ヒートポンプの役割と課題...2010/10/27 · 欧州：2011年からカーエアコンの冷媒の地球温暖化係数(GWP)を150以下に（現在はR134a） GWP: CO2=1,

電力中央研究所フォーラム2010

研究成果発表会需要家部門

「低炭素社会を実現する電化・省エネ技術」

〔1〕Copyright © 2010 CRIEPI 2010/10/27

ヒートポンプの役割と課題

エネルギー技術研究所斎川路之


ヒートポンプの役割

ヒートポンプの普及動向と課題

電中研の取り組み

まとめ

報告内容


・発電端効率は40%、送配電等の損失を考慮した需要端での発電効率は37%（省エネ法：火力ベース）

・計画中のLNG複合発電（MACCⅡ）：発電端：55%、需要端：52% （HHV）

Ａ．火力発電サイクル

1.0

0.4

0.6(含む排ｶﾞｽ)1.0

0.4

0.6(含む排ｶﾞｽ)

・発電とヒートポンプの組み合わせによるトータルの効率は0.37×6≒2.2 → 優れた省エネ性

・家庭用エアコンやターボ冷凍機ではCOP：6を達成（COP：成績係数＝熱出力／投入電力）

Ｂ．ヒートポンプサイクル

1.0

5.06.0

【高効率発電×ヒートポンプ】による省エネ


家庭用CO2冷媒ヒートポンプ給湯機の開発

電中研における基礎研究(1995年開始）の成果を基に、東京電力、デンソーと共同で、2001年5月、世界で初めて商品化

ヒートポンプユニットはデンソーがOEMでコロナ他から販売開始！

基礎研究から

加熱能力6kW

試作機を経て

加熱能力4.5kW

83×35×100cm

実用化へ

左：ﾋｰﾄﾎﾟﾝﾌﾟﾕﾆｯﾄ加熱能力4.5kW,81×32×67cm

右：貯湯ﾀﾝｸ300ℓ,109×45×152cm

（エコキュート）


0.6 3.68.0

13.3

22.5

35.041.3

50.0 50.8

0

20

40

60

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

デンソー（コロナ） 2001.5～

三洋電機 2001.11～

ダイキン工業 2002.2～

パナソニック 2003.11～

三菱電機 2006.5～

日立アプライアンス 2005.11～

家庭用給湯機器の市場(≒年間420万台)の約10％達成！

NEDOプロジェクト

万台

年度

東芝キャリア 2009.8～

電事連の目標：2020年度末、累積1000万台！

累積普及台数：2009年10月末、200万台突破！

0.6 3.68.0

13.3

22.5

35.041.3

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2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

デンソー（コロナ） 2001.5～

三洋電機 2001.11～

ダイキン工業 2002.2～

パナソニック 2003.11～

三菱電機 2006.5～

日立アプライアンス 2005.11～

家庭用給湯機器の市場(≒年間420万台)の約10％達成！

NEDOプロジェクト

万台

年度

東芝キャリア 2009.8～

電事連の目標：2020年度末、累積1000万台！

累積普及台数：2009年10月末、200万台突破！

エコキュートの普及動向


0

5000

10000

15000

20000

25000

現在のCO2 全てヒートポンプ CO2の削減量

万トン-C

O2

産業高温

産業乾燥

産業加温

産業空調

業務給湯

業務空調

家庭給湯

家庭暖房

ヒートポンプによるCO2削減ポテンシャル

※「ヒートポンプ・蓄熱白書、（財）ヒートポンプ・蓄熱センター編、2007年7月」、

及び「ヒートポンプ普及拡大による経済成長寄与見通しに関するとりまとめ、ヒートポンプ経済効果研究会、2010年6月」から引用・算出

※産業分野はボイラ代替のみが対象

※世界では18億トンと試算IEA Heat Pump Center

約1.4億トンの削減が可能！わが国の総排出量の11%に

相当


Cool Earth エネルギー革新技術計画


・2020年までに温室効果ガス排出量を1990年比で20％削減するための具体策を成文化した「気候変動パッケージ」を、2008年1月、欧州委員会が提案

・2009年1月17日、欧州議会本会議で「気候変動パッケージ」を構成する６法令案が圧倒的多数で可決

・パッケージの中で、EU大で20年までに最終エネルギー消費に占める再生可能エネルギー比率を20%に引き上げるための「再生可能エネルギー指令」は、特に重要な法令として位置付けられている

