GL2020：高温下で高パフォーマンスを見せるマルチ温度帯CO2冷凍ユニットの研究

2020年12月7〜9日にて開催された「第14回グスタフ・ローレンツェン会議（GL2020）」。イリノイ大学のステファン・エルベル氏は、最大50°Cの周囲温度でも、従来のHFCシステムと同等、あるいはそれ以上の効率を維持できるCO₂マルチ温度対応冷蔵システムの設計・評価について発表した。

複数のシステム案でCOP改善を達成

ユニットの試作機はシニアリサーチエンジニアであるニール・ローレンス氏、チーフエンジニアであるステファン・エルベル氏、およびペガ・アーニャク氏によって設計された。エルベル氏とアーニャク氏は、イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校にてそれぞれ研究助教授と研究教授を務めている。

エルベル氏は「GL2020」の12月9日の講演にて、“Advanced R744 Technology Applied to a Multi-Temperature Refrigerated Container.”の論文を引用し、チームの調査結果を発表。

調査では、25〜50°Cの周囲気温において、試作機のユニットでは「3.4〜5.4kW（0.97〜1.5TR）の中温帯、2.3〜4.1kW（0.65〜1.17TR）の低温帯にて0.75〜1.6COPを達成した。なお、周囲温度40°CのR404A冷媒の冷凍ユニットと比較すると、COPが18％優れていたという。

高温でのこれらの結果を達成するために、チームは低温ブースタ圧縮含むエンハンスメント技術、中間冷却、内部熱交換器（IHX）、及びエジェクターを使用して膨張仕事回復多段遷臨圧縮。

高温下でこの結果を達成するため、チームは低温ブースター圧縮、内部冷却を伴う多段超臨界圧縮、内部熱交換（IHX）、エジェクターを使用した膨張工程の改善など、多くのシステム改善技術を取り入れている。

これらのシステム設計のうち、IHX（31％）、低温コンプレッサー（24％）、エジェクター（16％）の順にCOP改善につながったという。チームはエジェクタ、低温コンプレッサー、およびIHXのパフォーマンスを強化することで、COPをさらに改善できると予測。さらに5〜10％の増加が達成可能であると推定した。