三菱重工技報 Vol.51 No.2 (2014) 冷熱特集

技 術 論 文16

欧州新省エネ規制をクリアした軽量・コンパクトなインバータ式ルームエアコンの開発
Development of Lightweight, Compact Inverter-type Room Air Conditioner
which cleared New EU Energy-saving Regulations

内 藤 康 弘 *1

森Yasuhiro Naito

Hironori Mori

裕 典 *1

明 田 淳 *2

江 崎 郁 男 *1

Jyun Akita

Ikuo Esaki

高 橋 慎 一 *3
Shinichi Takahashi

世界的な環境負荷低減への意識の高まりにより，家庭用の空調方式において，安全で効率良く冷暖房が可能なルームエアコンへの転換需要が拡大している。更に当社の主要市場である欧州においては 2013 年１月よりエアコンに対する新省エネ規制も施行された。当社は欧州新省エネ規制に適合し，業界トップクラスの軽量・コンパクトなインバータ式ルームエアコンを市場投入した。

|1. はじめに現在ルームエアコンは年間を通しての冷暖房機として，その地位を確立しつつある。同時に，一般家庭において最もエネルギーを消費する家電製品の一つであるため省エネ性への要求は高い。
それは高級機のみならず低価格な機種においても同様であり，空調負荷に応じて能力を変更できない最廉価の一定速機では高効率化は難しい。一定速機は欧州で施行された新省エネ規制に適合することも困難である。そのため，欧州市場において空調機メーカーは効率の良いインバータ機への切替えを進めている。しかし，インバータ機は一定速機と比較して省エネ性に優れているが価格が高い。快適な生活空間の創造と今後の世界的エネルギー需要増大に対応し，かつ欧州での当社シェアを拡大するためにはコストを抑えた低価格なインバータ機を市場に投入することが重要である。

|2. 当社を取り巻く環境
2.1 欧州市場環境
欧州でのルームエアコン需要は天候不順や猛暑による変動はあるものの 2007 年～2012 年では約 400～600 万台/年の市場規模である。同市場は温暖化に伴う夏期の冷房需要拡大や，温水等を用いた輻射式の暖房器からの置き換え需要により，今後も堅調な販売台数が見込まれる地域である。

2.2 省エネ規制
従来，省エネ性を比較する指標は定格の冷暖房能力を定格入力で除した値を効率として表し，この値が大きいほど省エネ性が高いとしてきた。しかし，実際のルームエアコンの使用環境は常に空調負荷が変動し，これまでの指標では必ずしも年間を通しての省エネ性を正しく表せているとはいえなかった。
そこで 2013 年１月からは年間を通しての冷房期間，暖房期間で必要な能力の総和をその期間*1 機械・設備システムドメイン 冷熱事業部 空調機技術部*2 三菱航空機（株） 技術本部 第１設計部*3 技術統括本部 名古屋研究所

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17での消費電力の総和で除した期間効率（ErP 指令：Energy Related Products）(図１)が導入され，年間を通してのエネルギー効率で評価されるようになった。冷房能力 12kW 以下のエアコンに関しては ErP 指令の LOT10 実施則に基づき期間能力と期間消費電力が算出される。

図１ 冷房（暖房）期間効率|3. 普及インバータ機
当社の欧州向けルームエアコンのラインナップは高級インバータ機，標準インバータ機及び普及インバータ機である。中でも性能と価格をミニマムで両立した普及インバータ機は出荷台数が多い主要機種である。従来の普及インバータ機は，上位機種である高級機や標準機の機能を絞り込んだ機種開発が通常であった。これは機能を絞り込むことで様々な向け先に容易に展開できるメリットがある反面，上位機種をベースに開発されていることから，ユニットサイズが若干大きい，普及インバータ機としてはコストが高いといった問題点があった。本開発では，このような従来の開発の延長線では競争力のある機種を投入することができないと判断し，普及インバータ専用機として，徹底的な軽量化と小型化に取り組んだ。

|4. 軽量化・コンパクト化への取組み
4.1 室外機での取組み
図２は室外機の分解斜視図と重量割合を示したグラフである。室外機は躯体（くたい）を構成するパネルの多くが板金であり，重量割合としては熱交換器及び配管と並び最重量で，続いてコンプレッサの順である。

