エアコン技術発展の系統化調査
Historical Development of Air Conditioner Technology2
荒野 喆也 Tetsuya Kohya■ 要旨
エアコンとは空気調和機器の一つである。空気調和とは Air Conditioning の直訳で空気の温度・湿度・気流・塵埃などの条件を室内の人間または物に対して最も良好な条件に保つことである。この概念は明治時代にはいってきたが、冷房機器が輸入されるようになるのは明治も後期になってからである。最初の冷房機は、1907 年に日本の基幹産業であった紡績工場に設置された。その後も紡績工業に導入が進み、1930 年ごろまでには機器も次第に国産化されるようになった。日本の外貨獲得の大黒柱を支えた繊維産業にとって温湿度管理は、極めて重要で、繊維の柔軟性や靭性を保持し、摩擦による帯電性を防止し、太さの均一性が確保するために不可欠な投資であった。
大正後期となると、国家の近代化への要請もあり生活改善運動が盛んになり、家電製品も家庭生活を近代化させる機器として盛んに宣伝された。家電品では 1913 年には、電気扇が初めて国産化された。
日本でエアコンが最初に家庭に入ったのは、1932 年の米国キャリア社製ルームクーラである。1937 年の全国普及率は 290 台程度と推定されている。戦後の家電ブームは、1955 年ころからの第一次ブームの神武・岩戸景気の「3 種の神器」、と第二次ブームの 1965 年ころからのいざなぎ景気の「3C」に分かれる。この第二次ブームの「3C（カー・カラーテレビ・クーラー）」が、エアコンが普及し始めた時期である。
気象条件にもよるが、家電品としてのエアコンの国内市場規模は、家電機器全体の約 1/3 近くの約 7600 億円（2013 年）となる。これは情報・映像機器を含めても、パソコンの規模に近く、カラーテレビの約 2 倍となる。
各家庭での普及率は平均して 2.75 台で、携帯電話の 2.3 台を上回り、質・量ともに身近な衣食住のなかの中心機種である。世界の需要は約 9300 万台前後で、我が国市場は、940 万台（2013 年）と、台数的には約 10％を占める。
エアコンの技術開発の流れは、求められる基本的な機能に対応して革新技術が展開されている。技術開発の流れを大きく次の 3 つの系統区分「3S」に整理して調査とまとめを行った。
1．スペースセーブ性技術：エアコンが基本機能を発揮するためには、適切に家屋に取り付けられて初めて機能する。従って、家屋への適合技術がスペースセーブである。
2．省エネルギー性技術：数ある家電品の中で、消費電力が極めて大きいエアコンにとって、省エネルギー技
術は基本技術である。最初の導入期 1973 年にオイルショックに見舞われ、社会的混乱が広がり、エアコンの普及にブレーキがかかった。近年においては、最たる環境問題である地球温暖化防止対策の最重点機種となっている。省エネルギー技術はエアコンにとっての宿命的なテーマである。
3．爽快性技術：空気調和の制御の対象として温度・湿度・気流（風速）等の物理量を制御するものである。
これらの快適性に加えて、健康的・衛生的な面まで考慮して空気の質を改善し、空気の価値を上げること
をエアコンの高付加機能化として爽快性技術を取り上げた。

■ Abstract
What we call “Air-Con” in Japan is taken from the English term “Air Conditioner,” as it is a device formaintaining the air temperature/humidity, airflow and dust at optimum levels for people and/or objects in aroom. This concept came to Japan during the Meiji Period（1868–1912）, but it was near the end of Meiji
Era when an air-cooling device first started to be actually imported into Japan. After the introduction of
the first cooler into a spinning mill in 1907, more coolers found their way into spinning mills, as the textile
industry was Japan’s core industry at the time, and it was around 1930 that domestically-made coolers
started to appear. As it was essential to control the temperature and humidity of manufacturing processes inthe textile industry, in order to maintain the flexibility and resiliency of the fabric, prevent the built-up of static
electricity caused by friction, and maintain the thickness of the yarn, coolers were an essential investment,
and the textile industry became a vital foreign currency earner for the country.
During the late Taisho Period（1912–1926）, when the government was pushing to modernize the country
and movements to improve living conditions became popular, home appliances were vigorously advertised
as a means of modernizing family life. Among home appliances, electric fans were the first to be totally
made-in-Japan and were brought to the domestic market for the first time in 1913. In terms of residential air
conditioners, the first type to be installed in Japanese homes was made by Carrier Corporation of the US
and cooled the entire house. Importation of this model started in 1932 and it is estimated that a total of 290
units had been installed by 1937. The Japanese postwar economy experienced a number of home appliancebooms from 1955 onwards, starting with the Jinmu Boom and the Iwato Boom with their three “sacredtreasures”（refrigerator, washing machine, and black-and-white television）, followed in 1965 by the Izanagi
Boom, which is the period the three Cs（car, color television and cooler）, thus starting the popularization of
air conditioning in Japan.
The market for air conditioners clearly leads other home appliances in terms of sheer scale, and although
it depends on the weather, usually bordering on 760 billion yen（as of 2013）, which is roughly one third of
the entire home appliance market. This is nearly equal to that of the personal computer market（including
information-related devices/audiovisual equipment）, and about double that of the market for color televisions.
In terms of consumer penetration rate, as the average number of air conditioners per household is 2.75, thisis more than mobile phones（2.3）, meaning that most households own multiple air conditioners, and they are
becoming the most common and sought-after appliance for the home. In terms of numbers, the global demand
for air conditioners is around 93 million units, approximately 10% of which 9.4 million units（as of 2013）
were sold in Japan.
In terms of changes that have occurred during the development of air conditioners, technological innovation
has followed the basic functions demanded by the market, which can be categorized into the three types asfollows.
1. Space-saving Technology
Air conditioners need to be installed neatly before they can be appreciated. Therefore, space-saving
technology is the first appropriate technology.
2. Energy Conservation Technology
Among the multitude of different home appliances, as air conditioners consume great amounts of power,
energy conservation technology is central to all core technologies. The introduction of air conditioners
unfortunately coincided with the 1973 oil crisis, which caused widespread social disruption and brought
popularization of air conditioners all but to a halt, while in recent years, environmental issues, such as global
warming, have meant that energy conservation is a theme that air conditioner manufacturers cannot afford toignore.

3. Comfort-enhancing Technology
Although air conditioning involves physically controlling air temperature/humidity and airflow (air velocity)
for the comfort of users, manufacturers are introducing value-added functions to improve the quality of indoor
air and provide benefits in terms of health and hygiene.

