JP2002295381A

JP2002295381A - ヘリウム用横形スクロール圧縮機

Info

Publication number: JP2002295381A
Application number: JP2001099216A
Authority: JP
Inventors: Masao Shiibayashi; 正夫椎林; Yasushi Izunaga; 康伊豆永; Katsuaki Yano; 勝章矢野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2002-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】ヘリウム用密閉形スクロール圧縮機におい
て、電動機部の冷却と油上がり低減の両面で効果のある
信頼性の高いヘリウム用横形スクロール圧縮機を提供す
ることにある。【解決手段】本発明は、作動ガスとしてヘリウムガス
を使用したヘリウム用横形スクロール圧縮機において、
電動機の冷却と油上がり低減の両面で効果のあるガス流
方向変更手段を固定スクロールの吐出口に備えたことを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍サイクルを用
いるヘリウム用横形スクロール圧縮機に係り、作動ガス
としてヘリウムガスを用いる超高真空分野のクライオポ
ンプ装置用ヘリウム圧縮機等に使用される密閉式のヘリ
ウム用横形スクロール圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の密閉式のヘリウム用スクロール圧
縮機において、その密閉容器内を高圧状態に保っている
高圧チャンバ方式のスクロール圧縮機としては、例えば
特開平６−３４６８６４号公報に開示されたものがあ
る。

【０００３】上記従来技術は、密閉容器内で固定スクロ
ールの吐出口から配管にて直接電動機の近くまで吐出ガ
スと潤滑油の混合体を導き、電動機冷却を図った公知例
である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
知例では、圧縮機内部に複雑な曲がりの有る配管を配置
する構造となっているため、組立性に問題点があった。
また、吐出ガスと潤滑油の混合体の全量を直接電動機付
近に導いているため、電動機本体の冷却には効果はある
が、電動機室での油上がりが大きく増加するため、圧縮
機底部の油量が不足して、軸受部への給油量不足を招
き、ひいては軸受部の損傷事故にいたるという問題点も
あった。

【０００５】本発明の目的は、上記のような従来技術の
問題点を解決し、電動機冷却と油上がりの低減という両
面で効果のある信頼性の高いヘリウム用横形スクロール
圧縮機を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明によるヘリウム用横形スクロール圧縮機
は、特許請求の範囲の各請求項に記載されたところを特
徴とするものであるが、独立発明としての請求項１に係
るヘリウム用横形スクロール圧縮機は、密閉容器内に、
スクロール圧縮機部と電動機部を収納すると共に、前記
スクロール圧縮機部は円板状鏡板に渦巻状のラップを直
立する固定スクロールと旋回スクロールとをラップを互
いに内側にしてかみ合わせ、旋回スクロールを回転軸に
連設する偏心機構に係合し、旋回スクロールを自転する
ことなく固定スクロールに対し旋回運動させ、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を密
閉容器の側キャップを貫通して前記固定スクロールの鏡
板部に設けた油注入用ポートに接続する油注入機構を備
え、密閉容器の側端部より反対側に向かって、吐出室と
電動機室をフレームで区画して形成するとともに両室の
下方に油溜め部を設け、固定スクロールには中心部に開
口する吐出口と外周上方部に開口する吸入口を設け、吸
入口よりガスを吸入し、両スクロールにて形成される圧
縮室を中心に移動させ容積を減少してガスを圧縮し、吐
出口より圧縮ガスを吐出室内に吐出し、さらに上方部の
前記フレームの上端部と前記密閉容器との間に設けた連
通路を介し電動機室に至り、次に吐出管を介し器外にガ
スを吐出し、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芯を水平方向に
設置したヘリウム用横形スクロール圧縮機において、前
記吐出口に、前記吐出口に対して上方向と水平方向にガ
ス流を分配できるガス流方向分流手段を備えたことを特
徴とするするものである。

