優良省エネルギー設備顕彰事例①
新設設備部門 譛省エネルギーセンター会長賞

流下液膜式凍結濃縮装置 ［ FREECIS ］
設備所有者：京セラミタ㈱ 玉城工場
設備施工者：新日本空調㈱
○

建物の概要
名

称

京セラミタ㈱玉城工場

所 在 地

三重県度会郡玉城町野篠704-19

概

建家

要

地上４階

延床面積 5,744m2
構造

S造

用途

工場

1．技術開発の目的と経過
氷蓄熱装置は、電力の昼夜間負荷の平準化を目的として、昼間の冷房用熱源のために安価な夜間

建物外観電力を使用して水を氷に相変化させて蓄熱する
が、利用温度（７℃）に対して蓄熱温度（０℃）
が低いことによる熱源機のCOPの悪化や、熱ロス等の理由のために省エネルギーな装置ではない。
一方、溶液が凍結する際に、氷中には溶質が取り込まれず、溶液中に排除されながら氷結晶が成長する事が知られており、この自然現象を積極的に利用して、水溶液中から水分を氷として抜き取ることによって水溶液を濃縮していくのが凍結濃図1

浸管式と流下液膜式の概念図

縮手法である。
そこで当社では、独自方式の流下液膜式氷蓄熱

結濃縮装置の開発経過について説明する。

装置を利用して、溶液の凍結濃縮が可能な装置の開発を行った。その結果、本装置では従来の氷蓄（1）流下液膜式氷蓄熱装置

熱装置の機能を保持しながら、排水を減容化する

スタティック型のアイスオンコイル方式であることが可能となり、システム全体の省エネルギー

が、従来の浸管式と違い製氷コイルを水槽の上部、を達成するとともに、省コスト、環境負荷低減に

空中に設置しているところが構造的特徴である。

も貢献する。

概念図を図1に示す。氷蓄熱槽内の空中に配置し次に本開発の原型である流下液膜式氷蓄熱装た製氷コイル表面に、槽頂部から散水した水が、置、凍結濃縮技術について説明し、流下液膜式凍コイル表面を液膜状態となって流れる過程で、製8

冷凍空調設備2008年４月15日号

氷および解氷を行う。この際の製氷コイルおよび①排水の減容化

氷の表面熱伝達率が、浸管式アイスオンコイル方

排水容量を10％に濃縮、減容することにより、式に比較して10倍程度大きいために、製氷および省エネルギー、環境負荷低減に貢献するとともに解氷特性に優れた氷蓄熱装置である。

排水処理費用も削減する。

10時間解氷でも、３時間解氷においてもその特②氷蓄熱としての冷熱利用性は変わらずに安定した低温度送水を可能として

昼間には氷蓄熱装置として、夜間製氷した氷をいる。これが流下液膜式氷蓄熱装置の最大の特徴

冷房等の熱源として使用することで昼間の電力負である。

荷を下げることができる。

納入実績は福岡県・小倉記念病院、沖縄県・安波ダム事務所、東京都・早稲田大学理工学部などである。

③安価な夜間電力利用
氷蓄熱装置と同様に、電力会社と蓄熱調整契約を結ぶことで、安価な夜間電力が適用され、ランニングコストが安価となる。

（2）流下液膜式凍結濃縮装置④解氷水の再利用

流下液膜式凍結濃縮装置の概要を図2に示す。

冷熱利用した後の解氷水は清浄水となっている

本装置の基本構造は流下液膜式氷蓄熱装置と同様ために、工業用水などとして再利用が可能となる。

で、製氷コイル上部から散水を行い製氷を行う。

⑤濃縮水の有価物回収

この際、原水の90％を製氷することが可能なため、原水は10分の1まで濃縮減容される。流下液膜式

排水の成分によっては濃縮することにより有価物回収が可能となるものもある。

凍結濃縮装置は、前進凍結法に分類され純粋な氷が伝熱面からゆっくり成長し、凍結界面に押し出2．設備・システムの概要

された溶質分を上部からの散水によって洗浄する（1）システム構成

ことで清浄氷を成長させる。
（図3）

・流下液膜式凍結濃縮装置は、図4、5に示すように、製氷コイル、ブラインチラー、ブラインポ
ンプ、排水槽、回収水槽、排水循環ポンプ、清水循環ポンプ、熱交換器と切替バルブ、配管、自動制御盤などから構成される。
・製氷コイルは外径約15mmのSUSあるいは銅製
で隣の氷と一体にならない（ブリッジングを生じない）間隔（約80mm）に千鳥状に配置している。
・上部の散水パンは孔径８ミリの多孔板として均

図2

流下液膜式凍結濃縮装置の概要

一に散水が可能な構造としている。
（2）運転方法
・運転はタイマーにより各運転モードを切り替えて運転する。各運転モードは下記である。
①排水補給：排水を装置内排水槽へ所定量汲み上げる。
②製氷濃縮：図4に示すように、氷蓄熱装置と同様に、22時から翌朝8時の割安な夜間電力を使用して、排水中の純粋な水だけを凍結させて、排水

図3

流下液膜式前進凍結法

2008年４月15日号

を十分の一に凍結濃縮する。排水冷凍空調設備9中の水分は清浄氷として製氷コイ（3）納入システム

ル表面に凍結する。

工場から出る排水を一旦既設の排水槽で貯留③濃縮水排出：10分の1に濃縮した濃縮排水を外し、毎日汲み上げて排水を凍結濃縮分離する。濃部濃縮水槽へ排出する。
④洗浄

縮水は濃縮排水槽へ排出し、定期的に産業廃棄物：氷表面および装置内壁面に付着し処理する。氷を用いて工場内冷房を行い、解氷水

た濃縮排水を清水（解氷水）によは製造装置の冷却水として再利用する。（図6）

り洗浄する。
⑤解氷：図5に示すように、昼間には氷蓄
ブラインチラー

熱装置として熱交換器を介して冷凍結濃縮コイルユニット

装置側

製造エリア
４F

熱利用しながら清浄氷を融解する。
⑥解氷水排出：解氷水を再利用水として排出する。
２F

解氷水タンク

排水タンク

コンプレッサー室

１F
既設排水槽②
既設コンプレッサー

活性炭充填塔

既設冷却塔
既設排水槽①

図6

図4

システムフロー

夜間蓄熱・凍結濃縮運転

流下液膜式凍結濃縮装置外観（4）流下液膜式凍結濃縮装置FREECISの概略仕様

図5

昼間放熱・解氷・リサイクル運転

・蓄氷量は排水槽および回収水槽に設けられた水

処理量

m3/日

1

2

3

6

10

製氷量

kg

900

1,800

2,700

5,400

9,000
3,014

蓄熱量

MJ

301

603

904

1,808

冷却能力

kW

8

17

25

50

84

動力

kW

9.4

15.5

25.2

43.3

63.5

装置概観
（参考寸法）

L

4,000

6,000

8,000

11,000

8,000

W

3,000

3,000

3,000

3,500

10,000

H

3,000

3,000

3,000

3,000

3,000

位センサーにより換算して、製氷時には製氷量の監視、解氷時には残氷量を監視して氷が融け残らない制御を行う。
10

冷凍空調設備2008年４月15日号

濃縮排水槽

3．着想
［背景および実情］（2）試算
産業廃棄物の排水が、同装置を導入することに氷蓄熱装置の主目的は昼間の電力負荷の夜間移より、1/10に減容することができる。排水を1/10

