JPH04203381A - ヘリウム用スクロール圧縮機の油注入機構 - Google Patents

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、ヘリウム冷凍装置、特に、ヘリウム液化用冷
凍装置に用いられる注油式スクロール圧縮機の油注入機
構に関する。

〔従来の技術〕

圧縮ガスの冷却のために圧縮ガス中に油を注入する。い
わゆる、油注入方式（油インジェクション方式）を採用
しているものでは、例えば、特開昭６１−１．１２７９
４号公報に開示されたように、密閉容器内を高圧状態に
保った密閉形スクロール圧縮機において、密閉容器底部
に貯留した高圧の油を注入油として用いている。また、
実開昭５６−８５０８７号公報に開示された例では、吐
出ラインに設けられた油分離器で分離される高圧の油を
注入油として用いている。これらの例では高圧と油注入
部の差圧を利用して油注入を行っている。

従来、ヘリウム冷凍装置に用いられる圧縮機は定格運転
周波数（５０Ｈｚまたは６０　Ｈｚ　）で連続運転し、
冷凍負荷が減少した場合吐出ガスの一部を吐出側（高圧
側）から吸入側（低圧側）へバイパスして対応していた
。これに対して、冷凍負荷に応じて、インバータにより
圧縮機運転周波数を制御することにより省エネルギを図
ることができる。ところで、ヘリウム液化用冷凍装置で
は、バッファタンクを設けて冷凍サイクル内のガス封入
量を調整し、運転中の低圧および高圧がほぼ一定になる
ように制御する。従って、油注入部の圧力も一定になり
、高圧と油注入部の差圧を利用して油注入を行っている
ため、運転周波数を変化させても油注入量はほぼ一定に
なる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述の従来技術では、高圧と油注入部の差圧を利用して
油を注入している為、運転周波数を変化させても油注入
量は一定に保たれる。このため、ヘリウムガス中に占め
る油の体積流量比は運転周波数が低い程大きくなる。こ
こで運転停止後、高圧は徐々に低下し、低圧は徐々に上
昇して同一の圧力になりバランスするが、バランスする
までは油注入部に油が注入され続けるので、運転周波数
が低い程油注入部に通じる圧縮室内に溜まる油の量が多
くなる。このため運転周波数が低い程、停止後の再起動
時に、圧縮室内で油圧縮現象を生じ易くなり、スクロー
ルラップ強度上の問題があった。

本発明の目的は運転周波数が低い場合では、停止後の再
起動時に圧縮室内で油圧縮現象を生じない信頼性の高い
ヘリウム用スクロール圧縮機の油注入機構を提供するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明では油注入ラインに
、圧縮機の回転数に比例して油注入量を制御する流量制
御手段を設けた。

〔作用〕

圧縮機の回転数に比例して油注入量を制御する流量制御
手段を油注入ラインに設けたので、運転周波数が低い場
合に油注入量を少なくすることができる。従って、運転
停止後、高圧と低圧がバランスして同一の圧力になるま
で油注入部に注入される油の量を少なくすることができ
るので、油注入部に通じる圧縮室内に溜まる油の量を少
なくすることができ、再起動時に油圧縮現象を生じない
信頼性の高いヘリウム用スクロール圧縮機の油注入機構
を提供することができる。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例を第１図及び第２図により説明
する。第１図は本発明に係る注油式密閉形スクロール圧
縮機の縦断面図及び注油系統図で、圧縮途中の圧縮室へ
注油する場合を示している。

図において、密閉容器１内の上方にはスクロール圧縮機
部２が、下方には電動機部３が収納されている。そして
、密閉容器１内は上部室１ａと電動機室１ｂとに区画さ
れている。スクロール圧縮機部２は固定スクロール部材
５と旋回スクロール部材６を互いに噛合せて圧縮室（密
閉空間）を形成している。

固定スクロール部材５は、円板状の鏡板５ａと、これに
直立し、インポリウド曲線、あるいは、これに近似の曲
線に形成されたラップ５ｂとからなり、その中心部に吐
出口１０、外周部に吸入ロアを備えている。旋回スクロ
ール部材６は円板状の鏡板６ａと、これに直立し、固定
スクロールのラップと同一形状に形成されたラップ６ｂ
と５鏡板の反ラツプ面に形成されたボス部６Ｃとからな
っている。フレーム１１は中央部に軸受部を形成し。

この軸受部に回転軸１４が支承され、回転軸先端の偏心
軸１４ａは、ボス６ｃに旋回運動が可能なように挿入さ
れている。また、フレーム１１には固定スクロール部材
５が複数本のボルトによって固定され、旋回スクロール
部材６はオルダムリングおよびオルダムキーよりなるオ
ルダム機構１２によってフレーム１１に支承され、旋回
スクロール部材６は固定スクロール部材５に対して、自
転しないで旋回運動をするように形成されている。

