超小型水熱源ヒートポンプ/水冷チラー BLACKBOX|排熱利用、熱回収とヒートポンプなど、省エネのご相談は【MDI株式会社】

超小型水熱源ヒートポンプ/水冷チラー BLACKBOX


Black Boxとは、コンパクトな水熱源ヒートポンプ(水冷チラー)です。小型・軽量のため現場でのハンドリングに非常に有利となります。

内部では故障を徹底的に避ける設計思想のもと、四方弁を排除して冷水、温水出力は切替無し(必要に応じて配管側で制御)。現場の費用を極力抑えるために、冷媒ガス経路は最小とし、冷凍機を知らない設備工事会社様でも設置が容易にできます。

万が一の際には、ユニットの配送による修理が容易に行えます。冷媒ガスの充填量も最小となり、10馬力ユニットで2.9kg前後。本体ユニット重量は、150kg以下。施設やビル建設での重量設計を大きく変えるコンセプトともなります。

従来製品との違い

従来製品とコンセプトが違い、必要な部品点数、サイズ、重量、運転安定度が大きく違う

運搬費、出張費、工事費、冷媒ガス量などすべての現場コストが削減でき、トータルコストが大きく違う

運搬費、出張費、工事費、冷媒ガス量などすべての現場コストが削減でき、トータルコストが大きく違う

初期導入費の違い

BLACKBOX(ブラックボックス)初期導入費比較グラフ

BLACK BOXは小型・軽量のため、大きな負担となる現場工事費の割合を大きく削減できます。また、シンプルな構造であることから、メーカーが出張、設置サービスをすることなく、ローカルの設備工事会社様のみで施工完了も可能です。

メンテナンスコストの違い

BLACKBOX(ブラックボックス)メンテナンスコスト比較

万が一の故障やメンテナンスは、従来タイプでは大型+重い設備になるために、どうしても現場へ出張しての修理、復旧が必要でした。
メンテナンスも現場へ伺う出張費を含めた価格を請求されます。BLACK BOXは軽量+コンパクトなため、メーカーにユニットを輸送をしていただくことで、出張する必要がなくなります。(別途、現地出張サービスはございます)

※MDI-A-1(オールインワン) ブレージングプレート式熱交換機

ヒートポンプ、チラーには、ほぼ100%ブレージングプレート式を採用し小型、高効率を実現しますが、冷凍サイクルでは必ず蒸発器、凝縮器が必須となり、冷媒ガス中のオイル戻りを確実にするために重く大きなオイルレシーバーも必要とします。 また、効率アップの目的で追加する熱交換器(サブクーラー/スーパーヒーター)も必要とする場合があります。 MDI-A-1は、これらの要素と問題を解決すべく1台のブレージングプレートとして実現できる唯一の熱交換器となりました。蒸発器、凝縮器、サブクーラー/スーパーヒーターの他に、蒸発器内部で問題となるオイル溜まり問題を解決すべく追加されたインジェクション機能と、冷媒ガス(液)の奥行き方向に液面が不均一になる問題(冷媒ガス分配不良)を解決するディストリビューション機能を併せ持っています。

MDI-A-1 基本動作

BLACKBOX(ブラックボックス)の基本動作

一般的な蒸発器内部での冷媒ガススーパーヒート部と分配不良

従来品

膨張弁を経て冷媒ガス(液) がプレート式熱交換器に入ると、反対側の水熱源により温められ冷媒ガス(液) は徐々に蒸発し、喫水線を超えると気相となりノズル上部よりガスとしてコンプレッサへ向かう。
気相部分の伝熱面積はガス/水熱交換となるために効率が悪く、プレ ート式の伝熱面積のロスとなる。下部には冷媒オイルが藩まり易く、場合によってはコンプレッサの焼き付きに発展する原因ともなる。奥行き方向では膨張弁を出た冷媒ガス(液)の動圧により奥側に多く冷媒ガスが流れるまたは中間部分に多く流れる現象がプレート枚数が多くなると発生しやすくなる。奥行き方向に喫水線がばらつくと、コンプレッサに液相が戻ってしまうために、膨張弁は自動的に弁を絞ってしまう (=蒸発温度が下がる=COPが悪化してしまう)ことに直結する。そのためオイルレシーバーを取り付け、冷凍機油を回収しコンプレッサに戻す必要が出てくる。