行であり、電力会社の料金体系によりランニングにすることにより、排水を産業廃棄物としてガスコストを抑えることが可能であるが、一方消費エ

燃料で焼却するエネルギーが削減され、省エネル

ネルギーは、利用温度７℃程度に対して氷0℃でギーとなる。

蓄熱するために冷凍機のCOPが悪くなることや、

試算値（排水10m3／日を排出する工場）

補機動力の増加、熱ロスなどの影響で氷蓄熱装置
単体では省エネルギーにはならない。そこでシス

流下液膜式凍結濃縮装置
排水焼却エネルギー（MJ）

2,841MJ

テムの省エネルギー化のため大温度差空調などの電力エネルギー（使用電力量）

5,578MJ

検討が行われている。また、氷蓄熱装置は各社

・ 凍結濃縮482kWh

様々な方式で開発されているが、採用の実態とし

・ 氷蓄熱の放熱

75kWh・ 濃縮排水量（１m3/日）の処分用補機

10kWhてはコスト勝負となっている面が大きい。従って弊社の流下液膜式氷蓄熱装置はその解氷特性は優・ 濃縮排水量相当の上水処理

0.5kWh１次エネルギー計

8,419MJれているが、コストが高いことで採用実績が伸び

従来システム（非蓄熱空冷チラー）

悩んでいるのが現状であった。
［着眼点］
そこで、水から氷の相変化を利用して溶液中の純粋な水だけを氷にすることにより溶液を凍結濃縮することが可能であることがわかっていたので、弊社の流下液膜式氷蓄熱装置を利用して凍結濃縮への応用開発が進められた。

排水焼却エネルギー

28,411MJ

電力エネルギー（使用電力量）

3,214MJ

・ 非蓄熱の空冷チラー

222kWh・ 排水量（10m3/日）の処分用補機

100kWh・ 排水量相当の上水処理

5kWh

１次エネルギー計

31,625MJ

約59％の省エネルギー効果がありました（3）試算結果

１次エネルギー削減量：31,625−8,419＝23,602MJ、［新規性］

削減率73.4％

流下液膜式氷蓄熱装置はその構造が凍結濃縮するのに適していることで開発を可能にした。その特徴とは下記の通りである。

（4）納入事例での省エネルギー効果は約59％でした。

・氷の上から散水しながら製氷を行う。（凍結界面の物質移動が大きいため清浄氷を生成で5．投資回収（省マネー）

きる）

（1）試算

・氷と水が分離されている。
（空中で製氷する）

流下液膜式凍結濃縮装置の経済性は、その評価

・IPF（保有水量に対する製氷量の割合）が90％

範囲を4．効果（省エネルギー）と同様とし、10m3／と非常に高い（十分の一までの濃縮が可能）

日の産業廃棄物排水が排出されている工場に、本装置を導入した場合を想定した。

4．効果（省エネルギー）

注）納入事例ではなく一般的な例として計算する。

（1）評価の範囲
製造工程用水として用いた上水が産業廃棄物の排水10m3／日となって排出されている工場に、氷蓄熱と排水減容の目的で流下液膜式凍結濃縮装置を導入した場合を想定する。なお、試算は1日当たりの電力量で評価する。
注）納入事例ではなく一般的な例として計算する。

2008年４月15日号

冷凍空調設備11

7．環境保全、便利性等

試算値

流下液膜式凍結濃縮装置

環境負荷の排出量

イニシャルコスト

60,000,000円

ランニングコスト

6,702,800円/年

・ 電力料金（昼間）

256,000円/年

排出原単位

・ 電力料金（夜間）621,800円/年

排水焼却 ガス使用量

・ 排水処理費用

CO24,500,000円/年

・ 上水削減量▲675,000円/年

・ 装置保守費用

2,000,000円/年

電力

本システム

2.29kg-CO2/m3

2.29kg-CO2/m3

631m3/日

63m3/日排出量1445kg-CO2/日

144kg-CO2/日

排出原単位0.339kg-CO2/kWh

0.339kg-CO2/kWh

電力使用量327kWh/日

567.5kWh/日

排出量111kg-CO2/日

192kg-CO2/日

合計
単位量

従来システム

25RT

1556kg- CO2/日

336kg- CO2/日

62.2- CO2/日RT

13.4- CO2/日RT

従来システム
イニシャルコスト

4,000,000円

ランニングコスト

45,757,900円/年

・ 電力料金757,900円/年

8．工夫した点、発想した点、創作した点、新しい点等、設備の特徴

45,000,000円/年

従来の氷蓄熱装置にはダイナミック方式、スタイニシャル増：60,000,000円−4,000,000円＝56,000,000円
ランニング減：45,757,900円−6,702,800円＝39,055,100円/年

ティック方式共に各社多くの方式があるが、いず・ 排水処理費用（2）試算結果

れも冷熱源装置としてのみ使用されていた。
一方、流下液膜式凍結濃縮装置は、独自技術の氷蓄熱装置でありながら、産業プロセス排水などの濃縮、減容機能と、解氷水のリサイクル機能を

単純投資回収年数：56,000,000円÷39,055,100円＝
1.43年

有し、多機能で高付加価値の装置であるところに、
新規性と創造性がある。
また、他の凍結濃縮装置と比較して、凍結濃縮（3）納入事例での単純投資回収年数は約3.4年でした。

機能と氷蓄熱・放熱機能が一体化された装置で、氷と濃縮水が必然的に分離される、シンプルな構
造、容易な制御方法であることにも、新規性と創6．他の建物への応用性
氷蓄熱装置と排水処理装置の融合であるため、造性がある。
本装置の優れている点は下記である。

導入する際は下記の条件を満足する必要がある。
工場が主なターゲットであるが、その他用途の建①制御が簡単物でも下記条件を満足すれば適用可能である。

ブラインチラーは、冷凍能力と製氷コイル（伝①年間を通じて排水が排出されていること。

熱面積）とのバランスにより成り行き運転をする

排水を原水として製氷を行うため、排水が排出ため、複雑な制御は不要でチラーの運転効率も良されている建物である必要がある。

い。

また、その排水成分は凍結濃縮が可能な成分及②濃縮倍率の確認が簡単

び濃度である必要がある。
②年間を通じて冷熱利用先があること。
凍結濃縮した際の氷を融解するための冷熱利用
先（空調、装置冷却）が必要となる。
③年間を通じて解氷水の再利用先があること。
清浄な解氷水を再利用する用途がある方が良い。ない場合は下水放流となる。

圧力素子で計測した水槽水位の変化で製氷量が把握できるため、濃縮倍率の確認が簡単に行える。
③製氷状態の確認が簡単
空中の製氷コイルで製氷するため点検口から製氷状態の確認が簡単に行える。
④冷熱利用が簡単
氷蓄熱として解氷特性に優れた散水外融式であるので低温冷水を有効に利用可能である。

12

冷凍空調設備2008年４月15日号

⑤メンテナンスが簡単
製氷コイルと水槽、ポンプ、配管で構成される
シンプルな構造のためメンテナンスが容易で定期的な散水パン、水槽などの清掃でよい。

・地域冷暖房プラント
・ホテルなど3）その他
食品の濃縮用途として、香り、フレーバーの劣化無しに濃縮が可能なため、高価な薬品やだ

9．市場性、販売状況、適応市場の大きさ、競合品またはシステムとの比較、販売実績等［市場性］
流下液膜式凍結濃縮装置市場には下記のものがある。
1）産業関連し等の液状食品の濃縮需要がある。
［競合品との比較］
排水減容装置として、Ａ社の凍結濃縮装置がある。Ａ社の装置は懸濁結晶法で、生成した氷粒を成長させた後、洗浄コラムで氷結晶と濃縮液とを各種生産工程で産業プロセス排水を生じ、高分離する方法である。高濃度排水にも適用が可能

価な産業廃棄物処分費用を必要とし、冷房、冷とされているが、装置構造が複雑で装置価格が非却などの冷熱負荷のある工場。

常に高いと言われている。

なお、比較的低濃度（１％以下）の下記の排

当社の流下液膜式凍結濃縮装置FREECISは凍結水が適用可能である。

濃縮と濃縮水の分離、氷蓄熱と放熱が一体化され・医薬品工場排水た装置であり、比較的需要の多い希薄な排水を対・メッキ排水

象に濃縮水を分離し、氷の冷熱利用も容易である。

・現像液排水・精密機械工場のトナー排水・機械製造ラインの洗浄排水など
2）民生関連冷却塔ブロー水や、その他の排水を大量に下10．その他
特許・特許第3681153号

