特許 6035111 ヘリウム用密閉型スクロール圧縮機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6035111

(24)【登録日】2016年11月4日

(45)【発行日】2016年11月30日

(54)【発明の名称】ヘリウム用密閉型スクロール圧縮機

(51)【国際特許分類】

   F04C 18/02 20060101AFI20161121BHJP

   F04C 29/04 20060101ALI20161121BHJP

【ＦＩ】

   F04C18/02 311Y

   F04C29/04 B

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2012-240439(P2012-240439)

(22)【出願日】2012年10月31日

(65)【公開番号】特開2014-88848(P2014-88848A)

(43)【公開日】2014年5月15日

【審査請求日】2015年2月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】515294031

【氏名又は名称】ジョンソンコントロールズ ヒタチ エア コンディショニング テクノロジー（ホンコン）リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】椎林 正夫

(72)【発明者】

【氏名】伊豆永 康

(72)【発明者】

【氏名】足立 隆雅

【審査官】 所村 陽一

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６１−１８７５８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２３２４８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｃ １８／０２

Ｆ０４Ｃ ２９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

作動ガスがヘリウムガスであり、密閉容器内に、スクロール圧縮機部と電動機部とが収納されるとともに、前記スクロール圧縮機部は、固定側板部に渦巻状のラップを直立する固定スクロールと旋回スクロールとがそれぞれのラップを互いにかみ合わせることで圧縮室を構成し、前記旋回スクロールは、回転軸に連設する偏心機構に係合するとともに自転することなく固定スクロールに対し旋回運動し、前記固定スクロールには中心部に開口する吐出口と外周部に開口する吸入口が設けられ、該吸入口より吸入された前記ヘリウムガスは、前記圧縮室を中心部に移動することで圧縮された後、前記吐出口より吐出され、前記ヘリウムガスを冷却するための油インジェクション管を前記密閉容器に貫通して前記固定側板部に設けた油注入用ポートに接続したヘリウム用密閉型スクロール圧縮機において、
前記両スクロールラップ終端部にある吸入室と前記油注入用ポートとが旋回スクロール外側曲線と固定スクロール内側曲線とで形成する旋回外側の吸入作動室を介してある一定の旋回角度範囲にて連通し、
前記吸入室と前記油注入用ポートとが旋回スクロール内側曲線と固定スクロール外側曲線とで形成する旋回内側の吸入作動室を介して全く連通しない位置となるように、前記油注入用ポートの開口部を前記固定スクロール部の歯溝底面に設けたことを特徴とするヘリウム用密閉型スクロール圧縮機。

【請求項2】

請求項１に記載のヘリウム用密閉型スクロール圧縮機において、
前記吸入室と前記油注入用ポートとが旋回スクロール外側曲線と固定スクロール内側曲線とで形成する旋回外側の吸入作動室を介して連通する旋回角度範囲が約１８０度であり、
前記油注入用ポートの開口部が円形状であって、その穴径が前記旋回スクロールのラップ厚さより大きく設定されたことを特徴とするヘリウム用密閉型スクロール圧縮機。

【請求項3】

請求項２に記載のヘリウム用密閉型スクロール圧縮機において、
前記油注入用ポートの開口部の中心位置が、固定スクロール内側曲線のラップ巻終り端部に対して、スクロールラップ巻き角度にしておよそ（２π／３）ｒａｄ（π：円周率）内周側に位置したことを特徴とするヘリウム用密閉型スクロール圧縮機。

【請求項4】

請求項１に記載のヘリウム用密閉型スクロール圧縮機において、
吸入圧力を１．５ＭＰａＧから１．８ＭＰａＧの範囲に、吐出圧力を２．８ＭＰａＧから３．１ＭＰａＧの範囲に設定したことを特徴とするヘリウム用密閉型スクロール圧縮機。

【請求項5】

請求項１〜４の何れか１項に記載のヘリウム用密閉型スクロール圧縮機において、
吸入圧力Ｐｓと前記固定スクロール及び前記旋回スクロールで形成される圧縮室の設定容積比Ｖｒとの比（Ｐｓ／Ｖｒ）が０．７〜１．２ （ＭＰａＧ）の範囲にあることを特徴とするヘリウム用密閉型スクロール圧縮機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ヘリウム用密閉型スクロール圧縮機の全体構造と最適な運転範囲に関するものである。

