JPS6397895A - ヘリウム圧縮機 - 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、冷凍機などに用いられるヘリウム圧縮機に関
し、特に、冷却油のインジェクション機構に係るもので
ある。

（従来の技術） 一般に、例えば、冷凍機においては、圧縮機で圧縮した
冷媒ガスを、凝縮器で液化し、膨張機構で膨張した後、
蒸発器で気化して圧縮機に戻すように構成されている。

この冷媒ガスがヘリウムの場合、圧縮機はヘリウム圧縮
機が適用されることになる。

このヘリウム圧縮機は、第６図に示すように、密閏ケー
シング（ａ　）内に′Ｉｔ動モータ（ｂ）と該モータ（
ｂ）に連係されたベーンポンプ（Ｃ）とが収納されて成
り、該ベーンポンプ（Ｃ）はシリンダ（ｄ　）内にロー
タリピストン（ｅ）が偏心して設けられると共に、該シ
リンダ（ｄ　＞にブレード（図示省略）がシリンダ（ｄ
　”）内に出没自在に且つロータリピストン（ｅ　）に
圧接されて設けられた固定翼形に構成されている。そし
て、該ベーンポンプ（Ｃ）の吸込口（ｆ　）にはケーシ
ング（ａ　）を貫通して吸入管＜ａ　）が接続され、吐
出口（ｈ）は吐出弁（１）を介してケーシング（ａ）内
に開放されるように成っている。一方、前記ケーシング
＜ａ　＞の外側には冷却水コイル（ｊ　）が巻回される
と共に、該冷却水コイル（ｊ　）に密接して吐出ガスコ
イル（ｋ　）が巻回され、該吐出ガスコイル（ｋ）の一
端にはケーシング（ａ　＞内に連通ずる１次吐出管（交
）が、他端には２次吐出管（１）がそれぞれ接続されて
いる。

従って、このヘリウム圧縮機は、蒸発器で気化して冷媒
ガス（ヘリウムガス）が吸入管＜Ｘを介してシリンダ（
ｄ　）内に導入され、該冷媒ガスをロータリピストン（
ｅ）の回転により圧縮した後、吐出口（ｈ）を介してケ
ーシング（ａ）内に吐出する。そして、該ケーシング（
ａ　）内の高圧冷媒ガスは１次吐出管（９）を通り、吐
出ガスコイル（ｋ　）間で冷却水コイル（ｊ　）内の冷
却水と熱交換して冷却され、２次吐出管（１ｍ　）を介
して凝縮器に送り出される。

（発明が解決しようとする問題点） 上述したヘリウム圧縮機において、冷媒ガスとしてフロ
ンを用いた場合と比較すると、ヘリウムは断熱指数がフ
ロンのそれに比して１．６６と大きいため、圧縮した冷
媒ガスが高温（例えば、２００℃）になる。そこで、ヘ
リウム圧縮機には、冷媒ガスの冷却機構が設けられてお
り、ケーシング（ａ　）内の下部に油溜め（ｎ）が設け
られる一方、ケーシング（ａ　）の外側に油コイル（０
）が冷却水コイル（ｊ　）に密接して巻回されている。

該油コイル（０）の一端は油溜め＜ｎ＞に連通ずる油吸
入管（ｐ）が、他端に油注入管（ａ　）がそれぞれ接続
され、該油注入管（９）は吸入管（ｆ）に接続されると
共に、オリフィス（ｒ）が途中に設けられて構成されて
いる。従って、ケーシング（ａ　）内と吸入管（「）内
の圧力差により油溜め（ｎ＞の油が油吸入管（ｐ）を通
り、油コイル（０）間で冷却水コイル（ｊ　＞内の冷却
水と熱交換して冷却され、この冷却された油がオリフィ
ス（ｒ）を通って吸入管（ｆ）内の冷媒ガスに供給され
、圧縮時の冷却を行うように成っている。

しかし、注入油量をオリフィスＤ）で調節しており、こ
のオリフィス（ｒ）の穴径が小さいので、オリフィスＤ
）の目詰りを防止するためにメツシュの細かいフィルタ
を設ける必要があり、高価になるという問題があった。

また、油注入管（９）は吸入管（［）に常時開口して連
通しているため、ベーンポンプ（Ｃ）に供給される冷媒
ガス量と無関係に油が該冷媒ガスに常時注入されること
になり、油量を制御できず必要以上の油が注入されると
いう欠点があった。

