低GWP冷媒を作動媒体とした機械圧縮－熱圧縮カスケード冷凍サイクルの静的解析

摘要

熱圧縮式冷凍サイクルは，太陽熱や排熱などの低温レベルの未利用熱エネルギーを有効に利用でき，環境への負荷の少ない，水エタノール，二酸化炭素（CO_2）などの非フロン系の冷媒を作動流体とし，活性炭素やシリカゲルを吸着剤として使用することができるため，次世代型の冷凍サイクルとして期待されている．著者らのグループは，これまで機械圧縮式冷凍サイクルの冷媒として研究が盛んなCO_2を吸着質（冷媒）に，粒子状活性炭素（ACP）を吸着剤に用いた熱圧縮式冷凍サイクルの研究および中間熱交換器を介して機械圧縮式冷凍サイクルと熱圧縮式冷凍サイクルを接続した，カスケードシステムの研究を行ってきノた．しかし，CO_2を冷媒に使用したカスケードシステムでは3kWの冷凍能力を得るために，吸着剤として活性炭素が100kg以上必要である．また，吸着器内の圧力が最大9MPa程度と高圧になり，設備が大型化するなど，実用化は難しい．そこで，著者らはODPが0，GWP_(100)が9程度であり，298.15Kにおける飽和蒸気圧が0.51MPaと低圧であるHFO-1234ze（E）（以後，R1234zeと記述）に着目した．本報ではR1234zeを熱圧縮式冷凍サイクル側の冷媒に，R1234ze，CO_2およびODPが0，GWPが675であり，既存の冷媒に比べてCOPが大きいR32を機械圧縮式冷凍サイクル側の冷媒に使用した場合の性能を熱力学的に解析し，これを報告する．