スクロール圧縮機を備えた超低温冷凍装置
【課題】スクロール圧縮機を含む超低温冷凍装置において、スクロール圧縮機から吐出される冷媒ガス中に混入したオイルを有効に分離回収し、蒸発温度が所定の冷凍温度以下であることを検知することにより、その分離回収したオイルを圧力差によってスクロール圧縮要素へ吸引することにより、潤滑不良を解消する。
【解決手段】スクロール圧縮機で圧縮した冷媒ガスはオイルセパレータ、凝縮器、レシーバタンク、膨張弁、蒸発器に流入し、再びスクロール圧縮機で圧縮される冷媒循環回路を構成し、レシーバタンクの液冷媒またはレシーバタンクを出た液冷媒の一部をスクロール圧縮要素部へ供給し、オイルセパレータで分離されたオイルは、蒸発温度が所定の冷凍温度以下になれば、スクロール圧縮要素部の低圧部または中間圧部へ吸引させることにより、スクロール圧縮要素部の温度上昇の抑制と潤滑不良を防止する。
【解決手段】スクロール圧縮機で圧縮した冷媒ガスはオイルセパレータ、凝縮器、レシーバタンク、膨張弁、蒸発器に流入し、再びスクロール圧縮機で圧縮される冷媒循環回路を構成し、レシーバタンクの液冷媒またはレシーバタンクを出た液冷媒の一部をスクロール圧縮要素部へ供給し、オイルセパレータで分離されたオイルは、蒸発温度が所定の冷凍温度以下になれば、スクロール圧縮要素部の低圧部または中間圧部へ吸引させることにより、スクロール圧縮要素部の温度上昇の抑制と潤滑不良を防止する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超低温冷凍装置におけるスクロール圧縮機の良好な潤滑を得る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
スクロール圧縮機は、密閉容器内に電動機構成の電動要素とこの電動要素によって駆動されるスクロール圧縮要素とを収容し、スクロール圧縮要素は、鏡板の表面に渦巻き状のラップが立設された固定スクロールと、固定スクロールに対向配置され鏡板の表面に渦巻き状のラップが立設され電動要素の回転軸の回転に伴って旋回運動する揺動スクロールとを備えている。固定スクロールのラップと揺動スクロールのラップとが互いに偏心して、この偏心方向の線上で相互接触による噛み合わせにて閉じ込められた圧縮空間が形成され、この圧縮空間は、電動要素の回転軸の回転に伴う揺動スクロールの旋回運動により、外側から内側に向かって次第に縮小される。これにより低圧室、中間圧室、及び高圧室を形成し、圧縮空間の外周部に連通した吸入管から低圧室への冷媒ガスの吸込口に吸い込んだ冷媒ガスを順次、低圧室、中間圧室、及び高圧室にて圧縮しつつ、高圧室と連通するように中心部に形成した吐出ポートから吐出する構成である。
【０００３】
このように、スクロール圧縮機によって圧縮され吐出ポートから吐出された冷媒が、凝縮器で凝縮され、膨張弁で減圧膨張された液体冷媒が蒸発器で蒸発し、再びスクロール圧縮機へ帰還する冷媒循環回路を構成した冷凍装置において、内部低圧型スクロール圧縮機を採用して、スクロール圧縮要素の圧縮空間のうち、凝縮器を出た液冷媒の一部を中間圧室へインジェクションすることにより、スクロール圧縮機の吐出ガス温度を制御するものがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−０４７３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、スクロール圧縮機で冷媒を圧縮する場合、スクロール圧縮機中の潤滑用オイルの一部がガス冷媒に混入した状態で吐出され、冷凍装置を構成する冷媒循環回路中に入る。特に、スクロール圧縮機を含む冷凍装置において、膨張弁で減圧膨張された冷媒が導入される蒸発器での冷媒蒸発温度を超低温帯である−４０℃以下の温度帯、例えば、−４０℃〜−６０℃程度の超低温の冷凍装置を構成する場合、膨張弁による絞り効果によって、冷凍装置を構成する冷媒循環回路中の冷媒循環量が少なくなる。このため、スクロール圧縮要素の圧縮空間の入り口へ吸入される冷媒ガス量が減少し、これに伴って冷媒ガスと共に圧縮空間の入り口へ吸入される潤滑用オイルの量も減少するため、スクロール圧縮要素部の潤滑不良となる。
【０００６】
また、上記のように、スクロール圧縮要素へ吸入される冷媒ガス量の減少に伴うオイル量の減少によって、スクロール圧縮要素への潤滑用オイルの供給が不足した場合には、圧縮空間を形成する固定スクロールのラップと揺動スクロールのラップとの相互の摺接による噛み合わせ部のシールに必要なオイルの供給量が不足し、この部分のシールに必要な油膜の形成が困難となり、この部分からの圧縮ガス漏れが増加して冷凍能力の低下を招く。
【０００７】
更に、スクロール圧縮要素部の温度上昇を抑制するために、特許文献１のように、液冷媒の一部をスクロール圧縮要素の中間圧部分へ供給するリキッドインジェクション回路を備えた場合、このリキッドインジェクションされる液冷媒によって、圧縮空間のうちの中間圧室のオイルも流され、このスクロール圧縮要素のオイル潤滑が不足することが懸念される。
【０００８】
上記のように、−４０℃〜−６０℃程度の超低温の冷凍装置を構成する場合、スクロール圧縮要素の圧縮空間の入り口へ吸入される冷媒ガス量の減少に伴うオイル吸入量の減少と、更に、リキッドインジェクションされる液冷媒によって生じる中間圧室のオイル不足により、スクロール圧縮要素のオイル潤滑不足が懸念される。
【０００９】
本発明はこのような点に鑑み、内部低圧型スクロール圧縮機を採用して超低温冷凍装置を構成する場合、スクロール圧縮要素の温度上昇を抑制するために、液冷媒の一部をスクロール圧縮要素の中間圧部分へ供給するリキッドインジェクション回路を備えた場合において、蒸発器での冷媒蒸発温度に対応してスクロール圧縮要素へオイルを補給するシステムを採用することにより、スクロール圧縮要素の潤滑不足を解決する技術を提供するものである。
【００１０】
そのために、本発明は、スクロール圧縮機を含む超低温冷凍装置において、スクロール圧縮機から吐出される冷媒ガス中に混入したオイルを有効に分離回収し、蒸発温度が所定の冷凍温度以下であることを検知することにより、その分離回収したオイルを圧力差によってスクロール圧縮要素へ吸引することにより、上記のような潤滑不良を解消するものである。
【００１１】
この一つの手段として、本発明の超低温冷凍装置は、スクロール圧縮機で圧縮した冷媒ガスはその中に含まれたオイルがオイルセパレータにて分離され、オイルが分離された冷媒ガスは凝縮器で凝縮された後、レシーバタンクへ入り、このレシーバタンクを出た液冷媒は膨張弁を通って被冷凍室を超低温に冷凍するための蒸発器に流入して蒸発し、この蒸発器を出た冷媒は再びスクロール圧縮機で圧縮される冷媒循環回路を構成している。この構成において、レシーバタンクに溜まった液冷媒の一部、またはレシーバタンクを出て膨張弁に入るまでの液冷媒の一部をスクロール圧縮要素部へ供給して、このスクロール圧縮要素部の温度上昇を抑制し、一方、オイルセパレータで分離されたオイルは、蒸発温度が所定の冷凍温度以下になれば、スクロール圧縮要素部の低圧部または中間圧部へ吸引させることにより、スクロール圧縮要素部の潤滑不良を防止するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１発明は、縦型の密閉容器内に、電動要素と、前記電動要素によって駆動されるスクロール圧縮要素が収容され、前記密閉容器内底部にオイル溜めを設け、前記電動要素の回転軸の下部に前記回転軸の回転によって前記オイル溜めのオイルを前記スクロール圧縮要素へ供給するオイルポンプを設け、前記スクロール圧縮要素に連通した吸入管から吸い込んだ冷媒ガスを前記スクロール圧縮要素にて圧縮し、前記密閉容器外に吐出するスクロール圧縮機を備え、前記吐出される冷媒ガスが、オイルセパレータ、凝縮器、液冷媒を溜めるレシーバタンクを経て膨張弁にて減圧膨張された液冷媒を蒸発器で蒸発した後、再び前記吸入管から前記スクロール圧縮要素へ帰還する冷媒循環回路を形成した超低温冷凍装置において、前記オイルセパレータで冷媒から分離されたオイルを前記オイル溜めへ供給するオイルリターン回路と、前記レシーバタンクに溜まった液冷媒の一部または前記レシーバタンクを出た冷媒を過冷却器で過冷却した液冷媒の一部を前記スクロール圧縮要素の低圧部または中間圧部分へ供給するリキッドインジェクション回路と、前記蒸発器の冷媒蒸発温度が所定の冷凍温度以下において前記オイルセパレータで冷媒から分離されたオイルを前記スクロール圧縮要素の低圧部または中間圧部分へ供給するオイルインジェクション回路を備えたことを特徴とするスクロール圧縮機を備えた超低温冷凍装置。
【００１３】
第２発明は、第１発明において、前記オイルリターン回路は前記オイル溜めのオイルレベル検知部の検知に基づき前記オイルリターン回路を開閉するオイル用電磁弁を備え、前記リキッドインジェクション回路は前記スクロール圧縮要素にて圧縮された吐出冷媒ガスの温度を検出する温度検知部の検知に基づき前記リキッドインジェクション回路を開閉する冷媒用電磁弁を備え、前記オイルインジェクション回路は、前記蒸発器の冷媒蒸発温度が所定の冷凍温度以下において前記オイルインジェクション回路を開いて前記スクロール圧縮要素の低圧部または中間圧部分へのオイル供給を可能とするオイルインジェクション用電磁弁を備えたことを特徴とするスクロール圧縮機を備えた超低温冷凍装置。
【００１４】
第３発明は、第１発明または第２発明において、前記リキッドインジェクション回路と前記オイルインジェクション回路が並列回路構成であることを特徴とするスクロール圧縮機を備えた超低温冷凍装置。
【００１５】
第４発明は、第１発明または第２発明において、前記リキッドインジェクション回路と前記オイルインジェクション回路が並列回路構成であり、前記リキッドインジェクション回路を流れる液冷媒と前記オイルインジェクション回路を流れるオイルが合流して、前記スクロール圧縮要素の低圧部または中間圧部分へ供給されることを特徴とするスクロール圧縮機を備えた超低温冷凍装置。
【００１６】
第５発明は、第２発明において、前記冷媒用電磁弁を備えた前記リキッドインジェクション回路と、前記オイルインジェクション用電磁弁を備えた前記オイルインジェクション回路が並列回路構成であり、且つ前記冷媒用電磁弁を通過した液冷媒と前記オイルインジェクション用電磁弁を通過したオイルとが合流して、前記スクロール圧縮要素の低圧部または中間圧部分へ供給されることを特徴とするスクロール圧縮機を備えた超低温冷凍装置。
【００１７】
第６発明は、第１発明乃至第５発明のいずれかにおいて、前記オイルインジェクション回路は、その一部または全部がオイル流量を所定の流量に制限するキャピラリチューブ構成であることを特徴とするスクロール圧縮機を備えた超低温冷凍装置。
【００１８】
第７発明は、第１発明乃至第６発明のいずれかにおいて、前記蒸発器の冷媒蒸発温度が所定の冷凍温度以下になったことの検知は、前記冷媒蒸発温度を検知する温度検知部、または前記蒸発器の出口から前記スクロール圧縮要素の吸い込み部までの低圧を検知する低圧センサの検知に基づくことを特徴とするスクロール圧縮機を備えた超低温冷凍装置。
【発明の効果】
【００１９】
第１発明では、蒸発器での冷媒蒸発温度を超低温とする場合のスクロール圧縮要素の温度上昇は、リキッドインジェクション回路から供給される液冷媒によって抑制されるが、供給される液冷媒によってスクロール圧縮要素のオイルが洗い流される場合でも、オイルインジェクション回路によって、オイルセパレータのオイルがスクロール圧縮要素へ供給されることにより、スクロール圧縮要素のオイル不足による潤滑不良を解消することができる。また、オイル溜めのオイル不足は、オイルリターン回路からオイルセパレータのオイルが供給されることにより解消する。この場合の液冷媒及びオイルの供給は、冷凍装置の圧力差によって行なわれるため、この供給が円滑に行なえるものとなる。
【００２０】
第２発明では、オイル用電磁弁、冷媒用電磁弁、オイルインジェクション用電磁弁のそれぞれによる動作によって、蒸発器での冷媒蒸発温度を超低温とする場合のスクロール圧縮要素の温度上昇は、リキッドインジェクション回路から供給される液冷媒によって抑制され、液冷媒によってスクロール圧縮要素のオイルが洗い流される場合でも、オイルインジェクション回路によって、オイルセパレータのオイルがスクロール圧縮要素へ供給されることにより、スクロール圧縮要素のオイル不足による潤滑不良が解消され、また、オイル溜めのオイル不足は、オイルリターン回路により解消される。この場合の液冷媒及びオイルの供給は、冷凍装置の圧力差によって行なわれるため、この供給が円滑に行なえるものとなる。
【００２１】
第３発明では、リキッドインジェクション回路とオイルインジェクション回路が並列回路構成であることにより、スクロール圧縮要素の温度上昇を抑制するリキッドインジェクション回路の作用と、スクロール圧縮要素のオイル不足を解消するオイルインジェクション回路の作用が、相互に干渉しない状態で行えるため、動作が安定したスクロール圧縮機となる。
【００２２】
第４発明では、リキッドインジェクション回路から供給される液冷媒とオイルインジェクション回路から供給されるオイルが合流して、スクロール圧縮要素へ供給されるため、スクロール圧縮要素部における液冷媒とオイルの供給場所が共通化され、構造が簡素化されると共に、液冷媒とオイルが同時に同じ場所へ供給されるため、スクロール圧縮要素部における温度上昇の抑制とオイル不足を同時に行えるものとなる。
【００２３】
第５発明では、オイル用電磁弁、冷媒用電磁弁、オイルインジェクション用電磁弁のそれぞれによる動作によって、スクロール圧縮要素の温度上昇の抑制、スクロール圧縮要素のオイル不足による潤滑不良の解消、及びオイル溜めのオイル不足解消が得られ、且つ、リキッドインジェクション回路から供給される液冷媒とオイルインジェクション回路から供給されるオイルが合流して、スクロール圧縮要素へ供給されるため、スクロール圧縮要素部における液冷媒とオイルの供給場所が共通化され、構造が簡素化されると共に、液冷媒とオイルが同時に同じ場所へ供給されるため、スクロール圧縮要素部における温度上昇の抑制とオイル不足を同時に行えるものとなる。
【００２４】
第６発明では、オイルインジェクション回路から供給されるオイル流量を所定の流量に制限することができるため、オイル流量調整弁を設けなくても所定量のオイル供給ができるものとなり、効果的に上記第１発明乃至第５発明と同様の効果を奏することができるものとなる。
【００２５】
第７発明では、温度検知部または低圧センサの検知に基づき、所定の冷凍温度以下になったとき、オイルインジェクション回路の電磁弁が開くため、−４０℃以下のような超低温動作におけるスクロール圧縮要素のオイル不足状況の検知とそれに基づく動作を的確に行うことができ、上記第１発明乃至第６発明と同様の効果を奏することができるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る超低温冷凍装置を示す冷媒配管図である。
【図２】本発明に係る内部低圧型のスクロール圧縮機の縦断側面図である。
【図３】本発明に係るスクロール圧縮機を構成する固定スクロールの下面図である。
【図４】本発明に係るスクロール圧縮機の運転時に公転する揺動スクロールと、固定スクロールに形成したインジェクション孔との位置関係を示す図である。
【図５】本発明に係るスクロール圧縮機の運転時に公転する揺動スクロールと、固定スクロールに形成したインジェクション孔との位置関係を示す図である。
【図６】本発明に係るスクロール圧縮機の運転時に公転する揺動スクロールと、固定スクロールに形成したインジェクション孔との位置関係を示す図である。
【図７】本発明に係る超低温冷凍装置の制御装置を示す図である。
【図８】本発明に係る超低温冷凍装置の第２実施例を示す冷媒配管図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の超低温冷凍装置は、縦型の密閉容器内に、電動要素と前記電動要素によって駆動されるスクロール圧縮要素が収容され、前記密閉容器内底部にオイル溜めを設け、前記電動要素の回転軸の下部に前記回転軸の回転によって前記オイル溜めのオイルを前記スクロール圧縮要素へ供給するオイルポンプを設け、前記スクロール圧縮要素に連通した吸入管から吸い込んだ冷媒ガスを前記スクロール圧縮要素にて圧縮し、前記密閉容器外に吐出するスクロール圧縮機を備え、前記吐出される冷媒ガスが、オイルセパレータ、凝縮器、液冷媒を溜めるレシーバタンクを経て膨張弁にて減圧膨張された液冷媒を蒸発器で蒸発した後、再び前記吸入管から前記スクロール圧縮要素へ帰還する冷媒循環回路を形成した超低温冷凍装置において、前記オイルセパレータで冷媒から分離されたオイルを前記オイル溜めへ供給するオイルリターン回路と、前記レシーバタンクに溜まった液冷媒の一部または前記レシーバタンクを出た冷媒を過冷却器で過冷却した液冷媒の一部を前記スクロール圧縮要素の低圧部または中間圧部分へ供給するリキッドインジェクション回路と、前記蒸発器の冷媒蒸発温度が所定の冷凍温度以下において前記オイルセパレータで冷媒から分離されたオイルを前記スクロール圧縮要素の低圧部または中間圧部分へ供給するオイルインジェクション回路を備えたことを特徴とするスクロール圧縮機を備えた構成であり、以下にその実施例を図に基づき説明する。
