成果報告書詳細
管理番号20130000000643
タイトル平成24年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業 新エネルギーベンチャー技術革新事業(風力発電その他未利用エネルギー) 太陽熱利用超低消費電力家庭用小型吸収式冷凍機の技術開発
公開日2013/8/9
報告書年度2012 - 2012
委託先名株式会社石川エナジーリサーチ
プロジェクト番号P10020
部署名技術開発推進部
和文要約大震災以来、電力需給ギャップの慢性的な増大が危惧されている。特に、最大の電力需要は夏季の冷房によるものであり、冷房需要の増大が電力需要のピークを形成するとされている。本研究開発においては、夏季の冷房による電力消費のピーク削減を通じ、電力の需給バランスの改善に貢献することを目的として、太陽熱エネルギーによって動作する吸収式冷凍機技術を用いることにより、従来電気エアコンに比べて圧倒的に消費電力の少ない家庭用太陽熱駆動空調機の基盤技術開発を行った。技術開発のベースは、弊社独自の有機系作動媒体を用いた吸収式冷凍機技術である。この有機系作動媒体は、広い温度範囲にわたって結晶化や金属腐食等の問題がなく、かつ環境負荷が低い(ODP=0、GWP<60)など、従来作動媒体に比べより普及に適した特徴を有する。弊社では現在、本作動媒体を用いた欧州市場向け家庭用吸収式ヒートポンプ熱源機を受託開発中であり、この開発を通じて熟成させた技術を本件開発に投入した。駆動熱源となる太陽熱の集熱には、吸収式冷凍機を駆動するために必要な高温域での集熱が可能なヒートパイプ式真空管型集熱器を採用した。その基本性能確認試験を実施し、冬季においても170℃という十分な熱媒温度が得られることを確認した。また、熱媒熱によって冷媒蒸気を発生させる新たな専用熱交換器(再生器)を開発した。熱交コアにドローンカップ式高密度積層方式を採用し、高効率コンパクト化を図った。その他の吸収冷凍機用熱交換器についても、熱・物質移動に関する基礎実験に基づき改良を加えた。さらに、さまざまな外気温、太陽熱源温度に応じてシステムを効率よく運転するためのシステム制御技術の開発、家庭用のコンパクトなシステムパッケージ技術の開発を行った。以上の結果に基づき、家庭用小型吸収式空調機のプロト機を製作し、性能評価を行った。開発の最終目標は、自然エネルギーである太陽熱を用いることにより、従来電気式エアコンの1/5以下の電力消費にて家庭用の冷房需要をまかなうことである。試作プロト機においては、開発の初期目標である消費電力150W以下(概ね最終目標の1.5倍以内に相当)を達成することができた。
英文要約Since the Tohoku Earthquake, a chronic increase in the supply-demand gap of electric power is becoming a serious concern. In particular, it is known that the maximum demand for electricity is due to air conditioning in summer seasons and a growing demand for cooling forms a peak demand for electricity. In this project, we have developed basic technologies for a domestic solar driven air conditioner, consuming overwhelmingly less electricity than conventional electric air conditioners, based on the technology of an organic absorption refrigeration driven by solar thermal energy. Thus, it is aimed to reduce the peak power consumption by cooling in summer seasons, leading to the favorable balance of supply and demand of electricity. The basis of the development is our unique absorption chiller technology using new organic working fluids. They have various features more suitable for domestic use than conventional working fluids, such as Libr/Water or Water/Ammonia. For example, they have no problem of crystallization nor metal corrosion over a wide temperature range and have low environmental impact (ODP = 0, GWP <60). They are now being developed for a domestic absorption heat pump for the European market, the development of which we have been entrusted. The absorption technology ripened through the above development is employed in this project. An evacuated tube collector with heat pipe is employed for collecting solar thermal energy. This type of collector can provide the solar heat at enough high temperature for driving an absorption chiller. It has been confirmed through the evaluation test that the heating fluid temperature of 170C can be obtained even on a winter day. A new heat exchanger has been developed for generating refrigerant vapor using the heating fluid. A drawn-cup type core with high density layered plates is employed for making the heat exchanger compact and highly efficient. Other heat exchangers composing an absorption chiller have been improved based on the basic experiments on heat and mass transfer. A system control technology for efficient operation of the system depending on the ambient temperature and the temperature of the solar heat source as well as the technology of compact packaging for domestic use have also been developed. Integrating the above, a prototype of small absorption air-conditiner has been built and its performance has been evaluated. The final goal of the development is to cover the domestic cooling demand with the power consumption of less than 1/5 compared to conventional electric air conditioners by utilizing the solar thermal energy. The measured power consumption of the prototype is less than 150W, which complies with the goal of the project and corresponds to 67% attainment of the final goal.
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