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日本冷凍空調学会賞

日本冷凍空調学会賞

技術賞

空冷式ヒートポンプチラー『コンパクトキューブ』
Air-Cooled Scroll Compressor Liquid Chiller, Compact Cube

1. は じ め に
ビルや工場などの冷暖房用熱源には，電気を利用した空冷式ヒートポンプチラ
ーやガスなどの燃料を利用した吸収冷温水機が使用されているが，CO2 排出量削

隅田嘉裕＊

伊藤拓也＊

加藤央平＊

氏

仁宏＊＊ 中山 浩＊＊＊

減，省エネルギー，ランニングコスト低Yoshihiro SUMIDA

Takuya ITOU

Youhei KATOU

Yoshihiro UJI

Hiroshi NAKAYAMA

減のため，吸収冷温水機から空冷式ヒートポンプチラーへのリニューアル需要が

表１

多数ある．しかし，従来の空冷式ヒートタイプ
ヒートポンプ
冷房専用
相当馬力
6060
形名
MCHV-P1800AE MCV-P1800AE
冷房能力（kW）
180180冷房消費電力（kW）
41.9
41.9
冷房 COP（−）
4.30
4.30
暖房能力（kW）
160−
暖房消費電力（kW）
41.6−
暖房 COP（−）
3.85−
冷暖平均 COP（−）
4.08−
外形寸法 高さ（m）
2.45
幅（m）
1.95
奥行（m）
2.06
設置面積（m2）4.02
製品質量（kg）
1 690
1 650
＊試験条件は JIS B 8613 に基づく

ポンプチラーでは，機器設置スペースの制約からリニューアルできない場合があった．
そこで，このようなリニューアル需要に対応するため，省エネルギー性能向上，特に部分負荷効率の向上とユニット設置自由度を拡大するコンパクト化の両立を目的とした新型空冷式ヒートポンプチラ

図１ 開発機の外観

ー『コンパクトキューブ』を開発した．

2. 開発機の概要
図１に開発機の外観を示し，表１には 60 馬力機の主な開発機（60 馬力機）の主な仕様仕様を示す．開発機は，冷暖房対応可能なヒートポンプチラーと冷房専用チラーの 2 タイプあり，また各タイプとも容量は相当馬力で 40，50，60 馬力の 3 種類あり，シリーズ合計 6 機種となる．

3. 開発機の特長
省エネルギー性能向上とコンパクト化を両立した開発
機の技術的特長を以下に示す．
（1）V フロー新ユニット形態
図２に示すように，U 曲げ細管プレートフィン&チューブ熱交換器を採用し，熱交換器をユニット内に高密度チューブ

図２に実装することで伝熱性能の向上を実現した．また，この U 曲げ熱交換器の側面に新型プロペラファンを配置し，熱交換器通過気流の均一化と通風抵抗の低減によるファン消費電力の低減を実現した．さらに，ユニット吹出し面にはエアガイドを設け，斜め約 60 °上方吹出し『Vフロー』を実現し，吹出しおよび吸込み気流の干渉を抑24

冷凍 2010 年 6 月号第 85 巻第 992 号＊三菱電機㈱Mitsubishi Electric Corp.
＊＊関西電力㈱Kansai Electric Power Co., Inc.
＊＊＊中部電力㈱Chubu Electric Power Co., Inc.
原稿受理 2010 年 1 月 29 日

ユニット構造日本冷凍空調学会賞

図３477

開発機の冷凍サイクル
図４COPMAX 制御の概要

制し，複数ユニットの隣接設置時の省スペース化を達成した．

少とともに 2 台の圧縮機周波数を減少させ，冷房能力比（2）2 蒸発温度冷凍サイクルの採用

約 20 ％のポイントで圧縮機運転台数を 2 台から 1 台に減開発機では，図３に示すように系統 1 および系統 2 の 2少させる．このように，必要な負荷に応じて圧縮機運転つの独立した冷媒回路により構成し，系統 1 と系統 2 の水台数，圧縮機周波数およびファン回転数を最適に制御し，熱交換器には直列に冷水あるいは温水を流す構成として特に部分負荷時の COP の大幅な向上を実現した．また，いる．このサイクルでは，冷房運転時に冷水の上流側でインバータ駆動圧縮機の採用により圧縮機運転周波数をある系統 1 の蒸発温度と下流側である系統 2 の蒸発温度迅速に最適値に制御できるため，冷水入口水温変化や水が異なる『2 蒸発温度冷凍サイクル』となる．上流側の量変化などの負荷変化時の応答性は，従来の定速スクリ

系統 1 の冷水温度は下流側の系統 2 よりも高いため，系ュー圧縮機搭載ユニットに比べて大幅に改善し，負荷追統 1 の蒸発温度は系統 2 の蒸発温度よりも高く制御する従性の高いチラーを実現することができた．

ことが可能となる．このため，従来の 1 蒸発温度冷凍サイクルに対して系統 1 の蒸発温度が高くなり，高効率な運転が実現できる．

4. 環境性・経済性
延床面積 12 500 m2 の大阪地区の事務所ビルを対象とし（3）COPMAX 制御による部分負荷効率向上

た試算では，高効率化により既存の吸収冷温水機と比較

開発機では，図 3 に示したように 4 台のインバータ駆動

すると，58％のCO2 排出量削減，48％の省エネルギー，47％スクロール圧縮機と6台のインバータ駆動プロペラファンのランニングコスト低減が可能となる結果が得られた．

を搭載し，この圧縮機およびプロペラファンの運転台数，回転数を負荷に応じて最適に制御する COPMAX 制御を

5. お わ り に採用した．インバータ駆動スクロール圧縮機の COP は，セントラル空調用熱源機の分野で『インバータ駆動の定格能力時よりも 60 ％容量時の方が約 15 ％ COP が高い空冷式ヒートポンプチラー』を普及させたいとの思いか特性を持つ．一方，プロペラファンにも COP が最大となら，『コンパクトキューブ』の開発企画を 2005 年よりスる風量が存在する．これは最適値よりも風量を増加させタートした．従来機の延長線上での改良では到達できな

るとファン消費電力が増加し COP が低下し，最適値よりい開発目標を掲げ，冷媒，圧縮機，空気熱交換器，水熱も風量を低下させると高圧上昇により圧縮機消費電力が交換器などのデバイスとサイクル制御，システム制御を増加するためである（冷房運転時）．

従来機から一新し，最新の技術を盛り込んだ製品として新制御では，これらの圧縮機とファンの特性を考慮し，開発を進めた．目標が高い分だけ，開発途中では大きな負荷に応じた最適制御を実施している．図４はこの新制課題に幾度も遭遇したが，共同開発パートナーである電御の概念を示す図であり，横軸に冷房能力比，縦軸に力会社の方々の叱咤激励，社内研究所や関連部門からのCOP 比を示している．冷房能力比 100 ％では 4 台の圧縮技術支援，サポートを得て，『コンパクトキューブ』を機はすべて定格周波数で運転し，負荷の低下とともに 42008（平成 20）年 4 月より市場投入することができた．

台の圧縮機の周波数を減少させる．冷房能力比約 50 ％と今後も，同業他社と切磋琢磨しながらヒートポンプのなると圧縮機 4 台運転よりも 2 台運転の方が COP が高く高性能化，高機能化の技術開発を進め，ヒートポンプのなるため，このポイントで圧縮機運転台数を 4 台から 2普及促進，新分野への展開などを通じて，『低炭素化社台に減少させ，高 COP 運転を継続する．さらに負荷の減会』の実現に貢献していきたい．

冷凍 2010 年 6 月号第 85 巻第 992 号

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