自動車空調用コンプレッサーの冷凍機への適用HC冷媒とCO_2を用いた冷凍機の効率シミュレーション

摘要

食品流通業界で使用される冷凍冷蔵機器は、地球温暖化防止の観点から自然系冷媒への転換が進hでいる．冷凍冷蔵機器に使用される自然系冷媒は機器ごとに異なるが、冷凍機を内蔵した小型機器には炭化水素系（以下HCという）冷媒が使用されショーケースなどと切り離されて設置される別置式冷凍機には二酸化炭素（以下、CO_2という）冷媒が使用される傾向にある．CO_2はオゾン破壊係数＝0、地球温暖化係数GWP=1であり地球環境にやさしい冷媒とされている．一方でCO_2冷媒は臨界温度が低く放熱行程を大気との熱交換で行う空冷式熱交換器を有する冷凍機では、夏季などの外気（周囲）温度が臨界温度を超える条件でエネルギー効率が低下してしまうという課題を有している．この課題を解決するためにカスケードシステムや二段冷凍システムなどが提案され実用化されている．これらの機器、例えばCO_2-CO_2カスケードシステムは気温の低い冬季ではHFC冷媒を使用した冷凍機よりもCOPを改善できるが、夏季のように気温の高い条件ではCOPの改善は冬季と比べ減少する．この課題を解決するために、高温側冷凍サイクルにアンモニア（NH_3）やプロパン（R290）、イソブタン（R600a）などの自然系冷媒を使用し、低温側冷凍サイクルにCO_2冷媒を使用したカスケードシステムが研究されている．しかし、アンモニアは強い毒性がありまた、ハイドロカーボンは強い燃焼性があり安全面の課題を有している．HC冷媒を使用する場合は燃焼による安全面の理由から冷媒充填量を500g以下にするよう定められている．