【０００７】同じく、独立発明としての請求項２に係る
ヘリウム用横形スクロール圧縮機は、密閉容器内に、ス
クロール圧縮機部と電動機部を収納すると共に、前記ス
クロール圧縮機部は円板状鏡板に渦巻状のラップを直立
する固定スクロールと旋回スクロールとをラップを互い
に内側にしてかみ合わせ、旋回スクロールを回転軸に連
設する偏心機構に係合し、旋回スクロールを自転するこ
となく固定スクロールに対し旋回運動させ、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を密閉
容器の側キャップを貫通して前記固定スクロールの鏡板
部に設けた油注入用ポートに接続する油注入機構を備
え、密閉容器の側端部より反対側に向かって、吐出室と
電動機室をフレームで区画して形成するとともに両室の
下方に油溜め部を設け、固定スクロールには中心部に開
口する吐出口と外周上方部に開口する吸入口を設け、吸
入口よりガスを吸入し、両スクロールにて形成される圧
縮室を中心に移動させ容積を減少してガスを圧縮し、吐
出口より圧縮ガスを吐出室内に吐出し、さらに上方部の
前記フレームの上端部と前記密閉容器との間に設けた連
通路を介し電動機室に至り、次に吐出管を介し器外にガ
スを吐出し、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芯を水平方向に
設置したヘリウム用横形スクロール圧縮機において、前
記吐出口に、前記吐出口に対して上方向と水平方向にガ
ス流を分配できるガス流方向分流手段を設けるととも
に、前記吐出室内の底部に溜まった油を前記電動機室側
の底部に移動可能な油通路を前記フレーム下端部と前記
密閉容器内壁面とにより形成し、前記油通路面積Ｓのヘ
リウム用横形スクロール圧縮機の行程容積Ｖthに対する
比を、Ｓ／Ｖth＝０．０３〜０．０５ここで、Ｓ：油通路面積（ｃｍ²）Ｖth：ヘリウム用横形スクロール圧縮機の行程容積（ｃ
ｍ³／ｒｅｖ）の範囲に設定したことを特徴とするもの
である。

【０００８】同じく、独立発明としての請求項３に係る
ヘリウム用横形スクロール圧縮機は、密閉容器内に、密
閉容器内に、スクロール圧縮機部と電動機部を収納する
と共に、前記スクロール圧縮機部は円板状鏡板に渦巻状
のラップを直立する固定スクロールと旋回スクロールと
をラップを互いに内側にしてかみ合わせ、旋回スクロー
ルを回転軸に連設する偏心機構に係合し、旋回スクロー
ルを自転することなく固定スクロールに対し旋回運動さ
せ、作動ヘリウムガスを冷却するための油インジェクシ
ョン配管を密閉容器の側キャップを貫通して前記固定ス
クロールの鏡板部に設けた油注入用ポートに接続する油
注入機構を備え、密閉容器の側端部より反対側に向かっ
て、吐出室と電動機室をフレームで区画して形成すると
ともに両室の下方に油溜め部を設け、固定スクロールに
は中心部に開口する吐出口と外周上方部に開口する吸入
口を設け、吸入口よりガスを吸入し、両スクロールにて
形成される圧縮室を中心に移動させ容積を減少してガス
を圧縮し、吐出口より圧縮ガスを吐出室内に吐出し、さ
らに上方部の前記フレームの上端部と前記密閉容器との
間に設けた連通路を介し電動機室に至り、次に吐出管を
介し器外にガスを吐出し、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芯
を水平方向に設置したヘリウム用横形スクロール圧縮機
において、前記電動機の冷却と前記密閉容器内の油上り
量低減との両面で効果のある、ガス流を上方向に導くガ
ス流方向変更手段を、前記吐出口に設けるとともに、前
記吐出室内の底部に溜まった油を前記電動機室側の底部
に移動可能な油通路を前記フレーム下端部と前記密閉容
器内壁面とにより形成し、前記油通路面積Ｓのヘリウム
用横形スクロール圧縮機の行程容積Ｖthに対する比を、Ｓ／Ｖth＝０．０３〜０．０５ここで、Ｓ：油通路面積（ｃｍ²）Ｖth：ヘリウム用横形スクロール圧縮機の行程容積（ｃ
ｍ³／ｒｅｖ）の範囲に設定したことを特徴とするもの
である。

【０００９】

【作用】図１及び図２に示す実施例を参照しつつ本発明
の作用を説明する。ヘリウム用横形スクロール圧縮機の
電動機冷却を促進するため、固定スクロール５の吐出口
１０からの吐出ガスの流れを上方向に向けるガス流方向
変更手段１２５として、方向変更用ブロック構造を設け
る。図１は、横形圧縮機構造のヘリウム用として適正な
電動機冷却構造を検討し実用化したものである。ヘリウ
ムガスと潤滑油２４の強制混合流により電動機部３を冷
却するため、電動機室２ｄ側に潤滑油２４を適正量送り
込むことを狙った上記方向変更用ブロック構造を固定ス
クロール５の吐出口１０に取付けている。

【００１０】また、吐出室２ａ内で分離された潤滑油２
４は、フレーム１１下端の比較的広い通路を確保してい
るので、吐出室２ａ内での異常な油溜り現象がなくな
り、吐出空間をより広く保てるため、吐出室２ａ内で対
向する側キャップ１ａ壁面との衝突が生じ、ヘリウム用
横形スクロール圧縮機は吐出室２ａでのヘリウムガス中
の潤滑油を効率よく分離できる作用が得られ、該油通路
１１ｇ、１１ｋ（不図示）を経て電動機室２ｄ側にスム
ースに移動できる。電動機室２ｄ下端の潤滑油２４は、
油取出管３０と油出口配管５１にて外部に導かれる。上
記構成の組み合わせにより電動機部３の冷却ひいては、
フレーム１１自体の冷却効果及び密閉容器１全体の油分
離作用が、吐出室２ａ及び電動機室２ｄの二段階の油分
離機能で発揮できるようになるものである。