【実施例１】
【００２８】
本発明に係るスクロール圧縮機１００は、図２に示すように、縦型の密閉容器１０１内が低圧となるように、スクロール圧縮要素１０２から密閉容器１０１内上側に限られた空間として形成された吐出圧力空間１１１（マフラー室）に高圧冷媒ガスが吐出される内部低圧型のスクロール圧縮機である。
【００２９】
密閉容器１０１は鋼板製であり、上下方向に沿って延びる縦長円筒状の容器本体１０１Ａと、この容器本体１０１Ａの上下両端にそれぞれ溶接固定された椀状のエンドキャップ１０１Ｂ及びボトムキャップ１０１Ｃとから構成されている。この密閉容器１０１内には、下側に駆動手段としての電動要素１０３が収納され、上側に電動要素１０３の回転軸１０５によって駆動されるスクロール圧縮要素１０２がそれぞれ収納されている。密閉容器１０１内のスクロール圧縮要素１０２と電動要素１０３の間には、上部支持フレーム１０４（メインフレームという）が収納されており、この上部支持フレーム１０４には中央に軸受部１０６とボス収容部１２２とが形成されている。この軸受部１０６は回転軸１０５の先端（上端）側を回転可能に軸支するためのものであり、上部支持フレーム１０４の一方の面（下側の面）の中央から下方に突出して形成されている。また、ボス収容部１２２は後述する揺動スクロール１１５のボス１２４を収容するためのものであり、上部支持フレーム１０４の他方の面（上側の面）の中央を下方に凹陥することにより形成されている。
【００３０】
電動要素１０３下部の密閉容器１０１内には、下部支持フレーム１０７（ベアリングプレートという）が収納されており、この下部支持フレーム１０７の中央には軸受け１０８が形成されている。この軸受け１０８は、回転軸１０５の末端（下端）側を軸支するためのものであり、下部支持フレーム１０７の一方の面（下側の面）の中央から下方に突出して形成されている。そして、下部支持フレーム１０７の下側の空間、即ち、密閉容器１０１内の底部は、スクロール圧縮要素１０２などを潤滑する潤滑油が貯留されるオイル溜め１６２とされている。
【００３１】
回転軸１０５の先端（上端）には、偏心軸１２３が形成されている。この偏心軸１２３は、中心が回転軸１０５の軸心と偏心して設けられると共に、図示しないスライドブッシュ及び旋回軸受けを介して揺動スクロール１１５のボス１２４に、揺動スクロール１１５を旋回駆動可能に挿入されている。
【００３２】
スクロール圧縮要素１０２は、固定スクロール１１４と揺動スクロール１１５とで構成されている。固定スクロール１１４は、円形状の鏡板１１６と、この鏡板１１６の一方の面（下側の表面）に立設されたインボリュート状、又は、これに近似した曲線からなる渦巻き状のラップ１１７と、このラップ１１７の周囲を取り囲むように立設された周壁１１８と、この周壁１１８の周囲（周壁１１８の他方の面側（上側））に突出して設けられ、外周縁が全周囲で密閉容器１０１の容器本体１０１Ａの内面に焼き嵌めされたフランジ１１９とから一体に構成されている。そして、固定スクロール１１４は、フランジ１１９が全周囲で容器本体１０１Ａの内面に焼き嵌め固定されると共に、鏡板１１６の中央部（固定スクロール１１４の中心）には、スクロール圧縮要素１０２にて圧縮された冷媒ガスを密閉容器１０１内上側に形成された吐出圧力空間１１１（マフラー室）に連通する吐出孔１１３が形成されている。係る固定スクロール１１４は、ラップ１１７の突出方向を下方としている。固定スクロール１１４のフランジ１１９が全周囲で容器本体１０１Ａの内面に焼き嵌め固定されることにより、固定スクロール１１４によって密閉容器１０１内が、上部の吐出圧力空間１１１と下部の空間１１２に区分される。
【００３３】
電動要素１０３は、密閉容器１０１に固定された固定子１５０と、この固定子１５０の内側に配置され、固定子１５０内で回転する回転子１５２とから構成されており、この回転子１５２の中心に回転軸１０５が嵌合されている。固定子１５０は、複数枚の電磁鋼板を積層した積層体から成り、この積層体の歯部に巻装された固定子巻線１５１を有している。また、回転子１５２も固定子１５０と同様に電磁鋼板の積層体で形成されている。
【００３４】
また、回転軸１０５の内部には回転軸１０５の軸方向に沿って油路１０５Ａが形成されており、この油路１０５Ａは、回転軸１０５の下端に位置する吸込口１６１を備え、吸込口１６１がオイル溜め１６２に貯留された潤滑油に浸漬されて、潤滑油中に開口している。また、油路１０５Ａには各軸受け１０６、１０８に対応する位置に潤滑を給油する給油口（図示せず）が形成されており、係る構成により、回転軸１０５が回転すると、オイル溜め１６２に貯留された潤滑油が回転軸１０５の吸込口１６１から油路１０５Ａに入り、上方に汲み上げられる。そして、汲み上げられた潤滑油は各給油口等を介して各軸受け１０６、１０８やスクロール圧縮要素１０２の摺動部に供給されることとなる。
【００３５】
密閉容器１０１には、密閉容器１０１内の下側の空間１１２内に冷媒を導入するための冷媒導入管１４５と、スクロール圧縮要素１０２にて圧縮され、前記吐出孔１１３から後述する吐出マフラー室１２８を介して密閉容器１０１内の上側の吐出圧力空間１１１に吐出された冷媒を外部に吐出するための冷媒吐出管１４６とが設けられている。尚、本実施例では、冷媒導入管１４５は密閉容器１０１の容器本体１０１Ａの側面に溶接固定され、冷媒吐出管１４６はエンドキャップ１０１Ｂの側面に溶接固定されている。
【００３６】
上記のように、密閉容器１０１内の上側の吐出圧力空間１１１には、スクロール圧縮機１００の外へ冷媒ガスを吐出する冷媒吐出管１４６が接続され、密閉容器１０１内の下側の空間１１２内には、冷媒を導入するための冷媒導入管１４５が接続されている。これによって、密閉容器１０１内の上部に高圧の吐出圧力空間１１１が形成されるが、スクロール圧縮要素１０２に吸い込まれる低圧冷媒ガスは、密閉容器１０１内の下側の空間１１２に流入した状態からスクロール圧縮要素１０２の吸入部へ吸い込まれる構成であるため、密閉容器１０１内の下側の空間１１２は低圧であり、これを以ってスクロール圧縮機１００は、密閉容器１０１内の下側の空間１１２が低圧となる内部低圧型のスクロール圧縮機を構成する。
【００３７】
一方、本実施例の構成では、固定スクロール１１４の鏡板１１６の上面１３０（ラップ１１７の反対側の面）が密閉容器１０１内の上側に形成された吐出圧力空間１１１に臨むように構成されている。固定スクロール１１４の鏡板１１６の上面１３０には、吐出孔１１３に連なる吐出弁と、この吐出弁に隣接して複数のリリース弁とが設けられている（吐出弁及びリリース弁は共に図示しない）。このリリース弁は、冷媒の過圧縮を防止するために設けられたものであり、図示しないリリースポートを介してスクロール圧縮要素１０２における圧縮過程の圧縮空間１２５に連通されている。
【００３８】
密閉容器１０１内上側の吐出圧力空間１１１内には固定スクロール１１４にネジ止めされたカバー１２７が設けられている。このカバー１２７の下面中央には、固定スクロール１１４側から吐出圧力空間１１１方向に凹陥形成され、吐出圧力空間１１１と共にマフラー室を形成する吐出マフラー室１２８が形成されている。この吐出マフラー室１２８が吐出孔１１３に連通すると共に、図示しないがカバー１２７と固定スクロール１１４間に設けられた隙間を介して吐出マフラー室１２８と密閉容器１０１内上側の吐出圧力空間１１１内とが連通している。
【００３９】
具体的には、スクロール圧縮要素１０２における圧縮過程の冷媒圧力が吐出孔１１３に至る以前に吐出圧力に達すると、前記リリース弁が開放されて、圧縮空間１２５内の冷媒が前記リリースポートを介して外部に吐出されることとなる。
【００４０】
揺動スクロール１１５は、上述した如き容器本体１０１Ａの内面に焼き嵌め固定された固定スクロール１１４に対して旋回するスクロールであり、円板状の鏡板１２０と、この鏡板１２０の一方の面（上側の表面）に立設されたインボリュート状、又は、これに近似した曲線からなる渦巻き状のラップ１２１と、鏡板１２０の他方の面（下側の面）の中央に突出形成された前述したボス１２４とで構成されている。そして、揺動スクロール１１５はラップ１２１の突出方向を上方として、このラップ１２１が固定スクロール１１４のラップ１１７に１８０度回し、向かい合って噛み合うように配置され、内部のラップ１１７、１２１間に圧縮空間１２５が形成される。
【００４１】
即ち、揺動スクロール１１５のラップ１２１は、固定スクロール１１４のラップ１１７と対向し、両ラップ１２１、１１７の先端面が相手の底面（鏡板１１６面、及び、鏡板１２０面）に接するように噛み合い、且つ、揺動スクロール１１５は回転軸１０５の軸心から偏心して設けられた偏心軸１２３が回転可能に嵌合されている。このため、圧縮空間１２５は、２つの渦巻き状のラップ１２１、１１７が互いに偏心して、その偏心方向の線上で接して閉じこめられた複数の空間を作り、この空間の各々が圧縮室（低圧室や中間圧室、及び、高圧室などの複数の圧縮室）となる。
【００４２】
固定スクロール１１４は、その周壁１１８の周囲に設けられたフランジ１１９が複数のボルト（図示せず）を介して上部支持フレーム１０４に固定されている。また、揺動スクロール１１５はオルダムリング１４８、及び、オルダムキーよりなるオルダム機構１４９によって上部支持フレーム１０４に支承されている。これにより、揺動スクロール１１５は、固定スクロール１１４に対して、自転せずに旋回運動を行うように構成されている。
【００４３】
この揺動スクロール１１５は、固定スクロール１１４に対して偏心して公転するため、２つの渦巻き状のラップ１１７、１２１の偏心方向と接触位置は回転しながら移動し、前記圧縮室は外側から内側の圧縮空間１２５に向かって移りながら次第に縮小していく。最初に外側の圧縮空間１２５から入り込んで低圧室に閉じこめられた低圧の冷媒ガスは、断熱圧縮されながら次第に内側に移動して中間圧（中間圧室）を経て、最後に中央部（高圧室）に到達するときには、高温高圧の冷媒ガスとなる。この冷媒ガスは、固定スクロール１１４の中心に形成された吐出孔１１３、及び、吐出マフラー室１２８を介して吐出圧力空間１１１に送り出される。
【００４４】
また、前記カバー１２７内（カバー１２７の板厚内部）には、後述のようにレシーバタンク（受液器）４２内の液冷媒を、冷媒回路を構成する後述のリキッドインジェクション回路５０Ａを介してスクロール圧縮要素１０２の中間圧部に戻し、蒸発させることによって圧縮ガスの冷却を行うためのリキッドインジェクション通路１４４（後述のリキッドインジェクション回路５０Ａの一部）が形成されている（図２に図示）。このリキッドインジェクション通路１４４は、カバー１２７内で分岐して後述するインジェクション孔１４１、１４２に接続される。また、リキッドインジェクション通路１４４には、内部が中空のチューブにて構成された配管１４０が接続されており、この配管１４０の一端はカバー１２７のリキッドインジェクション通路１４４内に圧入され、他端はスリーブ１３９を介してエンドキャップ１０１Ｂに溶接固定されている。
【００４５】
また、固定スクロール１１４の鏡板１１６には、リキッドインジェクション通路１４４に連通するインジェクション孔１４１、１４２が上下方向に貫通形成されている。両インジェクション孔１４１、１４２の下側（揺動スクロール１１５側）は、ラップ１１７、１２１側に開口すると共に、スクロール圧縮要素１０２の中間圧部分（固定スクロール１１４の中心に形成された吐出孔１１３と同一の圧縮室になる直前、若しくは、その近傍の中間圧の位置）に連通している。係る、エンドキャップ１０１Ｂとカバー１２７間に渡って配管１４０が取り付けられると共に、配管１４０に接続された接続管１４７に、後述のように、レシーバタンク（受液器）４２からのリキッドインジェクション回路５０Ａを構成する配管が接続されて、リキッドインジェクション通路１４４が形成されている。
【００４６】
一方のインジェクション孔１４１は、図３に示すように固定スクロール１１４の中心を基準にして、他方のインジェクション孔１４２と１８０度ずれた位置に形成されている。そして、一方のインジェクション孔１４１は、固定スクロール１１４に立設されたラップ１１７の外側（揺動スクロール１１５のラップ１２１の内側に形成される高圧縮室側）に形成され、他方のインジェクション孔１４２は、固定スクロール１１４に立設されたラップ１１７の内側（揺動スクロール１１５のラップ１２１の外側に形成される高圧縮室側）に形成されている。
【００４７】
両インジェクション孔１４１、１４２は、後述のリキッドインジェクション回路５０Ａを介してスクロール圧縮要素１０２の中間圧部に連通するように形成される。図４に示すように、吐出孔１１３から高圧ガスの吐出が開始される以前に揺動スクロール１１５に立設されたラップ１２１にて閉塞される位置（中間圧縮室の高圧縮室近傍（圧縮室））に形成されており、スクロール圧縮要素１０２が冷媒を圧縮する工程において、後述のリキッドインジェクション回路５０Ａに連通した両インジェクション孔１４１、１４２が中間圧縮室に連通する。
【００４８】
なお、リキッドインジェクション回路５０Ａを介してスクロール圧縮要素１０２の圧縮空間１２５の低圧室へ液冷媒を供給するように、両インジェクション孔１４１、１４２をスクロール圧縮要素１０２の圧縮空間１２５の低圧室に連通するように形成することもできるが、以下の説明では、両インジェクション孔１４１、１４２をスクロール圧縮要素１０２の圧縮空間１２５の中間圧部である中間圧縮室に連通するように形成した構成において説明する。
【００４９】
次に、図４〜図６を参照して、圧縮ガスの冷却説明を行う。この冷却は、後述のように、レシーバタンク４２内の液冷媒の一部、またはレシーバタンク４２を出て後述の膨張弁４３に入るまでの液冷媒の一部が、後述のリキッドインジェクション回路５０Ａを介してスクロール圧縮要素１０２の中間圧部に戻り蒸発して圧縮ガスの冷却が行われ、揺動スクロール１１５は最終圧縮行程近傍に位置しているものとする。
【００５０】
図４に示す状態から揺動スクロール１１５が公転していくにしたがって、図５に示すように揺動スクロール１１５のラップ１２１にて閉塞されていた両インジェクション孔１４１、１４２は、中間圧縮部（圧縮空間１２５）へ開口する直前に位置する。このときは、高圧室（圧縮空間１２５）から吐出孔１１３への高温高圧の冷媒ガスの吐出が終了、若しくは、終了直前状態である。
【００５１】
更に揺動スクロール１１５が公転していくと、図６に示すように、両インジェクション孔１４１、１４２から揺動スクロール１１５のラップ１２１が離間し、両インジェクション孔１４１、１４２は、中間圧室（圧縮空間１２５）に開口する。このときは、後述のレシーバタンク４２内の液冷媒が後述のリキッドインジェクション回路５０Ａを介してスクロール圧縮要素１０２の中間圧部に戻り蒸発して圧縮ガスの冷却が行われる状態である。そして、更に揺動スクロール１１５が公転していくと、上記同様の動作を繰り返す。これによって、スクロール圧縮機１００の圧縮ガスの冷却が行われる。
【００５２】
本発明に係る超低温冷凍回路１を示す冷媒配管図の一つの実施例を図１に示している。図１のものは内部低圧型スクロール圧縮機を２台並列接続した構成であり、スクロール圧縮機１００とスクロール圧縮機１００Ａの２台のスクロール圧縮機を並列接続した構成の超低温冷凍装置の構成を示している。スクロール圧縮機１００Ａはスクロール圧縮機１００と同じ構成のものであり、冷媒吐出管１４６に対応するものが冷媒吐出管１４６Ａであり、冷媒導入管１４５に対応するものが冷媒導入管１４５Ａであり、スクロール圧縮機１００及び１００Ａの内部構成は同じであるため、同じ部分は同じ符号で示すこととする。
【００５３】
本発明に係る超低温冷凍装置は、所定の超低温が得られれば、スクロール圧縮機１００又は１００Ａのいずれか１台で構成される場合でもよいが、以下に示す実施例は、図１に基づいてスクロール圧縮機１００及び１００Ａの２台構成の場合について説明する。実施例における冷媒は、フロン４０４Ａの使用にて超低温を得ている。
【００５４】
図１において、スクロール圧縮機１００及び１００Ａにて圧縮され、それぞれの吐出孔１１３から吐出マフラー室１２８及び吐出圧力空間１１１を経て冷媒吐出管１４６、１４６Ａから吐出された高温高圧の冷媒ガス中にはオイルが混合されている。図１に示すように、この冷媒ガス中のオイルは、オイルセパレータ４０で冷媒ガスとオイルに分離され、そのオイルが分離された冷媒ガスは、凝縮器４１で凝縮され、凝縮された液冷媒（一部にガス冷媒が混入している場合も含む）がレシーバタンク４２へその上部から入り、レシーバタンク４２の底部から出た液冷媒が膨張弁４３にて減圧膨張された後、蒸発器４４で蒸発することによってスーパーショーケースや冷凍庫等の所定の超低温冷凍領域を超低温に冷却した後、蒸発した冷媒ガスは、アキュムレータ４５を経由して、再び冷媒導入管１４５、１４５Ａより密閉容器１０１内の下側の空間１１２に流入し、この下側の空間１１２から密閉容器１０１と上部支持フレーム１０４との間の通路を通って、スクロール圧縮要素１０２の吸入部へ吸い込まれ、スクロール圧縮機１００及び１００Ａのスクロール圧縮要素１０２にて圧縮され、再び冷媒吐出管１４６から吐出されて上記循環を繰り返すように動作する。
