HVACシステムの原理の説明

空気熱源ヒートポンプデュアル供給システムの原理

空気熱源ヒートポンプの動作原理は、冬季には冷媒を熱媒体として空気中の熱エネルギーを吸収し、コンプレッサーによって低温の熱エネルギーを高温の熱エネルギーに変換し、システム内の循環水を加熱することです。夏季には、冷媒を冷媒として空気中の冷気を吸収し、高温の熱エネルギーをコンプレッサーによって低温の冷気に変換し、冷凍システムで水を循環させます。

渦流冷凍システムの原理

渦冷凍機は、互いに連動する二重関数方程式プロファイルを持つ2つの移動渦と静止渦で構成されています。吸入、圧縮、排気のプロセス中、固定ディスクはフレームに固定され、移動ディスクは偏心軸によって駆動され、回転防止機構によって拘束され、固定ディスクのベース円の中心を中心とする小半径平面内で回転します。

ガスはエアフィルターを通して固定ディスクの周縁部に吸い込まれ、偏心軸の回転に伴い、固定ディスクと固定ディスクの融合によって形成された複数の三日月形の圧縮室で徐々に圧縮され、固定ディスク中央部の軸孔から連続的に排出されます。

 冷凍の原理 吸収冷凍の原理

吸収冷凍では、水やアンモニアなどの環境や大気のオゾン層に無害な天然冷媒を使用します。

熱エネルギーを駆動エネルギー源とし、ボイラー蒸気や燃料により発生する熱エネルギーの利用に加え、廃熱、廃熱、太陽熱などの低品位熱エネルギーも利用でき、同一装置で冷房と暖房（加熱）の二役を実現します。

逆カルノー原理

逆カルノーサイクルは、2 つの定温プロセスと 2 つの断熱プロセスで構成される理想的な可逆冷凍サイクルです。

サイクル中、高温熱源と低温熱源は一定であり、凝縮器と蒸発器における冷媒と熱源間の伝熱温度差は発生しません。冷媒は損失を考慮せずに様々な機器を通過します。したがって、逆カルノーサイクルは最も高い冷凍係数を有する理想的な冷凍サイクルですが、工学的に実現することはできません。

CO2トランスクリティカルサイクル

低温・低圧のCO2冷媒は、蒸発器において周囲の環境媒体または冷却対象物から熱を吸収し、液体から低圧の過熱蒸気へと変化します。この低圧CO2蒸気はCO2冷凍機コンプレッサに入り、断熱圧縮されて高圧・高温のガスとなります。その後、高圧・高温のCO2ガスは空気冷却器に入り、冷却媒体と熱交換して放熱し、一定圧力で冷却されます。

その後、絞り装置（または膨張機）に入り、断熱絞り（または断熱膨張）によって低圧・低温の湿り蒸気が生成されます。低圧・低温のCO2液は再び蒸発器に入り、定圧吸熱・蒸発により冷却媒体の温度が低下し、冷却能力が得られます。このサイクルを繰り返すことで、連続冷却を実現します。

カスケード冷凍サイクルシステム

3つの単段圧縮サイクルからなるカスケード冷凍サイクルシステム。このサイクルでは、CO2が供給ガスと冷媒の両方として機能し、システムはオープンサイクルで動作します。 

コンデンサーから出てきた高圧液体は2つに分かれ、1つはインタークーラー絞り弁によって中間圧力に絞られ、インタークーラー内で蒸発します。もう1つはコイル内の中間冷却器を通過し、管外の中間圧力下で蒸発した冷媒蒸気と熱交換して過冷却の目的を達成します。 

その後、さらに過冷却するために再加熱器に入り、絞り弁によって絞られて凝縮圧力が蒸発圧力まで下げられ、その後蒸発器で蒸発および冷却されます。 

蒸発器を出た冷媒の飽和蒸気は、再加熱器で再加熱され、低圧段圧縮機に吸入され、中間圧力まで圧縮された後、高圧段圧縮機の吸入管に吐出されます。中間冷却器を出た飽和蒸気と混合された後、高圧段圧縮機に入り、凝縮圧力まで圧縮されます。凝縮器で高圧液体に凝縮し、再び循環します。

ヘリウム冷凍による水素液化システム

ヘリウム冷凍の水素液化システムは、水素液化プロセスと水素冷凍サイクルの2つの部分で構成されています。水素液化プロセスでは、圧縮された水素ガスが液体ヘリウムによって予冷され、熱交換器内で冷たいヘリウムガスによって凝縮されて液体になります。

蒸気圧縮冷凍の原理

圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器から構成され、これらは配管で接続されて密閉系を形成します。冷媒液は蒸発器で低温の被冷却物と熱交換し、被冷却物の熱を吸収して気化します。この低圧蒸気は圧縮機に吸入され、圧縮されて高圧で吐出されます。

圧縮機から吐出された高圧のガス冷媒は凝縮器に入り、常温の冷却水または空気によって冷却され、凝縮して高圧の液体となります。高圧の液体は膨張弁を通過すると、低圧・低温の気液二相混合気となり、蒸発器に入ります。液体冷媒は蒸発器で蒸発・冷却され、発生した低圧の蒸気は再び圧縮機に吸入されます。

このサイクルは繰り返され、絶えず繰り返されます。