本発明は、斯かる点に鑑み、ブレードが圧縮工程動作に
伴ってシリンダ内に出没する点を利用し、該ブレードを
介して油の注入路を開閉することにより、油量と注入タ
イミングとを正確にコントロールすることを目的とする
ものである。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明の講じた手段は、第
１図〜第４図に示すように、シリンダ（１１）内にロー
タリピストン（１２）が偏心して設けられ、該シリンダ
（１１）にブレード（１５）がシリンダ（１１）内に出
没自在に設けられ、該ブレード（１５）の先端が前記ロ
ータリピストン（１２）に圧接されて前記シリンダ（１
１）内に圧縮室（１９〉が構成され、前記シリンダ（１
１）に吸入口（１６）と吐出口（１７）とが前記ブレー
ド（１５）の両側方に開設されて圧縮室（１９）に連通
されることを前提とする。そして、前記ブレード（１５
）に冷却油（２２）の注入路（２７）が形成され、該注
入路（２７）の内端導出口（３１）が前記ブレード（１
５）の出没動作に伴って吐出側の圧縮室（１９）との連
通が開閉されるように設けられ、外端導入口（３０）に
冷却油（２２）の供給管（２６）ｌ　　（３４）が連通
自在に設けられ、前記ブレード（１５）がシリンダ（１
１）内に所定量突出すると前記注入路（２７）の導出口
（３１）が圧縮室（１９）に開口して該圧縮室（１９）
に冷却油（２２）が注入されるように構成したものであ
る。

（作用） 以上の構成により、本発明は、ロータリピストン（１２
）の回転に伴ってガスが吸入口（１６）より圧縮室（１
９）に導入され、圧縮された後に吐出口（１７）より吐
出される。その際、ブレード（１５）がシリンダ（１１
）内に出没して圧縮室（１９）を区画すると共に、該ブ
レード（１５）の突出により冷却油（２２）の注入路（
２７）における内端導出口（３１〉が吐出側の圧縮室（
１９）に開口し、冷却油（２２）が該圧縮室（１９）に
注入されて圧縮された高温ガスが冷却される。

また、前記ブレード（１５）の没入により注入路（２７
）の導出口（３１）がシリンダ（１１）で閉塞され、冷
却油〈２２〉の注入が停止する。このことにより、高温
ガスとなる圧縮時にのみ適量の冷却油（２２）を圧縮室
（１９）に注入できるようになる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図および第４図に示すように、（１）は冷凍機に設
けられるヘリウム圧縮機であって、蒸発器で気化した冷
媒ガス（ヘリウムガス）を圧縮して凝縮器に送り出すよ
うに成っている。

該ヘリウム圧縮機（１）は、全密閉型圧縮機であり、ケ
ーシング（２）が気密状に密閉形成され、該ケーシング
（２）内に電動モータ（３〉と該モータ（３）により駆
動されるベーンポンプ（４）とが収納されて構成されて
いる。該モータ（３）はケーシング（２）に固定支持さ
れ、ベーンポンプ（４）のクランク軸（５）が嵌合接続
されている。前記ケーシング（２）には吸入管（６）が
貫通して取付けられ、該吸入管（６）はベーンポンプ（
４）に直結されて蒸発器からの冷媒ガスがベーンポンプ
（４）に送り込まれるように成っている。また、ケーシ
ング（２）内はベーンポンプ（４）で圧縮された高圧の
冷媒ガスが充満するように構成され、上部に１次吐出管
（７）が接続されている。該１次吐出管（７）は吐出ガ
スコイル〈８）に接続され、該吐出ガスコイル（８）は
ケーシング（２）の外側上半部に巻回されて２次吐出管
（９）に接続され、ケーシング（２）内の圧縮された冷
媒ガスが両吐出管（７）、（９）及び吐出ガスコイル（
８）を通って凝縮器に送り出されるように成っている。

更に、ケーシング（２）の外側には冷却水コイル（１０
）が上下両端に亘って巻回され、該冷却水コイル（１０
）は冷却水が流れると共に、前記吐出ガスコイル（８）
が密接され、吐出される冷媒ガスが冷却水との熱交換に
より冷却されるように成っている。

