蒸気圧縮冷凍サイクル
図15.2段圧縮2段膨張サイクルの構成
図16.2段圧縮2段膨張サイクルの P-h 線図
図15のように、凝縮器を出た冷媒液の全量を第1膨張弁を通して、中間冷却器へ入れ、中間冷却器の上部の冷媒飽和蒸気を高圧圧縮機へ、下部の冷媒飽和液を第2膨張弁へ導く。中間冷却機の液面が所定の値になるように、二つの膨張弁を制御する。蒸発器を流れる冷媒 1 kg に対して、中間冷却器では、低圧圧縮機を通った冷媒 1 kg に、第1膨張弁を通った冷媒の一部 m (kg) が加わり、(1 + m) kg が高圧圧縮機、凝縮器を流れることになる。P-h 線図は図 16 のようになる(過冷却、過熱は省略)。
蒸発器流量 1 kg あたりの冷凍効果
q c = h 1 − h 8 = h 1 − h 7 {\displaystyle q_{c}=h_{1}-h_{8}=h_{1}-h_{7}}
蒸発器流量 1 kg あたりの圧縮機所要仕事は
w = h 2 − h 1 + ( 1 + m ) ( h 4 − h 3 ) {\displaystyle w=h_{2}-h_{1}+(1+m)(h_{4}-h_{3})}
中間冷却器の熱量収支より
h 2 + ( 1 + m ) h 6 = ( 1 + m ) h 3 + h 7 {\displaystyle h_{2}+(1+m)h_{6}=(1+m)h_{3}+h_{7}}
冷媒単位質量あたりの熱および仕事の出入りは、各状態の比エンタルピー h を用いて下表のように求まる。膨張弁ではエンタルピー変化がないため、h3 = h4 であることに注意。
冷凍機では qc が冷凍効果(冷媒単位質量あたり低温から受け取る熱量)であり、冷媒循環量を G (kg/s) とすると、冷凍(冷房)能力 Q (kJ/s = kW)および所要動力 W は
Q = G q c = G ( h 1 − h 3 ) W = G w = G ( h 2 − h 1 ) {\displaystyle {\begin{aligned}&Q=Gq_{c}=G(h_{1}-h_{3})\\&W=Gw=G(h_{2}-h_{1})\end{aligned}}}
となる。
成績係数(動作係数)COP は両者の比として次式となる。