JPH04301191A - 横型の密閉形スクロ−ル圧縮機 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ヘリウム冷凍装置に用
いられる横型の密閉形スクロール圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のヘリウム冷凍装置に用いられてい
るヘリウム用横型の密閉形スクロール圧縮機の構造は、
例えば、特開昭６１−２１２６８９号公報に記載のよう
に、密閉容器の側端部より反対側の側端部に向かって、
ガス吐出室と電動機室をフレ−ムで区画して形成すると
ともに両室の下方に油溜めを設け、前記旋回スクロール
を駆動するための前記電動機により駆動されるクランク
軸の軸心を水平方向に設定した横型方式の構成となって
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ヘリウム冷凍装置に用
いられるヘリウム用の密閉形スクロール圧縮機では、ガ
スと電動機などを冷却するため油インジェクション構造
がなされている。このインジェクション油量はヘリウム
循環流量に対して数十倍（質量流量）あるいは数百倍の
量となり、従来の空調用圧縮機に比べ、数百倍の量の流
量割合の油を噴射していることになる。この現象が極端
に生じるヘリウム用横型の密閉形スクロール圧縮機につ
いて説明する。上記従来技術は、図８に示すように吐出
室３２内の油３４ａの高さ（油面高さ）と電動機室３３
内の油３４ｂの高さ（油面高さ）とが大きく異なり、吐
出室３２内の油３４ａの高さは吐出穴２の周辺まで位置
していた。このような場合、ヘリウムガスは吐出室３２
内の油３４ａの中を吐出穴２から流出することになり、
いわゆる、ガスが油をたたくことになる。このため、吐
出室３２から比較的低い周波数レンジの音（騒音）を発
生する。この油面高さの差は、たとえば図９の従来例に
しめす冷凍．空調用途の横型のスクロ−ル圧縮機で実施
されているように、吐出穴２からガスとともに噴出され
吐出室３２に溜る油量に対して、吐出室３２内の油溜め
部と電動機室３３内の油溜め部３４とをつなぐ油通路（
２７など）が小さな半円弧状の通路形状等、通路面積が
充分大きくなかったことに起因している。冷凍、空調用
では、油の冷媒による希釈作用などで油の粘度が低下し
て、上記したような現象が発生しにくいという、両者の
用途の違いによる差があることが、実験で分かった。

【０００４】また、吐出室３２の横寸法Ｌ１が小型化の
ためチャンバ内径比でＬ１／Ｄｃ＝０．１３前後（Ｄｃ
はチャンバ内径のことをいう。）と比較的小さくしてい
るため、ガスの流動に伴う吐出脈動と上記吐出室３２内
での気柱共鳴などとが相関して更に強い音圧レベルの音
（騒音）を発生する。ヘリウム用横型の密閉形スクロー
ル圧縮機は、ヘリウム冷凍装置の中でも医療機器の分野
に用いられるなどして、圧縮機の騒音低減は、大きな技
術課題となる。また、吐出室３２内の油３４ａの高さ（
油面高さ）と電動機室３３内の油３４ｂの高さ（油面高
さ）とが大きく異なると、電動機室３３内の油３４ｂの
高さがさらに低下して、軸受部などに給油している給油
管２３への油が不足するといった圧縮機の信頼性が低下
するという課題にも派生する。

【０００５】本発明の目的は，ヘリウム冷凍装置に用い
られるヘリウム用横型の密閉形スクロール圧縮機、およ
び起動初期の過渡運転時には圧縮機内の温度が低いなど
の理由から、上記したヘリウム用途と類似な課題を抱え
ている冷凍、空調用途の横型の密閉形スクロール圧縮機
も対象とし、横型の密閉形スクロール圧縮機の騒音低減
とチャンバ内の油面を適正に管理して圧縮機全体の信頼
性を確保することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、吐出室３２ａの横寸法Ｌ２をチャンバ内
径比でＬ２／Ｄｃ＝０．２０から０．２５以上に設定し
たものである。

【０００７】又、吐出室でガス中から分離された油を隣
の電動機室の油溜り部にスム−スに移動せしめるため、
固定スクロ−ルとフレ−ムの下方外縁部に両室をつなぐ
油通路を、上記固定スクロ−ルとフレ−ムの上方外縁部
に設けたガス通路と同程度もしくはそれより広く設定す
るものである。