MDI-A-1内部での冷媒ガススーパーヒート部とオイル戻り機能の効果

BLACKBOX(ブラックボックス)の効果

MD-A-1プレート式での蒸発器部分では、冷媒ガス(液) は基本的にスーパーヒート部分が無く熱交換圏上部までほぼ液相となる。
スーパーヒートを行う箇所は上部中央の別室(スーパーヒー ター/サブクーラー)で行う。蒸発器部分はほぼ冷媒ガス(液)で満たされるためしっかりと熱交換が可能。
オイル溜まり問題と奥行き方向による分配不良の問題には、イ ンジェクター+オイル戻りラインの効果により奥行き方向に不均ーな喫水線を平衡化させる機能が働くことで、膨張弁開度は開いたままの状態を維持する。この機義の効能として、オイルレシーバーは不要となり、低温〜高温まで全域にわたり冷凍サイクルが安定化できるコンセプトが成立できる。

製品特長

建築設計の重量負荷軽減に

建設設計では、各フロアに重量物がかかる場合、梁の強度アップおよび大型化が必要となります。
BLACK BOXなら構造の最適化が可能になり、軽量・コンパクトなため建設コストの削減に貢献できます。

極小スペースに最適なサイズ

従来タイプのヒートポンプでは、ユニット全体をパッケージ化するため、大型化、重量アップが問題となる場合があります。
設置の際に必要な基礎コンクリート打設や、現場での組立て、調整作業等、コストと時間がどうしても必要です。
BLACK BOXなら現場に冷凍装置のプロがいなくても、設備工事担当だけで設置が可能です。

複数設置が可能

BLACKBOX(ブラックボックス)の構成例BLACK BOXでは、台数制御運転を考慮した制御設計を取り入れています。オプションの制御BOXを取り付けることで、台数制御、スケジュール運転、各温度管理、フロー制御などが可能になります。

お客様のご要望の運転、管理方法に対応可能です。


BLACKBOX(ブラックボックス)のメンテナンス

万が一の故障時やメンテナンスが必要な時、 BLACK BOXであれば故障発生時、予備ユニットに自動切換えを行い、故障ユニットは修理へと発送が可能です。

従来は大型、重量物であったため、どうしてもメーカーによる現場出張、現地作業を必要とし、出張費と現場作業代が大きな負担となっていました。 ランニングロスト削減の大きなメリットがあります。(オプションで現場出張作業も対応可能)


BB-02注意事項:
現場運転でユニットが停止できない重要なプロセスの場合、必ず予備コニットを1-2台設置をしてください。ユニットは耐久力を考慮した最新設計を取り入れていますが、絶対に壊れない機械ではありませんので万が一の想定をして設備設計を行ってください。オプションで代替ユニット貸出サービスもございます。(『アフターサービス』ページをご参照ください。)

用途

  • 地中熱源温水床暖房・床冷房。熱源温度:15℃。冬期:加熱温度30~35℃/夏期:冷却温度22~25℃
  • クーリングタワー水熱源ボイラー給水加熱。熱源温度:冬期15℃、夏期32℃;  加熱入口温度:冬期10℃→55℃、夏期25℃→55℃(バッチ運転)
  • 温泉排水熱源カラン給水加熱、温泉追炊き加熱。熱源温度35℃(腐食、汚れ有り)、カラン給水5℃—>45℃又は温泉追炊き38℃->45℃
  • リネン工場排水熱源ボイラー給水加熱。熱源温度20℃(繊維質汚れ有り)、給水25℃—>55℃
  • その他に、うどん工場排熱回収、塗装ブース排気熱、塗装ラインりん酸槽加熱、融雪用熱源、など。