・特許第3690797号 凍結濃縮方法およびその水道放流し、その補給水として上水を使用し、年間に冷熱負荷がある施設。

2008年４月15日号

凍結分離装置装置

・特開2000-334442

凍結分離装置冷凍空調設備13

優良省エネルギー設備顕彰事例③
新設設備部門 譖日本冷凍空調設備工業連合会会長優秀賞

フレッセイ新保店採用の ウルトラ エコ・アイス システム
設備所有者：㈱フレッセイ
設備施工者：㈱ヤマト ○

建物の概要
名

称

フレッセイ新保店

所 在 地

群馬県高崎市新保町字伊勢301−1

概

建家

要

地上２階

延床面積 3,012m2（売場面積 1,846m2）
構造

S造

用途

スーパーマーケット

1．技術開発の目的と経過※

ウルトラ エコ・アイス システム（ver.2 ）導入
により、・消費エネルギーの低減、・ランニング

建物外観

コストの低減、・省エネによる温室効果ガスCO2の削減、・温室効果ガス（R22）漏洩量の削減、・

や高めの温度で冷却され、蓄熱槽をバイパスし、

ショーケース内陳列商品の高品温管理の実現、・

ケースに供給される。

店内環境の改善、・システムの信頼性向上の項目

冬季においては冷凍機廃熱を床に蓄熱し、日中の暖房負荷に寄与させる。

を目的とした。
ーマーケット４件、ver.1 は群馬県内３件、栃木

2.2 昼間：蓄熱槽から約−６℃以下の冷熱を取り出し、システム内の負荷をカスケード冷却

県、神奈川県の各１件である。（※ver.1及びver.2

図１に示された温度域の異なった各負荷に対本システムver.2の納入実績は群馬県内のスーパ※の説明は後出）し、蓄熱槽に蓄えられた冷熱を0℃の精肉・鮮魚用ショーケース（中温域ショーケース）を冷却し2．設備・システムの概要
ウルトラ エコ・アイス システムの全体構成図

た後、４℃〜７℃の乳製品・青果といった各ショーケース（高温域ショーケース）、外気処理機、を図１、２に示す。（特許取得済）

最後に冷凍食品等の低温用冷凍機の凝縮液サブク

2.1 夜間：低温氷蓄熱とショーケースの夜間負荷冷却対応

ール用熱交換器へと供給しカスケード利用する。

蓄熱用冷凍機で蓄熱槽に−８℃以下の氷を生成

ケース負荷に対応するプレ冷却用冷凍機により、蓄熱する。一方、昼間に比べて減少したショーケ

カスケード冷却後温度上昇したブラインをプレ冷ース夜間負荷に対して、循環ブラインは蒸発圧力却し、その後に蓄熱槽に戻し、再びカスケード冷を高めて運転するプレ冷凍機によって日中よりや却する。残蓄熱量と負荷量によって変化するブラ

8

冷凍空調設備

負荷の大きい夏季等においては、夜間のショー

2008年５月15日号

表面には冷却中に霜がつき、冷却能力の低下をもたらす。従来の直膨システム
では、冷却コイルに電気ヒーターを装着し、一日に４回ほど定期的に通電し暖め、その熱で循環している
空気を加熱しコイル表面の除霜を行っている。この従来システムでは除霜中のショーケース内部温度は上昇する。それに伴い陳列されている食品の品温も上昇してしまう。
一方、図２に示すように、本システムにおける除霜
図１

昼間冷却運転時

は、各負荷を一巡冷却処理
温度上昇したブラインを冷却時のようにプレ冷却冷凍機、蓄熱槽を経由させず、
１時間毎にこれら冷却熱源装置をバイパスさせて、霜の着いた０℃に保たれているショーケースの冷却コイ
ルに供給し、コイル内部よりコイル表面を暖め除霜する。この時は冷却時とは逆に、コイル表面に蓄積されている霜の持つ潜熱は、数度高い温度でコイルに供給されるブラインを冷却することになり、冷却されたブ
ラインは次の温度域のショ

図２

除霜・夜間冷却運転時（除霜時は、プレ冷凍機の運転停止）

ーケース（４〜７℃）、空調機、熱交換器へと供給さイン温度を管理しながら追い掛け運転も行う。

れ、最下温度ショーケースのコイルに蓄積された冬季等負荷の少ない時には夜間潜熱蓄熱のみに霜の潜熱が各冷却器で利用される（このプロセスて対応する。また、冷凍機の排熱を暖房熱源としにおいても、コイル表面に蓄熱された潜熱を利用て外気処理機、床暖房に利用する。

している）
。

2.3 除霜時：システム系内の冷却負荷を利用しながら0℃系ショーケース冷却コイル表面の
霜の除去

3．着想

０℃に保たれているショーケースの冷却コイル
2008年５月15日号

我が国の食品を扱うスーパーマーケット（SM）の中で多くを占める延床面積が約3000m2、売場面
冷凍空調設備9

積が約1500m 2程の店舗は約10,000店程存在する。

・負荷が減少している夜間には年間を通じ蒸発

この規模の施設における単位面積当たりのエネル

圧力を高く設定されたプレ冷却冷凍機が対応

ギー消費量は、一般事務所ビルの３倍強程になり、する

１店舗の消費するエネルギー量は、一般事務所ビ2ルの10,000m 規模に相当する程エネルギー消費が・低温系の冷凍サイクルにサブクールを採用
・除霜には電気ヒーターを使用せずにシステム多い。
さらに、これらの店舗では冷蔵設備、空調設備にHFCs冷媒が多く使用される。最近ではオゾン系内の高い温度域の負荷を置換し利用
・冬季には暖房熱源として冷凍機廃熱利用
1）年間消費電力量

層破壊係数ゼロではあるが、温暖化係数の高い冷媒の使用量が増加している。
本システムの原型（ウルトラ エコ・アイス シ
ステム ver.1）は約10年前から開発してきたシステムであり、食品SMにおける冷蔵設備と空調設
備の熱源設備を一体化したシステムである。汎用冷凍機を使用し、自社で開発製作した氷蓄熱槽にブラインを採用した。夜間電力で氷を製造し、日中、氷を融解する事により、その冷熱を冷蔵・空調設備に利用する。

フレッセイ新保店と近似した規模、ほぼ同様の施設内容・営業時間である従来システムを採用している他店舗とを比較する。
表１

同規模２店舗の各実績値（H17/1〜H17/12）
消費電力量 エネルギー料金［MWh／年］［k￥／年］

電力デマンド［kW］

店舗名（売場面積）

冷蔵設備＋空調設備
システム システム［新保店］（100％）

本システム＋EHP

1,872（内夜間電力量200）（89％）

20,971
（74％）

336
（73％）

他店
（100％）

従来システム＋EHP

2,102（100％）

28,031（100％）

455（100％）

本システム採用新保店の年間使用電力量実績

応募対象である現在のシステム（ウルトラ エ

値は、従来システム採用他店と比較し店舗全体

コ・アイス システム ver.2）と原型との異なる点の消費電力量において、約11％（230MWh/年）

は、ブラインによる冷蔵対象範囲の違いである。

の消費電力量削減がなされている。

原型は、４℃〜７℃の乳製品・青果等のショーケ

2）熱源設備の消費電力量

ース（高温域ショーケース）のみを冷蔵対象とす

表１の場合、熱源設備を除く他の設備は、２るのに対し、本応募システムでは、０℃付近の精店舗ほぼ同様の設備、営業時間数も同一である

肉・鮮魚ショーケース（中温域ショーケース）にため、２店舗における各設備項目毎の消費電力まで冷却対象を拡張するため、ブラインの凍結温量は実測していないが、この消費電力量の差は、度を−８℃とし、夜間電力により−８℃以下の氷熱源設備によると考えられる。

を製造した。また、ショーケースを０℃付近に保つために、冷却コイル表面には霜が着く。本応募表２ 本システム採用新保店と従来システム採用他店における熱源設備の消費電力量