【０００８】

【作用】第１図から第６図に示すように、吐出室３２内
の油３４ａが電動機室３３内へ移動しやすくせしめるた
め、両室を連絡する油通路２７、５０をガス通路２６、
１５ｆと同程度もしくはそれより広く設定しているため
、吐出室３２内の油３４ａの高さ（油面高さ）と電動機
室３３内の油３４ｂの高さ（油面高さ）とを等しいレベ
ルにすることができる。したがって、吐出穴からでたヘ
リウムガスが油をたたくことがなくなる。

【０００９】又、吐出室３２の横寸法Ｌ２をチャンバ内
径比でＬ１／Ｄｃ＝０．２０前後と比較的大きくしてい
るため、ガスの流動に伴う吐出脈動と上記吐出室３２内
での気柱共鳴を回避することができる。このため、スク
ロール圧縮機全体として、大幅な騒音低減が図れる。ま
た、吐出室３２内の油３４ａの高さ（油面高さ）と電動
機室３３内の油３４ｂの高さ（油面高さ）とが同一レベ
ルになるので、軸受部などに給油している給油管２３へ
の送油が確実となり、上記した給油不足といった圧縮機
の信頼性低下に関する課題は解消される。

【００１０】

【実施例】本発明の一実施例を図１から図７により説明
する。図１は、本発明の横型の密閉形スクロ−ル圧縮機
の全体構成を示す縦断面図である。本圧縮機は、チャン
バ内が高温・高圧の雰囲気にある高圧チャンバ方式を適
用した横形の密閉形圧縮機である。

【００１１】図１において、密閉容器３１内の側端部の
右側に圧縮機部１００が、反対側の左側に電動機部１７
が収納されている。そして、作動ヘリウムガスを冷却す
るための油インジェクション配管４０に接続される油注
入機構をスクロ−ル圧縮要素部に備え、密閉容器３１の
側端部より反対側の側端部に向かって、ガス吐出室３２
（３２ａ）と電動機室３３をフレ−ム１５で区画して形
成するとともに、両室の下方に油溜め３４を設け、旋回
スクロール５を駆動するための前記電動機１７により駆
動されるクランク軸１９の軸心を水平方向に設定してい
る。

【００１２】圧縮機部１００は固定スクロール部材１と
旋回スクロール部材５を互に噛合せて圧縮室（密閉空間
）７を形成している。図３に示すように、固定スクロー
ル部材１は、円板状の鏡板１ａと、これに直立しインボ
リュート曲線あるいはこれに近似の曲線に形成されたラ
ップ１ｂとからなり、その中心部に吐出口２、外周部に
吸入口３を備えている。図３は油噴射孔１ｗを備えた固
定スクロール１の平面図を示す。スクロールラップは、
上記したようなインボリュート曲線で形成され、ラップ
巻き数が約４前後のものを一例として示している。 旋回スクロール部材５は円板状の鏡板５ａ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５ｂと、鏡板の反ラップ面に形成されたボス５ｃ
からなっている。旋回スクロール５の鏡板５ａには細穴
２９を設けており、これにより旋回スクロール５の鏡板
背面部に存する背圧室３６の圧力を吸入圧力と吐出圧力
との中間的圧力とし、旋回スクロール５を固定スクロー
ル１側に押圧する力を得ている。

【００１３】フレーム１５は中央部に軸受部を形成し、
この軸受部に回転軸１９が支承され、回転軸先端の偏心
軸２０は、上記ボス５ｃ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１５には固定スクロール部材
１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５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１０によってフレーム１５のキ−台座部１５
ｍに支承され、旋回スクロール部材５は固定スクロール
部材１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。

【００１４】図２から図５に示すように、固定スクロー
ル部材１の吸入口３、３ａには密閉容器３１を貫通して
エルボ構造の吸入管１１が接続され、吐出穴２が開口し
ている吐出室３２は固定スクロール部材１の上方外縁部
に設けたヘリウムガス用通路２６（２６ａ、２６ｂ）と
これと合致してフレ−ム１５側の上方外縁部に設けたヘ
リウムガス用通路１５（１５ｆ、１５ｈ）を介して電動
機室３３と連通している。この電動機室３３は密閉容器
３１の側端部３１Ｃ（７０）を貫通するエルボ構造の吐
出管１６に連通している。そして、固定スクロール部材
１の下方外縁部に設けた油用通路２７（２７ａ，２７ｂ
）とこれと合致してフレ−ム１５側の下方外縁部に設け
た油用通路５０（５０ａ、５０ｂ）を介して電動機室３
３側の油溜り部３４と連通している。なお、３４は密閉
容器底部の油溜りを示す。図中実線矢印はヘリウムガス
の流れ方向、破線矢印は油の流れ方向を示す。

