醸造所の冷凍システムは、必要以上に多くの電力を消費しながらも、正常に稼働し続けている場合があります。その理由は必ずしも明らかではありません。コンプレッサーの非効率な稼働、ファン制御の不備、不適切な機器の組み合わせなどは、いずれも直ちに生産上の問題を引き起こすことなく、エネルギーコストを増加させる要因となり得ます。
大規模な醸造所を運営する醸造所については、 冷凍プラント、効率を向上させるには、多くの場合、定期的なメンテナンスだけでは不十分です。機器の性能を監視し、個々の構成要素の連携方法を調整することで、大きな違いが生まれます。
以下の例は、醸造所が冷凍設備のエネルギー消費量を削減するために実施した、いくつかの実用的な改善策を示しています。
冷凍設備の監視を活用した潜在的な問題の特定
年間約100万ヘクトリットルのビールを生産する大手ビールメーカーは、エンジニアリングの専門家の協力を得て、冷凍設備の故障診断システムを開発した。
このシステムは、主要な運転データを監視し、COPなどの冷凍性能指標を算出するとともに、設備の状態を分析しました。また、現在の冷却需要や周囲温度に応じて、オペレーターがコンプレッサーと冷却設備の適切な組み合わせを選択できるよう支援しました。
同じ機器の組み合わせを継続的に稼働させるのではなく、オペレーターはシステムの実際の状況に基づいて判断を下すことができる。
報告された結果は顕著なものでした。電力消費量は29.5％減少し、この醸造所は8か月以内に投資額を回収しました。
この事例は、運用データを活用して非効率な点を特定することの価値を示しています。圧力、温度、消費電力、および設備の負荷を監視することで、オペレーターは、定期点検だけでは発見が難しい問題を見つけ出すことができます。
コンプレッサーが実際の運転条件に適しているかを確認する
コンプレッサーは、ある施設において最大の電力消費源の一つであり、 産業用冷凍プラント。しかし、その効率は定格容量だけでなく、その設計が実際の運転条件にどの程度適合しているかによっても左右される。
ある醸造所では、既存のアンモニアコンプレッサーの評価を行った結果、いくつかの非効率な点が明らかになりました。
- 内部体積比（Vi）が不正確です： コンプレッサーに設定されていた圧縮比が、プラントの通常の運転条件と合致していなかったため、不要な圧縮作業が発生してしまった。
- 部分負荷時の性能が低い： 従来のスライドバルブ制御では、コンプレッサーの能力は低下したものの、依然としてかなりの電力消費が必要でした。
- 吐出圧力の制限： 潤滑および油分離に関連する作動圧力の制限が、システムの効率的な稼働に支障をきたした。
- モーターの効率： 旧型のコンプレッサー用モーターは、新型の高効率モデルに比べて効率が低かった。
提案された改善策は、適切な内部容積比を備え、容量制御機能が向上し、高効率モーターを搭載した、より適した一次コンプレッサーパッケージを設置することでした。
また、部分負荷運転を改善するために、可変周波数駆動（VFD）制御も検討された。
ここで重要な教訓は、コンプレッサーの選定にあたっては、馬力や公称冷却能力のみに頼るのではなく、実際の冷凍需要と作動圧力を反映させるべきだということです。また、コンプレッサーの回転数や吐出圧力を変更する場合も、メーカーが定める動作限界の範囲内にとどめる必要があります。
蒸発器ファンの不要な稼働を削減する
蒸発器ファンは、冷却コイルに空気を循環させ、冷蔵エリアの温度を維持します。しかし、常に高速運転を続ける必要はありません。
別の醸造所では、除霜サイクル中を除き、多くの蒸発器ファンが全速力で稼働していた。一部のユニットには2段変速モーターが搭載されていたものの、そのほとんどは自動速度調整機能に対応していなかった。
提案された解決策は、残りの蒸発器コイルをプラントのPLCシステムに接続し、ファンの自動サイクル運転または2段階速度制御を導入することでした。
温度センサーを追加することで、制御システムが、いつ最大風量が必要で、いつファンの出力を抑えても十分かを判断しやすくなる。
この手法により、ファンの電力消費を削減できるだけでなく、冷蔵スペース内のファンモーターから発生する熱も抑制することができます。
ファン制御においても、適切な空気循環と温度の均一性を維持する必要があります。したがって、運転戦略は、蒸発器の設計および貯蔵要件に合わせて設定する必要があります。
コンデンサーファンとポンプの連動性を向上させる
蒸発式凝縮器は、水の循環と空気の流れの両方を利用して、冷凍システムから熱を除去します。その性能は、ファンとポンプがどれほど効果的に連携して動作するかにかかっています。
ある醸造所には4台の蒸発式凝縮器があったが、可変速ファン制御を採用していたのはそのうち1台のみだった。定速ファンのサイクリング運転とVFD（可変周波数駆動）運転が混在していたため、全体的な制御戦略の調整が困難となっていた。
また、従来のシーケンスでは、ウォーターポンプよりも先にファンを起動させていたため、コンデンサーが乾燥状態で稼働する期間が生じ、放熱効率が低下していました。
提案された改善点には、以下のものが含まれていました：
- 残りの凝縮器ファンにVFDを取り付ける。
- 送風機の回転速度とウォーターポンプの作動を連動させる。
- 適切なウェット運転を実現するため、始動および停止のシーケンスを改善する。
- 実際の排熱需要に応じて、凝縮器の能力を調整する。
- 凝縮器の制御基準として、周囲の湿球温度を用いる。
調整された戦略により、凝縮器ファンやポンプは、変化する運転条件に対してより適切に対応できるようになります。
また、凝縮器の電力消費量とコンプレッサーの消費電力のバランスをとることが重要です。ファンの回転数を上げれば凝縮圧力を下げることができますが、ファンを過度に稼働させると、その結果得られるコンプレッサーの省エネ効果の一部が相殺されてしまう可能性があります。
その目的は、の総消費電力を削減することです。 冷凍設備、単に個々のコンポーネントを最低または最高の設定で動作させるだけではない。
醸造所の冷凍システムの設計におけるより優れたアプローチ
これらの例が示すように、冷凍効率は、コンプレッサー、蒸発器、凝縮器、ポンプ、ファン、および制御システム間の相互作用に左右される。
既存の醸造所においては、運転データを精査し、非効率な設備の組み合わせを特定することで、改善の優先順位付けに役立てることができます。プラントの状態によっては、コンプレッサーの制御、ファンの運転、あるいはコンデンサーのシーケンスを調整するだけで、冷凍システム全体を交換することなく、効果を得られる場合があります。
新しい醸造所の建設プロジェクトにおいては、初期の設備計画段階でこれらの要件を考慮すべきである。
Tiantaiは、醸造設備の製造およびターンキー方式による醸造所プロジェクトの請負を行っています。醸造所を計画する際には、冷凍設備の要件を、醸造棟、発酵タンク、冷水供給、その他の付帯設備と調整する必要があります。
設備の互換性、冷却需要、および制御体制を初期段階から考慮することで、安定した生産を支え、運用コストを適正に管理できる冷凍システムを構築することができます。