■ Profile荒野 喆也

Tetsuya Kohya

国立科学博物館産業技術史資料情報センター主任調査員
昭和 33 年 3 月 東北大学工学部機械工学科卒業
昭和 33 年 4 月 三菱電機株式会社入社
昭和 49 年
技術士（機械・総合技術監理）
昭和 50 年 8 月 静岡製作所ルームエアコン製造部長
昭和 60 年
工学博士
昭和 61 年 8 月 群馬製作所所長
平成   1 年 8 月 生活システム研究所所長
平成   2 年 4 月 横浜国立大学非常勤講師
平成   3 年 4 月 三菱電機理事
平成   7 年 4 月 中小企業事業団調査員
平成 10 年 4 月 （有）荒野技研 代表
平成 25 年 4 月 日本技術士会名誉会員
平成 28 年 4 月 国 立 科 学 博 物 館 産 業 技 術 史 資 料 情 報 セ ン
ター主任調査員■ Contents
1．はじめに……………………………………………… 106
2．エアコンの歴史と日本の展開……………………… 107
3．エアコン技術の系統化概論………………………… 114
4．スペースセーブ性技術の系統化…………………… 118
5．省エネルギー型エアコン技術の系統化…………… 134
6．爽快性確保技術の系統化…………………………… 157
7．エアコンビジネスとマーケティング戦略………… 175
8．おわりに……………………………………………… 180

1｜はじめに
一般的に、エアコンといえば、家庭用、業務用、ビは、家屋適合技術と、世界でもほとんど実用実績がな

ル用、車両用、自動車用のカーエアコンと多種多様でかったラインフローファンを実用化した技術開発でああり、動力源も電気によるものや、エンジン駆動のもる。日本での狭隘な住居条件克服のニーズから天井のもある。今回の調査対象からは、車両用エアコンと型、マルチ型、室外機も含めた更なる薄型化・コンパ

自動車用のカーエアコン及び、ビル用の大型セントラ

クト化技術が開発され、国際的にも主流となった。

ル方式は除外した。エアコンの市場規模は、世界全体

第 5 章では、省エネルギーについて述べた。消費電では、多少の変動はあるが、約 9300 万台でありその力の 70～80％を占める圧縮機の高効率化の流れを整中の約 10％が国内の需要である。今後の動向は、地理した。日本でエアコンが普及し始めたころ米国です

球の温暖化や気候的に需要の多いアジア諸国の経済成でに実用化されていたロータリー型圧縮機の導入が長を考えると、需要は増えることはあっても減っていあった。これをベースにしたツインロータリー圧縮機

く方向にはなりにくい。今回対象としているルームエの開発は日本で実現した。スクロール型圧縮機技術のアコンとパッケージエアコンとビル型マルチ等で、日実用化も国際的に先行した。エアコンの ON-OFF 運

本の市場規模は、合計約 1 兆円強となる。

転によるエネルギーロスを画期的に改善したインバー

また、従来のビルのセントラル方式で小規模のもタ技術とその半導体化技術による商品化・普及化はエのは、水や空気を熱媒体にした方式から、ビルマル

アコンで起こり、家電製品のインバータ化の先駆とチのように、冷媒を直接巡回させる VRF（Variableなったことについて述べた。

Refrigerant Flow）方式に変わり、増加傾向にある。

記述した。ヒートポンプ暖房は弱点である低外気温対第 1 章はじめにでは、本報告全体の概要を述べた。

応性により、独立暖房機として認知されなかった。イ

第 2 章では、古代からのエアコンの起源、エアコン

ンバータの制御に PAM 回路が導入され、大幅に改善の誕生、日本のエアコン市場の進展、ヒートポンプのされた。日本独特の梅雨時の除湿機能もインバータ技

開発、それに冷媒の進化を整理した。

術で快適性が改善されたエアコンの温度・湿度以外の第 3 章では、エアコン技術の系統化の 3 本柱とした制御にも触れ、より健康的・衛生的な面で空気の質を

スペースセーブ性、省エネルギー性、爽快性の 3S そ改善し、エアコンの高付加価値化を狙う爽快性へのア

れぞれについて、その背景を含めて記述した。

プローチについて述べた。

第 4 章では、スペースセーブ性について記述した。

第 7 章では、エアコン開発にかかわるソフト面でのエアコンの基本原理は欧州で確立され、空調機としてアプローチとして、各種マーケティング戦略（ウエは米国で開発され、日本で発展した。初期に米国からザーマーケティング・ブランドマーケティング・ス

輸入された製品は、窓掛一体型であり、日本の家屋構

ペースマーケティング）について述べた。

造との適合性が悪く、一体型から床置きセパレート

第 8 章おわりにでは「3S」の今後の流れと国際化

型へ、さらに、狭い日本の家屋構造に最適の壁掛型がの動き、さらに懸念材料としての冷媒規制の動向につ日本で提案された。今や日本発の壁掛型が現在世界のいて記述した。

デファクトスタンダードなっている。この成功の原点

106

第 6 章では、ヒートポンプエアコンの開発について

本報告は、以下のような構成とした。

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

2｜エアコンの歴史と我が国の展開と思われる。また、人間の知的活動に最適な温度だっ

2.1 エアコンの歴史
2.1.1

たことも影響しているとの欧州中心的な主張もある。

文明の誕生

地球の気温は、数百年の周期で寒暖を繰り返してい人 類 の 文 明 は 今 か ら 7000 年 ほ ど 前 に チ グ リ ス・る。世界の偉大な思想家は、いずれも社会情勢が不安

ユーフラテス川のメソポタミヤ地域で誕生し、それに定な気候が不順な時期に誕生しているともいわれてい続きエジプトのナイル川流域、インドのインダス川流る。

域、そして中国の黄河流域で興隆したといわれている。

文明の歴史では、アレキサンダー大王の東征、始皇4 大文明の共通点は水が重要な生活基盤であり、いず

帝の中国統一、ローマ帝国の繁栄、ルネッサンス文化

れも大河の流域であった。いずれも緯度が 20～30 度のの興隆などは、温暖な気候の時期に興っている。日本

温暖な亜熱帯地域に分布していた。その後、文明の中でも万葉集や源氏物語、徒然草のような世界に誇れる

心は北の寒い地域に遷移していった。人間の思考には文芸作品も、平安時代の温暖な時期に書かれている。
現在の地球は、人為的な影響で温暖化が進んでいる

気温が大きな影響を与える。
人間の知的活動は気温 15℃前後が最適であるといといわれているが、過去の地球の歴史から見ると、長1）

期的には寒冷期に入りつつあるといわれている。いう説がある。近代のエアコンの理論の基礎は、表 2.1の如く、ドイツ、イギリス、フランス、スウェーデン

ずれにしても、「人間は環境の動物」と言われており、などの科学者が大きな役割を果たしているが、いずれ人々の文化は暮らしている地域の環境に大きく影響さも寒冷地域の国である。厳しい自然環境の中での生活

れるし、宗教も発生した地域によってその教義は決定を営む手段として、科学技術の発展が不可欠であった的に違いがみられることは周知である。

表 2.1

冷凍・空調の歴史

エアコン技術発展の系統化調査

107現在は、科学技術の発展、特に冷凍空調技術のような技術を駆使して生活環境を制御することで、人類の世界における活動範囲は大きく広がってきた。また、これらの技術は人々の生活環境の向上に大きな役割を担っている。
2.1.2

エアコンのはじまり

冷凍空調にかかわる歴史は古く、紀元前にさかのぼることができるといわれている。古くは、中国の周の時代に山の雪で氷水を作って飲んだという記録がある。おそらく人類最古の冷熱の利用の記録であろう。

図 2.2

初代圧縮式冷凍機

古代エジプトなどの砂漠地帯では、図 2.1 2）のように、素焼きの瓶に水を入れて夜間に屋外に出して置き、蒸工兵隊の大尉となったが除隊して科学分野の研究に携

発潜熱で冷却したことが知られている。この冷却方法

わったが 36 歳の若さで病死し、現在の冷凍空調の基の原理は現在の冷凍・空調の世界でも同じである。

本理論を確立したにもかかわらず、生前にこの功績が評価されることはなかった。
当時ワットの蒸気機関が発明され、産業革命と呼ばれる工業化が進展していった時代だったが、熱機関の効率という概念は、このカルノーの研究によるところ
が大きい。
2.1.3

エアコンの発展

日本で初めて冷凍機が登場したのは、1870 年のころで、東京大学が輸入したものが最初と言われてい
図 2.1

冷却の原理

る。しかし、冷凍空調産業に関しては、主としてアメリカを中心として大きく発展した。

日本でも、自然の氷を氷室に貯蔵しておき、夏季に人口の増加と生活水準の向上により、食品の貯蔵な利用したという記録が日本書紀にも残っており、奈良どの需要が増大し、1800 年ごろの氷の需要はかなりの氷室神社はこれらを祭ったものであろう。冷凍空調の量に上った。このころの氷は、天然のものであり、の歴史は 1800 年から急展開している。これらの歴史