【００１１】ヘリウム用横形スクロール圧縮機の場合、
油インジェクションをして強制的に電動機等、圧縮機全
体を冷却している。７．５ｋＷ、９ｋＷの大形スクロー
ル圧縮機として、横形構造としており、従来の構造のま
まヘリウム用に適用した場合、吐出口１０からヘリウム
ガスと共に吐出されたインジェクション用油は側キャッ
プ１ａに衝突分離して下方に落下する。これは、ヘリウ
ムガスの比重量が小さく潤滑油２４を運ぶエネルギーが
小さいためである。これに対し、本発明は、流れを上向
きに変えるガス流方向変更手段１２５を設けて、潤滑油
２４が電動機室２ｄまで到達しやすくした構造にしてい
る。

【００１２】なお、図１は、ガス流方向変更手段１２５
を付けた場合の圧縮機内のヘリウムガスを実線で潤滑油
２４を破線でその流れを示している。ヘリウムガスと潤
滑油２４の混合流は、該ガス流方向変更手段１２５によ
り上側に吐出され、側キャップ１ａに衝突し、内壁面の
曲面に沿って上昇し、混合流の約５０％〜６０％は、フ
レーム１１の上端部とケーシング１ｂ間に設けられた連
通路１８ａを経て、電動機部３のエアギャップ等の隙間
を流れ、電動機を冷却する。

【００１３】このガス流方向変更手段１２５構造の効果
については、電動機巻線部の温度分布の計測を実施し
て、本構造が巻線部の温度分布のバラツキが小さいこ
と、及び吐出ガス温度Ｔｄと電動機巻線温度Ｔｍとの温
度差が、過負荷運転条件において従来例では３５℃前
後、本発明では２５℃前後となり、より小さくなってい
ることを確認している。すなわち、電動機巻線温度Ｔｍ
がより低くなっていることを意味する。

【００１４】なお、吐出室２ａで分離された潤滑油２４
はフレーム１１下端の油通路１１ｇ，１１ｋ（不図示）
を経てスムースに電動機室２ｄ側に移動する。電動機室
２ｄ下端の潤滑油２４は、取出管３０、油出口配管５１
にて外部に導かれる。このように、密閉容器１内のガス
と潤滑油２４の流れを適正化できる本発明の構造とする
ことにより、吐出ガス温度Ｔｄに対してインジェクショ
ン用として圧縮機の機外に導かれる油出口配管５１内の
油出口温度ＴｃｏがＴｄ＜Ｔｃｏの温度関係になり、吐
出ガス温度Ｔｄをより低くすることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明のヘリウム用横形ス
クロール圧縮機に係る実施例を図１ないし図１４によっ
て詳細に説明する。図１は、本発明の横形構造における
注油式密閉形のヘリウム用横形スクロール圧縮機の一実
施例を示す縦断面図である。配管接続は、ロー付け方式
の例を示す。

【００１６】図１に示すように、作動ガスがヘリウムガ
スであり、該作動ヘリウムガスを冷却するための油イン
ジェクション管３１を密閉容器１の側キャップ１ａを貫
通して固定スクロール５の鏡板部５ａに設けた油注入用
ポート２２に接続し、該油注入用ポート２２の開口部
は、旋回スクロール６のラップ６ｂの歯先面に対向して
開口している。

【００１７】密閉容器１内の吸入管１７側にはスクロー
ル圧縮機部４が、反対側には電動機部３が収納されてい
る。そして、密閉容器１内は、フレーム１１をはさんで
吐出室２ａと電動機室２ｄとに区画されている。スクロ
ール圧縮機部４は、固定スクロール５と旋回スクロール
６を互いに噛み合せて密閉空間である圧縮室８を形成し
ている。

【００１８】本スクロール圧縮機部４は、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管３１を密閉
容器の側キャップ１ａを貫通して前記固定スクロール５
の鏡板部５ａに設けた油注入用ポート２２に接続する油
注入機構を備えている。また密閉容器の側キャップ１ａ
より反対側に向かって、吐出室２ａと電動機室２ｄとを
フレーム１１で区画して形成するとともに両室の下方に
油溜め部を設けている。

【００１９】フレーム１１は中央部に円筒ころがり軸受
である主軸受２６を形成し、この軸受にクランク軸とし
ての回転軸８２が支承され、回転軸８２先端の偏心軸８
２ａは、ボス部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５が複
数本のボルトによって固定され、旋回スクロール６は、
オルダムリング及びオルダムキーよりなるオルダム機構
１４によってフレーム１１に支承され、旋回スクロール
６は、固定スクロール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。

