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水冷房システムの開発プロジェクト電気電子工学科/菅原 晃助教授
環境技術の創生 ―地球と未来のためにできること―
 近年、環境意識の高まりから地球温暖化対策やオゾン層破壊などの対策としてノンフロン技術が注目されています。本プロジェクトでは、ノンフロン冷房システムとして、水だけを冷媒として使った空調について、学生による新たな「ものづくり」と試行錯誤の実践により検討しています。
高い山では水の沸点が下がり、お米を炊く際に芯が残ると聞きます。気圧を下げると水はその温度で蒸発し気化熱を奪い冷却します。これを減圧冷却といい、真空容器内に水を入れ真空ポンプで減圧すると1/100気圧で水温が10℃以下になります。この冷熱を利用した冷房装置について特性測定(電力・温度特性の測定など)を行っています。
新技術の創造 ―無いなら作ろう―
 本プロジェクトにおいて、最も重要となる装置が真空ポンプです。
1時間に約1リットルの水を水蒸気として排気できる数kWの小型で適したものはありません。市販の真空ポンプの中で、油回転ポンプは十分な到達圧力がありますが、吸気した水分と真空シールとなる油が乳化現象(ドレッシングの状態)を起し排気能力がなくなります。油水分離装置を取り付けても1日の処理能力は数十ccしかありません。もう1つの水封式真空ポンプは、数リットル以上の大量の水蒸気を排気できますが、封水の温度の飽和水蒸気圧までしか水蒸気を排気できないため、2℃程度の大量の冷水を必要とします。吸収式冷凍機で使われる原理や炭鉱で使われるターボポンプとの組み合わせでは、数百kW以上の大型設備になります。
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ものづくり ―挫折と苦労と喜びと―
 そこで、電気電子工学科4年生と大学院生が卒業研究としてプロジェクトチームを結成し、本学創造工房スタッフとともに大量の水蒸気を排気できる真空ポンプを開発しました。現時点で、空気に対する値として、排気速度約200リットル/分、到達圧力約1/100気圧以下を得ており、200ccの水に対して20分で水温10℃以下、圧力約1/100を得ました。ただし、5リットルの水に対しては20分で約1/30気圧であり、希望の能力が得られておらず、装置の改良に取り掛かっています。
学生と企業技術者の協働 ―知らないことは聞いてみよう―
 水冷房技術には、理論的な魅力があります。冷房能力の評価にCOP(Coefficient of Performance:成績係数)が使われます。フロンなどの冷媒では、圧縮冷却(凝縮)過程に液体と気体の2相液状態を取りますが、減圧冷却では熱力学のモリエル線図において飽和液線上の利用、すなわち理論的最大能力を取ることになります。現在のエアコンは、完成度が高く飛躍的な高効率化は望めません。しかし、水冷房はこれを可能とするかもしれません。企業技術者とともに理論面、実用面の両方から新技術の確立に向けて取り組んでいます。
水冷房システム
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