第４回流体物性クラブ 『マエカワ』は環境保護のための研究開発に積極的に取り組んでいます 自然冷媒を用いた産業用 ヒートポンプシステムの 開発事例 ２０１０年１月２９日 1 オゾン層保護・地球温暖化防止 出典 ： 国立環境研究所 地球環境研究センター資料 2 国内におけるオゾン層保護・地球温暖化 防止に対する取組み（冷媒ガスに関して） 上記に加えて、改正省エネルギー法によるエネルギー 起源のCO2排出抑制（機器の高効率化と省エネ） 3 オゾン層破壊物質の生産規制 経済産業省：オゾンン層保護に関する現状資料抜粋 4 京都議定書目標達成計画 に基づく削減の考え方 5 冷媒問題に関する対策の動向 6 各種冷媒の特性と動向 フロン系冷媒 CFC 自然冷媒 HFC HCFC R-11・R-12 R-22・R-123 京都議定書 （温暖化問題） モントリオール議定書 （オゾン層破壊+温暖化問題） 特定フロン CFC （全廃冷媒） 冷媒の種類 R717：アンモニア R744：CO2 R718：水 R729：空気 R-134a・R-404A R-407C・R410A 2010年新規 2020年全廃 1996年に全廃 （代替冷媒） 指定フロン HCFC （規制冷媒） R290： プロパン R600ａ：イソブタン 代替フロン HFC （代替冷媒） 自然冷媒 Natural Five 冷媒名 R11 R12 R502 R22 R134a R404A R407C R410A R717 NH3 R744 CO2 R600a ｲｿﾌﾞﾀﾝ ｵｿﾞﾝ層破壊 係数（ODP） 1.0 1.0 0.334 0.055 0 0 0 0 0 0 0 温暖化係数 （GWP） 4750 10900 4520 1700 1430 3780 1650 1980 >1 1 4 特 徴 ・塩素がｵｿﾞﾝ層を破壊 ・冷蔵庫・カーエアコン ・既に全廃（1995年） ・ﾓﾝﾄﾘｵｰﾙ議定 書規制対象 ・2020年に全廃 ・組成が非常に不安定 ・ｵｿﾞﾝ層の破壊は無し ・京都議定書で温室効果ガスに指定 ・自然界に存在 ｱﾝﾓニｱ・炭化水素・水 空気・二酸化炭素 7 日本フルオロカーボン協会 2007年10月 資料抜粋 各種冷媒の特性 ODP GWP （100年） 安全性 区分 COP 比 冷凍能力比 単位重量当り 高圧 MPa 吐出温度 ℃ R22 0.055 1700 A1 1 1 1.53 57.5 R134a 0 1300 A1 0.99 0.93 1.02 44.5 R407C 0 1370 A1/A1 0.99 1.04 1.64 53.6 R410A 0 1370 A1/A1 0.93 1.04 2.41 57.2 R717 ｱﾝﾓﾆｱ 0 ＜1 B2 1.05 6.98 1.55 93.3 R744 CO2 0 1 A1 0.63 0.85 9.0 72.0 冷媒 HCFC HFC 自然冷媒 ※ Tc/Te=40/0℃(Sc=Sh=0℃)（REFPROP V6.01による算出） ※COP比，冷凍能力比はR22を1とした時の比較値 ※吐出圧力、吐出温度はTc＝40℃の場合 ※安全性区分はASHRAE Standard 34 Safety Groupによる ; A:低毒性、B:高毒性、1:不燃性、2:弱燃性、3:強燃性 8 『地球温暖化防止に向けて・・・』 あらゆる用途に最適なノンフロン冷媒を 選ぶ事によって、 『省エネ』と『ノンフロン化』 を同時に達成できる 技術開発に取り組んでいます ナ HC チ ュ CO2 NEDO 平成１７年度「課題設定型産業技術開発費助成金」 業務用自然冷媒給湯ヒートポンプ（通称：エコキュート） 「ノンフロン型省エネ冷凍空調システム開発事業」 第７回 