JPH0447192A - 極低温冷凍機の圧縮装置 - 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】 （Ｍ業上の利用分野） 本発明は、作動流体にヘリウムガスを用い、圧縮ガスの
異常温度上昇を抑制するため圧縮室内に油インジェクン
ａンを行うようにした極低温冷凍機の圧縮装置に関する
。

（従来の技術） 従来、実開昭５６−８５０８７号公報に開示され且つ第
３図に示すように、一対のスクロール（Ａ）（Ｂ）をも
つ圧縮要素（Ｃ）の吐出ライン（Ｈ）に、油分離器（Ｓ
）を介装して、該油分離器（Ｓ）と前記圧縮要素（Ｃ）
に開口する油性入口（Ｊ）との間に、減圧手段（Ｖ）を
もつ油インジェクシｅン管（Ｒ）を接続し、高低差圧を
利用して圧縮ガスに油を注入し、この注入油でガス冷却
を行い、吐出ガスと共に流出される前記注入油を油分屋
器（Ｓ）で分離して、再び注入口（Ｊ）を介して注入す
るようにしている。

（発明が解決しようとする課題） しかし、底部に油溜を備え、設入ガスを開放する低圧ド
ーム形のケーシング内に圧縮−要素を配設したものでは
、前記油分離器（Ｓ）と圧縮要素（Ｃ）との間で単に一
定量の油が循環するだけでなく、前記圧縮要素（Ｃ）に
は、油溜から油ポンプ等を介して各摺動部を潤滑した後
の油等、ケーシング内に浮遊する油分が吸入ガスと共に
取込まれるため、この吸入ガスと一緒に取込まれる油が
吐出ライン（Ｈ）に余分に吐出され、長時間運転後には
、前記油分離器（Ｓ）に溜る油量が増え、逆に、ケーシ
ング底部の油溜の油面が徐々に低下して、摺動部の潤滑
に必要な油が不足し、軸受部の焼付き等、圧縮機の運転
に重大な障害が発生する問題がある。

本発明の主な目的は、油インジェクションによるガス冷
却が行えながら、低圧ドームを構成するケーシング底部
の油溜の油面を適正に保ち、潤滑を保証して信頼性の向
上が図れる極低温冷凍機の圧縮装置を提供することにあ
る。

（課題を解決するための手段） そこで、本発明では、上記目的を達成するため、底部に
油溜（１）をもつ低圧ドーム形のケーシング（２）に、
油性入口（３）をもつ圧縮要素（４）を内装した極低温
冷凍機の圧縮装置であって、前記圧縮要素（４）の吐出
ライン（５）に油分離器（６）を設けて、この油分離器
（６）の底部と前記油性入口（３）との間を、油インジ
ェクション通路（７）で接続すると共に、前記油分離器
（６）の規定油面高さ位置に、前記油溜（１）に連通ず
る油戻し通路（８）を開口した。

第２に、上記構成で、油戻し通路（８）の減圧手段に、
オリフィス（９）を用いた。

第３に、油分離器を単段構成ではなく、圧縮要素（４）
の吐出ライン（５）に第１及び第２油分離器（８ａ）（
Ｅｌｂ）を直列に設けて、初段側の第１油分離器（６ａ
）の底部と油性入口（３）との間を、油インジェクシ６
７通路（７）で接続すると共に、前記第１油分離器（６
ａ）の規定油面高さ位置に、油溜（１）に連通ずる第１
油戻し通路（８ａ）を、又、前記第２油分離器（６ｂ）
の底部に、油溜（１）に連通ずる第２油戻し通路（８ｂ
）を各々開口した。

第４に、上記第３の構成で、第１油戻し通路（８ａ）の
減圧手段に、オリフィス（９）を、第２油戻し通路（８
ｂ）の減圧手段に、キャピラリーチューブ（１０）をそ
れぞれ用いた。

（作用） 油分離器（６）で分離された油は、油インジェクション
通路（７）を介して差圧により圧縮要素（４）に注入さ
れ、吐出ガスの冷却が行えると共に、ケー／ング（２）
内に浮遊する油分等が圧縮要素（４）内に取込まれて吐
出ライン（５）に流出される油量が増え、油分離器（６
）での分離油が増えても、該油分離器（６）に溜る油が
規定油面を越えると、過剰な油は、油戻し通路（８）を
介して油溜（１）に返され、油溜（１）での油面低下を
防止できる。

