蒸気圧縮冷凍サイクル
h 2 + m h 6 + h 5 = ( 1 + m ) h 3 + h 7 {\displaystyle h_{2}+mh_{6}+h_{5}=(1+m)h_{3}+h_{7}}
h5 = h6 に注意して、
1 + m = h 2 − h 7 h 3 − h 5 {\displaystyle 1+m={\frac {h_{2}-h_{7}}{h_{3}-h_{5}}}}
したがって成績係数は
( C O P ) R = q c w = h 1 − h 7 h 2 − h 1 + h 2 − h 7 h 3 − h 5 ( h 4 − h 3 ) = ( h 3 − h 5 ) ( h 1 − h 7 ) ( h 3 − h 5 ) ( h 2 − h 1 ) + ( h 2 − h 7 ) ( h 4 − h 3 ) {\displaystyle {\begin{aligned}\mathrm {(COP)_{R}} &={\frac {q_{c}}{w}}={\frac {h_{1}-h_{7}}{h_{2}-h_{1}+{\frac {h_{2}-h_{7}}{h_{3}-h_{5}}}(h_{4}-h_{3})}}\\&={\frac {(h_{3}-h_{5})(h_{1}-h_{7})}{(h_{3}-h_{5})(h_{2}-h_{1})+(h_{2}-h_{7})(h_{4}-h_{3})}}\end{aligned}}}
となる。
(6l → 7) :分離した冷媒飽和液を膨張弁(Expansion Valve)で絞り膨張する。
(7 → 8) :蒸発器で周囲から吸熱する。
(8 → 9) :蒸発器を出た冷媒は、エジェクタで生じた低圧に引かれて混合部へ吸引される。
このサイクルでは、冷媒の膨張と圧縮が2段階で行われている(ノズルによる膨張と絞り弁による膨張、およびディフューザによる圧縮と圧縮機による圧縮)。このうちノズルによる膨張は理想的には等エントロピー膨張であり、得られる力学的仕事は速度エネルギーとなっている。この速度エネルギーをディフューザに用いて冷媒の低圧側の圧縮を行っていることになる。
ノズルでは低かわき度二相流となり、液滴(液塊)と蒸気が混在しているため、普通のノズルでは気液の速度差が甚大となって渦を生じ、速度エネルギーが粘性により散逸消失してしまう。これをデンソーは、ノズルでの膨張を2段階に分けて行うことにより液滴の微細化を実現した。さらに混合部、ディフューザ部の形状最適化を行い、高効率なエジェクタ開発に成功した。このエジェクタサイクルを膨張弁サイクルと比較すると、次のような特長がある。
ノズル・ディフューザで動力回収が行われるため圧縮機の動力が低減できる(2段圧縮2段膨張サイクルに損失のない膨張機を用いて、その動力で低圧側の圧縮機を駆動したのに相当する)。
気液分離が行われるため圧縮機での液圧縮を防止できる。
膨張機に比べて極めて単純な構造である。
同一条件での成績係数が、膨張弁サイクルに比べて約 50% 向上する。
容量制御機構を持たない圧縮機において、圧縮機吐出しガスをホットガスバイパス弁で膨張弁出口にバイパスさせ容量制御を行うことがある。バイパスガスを余分に圧縮しなければならないので成績係数は低下する。