蒸気圧縮冷凍サイクル
圧縮機流入蒸気の過熱度が大きすぎ吐出しガスの温度が高すぎる場合、受液器から調節弁での液噴射で、圧縮機吸込み蒸気の過熱度を低下させることがある。噴射液の割合分だけ成績係数は低下する。
冷凍温度が低くなり圧縮機の圧力比が大きくなると、
圧縮機の容積効率が低下し、冷媒循環量が減少する。
圧縮後の冷媒温度が高くなり、所要動力が増加すると共に、潤滑油の劣化や冷媒の変質をきたす。
等の弊害が生じる。これを防ぐために2段圧縮として、中間冷却を行う。これにより所要動力も低減し、成績係数の向上にもつながる。
低圧・高圧圧縮機の中間圧力を安定させるために、いくつかの方法が取られるが、代表的な方法を以下に示す。
図1.蒸気圧縮冷凍機の構成
図2.蒸気圧縮冷凍サイクルの P-v 線図
このサイクルを用いる冷凍機は、図1のように圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器で構成され、この順に循環する。圧縮機-凝縮器の間に油分離器、凝縮器-膨張弁間に受液器(アンモニア冷凍機の場合は液溜め)などの補助機器が入る場合もある。
この間の冷媒の状態変化を単純化して下表および P-v 線図上(図2)に示す。
圧縮機入口1は飽和蒸気(または過熱蒸気)であり、圧縮機出口2は過熱蒸気となる(フロン系冷媒では過熱度は小さい)。凝縮器では、飽和液(またはサブクール液)3まで冷却される。膨張弁はニードル弁形の自動膨張弁か、簡単なものでは毛細管であり、不可逆の絞り変化を行い、減圧により一部の液が蒸発して温度が低下し、湿り蒸気(図の例ではかわき度 38.3 %)となる。蒸発器で残りの液が蒸発して周りから吸熱し、圧縮機入口へ戻る。
以上のサイクルを T-s 線図および P-h 線図に描きなおしたものを下図に示す。
図3.蒸気圧縮冷凍サイクルの T-s 線図
図4.蒸気圧縮冷凍サイクルの P-h 線図
圧力比(凝縮器圧力と蒸発器圧力の比)が7程度以下であれば、上記のような1段圧縮のサイクルが用いられるが、それ以上の圧力比では多段圧縮サイクル(各圧力比は5程度以下)とする。多段の場合は、所要動力を節約するために圧縮機中間冷却、多段絞り等の種々の工夫したサイクルが用いられる。