JP2007298029A - オイルバイパス付きコンプレッサ - Google Patents

オイルバイパス付きコンプレッサ Download PDF

Info

Publication number
JP2007298029A
JP2007298029A JP2007105025A JP2007105025A JP2007298029A JP 2007298029 A JP2007298029 A JP 2007298029A JP 2007105025 A JP2007105025 A JP 2007105025A JP 2007105025 A JP2007105025 A JP 2007105025A JP 2007298029 A JP2007298029 A JP 2007298029A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oil
compressor
return
sump
lubricated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2007105025A
Other languages
English (en)
Other versions
JP4880517B2 (ja
Inventor
Dan Steven
ダン スティーヴン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Heavy Industries Ltd filed Critical Sumitomo Heavy Industries Ltd
Publication of JP2007298029A publication Critical patent/JP2007298029A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4880517B2 publication Critical patent/JP4880517B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/02Lubrication; Lubricant separation
    • F04C29/028Means for improving or restricting lubricant flow
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/02Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F04C18/0207Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C23/00Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C23/008Hermetic pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2220/00Application
    • F04C2220/22Application for very low temperatures, i.e. cryogenic
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2240/00Components
    • F04C2240/80Other components
    • F04C2240/809Lubricant sump
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2270/00Control; Monitoring or safety arrangements
    • F04C2270/12Vibration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)
  • Rotary Pumps (AREA)
  • Compressor (AREA)