【背景技術】

【0002】

ヘリウム用スクロール圧縮機における従来の公知例として、特許文献１（特開２００２−８９４６９号に開示されるものがある。この特許文献１には「極端に低い圧力比域でも、効率低下することなく安定した運転が可能なヘリウム用のスクロール圧縮機を得ることを目的として、空調用スクロールラップ部の先端（破線部分）をカットして、ａ点とｃ点とを半径ｒ１のなめらかな円弧曲線６６で結んだスクロールラップ歯形形状とする。６５はインボリュート曲線で、その始点はａ点である。６８もインボリュート曲線である。またｄ点とｃ点とを半径ｒ３の円弧曲線で結ぶ。このように構成すれば、固定スクロール及び旋回スクロールは、スクロールラップ部の設定容積比Ｖｒが１．８〜２．３のスクロール歯形形状を有するものとなる。」と記載されている（要約参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２−８９４６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記した特許文献１においては、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管を密閉容器に貫通して固定スクロールの鏡板部に設けた油注入用ポートに接続した油注入機構部を備えたヘリウム用密閉型スクロール圧縮機の構造例がある。そして、固定スクロール側と旋回スクロール側で形成される圧縮室の設定容積比Ｖｒ（最大吸い込み容積となる行程容積Ｖｔｈと最内室の容積Ｖｄとの比＝Ｖｔｈ／Ｖｄ）が２．１前後であり、運転圧力条件として、標準条件から最大の吸入圧力として約０．６〜１．０ＭＰａＧ以下の条件とすることが示されている。

【0005】

このような従来技術においては、得られるヘリウムガス流量に限界があること、及び運転圧力比（吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓの比）がＰｄ／Ｐｓ＝１．５〜１．７という低い運転圧力比においては、冷却用インジェクション油量の極端な低下にともない、圧縮室内部のシール性不良に伴う圧縮機入力の増加と体積効率の大幅な低下を生じる虞があった。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、
作動ガスがヘリウムガスであり、密閉容器内に、スクロール圧縮機部と電動機部とが収納されるとともに、前記スクロール圧縮機部は、固定側板部に渦巻状のラップを直立する固定スクロールと旋回スクロールとがそれぞれのラップを互いにかみ合わせることで圧縮室を構成し、前記旋回スクロールは、回転軸に連設する偏心機構に係合するとともに自転することなく固定スクロールに対し旋回運動し、前記固定スクロールには中心部に開口する吐出口と外周部に開口する吸入口が設けられ、該吸入口より吸入された前記ヘリウムガスは、前記圧縮室を中心部に移動することで圧縮された後、前記吐出口より吐出され、前記ヘリウムガスを冷却するための油インジェクション管を前記密閉容器に貫通して前記固定側板部に設けた油注入用ポートに接続したヘリウム用密閉型スクロール圧縮機において、
前記両スクロールラップ終端部にある吸入室と前記油注入用ポートとが旋回スクロール外側曲線と固定スクロール内側曲線とで形成する旋回外側の吸入作動室を介してある一定の旋回角度範囲にて連通し、
前記吸入室と前記油注入用ポートとが旋回スクロール内側曲線と固定スクロール外側曲線とで形成する旋回内側の吸入作動室を介して全く連通しない位置となるように、前記油注入用ポートの開口部を前記固定スクロール部の歯溝底面に設けたものである。

【0007】

そして、前記吸入室と前記油注入用ポートとが旋回スクロール外側曲線と固定スクロール内側曲線とで形成する旋回外側の吸入作動室を介して連通する旋回角度範囲が約１８０度であり、
前記油注入用ポートの開口部が円形状であって、その穴径が前記旋回スクロールのラップ厚さより大きく設定されたことが望ましい。
また、前記油注入用ポートの開口部の中心位置が、固定スクロール内側曲線のラップ巻終り端部に対して、スクロールラップ巻き角度にしておよそ（２π／３）ｒａｄ（π：円周率）内周側に位置したことが望ましい。

