JPH03271583A - スクロール圧縮機及びそれを用いたヘリウム液化用冷凍装置 - 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】 ［産業上の利用分野〕 本発明は極低温分野のヘリウム冷凍装置、殊にヘリウム
液化用冷凍装置に適したヘリウム圧縮用の給油式スクロ
ール圧縮機、及び作動ガスとしてフロンガスを用いる冷
凍・空調用途のスクロール圧縮機に関するものである。

［従来の技術］ 従来のヘリウム用途に用いられたスクロール圧縮機とし
ては、特開昭６１−１８７５８４号公報に記載のように
、スクロールラップの巻き数が２．５巻き程度のスクロ
ール形状を備えた給浦式のヘリウム圧縮用スクロール圧
縮機が公知である。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術は、ヘリウムガスの用いられる冷凍装置の
中でも、冷却到達温度が２０にレベルの領域となるクラ
イオポンプ装置に適したものである。すなわち圧縮機の
運転圧力比が２〜４といった比較的低圧力比（中圧力比
）域の運転条件となっている。（以下、特に断らない限
り、運転圧力比を単に圧力比と略記する。）このような
低圧力比条件に適したスクロール圧縮機はヘリウム液化
用途の冷凍装置のヘリウム圧縮機には使えないという問
題がある。これは、ヘリウム液化用途の運転条件では、
吸入圧力（低圧側圧力）が○ｋｇ／ａｌＧ　（Ｇはゲー
ジ圧力の意）付近で吐出圧力（高圧側圧力）が１８〜２
０ｋｇ／ａ＃Ｇとなり、圧力比として１９〜２１と高い
圧力比が必要となるためである。

また旋回スクロールの鏡板に設けた細孔がら該鏡板背面
側に導いた中間圧で旋回スクロールを固定スクロール側
に押付ける中間圧方式のスクロール圧縮機の場合、上記
したスクロール形状（ラップ巻き数が約２．５のもの）
では充分な押付は力が得られず、圧力比１０＃後で使用
しようとすると旋回スクロールが固定スクロールから離
れるといった離脱現象が生し、高い圧力比運転ができな
いという問題がある。

低運転圧力比用スクロール圧縮機を２台直列に配備して
高圧力比を得るような装置もあるが、この場合、圧縮機
ユニットの軽量化や省スペース化などの点で不利となる
。

他方、フロンガスを用いて蒸発温度が一４０’Ｃといっ
た比較的低温を得る冷凍装置においても、圧力比７前後
が主な運転域となる。このようなフロンガスを用いた冷
凍装置には前記の低運転圧力比用スクロール圧縮機は適
用できないという問題がある。

本発明の目的は、フロンガスを冷媒に用いる冷凍用途と
、ヘリウム液化温度の４．５に前後の極低温の得られる
ヘリウムガスを用いるヘリウム液化用冷凍装置に共用で
きるスクロール圧縮機構造を提供するにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明のスクロール圧縮機は前記の両用途に適用できる
スクロールラップ部の歯形形状を有する。

すなわち、本発明では、ヘリウム液化用途での高圧力比
運転（圧力比２０前後）を単段で圧縮可能なスクロール
形状と、フロンガス（例えばフロンガス２Ｒ−２２）を
用いる冷凍・空調用途での高圧力比（圧力比７〜１０前
後）を得られるスクロール形状を共用化するものである
。このため、本発明では、該スクロールラップの巻き数
を、設定容積比Ｖ、（旋回スクロールと固定スクロール
の両ラップで形成される密閉空間の最大容積と最小容積
の比を意味する）が３．５〜４．５になる様に設定した
スクロール形状とする。

この圧縮機をヘリウム用途に用いる場合には運転特性上
圧縮機全体の冷却を特に図る必要があり、このため固定
スクロールの鏡板部に冷却用油インジェクション孔を設
けるとともに、該冷却用インジェクション油の供給源と
して圧縮機底部の油を用い、ここから該泊を取出して機
外の油冷却器に導く油取出手段を圧縮機に備え、該油冷
却器を経た油を上記冷却用油インジェクション孔から両
スクロール間に形成された圧縮室内に注入する構成とす
る。この様な構成とする理由は、ヘリウムガスの比熱比
にかに＝　１．６６と他のガス（フロンガス）に比べて
高いため、断熱圧縮時の吐出ガス温度が高くなるので、
これを防ぐため油によるガスの冷却を行う必要があるか
らである。

