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三菱電機グループ導入事例

Vol. 04 福岡県福岡市

三菱電機株式会社 パワーデバイス製作所

三菱電機株式会社 パワーデバイス製作所

変化する業容を踏まえて設備やラインを見直すなかで、製造ラインを維持する動力系のエネルギー消費に着目しました。

省エネ実績

2年間(2002~2004年度)で電力原単位を39%削減

1998年度のウエハ製造ラインの集約・統合を皮切りに、毎年着実に省エネ実績を積み上げてきたパワーデバイス製作所。2003年度には電算機の更新を機にゲストセンター棟電算機室全体の省エネ化を図り、翌年度には変圧器の再編・統合と超高効率変圧器への更新、空調冷水製造用冷凍機の冷媒転換(オゾン層を破壊しない新冷媒仕様への更新)と省エネ化、ウエハ製造ライン建屋の統合などを実施。これらにより、2004年度には対2002年度比で電力原単位を39%削減した。このようなエネルギー管理・改善に対する継続的な努力と、「省エネルギー教育推進モデル校事業」への支援といった省エネ関連社会貢献活動への積極的な取組みが評価され、経済産業省主催「平成17年度エネルギー管理優良工場等表彰」で「経済産業大臣表彰(電気部門)」を受賞した。

省エネ効果:過去5年間の電力使用量及び原単位推移
電力原単位は2002年度1.329→2004年度0.803と、39%減

事業概要と省エネ対策の背景

製造ライン維持に必要な膨大な電力をどう削減するか

1959年の北伊丹製作所の創設以来、半世紀の歴史をもつ三菱電機の電力半導体事業。初期のサイリスタやダイオード、トランジスタに始まり、1981年には大電力素子の生産を開始し、1990年にはパワーデバイス生産を福岡に集結した。2003年のルネサス・テクノロジ社分離後も着々と事業を拡大しており、その基幹工場がパワーデバイス製作所である。今やパワーデバイスは、自動車・電鉄分野、産業用機器(インバータ、サーボ、ロボット)、インバータ家電はいうに及ばず、高周波機器、新エネルギー分野などの市場でも急速にニーズが拡大している。電力の効率的な使用のためのキーデバイスであるため、定常損失・スイッチングロスの改善や高い信頼性が求められる一方、低コスト量産化、小型軽量化、高耐圧化、大容量化などの激しい市場要求にも晒されている。このため、たゆまぬ開発と緻密な生産技術が必要であり、生産には膨大な電力を使うものの、わずかでも品質や生産性に悪影響の出る省エネ施策は許されない。
反面、製品価格が大幅に変動するため、省エネに関係なくエネルギー原単位が変動する特殊な業界でもある。パワーデバイス製作所でも、数々の合理的な省エネ施策の効果だけではなく、近年の製品市場の好況が原単位削減に繋がっていることは否めないというが、同製作所の年間使用電気代がトータルで5億円程度にものぼることを考えれば、省エネの必要性は明らかであるといえよう。
半導体工場では、ラインは非稼働中でもクリーンルームなどの維持は欠かせない。事実、パワーデバイス製作所の年間電力使用量約4,900万kWhのうち52%がクリーンルームや乾燥空気などを作る供給側の動力設備で使用されている。そこで同製作所では、エネルギー使用量の多い受配電・動力部門での省エネ化に力を注ぎ、その一環として、変圧器やモータの高効率化、電算機室の省エネ化に取り組んだ。

製品ラインアップ

パワーデバイスは、乗り物や工場設備等の出力やスピードを瞬時にかつ滑らかにコントロールする電気スイッチの働きをします。最適なコントロールを通し無駄な電力消費を抑え、省エネ化を進める半導体です。当社の環境貢献型パワーモジュールDIP-IPM ver.4は、エアコンなど身近な家電品のインバータ制御器に組み込まれており、インバータ家電における市場占有率は60%台である。

