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京都議定書による温室効果ガスの排出規制において，冷凍空調機器については「代替フロン等第3ガスの排出規制」に より，HFCsが温室効果ガスに指定されている．そこで，地球温暖化係数が低く，環境に優しい冷媒技術の開発が急務と なっている． 自然冷媒であるCO2 冷媒は，GWP（Global Worming Potential ；地球温暖化係数）が1 と小さく，給湯では高温給湯が 可能であり，また，COP（Coefficient of Performance；成績係数）も高いため，家庭用や業務用の給湯機として実用化さ れている．しかし，空調機への適用では，CO2冷媒を用いた冷凍サイクルのCOPはHFC冷媒を用いた冷凍サイクルに比 べて低く，高効率化技術の開発が必要となっている． CO2 冷媒を用いるとガスクーラと蒸発器間が高差圧となるため，膨張弁で行われている減圧過程の絞り損失を有効な 仕事として回収するような膨張機を用いることにより，COP改善が可能である．膨張機は冷媒が高圧から低圧になる膨 張エネルギーを動力として回収し，たとえば冷媒を圧縮する動力の一部として用いるものである． 膨張機の構成の一例としては，スクロール圧縮機と同形状の固定スクロールと揺動スクロールで，膨張機構，圧縮機 構それぞれを構成したものがある．これは，膨張機構の固定スクロール中央より高圧冷媒を導入し，吸入側に流出させ ることにより揺動スクロールを駆動する．次に，この揺動スクロールに連係した軸を回転し，軸のもう一方に連係した 圧縮機構の揺動スクロールで冷媒を吸入し圧縮して吐出するように動作する． 膨張機の設置位置は，膨張機構によって駆動される圧縮機構を，主圧縮機の「吸入側に設けるもの」と「吐出側に設 けるもの」の2 種類がある． 図１は，前者（圧縮機構吸入側設置）の冷凍サイクル構成とその動作（P－h 線図）を示す．各動力は，次となる． 主圧縮機圧縮動力＝hc－ hb， 膨張機回収（＝圧縮）動力＝ hb－ ha，膨張動力＝ hd－ he 
図２は，後者（圧縮機構吐出側設置）の冷凍サイクル構成とその動作（P－h 線図）である．同様に，各動力は，次と なる． 主圧縮機圧縮動力＝ hb － ha， 膨張機回収（＝圧縮）動力＝ hc－ hb，膨張動力＝ hd－ he 膨張機を設けたCO2 冷媒の冷凍サイクルCOPが，設けない場合に比べて，冷房で約30 ％改善できたとの報告がある． 
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