素１０３は、密閉容器１０１に固定された固定子１５０と、この固定子１５０の内側に配置され、固定子１５０内で回転する回転子１５２とから構成されており、この回転子１５２の中心に回転軸１０５が嵌合されている。固定子１５０は、複数枚の電磁鋼板を積層した積層体から成り、この積層体の歯部に巻装された固定子巻線１５１を有している。また、回転子１５２も固定子１５０と同様に電磁鋼板の積層体で形成されている。

また、回転軸１０５の内部には回転軸１０５の軸方向に沿って油路１０５Ａが形成されており、この油路１０５Ａは、回転軸１０５の下端に位置する吸込口１６１を備え、吸込口１６１がオイル溜め１６２に貯留された潤滑油に浸漬されて、潤滑油中に開口している。また、油路１０５Ａには各軸受け１０６、１０８に対応する位置に潤滑を給油する給油口（図示せず）が形成されており、係る構成により、回転軸１０５が回転すると、オイル溜め１６２に貯留された潤滑油が回転軸１０５の吸込口１６１から油路１０５Ａに入り、上方に汲み上げられる。そして、汲み上げられた潤滑油は各給油口等を介して各軸受け１０６、１０８やスクロール圧縮要素１０２の摺動部に供給されることとなる。

密閉容器１０１には、密閉容器１０１内の下側の空間１１２内に冷媒を導入するための冷媒導入管１４５と、スクロール圧縮要素１０２にて圧縮され、前記吐出孔１１３から後述する吐出マフラー室１２８を介して密閉容器１０１内の上側の吐出圧力空間１１１に吐出された冷媒を外部に吐出するための冷媒吐出管１４６とが設けられている。尚、本実施例では、冷媒導入管１４５は密閉容器１０１の容器本体１０１Ａの側面に溶接固定され、冷媒吐出管１４６はエンドキャップ１０１Ｂの側面に溶接固定されている。

上記のように、密閉容器１０１内の上側の吐出圧力空間１１１には、スクロール圧縮機１００の外へ冷媒ガスを吐出する冷媒吐出管１４６が接続され、密閉容器１０１内の下側の空間１１２内には、冷媒を導入するための冷媒導入管１４５が接続されている。これによって、密閉容器１０１内の上部に高圧の吐出圧力空間１１１が形成されるが、スクロール圧縮要素１０２に吸い込まれる低圧冷媒ガスは、密閉容器１０１内の下側の空間１１２に流入した状態からスクロール圧縮要素１０２の吸入部へ吸い込まれる構成であるため、密閉容器１０１内の下側の空間１１２は低圧であり、これを以ってスクロール圧縮機１００は、密閉容器１０１内が低圧となる内部低圧型のスクロール圧縮機を構成する。

一方、本実施例の構成では、固定スクロール１１４の鏡板１１６の上面１３０（ラップ１１７の反対側の面）が密閉容器１０１内の上側に形成された吐出圧力空間１１１に臨むように構成されている。固定スクロール１１４の鏡板１１６の上面１３０には、吐出孔１１３に連なる吐出弁と、この吐出弁に隣接して複数のリリース弁とが設けられている（吐出弁及びリリース弁は共に図示しない）。このリリース弁は、冷媒の過圧縮を防止するために設けられたものであり、図示しないリリースポートを介してスクロール圧縮要素１０２における圧縮過程の圧縮空間１２５に連通されている。

密閉容器１０１内上側の吐出圧力空間１１１内には固定スクロール１１４にネジ止めされたカバー１２７が設けられている。このカバー１２７の下面中央には、固定スクロール１１４側から吐出圧力空間１１１方向に凹陥形成され、吐出圧力空間１１１と共にマフラー室を形成する吐出マフラー室１２８が形成されている。この吐出マフラー室１２８が吐出孔１１３に連通すると共に、図示しないがカバー１２７と固定スクロール１１４間に設けられた隙間を介して吐出マフラー室１２８と密閉容器１０１内上側の吐出圧力空間１１１内とが連通している。

具体的には、スクロール圧縮要素１０２における圧縮過程の冷媒圧力が吐出孔１１３に至る以前に吐出圧力に達すると、前記リリース弁が開放されて、圧縮空間１２５内の冷媒が前記リリースポートを介して外部に吐出されることとなる。

揺動スクロール１１５は、上述した如き容器本体１０１Ａの内面に焼き嵌め固定された固定スクロール１１４に対して旋回するスクロールであり、円板状の鏡板１２０と、この鏡板１２０の一方の面（上側の表面）に立設されたインボリュート状、又は、これに近似した曲線からなる渦巻き状のラップ１２１と、鏡板１２０の他方の面（下側の面）の中央に突出形成された前述したボス１２４とで構成されている。そして、揺動スクロール１１５はラップ１２１の突出方向を上方として、このラップ１２１が固定スクロール１１４のラップ１１７に１８０度回し、向かい合って噛み合うように配置され、内部のラップ１１７、１２１間に圧縮空間１２５が形成される。

即ち、揺動スクロール１１５のラップ１２１は、固定スクロール１１４のラップ１１７と対向し、両ラップ１２１、１１７の先端面が相手の底面（鏡板１１６面、及び、鏡板１２０面）に接するように噛み合い、且つ、揺動スクロール１１５は回転軸１０５の軸心から偏心して設けられた偏心軸１２３が回転可能に嵌合されている。このため、圧縮空間１２５は、２つの渦巻き状のラップ１２１、１１７が互いに偏心して、その偏心方向の線上で接して閉じこめられた複数の空間を作り、この空間の各々が圧縮室（低圧室や中間圧室、及び、高圧室などの複数の圧縮室）となる。