システムは、その霜取機能を有する第２世代のシステムである。本応募システムは、５年前に確立

本システム
採用新保店

されすでに４店に導入された。今日に至る間、４店舗全てのシステムは運転停止することなく安定して機能を発揮しながら昼夜連続運転している。

全体の消費電力量

熱源設備以外の
消費電力量

熱源設備の
消費電力量

［MWh/年］［MWh/年］［MWh/年］

1,872

1,156

716

2,102

1,156

946

従来システム採用他店

ここで、本システム採用新保店における熱源
4．効果（省エネルギー）

以外の消費電力を従来システム採用他店におけ

4.1 省エネルギー効果（本システム採用新保店と同規模の従来システム採用他店との比較）

る熱源以外の消費電力と同じ（1,156［MWh/本システムは、下記の要因によって従来システ

備の消費電力量は、従来システムと比べて約ムと比較し省エネルギーが可能である。
・年間を通じ、外気温度の低い夜間に蓄熱する。

年］）とすると、本システム採用により熱源設24％［（946−716）/716＝0.24］の低減ができたと言える。

蓄熱時には冷凍機は間欠運転せずに連続運転される
10

冷凍空調設備2008年５月15日号

表３

5．投資回収システムの開発において工夫した点とその効果
工夫した点

効

果

5.1 ランニングコストの低減（本システム採用
新保店と従来システム採用他店との比較）

蓄熱に夜間電力を使用①③④⑤

ランニングコストの比較（電気料金−８℃以下の潜熱蓄熱①②③⑤⑥

冷凍・空調の一体化①②③⑤

躯体蓄熱（床暖房）①③④⑤

冷凍機の凝縮熱を回収、利用③④⑤

フロンの代替としてブラインを使用②④⑥

直膨系凝縮液のサブクール②③⑤

単位：千円）

全体の電気料金 熱源設備の電気料金 熱源設備以外の電気料金
新保店

20,971

5,554

15,417

他店

28,031

12,614

15,417

上記「省エネ性」と同じ考えで比較すると、熱源設備の電気料金は［（12,614−5,554）／12,614＝0.56］となり、約56％（7,060千円/年）の低減となる。
イニシャルコスト：約3.9年で回収＊ 表の数字は、下記の項目を示している

6．他の建物（施設）への応用性（効果）

本システムは、食品スーパー向けのみならず、①電力負荷平準化

冷凍冷蔵倉庫における冷凍・冷蔵・低温空調など②蓄熱冷熱のカスケード利用にも適用できる。

③エネルギー利用効率の向上④TEWIの低減（省エネによる温室効果ガス［CO2］換算量削減と、冷また、冷却にブラインを使用している事、安定

媒ガス漏洩低減による温室効果ガス［CO2］換算量のした冷熱を利用できる事等から、０℃付近の高精削減）

度な温度管理が必要な設備等にも適用可能であ⑤経済性の発揮（ライフサイクルコストの低減）る。

⑥システムの信頼性向上

7．環境保全［温室効果ガス［CO 2 ］の削減、
TEWI: Total Equivalent Warming
Impact（総等価温暖化影響）による評価］
間接要因
熱源方式

直接要因
TEWI

熱源設備の消費電力 冷媒ガス漏洩による量によるCO2換算量
CO2換算量（t-CO2/年）（t-CO2/年）（t-CO2/年）

R404A

R22

R404A

R22

他店

321

363

174

684

495

新保店

288

60

29

348

317

CO2換算削減量

33

303

145

336

178

TEWI評価は、地球温暖化に影響を与える直接的な要因と間接的な要因とを総合的に評価する手

図３

ショーケース内吹出し温度の比較

図４

ショーケース内における商品内部温度の比較法である。
なお、従来システム採用他店と本システム採用新保店の使用冷媒はR22であるが、2020年に生産全廃が決定しているためR404Aによる算出も行った。
8．工夫した点、発想した点、創作した点、新しい点等、設備の特徴
8.1

工夫した点と、その効果

ウルトラ エコ・アイス システムを開発する際、省エネについて工夫した点とその効果を表３に示す。
8.2

ショーケース内の陳列商品温度の高品質管理

表３に記載された効果の他に、本システムでは除霜中でもショーケース内の温度は殆ど変化せる食品の内部温度も安定しており、従来システム

ず、安定しているという事がある。陳列されていと比較し高品質の鮮度管理が行われる。

2008年５月15日号

冷凍空調設備11

ショーケース内の吹出し空気温度を図３に、陳列されている商品の内部温度の状況を図４に示す。
8.3

店内環境改善従来システム採用店のショーケース前面の床表
面温度は約13℃と冷え込んでいるが、本システム採用によって排熱を利用した床暖房により床表面温度を16〜20℃に調整可能となる。ショーケース
周辺のコールドエイルも解消された。20℃以上に床温度を設定した店では買い物客の子供が床に気持ち良さそうに座り込む光景もあった、と店から

ウルトラ

エコ・アイスシステム蓄熱ユニット外観の報告もあった。
（ショーケース負荷をまかなう）ため、冷凍機の9．市場性、適応市場の大きさ、競合品又は他シ
9.1

運転を停止する事はできない。

ステムとの比較、販売実績等

この違いにより、電気料金に関しては、東京電

市場性、適応市場の大きさ

力様供給管内での「ピーク時間調整契約」メニュ

本システムは、主に延床面積約3000m2、売場面
2

ーの適用が可能になる。この「ピーク時間調整契

積は、約1000m 以上の新築のスーパーマーケット

約」による料金割引は、電気料金の削減に大きくにおいての実績がある。

寄与している。

現在、我が国において食品を扱う延床面積が約
22

また、冷媒ガスの漏洩に関して、サブクール方

3000m 、売場面積が約1500m 規模のスーパーマ

式における冷凍・冷蔵系統の配管は、従来方式とーケットは、約10000店程存在するが、これらを同じく全て冷媒配管であるため、冷媒ガス漏洩の対象とした大規模改修にも適応できると思われ可能性が大きく残る。

る。また、投資回収年数にもよるが、上記以外の規模における店舗にも適用可能である。
前述したが、冷凍冷蔵倉庫における冷凍・冷蔵・低温空調や、０℃付近の高精度な温度管理が可能な設備等にも適用可能である。
9.2

競合品又は他システムとの比較

現時点では、本システムと同様のシステムは、

現在、冷凍・冷蔵系統における冷媒ガスR404A
への転換が進められているが、省エネと合わせて地球温暖化係数が非常に高い冷媒の漏洩量を減らす事が大切である。
省エネルギーと温室効果ガス低減を可能とする
本システムの普及・拡大により、地球温暖化防止に貢献できる事を期待している。

他に無いと思われる（PAT取得済み）。蓄熱の冷蔵システムとして、夜間電力を使用したサブクー
ル方式の氷蓄熱システム（以下、サブクール方式と略す）がある。これは、夜間蓄熱した冷熱を昼間、冷凍機のサブクールに使用し、省エネを図るシステムである。
サブクール方式と本システムとの違いは、夜間蓄熱した冷熱の利用の仕方が異なるという事である。本システムは、夜間蓄熱した冷熱でショーケ
ースを冷却するため、夏季のピーク時間（13時〜16時）に冷凍機の運転を停止する事ができる（冷凍系統は除く）。サブクール方式では、サブクー
ルにより冷凍機の冷凍効果を高めて運転を行う
12

冷凍空調設備2008年５月15日号

優良省エネルギー設備顕彰事例②
改修設備部門 譖日本冷凍空調設備工業連合会会長優秀賞

フリークーリングシステム
設備所有者：セイコーインスツル㈱設備施工者：㈱日立ビルシステム○

建物の概要
名

称

セイコーインスツル㈱マイクロエナジー事業部

所 在 地

宮城県仙台市青葉区上愛子字松原45−1

概

建家

要

地上２階

延床面積 3,100m2
構造

S造

用途

電子部品製造工場

1．技術開発の目的と経過
目的：プロセス冷却用吸収冷温水機の大幅な省エ

建物外観

ネを計る。
経過：平成18年８月（設計）
平成18年11月（試運転、引渡し等）

制御方法の概略は外気湿球温度と冷水戻り温度から、冷却塔の冷却能力を求め、フリークーリング
システムが有効である場合のみフリークーリング

2．設備・システムの概要
電子部品製造工場である当工場は、２棟あり、いずれも年間冷却負荷があり、それぞれ冷房能力運転する。
その結果、冷水戻り温度と外気湿球温度の条件によって281kW×３台、844kW×２台の吸収冷温水機が設①フリークーリング運転