その切り出しや販売の事業も相当数に増えた状況でを整理したものが表 2.1 である。

あった。18 世紀後期には、氷の冷蔵庫が普及してき自然の氷や雪の利用ではなく、また季節に関係なくて氷の需要は拡大し、アメリカでの氷の消費量は、年

人工的に冷熱を作り出すことは長年の人類の夢であっ間 500 万トンを超えたといわれていた。冷凍機によるた。それ以前の時代は、天然の氷や雪、あるいは、自人工氷の製造は、1885 年ごろにはじまった後、飛躍

然蒸発気化熱を利用したものであったが、冷凍理論・的に伸び 1920 年ごろには主流となった。

冷凍機の発明・発見により大きく変化した。人工的に人類が動力を得ることによって、産業革命が起きたの氷を作りたいという欲求は、1824 年のフランスのサと同じように、人工的な冷熱の発明は、様々な産業や科

ディ・カルノーの冷凍サイクルの理論によってスター

学の発展に大きな貢献をしてきた。現在われわれの生活

トし、1834 年のパーキンスによるエチルエーテルをの中でも、住環境の改善だけではなく、先進医療や様々冷媒とした圧縮式冷凍機などによって実現した。これな産業のプロセス、食品の貯蔵・物流などに必要不可欠を示したものが図 2.2 3）である。

な存在となっている。日本には大量の食糧が輸入されてカルノーの理論は熱力学の第二法則を定式化したも108いるが、それを可能にしているのが冷凍技術である。

のであり、理想的熱機関サイクルを「カルノーサイク

20 世紀に入ると、冷凍空調技術は急速に進歩した。

ル」、また、その逆サイクルを「逆カルノーサイクル」

空調は現代空気調和工学の開祖と言われている米国とよび、ヒートポンプの基本サイクルとなっている。

キャリア（Willis Carrier）が提唱した言葉である。

カルノーは 1796 年の生まれで、技術学校を卒業して1902 年に彼がまだ青年だったころ、プラットフォー

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Vol.24 2017. Marchムで電車を待っているときに立ち込めた霧をみて冷却減湿法を思いついたといわれている。1911 年には湿り空気線図を発表、その後 1921 年にはターボ冷凍機を発明している。
冷房の歴史には海軍の軍事技術が大きくかかわっている。1907 年にフランスの軍艦が爆沈した事件が発端で、軍艦の火薬庫の冷却が不可欠な技術とわかり、1908 年のアメリカの軍艦オハイオに火薬庫冷却用冷凍機が設置され、1909 年に日本軍艦薩摩に冷却装置が初めて設置された。
日本での冷凍空調の発展の状況は、ふりかえって見ると、明治時代から昭和の初期にかけて産業用途として普及し始めたが、当時の主力産業であった紡績産業
が主要な用途であった。昭和の初期には銀行、百貨店、軍・政府施設などでターボ冷凍機が採用されるようになり、1941 年、戦艦大和にターボ冷凍機 40RTが 4 台設置された。
第二次世界大戦後は、我が国の急速な経済復興に伴い、冷凍空調産業は着実に発展していった。1975 年ご
ろからは一般家庭用にもエアコンが普及していった。

2.2 我が国のエアコン市場の発展
2.2.1

図 2.3

家電品の普及図 2.4

富士山レーダ国産エアコンの登場

日本の戦後の家庭電化ブームは、大きく 2 つに分けられる。それは、昭和 30 年代の神武・岩戸景気の「3種の神器（洗濯機・冷蔵庫・白黒 TV）」と、昭和 40
年代のいざなぎ景気の「3C（カー・クーラ・カラー
TV）」である。普及率の推移を図 2.3 4）に示すが、当時、一般に普及していたのは、最初の 3 種の神器であり、3C は贅沢品であった。特にエアコンは立ち上がりが遅かった。エアコンの発売は、1953 年に窓掛型で三菱電機と東芝からが最初である。国産エアコンとして、話題を呼んだものに、1964 年の世界最高所の富士山頂測候所（図 2.4 5））のレーダが設置され三菱電機製のエアコンが導入された。この空調の目的は、当時の計測機器等の電子機器は、真空管式が多く、周囲の温度変化に電気特性が大きく影響されるため、周囲温度を 22℃± 1℃に年間を通じて守るという超過酷な仕様をクリヤーし維持し続けた。また、1972 年に上野動物園バンダ舎（図 2.5 6））が作られ、カンカン、
ランラン用に低騒音化と 12 段式精密温度コントロー
ルの空調機を三菱電機が納入した。バンダには、国賓並みの配慮が要求され、初めての飼育に、人も機械も不安と緊張の連続の中に必死になって「常春状態」を維持し続け、国の名誉のために貢献した。

図 2.5

パンダランラン・カンカン

エアコン技術発展の系統化調査

1092.2.2

セパレート型の登場禁止され、1958 年ごろから空気熱源のヒートポンプ

1953 年の窓掛型はアメリカ産のモデルそのままでが使われ始めた。1961 年に三菱電機から発売され各あるが、この形の利便性を改良すべく 1961 年に一部社も参入したが、外気温度が低下するほど暖房能力が大型業務用に見られたセパレート型が東芝キャリアか低下するので、ほとんどのメーカが電気ヒータを補助

ら発売された。翌年には他 5 社が発売した。セパレー

的に取り付けていた。また、電気床暖房機との組み合

ト型は、室内機と室外機に分かれており、冷媒配管でわせとか、暖房時には、石油あるいはガス式温風暖房

両ユニットを結び、冷凍サイクルを構成したエアコン

機との複合機が、発売されていた。冷暖房用エアコンである。圧縮機を室内機に置いたものと室外機に置いは、1970 年代後半から、徐々に普及し始めるが、本たものがあった。冷媒配管用の穴を開けるだけで室内格的普及にはインバータによる圧縮機回転数制御が実機の位置は自由に選べるようになった。この形は、日用化されてからであった。図 2.7 8）にタイプ別機能別

本間とか手ごろな窓のない部屋に取り付ける場合にはの出荷台数を示す。

有利であったが、設置するためには冷媒配管工事が含まれるため、当初は通常の電気店では難しく、かなりの研修が必要であった。この両タイプの出荷台数を図2.6 7）に示す。セパレート型（スプリット型）が 1968
年から急伸し始めたのは、三菱電機の壁掛セパレート型が発売されてからである。1970 年以降は、国際的にもセパレート型全盛時代となっている。

図 2.7

冷暖エアコンの出荷推1975 年当時の年間販売台数は約 200 万台であったが、2013 年は約 950 万台まで成長している。日本のルームクーラの最近の国内出荷台数を示したものが図2.8 である。しかし当時は、エアコンとはいわずに冷房機能のみでクーラーと呼ばれていた。 1980 年ごろ
からは、暖房が普及し始め名称もエアコンとなり、現
図 2.6

セパレート型の増加

在のヒートポンプの興隆につながった。
この頃から、インバータ技術の確立やビル用マルチ

2.2.3

110

ヒートポンプ型冷暖房エアコンの進展

システムの開発、ガスエンジンヒートポンプなど新し

ヒートポンプを空調に利用した歴史は古く、日本でい空調システムや技術が次々と実用化されていった。

は、昭和の初期にアンモニア冷凍機を用い地下水利用

石油危機や金融危機などに見舞われ、一時的に大きの全館空調の歴史もあるが、1959 年に地下水利用がな打撃をこうむったものの、これらの試練を乗り越え

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10000

ルームエアコン出荷台数(千台)及び出荷金額(億円)た。この代替フロンも近年の地球温暖化問題では、温暖化影響の大きいものとして、今度は京都議定書によって、排出の制限が義務付けられた。HFC に代わ