【００５５】
アキュムレータ４５は、スクロール圧縮機１００及び１００Ａへ吸い込まれる冷媒中に液冷媒が含まれれば、その液冷媒を溜めて液冷媒が帰還しないようにしてスクロール圧縮機１００及び１００Ａへはガス冷媒が帰還するように気液を分離するものである。蒸発器４４は一つで示しているが、スーパーショーケースや冷凍庫等の食品貯蔵領域である所定の超低温冷凍領域が複数の場合は、それに応じて蒸発器４４が複数並列接続され、蒸発器４４ごとに膨張弁４３が接続される構成となる。凝縮器４１は、空冷式または水冷式があり、空冷式の場合は凝縮用電動ファン４１Ａによって放熱される。また蒸発器４４で冷却された空気は、冷却用電動ファン４４Ａによってスーパーショーケースや冷凍庫等の所定の超低温冷凍領域を超低温に冷却する空気循環が行われる。なお、４６は逆止弁、４７は循環する冷媒中のごみを取り除くフィルタと水分を吸着する乾燥剤を含むフィルタドライヤ、４８はストレーナ、４９は冷媒の流れを外部から目視するためのサイトグラスである。
【００５６】
本発明の実施例では、スクロール圧縮機１００とスクロール圧縮機１００Ａのそれぞれに対して、スクロール圧縮要素１０２の温度上昇を抑制するために、レシーバタンク４２の底部に溜まった液冷媒の一部をスクロール圧縮要素１０２の中間圧部（または低圧部）へ導入するリキッドインジェクション回路５０Ａと５０Ｂをそれぞれ備えると共に、オイルセパレータ４０の底部に溜まったオイルの一部をスクロール圧縮要素１０２の中間圧部（または低圧部）へ供給するオイルインジェクション回路５１Ａと５１Ｂをそれぞれ備える。図１には、リキッドインジェクション回路５０Ａから供給される液冷媒と、オイルインジェクション回路５１Ａから供給されるオイルが合流してスクロール圧縮機１００の共通の配管１４０を流れるように、リキッドインジェクション回路５０Ａとオイルインジェクション回路５１Ａが並列回路となるように接続管１４７に接続される。また、リキッドインジェクション回路５０Ｂから供給される液冷媒と、オイルインジェクション回路５１Ｂから供給されるオイルが合流してスクロール圧縮機１００Ａの共通の配管１４０を流れるように、リキッドインジェクション回路５０Ｂとオイルインジェクション回路５１Ｂが並列回路となるように接続管１４７に接続される。
【００５７】
更に図１に示すように、スクロール圧縮機１００とスクロール圧縮機１００Ａのそれぞれに対して、オイルセパレータ４０の底部に溜まったオイルをスクロール圧縮機１００とスクロール圧縮機１００Ａのそれぞれの底部のオイル溜め１６２へ戻すためのオイルリターン回路５２Ａと５２Ｂを備えている。
【００５８】
オイルインジェクション回路５１Ａと５１Ｂ、及びオイルリターン回路５２Ａと５２Ｂは、オイルセパレータ４０の底部に溜まったオイルを導出するオイル出口管５３を流れるオイルが、オイル管５３から分岐して流れる配管構成である。オイルインジェクション回路５１Ａと５１Ｂの配管は、全体をキャピラリチューブ構成とする場合と、図１に示すように一部分をキャピラリチューブ６８Ａ、６８Ｂとする構成である。
【００５９】
リキッドインジェクション回路５０Ａは、そこを流れる液冷媒の流量を所定値に調整する電動式流量調整弁５４Ａと、スクロール圧縮機１００の吐出冷媒ガスの温度を検出する温度検知部６０が所定の高温を検知したことに基づき、リキッドインジェクション回路５０Ａを開く冷媒用電磁弁５５Ａが直列接続されている。また、リキッドインジェクション回路５０Ｂは、そこを流れる液冷媒の流量を所定値に調整する電動式流量調整弁５４Ｂと、スクロール圧縮機１００Ａの吐出冷媒ガスの温度を検出する温度検知部６０の検知に基づき、リキッドインジェクション回路５０Ｂを開く冷媒用電磁弁５５Ｂが直列接続されている。
【００６０】
オイルインジェクション回路５１Ａは、オイルインジェクション回路５１Ａを開閉するオイルインジェクション用電磁弁５６Ａを備える。また、オイルインジェクション回路５１Ｂは、オイルインジェクション回路５１Ｂを開閉するオイルインジェクション用電磁弁５６Ｂを備える。
【００６１】
オイルリターン回路５２Ａは、スクロール圧縮機１００の底部のオイル溜め１６２のオイルレベルを検知するオイルレベル検知部６１Ａの検知に基づき、オイルリターン回路５２Ａを開閉するオイル用電磁弁５７Ａを備える。キャピラリチューブ５８Ａは、オイルリターン回路５２Ａを流れるオイルの流量を所定値に調整する流路抵抗を有する。また、オイルリターン回路５２Ｂは、スクロール圧縮機１００Ａの底部のオイル溜め１６２のオイルレベルを検知するオイルレベル検知部６１Ｂの検知に基づき、オイルリターン回路５２Ｂを開閉するオイル用電磁弁５７Ｂを備える。キャピラリチューブ５８Ｂは、オイルリターン回路５２Ｂを流れるオイルの流量を所定値に調整する流路抵抗を有する。５９Ａ、５９Ｂ、５９Ｃは、それぞれストレーナを示す。ＳＶ１及びＳＶ２は、修理・点検・メンテナンス等のときに手動でリキッドインジェクション回路５０Ａ、５０Ｂを閉じることができるサービス用バルブであり、通常はリキッドインジェクション回路５０Ａ、５０Ｂを開いている。また、ＳＶ３は、修理・点検・メンテナンス等のときに手動でオイル管５３を閉じることができるサービス用バルブであり、通常はリキッドインジェクション回路５０Ａ、５０Ｂを開いている。
【００６２】
スクロール圧縮機１００の高温高圧の吐出冷媒ガスの温度を検出する温度検知部６０は、吐出孔１１３から凝縮器４１へ導入されるまでの冷媒ガス温度を検知すればよく、その間のいずれかの箇所での冷媒の温度を検知する取り付けであればよい。図２には、温度検知部６０は、密閉容器１０１及びカバー１２７の上壁を貫通するパイプ１３６の先端部（下端部）に収容されており、吐出孔１１３から上方へ吐出される冷媒ガスの温度を検知する構成を示している。
【００６３】
図７には、本発明に係る超低温冷凍装置の制御装置を示している。マイクロコンピュータ方式の制御部６２を備え、制御部６２の入力信号源として、温度検知部６０、オイルレベル検知部６１Ａ及び６１Ｂ、蒸発器４４の出・入口温度をそれぞれ検出する二つの温度センサ６３、スーパーショーケースや冷凍庫等の食品貯蔵領域である所定の超低温冷凍領域の温度または蒸発器４４の温度を検出する温度センサ７０、超低温冷凍装置の高圧部の圧力を検知するようにオイルセパレータ４０から凝縮器４１へ向かう冷媒路の圧力を検知する高圧センサ６４、超低温冷凍装置の低圧部の圧力を検知するように蒸発器４４の出口側の冷媒路の圧力を検知する低圧センサ６５、スクロール圧縮機１００の高圧部の圧力を検出するように吐出孔１１３、マフラー室１２８または吐出圧力空間１１１の吐出冷媒ガスの圧力を検知する高圧圧力スイッチ６６Ａ、及び、スクロール圧縮機１００Ａの高圧部の圧力を検出するように吐出孔１１３、マフラー室１２８または吐出圧力空間１１１の吐出冷媒ガスの圧力を検知する高圧圧力スイッチ６６Ｂ等が接続されている。
【００６４】
高圧センサ６４は、スクロール圧縮機１００及びスクロール圧縮機１００Ａの吐出圧力が異常高圧になったとき、スクロール圧縮機１００及びスクロール圧縮機１００Ａの運転を停止するためのものであり、スクロール圧縮機１００及びスクロール圧縮機１００Ａの吐出圧力の所定の高圧を検知したとき制御部６２の動作によって、スクロール圧縮機１００及びスクロール圧縮機１００Ａの運転を停止する。このため、高圧センサ６４は、スクロール圧縮機１００及びスクロール圧縮機１００Ａから吐出され凝縮器４１へ導入されるまでの冷媒ガス圧力を検知すればよく、その間の配管のいずれの圧力を検知する取り付けであればよい。また、低圧センサ６５は、蒸発器４４の出口からスクロール圧縮機１００及びスクロール圧縮機１００Ａのスクロール圧縮要素１０２の吸入部までの低圧冷媒ガス圧力を検知する取り付けであればよく、例えば、図１に点線Ｙで示すように、アキュムレータ４５の出口側の配管の圧力を検知する接続でもよく、また、スクロール圧縮機１００またはスクロール圧縮機１００Ａの密閉容器１０１内の下側の空間１１２の圧力を検知する取り付けでもよい。
【００６５】
また、制御部６２の出力側には、温度センサ７０の検出に基づきスクロール圧縮機１００及び１００Ａの回転数制御を行うインバータ回路６７、電動式流量調整弁５４Ａ及び５４Ｂ、冷媒用電磁弁５５Ａ及び５５Ｂ、オイルインジェクション用電磁弁５６Ａ及び５６Ｂ、オイル用電磁弁５７Ａ及び５７Ｂ、 膨張弁４３、凝縮用電動ファン４１Ａ、冷却用電動ファン４４Ａ等が接続されている。なお、スクロール圧縮機１００及び１００Ａが定速度回転式であれば、スーパーショーケースや冷凍庫等の所定の超低温冷凍領域または蒸発器４４の温度が下限設定温度に低下したことを温度センサ７０が検出すれば、制御部６２によってスクロール圧縮機１００及び１００Ａの運転を停止し、超低温冷凍領域または蒸発器４４の温度が上限設定温度に上昇したことを温度センサ７０が検出すれば、制御部６２によってスクロール圧縮機１００及び１００Ａの運転を再開する制御となる。
【００６６】
上記の構成において、スクロール圧縮機１００及び１００Ａが運転されることによって、電動要素１０３の回転に伴って回転軸１０５が回転し、オイル溜め１６２にあるオイルがスクロール圧縮要素１０２へ供給され、このオイルによってスクロール圧縮要素１０２が潤滑される。また、回転軸１０５の回転によって揺動スクロール１１５が公転し、固定スクロール１１４のラップ１１７と揺動スクロール１１５のラップ１２１間に形成された圧縮空間１２５の外周部（吸入部）へ、空間１１２の冷媒ガスが吸い込まれ、吸い込まれた冷媒ガスは、圧縮空間１２５を外方から内方へ向かって次第に圧縮されて高温高圧ガスとなり、吐出孔１１３からマフラー室１２８を通って吐出圧力空間１１１に吐出される。吐出圧力空間１１１に吐出された高温高圧の冷媒ガスは、冷媒吐出管１４６及び１４６Ａよりスクロール圧縮機１００及び１００Ａの外（密閉容器１の外）へ吐出され、その中に含まれオイルも同時に吐出される。
【００６７】
このように冷媒吐出管１４６及び１４６Ａよりスクロール圧縮機１００及び１００Ａの外（密閉容器１０１の外）へ吐出される冷媒ガスは、オイルセパレータ４０へ導入される。オイルの質量は冷媒ガスの質量よりも大なるため、オイルセパレータ４０に導入された冷媒ガスとそれに含まれるオイルが分離され、オイルはオイルセパレータ４０の底部に溜まり、冷媒ガスはオイルセパレータ４０の上部から逆止弁４６を経て凝縮器４１へ流入して凝縮される。凝縮器４１で凝縮された液冷媒（一部にガス冷媒が混入している場合も含む）はレシーバタンク４２へその上部から入り、レシーバタンク４２の底部から出た液冷媒が膨張弁４３にて減圧膨張された後、蒸発器４４で蒸発することによってスーパーショーケースや冷凍庫等の所定の超低温冷凍領域を超低温に冷却する。蒸発器４４で蒸発した冷媒は、アキュムレータ４５を経由して、再び冷媒導入管１４５及び１４５Ａより密閉容器１０１内の下側の空間１１２に流入し、この下側の空間１１２から密閉容器１０１と上部支持フレーム１０４との間の通路を通って、スクロール圧縮要素１０２の吸入部へ吸い込まれ、スクロール圧縮機１００及び１００Ａのスクロール圧縮要素１０２にて圧縮され、再び冷媒吐出管１４６及び１４６Ａから吐出されて上記循環を繰り返すように動作する。なお、膨張弁４３は、蒸発器４４の出・入口温度を検出する温度センサ６３及び制御部６２によって過熱度制御される。即ち、過熱度が大きいときは、膨張弁４３の弁開度を大きくし、一方、過熱度が小さいときは、膨張弁４３の弁開度を小さくするよう制御部６２が制御する。
【００６８】
本発明に係る超低温冷凍装置は、−４０℃以下の超低温、例えば−５０℃や−６０℃等に設定した設定温度で運転されるものであり、このような冷媒循環によって蒸発器４４の蒸発温度は低下し、冷却用電動ファン４４Ａの運転によって冷気循環が行なわれて、スーパーショーケースや冷凍庫等の所定の超低温冷凍領域の温度が低下し、−４０℃以下の設定した所定の超低温に冷却される。この冷却によって超低温冷凍領域の温度または蒸発器４４の温度が設定した所定の下限温度に低下すると、この温度を温度センサ７０が検出することによって、制御部６２の動作に基づき一定速度回転のスクロール圧縮機１００及び１００Ａの場合は、その運転を停止し、且つ凝縮用電動ファン４１Ａ及び冷却用電動ファン４４Ａの運転を停止する。また、スクロール圧縮機１００及び１００Ａがインバータ制御方式の場合は、超低温冷凍領域の温度または蒸発器４４の温度が低下する従ってスクロール圧縮機１００及び１００Ａの回転数が低下し、所定の下限温度に低下した状態で、この温度を維持するようにスクロール圧縮機１００及び１００Ａは低速回転数で運転される。この動作と共に、膨張弁４３の開度も制御部６２によって制御されると共に、凝縮用電動ファン４１Ａ及び冷却用電動ファン４４Ａの運転が制御される。
【００６９】
本発明に係る超低温冷凍装置は、上記のように、リキッドインジェクション回路５０Ａ、５０Ｂを備えている。これによって、スクロール圧縮機１００においては、温度検知部６０が所定の高温度を検知することにより、制御部６２の動作に基づいて冷媒用電磁弁５５Ａが開き、レシーバタンク４２の底部の液冷媒の一部がリキッドインジェクション回路５０Ａによって、インジェクション孔１４１、１４２からスクロール圧縮要素１０２の低圧部または中間圧部分へ供給され、スクロール圧縮要素１０２の温度上昇を抑制する。この場合、温度検知部６０の検知温度に応じた制御部６２の動作に基づいて、設定温度を超える温度差が大きい場合は液冷媒の流量が多く、設定温度を超える温度差が小さい場合は液冷媒の流量が少なくなるように、電動式流量調整弁５４Ａによる液冷媒の流量が所定値に調整される。このようなスクロール圧縮要素１０２の低圧部または中間圧部分への液冷媒の供給は、スクロール圧縮要素１０２の低圧部または中間圧部分よりもレシーバタンク４２内の圧力が高圧であることによる圧力差によって行なわれる。これによって、スクロール圧縮要素１０２の温度上昇が抑制される。
【００７０】
また、スクロール圧縮機１００Ａにおいては、温度検知部６０が所定の高温度に上昇したことを検知することにより、制御部６２の動作に基づいて冷媒用電磁弁５５Ｂが開き、レシーバタンク４２の底部の液冷媒の一部がリキッドインジェクション回路５０Ｂによって、インジェクション孔１４１、１４２からスクロール圧縮要素１０２の低圧部または中間圧部分へ供給され、スクロール圧縮要素１０２の温度上昇を抑制する。この場合、温度検知部６０の検知温度に応じた制御部６２の動作に基づいて、設定温度を超える温度差が大きい場合は液冷媒の流量が多く、設定温度を超える温度差が小さい場合は液冷媒の流量が少なくなるように、電動式流量調整弁５４Ｂによる液冷媒の流量が所定値に調整される。このようなスクロール圧縮要素１０２の低圧部または中間圧部分への液冷媒の供給は、スクロール圧縮要素１０２の低圧部または中間圧部分よりもレシーバタンク４２内の圧力が高圧であることによる圧力差によって行なわれる。これによって、スクロール圧縮要素１０２の温度上昇が抑制される。なお、温度検知部６０は、吐出管３０から吐出されるホットガス冷媒の温度を検知するように、吐出管３０に取り付けた場合も、同様の制御動作を得ることができる。
【００７１】
また、本発明に係る超低温冷凍装置は、上記のように、オイルリターン回路５２Ａ、５２Ｂを備えている。これによって、スクロール圧縮機１００においては、スクロール圧縮機１００の底部のオイル溜め１６２のオイルレベルを検知するオイルレベル検知部６１Ａが下限レベルを検知したことにより、制御部６２の動作に基づいてオイル用電磁弁５７Ａが開き、オイルセパレータ４０の底部に溜まったオイルがオイル管５３を通り、キャピラリチューブ５８Ａにより所定流量に制限された状態で、オイルリターン回路５２Ａから密閉容器１内底部のオイル溜め１６２に供給され、オイル溜め１６２のオイル不足を解消する。このようなオイル溜め１６２へのオイルの供給は、密閉容器１０１内底部のオイル溜め１６２の圧力よりもオイルセパレータ４０内の圧力が高圧であることによる圧力差によって行なわれる。
【００７２】
また、スクロール圧縮機１００Ａにおいては、スクロール圧縮機１００Ａの底部のオイル溜め１６２のオイルレベルを検知するオイルレベル検知部６１Ｂが下限レベルを検知したことにより、制御部６２の動作に基づいてオイル用電磁弁５７Ｂが開き、オイルセパレータ４０の底部に溜まったオイルがオイル管５３を通り、キャピラリチューブ５８Ｂにより所定流量に制限された状態で、オイルリターン回路５２Ｂから密閉容器１０１内の底部のオイル溜め１６２に供給され、オイル溜め１６２のオイル不足を解消する。このようなオイル溜め１６２へのオイルの供給は、密閉容器１０１内底部のオイル溜め１６２の圧力よりもオイルセパレータ４０内の圧力が高圧であることによる圧力差によって行なわれる。
【００７３】
