膨張機段数問題

膨張機の原理とは、圧縮されたガスが膨張して圧力が下がる際に外部に機械的仕事を出力し、それによってガスの温度を下げて冷量を得る機械のことです。膨張機は、極低温装置でよく使用されます。膨張機は、動作形態と構造によってピストン式膨張機とタービン式膨張機の2種類に分けられる。ピストン膨張機は、高圧比かつ小流量の中小規模な高・中圧深低温装置に主に適しています。タービン膨張機はピストン膨張機と比べて、流量が大きく、構造がシンプルで、体積が小さく、効率が高く、運転サイクルが長いという特徴を持ち、大型から中型の極低温装置に適しています。 　　ピストン膨張機とは、可変容積内でガスを膨張させて外部仕事を生み出し、冷却を行う膨張機である（通常は電動機によってその外部仕事が吸収される）。この膨張機には、分離型と横置き型の2種類があります。多く採用されているのは垂直型構造で、クランクシャフト、連結棒、クロスヘッド、ピストン、吸気バルブ、排気バルブなどが動部品であり、それぞれフレーム、シリンダー、および中間ベースに取り付けられている。その働きは往復ピストン圧縮機に類似しているが、吸気・排気バルブの開閉は吸気・排気カムによってタイミング制御される。ピストン式膨張機は、吸排気バルブによる流動抵抗、不完全な膨張、摩擦熱、外部熱と内部熱の交換などに起因する冷却量の損失があるため、一般的な断熱効率は、高圧膨張機で65～85％、中圧膨張機で60～70％である。1950年代に相次いで登場した、カム駆動機構を用いない無バルブおよび単バルブ式膨張機は、膨張機の可動部品を減らし、機械の信頼性を向上させたため、小型の極低温装置で広く利用されている。1960年代には、油潤滑式の金属製シール部品に代わって、充填剤を添加したポリテトラフルオロエチレン製シール部品が採用され、潤滑油が極低温蒸留域や液化域に混入するのを防ぎ、安全性が確保されました。 　　タービン膨張機とは、ガスが膨張する際の速度エネルギーの変化を利用してエネルギーを伝達する膨張機である。この膨張機には、単段と二段、立型と横型、衝動式と反動式がある。一般的には単段の遠心径流反動式が用いられ、発生する外部仕事は発電機、送風機、または油圧ブレーキによって吸収される。それは単段遠心圧縮機に似ているが、吸気量を調整するための（可変羽根）ガイドベーンを備えている。低速ベアリングには強制潤滑の油を使用し、高速のものにはガスベアリングを採用する。タービン膨張機は、ノズル損失、インペラ損失、余速損失、ディスク摩擦損失、漏れ損失、シャットオフ損失、および外部熱侵入損失があるため、一般的な断熱効率は、中圧膨張機で65～75％、低圧膨張機で75～85％となる。60年代には液体膨張機が製造され、その多くは天然ガス分離装置に使用された。