固定スクロール１１４は、その周壁１１８の周囲に設けられたフランジ１１９が複数のボルト（図示せず）を介して上部支持フレーム１０４に固定されている。また、揺動スクロール１１５はオルダムリング１４８、及び、オルダムキーよりなるオルダム機構１４９によって上部支持フレーム１０４に支承されている。これにより、揺動スクロール１１５は、固定スクロール１１４に対して、自転せずに旋回運動を行うように構成されている。

この揺動スクロール１１５は、固定スクロール１１４に対して偏心して公転するため、２つの渦巻き状のラップ１１７、１２１の偏心方向と接触位置は回転しながら移動し、前記圧縮室は外側から内側の圧縮空間１２５に向かって移りながら次第に縮小していく。最初に外側の圧縮空間１２５から入り込んで低圧室に閉じこめられた低圧の冷媒ガスは、断熱圧縮されながら次第に内側に移動して中間圧（中間圧室）を経て、最後に中央部（高圧室）に到達するときには、高温高圧の冷媒ガスとなる。この冷媒ガスは、固定スクロール１１４の中心に形成された吐出孔１１３、及び、吐出マフラー室１２８を介して吐出圧力空間１１１に送り出される。

また、前記カバー１２７内（カバー１２７の板厚内部）には、後述のようにレシーバタンク（受液器）４２内の液冷媒を、冷媒回路を構成する後述のリキッドインジェクション回路５０Ａを介してスクロール圧縮要素１０２の中間圧部に戻し、蒸発させることによって圧縮ガスの冷却を行うためのリキッドインジェクション通路１４４（後述のリキッドインジェクション回路５０Ａの一部）が形成されている（図２に図示）。このリキッドインジェクション通路１４４は、カバー１２７内で分岐して後述するインジェクション孔１４１、１４２に接続される。また、リキッドインジェクション通路１４４には、内部が中空のチューブにて構成された配管１４０が接続されており、この配管１４０の一端はカバー１２７のリキッドインジェクション通路１４４内に圧入され、他端はスリーブ１３９を介してエンドキャップ１０１Ｂに溶接固定されている。

また、固定スクロール１１４の鏡板１１６には、リキッドインジェクション通路１４４に連通するインジェクション孔１４１、１４２が上下方向に貫通形成されている。両インジェクション孔１４１、１４２の下側（揺動スクロール１１５側）は、ラップ１１７、１２１側に開口すると共に、スクロール圧縮要素１０２の中間圧部分（固定スクロール１１４の中心に形成された吐出孔１１３と同一の圧縮室になる直前、若しくは、その近傍の中間圧の位置）に連通している。係る、エンドキャップ１０１Ｂとカバー１２７間に渡って配管１４０が取り付けられると共に、配管１４０に接続された接続管１４７に、後述のように、レシーバタンク（受液器）４２からのリキッドインジェクション回路５０Ａを構成する配管が接続されて、リキッドインジェクション通路１４４が形成されている。

一方のインジェクション孔１４１は、図３に示すように固定スクロール１１４の中心を基準にして、他方のインジェクション孔１４２と１８０度ずれた位置に形成されている。そして、一方のインジェクション孔１４１は、固定スクロール１１４に立設されたラップ１１７の外側（揺動スクロール１１５のラップ１２１の内側に形成される高圧縮室側）に形成され、他方のインジェクション孔１４２は、固定スクロール１１４に立設されたラップ１１７の内側（揺動スクロール１１５のラップ１２１の外側に形成される高圧縮室側）に形成されている。

両インジェクション孔１４１、１４２は、後述のリキッドインジェクション回路５０Ａを介してスクロール圧縮要素１０２の中間圧部に連通するように形成される。図４に示すように、吐出孔１１３から高圧ガスの吐出が開始される以前に揺動スクロール１１５に立設されたラップ１２１にて閉塞される位置（中間圧縮室の高圧縮室近傍（圧縮室））に形成されており、スクロール圧縮要素１０２が冷媒を圧縮する工程において、後述のリキッドインジェクション回路５０Ａに連通した両インジェクション孔１４１、１４２が中間圧縮室に連通する。

なお、リキッドインジェクション回路５０Ａを介してスクロール圧縮要素１０２の圧縮空間１２５の低圧室へ液冷媒を供給するように、両インジェクション孔１４１、１４２をスクロール圧縮要素１０２の圧縮空間１２５の低圧室に連通するように形成することもできるが、以下の説明では、両インジェクション孔１４１、１４２をスクロール圧縮要素１０２の圧縮空間１２５の中間圧部である中間圧縮室に連通するように形成した構成において説明する。

次に、図４〜図６を参照して、圧縮ガスの冷却説明を行う。この冷却は、後述のように、レシーバタンク４２内の液冷媒の一部、またはレシーバタンク４２を出て後述の膨張弁４３に入るまでの液冷媒の一部が、後述のリキッドインジェクション回路５０Ａを介してスクロール圧縮要素１０２の中間圧部に戻り蒸発して圧縮ガスの冷却が行われ、揺動スクロール１１５は最終圧縮行程近傍に位置しているものとする。

