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図解でわかる次世代ヒートポンプ技術 ～カーボンニュートラルを実現する冷温熱利用技術～

齋藤潔 / 早稲田大学次世代ヒートポンプ技術戦略研究コンソーシアム

熱利用技術の中でヒートポンプに焦点をあて、電熱、燃料などの化石エネルギーとの比較、チラー、熱交換、熱供給などほかの熱供給形態との違いをわかりやすく分析。消費者に対しては、これまで冷房がなかった欧州、寒冷地がおおく重油だき給湯と全館空調が進んだ北米に対して、アジアの特殊な冷暖房エアコン普及がどこまで通用するかはわかりやすい記述であった。一方の産業界の対する分析については、キガリ改定を踏まえた冷媒の変更戦略に重点が置かれ過ぎの感じがした。例えば、１００－３００℃の熱源を要する産業、それ以上の熱源を要する産業がなんなのか、その地域差があるのか、コジェネが進んだ欧米に対して、燃料代が高くプロパン輸送に頼っていた日本の差があるはずで、それを踏まえた戦略のヒントが欲しかった。

図解でわかる次世代ヒートポンプ技術 ～カーボンニュートラルを実現する冷温熱利用技術～

齋藤潔 / 早稲田大学次世代ヒートポンプ技術戦略研究コンソーシアム

ヒートポンプとは、少ない駆動エネルギー（主に電力）で、何らかの熱媒体や半導体などを用いた機器として、低温側（熱源とも呼ばれる）から熱を奪い、高温側に熱を効率よく移動させ放熱させる機器、システムを表す総称である。

これだと分かり難いが、家庭の目線で補足すると、太陽光発電のような不安定な電源に対し、ヒートポンプにより蓄熱槽（水）に熱を貯めることで、電力の変動を間接的に緩和する。昼間の太陽光余剰電力で温水を作り、夜間に暖房に使う、というような使い方がされる。

どちらにしても太陽光発電だと日中以外は機能しないので、電力を貯めておくためには「太陽光発電＋蓄電池」のセットか、「太陽光発電＋ヒートポンプシステム（エコキュートなど）」のセットという選択肢があるが、調べると、価格面等からはヒートポンプシステムを選択する方が圧倒的に多いようだ。

本書では、そのヒートポンプ界隈の話を詳しく説明してくれる。圧縮で温度上昇。圧力を下げて温度低下する。冷媒の役割など。為になる本。

―　一般にフロン系の冷媒を使用した製品では、配管には熱伝導が高い、銅またはアルミニウムを使用するが、アンモニア冷媒の場合は銅やアルミニウムを腐食するので、熱伝導は低下するが、鉄系の配管を採用する。CO2を冷媒とする場合、作動圧力がフロン系よりも4倍程度高くなることから、高強度の銅管や伝熱答の内の小さな構造にするなど、強度を高めた材質・構造が求められる。この他にもエアコンでは、カバーなどにプラスチックが多用されることとなる。

―　冷媒には、フロン系冷媒、自然冷媒が用いられる。フロン系冷媒には、フッ素が用いられるが、その原料は、蛍石が用いられることとなる。また、回転機器としての圧縮機の保護のために潤滑油が用いられるが、冷媒によって適する潤滑油が異なるため、次世代冷媒を用いる場合には、常に適切な潤滑油の選定が同時に求められることとなる。

―　蒸気・温水需要の熱源としてボイラを利用することには、化石燃料の燃焼にともなう温室効果ガスなどの排出以外にもさまざまな課題がある。たとえば、エ場などでは一般的に一箇所のボイラ室で集中的に高温・高圧の蒸気を発生させ、数百mにも及ぶ蒸気配管を通じて、蒸気を利用する生産設備に供給しているが、その過程で多くの熱のロスが発生している。業種、生産設備の種類、経年劣化の有無によって差はあるものの、投入燃料に対して30～70%もの熱のロスが生じており、投入燃料やそれにともなうコストを無駄にしていることになる。