［作　　　用コ 第１図に、設定容積比Ｖ、＝３．９としたスクロール形
状（その具体的な歯形形状を第３図から第７図に示す。

）を用いた場合の運転圧力比に対する断熱図示効率の変
化を計算した結果を示す。断熱図示効率ηＬ　ｆｔｈ＋
は次式で与えられるもので、主に高圧力比運転での圧縮
不足に伴う動力損失の大きさを理論動力との比で表わし
た値となる。

ここで　Ｐ、：吐出圧力　Ｐ、：吸入圧力に　：比熱比
、　■、二股設定容積 比はガスに固有の値であり、第１図において、に＝　１
．１５はフロンカスＲ−２２の場合であり、に＝１．６
６はヘリウムガスの場合である。第１図から、本発明に
該当する上記スクロール形状とすることにより、冷媒フ
ロンガス（Ｒ−２２）による冷媒仕様の運転域において
も、またヘリウムガスによるヘリウム液化装置の運転域
においてもη１．１の値が９０％前後という高い効率が
示されていることが分かる。該スクロール形状を持つ圧
縮機に対して前記した油インジェクション構造などの冷
却手段を付加することにより、さらに圧縮機の効率が向
上できることを実験的につかんでる。このような効率特
性を備えたスクロール形状は、フロンガス利用の冷凍装
置のフロンガス圧縮用のスクロール圧縮機にも、ヘリウ
ム液化装置のヘリウムガス圧縮機にも共用できる。また
本構成により、圧縮機のわずかな改造により両用途に対
して高性能で高信頼性のスクロール圧縮機が容易に提供
できる。すなわち、上記した両用途に、スクロール部（
歯形形状）を共用化することを特徴としている。

［実　施　例］ 本発明のスクロール形状を有するスクロール圧縮機を、
ヘリウム液化用途のヘリウム圧縮用の圧縮機として構成
した場合を、第２図から第７図にわたって示す。

第２図は、本実施例のスクロール圧縮機の全体構成の縦
断面図であり、旋回スクロールを旋回駆動するクランク
軸およびその朴動用電動機を水平に配置し、スクロール
部を図で右側に、電動機部を図で左側をに配した横形構
造のスクロール圧縮機の全体構造を示す。第２図におい
て、旋回スクロール５およびスクロール１は夫々の鏡板
５ａ。

１ａを上下方向に立てるように組合わされて圧縮機部を
構成している。固定スクロール１と旋回スクロール５の
詳細な形状は第３図から第７図に示しである。

第２図に示すように、このスクロール圧縮機は、密閉形
・給油式スクロール圧縮機を成しており、密閉容器３１
と、これの内部に形成された吐出室３２と、電動機室３
３と、下方の油溜め３４ａ。

３４ｂと、フレーム１５と、固定および旋回面スクロー
ル１，５よりなる圧縮機部と、ガスの吸入管１１と、背
圧室３６と、圧縮ガスの吐出管１６と、電動機１７と、
回転恥動軸（クランク軸）１９および偏心軸（クランク
ピン）２０と、中央部の油吸い上げ管２３とを有する。

ヘリウムガスや油分を吐出室３２から電動機室３３に導
く連通路２６ａ、２６ｂと、両室３２および３３内の油
溜め３４ａ、３４ｂの油面のレベルを調整するための均
油路２７とを固定スクロール鏡板１ａの外周部の上部と
下部に夫々般けである。前記フレーム１５は、密閉容器
３１の胴体３１ａの内部にボルトエ５ａにて固定されて
いる。