回転軸１４には下部に電動機軸１４ｂを一体に連接し、
電動機部３を直結している。固定スクロール部材５の吸
入ロアには密閉容器１を貫通して垂直方向の吸入管１７
が接続され、吐出口１０が開口している上部室１ａは通
路１８ａ、１８ｂを介して電動機室１ｂと連通している
。電動機室１ｂは密閉容器１を貫通する吐出管１９に連
通している。また電動機室１ｂの上部と下部とは、電動
機ステータ３ａと密閉容器１側壁との間の隙間２０及び
ステータ３ａとロータ３ｂとの隙間を介して連通してい
る。

また、旋回スクロール部材６の鏡板の背面には、フレー
ム１１で囲まれた空間２３（以下背圧室と呼ぶ）が形成
され、この背圧室には旋回スクロールの鏡板に穿設した
細孔６ｍを介し、吸入圧力と吐出圧力の中間の圧力が導
入され、旋回スクロール部材６を固定スクロール部材５
に押し付ける軸方向の付与力を与えている。

潤滑油２４は密閉容器１の底部に溜められており、この
油は密閉容器内の高圧圧力と、背圧室の中間圧力との差
圧により油吸上管１４ｄから吸上げられた後１回転軸１
４内の吸上孔１４ｃ内を上昇し、旋回軸受２５．主軸受
２６および補助軸受２７へ給油される。各軸受部へ給油
された油は背圧室２３を経てスクロールラップの圧縮室
へ注入された圧縮ガスと混合され、次いで吐出ガスと共
に上部室１ａへ吐出される。尚、２８は油２４の油面上
に配設されたホーミング防止板を示す。

密閉容器１の底部には、底部の油２４を器外へ取出す油
抽出管３０が開口している。また密閉容器１の上部には
、スクロール圧縮機部２の圧縮途中の圧縮室２ａへ油を
注入する油注入管３１が設けられている。この油注入管
３１は固定スクロール部材５の鏡板５ａに穿設したボー
ト３２を介して圧縮室２ａに連通している。

油抽出管３０と油注入管３１とは、油注入ライン３６に
より接続され、この油注入ラインには油冷却器３３と流
量制御機構３５が設けられている。

次に本実施例の作用について説明する。電動機ロータ３
ｂに直結した回転軸１４ｂが回転して偏心軸１４ａが偏
心回転すると、旋回軸受２５を介して旋回スクロール部
材６は旋回運動を行う。この旋回運動により、圧縮室２
ａを次第に中心に移動して容積が減少する。作動ガスは
吸入管１７から吸入ロアを経て吸入室２Ｃへ入ると共に
、軸受を潤滑した油が旋回スクロール部材６の外周部隙
間から吸入室２ｃへ流入して作動ガスに混入する。

油を含んだ作動ガスは圧縮室で圧縮されて吐出口１０か
ら上部室１ａへ吐出され、通路１８ａ。

１８ｂを通って電動機室１ｂへ流入する。実線の矢印は
作動ガスの流れを、破線の矢印は油の流れをそれぞれ示
している。狭い通路１８ａ、１．８ｂ＝７− から広い空間の電動機室１ｂに流入した作動ガスは、そ
の流速が息下に低下し、かつ流れ方向が変わるため、ガ
ス中に含まれる油の大部分が分離され、作動ガスは吐出
管１９内へ流出し、油は電動機ロータ外周部の隙間２０
を通って流下して密閉容器１底部に溜まる。密閉容器１
の底部に溜められた油２４は、密閉容器１内の圧力（吐
出圧力）と圧縮室２ａの圧力（吐出圧力以下の圧力）と
の差圧によって油抽出管３ｏから油注入ライン３６へ流
入し油冷却器３３へ至り、ここで、適宜、冷却された後
、流量制御機構３５を通り、油注入ライン３６．油注入
管３１及びボート３２を経て圧縮室２ａへ注入される。

圧縮室２ａに注入された油は、圧縮室内で作動ガスの冷
却作用及びスクロールラップ先端部等の摺動部を潤滑す
る役目を果す。そして、この油は作動ガスと共に圧縮さ
れた後、吐出口１０より上部室１ａへ吐出され、前述と
同様に、電動機室１ｂで作動ガスから分離して密閉容器
１の底部に溜まる。尚、各軸受２５゜２６．２７への給
油は、密閉容器１内の圧力と背−８＝ 圧室２３内の圧力（中間圧力）との差圧により、油吸上
管１４ｄ２回転軸１４ａ内の給油孔１４ｃを介して行わ
れる。

圧縮機電源取出し部３７はインバータ３８と電気的に接
続されており、インバータ３８で運転周数を変えれば、
回転軸１４の回転数を変えることができ、負荷に応じて
圧縮機から吐出されるヘリウムガス流量を容易に変える
ことができる。

第２図は、第１図の注油系統図で、油注入ライン３６に
設けた流量制御機構３５により、運転周波数に比例して
油注入量Ｑ　ｉ　ｎを制御した場合のヘリウムガス中に
占める油の体積流量比Ｘを示す。

