JPH05312162A - ヘリウム用横型スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】吐出室３２でガス中から分離された油を隣の電
動機室３３の油溜り部３４にスムーズに移動させるた
め、ケーシング部の内壁面にフレームを固定する取り付
け座を設け、クランク軸の軸心に対して密閉容器のケー
シング部の軸心を下方に位置して、固定スクロール１あ
るいはフレームの外周部とケーシング部の内壁面とに偏
りのある環状隙間５０，５１を設定する。 【効果】圧縮機の騒音を低減することができ、圧縮機の
油吐出量を低減して、ヘリウム圧縮機の高品質化が図れ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】本発明は、ヘリウム冷凍装置に用
いられるヘリウム用横型の密閉形スクロール圧縮機の構
造に関する。

【従来の技術】従来の冷凍，空調用の横型の密閉形スク
ロール圧縮機の構造は、特開昭61−212689号公報で開示
されているように、密閉容器の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で区画
して形成し、フレームは密閉容器の内壁面と圧入により
密着固定されている。密閉容器の内部空間となる両室の
下方には油溜めを設け、旋回スクロールを駆動するため
の電動機により駆動されるクランク軸の軸心を水平方向
に設定した横型方式となっている。

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、電動
機室側の油面保持に対して適正な構造を開示しているも
のの、本発明が対象としているヘリウム用横型の密閉形
スクロール圧縮機で、吐出室側の適正な油面の保持につ
いては何ら開示されていない。ヘリウム用圧縮機では、
ヘリウムガスの温度上昇を防止するため油インジェクシ
ョンを行なっており、吐出室の油面を観察した結果、図
９に示すように、吐出室３２内の油３４ａの高さ（油面
高さ）と電動機室３３内の油３４ｂの高さ（油面高さ）
とが大きく異なり、吐出室３２内の油３４ａの高さは吐
出穴２の周辺まで位置していた。このように、インジェ
クション油の供給に伴い圧縮機内の吐出室での油面が異
常に上昇して、吐出孔から流出したヘリウムガスは油の
中に噴出していることが分かった。このため、従来機で
は、吐出孔から流出するヘリウムガスが直接油に衝突
し、ヘリウムガスが油をたたくことによって生じる流体
音が周囲のＳチャンバ部３１ｂに伝わって騒音レベルの
高い音が発生した。この油面高さの差は、冷凍・空調用
途の横型のスクロール圧縮機で実施されているように、
たとえば、図１０の従来例に示すように、吐出室３２内
の油溜め部と電動機室３３内の油溜め部３４とをつなぐ
油通路（２７など）は小さな半円弧状の通路形状が一般
的で、極端に狭い油通路であったことに起因している。
冷凍・空調用途では、油の冷媒による希釈作用などで油
の粘度が低下して、油の流れに伴う抵抗が小さいこと、
さらに両側の空間３２と３３の圧力差により、油面が均
一な方向に作用するため、このような現象が発生しずら
いという、両者の用途の違いによる差のあることが、実
験により突き止められた。ヘリウム用横型の密閉形スク
ロール圧縮機は、ヘリウム冷凍装置の中でも医療機器の
分野に用いられるなどして、圧縮機の騒音低減は、おお
きな技術課題となる。また、吐出室３２内の油３４ａの
高さ（油面高さ）と電動機室３３内の油３４ｂの高さ
（油面高さ）とが大きく異なると、電動機室３３内の油
３４ｂの高さがさらに低下して、軸受部などに給油して
いる給油管２３への油が不足するなど圧縮機の信頼性が
低下する。本発明の目的は、ヘリウム冷凍装置に用いら
れるヘリウム用横型の密閉形スクロール圧縮機の騒音低
減とチャンバ内の油面を適正に管理することにある。

