チラーとは？チラー（冷却循環装置）の種類や用途を解説！

チラーは製造現場において、製造設備や計測装置を温度調節する目的で、広く利用されています。性能や機能が様々な上に広範な用途が求められることもあり、製品も多種多様です。ここではチラーの仕組み、チラーの種類、チラーの用途など、基礎知識を解説します。

チラーとは

チラーとは、水を始めとする液体を循環させ、その冷熱で対象物の温度を一定に保つ装置の総称です。「チラーユニット」、「チリングユニット」などとも呼ばれます。製造設備等の「対象物を一定の温度に冷やす」、「対象物を一定の温度に加温・保温する」の2タイプがあります。

しかし一般にチラーと言う場合は、利用が最も多い前者の「冷却水循環装置」を指します。そのチラー内部は、冷媒が循環する「冷媒系配管」と、冷媒により冷やされた冷却液が循環する「冷却系配管」の2系統の配管で構成されています。

チラーのタイプ

チラーの種類は多種多様ですが、基本的には「空冷式」と「水冷式」に分かれています。

空冷式

循環液から奪った熱をコンデンサ内蔵のファンで大気中に排熱する方式です。空冷式は構造が簡単なので小型化できるメリットがあります。反面、排熱を大気中に放出することになるので、チラー設置場所の温度が上昇するデメリットがあります。

水冷式

循環液から奪った熱をコンデンサ内蔵の冷却パイプへ排熱する方式です。水冷式はチラー本体の循環液配管とは別に、排熱冷却用の冷却液配管が必要になるので、空冷式より構造が複雑になります。

なお空冷式にも水冷式にも、「一体型」と「分離型」というバリエーションがあります。

• 一体型……チラー本体と排熱用のコンデンサが同一筐体内にあるタイプ。
• 分離型……チラー本体と排熱用のコンデンサの筐体が分離しているタイプ(セパレート型)。

チラーの用途

チラーは、様々な製造現場で様々な用途に利用されています。その代表的な用途が食品加工、製造設備、計測装置などです。具体的には次の用途で利用されています。

食品加工工場

食品加工工場では、まず農産物、畜産物、水産物などの食材自体の洗浄に大量の水道水を消費します。また麺、パン、クッキー、水産物擂り潰しと練り物製造などの製造にも、水道水が材料の一部として用いられます。

これらの用途では水道水の厳密な温度管理が必要になります。温度管理が雑だと雑菌が繁殖する、製品の品質にもばらつきが出るなど、食品衛生法を始めとする加工食品関連法規の製造基準をクリアできないからです。

しかしチラーを導入すれば、最適な温度と流量の水道水を常に確保でき、加工食品関連法規の基準をクリアした安全で高品質な加工食品の製造が可能になります。

製造設備

厳密な精度管理が要求される製造設備では、製品加工による発熱を防ぐためにチラーが使われています。

例えば金属加工機の場合は、金属加工による加工機の発熱を防ぐためチラーが使われています。またプラスチックの射出成形機の場合は成形物の冷却・固化、印刷機の場合は印刷ローラーの温度を一定に保ってインクのノリを安定させる、インクの滲みや印刷ムラを防ぐなどの目的でチラーが使われています。

計測装置

例えば電子顕微鏡の場合、計測物を照明するため電子線を電子銃で照射します。すると電子銃は熱を帯び、この状態で電子線を照射し続けると、電子銃が破裂する恐れがあります。破裂などを防ぐためチラーで電子銃を冷却しています。

その他

• 半導体製造装置では……プリント基盤の洗浄、自動ハンダ付装置、マスクプランクス製造装置、パターン形成装置、エッチング装置、ウェハー検査装置
• 工作機械・加工機では……レーザー加工機、プラズマ溶接機、自動包装機、金型製作、メッキ槽、精密研磨機、電気炉、高温真空炉
• 分析装置では……X線回折装置、赤外線分光光度計、原子吸光光度計、粘度計、質量・元素・発光分析装置