【0008】

また、吸入圧力を１．５ＭＰａＧから１．８ＭＰａＧの範囲に、吐出圧力を２．８ＭＰａＧから３．１ＭＰａＧの範囲に設定したことが望ましい。
さらに、吸入圧力Ｐｓと前記固定スクロール及び前記旋回スクロールで形成される圧縮室の設定容積比Ｖｒとの比（Ｐｓ／Ｖｒ）が０．７〜１．２ （ＭＰａＧ）の範囲にあることが望ましい。

【発明の効果】

【0009】

本発明の上記構成にすることにより、ヘリウム用密閉型スクロール圧縮機の構造において、次の効果がある。
（１）本発明の油注入用ポート構造により、吸入過程において周辺部からの加熱の影響を受けやすい、片側の旋回外側の吸入作動室側の油インジェクションによりガス冷却が促進されるので、必要とする低い運転圧力比条件のＰｄ／Ｐｓ＝１．６前後においても、高い体積効率と圧縮室間の内部漏れ量が低下し、圧縮動力の低減効果が得られる。
（２）高い吸入圧力条件の設定により、高いガス流量が得られるとともに、圧縮機の小形化が可能となり、製造コストが有利となる。また、ガス流量の制御幅が大きく取れるので、省エネルギー効果が大きく向上する。
（３）設定容積比と吸入圧力との最適な関係に設定するため、必要とする低い運転圧力比条件のＰｄ／Ｐｓ＝１．６前後において、従来機に対してＨｅ成績係数が飛躍的に向上できるので、省エネルギー効果が極めて高くなる。
（４）圧縮動力が低減すると、軸受部等の摺動部に作用する荷重が低減するため、圧縮機全体の信頼性が向上する。また軸受荷重の低減により、ころがり軸受（４０）の長寿命化が図れる効果がある。

【0010】

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本実施例の縦形タイプのヘリウム用密閉型スクロール圧縮機の全体構造の一実施例を示す縦断面図。

【図2】固定スクロール５の平面図である。

【図3】固定スクロール５の縦断面図である。

【図4】旋回スクロール６の平面図である。

【図5】外線室８ａ、内線室８ｂの吸入行程が完了した時の固定スクロール５と旋回スクロール６が組み合わされた状態を示す。

【図6】図５の状態から約１／２π回転角が進んだ状態の両スクロールラップ５、６の組合せ例である。

【図7】図６の状態から更に約１／２π回転角が進んだ状態の両スクロールラップ５、６の組合せ例である。

【図8】回転角と圧縮室の内部圧力の変化（圧縮線）を示す。

【図9】運転圧力範囲を示す説明図である。

【図10】運転周波数Ｈｄとガス流量Ｑｓとの関係を示す説明図である。

【図11】吸入圧力Ｐｓと成績係数Ｅ（比率）との関係を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の一実施例を図１から図１１によって詳細に説明する。

【実施例1】

【0013】

図１は、縦形構造における本発明の注油式密閉型ヘリウム用スクロール圧縮機の一実施例を示す縦断面図である。図２は固定スクロール５の平面図であり、図３は同じく固定スクロール５の縦断面図である。図４は、旋回スクロール６の平面図である。図５から図７は、本発明の両スクロールラップ５、６を組み合わせた断面図である。図８は、回転角と圧縮室（旋回外側圧縮室（外線室）８ａ、と旋回内側圧縮室（内線室）８ｂの圧縮時の圧力変化を示す圧縮線である。

【0014】

図１を用いて、作動ヘリウムガスの流れとインジェクションされた冷却油の流れを説明する。ヘリウムガスを冷却するための油インジェクション管３１を密閉容器１の上フタ２ａに貫通して固定スクロール５の鏡板部５ａに設けた油注入用ポート２２に接続し、該油注入用ポート２２の開口部は、旋回スクロール６のラップ６ｂ（旋回側ラップ）の歯先面に対向して開口している。密閉容器１内の吸入配管１７側となる上部にはスクロール圧縮機構部が、下側には電動機部３が収納されている。そして、密閉容器１内は吐出室１ａとフレーム７をはさんで電動機室１ｂとに区画されている。

