＜高温ヒートポンプシステムの開発＞ NEDO省エネルギー技術

ＮＥＤＯ 省エネルギー技術フォーラム 2015
戦略的省エネルギー技術革新プログラム
フェーズ名：実用化開発
＜高温ヒートポンプシステムの開発＞
ダイキン工業株式会社
研究開発期間：平成 24年 8月～平成 27年 2月
１．研究開発の背景、目的、目標
１．１．背景
＜位置付け、必要性、重要性＞
・産業分野において、蒸気ボイラ使用によるCO2排出量は、
国内総排出量の4％を占めており、この削減対策は重要課題
・全世界のボイラー市場は、約1兆円。
ヒートポンプで代替可能な領域（120℃以下）のものが60％
＜国内外の市場動向・技術動向＞
・既存技術として、洗浄、乾燥工程に対応できる取出し温度 90℃までの
ヒートポンプは各社で製品化されている
・一部、100℃を越える製品はあるが、大容量仕様となっている
180
160
加熱温度[℃]
140
本開発機のターゲット
120
100
90
80
60
40
0
100
200
300 400 500
加熱能力[kW]
600
既存の産業用高温発生ヒートポンプ
温度と能力の関係
700
2
１．研究開発の背景、目的、目標
１．２．従来の課題、目的、目標
＜従来の課題＞
蒸気・給湯
・実用化されている産業用高温発生ヒート
ポンプは、大容量かつ高イニシャル費となり、
顧客のニーズに合うことが少ない
・また分散配置や熱回収でシステム全体での
エネルギー消費量の削減を図ろうとすると、
複雑な配管回路や制御が必要
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機 械
ｺﾞﾑ・ﾌﾟﾗｽﾁｯｸ
化 学
500℃
120℃
成形
塗装焼付
乾 燥
表面処理
成 形
加 硫
90℃
60℃
洗浄
印 刷
狙う市場
焼上げ
滅菌
蒸留・抽出
分離・合成
濃 縮
乾 燥
工場空調
40℃
30℃
食 品
乾 燥
乾燥
加温・洗浄
現在の市場
業種別利用温度域
＜目的、目標＞
従来の加温・洗浄工程に留まらず、乾燥・滅菌工程までの蒸気ボイラ使用を
合理的に代替しうる革新的な高温ヒートポンプシステムを開発
目標値として、
・乾燥・滅菌工程までの利用拡大を可能とする 120℃取出し
・小型分散化と低イニシャル費によるニーズマッチングを実現する定格能力 35kW
・経済的合理性を有するための単体性能として COP2.5
を実現するヒートポンプシステム開発およびその制御開発を行い、
CO2排出量削減効果の実証、及びその実用性評価を実施
２．研究開発体制、研究開発内容
２．１．研究開発体制
研究開発責任者
ダイキン工業株式会社
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２．研究開発体制、研究開発内容
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２．２．研究開発内容
（１）120℃発生ヒートポンプユニットの開発
下記の新規開発を含む高温ヒートポンプシステムの
カスケードユニットプロト機を試作、
目標COP2.5 達成（@120℃取出し/35kW）を実証
＜新規開発内容＞
・高温対応の新スクロール圧縮機
・R245fa冷媒を使用したプレート熱交換器
・2段圧縮インジェクションサイクル回路
サイクル概要
カスケードユニット
プロト機 外観
２．研究開発体制、研究開発内容
２．２．研究開発内容
（２）システム制御の開発
下記を含めたシステム自動制御を開発し、実用化の基本技術を確立
＜制御開発内容＞
・熱源ユニットとの連動制御
・冷凍サイクルに必要となる運転制御（起動・定常・停止・デフロスト）
・危険運転を回避するための保護制御
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３．成果、実績、展望等
３．１．成果
高温ヒートポンプシステムプロト機の設計・試作・評価を
完了し、最終目標値であるCOP2.5 達成を実証した
主要な要素部品である圧縮機、熱交換器について新規
開発を行い、システムCOP2.5 を達成する仕様を得た
システム自動制御を開発し、実用化の基本技術を
確立した
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３．成果、実績、展望等
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３．２．今後の展望
・本システムを実際の乾燥、滅菌工程に設置し、実用化課題を詳細に
抽出するフィールドテストステージへ移行し、2018年度の実用化を目指す
・将来的な応用例として、温熱冷熱工程における各排熱を熱源ユニットで
一貫してつないだ「工場まるごと排熱利用ヒートポンプ」を提案し、
画期的な高効率システムを実現したい
本助成テーマ
開発機
将来的な応用例
（工場まるごと排熱利用HP）
炭酸飲料の製造工程に向けた適用例
３．成果、実績、展望等
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３．３．原油換算省エネ効果
2020年時点： 20,150kL/年 (累計： 39,750kL )
2030年時点： 104,400kL/年 (累計： 3,220,210kL )
700000
= 消費エネルギーkWh/年 / *,***kＪ / kL
500000
400000
300000
200000
100000
0
2018
2019
2020
2021
2022
2023
2024
2025
2026
2027
2028
2029
2030
*原油削減量(kL/年）
原油削減量 [kL/年]
600000
年度