JPH01195982A - 圧縮機の制御装置 - 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】 （イ）産業上の利用分野 この発明は圧縮要素に供給されるオイル量によって圧縮
機の運転を制御する圧縮機の制御装置の改良に関する。

（ロ）従来の技術 ギフオード・マクマホン冷凍機等の極低温冷凍装置では
、例えば「低温工学ノ・ンドブツク」（昭和５７年９月
１５日内田老鶴圃新社　第１３８頁〜第１４０頁）に示
されているように、作動ガスとしてヘリウムガスが使用
されている。しかしながら、ヘリウムガスは比熱比（ｋ
）が１．６５８もあり、フロン系冷媒のＲ１２（ｋ＝１
．１４２）やＲ２２（ｋ＝１．１３５）に比べて比熱比
が太きいため、圧縮機で圧縮すると、吐出′ガス温度が
非常に高くなる。

すなわち、圧縮機の吸入ガス温度なＴ１、吐出ガス温度
をＴ２、吸入圧力なＰｌ、吐出圧力なＰ２とし、圧縮が
断熱圧縮であるとすると、吐出ガス温度Ｔ２は下式で示
される。

上式において、吸入ガス温度を２７℃、吸入圧力を７　
ａｔｍ、吐出圧力を２０　ａｔｍとすると、ヘリウムガ
スの吐出温度Ｔ２は１８０°Ｃとなる。これに対し、Ｒ
１２ではＴ２が６９°Ｃ，Ｒ２２ではＴ２が６７°Ｃと
なる。

このように、ヘリウムを使用する圧縮機では吐出ガス温
度がフロンを使用する圧縮機に比べ、かなり高くなるの
で、冷却を十分に行なわないと、オイルが劣化したり、
電動機の巻線が損傷したりする問題があり、しかも、圧
縮性能や耐久性を損う問題があった。

（ハ）発明が解決しようとする課題 そこで、従来は圧縮機ケース内のオイルをケース外に導
いて熱交換器によって冷却した後、オイルを吸入口から
シリンダ内に戻すようにした冷却装置が使用されていた
。

しかしながら、上述した冷却装置では冷却したオイルを
ヘリウムガスと一緒に吸入口からシリンダ内に供給して
いるので、オイル供給量に反比例してヘリウムガス供給
量が変化し、オイル供給量を増やしてヘリウムガスの圧
縮時の温度上昇を抑えると、このヘリウムガスの減少に
より冷凍能力の低下をきたし、かつ、ヘリウムガスの循
環量を増やして冷凍能力を向上させようとすると、オイ
ル供給量が減少して圧縮されたヘリウムガスが非常に高
い温度になっていた。

この発明は上述した事実に鑑みてなされたものであり、
ヘリウムガスの循環量を減少させることなくオイル供給
量を増加させて、圧縮されたヘリウムガスの温度上昇を
抑えることを目的としており、さらに圧縮されたヘリウ
ムガス温度によって圧縮機の摺動部へ供給されるオイル
の油面制御を行なうようにすることを目的としたもので
ある。

（ニ）課題を解決するための手段 この発明は密閉容器に取付けたオイル供給装置をパイプ
で形成し、このノ（イブの一端をシリンダ内の圧縮室に
連通し、他端をオイル溜のオイル中に開口し、このパイ
プの他端を回転軸の給油路の下端よりも上方に位置させ
たものである。

そして、この発明はシリンダ内に供給されるオイルを冷
却してこのシリンダ内で圧縮された作動ガスの温度を温
度検出素子で検出して圧縮機をオン・オフ制御するもの
である。

この発明はオイル供給装置を圧縮要素の軸受部の摺動面
に開口し、この軸受部を潤滑しつつシリンダ内にオイル
を供給するものである。

また、この発明はヘリウムガスを圧縮するシリンダ内の
圧縮室にオイルを供給するとともに、密閉容器外にヘリ
ウムガスを吐出する吐出管に温度検出素子を取付け、ヘ
リウムガス温度によって圧縮機をオン・オフ制御するも
のである。

（ホ）作用 この発明は上記のように構成したことにより、シリンダ
内にオイルを供給するオイル供給装置のパイプの他端を
回転軸の給油路の下端よりも上方に位置させることによ
って、オイル溜のオイルが減少して給油路から圧縮要素
の摺動部に供給されな（なる前に、シリンダ内にオイル
が供給されないようにし、このシリンダ内で圧縮された
作動ガスあるいはヘリウムガスの温度を温度検出素子で
検出して圧縮機を停止させ、この圧縮機が潤滑不良を起
こすのを防止するようにしたものである。