・本指令の中で、一定性能以上の空気熱源、水熱源、地中熱源ヒートポンプが利用する熱を再生可能エネルギー量に計上することが認められた

EUの取り組み


空調給湯その他

家庭

エアコンは普及

暖房使用率は低い

冷媒：代替フロン

出荷台数の約10%がエコキュート（2007年度）

本格的普及はこれから

冷媒：CO2

ヒートポンプ洗濯乾燥機（代替フロン）

業務

小型は普及（80%）

中大型は40%程度

（吸収式冷凍機、ガスエンジンヒートポンプと競合）

冷媒：代替フロン中心

（ノンフロンの開発実績有り）

エコキュートが開発されているものの台数は小

（50%石油ボイラ、35%

ガスボイラ）

産業

蒸気需要は多いが、ほとんどボイラ（水冷媒ヒートポンプの可能性）

冷凍冷蔵にはノンフロンが進展中

ヒートポンプの普及と冷媒の現状


●普及（用途）拡大

－家庭：暖房・給湯

－業務：中大型空調・給湯

－産業：プロセス加熱と乾燥

－空気熱源、水熱源、地中熱源の活用 →サーマル三兄弟

●新冷媒

－家庭・業務用エアコン（代替フロン R410A →？）

－大型空調機器（ターボ冷凍機：代替フロン R134a →？）

欧州：2011年からカーエアコンの冷媒の地球温暖化係数(GWP)を150以下に（現在はR134a）

GWP: CO2=1, R134a=1430, R410A=2090

ヒートポンプの課題


・自然冷媒のCO2(GWP100＝1)やプロパン(GWP100＝3)、既存冷媒のHFC152a(GWP100＝124)、フロン系新冷媒のHFC1234yf(GWP100＝4)等を対象に、カーエアコンの冷房能力とCOP、地球温暖化影響（注）、燃焼特性と毒性、材料適合性、新規要素機器開発の必要性等に関する評価を、米国自動車技術会の国際プロジェクト等において実施

・その結果、DuPont社とHoneywell社が共同提案したフロン系新冷媒で、HFC134aと化学的･物理的性質の非常に似ているHFC1234yfが、現時点で最有力候補

注：冷媒とカーエアコンの製造から使用、廃棄に至るまでの温室効果ガス排出量

(冷媒の漏洩量と燃料･電力消費に伴うCO2の排出量)を考慮するもので、

LCCP(ライフサイクル温暖化特性)評価と呼ばれる

HFC(HFO)1234yf

CF3CF=CH2

低GWP冷媒を利用したカーエアコンの開発


※各社カタログ等より作成※NEDOプロにおいて、メーカの研究開発とともに、東大と九大がHFC1234yf、HFC1234zeのドロップイン評価他を実施中

開発中の低GWP冷媒利用機器の例用途・適用先冷媒研究開発等実施者

カーエアコン CO2, HFC1234yf, etc. 自動車メーカー、カーエアコンメーカ、冷媒メーカーほか

定置式空調・冷凍冷蔵機器 HFC1234yf（混合冷媒含む） Dupont

定置式空調・冷凍冷蔵機器 HFC1234ze, HFC1234yf Honeywell

空調機器 HFC1234yf（混合冷媒含む）? ダイキン、パナソニック、三菱電機（NEDOプロ）

パッケージエアコン CO2 Daikin Europe

温風乾燥ヒートポンプ CO2 前川製作所

ルームエアコンプロパン Delonghi, GREE（中国）

冷水チラー水 Axima Refrigeration &

ILK Dresden

店舗販売用冷凍冷蔵機器自然冷媒（CO2,プロパン,etc.） Coca-Cola, Mc-Donald’s,

Unilever, Carlsberg, IKEA,

PepsiCo.


種類メーカー加熱能力 COP（条件）

熱風製造前川製作所 110kW COP：3.7

（空気入/出：20/100℃、熱源水入/出：30/25℃）

温水製造三菱重工 627kW COP：4.5

（温水入/出：75/80℃、熱源水入/出:45/40℃）

冷温水製造神戸製鋼加熱272kW

冷却173kW

COP：4.5

（温水入/出：80/90℃、冷水入/出:17/7℃）

蒸気・温水製造東洋製作所 107kW COP：6.5 （温水入/出：25/85℃、100℃飽和蒸気、蒸気1に対し温水4.5、熱源水入/出:75/55℃）

※各社カタログ等より作成

産業用高温ヒートポンプの萌芽


完成度

（研究レベル）

普及率（高い）

（低い）

CO2削減ポテンシャル

産業用

ボイラ代替蒸気、乾燥

技術開発でイノベーション

業務用

給湯

家庭用

暖房

業務用

空調

低GWP冷媒の使用ニーズの高まり

家庭用冷房

家庭用

給湯

（商品レベル）

開発・性能評価で普及を支援

ヒートポンプの課題とCO2削減ポテンシャル


・現在、エコキュートの性能評価と冬期における効率向上技術の開発、冷媒動向調査を主に実施中（JIS化、トップランナー方式、住宅省エネ基準の次期改定）・さらに、自然冷媒でかつ低GWP冷媒である水とCO2に着目し、産業・業務

