日本冷凍空調学会賞

日本冷凍空調学会賞

409

技術賞

高効率ターボ冷凍機 GART，GART-Ⅰシリーズ
High Efficiency Centrifugal Chiller GART, GART-Ⅰ Series

1. はじめに

近年，ターボ冷凍機は地球温暖化問
題への対策のため，HFO 系の低 GWP 1
冷媒を適用した新しい機種が開発・提案されている．しかし，冷媒価格が高く供給体制が十分でないなど，全面的に

上田憲治＊
Kenji UEDA

和島一喜＊
Kazuki WAJIMA

八幡直樹＊ 長谷川泰士＊ 宮本潤＊

Naoki YAWATA Yasushi HASEGAWA Jun MIYAMOTO

HFC 冷媒の代替となるに至っていない．
また，微燃性を有する冷媒は，リスクアセスメントによる安全性評価が欠かせない．さらに，冷媒転換するためには各構成機器の基本設計からの見直し，エラストマー

シール部小径化（漏れ損失低減）
羽根車形状の改良（高性能，小径化）

材料や潤滑油との適合性，設計変更に伴う製造手法の確立，検証などが多岐にわたり，市場全体に代替機種が供給されるには時間が必要である．
当社もここ数年，低 GWP 冷媒に対応した製品開発，安全性評価に取り組んでいるが，並行して今まさにあるターボ冷凍機市場の高性能・高機能・コンパクト化への１段入口ガイドベーンの稼働域増加（高性能，小型化）ニーズに対応した現行冷媒 HFC-134a を採用した機種の図１開発が必要であると考えた．そこで，最新技術とアイデ軸受小径化（低損失）歯車小型化（低損失）

高効率化・コンパクト化のポイント

アを盛り込み，高性能・コンパクトな GART，GART-Ⅰ

熱管本数，伝熱管長さ，伝熱管径の組合せを見直して伝熱シリーズを製品化した．

面積を最小化するように設定し，従来機対比で伝熱管本数

2. 高効率化とコンパクト化を両立するための技術
2.1

圧縮機の低減，円筒シェルの径の小径化を可能とした．また，サブクーラ，エコノマイザには高性能のブレージング型プレー
ト熱交換器を採用し，特にエコノマイザは自然膨張式のフ圧縮機はターボ冷凍機の性能を決定する重要な要素でラッシュタンクからプレート熱交換器に変更したことによある．GART シリーズでは機械加工オープンインペラ

り，その容積を 50％以上削減し，充填冷媒量を低減した．

（羽根車）を 2 枚採用しているが，圧縮機の高効率化お2.3

よびコンパクト化を図るため，羽根車は前縁形状などの操作パネルは機器配置上操作しやすい位置となるよ

翼形状を見直し，大風量・小径化したより高効率な空力

う，要望に応じて設置されるが，配置設計は最適となら形状とした．また，1 段入口ガイドベーンのリンク形状ない場合があった．これは，従来の操作パネルは制御部を改良し，稼働域を従来シリーズ機対比で増加させるこ（ボックス）と一体であり，非常に大きなものであるのとにより，良好な制御性と大風量特性を両立した．さらで，容易に配置変更できなかったからである．そこで，に，増速歯車周速の抑制と軸受の小径化による機械損失

操作パネルと制御部を分離し，寸法の大きくなる制御部低減，シール部の軸径小径化による漏れ損失低減を図っは機器構成上都合の良い位置へ固定し，顧客の要望にた（図１）．以上より，高効率化を図りながら，30 ％小応じて配置を変更する小さな操作パネルは従来に比べて型化と 35 ％の軽量化を達成した．

自由に配置できるようにした（図２）．

2.2

熱交換器

シェル＆チューブ型熱交換器である蒸発器，凝縮器のチューブには高性能薄肉の伝熱管を採用するとともに，伝操作パネル＊三菱重工業㈱Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.
原稿受理 2016 年 3 月 8 日

冷凍 2016 年 6 月号第 91 巻第 1064 号

025-026技術賞三菱重工業.indd2525

2016/06/02

13:43:44

410

日本冷凍空調学会賞

GART-135(1350Rt)
IPLV

7.2

D

18.5℃

C23.0℃

AART-100（従来機）
IPLV 6.8

B

27.5℃

GART-135I(1100 Rt)
IPLV 8.7
GART-135(1350 Rt)