置されている。

②フリークーリングと冷温水機運転の併用

吸収冷温水機の燃料はLPGであり、価格の高騰と環境問題から、当工場にとって省エネルギー③冷温水機運転の３つのパターンの運転となる。

（省マネー）は重要課題となっていた。今回、冷この度、汎用性のあるフリークーリング制御盤

房能力281kW×３台を対象にフリークーリングシを開発し、市販の熱交換器と電動ボール弁との組ステムを導入し、省エネルギーを計ることとした。

み合わせで全自動運転としており、平成18年11月

中間期〜冬季の外気温度が低下する時期に、冷から連続運転に入っている。

却塔で冷水をつくり熱交換器を介して既設冷水槽

本システムの導入効果は、前年度（平成17年度）とに供給し、冷温水機の運転時間を低減（燃料消費比較すると、原油換算で36kLの省エネ効果（省エ

量を抑える）させるものである。

ネ率 25.5％）、85.2トンCO2の削減が得られている。

フリークーリングシステムの中枢となる演算・
4

冷凍空調設備2008年５月15日号

3．着想

フリークーリングシステムの効果を調べるため

当地は冬季の湿球温度が低下することと、当工場に冬季の冷房負荷が存在することに着目し停止導入前後のエネルギー消費量を調べた。導入前後のエネルギー消費量を図２に示す。

中の冷却塔を有効利用し、冷水を製造することで吸収冷温水機の年間運転時間を大幅に減らし燃料消費量を抑えるものである。また、本システムは停止中の冷却塔と冬季冷房負荷が存在すれば、熱源機の種類に拘らず導入可能となる。
4．効果（省エネルギー）
使用・運転・計算等条件

フリークーリングシステム導入にあたり、主要機器となる熱源機、冷却塔及び冷水槽は既設をそ

図２

エネルギー消費量のまま使用することにした。仕様を表１に示す。
表１

省エネ効果
機器名

吸収冷温水機

仕様型式

HAU-G80EX

冷凍容量

281kW（80RT）

燃料消費量（LPG）

9.6m3N/h

冷水温度 入口／出口

12.5℃/7℃

台数

導入前後の省エネ効果をまとめ、表２に示す。
原油換算で約36kL/年の当初計画通りの省エネ効３果が得られた。
表２項

冷却水温度 入口／出口 32℃/38℃
密閉式冷却塔型式

STE-125L6

冷却能力

566.9kW（ブライン仕様） 冷却水温度 入口／出口 37℃/32℃
冷水槽

電動機出力

5.5＋2.2kW

ステンレスパネル水槽

4m3

使用・運転・計算等

LPG

３
１

結果

システム導入後の中間期（11月）１日の運転状
況を図１に示す。
外気温度の変化に応じて、運転すべき冷温水機、

電力

導入前

導入後

41,33327,32914,004原油換算（kL/年）

111

74

37

消費量（kWh/年） 112,320

削減量

削減率（％）

115,400 ＊1 −3,080

原油換算（kL/年）

30

31

−1

合計 原油換算（kL/年）

141

105

36

33.9
−2.7
25.5

＊1：冷却塔ファン動力増加分

5．投資回収（省マネー）
フリークーリング導入前後のランニングコスト
比較を表３に示す。
表３
項

フリークーリングの組み合わせが自動で選定され制御していることがわかる（負荷側要求水温は

目

消費量（m3/年）

LPG

７℃〜11℃）。
電力
合計

導入前

導入後

削減量

消費量（m3/年）

目

41,33327,329−単価（円/m3）

180

180

−

料金（千円/年）

7,440

4,919

2,521

消費量（kWh/年） 112,320

115,400−

単価（円/kWh）

11

11

−

料金（千円/年）

1,236

1,270

−34

料金（千円/年）

8,676

6,189

2,487

備考：エネルギー単価は当事業所の管理値

投資回収は・イニシャルコスト 6,000千円
・ランニングコスト低減額 2,487千円/年・単純回収年 2.4年である。
図１

運転状況（中間期）

2008年５月15日号

冷凍空調設備56．他の建物への応用性

2.今回開発した制御盤の演算・制御方法の概略

外気湿球温度が低い冬季に冷房負荷があり、停を下記に示す。

止中の冷却塔があれば吸収冷温水機に限らず、タ盧 冷水戻り温度と外気湿球温度を計測する。

ーボ冷凍機、水冷チラーの空調設備に採用可能で

盪 図４から、フリークーリング能力を演算（冷却塔入口温度は冷水戻り温度と熱交換器のある。

仕様で決まる）。

また、負荷からの冷水戻り温度が高い場合、予冷用として使え、適用期間も長くなりさらに効果

蘯 演算結果により、フリークーリングの有効・無効を判定する。

は大きくなる。

本設備の運転単価を図５に示す。図より、フ7．仕様又は開発製品、システム、部品等の仕様

リークーリング能力20kW以上あれば冷房負

今回、システム導入にあたり、新たに設置した荷（kW）に拘らず、冷温水機運転よりフリー

主要構成要素を表４に示す。他にセンサー等があ

クーリング運転の運転単価が安価となる。しる。

たがって本システムでは、フリークーリング

表４

主要構成機器名

称

制御盤

運転条件をフリークーリング能力20kW以上
仕様

タッチパネル

GP2401

シーケンサ

FX2N-48MR

寸法

600W×250D×1,000H

型式

M10-MFM

プレート式

交換熱量

153.5kW

熱交換器

寸法
機器重量

470W×885L×1,084H

台数

とした。
冷房負荷とフリークーリング能力の相関によ

１面って、図６の運転パターンとなる。

１台

約300kg8．工夫した点、発想した点、創作した点、新しい点等
1.種々の空調設備の仕様（熱源機、補機、負荷、
燃料単価）が異なる場合でも対応できるよう標準化した。具体的には、タッチパネルにより、系の安定時間、バックアップ機の運転・停止を決定するフリークーリング能力判定値

図４

フリークーリング能力線図

図５

フリークーリング運転/停止判定線

を顧客の空調設備に適合するようテンキーにて任意に入力できるようにした（図３参照）
。

図３

6

フリークーリング設定画面

冷凍空調設備2008年５月15日号

れ、導入費も低減される。
当社販売実績としては、国内電子部品、半導体工場向け省エネシステムとして数多くの納入実績がある。
従来は、外気状態により、人間の判断でバルブを開閉していたが、最近のニーズは演算、バルブ操作を全自動化したシステムが主流である。本システムは省エネ法によるエネルギー使用量の削減
対策、環境問題としてのCO2削減対策としても有効な手段である。
図６

運転状態図

11．外観・構造図

3.冷温水機の冬場の凍結防止対策としては、フリークーリング運転時においても冷温水機へ
常時冷水を流すこととした。
4.クーリングタワーの冷却水制御温度はフリー
クーリング運転時４℃、冷温水機運転時に冷温水機運転時に25℃とした。
5.本設備は冷却水がブライン仕様であるため、プレート式熱交換器を採用した。
9．環境保全、便利性等
導入前後のCO2の排出量を表5に示す。

図７

システムフロー図

図８

吸収冷温水機と冷却塔

本システムの導入により、85.2トンCO2/年が削減でき、環境保全に寄与できた。
表５
項

目

消費量
（m3/年）

導入前

導入後

削減量
14,004

41,33327,329（㎏CO2/年） 256,678
CO2排出量169,715

86,963

消費量（kWh/年）

112,320

115,400−3,080（㎏CO2/年）
CO2排出量62,33864,047−1,709

合計 CO2排出量（㎏CO2/年） 319,016

233,762

85,254

LPG
電力

備考：排出係数は平成18年環境省温室効果ガス排出量算定方法
資料値を使用。

10．市場性、販売状況、適応市場の大きさ、競合品
又はシステとの比較、販売実績（国内、外）等
本システムは、冬季の冷却負荷があり、停止中の冷却塔があれば、全ての設備に適用可能である。要求水温が同一であれば外気湿球温度が低い
寒冷地ほど有利であるが、要求水温が10℃程度であれば適用可能地域と適用可能期間は広がり、また設備規模が大きいほど回収年は短くなる。
さらに、蓄熱槽があると、システムが簡略化さ2008年５月15日号

