Development of High Efficiency Carbon-dioxide Refrigeration Cycle Using Pressure Rise Performance by Two-phase Flow Shock Wave

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K14887
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 19010:Fluid engineering-related
• Research Institution: Meijo University (2020); Toyohashi University of Technology (2019)
• Principal Investigator: Kawamura Yosuke 名城大学, 理工学部, 助教 (80783505)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: エジェクタ / 気液二相流 / 炭酸ガス / 冷凍サイクル / 衝撃波

Outline of Final Research Achievements

In this study, we aimed to develop a new ejector that utilizes the pressure rising effect of shock waves for the ejector used for the purpose of improving the coefficient of performance in the carbon dioxide refrigeration cycle. Therefore, in order to identify the shape factors that affect the generation of shock waves, the experiment was conducted by incorporating a prototype laminated ejector into a carbon dioxide heat pump cycle. From the experimental results, with no suction flow rate, a pressure increase of about 0.85 MPa could be obtained in the mixing section and diffuser section, confirming the potential of this ejector. In addition, the theoretical calculation results under the same inlet conditions showed a pressure increase of about 0.91 MPa, demonstrating that the desired performance can be obtained with the prototype ejector.

Free Research Field

混相流工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

実験より得られた昇圧量と理論計算結果が近しい値を示したことから、本研究にて製作したエジェクタの設計時に用いた断熱理論モデルが有効であることが明らかとなった。また、圧力計によって測定された静圧分布と熱電対によって測定された飽和温度を用いて算出された飽和圧力分布が概ね一致していることから、熱電対による飽和圧力測定の有効性が明らかとなった。
さらに、今回得られたエジェクタのポテンシャルが発揮された場合、理想的な従来型の膨張弁冷凍サイクルに比べて圧縮機仕事を約38.6%も削減できることから、冷凍空調機器のエネルギー消費削減に大きな期待を持てると考えられる。