【００２０】回転軸８２には、スクロール圧縮機部４と
反対方向に電動機軸８２ｂを一体に連設し、電動機部３
を直結している。固定スクロール５の吸入口１５には、
密閉容器１を貫通して垂直から水平方向にのびる吸入管
１７が接続され、一方吐出口１０が開口し、その出口に
ガス流方向変更手段１２５を設置している。該ガス流の
上方向出口先端部１２５ｂが、密閉容器１の側キャップ
１ａの内壁面の曲面部１ｋ（図２参照）に対向するよう
に設けている。

【００２１】これにより該ガス流方向変更手段１２５の
ガス流の上方向出口先端部１２５ｂから流出したヘリウ
ムガスと潤滑油２４の混合流が、上記側キャップ１ａに
衝突し内壁面１ｋの曲面に沿って上昇し、フレーム１１
の上端部と密閉容器１との間に設けた連通路１８ａ，１
８ｂを経て、電動機室２ｄ側にスムースに移送するもの
である。図２において、ガス流方向変更手段１２５のガ
ス流の上方向出口先端部１２５ｂと軸心との間の寸法Ｌ
１の密閉容器１半径Ｒｃに対する比がＬ１／Ｒｃ＝０．１５〜０．４の範囲内にあるガス流方向変更手段１２５を備えてい
る。Ｌ１／Ｒｃが０．５以上の場合には、図１０で後述
するが電動機室２ｄへのヘリウムガスに混在する潤滑油
２４の量が多くなりすぎて、電動機部３を冷却するには
よいが、密閉容器１自体の油分離作用が低下するためよ
くない。実用的には、ほぼＬ１／Ｒｃ＝０．１５〜０．
２０の範囲が最適である。

【００２２】図３は、図１のＡ−Ａ視図でガス流方向変
更手段１２５の平面図をしめす。ガス流方向変更手段１
２５の内部流路１２５ａは、屈折通路としているが、こ
れは、油注入用ポート２２と油インジェクション管３１
（図１参照）を避けるためのものである。

【００２３】図４は、固定スクロール５の平面図で、図
５は、固定スクロール５の縦断面図である。油注入用ポ
ート２２は、１個にて両方の圧縮室８へ冷却油としての
潤滑油２４を注入できるもので、ラップ溝中心位置に設
けられる。その穴径ｄ０は、ラップ厚さｔより大きい値
を設定し、油インジェクション時の油撃現象を防止して
いる。

【００２４】図４及び図５において、固定スクロール５
は、円板状の鏡板５ａ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５ｂ
とからなり、その中心部に吐出口１０、外周部に吸入口
１５（１５ａ，１５ｂ）を備えている。

【００２５】図６と図７において、旋回スクロール６
は、円板状の鏡板６ａと、これに直立し、固定スクロー
ル５のラップ５ｂと同一形状に形成されたラップ６ｂ
と、鏡板６ａの反ラップ面に形成されたボス部６ｃとか
らなっている。

【００２６】図１において、吐出室２ａは、連通路１８
ａ，１８ｂを介して電動機室２ｄと連通している。この
電動機室２ｄは、密閉容器１中央部のケ−シング部１ｂ
を貫通する吐出管１９に連通している。また、電動機室
２ｄは、電動機ステータ３ａとフレームの側壁との間の
隙間２０及び電動機ステータ３ａと電動機ロータ３ｂと
の隙間を介して連通している。

【００２７】なお、吸入管１７と固定スクロール５との
間には、高圧部と低圧部とをシールするＯリング２１を
設けている。また吸入管１７内には、逆止弁２２２が設
けられ、該逆止弁２２２は圧縮機停止時の回転軸８２の
逆転を防止することと、密閉容器１内の潤滑油２４が低
圧側に流出するのを防止するものである。

【００２８】また、旋回スクロール６の鏡板の背面に
は、図１、図６及び図７に示すように、スクロール圧縮
機部４とフレーム１１で囲まれた空間７７（以下、背圧
室と呼ぶ）が形成され、この背圧室７７には、旋回スク
ロール６の鏡板６ａに穿設された細孔６ｅ、６ｆを介
し、吸入圧力と吐出圧力の中間の圧力Ｐｂが導入され、
旋回スクロール６を固定スクロール５に押付ける軸方向
の付与力を与えている。

【００２９】潤滑油２４は、密閉容器１の底部に溜めら
れており、この潤滑油２４は密閉容器１内の高圧圧力
と、上記背圧室７７の中間圧力Ｐｂとの差圧により油吸
上管９６ｄへ吸上げられた後、回転軸８２内を流れ、旋
回軸受３２、主軸受２６及び補助軸受２７へ給油され
る。軸受２６、３２へ給油された潤滑油２４は前記背圧
室７７を経て細孔６ｅ，６ｆを介してスクロールラップ
の圧縮室８へ注入され、さらに圧縮ガスと混合され、次
いで吐出ガスと共に吐出室２ａへ吐出される。