Abstract

【課題】 横置き型のオイル潤滑式コンプレッサのオイル冷却システムを改善すること。
【解決手段】 オイル潤滑式コンプレッサは、モータの上流と下流のそれぞれのオイル流路を接続するバイパスオイルラインを含む。バイパスオイル通路は、オイルが、コンプレッサシェル外部の管内でモータまわりから迂回され、スクロール入口近傍でシェル内に戻ることを可能とする。バイパスオイルラインは、“過剰”オイルを、サンプ27からサンプ28にエアギャップを介して流すのではなく、直接サンプ28に戻し、これにより、モータの抵抗と入力電力の双方を低減する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、一般的には、ギフォード・マクマホン(GM)サイクルで動作する、極低温冷凍システム用のヘリウムコンプレッサユニットに関する。より詳細には、本発明は、ヘリウムを圧縮するよう適合された横置き型スクロール式オイル潤滑型コンプレッサユニット用の、改善されたオイル冷却構造に関する。
冷凍機コンプレッサは、ベアリングやギアのような可動部品の潤滑を必要とする。これらのコンプレッサは、オイルサンプを含み、サンプからのオイルを各潤滑ポイントに注ぐ。オイル潤滑型空調機コンプレッサは、GM型極低温冷凍機に圧縮されたヘリウムを搬送する標準的な圧縮機となっている。これらの比較的安価であるが信頼性の高いコンプレッサを用いる能力は、ヘリウムが圧縮された際にヘリウムを冷却する方法の発展と、GM型冷凍システムの低温エクスパンダにオイルがいかないようにするオイルセパレータ及び吸着器の発展に由来する。ヘリウムガスは、標準的な空調冷媒よりも非常に圧縮中に高温となるので、圧縮室を介してヘリウムと共に大量のオイルを流すことにより頻繁に冷却される。更に、コンプレッサユニットも、ヘリウムの圧縮時に熱を生成する。それ故に、GM型極低温冷凍機におけるオイルの目的は、ヘリウム圧縮のプロセスで生成される熱を吸収することと潤滑の双方である。
GMサイクル冷凍機の動作の基本原理は、特許文献1に記載されている。GMサイクルは、主に、最小のコストで信頼性の高い長寿命の冷凍機を構築するために量産のオイル潤滑型空調コンプレッサを利用できるので、小型の商業用冷凍機において極低温温度を生成する最も有力な手段となる。GMサイクル冷凍機は、ヘリウムがデザイン冷媒に置換されても、空調コンプレッサのデザイン制約内での圧力及び電力入力で良好に動作する。典型的には、GM冷凍機は、約2MPa(絶対圧で単位インチ平方当たり300ポンド)(psia)の高圧(Ph)、及び、約0.8MPa(117psia)の低圧で動作する。
空調コンプレッサは、広範なサイズといくつかの異なるデザインで構築されている。これらのコンプレッサをヘリウムの圧縮に適合させるための追加の冷却を提供する手段は、異なるコンプレッサに対して異なる。例えば、約200〜600Wを消費するコンプレッサは、典型的には、空冷式フィンをコンプレッサシェルに付加することにより冷却される反復ピストン形である。約800から4500Wの間では、たいていの通常のコンプレッサは、圧縮室に直接流れる低圧戻りガスを備える回転ピストン型である。回転ピストン型コンプレッサでは、オイルは、ヘリウムと共に圧縮室に流れ、圧縮された際にヘリウムからの熱を吸収する。大部分のオイルは、高圧となるコンプレッサシェル内のヘリウムから分離する。特許文献2は、コンプレッサシェルまわりに水冷管を巻き、更に水管上にヘリウム冷却管及びオイル冷却管を巻くことによるヘリウム、オイル及びコンプレッサシェルの冷却を開示する。冷却されたオイルは、その後、戻りヘリウムライン内に噴射される。実質的には、コンプレッサがオイルポンプとして機能する。汲み上げられるオイルの量は、典型的には、変位の約2%である。
このオイル冷却システムの問題は、冷却水の温度及び流量が非常に重要であり、注意深く監視されなければならないことである。監視の失敗は、オイルセパレータの効率を低減し、過熱を引き起こし、コンプレッサの停止や故障の可能性を増加させる。
Hitachi Corporationは、5〜9kWを消費し、スクロール内に直接戻りガスを流すスクロール型コンプレッサを製造する。オイルは、入口に噴射され、高圧でシェル内にヘリウムと共に排出されることができる。オイルの大部分は、上述の回転ピストン型のコンプレッサと同様、ヘリウムから分離し、コンプレッサの底部に集まる。この種のコンプレッサに対しては、小型のコンプレッサと異なり、水冷管の巻きつけによるシェルの冷却は効率的でない。ここで、ヘリウム及びオイルからの熱は、水冷若しくは空冷のアフタークーラーにより除去される。
Copeland Compressor Corporationは、消費電力5〜15kWの空調サービス用スクロール型コンプレッサを製造する。これらのコンプレッサは、戻りガスが、スクロール内で無く低圧のシェル内に流れる点が、Hitachiの設計と異なる。スクロールがモータの上方になる標準的な縦置き型では、ヘリウムと共に圧縮室に冷却オイルを流す手段が存在しない。Copeland社は、2つのコンプレッサ、5kWコンプレッサ及び7.5kWコンプレッサを改良して、スクロール上方の排出プリナム内に高圧オイルを収集し、次いで、それを、外部のアフタークーラー内で冷却されるように特別なポートを通して外に流すことによって、ヘリウム冷却用オイルを循環させる。その他の特別な戻りポートは、オイルを低圧付近でスクロールに戻し、そこで、オイルは、圧縮されているヘリウムと混合する。
スクロール型コンプレッサの構成及び動作、及び、Copeland標準ユニットをヘリウムの圧縮用に適合させた特別な変更の説明は、特許文献3に見出せる。全体のコンプレッサシステムの説明と共にヘリウムサービス用に製造された2つのコンプレッサの大きい方を用い、そのコンプレッサが本質的な構成要素であるコンプレッサシステムが、非特許文献1に記載されている。
