2004 Fiscal Year Annual Research Report
二酸化炭素を冷媒として用いる遷臨界ヒートポンプサイクルの高効率化に関する研究
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14350102
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
飛原 英治 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (00156613)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
王 剣鋒 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助教授 (30345269)
大宮司 啓史 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助教授 (10302754)
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| Keywords | ヒートポンプ / 二酸化炭素 / COP / 気液二相エジェクタ / 遷臨界サイクル |
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| Research Abstract |
本研究では二酸化炭素冷媒を用いた冷凍機のCOPの低さを改善すると期待されている、エジェクタと呼ばれる膨張動力回収機構の研究・開発を行っている。本年度は、昨年度に行った超音速ノズルに対する研究成果に基づき、実際にエジェクタ全体を設計し、それを組み込んだ実際のエジェクタ式ヒートポンプを製作、性能試験を行い、その実験結果に対する解析を行った。本年度の研究成果により以下のことを明らかにすることが出来た。まず、エジェクタサイクルにおけるエジェクタの性能は、混合部とディフューザにおいて生じる擬似衝撃波などによる昇圧特性と、エジェクタ出口から気液分離器、絞り弁、蒸発器を通ってエジェクタの吸引部に至る吸引流の流路全体にわたる圧力損失特性とのバランスする点から決定されるということを明らかにした。またこのことから、吸引流の流路に設置された絞り弁によって、吸引流量をどのように制御することがCOPを最適にすることになるかを明らかにした。エジェクタの混合部径を変化させた時の実験結果は上記の理解に基づいて説明でき、混合部径の最適値も予測可能である。ノズル効率やディフューザ効率を適切に仮定することで実験値を精度よく説明できる。混合部長さに関しては、擬似衝撃波を内包する必要最低限の長さが最適との結果を得たが、二酸化炭素の粘性の低さから、長すぎることによるデメリットはそれほど過大ではないことが分かった。
二酸化炭素を作動媒体とする熱交換器の効率向上については,内径が1mm〜6mmの伝熱管を用いて,蒸発熱伝達の性能を中心に熱交換性能の研究を行うと共に,潤滑オイルを含む場合の伝熱性能の解明を行った。ドライアウトが発生する前のプリドライアウト熱伝達,ドライアウトが発生するクオリティ,ドライアウト発生後のポストドライアウト熱伝達について実験結果から相関式を求めることができた。
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