また、本発明に係る超低温冷凍装置は、−４０℃以下の超低温、例えば−５０℃や−６０℃等に設定した設定温度で運転されるものであり、上記のように、オイルインジェクション回路５１Ａ、５１Ｂを備えている。これによって、スクロール圧縮機１００においては、蒸発器４４の冷媒蒸発温度が所定の冷凍温度以下になったことを後述の蒸発温度検出部ＰＰで検出することにより、オイルインジェクション用電磁弁５６Ａが開き、オイルセパレータ４０の底部に溜まったオイルがオイル管５３を通り、オイルインジェクション回路５１Ａから共通の配管１４０を流れ、インジェクション孔１４１、１４２を経てスクロール圧縮要素２の中間圧部分（中間圧室）へ供給され、スクロール圧縮要素２の潤滑を維持する。この場合、冷媒蒸発温度が所定の冷凍温度以下になる運転においては、吐出孔１１３からの吐出冷媒ガス温度は高温となるため、上記のように冷媒用電磁弁５５Ａが開くことにより、オイルインジェクション回路５１Ａからのオイルが、共通の配管１４０を流れ、リキッドインジェクション回路５０Ａからの液冷媒に合流し、インジェクション孔１４１、１４２を経てスクロール圧縮要素１０２の中間圧部（中間圧室）へ供給される。前記蒸発温度検出部ＰＰで検出する所定の冷凍温度は、−４０℃以下の所定の超低温であるが、実施例では−４０℃または−４５℃に設定している。これによって、超低温運転状態におけるスクロール圧縮要素２の温度上昇が抑制されると共に、スクロール圧縮要素２のオイル不足を解消して良好な潤滑を維持する。
【００７４】
また、スクロール圧縮機１００Ａにおいては、スクロール圧縮機１００における場合と同様の動作をさせるために、蒸発器４４の冷媒蒸発温度が所定の冷凍温度以下になったことを後述の蒸発温度検出部ＰＰで検出することにより、オイルインジェクション用電磁弁５６Ｂが開き、オイルセパレータ４０の底部に溜まったオイルがオイル管５３を通り、オイルインジェクション回路５１Ｂから共通の配管１４０を流れ、インジェクション孔１４１、１４２を経てスクロール圧縮要素１０２の中間圧部分（中間圧室）へ供給され、スクロール圧縮要素１０２の潤滑を維持する。この場合、冷媒蒸発温度が所定の冷凍温度以下になる運転においては、吐出孔１１３からの吐出冷媒ガス温度は高温となるため、上記のように冷媒用電磁弁５５Ｂが開くことにより、オイルインジェクション回路５１Ｂからのオイルが、共通の配管１４０を流れ、リキッドインジェクション回路５０Ｂからの液冷媒に合流し、インジェクション孔１４１、１４２を経てスクロール圧縮要素１０２の中間圧部（中間圧室）へ供給される。前記蒸発温度検出部ＰＰで検出する所定の冷凍温度は、−４０℃以下の所定の超低温であるが、実施例では−４０℃または−４５℃に設定している。これによって、超低温運転状態におけるスクロール圧縮要素２の温度上昇が抑制されると共に、スクロール圧縮要素２のオイル不足を解消して良好な潤滑を維持する。
【００７５】
オイルインジェクション回路５１Ａ、５１Ｂに関する前記蒸発温度検出部ＰＰは、蒸発器４４の出口側（蒸発器４４からスクロール圧縮機１００又は１００Ａのスクロール圧縮要素１０２の吸入部までの冷媒路）の冷媒ガスの温度を検出する温度センサでもよいが、実施例では、低圧センサ６５の検知に基づき制御部６２で蒸発器４４の冷媒蒸発温度が演算される構成であり、その場合の前記蒸発温度検出部ＰＰは、低圧センサ６５が相当する。
【実施例２】
【００７６】
図８には、本発明に係る超低温冷凍装置の第２実施例の冷媒配管図である。この場合も実施例１と同様に、本発明に係る超低温冷凍装置は、所定の超低温が得られれば、スクロール圧縮機１００又は１００Ａのいずれか１台で構成される場合でもよい。上記実施例１と同様部分には同一符号付しており、その構成及び作用は実施例１と同様である。この図８の構成が図１の構成と異なるところは、リキッドインジェクション回路５０Ａ及び５０Ｂへの液冷媒の入り口が、過冷却器４１１の出口側配管に接続された構成である。このため、実施例１と同様に、オイルセパレータ４０へ流入してオイルが分離された冷媒ガスは、オイルセパレータ４０の上部から凝縮器４１へ流入して放熱され凝縮される。この放熱によって温度低下した（例えば略５０℃に低下）液冷媒（一部にガス冷媒が混入している場合も含む）は、レシーバタンク４２へその上部から入り、レシーバタンク４２の底部に溜まった液冷媒がレシーバタンク４２の底部から出て過冷器４１１にて過冷却されて温度が低下し（例えば、略４〜５℃に低下）、その過冷却された液冷媒は、膨張弁４３に流入して減圧膨張された後、蒸発器４４へ流入して蒸発器４４で蒸発することにより、スーパーショーケースや冷凍庫等の所定の超低温冷凍領域を−４０℃以下の所定の超低温に冷却する。そして、蒸発器４４を出た冷媒は、アキュムレータ４５を経由して再び冷媒導入管１４５及び１４５Ａよりスクロール圧縮要素１０２の吸込部へ吸い込まれて圧縮され、再び冷媒吐出管１４６及び１４６Ａら吐出されて上記循環を繰り返すように動作する。
【００７７】
実施例２では、レシーバタンク４２の底部に溜まった液冷媒を導入して、この液冷媒を過冷却するための過冷却器４１１が凝縮器４１に併設されて、凝縮用電動ファン４１Ａにて放熱される構成である。この過冷器４１１にて過冷却された液冷媒は、膨張弁４３に流入して減圧膨張されて蒸発器４４へ流入し、上記実施例１同様の動作をするものである。
【００７８】
この実施例２の構成において、スクロール圧縮機１００においては、温度検知部６０が所定の高温度に上昇したことを検知することにより、制御部６２の動作に基づいて冷媒用電磁弁５５Ａが開き、過冷器４１１にて過冷却された液冷媒の一部がリキッドインジェクション回路５０Ａによって、スクロール圧縮要素１０２の中間圧部分（中間圧室）へ供給され、スクロール圧縮要素１０２の温度上昇を抑制する。この場合、温度検知部６０の検知温度に応じた制御部６２の動作に基づいて、設定温度を超える温度差が大きい場合は液冷媒の流量が多く、設定温度を超える温度差が小さい場合は液冷媒の流量が少なくなるように、電動式流量調整弁５４Ａによる液冷媒の流量が所定値に調整される。このようなスクロール圧縮要素１０２の中間圧部分（中間圧室）への液冷媒の供給は、スクロール圧縮要素１０２の中間圧部分（中間圧室）よりもレシーバタンク４２内の圧力が高圧であることによる圧力差によって行なわれる。これによって、スクロール圧縮要素１０２の温度上昇が抑制される。なお、温度検知部６０は、冷媒吐出管１４６または１４６Ａから吐出されるホットガス冷媒の温度を検知するように、冷媒吐出管１４６または１４６Ａに取り付けた場合も、同様の制御動作を得ることができる。
【００７９】
また、スクロール圧縮機１００Ａにおいては、温度検知部６０が所定の高温度に上昇したことを検知することにより、制御部６２の動作に基づいて冷媒用電磁弁５５Ｂが開き、過冷器４１１にて過冷却された液冷媒の一部がリキッドインジェクション回路５０Ｂによって、スクロール圧縮要素１０２の中間圧部分（中間圧室）へ供給され、スクロール圧縮要素１０２の温度上昇を抑制する。この場合、温度検知部６０の検知温度に応じた制御部６２の動作に基づいて、設定温度を超える温度差が大きい場合は液冷媒の流量が多く、設定温度を超える温度差が小さい場合は液冷媒の流量が少なくなるように、電動式流量調整弁５４Ｂによる液冷媒の流量が所定値に調整される。このようなスクロール圧縮要素１０２の中間圧部分（中間圧室）への液冷媒の供給は、スクロール圧縮要素１０２の中間圧部分（中間圧室）よりもレシーバタンク４２内の圧力が高圧であることによる圧力差によって行なわれる。これによって、スクロール圧縮要素１０２の温度上昇が抑制される。なお、温度検知部６０は、冷媒吐出管１４６または１４６Ａから吐出されるホットガス冷媒の温度を検知するように、冷媒吐出管１４６または１４６Ａに取り付けた場合も、同様の制御動作を得ることができる。
【００８０】
また、オイルリターン回路５２Ａ、５２Ｂからそれぞれスクロール圧縮機１００及び１００Ａのオイル溜め１６へのオイル供給は、上記実施例１と同様に行なわれる。
【００８１】
また、オイルインジェクション回路５１Ａ、５１Ｂの動作についても、スクロール圧縮機１００においては、蒸発器４４の冷媒蒸発温度が所定の冷凍温度以下になったことを前記蒸発温度検出部ＰＰで検出したことにより、オイルインジェクション用電磁弁５６Ａが開き、オイルセパレータ４０の底部に溜まったオイルが、オイルインジェクション回路５１Ａからスクロール圧縮要素２の中間圧部分（中間圧室）へ供給され、スクロール圧縮要素２の潤滑を維持する。この場合、冷媒蒸発温度が所定の冷凍温度以下になる運転においては、吐出ポート１０からの吐出冷媒ガス温度は高温となるため、上記のように冷媒用電磁弁５５Ａが開くことにより、オイルインジェクション回路５１Ａからのオイルが、共通の配管Ｓ１にてリキッドインジェクション回路５０Ａからの液冷媒に合流し、共通の配管１４０からスクロール圧縮要素２の中間圧部（中間圧室）へ供給される。前記蒸発温度検出部ＰＰで検出する所定の冷凍温度は、−４０℃以下の所定の超低温であるが、実施例では−４０℃または−４５℃に設定している。これによって、超低温運転状態におけるスクロール圧縮要素２の温度上昇が抑制されると共に、スクロール圧縮要素２のオイル不足を解消して良好な潤滑を維持する。
【００８２】
また、スクロール圧縮機１００Ａにおいては、スクロール圧縮機１００における場合と同様の動作をさせるために、蒸発器４４の冷媒蒸発温度が所定の冷凍温度以下になったことを前記蒸発温度検出部ＰＰで検出したことにより、オイルインジェクション用電磁弁５６Ｂが開き、オイルセパレータ４０の底部に溜まったオイルが、オイルインジェクション回路５１Ｂからスクロール圧縮要素１０２の中間圧部分（中間圧室）へ供給され、スクロール圧縮要素１０２の潤滑を維持する。この場合、冷媒蒸発温度が所定の冷凍温度以下になる運転においては、吐出孔１１３からの吐出冷媒ガス温度は高温となるため、上記のように冷媒用電磁弁５５Ｂが開くことにより、オイルインジェクション回路５１Ｂからのオイルが、共通の配管Ｓ２にてリキッドインジェクション回路５０Ｂからの液冷媒に合流し、共通の配管１４０からスクロール圧縮要素１０２の中間圧部（中間圧室）へ供給される。前記蒸発温度検出部ＰＰで検出する所定の冷凍温度は、−４０℃以下の所定の超低温であるが、実施例では−４０℃または−４５℃に設定している。これによって、超低温運転状態におけるスクロール圧縮要素２の温度上昇が抑制されると共に、スクロール圧縮要素２のオイル不足を解消して良好な潤滑を維持する。
【００８３】
この実施例２の構成によって、レシーバタンク４２を出た液冷媒は、過冷却器４１１に導かれて過冷却されることにより実施例１よりも液冷媒の温度が低下する。このため、乾き度ゼロの液冷媒を過冷却器４１１に導くことができ、過冷却器４１１における熱伝導率を向上でき、過冷却を取り難いＲ４０４Ａ等のＨＦＣ系擬似共沸混合冷媒を採用した冷凍装置において十分な過冷却ができ、スクロール圧縮機１００及び１００Ａの安定した運転、冷凍能力の増加、及びスクロール圧縮機１００及び１００Ａの運転による消費電力の低減を図ることができるものとなり、実施例１の改良効果が期待できる。
【００８４】
図１及び図８に示す超低温冷凍装置では、スクロール圧縮機１００又は１００Ａの２台を備えているが、いずれか１台で構成される場合、例えば、スクロール圧縮機１００にて構成される場合は、スクロール圧縮機１００Ａに関係するリキッドインジェクション回路５０Ｂ、オイルインジェクション回路５１Ｂ、及びオイルリターン回路５２Ｂに係る電磁弁等を含む配管、及びそれに係る制御が省略された構成となる。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明に係るスクロール圧縮機は、上記実施例に示した構成に限定されず、内部低圧型の種々の形態のものに適用できるものであり、本発明の技術範囲において種々の形態の超低温冷凍装置を包含するものである。
なお、内部高圧型のスクロール圧縮機を採用して、図１または図８と同様の超低温冷凍装置を構成することにより、上記同様の作用及び効果が達成できれば、それも本発明の技術範囲の一つの実施形態として含まれるものとなる。
【符号の説明】
【００８６】
４０・・・・オイルセパレータ
４１・・・・凝縮器
４１１・・・過冷却器
４１Ａ・・・凝縮用電動ファン
４２・・・・レシーバタンク
４３・・・・膨張弁
４４・・・・蒸発器
４４Ａ・・・冷却用電動ファン
５０Ａ・・・リキッドインジェクション回路
５０Ｂ・・・リキッドインジェクション回路
５１Ａ・・・オイルインジェクション回路
５１Ｂ・・・オイルインジェクション回路
５２Ａ・・・オイルリターン回路
５２Ｂ・・・オイルリターン回路
５４Ａ・・・電動式流量調整弁
５４Ｂ・・・電動式流量調整弁
５５Ａ・・・冷媒用電磁弁
５５Ｂ・・・冷媒用電磁弁
５６Ａ・・・オイルインジェクション用電磁弁
５６Ｂ・・・オイルインジェクション用電磁弁
５７Ａ・・・オイル用電磁弁
５７Ｂ・・・オイル用電磁弁
５８Ａ・・・キャピラリチューブ
５８Ｂ・・・キャピラリチューブ
６０・・・・温度検知部
６１Ａ・・・オイルレベル検知部
６１Ｂ・・・オイルレベル検知部
６２・・・・制御部
６３・・・・蒸発器４４の出・入口温度を検出する温度センサ
６４・・・・高圧センサ
６５・・・・低圧センサ
６６Ａ・・・高圧圧力スイッチ
６６Ｂ・・・高圧圧力スイッチ
６７・・・・インバータ回路
７０・・・・超低温冷凍領域または蒸発器４４の温度を検出する温度センサ
１００・・・スクロール圧縮機
１００Ａ・・スクロール圧縮機
１０１・・・密閉容器
１０２・・・スクロール圧縮要素
１０３・・・電動要素
１０５・・・回転軸
１０４・・・上支持フレーム（メインフレーム）
１１１・・・吐出圧力空間
１１３・・・吐出孔
１１４・・・固定スクロール
１１６・・・固定スクロールの鏡板
１１７・・・固定スクロールのラップ
１１５・・・揺動スクロール
１２０・・・揺動スクロールの鏡板
１２１・・・揺動スクロールのラップ
１２５・・・圧縮空間
１２７・・・カバー
１２８・・・吐出マフラー室
１４１・・・インジェクション孔
１４２・・・インジェクション孔
１４４・・・リキッドインジェクション通路
１６２・・・オイル溜め
ＰＰ・・・・蒸発温度検出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超低温冷凍装置におけるスクロール圧縮機の良好な潤滑を得る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
スクロール圧縮機は、密閉容器内に電動機構成の電動要素とこの電動要素によって駆動されるスクロール圧縮要素とを収容し、スクロール圧縮要素は、鏡板の表面に渦巻き状のラップが立設された固定スクロールと、固定スクロールに対向配置され鏡板の表面に渦巻き状のラップが立設され電動要素の回転軸の回転に伴って旋回運動する揺動スクロールとを備えている。固定スクロールのラップと揺動スクロールのラップとが互いに偏心して、この偏心方向の線上で相互接触による噛み合わせにて閉じ込められた圧縮空間が形成され、この圧縮空間は、電動要素の回転軸の回転に伴う揺動スクロールの旋回運動により、外側から内側に向かって次第に縮小される。これにより低圧室、中間圧室、及び高圧室を形成し、圧縮空間の外周部に連通した吸入管から低圧室への冷媒ガスの吸込口に吸い込んだ冷媒ガスを順次、低圧室、中間圧室、及び高圧室にて圧縮しつつ、高圧室と連通するように中心部に形成した吐出ポートから吐出する構成である。
【０００３】
このように、スクロール圧縮機によって圧縮され吐出ポートから吐出された冷媒が、凝縮器で凝縮され、膨張弁で減圧膨張された液体冷媒が蒸発器で蒸発し、再びスクロール圧縮機へ帰還する冷媒循環回路を構成した冷凍装置において、内部低圧型スクロール圧縮機を採用して、スクロール圧縮要素の圧縮空間のうち、凝縮器を出た液冷媒の一部を中間圧室へインジェクションすることにより、スクロール圧縮機の吐出ガス温度を制御するものがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−０４７３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、スクロール圧縮機で冷媒を圧縮する場合、スクロール圧縮機中の潤滑用オイルの一部がガス冷媒に混入した状態で吐出され、冷凍装置を構成する冷媒循環回路中に入る。特に、スクロール圧縮機を含む冷凍装置において、膨張弁で減圧膨張された冷媒が導入される蒸発器での冷媒蒸発温度を超低温帯である−４０℃以下の温度帯、例えば、−４０℃〜−６０℃程度の超低温の冷凍装置を構成する場合、膨張弁による絞り効果によって、冷凍装置を構成する冷媒循環回路中の冷媒循環量が少なくなる。このため、スクロール圧縮要素の圧縮空間の入り口へ吸入される冷媒ガス量が減少し、これに伴って冷媒ガスと共に圧縮空間の入り口へ吸入される潤滑用オイルの量も減少するため、スクロール圧縮要素部の潤滑不良となる。
【０００６】
また、上記のように、スクロール圧縮要素へ吸入される冷媒ガス量の減少に伴うオイル量の減少によって、スクロール圧縮要素への潤滑用オイルの供給が不足した場合には、圧縮空間を形成する固定スクロールのラップと揺動スクロールのラップとの相互の摺接による噛み合わせ部のシールに必要なオイルの供給量が不足し、この部分のシールに必要な油膜の形成が困難となり、この部分からの圧縮ガス漏れが増加して冷凍能力の低下を招く。
【０００７】
更に、スクロール圧縮要素部の温度上昇を抑制するために、特許文献１のように、液冷媒の一部をスクロール圧縮要素の中間圧部分へ供給するリキッドインジェクション回路を備えた場合、このリキッドインジェクションされる液冷媒によって、圧縮空間のうちの中間圧室のオイルも流され、このスクロール圧縮要素のオイル潤滑が不足することが懸念される。