5000

0

が転換に成功した。図 2.9 9）に冷媒開発の変遷を示し

る次世代の新冷媒や自然冷媒の開発も進められているが、現在のところ一部の機器を除いては、HFC に代
1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015
出荷台数
出荷金額

図 2.8

近年のエアコン出荷推移

替できる冷媒の実用化のめどはたっていない。次世代の冷媒に要求される必要条件を次に示す。
① ゼロ ODP（オゾン層破壊に関係しない）: 塩素を含まないて、今やグローバルな産業に成長した。
世界的に見てもエアコン市場は、各国の経済発展② 低 GWP（地球温暖化への寄与が少ない）: ライ
フタイムのなるべく短いものに伴い、今後大きな成長が見込まれる。そのために③ 低可燃性 : 水素原子の数がゼロ、もしくは少ない

も、省エネルギーが重要になってくる。日本の省エネ④ 高い性能 : サイクル計算及び実機性能で予測性

ルギー技術は、世界的にも優れたものであり、エネル
ギーの有効利用や環境問題の改善において、これからも大きな国際貢献が期待されている。

能及び実機性能の高いもの
冷媒の問題は、業界にとっては極めて重要な課題であり、今後も技術開発が待たれている。

2.3 エアコン用冷媒の変遷
1930 年には、アメリカの GE 社が SO2 を冷媒とした初の家庭用のエアコンを開発した。当初の冷凍機には冷媒として、NH3、CO2、SO2、エーテルといった自然冷媒が使用されていたが、これらは人体に対する毒性や可燃性などの大きな欠点を持っていたため、一般的な場所では使用するのは難しかった。これらの問
題を払拭する物質が 1930 年に発明されたフロンガスである。これにより、冷凍空調産業には大きな転機が訪れることになった。
フロンガスは高効率で不燃性であり、毒性もなく経済性にも優れていた。冷媒としてまさに理想の特性を持っていた。これは、20 世紀になって発明された最も優れた化学物質の一つであるといっても過言ではない。日本でのフロンの生産は、1942 年ごろから本格的に始まった。
理想的な冷媒として大量に使用されてきたフロンも1974 年にカリフォルニア大学のローランド教授によって、大気中に放出されてオゾン層を破壊するのではな

図 2.9

冷媒開発の歴史いかとの説が発表され、社会的に大きな問題となった。
当初のフロンは、CFC、HCFC が使用されていたが、オゾン層を破壊するという理由から 1987 年のウィーン条約（モントリオール議定書）でこれらのフ

2.4 軽薄短小化の流れ

ロンは段階的に生産制限されることになった。これに第二次世界大戦後の 1950-60 年代の高度成長時代を対応するために、日本の業界では、代替フロン（HFC）

支えた産業は、鉱業、鉄鋼業、造船業、セメント業等の開発に力を注ぎ、世界に先駆けて転換を図ってきたの重厚長大型産業であった。次の 1970-80 年代を支え

結果、現在では、新規生産の冷凍空調機器のほとんどた産業は軽薄短小型であり、電気・電子機械製造業、

エアコン技術発展の系統化調査

111

精密機械製造業、輸送機械製造業が中心の時代である。特に電気電子産業の半導体産業はありとあらゆる産業に関連し製品の小型化・高級品化の基礎技術としての軽薄短小化を促進・加速した。
家 庭 用 ル ームエアコンが市場に現れ始め た の が1960 年代も終わろうとしていた時であり、まさに軽薄対象の流れに変わりつつあるときであった。エアコ
ンの軽薄短小の具体的内容は個々に詳述するが、壁掛
セパレートや室内機の薄型化、室外機の薄型コンパク
ト化、天井吊下機の薄型化、業務用エアコンの薄型化、室内機のオールプラスチック軽量化、家庭用・業業務
用エアコンの据え付け時間の短縮化、それにエネル
ギー消費の減少化等で、軽薄短小化がその潮流となっている。図 2.10 10） は、組み立て加工産業の軽薄多少化係数指標として、製品の素材使用量の変遷を 5 年おきに示したものである。図 2.11 11） は軽薄短小のイメージ図である。エアコンの技術開発の中で、軽薄短小化が注目を浴びたのが、三菱電機がセパレート室内機に超薄型を製品化したのがきっかけである。各社一斉に薄型化競争となったのが 1975 年（昭和 50 年）以降であり、まさに軽薄短小の流れに乗ったものであった。具体的には、従来の室内機奥行寸法は、30cm ぐ
らいであったものがゴルファーの一つの目標であるシングルハンディ並みの 1 ケタ（10cm 以下）の数字がひとつの目標とされた。
図 2.10

図 2.11

112

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軽薄短小のイメージ

軽薄短小係数の変化

引用・参考文献
1） ヒートポンプの実用性と可能性

6） http://ja.wikipedia.org/wiki/ パンダ
日本冷凍空調工

7） Bull.Natn.Sci.Mus 1995-12

業会 2010．

8） 同上前掲書．

2） 同上前掲書．

9） 同上前掲書．

3） 同上前掲書．

10）NIKKEI BUSINESS 1981-11

4） Bull.Natn.Sci.Mus 1995-12.

11）同上前掲書．

5） http://ja.wikipedia.org/wiki/ 富士山レーダ

エアコン技術発展の系統化調査

113

3｜エアコン技術の系統化概論
エアコン革新技術の系統化は、前述のように 3S す
なわちスペースセーブ性技術、省エネルギー性技術、爽快性技術に集約して考えられる。しかし、この 3S
技術は、それぞれ独立しているがその効果・効用については相互に関連しながら相乗効果を出しているものもある。また、この 3S の流れは、同時並行的に進んできたが、厳密に考えてみると、まずスペースセーブ
性があり、次にオイルショックを契機として省エネル

70
60
50
40
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20
10
0

ギー性が叫ばれ、そして近年は爽快性技術、特に冷房にプラスされたヒートポンプ暖房機能のさらなる改善や清浄度等空気の質的改善が対象とされてきた。この3S 技術についてそれぞれの流れを追ってみると次のようになる。

図 3.1

3.1 スペースセーブ性技術について

3.1.1

各国の住居面積比較

壁掛セパレート型の創出

海外（米国）から輸入された窓掛け一体型を、そのこのスヘースセーブ性の追求は、家電製品に一般的ままの形状で日本でも使用し始めたが、エアコンの取に共通するものであるが、エアコンの場合は、他の台り付けるべき窓の構造が海外とは大きく異なるこか

所用製品などに比較して、取り付けられる範囲は広ら、そのままのエアコンの形状では、受け入れられないし、その分工夫する自由度も大きく、決定的な差別かった。かりに取り付けたとしても窓は日本家屋は左化技術が誕生している。エアコンは、他の家電品と右開きが主であり、掃きだし窓の多い日本家屋では、異なり、自由に持ち歩くことができず部屋のどこか

窓の開閉機能が失われることになった。また狭い部屋に邪魔にならずに、きちんと設置することが必要となの枕元での圧縮機の音がそのまま耳に入り、うるさくるため、取り付け場所との相性が重要となる。そしてて寝られないということもあった。そこで一部の業務