工場における電力使用量の用途別分析(平成16年度年間使用量実績)

省エネの考え方と骨子

全部門同一の省エネは困難、動力なら削減、事務なら維持と柔軟に

パワーデバイス生産推進部 環境施設課長
内田正範 談

「今後もトランスや動力系設備の見直しで、2010年度にCO2排出量25%削減(対1990年度)という当社目標を実現させたいですね」と語る内田課長

当製作所では定期的な省エネ巡回チェックを各部署で自主的に何年も続けています。既に省エネが定着した現在、この巡回チェックだけでエネルギー使用量が減るわけではなく、あくまでも維持することが目的ですが、全部門が同じことをして省エネを成功させるのは難しいので、事務部門ならエネルギー使用レベルを維持する活動、製造部門や動力管理部門なら使用量の削減、というように柔軟に考えるようにしています。
動力部門というのは生産直結部門とちがって対策が後回しになりやすく、品質に関わる生産設備なら現場でもよくチェックしていますが、エアー漏れなどはなかなか気づかれないことが多いものです。そこでこれらの対策を徹底すると同時に、製作所の状況が以前のウエハ工場時代とは大きく変わってきているので、製造ラインを含め変化に対応させて省エネ化を図っているのが現状です。設備の更新基準も場当たり的なものではなく、全体の中での計画が大切で、事業の年度計画と環境計画をリンクさせていくようにしています。

地道な対策の積み重ねで省エネ意識が浸透しました

パワーデバイス生産推進部 環境施設課 専任
黒田博明 談

2月と8月の省エネ月間や省エネ総点検日、及び総務部門の安全衛生PRチラシの配布に合わせて省エネ啓蒙チラシも配布します。また、パソコン立上げ時のHP初期画面に冷暖房運転の使用可否情報と設定温度を表示し、節電ステッカーも貼るなどして省エネ意識の向上に努めた結果、今では「パソコンを入替えたからシールをください」、と自主的に取りに来るようになりました。事務所の空調運転・管理は中央制御ではないので各部署に任せており、各部門の事務所に不快指数表示を組み込んだ温湿度計を設置するだけにとどめていますが、誰かが巡回チェックしていることを知っていれば、自分が暑いからといって勝手に室温を下げる人はいませんね。どの部署にも、本来業務をこなしながら省エネに結びつくことをやってもらえるよう、対策を工夫するようにしています。

具体的な省エネ手法 STEP1

定期的計測と日常点検の徹底でエネルギーのムダを排除

受配電

配電盤の中に設置されたエネルギー計測ユニットEcoMonitorPro、もちろん当社製

特高変電所の電力量(18系統)、各棟・工場局変(36箇所)、二次側使用箇所(300~400箇所に積算電力計を設置)、それぞれの測定を月1回実施。電力会社からの電力使用量に照らし、各部署・ラインごとの電力使用量を算出し、関係部門へトレンド(月報)として通知することで、省エネ行動の結果を把握できるようにした。できるだけ最少単位で使用量をつかむように工夫している。
冷凍機・純水製造装置・排水処理・乾燥空気・一部ラインの電力など、変動のある箇所にはエコモニターを設置し、監視。個別についていない箇所は日々の点検でチェックし、電力量が増える要因があるかどうかは各ラインの判断に任せ、異常があれば環境施設課が点検にいくという体制。

