第38回優良省エネルギー設備顕彰事例①◦（一財）省エネルギーセンター最優秀賞◦改修設備部門

生産設備冷却水の排熱利用予熱コイルを搭載した
外気処理空調機と空調設備の蒸気レス化
設備施工者：（株）
精研
設備所有者：（株）
三社電機製作所

建物の概要
名概

称 （株）三社電機製作所
要

建家：地上 2 階

岡山工場B棟

地下 0 階

所在地

岡山県勝田郡奈義町柿17412

延床面積：1,868m

構造：S造

用途：半導体工場

1 ．技術開発の目的と経過
目的：半導体工場のCO2排出量削減
経過：平成29年（設計）平成30年（引渡し等）
2 ．設備・システムの概要
半導体工場のCO2排出量削減を目的として、空調加熱への生産設備冷却水の排熱利用と、蒸気ボイラーからヒートポンプモジュールチラーへの更新による蒸気レス化を行った。
半導体工場のクリーンルームは、製品の歩留まりを高めるため恒温恒湿条件を維持する必要があり、建物外観

冬は加熱負荷、夏は冷却除湿後の再熱負荷が発生するため年間を通して加熱を必要とする。一方、生産側では生産設備冷却水を循環使用しており、約25℃の生産設備冷却水の排熱が常に存在していた。そこで、生産設備冷却水の排熱を外気の予熱や再熱に利用し、かつ、加熱や再熱の熱媒を蒸気から温水に変更した外気処理空調機を新たに導入すると共に、加熱源を蒸気ボイラーからヒートポンプ式モジュールチラーに改修することで蒸気レス化を行った。また、外気処理空調
機内で一括して行っていた蒸気加湿を廃止し、クリーンルームの床下ピットにて各部屋の湿度条件に応じたドライフォグ加湿を個別に行うシステムに変更したことで、きめ細かな湿度コントロールと、空調設備の蒸気レス化による省エネルギー・省CO2化の両立を実現した。

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冷凍空調設備

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3 ．着想当該生産設備冷却水は生産設備に20℃で供給し、約25℃となって冷却設備に戻り、冷却設備にて25℃から20℃まで冷却する必要があった。一方、クリーンルームの恒温恒湿空調では年間を通して加熱・再熱負荷を生じ、年間を通して22℃で給気を行っていた。空調加熱に生産設備冷却水の排熱を利用することができれば、空調加熱分と生産設備冷却水の冷却分の双方に費やすエネルギーを節約することができると考え、生産設備冷却水排熱利用型予熱コイルを搭載した外気処理空調機を新たに導入した。また、空調加湿に伴う化石燃料消費量の削減を図るため、蒸気を使わずに飽和効率90％以上で且つクリーンに加湿することのできるドライフォグ加湿を採用したことで、空調設備の蒸気レス化が可能となった。

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4 ．効 果（省エネルギー）
図 1 に外気処理空調機での加熱熱量（生産設備冷却水排熱とチラー加熱別）を示し、加熱源の熱供給割合を図 2 に示す。外気処理空調機に生産設備冷却水の排熱利用型予熱コイルを設けたことで、年間を通して排熱を有効利用できており、温水チラーの稼働を66％抑制できていることがわかる。
表 1 に空調設備全体のエネルギー使用量実績を示す。外気処理空調機での生産設備冷却水排熱の有効利用に加えて、加熱源を蒸気ボイラーからヒートポンプ式モジュールチラーに更新して蒸気レス化を図ったことで、空調設備全体のCO2 排出量は、改修前1,257.3トンCO2/年に対し改修後476.2トンCO2/年で削減量は781.1トンCO2/年、削減率は62.1％と大幅なCO2削減効果が得られた。