前記スクロール圧縮機部は、固定スクロール１と、旋回
スクロール５と、オルダム継手１０とを有して構成され
ている。前記固定スクロール１は。

第３図に示すように円板状の鏡板１ａと、インボリュー
ト曲線またはこれに近似の曲線で形成されかつ鏡板１ａ
に垂直に取り付けられたラップ１ｂとを有して構成され
ている。また、固定スクロール１は円周方向に間隔をお
いて取り付けられた複数本のボルト９で前記フレーム１
５に固定されている。前記各ボルト９は、固定スクロー
ル１の鏡板１ａの外縁部に、円周方向に間隔をおいて形
成されたボルト通し穴９ａ（第３図参照）に挿通され、
かつ、フレーム１５の外縁部に前記ボルト通し穴９ａに
合わせて設けられたねじ穴にねじ込まれて止められてい
る。一方、旋回スクロール５は円板状の鏡板５ａと、前
記固定スクロールｌのラップ１ｂとかみ合う形状に形成
されかつ前記鏡板５ａに垂直に取り付けられたラップ５
ｂと、前記鏡板５ａにおいてラップ５ｂの取り付は面の
反対側の面に設けれたボス５ｃとを有して構成されてい
る。電動機１７で駆動されるクランク軸１９の偏心軸２
０は上記ボス５ｃに軸受嵌合しており、クランク軸１９
が電動機１７で回転されると、旋回スクロール５は、オ
ルダムリングおよびオルダムキーからなるオルダム継手
１０を介して自転が阻止されて旋回運動し得るようにな
っている。固定スクロール１の鏡板１ａと旋回スクロー
ル５の鏡板５ａとは対向させて配置され、固定スクロー
ルｌのラップ１ｂと旋回スクロール５のラップ５ｂとは
互いにかみ合わされている。

前記ヘリウムガスの吸入管１１は、第２図に示すように
、機外からスクロール圧縮機の固定スクロール内周部の
吸入室２２にガスを導入するようになっている。

更に第２図に示すように、密閉容器３１の電動機室３３
側のサイドカバー３１ｃには、該室３３内の下部の油溜
り３４から油を取出す下方に弯曲した油取出管４７ａが
油取出口４７を経て機外の油配管５１に接続されており
、この油配管５１は。

第２図には図示されていない油冷却器を介して、密閉容
器３１の圧縮機部側のサイドカバー３１ｂを貫通してい
る油インジェクション管４０に接続されている。油イン
ジェクション管４ｏは固定スクロール１の鏡板１ａに設
けられた後述の油インジェクション孔１ｗに接続されて
いる。なお。

５７は電動機への給電端子保護カバーである。

固定スクロール１と旋回スクロール５のラップ間に形成
される密閉空間（圧縮室）１３は旋回スクロールの旋回
につれてその容積を減じ、従って、吸入室２２から該圧
縮室１３に取り込まれたガス（ヘリウム）は圧縮されて
固定スクロール鏡板１ａの中央の吐出口２から吐出室３
２に吐出されるのであるが、この過程においてガスは油
インジェクション管から注入される前記の油で冷却され
る様になっている。

第３図は、上述のスクロール圧縮機における固定スクロ
ール１の平面図であり、また第４図は固定スクロールの
鏡板部１ａに設けた油インジェクション用孔１ｗに接続
された油インジェクション管４０とその周辺の構造を示
す縦断面図であり、第５図と等６図は旋回スクロール５
の平面図と縦断面図であり、第７図は両スクロール１，
５の噛み合った状態を示す平面図である。

本圧縮機において両スクロール１，５のラップの巻き数
はヘリウム液化用途に合わせて夫々約４巻きとしている
（このことは、後述するフロンガス圧縮用の実施例でも
同じ、である。）。例えば第５図においてラップ巻き終
わり端部５にでのインボリュート伸開角（以後「スクロ
ールラップ巻き角度」と表現する。）は２５．２ｒａｄ
としている。

これにより、スクロール部の設定容積比（最大密開空間
形成時の容積／最小密閉空間形成時の容積）■、の値は
４．０前後となる。本図で示した■、の値はＶ、＝３．
９である。

ここで、第５図をもとにして、設定容積比Ｖｒを式で表
わすと次式のとおりである。

二二でλ、はラップ巻き終わり部である５Ｋ（５Ｊ’）
の位置のスクロールラップ巻き角度（図の場合λ、＝２
５．２ｒａｄ）であり、λ、はラップ巻き始め部の５Ｐ
の位置のスクロールラップ巻き角度（図の場合λ＋＝　
１．０５ｒａｄ）である。πは円周率で、αは次式で表
わされるパラメータである。