【００１５】図１において、ガスと電動機などを冷却す
るための油インジェクション配管４０の構造をしめして
いる。両スクロール部材１、５で形成される圧縮室７に
油を注入できるよう油インジェクション配管４０には、
固定スクロール１の鏡板部１ａの歯溝部に油穴１ｗとつ
ながっている。密閉容器３１の電動機室３３側のサイド
カバ−３１ｃには、この室３３内の下部の油溜り３４か
ら油を取り出す下方にわん曲した油取りだし管６７ａが
油取りだし口６７を経て圧縮機外の油配管５１に接続さ
れており、この油配管５１は、油冷却器８０を介して絞
り部８１へ、そして密閉容器３１の圧縮機側のサイドカ
バ−３１ｂを貫通している前記油インジェクション配管
４０につながっている。ここで、密閉形の圧縮機でのガ
スと油の流れを簡単に説明する。ヘリウムガスは吸入管
１１より吸入室２２を経て直接スクロール圧縮要素部に
吸入され、スクロール部１、５の圧縮作用により、徐々
に圧力と温度が高められる。前記したように、このイン
ジェクション油量はヘリウム流量に対して数十倍（質量
流量）あるいは数百倍の量となり、相当多量の冷却油を
噴射している。ガスは前記噴射穴１ｗにより圧縮途中で
噴射された冷却油とともに固定スクロール１中心部の吐
出孔２から吐出室３２（３２ａ）に流出する。さらにガ
スは固定スクロール１上方の連通路２６、１５を介して
電動機室３３に流入し、吐出管１６から流出する。なお
、圧縮室でガスと混合した油（噴射用油と軸受用油）は
、ほとんど吐出室３２ａでガスから分離される。

【００１６】図１に示すように、吐出室３２ａの横寸法
Ｌ２をチャンバ内径比でＬ２／Ｄｃ＝０．２０前後の値
（ここで、Ｄｃはチャンバ内径をいう。）以上に設定し
ており、この室３２ａでの油分離効率が大きく向上する
ためである。そして、図３に示すように、吐出室３２ａ
内の油３４ａが電動機室３３内へ移動しやすくするため
両室をつなぐ油通路２７、５０をガス通路２６、１５と
同程度もしくはそれより広く設定する。油通路２７（２
７ａ）の幅ｍ２をガス通路２６ｂの幅ｍ１に対して図に
示すように、若干大きく設定している。実験的には、こ
れら油通路２７、５０の大きさとして、油の流速がおお
むね０．３Ｍ／Ｓ前後以下になるように決めるのが良い
。これは、両室の圧力差がほとんどなく、また油粘度が
比較的高いため、ヘリウム用としては大きな油通路を確
保する必要があるためである。こうすることによって、
分離された油３４ａは、電動機室３３側へスム−スに移
動して、図１や図２にも示すように、吐出室３２ａ内の
油３４ａの高さ（油面高さ）と電動機室３３内の油３４
ｂの高さ（油面高さ）とを等しいレベルにすることがで
きる。勿論、吐出穴２からでたヘリウムガスが油をたた
くことがなくなる。また、ガスの流動に伴う吐出脈動と
上記吐出室３２ａ内での気柱共鳴を回避することができ
る。このため、スクロール圧縮機全体として、大幅な騒
音低減が図れる。また、吐出室３２内の油３４ａの高さ
（油面高さ）と電動機室３３内の油３４ｂの高さ（油面
高さ）とが同一レベルになるので、旋回軸受部などに給
油している給油管２３への送油が確実となり、上記した
給油不足といった圧縮機の信頼性低下に関する課題は解
消される。また油インジェクション配管経路にも確実に
油がいきわたるようになる。