【００３０】前記密閉容器１の底部には、該底部の潤滑
油２４を器外へ取出す油取出管３０が設けられている。
また密閉容器１の側キャップ部１ａには、スクロール圧
縮機部４の圧縮途中の圧縮室８へ油を注入する油インジ
ェクション管３１が設けられている。

【００３１】上記構成により、電動機ロータ３ｂに直結
した電動機軸８２ｂが回転して偏心軸８２ａが偏心回転
すると、旋回軸受３２を介して旋回スクロール６は旋回
運動を行う。この旋回運動により、圧縮室８は次第に中
心に移動して容積が減少する。

【００３２】作動ガスは、吸入管１７から吸入口１５を
経て吸入室５ｆへ入ると共に、軸受２６，３２を潤滑し
た潤滑油２４が旋回スクロール６の旋回スクロール鏡板
外周部のフレーム室１１ｆから微少隙間等を介して吸入
室５ｆへ流入して前記作動ガスに混入する。軸受２６，
３２を経由した潤滑油２４と前記した油注入用ポート２
２から注入された潤滑油２４とを含んだ作動ガスは前記
圧縮室８で圧縮されて吐出口１０からガス流方向変更手
段１２５を介して吐出室２ａへ吐出され、一部の潤滑油
２４は、該空間２ａでガス中から分離され、ガスは通路
１８ａ，１８ｂを通って電動機室２ｄへ流入する。

【００３３】実線の矢印は、作動ガスの流れを、破線の
矢印は、潤滑油２４の流れをそれぞれ示している。狭い
通路１８ａ，１８ｂから広い空間の電動機室２ｄに流入
した作動ガスと潤滑油２４は、その流速が急激に低下
し、かつ流れ方向が変更するため、ガス中に含まれる潤
滑油２４の大部分が分離され、作動ガスは吐出管19内へ
流出し、潤滑油２４は、下方に落ちて密閉容器１底部に
留まる。なお、図２は、図１の吐出室２ａ周辺部の部分
断面図である。

【００３４】図３において、１１ｇ、１１ｋは、吐出室
２ａでガス中の潤滑油２４が分離されて下方に溜まった
潤滑油２４を電動機室２ｄ側に送り込むための油通路で
ある。吐出室２ａ内の底部に溜まった潤滑油２４を電動
機室２ｄ側の底部にスムースに移動可能な油通路１１
ｇ、１１ｋの合計の油通路面積Ｓの、圧縮機の行程容積
Ｖｔｈに対する比が、Ｓ／Ｖth＝０．０３〜０．０５ここで、Ｓ：油通路面積（ｃｍ²）Ｖth：圧縮機の行程容積（ｃｍ³／ｒｅｖ）前後になるように設定する。これは実験的に得られたＳ
／Ｖthの実用的な範囲であり、Ｓ／Ｖthが０．０３以下
であると油通路１１ｇ，１１ｋの通路抵抗が大きくな
り、吐出室２ａの油面高さが上昇し油分離作用に支障を
きたすのを防ぐため０．０３以上にするものであり、一
方、Ｓ／Ｖthが０．０５以上になると油通路１１ｇ，１
１ｋにヘリウムガスが混入してしまい潤滑油２４が油通
路１１ｇ，１１ｋにスムースに流れなくなるのを防ぐた
め０．０５以下にするものである。

【００３５】図８、図９は、本発明の他の実施例であ
る。本実施例では、第一の実施例のガス流方向変更手段
１２５の替りに、吐出口１０に対して上方向と水平方向
にガス流を分配できるガス流方向分流手段１３６を備え
ている。上方向出口１３６ｂは、矩形状で間口を広げて
いる。水平方向出口１３８を図示のように長円形状、円
形状に設けてよい。１３７は排出油用穴である。

【００３６】図１０に、全体のヘリウムガス流量に対す
る上方向に流れるヘリウムガス流量の比を横軸にとっ
て、縦軸に圧縮機の油上がり量と電動機巻線温度の最大
値との関係を示す。圧縮機の油上がり量と電動機巻線温
度の最大値とは、相反する関係に有り、本構造のガス流
方向分流手段１３６を備えた構造は、両者機能を満足す
るものである。従来技術に示したように、上記比率が
１．０の場合には、圧縮機底部の油面変動が大きくな
り、そのために、油上がり量が増大する。