但し　Ｅ７．：旋回半径 ａ　ニスクロールラップの基礎円半径 本実施例のスクロール圧縮機は、後述のフロンガス用途
である冷凍仕様のスクロール圧縮機に較べて、ヘリウム
液化用途のものであるため、次のような改造をしている
。すなわち、前述の如く、ヘリウムガス及び圧縮機全体
（主に電動機１７）を冷却するため、両スクロール部で
形成される圧縮室１３に油を注入できるよう油インジェ
クション管４０を設け、該管４ｏと圧縮電工３側とを連
結する孔１ｗを固定スクロール１の鏡板部に設ける。こ
の油インジェクション孔ＩＷの孔縁ｄ０はラップ厚さｔ
よりも大きく、かつ、歯溝中央位置に１箇所設けている
。このようなインジェクション孔の構造は、冷却油量を
多く確保できること、またインジェクション管４０内の
圧力脈動を抑える効果がある。油インジェクション孔１
ｗの位置は１図の場合スクロールラップ巻き角度として
λ。＝：１６．３ｒａｄの位置である。このλ。の位置
に在る油インジェクション孔１Ｗは、両スクロール間に
最大容積の密閉室が形成されるクランク軸回転角度から
約３５６のクランク軸回転角度までの範囲に亘って、吸
入室２２と連通ずる。この様に吸入室２２側とインジェ
クション管４０とが一時的ニ連通ずる構成とすることに
より、圧縮機の起動の際に生じる恐れのある油圧縮現象
を回避する効果が得られ、また吸入ガスの油による冷却
効果を高めることができる。

その他の改造点は、前記したように、電動機室側のサイ
ドカバー３１ｃにインジェクション油を機外に導く油取
出し管４７ａ及び油取り出し口４７を設け、油配管５１
に取出された油溜め３４ｂからの油を油冷却器で冷却し
、この冷却された油が上記の油インジェクション管を介
して上記の油インジェクション孔ＩＷから上記の様に注
入される様にしたことである。

吸入室２２に入ったヘリウムガスは、インジェクション
された油と合流し圧縮室１３にて圧縮作用を受けながら
圧縮要素部の中心部に向かって移動する。そして固定ス
クロール１の中央部の吐出孔２からガスと油は吐出室３
２に至り、右サイト力／＜−ａｌｂの内壁面に衝突する
とともにガスは上方向に流れが方向変換するなどして、
大部分の油はガスと分離され、下方の油溜め部３４ａに
落下する。油分の少なくなったガスは固定スクロールの
外周部上方の連通路２６ａ、２６ｂ及びフレーム１５に
同様に設けた連通路１５ｆを通って電動機室３３に至る
。なお両室を連結するこれら連通路は第３図に示すよう
に、短形状の通路２６ａと２６ｂとの２箇所が設けられ
ており、この部分を通るガス速度を極力低下せしめてい
る。この部分のガス速度とチャンバ（＠閉容器）自体の
油分離作用とは相関があり、上記構成とすることにより
ヘリウム圧縮機として適正な油分離性能が得られる。電
動機室３３は、広い空間になっているので、ここではガ
ス速度は大きく低下し１、ガス中に混合している油はさ
らに分離されて下方に落下する。

なお、第５図に示すように、旋回スクロールの鏡板５ａ
には細孔２９ａ、２９ｂを設けており、これにより、旋
回スクロール５の鏡板背部（図で鏡板５ａの左側方部）
に存する背圧室３６の圧力を吸入圧力と吐出圧力との中
間的圧力として旋回スクロールを固定スクロールへ押圧
する力を得ている。したがってクランク軸１９の軸受部
３７゜３８およびボス部５Ｃの軸受部３９への給油は。

電動機室３３の圧力（高圧側圧力）と背圧室３６の圧力
との差圧を利用して給油管２３を介して行なわれる。こ
のように軸受部３８と３９を潤滑した油は背圧室３６に
至り、内部のオルダムリング部１０の摺動部を潤滑した
後、背圧孔（細孔）２９ａ、２９ｂを介して圧縮室１３
側へ移動し、ここでヘリウムガス及び管路４０を通って
インジェクションされた油と混合することとなる。これ
らガスと油とが一緒になって、圧縮室１３、吐出室３２
、更には電動機室３３へとチャンバ内を移動する。電動
機室３３て大部分の油を分離し、油分の少いヘリウムガ
スが吐出管１６を介して外部の冷却器５０（第１８図参
照）に導かれることになる。このように、本実施例では
吐出室３２で第一段目の油分離作用を、電動機室３３で
は第二段目の油分離作用をなさしめ、チャンバ自体の油
分離性能を飛躍的に向上することができる。