上述のスクロール型コンプレッサを冷却用のオイル噴射を必要とするアプリケーションに適用するコストを低減するための努力において、Copelandは、見事にもコンプレッサを水平に向けた(横置き型とした)。Copelandコンプレッサでは、低圧のコンプレッサの底部のオイルは、圧縮されているガスと共に重力に起因してスクロール内に流れ込む。標準的な縦置き型コンプレッサへの修正は、コンプレッサの底部中心にポートを追加しただけである。横置き型においては、オイルは、通常的にはベアリング及びスクロールを潤滑するために駆動軸までコンプレッサの底部のオイルサンプから汲み上げられるだろうが、アフタークーラーで冷却された後に駆動軸の端部に向けられる。縦置き型の場合に比べて多くのオイルがスクロール内にヘリウムと共に流れ込む。しかしながら、横置き型の問題は、ベアリングを潤滑するのに必要な以上のオイルが循環し、シェルの底部内に“過剰”に集まることである。この過剰なオイルは、スクロールへとモータ内の“エア”ギャップを介して流れ、これにより、モータに大きな抵抗をもたらす。
標準的なCopeland製スクロール型コンプレッサが横置き型で動作するとき、駆動軸の端部内に向けられる冷却オイルは、ベアリングを潤滑するのに必要な量以上のオイルの過剰分を含む。過剰分は、コンプレッサシェルの底部に落ち、その多くは、ロータとステータの間の“エア”ギャップを通って流れスクロール入口に到着し、そこで、ヘリウムと共に高圧まで昇圧される。“エア”ギャップ内のオイル及びその結果としての抵抗によって、モータは、コンプレッサが鉛直位置で動作されるときよりも大きい電力を消費する。
横置き型の問題の更なる問題は、より大きいな振動である。コンプレッサからの本来的な振動に加えて、標準的なCopeland製スクロール型コンプレッサを横置き型で動作させることは、“エア”ギャップ内のオイルに起因してより大きな振動を生む。
McMahon他の米国特許第2,906,101号明細書 Longsworthの米国特許第6,488,120号明細書 Weaherston他の米国特許第6,017,205号明細書 R.C.Longsworthの"Helium Compressor for GM and Pulse-tube Expanders", in "Advances in Cryogenic Engineering", Vol. 47, Amer. Inst. Of Physics, 2002, pp 691-697
従って、Copeland型の横置き型のオイル潤滑式コンプレッサのオイル冷却システムを改善する必要がある。本発明は、上述の問題点を鑑みてなされてものである。それ故に、モータに対する抵抗を低減するオイル潤滑式コンプレッサを有することが望ましい。また、可変の速度で動作でき、振動が低減され、入力電力を低減した効率的なオイル潤滑式コンプレッサを有することが望ましい。
上述の文献のいずれも、アフタークーラーから戻るオイルが2つのストリーム、ベアリングを潤滑する部分とサンプに落ちる過剰分とからなるストリームと、コンプレッサシェルの外部の管内でモータをバイパスしスクロールインレット近傍のシェル内に流れ戻るストリーム、に分離されたときに、入力電力が顕著に低減されるような、オイルバイパスを開示していない。
本発明の目的は、オイルが、重力により圧縮室の入口内に流れ込むことができ、アフタークーラーから戻るオイルを2つのストリームに分割することにより、モータまわりのオイルの半分以上をバイパスさせ、2つのストリームのうちの第1オイル部分が、ベアリングを潤滑し、サンプに落ちる過剰分を含み、第2オイル部分が、コンプレッサシェルの外部の管内でモータをバイパスしてスクロール入口近傍のシェルに流れ戻る、新規の改善された潤滑型コンプレッサを提供することである。
また、本発明の目的は、モータまわりのオイルの大部分をバイパスさせ、オイルバランシング効果を改善し、これにより、モータ上の抵抗を低減するオイルバイパスシステムを提供することである。
また、本発明の目的は、入力電力を低減するオイルバイパスシステムを提供することである。
また、本発明の更なる目的は、コンプレッサ振動ないしコンプレッサ騒音を低減するオイルバイパスシステムを提供することである。
また、本発明の更なる目的は、第1及び第2オイル部分の流量が固定若しくは可変のオリフィスにより定まるコンプレッサを提供することである。
また、本発明の更なるその他の目的は、可変オリフィスが、コンプレッサの動作中に自動的に調整され、可変速度での動作を可能とするコンプレッサを提供することである。
本発明のその他の目的及び効果は、後の説明及び添付の図面を参照することで明らかになるだろう。
本発明の一局面によれば、オイルが圧縮室入口内に重力により流れ込むオイル潤滑型コンプレッサであって、
戻りガスの圧力のオイルサンプと、
駆動軸の第1端部上に当たる第1戻りオイル部分と、
前記駆動軸の第1端部と第2端部との間に配置され、前記駆動軸を回転させるモータと、
前記駆動軸の第2端部により駆動される圧縮室と、
前記モータと前記圧縮室入口との間のコンプレッサシェル内に流れ込む第2オイル部分とを備える、オイル潤滑型コンプレッサが提供される。
図1を参照するに、本発明による好ましい実施例が示されており、コンプレッサユニット用の新規のオイルバイパス装置が示されている。新規のオイルバイパス装置は、本発明によるオイル潤滑式ヘリウムコンプレッサユニット1内で用いられ、駆動軸13を介してモータ14により駆動されるコンプレッサスクロールセット12を含むコンプレッサシェル2を含む。オイルは、オイルサンプ27及び28内にモータ14の一方の側でコンプレッサシェル2内に収容される。モータ14は、駆動軸13に取り付けられるロータと、“エア”ギャップ46によりロータから分離されたアウタステータとからなる。ここでは“エア”ギャップ46と称されるが、ギャップは、実際には、本アプリケーションにおいてはヘリウムをその中に有する。先行技術による大量のオイルが流れる“エアギャップ”と比較して、本発明の“エアギャップ”を流れるオイルの量は大幅に低減される。シェル2は、戻り(低)圧で容積3を有し、供給(高)圧で容積11を有する。コンプレッサ2は、空調サービスに用いられる冷媒を圧縮するのに用いられるタイプであり、典型的には、鉛直向きにされ、スクロールをモータ上方に備え、オイルサンプを底部に備える。モータ14の下方の駆動軸13の端部は、オイルポンプ16を備え、オイルポンプ16は、サンプからオイルを汲み上げ、それを、ポートを備える駆動軸13内の穴を介して吸い上げ、下側のベアリング及び上側のベアリングを潤滑し、スクロールセット内の圧縮室内にいくらかのオイルを噴射する。