【課題を解決するための手段】ヘリウム冷凍装置に用い
られるヘリウム用の密閉形スクロール圧縮機では、ガス
と電動機などを冷却するため油インジェクション構造が
なされている。このインジェクション油量はヘリウム流
量に対して数十倍（質量流量）あるいは数百倍の量とな
り、沢山の油を噴射している。このため、ヘリウム用途
固有の現象，技術課題が生じた。本発明では、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、前記
両スクロールを内側にしてかみ合わせ、前記固定スクロ
ールを固定するフレームと前記旋回スクロールの鏡板と
の間にオルダムキー部とリング部とからなるオルダム機
構を備え、作動ヘリウムガスを冷却するための油インジ
ェクション配管に接続される油注入機構をスクロール圧
縮要素部に備え、密閉容器の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で区画し
て形成するとともに両室の下方に油溜めを設け、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心を水平方向に設定した横型方式の
密閉型スクロール圧縮機において、密閉容器のケーシン
グ部の内壁面に上記フレームを固定する取り付け座を設
け、クランク軸の軸心に対して密閉容器のケーシング部
の軸心を下方に位置せしめて、フレーム下端部の隙間を
上方部の隙間より大きくなるように、固定スクロールあ
るいはフレームの外周部と前記ケーシング部の内壁面と
に偏りのある環状隙間を設定することである。あるいは
フレームの外周部と前記ケーシング部の内壁面とに一様
な環状隙間を設定することを特徴としている。

【作用】本発明では、図１から図６に示すように、上記
構成とすることにより、両室を連絡するガス用通路と油
通路を兼用できるようになり、従来機に対して通路面積
が広まり、その結果、吐出室でガス中から分離された油
が隣の電動機室３３内へ移動しやすくなる。その油面高
さの変化の様子を図５に示す。固定スクロールあるいは
フレームの外周部とケーシング部の内壁面とに偏りのあ
る環状隙間を設定することにより、環状隙間によりガス
吐出室と電動機室を連通するガス用通路としての機能と
両室をつなぐ油通路としての機能の両機能を具備するこ
とができる。このため、吐出室３２内の油３４ａが電動
機室３３内へ移動しやすくなり、吐出室３２内の油３４
ａの高さ（油面高さ）と電動機室３３内の油３４ｂの高
さ（油面高さ）とをほぼ等しいレベルにすることができ
る。従って、従来機でみられた吐出穴からでたヘリウム
ガスが油をたたく現象がなくなる。この事が、スクロー
ル圧縮機全体として、大幅な騒音低減につながっている
ことが実験的にわかった。図６は、固定スクロールとフ
レームの外径をほぼ同等とし、これら静止部材とケーシ
ング部の内壁面との一様な環状隙間Ｃ１をもうけ、ケー
シング内径Ｄｃとの比の値Ｃ１／Ｄｃと騒音レベル及び
両室の油面高さの差ｈｏとの関係を示す。図６に示すよ
うに、寸法比Ｃ１／Ｄｃを大きく設定することは油通路
が大きくなることを意味し、そのことが両室の油面高さ
の差ｈｏを減少させ、騒音レベルの低下作用となってい
ることが分かる。また、吐出室３２内の油３４ａの高さ
（油面高さ）と電動機室３３内の油３４ｂの高さ（油面
高さ）とが同一レベルになると、軸受部などに給油して
いる給油管２３への送油が確実となり、給油不足といっ
た圧縮機の信頼性低下に関する課題は解消される。この
ように、本発明では、吐出孔の前方はガス域となってお
り、この油面の低下によりヘリウムガスが直接油をたた
くことがなくなり、その結果、圧縮機の異音が解消した
もので、環状隙間による油通路を拡大する構造は、吐出
室内の油面を低下させガスと油の衝突を防止する効果の
他に、インジェクション油量に影響を受けにくい効果も
ある。この他、軸心を偏心させることにより、容器下部
での油の保有量を増大することができ、電動機ロータに
よる油撹拌による動力増加を未然に防止することができ
るという作用もある。