第５図に示した細孔２９ａ、２９ｂの位置は、後述する
フロンガス用途の冷凍仕様の旋回スクロールの場合（第
１１図の２９ｃ、２９ｄの位置）よりも約１ｒａｄだけ
ラップ巻始め部に寄った位置に設定している。このよう
に、中間圧導出用孔の位置を用途に応じて変更改造して
いる。この背圧孔２９ａ、２９ｂの位置変更は、旋回ス
クロールの安定した挙動（鏡板変位の軸方向踊り防止）
を図り且つ高圧力比運転を確保するためのものである。

第５図の上記細孔の位置はスクロールラップ巻き角度に
してλｂ”　１２．２　ｒ　ａ　ｄである。

インジェクションする油の供給源として、吐出管１６を
接続したサイドカバ一部３１ｃの油取り出し口４７に設
けた油取出管４７ａを介して油溜め３４ｂから高温の油
を取り出す。油取出管４７ａは、油吸込み口をチャンバ
底部に向けるようにした曲がり形状とされている。油取
り出し口４７をガスの吐出管１６を設けたのと同しサイ
ドカバ一部に設定したことにより高温の油を機外に導く
ことが可能となり、油により機外に持ち去られる熱量を
より多くすることができる（この機外に取出された油は
油冷却器で冷却されることは前述したとおりである）。

このように、本実施例では、ヘリウムガスとインジェク
ション油との圧縮機内部の流れを冷却面で有効に活用で
きるようにするために、インジェクション油の圧縮機か
らの取出し位置を電動機室側のサイドカバ一部に設定し
、圧縮機から機外へのヘリウムガスの吐出口と同じ側に
設定するものである。従って、圧縮機が横型構造で底部
油溜めの油と電動機との接触面積が大きいことと相俟っ
て、油による圧１８機全体の冷却効果を高めることがで
きる。この横型構造では、電動機の下部が油溜め中に浸
っており、放熱面積は従来の縦形構造に比べて数倍の大
きさとなる。このように油を介して、電動機からの発熱
をチャンバ側壁部に伝え。

チャンバ表面からの放熱量を高めることができる。

また本実施例では、ヘリウムガスは吸入管１１から、直
接、スクロールｌと５からなる圧縮機部の吸入室２２に
吸込まれるので、圧縮機内部やチャンバ周囲からの加熱
による吸入ガスへの影響が、低圧チャンバ方式の構造（
吸入ガスが電動機室を通った後に圧縮機部の吸入室に入
る構造）の圧縮機に比へて、小さいという性能面での利
点がある。

なお５本実施例では、設定容積比■、が■、＝３．９と
なる様にスクロールラップ巻き数を定めたが、設定容積
比Ｖ、をＶ、＝３．５〜４．５に設定しても同様の効果
が得られる。設定容積比を■。

＝５にすることも可能だが、スクロールの鏡板外径が■
、の大きさに比例して大きくなるので、軽量化と小形化
の面で不利となる。

第８図から第１２図は、本発明をフロンガスを用いた冷
凍装置に用いられるスクロール圧縮機とした場合の実施
例における圧縮機の構造及びスクロール部の形状を示す
図である。これらの図に示した実施例と前記したヘリウ
ム液化用途のスクロール圧縮機の実施例（第２図〜第７
図）との比較にて分かるように、両者ともスクロール歯
形形状及びそれの粍動機構などは共通し″て用いている
。

ただし、後者の実施例の圧縮機には、油インジェクショ
ン構造は付加されていない。具体的には、第９図におい
て油入１ｗは設けられておらず、また第８図において油
インジェクション管４０も油取出し口４７、油取出管４
７ａ、油配管５１も付属していない構成としている。そ
の他の主な構成部品は全て先の実施例と共用化している
。ただし、前記したように、旋回スクロールの鏡板部に
設けた中間圧用細孔２９ｃ、２９ｄはヘリウム液化用途
用圧縮機に比べて、よりラップ巻終わり端部の方に寄っ
た位置（第１１図ではλ、：　１３、２ｒａｄとしてい
る）にしている。このように、本発明のスクロール圧縮
機では背圧室３６に中間圧力を導く細孔２９ｃ、２９ｄ
の位置を用途に応じて変更。

