【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、ヘリウムを作動流体とし、主に、絶対温度２０Ｋレベルの極低温を得るヘリウム膨張機に接続する極低温用スクロール圧縮機に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、この種の２０Ｋレベルの極低温を得るヘリウム膨張機に接続する圧縮機として、油インジェクションによるガス冷却機構付きのスクロール圧縮機を用いたものは特開平４−４７１９２号公報等で知られているが、その圧縮機に具備する一対のスクロールの設定容積比は、特開平３−２２９９８３号公報その他で多数開示されているように、フロンを作動流体とした一般空調用と同様に２．５〜２．７程度つまりスクロール渦巻体の巻数で２．５巻強程度に定めるのが専らであった。 又、特殊用途として、特開平３−２７１５８３号公報等で、ヘリウム膨張機よりも更に低温の４Ｋレベルを得るヘリウム液化装置等に直結するスクロール圧縮機において、その設定容積比を３．４〜４．５程度つまり巻数で４巻前後に定めるものが提案されている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかし、以上のように設定容積比を２．５〜２．７或は３．４〜４．５に定める従来公知のスクロール圧縮機では、高圧ラインの低圧ラインに対する圧力比が４〜２０程度と比較的高い条件下では高効率を発揮し得るが、２０Ｋレベルの極低温を得るヘリウム膨張機のように圧力比が２．５〜３．０という低い条件下で使用する場合、油インジェクションによる冷却機構を付加していても、効率が著しく低下する問題が起こる。 【０００４】即ち、図６中実線で示すように、設定容積比Ｖｒを例えば２．７、油インジェクションによる冷却を加味してヘリウムの比熱比Ｋを１．４（通常１．６
６）、低圧圧力ＰＬ時の吸込容積を１．０として描いたＰＶ線図で明らかにした通り、高圧圧力ＰＨを越えて過剰な圧縮が行われ、実線斜線で示すような大きな過圧縮損失が生じて、動力ロスを招き、効率が著しく低下するのである。 【０００５】本発明では、設定容積比を適切に定め、更にガス冷却機構との併用により、ヘリウム膨張機の運転など圧力比が２．５〜３．０の条件下で使用する場合に高効率を発揮し得る極低温用スクロール圧縮機を提供することを主目的とする。 【０００６】 【課題を解決するための手段】そこで、上記主目的を達成するため、図１〜図４に示すように、ヘリウムを作動流体とし、圧力比が２．５〜３．０の条件下で使用する極低温用スクロール圧縮機であって、一対のスクロール１，２の設定容積比を１．８〜２．２の範囲に定めていると共に、圧縮途中の作動流体を冷却する冷却機構３を備えている構成とした。 【０００７】この場合、冷却機構３が、スクロール１，
２間に画成する圧縮室４の内部に油を注入する油インジェクション装置であるのが好ましい。 【０００８】 【作用】設定容積比を１．８〜２．２の範囲に定め、圧縮途中の作動流体を冷却する冷却機構３を付加したことにより、図６に示すように、設定容積比が上記範囲よりも大きい例えば２．７の場合のような過圧縮損失（実線斜線）を低減できると共に、設定容積比が上記範囲よりも小さい例えば１．４の場合のような逆流損失つまり圧縮不足損失（点線斜線）の発生も抑制でき、図５に示すように、圧力比が２．５〜３．０の条件下で高い効率を発揮し得るのである。 【０００９】冷却機構３を油インジェクション装置で構成したことにより、冷却機構としてスクロール部材を覆う水ジャット等を用いる場合に比べて、構造簡易で、しかもヘリウムの比熱比を１．４程度に容易に設定することができ、スクロールの設定容積比を上記の通り１．８
〜２．２の範囲に定めたことと相俟って、良好に所期の目的を達成できるのである。 【００１０】 【実施例】図３及び図４に示すスクロール圧縮機は、ヘリウムを作動流体とし、クライオポンプやジュールトムソン回路の予冷機等として利用するヘリウム膨張機に接続し、圧力比２．５〜３．０の条件下で使用する極低温用のものである。 その構造は、密閉ケーシング９の内部上方に、基板１１にインボリュート曲線に沿う渦巻体１
２及び外周部支持壁１３を突設した固定側の第一スクロール１と、基板２１に同様なインボリュート曲線に沿う渦巻体２２を突設した公転側の第二スクロール２を配設し、その下方に、クランクピン部５１を介して第二スクロール２を駆動する駆動軸５をもつモータ５０を配設している。 又、駆動軸５の下端には、二連式のポンプロータ６０と、これに嵌合して小容量の第一ポンプ室６１ａ