財団法人ヒートポンプ･蓄熱センター振興賞（CO2) HC（ハイドロカーボン)系冷媒業務用空調・給湯ヒートポンプの開発 ラ ル NH3 環境省 平成１９年度地球温暖化対策技術開発事業(補助事業） 冷蔵倉庫並びに食品工場用の 省エネ型自然冷媒式冷凍装置の製品化技術開発 フ ァ H2O 平成17年～19年度「NEDO太陽エネルギー 新利用システム技術研究開発事業」（3ヵ年事業） イ ブ Air 平成１５年「NEDOエネルギー使用合理化技術戦略的開発事業」 高分子吸着剤による除湿型高性能空気冷凍システムの開発(３ヶ年事業） 9 冷凍、空調、給湯の用途に使用される地球環境にやさしい５つの自然冷媒「ナチュラルファイブ」 120℃熱風発生 10 冷蔵庫専用 NH3/CO2新型冷凍機 NewTon3000 冷蔵庫専用NH H19年度 環境省「地球温暖化対策技術開発事業」 ● ● ● 自然冷媒式で環境に優しい 高効率NH3専用冷凍機を搭載 間接冷却方式で安心 ・NH3は冷凍機室のみ ・屋内へは安全な液体CO2を ● 水冷式で省電力 ● 既設機械室向けコンパクト設計 COP２０％向上 高効率IPM モーター 高効率IPMモーター 洞爺湖サミット 国際プレスセンターに展示 高性能新歯型スクリュー 高精度ローター 水冷モーター NH3用ハーメティック NH3用ハーメティック モーター 油量の最適化 ダブルエコノマイザー 11 ヒートポンプ 業務用・産業用 CO22給湯 業務用・産業用CO 給湯ヒートポンプ 空気熱源 『エコキュート』 第7回電力負荷平準化機器・システム表彰 空気熱源『エコキュート』 ヒートポンプ・蓄熱センター振興賞受賞 特徴 特徴 •• 国内最大級 の 80 給湯能力 国内最大級の 80 kW kW の の給湯能力 •• COP の高効率 COP == 4.1 4.1の高効率 •• 燃焼式設備と比較して 年間ランニングコスト1/3 燃焼式設備と比較して年間ランニングコスト1/3 •• 循環 加温運転が可能（65℃→90℃） 循環加温運転が可能（65℃→90℃） •• 外気温 -10℃～43℃において90℃出湯可能 外気温-10℃～43℃において90℃出湯可能 •• 自社製高効率レシプロ圧縮機 を搭載 自社製高効率レシプロ圧縮機を搭載 貯湯時 給湯時 55℃で開 開放式貯湯槽 給水 加圧給湯ポンプ 給湯器へは６０℃入水までＯＫ 12 ヒートポンプ 業務用・産業用 CO22給湯 業務用・産業用CO 給湯ヒートポンプ 水熱源 『エコキュート』 水熱源『エコキュート』 特徴 特徴 ・・ 90 ℃のお湯と冷水を同時に供給 90℃のお湯と冷水を同時に供給 ・・ 給湯能力 以上で大容量コンパクト 給湯能力 90kW 90kW以上で大容量コンパクト ・・ 最高 COPt＝８（井水22℃利用の場合） 最高COPt＝８（井水22℃利用の場合） 給湯＋冷房の場合でも COPt＝6.4 給湯＋冷房の場合でもCOPt＝6.4 ・・ 給湯温度 ℃～90℃ 、冷熱供給温度 10℃～17℃ 給湯温度 65 65℃～90℃ 、冷熱供給温度 --10℃～17℃ ・・ 燃焼式給湯＋チラーと比較して 年間ランニングコスト1/3 燃焼式給湯＋チラーと比較して年間ランニングコスト1/3 ・・ 自社製高効率レシプロ圧縮機 を搭載 自社製高効率レシプロ圧縮機を搭載 給湯＋冷房 給湯＋冷房 密閉式貯湯タンクユニット 貯湯時 7℃ 給湯時 65～90℃ 混合水栓 水熱源エコキュート ファンコイル 冷房 12℃ 給水 COPt＝6.4 エ コキュート は 6 5 ℃ ま で 入 水 可 能 13 CO2ヒートポンプ式熱風発生装置 『MAYEKAWA エコシロッコ』 名称 