【0015】

スクロール圧縮機構部は、図５と図６に示すように、固定スクロール５と旋回スクロール６を互いに噛み合せて圧縮室８（８ａ、８ｂ）を形成している。旋回スクロール６は、円板状の鏡板６ａ（旋回側板部）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６ｂ（旋回側ラップ）と、鏡板の反ラップ面に形成されたボス部６ｃとからなっている。図７に示すように、両スクロール５、６の旋回運動によるヘリウムガスの吸入行程の動作時において、旋回スクロール６の外側曲線６６１と固定スクロール５の内側曲線５６１にて旋回外側の吸入作動室８ｃを形成する。一方、旋回スクロール６の内側曲線６６２と固定スクロール５の外側曲線５６２にて旋回内側の吸入作動室８ｄを形成する。フレーム７は中央部に軸受部４０（コロ軸受）を形成し、この軸受部に回転軸１４が支承され、回転軸先端の偏心軸１４ａは、上記ボス部６ｃ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７には固定スクロール５が複数本のボルトによって固定され、旋回スクロール６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３８によってフレーム７に支承され、旋回スクロール６は固定スクロール５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。回転軸１４には電動機軸１４ｂを一体に連設し、電動機部３を直結している。

【0016】

電動機部３は、内部リード線３ｍからハーメ端子部７２とコネクタブロック７０を介してインバータ部４００とつながっている。該インバータ部４００は、ＡＣ仕様であってもＤＣ仕様のインバータであってもよい。一般的に、ＤＣ仕様のインバータが効率的には数％優位にある。５００は商用電源部である。４５０、３９０は３相の電源ケーブルである。固定スクロール５の吸入口１５には密閉容器１の上フタ２ａを貫通して吸入管１７が接続され、吐出１０が開口している吐出室１ａはフレーム７の外縁部の第一通路１８ａ、１８ｂを介して電動機室１ｂ（１ｂ１、１ｂ２）と連通している。この電動機室１ｂは密閉容器中央部のケ−シング部２ｂを貫通する吐出管２０に連通している。吐出管２０は上記通路１８ａ、１８ｂの位置に対してほぼ反対側の位置に設置している。電動機室１ｂは、ステータ３ａの上部空間１ｂ１とステータ３ａの下部空間１ｂ２とに区分している。

【0017】

この両側の空間１ｂ１、１ｂ２を連通するように、ステータ３ａとケ−シング部１ｄの内壁面１ｍ側との間に油とガスの流路部となる通路２５（２５ｂ、２５ｃ）を形成している。また、電動機３のエアーギャップの隙間２６も通路となり、該隙間２６を介して空間１ｂ１と空間１ｂ２とが連通している。このような容器内部の電動機室１ｂ１、１ｂ２内においてガスと冷却用インジェクション油の混合体の流れによって、６０℃〜７０℃の比較的低温な上記混合体による電動機への直接冷却が可能となる。

【0018】

吸入管１７と固定スクロール５との間には高圧部と低圧部とをシールするＯリング５３を設けている。また、旋回スクロール６の鏡板の背面には、スクロール圧縮機部２とフレーム７で囲まれた空間３６（以下背圧室と呼ぶ）が形成され、この背圧室３６には旋回スクロールの鏡板に穿設した２つの細孔６ｄと６ｆ、６ｈを介し、吸入圧力Ｐｓと吐出圧力Ｐｄの中間圧力Ｐｂが導入され、旋回スクロール６を固定スクロール５に押付ける軸方向の付与力を与えている。潤滑油２３は密閉容器１の底部に溜められており、この潤滑油２３は油吸上管２７と回転軸１４ａ、１４ｂ内に設けた中心穴１３を介して、旋回軸受３２に供給される。旋回軸受３２に供給され排出された油は、背圧室３６に移動する。