【００１７】図１に示すように、油溜り３４内の油３４
ｂは、上記したチャンバ側端部３１ｃの下端から再び機
外に導かれ、油冷却器８０を介して再度圧縮室７の方に
噴射される。回転軸１９には、各軸受部への給油を行な
うための中心横孔１３が回転軸１９内に図７の如く形成
される。２３は、回転軸１９と底部油溜り３４を連ねる
給油管である。潤滑油３４ｂの油溜り３４内に浸漬けさ
れた給油管２３の下端は高圧の吐出圧力Ｐｄを受けてお
り、一方、下流となる旋回軸受３９（図１参照。）及び
主軸受４６のまわりは、旋回スクロ−ル５の鏡板５ａに
設けた細孔２９により圧縮途中の圧力である中間圧力Ｐ
ｍを受けているため、（Ｐｄ−Ｐｍ）の圧力差によって
、容器底部の油溜り３４中の潤滑油３４ｂは上昇する。 このように、各軸受部への給油を概略差圧給油法によっ
て行なう。なお、本発明では、図１の実線で示したよう
に、チャンバ側端部のサイドカバ−３１ｂすなわちＬ１
／Ｄｃ＝０．１５前後のものであっても、油通路のみを
図３の如く設定しただけで上記した騒音低減とチャンバ
内の油面を適正に管理する作用と効果があることは勿論
のことである。

【００１８】図６は、図３などの油通路のみを拡大した
ものを適用した場合の吐出室３２まわりの構造を示す部
分断面図である。図６において、従来の空気調和機用で
は、ガスの流動にともなう圧力損失のため、両室３２、
３３の圧力関係がＰ１＞Ｐ２となり、差圧を利用して吐
出室から電動機室へ油が押し込まれる。これに対して、
ヘリウム用の場合、フロンガス冷媒に対して密度が小さ
いためガスの流動にともなう圧力損失は小さい。また、
インジェクション油量と軸受油量の総合油量は、空気調
和機用に比べて数十倍と多い。したがって重力で吐出室
３２から電動機室３３へ油を移動させるためには、上記
したように、下方の連通路（油通路）を大きくしなけれ
ばならない。このように、フロンガス冷媒を用いた空調
用途にくらべてヘリウム用に固有の特徴点がある。

【００１９】図７は、吐出室３２ａ内に固定スクロ−ル
１の吐出穴２の周囲に気柱共鳴型のサイレンサ７２を取
付けた実施例である。該サイレンサ７２の先端部は、吐
出油を逃す隙間７３を設け、一方円筒形の周上には適宜
な寸法と数の円孔７２ａを付けている。この円孔７２ａ
は、ガス通路と油通路であり、圧縮機の運転周波数に応
じて上記の径と数を決めるのがよい。本構成とすること
により、さらに圧縮機の騒音を大幅に低減できるので、
高品質の圧縮機とすることができる。

【００２０】また、ヘリウム用途の横型スクロ−ル圧縮
機を中心に説明をしてきたが、フロンガスを用いた冷凍
、空調用の横型スクロ−ル圧縮機に対しても、同様の類
似した作用と効果がある。すなわち、作動ガスとしてフ
ロンガスを用いた圧縮機で、この圧縮要素部には固定ス
クロール１と旋回スクロール５を備え、前記両スクロ−
ル１、５を内側にしてかみ合わせ、前記固定スクロ−ル
１を固定するフレ−ム１５と前記旋回スクロール５の鏡
板との間にオルダムキ−部とリング部とからなるオルダ
ム機構を備え、密閉容器３１の側端部より反対側の側端
部に向かって、ガス吐出室と電動機室をフレ−ム１５で
区画して形成するとともに両室の下方に油溜めを設け、
前記旋回スクロール５を駆動するための前記電動機によ
り駆動されるクランク軸の軸心を水平方向に設定した横
型の密閉型スクロ−ル圧縮機において、吐出室でガス中
から分離された油を隣の電動機室の油溜り部にスム−ス
に移動せしめるため、固定スクロ−ル１とフレ−ム１５
の下方外縁部に両室をつなぐ油通路を、上記固定スクロ
−ル１とフレ−ム１５の上方外縁部に設けたガス通路と
同程度の広さに設定したことを特徴とする冷凍、空調用
に用いられる横型スクロール圧縮機である。

【００２１】

【発明の効果】本発明の横型の密閉形スクロ−ル圧縮機
は、吐出室３２ａの横寸法Ｌ２をチャンバ内径比でＬ２
／Ｄｃ＝０．２０から０．２５以上に設定しているので
、吐出穴からでたヘリウムガスが油をたたくことがなく
なるため、圧縮機の騒音を大幅に低減できるので、高品
質の圧縮機を提供できる効果がある。