ヘリウムのような冷媒が圧縮されるとき、圧縮中の温度上昇は、空調用の冷媒よりも遥かに大きい。この高温は、オイルを分解し、スクロールを変形させる。比較的大きな量のオイルを、ヘリウムと共に圧縮室に流すことにより、温度は、許容限界内に維持することができる。これを、標準的コンプレッサに対する最小の変更で行うため、Copeland社は、コンプレッサを横置き型で搭載されるように適合させた。
圧縮の熱の大部分は、オイル内でコンプレッサから離れ、オイルは、次いで、冷却され、オイル戻りポート15を介してコンプレッサに戻る。
本発明に先立って、従来では、オイルは、モータステータと回転巻線の間の、共通に“エア”ギャップと称されるギャップを介して流れ、サンプ28内に至り、そこから、ヘリウムと共に圧縮室内に流れていた。図2は、戻りオイルのすべてがポート15を流れるように製造されたCopeland製コンプレッサを示す。サンプ27内の過剰オイルは、“エア”ギャップよりも高いレベルを有する一方で、スクロールへの入口は、“エア”ギャップよりも下方である。したがって、サンプ28内のオイルレベルは、“エア”ギャップよりも下方である。エアギャップは、オイル流れに対して制限となり、したがって、サンプ27内のオイルのレベルは、オイルを“エア”ギャップを通ってサンプ28内に流すのに必要な圧力ヘッドを提供するほど、“エア”ギャップの底部より上方に十分高い。元の設計におけるサンプ27内のオイルレベルは、オイルの流量が異なる動作環境で変化するので高さが可変である。これは、バルクオイルセパレータ4の深さの変化を生む。より重要なことは、“エア”ギャップ内のオイルからのモータに対する抵抗に起因して損失される電力である。
これに比べて、本発明によれば、図1及び図3に示すように、アフタークーラーから戻るオイルの半分以上を、サンプ27からサンプ28へ“エア”ギャップを通って流すのでは無く、サンプ28に直接戻すオイルバイパスライン23を加えることによって、モータに対する抵抗が低減され、入力電力も低減される。冷却されたオイルは、ポート15を通って流れ、駆動軸13の端部上に当たり、そこで、第1オイル部分は、オイルポンプ16により汲み上げられ、第2の“過剰”なオイル部分は、オイルサンプ27内に落ちる。
図4に示す代替実施例では、バイパスライン23は、ライン25では無くサンプ27から出る。“過剰”オイルのすべては、バイパスライン27を通って流れ、サンプ27内のオイルレベルは、“エア”ギャップよりも下方である。
全体のオイル循環速度及び流れの分割は、オリフィス24及び26のサイズにより設定される。即ち、オリフィスは、そこを通過することができるオイルの量を制御する。オイルの大きい部分がコンプレッサモータをバイパスするとき、サンプ27内のオイルレベルが、図1及び図3にオイルレベルを実線で示すように、サンプ28内の“エア”ギャップよりもわずかに上方になりうり、若しくは、モータ14のステータを介した通路がいくつかある場合には、オイルレベルはわずかに“エア”ギャップよりも下方となる。
本発明のコンプレッサが可変速度で動作できることを許容する速度制御装置が利用可能である。オイルの流量は、バイパスオイルオリフィス24及びベアリングオリフィス26を固定型でなく可変とすることで、動作中に調整されてよい。オリフィス24及び26は、コンプレッサが動作している間に自動的に調整されることでき、異なる動作条件及び動作速度の変化に対してオイルの流量を最適化し、動作速度を変化させる。即ち、コンプレッサの第1及び第2オイル部分の流量は、固定若しくは可変のオリフィスにより定まる。可変オリフィスは、コンプレッサの動作中に自動的に調整されてもよい。
ここで用いられる冷凍機は、極低温冷凍機を指す。
一般的に、コンプレッサは、一般的には低圧なある圧力でガスを受け、それを、より高い圧まで増加させる機械装置である。ここ用いられるコンプレッサは、極低温冷凍システムに対して必要なヘリウムガスの流量を提供する極低温冷凍機の一部として定義される。より具体的には、ここで用いられるコンプレッサは、オイルで潤滑される、スクロール型コンプレッサであり、ヘリウムの圧縮時に熱を生成する。しかし、本発明のコンプレッサはこの種に限定されない。反復式、遠心式、ダイアフラム式及びスクリュー式のような、“エア”ギャップを介して冷却オイルを流す他の種のコンプレッサが用いられてもよい。
ここで称される“過剰”オイルは、ポート15を介して流れ、サンプ27内に落ちるオイルを指す。