図４に示す状態から揺動スクロール１１５が公転していくにしたがって、図５に示すように揺動スクロール１１５のラップ１２１にて閉塞されていた両インジェクション孔１４１、１４２は、中間圧縮部（圧縮空間１２５）へ開口する直前に位置する。このときは、高圧室（圧縮空間１２５）から吐出孔１１３への高温高圧の冷媒ガスの吐出が終了、若しくは、終了直前状態である。

更に揺動スクロール１１５が公転していくと、図６に示すように、両インジェクション孔１４１、１４２から揺動スクロール１１５のラップ１２１が離間し、両インジェクション孔１４１、１４２は、中間圧室（圧縮空間１２５）に開口する。このときは、後述のレシーバタンク４２内の液冷媒が後述のリキッドインジェクション回路５０Ａを介してスクロール圧縮要素１０２の中間圧部に戻り蒸発して圧縮ガスの冷却が行われる状態である。そして、更に揺動スクロール１１５が公転していくと、上記同様の動作を繰り返す。これによって、スクロール圧縮機１００の圧縮ガスの冷却が行われる。

本発明に係る超低温冷凍回路１を示す冷媒配管図の一つの実施例を図１に示している。スクロール圧縮機１００の高温高圧の吐出冷媒ガスの温度を検出する温度検知部６０は、吐出孔１１３から凝縮器４１へ導入されるまでの冷媒ガス温度を検知すればよく、その間のいずれかの箇所での冷媒の温度を検知する取り付けであればよい。このため、図１には、温度検知部６０は、スクロール圧縮機１００の出口である冷媒吐出管１４６から凝縮器４１の入り口までのホットガス冷媒路７１のホットガス冷媒の温度を検知する取り付けた構成を示し、また、図２には、温度検知部６０は、密閉容器１０１及びカバー１２７の上壁を貫通するパイプ１３６の先端部（下端部）に収容されており、吐出孔１１３から上方へ吐出される冷媒ガスの温度を検知する構成を示している。

図１において、スクロール圧縮機１００にて圧縮され、それぞれの吐出孔１１３から吐出マフラー室１２８及び吐出圧力空間１１１を経て冷媒吐出管１４６から吐出された高温高圧の冷媒ガス中にはオイルが混合されている。図１に示すように、スクロール圧縮機１００にて圧縮された高温高圧の冷媒ガスは、オイルセパレータ４０へ流入する。オイルセパレータ４０では流入した冷媒ガス中のオイルが分離され、オイルが分離された冷媒ガスは、オイルセパレータ４０の上部から凝縮器４１へ流入して放熱され凝縮される。この放熱によって温度低下（例えば略５０℃に低下）した液冷媒（一部にガス冷媒が混入している場合も含む）は、レシーバタンク４２へその上部から入り、レシーバタンク４２の底部に溜まった液冷媒がレシーバタンク４２の底部から出て過冷却器４１１にて過冷却されて温度が低下し（例えば、略４〜５℃に低下）、その過冷却された液冷媒は、膨張弁４３に流入して減圧膨張された後、蒸発器４４へ流入して蒸発することにより、スーパーショーケースや冷凍庫等の所定の超低温冷凍領域を−４０℃以下の所定の超低温に冷却する。そして、蒸発器４４を出た冷媒は、アキュムレータ４５を経由して再び冷媒導入管１４５よりスクロール圧縮要素１０２の吸込部へ吸い込まれて圧縮され、再び冷媒吐出管１４６ら吐出されて上記循環を繰り返すように動作する。

過冷却器４１１は、凝縮器４１に併設されており、凝縮用電動ファン４１Ａにて放熱される構成である。このため、レシーバタンク４２を出た液冷媒は、過冷却器４１１にて過冷却されることにより、冷凍能力の増加、及びスクロール圧縮機１００の運転による消費電力の低減を図ることができるものとなる。アキュムレータ４５は、後述の冷媒吸い込み路７０の吸い込み冷媒に含まれる液冷媒を溜めて、スクロール圧縮機１００へはガス冷媒が帰還するが液冷媒が帰還しないように気液分離するものである。

アキュムレータ４５は、スクロール圧縮機１００へ吸い込まれる冷媒中に液冷媒が含まれれば、その液冷媒を溜めて液冷媒が帰還しないようにして、スクロール圧縮機１００へはガス冷媒が帰還するように気液分離するものである。蒸発器４４は一つで示しているが、スーパーショーケースや冷凍庫等の所定の超低温冷凍領域が複数の場合は、それに応じて蒸発器４４が複数並列接続され、蒸発器４４ごとに 膨張弁４３が接続される構成となる。凝縮器４１及び過冷却器４１１は、空冷式または水冷式があり、空冷式の場合は凝縮用電動ファン４１Ａによって放熱される。また蒸発器４４で冷却された空気は、冷却用電動ファン４４Ａによってスーパーショーケースや冷凍庫等の所定の超低温冷凍領域を超低温に冷却する空気循環が行われる。なお、４７は循環する冷媒中のごみを取り除くフィルタと水分を吸着する乾燥剤を含むフィルタドライヤ、４８はストレーナ、４９は冷媒の流れを外部から目視するためのサイトグラスである。