冷凍空調設備7優良省エネルギー設備顕彰事例④
新設設備部門 譖日本冷凍空調設備工業連合会会長優秀賞

放射冷暖房 HR −C システム
設備所有者：社会福祉法人 青山会 特別養護老人ホーム くわのみ荘
設備施工者：ピーエス工業㈱ 共栄設備工業㈱
○

建物の概要
名

称

特別養護老人ホーム くわのみ荘

所 在 地

熊本県熊本市迎町２−４−４

概

建家

要

地上３階

延床面積 7,000m2
構造 RC造用途

養護老人ホーム

1．技術開発の目的と経過目的：
高齢者、および施設運営スタッフにとって活動しやすい冷暖房空間を、従来よりも少ないランニングコスト・エネルギー消費量で実現させることが当システム採用の目的である。さらに施設内の不快感や不均一な温冷感をなくし、安全で健康的な温熱環境を、四季を通して提供することを目指した。
経過：
平成14年

企画、構想、基本設計等

平成15年

実施設計

平成16年

１期工事・試運転・引渡

平成17年

２期工事・試運転・引渡

建物外観

暖房時20〜35℃程度）を循環させるシステムであ
2．設備・システムの概要

る。室内放熱器となるHR−Cラジエータの表面は施設各所に放射冷暖房HR−Cを配置し、放射熱

露点温度以下で運転することが可能で、その際、と自然対流により、ドラフトや送風機による騒音

特殊防錆塗装が施された表面に空気中の水分が結が全くない、穏やかな室内冷暖房環境を創る。

露し、その水滴は下部のドレーン受けを介して室HR−Cシステムとは、インテリアに合わせて色や外に排出され、緩やかな除湿機能を発揮する。熱寸法、収まりなどがデザインされた鉄製ラジエー源となる空冷ヒートポンプは、HR−Cの特徴であタの中に年間を通して中温水（冷房時10〜20℃、る高めの水温での冷房と低めの水温での暖房運転

8

冷凍空調設備2008年６月15日号

タンク
ピーエス熱源制御BOX
ポンプ
熱源機
空冷ヒートポンプチラー 3HP×3台

屋上熱源スペース
北系統

共用系統

パイプスペース
エア抜き

南系統
スタッフルーム

ラジエータバルブ レタンコック

暖房時のみOPEN
HRヒータ

ユーザーパネル

３F（HR−C水温調整 北個室・南個室・共用ゾーン）

ポンプ
電動三方弁
HR−C

ドレン配管（D）

北系統

共用系統

南系統
スタッフルーム
ユーザーパネル

２F

北系統（HR−C水温調整 北個室・南個室・共用ゾーン）

共用系統

南系統

別棟事務室

スタッフルーム

サービスパネル

ユーザーパネル

１F（冷暖切り替え・運転状況表示）（HR−C水温調整 北個室・南個室・共用ゾーン）

により、高効率運転を行い、24時間連続運転によ

当然のこととしてランニングコストにも配慮するって最大負荷よりも小さな容量で熱源システムが必要があり、実際運営上の課題は多い。冷房にお構成されている。

いても施設の居住者である高齢者の温冷感と施設で働く介護スタッフの間で、快適と感じる温度が3．着想

異なることが多い。

季節の変化が豊かな気候風土において、特に厳廊下や共有スペースを含めて全館穏やかに冷暖

しく高温多湿な夏期や、昼夜の温度差が激しい冬房するために、少ないエネルギー消費量で連続運

期の室内温熱環境を施設で生活する高齢者のため転を行なう放射冷暖房HR−Cシステムを全館に、に24時間穏やかに保つことは重要である。熊本はインテリアデザインの一部としても生かした計画

冬期、日中15℃に達しても夜間の最低気温は氷点を行い、設備と建築を統合させた形で室内環境を下になることがある。暖房が夜間もしっかりと運作ることが本計画の出発点であった。また、ラジ転されていることは重要であるが、送風機の騒音、

エータ表面を結露させることによって高温多湿気

ドラフト、過度な乾燥は避けなくてはならない上、候に適した放射冷房の実践例として提案の幅を広げている。

4．省エネ性・投資効果
くわのみ荘空調システム比較表
放射冷暖房HR−Cシステム

氷蓄熱ユニット＋
空冷ヒートポンプマルチエアコン

空冷ガスヒートポンプ
マルチエアコン

イニシャルコスト［円］

163,000,000

173,800,000

186,000,000

ランニングコスト［円/年］

5,098,000

13,670,000

11,600,000

15年間のランニングコスト

76,470,000

205,050,000

174,000,000

イニシャルコスト＋ランニングコスト（15年間）

239,470,000

378,850,000

360,000,000

100％

158％

150％

比率

※イニシャルコスト、ランニングコストはシステム検討時の概算です。

2008年６月15日号

冷凍空調設備95．他の建物への応用性
放射冷暖房HR-Cシステムは高温多湿な日本の夏に適した放射冷房方式として住宅はじめ高齢者

運転は極めてシンプルな水温制御の連続運転を採用しており、施設管理者の日々の運転管理は最低限に抑えられている。

施設や医院など、様々な建物への応用実績が増えている。また、HR−C放熱器はオーダーメイドで空間に合わせて製作することと、システムや運転方法も地域の気候風土や用途に合わせて計画されるため、応用性は幅広く、従来型空調方式や置換換気方式との適切な組合せも可能である。
6．仕様又は開発製品、システム、部品等の仕様
HR−Cラジエータの外観図

HR-C ラジエータ

8．工夫した点、発想した点、創作した点、新しい点等、設備の特徴
1）放射冷暖房HR−Cシステムの特徴：
蘆日本の高温多湿気候に適した放射冷暖房シ
ステムとして開発されたため、熊本の夏のH ：フィン高さ（450〜5600mm）
h1：天井振れ止め
h2：脚
L ：製品幅（240〜1400mm）
P ：フィン間隔a ：バルブb ：冷温水配管
c ：ドレーンパン
d ：排水管e ：エア抜きように特に高い湿度の気候風土の条件でも安心して使える。HR−C放熱器の表面は積極的に結露させて、緩やかな除湿性能を持たせている。凝縮した空気中の水分は放熱器の下のドレーン受けに集められ、室外に排出される。
蘆送風機を使用せず、放射と自然対流のみで室内の温熱環境を整える。
2）くわのみ荘におけるHR−Cシステムの工夫：

7．環境保全、便利性等
電力消費量を低減させることを通してCO2削減などに貢献した。
HR−Cラジエータの耐用年数は30年以上で、リサイクル可能な鋼鉄製である。
10

冷凍空調設備

各フロアは大きく４つに分かれ、さらに完全個室制を取り入れたユニットケアシステムなので、制御ゾーン分けや運転方法に工夫が施された。
蘆階毎に南北個室ゾーンと内部共有ゾーンの３系統、合計９系統に分け、水温調節を自2008年６月15日号

在にした。

なお、HR−C放熱器は意匠の面からもユニット

蘆体感温度の個人差に対しては各室に設置さケアのゾーンごとに異なるテーマ色で設置されてれたHR-C放熱器のバルブ調整で簡単にでおり、ユニットごとのシンボルカラーとして活用きるようにした。

されている。

蘆日射の遮蔽や季節に合わせた窓による自然換気を積極的に行なうように促し、施設運営管理者に対する冷暖房システムとブライ
ンドや窓の適切な組合せによる運転方法の

9．市場性、販売状況、適応市場の大きさ、競合品又はシステムとの比較、販売実績
放射冷暖房HR−Cシステムはその柔らかい快適性と省エネ効果から、図書館、保育園や医療福祉

