京都議定書による温室効果ガスの排出規制において，冷凍空調機器については「代替フロン等第3ガスの排出規制」に
より，HFCsが温室効果ガスに指定されている．そこで，地球温暖化係数が低く，環境に優しい冷媒技術の開発が急務と
なっている．
自然冷媒であるCO2 冷媒は，GWP（Global Worming Potential ；地球温暖化係数）が1 と小さく，給湯では高温給湯が
可能であり，また，COP（Coefficient of Performance；成績係数）も高いため，家庭用や業務用の給湯機として実用化さ
れている．しかし，空調機への適用では，CO2冷媒を用いた冷凍サイクルのCOPはHFC冷媒を用いた冷凍サイクルに比
べて低く，高効率化技術の開発が必要となっている．
CO2 冷媒を用いるとガスクーラと蒸発器間が高差圧となるため，膨張弁で行われている減圧過程の絞り損失を有効な
仕事として回収するような膨張機を用いることにより，COP改善が可能である．膨張機は冷媒が高圧から低圧になる膨
張エネルギーを動力として回収し，たとえば冷媒を圧縮する動力の一部として用いるものである．
膨張機の構成の一例としては，スクロール圧縮機と同形状の固定スクロールと揺動スクロールで，膨張機構，圧縮機
構それぞれを構成したものがある．これは，膨張機構の固定スクロール中央より高圧冷媒を導入し，吸入側に流出させ
ることにより揺動スクロールを駆動する．次に，この揺動スクロールに連係した軸を回転し，軸のもう一方に連係した
圧縮機構の揺動スクロールで冷媒を吸入し圧縮して吐出するように動作する．
膨張機の設置位置は，膨張機構によって駆動される圧縮機構を，主圧縮機の「吸入側に設けるもの」と「吐出側に設
けるもの」の2 種類がある．
図１は，前者（圧縮機構吸入側設置）の冷凍サイクル構成とその動作（P－h 線図）を示す．各動力は，次となる．
主圧縮機圧縮動力＝hc－ hb，
膨張機回収（＝圧縮）動力＝ hb－ ha，膨張動力＝ hd－ he
図２は，後者（圧縮機構吐出側設置）の冷凍サイクル構成とその動作（P－h 線図）である．同様に，各動力は，次と
なる．
主圧縮機圧縮動力＝ hb － ha，
膨張機回収（＝圧縮）動力＝ hc－ hb，膨張動力＝ hd－ he
膨張機を設けたCO2 冷媒の冷凍サイクルCOPが，設けない場合に比べて，冷房で約30 ％改善できたとの報告がある．
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