【００３７】図１１は、本発明のヘリウム用横形スクロ
ール圧縮機の一実施例を示す外観図及び注油系統図なら
びにヘリウム冷凍装置の実施例である。図１１に示すよ
うに、密閉容器１の底部に溜められた潤滑油２４は、密
閉容器１内の吐出圧力Ｐｄなる圧力と前記圧縮室８の吐
出圧力以下の圧力である圧力との差圧によって油取出管
３０（図１参照）の流入部３０ａ（図１参照）から該油
取出管３０内に流入していく。油取出管３０（図１参
照）内へ流入した油は、油出口配管５１を通って油スト
レーナ５６及び油冷却器３３へ至り、ここで適宜冷却さ
れた後、油インジェクション管５３，３１及び油注入用
ポート２２（図１参照）を経て差圧を利用し流入せしめ
圧縮室８（図１参照）へ注入される。２５３は、油流量
調節弁である。

【００３８】この様にして圧縮室８へ注入された潤滑油
２４は、該圧縮室８内において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。インジェクション油量Ｑinの圧縮機の行程容積Ｖth
に対する比は、図１４に示すように電動機入力に対して
適正な値が存在し、Ｑin／Ｖth＝０．０５〜０．０８ここで、Ｑin：インジェクション油量（リットル／
分）Ｖth：圧縮機の行程容積（ｃｍ³／ｒｅｖ）前後に設定している。

【００３９】そして、この潤滑油２４は、作動ガスと共
に圧縮された後、吐出口１０よりガス流方向変更手段１
２５を介して吐出室２ａへ吐出され、前記と同様に電動
機室２ｄで作動ガスから分離して密閉容器１の底部に溜
まる。なお、各軸受３２，２６，２７への給油は、密閉
容器１内の圧力と背圧室７７内の中間圧力Ｐｂとの差圧
により、油吸上管９６d ，回転軸８２内の油通路を介し
て行われる。

【００４０】図１１において、圧縮機１００から吐出さ
れたヘリウムガスは、油分離器７０で潤滑油２４を分離
した後、ガス冷却器５０で冷却される。次にヘリウムガ
スはヘリウム冷凍機８０で断熱膨張された後、再び配管
３４０、３００から吸入ガスとして圧縮機１００に戻
る。

【００４１】一方、圧縮機１００底部の潤滑油２４は、
油出口配管５１から出て、油冷却器３３で冷却される。
次に油は油流量調節弁２５３で減圧された後、油インジ
ェクション管３１を介して、圧縮途中の圧縮室８に注入
され、ヘリウムガスを冷却する。図１１に示した請求項
１記載の圧縮機構造の構成において、吐出ガス温度Ｔｄ
と外部油配管５１の油出口温度Ｔｃｏとの温度関係がＴ
ｃｏ＞Ｔｄの関係となり、吐出ガスの冷却効果が顕著と
なることを確認できている。

【００４２】インジェクション油による電動機部３冷却
効果の他フレーム１１等圧縮機本体の冷却効果も大きく
なるという作用効果がある。その結果、主軸受２６の長
寿命化にも波及効果が得られる。さらに、馬力当たりの
必要インジェクション油量が減少し、油インジェクショ
ン管３１，５３及び油出口配管５１の配管サイズの縮小
化が可能となる。

【００４３】図１２は、図１１のＢ視図である。図１３
は、図１１のＣ視図である。１０１は圧縮機のアシ部、
４５は、運転中の油面を管理するために設けた油面計で
ある。５７は、電源部である。本発明は、ヘリウム用横
形スクロール圧縮機においても、大形容量である定格出
力７．５ｋＷ、９ｋＷクラスの大形ヘリウム用の横形タ
イプのスクロール圧縮機に電動機の冷却と油上がり量低
減の両面で顕著な効果のあることを確認している。

【００４４】

【発明の効果】ヘリウム用横形スクロール圧縮機の大形
容量である定格出力７．５ｋＷ、９ｋＷクラスの大形ヘ
リウム用スクロール圧縮機において、電動機の冷却と油
上がり量低減の両面で効果のある高信頼性を有するヘリ
ウム用横形スクロール圧縮機を提供できる。

【００４５】従来構造に対して簡単な構造の変更ですむ
のに比し、効果大であり、製品コストが安価である。

【００４６】電動機焼損を未然に防止でき、また、軸受
焼損も防止できるので、信頼性の高いヘリウム用横形ス
クロール圧縮機を提供できる。

【００４７】インジェクション油による圧縮機本体の冷
却効果も大きくなり、軸受の長寿命化及び、馬力当たり
の必要インジェクション油量が減少し、油配管サイズの
縮小化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の注油式密閉形スクロール圧縮機の一実
施例を示す縦断面図である。

