JP2518455B2 - 極低温冷凍機の圧縮装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 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
ショ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
口する油注入口（Ｊ）との間に、減圧手段（Ｖ）をもつ
油インジェクション管（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離器
（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、吸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、油注入口（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）の底部と前記油注入口（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。

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（6
a）（6b）を直列に設けて、初段側の第１油分離器（6
a）の底部と油注入口（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、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、油溜（１）に連通する第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
は油インジェクション通路（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）で分離される油で、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
（6b）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
する油注入口（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）（46）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Ｋ〜数十Ｋ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（52
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）の底部と前記油注
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ョン通路
（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）に連通する
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（5
2）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）に溜る油が規定油面を越えると、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くく、
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）の油注入口（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（4
7）及び吸入ライン（20）を介して油溜（１）に連通す
る第１油戻し通路（8a）を、第２油分離器（6b）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）に連通する第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
ンジェクション通路（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
よる影響を受け易いが、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）
の底部と油注入口（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）に連通する油戻し通路
（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図に、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）（6b）の直列に設けて、初段側の
第１油分離器（6a）の底部と油注入口（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、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、油溜（１）に連通する第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（6
a）（6b）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）……油注入口 （４）……圧縮要素 （５）……吐出ライン （６）……油分離器 （７）……油インジェクション通路 （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)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】底部に油溜（１）をもつ低圧ドーム形のケ
   ーシング（２）に、油注入口（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）の底部と前記油注入口
   （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. 【請求項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. 【請求項３】底部に油溜（１）をもつ低圧ドーム形のケ
   ーシング（２）に、油注入口（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（6a）（6b）を直列に設けて、初段側の第１油分
   離器（6a）の底部と前記油注入口（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. 【請求項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。