北米の CO2 凝縮装置

北米の商用冷凍市場は、自然冷媒への移行において新たな段階に入りつつあります。

ここ数年、超臨界 CO₂ 冷凍の成長は主にスーパーマーケットで使用される集中ラック システムによって推進されてきました。コンパクトな CO₂ 凝縮ユニットがより小規模でより特定の用途に特化した設置向けに広く入手可能になるにつれて、このパターンは現在変化し始めています。

2026 年 7 月の業界レポートによると、北米では約 2025 年には 5,120 のスーパーマーケットが遷臨界 CO₂ 冷凍システムを使用メーカーは現在、コンパクトな CO₂ 凝縮ユニットを導入したり、より多くの製品を地域市場に投入するために必要な認証を取得したりしている。

この開発により、R744 の使用は大規模スーパーマーケットを超えて次の分野に拡大される可能性があります。

• コンビニエンスストア。
• 小規模な食料品店。
• レストランとフードサービス。
• 冷蔵室とウォークイン冷凍庫。
• 食品加工施設。
• 配送センター。
• 独立した冷凍負荷。
• 拡張および改修プロジェクト。

業界関係者は、パッケージ化された CO₂ 凝縮ユニットが、完全な集中ラックを必要としない小規模プロジェクトに自然冷媒を導入する実用的な方法であると考えています。 ([自然冷媒][1])

しかし、冷凍機器メーカーにとって、CO₂ の採用は、単にある冷媒を別の冷媒に置き換えるだけではありません。

R744 は、独特の圧力、温度、安全特性を備えています。したがって、信頼性の高い動作は、冷凍回路および周囲環境全体の正確なセンシングに依存します。

CO₂ 凝縮ユニットが注目を集めている理由

凝縮ユニットは、コンプレッサー、熱除去装置、制御装置などの主要な冷凍コンポーネントを、独立した負荷に対応できるパッケージ化されたシステムに統合します。

このアーキテクチャは、次のようなプロジェクトにとって魅力的です。

• 小規模店舗の拡張。
• 冷蔵陳列エリア。
• 遠隔の冷蔵室。
• ウォークインクーラーと冷凍庫。
• 既存の施設の追加容量。
• アプリケーション固有の冷凍ゾーン。

完全な集中ラックを設置する場合と比較して、パッケージ化された凝縮ユニットは、CO₂ 冷凍を新規構築、改造、または容量拡張に統合するためのより集中的なパスを提供できます。

最近の北米市場の議論は、特に遠隔設置と正確な室内制御が必要な場合、小型冷蔵倉庫や食品加工用途向けの CO₂ 凝縮ユニットへの関心が高まっていることも示しています。 ([自然冷媒][1])

R744 はセンサー性能に対する新たな要件を生み出す

R744 として指定される CO₂ は、地球温暖化係数が 1 の自然冷媒です。不燃性であり、商業用および産業用冷凍機での使用が増加しています。 ([danfoss.com][2])

ただし、CO2 冷凍システムは、多くの従来の HFC システムよりも大幅に高い圧力で動作します。トランスクリティカル R744 アプリケーション用に開発されたコンポーネントは、位置とシステム設計に応じて、約 140 bar 以上の作動圧力に評価される場合があります。 ([danfoss.com][3])

これにより、センシングにいくつかの課題が生じます。

1. 圧力は広範囲にわたって正確に測定する必要があります。
2. 温度データは、制御、保護、効率の最適化に必要です。
3. 高濃度では窒息の危険が生じる可能性があるため、CO₂ の漏洩を検出する必要があります。
4. センサーは、振動、圧力サイクル、温度変化に耐える必要があります。
5. センシング システムは、高速制御と故障診断をサポートする必要があります。

したがって、CO₂ 冷却には、単一の監視コンポーネントではなく、調整されたセンシング アーキテクチャが必要です。

1. CO₂ 冷凍システムの高圧監視

圧力測定は、R744 凝縮ユニットにおける最も重要なセンシング機能の 1 つです。

一般的な圧力監視位置には次のようなものがあります。

• コンプレッサーの吸引。
• コンプレッサーの吐出量。
• ガスクーラー出口。
• 液体レシーバーまたはフラッシュタンク。
• 蒸発器の入口と出口。
• 高圧調整弁;
• ガスバイパスライン;
• オイルマネジメント回路。

コントローラーはこれらの圧力信号を使用して、コンプレッサー、バルブ、ファン、保護機能を制御します。

圧力精度が重要な理由

圧力データが不正確または不安定であると、以下に影響を与える可能性があります。

• 過熱制御。
• ガスクーラー圧力の最適化。
• コンプレッサー保護。
• 容量規制。
• バルブの位置。
• 冷媒充填診断。
• システム効率。

超臨界動作では、高圧側圧力制御は周囲温度およびガスクーラーの性能と密接に関係しています。信頼性の高い圧力信号により、コントローラーは危険な圧力状態を回避しながら動作点を調整できます。

推奨される Winsen 圧力センサー

WPCH04 セラミック圧力発信器

The WPCH04 一般型セラミック圧力発信器 は、0 ～ 0.2 MPa から最大 0 ～ 40 MPa の圧力範囲、1 ミリ秒以下の応答時間、および 4 ～ 20 mA、0 ～ 5 V、0.5 ～ 4.5 V を含む複数の出力オプションを提供します。Winsen は、その応用分野としてエアコンとガスまたは液体の圧力制御を特定しています。 ([winsen-sensor.com][4])

冷凍 OEM にとっての潜在的な価値は次のとおりです。

• 選択可能な圧力範囲が広い。
• 閉ループ制御のための高速応答。
• コンパクトな送信機構造。
• 温度補償された信号出力。
• カスタマイズ可能なコネクタと出力。

WPCK07 拡散シリコン圧力発信器

より広い圧力範囲の選択またはより多くの工業用出力オプションを必要とするアプリケーションの場合、 WPCK07 拡散シリコン圧力発信器 最大 100 MPa の範囲をサポートし、4 ～ 20 mA、電圧、I²C などのいくつかの出力形式を提供します。 HVAC や産業プロセス制御などのアプリケーション向けに設計されています。 ([winsen-sensor.com][5])

考えられる設置ポイントは次のとおりです。

• コンプレッサーの吐出圧力。
• 高圧ラインの監視。
• レシーバーの圧力。
• プロセスと安全性の監視。
• 遠隔冷凍制御システム。

エンジニアリングノート: 圧力センサーの最終的な選択は、実際の最大使用圧力、耐圧力、破裂圧力、冷媒と潤滑剤の適合性、プロセス接続、シール構造、および必要な認証に基づいて行う必要があります。 R744 との直接接触に対する製品の適合性は、プロジェクトの評価中に確認する必要があります。