図２ 室外機分解斜視図と重量割合(1) パネルの軽量化躯体を構成するパネルの剛性を維持しつつ，薄肉軽量化を達成した技術がトポグラフィー最適化である。一例として室外機ベースの解析例と実際の製品形状を図３で比較する。
連続したベース長手方向への絞りが，従来板厚と同等の剛性を得るためのポイントである。
この結果をもとに，凝縮水の排水性や各部品との嵌合（かんごう），工作性を考慮した最終形状が右側の形状である。他のパネルも同様に解析を行い，板厚を２割低減しても同等の剛性を得ることに成功した。

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図３ トポグラフィーによるベース解析結果と開発機製品形状(2) コンプレッサの軽量化
当社の 2.5～3.5kW クラスに搭載しているコンプレッサを図４に示す。コンプレッサは内部にモータが組み込まれており室外機側で単品としては最も重いコンポーネントである。本開発機
では重量の大半を占めるモータに着目し通常，銅線を用いるステータ部に銅よりも比重が小さく低コストのアルミ線を用いることでモータのコストダウンと軽量化の両立を図った。その結果，必要性能を確保しつつ重量を約 10％低減した。

図４ コンプレッサ（左）とステータ（右）(3) コントローラの小型化
従来のコントローラは向け先別に想定される機能を考慮した拡張性を持たせているために，開発機のように拡張機能が不要な機種では，結果として基板面積に無駄が生じていた。
開発機では大きく次の３点を実施した。
・機能を絞り込むことによる回路パターン設計のコンパクト化
・拡張機能削減による電流容量の削減
・コンプレッサの駆動方式の簡易化
その結果，図５に示す通り基板面積の約 15％小型化と，それに伴い基板を収めるコントロー
ルボックスの小型化ができた。また，電流容量の見直しで放熱用フィンや実装部品の小型化とコストダウンを実現した。
(4) 室外機の小型化
室外機の内部は大別すると送風路と機械室とに分けることができる。送風路は熱交換器やプロペラファン等，熱交換と送風を担う部品が集約している。一方，機械室はコントローラ・コンプレッサ・配管など，ユニットに冷媒を循環させ，それらを制御するための部品が集約している。
開発機では，小能力機種への展開のみとし，大能力コンプレッサ搭載のための余剰スペース

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19を削除し，機械室を大幅に小型化するとともに，送風路側では羽根を小径化し，羽根高さを大きくすることでコンパクトながら必要風量を確保できるファンを開発し，後述するように従来機との体積比でΔ22％の小型化を実現した。

図５ 従来機（左）と開発機（右）の室外機基板単体

4.2 室内機での取組み
図６は室内機の分解斜視図と重量割合を示したグラフである。室内機は主に樹脂部品が躯体を形成していることもあり，全重量の約５割が樹脂部品である。そこで樹脂部品に関しては部品点数の削減と薄肉軽量化を行った。

図６ 室内機分解斜視図と重量割合(1) 部品点数の削減
部品点数削減の一例として図７にフィルタ取出し構造の違いを示す。室内機では運転中にユニット内部にホコリが入らないように熱交換器の手前にエアフィルタが配置されている。従来機では前面のパネルが開閉するように設計されており，パネルを開くとエアフィルタが取り外せる構造となっている。
開発機では部品点数削減のため，前面のパネルとフロントパネルの一体化を行った。しかし，単純に一体化してはエアフィルタが取り出せなくなる等の課題がある。開発機では，天面格子とエアフィルタを一体化することで，これらの課題を解決した。フロントパネルの天面部にある格子とフィルタのネットを一体成型し，それを着脱できるようにした。本構造の採用によりエアフ