【0019】

一方、中心穴１３から横穴５１の遠心ポンプ作用にて下軸受３９に油が供給される。該軸受３９から排出された油は上方のころ軸受の主軸受部４０に至り、背圧室３６に移動する。このように背圧室３６に移動した油は、前記穴６ｄ、６ｆと横穴６ｈを介して圧縮室８ａ、８ｂへ排出され圧縮ガスと混合され、次いでヘリウムガスと共に吐出室１ａへ吐出される。前記密閉容器１の底部には、該底部の潤滑油２３を器外へ取出す油取り出し管３０が設けられている。密閉容器１の底部に溜められた潤滑油２３は、密閉容器１内の吐出圧力Ｐｄと前記圧縮室８内部の圧力Ｐｉとの差圧、具体的には油注入穴２２の開口部の圧力（Ｐｉ）によって油取り出し管３０の流入部３０ａから該油取り出し管３０内に流出していく。油取り出し管３０内へ流出した油は外部油配管３６ａを通って油冷却器３３へ至り、ここで適宜冷却された後、油配管３６ｂを介して油インジェクション管３１およびポート２２を経て吸入作動室８ｃと圧縮室８（８ａ、８ｂ）へ注入される。

【0020】

このように、吸入作動室８ｃと圧縮室８ａ、８ｂへの油注入は差圧によってなされるので、以下に説明する本実施例の油注入構造とすることにより、該穴の開口部２２が吸入圧力側に近いために、従来機よりも大きな給油のための差圧、ひいては油インジェクション量を確保できることになる。

【0021】

図２に示すように、固定スクロール５は、円板状の鏡板５ａ（固定側板部）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５ｂとからなり、その中心部に吐出口１０、外周部に吸入口１５（１５ａ、１５ｂ）を備えている。Ｏｋは座標中心点であり、Ｘｋ、Ｙｋは座標軸である。点５３と点５４は、圧縮室を形成する最外周部の接点位置を示す。図５において、旋回外側圧縮室（外線室）８ａは、旋回スクロールラップ外側曲線６６１と固定スクロールラップ内側曲線５６１
とにより形成される。旋回内側圧縮室（内線室）８ｂは、旋回スクロールラップの内側曲線６６２と固定スクロールラップ外側曲線５６２とにより形成される。
なお、歯溝寸法（図２のＤｔ寸法）は次式で与えられる。
Ｄｔ＝２×εｔｈ＋ｔ
ここで、 εｔｈ ： 旋回半径
ｔ ： ラップ厚さ

【0022】

図１と図３に示すように、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管３１を密閉容器１に貫通して前記固定スクロール５の鏡板部５ａの歯溝底面５ｚに単数の油注入用ポート２２（２２ａ）を設定する。このように圧縮機本体の冷却及びヘリウムガスの断熱圧縮時の発生熱のガス温度を低下するために、冷却用油インジェクション構造を備えている。２２ａは油インジェクション管３１を挿入する円形穴である。図７に示すように、上記両スクロールラップ終端部にある吸入室５ｆと上記油注入用ポート２２とが旋回スクロール外側曲線６６１と固定スクロール内側曲線５６１とで形成する旋回外側の吸入作動室８ｃを介してある一定の旋回角度範囲にて連通し、その角度は、約１８０度（図８のθ５の値）が適正である。

【0023】

一方、図６に示すように、旋回スクロール内側曲線６６２と固定スクロール外側曲線５６２とで形成する旋回内側の吸入作動室８ｄと吸入室５ｆとが油注入用ポートとは全く連通しない位置となるように、該油注入用ポート２２の開口部を固定スクロール５の歯溝底面５ｚに設定する。
上記旋回外側の吸入作動室８ｃと旋回内側の吸入作動室８ｄは、吸入行程時の作動空間であり、吸入容積に関係する空間である。

【0024】

図２に示すように、上記該油注入用ポート２２の位置は、固定スクロールラップ内側曲線５６１の最外周部となる点５４に対してスクロールラップ巻き角度にして、Δθｓ＝約（２π／３）ｒａｄの内周側の位置に設定している。また、図３に示すように、上記油注入用ポート２２の開口部が、円形状にあって、その穴径ｄｏを旋回スクロール６のラップ厚さｔより大きく設定する。即ち、ｄｏ＞ｔに設定する。なお、固定スクロール５と旋回スクロール６のそれぞれのラップ厚さはｔで同じ値に設定されている。