水熱源CO2ヒートポンプ式熱風発生装置 加熱能力 110KW 圧縮機定格動力 25KW 冷媒 圧縮機型式 主電動機 法定冷凍トン 運転範囲 H21年10月発売開始 R744（CO2) 半密閉型レシプロ式２気筒 型式：C2HT 3φ×AC200V×25KW×4P 8.3トン 温風出口温度120℃以下 熱源水出口温度-9℃～32℃ 熱風 本表は、空気入口温度20℃、温風供給温度100℃、蒸発温度20℃の場合 W1,100×L1,600×H2,200，1,700kg 14 ハイドロカーボン系冷媒業務用空調・給湯ヒートポンプ 装置外観 装置外観 H17～H19年度 NEDO「ノンフロン型省エネ冷凍空調システム開発事業」 特徴 特徴 ・・最適冷媒の開発：プロパン・イソブタン混合冷媒 最適冷媒の開発：プロパン・イソブタン混合冷媒 ・・冷媒漏洩対策：ハーメチック圧縮機（防爆仕様）、 冷媒漏洩対策：ハーメチック圧縮機（防爆仕様）、 冷媒量最小化 冷媒量最小化 ・・安全対策：冷媒拡散装置、安全基準 安全対策：冷媒拡散装置、安全基準 ・・従来システムに対して、ノンフロン化、高効率化 従来システムに対して、ノンフロン化、高効率化 洞爺湖サミット国際プレス センターの冷房に使用 ハーメチック圧縮機（防爆仕様） ハーメチック圧縮機（防爆仕様） 冷房時COP 3.7 （冷水温度7℃、空冷） 暖房時COP 3.7 （温水温度45℃。空気熱源） 給湯時COP 3.4 （給湯温度65℃、空気熱源） 追い焚き性能の改善 温度 アプリケーション 適用市場 70℃ 65℃給湯・暖房システム 病院，ホテル，食品工場 50℃ 45℃暖房システム オフィスビル，工場 0℃ +7℃冷水チラーシステム オフィスビル，工場 -5℃ +2℃冷水チラーシステム 食品工場 -15℃ 氷蓄熱システム オフィスビル，工場 15 ～H19年度 NEDO「太陽熱新利用 吸着式冷凍機「アドレフ」 H17 システム技術研究開発事業」 特徴 特徴 ●水と吸着剤の吸熱・放熱反応を利用した地球環境にやさしい冷凍機です。 ●低温熱源水（６０～７５℃）から10℃以下の冷水を製造することができます。 ●ノンフロンでしかも省電力のため、60％以上のCO2排出量削減効果があります。 （空調用途におけるフロン空冷チラーとの比較） ●メンテナンスコストは、ほとんどかかりません。 ●NEDOより補助金の適用が受けられます。 （太陽熱高度利用システムフィールドテスト事業） 太陽熱を利用した吸着冷凍機 による冷却設備 ※既に2件のフィールドテスト事業実績あり ソーラーコレクター２４枚（３００㎡） 冷却塔 吸着冷凍機 ７０KW バファータンク 熱交換器 プロセス冷水 16 空気冷凍システム 『パスカルエア』 空気冷凍システム『パスカルエア』 H15～H17年度 NEDO「エネルギー使用合理化技術戦略的開発事業」 装置外観 装置外観 特徴 特徴 ●究極の自然冷媒である 『空気』を使用しているため、地球環境負荷がゼロ！ ●究極の自然冷媒である『空気』を使用しているため、地球環境負荷がゼロ！ ●従来冷凍システムに比べ、 最大50%の省エネ、CO2排出量削減（庫内温度 ●従来冷凍システムに比べ、最大50%の省エネ、CO2排出量削減（庫内温度 － 60℃の時）を達成！ の時） －60℃の時）を達成！ ●低圧運転のため、 法規制（高圧ガス保安法）の適用外！ ●低圧運転のため、法規制（高圧ガス保安法）の適用外！ ●庫内空気を直接冷却するため、庫内クーラーや冷媒配管が不要で、 設備工 ●庫内空気を直接冷却するため、庫内クーラーや冷媒配管が不要で、設備工 事費が安価！ 事費が安価！ ●膨張機一体型圧縮機採用により、 保守が容易で長寿命！ ●膨張機一体型圧縮機採用により、保守が容易で長寿命！ ●膨張機で発生する動力を回収し、圧縮機動力に使用するため、 高効率！ ●膨張機で発生する動力を回収し、圧縮機動力に使用するため、高効率！ ターボ型圧縮機・膨張機 モータ 圧縮機 膨張機 一次冷却器 冷却水 庫内温度 膨張機一体型圧縮機 -50～-100℃ 冷熱回収熱交換器 空気冷凍システム『パスカル エア』 超低温エリア 冷 媒 空気（Air） 冷凍能力 30kW（庫内温度-60℃時） 圧縮機動力 60kW 最高使用圧力 0.2MPa 17 スラリー状流体 熱輸送システム ダイナミックアイス氷水搬送システム 蓄冷式保冷システム『エコ・ランクール』 超電導冷却用スラッシュ窒素冷却システム 18 ダイナミックアイス氷水搬送システム 前川製作所本社ビルの例 【外調機】 冷水コイル：一次冷却 【外調機】 氷水コイル：しっかり除湿 【氷水搬送】 －２℃の氷水を製造、搬送 ダイナミック 製氷ユニット 【一般冷水系統】 高め温度の冷水(９℃)を製造 ヒートポンプ チラー 貯氷槽 外気 冷水 氷水 カラッとしたドライな空気 冷水 空調システム（冷水・氷水搬送系統） 19 蓄冷式保冷システム「エコ・ランクール」 特徴 ダイナミックアイス 搬送配管 １．ＣＯ２排出量削減(20～25%減） ；車載冷凍機未使用 ２．燃費大幅削減(20～30%減） ３．庫内温度の安定 アイドリングストップ中も冷却；バッテリー使用 ４．店舗での低騒音化 エンジンをかけずに冷却 ５．運用コストの削減 高効率の地上設置型冷凍機で製氷 氷の融解熱で冷却 ６．自然冷媒アンモニアと食品添加物が冷媒 ＜エコランクール車＞ エアクーラー ＜貯氷設備＞ 貯氷タンク 蓄冷タンク ＜製氷設備＞ 冷凍機・ 製氷ユニット ＜供給設備＞ ダイナミックアイス供給ユニット 保冷車庫内 高効率型の冷凍機を組込ん だ製氷・貯氷設備 ＜回収設備＞ 回収タンク ダイナミックアイス（蓄冷材） 製氷・供給・回収設備 エアクーラー エコ・ランクールは解決します！ 保冷材（ダイナミックアイス） 充填及び回収 配送センター 蓄冷タンク 食品積込 エコランクール車 （2t,4t車） 従来型車載冷凍機の問題点 店舗到着荷降 １．燃費が悪化する。（荷積中、走行中、店舗荷卸し中） 完全アイドリングストップ エンジン直結の冷凍機を使用 ２．アイドリングストップをすると冷却出来ない。 荷室内温度が上昇し、庫内温度が不安定になる。 １店目 ３．店舗荷卸し中にアイドリング運転をすると騒音問題がある。 ４．地上設置型の冷凍機に比べ効率が大幅に劣る。（４７％ダウン） ５．冷媒に温暖化係数がＣＯ２より1300(134a)～3850(404A)倍高いフロンを使用。 蓄冷板 ２店目 Ｎ店目 20 スラッシュ窒素冷却システム H12～H16年度 NEDO「交流超 電導電力基盤技術先導研究開発」 液体窒素と微細な固体窒素が混在したス ラリー状の流体。高密度熱輸送となる。 スラッシュ窒素の特徴 スラッシュ窒素冷却上の利点 ・熱容量が大：固体窒素の融解潜熱は液体窒素の 比熱の約13倍 ・液体窒素よりも低温（63K)で一定温度の冷媒 スラッシュ窒素貯蔵タンク 液体 スラッシュ窒素を搬送 He 冷凍機 （潜熱利用） 発電所、工場など 固体 研究所など データーセンター インテリジェントビルなど スラッシュ窒素製造機 スラッシュ窒素液ポンプ スラッシュ窒素による冷熱供給システム 課題 ・固体窒素の微細化製造技術 ⇒搬送動力の低減 ・高固体比率での貯蔵、搬送 ⇒蓄熱システムとして利用可 能 スラッシュ窒素の搬送状況 21
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