スぺースセーブ性が重要なポイントとなる最大の理由

用で存在していたエアコンを参考として、室外機と室は、基本的に住居スぺースに余裕がないからであっ

内機に分け、両者を配管でつないで運転することが考た。

えられた。この時に開発されたのは、リモートコンデ

日本の住宅の広さは、1979 年の EU の対日経済戦

ンサ方式で、コンデンサ（凝縮器）のみ室外設置で、略報告書にフランス語で「cage a lapins」と報告され室内機に圧縮機があり、窓の機能回復はしたが、騒音ており、本来の報告書の意図は「都市型の集合住宅」の問題は解決しないし、部屋の中に比較的大きな室内の意だったらしいが、それが自虐的に「日本人の住居機が存在するために部屋の床面スペースが損なわれ、は狭いウサギ小屋」の解釈になったといわれている。

風の通り道を考えるとひどく邪魔なものとなった。

1）示すように 1 人当たりの住宅床面積

このスぺースの問題を解決するために、スペース（単位平方メートル）の国際比較資料（国土交通省平セービングすなわち省スペース化を目標として各地域

成 15 年住宅・土地統計調査）によると、アメリカ、の住宅を徹底的に調査して、スぺースの点から室内機

イギリス等に比較して日本は最下位であり、借家は狭は壁面取り付けが理想的との結論を得た。そのためにいが持ち家部分はそれほどの大差はない。しかも、バは、室内機から圧縮機を室外機へ移して試作した。室

ブル時代を背景とした地価の高騰や集合住宅化の増加

内機には熱交換器と送風機が残り、直方体に近い室内等も進んだ。これらの悪条件を乗り越えてきた壁掛機を壁に取り付けることは、視覚的にも、取り付け強型、薄型コンパクト化のスペースセーブへの技術革新

度的にも無理があった。

しかし、図 3.1

が、世界の高級型エアコンのデファクトスタンダードといえる省スペースエアコンの原点になった。

壁に取り付けるためには、従来から壁にかかっている額縁のような形にしなければならないことがわかった。そのためには、従来使用していたファンの種類を114

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March根本的に変える必要との結論となった。壁に掛られる
壁掛け型の開発は、当時、各国でもあまり一般的に使用されていないラインフローファン装着のエアコンを開発することで実現された。
3.1.2

室内機の薄型コンパクト化

室内機の薄型化は、従来のシロッコファンを使用し続ける限り不可能であり、代わりに細長いラインフ
ローファンを使用することにより、初めて薄型化が可能となり、壁にかけること、天井に取り付けること等
取り付け面の自由度が広がり、壁掛型は、その後室内機の世界の標準となった。さらに熱交換器の性能アップと室内機防露断熱材の排除による超薄型室内機がそ

図 3.2

各国のエネルギー自給率のデザイン性と軽薄短小化の流れに乗り大きなブームとなった。当時、客観的で唯一権威のあった製品評価
基準「暮しの手帖」の評価基準の第一は薄型化・コンパクト性であった。
3.1.3

室外機の薄型コンパクト化

室外機の設置スペースは室内ほど切迫していなかったが、地価の高騰や、集合住宅での複数台設置の場合のベランダ設置率が問題化して室外機のコンパクト性が要求された。室外機のコンパクト化には、コンパク
トで高性能ロータリーや横型スクロール圧縮機開発と、熱交換器のコンパクト化が不可欠であった。
図 3.3

3.1.4

家庭の消費電力比率

軽量化の技術

ラインフローファンや室内機全体のプラスティックの第一次オイルショックにより宿命づけられていた。

化による軽量化や圧縮機用電動機の 2 極高速化、圧縮

当時の電力は火力発電による部分が多く、燃料は中機のロータリー化・スクロール化の技術革新は、室外

近東からの輸入原油に大きく依存していた。1973 年

機・室内機の軽量化につながった。据え付け工事の簡のオイルショックは、第 4 次中東戦争勃発による原油

易化は、工事関係者からも大きく評価された。

の価格高騰と輸出シーレーンの制約により電力使用が3.2 省エネルギー性技術について制限されるとともにトイレットペーパーなどの日常生活用品が品不足になり世の中が混乱した。当時のエアコンは、1 台目購入であり、家族全員が涼めるよう

日本は技術大国・資源小国と言われている。資源小に 8-10 畳用の冷房能力の大きめのものが購買対象で国を補うために技術大国にならざるを得なかったことあった。これは比較的大型のため消費電力も大きく当は周知の事実である。特にエネルギー資源の自給率

時普通の家庭の契約電力の範囲内では過負荷となり運2）示すように先進国では極めて低い位置にい転できず、専用回路を設置する必要があった。エアコ

る。エアコンのエネルギー源はほとんど電力である。

ンの購入希望顧客は気温上昇とともにどんどん増加し

一般家庭での消費電力 kw は最大であり、消費電力量

たが、国策として電力不足防止のためエアコン設置時

は図 3.2kwh も図 3.33）に示すように、大きな割合を占めている。近年は、地球温暖化対策のために温暖化ガス排出の専用回路設置工事にブレーキがかけられた。そのためエアコン販売は間接的に抑制された。

抑制からくる省エネルギー運動は、人類の共通目的のエアコンメーカーがとった開発戦略は、冷房能力はようになっているが、エアコンの場合は、家庭用の市

大きな部屋向けのものでありながら使用する圧縮機の場導入の初期から省エネルギー技術の開発が 1973 年

定格を小部屋用とし、この両者のギャップを熱交換器

エアコン技術発展の系統化調査

115

及び送風量の拡大でカバーしたエアコンの製品化であった。この小型圧縮機は、専用回路新設不要の汎用
15 アンペア回路にそのまま使用できるように設計し、法的に専用回路なしで使用できるものとして製品化した。このエアコンは、極端に大型の熱交換器を使用するため製造コストが高くなり恒久的な製品にはなりえないものであったが、この手法は省エネルギー製品としての技術革新の先導役となった。
このオイルショックによる電力不足は一時的なものであったが、その後 1992 年の地球サミットでの気候変動枠組み条約・京都議定書等による人類共通の課題

図 3.4

エアコンの効率 COP 推移

として地球温暖化対策としての省エネルギー技術への要求が厳しくなった。エアコンは省エネ設計技術に関しては、他の一般の家電品よりはるかに長い歴史を有していた。オイルショックを乗り越えたエアコンの省エネ技術は、国際的にも技術的優位にあった。

3.3 爽快性改善技術について
エアコンの目的は、居住する人にいかに爽快な環境をあたえるかである。環境条件としては、住宅構造条

3.2.1

圧縮機等の機能部品の効率改善

エアコンの省エネルギーは、構成機能部品の高効率化・高能力化でもあった。1973 年 10 月の第一次オイ

件と気象条件と着衣条件等があるが、前 2 つについて考える。なお、爽快性とは、快適性と清潔性・衛生性とを含んだ広い概念である。

ルショックにより、高度成長は終了し、以降は省資
源・省エネルギーへの要求が必然的に高まった。まず

3.3.1

日本固有の条件

室内機については、高効率な熱交換器の開発が必要と（1） 日本の住宅構造なり。熱交換器の配管内部とフィン表面に熱伝達加速

日本の住宅構造条件は地域によってかなり異なる用の追加加工が施され、伝熱性能は 2-3 倍に性能アッが、歴史的には、兼好法師の徒然草に出てくる「家のプされた。室外側は、圧縮機の効率が支配的であるた