また、この発明は軸受部の摺動面を潤滑したオイルをシ
リンダ内に供給し、圧縮機の潤滑と冷却とを同時に行な
えるようにしたものである。

（へ）実施例 以下この発明を第１図乃至第３図に示す実施例に基いて
説明する。

１は回転圧縮機、２は主熱交換器、３はオイルフィルタ
、４はクライオポンプ、５は逆止弁で、これらは配管接
続されて極低温用冷凍サイクルを構成している。回転圧
縮機１は底部にオイルの貯溜されたオイル溜６を有する
密閉容器７と、この容器内の上側に収納された電動要素
８と、下側に収納されてこの電動要素の回転軸９によっ
て駆動される回転圧縮要素１０とで構成されている。回
転圧縮要素１０は中間仕切板１１と、この仕切板の上下
に取付けられたシリンダ１２．１３と、このシリンダ内
を回転軸９の偏心部１４．１５によって回転するロー２
１６，１７と、このローラに接してシリンダ１２．１３
内を吸込室１８と圧縮室１９とに区画するベー７２０，
２１と、シリンダ１２．１３の開口を封じる上軸受部２
２と下軸受部２３と、この上・下軸受部に取付けられた
カップマフラー２４．２５とで構成されている。中間仕
切板１１とシリンダ１２．１３とにはカップマフラー２
４．２５を連通ずる吐出孔２６が設けられている。回転
軸９には回転圧縮要素１０の各摺動部にオイルを供給す
る給油孔２７が中央に設けられている。また、回転軸９
の下端には給油孔２７に連通してオイル溜６のオイル中
に浸漬したオイルピックアンプ２８が設けられている。

２９は回転圧縮要素１０のシリンダ１２．１３内にオイ
ル溜６のオイルを供給するオイル供給装置で、このオイ
ル供給装置はパイプ３０で形成され、かつ、このパイプ
の一端を中間仕切板１１に設けてシリンダ１２．１３内
の圧縮室１９に適宜開口する噴射孔３１に接続するとと
もに、他端をオイルピックアップ２８の下端開口よりも
上方のオイル溜６のオイル中に開口するように密閉容器
７内に突出して設けられている。パイプ３０は密閉容器
７外に鯨４辻てこの容器に固定されている。３２は第１
吐出管で、この第１吐出管は回転圧縮要素１０の吐出孔
２６と、密閉容器７内の電動要素８と回転圧縮要素１０
との間の空間３３とに外部に設けた補助熱交換器３４を
介して接続されている。

３５は密閉容器７の土壁に取付けられた第２吐出管で、
この第２吐出管は主熱交換器２に接続されている。主熱
交換器２と補助熱交換器３４とはケース３６内に収納さ
れている。ケース３６にはこの主熱交換器と補助熱交換
器とを別々に冷却する冷却水の入口管３７．３７と出口
管３８．３８とが設けられている。３９は回転圧縮機１
をオン・オフ制御する制御装置で、この制御装置は第１
吐出管３２に取付けて、この第１吐出管を流れるへリウ
ムガス温度を検出する温度検出素子４０によって作動さ
れる。

このように構成された圧縮機の制御装置において、シリ
ンダ１２．１３内に流入したヘリウムガスはローラ１６
，１７とベーン２０，２１との協働によって圧縮され、
カップマフラー２４．２５内に吐出される。また、ヘリ
ウムガスを圧縮するシリンダ１２．１３内の圧縮室１９
にはオイル溜６のオイルがオイル供給装置２９を介して
供給されている。そして、このオイルはシリンダ１２゜
１３内で圧縮されるヘリウムガスが断熱圧縮されて温度
上昇するのを吸収し、吐出ガス温度の上昇を抑えている
。カップマフラー２４．２５内のヘリウムガスは吐出孔
２６から第１吐出管３２に吐出されて補助熱交換器３４
で冷却水と熱交換され、密閉容器７内の空間３３に流入
する。この空間内に流入したヘリウムガスは電動要素８
を通り、第２吐出管３５かも密閉容器７外に吐出する前
に、この密閉容器内でヘリウムガスに含まれているオイ
ルを分離している。この分離されたオイルはオイル溜６
に戻るとともに、オイルを分離されたヘリウムガスは第
２吐出管３５かも吐出されて主熱交換器２に流入する。

