2020年度省エネ大賞
資源エネルギー庁長官賞
三菱重工サーマルシステムズ株式会社

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No.675 2021年3月

製品・ビジネスモデル部門
”e-3Dスクロール” 圧縮機を搭載した高効率ヒートポンプチラー「MSV2」



１． 製品開発の背景
建物の高断熱化や大空間化に伴い、冷房負荷が年々増加すると共に、セントラル空調システムなどに利用される大型熱源機市場では、空冷モジュール型大能力機種の出荷割合が大きくなっている。限られた設置スペースで増加する冷房負荷に対応するため、空冷ヒートポンプチラー１台あたりの能力増加が求められており、今後もさらに高効率な大能力機の需要が高まるとみられる。しかし、大能力機は小能力機種に比べ成績係数が低く、燃焼式に対して省エネの優位性は低かった。また、モジュールチラーは筐体が各馬力で共通となっているため、部分負荷性能についても小能力機種に比べて低い傾向があった。モジュールチラーの導入を拡大し、市場全体でより大きな省エネ効果をために、大能力＆省エネ性（定格＆部分負荷）＆環境性を同時に成立する新機種を開発することを目標とした。



２．製品の概要
本製品（図１）は、高効率・高機能・コンパクトをコンセプトにした大能力モジュール型空冷ヒートポンプ式熱源機である。本製品は以下の３つの主な特長を有する。


図１．空冷ヒートポンプ式熱源機　MSV2



１）『e-3Dスクロール』圧縮機（図2）：
製品サイズを変えずに大能力化を図ると一般的には運転効率が悪化するが、これを改善するために各種要素技術を開発した。まず圧縮機では、弊社独自の大容量「３Dスクロール圧縮機」をベースとし、低外気温から高外気温迄のワイドレンジでの高効率を維持しつつ、スクロール形状をステップ状からスロープ状に変更することで、圧縮途中の漏れ損失を大幅に低減させた『e-3Dスクロール』圧縮機を開発した。また、従来機は冷媒回路にオイルセパレータを使用していたが、部分負荷時に冷媒循環の損失要因となっていた。そこで、圧縮機内のオイル循環経路の寸法や経路を見直すことで圧縮機から排出するオイルを大幅に低減し、オイルセパレータを削除することで、『e-3Dスクロール』圧縮機の特徴を最大限に生かすことができた。
環境性では従来冷媒の約１／３の地球温暖化係数となり、性能面でも優れた特性を有するR32冷媒を採用したが、高圧力比条件で吐出温度が高温となるデメリットがあった。圧縮機吸入口に液冷媒を直接供給できる冷却構造を追加することで、液冷媒の蒸発潜熱で圧縮機吐出部の温度上昇を抑えた。


図2．『e-3Dスクロール』圧縮機


これらに加えて、業界トップクラスの大型プロペラファンの新開発、ロングベルマウス開発、空気熱交換器の細径化などの最適化設計などにより70馬力クラスでは成績係数3.23、IPLVｃ5.1、60馬力では成績係数3.41、IPLVｃ5.3を実現した。



２）省スペース化（図３）：
上記要素技術は省スペース化にも貢献している。特に、70馬力では弊社従来機（40馬力）×7台の据付面積対比で業界トップの70馬力×4台を設置することで、約33％の省スペース化だけでなく、40馬力級の更新需要においても成績係数が同等以上であるため、省スペース性と省エネ性を同時に実現した。


図3．省スペース化



３）ユーティリティ強化（図４、図5）:
弊社独自の熱源総合制御システム「エネコンダクタ」を接続してターボ冷凍機と組み合わせることで、大規模な熱源を一括して最適制御が可能である。また、空冷チラー単体での用途では、２０台まで一括操作・スケジュール設定が可能なフルドット液晶タッチパネル式のリモコンも同時に開発した。空冷チラーの大容量化でニーズの高い冷暖混在システムもリモコンだけで制御することも可能である。


図4．ユーティリティ強化



図5．ユーティリティ強化




３．おわりに
幣社は、現在最も普及している空冷モジュール型チラーの大能力機種で高効率化を図ったことに加え、省スペース、年間加熱に対応といった特長を有したMSV2により、ヒートポンプのさらなる普及拡大を通じて省エネルギーや温室効果ガス排出抑制に貢献して行く。



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