【０００８】
上記のように、−４０℃〜−６０℃程度の超低温の冷凍装置を構成する場合、スクロール圧縮要素の圧縮空間の入り口へ吸入される冷媒ガス量の減少に伴うオイル吸入量の減少と、更に、リキッドインジェクションされる液冷媒によって生じる中間圧室のオイル不足により、スクロール圧縮要素のオイル潤滑不足が懸念される。
【０００９】
本発明はこのような点に鑑み、内部低圧型スクロール圧縮機を採用して超低温冷凍装置を構成する場合、スクロール圧縮要素の温度上昇を抑制するために、液冷媒の一部をスクロール圧縮要素の中間圧部分へ供給するリキッドインジェクション回路を備えた場合において、蒸発器での冷媒蒸発温度に対応してスクロール圧縮要素へオイルを補給するシステムを採用することにより、スクロール圧縮要素の潤滑不足を解決する技術を提供するものである。
【００１０】
そのために、本発明は、スクロール圧縮機を含む超低温冷凍装置において、スクロール圧縮機から吐出される冷媒ガス中に混入したオイルを有効に分離回収し、蒸発温度が所定の冷凍温度以下であることを検知することにより、その分離回収したオイルを圧力差によってスクロール圧縮要素へ吸引することにより、上記のような潤滑不良を解消するものである。
【００１１】
この一つの手段として、本発明の超低温冷凍装置は、スクロール圧縮機で圧縮した冷媒ガスはその中に含まれたオイルがオイルセパレータにて分離され、オイルが分離された冷媒ガスは凝縮器で凝縮された後、レシーバタンクへ入り、このレシーバタンクを出た液冷媒は膨張弁を通って被冷凍室を超低温に冷凍するための蒸発器に流入して蒸発し、この蒸発器を出た冷媒は再びスクロール圧縮機で圧縮される冷媒循環回路を構成している。この構成において、レシーバタンクに溜まった液冷媒の一部、またはレシーバタンクを出て膨張弁に入るまでの液冷媒の一部をスクロール圧縮要素部へ供給して、このスクロール圧縮要素部の温度上昇を抑制し、一方、オイルセパレータで分離されたオイルは、蒸発温度が所定の冷凍温度以下になれば、スクロール圧縮要素部の低圧部または中間圧部へ吸引させることにより、スクロール圧縮要素部の潤滑不良を防止するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１発明は、縦型の密閉容器内に、電動要素と、前記電動要素によって駆動されるスクロール圧縮要素が収容され、前記密閉容器内底部にオイル溜めを設け、前記電動要素の回転軸の下部に前記回転軸の回転によって前記オイル溜めのオイルを前記スクロール圧縮要素へ供給するオイルポンプを設け、前記スクロール圧縮要素に連通した吸入管から吸い込んだ冷媒ガスを前記スクロール圧縮要素にて圧縮し、前記密閉容器外に吐出するスクロール圧縮機を備え、前記吐出される冷媒ガスが、オイルセパレータ、凝縮器、液冷媒を溜めるレシーバタンクを経て膨張弁にて減圧膨張された液冷媒を蒸発器で蒸発した後、再び前記吸入管から前記スクロール圧縮要素へ帰還する冷媒循環回路を形成した超低温冷凍装置において、前記オイルセパレータで冷媒から分離されたオイルを前記オイル溜めへ供給するオイルリターン回路と、前記レシーバタンクに溜まった液冷媒の一部または前記レシーバタンクを出た冷媒を過冷却器で過冷却した液冷媒の一部を前記スクロール圧縮要素の低圧部または中間圧部分へ供給するリキッドインジェクション回路と、前記蒸発器の冷媒蒸発温度が所定の冷凍温度以下において前記オイルセパレータで冷媒から分離されたオイルを前記スクロール圧縮要素の低圧部または中間圧部分へ供給するオイルインジェクション回路を備えたことを特徴とするスクロール圧縮機を備えた超低温冷凍装置。
【００１３】
第２発明は、第１発明において、前記オイルリターン回路は前記オイル溜めのオイルレベル検知部の検知に基づき前記オイルリターン回路を開閉するオイル用電磁弁を備え、前記リキッドインジェクション回路は前記スクロール圧縮要素にて圧縮された吐出冷媒ガスの温度を検出する温度検知部の検知に基づき前記リキッドインジェクション回路を開閉する冷媒用電磁弁を備え、前記オイルインジェクション回路は、前記蒸発器の冷媒蒸発温度が所定の冷凍温度以下において前記オイルインジェクション回路を開いて前記スクロール圧縮要素の低圧部または中間圧部分へのオイル供給を可能とするオイルインジェクション用電磁弁を備えたことを特徴とするスクロール圧縮機を備えた超低温冷凍装置。
【００１４】
第３発明は、第１発明または第２発明において、前記リキッドインジェクション回路と前記オイルインジェクション回路が並列回路構成であることを特徴とするスクロール圧縮機を備えた超低温冷凍装置。
【００１５】
第４発明は、第１発明または第２発明において、前記リキッドインジェクション回路と前記オイルインジェクション回路が並列回路構成であり、前記リキッドインジェクション回路を流れる液冷媒と前記オイルインジェクション回路を流れるオイルが合流して、前記スクロール圧縮要素の低圧部または中間圧部分へ供給されることを特徴とするスクロール圧縮機を備えた超低温冷凍装置。
【００１６】
第５発明は、第２発明において、前記冷媒用電磁弁を備えた前記リキッドインジェクション回路と、前記オイルインジェクション用電磁弁を備えた前記オイルインジェクション回路が並列回路構成であり、且つ前記冷媒用電磁弁を通過した液冷媒と前記オイルインジェクション用電磁弁を通過したオイルとが合流して、前記スクロール圧縮要素の低圧部または中間圧部分へ供給されることを特徴とするスクロール圧縮機を備えた超低温冷凍装置。
【００１７】
第６発明は、第１発明乃至第５発明のいずれかにおいて、前記オイルインジェクション回路は、その一部または全部がオイル流量を所定の流量に制限するキャピラリチューブ構成であることを特徴とするスクロール圧縮機を備えた超低温冷凍装置。
【００１８】
第７発明は、第１発明乃至第６発明のいずれかにおいて、前記蒸発器の冷媒蒸発温度が所定の冷凍温度以下になったことの検知は、前記冷媒蒸発温度を検知する温度検知部、または前記蒸発器の出口から前記スクロール圧縮要素の吸い込み部までの低圧を検知する低圧センサの検知に基づくことを特徴とするスクロール圧縮機を備えた超低温冷凍装置。
【発明の効果】
【００１９】
第１発明では、蒸発器での冷媒蒸発温度を超低温とする場合のスクロール圧縮要素の温度上昇は、リキッドインジェクション回路から供給される液冷媒によって抑制されるが、供給される液冷媒によってスクロール圧縮要素のオイルが洗い流される場合でも、オイルインジェクション回路によって、オイルセパレータのオイルがスクロール圧縮要素へ供給されることにより、スクロール圧縮要素のオイル不足による潤滑不良を解消することができる。また、オイル溜めのオイル不足は、オイルリターン回路からオイルセパレータのオイルが供給されることにより解消する。この場合の液冷媒及びオイルの供給は、冷凍装置の圧力差によって行なわれるため、この供給が円滑に行なえるものとなる。
【００２０】
第２発明では、オイル用電磁弁、冷媒用電磁弁、オイルインジェクション用電磁弁のそれぞれによる動作によって、蒸発器での冷媒蒸発温度を超低温とする場合のスクロール圧縮要素の温度上昇は、リキッドインジェクション回路から供給される液冷媒によって抑制され、液冷媒によってスクロール圧縮要素のオイルが洗い流される場合でも、オイルインジェクション回路によって、オイルセパレータのオイルがスクロール圧縮要素へ供給されることにより、スクロール圧縮要素のオイル不足による潤滑不良が解消され、また、オイル溜めのオイル不足は、オイルリターン回路により解消される。この場合の液冷媒及びオイルの供給は、冷凍装置の圧力差によって行なわれるため、この供給が円滑に行なえるものとなる。
【００２１】
第３発明では、リキッドインジェクション回路とオイルインジェクション回路が並列回路構成であることにより、スクロール圧縮要素の温度上昇を抑制するリキッドインジェクション回路の作用と、スクロール圧縮要素のオイル不足を解消するオイルインジェクション回路の作用が、相互に干渉しない状態で行えるため、動作が安定したスクロール圧縮機となる。
【００２２】
第４発明では、リキッドインジェクション回路から供給される液冷媒とオイルインジェクション回路から供給されるオイルが合流して、スクロール圧縮要素へ供給されるため、スクロール圧縮要素部における液冷媒とオイルの供給場所が共通化され、構造が簡素化されると共に、液冷媒とオイルが同時に同じ場所へ供給されるため、スクロール圧縮要素部における温度上昇の抑制とオイル不足を同時に行えるものとなる。
【００２３】
第５発明では、オイル用電磁弁、冷媒用電磁弁、オイルインジェクション用電磁弁のそれぞれによる動作によって、スクロール圧縮要素の温度上昇の抑制、スクロール圧縮要素のオイル不足による潤滑不良の解消、及びオイル溜めのオイル不足解消が得られ、且つ、リキッドインジェクション回路から供給される液冷媒とオイルインジェクション回路から供給されるオイルが合流して、スクロール圧縮要素へ供給されるため、スクロール圧縮要素部における液冷媒とオイルの供給場所が共通化され、構造が簡素化されると共に、液冷媒とオイルが同時に同じ場所へ供給されるため、スクロール圧縮要素部における温度上昇の抑制とオイル不足を同時に行えるものとなる。
【００２４】
第６発明では、オイルインジェクション回路から供給されるオイル流量を所定の流量に制限することができるため、オイル流量調整弁を設けなくても所定量のオイル供給ができるものとなり、効果的に上記第１発明乃至第５発明と同様の効果を奏することができるものとなる。
【００２５】
第７発明では、温度検知部または低圧センサの検知に基づき、所定の冷凍温度以下になったとき、オイルインジェクション回路の電磁弁が開くため、−４０℃以下のような超低温動作におけるスクロール圧縮要素のオイル不足状況の検知とそれに基づく動作を的確に行うことができ、上記第１発明乃至第６発明と同様の効果を奏することができるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る超低温冷凍装置を示す冷媒配管図である。
【図２】本発明に係る内部低圧型のスクロール圧縮機の縦断側面図である。
【図３】本発明に係るスクロール圧縮機を構成する固定スクロールの下面図である。
【図４】本発明に係るスクロール圧縮機の運転時に公転する揺動スクロールと、固定スクロールに形成したインジェクション孔との位置関係を示す図である。
【図５】本発明に係るスクロール圧縮機の運転時に公転する揺動スクロールと、固定スクロールに形成したインジェクション孔との位置関係を示す図である。
【図６】本発明に係るスクロール圧縮機の運転時に公転する揺動スクロールと、固定スクロールに形成したインジェクション孔との位置関係を示す図である。
【図７】本発明に係る超低温冷凍装置の制御装置を示す図である。
【図８】本発明に係る超低温冷凍装置の第２実施例を示す冷媒配管図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の超低温冷凍装置は、縦型の密閉容器内に、電動要素と前記電動要素によって駆動されるスクロール圧縮要素が収容され、前記密閉容器内底部にオイル溜めを設け、前記電動要素の回転軸の下部に前記回転軸の回転によって前記オイル溜めのオイルを前記スクロール圧縮要素へ供給するオイルポンプを設け、前記スクロール圧縮要素に連通した吸入管から吸い込んだ冷媒ガスを前記スクロール圧縮要素にて圧縮し、前記密閉容器外に吐出するスクロール圧縮機を備え、前記吐出される冷媒ガスが、オイルセパレータ、凝縮器、液冷媒を溜めるレシーバタンクを経て膨張弁にて減圧膨張された液冷媒を蒸発器で蒸発した後、再び前記吸入管から前記スクロール圧縮要素へ帰還する冷媒循環回路を形成した超低温冷凍装置において、前記オイルセパレータで冷媒から分離されたオイルを前記オイル溜めへ供給するオイルリターン回路と、前記レシーバタンクに溜まった液冷媒の一部または前記レシーバタンクを出た冷媒を過冷却器で過冷却した液冷媒の一部を前記スクロール圧縮要素の低圧部または中間圧部分へ供給するリキッドインジェクション回路と、前記蒸発器の冷媒蒸発温度が所定の冷凍温度以下において前記オイルセパレータで冷媒から分離されたオイルを前記スクロール圧縮要素の低圧部または中間圧部分へ供給するオイルインジェクション回路を備えたことを特徴とするスクロール圧縮機を備えた構成であり、以下にその実施例を図に基づき説明する。
【実施例１】
【００２８】
本発明に係るスクロール圧縮機１００は、図２に示すように、縦型の密閉容器１０１内が低圧となるように、スクロール圧縮要素１０２から密閉容器１０１内上側に限られた空間として形成された吐出圧力空間１１１（マフラー室）に高圧冷媒ガスが吐出される内部低圧型のスクロール圧縮機である。
【００２９】
密閉容器１０１は鋼板製であり、上下方向に沿って延びる縦長円筒状の容器本体１０１Ａと、この容器本体１０１Ａの上下両端にそれぞれ溶接固定された椀状のエンドキャップ１０１Ｂ及びボトムキャップ１０１Ｃとから構成されている。この密閉容器１０１内には、下側に駆動手段としての電動要素１０３が収納され、上側に電動要素１０３の回転軸１０５によって駆動されるスクロール圧縮要素１０２がそれぞれ収納されている。密閉容器１０１内のスクロール圧縮要素１０２と電動要素１０３の間には、上部支持フレーム１０４（メインフレームという）が収納されており、この上部支持フレーム１０４には中央に軸受部１０６とボス収容部１２２とが形成されている。この軸受部１０６は回転軸１０５の先端（上端）側を回転可能に軸支するためのものであり、上部支持フレーム１０４の一方の面（下側の面）の中央から下方に突出して形成されている。また、ボス収容部１２２は後述する揺動スクロール１１５のボス１２４を収容するためのものであり、上部支持フレーム１０４の他方の面（上側の面）の中央を下方に凹陥することにより形成されている。
【００３０】
電動要素１０３下部の密閉容器１０１内には、下部支持フレーム１０７（ベアリングプレートという）が収納されており、この下部支持フレーム１０７の中央には軸受け１０８が形成されている。この軸受け１０８は、回転軸１０５の末端（下端）側を軸支するためのものであり、下部支持フレーム１０７の一方の面（下側の面）の中央から下方に突出して形成されている。そして、下部支持フレーム１０７の下側の空間、即ち、密閉容器１０１内の底部は、スクロール圧縮要素１０２などを潤滑する潤滑油が貯留されるオイル溜め１６２とされている。
【００３１】
回転軸１０５の先端（上端）には、偏心軸１２３が形成されている。この偏心軸１２３は、中心が回転軸１０５の軸心と偏心して設けられると共に、図示しないスライドブッシュ及び旋回軸受けを介して揺動スクロール１１５のボス１２４に、揺動スクロール１１５を旋回駆動可能に挿入されている。
【００３２】
スクロール圧縮要素１０２は、固定スクロール１１４と揺動スクロール１１５とで構成されている。固定スクロール１１４は、円形状の鏡板１１６と、この鏡板１１６の一方の面（下側の表面）に立設されたインボリュート状、又は、これに近似した曲線からなる渦巻き状のラップ１１７と、このラップ１１７の周囲を取り囲むように立設された周壁１１８と、この周壁１１８の周囲（周壁１１８の他方の面側（上側））に突出して設けられ、外周縁が全周囲で密閉容器１０１の容器本体１０１Ａの内面に焼き嵌めされたフランジ１１９とから一体に構成されている。そして、固定スクロール１１４は、フランジ１１９が全周囲で容器本体１０１Ａの内面に焼き嵌め固定されると共に、鏡板１１６の中央部（固定スクロール１１４の中心）には、スクロール圧縮要素１０２にて圧縮された冷媒ガスを密閉容器１０１内上側に形成された吐出圧力空間１１１（マフラー室）に連通する吐出孔１１３が形成されている。係る固定スクロール１１４は、ラップ１１７の突出方向を下方としている。固定スクロール１１４のフランジ１１９が全周囲で容器本体１０１Ａの内面に焼き嵌め固定されることにより、固定スクロール１１４によって密閉容器１０１内が、上部の吐出圧力空間１１１と下部の空間１１２に区分される。
【００３３】
電動要素１０３は、密閉容器１０１に固定された固定子１５０と、この固定子１５０の内側に配置され、固定子１５０内で回転する回転子１５２とから構成されており、この回転子１５２の中心に回転軸１０５が嵌合されている。固定子１５０は、複数枚の電磁鋼板を積層した積層体から成り、この積層体の歯部に巻装された固定子巻線１５１を有している。また、回転子１５２も固定子１５０と同様に電磁鋼板の積層体で形成されている。
【００３４】
また、回転軸１０５の内部には回転軸１０５の軸方向に沿って油路１０５Ａが形成されており、この油路１０５Ａは、回転軸１０５の下端に位置する吸込口１６１を備え、吸込口１６１がオイル溜め１６２に貯留された潤滑油に浸漬されて、潤滑油中に開口している。また、油路１０５Ａには各軸受け１０６、１０８に対応する位置に潤滑を給油する給油口（図示せず）が形成されており、係る構成により、回転軸１０５が回転すると、オイル溜め１６２に貯留された潤滑油が回転軸１０５の吸込口１６１から油路１０５Ａに入り、上方に汲み上げられる。そして、汲み上げられた潤滑油は各給油口等を介して各軸受け１０６、１０８やスクロール圧縮要素１０２の摺動部に供給されることとなる。
【００３５】