作りようは、夏を旨とすべし。冬はいかなるところに

め、圧縮機を従来の往復動型から、ロータリー型やスも住まる。暑き比わろき住居は耐え難き事なり」が知クロール型の回転を主体としたものへ変えていった。

られている。このように、日本の住宅は、徒然草が書かれた 1330 年以前から、エアコンが普及するまでは、

3.2.2

ヒートポンプシステムの効率改善

酷暑を考えて四方八方から家の中には隙間風を取り入

この時期に冷房専用のクーラーからヒートポンプ

れる工夫がされ、屋根は断熱性能の高い茅葺といった

冷暖兼用機が主力に変わっていった。ヒートポンプ

夏向きの構造であった。従来の夏向きの家の構造もエ

は、暖房能力が不十分で、ガスや石油使用の暖房機のアコンの普及とともに少しずつ変化してきた。日本で補助暖房機としての地位にとどまりがちであった。熱は、家電品の三種の神器といわれた「洗濯機、冷蔵庫、力学的に優れている暖房効率を生かすために、当時

Ｂ /W テレビ」に遅れること 10 年以上たってエアコ普及しつつあったエレクトロニクスの力でインバーンが普及し始めた。普及開始が遅れた理由としては、

タ付きヒートポンプが完成し、エネルギー効率が化先行した洗濯機、冷蔵庫、テレビ、掃除機等は家庭で石燃料の数倍高い高効率暖房機が実用の段階を迎えの購入決定者が、圧倒的に主婦であったのに対してエた。 図 3.4に 冷 房 時 の 運 転 効 率 COP（Coefficient

アコンの購入決定者は例外的に男主人であり、その対

Of Performance 成績係数＝ 冷房能力 kW/ 消費電力

象優先権が低くなったとの調査結果がある。当時のエkW）の改善推移を示す。

アコンの爽快性を体験できたのは勤務先の職場と通勤

4）時の満員電車の中であり、財布のひもを握っていた主婦にはエアコンの魅力は分りにくかったのである。
しかし、家電品の中でもエアコンは中毒製品ともい
われ、一度使用して爽快感を体験すると病みつきとな
り、なくてはならない製品となり、一家に複数台所有

116

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

する日本のエアコン需要は、図 3.5 5）に示すように消すだけでお好みの設定温度等にコントロールしてく

費先進国となっており、生活必需品である冷蔵庫よりれ、自動運転化は爽快性確保への第一歩となった。                            もはるかに多い。
（2） 暖房能力向上
ヒートポンプ暖房の爽快性の改善には、暖房能力の絶対値を上げることと、温かい空気を足元へ届かせる技術である。前者は、圧縮機の回転数を自在に変更できるインバータヒートポンプ技術であり、後者に対しては、気流制御の技術であった。
（3） 除湿機能の充実
図 3.5

日本には、梅雨という湿度の高い時期がある。この家電の出荷比較

湿度の高い季節でも爽快に過ごせる運転モードが除湿（2） 日本の気象条件機能である。これは、除湿するために冷却した空気を

日 本 は、 北 海 道 か ら 南 の 沖 縄 ま で、 南 北 に 約

再加熱するものでリヒートドライ型である。さらにこ2,200km にわたって位置するために気象についても多のリヒートドライのエネルギー消費効率を改良したマ様である。東京と世界の大都市パリ及びニューヨーク

イコン（エレクトロニクス）ドライが登場し、さらに6）インバータ技術により、爽快性と省エネルギー性が格の各月の温度と相対湿度をプロットしてみると図 3.6に示すように温湿度ともに夏場の条件は厳しい。この段に改良された。

図から各国の 8 月の不快指数を算出すると、東京は不快指数 72、ニューヨークは 66、パリは 59 という数字（4） 気流制御になり、緯度は低く、エアコンへのニーズは極めて高

エアコンは、すべて冷風・温風式空調機であるためい。一般的に不快指数は 70 を超えると暑苦しくなる

気流制御が爽快性を得るためには重要である。エアコといわれている。

ンが冷風のみの場合は、気流制御は、左右方向のみで十分であり初期の時点からスイング方式が製品化されていた。しかしその後のヒートポンプ暖房が付加されてくると壁掛方式の場合、温かい空気を浮力に逆らって足元に届かせて、体感温度を上げる技術が焦点となった。これが気流制御技術である。このためには、
足元温風到達力向上と左右方向の風向偏向力向上が技術改善のポイントとなった。
注）エアコンの称呼：ルームエアコンは、JIS では
1964 年に電気冷房機として制定された。そして 1971
年にヒートポンブも含めてルームエアコンディショ
ナー( 通称ルームエアコン ) と改称された。

図 3.6

気象条件首都比較【引用・参考文献】
1） NTT コムリサーチ調査社

3.3.2

爽快性改善技術（1） 自動運転化

1980

2） 主要国のエネルギー政策

資源エネルギー庁

3） 冷凍

2005-7

日本冷凍空調学会

これまでのエアコンは、運転モード（冷房・除湿・

4） 前掲同上書

暖房）、設定温度、風量、風向を希望に合わせてそれ

5） 前掲同上書

ぞれ個々に調節しなければならず、操作方法や設定温6） http://www.asahikasei-kenzai.com

度、風量、風向に対して使う人の理解と知識が必要であった。しかし、自動運転のものは、電源ボタンを押エアコン技術発展の系統化調査

117

4｜スペースセーブ性技術の系統化
日本は島国であり、国土面積は極めて小さく、さらも窓を開けてその一部にエアコンを取り付けるわけでにその 80％近くは山岳地帯であり、一人当たりの居あったが、アメリカの窓は上下開閉方式であり、日本住面積は、先進国では抜群に狭い。したがって、便利

家屋は左右開閉式であった。エアコンの形は正面形状さを求めていろいろな家庭電器品を使用したいが、そが横長であり、左右開きの窓では、取付け状態の体裁の設置場所が制約を受ける。そして生活程度の向上にがよくないだけでなく、窓の開閉も不自由となった。

従っていろいろな家電品が新たに開発されてその設置さらに重い重量物を取り付けた窓部からの圧縮機騒音

場所を求めていくし、家電品の 3 種の神器も大型化しが何とも耐え難かったことから、我が国で開発されたていく。このような事態でのスペースセーブとしてののが、室外機と室内機を分離したセパレート型である。

解決法の一つは、家電品の複合化という技術である。

セパレート型への流れを図 4.1 1）に示す。その後、室内

例えば本来、冷蔵庫は欧米では、冷蔵庫と冷凍庫が独機は、図 4.1 に示したようにそれぞれ壁掛型と床置型立しているのが多いが、我が国ではほとんどすべてがに発展していった。一体型を分離したことで重量が分複合化されて冷凍冷蔵庫になっている。また、洗濯割され一人で据え付けできるようになって現場からも機、脱水機、乾燥機が、順次我が国でも普及してきた

大歓迎され、セパレート化への流を一段と加速した。

が、まず洗濯機と脱水機が複合化し、近年は、さらにそれに乾燥機が複合化され、そして日本独特の洗濯・脱水・乾燥機能が複合化された製品が登場している。
一方エアコンは、複合化する相手はいないし、近年、エアコンの取り付けは部屋別で表 4.1 1）ように一家に複数台設置されるのでスペースセーブできないと需要はあっても、それが顕在化できないということにな
り、スペースを活用するスぺースマーケティングがまず不可欠の命題となった。
表 4.1

