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技術展

地球環境にやさしいカーエアコンをめざして

望Contribution of Automotive Air-Conditioning
Systems to Global Environmental Protection
野 山 英 人＊1
Hideto Noyama

竹 内 真 実＊1
Makoto Takeuchi

中 川 信 也＊2

Nobuya Nakagawa

京都議定書採択以後，世界の先進国では温室効果ガス排出抑制へと動き，自動車メーカ各社はハイブリッ
ド車や燃料電池車の開発にしのぎを削っている．当社はこれに対応すべく，高効率スクロール圧縮機をキーコンポーネントとしたシステム効率向上，カーエアコンの電動化，自然冷媒エアコン開発等に取り組んできた．今後も，変わらぬ努力で地球環境にやさしいカーエアコンをお客様にお届けしていく．

1．はじめ

点から，輸入石油依存度低減の必要性にも迫られていにることもあって，国内の企業平均燃費（C A F E ：地球規模での環境保護が叫ばれるようになって久しい．近年は，特に地球温暖化防止に対しての動きが，Corporate Average Fuel Economy）基準を強化する動きもある．

各国政府，企業ともに活発になってきている．本報告

一方，現在カーエアコンに用いられている冷媒はでは，温暖化防止に向けた自動車業界の動向と，カーHFC134a で，これは COP3 における規制対象の温室エアコンを供給する当社の取組みの一端を紹介し，合効果ガスとなっている．したがって，多くの先進国でわせて今後の展望についても触れる．

既に回収･破壊が義務付けられている．日本国内にお2．自動車を取り巻く地球温暖化防止の動向

いても，2002 年よりフロン回収･破壊法が施行されている．しかしながら，現在のカーエアコンは完全に密1997 年に京都で開催された気候変動枠組条約第３閉されたシステムではなく，圧縮機シャフトシールか回締約国会議（COP3）において，先進国と東欧・旧らの漏れ，ゴムホース配管からの透過，配管接続部かソ連の経済移行国について，2008 〜 2012 年の温室効らの漏れ等があり，これを最小にする必要がある．

果ガス削減の法的拘束力を持つ数値目標を明記した

このような背景から，温室効果，すなわち GWPが採択されたことは周知のとおりであ（Global Warming Potential）値が小さい冷媒への移る．現時点では，米国の離脱，各国の批准遅れ等から行を業界は志向している．既に欧州委員会は，2003

正式発行には未だ至っていないが，各国の実質的な規年８月に，ペナルティを伴ったカーエアコン用 HFC制は進みつつある．

冷媒規制案を発表している．この規制では，

京都議定書

エネルギーの使用の合HFC134a を 2009 〜 2013 年で全廃して GWP 150 未満が改正，施行され（いわゆる，改の冷媒に代替するとともに，2005 年より HFC134a を正省エネ法），これに基づいて新たに燃費目標（1995

使用するカーエアコンからの漏れ量を 40 g 以下とす年対比），目標年度が設定されている．ガソリン乗用ることを求めている．

日本国内では，1999 年に理化に関する法律

車の場合，2010 年までに 22.8 ％の燃費改善が求められる．
欧州においても，現在の規制 Euro 3 に続く新たな排出ガス規制として 2005 年より Euro 4，2008 年よりEuro 5 の施行が予定されている．
米国は，上述のとおり，京都議定書で提示された温上記のとおり，各国は基本的には京都議定書に掲げた目標に基づいて規制を整備し，エンジン排気ガス中の CO2 やカーエアコン用冷媒 HFC134a 等の温室効果ガス削減に取り組んでいる．

3．カーエアコンの省動力化

室効果ガス削減目標に反発し，議定書からの離脱を表

3．1 カーエアコン圧縮機の省動力化明している．しかしながら，エネルギー安全保障の観現在のカーエアコンにおいて，その心臓部である圧＊1＊2

技術本部名古屋研究所空調･圧縮機研究推進室
冷熱事業本部車両空調機部設計課

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オルダムリンク

電磁クラッチ

旋回スクロール

メイン軸受

固定スクロール

シャフトシール
吐出ポート
ハウジング

サブ軸受

吐出弁

クランク軸

図１

カーエアコン用スクロール圧縮機の断面

1.0

120

0.60.4
最も大きい損失：60 ccクラス
η all＊向上割合 (%)（現行シリーズ対比）：機械損失：再圧縮機による損失：漏れ，熱による損失：過大圧縮損失0.8
各損失／全損失

