黑料科

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更新日

2020年9月14日

炭素繊维强化プラスチック（颁贵搁笔）は「軽いのに强い」という特性から、ゴルフクラブのシャフトや钓り竿、テニスラケットのフレーム、车のパーツなど幅広く使われています。

すでに多くの人になじみのある素材ですが、製造工程で大量のエネルギーが消费されていることを知っている人は少ないのではないでしょうか。

ある大手メーカーは、アルミ素材から颁贵搁笔素材への転换に伴いエネルギー需要が急増しました。そんな中、「ヒートポンプ」によってエネルギー需要を激减させたといいます。

「冷やして温める」という颁贵搁笔製品製造に欠かせない工程で効果を発挥したヒートポンプの実力とは？一般社団法人全国エネルギー管理士连盟代表理事?川合嘉博氏の、第30回省エネ情报交换会颈苍名古屋（主催）における讲演の模様をレポートします。

炭素繊维強化プラスチック（CFRP）の罠

この大手メーカーは、爱知県にある工场で颁贵搁笔を使った巨大な部品を製作しています。工场のは14,616办奥です。颁贵搁笔を加工するには空调をフル回転させる必要があり、膨大な电力を消费するといいます。

この工場では炭素繊维にエポキシ樹脂をしみ込ませたシートを使い、いろいろな型に貼り合わせて焼き固めています。

しかし、炭素繊维は常温で保存していると強度が出なくなります。通常は零下18度以下だと6カ月程度は保管できますが、5度以下だと2カ月、20度以下だと14日しかもたないのです。

そのため、20度程度の场所では、2週间以内に製造しないといけません。また、型の表面にシートを贴り付ける场所もクリーンルームと决まっています。この工程では水分とホコリ、空気を嫌います。

この工场では20～24度の中で作业し、积层したシートの间の空気を抜くために真空のなか、180度で焼きます。

これが消費電力の大きさにつながっており、川合氏は「この工程は製造物の大小関係ない。契约电力があれだけ大きくなることを理解してもらえると思う」と説明します。

冷やし温めるという非情な工程

颁贵搁笔部品製造のための工场が３か所あります。

最初の工场は2006年に完成。2010年に2つ目、2015年に3つ目の工场ができました。爱知県の都市部にある工场で、地方よりも空気の汚れがあるため外気はフィルターを通して入れました。

さらに、水分を排除するために厳しく湿度をコントロールします。

作业时の湿度を一定以下にするため、冬场以外は気温を10度にまで下げて湿度を45%前后にしたうえで、作业时の温度22度程度まで上げる必要があります。この冷却して再度加热する过程で、最もエネルギーを消费するのです。

出典：全国エネルギー管理士连盟の当日発表资料

クリーンルームは与圧をかけるため、取り入れた空気の10%を外に出しています。2006年と2010年に完成した工场では、冷水チラーで冷却して、电気ヒーターで再加热していました。

冬场の场合は加湿、加热します。2010年に完成した工场も下図のように、冷水チラーと电気ヒーターしかなく、膨大な消费电力のままでした。

出典：全国エネルギー管理士连盟の当日発表资料

ヒートポンプが出回り、认知されるようになったのは2010年前后からです。3つめの工场が完成した2015年には、ヒートポンプが认知されていました。

温水ヒートポンプを使うことになった结果、下の図にあるように、冷水チラーとともに温水ヒートポンプが设置されました。

出典：全国エネルギー管理士连盟の当日発表资料

ヒートポンプの威力

成果は剧的なものでした。2010年完成の工场ではヒーターの电力が1,776办奥必要でしたが、温水ヒートポンプに必要な电力は616办奥と3分の1程度にまで减ったのです。冷却用の电力も机器の性能向上もあり减少しました。

空気を循环させるためのエアハンドリングユニット（エアハン）の消费电力は、构造が复雑になったため微増しましたが、全体の使用电力は「2、3割减った」といいます。

出典：全国エネルギー管理士连盟の当日発表资料

上记の棒グラフにある通り、ヒートポンプを使っていない工场では、夏场を中心にヒーターの电力が冷水系统の电力を上回る日々が続きました。

それに対し、ヒートポンプが设置された工场は冷水系统が使用电力の大半を占め、ヒートポンプを中心とした温水系统の使用电力はごくわずかとなっています。

円グラフは「エアハン?加湿」と「冷水系统」「ヒーター(温水系统)」の割合を示しています。赤の温水系统は右侧のヒートポンプ设置工场では9%にとどまり、消费电力の3分2程度が「エアハン?加湿」用に使われていることがわかります。

空気1立方メートル当たりの电力消费量をヒートポンプのある工场とない工场を比较してみると、「エアハン?加湿」が10.5%増加したのに対し、「冷水系统」は41.2%减り、「ヒーター（温水系统）」はなんと82.6%减、2割以下にまで减っています。

贵重な気象庁のデータ

出典：全国エネルギー管理士连盟の当日発表资料

外気温の状况を考えてみると、寒い时期は「エアハン?加湿」が高まり、暑い时期は「冷水系统」が高まります。

これはヒートポンプの有无にかかわらず同じような倾向ですが、「ヒーター（温水系统）」は旧式のヒーターが寒い时期にほとんど使われないのに対し、ヒートポンプはしばしば使われます。

结果、上记グラフのようにヒートポンプ设置工场では外気零度前后の寒い时期になると、暑い时期より消费电力量が増加するといいます。このことを踏まえ、川合氏は「冬场には注意が必要」と指摘しました。

「昨今は、ヒートポンプ技术の発展が目覚ましく高性能の机器が流通している。従来のヒーターなどの热源机器を代替することによって大幅に消费电力の削减が図れる」と川合氏は主张します。

そのうえで、「より一层の省エネルギーのためヒートポンプの活用を」と诉えました。ヒートポンプの大きな可能性を感じられた讲演でした。

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