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2.新冷媒に対応したヒートポンプ式オールシーズン除湿器の調査研究
昭和ナミレイ（株）
1.目的
先に開発したヒートポンプ式オールシーズン除湿機は、再熱に電気ヒーターを使用せず省エネルギーを重視し、主に、造船ブロック塗装、二重底内塗装、船倉内塗装用に開発されたもので、高温多湿な時期のみならず、冬季のヒーティングによる除湿においても有効な製品として、すでに幅広く使用されている。しかし、上記開発品に使用していたHCFC冷媒はモントリオール議定書で、近年全廃されることが決まった。
このため本調査研究では、取扱が容易で信頼性の高い、新冷媒に対応したヒートポンプ式オールシーズン除湿機の開発を目的に実施する。
2.実施経過
2−1.実施項目
（1）新冷媒の選定調査
HCFC系冷媒に替わる新冷媒を内外の資料をもとに調査・選定する。なお調査選定にあたっては、新冷媒として汎用性のあるHFC系冷媒の中から選定する。
（2）新冷媒用熱交換器の構造検討及び制御機器の選定調査等
選定した新冷媒に最適な熱交換器（蒸発器及び凝縮器）の構造を検討する。また、制御機器（膨張弁、電磁弁等）の調査・選定を行う。
（3）新冷媒HFC系用モデル機の設計等
（1）及び（2）をもとに、新冷媒用モデル機の熱交換器及び全体システムの設計を行う。
（4）HCFC系冷媒用モデル機等の設計
（3）と同仕様（能力及び性能等）で、かつHFC系冷媒での特性を近似させたHCFC系冷媒用モデル機及び全体システムの設計を行う。
（5）HFC系冷媒用モデル機とHCFC系冷媒用モデル機の理論値の比較・解析
（2）及び（4）により、HFC系用モデル機とHCFC系用モデル機の性能比較を行い、（冷媒循環量、冷媒温度、圧力等）関係数値を解析する。
（6）モデル機の試作
（5）の解析結果をもとに、HFC系用モデル機とHCFC系用モデル機を試作する。
（7）モデル機の実機検証
環境試験設備に代わる物とし、昭和ナミレイ（株）本社工場内での運転を行うこととした。運転に当り、最も過酷な運転状況となる冬場の加熱モードでの運転とし、その運転データを収集した。
（8）実機検証結果の分析
実機検証で得られたデータをもとに分析する。また（5）で実施した解析数値とを比較検討し、HFC系用モデル機の設計の妥当性を検証する。
2−2.実施期間
平成14年4月 開始
平成15年1月 終了
2−3.実施場所
昭和ナミレイ株式会杜 本杜工場内
3.実施内容
3−1.冷媒の選定
ヒートポンプ式オールシーズン除湿機試作機にてHCFC冷媒と比較する冷媒を以下の項目を基準として調査・選定した。
| 1） |
既設のヒートポンプ除湿機で実績のあるHCFC系冷媒と近似した熱的特性であること。 |
| 2） |
オゾン破壊係数ゼロでフロン規制非該当であり、不燃性、低毒性で化学的、熱的、さらに組成的な安定性を兼ね備えているもの。 |
| 3） |
汎用性があり、実用化・整備化が見込まれるHFC系冷媒であること |
| 4） |
既設HCFC−22設備に冷媒を入れ替えるドロップインでの、能力最適化の検証があまりなされていないもの。 |
上記の件を考慮し、今回はHFC系擬似共沸混合冷媒R−404Aを選定した。又、潤滑油はR−404A及びHCFC−22両冷媒に適用できるPOEを採用した。
R−404A、HCFC−22の物質特性を表1、表2に示す。
表1. 冷媒物質特性表
| |
R−404A |
HCFC−22 |
| 成分 |
|
HFC125／143a／134a |
|
| 混合比率 |
wt％ |
44／52／4 |
100 |
| 分子量 |
|
97.60 |
86.47 |
| 沸点 |
℃ |
−46.8 |
-40.82 |
| 臨界温度 |
℃ |
72.0 |
96.15 |
| 臨界圧力 |
MPa |
3.72 |
4.99 |
| 臨海密度 |
kg／m3 |
493 |
513 |
| 飽和液体密度 |
kg／m3 |
1043 |
1191 |
| 粘度 |
飽和液 |
mPa・s |
0.128 |
0.178 |
| |
常圧蒸気 |
mPa・s |
0.0122 |
0.0128 |
| 比熱 |
飽和液 |
kJ／kg・K |
1.69 |
1.256 |
| |
常圧蒸気 |
kJ／kg・K |
0.876 |
0.662 |
| 蒸発潜熱 |
（沸点） |
kJ／kg |
207.6 |
233.5 |
| 熱伝導率 |
飽和液 |
W／m・K |
0.0683 |
0.0869 |
| |
吊圧蒸気 |
W／m・K |
0.0135 |
0.0113 |
| 作業環境曝露限界 |
ppm |
1000 |
1000 |
| 燃焼性※1 |
|
不燃性 |
不燃性 |
| オゾン破壊係数 |
CFC11＝1 |
0 |
0.055 |
| 地球温暖化係数※2 |
C02＝1 |
3300 |
1700 |
| 水の飽和溶解度 |
ppm |
700 |
1300 |
|
| ※1 |
高圧ガス保安法（一般則）ならびにASHRAE34規格に基づく。 |
| ※2 |
IPCC、1955に基づく積分期間100年値を示す。 |
表2. 理論冷凍サイクル特性
| |
R−404A |
HCFC−22 |
| 蒸発圧力 |
kPa |
204 |
164 |
| 凝縮圧力 |
kPa |
2044 |
1730 |
| 温度クライド＊ |
℃ |
0.3 |
0 |
| 吐出温度 |
℃ |
83 |
120 |
| COP |
|
2.01 |
2.33 |
| 冷凍能力 |
kJ／m3 |
1009 |
1053 |
| |
|
|
|
|
＊ |
凝縮圧力における露点、沸点温度差 |
| |
蒸発温度／凝縮温度＝−30℃／45℃ |
| |
過熱温度／過冷却温度＝30℃／0℃ |
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