より詳細には、図1の矢印29は、サンプ28からのオイルと共に圧縮室に入るヘリウムを指す。矢印19は、圧縮室から出て高圧プレナム11内に流れ込むヘリウムとオイルの混合体を指す。そこから、混合体は、バルクオイルセパレータ4にライン20を通って流れ、そこで、オイルの大部分は、ライン21を介して出ていき、0.1%以下のオイルが、ヘリウムと共にライン31を通って出て行く。ライン21及び31における双方の流れストリームは、アフタークーラー6を通って流れ、アフタークーラー6は、双方のストリームを、30を介した冷却水の対抗流により冷却する。冷却されたオイルは、ライン25及びオリフィス26を通ってポート15内に流れてベアリングに対して潤滑を供すると共に、ライン23及びオリフィス24を通ってサンプ28に流れる。冷却されたヘリウムは、ライン32を通ってオイルセパレータ8へ流れ、オイルセパレータ8は、バルクオイルセパレータ4で分離されないオイルの大部分を除去する。分離されたオイルは、8の底部に集まり、ライン41及びフィルタ/オリフィス42を通って、コンプレッサ2における低圧室3に戻る。セパレータ8からは、ミストの形態で極微量のオイルだけを含んだヘリウムは、ライン33を介して吸着器10へと流れ、吸着器10は、供給ライン37を介して出て行く前にオイル蒸気をほとんど除去する。即ち、吸着器10は、汚染物質をトラップして保持する。その主要な目的は、ヘリウムガスから、水蒸気のような、要素のすべての極微量を除去することであるが、主としてオイルを除去することである。供給ライン37は、ヘリウムをエクスパンダ(図示せず)に運ぶ。ヘリウムは、エクスパンダ低圧側からライン39を介して戻り、続いてライン24を介してコンプレッサ容積3内に流れる。自己シール型継手36は、ライン33及び37を切り離すことを可能とすると共に、吸着器がヘリウムの損失無く交換されることを可能とする。自己シール型継手38は、ライン39がヘリウムの損失無く取り外されることを可能とする。システムは、大気リリーフバルブ(ARV)40により、加圧され過ぎてしまうことから保護される。冷却中、若しくはライン37若しくは39が接続されない動作中、システムの高圧側と低圧側との間の過剰な圧力差は、ライン34における内部のリリーフバルブ35により制限される。温度スイッチ47及び44は、安全な動作温度を超えた場合にコンプレッサを停止させることになる典型的なスイッチである。
本願の譲受人は、既に、この種のオイル潤滑型コンプレッサの改良に貢献する発明を開示している。バルクオイルセパレータ4は、オイルレベルスイッチ49を有するものとして示されている。コンプレッサ2内のオイルレベルは略一定であるので、バルクオイルセパレータ4内のオイルレベルは、吸着器10内にオイルが集まる際の長期間にわたり降下する。これは、ここでの参照により本願の内容に組み込まれる米国特許第6,488,120号に記載されるようなコンプレッサを“フェールセーフ”させる手段を供給する。この特許では、コンプレッサは、吸着器が約75%より大きく負荷される前に停止し、オイル(ミスト)は決して吸着器を出て行かない。コンプレッサ2における略一定のオイルレベルは、コンプレッサを停止させるためにオイルレベルセンサ若しくはスイッチ49が開くときのレベル以上のオイルを付加することを可能とし、吸着器が約75%で負荷されている場合よりも少なく開かせることができる、付加することができる余剰オイルの最大量と、レベルスイッチ49が開くときに吸着器8に収集されうるオイルの最小量との間に大きな差異をもたらすことがない。最大量と最小量の差異は、異なる温度及び圧力での動作中のオイルレベルの変化、及び、システム内の初期オイル充填に関する公差に起因する。
本発明の効果は、オイルバイパスラインがコンプレッサの動作の効率及びオイルのバランシングを更に改善することである。更なる効果は、オイル潤滑型コンプレッサが改良型Copelandコンプレッサとして横置き型で動作されるときの性能の劣化の防止である。
[例1]
338L/minの変位及び7L/minのオイル循環速度を有するコンプレッサに対して、60Hzでの入力電力は、5L/minのオイルがモータ14をライン23を介した流れることでバイパスするとき、8300Wから8000Wに低減された。
本発明の好ましい実施例は、GM型冷凍機、及び、特に空調用のCopeland製スクロール型圧縮冷凍ユニットに関する。しかし、本発明は、圧縮型冷凍ユニットにおける他の種のスクロール型コンプレッサに対しても適合可能である。
代替実施例では、コンプレッサは、ベアリングを潤滑するのに必要とされる量を超えるオイルを制御するための追加のバルブ、アパーチャー若しくは通路を含み得る。また、ここで使用される用語は、説明のためであり、限定とみなされるべきで無いことは理解されるべきである。
以上、本発明を詳説したが、理解されるべきこととして、本発明の原理を一般的に踏襲する本発明の更なる変形、使用及び/又は適合が可能であり、当業者の知られた若しくは通常的な設計変更であって、上述の本質的な特徴が適用された本開示からの逸脱は、本発明の範囲内である。
本発明によるオイル潤滑式ヘリウムコンプレッサの概略図であり、オイルバイパスシステムを備えた、横置きで搭載された標準的なCopeland製スクロール型コンプレッサを示す。 オイル潤滑式ヘリウムコンプレッサの概略図であり、アフタークーラーから戻るオイルが駆動軸のオイルポンプ端に当たることを可能とするポートを備えた、横置きで搭載された標準的なCopeland製スクロール型コンプレッサを示し、従来構成を表す図である。 本発明によるオイル潤滑式ヘリウムコンプレッサの概略図であり、2つの部分(フラクション)に分離されるべきアフタークーラーから戻るオイルを備え、第1部分はポートに流れてオイルが駆動軸のオイルポンプ端に当たることを可能とし、第2部分はモータをバイパスしてスクロールへの入口近傍でシェル内に流れる、横置きで搭載された標準的なCopeland製スクロール型コンプレッサを示す。 本発明によるオイル潤滑式ヘリウムコンプレッサの概略図であり、アフタークーラーから戻るオイルが駆動軸のオイルポンプ端に当たることを可能とするポートを備え、過剰オイルがモータと駆動軸のオイルポンプ端との間でサンプに落ち、次いで過剰オイルのすべてがモータをバイパスする外部管を通ってスクロール入口に流れ込む、横置きで搭載された標準的なCopeland製スクロール型コンプレッサを示す。
符号の説明
2 コンプレッサシェル
12 コンプレッサスクロールセット
13 駆動軸
14 モータ
23 バイパスライン
25 ライン
26 オリフィス
27 オイルサンプ
28 オイルサンプ