第２の手段によれば、オリフィスの特性上、その油量は
油の粘度のほぼ３分の１乗に比例して変化するのみで、
油の粘度即ち油温の変化による影響を受けにくく又、そ
の通過流速がヘリウムの音速を越えないため、油分離器
（６）の油面が低い場合にも、油戻し通路（８）を介し
て吐出ガスが吸入側へバイパスする量を低減できる。

第３の手段によれば、第１油分離器（６ａ）での分離油
は油インジェクシロン通路（７）を介して圧縮要素（４
）に注入され、又、第１油分離器（６ａ）に過剰に溜る
油及びこの第１油分離器（６ａ）では分離されずに第２
油分離器（６ｂ）で分離される油は、それぞれ第１及び
第２油戻し通路（８ａ）　　（８ｂ）を介して油溜（１
）に返され、２段階に油分離及びその油戻しが行える。

第４の手段によれば、第１油分離器（６ａ）から油溜（
１）への油戻しは、オリフィス（９）を介して行われる
ため、油の粘度による影響を低減できると共に、吐出ガ
スのバイパス量を低減できる。一方、第２油分離器（６
ｂ）での戻し油量は少なく、第２油戻し通路（８ｂ）に
は開口率の小さな減圧機構を用いれば足り、この場合に
、オリフィスではその穴径の微小加工が困難であるのに
対して、キャピラリーチューブ（１０）を用いたため、
該チューブ（１０）を小径にすることによりその開口率
を容易に小さくすることができ、第２油分離器（６ｂ）
と低圧側との連通面積を縮小できて、該第２油分離器（
６ｂ）からの吐出ガスのバイパス量も低減できる。

（実施例） 第１図において、（１００）はヘリウムガスを圧縮する
圧縮機本体であり、底部に油溜（１）をもつ低圧ドーム
形のケーシング（２）に、圧縮行程途中の圧縮室に開口
する油性入口（３）をもつスクロール形式の圧縮要素（
４）を内装している。前記圧縮要素（４）は、クランク
部（４１）及び駆動軸（４２）を介してモータ（４３）
に連動しており、吸入ライン（２０）を介してケーシン
グ（２）内に取込む低圧ガスを圧縮して、高圧ガスを吐
出ライン（５）に吐出するようにしている。又、駆動軸
（４２）の下部には定容積式等の油ポンプ（４４）を設
け、軸受（４５）（４Ｂ）等の摺動部分に給油するよう
にしている。

そして、前記高圧ライン（５）及び低圧ライン（２０）
に、各々サージアブソーバ（５１）及びサージボリウム
（２１）を接続すると共に、これらを介してヘリウム膨
張機等の極低温冷却機器（２００）を接続し、この冷却
機器（２００）のヒートステージに絶対温度数に〜数十
に程度の極低温を得るようにしている。尚、（２２）は
吸入フィルタである。

以上の構成で、前記吐出ライン（５）に、ファン（６２
ａ）を付設する空冷熱交換器（５２）を介して油分離器
（６）を接続し、この油分離器（６）の底部と前記油性
入口（３）との間を、フィルタ（７１）及びオリフィス
で構成する減圧手段（７２）をもつ油インジェクシロン
通路（７）で接続する。又、前記油分離器（６）の側壁
部における規定油面高さ位置に、前記油溜（１）に連通
ずる油戻し通路（８）を開口する。

前記油冷却器（６）の前段に設ける空冷熱交換器（５２
）は、そのガス冷却コイル（５２ｂ）に吐出ガスを流通
させ、吐出ガス並びにこの吐出ガス中に含まれる油を冷
却するようにしている。

又、この空冷熱交換器（５２）は前記油溜（１）の油の
冷却をも兼用するもので、その油冷却コイル（５２ｃ）
に油ポンプ（４４）で汲上げる油の一部を流通させると
共に、油戻しライン（４７）を吸入ライン（２０）に接
続して、この吸入ライン（２０）を介して再び前記油溜
（１）に油を返すようにしている。

前記油戻し通路（８）は、フィルタ（８１）及び減圧手
段を構成するオリフィス（９）を介装し、前記オリフィ
ス（９）の下流部を油戻しライン（４７）に接続し、該
油戻しライン（４７）及び吸入ライン（２０）を介して
、前記油溜（１）に連通させるようにしている。

