三菱重工技報 VOL.45 NO.1: 2008 67 世界最高効率レベルを達成したターボ 冷凍機の省エネルギー効果 特 集 論 文 Effect on Energy Saving and CO2 Emission Reducing by Applying World-Class Centrifugal Chiller 仲 谷 潤 之 助＊1 関 亘＊2 Junnosuke Nakatani Wataru Seki ＊3 石 井 正 宏 西 崎 太 真＊4 Masahiro Ishii Futoshi Nishizaki 産業施設や商業施設のエネルギー消費量のうち，空調エネルギーが占める割合は大きく，（財）省エネ ルギーセンターによればショッピングセンター等の商業ビルでは約 40 ％を占める．これらに対する省エ ネルギー化が CO2 排出量の削減に大きく寄与できる．当社はこうしたニーズに対応し，世界最高効率レ ベルを誇るターボ冷凍機を核とした，省エネルギーソリューションを提供している．その特徴は，製品・ システムのライフサイクルに応じて一貫した熱源ソリューション・サービスを提供し，全体最適化を行う ことで，より効果的に省エネルギー化を図るところにある．本稿では，その取組みについて紹介する． 1．世界最高効率レベルのターボ冷凍機の特徴 (1) した．さらに， 大容量機までインバータ仕様を設定し， シリーズ全体で運転状態に合わせた最適な回転数制御 ソリューションのキー技術である当社製最新型ター と運転領域の拡大を実現した． ボ冷凍機の特徴を以下に述べる． この結果，冷却水入口温度が 12 ℃まで下がっても 冷媒にオゾン層を破壊する恐れのない HFC-134a 効率よく負荷追従制御ができ，図１に示すように，部 を採用し，圧縮機や熱交換器などの改良で，全ての運 分負荷での性能（COP）を飛躍的に向上させること 転範囲で高性能化を達成した． が可能となった． ターボ圧縮機には高精度な加工が出来る２段形オー 2．省エネ＆ CO2 排出量削減ソリューションの事例 プンインペラを採用し，静止流路も含めた流動解析を 援用することで冷媒ガス流れの剥離や澱みをなくし， サントリー（株）高砂工場向けに行ったソリュー 高効率化を図った．また，第２段インペラの入口に容 ション提案の導入事例を紹介する．食品・飲料工場で 量制御機構を追設することで低負荷領域の効率を改善 は種々の温度で冷却と加熱が行われる．このため，変 動の大きい負荷に対応することが熱源システムに要求 される．こうした要望を満たす省エネルギーソリュー インバータ機（AART-I シリーズ） 22 大幅性能 アップ 20 18 14 12 10 8 6 4 20 40 60 80 負荷（％） 割合（改修前を 100 とする） COP エネルギーと CO2 排出量削減を達成した．この提案 冷却水入口温度 ：AART-I 12℃ ：AART-I 20℃ ：AART-I 25℃ ：AART-I 32℃ ：NART-I 13℃ ：NART-I 20℃ ：NART-I 25℃ ：NART-I 32℃ 16 2 0 ション提案を行い，図２に示すように 60％以上の省 100 図１ インバータターボ冷凍機の部分負荷特性（冷水 出口温度７℃） ＊2 技術本部高砂研究所神戸技術開発・研究推進グループ 冷熱事業本部大型冷凍機部設計課長 約70 ％ 削減 ランニング コスト 部分負荷特性が飛躍的に向上していることがわかる． COP とは Coefficient Of Performance の略で COP 出力エネルギー ＝ で表される成績係数である． 