この主熱交換器で冷却された高圧ヘリウムガスはオイル
フィルタ３で残留オイルが取り除かれ、クライオポンプ
４で極低温にされ、逆止弁５を通り回転圧縮機１に帰還
する。

シリンダ１２．１３の圧縮室１９にオイルを供給するオ
イル供給装置２９のパイプ３０のオイル取り出し用の他
端は回転圧縮要素１０の摺動部へオイルを供給するオイ
ルピックアップ２８の下端よりも上方に開口させること
により、回転軸９の給油孔２７から摺動部にオイルが供
給されなくなる前に、オイル供給装置２９でシリンダ１
２，１３内にオイルを供給できなりシ、このシリンダ内
で断熱圧縮されるヘリウムガスの温度を高めて、このヘ
リウムガスの温度を第１吐出管３２に取付けた温度検出
素子４０で検出し、制御装置３９によって回転圧縮機１
を停止させ、オイル溜６のオイル量管理ができるように
している。しかも、パイプ３０の他端は密閉容器７内に
突出させることにより、オイル溜６のオイルが吸込まれ
なくなったときに、この容器の器壁な伝わって落ちてく
るオイルを吸込まないようにしている。

尚、上記説明においては、温度検出素子４０を第１吐出
管３２に取付けるように説明したが、この温度検出素子
を補助熱交換器３４の冷却水の出口管３８や第２吐出管
３５に取付けてもよいことは言うまでもない。また、パ
イプの他端を密閉容器の底部から上方へ向って突出させ
てもよいことは言うまでもない。

実線で暖房運転、点線で冷房運転を示す通常の冷凍サイ
クルの第４図及び第５図においては、オイル供給装置４
１のパイプ４２に熱交換器４３を取付けたり、パイプ４
４を室外側熱交換器４５に取付けたりして、回転圧縮機
１に供給するオイルを冷却し、圧縮される作動ガスの温
度上昇をより抑えられるようにしている。

また、第６図及び第７図においては、回転圧縮機１の出
口側の吐出管４６に設けたオイ、ルセパレータ４７で分
離されたオイルを回転圧縮機１の軸受部４８，４９の摺
動面にオイル供給装置５０で供給し、オイル不足によっ
て摺動面に摩耗が発生しないようにしている。

（ト）　　発明の効果 この発明の圧縮機の制御装置は密閉容器に取付けたオイ
ル供給装置をパイプで形成し、このパイプの一端をシリ
ンダ内の圧縮室に連通し、他端をオイル溜のオイル中に
開口し、このパイプの他端を回転軸の給油路の下端より
も上方に位置させたのであるから、シリンダ内の圧縮室
にオイルを供給するパイプを回転軸の給油路の下端より
も上方に位置させることによって、回転軸の給油路から
圧縮要素の摺動部にオイルを供給できなくなる前に、パ
イプからシリンダ内にオイルが供給できなくし、圧縮機
の油面管理をして、この圧縮機を保護できるようにした
ものである。

この発明はシリンダ内で圧縮された作動ガスの温度を圧
縮機の吐出路に取付けた温度検出素子で、この圧縮機を
オン・オフ制御するので、シリンダ内に供給されるオイ
ル量によって圧縮機を制御でき、この圧縮機の摺動部に
オイルが供給されなくなる前に、この圧縮機を停止して
、圧縮機がオイル不足で焼付けを起こさないようにでき
るものである。

この発明はシリンダ内に供給されるオイルを冷却するこ
とによって、シリンダ内で圧縮される作動ガスの温度を
低下させ、吐出作動ガスの温度上昇を抑えることができ
るようにしたものである。

この発明はオイル供給装置の一端を圧縮要素の軸受部の
摺動面に開口させたので、圧縮機の軸受部を強制潤滑で
き、潤滑不良による軸受部の摩耗を防止できるようにし
たものである。

