NH3/CO2省エネ自然冷媒冷凍システム

NH3(アンモニア)/CO2(炭酸ガス)自然冷媒冷凍システムとは

「地球環境にやさしい自然冷媒を新技術で上手に使う!」

アンモニアを一時冷媒、二酸化炭素を二次冷媒とした冷却システムです。
本システムは地球にやさしい自然冷媒を使用しつつ、成績係数が高く、かつ安全性も高い画期的な冷却システムです。
(特許第3458310号)

NH3/CO2二次冷媒冷却システム基本冷凍サイクル

NH3/CO2二次冷媒冷却システム基本冷凍サイクル

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アンモニア側と炭酸ガス側の二つの冷凍サイクルを組み合わせ、炭酸ガス側で吸収した熱をカスケードコンデンサーと呼ばれる熱交換器を通してアンモニア側に受け渡される仕組みになっています。
これにより優れた自然冷媒であるアンモニアの使用量をごく少量に抑えることができるとともに、機械室内にとどめることにより安全に使用することが可能になりました。
また、炭酸ガス側のサイクルにはオイルを必要としない為経年による効率の低下が殆ど無い点も画期的なポイントのひとつです。

アンモニア直接膨脹方式との比較

比較項目 アンモニア/炭酸ガス2次冷媒システム アンモニア直接膨張システム
冷却方式の違い アンモニアによって炭酸ガスを冷却凝縮し液化炭酸ガスを造り、液化炭酸ガスを冷却器に送り冷却する方式。 アンモニアを凝縮し、直接、液化アンモニアを冷却器に送り冷却する方式。
安全性 アンモニアを使用する冷凍サイクルの安全性を危惧する点は有害なアンモニアが漏洩した時の人身に与える危険性と、被冷却物をダメにする点にあるが、2次冷媒システムにおいては、アンモニアは機械室に封じ込められるので、工場内にはアンモニアが送られず、工場内でアンモニアが漏洩することはない。 アンモニアは液化アンモニアとなって、工場内の冷却器に送られるので、工場内でアンモニアが漏洩した場合は、人身に危険をおよぼし、被冷却物はアンモニアを吸収してダメになる危険性が高い。
イニシャルコスト 冷却方式の違いにより、冷凍サイクルを構成する機器が増えるためアンモニア直接膨張システムに比較して約30%のコストアップになる。 一般的な冷凍サイクルであって、2次冷媒方式に比較して、約30%のコスト減。
ランニングコスト 機械効率が良いことと、2次冷媒に熱交換することよるロスが少ないので、稼動初期には直接膨張と同等以上の結果が出ている。
しかし、経年によっては冷却器にオイルが溜まらないので熱伝導が損なわれることがなく冷却効率の点で、さらに直接膨張方式を上回る。
結論として>>>>約10%コストダウン
直接膨張方式は乾式冷却器になるので冷却効率が2次冷媒方式に比べて劣る。
また、帰りの配管が2次冷媒方式に比べ1.5倍から2倍になるため熱ロスが大きくなる。
さらに、経年によって冷却器にオイルが溜まり熱伝導が損なわれ冷却効率を落とすことになる。
経年変化 アンモニアの冷凍サイクルは機械室に限られるため、アンモニア系統の配管距離が短く、冷凍サイクルが安定しているため経年変化が少ない。
さらに2次側冷媒の炭酸ガスは圧縮機を必要としないため、急激な圧力変化もないし、膨張弁も必要無いので制御もシンプルになり、冷媒の流れによる振動もない。
さらに2次側冷媒には冷凍オイルが流れていないため、冷却器のオイル溜まり及び冷却器内壁へのオイル付着がなく、冷却効率が落ちない。
アンモニア冷凍サイクルが距離を隔てた工場内の冷却器まで直接往っているため、圧縮機の影響を全体におよぼしている。
これにより、冷却器側の制御も複雑になり、経年変化を受ける要素が多い。
直接膨張システムは膨張弁の1次側と2次側の圧力差が大きく、冷媒制御においては振動を伴う場合もあり、経年変化を大きくする要因でもある。
また、冷却器に冷凍オイルが溜まったり、内壁に付着することにより熱伝導が損なわれ経年とともに冷却効率が損なわれる。
メンテナンス性 主要な冷凍サイクルの要素は機械室に集約されているので、メンテナンスのほとんどは機械室で行わるので、メンテナンス効率がよい。 炭酸ガスの2次側配管は物理的に動作する制御機能としては流量制御のための電磁弁だけなので、稼動後の調整を必要としない。また、冷却器の残留冷凍オイルの管理メンテナンスを必要としない。 アンモニア冷凍サイクルが冷却プラント全体におよんでいるので、配管全体及び冷却器など定期的にアンモニア漏洩を防ぐために損傷などのチェックが欠かせない。
特に冷却器周辺は冷媒の流速変化やファンの振動などで劣化しやすいのでこまめな検査が必要である。
さらに工場内の冷却器において残留冷凍オイルを抜き取るなどのメンテナンスが必要になる。
これをしなければさらに冷却効率が落ちる。
この作業はアンモニア臭がひどくたちこめるため、作業難度が高い。
なぜ、このような
結果になるのか?
冷媒としての性質を上手く利用したことによる効果と言える。
アンモニアは冷媒として優れた能力を持っているが、濃度の高いアンモニアが人身に直接触れると危害をおよぼす。
炭酸ガスはフロンガスと同等の安全性を持っている。
さらにアンモニアは通常の冷凍サイクルにおいては冷媒としての物理性はフロンや炭酸ガスより優れていると言える、しかし熱を搬送し、伝熱するのみで考えれば、炭酸ガスは圧力損失も少なく、良い性質をもっていると言える。
つまりふたつの冷媒の組合わせにより、上記のような特性につがっていると言える。

冷凍システム比較(庫内温度0°炭酸ガス基準)

R22直膨方式 R404A直膨方式 ブライン方式 炭酸ガス方式
必要冷凍能力 1 1 1.1(1.15) 1
トータル定格出力 0.83(1.0) 0.83(1.0) 1.59(1.64) 1
正味消費電力 1.27(1.08) 1.34(1.12) 1.60(1.69) 1
トータル成績係数 0.79(0.92) 0.74(0.89) 0.69(0.69) 1
冷却器能力低下 あり あり あり なし
霜取り特性 やや悪い
配管サイズ
イニシャルコスト 標準 やや高い 高い 高い
ランニングコスト 1.26(1.09) 1.35(1.12) 1.45(1.45) 1

()内は、庫内温度ー30℃時を示す。

0℃冷蔵庫の消費電力、成績係数比較
(NH3/炭酸ガス方式基準)

0℃冷蔵庫の消費電力、成績係数比較(NH3/炭酸ガス方式基準)

-30℃冷蔵庫の消費電力、成績係数比較
(NH3/炭酸ガス方式基準)

-30℃冷蔵庫の消費電力、成績係数比較(NH3/炭酸ガス方式基準)