分野へのヒートポンプの適用拡大を目指して、以下の研究開発へ取り組んで行く

１．産業用水冷媒高温ヒートポンプ（温水・蒸気）２．産業・業務用水冷媒冷水／氷製造ヒートポンプ３．業務用CO2冷媒空調ヒートポンプ（含む家庭用暖房）

及び

４．これら開発機を含むヒートポンプ性能評価技術の確立

今後の電中研の研究展開


・水冷媒、50℃蒸発、150℃の飽和蒸気を生成 → 試算結果 COP（熱出力／圧縮動力）2.7

・効率面で、ヒートポンプでボイラー代替が可能 → 産業部門のCO2削減が大きく進展する可能性

・圧縮技術、中間冷却技術、熱交換技術、システム制御技術の開発が鍵

飽和蒸気

発生器

圧縮機（４段）

加熱装置

（凝縮器）

蒸発器

150℃

0.48MPa150℃

0.48MPa50℃0.48MPa234℃

0.012MPa

50℃

0.48MPa

50℃

0.012MPa

過冷却器

水

MM1505kW

645kW

1761kW

64.5kW

324kW

蒸気排熱

飽和蒸気

発生器


加熱装置

（凝縮器）

蒸発器

150℃

0.48MPa150℃

0.48MPa50℃0.48MPa234℃

0.012MPa

50℃

0.48MPa

50℃

0.012MPa

過冷却器

水

MM1505kW

645kW

1761kW

64.5kW

324kW

蒸気

飽和蒸気

発生器


加熱装置

（凝縮器）

蒸発器

150℃

0.48MPa150℃

0.48MPa50℃0.48MPa234℃

0.012MPa

50℃

0.48MPa

50℃

0.012MPa

過冷却器

水

MMMM1505kW

645kW

1761kW

64.5kW

324kW

蒸気排熱

COP=1761÷645＝2.7

産業用水冷媒高温ヒートポンプの開発


家庭用給湯ヒートポンプ性能評価試験設備（当研究所横須賀地区）・現在、さまざまな外気条件、給湯負荷を模擬して給湯ヒートポンプの性能評価を実施中・今後は、新たに試験設備を設置し、種々のヒートポンプに関する性能評価も進めて行く

・ヒートポンプの研究開発には、熱源・熱負荷装置が必要不可欠

・ヒートポンプの実使用時性能は省エネ効果に直接関係するが、その評価・把握が不十分

・使用者の視点に立った実使用時の性能に反映できる性能評価技術の確立が重要

・熱源・熱負荷装置（ヒートポンプ開発試験設備）を設置し、技術開発を推進するとともに、性能評価技術を確立する

ヒートポンプ性能評価技術の確立


・ヒートポンプは省エネ・省CO2の切り札

・低GWP冷媒、自然冷媒ヒートポンプの開発・利用

・寒冷地向けや産業向け高効率ヒートポンプの開発と普及

・“エコキュート”のさらなる高効率化、本格普及

・実際の使用条件での効率向上（部分負荷での効率向上）

【ヒートポンプの進展】と

【発電の低炭素化・高効率化、送配電の高度化】の相乗効果により地球温暖化防止や省エネの推進へ貢献！

ヒートポンプに関するまとめ


給湯薪 → ガス瞬間湯沸器 → エコキュート

調理・台所かまど → ガスコンロ → ＩＨコンロ

石炭（ＳＬ）→軽油（ﾃﾞｨｰｾﾞﾙ車両）→ 電車鉄道

自動車ガソリン → ハイブリッド→ＰＨＥＶ→電気自動車

明かりガス灯・ランプ → 電球 → 蛍光灯 → LED

暖房･熱供給石炭ｽﾄｰﾌﾞ→ ガス・灯油 → ヒートポンプ

これからのエネルギー利用・供給のあり方

高効率・低CO2排出で電気を作り、この電気を上手に効率よく使うことではないか

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ヒートポンプの役割と課題...2010/10/27 · 欧州：2011年からカーエアコンの冷媒の地球温 暖化係数(GWP)を150以下に（現在はR134a） GWP: CO2=1,

ヒートポンプの役割と課題...2010/10/27 · 欧州：2011年からカーエアコンの冷媒の地球温暖化係数(GWP)を150以下に（現在はR134a） GWP: CO2=1,