第３図は、第１図の注油系統図で、油注入ライン３６に
流量制御機構を設けない場合の油注入量Ｑ　＋　ｎと油
の体積流量比を示す。

第２図と第３図を比べてわかるように、第２図のように
流量制御機構３５により運転周波数に比例して油注入量
ＱＩｎを制御することにより、運転周波数が低い場合に
油注入量を少なくすることができるので、運転停止後、
高圧と低圧がバランスし同一の圧力になるまで油注入部
に注入される油の量を少なくすることができ、油注入部
に通じる圧縮室（第１図の２ａ）内に溜まる油の量を少
なくすることができる。従って、再起動時に油圧縮現象
を生じないヘリウム用スクロール圧縮機の油注入機構を
提供することができる。

また、運転周波数が低い場合に油注入量ＱＩｎを少なく
できるので、油注入ラインの圧力脈動を小さくすること
ができ、圧縮機の振動及び騒音を低減することができる
。

第４図は本発明の他の実施例を示したもので、第２図と
異なる点は、第１図における流量制御機構として段階制
御流量制御機構を設けた場合を示す。第４図では油注入
量Ｑ　Ｉｎを３段階に制御する場合を示す。この場合も
第２図の流量制御機構のない場合と比べて明らかなよう
に、運転周波数が低い場合に油注入量を少なくすること
ができるので、運転停止後、高圧と低圧がバランスし同
一のの圧力になるまで油注入部に注入される油の量を少
なくすることができ、油注入部に通じる圧縮室内に溜ま
る油の量を少なくすることができる。従って、再起動時
に油圧縮現象を生じないヘリウム用スクロール圧縮機の
油注入機構を提供することができる。また、運転周波数
が低い場合に油注入量を少なくできるので、油注入ライ
ンの圧力脈動を小さくすることができ、圧縮機の振動及
び騒音を低減することができる。また、段階制御流量制
御機構は、第１図及び第２図に示す無段階制御の流量制
御機構より価格を低減することができる。

第５図は本発明の他の実施例を示したもので、第１図と
異なるのは流量制御機構として、電磁弁などの開閉弁３
９とキャピラリなどの減圧装置４ｏを直列に接続した管
路を複数個並列に油注入ライン３６に接続したものであ
り、第５図では三列設けている。この場合、周波数が低
くなると、開閉弁３９を１個閉路し、さらに低周波数に
なれば、開閉弁３９を二個閉路する。その場合の周波数
に対する油の体積流量比Ｘと油注入量ＱＩｎの変化は第
４図の段階制御流量制御機構を用いた場合と同様になる
。従って、この場合も、再起動時に＝１１− 油圧縮現象を生じないヘリウム用スクロール圧縮機の油
注入機構を提供することができ、信頼性を向上させるこ
とができると共に、圧縮機の振動及び騒音を低減できる
。さらに、段階制御流量制御機構を用いる場合に比へて
価格を低減することができる。

尚、前述した実施例は、いずれも圧縮室２ａに油を注入
する場合の効果を述べた、吸入管１７へ油を注入する場
合でも１本発明により前述と同様の効果を達成できる。

さらに、前述した実施例は、いずれも−本の油注入管３
１を介して油を注入する場合を述べたが、複数の油注入
管を介して圧縮室へ油を注入する場合でも本発明により
同様の効果を達成できる。

また、前述した実施例は、いずれも密閉容器底部に貯留
した高圧の油を注入油として用いたが、吐出ラインに設
けられた油分離器で分離した高圧の油を注入油として用
いても本発明により同様の効果を達成できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、油注入ラインに設けた流量制御機構に
より運転周波数に比例して油注入量髪制御することによ
り、運転周波数が低い場合に油注入量を少なくすること
ができるので、停止後の再起動時に油圧縮現象を生じな
いヘリウム用スクロール圧縮機の油注入機構を提供する
ことができる。

また、運転周波数が低い場合に油注入量を少なくできる
ので、油注入ラインの圧力脈動を小さくすることができ
、圧縮機の振動及び騒音を低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のスクロール圧縮機の注油系
統図、第２図は第１図の実施例における運転周波数に対
する油の体積流量比及び油注入量を示す説明図、第３図
は流量制御機構がない場合の運転周波数に対する油の体
積流量比及び油注入量を示す説明図、第４図は本発明の
他の実施例における運転周波数に対する油の体積流量比
及び油注入量を示す説明図、第５図は本発明の他の実施
例のスクロール圧縮機の注油系統図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．インバータにより回転数可変に制御され、高圧部の
   油を油冷却器を介して吸入管または圧縮途中の圧縮室へ
   注入するヘリウム用スクロール圧縮機において、 油注入ラインに、圧縮機の回転数に比例して油注入量を
   制御する流量制御手段を設けたことを特徴とするヘリウ
   ム用スクロール圧縮機の油注入機構。