追加工することができるような構成となっている。

この他、チャンバ底部の油の種類も用途に応じて変更す
ることが可能である。なお圧縮機内部のガスおよび軸受
用油の流れについては前に説明したのと同様であるので
、ここではその説明は省略する。

第１３図は前記第１の実施例として述べたヘリウム液化
用スクロール圧縮機の外観図で、第１４図は油インジェ
クション回路を備えた圧縮機まわりの構造を示す。該圧
縮機には、油面計４８が付属しており、油面計の中央レ
ベル４８ｃに比べて、油を取り出す油取出管４７ａの下
端開口部を低い位置に設定しており、第１３図中に示し
たＬ寸法を例えば十数ミリメートルに設定しである。こ
れによりインジェクション油量を常に確保するものであ
る。また油のレベルを適正に調整する機能がある。油取
り出し管４７ａから取出された高温の油は油配管５１を
介して油冷却器５５に至り、ここで油は冷却される。冷
却された油は電磁弁５３及び油量調整用のキャピラリチ
ューブなどの減圧装置５４を介して圧縮機部の圧縮室に
インジェクションされる。圧縮機の電源取出し部５７は
、インバータ部５６と電気的に接続されており、インバ
ータ部５６にて運転周波数を変ればクランク軸１９の回
転数を変えることができ、これにより、圧縮機より吐出
されるヘリウムガス流量を容易に変えることができ、ヘ
リウム液化冷凍機側の負荷に応した運転が可能となる。

第１５は、インバータ制御した場合のインジェクション
油量を調節する手段を備えた実施例である。これを以下
説明する。第１６図は第１３図に示したようにインジェ
クション油量Ｑ　ｔ　ａの調節機能がない場合の動作例
を示す。この場合は、インジェクション油の供給はほぼ
一定差圧を利用して行なわれるため、駆動周波数Ｈ４に
無関係に一定な油の量がインジェクションされる。この
ためヘリウムガス中に油の占める体積流量比ξ０（ξ。

＝油の流量／ヘリウムガス流量）がＨａの低下とともに
高くなる。すなわち、低速域になるほど油の占める割合
が高くなり、圧縮機の起動の際の油圧縮作用をひきおこ
す恐れがある。これを改善するため第１５図に示す実施
例では、減圧装置５４ａ、５４ｂを並列に設け、成る所
定の運転周波数を境にして片側を電磁弁５３にて開閉す
る操作をすることにより、運転周波数に応じて適正なイ
ンジェクション油量を供給することができる。

その動作例を第１７図に示す。すなわち、上記したξ０
の値をほぼ一定に維持することができる。

なお、弁５３の開度を運転周波数に応じ連続的に変える
ようにしてもよい。

第１８図は前記ヘリウム圧縮用の圧縮機１０８をヘリウ
ム液化用冷凍装置に組込んだ場合の実施例である。圧縮
機１０８は高圧力比２０まで単段圧縮が可能で、高効率
の圧縮機特性を備えており、このため圧縮機は１台のみ
配備される。該圧縮機１０８とガス冷却器５０、油分離
装置７０や油冷却器５５（第１５図参照）などの機器が
一つの架台上に機能的に配置された圧縮機ユニット８０
（詳細は図示せず）にまとめられている。圧縮機は１台
だけであり、圧縮機ユニットにした場合、ユニット全体
の軽量化と省スペース化が図られる。

圧縮機１０８は、第２図に示したように横形構造として
いるため高さ方向に制限のある冷凍装置にあっても、よ
り低い圧縮機ユニットの外法寸法がとれるという利点が
ある。