この発明の圧縮機の制御装置はヘリウムガスを圧縮して
いるシリンダ内にオイル溜のオイルをオイル供給装置で
供給し、圧縮されたヘリウムガスの流れる第１吐出管あ
るいは第２吐出管に圧縮機を停止させる制御手段を作動
させる温度検出素子を取付けたのであるから、シリンダ
内で断熱圧縮されたヘリウムガスの温度上昇を抑えるオ
イルがシリンダ内に供給されなくなったときに、第１吐
出管あるいは第２吐出管に取付けた温度検出素子によっ
て、制御手段を作動させて圧縮機を停止させ、この圧縮
機がオイル不足運転を続げないようにして圧縮機の摺動
部に潤滑不良が生じないようにし、この圧縮機の摺動部
の摩耗を防止できるよ５Ｋしたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図はこの発明の一実施例を示し、第１図
は極低温用冷凍機の冷媒回路図、第２図は２気筒回転圧
縮機の要部断面図、第３図は第２図の■−■線断面図、
第４図は他の実施例を示す冷媒回路図、第５図はその他
の実施例を示す冷媒回路図、第６図及び第７図はその他
の実施例を示し、第６図は冷媒回路図、第７図は回転圧
縮機の要部断面図である。 １・・・回転圧縮機、　　６・・・オイル溜、　　７・
・・密閉容器、　８・・・電動要素、　９・・・回転軸
、　　１０・・・回転圧縮要素、　　１２．１３・・・
シリンダ、１９・・・圧縮室、　２７・・・給油孔、　
２９．４１・・・オイル供給装置、　　３０．４２．４
４．５０・・・パイプ、　３２・・・第１吐出管、　　
３４・・・補助熱交換器、３５・・・第２吐出管、　３
９・・・制御手段、　　４０・・・温度検出素子、　４
３・・・熱交換器、　４５・・・室外側熱交換器、　４
６・・・吐出管、　　４７・・・オイルセパレータ、　
　４８．４９・・・軸受部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、底部にオイルの貯溜されたオイル溜を有する密閉容
   器内に電動要素と、この電動要素の回転軸によって駆動
   される圧縮要素とを収納し、この圧縮要素のシリンダ内
   にオイルを供給するオイル供給装置を設け、かつ、シリ
   ンダ内に供給されるオイルによって電動要素の回転を制
   御し、回転軸には摺動部にオイルを供給する給油路が設
   けられ、この給油路の下端をオイル溜のオイル中に開口
   した圧縮機において、前記オイル供給装置はパイプで形
   成され、このパイプの一端はシリンダ内の圧縮室に連通
   し、他端はオイル溜のオイル中に開口し、パイプの他端
   を給油路の下端よりも上方に位置させたことを特徴とす
   る圧縮機の制御装置。 ２、圧縮機の吐出路にこの圧縮機を停止させる温度検出
   素子を取付けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載された圧縮機の制御装置。 ３、オイル溜のオイルをシリンダ内に供給するオイル供
   給装置のパイプを密閉容器外に臨ませたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載された圧縮機の制御装置
   。 ４、オイル供給装置のパイプに冷却用の熱交換器を設け
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載された
   圧縮機の制御装置。 ５、オイル供給装置のパイプを室外側熱交換器に取付け
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載された
   圧縮機の制御装置。 ６、室外側熱交換器に取付けられたオイル供給装置のパ
   イプの一端を圧縮機の吐出路の途中に設けたオイルセパ
   レータのオイル戻し部に接続したことを特徴とする特許
   請求の範囲第４項あるいは第５項に記載された圧縮機の
   制御装置。 ７、底部にオイルの貯溜されたオイル溜を有する密閉容
   器内に回転軸によって駆動される圧縮要素を収納し、こ
   の圧縮要素をシリンダと、回転軸の偏心部によってシリ
   ンダ内で回転するローラと、このローラに接してシリン
   ダ内を圧縮室と吸込室とに区画するベーンと、シリンダ
   の開口を封じる軸受部とで構成した圧縮機において、オ
   イル溜のオイルを供給するオイル供給装置の一端を軸受
   部の摺動面に開口させたことを特徴とする圧縮機の制御
   装置。 ８、軸受部にオイルを供給するオイル供給装置を圧縮機
   の吐出路の途中に設けたオイルセパレータのオイル戻し
   部に接続したことを特徴とする特許請求の範囲第７項に
   記載された圧縮機の制御装置。 ９、底部にオイルの貯溜されたオイル溜を有する密閉容
   器内に圧縮要素を収納し、この圧縮要素で圧縮されたヘ
   リウムガスを密閉容器外に吐出させて再度密閉容器内に
   導く補助熱交換器を有する第１吐出管を密閉容器外に取
   付け、この第１吐出管から密閉容器内に流入したヘリウ
   ムガスを外部冷却回路に導く第２吐出管を密閉容器に取
   付けた圧縮機において、オイル溜のオイルを圧縮要素の
   シリンダ内の圧縮室に供給するオイル供給装置を設け、
   かつ、第１吐出管あるいは第２吐出管に圧縮機を停止さ
   せる制御手段を作動させる温度検出素子を取付けたこと
   を特徴とする圧縮機の制御装置。