図１において、本発明に係る超低温冷凍装置では、フロン４０４Ａの冷媒を使用して超低温を得ている。本発明の実施例では、スクロール圧縮機１００に対して、スクロール圧縮要素２の温度上昇を抑制するために、レシーバタンク４２の底部に溜まった液冷媒の一部が、リキッドインジェクション通路１４４からインジェクション孔１４１、１４２を通って、スクロール圧縮要素２の低圧部（低圧室）または中間圧部（中間圧室）へ導入するリキッドインジェクション回路５０Ａを備える。また、スクロール圧縮機１００の出口である冷媒吐出管１４６から凝縮器４１の入り口までのホットガス冷媒路７１のホットガス冷媒の一部を、蒸発器４４の出口からスクロール圧縮機１００のスクロール圧縮要素２の吸込口までの冷媒吸い込み路７０の吸い込み冷媒に合流させる冷媒供給路６８を設けている。

更に本発明に係る超低温冷凍装置は、図１に示すように、スクロール圧縮機１００に対して、オイルセパレータ４０の底部に溜まったオイルをスクロール圧縮機１００の底部のオイル溜め１６２へ戻すためのオイルリターン回路５２Ａを備えている。

リキッドインジェクション回路５０Ａは、そこを流れる液冷媒の流量を所定値に調整する流量調整弁５４Ａと、スクロール圧縮機１００の吐出冷媒ガス（即ち、ホットガス冷媒）の温度を検出するようにホットガス冷媒路７１に取り付けた温度検知部６０の検知に基づきリキッドインジェクション回路５０Ａを開く冷媒用電磁弁５５Ａが直列接続されている。図示の流量調整弁５４Ａは、ホットガス冷媒路７１に取り付けた温度検知部６０Ａの温度検知に応じてキャピラリチューブ５４Ａ１内のガスの体積膨張・収縮によって流量を調整する弁機構であるガス封入式流量調整弁であるが、これに替わって、温度検知部６０の温度検知に基づき後述の制御部６２の動作によって流量を調整する弁機構である電動式流量調整弁であってもよい。流量調整弁５４Ａに並列にキャピラリチューブ５８Ｐが接続されており、リキッドインジェクション回路５０Ａを流れる液冷媒が流量調整弁５４Ａとキャピラリチューブ５８Ｐの両方を流れることにより、流量調整弁５４Ａの流量制御範囲を変更することができるものである。

リキッドインジェクション回路５０Ａによる圧縮要素１０２の低圧部（低圧室）または中間圧部（中間圧室）への液冷媒の供給は、スクロール圧縮要素１０２の低圧部（低圧室）または中間圧部（中間圧室）よりもレシーバタンク４２内の圧力が高圧であることによる圧力差によって行なわれる。これによって、スクロール圧縮要素１０２の温度上昇が抑制される。なお、５９Ｃはストレーナを示す。また、ＳＶ２は、修理・点検・メンテナンス等のときに手動でリキッドインジェクション回路５０Ａを閉じることができるサービス用バルブであり、通常はリキッドインジェクション回路５０Ａを開いている。

冷媒供給路６８は、ホットガス冷媒路７１のホットガス冷媒の一部を、キャピラリチューブ６８Ｐ及び電磁弁構成のホットガス用開閉弁６８Ａの直列回路を介して冷媒吸い込み路７０の吸い込み冷媒に合流させている。図１に示す実施例では、実線のように、冷媒供給路６８の入り口は、ホットガス冷媒路７１のうち、スクロール圧縮機１００の出口である冷媒吐出管１４６からオイルセパレータ４０の入り口までのホットガス冷媒路に接続され、冷媒供給路６８の出口は、冷媒吸い込み路７０のうちの蒸発器４４の出口からアキュムレータ４５の入り口までの冷媒吸い込み路７０にＧＰ部で接続されている。

なお、図１に点線６８Ｙで示すように、冷媒供給路６８の入り口は、ホットガス冷媒路７１のうちオイルセパレータ４０の出口から凝縮器４１の入り口までのホットガス冷媒路に接続してもよく、またはオイルセパレータ４０内の上部のホットガス領域に接続してもよい。また、冷媒供給路６８の出口は、冷媒吸い込み路７０のうちのアキュムレータ４５の出口からスクロール圧縮機１００の冷媒導入管１４５までの冷媒吸い込み路７０の吸い込み冷媒に合流させるように接続してもよく、またはアキュムレータ４５内の上部のガス冷媒領域に接続してもよい。

オイルリターン回路５２Ａは、スクロール圧縮機１００の底部のオイル溜め１６２のオイルレベルを検知するオイルレベル検知部６１Ａの検知に基づき、オイルリターン回路５２Ａを開閉するオイル用電磁弁５７Ａを備える。オイルリターン回路５２Ａには、流れるオイルの流量を所定値に調整する流路抵抗を有するキャピラリチューブ５８Ａをオイル用電磁弁５７Ａの下流に設けることができる。