100 所帯当たりの保有台数

No 品名2015 年

2005 年

2015/2005

3 月末

3 月末

変化

エアコンの形態変化

ルームエアコン

274.7

248.6

26.1

2

携帯電話

230.7

179.7

51.0

3

カラーテレビ

211.3

252.0

▲40.7

4

光ディスク/プレーヤ

128.5

70.1

58.4

5

パーソナルコンピュータ 126.8

95.8

31.0

6

デジタルスティルカメラ 113.2

55.6

57.6

位置としては、どこが一番スペースセーブとして価値

7

温水洗浄便座

108.4

78.2

30.2

8

106.9

134.7

があるかを徹底的に全国調査し、徹底的に討議した結ファンヒータ

▲27.8

9

衣類乾燥機

72.7

26.5

46.2

果、場所としては壁面がベストということになった。

10

システムキッチン

71.5

51.9

19.6

4.1 壁掛セパレート型の開発技術
4.1.1

118

図 4.1

1

セパレート型エアコン登場

4.1.2

壁掛セパレート型の登場

この基本的命題に取り組んだのが三菱電機であった。三菱電機では、セパレート型の室内機の取り付け

従来の慣習では、どこの家でも壁面には、絵か、書の入った額縁が掛かっているぐらいで、はたしてエアコ
ン室内機のような 20 キロ前後の重量物が安全に取り付けられ、静かに運転できるのか懸念された。壁の中には、間柱や筋交いのように比較的頑丈な部材もあるが、外観上素人には見えにくい。そこで半間間隔で存在する

エアコンは、原型としては窓にかける一体型とし間柱や天井近くに存在する鴨居に固定する方法を選択してアメリカで開発され、そのままの形で輸入され、そた。これらの構造物に固定するための取り付け金具ののままの形で国産された。しかし取り付ける窓の構造

設計が多種多様で、全国各地を回り地域毎に調査した。

が日本とアメリカでは異なり不都合が生じた。いずれその結果は図 4.2 2）のように壁に幅の広い鉄板の板を取

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. Marchり付け、それで室内機本体の重量を支える構造とした用していた。このシロッコファンの常識をやめてどんが、この基本的な考え方は現在でも受け継がれている。

なファンにしたらいいのかが課題となった。

図 4.2

エアコン取付板
図 4.3

強度的にはよくても、図 4.3

3）

テレビタイプエアコンのテレビ型セパレー

ト機ように、壁掛型の初期のものは、室内機の奥行寸4.1.3

ラインフローファンへの執念法が大きく、壁面に安定して取り付けにくいし、取り（1） ラインフローファンの選択付けたとしても視覚的に不安定さがぬぐえない。従っファンすなわち送風機には、図 4.4 4）のように多種て市場では、脚をつけてテレビ型として床の上や棚にの方式があるが、室内機の奥行寸法を小さくできるこ

設置することになり、壁掛可能型とはいっても実際はとすなわち羽根車の径が小さくできることで、横流送設置されることはほとんどなかった。そこで技術開発

風機（貫流ファン・クロスフローファン・タンジェンの焦点は、室内機の奥行寸法の大幅削減となった。そシャルフローファン・ラインフローファン）が目を引してこの寸法を大幅に変えるのは風路を根本的に変えく。しかし、このラインフローファンの実用例は文献るしかなく、そのためには送風機の種類を変えなけれを探しても、出てこない。しかも、社内の開発会議でばならないという結論となった。従来のものは、室外は、流体力学の専門家から、ラインフローファンは、

機はプロペラファンを、室内機はシロッコファンを使開放状態では風量が得られるが、エアコンの室内機は

図 4.4

多種多様な送風機と特性

エアコン技術発展の系統化調査

119狭い風路にフィンピッチの小さい熱交換器や防塵フィルター等があり、その圧力（風路抵抗）で理論的に風量がとれないと否定されていた。あきらめきれない若い設計のエンジニアが、勝手に一人で休日出勤し、ラインフローファンを手作りの試作機につけて運転し、風が弱いながらも出たと上司に報告した。それから過酷な試行錯誤が始まった。

図 4.7（2） 過酷な試行錯誤

風量―圧力特性

フィンの間隔も大きくし、これらによる熱交換面積のラインフローファンは、エアコンには図 4.55）のように装着される。そして、風の流れは、図 4.66）のように流れが同一羽根車を 2 回通過する。

減少を室内機の左右方向の幅を拡大してカバーした。
また、防塵フィルターの材質変更、吹き出しルーバの構造変更、吸い込みグリルの格子間隔の拡大などにより大幅に風路抵抗を削減した。室内機の幅寸法の拡大によって全体的風路に余裕ができたが、特に、吸い込み口が大きくなり、風路抵抗の削減に大きく貢献した。配置上は基本的には、羽根車の吸い込み口及び吹き出し口と抵抗物との距離は、羽根車の径の半分以上取ることが不安定運転領域を避けるコツであることが明らかとなった。
②

騒音低下
ファンの中に渦を作り羽根車の中に横断流を形成して、風量を出すためには、回転数×羽枚数の周波数の音が必ず出る。風量を高くするには、強い渦が必要であるが、このときの笛のような騒音は耳障りとなる。騒音は、風量と回転数のバランスであり、これに関連する風路ケーシングの設計である。結果的には、壁掛に許される奥行寸法が大きく取れれば、ファン径が大きく取れ、
低騒音の風量と回転数が得られることになる。
図 4.5

ラインフローファンの装着

騒音低減の問題と重量の問題から、後のモデルは、金属の羽根をプラスチック化することに成功し、コストと生産性向上にも大きく貢献した。図 4.8 7）がシロッコファンとラインフローファンの特性の比較である。また、幸いなことに同じ三菱電機の別工場で、ラインフローファンを英国の FC 社から技術導入し、エアーカーテンを製品化していたので、ここから初期の

図 4.6

風の流れ

段階では、ファンと電動機は供給してもらい、開発面でも強力な支援が得られた。

ラインフローファンの風量と圧力の特性図は、図4.7 のようなものである。この図からもわかるように、
性能変動領域があるため、圧力損出が高くなると不安定になり、騒音と風量が変動し、バサバサというような音がでて、回転数が変動する。最大のポイントは、
風路抵抗の低減と騒音軽減であった。
①

風路抵抗の削減
熱交換器の風路抵抗を下げるために、熱交換器の冷媒管の列数を従来の 3～4 列から 2 列にし、熱交換器

120

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

図 4.8

シロッコファンとの比較

ラインフローファンの採用がなければ、世界的なデされた外注先は、従来とは比較にならぬ大型の設備投ファクトスタンダードになった壁掛け セパレートエ資が必要だった。もし、うまくいかなければ倒産のリ

アコンは誕生しなかった。壁掛セパレートには、不可スクもあったが、相互の信頼関係により、なんとか協欠のラインフローファンだが、当時は、起原の英国力を得ることができた。窮地を脱し軽薄短小化が三菱

FC 社でも、炭鉱の坑道での粉塵の排出に使用されて電機でさらに加速された。

いた程度のものであったが、これを三菱電機がエヤー

それでも、室内機のボディ本体のプラスチック化のカーテンで製品化し、さらに同社がエアコンに流用し量産化は、困難を極めた。成型して、試作して、金型て、今や世界中のエアコンで活躍することとなった。

を削って、ギャップを調整して、また成型、そして、

図 4.9

8）

が初代の壁掛セパレート型エアコンである。

樹脂が冷めてくると突っ張ったり変形したりと、実に様々な問題が吹き出し、連日連夜、カットアンドトラ
イを繰り返し難題の解決に努力を重ねた。こうして何とか製品化に成功したが、途端に 1973 年の第一次オ
イルショックで、プラスチックの素材である原油が入手困難になり、まさに波乱万丈のプラスチック化への挑戦であったが、部品点数の削減によるコストダウンと、軽薄短小化へのたしかな第一歩として意義のあるものであった。

図 4.9

初代壁掛エアコン

現時点において、この壁掛セパレート型は、ルーム

4.3 驚異の超薄型セパレートエアコン開発
4.3.1

商品のライフサイクル上の差別化ポイント

エアコンの世界的な基本形となっている。2013 年の

一般の消費者を対象とする商品の開発は、ライフサ

ルームエアコンの世界需要は、家電製品協会の家電産

イクル上の位置によって、他製品と差別化するポイン

業ハンドブック 2015 版によると約 8290 万台と記載さトが変化するといわれている。ライフサイクル初期のれている。このうち 83％がセパレート型であり、残導入期は、その商品の基本性能が競争のための訴求ポ