入力エネルギー ＊1 ：改修前推定 ：改修後実績 約 60％ 削減 一次エネルギー 消費量 約65 ％ 削減 CO2 排出量 図 2 省エネルギー並びに CO2 排出量削減効果 ソリューション導入により年間ランニングコス ト，CO2 排出量が大幅に削減されたことがわかる． ＊3 ＊4 冷熱事業本部大型冷凍機部サービス課長 冷熱事業本部大型冷凍機部熱源ソリューショングループ長 三菱重工技報 VOL.45 NO.1: 2008 68 改修前 蒸気吸収冷凍機 360USRt × 2 台 蒸気 改修後 インバータターボ冷凍機 360USRt × 2 台 ■ 高効率インバータターボ冷凍機の採用 （中間期・冬期の部分負荷運転時の大幅な動力削減） ■ 大容量吸収冷凍機用冷却塔・冷却水ポンプの活用 （冷却水温度の低温化，冷却水の変流量制御） 6℃ 冷水 電気 蒸気吸収冷凍機 360USRt 6℃ 冷水 蒸気 蒸気吸収冷凍機 360USRt 冷 水 タ ン ク 電気 インバータターボ冷凍機 360USRt インバータターボ冷凍機 360USRt 6℃ 冷水 6℃ 冷水 6℃ 冷水 冷 水 タ ン ク 6℃ 冷水 負荷熱交換器 負荷熱交換器 図 3 ソリューション導入事例 蒸気吸収冷凍機をターボ冷凍機へ更新した事例を示す． 内容を図３に示す．ソリューションのポイントは，以 状況，エネルギー消費状況などを聴取する．② 必要 下のとおりである． に応じて，現状設備の計測・診断も実施し，省エネ ① 改修前の蒸気吸収冷凍機を高効率インバータター ルギー化の対象項目を検討する．③ 次に，検討結果 ボ冷凍機へ更新し，中間期・冬期の部分負荷運転 に基づきシミュレーション等でエネルギー削減効果を 時の大幅な動力削減を実現した． 試算する．④ その効果を確認できた段階でソリュー ② 既設設備である大容量の蒸気吸収冷凍機用冷却塔・ ション提案としてまとめ，お客様に提示する．⑤ 提 冷却水ポンプを有効活用し，冷却水温度の低温化 案内容についてお客様と打合せ，承諾を頂いた後，詳 と冷却水の変流量制御により省エネルギー化した． 細な設計，施工を実施する．⑥ さらに施工後は，遠 隔監視による 24 時間 365 日の機器診断による省エネ 3．ソリューション提案スキーム 運転サポート（図５）や 15 年間の機能・安定運転・ 前述のように冷凍機とその周辺設備並びに空調設備 性能維持の運転サポートなど冷凍機の運転に関するソ を最新のシステム化技術で省エネルギーを実現する提 リューションを提供する．このようなアフターサービ 案の流れを図４に示す． スメニューで機器の運用状況の確認や，適正なメンテ ① 最初に，お客様から現状設備の内容やその稼動 ナンスを実施することで改善効果を評価，確認するこ とができるため，機器単体の省エネ提案に比べて高い 省エネ効果を実感していただける． 4．冷凍機を応用したシステムの例 3 現状を的確に 把握します。 2 CO2 DOWN 1 企画・検討 お客様のご 要望を聴取 お客様のお悩みをワンストップ で解決します 省エネ ルギー 6 多彩な サービスメニュー をご提案・実施 遠隔監視サービ スや運転保守ア フターサービス など は，冷水，冷却水の変流量制御からフリークーリング， 排熱利用など多岐にわたるが，その中で冷凍機を応用 計測・診断 CO2 排出量 削減 ターボ冷凍機を核としたソリューション提案内容 コスト 低減 4 したシステム化による省エネ提案事例を以下に紹介す 全体最適化 を図ります。 る． 4．1 熱媒過流量制御システム 一般に，中間期と冬期に冷熱の熱負荷量は減少する 5 ソリューション プランご提案 設計施工 図４ 省エネルギーソリューション提案スキーム 製品・システムのライフサイクルに応じたソリューショ ン提案の流れを示す． が，負荷側の制御や熱交換器の特性などによって，熱 負荷の減少量と流量の減少量とは比例しないため，送 り温度と戻り温度の温度差が小さくなり負荷流量は減 らないという現象が生じやすい．