第１８図は、クロードサイクル冷凍装置の例を示してい
る。圧縮機ユニットから吐出された高圧ヘリウムガスは
、高圧ライン１１０を介して５段の熱交換器３０１〜３
０５により極低温まで冷却され、ジュール・トムソン弁
１１５（以後「Ｊ−Ｔ弁」と称する。）に至る。なお高
圧ガスの予冷は、高圧ガスの一部を途中の膨張機１４０
゜１６０による断熱膨張によってもたらされる寒冷ガス
を利用する。５番目の熱交換器３０．１を通った高圧の
ヘリウムガスの温度は約１０に近くになる。そして上記
したＪ−Ｔ弁１↓５で断熱膨張させてヘリウム液体温度
以下の４．２にの極低温を得る。なお、バイパス管路１
２０．１９０及び吸入弁１３０．１９１を通って膨張器
１４０゜１６０では上記したように断熱膨張する。

Ｊ−Ｔ弁１１５を通過したヘリウムはジュールトムソン
膨張を経て液体ヘリウム２００となって、高圧容器（輻
射シールド付）２１５内に溜る。この容器内には５超電
導コイル２１２が浸漬されており、液体ヘリウムは該コ
イル２１２を液体ヘリウム温度下（４，５に前後）で冷
却する。

次に、低圧ガスライン１０５ａ、１０５に導かれたヘリ
ウムガスは前記した５段の熱交換器により極低温から常
温（大気温度）まで温度上昇しながら、再び圧縮機ユニ
ット８０のガス吸込部８０ａまで戻る。

以上の説明のように、本発明は、フロンガスを冷媒に用
いる冷凍用途と、ヘリウム液化温度の４．５に前後の極
低温の得られるヘリウムガスを用いるヘリウム液化用冷
凍装置に共用できる圧縮機として、設定容積比が３．５
〜４．５のスクロール形状となして上記両用途に共用で
きるスクロール部の歯形形状とすることを特徴としてい
る。

本構成により、圧縮機のわずかな改造により両用途に対
して高性能で高信頼性のスクロール圧縮機がｗＪ便に提
供できるものである。また横形構造のスクロール式ヘリ
ウム圧縮機の構成とすることにより、油による電動機の
冷却効果（電動機の下部が油溜めに浸っていることによ
る冷却効果）及びチャンバ放熱作用を促進し、圧縮機全
体の冷却効果が高まる。またインジェクション用油の油
取出し位置を圧縮機のヘリウムガス吐出管と同じサイド
カバ一部に設けることにより、より一層油による冷却効
果が高まる。上記構成とすることにより、チャンバ底部
の油の温度をより低く抑えることができるので、ヘリウ
ム用途で問題となる油の劣化を防止でき、油の寿命ひい
ては圧縮機自体の寿命にも良い結果をもたらす。

［発明の効果］ 本発明によれば次の効果がある。

（１）単一のスクロール歯形形状を、フロンガスを用い
た冷凍サイクル向けのフロンガス圧縮機と、ヘリウム液
化用途向けのヘリウムガス圧縮機とのいずれにも共用で
きるので、経済的であり、製造コストが安価となる。

（２）ヘリウム液化用のヘリウム冷凍装置に、スクロー
ルラップ巻き数を設定容積比■、が■、＝３．５〜４．
５前後である様に設定したスクロール形状を有するスク
ロール圧縮機を配備し、圧力比２０という高圧力比運転
の単段圧縮が可能となる。゛したがって圧縮機ユニット
として従来より軽量化と省スペース化が図れる。

（３）インバータ制御によるヘリウム圧縮機の運転にお
いて、冷凍機側の負荷に応じたヘリウム流量の制御と共
にインジェクション油量の制御ができ、高い信頼性を維
持して、常に最適４凍運転を行って省エネルギー化を図
ることができる。