説明を徹底した。
蘆24時間連続運転でピーク負荷を考慮しない

施設、個人住宅に採用実績が広がっている。また、小さめに設計した熱源容量でコンプレッサー

天井高のあるホールの吹抜け空間などにおいての頻繁な発停回数を抑え、さらに季節によるは、対流型空調方式との適切な組合せで置換換気

台数制御で安定した運転特性を引出した。

にも適した方式として実績がある。

新刊紹介

省エネ対策の考え方・進め方
高田秋一・堀川武廣

共著

〈目次〉
第１章

地球温暖化を防ぐには

第２章

照度・外気量の適正化等による空気負荷の低減

第３章

運転方法の再検討と改善

第４章

冷水・冷却水・給排水・給湯システムの再検討

第５章

給排気・換気・空気圧システムの見直し

第６章

冷凍機の省エネ

第７章

電動機と電気設備

第８章

コージェネレーション

第９章

統計的手法による省エネの評価とエネルギー消費予測

定価
発行2,800円（税別） Ａ５判 202頁
㈱オーム社 蕁03（3233）0641

2008年６月15日号

冷凍空調設備11優良省エネルギー設備顕彰事例⑤
新設設備部門 譖日本冷凍空調設備工業連合会会長優秀賞

クリーンルーム用空調設備
設備所有者：三井化学㈱○設備施工者：㈱ダイキンアプライドシステムズ

建物の概要
名

称

三井化学㈱名古屋工場クリーンルーム

所 在 地

名古屋市南区丹後通２−１

概

建家

要

地上２階

延床面積 5,500m2
構造

Ｓ造

用途

工場

1．技術開発の目的と経過
目的：当社新開発の統合制御システムZU:NOS（ズーノス）を使った省エネ制御により、クリーンルーム空調の省エネ化を図る。

建物外観

ZU:NOSとは頭脳＋Network Operation
Systemからなる造語（登録商標）で、熱源、空調機器をネットワーク配線するだけで全体最適システムが構築できる脳を持った制御システム

経過：平成18年頭のこと。

設計、検討等

平成18年

試作、試験納入等

平成19年

試運転、引渡し等

2．設備・システムの概要
クリーンルーム空調は、一般空調と同様に熱源なり、ダクト抵抗によるロスが増える。本システ

系、搬送系、空調系で構成されるが、一般空調に

ムでは空調機を分散配置することによりダクトを比べて空調系の動力比率が高いことに着目して、無くし、それぞれの空調機を通信にて接続して全空調機ファン動力の低減により省エネを図るもの。

体の連携制御を行うことにより、トータルシステ

空調機を１箇所にまとめて配置すると本システ

ムとしての省エネを図った。

ムのような大型クリーンルームではダクトが長く
12

冷凍空調設備2008年６月15日号

盧 設備概要

的しやすいことに対して、搬送系、空調系では客①空調条件

先設備や客先での運用によるところが大きいため

・温度

23±１℃

に容量制御が容易にしにくく、省エネ化が進みに

・湿度

50±5％RH

・清浄度

10,000個／f t

・室内圧力

くい。特に空調系においては
3

１．清浄度維持＋25Pa以上

２．温湿度精度確保②設備全体概要を優先するために必要以上に風量が多くなり、そのために一般空調に比べてもファン動力が大きくなっているのが実状である（一般空調に比べて数倍以上の風量が必要とされている）。
ところで、クリーンルームの清浄度を阻害する
塵埃発生には次の要因が挙げられる。
①生産機器からの塵埃発生
埃発生②作業者からの塵③外気からの塵埃の侵入

また、温湿度精度を阻害する要因としては①生産機器からの発熱②作業者からの発熱③周囲からの熱の侵入が挙げられる。
③機器概要

熱源機器

二次側機器

上記要因の①、②については操業時のみに発生
空冷チラー

120HP×６台するものであり、人のいない非操業時には発生す１次ポンプ

15kW×２台

ることがない。また、非操業時には人がいないた

２次ポンプ

30kW×２台

め外気導入量の低減化もはかれることから、非操18.5kW×２台

業時には操業時に必要な清浄度維持、温湿度精度

蒸気発生器

60kW×３台確保のための風量は不要となり、風量の低減化が

外調機

400CMM×１台可能となる。

コイル＋ファン

422CMM×９台

HEPAユニット

106CMM×40台

211CMM×２台

4．実測データ盪 設備フロー

操業時（定格運転時）と非操業時（省エネ運転時）との風量比率は26.0/62.5＝41.6％

3．着想
熱源系、搬送系、空調系で構成されるクリーン
ルーム空調では、熱源系はシステムが自己完結しているために省エネ効果の大きい容量制御が比較
2008年６月15日号

5．効果（省エネルギー）
本クリーンルームでの稼動状況は、昼間だけの操業であり、夜間は非操業状態となっている。
冷凍空調設備13

7．他の建物への応用性■１日のクリーンルームの稼動状況

・連続操業していないクリーンルームであれば、同様の応用が可能。

■クリーンルームの稼動時間
項目

操業

非操業

合計

8．仕様又は開発製品、システム、部品等の仕様

時間／日

9

15

24

制御機器仕様

時間／年

1800

6960

8760

■ZU:NOS機器概要

比率

21％

79％

100％

※年間200日稼動■クリーンルーム動力比
稼動状況

風量比

動力比

操業

100％

100％

非操業

41.6％

7.2％

※動力比は風量比の３乗に比例と仮定

圧倒的に比率の高い非操業時のファン風量を４割に落とすことにより、操業時（定格風量）に比べて動力比を約７％まで低下できるので、常に定格
風量で回している場合に比べての電力削減比率は■ZU:NOS機器機能

電力削減比率＝（100％×21％＋7.2％×79％）/（100％×100％）＝26.7％
空調機動力表空調ブロック

循環ファン１ 循環ファン２ インバータファン

ブロック１

11.0kW

11.0kW

ブロック２

11.0kW

11.0kWなし

ブロック３

11.0kW

11.0kW

1.5kW

ブロック４

11.0kW

なし

なし

ブロック５

11.0kW

5.5kW

1.5kW

ブロック６

11.0kW

5.5kW

0.4kW

省エネによるCO2削減量

小計

66.0kW

4.0kW

4.9kW

＝削減した電力量×0.555kg/kWh

合計114.9kW

＝795846kWh/年×0.555kg/kWh

1.5kW

動力表のとおり、空調機の全動力は115kWであ9．環境保全、便利性等＝442トン/年

ることから年間通じて定格風量で回した場合の電力費は定格風量時の電力費＝24×365×115×11＝11081千円

省エネ制御時の電力費＝定格風量×0.267 ＝ 2959千円――――――――――――――――――――――※1kWh＝11円として試算

年間削減額

削減電力量

8,123千円

738,424kWh

10．工夫した点、発想した点、創作した点、新しい点等、設備の特徴
盧 クリーンルーム向け省エネ技術の構築①ファン可変風量制御方法の構築
非操業時の省エネ制御時は監視しているクリーンルーム内の温度、湿度、パーティクルの値

6．投資回収（省マネー）
A．本設備の計装に関わる費用（機器、工事費が規定値内にあれば風量をダウンし、規定値を外れると風量をアップして定格値に戻す。

用）＝2250万円
B．年間削減電力費用＝812万円
従って、投資回収（A/B）＝2.77年となる。
14

冷凍空調設備2008年６月15日号

から最適化チューニングを行って運用改善を行う。（運用状況によっては操業時の風量ダウンにもトライし、更なる省エネ化を目指していく予定。）
11．市場性、販売状況、適応市場の大きさ、競合品又はシステムとの比較、販売実績（国内、外）等
クリーンルーム市場は産業空調市場の約３分の１を占めるものと推定され、またその約半分が電機関連市場となっているものと推定される。
冷凍冷蔵
13％

空調
32％

冷却加熱
15％
精密空調
8％

内訳
クリーンルーム市場分野
食品

22.0

化学

10.0

電機

47.0

輸送機

3.0

その他

19.0

ポイントも保証条件内に入っていることをチェ

・ZU：NOS適用空調システム販売実績

57件

ックすることにより実現している。

・上記のうちクリーンルームの販売実績

11件

なお、客先への清浄度、温湿度精度保証にあたっては客先と複数の測定ポイントを設定（パーティクル５ヵ所、温湿度６ヵ所）し、いずれのクリーンルーム
32％
2000年 ㈱矢崎経済研究所データ引用■販売実績②空調機の分散配置と通信による分散制御
空調機を分散配置して通信にて連携制御することにより、ダクトを削減して搬送動力を削減。

競合品またはシステムとの比較は下記に示すとおりである。

盪 トータル省エネ管理システムの構築
クリーンルーム空調系の省エネだけでなく、設競合品との比較

備全体の省エネとそれを維持・改善できるシステ
ムを構築した。
①空調系以外の省エネ制御
・熱源系（熱源台数制御）
空冷チラー６台を出口温度により台数制御することにより容量制御幅の拡大化をはかり、
省エネ効果向上。
・搬送系（ポンプ変流量制御）
ポンプ出口圧力により、変流量制御を行うことにより省エネ効果を向上。