図７には、本発明に係る超低温冷凍装置の制御装置を示している。マイクロコンピュータ方式の制御部６２を備え、制御部６２の入力信号源として、温度検知部６０、オイルレベル検知部６１Ａ、スーパーショーケースや冷凍庫等の所定の超低温冷凍領域の温度を検出する温度センサ６３が接続され、更に、超低温冷凍装置の高圧部の圧力を検知するために、スクロール圧縮機１００の高圧部の圧力を検出するように吐出孔１１３、マフラー室１２８または吐出圧力空間１１１の吐出冷媒ガスの圧力を検知するように設けた高圧センサ６４、超低温冷凍装置の低圧部の圧力を検知するようにスクロール圧縮機１００の低圧部である低圧空間１１２の冷媒ガスの圧力を検知する低圧センサ６５、及び蒸発器４４の出口からスクロール圧縮機１００のスクロール圧縮要素２の吸込口までの冷媒吸い込み路７０の温度を検知する温度検知部６６等が接続されている。

高圧センサ６４は、スクロール圧縮機１００の吐出圧力が異常高圧になったとき、スクロール圧縮機１００の運転を停止するためのものであり、スクロール圧縮機１００の吐出圧力の所定の高圧を検知したとき制御部６２の動作によって、スクロール圧縮機１００の運転を停止する。このため、高圧センサ６４は、スクロール圧縮機１００から吐出され凝縮器４１へ導入されるまでの冷媒路の冷媒ガス圧力を検知するように、この冷媒路の配管のいずれか箇所の圧力を検知する取り付けであってもよい。また、低圧センサ６５は、スクロール圧縮機１００の吸入圧力（蒸発圧力）制御用センサであり、蒸発器４４の出口からスクロール圧縮機１００のスクロール圧縮要素２の吸入部までの冷媒吸い込み路７０のいずれかの箇所の圧力を検知する取り付けであればよい。

また、制御部６２の出力側には、温度センサ６３等の検出に基づきスクロール圧縮機１００の回転数制御を行うインバータ回路６７、流量調整弁５４Ａ、冷媒用電磁弁５５Ａ、オイル用電磁弁５７Ａ、膨張弁４３、凝縮用電動ファン４１Ａ、冷却用電動ファン４４Ａ、ホットガス用開閉弁６８Ａ等が接続されている。

上記の構成において、スクロール圧縮機１００が運転されることによって、冷媒吐出管１４６から高温高圧の冷媒ガスが吐出され、オイルセパレータ４０へ導入される。オイルの質量は冷媒ガスよりも大なるため、オイルセパレータ４０に導入された冷媒ガスとそれに含まれるオイルが分離され、オイルはオイルセパレータ４０の底部に溜まり、冷媒ガスはオイルセパレータ４０の上部から凝縮器４１へ流入して放熱され凝縮される。この放熱によって温度低下した（例えば略５０℃に低下）液冷媒（一部にガス冷媒が混入している場合も含む）は、レシーバタンク４２へその上部から入り、レシーバタンク４２の底部に溜まった液冷媒がレシーバタンク４２の底部から出て過冷却器４１１にて過冷却されて温度が低下し（例えば、略４〜５℃に低下）、その過冷却された液冷媒は、膨張弁４３に流入して減圧膨張された後、蒸発器４４へ流入して蒸発することにより、スーパーショーケースや冷凍庫等の所定の超低温冷凍領域を−４０℃以下の超低温に冷却する。そして、蒸発器４４を出た冷媒は、冷媒吸い込み路７０に設けたアキュムレータ４５を経由して再び冷媒導入管１４５よりスクロール圧縮要素２の吸込部へ吸い込まれて圧縮され、再び冷媒吐出管１４６から吐出されて上記循環を繰り返すように動作する。

本発明に係る超低温冷凍装置は、−４０℃以下の超低温、例えば−５０℃や−６０℃等に設定した設定温度で運転されるものであり、スクロール圧縮機１００の運転に基づく冷媒循環によって蒸発器４４の蒸発温度は低下し、冷却用電動ファン４４Ａの運転によって冷気循環が行なわれて、スーパーショーケースや冷凍庫等の食品貯蔵領域である所定の超低温冷凍領域の温度が低下し、−４０℃以下の設定した所定の超低温に冷却される。この冷却によって超低温冷凍領域の温度が設定した所定の下限温度に低下すると、この温度を温度センサ６３が検出することによって、制御部６２の動作に基づき一定速度回転のスクロール圧縮機１００の場合は、その運転を停止し、且つ凝縮用電動ファン４１Ａ及び冷却用電動ファン４４Ａの運転を停止する。また、スクロール圧縮機１００がインバータ制御方式の場合は、超低温冷凍領域の温度が低下する従ってスクロール圧縮機１００の回転数が低下し、所定の下限温度に低下した状態で、この温度を維持するようにスクロール圧縮機１００は低速回転数で運転される。この動作と共に、膨張弁４３の開度も制御部６２によって制御されると共に、凝縮用電動ファン４１Ａ及び冷却用電動ファン４４Ａの運転が制御される。

本発明に係る超低温冷凍装置は、上記のようにリキッドインジェクション回路５０Ａを備えている。これによって、スクロール圧縮機１００においては、温度検知部６０が所定の高温度を検知することにより、制御部６２の動作に基づいて冷媒用電磁弁５５Ａが開き、レシーバタンク４２の底部の液冷媒の一部がリキッドインジェクション回路５０Ａによって、インジェクション孔１４１、１４２からスクロール圧縮要素１０２の低圧部または中間圧部分へ供給され、スクロール圧縮要素１０２の温度上昇を抑制する。この場合、温度検知部６０の検知温度に応じた制御部６２の動作に基づいて、設定温度を超える温度差が大きい場合は液冷媒の流量が多く、設定温度を超える温度差が小さい場合は液冷媒の流量が少なくなるように、電動式流量調整弁５４Ａによる液冷媒の流量が所定値に調整される。このようなスクロール圧縮要素１０２の低圧部または中間圧部分への液冷媒の供給は、スクロール圧縮要素１０２の低圧部または中間圧部分よりもレシーバタンク４２内の圧力が高圧であることによる圧力差によって行なわれる。これによって、スクロール圧縮要素１０２の温度上昇が抑制される。