【００２２】又、吐出室でガス中から分離された油を隣
の電動機室の油溜り部にスム−スに移動せしめるため、
固定スクロ−ルとフレ−ムの下方外縁部に両室をつなぐ
油通路を、上記固定スクロ−ルとフレ−ムの上方外縁部
に設けたガス通路と同程度もしくはそれより広く設定し
ているので、ガスの流動に伴う吐出脈動と上記吐出室３
２内での気柱共鳴を回避することができ、また、吐出室
３２内の油３４ａの高さ（油面高さ）と電動機室３３内
の油３４ｂの高さ（油面高さ）とが同一レベルになるの
で、チャンバ内の油面を適正に管理し、また油の移動を
スム−スにすることにより循環油による圧縮機全体への
冷却効果が高まり、圧縮機の信頼性を確保することがで
きる、吐出室の容積がふえてチャンバ内に溜められる油
の量をさらに増加できるので、運転中での油面変化が小
さくなり、圧縮機の信頼性面でさらに有利となる、吐出
室での油分離作用が大きく改善されて、チャンバ外へ流
出する油の量をより低下せしめることができ、圧縮機全
体の信頼性がさらに向上する効果がある。

【００２３】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である全体構成を示す横型の
密閉形スクロ−ル圧縮機の縦断面図である。

【図２】吐出室３２ａまわりの構造を示す部分断面図で
ある。

【図３】固定スクロ−ル１の実施例を示す平面図である
。

【図４】フレ−ム１５の実施例を示す平面図と縦断面図
である。

【図５】フレ−ム１５の実施例を示す平面図と縦断面図
である。

【図６】吐出室３２ａまわりの構造を示す部分断面図で
ある。

【図７】本発明の他の実施例を示す図で、吐出室３２ａ
まわりの構造を示すを示す部分断面図である。

【図８】吐出室３２まわりの構造を示す部分断面図であ
る。

【図９】従来技術の例を示す図で、冷凍用途などフロン
冷媒における固定スクロ−ルを示す平面図である。

【符号の説明】

１…固定スクロ−ル、２…吐出穴、５…旋回スクロ−ル
、１７…電動機、３３…電動機室、３６…背圧室、３４
…油溜り、３４ａ…油、３２…吐出室、２６…ガス通路
、２７…油通路、５０…油通路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮要素部となる固定スクロールと旋回ス
   クロールを備え、前記両スクロ−ルを内側にしてかみ合
   わせ、前記固定スクロ−ルを固定するフレ−ムと前記旋
   回スクロールの鏡板との間にオルダムキ−部とリング部
   とからなるオルダム機構を備え、作動ヘリウムガスを冷
   却するための油インジェクション配管に接続される油注
   入機構をスクロ−ル圧縮要素部に備え、密閉容器の側端
   部より反対側の側端部に向かって、ガス吐出室と電動機
   室をフレ−ムで区画して形成するとともに両室の下方に
   油溜めを設け、前記旋回スクロールを駆動するための前
   記電動機により駆動されるクランク軸の軸心を水平方向
   に設定した横型の密閉型スクロ−ル圧縮機において、前
   記吐出室でガス中から分離された油を隣の電動機室の油
   溜り部にスム−スに移動せしめるため、前記固定スクロ
   −ルとフレ−ムの下方外縁部に両室をつなぐ油通路を、
   上記固定スクロ−ルとフレ−ムの上方外縁部に設けたガ
   ス通路と同程度もしくはそれより広く設定したことを特
   徴とする横型の密閉形スクロール圧縮機。
2. 【請求項２】吐出室３２ａの横寸法をＬ２とし、チャン
   バ内径をＤｃとした時、その比Ｌ２／Ｄｃを０．２以上
   に設定した請求項１に記載の横型の密閉形スクロール圧
   縮機。
3. 【請求項３】吐出室３２内に固定スクロ−ルの吐出穴の
   周囲に円筒形の気柱共鳴型のサイレンサを取付け、該サ
   イレンサの先端部には、吐出油を逃す隙間を設けるとと
   もに、前記円筒形の周上には適宜な寸法と数の円孔を設
   けてなる請求項１又は２に記載の横型の密閉形スクロー
   ル圧縮機。