従来のセントラル方式に比べてZU：NOSでは②データ監視システム構築

独自ダイレクト接続による機器内部情報の活用に

省エネ制御の効果を所内各所から簡単に監視でより、部分最適制御で生じていた各システム間のきるようにし、省エネ状況データの情報共有化

インターフェイス部分での無駄を無くし、また、をはかって省エネ意識の向上につなげた。

全体最適制御により更なる省エネ性を実現したも③運用改善システムのである。

データ監視システムにより得られた運転データ
2008年６月15日号

冷凍空調設備15優良省エネルギー設備顕彰事例⑥
新設設備部門 譖日本冷凍空調設備工業連合会会長奨励賞

CO 2二次冷媒自然循環システム
設備所有者：明治乳業㈱ 稚内工場
設備施工者：㈱東洋製作所
○

建物の概要
名

称

明治乳業㈱ 稚内工場 バター貯蔵庫

所 在 地

北海道稚内市声問５丁目41番１号

概

建家

要

地上１階

延床面積 338m

2

構造

SRC造

用途

製品保管用冷凍庫

1．技術開発の目的と経過目的：
省エネルギー、CO2排出量削減を目的とした小

写真１

建物全景

型CO2／NH3冷凍装置の開発
経過：

液ポンプによってCO2冷却器に供給される。供給

平成18年１月〜平成18年４月（設計、検討等）

されたCO2液は冷却器で被冷却流体より熱を奪っ

平成18年５月〜平成19年５月て蒸発し、カスケードコンデンサーでCO2ガスが平成19年６月〜（試作、試験納入等）

NH 3冷媒によって冷却され、CO 2ガスが液に相変（試運転、引渡し等）化するためカスケードコンデンサー冷却境界壁面
で圧力が低下し吸引作用によって循環する。

2．設備・システムの概要（内容説明、構造、特徴等）

3．着想

NH3冷凍機、NH3レシーバー、カスケードコン

オゾン破壊係数（ODP）がゼロであり、地球温

デンサー、CO 2レシーバー、CO 2ポンプ等をユニ暖化係数（GWP）が非常に小さい自然冷媒の二ット内に収納した小型CO 2／NH 3冷凍装置で、シ酸化炭素（CO2）とアンモニア（NH 3）を組み合

ステムの概要は以下である。

わせた冷凍システム。

NH 3圧縮機で圧縮されたNH 3ガスはNH 3凝縮器

冷媒としてのエネルギー効率が高いアンモニア（エバコン）で凝縮し、NH 3膨張弁で減圧された冷凍機を採用し冷凍装置の消費電力量を低減する

カスケードコンデンサーに供給されたNH3液の蒸とともに、負荷側設備でのアンモニアの毒性・臭発によってガス化し、NH3圧縮機に吸入される。

気性によるリスクを最小限に押さえるため、二酸化CO 2ガスはカスケードコンデンサーでNH3液の炭素を二次冷媒として負荷側蒸発器へ供給する。

蒸発によって凝縮し、CO 2レシーバーに溜りCO 2

また、自然冷媒を採用することで冷凍装置内か

16

冷凍空調設備2008年６月15日号

写真２

CO2／NH3ユニット外観（機械室）

らの冷媒漏洩による地球環境への影響を抑制する。
このシステムは環境保全の観点から普及しはじめているが、その殆どが大型設備であり、小規模
冷凍装置へ展開を図り、さらなる普及促進のため

写真３

エバコン（蒸発式凝縮器）外観

写真４

アンモニア除害設備（NH3スクラバー）外観に、小型コンパクトなCO 2／NH 3ユニットを開発した。
4．効果（省エネルギー）
表１に省エネルギー効果試算を示す。
試算では、従来フロン機（R404A空冷機）と比較して１年間の消費電力量で47,700kWHの削減となる。
実際には、平成19年７月〜10月の月平均の使用※電力量が、試算値の月平均消費電力量 に比べ約13％低いデータとなった。夏期４ヵ月平均での実績値が12ヵ月平均の試算値よりも少なくなっていることから、年間を通した場合にはさらに省エネ
ルギー効果が高くなると予想される。
（※試算値の月平均消費電力量：表１「省エネ型
低温用自然冷媒装置の普及モデル事業」実施計画
書

CO2削減効果計算書の⑤年間消費電力量を12

ヵ月平均で算出した値。
）の設備費の差額の1／3が補助される。本件では
5．投資回収（省マネー）

2,000千円が環境省から補助されており、実質的省エネルギー効果試算より、削減される電力消な従来フロン機との差額4,000千円はランニング費量は47,700kWH／年となり、電気料金を12円／コストの削減効果により約７年で差額を減価償却

kWHとすると、572,400円／年のランニングコスすることになる。

ト低減となる。
イニシャルコトストは従来フロン機と比べ6,000
千円増となるが、環境省の「省エネ型低温用自然冷媒装置の普及モデル事業」から従来フロン機と2008年６月15日号

6．他の建物への応用性
食品工場のフリーザー冷却設備、配送センターの冷却設備等で多くの納入事例がある。
冷凍空調設備17

7．環境保全、便利性等比較してCO2排出量を年間49.2ton削減する。

表１に省エネルギー効果試算に環境省「省エネ削減量内訳

型低温用自然冷媒装置の普及モデル事業」実施計

1）エネルギー起源CO2削減量…26.5ton／年

画書 CO2削減効果計算書を示す。

2）冷媒漏洩CO2換算削減量…22.7ton／年

試算結果より従来フロン機（R404A空冷機）と

表１ 省エネ型低温用自然冷媒冷凍装置の普及モデル事業実施計画書

年間消費電力量（試算結果）

エネルギー効果試算
試算結果（年間）項

目

年間消費電力量（kWH）

18

冷凍空調設備

従来フロン機（R404）との比較
A．自然冷媒冷凍装置 B．フロン装置
小型CO2/NH3冷凍装置 R404A冷凍装置
203,904

251,640

差
A−B−47,736

2008年６月15日号

8．工夫した点、発想した点、創作した点、新し9．市場性、販売状況、適応市場の大きさ、競合

い点等、設備の特徴

品又はシステムとの比較、販売実績（国内、外）等

１．R-22を冷媒に使用した小型のフロン冷凍設備

冷媒にR22を使用した小型分散方式の既設フロのリニューアル更新に対応するため、ユニッ

ン凍装置リニューアル、並びに新規冷凍冷蔵倉庫

トの小型コンパクト化を実現した。
２．ユニットを小型化し分散して設置する小型分散方式に対応することで、負荷状況にあわせや食品凍結装置の冷却装置としての採用が見込まれる。

た装置の発停を細かく行い、大型機によるセントラル方式での容量制御による効率の低下

10．外観・構造図を改善し、より大きな省エネルギーを図る。

構造・システムフロー図

３．CO 2液を過冷却することによりCO 2ポンプのシステムフロー図を図１に示す。

キャビテーションを防止するシステムを採用し、同時にこのシステムでポンプの吸込揚程（NPSH）を低減しユニットのコンパクト化を実現。
４．アンモニア凝縮器にはエバコン（蒸発式凝縮器）を採用し、能力UPと運転動力の低減を図った。（寒冷地対策としてエバコンは外気
温度10℃以下で空冷運転に切替えを行う。）
５．アンモニアの膨張弁にマグネティック比例制
御弁を採用し、最適な過熱度制御を行うとともに、低負荷への追従性を向上させ、冷凍機の安定運転とCOP向上を図った。

図１

CO2二次冷媒循環システムフローシート

６．小型液ポンプを採用し消費動力の低減を図った。

CO2ガス戻りCO2液送りCO2冷却器
CO2安全弁放出管

NH3安全弁放出管

NH3スクラバー接続ダクト

NH3スクラバー

NH3ガス
NH3

NH3液
CO2レシーバー

NH3レシーバー
CO2液ポンプ

NH3膨張弁

CO2×NH3ユニット

図2

NH3エバコン

当該設備概略フローシート

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冷凍空調設備19