また、本発明に係る超低温冷凍装置は、上記のように、オイルリターン回路５２Ａを備えている。これによって、スクロール圧縮機１００の底部のオイル溜め１６２のオイルレベルを検知するオイルレベル検知部６１Ａが下限レベルを検知したことにより、制御部６２の動作に基づいてオイル用電磁弁５７Ａが開き、オイルセパレータ４０の底部に溜まったオイルが、キャピラリチューブ５８Ａにより所定流量に制限された状態で、オイルリターン回路５２Ａから密閉容器１内底部のオイル溜め１６２に供給され、オイル溜め１６２のオイル不足を解消する。このようなオイル溜め１６２へのオイルの供給は、密閉容器１内底部のオイル溜め１６２の圧力よりもオイルセパレータ４０内の圧力が高圧であることによる圧力差によって行なわれる。

また、本発明に係る超低温冷凍装置は、−４０℃以下の超低温、例えば−４５℃〜−６０℃のうちの設定温度で運転されるものであるが、蒸発器４４における過熱度が大きくなった場合や、膨張弁４３の動作不良により正常な絞り効果が得られない場合等では、蒸発器４４から冷媒吸い込み路７０を通ってスクロール圧縮機１００へ帰還する冷媒温度が規定値の範囲よりも大きく低下して、−５０℃以下になることがある。このような超低温冷媒が冷媒吸い込み路７０からスクロール圧縮機１００に帰還すれば、この冷媒吸い込み路７０に設けたアキュムレータ４５等の吸い込み側部品やスクロール圧縮機１００に使用されている材料がこの超低温に耐えられるような特殊な材料で構成されていない場合は、経時変化によってスクロール圧縮機１００が動作不良などの事態を招くようになる。

本発明はこのようなことを防止するために、上記のように冷媒供給路６８を設けている。これによって、蒸発器４４を出た冷媒温度が規定値（上記のように法規制された値、現時点では−５０℃）以下の低温度の冷媒がスクロール圧縮機１００へ継続して吸い込まれることを防止するために、蒸発器４４を出た冷媒温度が所定の冷凍温度に低下した状態で、スクロール圧縮機１００へ帰還する冷媒が、規定値（−５０℃）以下の温度状態で継続して吸い込まれることがないように昇温する。

このための一つの実施例として、スクロール圧縮機１００の運転によって、冷媒吸い込み路７０の冷媒温度が、規定値（本発明の実施例では−５０℃としている）に低下する前の所定温度（実施例では−４９℃）に低下したことを温度検知部６６が検出することにより、制御部６２の動作により、それまで閉じていた電磁弁６８Ａを開き、ホットガス冷媒路７１のホットガス冷媒の一部を、キャピラリチューブ６８Ｐ及びホットガス用開閉弁６８Ａの直列回路を有する冷媒供給路６８を通して、冷媒吸い込み路７０の吸い込み冷媒に合流させ、冷媒吸い込み路７０の冷媒温度を上昇させる。このようにホットガス冷媒が、冷媒供給路６８を通して冷媒吸い込み路７０の吸い込み冷媒に合流されるのは、冷媒供給路６８の入り口側と出口側の圧力差によって行なわれる。

このホットガス冷媒の混合によって上昇した温度は、温度検知部６６が検出するため、例えば、温度検知部６６が−４５℃に上昇したことを検出することにより、制御部６２の動作により、電磁弁６８Ａを閉じて冷媒供給路６８から冷媒吸い込み路７０へのホットガス供給を停止する。この停止の後に、再度冷媒吸い込み路７０の冷媒温度が規定値（−５０℃）未満の所定の冷凍温度（実施例では−４９℃）に低下したことを温度検知部６６が検出した場合は、上記同様にして冷媒供給路６８を通してホットガス冷媒の供給によって、スクロール圧縮機１００に対する安全な温度まで、冷媒吸い込み路７０の吸い込み冷媒の温度を上昇させることができるものとなる。

図１に示すように、温度検知部６６は、冷媒供給路６８の出口が冷媒吸い込み路７０に接続されるＧＰ部よりも下流側、即ち、スクロール圧縮機１００の冷媒導入管１４５寄りの部分において、冷媒吸い込み路７０の吸い込み冷媒の温度を検知するように取り付けられている。これによって、冷媒吸い込み路７０の吸い込み冷媒の温度状態の検知が的確となり、冷媒吸い込み路７０の吸い込み冷媒の温度が所定の低温になった状態で電磁弁６８Ａを開く制御と、冷媒供給路６８からのホットガス冷媒によって冷媒吸い込み路７０の吸い込み冷媒の温度が所定の温度に上昇した状態で、電磁弁６８Ａを閉じる制御が的確に行なえるものとなる。