BLACKBOX(ブラックボックス)の導入事例

BLACKBOX(ブラックボックス)の導入事例

応用例

腐食+汚れがひどい排水熱回収/給水加熱に

排水中に細かい粉体、繊維、汚物、酸性などを含んだ排水は従来ヒートポンプ熱源として利用しにくいものです。投込み式熱交換器では排水ピットのコスト、場所の確保、熱交換効率の悪化によりCOPが低下し、投資回収を長期化させます。汚水中に比重が重い粉体、砂、泥、鉄分(赤水)がある場合、マルチサイクロンで20ミクロンまで継続的に分離し、MDI-DTH-CBC-T(チタンコルゲート2重管)を利用し効率を維持しながら、汚れ、腐食リスクを低減できるシステムとなります。

クーリングタワー水熱源+給水加熱に

排水中に汚れ、ホコリ、花粉、スライムなどの汚れが存在するクーリングタワー水や、砂を含む井戸水などを熱源とする場合、単純にプレート式熱交換器をセットするだけでは経年での汚れによりメンテナンス費用が膨大になってしまいます。事前にマルチサクロンをセットし比重差がある固形物やスライムを除去することで水質を改善し、超高効率プレートの採用も可能にします。

排気熱を利用した給水加熱

工場のコンプレッサ室では排熱が多く、複数の排気ファン、扇風機で冷却対策している現場などありますが、ファン自体の電力も空気を加熱する熱源となっているため、なかなか部屋を冷却することはできません。コンプレッサ排熱や機械熱をむやみに空調で冷却をすることも大幅な電力ロスに直結します。排気熱回収熱交換器を有効に利用し、熱のカスケード冷却を行うことで、加熱側システムCOPは従来の2倍前後にアップします。

地中熱利用床暖房/床冷房

地中熱15℃を熱源として、床暖房、壁暖房などの空調へ利用することでエアコンと比較して30-50%の省エネを実現することができます。牛舎・豚舎の床冷房を行うことで、常に温水が製造できるため洗浄用温水ボイラーのガス代削減と家畜の健康の両立も可能となります。ホテル等のロビーエアコンの補助として床、壁冷房を行う場合、排熱で温泉やシャワー水加熱に利用することで、「排熱を出さない施設」と「ガス代削減」の両立ができ、また快適空間が実現します。倉庫や大型工場空間の床・壁冷却を行うことで、シャッター開閉時の空気の入れ替えがあっても躯体内蓄熱のため、冷熱が無駄に室外放出されにくく、均一な温度を維持管理できます。(上図は参考図で、実際の設備設計は異なる場合があります)

チラー/暖房供給

工場やビニルハウス内では冷水(又は温水)を必要とする設備がありますが、排熱の利用をしっかりと暖房(又は冷房)として利用することで、空調コストの削減に貢献します。夏季の放熱、冬季の暖房利用も自由に切り替えて工場に設置できます。効率の良い水熱源ヒートポンプであるBLACK BOXではオプション機器での熱交換器をセットすることで自由に現場省エネレイアウトの構築が可能です。

燃焼排ガス熱回収/給水加熱 エコノマイザ付きボイラーを省エネする場合

1000 Nm3/h 150℃排ガスを利用した場合最大加熱側システムCOP=13.43となります。
(給水温度20℃,90L/Min排ガス中の水分量0.1kg/kgの場合)
ポンプ動力は含まず。湿度、風量、燃料が異なる場合、能力も異なります。