ドライブ軸受バランスウェイト

110

0.2
100
アイドル相当0.0
スクロール圧縮機

図２

スクロール圧縮機の損失

40 km/h 相当

η all：全断熱圧縮効率
再圧縮の損失が最も大きい．

図３ 現行と新スクロール形状圧縮機との新スクロール形状圧縮
効率比較
機は，運転条件に拘わらず高効率化が図れる．

縮機は，自動車のエンジン動力を利用して，ベルト／プーリを介して駆動されている．このため，圧縮機の冷凍機油を冷媒とともに循環させている．冷凍機油が消費動力低減は，エンジン負荷低減につながり，その熱交換器内に付着すると，熱交換効率が落ち，システ結果燃費向上にも寄与する．カーエアコンの省動力化

ムの効率も下がる結果となる．したがって，圧縮機よには，圧縮機単体の効率を向上させて，直接圧縮機動り吐出される油を油分離器で捕獲分離して圧縮機に戻力を低減する手法と，熱交換器や機器制御等を含めたし，システム内に流さないことが求められる．近年，システムの効率を向上させる，間接的な手法がある．

当社を含めたカーエアコンサプライヤ各社は，油分離

まず圧縮機単体効率向上について，当社が生産してい器を内蔵した圧縮機を開発し，一部サプライヤは，市るスクロール圧縮機（図１）を例に述べる．

場に投入し始めている．

スクロール圧縮機を高効率化するために，損失が発システム効率向上としては，空調負荷に応じた圧縮生している部位を分析した結果，最も大きい損失は再機の運転率制御あるいは容量制御も一般的であり，当圧縮により発生する損失であることが分かった（図社も研究開発を行ってきた(1)．近年，欧州の自動車メ２）．現在研究中のスクロール形状を用いた押しのけーカを中心に，快適性向上と動力低減の目的で，外部量 60 cc クラスの圧縮機では，この再圧縮損失を低減からの電気信号により容量をほぼ０〜 100 ％まで任意し，図３に示すとおり，現行スクロール形状対比アイに変えられる圧縮機を搭載するようになり，さらに容ドル相当条件では 17 ％，40 km/h 走行相当条件では量０％付近での固定が電気的に可能になったことか９％の効率向上効果を確認している．

ら，これまでの圧縮機プーリに装着されていた電磁ク3．2システム効率向上による省動力

カーエアコンは，通常，圧縮機内部の潤滑のためにラッチをなくしてきている（クラッチレス化）．当社
では，エアコンが必要でない季節における圧縮機の機
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械損失を考慮すると，クラッチレス化は燃費の悪化に当社は，家庭用／業務用エアコンも製品群に持つ総つながるとして，クラッチ付きの高効率圧縮機による合エアコンメーカである．したがって，電動圧縮機及システム効率向上を目指している．

びその制御用インバータ技術を既に有しており，ハイ

現在，欧州委員会では，自動車の型式認証試験でカブリッド車用エアコンへの対応も，それらの技術を車ーエアコンにかかわる CO2 排出を計測し，その結果に両用として応用し，タイトル図に示す電動圧縮機や制基づく等級分けを行うことが検討されている．この動御用インバータの開発を行ってきている．

きは，自動車メーカ／サプライヤのカーエアコン省動

電動圧縮機は，カーエアコンで用いる場合，最大で３〜５ kW の電力を消費する．車としてバッテリで起力への取組みを一層加速させると考える．

4．ハイブリッド車／燃料電池車への対応
自動車メーカは，CO2 排出削減に対する方策として，ハイブリッド車／燃料電池車の開発を進めている．
日本国内において，ハイブリッド車は，既に数社より幾つかのタイプが市場に投入されており，海外メー
カも 2003 年以降の投入を発表している．現時点での動，加速する場合などは，車両を駆動する電力に対して無視できなくなると思われる．したがって，ハイブ
リッド車／燃料電池車では，走行性能と空調性能（快適性）とを優先順位をつけて，きめ細かく協調制御する総合的な電力管理が必要になると考えられる．

5．自然冷媒カーエアコン

ハイブリッド車のタイプは様々であるが(2)，高電圧で前述のとおり，これからのカーエアコンには GWP

比較的大きな容量のモータ（ジェネレータ），バッテ値の低い冷媒が求められる．その候補となる冷媒の一リを搭載し，短時間ならばモータだけで走行もできるつが，GWP ＝１の CO2 である．