上記において、ホットガス用開閉弁６８Ａが開く温度を、規定値（−５０℃）に近いが−５０℃未満の温度とし、例えば、−４５℃〜−４９℃の範囲の所定の温度を温度検知部６６が検知することにより、蒸発器４４を出た冷媒に冷凍装置のホットガス冷媒を混合させて、冷媒吸い込み路７０の吸い込み冷媒の温度を−５０℃よりも十分高い温度の冷媒とすることができる。これによって、冷媒吸い込み路７０に設けたアキュムレータ４５等の吸い込み側部品やスクロール圧縮機１００に使用されている材料が、規定値（−５０℃）以下の超低温に耐えられるような特殊な材料で構成されていない場合の保護ができるものとなる。なお、ホットガス用開閉弁６８Ａが開く温度を、規定値（−５０℃）からあまり離れすぎた温度とすると、無闇にホットガス冷媒による混合が行なわれることとなり、好ましくない。

図８には、本発明に係る超低温冷凍装置の第２実施例の冷媒配管図である。実施例１はホットガス冷媒の供給によって、冷媒吸い込み路７０の吸い込み冷媒の温度を安全な温度まで上昇させるものであるが、ホットガスのように温度の高い冷媒を利用しなくても吸い込み冷媒の温度を安全な温度まで上昇させ得る場合は、レシーバタンク４２のウォームガス冷媒を利用して、冷媒吸い込み路７０の吸い込み冷媒の温度を所定の温度に上昇させることができる。この方式が実施例２であり、以下にそれについて記載する。

上記実施例１と同様部分には同一符号付しており、その構成及び作用は実施例１と同様である。この図８の構成が図１の構成と異なるところは、冷媒供給路６８が、実施例１のホットガス冷媒供給に替わって、レシーバタンク４２内の上部に溜まったウォームガス冷媒の一部が、キャピラリチューブ６８Ｐ及びホットガス用開閉弁６８Ａの直列回路を有する冷媒供給路６８を通して、冷媒吸い込み路７０の吸い込み冷媒にＧＰで合流させ、冷媒吸い込み路７０の冷媒温度を上昇させる配管構成である。

このため、図８に示す実施例では、冷媒供給路６８の入り口は、レシーバタンク４２内の上部のウォームガス冷媒を導入する位置に接続され、冷媒供給路６８の出口は、冷媒吸い込み路７０のうちの蒸発器４４の出口からアキュムレータ４５の入り口までの冷媒吸い込み路にＧＰ部で接続されている。

このため、実施例１と同様に、冷媒吸い込み路７０の冷媒温度が規定値（−５０℃）未満の所定の冷凍温度（例えば−４９℃）に低下したことを温度検知部６６が検出することにより、制御部６２の動作によりそれまで閉じていた電磁弁６８Ａを開き、レシーバタンク４２内のウォームガス冷媒の一部をキャピラリチューブ６８Ｐ及びホットガス用開閉弁６８Ａの直列回路を有する冷媒供給路６８を通して、冷媒吸い込み路７０の吸い込み冷媒に合流させ、冷媒吸い込み路７０の冷媒温度を上昇させる。このようにウォームガス冷媒が、冷媒供給路６８を通して冷媒吸い込み路７０の吸い込み冷媒に合流されるのは、冷媒供給路６８の入り口側と出口側の圧力差によって行なわれる。

このウォームガス冷媒の混合によって上昇した温度は温度検知部６６が検出するため、例えば温度検知部６６が−４５℃に上昇したことを検出することにより、制御部６２の動作により、電磁弁６８Ａを閉じて冷媒供給路６８から冷媒吸い込み路７０へのウォームガス冷媒の供給を停止する。この停止の後に、再度冷媒吸い込み路７０の冷媒温度が規定値（−５０℃）未満の所定の冷凍温度、例えば−４９℃に低下したことを温度検知部６６が検出した場合は、上記同様にして冷媒供給路６８を通してウォームガス冷媒の供給によって、スクロール圧縮機１００等に対する安全な温度まで、冷媒吸い込み路７０の吸い込み冷媒の温度を上昇させることができる。

この実施例２においても、レシーバタンク４２を出た液冷媒は、過冷却器４１１にて過冷却されることにより、冷凍能力の増加、及びスクロール圧縮機１００の運転による消費電力の低減を図ることができるものとなる。

本発明に係るスクロール圧縮機は、上記実施例に示した構成に限定されず、内部高圧タイプの種々の形態のものにも適用できるものであり、本発明の技術範囲において種々の形態を包含するものである。

４０・・・・オイルセパレータ
４１・・・・凝縮器
４１１・・・過冷却器
４１Ａ・・・凝縮用電動ファン
４２・・・・レシーバタンク
４３・・・・膨張弁
４４・・・・蒸発器
４４Ａ・・・冷却用電動ファン
５０Ａ・・・リキッドインジェクション回路
５２Ａ・・・オイルリターン回路
５４Ａ・・・流量調整弁
５５Ａ・・・冷媒用電磁弁
５７Ａ・・・オイル用電磁弁
５８Ａ・・・キャピラリチューブ
６０・・・・温度検知部
６１Ａ・・・オイルレベル検知部
６２・・・・制御部
６３・・・・超低温冷凍領域の温度を検出する温度センサ
６４・・・・高圧センサ
６５・・・・低圧センサ
６６・・・・温度検知部
６７・・・・インバータ回路
６８・・・・冷媒供給路
６８Ａ・・・ホットガス用開閉弁
６８Ｐ・・・キャピラリチューブ
７０・・・・冷媒吸い込み路
７１・・・・ホットガス冷媒路
１００・・・スクロール圧縮機
１０１・・・密閉容器
１０２・・・スクロール圧縮要素
１０３・・・電動要素
１０５・・・回転軸
１０４・・・上支持フレーム（メインフレーム）
１１１・・・吐出圧力空間
１１３・・・吐出孔
１１４・・・固定スクロール
１１６・・・固定スクロールの鏡板
１１７・・・固定スクロールのラップ
１１５・・・揺動スクロール
１２０・・・揺動スクロールの鏡板
１２１・・・揺動スクロールのラップ
１２５・・・圧縮空間
１２７・・・カバー
１２８・・・吐出マフラー室
１４１・・・インジェクション孔
１４２・・・インジェクション孔
１４４・・・リキッドインジェクション通路
１６２・・・オイル溜め