最近では既設ボイラー内にエコノマイザをすでに設置し、ある程度の熱回収を行っている機器が増えています。しかしエコノマイザからの排ガス出口温度は約100~150℃前後であり、依然としてガスが燃焼することで発生する膨大な水分は排熱を含んだまま大気解放となっています。
MDIではこの排ガス中に含まれる水分=膨大な潜熱を回収することで給水加熱メリットに転換できる熱交換器、AIREC CROSS30(ステンレス316プレート式熱交換器)を提案します。排ガス熱を2段で回収することで、1段目は給水プレ加熱用、2段目はヒートポンプ熱源用として徹底した排熱を搾り取ることでシステムCOPは最大となり、地球を暖めていた150℃排ガスは20℃前後まで下げることが可能です(給水温度により排ガス温度は変化します)。排ガス中に含まれる潜熱回収後にできる凝縮水中に含まれる成分は、NOx=硝酸、SOx=硫酸に変化しPH2.5~3.0の弱酸となってしまうため、CROSS30にはニッケルロウ付されたSUS316プレートを採用し腐食に強い設計により対応できます。凝縮水はドレンから排出されることで、従来は大気を汚していた煙突排気から自然環境保護へ大きく貢献することが実現可能となります。

導入実績

2014年11月 日本エレクトロヒートセンター主催 第9回エレクトロヒートシンポジウムにおいて
MDI株式会社発表のBLACK BOXが【技術発表優秀賞】を受賞

大手食品工場様 大型冷凍機用クーリングタワー熱利用/ボイラー給水加熱 洗浄用温水 10馬力×2台

山梨県甲府市 新設倉庫様 地中熱利用/倉庫床冷房化による倉庫内温度均一化および省エネ化

福島県白石市 新設工場様 事務所床暖房/床冷房用 空調省エネ化 地中熱利用ヒートポンプ 10馬力×1台

蔵王温泉ホテル様 温泉加熱/床暖房/床冷房/温泉排水熱回収用 10馬力 x 2台

工場 乾燥機用チラー+工場内暖房

SWEDEN 大手スーパー様 空調用 10馬力×8台

SWEDEN 大手製糸工場様 サーバールーム冷却用 10馬力×8台

SWEDEN 大手食品冷凍工場様 冷凍用 冷風発生器 10馬力×8台

オプション

オプション部品

【組立参考例】4台用ラック、ヘッダ管、ストップバルブ、接続ホース、制御盤のセット構成

【制御BOXコントロール例】BLACK BOX 複数台運転

騒音対策カバー

現場により低騒音仕様が求められる場合、オプションにて騒音対策カバーをセットすることが可能です。
BLACK BOXの周囲を防音カバーで覆うことにより、最少で54dB(Aスケール1m)まで騒音をおさえることができます。

仕様および諸元

仕様

※1.20℃以下でも使用可能ですが、別途熱交換器のみでの熱回収利用も可能です。
※2.熱交換器内部凍結防止のための最低数値であり、不凍液を使用する場合にはこの限りではありません。

能力カーブとコンプレッサ消費電力

寸法

アフターサービス

ご購入後のアフターサービス&オプションサービス

*1 2015年度施工によるフロン法改訂に伴い、ユーザー様による定期点検・報告の義務化が始まります。対象機器は、簡易定期点検として3ヶ月に1回規定項目チェックの外観検査等を行うことが必要となり、7.5KW以上の圧縮機のものは、簡易定期点検に加えて、1年に1回以上の有資格者による定期点検が順守事項となります。「機器の定期点検」「点検の記録・記録の保存」の規定事項に違反した場合50万円以下の罰金、国から求められた管理の適正化の実施状況報告の未報告又は虚偽報告は20万円以下の罰金、となります。

*2 代替機器は、お客様専用の温度管理セッティングに変更していない場合がありますので、代替機到着後に簡単なセッティングを行っていただく場合があります。一般的な修理作業は1~2週間ほどで完了しますが、原因不明等で不具合特定ができない又は想定外の故障により、同仕様では再び問題が発生してしまう現場特有の故障と判断された場合には、修理対応に時間を要する場合もあります。また現場での対策を行っていただく必要がある場合もあります。代替機貸出機器は、1契約最大1台となります。その場合の代替機器貸出期間が1ヶ月を超えた場合には別途レンタル費用が追加される場合があります。

サービスネットワーク

関連資料
ダウンロード

BLACKBOX 概略設置レイアウト