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概要

Focus NEDO 65

Focus NEDO 2017 No.65 19ルを可能にしたのが、圧縮機と膨張機を一体にした「ターボ型膨張機一体型圧縮機」の開発でした。まず、空気を一気に開放して膨張させる際に、風車を回すように羽根車を回転させる回転力を得て圧縮機のモーターをアシスト。この圧縮機と膨張機がモーターを含む回転軸を介してつながり、一体化しているところが最大の特色です。これにより、圧縮機単体では90kW のモーター動力のところで、羽根車を組み込むことで約2/3 の60kW まで軽減できました。 ほかにも、90℃以上の高温となる圧縮機とモーター部分と、マイナス80℃になる膨張機側とで、軸を境に200℃以上の温度差があることから、温度差の影響を想定した上で、構造設計や材料加工を行う必要がありました。また、18,000rpm で高速回転するモーター部分を磁気軸受に変えたところ、磁気軸受により回転軸は常に浮いている状態となりどこにも接していないので、消耗する部品がなくなり、ほぼメンテナンスフリーにできることが確認できました。 さらに、倉庫内に発生する水分の除去には、岡山大学との共同研究で、高分子材料に循環空気中の水分を吸着させて除湿する開発を実施。高分子材料ではコスト的に高価になりすぎることがわかったため、プロジェクトの後半で発想の転換を行い、あえて水分を凍らせて、詰まっては困る位置の手前でキャッチする「フロストトラップ」を考案しています。環境性能だけではなくさまざまなメリットを再確認 実用化の開発では、ユーザーである冷蔵倉庫会社の協力もありました。マグロの水揚げ基地として知られる静岡県焼津市にある深澤冷蔵株式会社の古い倉庫を使って、フィールド試験が行われました。 実際に使ってみると、その効果は期待以上で、風量が少なくても十分に冷却でき、そのうえ庫内を均一な温度帯に保てることから、貯蔵されているマグロの品質を保ちやすくなったこと、昔のシステムでは補充用に必要なフロン冷媒や冷凍機油、不凍液等の購入が不要となったこと、電気料金が45%も削減されたことなど、倉庫を運営する上での数々のメリットがありました。 また、従来システムではエアクーラーが厚い霜で覆われることから、時間とコストをかけ霜の除去作業を行っていましたが、除霜費用もほとんど必要なくなりました。そして、エアクーラーを設置しないで済む分、庫内のスペースを有効活用できるというメリットもあり、より多くのマグロの貯蔵が可能になりました。省エネルギーで運用面でもメリット用途が広がる “冷凍倉庫を冷やすために空気を使う”、それだけでも十分なインパクトがあり、環境性能は大幅に向上します。そのうえ、従来の超低温冷蔵倉庫が抱えていた数々の課題を解決。従来のシステムに比べて、冷却負荷がおよそ2/3 にまで削減。さらに、システム全体での消費エネルギーは最大で50%削減につながり、CO2 排出量も40%削減できることになりました。 また、運用面では、ほぼ大気圧(0.2MPa 未満)で運転されるため高圧ガス保安法の適用外にもなり、設備建設時の各種申請や保安責任者の常駐といった事業者にとって大きな負担が不要になります。 研究開発開始から約5 年半となる2008 年12 月、「パスカルエア」(冷凍能力30kW)が発売開始となりました。そして2017 年現在では、全国の超低温冷蔵倉庫に81 台納入されるなど、マグロの冷蔵倉庫市場を通じて、日本の食卓を支えています。 また、これまで中心としてきたマグロ等の冷蔵倉庫市場以外に、冷凍食品、製薬、化学分野にも12台納入事例ができたことで、応用展開が格段に広がり、高温超電導冷却や半導体冷却、医療用材料(血清や検体、DNA など)の保存、凍結破砕等、新しい市場を開拓することが期待されています。 本記事は、過去に取材を行った「実用化ドキュメント」に最新情報を加えて、コンパクトに紹介しています。基となるストーリーには、さらに多くの開発エピソードが紹介されていますので、ぜひウェブサイトをご覧ください。「実用化ドキュメント」では、プロジェクトに携わった企業等の開発者にインタビューを行い、ウェブサイトで紹介。これまでに93件の記事を公開しています。実用化ドキュメント深澤冷蔵に導入された「パスカルエア」図2「パスカルエア」の実用化に欠かせなかった3 つの重要技術図1「パスカルエア」の心臓部ともいえるターボ型膨張機一体型圧縮機膨張機で発生する動力を圧縮機動力として使用し、高効率化系内低温部の水分、霜を定期的に自動デフロスト、乾燥機能(特許)フロストトラップ冷蔵庫内からの霜を除去する(ノウハウ)