一方、前記ベーンポンプ（４）は、固定翼形ポンプであ
り、シリンダ（１１）内にロータリピストン〈１２）が
設けられて構成されている。該シリンダ（１１）はケー
シング（２）に固定支持され、上下両側にはサイドカバ
ー（１３ａ）、（１３ｂ）が取付けられている。前記ロ
ータリピストン（１２）は前記モータ（３）に直結され
たクランク軸（５）の下端部にカム（１４）を介して偏
心して設けられ、周面の一部がシリンダ（１１〉の内面
に接すると共に、両側面がサイドカバー（１３ａ　）、
（１３ｂ　）に摺接して回転するように構成されている
。また、前記シリンダ（１１）にはブレード（１５）が
設けられると共に、吸入口（１６）と吐出口（１７）と
が開設されている。

該ブレード（１５）はシリンダ（１１）に穿設された摺
動孔（１８）に嵌合され、シリンダ（１１）内に出没自
在に設けられると共に、スプリング等により先端がロー
タリピストン（１２）に圧接され、該フレード（１５）
とロータリピストン（１２）によりシリンダ（１１）内
に圧縮室（１９）が構成されている。前記吸入口（１６
）及び吐出口（１７）はブレード（１５）の両側近傍に
おいてシリンダ（１１）内に開口されている。そして、
吸入口（１６）には吸入管（６）が接続されて冷媒ガス
が圧縮室（１９）に導入される一方、吐出口（１７）に
は吐出弁（２０）が設けられて圧縮された冷媒ガスがケ
ーシング（２）内に吐出されるように成っている。

更に、このヘリウム圧縮機（１〉には、冷媒ガスがヘリ
ウムガスであるために圧縮機のａ湿状態を冷却する冷却
機構（２１）が設けられている。

該冷却機構（２１）は所定員の冷却油（２２）を圧縮室
（１９）に所定タイミングでインジェクションするもの
であり、ケーシング（２）内の下部に油溜め（２３）が
形成されて冷却油（２２）が貯溜され、該冷却油（２２
）はケーシング（２）内の冷媒ガスで高圧雰囲気中に置
かれている。前記ケーシング（２）の下部には油吸入管
（２４）の一端が接続されて油溜め（２３）に連通され
、該油吸入管（２４）の他端は油コイル（２５）に接続
されている。該油コイル（２５）はケーシング（２）の
外側下半部に前記冷却水コイル（１０）に密接して巻回
され、油コイル（２５）を通る冷却油（２２）が冷却水
と熱交換して冷却されるように成っている。また、油コ
イル（２５）には油供給管（２６）が接続され、該供給
管（２６）はケーシング（２）の下部より該ケーシング
（２）内に導入されている。該供給管（２６）の内端部
はヘッド側のサイドカバー（１３ａ＞に嵌入されて、ブ
レード（１５）の摺動孔（１８）に開口されている。

一方、前記ブレード（１５）には冷却油（２２）の注入
路（２７〉が形成されており、前記供給管（２６）より
冷却油（２２）が流入するように構成されている。該注
入路（２７）は１本の縦孔（２８）と２本の横溝（２９
＞、（２９）とより構成されている。該縦孔（２８）は
ブレード（１５）の外端部側に上下に穿設され、上下両
端はブレード（１５）の上下両端面に開口されると同時
に、該ブレード（１５）が嵌入される摺動孔（１８）を
構成する両サイドカバー（１３ａ）、（１３ｂ）で閉塞
されるように構成されている。また、該縦孔（２８）の
下端は前記サイドカバー＜１３８）で閉塞されているが
、前記ブレード（１５）の突出動作に伴って前記供給管
（２６）に連通し、冷却油（２２）の外端導入口（３０
）と成っている。前記横溝（２９）、（２９＞はブレー
ド（１５）の側面において上下２段に断面Ｕ字状に削設
されており、前記縦孔（２８）に直交する方向でブレー
ド（１５）のシリンダ（１１）に対する出没移動方向に
形成されている。また、前記ブレード（１５）はシリン
ダ（１１）内に突出して該シリンダ（１１）内に吸入側
と吐出側との圧縮室（１９）を構成することになるが、
上記横溝（２９）、（２９）はこの吐出側圧縮室（１９
）を区画するブレード（１５）の側面に形成されている
。