図1
表1

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外気処理空調機での加熱熱量

図2

空調設備のCO2排出量削減実績（エネルギー使用量実績データより）

冷凍空調設備

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外気処理空調機での加熱源の熱供給割合

5 ．投資回収（省マネー）
表 1 より、ランニングコスト削減額は19,919［千円/年］（電力料金単価：13.24［円/kWh］、A重油単価：70［円/L］とする）
空調設備改修費用（熱源設備、外調機設備、加湿設備）：268,500［千円］
投資効果：268,500［千円］/ 19,919［千円/年］=13.5［年］
6 ．他の建物への応用性
通年冷却工程を伴う生産設備などからの排熱があれば、恒温恒湿空調など年間を通して加熱負荷を生じる空調設備の加熱・再熱に利用可能で、今回の半導体工場の他、食品工場や製薬工場など室内温湿度条件の維持管理を要する建物用途に容易に応用できる。
7 ．仕様又は開発製品等
熱源システムと外気処理空調機、ドライフォグシステムの仕様

8 ．環境保全、便利性等
年間削減電力量553,347［kWh/年］、年間A重油削減量179,889［L/年］より、導入した空調設備のCO2排出削減量は781.1［トンCO2/年］、CO2排出削減率は62.1［％］となる。
（CO2排出換算係数は電気：0.531［kgCO2/kWh］、A重油：2.7096［kgCO2/L］を使用）

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9 ．工夫した点、発想した点等①ローセレクタースイッチによる外気処理空調機給気温度可変制御
既 存空調設備は外気処理空調機での冷却除湿後、給気温度一定制御で22℃まで再熱した後、各クリーンルーム系統に空気を供給し、各クリーンリーム系統に設けられた顕熱処理用ファンコイルユニット（冷専）にて室内温度条件を満たすよう制御していた。常に22℃まで再熱するため、冷房要求の多い夏期には無駄な再熱になることもありエネルギーロスの回避が課題であった。今回の改修にて各クリーンルーム室内温度のローセレクタース
イッチにより外気処理空調機の給気温度を可変させる制御を導入し、必要の無い再熱を抑制する制御を加えた。
②クリーンルーム床下でのRA空気へのドライフォグ加湿ド ライフォグ加湿は噴霧粒子が微細で、接触面を濡らすことなく加湿が行えるため、凝縮ドレンのロスが無い。また、エリミネータやドレンパンを必要としないことから、加湿器設置位置の自由度が増すことに加えて不純物の堆積や雑菌の繁殖のないクリーンな加湿が行える。今回、外気処理空調機内での一括加湿を廃止し、クリーンルーム床下ピットの空間を利用して各クリーンルームの加湿要求に応じて個別に加湿コントロールできるようにした。ドライフォグの発生・停止が即座に行えるため制御応答性も良好で、各室とも相対湿度は設計条件の±10％以内に収まっており年間を通して良好な状態を維持できていることを確認した。
10．市場性等
地球温暖化防止の観点からCO2排出量の大幅削減は喫緊の課題となっている。CO2排出量を削減するために化石燃料を燃焼させるボイラーからクリーンなヒートポンプ熱源への転換は、工場施設に限らず、商業施設や宿泊施設など加熱に蒸気を使用している施設で応用できる。生産設備等の排熱の空調加熱への有効活用は、年間を通して加熱が必要な恒温恒湿空調や低湿空調を必要とする半導体工場の他、食品工場や製薬工場で大きな効果が期待できる。
11．外観・構造図①システムフロー図

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②設備写真

生産設備冷却水の排熱利用予熱コイルを搭載した外気処理空調機

クリーンルーム床下ピットでのドライフォグ加湿状況

12．講評
蒸気加湿は低温送風時にも信頼できる加湿方式として広く使用されているが、省エネという点では他の加湿方式に比べて劣る面があり、生産設備の加湿制御方式決定においては、加湿制御の確実性、制御精度、省エネ性等を十分考慮する必要がある。ここでは半導体工場のクリーンルームの空調設備に用いられていた蒸気加湿をドライフォグ加湿に変更して、きめ細かな湿度コントロールと省エネ化を実現した。これにより蒸気加湿用の重油ボイラをヒートポンプチラーに置き換えることが可能になり、生産設備の排熱利用も行って大きな省エネ効果をあげた。ここで用いられた手法は他の同様な施設にも展開可能な改修工法として高く評価された。

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