【0025】

これらの位置関係に設定することにより、ヘリウムガスの吸入行程の途中の早いタイミング（時期）から、油注入によりヘリウムガスへの冷却が促進されるため、圧縮機の体積効率の向上効果が得られる。図６と図７に吸入室５ｆ周辺のヘリウムガスの流れを矢印で示す。両図に示すように、旋回外側の吸入作動室８ｃに至る吸入通路は、吸入孔１５ｂから吸入室５ｆを左回りに流れ、旋回スクロールラップ終端部６ｋより外側に流れ、さらに凹部５ｍを経由して固定スクロールラップ終端部５４に至る通路となる。一方、旋回内側の吸入作動室８ｄひいては圧縮室８ｂ側への吸入通路長さは、上記の吸入孔１５ｂから吸入室５ｆを左回りに流れ、旋回スクロールラップ終端部６ｋに至る通路となる。このため、旋回外側の吸入作動室８ｃに至る吸入通路は、他方の旋回内側の吸入作動室８ｄに至る吸入通路の長さに対して、おおよそ凹部５ｍの通路などの半周分長くなり、壁面からの熱伝達の影響を受けやすくなる。しかし、上記構造とすることにより、通路長さと関係する通路壁からの加熱損失の影響を除外できるように、早期に油インジェクションによる冷却促進をはかるものである。

【0026】

図４において、Ｏｓは座標中心点であり、Ｘｓ、Ｙｓは座標軸である。旋回スクロールラップ外側曲線６６１と固定スクロールラップ内側曲線５６１とにより形成される旋回外側圧縮室８ａにて設定される設定容積比Ｖｒｓは、下記式に定義される。

ここで、λ１ｓ：点６５のラップ巻き終り角度
（インボリュート伸開角）
λＳｓ：点６１のラップ巻き始め角度
（インボリュート伸開角）
π：円周率
α：旋回半径εｔｈとスクロールラップの基礎円半径ａの
比（＝εｔｈ／ａ）
設定容積比Ｖｒｓとは、旋回外側圧縮室８ａの最大吸い込み容積となる行程容積Ｖｔｈｓを圧縮室の吐出行程直前の旋回外側圧縮室８ａ側の最内室の容積Ｖｄ１で除した値である。一方、旋回スクロールラップ内側曲線６６２と固定スクロールラップ内側曲線５６２とにより形成される旋回内側圧縮室８ｂにて設定される設定容積比Ｖｒｋは、上記Ｖｒｓと同等である。なお、旋回スクロール６のラップ終端部６ｋの点６４と点６５は円弧半径Ｒ４にてなめらかに接続している。ラップ始端部の点６１、点６０と点６５はそれぞれ凸部形状の円弧半径Ｒｓと凹部形状の円弧半径Ｒ３にてなめらかに接続している。６ｄは圧縮室８ａ、８ｂと背圧室３６を連絡する中間圧穴で、穴６ｆと横穴６ｈは圧縮室８ｂと側部空間６ｍ（図１参照）を連絡する横穴通路である。

【0027】

本実施例では、上記設定容積比Ｖｒ＝Ｖｒｋ＝Ｖｒｓ＝１．７とする。これは、ヘリウム用圧縮機の運転条件が低い圧力比域、例えば圧力比Ｐｄ／Ｐｓ＝１．５〜１．７前後の運転条件が、近年要求されるというヘリウム固有な運転条件によるものである。運転圧力条件との関係で表示すると、圧縮機の吸入圧力Ｐｓ（単位：ＭＰａＧ）と固定スクロール側と旋回スクロール側で形成される圧縮室の設定容積比Ｖｒとの比（Ｐｓ／Ｖｒ）が０．７〜１．２ （ＭＰａＧ）の範囲にあることが重要となる。即ち、省エネルギー効果は、吸入圧力Ｐｓと設定容積比Ｖｒとの２つの因子によって大きく影響を受ける。このＰｓ／Ｖｒの値に最適な範囲がある。これの最適なＰｓ／Ｖｒ値の例として、Ｖｒ＝１．７で、Ｐｓ＝１．７ＭＰａＧの条件においては、Ｐｓ／Ｖｒ＝１．０となる。従来技術においては、Ｐｓ／Ｖｒ値が０．３〜０．６ （ＭＰａＧ）の範囲にあり、さらなる省エネルギー効果が望まれていた。