（４）圧縮不足がなくなるので、旋回スクロール背面側
の背圧室に導かれる中間圧の不足で旋回スクロールが固
定スクロールから離れるといった現象は防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第１８図までは本発明の説明図および実施例
を示す図であって、第１図は本発明のスクロール歯形を
ヘリウム液化用途とフロンガスを用いた冷凍用途に適用
した場合の圧縮機の効率特性を示す説明図、第２図はヘ
リウム圧縮用の横形スクロール圧縮機の全体構造を示す
縦断面図、第３図から第７図は第２図の圧縮機における
固定スクロールと旋回スクロールの平面図及び縦断面図
、第８図はフロンガス圧縮用の横形スクロール圧縮機の
縦断面図、第９図から第１２図は第８図の圧縮機におけ
る固定スクロールと旋回スクロールの平面図および縦断
面図、第１３図は第２図の圧縮機の外観図、第参鍍モ１
４図、第１５図は油インジェクション回路備えた圧縮機
まわりの全体構成図、第１６図と第１７図はインジェク
ション油量の制御例を示す説明図、第１８図はヘリウム
液化装置の全体構成図である。 １・・固定スクロール １ｗ・油インジェクション孔 ５・・・旋回スクロール　　３６・・・背圧室３２・・
吐出室 ４０・・・油インジェクション管 ４７ａ・・油取出管　　　５１・・・油配管５５・・・
油冷却器 （化１名） 第３図 第４図 第５図 第６図 第９区 范１０図 第１３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　スクロールラップ巻き数が設定容積比として３．４
   〜４．５のスクロール歯形形状を有する互に噛み合され
   た固定スクロール及び旋回スクロールを備え、上記スク
   ロール歯形をヘリウム液化装置用のヘリウム圧縮用およ
   びフロンガスを使用した冷凍装置用のフロンガス圧縮用
   の両用途に共用できるものとしたことを特徴とするスク
   ロール圧縮機。 ２　ヘリウム液化装置用のヘリウムガス圧縮用の場合に
   は、固定スクロールの鏡板部に冷却用油インジェクショ
   ン孔を設け、圧縮機の容器底部にて吐出室と反対側に在
   る油溜めから該反対側の容器側端部を通って油を抜き取
   れる油取出し管を設け、該油取り出し管から取出した油
   を油冷却器を経て上記の油インジェクション孔に導入す
   る構成を有する横形スクロール圧縮機をなしていること
   を特徴とする請求項１記載のスクロール圧縮機。 ３　圧縮機ユニット、高圧ヘリウムガスの予冷のための
   膨張機及びジュールトムソン弁と該弁から流下した液化
   ヘリウムを溜めるヘリウム容器を備え、夫々低圧ガスラ
   インと高圧ガスラインの配管とで接続したヘリウム液化
   用冷凍装置において、スクロールラップ巻き数が設定容
   積比として３．５〜４．５のスクロール形状を備えると
   ともに、ヘリウムガス冷却のための油インジェクション
   構造を固定スクロール鏡板部に設けたスクロール圧縮機
   を前記圧縮機ユニット内に配備したことを特徴とするヘ
   リウム液化用冷凍装置。 ４　圧縮要素部となる固定スクロールと旋回スクロール
   を備え、密閉容器の１側端部より反対側の側端部に向か
   ってガス吐出室と電動機室をフレームにて区画して形成
   するとともに両室の下方に油溜めを設け、上記旋回スク
   ロールを駆動するための上記電動機により駆動されるク
   ランク軸の軸心を水平方向に設定した横形のヘリウム用
   密閉形スクロール圧縮機において、ガス吸入管をガス吐
   出室を貫通して固定および旋回両スクロール間のガス吸
   入室のガス吸入孔と接続し、ガス吐出室と電動機室とを
   固定スクロールおよびフレームの上縁部に設けた連通路
   にて連通し、該連通路を通ってガス吐出室から電動機室
   にガスを導くようにするとともに、ガス吐出室と反対側
   に位置する容器側端部の上方部に圧縮機の外部に吐出ガ
   スを導くガス吐出管を設け、かつ前記電動機室の下方の
   油溜から冷却用インジェクション油を取出す手段を上記
   ガス吐出管と同じ側の容器側端部の下方部に設置すると
   ともに、該取出し手段より導かれた油を別設置の油冷却
   器を介してスクロール部の圧縮室にインジェクションす
   る構造を備え、且つ、上記両スクロールのスクロールラ
   ップの巻数を設定容積比が３．５〜４．５となる様に定
   めたことを特徴とする横形のヘリウム用密閉形スクロー
   ル圧縮機。 ５　圧縮機を回転数可変に制御するインバータを備え、
   インジェクション油の油量調節用の減圧装置を並列に設
   け、片側のインジェクション流路に弁を付属して該弁を
   圧縮機回転数に応じて開閉操作せしめることを特徴とす
   る請求項４記載の横形のヘリウム用密閉形スクロール圧
   縮機。