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ィルタを手前に引きだすだけで簡単に外すことが可能となり部品点数の削減とともに，ユーザーが意匠パネルを開ける手間を省くことができた。また前面のパネルの凹凸や部品同士の合わせ部がなくなったため，パネルの清掃性も向上している。

図７ 従来機（左）と開発機（右）のフィルタ取出し構造の違い(2) 樹脂部品の薄肉軽量化
樹脂部品に関しても板金部品と同様に薄肉化を実施した。課題となるのは樹脂の流動性の悪化である。それを解決するために主要な大物部品に関しては製造工場の設備や温度条件に合わせて，樹脂流動性の解析を実施し，流動性が悪い部分の把握を行い，ゲート位置の検討や，形状変更による流動性の改善を実施し薄肉化を実現している。また，冷却速度の解析も実施し，サイクルタイム短縮による生産性の向上も同時に図っている（図８）。

図８ 樹脂の流動性解析結果と冷却速度解析結果

4.3 従来機との比較(1) 軽量化とコンパクト化
従来機の重量及び体積を基準とした場合の開発機の軽量化比率と体積比率を図９に示した。重量では室外機が 18％，室内機は 14％の軽量化を達成。大きさに関しては体積比で室外機は 22％のコンパクト化に成功している。室内機に関してはデザイン的な要素もあるため，従来機と同等の体積である。

図９ 開発機の軽量化・体積比率結果(2) 省エネ性
開発機の省エネ性を示すために冷房・暖房の期間消費電力を電気代に換算し，従来の一定速機の電気代を 1.0 としたときの開発機の電気代を比較した結果を図 10 に示す。電気代の算出に当たっては新省エネ規制(ErP 指令 LOT10 実施則)に基づき算出し，電気代換算した。

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冷房期間で約４割，暖房期間で約３割の節約になる計算であり，ユーザーにとってのメリットと環境負荷低減効果としては大きい。

図 10 従来一定速機と開発機の期間効率の比較

4.4 他社との比較主力機種である 3.5kW クラスに関し競合他社製品とカタログ値で比較した結果を表１に示す。
表１ 競合他社との比較（カタログ値）
当社
冷房能力

kW

冷房期間効率
暖房能力

kW

暖房期間効率
大きさと室内機

重量

室外機

Ａ社

B社

3.2

3.3

3.15

6.15

5.66

5.10

3.6

3.5

3.6

4.00

4.14

3.80

高さmm

262

283

290

幅mm

769

770

799

奥行mm

230

198

232

重量kg

7.2

8.0

9.0

高さmm

540

550

530

幅mm

645658

699

奥行mm

275

275

249

重量kg

273025

性能に関しては各社の冷房・暖房能力は同等である。冷房期間効率に関しては当社が最も高く，暖房期間効率に関しては A 社に次ぐ結果であるが，暖房能力は A 社よりも高く，当社の訴求ポイントである。ユニットの大きさと重量に関しては，室内機は当社がコンパクトで最軽量である。
室外機に関しては B 社に次ぐ結果であるが，B 社の場合は能力及び期間消費効率を下げることで小型化・軽量化しているため，能力・期間消費効率を含めて考えると当社製の方がユーザーへの訴求力は高いと言える。

|5. まとめ
今回の開発機は 2013 年２月よりタイの MACO 社 (Mitsubishi Heavy Industries-Mahajak AirConditioners Co., Ltd.) にて量産が開始されており，同時期に中国の MJA 社 (Mitsubishi HeavyIndustries-Jinling Air-Conditioners Company, Ltd.) でも量産が開始されている。当社の世界戦略機として，欧州，CIS，東南アジア，中国，日本に広く展開されており，既に小型化・軽量化に対する好評価の声も寄せられている。本開発では単なる軽量化・コスト低減にとどまらず，デザイン，新フィルタ構造等ユーザーに直接評価される部分も多々あるため，今後の更なる市場の評価が待たれる。また本開発での取組み内容に関しては，普及インバータ機に限らず，これからの開発機に広く水平展開が可能である。今後も引き続き競争力のある商品開発を行い広く市場に投入する所存である。