以上の構成によれば、前記油分離器（６）で分！された
油は、油インジェクン日ン通路（７）を介して差圧によ
り圧縮要素（４）に注入され、吐出ガスを冷却できると
共に、ケーシング（２）内に浮遊する油分等が圧縮要素
（４）内に取込まれて吐出ライン（５）に流出される油
量が増え、油分離器（６）での分離油が増えても、該油
分離器（６）に溜る油が規定曲面を越えると、この過剰
な油は、前記油戻し通路（８）並びに、油戻しライン（
４７）及び吸入ライン（２０）を介して前記油溜（１）
に返されるため、該油溜（１）での油面低下を防止でき
、潤滑に必要な油量を確保できて信頼性の向上が図れる
のである。

又、前記油戻し通路（８）の減圧手段としてオリフィス
（９）を用いたから、オリフィスの特性上、その油量は
油の粘度のほぼ３分の１乗に比例して変化するのみで、
油の粘度即ち油温の変化による影響を受けに＜＜、安定
した油戻しが行えると共に、同じくオリフィスの特性上
、その通過流速がヘリウムの音速を越えることがないた
め、油分離器（６）の油面が低い場合にも、油戻し通Ｈ
（８）を介して吐出ガスが吸入側へバイパスする量を低
減することができる。

以上のものでは、油分離器（６）を１段だけ設けたが、
第２図に示すように、圧縮要素（４）の吐出ライン（５
）に、第１油分離器（６ａ）と第２油分離器（６ｂ）と
を直列に２段設けて、初段側の第１油分離器（６ａ）の
底部と前記圧縮要素（４）の油性入口（３）との間を、
油インジェクション通路（７）で接続すると共に、第１
油分離器（６ａ）の規定油面高さ位置に、油戻しライン
（４７）及び吸入ライン（２０）を介して油溜（１）に
連通ずる第１油戻し通路（８ａ）を、第２油分離器（６
ｂ）の底部に、同じく油戻しライン（４７）及び吸入ラ
イン（２０）を介して油溜（１）に連通ずる第２油戻し
通路（８ｂ）を各々開口させるようにしてもよい。

この場合には、第１油分離器（６ａ）で分離され、油イ
ンジェクシロン通路（７）を介して供給される油により
吐出ガスの冷却が行え、又、この第１油分離器（６ａ）
に過剰に溜る油及びこの第１油分離器（６ａ）では分離
されずに第２油分離器（６ｂ）で分離される油は、それ
ぞれ第１及び第２油戻し通路（８ａ）　　（８ｂ）を介
して油溜（１）に返すことができ、２段階の油分離及び
その油戻しにより、前記油溜（１）の油面を一層良好に
保つことができる。

又、この第２図に示す構成で、第１油戻し通路（８ａ）
の減圧手段に、オリフィス（９）を、第２油戻し通路（
８ｂ）の減圧手段に、キャピラリーチューブ（１０）を
それぞれ用いる。

これによれば、第１油分離器（６ａ）から油溜（１）へ
の油戻しは、オリフィス（９）を介して行われるため、
油の粘度による影響を低減できると共に、吐出ガスのバ
イパス量を低減することができる。一方、第２油分離器
（６ｂ）では、第１油分離器（６ａ）で分離されなかっ
た油を分離するものでその戻し油量は本来的に少なく、
第２油戻し通路（８ｂ）には開口率の小さな減圧機構を
用いれば足り、この場合に、オリフィスではその穴径の
微小加工が困難であるのに対して、前記キャピラリーチ
ューブ（１０）を用いたため、該チューブ（１０）を小
径にすることによりその開口率を容易に小さくすること
ができ、このため、第２油分離器（６ｂ）と低圧側との
連通面積を縮小でき、該第２油分離器（６ｂ）からの吐
出ガスのバイパス量を低減することができる。尚、特性
的に、キャピラリーチューブでは、その油量が油の粘度
にほぼ比例して変化するため、オリフィスを用いた場合
に比べて温度による影響を受は易いが、第２油分離器（
６ｂ）から戻す油量は本来少ないため、これが問題とな
ることはない。