この場合，複数の冷 凍機で台数制御を行っている設備では熱量基準で必要 な運転台数に対して過剰な台数の冷凍機を運転し，設 三菱重工技報 VOL.45 NO.1: 2008 69 遠隔監視システム ● 定期メンテナンス ● 異常発生時出動 監 視 セ ン タ ー お 客 様 インターネット （WEB 監視） 又は 公衆電話回線 ● 運転データをセンターで監視 ● 緊急時，メーカ技術員がデータを診断， 現地サービスマンへ的確な指示 ● 緊急時の対応・処置連絡 ● 運転データの定期報告 ● データに基づく適切な メンテナンスの推奨 図５ 遠隔監視サービスの概要 空調機器 冷水 4 747 kW 1350RT 8℃ 1 360m3/h 需要家・空調機器 Δt 3 ℃ 供給側・熱源側 5℃ 冷水ポンプ 454 m3/h ターボ冷凍機 1350RT 過剰運転 定格量以上の冷水量に 対応することで冷凍機 の過剰運転を抑制 空調機器 冷水ポンプ 454 m3/h ターボ冷凍機 1350RT 冷却水ポンプ 冷却塔 110 kW 30 kW 冷水ポンプ 454 m3/h ターボ冷凍機 1350RT 冷却水ポンプ 冷却塔 110 kW 30 kW 4 747 kW 1350RT 冷水 8℃ 1 360m3/h 冷却水ポンプ 冷却塔 110 kW 30 kW 需要家・空調機器 Δt 3 ℃ 供給側・熱源側 5℃ 冷却水ポンプ 110 kW 冷水ポンプ群 最大1 360 m3/h 冷却塔 30 kW ターボ冷凍機 1350RT 図６ 熱媒過流量制御システムの概要（特許取得済み） 定格量以上の冷水量に対応することで，冷凍機の運転台数を抑制し，省エネルギー化を図る． 備全体が低効率となっている事例が多く見られる．こ 機の運転台数を抑制し，エネルギー消費量の削減が可 のような状況を改善するために， （株）三菱地所設計と 能となる． 当社で“熱媒過流量制御システム”を共同開発した． 4．2 ステルスターボ システム 図６に本システムの概要を示す．このシステムは，定 夏季のピーク負荷に合わせて吸収式冷凍機を複数台 格量以上の冷水（熱媒）流量に対応することで，冷凍 配置している設備の場合，一般に，中間期から冬期に ® 三菱重工技報 VOL.45 NO.1: 2008 70 段階から設備導入，アフターサービスに至るまで一貫 冷却塔 吸収冷凍機 冷却塔 した熱源ソリューションを提供する当社の取り組みを 冷却塔 吸収冷凍機 吸収冷凍機 小容量高効率 ターボ冷凍機 ス テ ル ス タ ー ボ リューションメニュー等多数情報を掲載しているので シ ス テ ム 算できる“省エネ &CO2 排出量削減試算ツール”を ® 冷水ヘッダ （還） 冷水ヘッダ （往） 図７ ステルスターボ ® システムの概要（特許出願中） 既存冷水・冷却水配管系統にバイパス回路を設け小容 量高効率ターボ冷凍機を設置する． かけて低負荷となり，少数の冷凍機を部分負荷で運転 するため，設備全体が低効率で運用されている場合が 多い．本システムはこのような運用をされているお客 紹介した．なお，当社ホームページの下記 URL にソ 閲覧いただきたい．また，当社ターボ冷凍機の導入に よるランニングコストや CO2 排出量の削減効果を試 公開しているので設備計画にお役立ていただきたい． 冷熱事業本部 URL： http://www.mhi.co.jp/aircon/index.html 参 考 文 献 （1） 関 亘 ほ か， 通 年 運 転 動 力 低 減 に 寄 与 す る 新 型 ターボ冷凍機 AART シリーズ，三菱重工技報 Vol.43 No2（2006）p.41 ® 様に対し，小容量ターボ冷凍機（ステルスターボ ） を設置し，受電容量の増加などの設備投資をすること なく，省エネルギー化を実現するものである．本シス 三菱地所設計，三機工業（株） ，当社の３ テムは，（株） 社で共同開発したもので，その概要を図７に示す． 5．ま と め 仲谷潤之助 省エネルギーならびに CO2 排出量削減は，世界的 な最重要課題である．こうした課題・ニーズに対して， 空調・熱源設備の全体最適化を図り，効果的に省エネ ルギー，CO2 排出量削減を実現するため，設備計画 西崎太真 関亘 石井正宏
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