などの冷却にチラーが用いられています。

これ以外の分野でも醸造タンクの温度を適正に保つための冷却、室内プールの温度を一定に保つための冷却、オフィスや旅館の床冷暖房、大型商業施設の空調などにもチラーが用いられています。

チラーの選定ポイント

チラーには様々な種類があります。したがってまず「どんな用途に利用するのか」の目的により、自社が選ぶべきチラーの種類を絞り込めます。その上で「自社に必要なチラーの機能と性能」を決めれば、自社が選ぶべき製品も絞り込めます。

また用途や利用条件によっては、チラーをオーダーメイドする選択肢もあります。既製品より調達コストはかかりますが、自社製造現場のワークフローや利用条件に適したチラーを調達できるので、作業効率と労働生産性は既製品より高いと言えます。

チラーの選定は、一般に次の手順で行います。

手順1：チラーの利用目的を明確化する

これが曖昧だと自社に適したチラーの選定ができません。

手順2：循環液の温度と流量を決める

チラーの冷却対象となる製造設備や計測装置を効率的に稼働させられる最適温度と最適流量に基づき、チラーの循環液の温度を決定します。

手順3：冷却方法を決める

空冷式と水冷式、どちらの方式のチラーを導入するかを決定します。

手順4：冷却能力を決める

冷却対象となる製造設備や計測装置への出入り口で必要となる循環液温度と循環液の流量をシミュレーションし、チラーの冷却能力を決定します。

手順5：ポンプの能力を決める

配管の状況により、冷却対象となる製造設備や計測装置に循環液を送り込むポンプの能力は異なります。配管の長さ、配管の直径、継手によりポンプに必要な揚程を決め、それに基づきポンプの能力を決定します。

水冷チラー BLACKBOXの特徴

ここではチラーの例として、「水冷チラー BLACKBOX」の特徴をご紹介します。

関連ページ：超小型水熱源ヒートポンプ/水冷チラー BLACKBOXの紹介ページ

BLACK BOXは、2014年11月の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「技術発表優秀賞」を受賞しました。製造設備や計測装置の温度調節はもとより、大手食品加工メーカー主力工場の「大型冷凍機用クーリングタワー熱利用」、大手物流倉庫の「地中熱利用と倉庫床冷房化による倉庫内温度均一化」、大手工作機械メーカー工場内の事務所ビルの「床冷暖房用」、蔵王温泉老舗旅館の「源泉加熱・温泉排水熱回収と再利用」、大型商業施設の「館内空調」など、様々な熱利用目的で導入されています。

選ばれ続ける最大の理由は、設置の容易さとチラー運転の柔軟性にあると言えます。

特徴1：重量負荷が低い

チラーを設置する場合、設置場所の重量負荷が問題になります。例えば工場ビルの3階にチラーを設置する場合、チラーの重量が3階床の重量負荷を超える時は、床と梁の補強工事が必要になります。しかしBLACK BOXは従量負荷が低い軽量のチラーなので、どんな場所にも設置可能で、床と梁の補強工事も不要です。

特徴2：設置が容易

従来のチラー製品は、チラーのユニット全体をパッケージ化しているので、どうしても大型・重量化しています。このため設置場所の基礎コンクリート打設、設置場所でのチラーユニット組立とチラーの調整などが必要になり、設置に手間・時間・コストがかかります。しかしBLACK BOXは小型・軽量のチラーなので、こうした手間・時間・コストは不要です。設置の安全性を担保した据付工事をするだけで、チラーを運転できます。

特徴3：複数ユニットの増減設置が可能

BLACK BOXは小型・軽量なので、チラーのユニット連結でユーザのあらゆる冷却能力要件を満たす能力を有しています。またオプションの「台数制御運転機能」を追加すれば、チラーのスケジュール運転、冷却対象となる製造設備・計測装置ごとの温度管理とフロー制御なども可能になります。

まとめ

チラーは主に冷却を中心に温度制御に使われる装置です。多種多様な製品があるため、目的に合わせて適切なものを選ぶことが大切となります。

また導入すれば終わりではありません。定期的なメンテナンスも必要なため、選定時は長期稼働を視野に入れて検討するようにしましょう。