【実施例】本発明の実施例を図１から図８にわたって示
す。図１と図２は、ケーシング部３１の内壁面３１ｆに
フレーム１５を固定する取り付け座４５（４５ａ，４５
ｂ，４５ｃ）を設け、クランク軸１９の軸心に対して密
閉容器のケーシング部３１の軸心を下方に位置した実施
例である。本構成により、固定スクロール１あるいはフ
レーム１５の外周部とケーシング部の内壁面３１ｆとに
偏りのある環状隙間５０を設定し、環状隙間５０により
ガス吐出室３２と電動機室３３を連通するガス用通路と
両室をつなぐ油通路としている。なお、図１は本発明の
全体構成を示す横型の密閉形スクロール圧縮機の縦断面
図である。本圧縮機は、チャンバ内が高温・高圧の雰囲
気にある高圧チャンバ方式を適用した横形の密閉形圧縮
機である。図１において、密閉容器３１内の側端部の右
側に圧縮機部１００が、反対側の左側に電動機部１７が
収納されている。そして、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４０に接続される油注入
機構をスクロール圧縮要素部に備え、密閉容器の側端部
より反対側の側端部に向かって、ガス吐出室３２と電動
機室３３をフレーム１５で区画して形成し、両室の下方
に油溜め３４を設け、旋回スクロール５を駆動するため
の電動機１７により駆動されるクランク軸１９の軸心を
水平方向に設定した横型方式の密閉型スクロール圧縮機
を開示する。圧縮機部１００は固定スクロール部材１と
旋回スクロール部材５を互に噛合わせて圧縮室（密閉空
間）７を形成している。図１と図２に示すように、固定
スクロール部材１は、円板状の鏡板１ａ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１ｂとからなり、その中心部に吐出口２，
外周部に吸入口３（３ａ）を備えている。図２は油噴射
孔１ｗを備えた固定スクロール１と旋回スクロールを組
合わせた場合の平面図を示す。スクロールラップは、イ
ンボリュート曲線で形成され、ラップ巻き数は約４前後
の例である。旋回スクロール部材５は円板状の鏡板５ａ
と、これに直立し、固定スクロールのラップと同一形状
に形成されたラップ５ｂと、鏡板の反ラップ面に形成さ
れたボス５ｃからなっている。旋回スクロール５の鏡板
５ａには細穴（図示せず）を設けており、これにより旋
回スクロール５の鏡板背面部に設けた背圧室３６の圧力
を吸入圧力と吐出圧力との中間的圧力とし、旋回スクロ
ール５を固定スクロール１側に押圧する力を得ている。
フレーム１５は中央部に軸受部を形成し、この軸受部に
回転軸１９が支承され、回転軸先端の偏心軸２０は、ボ
ス５ｃ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１５には固定スクロール部材１が複数本のボル
トによって固定され、旋回スクロール部材５はオルダム
リングおよびオルダムキーよりなるオルダム機構１０に
よってフレーム１５のキー台座部１５ｍに支承され、旋
回スクロール部材５は固定スクロール部材１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。図
１に示すように、固定スクロール部材１の吸入口３，３
ａには密閉容器３１を貫通してエルボ構造の吸入管１１
が接続され、吐出穴２が開口している吐出室３２は、偏
りのある環状隙間５０（５０ｂ）により電動機室３３と
連通している。電動機室３３は密閉容器３１の側端部３
１ｃを貫通するエルボ構造の吐出管１６に連通してい
る。そして、固定スクロール部材１の下方外縁部の油
は、油用通路として機能する環状隙間５０（５０ａ）に
より電動機室３３側の油溜り部３４と連通している。な
お、３４は密閉容器底部の油溜りを示す。尚、図中実線
矢印はヘリウムガスの流れ方向、破線矢印は油の流れ方
向を示す。図２において、ガスと電動機などを冷却する
ための油インジェクション配管４０は、両スクロール部
材１，５で形成される圧縮室７に油を注入できるよう油
噴射孔１ｗとつながっている。密閉容器３１の電動機室
３３側のサイドカバー３１ｃには、この室３３内の下部
の油溜り３４から油を取り出す下方にわん曲した油取り
だし管６７ａが油取りだし口６７を経て機外の油配管５
１に接続されており、この油配管５１は、油冷却器（図
示せず）を介して絞り部（図示せず）へ、そして密閉容
器３１の圧縮機側のサイドカバー３１ｂを貫通している
油インジェクション配管４０につながっている。ここ
で、密閉形機でのガスと油の流れを簡単に説明する。ヘ
リウムガスは吸入管１１より吸入室２２を経て直接スク
ロール圧縮要素部に吸入され、スクロール部１，５の圧
縮作用により、徐々に圧力と温度が高められる。前述の
ように、このインジェクション油量はヘリウム流量に対
して数十倍（質量流量）あるいは数百倍の量となり、相