更に、咳両横構（２９）、（２９＞の外端底部は前記縦
孔（２８）に連通され、前面開口面は前記摺動孔（１８
）を構成するシリンダ（１１）で閉塞され、且つ該開口
面の内端部はブレード（１５）の突出動作に伴って圧縮
室（１９）に間口されて冷却油（２２）の内端導出口（
３１）と成っている。該導出口（３１）と前記導入口（
３０）とは導出口（３１）が圧縮室（１９）に開口する
と、導入口（３０）が供給管（２６）に連通ずるように
成っており、冷却油（２２）を圧縮室（１９）にインジ
ェクションすることになる。また、導出口（３１）の開
口量等は冷却油（２２）の注入量等により設定される。

尚、第３図における（３２）は、吐出ガスコイル（８）
、冷却水コイル（１０）及び油コイル（２５）を覆う熱
伝導体である。

次に、このヘリウム圧縮機〈１）の圧縮動作について説
明する。

先ず、蒸発器で気化した冷媒ガスは吸入管（６）を通り
、吸入口（１６）を介してシリンダ（１１）内に導入さ
れる。一方、ロータリピストン（１２）は電動モータ（
３）の駆動によりシリンダ（１１）内を偏心して回転す
る。該ロータリピストン（１２）のシリンダ（１１）に
対する摺接部がブレード（１５）の位置に来ると、該ブ
レード（１５）はシリンダ（１１）内に最も没入した状
態となり、シリンダ（１１）内に１つの圧縮室（１９）
が構成され、吸入動作及び吐出動作が共に終了した状態
となる。この状態よりロータリピストン〈１２）が回動
すると、ブレード（１５）が該ロータリピストン（１２
）に圧接されてシリンダ（１１）内に突出し、このブレ
ード（１５）で区画されて吸入側と吐出側との２つの圧
縮室（１９）が構成される。そして、吸入側圧縮室〈１
９）には吸入口（１６）より冷媒ガスが導入される一方
、吐出側圧縮室（１９）は収縮し、充填された冷媒ガス
が圧縮される。その後、ロータリピストン（１２）が更
に回動し、冷媒ガスが所定圧に圧縮されると、吐出弁（
２０）が回動し、圧縮された冷媒ガスがケーシング（２
）内に放出され、ロータリピストン（１２）のシリンダ
（１１）に対する摺接部がブレード（１５）の位置に戻
ると初期状態となる。

この動作を繰り返し、冷媒ガスが順次圧縮される。

この圧縮冷媒ガスはケーシング（２）内より１次吐出管
（７）を通り、吐出ガスコイル（８）間で冷却水により
冷却され、２次吐出管（９）を介して凝縮器に送り出さ
れる。

一方、冷媒ガスはシリンダ（１１）内で圧縮されると、
ヘリウムガスであるために高温となる（例えば、２００
℃）。そこで、ロータリピストン（１２）が圧縮行程に
入ると、該ロータリピストン（１２）の回動に伴ってブ
レード（１５〉がシリンダ（１１）内に突出し、この突
出紡作に伴って注入路（２７）における横溝（２９）の
内端導出口（３１）が圧縮室（１９）に開口すると同時
に、縦孔（２８）の外端導入口（３０）が供給管（２６
）に連通ずる。この導出口（３１）が間口する圧縮室（
１９）は圧縮途中の中間圧状態であり、他方、油溜め（
２３）の冷却油（２２）はケーシング（２）内にあるの
で、圧縮後の冷媒ガスによって高圧下にある。従って、
油吸入管（２４）と注入路（２７）との両端間で差圧が
生じ、冷却油（２２）が圧縮室（１９）にインジェクシ
ョンされる。しかも、該冷却油（２２）は油コイル（２
５）内を通る際、冷却水で冷却されており、高温となっ
た冷媒ガスに噴射されて該冷媒ガスを冷却することにな
る。

その後、圧縮行程が進みロータリピストン（１２）が回
動すると、ブレード（１５）は再びシリンダ（１１）内
に没入するので、注入路（２７〉の横溝（２９）もシリ
ンダ（１１）内に入り閉塞され、冷却油（２２）のイン
ジェクションも終了する。従って、冷却油く２２）は冷
媒ガスが高温となる圧縮時のみインジェクションされる
と共に・圧縮室（１９）とケーシング（２）内との差圧
により、適量の冷却油（２２）がインジェクションされ
ることになる。