密閉容器１０１には、密閉容器１０１内の下側の空間１１２内に冷媒を導入するための冷媒導入管１４５と、スクロール圧縮要素１０２にて圧縮され、前記吐出孔１１３から後述する吐出マフラー室１２８を介して密閉容器１０１内の上側の吐出圧力空間１１１に吐出された冷媒を外部に吐出するための冷媒吐出管１４６とが設けられている。尚、本実施例では、冷媒導入管１４５は密閉容器１０１の容器本体１０１Ａの側面に溶接固定され、冷媒吐出管１４６はエンドキャップ１０１Ｂの側面に溶接固定されている。
【００３６】
上記のように、密閉容器１０１内の上側の吐出圧力空間１１１には、スクロール圧縮機１００の外へ冷媒ガスを吐出する冷媒吐出管１４６が接続され、密閉容器１０１内の下側の空間１１２内には、冷媒を導入するための冷媒導入管１４５が接続されている。これによって、密閉容器１０１内の上部に高圧の吐出圧力空間１１１が形成されるが、スクロール圧縮要素１０２に吸い込まれる低圧冷媒ガスは、密閉容器１０１内の下側の空間１１２に流入した状態からスクロール圧縮要素１０２の吸入部へ吸い込まれる構成であるため、密閉容器１０１内の下側の空間１１２は低圧であり、これを以ってスクロール圧縮機１００は、密閉容器１０１内の下側の空間１１２が低圧となる内部低圧型のスクロール圧縮機を構成する。
【００３７】
一方、本実施例の構成では、固定スクロール１１４の鏡板１１６の上面１３０（ラップ１１７の反対側の面）が密閉容器１０１内の上側に形成された吐出圧力空間１１１に臨むように構成されている。固定スクロール１１４の鏡板１１６の上面１３０には、吐出孔１１３に連なる吐出弁と、この吐出弁に隣接して複数のリリース弁とが設けられている（吐出弁及びリリース弁は共に図示しない）。このリリース弁は、冷媒の過圧縮を防止するために設けられたものであり、図示しないリリースポートを介してスクロール圧縮要素１０２における圧縮過程の圧縮空間１２５に連通されている。
【００３８】
密閉容器１０１内上側の吐出圧力空間１１１内には固定スクロール１１４にネジ止めされたカバー１２７が設けられている。このカバー１２７の下面中央には、固定スクロール１１４側から吐出圧力空間１１１方向に凹陥形成され、吐出圧力空間１１１と共にマフラー室を形成する吐出マフラー室１２８が形成されている。この吐出マフラー室１２８が吐出孔１１３に連通すると共に、図示しないがカバー１２７と固定スクロール１１４間に設けられた隙間を介して吐出マフラー室１２８と密閉容器１０１内上側の吐出圧力空間１１１内とが連通している。
【００３９】
具体的には、スクロール圧縮要素１０２における圧縮過程の冷媒圧力が吐出孔１１３に至る以前に吐出圧力に達すると、前記リリース弁が開放されて、圧縮空間１２５内の冷媒が前記リリースポートを介して外部に吐出されることとなる。
【００４０】
揺動スクロール１１５は、上述した如き容器本体１０１Ａの内面に焼き嵌め固定された固定スクロール１１４に対して旋回するスクロールであり、円板状の鏡板１２０と、この鏡板１２０の一方の面（上側の表面）に立設されたインボリュート状、又は、これに近似した曲線からなる渦巻き状のラップ１２１と、鏡板１２０の他方の面（下側の面）の中央に突出形成された前述したボス１２４とで構成されている。そして、揺動スクロール１１５はラップ１２１の突出方向を上方として、このラップ１２１が固定スクロール１１４のラップ１１７に１８０度回し、向かい合って噛み合うように配置され、内部のラップ１１７、１２１間に圧縮空間１２５が形成される。
【００４１】
即ち、揺動スクロール１１５のラップ１２１は、固定スクロール１１４のラップ１１７と対向し、両ラップ１２１、１１７の先端面が相手の底面（鏡板１１６面、及び、鏡板１２０面）に接するように噛み合い、且つ、揺動スクロール１１５は回転軸１０５の軸心から偏心して設けられた偏心軸１２３が回転可能に嵌合されている。このため、圧縮空間１２５は、２つの渦巻き状のラップ１２１、１１７が互いに偏心して、その偏心方向の線上で接して閉じこめられた複数の空間を作り、この空間の各々が圧縮室（低圧室や中間圧室、及び、高圧室などの複数の圧縮室）となる。
【００４２】
固定スクロール１１４は、その周壁１１８の周囲に設けられたフランジ１１９が複数のボルト（図示せず）を介して上部支持フレーム１０４に固定されている。また、揺動スクロール１１５はオルダムリング１４８、及び、オルダムキーよりなるオルダム機構１４９によって上部支持フレーム１０４に支承されている。これにより、揺動スクロール１１５は、固定スクロール１１４に対して、自転せずに旋回運動を行うように構成されている。
【００４３】
この揺動スクロール１１５は、固定スクロール１１４に対して偏心して公転するため、２つの渦巻き状のラップ１１７、１２１の偏心方向と接触位置は回転しながら移動し、前記圧縮室は外側から内側の圧縮空間１２５に向かって移りながら次第に縮小していく。最初に外側の圧縮空間１２５から入り込んで低圧室に閉じこめられた低圧の冷媒ガスは、断熱圧縮されながら次第に内側に移動して中間圧（中間圧室）を経て、最後に中央部（高圧室）に到達するときには、高温高圧の冷媒ガスとなる。この冷媒ガスは、固定スクロール１１４の中心に形成された吐出孔１１３、及び、吐出マフラー室１２８を介して吐出圧力空間１１１に送り出される。
【００４４】
また、前記カバー１２７内（カバー１２７の板厚内部）には、後述のようにレシーバタンク（受液器）４２内の液冷媒を、冷媒回路を構成する後述のリキッドインジェクション回路５０Ａを介してスクロール圧縮要素１０２の中間圧部に戻し、蒸発させることによって圧縮ガスの冷却を行うためのリキッドインジェクション通路１４４（後述のリキッドインジェクション回路５０Ａの一部）が形成されている（図２に図示）。このリキッドインジェクション通路１４４は、カバー１２７内で分岐して後述するインジェクション孔１４１、１４２に接続される。また、リキッドインジェクション通路１４４には、内部が中空のチューブにて構成された配管１４０が接続されており、この配管１４０の一端はカバー１２７のリキッドインジェクション通路１４４内に圧入され、他端はスリーブ１３９を介してエンドキャップ１０１Ｂに溶接固定されている。
【００４５】
また、固定スクロール１１４の鏡板１１６には、リキッドインジェクション通路１４４に連通するインジェクション孔１４１、１４２が上下方向に貫通形成されている。両インジェクション孔１４１、１４２の下側（揺動スクロール１１５側）は、ラップ１１７、１２１側に開口すると共に、スクロール圧縮要素１０２の中間圧部分（固定スクロール１１４の中心に形成された吐出孔１１３と同一の圧縮室になる直前、若しくは、その近傍の中間圧の位置）に連通している。係る、エンドキャップ１０１Ｂとカバー１２７間に渡って配管１４０が取り付けられると共に、配管１４０に接続された接続管１４７に、後述のように、レシーバタンク（受液器）４２からのリキッドインジェクション回路５０Ａを構成する配管が接続されて、リキッドインジェクション通路１４４が形成されている。
【００４６】
一方のインジェクション孔１４１は、図３に示すように固定スクロール１１４の中心を基準にして、他方のインジェクション孔１４２と１８０度ずれた位置に形成されている。そして、一方のインジェクション孔１４１は、固定スクロール１１４に立設されたラップ１１７の外側（揺動スクロール１１５のラップ１２１の内側に形成される高圧縮室側）に形成され、他方のインジェクション孔１４２は、固定スクロール１１４に立設されたラップ１１７の内側（揺動スクロール１１５のラップ１２１の外側に形成される高圧縮室側）に形成されている。
【００４７】
両インジェクション孔１４１、１４２は、後述のリキッドインジェクション回路５０Ａを介してスクロール圧縮要素１０２の中間圧部に連通するように形成される。図４に示すように、吐出孔１１３から高圧ガスの吐出が開始される以前に揺動スクロール１１５に立設されたラップ１２１にて閉塞される位置（中間圧縮室の高圧縮室近傍（圧縮室））に形成されており、スクロール圧縮要素１０２が冷媒を圧縮する工程において、後述のリキッドインジェクション回路５０Ａに連通した両インジェクション孔１４１、１４２が中間圧縮室に連通する。
【００４８】
なお、リキッドインジェクション回路５０Ａを介してスクロール圧縮要素１０２の圧縮空間１２５の低圧室へ液冷媒を供給するように、両インジェクション孔１４１、１４２をスクロール圧縮要素１０２の圧縮空間１２５の低圧室に連通するように形成することもできるが、以下の説明では、両インジェクション孔１４１、１４２をスクロール圧縮要素１０２の圧縮空間１２５の中間圧部である中間圧縮室に連通するように形成した構成において説明する。
【００４９】
次に、図４〜図６を参照して、圧縮ガスの冷却説明を行う。この冷却は、後述のように、レシーバタンク４２内の液冷媒の一部、またはレシーバタンク４２を出て後述の膨張弁４３に入るまでの液冷媒の一部が、後述のリキッドインジェクション回路５０Ａを介してスクロール圧縮要素１０２の中間圧部に戻り蒸発して圧縮ガスの冷却が行われ、揺動スクロール１１５は最終圧縮行程近傍に位置しているものとする。
【００５０】
図４に示す状態から揺動スクロール１１５が公転していくにしたがって、図５に示すように揺動スクロール１１５のラップ１２１にて閉塞されていた両インジェクション孔１４１、１４２は、中間圧縮部（圧縮空間１２５）へ開口する直前に位置する。このときは、高圧室（圧縮空間１２５）から吐出孔１１３への高温高圧の冷媒ガスの吐出が終了、若しくは、終了直前状態である。
【００５１】
更に揺動スクロール１１５が公転していくと、図６に示すように、両インジェクション孔１４１、１４２から揺動スクロール１１５のラップ１２１が離間し、両インジェクション孔１４１、１４２は、中間圧室（圧縮空間１２５）に開口する。このときは、後述のレシーバタンク４２内の液冷媒が後述のリキッドインジェクション回路５０Ａを介してスクロール圧縮要素１０２の中間圧部に戻り蒸発して圧縮ガスの冷却が行われる状態である。そして、更に揺動スクロール１１５が公転していくと、上記同様の動作を繰り返す。これによって、スクロール圧縮機１００の圧縮ガスの冷却が行われる。
【００５２】
本発明に係る超低温冷凍回路１を示す冷媒配管図の一つの実施例を図１に示している。図１のものは内部低圧型スクロール圧縮機を２台並列接続した構成であり、スクロール圧縮機１００とスクロール圧縮機１００Ａの２台のスクロール圧縮機を並列接続した構成の超低温冷凍装置の構成を示している。スクロール圧縮機１００Ａはスクロール圧縮機１００と同じ構成のものであり、冷媒吐出管１４６に対応するものが冷媒吐出管１４６Ａであり、冷媒導入管１４５に対応するものが冷媒導入管１４５Ａであり、スクロール圧縮機１００及び１００Ａの内部構成は同じであるため、同じ部分は同じ符号で示すこととする。
【００５３】
本発明に係る超低温冷凍装置は、所定の超低温が得られれば、スクロール圧縮機１００又は１００Ａのいずれか１台で構成される場合でもよいが、以下に示す実施例は、図１に基づいてスクロール圧縮機１００及び１００Ａの２台構成の場合について説明する。実施例における冷媒は、フロン４０４Ａの使用にて超低温を得ている。
【００５４】
図１において、スクロール圧縮機１００及び１００Ａにて圧縮され、それぞれの吐出孔１１３から吐出マフラー室１２８及び吐出圧力空間１１１を経て冷媒吐出管１４６、１４６Ａから吐出された高温高圧の冷媒ガス中にはオイルが混合されている。図１に示すように、この冷媒ガス中のオイルは、オイルセパレータ４０で冷媒ガスとオイルに分離され、そのオイルが分離された冷媒ガスは、凝縮器４１で凝縮され、凝縮された液冷媒（一部にガス冷媒が混入している場合も含む）がレシーバタンク４２へその上部から入り、レシーバタンク４２の底部から出た液冷媒が膨張弁４３にて減圧膨張された後、蒸発器４４で蒸発することによってスーパーショーケースや冷凍庫等の所定の超低温冷凍領域を超低温に冷却した後、蒸発した冷媒ガスは、アキュムレータ４５を経由して、再び冷媒導入管１４５、１４５Ａより密閉容器１０１内の下側の空間１１２に流入し、この下側の空間１１２から密閉容器１０１と上部支持フレーム１０４との間の通路を通って、スクロール圧縮要素１０２の吸入部へ吸い込まれ、スクロール圧縮機１００及び１００Ａのスクロール圧縮要素１０２にて圧縮され、再び冷媒吐出管１４６から吐出されて上記循環を繰り返すように動作する。
【００５５】
アキュムレータ４５は、スクロール圧縮機１００及び１００Ａへ吸い込まれる冷媒中に液冷媒が含まれれば、その液冷媒を溜めて液冷媒が帰還しないようにしてスクロール圧縮機１００及び１００Ａへはガス冷媒が帰還するように気液を分離するものである。蒸発器４４は一つで示しているが、スーパーショーケースや冷凍庫等の食品貯蔵領域である所定の超低温冷凍領域が複数の場合は、それに応じて蒸発器４４が複数並列接続され、蒸発器４４ごとに膨張弁４３が接続される構成となる。凝縮器４１は、空冷式または水冷式があり、空冷式の場合は凝縮用電動ファン４１Ａによって放熱される。また蒸発器４４で冷却された空気は、冷却用電動ファン４４Ａによってスーパーショーケースや冷凍庫等の所定の超低温冷凍領域を超低温に冷却する空気循環が行われる。なお、４６は逆止弁、４７は循環する冷媒中のごみを取り除くフィルタと水分を吸着する乾燥剤を含むフィルタドライヤ、４８はストレーナ、４９は冷媒の流れを外部から目視するためのサイトグラスである。
【００５６】
本発明の実施例では、スクロール圧縮機１００とスクロール圧縮機１００Ａのそれぞれに対して、スクロール圧縮要素１０２の温度上昇を抑制するために、レシーバタンク４２の底部に溜まった液冷媒の一部をスクロール圧縮要素１０２の中間圧部（または低圧部）へ導入するリキッドインジェクション回路５０Ａと５０Ｂをそれぞれ備えると共に、オイルセパレータ４０の底部に溜まったオイルの一部をスクロール圧縮要素１０２の中間圧部（または低圧部）へ供給するオイルインジェクション回路５１Ａと５１Ｂをそれぞれ備える。図１には、リキッドインジェクション回路５０Ａから供給される液冷媒と、オイルインジェクション回路５１Ａから供給されるオイルが合流してスクロール圧縮機１００の共通の配管１４０を流れるように、リキッドインジェクション回路５０Ａとオイルインジェクション回路５１Ａが並列回路となるように接続管１４７に接続される。また、リキッドインジェクション回路５０Ｂから供給される液冷媒と、オイルインジェクション回路５１Ｂから供給されるオイルが合流してスクロール圧縮機１００Ａの共通の配管１４０を流れるように、リキッドインジェクション回路５０Ｂとオイルインジェクション回路５１Ｂが並列回路となるように接続管１４７に接続される。
【００５７】
更に図１に示すように、スクロール圧縮機１００とスクロール圧縮機１００Ａのそれぞれに対して、オイルセパレータ４０の底部に溜まったオイルをスクロール圧縮機１００とスクロール圧縮機１００Ａのそれぞれの底部のオイル溜め１６２へ戻すためのオイルリターン回路５２Ａと５２Ｂを備えている。
【００５８】
オイルインジェクション回路５１Ａと５１Ｂ、及びオイルリターン回路５２Ａと５２Ｂは、オイルセパレータ４０の底部に溜まったオイルを導出するオイル出口管５３を流れるオイルが、オイル管５３から分岐して流れる配管構成である。オイルインジェクション回路５１Ａと５１Ｂの配管は、全体をキャピラリチューブ構成とする場合と、図１に示すように一部分をキャピラリチューブ６８Ａ、６８Ｂとする構成である。
【００５９】
リキッドインジェクション回路５０Ａは、そこを流れる液冷媒の流量を所定値に調整する電動式流量調整弁５４Ａと、スクロール圧縮機１００の吐出冷媒ガスの温度を検出する温度検知部６０が所定の高温を検知したことに基づき、リキッドインジェクション回路５０Ａを開く冷媒用電磁弁５５Ａが直列接続されている。また、リキッドインジェクション回路５０Ｂは、そこを流れる液冷媒の流量を所定値に調整する電動式流量調整弁５４Ｂと、スクロール圧縮機１００Ａの吐出冷媒ガスの温度を検出する温度検知部６０の検知に基づき、リキッドインジェクション回路５０Ｂを開く冷媒用電磁弁５５Ｂが直列接続されている。
【００６０】
オイルインジェクション回路５１Ａは、オイルインジェクション回路５１Ａを開閉するオイルインジェクション用電磁弁５６Ａを備える。また、オイルインジェクション回路５１Ｂは、オイルインジェクション回路５１Ｂを開閉するオイルインジェクション用電磁弁５６Ｂを備える。
【００６１】
オイルリターン回路５２Ａは、スクロール圧縮機１００の底部のオイル溜め１６２のオイルレベルを検知するオイルレベル検知部６１Ａの検知に基づき、オイルリターン回路５２Ａを開閉するオイル用電磁弁５７Ａを備える。キャピラリチューブ５８Ａは、オイルリターン回路５２Ａを流れるオイルの流量を所定値に調整する流路抵抗を有する。また、オイルリターン回路５２Ｂは、スクロール圧縮機１００Ａの底部のオイル溜め１６２のオイルレベルを検知するオイルレベル検知部６１Ｂの検知に基づき、オイルリターン回路５２Ｂを開閉するオイル用電磁弁５７Ｂを備える。キャピラリチューブ５８Ｂは、オイルリターン回路５２Ｂを流れるオイルの流量を所定値に調整する流路抵抗を有する。５９Ａ、５９Ｂ、５９Ｃは、それぞれストレーナを示す。ＳＶ１及びＳＶ２は、修理・点検・メンテナンス等のときに手動でリキッドインジェクション回路５０Ａ、５０Ｂを閉じることができるサービス用バルブであり、通常はリキッドインジェクション回路５０Ａ、５０Ｂを開いている。また、ＳＶ３は、修理・点検・メンテナンス等のときに手動でオイル管５３を閉じることができるサービス用バルブであり、通常はリキッドインジェクション回路５０Ａ、５０Ｂを開いている。