Claims (15)

  1. オイルが圧縮室入口内に重力により流れ込むオイル潤滑型コンプレッサであって、
    戻りガスの圧力のオイルサンプと、
    駆動軸の第1端部上に当たる第1戻りオイル部分と、
    前記駆動軸の第1端部と第2端部との間に配置され、前記駆動軸を回転させるモータと、
    前記駆動軸の第2端部により駆動される圧縮室と、
    前記モータと前記圧縮室入口との間のコンプレッサシェル内に流れ込む第2オイル部分とを備える、オイル潤滑型コンプレッサ。
  2. 前記コンプレッサシェルの外部のオイルバイパスラインを更に備え、これにより、前記第2オイル部分が、オイル戻りライン若しくはオイルサンプのいずれかからスクロール入口付近の前記コンプレッサシェル内に流れ込む、請求項1に記載のオイル潤滑型コンプレッサ。
  3. 前記コンプレッサシェルの外部のオイルバイパスラインを更に備え、前記オイルバイパスラインは、戻りガスの圧力でオイルサンプに直接オイルを戻す、請求項1に記載のオイル潤滑型コンプレッサ。
  4. 前記オイルバイパスラインは、オイルサンプから開始する、請求項2に記載のオイル潤滑型コンプレッサ。
  5. 前記オイルバイパスラインは、オイル戻りラインから開始する、請求項2に記載のオイル潤滑型コンプレッサ。
  6. 前記第1戻りオイル部分及び第2オイル部分の流量は、固定若しくは可変オリフィスにより定まる、請求項1に記載のオイル潤滑型コンプレッサ。
  7. 前記可変オリフィスは、当該コンプレッサの動作中に自動的に調整され、可変速度での動作を可能とする、請求項6に記載のオイル潤滑型コンプレッサ。
  8. 請求項1に記載のオイル潤滑型コンプレッサを含む冷凍機。
  9. 横置き型で動作される請求項1に記載のオイル潤滑型コンプレッサ。
  10. バルクオイルセパレータ内の低オイルレベルがオイルレベルセンサ若しくはスイッチをトリガするときに当該コンプレッサが終了されるようなコンプレッサフェールセーフを実現する手段を更に備える、請求項1に記載のオイル潤滑型コンプレッサ。
  11. オイルが圧縮室入口内に重力により流れ込むオイル潤滑型コンプレッサに対する入力電力、振動及び抵抗を低減する方法であって、
    アフタークーラーから戻るオイルを、駆動軸の第1端部に当たる第1戻りオイル部分と、第2戻りオイル部分の2つのオイル戻り部分に分けるステップと、
    コンプレッサシェル外のオイルバイパスラインを通して、モータと圧縮室入口との間のコンプレッサシェル内に前記第2戻りオイル部分を流すステップと、
    エアギャップを介した流れではなく、サンプへと直接オイルを戻すステップとを含む、方法。
  12. 前記第1戻りオイル部分は、ベアリングを潤滑し、前記第2戻りオイル部分は、前記モータをバイパスする、請求項11に記載の方法。
  13. 前記第1及び第2戻りオイル部分の流量は、固定若しくは可変オリフィスにより定まる、請求項11に記載の方法。
  14. 前記可変オリフィスは、前記コンプレッサの動作中に自動的に調整され、可変速度での動作を可能とする、請求項13に記載の方法。
  15. バルクオイルセパレータ内のオイルレベルがオイルレベルセンサ若しくはスイッチをトリガするときに前記コンプレッサを終了させるステップを更に含む、請求項11に記載の方法。
JP2007105025A 2006-04-28 2007-04-12 オイルバイパス付きコンプレッサ Active JP4880517B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/413,860 US7674099B2 (en) 2006-04-28 2006-04-28 Compressor with oil bypass
US11/413,860 2006-04-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007298029A true JP2007298029A (ja) 2007-11-15
JP4880517B2 JP4880517B2 (ja) 2012-02-22