Claims (6)

1. 縦型の密閉容器内に、電動要素と、前記電動要素によって駆動されるスクロール圧縮要素が収容され、前記スクロール圧縮要素の吸込口に連通した吸入管から吸い込んだ冷媒ガスを前記スクロール圧縮要素にて圧縮しつつ吐出ポートから前記密閉容器内に吐出し、この吐出される冷媒ガスを前記密閉容器外に吐出するスクロール圧縮機を備え、前記吐出される冷媒ガスが、オイルセパレータ、凝縮器、液冷媒を溜めるレシーバタンクを経て膨張弁にて減圧膨張された液冷媒を蒸発器で蒸発した後、再び前記吸入管から前記スクロール圧縮要素へ帰還する冷媒循環回路を形成した超低温冷凍装置において、前記スクロール圧縮機の出口から前記凝縮器の入り口までの冷媒路のホットガス冷媒を、前記蒸発器の出口から前記スクロール圧縮機の吸込口までの冷媒吸い込み路の吸い込み冷媒に合流させる冷媒供給路を設け、前記冷媒吸い込み路の冷媒温度が所定の冷凍温度に低下したとき前記冷媒供給路を開く開閉弁を設けたことを特徴とするスクロール圧縮機を備えた冷凍装置。
2. 縦型の密閉容器内に、電動要素と、前記電動要素によって駆動されるスクロール圧縮要素が収容され、前記スクロール圧縮要素の吸込口に連通した吸入管から吸い込んだ冷媒ガスを前記スクロール圧縮要素にて圧縮しつつ吐出ポートから前記密閉容器内に吐出し、この吐出される冷媒ガスを前記密閉容器外に吐出するスクロール圧縮機を備え、前記吐出される冷媒ガスが、オイルセパレータ、凝縮器、液冷媒を溜めるレシーバタンクを経て膨張弁にて減圧膨張された液冷媒を蒸発器で蒸発した後、再び前記吸入管から前記スクロール圧縮要素へ帰還する冷媒循環回路を形成した超低温冷凍装置において、前記レシーバタンクのウォームガス冷媒を、前記蒸発器の出口から前記スクロール圧縮機の吸込口までの冷媒吸い込み路の吸い込み冷媒に合流させる冷媒供給路を設け、前記冷媒吸い込み路の冷媒温度が所定の冷凍温度に低下したとき前記冷媒供給路を開く開閉弁を設けたことを特徴とするスクロール圧縮機を備えた冷凍装置。
3. 縦型の密閉容器内に、電動要素と、前記電動要素によって駆動されるスクロール圧縮要素が収容され、前記スクロール圧縮要素の吸込口に連通した吸入管から吸い込んだ冷媒ガスを前記スクロール圧縮要素にて圧縮しつつ吐出ポートから前記密閉容器内に吐出し、この吐出される冷媒ガスを前記密閉容器外に吐出するスクロール圧縮機を備え、前記吐出される冷媒ガスが、オイルセパレータ、凝縮器、液冷媒を溜めるレシーバタンク、このレシーバタンクから出た液冷媒を過冷却する過冷却器、及び膨張弁を経て、前記膨張弁で減圧膨張された液冷媒を蒸発器で蒸発した後、再び前記吸入管から前記スクロール圧縮要素へ帰還する冷媒循環回路を形成した超低温冷凍装置において、前記スクロール圧縮機の出口から前記凝縮器の入り口までの冷媒路のホットガス冷媒、またはレシーバタンクのウォームガス冷媒を、前記蒸発器の出口から前記スクロール圧縮機の吸込口までの冷媒吸い込み路の吸い込み冷媒に合流させる冷媒供給路を設け、前記冷媒吸い込み路の冷媒温度が所定の冷凍温度に低下したとき前記冷媒供給路を開く開閉弁を設けたことを特徴とするスクロール圧縮機を備えた冷凍装置。
4. 前記冷媒供給路には、流量制限用キャピラリチューブを介して前記開閉弁が配置されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のスクロール圧縮機を備えた冷凍装置。
5. 前記冷媒吸い込み路の冷媒温度を検出する温度検知部を設け、この温度検知部が所定の冷凍温度を検知したとき、制御部によって前記冷媒供給路を開く電磁弁で前記開閉弁を構成したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のスクロール圧縮機を備えた冷凍装置。
6. 前記所定の冷凍温度は、−５０℃に近づく−５０℃未満の温度であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のスクロール圧縮機を備えた超低温冷凍装置。

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