【図２】図１の吐出室２ａ周辺部の部分断面図である。

【図３】図１のＡ−Ａ視図である。

【図４】固定スクロール５の平面図である。

【図５】固定スクロール５の縦断面図である。

【図６】旋回スクロール６の平面図である。

【図７】旋回スクロール６の縦断面図である。

【図８】方向変更手段１３６の吐出室２ａ周辺部の部分
断面図である。

【図９】方向変更手段１３６の縦断面図とその周辺部の
ガス流れを示す説明図である。

【図１０】本発明の作用効果を示す説明図である。

【図１１】本発明の注油式密閉形スクロール圧縮機の一
実施例を示す外観図および注油系統図ならびにヘリウム
冷凍装置の実施例である。

【図１２】図１１のＢ視図である。

【図１３】図１１のＣ視図である。

【図１４】インジェクション油量／圧縮機の行程容積に
対するモータ入力特性図である。

【符号の説明】

１…密閉容器１ａ…側キャップ１ｂ…ケーシング部１ｃ…側キャップ１ｋ…曲面部２ａ…吐出室２ｄ…電動機室３…電動機部３ａ…電動機ステータ３ｂ…電動機ロータ４…スクロール圧縮機部５…固定スクロール５ａ…鏡板５ｂ…ラップ５ｆ…吸入室６…旋回スクロール６ａ…鏡板６ｂ…ラップ６ｃ…ボス部６ｅ，６ｆ…細孔６ｐ…旋回スクロール中央先端部８…圧縮室９…バランスウエイト１０…吐出口１１…フレーム１１ｆ…フレーム室１１ｇ，１１ｋ…油通路 1 ４…オルダム機構 1 ５，１５ａ，１５ｂ…吸入口１７…吸入管１８ａ，１８ｂ…連通路１９…吐出管２０…隙間２１…Ｏリング２２…油注入用ポート２４…潤滑油２６…主軸受２７…補助軸受３０…油取出管３０ａ…流入部３１…油インジェクション管３２…旋回軸受３３…油冷却器４５…油面計５０…ガス冷却器５１…油出口配管５３…油インジェクション管５６…油ストレーナ５７…電源部７０…油分離器７７…背圧室８０…ヘリウム冷凍機８２…回転軸８２ａ…偏心軸８２ｂ…電動機軸９６ｄ…油吸上管１００…圧縮機１０１…圧縮機のアシ部１２５…ガス流方向変更手段１２５ａ…内部流路１２５ｂ…上方向出口先端部１３６…ガス流方向分流手段１３６ｂ…上方向出口１３７…排出油用穴１３８…水平方向出口２２２…逆止弁２５３…油流量調節弁３００，３４０…吸入配管３１０…油戻り管３２０，３３０…配管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者矢野勝章静岡県清水市村松390番地株式会社日立空調システム清水生産本部内Ｆターム(参考） 3H029 AA02 AA15 AA21 AB04 BB05 BB12 BB38 BB44 CC25 CC44 CC48 3H039 AA02 AA06 AA12 BB04 BB11 BB13 CC08 CC27 CC29 CC44 CC48