Family

ID=38648498

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007105025A Active JP4880517B2 (ja) 2006-04-28 2007-04-12 オイルバイパス付きコンプレッサ

Country Status (3)

Country Link
US (1) US7674099B2 (ja)
JP (1) JP4880517B2 (ja)
CN (1) CN101063450B (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011099669A (ja) * 2009-11-09 2011-05-19 Sumitomo Heavy Ind Ltd 空冷ヘリウムコンプレッサ
JP2017500526A (ja) * 2013-12-19 2017-01-05 スミトモ (エスエイチアイ) クライオジェニックス オブ アメリカ インコーポレイテッドSumitomo(SHI)Cryogenics of America,Inc. ハイブリッド型ブレイトン・ギフォード・マクマホン膨張機
JP2019505710A (ja) * 2015-12-18 2019-02-28 スミトモ (エスエイチアイ) クライオジェニックス オブ アメリカ インコーポレイテッドSumitomo(SHI)Cryogenics of America,Inc. デュアル・ヘリウムコンプレッサ
JP2022543544A (ja) * 2019-08-07 2022-10-13 スミトモ (エスエイチアイ) クライオジェニックス オブ アメリカ インコーポレイテッド 非改良スクロールコンプレッサを備えたヘリウムコンプレッサシステム

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8146712B2 (en) * 2004-12-13 2012-04-03 Ingersoll-Rand Company Compressor lubricant system including acid filtration
US20110097216A1 (en) * 2009-10-22 2011-04-28 Dresser-Rand Company Lubrication system for subsea compressor
EP2521888B1 (en) 2010-01-06 2018-10-24 Carrier Corporation Reciprocating refrigeration compressor oil separation
US9546647B2 (en) 2011-07-06 2017-01-17 Sumitomo (Shi) Cryogenics Of America Inc. Gas balanced brayton cycle cold water vapor cryopump
DE112012006734T5 (de) 2012-07-26 2015-04-23 Sumitomo (Shi) Cryogenics Of America, Inc. Brayton-Kreismotor
US11215385B2 (en) 2015-01-28 2022-01-04 Sumitomo (Shi) Cryogenic Of America, Inc. Hybrid Gifford-McMahon-Brayton expander
KR102039081B1 (ko) 2015-06-03 2019-11-01 스미토모 크라이어제닉스 오브 아메리카 인코포레이티드 버퍼를 구비한 가스 평형 기관
EP3387258B1 (en) * 2015-12-11 2020-02-12 Atlas Copco Airpower Method for regulating the liquid injection of a compressor, a liquid-injected compressor and a liquid-injected compressor element
US10240832B2 (en) * 2015-12-18 2019-03-26 Sumitomo (Shi) Cryogenic Of America, Inc Helium compressor with dual after-coolers
US10634393B2 (en) 2016-07-25 2020-04-28 Sumitomo (Shi) Cryogenic Of America, Inc. Cryogenic expander with collar bumper for reduced noise and vibration characteristics
US11085448B2 (en) * 2017-04-21 2021-08-10 Atlas Copco Airpower, Naamloze Vennootschap Oil circuit, oil-free compressor provided with such oil circuit and a method to control lubrication and/or cooling of such oil-free compressor via such oil circuit
JP7414586B2 (ja) * 2020-02-28 2024-01-16 住友重機械工業株式会社 極低温冷凍機用圧縮機システムおよび補助冷却装置
CN111365898B (zh) * 2020-04-03 2021-07-09 常州微能节能科技有限公司 一种促进氟利昂循环系统冷冻机油回油的方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60255038A (ja) * 1984-05-30 1985-12-16 Hitachi Ltd 密閉形電動圧縮機の電動機冷却方法
JPS6397892A (ja) * 1986-10-15 1988-04-28 Hitachi Ltd 横形スクロ−ル圧縮機
JPH05312162A (ja) * 1992-05-11 1993-11-22 Hitachi Ltd ヘリウム用横型スクロール圧縮機
JPH0633886A (ja) * 1992-07-10 1994-02-08 Toshiba Corp 極低温冷凍機用二段圧縮コンプレッサ
JPH06346864A (ja) * 1993-06-07 1994-12-20 Hitachi Ltd ヘリウム用横型スクロール圧縮機
JPH0821391A (ja) * 1994-07-08 1996-01-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 横置形密閉圧縮機
JPH1037872A (ja) * 1996-05-23 1998-02-13 Sanyo Electric Co Ltd 横型圧縮機
JP2001020888A (ja) * 1999-07-06 2001-01-23 Fujitsu General Ltd 密閉型圧縮機
JP2002295381A (ja) * 2001-03-30 2002-10-09 Hitachi Ltd ヘリウム用横形スクロール圧縮機
JP2005214010A (ja) * 2004-01-27 2005-08-11 Hitachi Ltd ヘリウム用スクロール圧縮装置

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1967035A (en) * 1933-05-08 1934-07-17 Lipman Patents Corp Motor compressor unit
NL252718A (ja) 1957-11-14
JPS6463694A (en) * 1987-09-04 1989-03-09 Hitachi Ltd Scroll compressor
GB2210288A (en) * 1987-10-01 1989-06-07 Pall Europ Coalescer filter unit
JP2559603B2 (ja) * 1987-12-14 1996-12-04 三井精機工業株式会社 油冷式横形スクロール圧縮機
BR8900780A (pt) * 1989-02-17 1990-10-02 Brasil Compressores Sa Sistema de lubrificacao para compressor hermetico rotativo de eixo horizontal
JPH02277986A (ja) * 1989-04-20 1990-11-14 Sanyo Electric Co Ltd 横型スクロール圧縮機
JP2842976B2 (ja) * 1992-04-09 1999-01-06 三菱重工業株式会社 横置式密閉圧縮機
JP2895320B2 (ja) * 1992-06-12 1999-05-24 三菱重工業株式会社 横型密閉圧縮機
JPH062687A (ja) * 1992-06-19 1994-01-11 Matsushita Refrig Co Ltd 横型ロータリ圧縮機の油冷却装置
JP2994860B2 (ja) * 1992-07-14 1999-12-27 三菱重工業株式会社 横型密閉圧縮機
JP2999068B2 (ja) * 1992-08-03 2000-01-17 三菱重工業株式会社 横型密閉圧縮機
US5318151A (en) * 1993-03-17 1994-06-07 Ingersoll-Rand Company Method and apparatus for regulating a compressor lubrication system
MY127158A (en) * 1993-12-21 2006-11-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd Hermetically sealed rotary compressor having an oil supply passage to the compression compartment
US5626470A (en) * 1996-04-10 1997-05-06 Ingersoll-Rand Company Method for providing lubricant to thrust bearing
TW362142B (en) * 1996-05-23 1999-06-21 Sanyo Electric Co Horizontal compressor
US6017205A (en) 1996-08-02 2000-01-25 Copeland Corporation Scroll compressor
US6017192A (en) * 1996-10-28 2000-01-25 Clack; Richard N. System and method for controlling screw compressors
US6488120B1 (en) 2000-09-15 2002-12-03 Shi-Apd Cryogenics, Inc. Fail-safe oil lubricated helium compressor unit with oil-free gas delivery
US6428296B1 (en) * 2001-02-05 2002-08-06 Copeland Corporation Horizontal scroll compressor having an oil injection fitting
US6701745B1 (en) * 2001-08-06 2004-03-09 Richard C. Kozinski Air conditioning system utilizing at least one evaporator with continuous refridgerant flow through an auxiliary unit during shut off
US6644400B2 (en) * 2001-10-11 2003-11-11 Abi Technology, Inc. Backwash oil and gas production
US6616415B1 (en) * 2002-03-26 2003-09-09 Copeland Corporation Fuel gas compression system
JP4266104B2 (ja) * 2002-07-29 2009-05-20 東芝キヤリア株式会社 横形ロータリ式圧縮機
JP2004183499A (ja) * 2002-11-29 2004-07-02 Denso Corp 電動コンプレッサ
US7229257B2 (en) * 2003-02-07 2007-06-12 Lg Electronics Inc. Horizontal type compressor
US7296436B2 (en) * 2004-06-02 2007-11-20 Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Cryorefrigerator contaminant removal