当沢山の冷却油を噴射している。ガスは噴射穴１ｗによ
り圧縮途中で噴射された冷却油とともに固定スクロール
１中心部の吐出孔２から吐出室３２に流出する。さらに
ガスは固定スクロール１上方の連通路５０ｂを介して電
動機室３３に流入し、吐出管１６から流出する。なお、
圧縮室でガスと混合した油（噴射用油と軸受用油）は、
ほとんど吐出室３２でガスから分離される。そして、図
５に示すように、吐出室３２内の油３４ａは環状隙間５
０ａにより電動機室３３内へ容易に移動する。実用的に
は、クランク軸の軸心に対して密閉容器のケーシング部
の軸心を下方に偏心した量Ｌ１は、ケーシング内径Ｄｃ
との比で、Ｌ１／Ｄｃ＝０.０１ 前後の値以上に設定す
るのが好ましい。次に、図４と図５は、固定スクロール
１あるいはフレーム１５の外周部とケーシング部３１の
内壁面３１ｆとに一様な環状隙間を設定した実施例であ
る。この場合には、クランク軸１９の軸心と密閉容器の
ケーシング部３１の軸心とが一致している。固定スクロ
ールとフレームの外径をほぼ同等とし、これら静止部材
と前記ケーシング部の内壁面との一様な環状隙間Ｃ１を
設けても図１と同様な効果が得られる。例えば、一様な
環状隙間Ｃ１は、圧縮機の外形をそれほど大きくしない
ですむように、ケーシング内径Ｄｃとの比でＣ１／Ｄｃ
＝０.０１ 前後の値が実用的に好ましい。当然ながら、
吐出室でガス中から分離された油を隣の電動機室の油溜
り部にスムーズに移動し、両室をつなぐ油通路５１ｂを
広く設定するため、隙間比Ｃ１／Ｄｃ＝０.０１ の値以
上に設定してもよい。実験的には、これら油通路５０
ａ，５１ａの大きさとして、油の流速がおおむね０.３
Ｍ／Ｓ 前後以下になるように決められる。これは、両
室の圧力差がほとんどなく、また油粘度が比較的高いた
め、ヘリウム用として大きな油通路を確保する必要があ
るためである。そうすることによって、分離された油３
４ａは、電動機室３３側へスムーズに移動して、図１や
図２にも示すように、吐出室３２内の油３４ａの高さ
（油面高さ）と電動機室３３内の油３４ｂの高さ（油面
高さ）とを等しいレベルにすることができる。また、吐
出室３２内の油３４ａの高さ（油面高さ）と電動機室３
３内の油３４ｂの高さ（油面高さ）とが同一レベルにな
るので、旋回軸受部などに給油している給油管２３への
送油が確実となり、給油不足は解消される。また油イン
ジェクション配管経路にも確実に油がいきわたるように
なる。図１にもどって、油溜り３４内の油３４ｂは、上
記したチャンバ側端部３１ｃの下端から再び機外に導か
れ、油冷却器を介して再度圧縮室７の方に噴射される。
回転軸１９には、各軸受部への給油を行なうための中心
横孔１３が回転軸１９内に図１のように形成される。２
３は、回転軸１９と底部油溜り３４を連ねる給油管であ
る。潤滑油３４ｂの油溜り３４内に浸漬された給油管２
３の下端は高圧の吐出圧力Ｐｄを受けており、一方、下
流となる旋回軸受３９（図１参照）及び主軸受４６のま
わりは、旋回鏡板５ａに設けた細孔２９により圧縮途中
の圧力である中間圧力Ｐｍを受けているため、（Ｐｄ−
Ｐｍ）の圧力差によって、容器底部の油溜り３４中の潤
滑油３４ｂは上昇する。このように、各軸受部への給油
を概略差圧給油法によって行なう。次に、図７と図８
は、図３の実施例に対して、固定スクロールとフレーム
の下方外縁部に両室をつなぐ扇形状あるいは矩形状の油
通路を、さらに、固定スクロールとフレームの上方外縁
部には矩形状のヘリウムガス通路を付加する。本構造
で、ガス流路と油流路がさらに拡大され、上記した効果
と作用がより一層発揮できる。また、フロンガスを用い
た冷凍・空調用途の横型スクロール圧縮機に対しても、
同様の類似した作用と効果があり、本発明の範囲ともな
る。すなわち、作動ガスとしてフロンガスを用いた圧縮
機で、この圧縮要素部には固定スクロールと旋回スクロ
ールを備え、両スクロールを内側にしてかみ合わせ、固
定スクロールを固定するフレームと旋回スクロールの鏡
板との間にオルダムキー部とリング部とからなるオルダ
ム機構を備え、密閉容器の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で区画して
形成するとともに両室の下方に油溜めを設け、旋回スク
ロールを駆動するための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型方式の密閉型スク
ロール圧縮機において、ケーシング部の内壁面にフレー
ムを固定する取り付け座を設け、クランク軸の軸心に対
して密閉容器のケーシング部の軸心を下方に位置して、
固定スクロールあるいはフレームの外周部とケーシング
部の内壁面とに偏りのある環状隙間を設定し、環状隙間
によりガス吐出室と電動機室を連通するガス用通路と両
室をつなぐ油通路したことを特徴とする冷凍・空調用途
の横型スクロール圧縮機である。