動力設備

こちらは可搬型多回路電力計測ユニットEcoMonitor II。オールインワンパッケージの持ち運び可能な省エネ計測診断ツール

日常点検で水ポンプの圧力、電圧・電流値、エアー圧力、配管漏れや異常音の有無などを監視。

製造装置

「見える管理」をサポートする省エネデータ収集サーバEcoServer II。計測端末機器からのデータ収集、Webへの情報発信・表示の基本機能を本体メモリに搭載

年1回、1千を超える製造装置の電流値を1台ずつ計測。当初の能力を維持しているかどうか、ムダなエネルギーを使っていないかどうかをチェックするための点検である。

エコモニターと監視対象機器の配置見取り図
モニタリング風景

各所のセンシングデータは日月報・原単位分析ソフトウェア(EcoMeasure II)で集約され、一括管理できる

具体的な省エネ手法 STEP2

統合とリモート運用で電算機をダウンサイジングし、年間453千kWh/年の使用電力量削減に成功
~対象設備でのエネルギー削減率70%~

改善後の電算機室は広々としている。

空調機はバックアップ用を含め2台あるが、実際に稼働しているのは1台のみ

改善前

ゲストセンター棟2階の電算機室にあるサーバで2棟分のウエハ工程管理システムを構築していた。このため、ゲストセンター棟の使用電力のうち28%を大型電算機が、さらに26%を電算機室の空調が占めていた。

改善後

2棟のうち1棟分の管理を同時期に電算機を更新する熊本工場に移管し、サーバをリモート操作で運用・管理することを実現した。残る1棟分は低消費電力型電算機に更新し、不要になった電算機は処分したため、機器発熱量の減少により空調負荷も削減した。

改善効果

不要になった電算機の処分、低消費電算機の導入、空調機の運転台数の削減により、年間使用電力を453,000kWh削減(ゲストセンター棟のみで従来比70%減)。さらに電算機の設置スペースは以前の1/3になった。

従来(A) 改善後(B) 削減量(A-B)
計算機 大型電算機一式(55kW)
55kW×70%×24時間×363日
=335,412kWh(稼働率70%)
電算機「xTRIm」一式(5.7kW)
5.7kW×80%×24時間×363日
=39,727kWh(稼働率80%)
295,685kWh
空調機 パッケージエアコン3台
15kW×3台×80%×24時間×363日
=313,632kWh(稼働率80%)
パッケージエアコン2台
15kW×2台×60%×24時間×363日
=156,816kWh(稼働率60%)
156,816kWh
合計 649,044kWh 196,543kWh 452,501kWh

具体的な省エネ手法 STEP3

変圧器の再編・統合、超高効率器への転換により、年間使用電力量を383千kWh削減
~対象設備でのエネルギー削減率70%~

超高効率変圧器はもちろん当社製。グリーンリーフが目印だが、標準品は片側にしかペイントされていないため、ケーブルの位置によっては隠れてしまい、PR効果が薄れるのが省エネ担当者の悩みだ

トランス同様、モータも高効率化を進めている。こちらは2000年度から更新を開始し、2005年度は約40台を更新

改善内容

変圧器は使用していなくても電力を消費してしまうため(無負荷損)、敷地内にある同製作所分の変圧器61台全ての負荷率を調査した。
設置後20~30年を経過した変圧器や事業活動の変化等により負荷率が低下した変圧器は2台を1台にまとめるなど再編・統合し、負荷率は高いが老朽化が確認されたものは損失が極めて少ない超高効率型変圧器に更新。結果として、61台中、旧タイプの変圧器28台を停止し、新しい変圧器16台を導入した。

改善効果

無負荷損の削減と高効率化により、年間使用電力量を383千kWh削減。変圧器分としては従来比70%減にあたる。また、年間80万円相当の修繕費も節約できる見通し。

従来(A) 改善後(B) 削減量(A-B)
変圧器更新 無負荷損 24.54kW
負荷損 20.62kW
年間損失
(24.54kW+20.62kW)×24時間×363日=393,434kWh
無負荷損 5.06kW
負荷損 13.79kW
年間損失
(5.06kW+13.79kW)×24時間×363日=164,221kWh
229,213kWh
変圧器統合 無負荷損 17.60kW
年間損失
17.60kW×24時間×363日=153,331kWh
休止 無負荷損0kWh 153,331kWh
合計 546,765kWh 164,221kWh 382,544kWh