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】密閉容器内に、スクロール圧縮機部と電
動機部を収納すると共に、前記スクロール圧縮機部は円
板状鏡板に渦巻状のラップを直立する固定スクロールと
旋回スクロールとをラップを互いに内側にしてかみ合わ
せ、旋回スクロールを回転軸に連設する偏心機構に係合
し、旋回スクロールを自転することなく固定スクロール
に対し旋回運動させ、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を密閉容器の側キャップを貫
通して前記固定スクロールの鏡板部に設けた油注入用ポ
ートに接続する油注入機構を備え、密閉容器の側端部よ
り反対側に向かって、吐出室と電動機室をフレームで区
画して形成するとともに両室の下方に油溜め部を設け、
固定スクロールには中心部に開口する吐出口と外周上方
部に開口する吸入口を設け、吸入口よりガスを吸入し、
両スクロールにて形成される圧縮室を中心に移動させ容
積を減少してガスを圧縮し、吐出口より圧縮ガスを吐出
室内に吐出し、さらに上方部の前記フレームの上端部と
前記密閉容器との間に設けた連通路を介し電動機室に至
り、次に吐出管を介し器外にガスを吐出し、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
クランク軸の軸芯を水平方向に設置したヘリウム用横形
スクロール圧縮機において、前記吐出口に、前記吐出口
に対して上方向と水平方向にガス流を分配できるガス流
方向分流手段を備えたことを特徴とするヘリウム用横形
スクロール圧縮機。
【請求項２】密閉容器内に、スクロール圧縮機部と電
動機部を収納すると共に、前記スクロール圧縮機部は円
板状鏡板に渦巻状のラップを直立する固定スクロールと
旋回スクロールとをラップを互いに内側にしてかみ合わ
せ、旋回スクロールを回転軸に連設する偏心機構に係合
し、旋回スクロールを自転することなく固定スクロール
に対し旋回運動させ、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を密閉容器の側キャップを貫
通して前記固定スクロールの鏡板部に設けた油注入用ポ
ートに接続する油注入機構を備え、密閉容器の側端部よ
り反対側に向かって、吐出室と電動機室をフレームで区
画して形成するとともに両室の下方に油溜め部を設け、
固定スクロールには中心部に開口する吐出口と外周上方
部に開口する吸入口を設け、吸入口よりガスを吸入し、
両スクロールにて形成される圧縮室を中心に移動させ容
積を減少してガスを圧縮し、吐出口より圧縮ガスを吐出
室内に吐出し、さらに上方部の前記フレームの上端部と
前記密閉容器との間に設けた連通路を介し電動機室に至
り、次に吐出管を介し器外にガスを吐出し、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
クランク軸の軸芯を水平方向に設置したヘリウム用横形
スクロール圧縮機において、前記吐出口に、前記吐出口
に対して上方向と水平方向にガス流を分配できるガス流
方向分流手段を設けるとともに、前記吐出室内の底部に
溜まった油を前記電動機室側の底部に移動可能な油通路
を前記フレーム下端部と前記密閉容器内壁面とにより形
成し、前記油通路面積Ｓのヘリウム用横形スクロール圧
縮機の行程容積Ｖthに対する比を、Ｓ／Ｖth＝０．０３〜０．０５ここで、Ｓ：油通路面積（ｃｍ²）Ｖth：ヘリウム用横形スクロール圧縮機の行程容積（ｃ
ｍ³／ｒｅｖ）の範囲に設定したことを特徴とするヘリ
ウム用横形スクロール圧縮機。
【請求項３】密閉容器内に、スクロール圧縮機部と電
動機部を収納すると共に、前記スクロール圧縮機部は円
板状鏡板に渦巻状のラップを直立する固定スクロールと
旋回スクロールとをラップを互いに内側にしてかみ合わ
せ、旋回スクロールを回転軸に連設する偏心機構に係合
し、旋回スクロールを自転することなく固定スクロール
に対し旋回運動させ、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を密閉容器の側キャップを貫
通して前記固定スクロールの鏡板部に設けた油注入用ポ
ートに接続する油注入機構を備え、密閉容器の側端部よ
り反対側に向かって、吐出室と電動機室をフレームで区
画して形成するとともに両室の下方に油溜め部を設け、
固定スクロールには中心部に開口する吐出口と外周上方
部に開口する吸入口を設け、吸入口よりガスを吸入し、
両スクロールにて形成される圧縮室を中心に移動させ容
積を減少してガスを圧縮し、吐出口より圧縮ガスを吐出
室内に吐出し、さらに上方部の前記フレームの上端部と
前記密閉容器との間に設けた連通路を介し電動機室に至
り、次に吐出管を介し器外にガスを吐出し、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
クランク軸の軸芯を水平方向に設置したヘリウム用横形
スクロール圧縮機において、前記電動機の冷却と前記密
閉容器内の油上り量低減との両面で効果のある、ガス流
を上方向に導くガス流方向変更手段を、前記吐出口に設
けるとともに、前記吐出室内の底部に溜まった油を前記
電動機室側の底部に移動可能な油通路を前記フレーム下
端部と前記密閉容器内壁面とにより形成し、前記油通路
面積Ｓのヘリウム用横形スクロール圧縮機の行程容積Ｖ
thに対する比を、Ｓ／Ｖth＝０．０３〜０．０５ここで、Ｓ：油通路面積（ｃｍ²）Ｖth：ヘリウム用横形スクロール圧縮機の行程容積（ｃ
ｍ³／ｒｅｖ）の範囲に設定したことを特徴とするヘリ
ウム用横形スクロール圧縮機。
【請求項４】前記ガス流方向分流手段あるいは前記ガ
ス流方向変更手段のガス流の上方向出口の先端部と前記
密閉容器の軸心との寸法Ｌ１の前記密閉容器半径Ｒｃに
対する比が、Ｌ１／Ｒｃ＝０．１５〜０．４の範囲内にある前記ガス流方向分流手段あるいは前記ガ
ス流方向変更手段を備えたことを特徴とする請求項１な
いし３のいずれかに記載のヘリウム用横形スクロール圧
縮機。
【請求項５】前記ガス流方向分流手段あるいは前記ガ
ス流方向変更手段のガス流の前記上方向出口の先端部が
前記側キャップの内壁面の曲面部に対向するように設
け、前記ガス流方向分流手段あるいは前記ガス流方向変
更手段のガス流の前記上方向出口の先端部から流出した
ヘリウムガスと油の混合流が前記側キャップに衝突し内
壁面の曲面に沿って上昇し、前記連通路を経て、前記電
動機室側に円滑に移送される構成としたことを特徴とす
る請求項１ないし４のいずれかに記載のヘリウム用横形
スクロール圧縮機。