2011 Fiscal Year Annual Research Report
二相流膨張波の吸引力を利用したノンフロン炭酸ガス冷凍サイクルのエジェクタの研究
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21560210
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
中川 勝文 豊橋技術科学大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (50135414)
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| Keywords | 冷凍サイクル / 炭酸ガス / エジェクタ / 二相流 / 膨張波 / 超音速 / 衝撃波 / 成績係数 |
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| Research Abstract |
我が国においても、京都議定書が採択され、温室効果ガスの削減が義務づけられた。現在、空調機に使われている代替フロン冷媒は炭酸ガスに比べ1300倍の地球温暖化係数を持っている。この代替フロンの転換を進め、環境負荷の小さい炭酸ガスのような自然冷媒を採用する必要がある。しかし、炭酸ガスは大きなコンプレッサ仕事を必要とし、成績係数が低下する。エジェクタはこの無駄に捨てられている膨張エネルギーを回収して、冷凍サイクルの効率を高めることができる。本研究の目的は、エジェクタのノズル出口と吸引部に発生する膨張波の特性を詳しく調べ、吸引効率を改良し、二相流エジェクタの効率をさらに高めることである。
昨年度までに開発してきた超音速二相流を解くプログラムを利用して、二相流エジェクタの駆動流ノズル出口に発生する二相流膨張波の特徴を理論的に調べた。超音速二相流ノズルの出口状態が不足膨張状態のとき、二相流がノズル出口部で急激に膨張するため、二相流膨張波が発生する。吸引部の圧力は実質的に低下し、ノズル出口圧力に比べ真空部を作る。この効果が実際に発生するかを理論的に調べた。その結果、膨張波が発生し、その直後にディスク型の衝撃波が続くことが明らかにされた。また発生する膨張波による減圧は、ミスト流のミストの粒子径が小さければ小さいほど大きくなることが理論的に明らかになった。
この効果を実験で実証するために、混合部の長さが異なる二相流エジェクタを作製し、膨張波と衝撃波による加圧状況を調べた。混合部壁面では、吸引部だけが流れているので膨張波による減圧は測定できないが、衝撃波による圧力上昇が観測された。混合部の長さが短い場合、膨張波が混合部壁面まで到達しないので、真空が得られず、圧力回復が低い結果を得たが、混合部の長さが十分あるときは膨張波による真空部の発生のため大きな昇圧があることが明らかにされた。
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