冷媒転換に伴う省エネ型冷凍機への更新で、年間消費電力を245千kWh削減

冷凍機を止めることはできないので、1台更新するためには2台分の場所が必要になる。手前のスペースに旧型機があった。

改善内容と効果

設置から20年以上が経過した空調冷水製造用のターボ冷凍機を最新型に更新。冷媒の脱特定フロン化(フロン12→フロン134a)を図るとともに、省電力化(モータ定格35kW低減)により消費電力量の従来比9%削減が可能に。今後もオゾン層を破壊しない新冷媒への転換と併せてCOP(成績係数)計測をおこない、運転効率が低下している冷凍機から順次更新する予定。

パワーデバイス製作所の省エネ対策一覧(1998年度~2004年度の主な事例)
年度 改善項目 改善内容
1998年度 ウエハ製造ラインの集約・統合
[削減量:3,480,000kWh/年]
ウエハ製造ラインのFC棟を、FB棟1階のラインへ集約・統合した。それに伴い、生産設備及び動力供給の整理・見直しを行った。
1999年度 水ポンプ軸受けへメカニカルシールの取付
[削減量:24,000kWh/年]
水ポンプの軸シールをパッキンよりメカニカルシールへ更新することにより、摩擦抵抗が減少し軸出力の効率化を図る。
※ 現在も継続取り付け中。
2000年度 純水製造装置高圧ROポンプの低容量化
[年間削減量:1,105,920kWh/年]
純水製造設備の高圧RO膜(酢酸セルロース製)を超低圧タイプ(複合ポリアミド製)に変更することにより、移送ポンプモーターの容量を220kW(110kW×2台)より60kW(30kW×2台)に低容量化し、消費電力を削減した。
2000年度 冷却塔更新に伴う電力量の削減
[年間削減量:743,904kWh/年]
冷却塔は設置後17年以上経過し老朽化が著しく、熱交換効率も悪かった。更新するにあたり、冷却塔上部水槽散水皿の改善により熱交換効率が向上すると共に、冷却ファン・散水ポンプのモーター容量も低減し、電力消費量を削減した。
2000年度 機械棟冬季のフリークーリング自動運転
[年間削減量:325,630kWh/年]
冬季は、冷凍機の冷水回路と冷却水回路を外気温度センサーと自動切換弁にて自動切換えを行い、冷凍機冷却水用の冷却塔にて冷水の製造を行う。
※ 現在も継続運転中(冬季期間)。
2000年度 高効率モーターへの更新
[削減量:30,000kWh/年]
老朽化しているモーターを高効率型へ更新する。新規導入時は高効率型を導入する。
※ 現在も継続更新中。
2001年度 エアーブロー供給圧力の見直し
[年間削減量:30,000kWh/年]
塗装・冷却・清掃用等に使用している供給エアー圧力を減圧器等で一旦減圧してエアー供給量を削減すると共に駆動モーターの電力量を削減する。併せてエアー漏れ個所の撲滅。
※ 現在も継続実施中。
2001年度 高効率照明器具等の導入
[年間削減量:35,000kWh/年]
高反射板、高効率ランプ、人感センサー、自然光の採光(ソーラードーム)等の高効率照明器具の導入。
※ 現在も継続更新中。
2003年度 FB棟外調機更新による省エネ
[年間削減量:65,000kWh/年]
FB棟1階の生産ラインがウエハプロセスからアセンブリ工程への変更に伴い、空調負荷減少に対応した外調機(従来のモーター45kW→更新後は高効率モーター30kW)に更新した。
2003年度 ゲストセンター棟電算機室の電算機更新に伴う省エネ
[削減量:453,000kWh/年]
電算機の更新に伴い、ゲストセンター棟の使用電力の半数以上を占める電算機と電算機室用空調機の省エネを目的に、電算機は消費電力が小さい機種を選定し更新した。これにより、機器発熱量も減少し空調機を1台停止(3台→実質1.2台相当)し、消費電力を削減した。(電算機:従来機55kW → 導入機5.7kW)(空調機:従来15kW×3台 → 新 15kW×2台)
2003年度 1工場(FA福岡工場)焼入れ装置及びラジオヒーター更新
[削減量:70,000kWh/年]
150kW焼入れ装置の定期更新に伴い、従来機MG式の発電機は待機中も含め常時運転が必要であったが、無駄な待機電力を削減するため、発電機不要のトランジスタ式インバータ型へ更新、更新により焼入れ効率も30%向上し、消費電力を削減した。
又、出力75kWラジオヒーターの更新も併せて行い、製品の小型化等により従来機より歯車焼入れ能力が小さい出力50kWで可能となり、出力を抑えた機器に変更し、消費電力を削減した。
2003年度 事業再編による工場棟屋の集約・統合
[削減量:2,500,000kWh/年]
エネルギーコスト削減を含む生産の効率化、ライン能力増強、新ライン構築等を目的に、FB棟の生産ラインをKC棟に集約し生産スペースを統合した。生産用の装置・設備及び動力供給用設備を共用化し稼動台数を削減、各設備の稼働率を向上させ、クリーンルームの空調用消費電力等を削減した。
2004年度 冷凍機の特定フロン更新に伴う省エネ
[削減量:245,000kWh/年]
設置後21年経過した空調冷水製造用冷凍機の冷媒である特定フロンの更新(フロン12→新冷媒フロン134a)に伴い、最新の省エネ型冷凍機を導入した。省エネ型冷凍機は、従来機の冷凍能力500RTと同様であるが、モーター定格を35kW低減(375→340kW)し消費電力を削減した。
※ 平成18年度にも1台更新する計画である。
2004年度 変圧器の再編・統合及び
超高効率変圧器への
更新による省エネ
[削減量:383,000kWh/年]
設置後20~30年経過し、事業活動の変化等により負荷率が低下した変圧器の再編・統合により、12台の変圧器を休止した。また、電力損失の大きい普及型及び低損失型の変圧器で、負荷率が高く老朽化が確認された16台は、損失が極めて少ないトップランナー方式の超高効率型変圧器へ更新した。これにより、旧タイプの変圧器28台が休止した。

