ビルの冷房に使う吸収冷凍機を車載向けに応用、燃費12％改善目指す：エコカー技術

[齊藤由希，MONOist]

　新エネルギー・産業技術総合開発機構と未利用熱エネルギー革新的活用技術研究組合、アイシン精機、産業技術総合研究所、東京大学は2020年1月23日、商用車の冷房として搭載できる小型吸収冷凍機を開発したと発表した。

　一般的な吸収冷凍機は大型システムが中心で、オフィスビルの空調などで使われている。車両に搭載するために小型軽量化するとともに、走行時の傾斜や揺れなどの影響を防ぐ技術を開発した。これまで自動車で使われてきた圧縮式冷凍機から置き換えることにより、エンジン車の冷房運転時の燃費を大幅に改善できるとしている。2020年1月から吸収冷凍機を商用車に搭載して評価を開始、車室内の空調の性能や車両に搭載する際の課題を洗い出す。

開発した吸収冷凍機と、車両に搭載した様子（クリックして拡大） 出典：アイシン精機

　自動車の冷房には圧縮式冷凍機が用いられており、冷房時の走行ではエンジンだけでなくコンプレッサーの駆動でも燃料を消費する。このため、冷房を使っていないときと比べて燃費が5〜50％悪化するとの調査結果もある。一方、未利用熱エネルギー革新的活用技術研究組合の調査では自動車の燃料が持つ熱エネルギーのうち60％が未利用で捨てられており、有効活用が課題だと指摘する。熱エネルギーを吸収冷凍機による冷房に活用できれば、年間で12％の燃費向上が期待できるという。こうした背景で、排ガスの熱を回収して冷房に使用する車載用の吸収冷凍機の開発に取り組んだ。

　一般的な吸収冷凍機は、燃料を燃焼させて水が蒸発したときの気化熱を利用して冷房しており、システムとしては大型になる。自動車に搭載する場合、必要な冷房能力は数kW程度でオフィスビル向けなどと比べて1桁以上小さいが、容積あたりの冷房能力は20〜40％、重量あたりの冷房能力を130％高めることが課題となっていた。さらに、重力を利用して冷媒と吸収液（作動媒体）を熱交換器に滴下する構造のため、坂道を走行中に本体が傾斜すると性能を確保することが困難になることや、走行中の揺れで冷媒と吸収液が混合すると動作できなくなるという技術的なハードルもあった。

開発した吸収器の新構造と、研究室での性能評価の結果（クリックして拡大） 出典：アイシン精機

車両への搭載を想定したシミュレーションの結果（クリックして拡大） 出典：アイシン精機

　開発した小型吸収冷凍機は、容器の薄肉化や腐食対策を施した軽金属の採用による軽量化を図った。また、吸収器の構造を変更し、熱交換器に回転塗布体で作動媒体を塗布する新構造を採用、これにより傾斜の影響を抑えられるようにした。さらに、冷媒と吸収液の混合を防ぐために水蒸気透過膜を用いた「メンブレンラッピングアブソーバー」や、40℃以上の高温でも性能を維持できる新媒体を開発した。

　研究室において回転塗布体の回転数に対する冷房性能確認した他、シミュレーションで排ガスの熱を利用した冷熱出力の性能で目標冷熱量の達成が期待できることを確かめたという。