二酸化炭素冷凍サイクルにおける膨張／圧縮機の運転特性

福田充宏・柳沢　正・中屋誠治

　
　　二酸化炭素冷凍サイクルは，絞り損失を膨張機によって回収することで，サイクルの性能を改善することができる．回収動力を利用する一つの形態として，２段圧縮サイクルの２段目の圧縮機を膨張機により駆動するサイクルが挙げられるが，この場合には１段目の圧縮機と２段目の圧縮機の間に中間熱交換器を入れることができ，２段目圧縮機の圧縮動力を低減することが可能である．本研究では２段目圧縮機を膨張機により自律的に駆動する膨張／圧縮機を試作し，その運転特性を検討した．その結果，一体形機は圧縮機と膨張機の流量と軸動力がバランスする点で運転され，その運転バランス点は膨張機と圧縮機それぞれの運転特性を考慮することにより予測可能であることが示された．膨張／圧縮機はサイクル性能を向上させるが，サイクルの運転条件が設計点からずれると放熱圧力を最適条件に保つことができず，サイクルの性能が低下する．放熱圧力を最適に保つために，膨張機前における予膨張や膨張機のバイパスを行うことにより，広い範囲において良好なサイクル性能が得られることが分かった．
　
キーワード：自然冷媒，圧縮機，膨張機，二酸化炭素，２段圧縮，放熱圧力制御