（発明の効果） 以上、本発明では、圧縮要素（４）の吐出ライン（５）
に油分離器（６）を設けて、この油分離器（６）の底部
と油性入口（３）との間を、油インジェクション通路（
７）で接続すると共に、前記油分離器（６）の規定油面
高さ位置に、油溜（１）に連通ずる油戻し通路（８）を
開口したから、吐出ガスの冷却が行えると共に、油溜（
１）の油面を適正に保つことができ、潤滑を保証できて
信頼性の向上を図ることができる。

第２に、上記の構成で、油戻し通路（８）の減圧手段に
オリフィス（９）を用いたから、油溜（１）への油戻し
を油温に拘らず安定して行えると共に、油分離器（６）
から低圧側への吐出ガスのバイパス量を低減でき、性能
の低下を抑制することができる。

第３に、圧縮要素（４）の吐出ライン（５）に第１及び
第２油分離器（６ａ）　　（８ｂ）を直列に設けて、初
段側の第１油分離器（６ａ）の底部と油性入口（３）と
の間を、油インジェクシ日ソ通路（７）で接続すると共
に、前記第１油分離器（６ａ）の規定油面高さ位置に、
油溜（１）に連通ずる第１油戻し通路（８ａ）を、又、
前記第２油分離器（６ｂ）の底部に、油溜（１）に連通
ずる第２油戻し通路（８ｂ）を各々開口したから、吐出
ガスの冷却が行えると共に、２段階の油分離及び油戻し
により、油溜（１）の油面を一層良好に保つことができ
る。

第４に、上記第３の構成で、第１油戻し通路（８ａ）の
減圧手段にオリフィス（９）を、第２油戻し通路（８ｂ
）の減圧手段にキャピラリーチューブ（１０）をそれぞ
れ用いたから、第１油分離器（６ａ）からの油戻しを油
温に拘らず安定して行えると共に、第１及び第２油分離
器（６ａ）（８ｂ）双方につき、吐出ガスのバイパス量
を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る圧縮装置の第１実施例を示す配管
構成図、第２図は同第２実施例を示す配管構成図、第３
図は従来例の断面図である。 （１）・・・・油溜 （２）・・・・ケーシング （３）・・・・油性入口 （４）・・・・圧縮要素 （５）・・・・吐出ライン （６）・・・・油分離器 （７）・・・・油インジェクシ日ン通路（８）・・・・
油戻し通路 （９）・・・・オリフィス （１０）・・・・キャピラリーチューブ（６ａ）・・・
・第１油分離器 （６ｂ）・・・・第２油分離器 （８ａ）・・・・第１油戻し通路 （８ｂ）・・・・第２油戻し通路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）底部に油溜（１）をもつ低圧ドーム形のケーシン
   グ（２）に、油性入口（３）をもつ圧縮要素（４）を内
   装した極低温冷凍機の圧縮装置であって、前記圧縮要素
   （４）の吐出ライン（５）に油分離器（６）を設けて、
   この油分離器（６）の底部と前記油性入口（３）との間
   を、油インジェクション通路（７）で接続すると共に、
   前記油分離器（６）の規定油面高さ位置に、前記油溜（
   １）に連通する油戻し通路（８）を開口したことを特徴
   とする極低温冷凍機の圧縮装置。
2. （２）油戻し通路（８）の減圧手段に、オリフィス（９
   ）を用いている請求項１記載の極低温冷凍機の圧縮装置
   。
3. （３）底部に油溜（１）をもつ低圧ドーム形のケーシン
   グ（２）に、油性入口（３）をもつ圧縮要素（４）を内
   装した極低温冷凍機の圧縮装置であって、前記圧縮要素
   （４）の吐出ライン（５）に第１及び第２油分離器（６
   ａ）（６ｂ）を直列に設けて、初段側の第１油分離器（
   ６ａ）の底部と前記油性入口（３）との間を、油インジ
   ェクション通路（７）で接続すると共に、前記第１油分
   離器（６ａ）の規定油面高さ位置に、前記油溜（１）に
   連通する第１油戻し通路（８ａ）を、又、前記第２油分
   離器（６ｂ）の底部に、前記油溜（１）に連通する第２
   油戻し通路（８ｂ）を各々開口したことを特徴とする極
   低温冷凍機の圧縮装置。
4. （４）第１油戻し通路（８ａ）の減圧手段に、オリフィ
   ス（９）を、第２油戻し通路（８ｂ）の減圧手段に、キ
   ャピラリーチューブ（１０）をそれぞれ用いている請求
   項３記載の極低温冷凍機の圧縮装置。