【0028】

図５は、外線室８ａ、内線室８ｂの吸入行程が完了した時の固定スクロール５と旋回スクロール６が組み合わされた状態を示す。点５３と点６４が接点となり、一方、点５４と旋回スクロール側外側曲線６６１とが接している。この状態において、注入用ポート２２の開口部は、外線室８ａ側のみに連通している。

【0029】

図６は、図５の状態から約１／２π回転角が進んだ状態の両スクロールラップ５、６の組合せ例である。この状態において、注入用ポート２２の開口部は、内線室８ｂ側のみに連通している。また、注入用ポート２２の開口部は、片側の中間圧穴６ｄと横穴通路６ｆ、６ｈとも連通している。これらの３カ所の穴２２、６ｄ（片側のみ）、６ｆが一時的に連通した位置関係とすることにより、注入用ポート２２から注入された大量の油が該圧縮室８ｂから背圧室３６側にも抜けることができるようになり、油が充満することがない。このため、油圧縮による異常な圧力上昇という現象を回避できる作用・効果がある。

【0030】

図７は、図６の状態から更に約１／２π回転角が進んだ状態の両スクロールラップ５、６の組合せ例である。この状態において、穴径ｄｏとラップ厚さｔとの関係を円形穴２２の場合のｄｏ＞ｔの寸法関係に設定することによって、これらの油注入用ポート２２が旋回内側圧縮室８ｂと旋回外側の吸入作動室８ｃの両側に連通することになる。その連通する角度範囲は、図８において、θ４となる。

【0031】

図８は、圧縮室８ａ、８ｂの圧力変化（Ｐｉ／Ｐｓ）を旋回運動時の回転角を横軸にして示す。（Ａ）点が吸入行程の開始位置であり、（Ｂ）点が終了位置であるとともに、圧縮開始点となる。（Ｃ）点が圧縮終了位置となり、それ以降の回転角においては吐出行程となる。吸入行程時の回転角はθ１＝２πとなる。旋回角度範囲のθ２は、注入用ポート２２の開口部が外線室８ａ側に連通している角度範囲である。旋回角度範囲のθ３は、注入用ポート２２の開口部が内線室８ｂ側に連通している角度範囲であり、旋回内線室８ｂ側は、油注入ポート２２を介して吸入室５ｆ側とは全く連通していない位置関係となる。

【0032】

以上に説明した本実施例の油インジェクション構造によって、旋回外側の吸入作動室８ｃ及び両側の圧縮室８ａ、８ｂへの油注入が低圧力比条件においてもスムースになされ、該注入された冷却油は、両圧縮室８内において作動ガスの冷却機能と圧縮室間のシール機能を発揮することになる。また、スクロールラップ先端部等の摺動部の潤滑が万遍に効果的に行われるようになる。その結果、ヘリウム用密閉型スクロール圧縮機の高い体積効率の確保と内部漏れ低減による高い圧縮効率が確保され、圧縮機全体として高い信頼性が確保できるものである。

【0033】

図９は、運転圧力範囲を示す説明図であり、図１０は、運転周波数（Ｈｄ）とガス流量Ｑｓとの関係図の例を示す説明図である。本実施例では、駆動用電動機部３を外部のインバータ４００にて駆動する。従来の運転範囲は、図９において、（Ｅ）−（Ａ）−（Ｂ）−（Ｃ）−（Ｄ）−（Ｅ）の範囲である。本実施例では、（Ｋ）−（Ｆ）−（Ｇ）−（Ｊ）−（Ｋ）の範囲で、具体的には、吸入圧力Ｐｓを１．５ＭＰａＧから１．８ＭＰａＧの範囲に、吐出圧力Ｐｄを２．８ＭＰａＧから３．１ＭＰａＧの範囲に特定設定する。即ち、従来の運転範囲に対して、高い吸入圧力及び、高い吐出圧力にシフトするものである。また、（Ｅ）−（Ａ）−（Ｂ）−（Ｆ）−（Ｇ）−（Ｊ）−（Ｈ）−（Ｄ）−（Ｅ）の範囲であってもよい。