GART-135(1100Rt)
IPLV 6.9C

IPLV

9.323.0℃

A32.0℃

操作パネル

制御部（回路ボックス）

AART-100I(従来機)
IPLV 8.4

DB

27.5℃

18.5℃

図２

制御部と操作パネル
A32.0℃

2.4

ユニットのコンパクト設計

各構成機器のコンパクト化を行うとともに，構成機器を配置する際の上下方向の空間を活用し，主要構成機器（a）固定速機

図３の空間占有率（＝主要構成機器が占める容積÷冷凍機全（b）インバータ機

GART シリーズの IPLV体の空間容積）を大きくするコンパクト設計を行った．
従来機は，蒸発器，凝縮器を下部に設置し，圧縮機を凝縮器上に，サブクーラ，エコノマイザおよび操作盤は空間容積を最大で40％低減

設置面積を最大で30％低減

蒸発器，凝縮器から外寸がはみ出る位置に配置されていたが，GART シリーズでは蒸発器上に圧縮機を設置し，凝縮器を圧縮機横に，凝縮器の下にサブクーラ，エコノマイザ，制御部を設置することにより，主要構成機器の空間占有率を向上させた．この結果，ユニットは容積で最大約 40 ％小型化した（表１）．
表１

従来機種との空間容積・空間占有率の比較

AART-90
主要機器空間容積（m3）14.8
冷凍機空間容積（m3）
52.6
空間占有率
28 ％

GART-110
11.1
31.3
36 ％

低減率
25 ％
41 ％
－（a）空間容積

図４3.3（b）設置面積

従来機種との空間容積・設置面積の比較

軽量化・省資源化

圧縮機・熱交換器などの各構成要素のコンパクト化
は，使用部材の低減に大きく寄与した．また，従来機対3. GART シリーズの特長
3.1比で最大 26 ％軽量化を達成した．さらに，冷媒充填量高効率特性低減を狙い，蒸発器の小型化，エコノマイザのプレート

従来機は JIS 条件（冷水入口 12 ℃／出口 7 ℃，冷却水熱交換器化，一部冷媒液配管の小径化と配管長の短縮に入口 32 ℃／出口 37 ℃）で最高 COP 6.4，GART シリー

より，冷媒充填量は従来機対比で最大 39 ％低減した．

2ズでは最高 COP 6.5 を達成した．部分負荷性能は，固定速機で IPLV 3 7.24，インバータ機で IPLV 9.29 で，従4. まとめ

来機比それぞれ約 6 ％，約 11 ％向上している（図３）．

GARTシリーズでは高効率化，大幅なコンパクト化・軽GART シリーズでは，圧縮機容量制御機構である入口可量化を達成した．高効率化による運用面での省エネ・省コ

変ガイドベーンの制御域拡大により，大容量側制御域をストはもちろんのことながら，軽量化により資材物量，製作拡大し，結果的にピーク効率点を実用域にシフトするこ時の各種エネルギー資源消費の抑制にも大きく貢献できる．とで，実運用上の性能を示す IPLV が大幅に改善できた．

本シリーズは新冷媒に代替されるまでのリードタイム3.2

コンパクト化

において，HFC-134a による環境負荷の少ないソリュー

前述のとおり各構成機器を小さくし，さらに蒸発器，ション提案ができるものとして，世界市場に高効率とコ凝縮器を幅方向の最外側として，サブクーラやエコノマンパクトを強く訴求していく．現状の機能に満足せず，イザ，制御部である回路ボックスが外側にはみ出さない

今後も顧客の役にたてるように，更なる高機能化への追ユニット配置とした．この結果，従来機種との比較で空及を行っていく所存である．

間容積は最大約 40 ％の低減，全長と全幅の投影面積である設置面積で最大約 30 ％低減した．これらはいずれも業界最小レベルである（図４）．
26

1 GWP：Global Warming Potential，地球温暖化係数
2 COP：Coefficient of Performance，成績係数
3 IPLV：Integrated Part Load Value，期間成績係数

冷凍 2016 年 6 月号第 91 巻第 1064 号

025-026技術賞三菱重工業.indd

26

2016/06/0213:43:45