省エネ成功のためのひとくちポイント

  • エネルギー使用量はできるだけ最少単位でつかむことが具体的な改善の第一歩になる
  • 省エネ活動を進めたら、何らかの形で各人が結果を把握できるようにすること。効果を確認することが次の行動の意欲につながる
  • 年間唯一のライン休業期間(正月の4日間)のうち2日は電気系統のチェックにあて、残りはエアー配管のチェックにあてている。ライン停止中はエアー漏れの音に気づきやすいからである
  • 3ヶ月に1日ある生産設備のメンテナンス日に合わせ、動力側もフィルタ交換などを行う。日々の点検で劣化具合を把握できているからこそ1日で対応できる
  • 製造ラインの組替えを合理的なデザインルールに則って行うことで大幅な省エネが可能になる。「そこになくてもいい」ラインは適切に移設すること。負荷率30%のラインが2本あるより、60%+0のほうが稼働エネルギーは少なくて済む。搬送ロスを抑制するレイアウトも大切
最後に

パワーデバイス製作所では過去3年間に亙って「省エネルギー教育推進モデル校事業」支援活動として、福岡市立玄洋小学校に対し、授業への人材派遣や教材の提供、工場見学の受け入れを行った。その姿勢が積極的なものだったことは、同小学校が(財)省エネルギーセンター主催「第2回省エネ学習指導プランコンクール」小学校の部で最優秀賞を受賞していることからもうかがえる。このような活動は一見、工場そのものの省エネには結びつかないと思われるが、活動を通して省エネを指導できる人材が育ち、活動が地域で周知されるなど、「事業所の省エネ土壌形成」に大きく貢献するようだ。目先の省エネ効果だけでなく、組織全体の中で長いスパンで省エネを考え、取り組んでいく姿勢が大切なのだと気づかされた。

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