【0034】

このような運転範囲の条件設定とすることにより、図１０に示すように、従来技術のガス流量である（Ａ）⇔（Ｂ）の特性から、（Ｃ）⇔（Ｄ）の特性、（Ｅ）⇔（Ｆ）の特性が得られ、その結果、従来技術に対して、圧縮機のガス流量比として本実施例では２倍〜３倍にアップできる。これにより、圧縮機の小形化ができる。また、ガス流量の容量制御幅として、従来では｛（Ａ）のガス流量｝／（Ｂ）のガス流量｝＝０．４レベルであり、容量制御幅として４０％から１００％のガス流量変化となるが、これに対して、本実施例の容量制御幅は、｛（Ａ）のガス流量｝／｛（Ｆ）のガス流量｝＝０．１５レベルとなり、容量制御幅としては、１５％から１００％のガス流量変化の幅がえられる。このように容量制御性が向上し、省エネルギー効果が大となる。このような上記構成とすることにより、より小形で高性能なヘリウム用スクロール圧縮機を実現できるものである。

【0035】

図１１は、吸入圧力ＰｓとＨｅ成績係数Ｅの比率との関係図を示す説明図である。Ｈｅ成績係数Ｅとは、ガス流量Ｑｓ（Ｎｍ３／ｈｒ）を圧縮機入力Ｗｉ（ｋＷ）（インバータ駆動の場合は、インバータ入力）で徐した値で、その値Ｅが大きいほど省エネルギー効果が高くなる。インバータ駆動における効果の事例として、図１１に示す。図１１に示すように、従来技術の（Ａ）点に対して本実施例では（Ｂ）点に、ひいては（Ｃ）点の位置へと、従来機に対して２倍〜３倍の極めて高いＨｅ成績係数となる。（Ａ）点から（Ｂ）点の効果は、本実施例の油インジェクション構造と吸入圧力と吐出圧力を高く設定したことの効果によるもので、Ｈｅ成績係数の比として約２．５倍となる。また（Ｂ）点から（Ｃ）点の効果は、設定容積比をＶｒ＝２．１から本実施例のＶｒ＝１．７前後に設定したことの効果によるもので、Ｈｅ成績係数の比として約１．２倍となる。この結果、本実施例のＨｅ成績係数の向上効果は、（Ａ）点から（Ｃ）点に変化し、このＨｅ成績係数の比として約３倍となり、省エネルギー効果が顕著となるものである。本実施例の圧縮機の吸入圧力Ｐｓと固定スクロール側と旋回スクロール側で形成される圧縮室の設定容積比Ｖｒとの比（Ｐｓ／Ｖｒ）が０．７〜１．２（ＭＰａＧ）の範囲に設定した一定速機用のヘリウム圧縮機における成績係数Ｅは、同様に、従来機に対して約２倍〜３倍の極めて高レベルの値を実験的に得られている。このように、本実施例は、一定速機用及びインバータ駆動用ヘリウム圧縮機に適用できるものである。

【符号の説明】

【0036】

１…密閉容器、３…電動機部、３ａ…ステータ、３ｂ…ロータ、５…固定スクロール、６…旋回スクロール、８…圧縮室、８ａ：旋回外側圧縮室、８ｂ：旋回内側圧縮室、８ｃ：旋回外側の吸入作動室、８ｄ：旋回内側の吸入作動室、１０…吐出口、７…フレーム、１５…吸入口、１４…回転軸、１４ａ…偏心軸、１７…吸入管、２０…吐出管２２…油注入用ポート、３１…油インジェクション管、４００…インバータ、４０…主軸受、３２…旋回軸受。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】