【００６２】
スクロール圧縮機１００の高温高圧の吐出冷媒ガスの温度を検出する温度検知部６０は、吐出孔１１３から凝縮器４１へ導入されるまでの冷媒ガス温度を検知すればよく、その間のいずれかの箇所での冷媒の温度を検知する取り付けであればよい。図２には、温度検知部６０は、密閉容器１０１及びカバー１２７の上壁を貫通するパイプ１３６の先端部（下端部）に収容されており、吐出孔１１３から上方へ吐出される冷媒ガスの温度を検知する構成を示している。
【００６３】
図７には、本発明に係る超低温冷凍装置の制御装置を示している。マイクロコンピュータ方式の制御部６２を備え、制御部６２の入力信号源として、温度検知部６０、オイルレベル検知部６１Ａ及び６１Ｂ、蒸発器４４の出・入口温度をそれぞれ検出する二つの温度センサ６３、スーパーショーケースや冷凍庫等の食品貯蔵領域である所定の超低温冷凍領域の温度または蒸発器４４の温度を検出する温度センサ７０、超低温冷凍装置の高圧部の圧力を検知するようにオイルセパレータ４０から凝縮器４１へ向かう冷媒路の圧力を検知する高圧センサ６４、超低温冷凍装置の低圧部の圧力を検知するように蒸発器４４の出口側の冷媒路の圧力を検知する低圧センサ６５、スクロール圧縮機１００の高圧部の圧力を検出するように吐出孔１１３、マフラー室１２８または吐出圧力空間１１１の吐出冷媒ガスの圧力を検知する高圧圧力スイッチ６６Ａ、及び、スクロール圧縮機１００Ａの高圧部の圧力を検出するように吐出孔１１３、マフラー室１２８または吐出圧力空間１１１の吐出冷媒ガスの圧力を検知する高圧圧力スイッチ６６Ｂ等が接続されている。
【００６４】
高圧センサ６４は、スクロール圧縮機１００及びスクロール圧縮機１００Ａの吐出圧力が異常高圧になったとき、スクロール圧縮機１００及びスクロール圧縮機１００Ａの運転を停止するためのものであり、スクロール圧縮機１００及びスクロール圧縮機１００Ａの吐出圧力の所定の高圧を検知したとき制御部６２の動作によって、スクロール圧縮機１００及びスクロール圧縮機１００Ａの運転を停止する。このため、高圧センサ６４は、スクロール圧縮機１００及びスクロール圧縮機１００Ａから吐出され凝縮器４１へ導入されるまでの冷媒ガス圧力を検知すればよく、その間の配管のいずれの圧力を検知する取り付けであればよい。また、低圧センサ６５は、蒸発器４４の出口からスクロール圧縮機１００及びスクロール圧縮機１００Ａのスクロール圧縮要素１０２の吸入部までの低圧冷媒ガス圧力を検知する取り付けであればよく、例えば、図１に点線Ｙで示すように、アキュムレータ４５の出口側の配管の圧力を検知する接続でもよく、また、スクロール圧縮機１００またはスクロール圧縮機１００Ａの密閉容器１０１内の下側の空間１１２の圧力を検知する取り付けでもよい。
【００６５】
また、制御部６２の出力側には、温度センサ７０の検出に基づきスクロール圧縮機１００及び１００Ａの回転数制御を行うインバータ回路６７、電動式流量調整弁５４Ａ及び５４Ｂ、冷媒用電磁弁５５Ａ及び５５Ｂ、オイルインジェクション用電磁弁５６Ａ及び５６Ｂ、オイル用電磁弁５７Ａ及び５７Ｂ、 膨張弁４３、凝縮用電動ファン４１Ａ、冷却用電動ファン４４Ａ等が接続されている。なお、スクロール圧縮機１００及び１００Ａが定速度回転式であれば、スーパーショーケースや冷凍庫等の所定の超低温冷凍領域または蒸発器４４の温度が下限設定温度に低下したことを温度センサ７０が検出すれば、制御部６２によってスクロール圧縮機１００及び１００Ａの運転を停止し、超低温冷凍領域または蒸発器４４の温度が上限設定温度に上昇したことを温度センサ７０が検出すれば、制御部６２によってスクロール圧縮機１００及び１００Ａの運転を再開する制御となる。
【００６６】
上記の構成において、スクロール圧縮機１００及び１００Ａが運転されることによって、電動要素１０３の回転に伴って回転軸１０５が回転し、オイル溜め１６２にあるオイルがスクロール圧縮要素１０２へ供給され、このオイルによってスクロール圧縮要素１０２が潤滑される。また、回転軸１０５の回転によって揺動スクロール１１５が公転し、固定スクロール１１４のラップ１１７と揺動スクロール１１５のラップ１２１間に形成された圧縮空間１２５の外周部（吸入部）へ、空間１１２の冷媒ガスが吸い込まれ、吸い込まれた冷媒ガスは、圧縮空間１２５を外方から内方へ向かって次第に圧縮されて高温高圧ガスとなり、吐出孔１１３からマフラー室１２８を通って吐出圧力空間１１１に吐出される。吐出圧力空間１１１に吐出された高温高圧の冷媒ガスは、冷媒吐出管１４６及び１４６Ａよりスクロール圧縮機１００及び１００Ａの外（密閉容器１の外）へ吐出され、その中に含まれオイルも同時に吐出される。
【００６７】
このように冷媒吐出管１４６及び１４６Ａよりスクロール圧縮機１００及び１００Ａの外（密閉容器１０１の外）へ吐出される冷媒ガスは、オイルセパレータ４０へ導入される。オイルの質量は冷媒ガスの質量よりも大なるため、オイルセパレータ４０に導入された冷媒ガスとそれに含まれるオイルが分離され、オイルはオイルセパレータ４０の底部に溜まり、冷媒ガスはオイルセパレータ４０の上部から逆止弁４６を経て凝縮器４１へ流入して凝縮される。凝縮器４１で凝縮された液冷媒（一部にガス冷媒が混入している場合も含む）はレシーバタンク４２へその上部から入り、レシーバタンク４２の底部から出た液冷媒が膨張弁４３にて減圧膨張された後、蒸発器４４で蒸発することによってスーパーショーケースや冷凍庫等の所定の超低温冷凍領域を超低温に冷却する。蒸発器４４で蒸発した冷媒は、アキュムレータ４５を経由して、再び冷媒導入管１４５及び１４５Ａより密閉容器１０１内の下側の空間１１２に流入し、この下側の空間１１２から密閉容器１０１と上部支持フレーム１０４との間の通路を通って、スクロール圧縮要素１０２の吸入部へ吸い込まれ、スクロール圧縮機１００及び１００Ａのスクロール圧縮要素１０２にて圧縮され、再び冷媒吐出管１４６及び１４６Ａから吐出されて上記循環を繰り返すように動作する。なお、膨張弁４３は、蒸発器４４の出・入口温度を検出する温度センサ６３及び制御部６２によって過熱度制御される。即ち、過熱度が大きいときは、膨張弁４３の弁開度を大きくし、一方、過熱度が小さいときは、膨張弁４３の弁開度を小さくするよう制御部６２が制御する。
【００６８】
本発明に係る超低温冷凍装置は、−４０℃以下の超低温、例えば−５０℃や−６０℃等に設定した設定温度で運転されるものであり、このような冷媒循環によって蒸発器４４の蒸発温度は低下し、冷却用電動ファン４４Ａの運転によって冷気循環が行なわれて、スーパーショーケースや冷凍庫等の所定の超低温冷凍領域の温度が低下し、−４０℃以下の設定した所定の超低温に冷却される。この冷却によって超低温冷凍領域の温度または蒸発器４４の温度が設定した所定の下限温度に低下すると、この温度を温度センサ７０が検出することによって、制御部６２の動作に基づき一定速度回転のスクロール圧縮機１００及び１００Ａの場合は、その運転を停止し、且つ凝縮用電動ファン４１Ａ及び冷却用電動ファン４４Ａの運転を停止する。また、スクロール圧縮機１００及び１００Ａがインバータ制御方式の場合は、超低温冷凍領域の温度または蒸発器４４の温度が低下する従ってスクロール圧縮機１００及び１００Ａの回転数が低下し、所定の下限温度に低下した状態で、この温度を維持するようにスクロール圧縮機１００及び１００Ａは低速回転数で運転される。この動作と共に、膨張弁４３の開度も制御部６２によって制御されると共に、凝縮用電動ファン４１Ａ及び冷却用電動ファン４４Ａの運転が制御される。
【００６９】
本発明に係る超低温冷凍装置は、上記のように、リキッドインジェクション回路５０Ａ、５０Ｂを備えている。これによって、スクロール圧縮機１００においては、温度検知部６０が所定の高温度を検知することにより、制御部６２の動作に基づいて冷媒用電磁弁５５Ａが開き、レシーバタンク４２の底部の液冷媒の一部がリキッドインジェクション回路５０Ａによって、インジェクション孔１４１、１４２からスクロール圧縮要素１０２の低圧部または中間圧部分へ供給され、スクロール圧縮要素１０２の温度上昇を抑制する。この場合、温度検知部６０の検知温度に応じた制御部６２の動作に基づいて、設定温度を超える温度差が大きい場合は液冷媒の流量が多く、設定温度を超える温度差が小さい場合は液冷媒の流量が少なくなるように、電動式流量調整弁５４Ａによる液冷媒の流量が所定値に調整される。このようなスクロール圧縮要素１０２の低圧部または中間圧部分への液冷媒の供給は、スクロール圧縮要素１０２の低圧部または中間圧部分よりもレシーバタンク４２内の圧力が高圧であることによる圧力差によって行なわれる。これによって、スクロール圧縮要素１０２の温度上昇が抑制される。
【００７０】
また、スクロール圧縮機１００Ａにおいては、温度検知部６０が所定の高温度に上昇したことを検知することにより、制御部６２の動作に基づいて冷媒用電磁弁５５Ｂが開き、レシーバタンク４２の底部の液冷媒の一部がリキッドインジェクション回路５０Ｂによって、インジェクション孔１４１、１４２からスクロール圧縮要素１０２の低圧部または中間圧部分へ供給され、スクロール圧縮要素１０２の温度上昇を抑制する。この場合、温度検知部６０の検知温度に応じた制御部６２の動作に基づいて、設定温度を超える温度差が大きい場合は液冷媒の流量が多く、設定温度を超える温度差が小さい場合は液冷媒の流量が少なくなるように、電動式流量調整弁５４Ｂによる液冷媒の流量が所定値に調整される。このようなスクロール圧縮要素１０２の低圧部または中間圧部分への液冷媒の供給は、スクロール圧縮要素１０２の低圧部または中間圧部分よりもレシーバタンク４２内の圧力が高圧であることによる圧力差によって行なわれる。これによって、スクロール圧縮要素１０２の温度上昇が抑制される。なお、温度検知部６０は、吐出管３０から吐出されるホットガス冷媒の温度を検知するように、吐出管３０に取り付けた場合も、同様の制御動作を得ることができる。
【００７１】
また、本発明に係る超低温冷凍装置は、上記のように、オイルリターン回路５２Ａ、５２Ｂを備えている。これによって、スクロール圧縮機１００においては、スクロール圧縮機１００の底部のオイル溜め１６２のオイルレベルを検知するオイルレベル検知部６１Ａが下限レベルを検知したことにより、制御部６２の動作に基づいてオイル用電磁弁５７Ａが開き、オイルセパレータ４０の底部に溜まったオイルがオイル管５３を通り、キャピラリチューブ５８Ａにより所定流量に制限された状態で、オイルリターン回路５２Ａから密閉容器１内底部のオイル溜め１６２に供給され、オイル溜め１６２のオイル不足を解消する。このようなオイル溜め１６２へのオイルの供給は、密閉容器１０１内底部のオイル溜め１６２の圧力よりもオイルセパレータ４０内の圧力が高圧であることによる圧力差によって行なわれる。
【００７２】
また、スクロール圧縮機１００Ａにおいては、スクロール圧縮機１００Ａの底部のオイル溜め１６２のオイルレベルを検知するオイルレベル検知部６１Ｂが下限レベルを検知したことにより、制御部６２の動作に基づいてオイル用電磁弁５７Ｂが開き、オイルセパレータ４０の底部に溜まったオイルがオイル管５３を通り、キャピラリチューブ５８Ｂにより所定流量に制限された状態で、オイルリターン回路５２Ｂから密閉容器１０１内の底部のオイル溜め１６２に供給され、オイル溜め１６２のオイル不足を解消する。このようなオイル溜め１６２へのオイルの供給は、密閉容器１０１内底部のオイル溜め１６２の圧力よりもオイルセパレータ４０内の圧力が高圧であることによる圧力差によって行なわれる。
【００７３】
また、本発明に係る超低温冷凍装置は、−４０℃以下の超低温、例えば−５０℃や−６０℃等に設定した設定温度で運転されるものであり、上記のように、オイルインジェクション回路５１Ａ、５１Ｂを備えている。これによって、スクロール圧縮機１００においては、蒸発器４４の冷媒蒸発温度が所定の冷凍温度以下になったことを後述の蒸発温度検出部ＰＰで検出することにより、オイルインジェクション用電磁弁５６Ａが開き、オイルセパレータ４０の底部に溜まったオイルがオイル管５３を通り、オイルインジェクション回路５１Ａから共通の配管１４０を流れ、インジェクション孔１４１、１４２を経てスクロール圧縮要素２の中間圧部分（中間圧室）へ供給され、スクロール圧縮要素２の潤滑を維持する。この場合、冷媒蒸発温度が所定の冷凍温度以下になる運転においては、吐出孔１１３からの吐出冷媒ガス温度は高温となるため、上記のように冷媒用電磁弁５５Ａが開くことにより、オイルインジェクション回路５１Ａからのオイルが、共通の配管１４０を流れ、リキッドインジェクション回路５０Ａからの液冷媒に合流し、インジェクション孔１４１、１４２を経てスクロール圧縮要素１０２の中間圧部（中間圧室）へ供給される。前記蒸発温度検出部ＰＰで検出する所定の冷凍温度は、−４０℃以下の所定の超低温であるが、実施例では−４０℃または−４５℃に設定している。これによって、超低温運転状態におけるスクロール圧縮要素２の温度上昇が抑制されると共に、スクロール圧縮要素２のオイル不足を解消して良好な潤滑を維持する。
【００７４】
また、スクロール圧縮機１００Ａにおいては、スクロール圧縮機１００における場合と同様の動作をさせるために、蒸発器４４の冷媒蒸発温度が所定の冷凍温度以下になったことを後述の蒸発温度検出部ＰＰで検出することにより、オイルインジェクション用電磁弁５６Ｂが開き、オイルセパレータ４０の底部に溜まったオイルがオイル管５３を通り、オイルインジェクション回路５１Ｂから共通の配管１４０を流れ、インジェクション孔１４１、１４２を経てスクロール圧縮要素１０２の中間圧部分（中間圧室）へ供給され、スクロール圧縮要素１０２の潤滑を維持する。この場合、冷媒蒸発温度が所定の冷凍温度以下になる運転においては、吐出孔１１３からの吐出冷媒ガス温度は高温となるため、上記のように冷媒用電磁弁５５Ｂが開くことにより、オイルインジェクション回路５１Ｂからのオイルが、共通の配管１４０を流れ、リキッドインジェクション回路５０Ｂからの液冷媒に合流し、インジェクション孔１４１、１４２を経てスクロール圧縮要素１０２の中間圧部（中間圧室）へ供給される。前記蒸発温度検出部ＰＰで検出する所定の冷凍温度は、−４０℃以下の所定の超低温であるが、実施例では−４０℃または−４５℃に設定している。これによって、超低温運転状態におけるスクロール圧縮要素２の温度上昇が抑制されると共に、スクロール圧縮要素２のオイル不足を解消して良好な潤滑を維持する。
【００７５】
オイルインジェクション回路５１Ａ、５１Ｂに関する前記蒸発温度検出部ＰＰは、蒸発器４４の出口側（蒸発器４４からスクロール圧縮機１００又は１００Ａのスクロール圧縮要素１０２の吸入部までの冷媒路）の冷媒ガスの温度を検出する温度センサでもよいが、実施例では、低圧センサ６５の検知に基づき制御部６２で蒸発器４４の冷媒蒸発温度が演算される構成であり、その場合の前記蒸発温度検出部ＰＰは、低圧センサ６５が相当する。
【実施例２】
【００７６】
図８には、本発明に係る超低温冷凍装置の第２実施例の冷媒配管図である。この場合も実施例１と同様に、本発明に係る超低温冷凍装置は、所定の超低温が得られれば、スクロール圧縮機１００又は１００Ａのいずれか１台で構成される場合でもよい。上記実施例１と同様部分には同一符号付しており、その構成及び作用は実施例１と同様である。この図８の構成が図１の構成と異なるところは、リキッドインジェクション回路５０Ａ及び５０Ｂへの液冷媒の入り口が、過冷却器４１１の出口側配管に接続された構成である。このため、実施例１と同様に、オイルセパレータ４０へ流入してオイルが分離された冷媒ガスは、オイルセパレータ４０の上部から凝縮器４１へ流入して放熱され凝縮される。この放熱によって温度低下した（例えば略５０℃に低下）液冷媒（一部にガス冷媒が混入している場合も含む）は、レシーバタンク４２へその上部から入り、レシーバタンク４２の底部に溜まった液冷媒がレシーバタンク４２の底部から出て過冷器４１１にて過冷却されて温度が低下し（例えば、略４〜５℃に低下）、その過冷却された液冷媒は、膨張弁４３に流入して減圧膨張された後、蒸発器４４へ流入して蒸発器４４で蒸発することにより、スーパーショーケースや冷凍庫等の所定の超低温冷凍領域を−４０℃以下の所定の超低温に冷却する。そして、蒸発器４４を出た冷媒は、アキュムレータ４５を経由して再び冷媒導入管１４５及び１４５Ａよりスクロール圧縮要素１０２の吸込部へ吸い込まれて圧縮され、再び冷媒吐出管１４６及び１４６Ａら吐出されて上記循環を繰り返すように動作する。
【００７７】
実施例２では、レシーバタンク４２の底部に溜まった液冷媒を導入して、この液冷媒を過冷却するための過冷却器４１１が凝縮器４１に併設されて、凝縮用電動ファン４１Ａにて放熱される構成である。この過冷器４１１にて過冷却された液冷媒は、膨張弁４３に流入して減圧膨張されて蒸発器４４へ流入し、上記実施例１同様の動作をするものである。
【００７８】
