三菱重工技報 VOL.45 NO.1: 2008

特集論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

文Effect on Energy Saving and CO2 Emission
Reducing by Applying World-Class Centrifugal
Chiller
仲 谷 潤 之 助＊1

関石 井 正 宏＊3

西 崎 太 真＊4

Junnosuke Nakatani
Masahiro Ishii

Wataru Seki

亘＊2

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)ソリューションのキー技術である当社製最新型ターした．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

201810420406080
負荷（％）

割合（改修前を 100 とする）

COP

141286

図１

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℃

1620

ション提案を行い，図２に示すように 60％以上の省100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

図2＊3＊4：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．

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■ 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

冷水水タ電気ン
蒸気吸収冷凍機
360USRt

インバータターボ冷凍機
360USRt

冷6℃ 冷水蒸気360USRt × 2 台

インバータターボ冷凍機
360USRt

6℃ 冷水タンクク

6℃ 冷水
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

1

お客様のご要望を聴取

遠隔監視サービ
スや運転保守ア
フターサービスなど

図４

ターボ冷凍機を核としたソリューション提案内容

企画・検討

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
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

CO2 排出量削減
6 多彩なサービスメニューをご提案・実施

DOWN

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

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

客様● 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

図６

冷却塔
30 kW

ターボ冷凍機 1350RT

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: 200870

段階から設備導入，アフターサービスに至るまで一貫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

冷却塔

冷却塔

吸収冷凍機

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®

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）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
省エネ &CO2 排出量削減試算ツール

を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

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

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