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60255038A (ja) * 1984-05-30 1985-12-16 Hitachi Ltd 密閉形電動圧縮機の電動機冷却方法
JPS6397892A (ja) * 1986-10-15 1988-04-28 Hitachi Ltd 横形スクロ−ル圧縮機
JPH05312162A (ja) * 1992-05-11 1993-11-22 Hitachi Ltd ヘリウム用横型スクロール圧縮機
JPH0633886A (ja) * 1992-07-10 1994-02-08 Toshiba Corp 極低温冷凍機用二段圧縮コンプレッサ
JPH06346864A (ja) * 1993-06-07 1994-12-20 Hitachi Ltd ヘリウム用横型スクロール圧縮機
JPH0821391A (ja) * 1994-07-08 1996-01-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 横置形密閉圧縮機
JPH1037872A (ja) * 1996-05-23 1998-02-13 Sanyo Electric Co Ltd 横型圧縮機
JP2001020888A (ja) * 1999-07-06 2001-01-23 Fujitsu General Ltd 密閉型圧縮機
JP2002295381A (ja) * 2001-03-30 2002-10-09 Hitachi Ltd ヘリウム用横形スクロール圧縮機
JP2005214010A (ja) * 2004-01-27 2005-08-11 Hitachi Ltd ヘリウム用スクロール圧縮装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011099669A (ja) * 2009-11-09 2011-05-19 Sumitomo Heavy Ind Ltd 空冷ヘリウムコンプレッサ
JP2017500526A (ja) * 2013-12-19 2017-01-05 スミトモ (エスエイチアイ) クライオジェニックス オブ アメリカ インコーポレイテッドSumitomo(SHI)Cryogenics of America,Inc. ハイブリッド型ブレイトン・ギフォード・マクマホン膨張機
JP2019505710A (ja) * 2015-12-18 2019-02-28 スミトモ (エスエイチアイ) クライオジェニックス オブ アメリカ インコーポレイテッドSumitomo(SHI)Cryogenics of America,Inc. デュアル・ヘリウムコンプレッサ
US11149992B2 (en) 2015-12-18 2021-10-19 Sumitomo (Shi) Cryogenic Of America, Inc. Dual helium compressors
JP2022543544A (ja) * 2019-08-07 2022-10-13 スミトモ (エスエイチアイ) クライオジェニックス オブ アメリカ インコーポレイテッド 非改良スクロールコンプレッサを備えたヘリウムコンプレッサシステム

Also Published As

Publication number Publication date
JP4880517B2 (ja) 2012-02-22
US20070253854A1 (en) 2007-11-01
US7674099B2 (en) 2010-03-09
CN101063450B (zh) 2010-06-16
CN101063450A (zh) 2007-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4880517B2 (ja) オイルバイパス付きコンプレッサ
JP4810503B2 (ja) 横置き型バルクオイルセパレータ及びリザーバ
EP1614982B1 (en) System and method for cooling a compressor motor
JP6594707B2 (ja) 2段圧縮冷凍システム
RU2642944C1 (ru) Винтовой компрессор
JP2016033348A (ja) ターボ冷凍機
CN101326413A (zh) 用于磁力轴承压缩机的急停轴承的润滑系统
JP5014880B2 (ja) 単機スクリュー式多段圧縮機およびそれを用いた冷凍・冷却システム
JP2008144643A (ja) 多段圧縮機およびそれを用いた冷凍サイクル
JP4114337B2 (ja) 冷凍装置
JPH11351168A (ja) スクリュ式冷凍装置
JPH07109197B2 (ja) ロ−タ軸受を潤滑するねじ圧縮機装置
CN101963160B (zh) 涡轮压缩机及冷冻机
EP3006861A1 (en) Turbo refrigerator
JP6370593B2 (ja) 油冷式多段スクリュ圧縮機及びその排油方法
JP2004162540A (ja) スクリュ圧縮機
CN216894891U (zh) 具有油冷却电机线圈功能的氦气压缩机
JP2019090422A (ja) ターボ冷凍機
CN114174680B (zh) 具有未改性涡旋压缩机的氦气压缩机系统
JPH0730962B2 (ja) 二段圧縮冷凍サイクル
US11162495B2 (en) Oil circulation in a scroll compressor
CN114046247A (zh) 具有油冷却电机线圈功能的氦气压缩机
JPH0447192A (ja) 極低温冷凍機の圧縮装置
JP5322016B2 (ja) 単機スクリュー式多段圧縮機およびそれを用いた冷凍・冷却システム
JP2019090602A (ja) ターボ冷凍機

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090713

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110624

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20111122

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20111201

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 4880517

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141209

Year of fee payment: 3

S802 Written request for registration of partial abandonment of right

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R311802

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250