この実施例２の構成において、スクロール圧縮機１００においては、温度検知部６０が所定の高温度に上昇したことを検知することにより、制御部６２の動作に基づいて冷媒用電磁弁５５Ａが開き、過冷器４１１にて過冷却された液冷媒の一部がリキッドインジェクション回路５０Ａによって、スクロール圧縮要素１０２の中間圧部分（中間圧室）へ供給され、スクロール圧縮要素１０２の温度上昇を抑制する。この場合、温度検知部６０の検知温度に応じた制御部６２の動作に基づいて、設定温度を超える温度差が大きい場合は液冷媒の流量が多く、設定温度を超える温度差が小さい場合は液冷媒の流量が少なくなるように、電動式流量調整弁５４Ａによる液冷媒の流量が所定値に調整される。このようなスクロール圧縮要素１０２の中間圧部分（中間圧室）への液冷媒の供給は、スクロール圧縮要素１０２の中間圧部分（中間圧室）よりもレシーバタンク４２内の圧力が高圧であることによる圧力差によって行なわれる。これによって、スクロール圧縮要素１０２の温度上昇が抑制される。なお、温度検知部６０は、冷媒吐出管１４６または１４６Ａから吐出されるホットガス冷媒の温度を検知するように、冷媒吐出管１４６または１４６Ａに取り付けた場合も、同様の制御動作を得ることができる。
【００７９】
また、スクロール圧縮機１００Ａにおいては、温度検知部６０が所定の高温度に上昇したことを検知することにより、制御部６２の動作に基づいて冷媒用電磁弁５５Ｂが開き、過冷器４１１にて過冷却された液冷媒の一部がリキッドインジェクション回路５０Ｂによって、スクロール圧縮要素１０２の中間圧部分（中間圧室）へ供給され、スクロール圧縮要素１０２の温度上昇を抑制する。この場合、温度検知部６０の検知温度に応じた制御部６２の動作に基づいて、設定温度を超える温度差が大きい場合は液冷媒の流量が多く、設定温度を超える温度差が小さい場合は液冷媒の流量が少なくなるように、電動式流量調整弁５４Ｂによる液冷媒の流量が所定値に調整される。このようなスクロール圧縮要素１０２の中間圧部分（中間圧室）への液冷媒の供給は、スクロール圧縮要素１０２の中間圧部分（中間圧室）よりもレシーバタンク４２内の圧力が高圧であることによる圧力差によって行なわれる。これによって、スクロール圧縮要素１０２の温度上昇が抑制される。なお、温度検知部６０は、冷媒吐出管１４６または１４６Ａから吐出されるホットガス冷媒の温度を検知するように、冷媒吐出管１４６または１４６Ａに取り付けた場合も、同様の制御動作を得ることができる。
【００８０】
また、オイルリターン回路５２Ａ、５２Ｂからそれぞれスクロール圧縮機１００及び１００Ａのオイル溜め１６へのオイル供給は、上記実施例１と同様に行なわれる。
【００８１】
また、オイルインジェクション回路５１Ａ、５１Ｂの動作についても、スクロール圧縮機１００においては、蒸発器４４の冷媒蒸発温度が所定の冷凍温度以下になったことを前記蒸発温度検出部ＰＰで検出したことにより、オイルインジェクション用電磁弁５６Ａが開き、オイルセパレータ４０の底部に溜まったオイルが、オイルインジェクション回路５１Ａからスクロール圧縮要素２の中間圧部分（中間圧室）へ供給され、スクロール圧縮要素２の潤滑を維持する。この場合、冷媒蒸発温度が所定の冷凍温度以下になる運転においては、吐出ポート１０からの吐出冷媒ガス温度は高温となるため、上記のように冷媒用電磁弁５５Ａが開くことにより、オイルインジェクション回路５１Ａからのオイルが、共通の配管Ｓ１にてリキッドインジェクション回路５０Ａからの液冷媒に合流し、共通の配管１４０からスクロール圧縮要素２の中間圧部（中間圧室）へ供給される。前記蒸発温度検出部ＰＰで検出する所定の冷凍温度は、−４０℃以下の所定の超低温であるが、実施例では−４０℃または−４５℃に設定している。これによって、超低温運転状態におけるスクロール圧縮要素２の温度上昇が抑制されると共に、スクロール圧縮要素２のオイル不足を解消して良好な潤滑を維持する。
【００８２】
また、スクロール圧縮機１００Ａにおいては、スクロール圧縮機１００における場合と同様の動作をさせるために、蒸発器４４の冷媒蒸発温度が所定の冷凍温度以下になったことを前記蒸発温度検出部ＰＰで検出したことにより、オイルインジェクション用電磁弁５６Ｂが開き、オイルセパレータ４０の底部に溜まったオイルが、オイルインジェクション回路５１Ｂからスクロール圧縮要素１０２の中間圧部分（中間圧室）へ供給され、スクロール圧縮要素１０２の潤滑を維持する。この場合、冷媒蒸発温度が所定の冷凍温度以下になる運転においては、吐出孔１１３からの吐出冷媒ガス温度は高温となるため、上記のように冷媒用電磁弁５５Ｂが開くことにより、オイルインジェクション回路５１Ｂからのオイルが、共通の配管Ｓ２にてリキッドインジェクション回路５０Ｂからの液冷媒に合流し、共通の配管１４０からスクロール圧縮要素１０２の中間圧部（中間圧室）へ供給される。前記蒸発温度検出部ＰＰで検出する所定の冷凍温度は、−４０℃以下の所定の超低温であるが、実施例では−４０℃または−４５℃に設定している。これによって、超低温運転状態におけるスクロール圧縮要素２の温度上昇が抑制されると共に、スクロール圧縮要素２のオイル不足を解消して良好な潤滑を維持する。
【００８３】
この実施例２の構成によって、レシーバタンク４２を出た液冷媒は、過冷却器４１１に導かれて過冷却されることにより実施例１よりも液冷媒の温度が低下する。このため、乾き度ゼロの液冷媒を過冷却器４１１に導くことができ、過冷却器４１１における熱伝導率を向上でき、過冷却を取り難いＲ４０４Ａ等のＨＦＣ系擬似共沸混合冷媒を採用した冷凍装置において十分な過冷却ができ、スクロール圧縮機１００及び１００Ａの安定した運転、冷凍能力の増加、及びスクロール圧縮機１００及び１００Ａの運転による消費電力の低減を図ることができるものとなり、実施例１の改良効果が期待できる。
【００８４】
図１及び図８に示す超低温冷凍装置では、スクロール圧縮機１００又は１００Ａの２台を備えているが、いずれか１台で構成される場合、例えば、スクロール圧縮機１００にて構成される場合は、スクロール圧縮機１００Ａに関係するリキッドインジェクション回路５０Ｂ、オイルインジェクション回路５１Ｂ、及びオイルリターン回路５２Ｂに係る電磁弁等を含む配管、及びそれに係る制御が省略された構成となる。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明に係るスクロール圧縮機は、上記実施例に示した構成に限定されず、内部低圧型の種々の形態のものに適用できるものであり、本発明の技術範囲において種々の形態の超低温冷凍装置を包含するものである。
なお、内部高圧型のスクロール圧縮機を採用して、図１または図８と同様の超低温冷凍装置を構成することにより、上記同様の作用及び効果が達成できれば、それも本発明の技術範囲の一つの実施形態として含まれるものとなる。
【符号の説明】
【００８６】
４０・・・・オイルセパレータ
４１・・・・凝縮器
４１１・・・過冷却器
４１Ａ・・・凝縮用電動ファン
４２・・・・レシーバタンク
４３・・・・膨張弁
４４・・・・蒸発器
４４Ａ・・・冷却用電動ファン
５０Ａ・・・リキッドインジェクション回路
５０Ｂ・・・リキッドインジェクション回路
５１Ａ・・・オイルインジェクション回路
５１Ｂ・・・オイルインジェクション回路
５２Ａ・・・オイルリターン回路
５２Ｂ・・・オイルリターン回路
５４Ａ・・・電動式流量調整弁
５４Ｂ・・・電動式流量調整弁
５５Ａ・・・冷媒用電磁弁
５５Ｂ・・・冷媒用電磁弁
５６Ａ・・・オイルインジェクション用電磁弁
５６Ｂ・・・オイルインジェクション用電磁弁
５７Ａ・・・オイル用電磁弁
５７Ｂ・・・オイル用電磁弁
５８Ａ・・・キャピラリチューブ
５８Ｂ・・・キャピラリチューブ
６０・・・・温度検知部
６１Ａ・・・オイルレベル検知部
６１Ｂ・・・オイルレベル検知部
６２・・・・制御部
６３・・・・蒸発器４４の出・入口温度を検出する温度センサ
６４・・・・高圧センサ
６５・・・・低圧センサ
６６Ａ・・・高圧圧力スイッチ
６６Ｂ・・・高圧圧力スイッチ
６７・・・・インバータ回路
７０・・・・超低温冷凍領域または蒸発器４４の温度を検出する温度センサ
１００・・・スクロール圧縮機
１００Ａ・・スクロール圧縮機
１０１・・・密閉容器
１０２・・・スクロール圧縮要素
１０３・・・電動要素
１０５・・・回転軸
１０４・・・上支持フレーム（メインフレーム）
１１１・・・吐出圧力空間
１１３・・・吐出孔
１１４・・・固定スクロール
１１６・・・固定スクロールの鏡板
１１７・・・固定スクロールのラップ
１１５・・・揺動スクロール
１２０・・・揺動スクロールの鏡板
１２１・・・揺動スクロールのラップ
１２５・・・圧縮空間
１２７・・・カバー
１２８・・・吐出マフラー室
１４１・・・インジェクション孔
１４２・・・インジェクション孔
１４４・・・リキッドインジェクション通路
１６２・・・オイル溜め
ＰＰ・・・・蒸発温度検出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦型の密閉容器内に、電動要素と、前記電動要素によって駆動されるスクロール圧縮要素が収容され、前記密閉容器内底部にオイル溜めを設け、前記電動要素の回転軸の下部に前記回転軸の回転によって前記オイル溜めのオイルを前記スクロール圧縮要素へ供給するオイルポンプを設け、前記スクロール圧縮要素に連通した吸入管から吸い込んだ冷媒ガスを前記スクロール圧縮要素にて圧縮し、前記密閉容器外に吐出するスクロール圧縮機を備え、前記吐出される冷媒ガスが、オイルセパレータ、凝縮器、液冷媒を溜めるレシーバタンクを経て膨張弁にて減圧膨張された液冷媒を蒸発器で蒸発した後、再び前記吸入管から前記スクロール圧縮要素へ帰還する冷媒循環回路を形成した超低温冷凍装置において、前記オイルセパレータで冷媒から分離されたオイルを前記オイル溜めへ供給するオイルリターン回路と、前記レシーバタンクに溜まった液冷媒の一部または前記レシーバタンクを出た冷媒を過冷却器で過冷却した液冷媒の一部を前記スクロール圧縮要素の低圧部または中間圧部分へ供給するリキッドインジェクション回路と、前記蒸発器の冷媒蒸発温度が所定の冷凍温度以下において前記オイルセパレータで冷媒から分離されたオイルを前記スクロール圧縮要素の低圧部または中間圧部分へ供給するオイルインジェクション回路を備えたことを特徴とするスクロール圧縮機を備えた超低温冷凍装置。
【請求項２】
前記オイルリターン回路は前記オイル溜めのオイルレベル検知部の検知に基づき前記オイルリターン回路を開閉するオイル用電磁弁を備え、前記リキッドインジェクション回路は前記スクロール圧縮要素にて圧縮された吐出冷媒ガスの温度を検出する温度検知部の検知に基づき前記リキッドインジェクション回路を開閉する冷媒用電磁弁を備え、前記オイルインジェクション回路は、前記蒸発器の冷媒蒸発温度が所定の冷凍温度以下において前記オイルインジェクション回路を開いて前記スクロール圧縮要素の低圧部または中間圧部分へのオイル供給を可能とするオイルインジェクション用電磁弁を備えたことを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機を備えた超低温冷凍装置。
【請求項３】
前記リキッドインジェクション回路と前記オイルインジェクション回路が並列回路構成であることを特徴とする請求項１または２に記載のスクロール圧縮機を備えた超低温冷凍装置。
【請求項４】
前記リキッドインジェクション回路と前記オイルインジェクション回路が並列回路構成であり、前記リキッドインジェクション回路を流れる液冷媒と前記オイルインジェクション回路を流れるオイルが合流して、前記スクロール圧縮要素の低圧部または中間圧部分へ供給されることを特徴とする請求項１または２に記載のスクロール圧縮機を備えた超低温冷凍装置。
【請求項５】
前記冷媒用電磁弁を備えた前記リキッドインジェクション回路と、前記オイルインジェクション用電磁弁を備えた前記オイルインジェクション回路が並列回路構成であり、且つ前記冷媒用電磁弁を通過した液冷媒と前記オイルインジェクション用電磁弁を通過したオイルとが合流して、前記スクロール圧縮要素の低圧部または中間圧部分へ供給されることを特徴とする請求項２に記載のスクロール圧縮機を備えた超低温冷凍装置。
【請求項６】
前記オイルインジェクション回路は、その一部または全部がオイル流量を所定の流量に制限するキャピラリチューブ構成であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のスクロール圧縮機を備えた超低温冷凍装置。
【請求項７】
前記蒸発器の冷媒蒸発温度が所定の冷凍温度以下になったことの検知は、前記冷媒蒸発温度を検知する温度検知部、または前記蒸発器の出口から前記スクロール圧縮要素の吸い込み部までの低圧を検知する低圧センサの検知に基づくことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のスクロール圧縮機を備えた超低温冷凍装置。
【請求項１】
縦型の密閉容器内に、電動要素と、前記電動要素によって駆動されるスクロール圧縮要素が収容され、前記密閉容器内底部にオイル溜めを設け、前記電動要素の回転軸の下部に前記回転軸の回転によって前記オイル溜めのオイルを前記スクロール圧縮要素へ供給するオイルポンプを設け、前記スクロール圧縮要素に連通した吸入管から吸い込んだ冷媒ガスを前記スクロール圧縮要素にて圧縮し、前記密閉容器外に吐出するスクロール圧縮機を備え、前記吐出される冷媒ガスが、オイルセパレータ、凝縮器、液冷媒を溜めるレシーバタンクを経て膨張弁にて減圧膨張された液冷媒を蒸発器で蒸発した後、再び前記吸入管から前記スクロール圧縮要素へ帰還する冷媒循環回路を形成した超低温冷凍装置において、前記オイルセパレータで冷媒から分離されたオイルを前記オイル溜めへ供給するオイルリターン回路と、前記レシーバタンクに溜まった液冷媒の一部または前記レシーバタンクを出た冷媒を過冷却器で過冷却した液冷媒の一部を前記スクロール圧縮要素の低圧部または中間圧部分へ供給するリキッドインジェクション回路と、前記蒸発器の冷媒蒸発温度が所定の冷凍温度以下において前記オイルセパレータで冷媒から分離されたオイルを前記スクロール圧縮要素の低圧部または中間圧部分へ供給するオイルインジェクション回路を備えたことを特徴とするスクロール圧縮機を備えた超低温冷凍装置。
【請求項２】
前記オイルリターン回路は前記オイル溜めのオイルレベル検知部の検知に基づき前記オイルリターン回路を開閉するオイル用電磁弁を備え、前記リキッドインジェクション回路は前記スクロール圧縮要素にて圧縮された吐出冷媒ガスの温度を検出する温度検知部の検知に基づき前記リキッドインジェクション回路を開閉する冷媒用電磁弁を備え、前記オイルインジェクション回路は、前記蒸発器の冷媒蒸発温度が所定の冷凍温度以下において前記オイルインジェクション回路を開いて前記スクロール圧縮要素の低圧部または中間圧部分へのオイル供給を可能とするオイルインジェクション用電磁弁を備えたことを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機を備えた超低温冷凍装置。
【請求項３】
前記リキッドインジェクション回路と前記オイルインジェクション回路が並列回路構成であることを特徴とする請求項１または２に記載のスクロール圧縮機を備えた超低温冷凍装置。
【請求項４】
前記リキッドインジェクション回路と前記オイルインジェクション回路が並列回路構成であり、前記リキッドインジェクション回路を流れる液冷媒と前記オイルインジェクション回路を流れるオイルが合流して、前記スクロール圧縮要素の低圧部または中間圧部分へ供給されることを特徴とする請求項１または２に記載のスクロール圧縮機を備えた超低温冷凍装置。
【請求項５】
前記冷媒用電磁弁を備えた前記リキッドインジェクション回路と、前記オイルインジェクション用電磁弁を備えた前記オイルインジェクション回路が並列回路構成であり、且つ前記冷媒用電磁弁を通過した液冷媒と前記オイルインジェクション用電磁弁を通過したオイルとが合流して、前記スクロール圧縮要素の低圧部または中間圧部分へ供給されることを特徴とする請求項２に記載のスクロール圧縮機を備えた超低温冷凍装置。
【請求項６】
前記オイルインジェクション回路は、その一部または全部がオイル流量を所定の流量に制限するキャピラリチューブ構成であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のスクロール圧縮機を備えた超低温冷凍装置。
【請求項７】
前記蒸発器の冷媒蒸発温度が所定の冷凍温度以下になったことの検知は、前記冷媒蒸発温度を検知する温度検知部、または前記蒸発器の出口から前記スクロール圧縮要素の吸い込み部までの低圧を検知する低圧センサの検知に基づくことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のスクロール圧縮機を備えた超低温冷凍装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２４７１０５（Ｐ２０１２−２４７１０５Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１８０４７（Ｐ２０１１−１１８０４７）
【出願日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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