と大容量の第二ポンプ室６２ａを画成する一対のポンプヨーク６１，６２と、各ポンプ室６１ａ，６２ａに接続する一本の油吸入穴６３と、各ポンプ室６１ａ，６２ａ
から延びる一対の油吐出穴６４，６５とを備えた容積式の給油ポンプ装置６を設けている。 【００１１】こうして、駆動軸５の回転により、第二スクロール２を図示しないオルダムリングで自転を阻止した状態で第一スクロール１に対して公転させ、ヘリウム膨張機から排出し、吸入管７を介して密閉ケーシング９
内に取り込む低圧ガスを、各スクロール１，２の外周領域から該各スクロール間に画成する圧縮室４内に吸入して圧縮し、圧縮後の高圧ガスを、第一スクロール１の中心部に開口する吐出口１４から隔壁１５で区画する高圧チャンバー１６を経て吐出管８に取り出し、再びヘリウム膨張機に供給するようにしている。 又、この運転に伴い、給油ポンプ装置６における第一ポンプ室６１ａ側の給油経路を介して、底部油溜９０から駆動軸５内に設ける給油穴５２に油を汲み上げ、上下のハウジング９１，
９２に設ける各主軸受５３，５４及びピン部軸受５５等に給油を行うようにしている。 【００１２】以上の構成において、図１及び図２に明示するように、前記第一スクロール１及び第二スクロール２に備える各渦巻体１２，２２の巻数を２巻前後とし、
その設定容積比を１．８〜２．２の範囲に定める。 この場合、当初から設定容積比を１．８〜２．２に定めた専用のスクロールを設計する他、設定容積比が２．７程度の空調用スクロールの渦巻体の外周側壁部又は中心側壁部を削除することにより、設定容積比を１．８〜２．２
の範囲に定めるようにしてもよく、このようにした場合には、生産面でコストダウンが図れるメリットも得られる。 【００１３】更に、図４に示すように、給油ポンプ装置６における第二ポンプ室６２ａ側の油吐出穴６５を、ポンプロータ６０の頂部段部と上部の間座６６との間に画成する環状油室６７に連通させると共に、この環状油室６７を、駆動軸５に設ける横穴６８並びに主軸受５４に設ける環状連通路６９及び内部取出管３１を介して送油管３２に連通させ、且つ、該送油管３２の出口側を、図３に示すように、油冷却器３３及び第一開閉弁３４を経て内部連絡管３５から固定スクロール１に設ける油注入穴３６に接続し、更に、この油注入穴３６を、一対の出口穴３７，３８を介して圧縮途中にある圧縮室４の内部に開口させる。 そして、このように形成する油インジェクション装置により、圧縮途中の作動流体を冷却する冷却機構３を構成する。 尚、送油管３２の出口側は、第二開閉弁３９をもつ分岐管３２ｂを介してモータ５０の上部にも開放しており、モータ５０を冷却してその発熱による吸入ガスの加熱を抑制し、容積効率を改善できるようにもしている。 【００１４】こうして、第一及び第二スクロール１，２
の設定容積比を１．８〜２．２の範囲に定め、更に、圧縮途中の作動流体を冷却する油インジェクション装置による冷却機構３を付加したことにより、図５に示すように、ヘリウム膨張機の運転範囲である圧力比が２．５〜
３．０の条件下で高い効率を発揮し得るのである。 【００１５】尚、以上の実施例では、冷却機構３を油インジェクション装置で構成して構造の簡易化を図ったが、各スクロール１，２の周りを水ジャットで覆い、水冷により冷却を行うようにしてもよい。 【００１６】 【発明の効果】以上、本発明では、一対のスクロール１，２の設定容積比を１．８〜２．２の範囲に定め、圧縮途中の作動流体を冷却する冷却機構３を付加したから、ヘリウム膨張機の運転など圧力比が２．５〜３．０
の条件下で使用する場合に高効率を発揮し得るのである。 【００１７】又、冷却機構３を油インジェクション装置で構成したから、冷却機構としてスクロール部材を覆う水ジャット等を用いる場合に比べて、構造簡易で、しかもヘリウムの比熱比を１．４程度に容易に設定することができ、スクロールの設定容積比を１．８〜２．２の範囲に定めたことと相俟って、良好に所期の目的を達成できるのである。 【図面の簡単な説明】 【図１】本発明に係る極低温用スクロール圧縮機に備える第一スクロールの下面図。 【図２】同第二スクロールの上面図。 【図３】同圧縮機の上部断面図。 【図４】同圧縮機の下部断面図。 【図５】同圧縮機の効率を示す図。 【図６】従来技術の問題点を指摘すると共に本発明の作用を説明する図。 【符号の説明】 １；第一スクロール、２；第二スクロール、３；冷却機構、４；圧縮室 ───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 義明 大阪府堺市築港新町３丁12番地 ダイキン 工業株式会社堺製作所臨海工場内 (72)発明者 大坪 武夫 大阪府堺市築港新町３丁12番地 ダイキン 工業株式会社堺製作所臨海工場内 |