第５図は他の実施例を示し、前実施例の冷却油（２２）
が油溜め（２３）よりケーシング（２）外に導出して冷
却されたのに代り、冷却油（２２）を油溜め（２３）に
おいて直接冷却するようにしたものである。

すなわち、冷却水コイル（３３）は油溜め（２３）内か
らベーンポンプ（４）のヘッド部を囲繞して螺旋状に配
設され、上流側及び下流側の端部がケーシング（２）の
下部を貫通して固定支持され、油溜め（２３）において
冷却油（２２）が冷却水と熱交換して冷却されるように
構成されている。一方、ブレード（１５）の注入路（２
７）に断接する供給管（３４）はベーンポンプ（４）の
サイドカバー（１３ａ＞により単に垂下されているのみ
であり、下端が油溜め（２３）の冷却油（２２）に臨ん
でいる。

従って、冷却油（２２）は油溜め（２３）で直接冷却さ
れ、該油溜め（２３）より供給管（３４〉及び注入路（
２７）を通って圧縮室（１９）にインジェクションされ
る。その他の構成・作用は前実ｆｉ＠と同様である。

尚、各実施例において、注入路（２７）は１本の縦孔（
２８）と２本の横溝（２９）、（２９＞とで構成したが
、横溝（２９）は油滑に対応して１本でもよく、また、
注入路（２７）全体を１本の連通孔で形成してもよい。

また、供給管（２６）、（３４）と注入路（２７）とは
断接自在に構成したが、ブレード（１５）の移動に追随
できる供給管（２６＞、（３４）とすれば、常時連通し
ていてもよい。

（発明の効果） 以上のように、本発明のヘリウム圧縮機によれば、ブレ
ードに冷却油の注入路を形成し、該ブレードのシリンダ
に対する出没動に伴って上記注入路が圧縮室に開口し、
冷却油がインジェクションされるようにしたために、従
来の如く小径のオリフィスを設ける必要がなく、且つ該
オリフィスのような小径通路を設けることなく冷却油を
コントロールすることができるので、メツシュの細かい
フィルタを省略することができ、目詰りの心配も不要と
なるから、コストを大幅に削減することがでる。

更に、冷却油は圧縮室が中間圧力状態等になるとインジ
ェクションされるので、高温となるヘリウムガスに冷却
油が適量供給されることになり、冷却油の供給タイミン
グを正確に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ない℃第５図は本発明の実施例を示し、第１図は
ベーンポンプの中央縦断面図、第２図はブレードの斜視
図、第３図はヘリウム圧縮機の縦断面図、第４図はベー
ンポンプの概略横断面図、第５図は他の実施例を示すヘ
リウム圧縮機の縦断面図である。第６図は従来のヘリウ
ム圧縮機の縦断面図である。 （１）・・・ｌ＼ツリウム縮機、（４）・・・ベーンポ
ンプ、（１１）・・・シリンダ、（１２）・・・〇−タ
リピストン、（１５）・・・ブレード、（１６）・・・
吸入口、（１７）・・・吐出口、（１９）・・・圧縮室
。 特　許　出　願　人　ダイキン工業株式会社代　　　　
　理　　　　　人　　　前　　１）　　　　弘第５図 ２１（輝Ｗ＋笥撫） 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリンダ（１１）内にロータリピストン（１２）
   が偏心して設けられ、該シリンダ（１１）にブレード（
   １５）がシリンダ（１１）内に出没自在に設けられ、該
   ブレード（１５）の先端が前記ロータリピストン（１２
   ）に圧接されて前記シリンダ（１１）内に圧縮室（１９
   ）が構成され、前記シリンダ（１１）に吸入口（１６）
   と吐出口（１７）とが前記ブレード（１５）の両側方に
   開設されて圧縮室（１９）に連通される一方、前記ブレ
   ード（１５）に冷却油（２２）の注入路（２７）が形成
   され、該注入路（２７）の内端導出口（３１）が前記ブ
   レード（１５）の出没動作に伴って吐出側の圧縮室（１
   ９）との連通が開閉されるように設けられ、外端導入口
   （３０）に冷却油（２２）の供給管（２６）、（３４）
   が連通自在に設けられ、前記ブレード（１５）がシリン
   ダ（１１）内に所定量突出すると前記注入路（２７）の
   導出口（３１）が圧縮室（１９）に開口して該圧縮室（
   １９）に冷却油（２２）が注入されるように構成したこ
   とを特徴とするヘリウム圧縮機。