シリーズ方式若しくはシリーズ・パラレル方式ハイブ

CO 2 は，従来カーエアコン冷媒の HFC134a と比較リッド車へと集約されていくと思われる．これらの車して，蒸発温度０℃における単位体積当たりの冷凍能のカーエアコンは，家庭用エアコンの圧縮機のように力が約８倍となるので，圧縮機の押しのけ量を圧縮機にモータを内蔵して電気で駆動する方式が主流

HFC134a より小さくできる．また，熱力学特性からとなると考えられる．

ヒートポンプ運転に適するという利点がある．しかし

電動圧縮機カーエアコンの場合，ベルトによって駆ながら，図４，図５に示すように，運転圧力が約 10動されないのでエンジン回転数に依存せず，インバー倍になるため，圧縮機，熱交換器，配管等機器類の設タを用いて圧縮機を車内の冷房負荷に応じて任意に制計圧力を高くしなければならない．また，分子径が小御できるようになり，アイドルストップへの対応などさいことから，基本的に HFC134a 用のゴムホース，省燃費となるだけでなく，冷房性能の点からも従来シシール材等の化成材も使うことができない．このようステムに対し優位であると思われる．にほとんどすべての機器が新設計となる．ともいわれてお当社では，ベルト駆動スクロール圧縮機の開発からり，ハイブリッド車と同様に，日米欧の各自動車メー始め（図６），冷房専用システムの開発を行った (3) ．

カが開発競争を繰り広げている．燃料電池車は，動力現在は，ハイブリッド車／燃料電池車への搭載を想定

源が電気となるため，エアコンは必然的に電動圧縮機して，現行車にも搭載可能な電動スクロール圧縮機をシステムとなり，ハイブリッド車と同様のシステムが用いたヒートポンプシステムの開発を行っている（図燃料電池車は，究極のエコカー適用可能と考えられる．
HFC134a 特性
10バルブ
7.4

臨界点
CO2 特性

3.5

臨界点

4.1

圧縮機

圧 力（MPa）

圧 力（MPa）

ガスクーラ

1.4

コンデンサ
バルブ

0.2

エバポレータエバポレータ

エンタルピ

エンタルピ

図４ CO 2 冷凍サイクル
転される．

圧縮機

冷媒の臨界点を超えて運図５ HFC134a 冷凍サイクル
低い圧力で運転される．

臨界点より

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図６CO2 ベルト駆動圧縮機外観

重量：９ kg，押しのけ量： 13cc．

図７ CO2 システム用コンポーネント外観

開発中の電動圧縮機，車内／外熱交換器，内部熱交換器，アキュ
ムレータ，電子膨張弁．

７）．
各機器の開発状況を見ると，ベルト駆動圧縮機のシャフトシール，ゴムホースに替わるステンレス製蛇腹行するための技術開発も進めている．
このように当社は， 地球環境にやさしいカーエア

状フレキシブルチューブ等に関しては，信頼性，耐久コンの観点から製品開発を行い，お客様にお届けし性向上に取り組んでいる．さらに圧縮機に関しては，ていく．

コンパクト化，重量軽減にも取り組んでいる．今後は，市場における冷媒供給体制，サービス施設等のインフラ整備が必要となる．市場投入には各国ごとに温度差もあり，未だ不透明感があるが，潮流は HFC 冷媒から自然冷媒へと流れている．今後，自動車メーカ，エアコンサプライヤは，各国の規制動向をにらみながら市場投入を進めると考える．

6．まとめ

参 考 文 献（1）渡辺ほか，容量制御システムによるカーエアコン省動力化，三菱重工技報 Vol.39 No.2（2002）p.76（2）西尾ほか，電気自動車用小型・軽量・高出力IPM モータの開発，三菱重工技報 Vol.40 No.5
（2003）p.266（3）足立ほか，自然冷媒 CO2 カーエアコン，三菱重工
技報 Vol.39 No.2（2002）p.80

京都議定書採択後，自動車メーカには厳しく燃費低減が求められており，ハイブリッド車／燃料電池車等の新しいタイプの自動車の開発へと進んでいる．
当社は，燃費低減に貢献する高効率な圧縮機及びエアコンシステムを開発するとともに，ハイブリッド車／燃料電池車に対応した電動エアコンシステムを開発してきた．さらに HFC 冷媒から自然冷媒 CO2 へ移

野山英人

竹内真実

中川信也

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