【発明の効果】本発明によれば次の効果がある。 （１）圧縮機の騒音を大幅に低減できるので、高品質の
圧縮機となる。 （２）チャンバ内の油面を適正に管理し、また油の移動
をスムーズにすることにより循環油による圧縮機全体へ
の冷却効果が高まる。 （３）チャンバ内に溜められる油の量をさらに増加でき
るので、運転中での油面変化が小さくなる。また、電動
機ロータによる油撹拌による動力増加を未然に防止する
ことができる。 （４）吐出室での油分離作用が大きく改善されて、チャ
ンバ外へ流出する油の量をより低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の全体構成を示す横型の密閉形スクロー
ル圧縮機の縦断面図。

【図２】密閉容器と固定スクロールとの環状隙間の様子
を示す横断面図。

【図３】密閉容器と固定スクロールとの環状隙間の様子
を示す横断面図。

【図４】本発明の全体構成を示す横型の密閉形スクロー
ル圧縮機の縦断面図。

【図５】吐出室まわりの構造を示す部分断面図。

【図６】本発明の効果と作用の説明図。

【図７】その他の実施例で、密閉容器と固定スクロール
との環状隙間の様子を示す横断面図。

【図８】その他の実施例で、密閉容器と固定スクロール
との環状隙間の様子を示す横断面図。

【図９】従来例の吐出室まわりの構造を示す部分断面
図。

【図１０】従来例の冷凍用途などフロン冷媒における固
定スクロールを示す平面図。

【符号の説明】

１…固定スクロール、２…吐出穴、５…旋回スクロー
ル、１７…電動機、３２…吐出室、３３…電動機室、３
４…油溜り、３４ａ…油、３６…背圧室、５０，５１…
環状隙間。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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、前記両スクロールを内側にしてかみ合
   わせ、前記固定スクロールを固定するフレームと前記旋
   回スクロールの鏡板との間にオルダムキー部とリング部
   とからなるオルダム機構を備え、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に接続される油注
   入機構をスクロール圧縮要素部に備え、密閉容器の側端
   部より反対側の側端部に向かって、ガス吐出室と電動機
   室をフレームで区画して形成するとともに両室の下方に
   油溜めを設け、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心を水平方向
   に設定した横型方式の密閉型スクロール圧縮機におい
   て、ケーシング部の内壁面に上記フレームを固定する取
   り付け座を設け、クランク軸の軸心に対して密閉容器の
   ケーシング部の軸心を下方に位置して、固定スクロール
   あるいはフレームの外周部と前記ケーシング部の内壁面
   とに偏りのある環状隙間を設定し、該環状隙間によりガ
   ス吐出室と電動機室を連通するガス用通路と両室をつな
   ぐ油通路とせしめたことを特徴とするヘリウム用横型ス
   クロール圧縮機。