りの 17％が一体型と推測される。そしてセパレート

イントである。エアコンであれば素早く、良く冷える型の約 90％が壁掛型である。

ことである。次の成長前期には、このよく冷えて、さらに静かであるという基本機能に付加する第二次機能

室内機のオールプラスチック化と軽薄
短小化（低騒音等）が差別化の重要ポイントとなるといわれ

壁掛セパレート型の普及期の初期は、室内機はキャ

基本的・付加的機能等の差別化では、消費者に説明しビネット本体も金属、ラインフローファンも金属、コなければならないし、消費者も基本的なことはすでにントロールパネルも金属で、前面パネル以外はすべて知識として所有しているから、差別化の訴求点にはな金属だったが、室内機の軽量化と部品点数削減のためりにくい。そこで必要とされるのは、消費者が見ただにプラスチック化へ三菱電機が挑戦した。当時、プラけでわかり、納得できるものである。それは、まさし

スチックは、ねりものと呼ばれ、素材的に破損しやくデザインである。デザインは好みの問題はあるが、すいものという先入観念が強い時代であり、社内での説得の必要性はない。特に、量販店で各社商品を並べ説得がまず必要であった。当時はビール瓶の 2 ダースて販売している場合には、差別化はデザインの場合は入りの運搬用ケースがプラスチック化され市場に出回

一目瞭然問答無用である。差別化の訴求ポイントとしり始めたときであった。開発担当者は、宴会場の上て、考えねばならないのは、視覚的に非言語学的に理司の目前で、この 2 ダースの ビールの入ったケース

解されることであるが、デザインは、好みがあるのでを持ち上げ、床の上に落下させて見せた。このドラス

突飛なものは考えられないし、エアコンの室内機といティックなデモンストレーションで開発は一層加速さう、ただの箱体のものを本質的に否定することはできれた。また、同じような説得が、部品のプラスチックない。その点からいえばそれほど選択肢はなく、室内成型を委託していた外注メーカーにも必要であった。

機の奥行寸法が検討の対象となった。このようにし室内機のキャビネットは、大型の部品で、成型を依頼て、この成長期の段階でのデザイン上の差別化が壁掛

4.2ている。さらに商品の普及が進んで成長期になると、エアコン技術発展の系統化調査

121

セパレートの超薄型化であり、これは同時に消費者の着くのは仕方ないので自由に付けさせ、着いた露を巧

ニーズにも応えるものだとの確信を深めた。

みに集めて冷却器についた露と一緒にして排水するドレン処理構造とした。このための断熱材の厚さ分は少4.3.2

薄型の目標寸法値の決定プロセス

なくても奥行を削減できるし、部品点数は減るし、断壁掛エアコンの初期では、各社のエアコン室内機の熱材の張り付け作業のバラツキによるクレームもなく

奥行寸法は、26～29cm であった。新しい目標の寸法なり、一石三鳥となった。この考え方は、なかなか信を決めるにあたっては、まず人間工学的に検討し、視用してもらえず、「着露して壁が朽ちて落ちてくる」

9）のよとの風評が競合メーカーから流され、事実メーカーにうになる。この図からいえることは、従来のエアコン

よっては導入を何年か見送っていたところもあった。

覚的に圧迫感のない範囲を描いてみると図 4.10

は、かなりはみ出しており、これを約半分ぐらいにす

一般消費者は、各メーカーの製品が、大型量販店のると理想的であることがわかる。そして、技術的な可展示壁面に一斉に並んでいると、いやでも薄型モデル

能性とは別に、目標値を取りあえず 15cm と決めた。

が、隣接して展示されている従来の厚型製品に引き立

そして、最大の目的である従来のエアコンとの視覚てたてられ、問答無用で売れていく現象となった。

的差別化ができて消費者が好んで選択してくれることを検証するために、各寸法の実物大モデルを作成し、（2） 逆展の発想そのⅡ --- 熱交換器の着露と薄型化専門の調査パネルにより得られた結論も上記の寸法を室内機には大きな熱交換器があるが、これを薄くす

裏付けてくれた。またエアコンは冷房専用から冷暖房

るにはパイプとフィンによる熱伝達の効率化が必要と兼用形への変化に供えて取付位置が下ってくることになる。アルミのフィンは、表面を光沢化して風圧損失なる。そして薄形化が更に必要になるとの予測も要因の低減を図るのだが、撥水性が強くなり、フィンに水となった。

滴が保持されて、風が通る面積が小さくなるので熱交換の効率が低下する。薄型の熱交換器をさらに薄くするためには、逆にフィン間隔をできるだけ小さくしたい。このために、従来の考え方の逆転の発想で、フィンの表面を撥水性から親水性に変えることにした。
フィンの表面に親水性の表面処理を施すと図 4.11 10）のように、フィン間に水滴がたまらず、フィン間隔を最小限に小さくでき、熱交換器の薄型化に成功した。

図 4.104.3.3

視覚的な安定感の確保

薄型化のための逆転の発想

差別化のための技術開発にとって重要なことは、そのための技術は高度であり、技術的にも意味のあるものでなければならない。なぜなら他社が簡単にまねで

図 4.11通風抵抗となるフィン間の水滴きるようなものだと、差別化し、優位性を主張できる
期間が、短期間に終わってしまうからである。この差別化のための技術革新を記述するが、いずれの場合にも従来の考え方にはない発想の逆転が色濃くにじみ出

122（3） 逆転の発想そのⅢ --- 冷媒管の共振防止に接着剤
転用
熱交換器周辺の冷媒配管は、小型化のために管径をていた。

小さくすると、シユッ、シュッという冷媒流音が耳障りと（1） 逆転の発想そのⅠ ---: 断熱材の削除

なってくる。この共振音を消すために、ゴム質のパッチ

従来の室内機の壁面と接する背面には、分厚い断熱を加熱して巻いてゆく。これの巻き付けは温度の高く柔材が張り付けてあった。これは、住宅壁面への着露防

らかい時に取り付けるため、しかも微妙な形にまくため止のためであったが、これを露は本体背面の低温部に手袋が使えず、自動化もできず作業改善が不可欠であっ国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. Marchたが、ここでも逆転の発想で、本来は接着剤であるホッ

室外機の取り付け方として、外壁にも掛けられるよトメルト剤をパッチ代わりに転用するということにし、しうなものにするのも目的の一つである。従来の室外機

11）

は、地面の上の通風条件の良い目立たないところに置

かも自動化に成功して作業性の向上も図った。図 4.12型に軽薄短小時代を切り開いた製品の外観を示す。

かれているため、外観も単純な四角い黒系か濃い茶系の色彩であったが、この薄型は、2 トーンカラーで淡い色彩とし、おしゃれで汚れも目立たないものになった。市場ではこの新しい室外機を室内機と見間違えるという声もあった。
このための技術開発は、図 4.15 14）小型のロータリー
圧縮機の使用と、従来の 3 点支持の取り付けを上下の2 点支持に代えたこと、さらに圧縮機の高温に耐える
耐熱防振ゴムの開発も必要となった。また、構造も合

図 4.12超薄型エアコン室内機

理化されていて、従来 40～50 本もあったねじ類が 6本にまで削減され工数低減に大きく貢献した。

以上のように、数々の技術革新を通して得られた成果の評価は、予想以上であった。本来の薄型化の目標
は、上記のように 15cm であったが、第二次 4 オイル
ショックの影響で冷えていた景気回復のために 1 年発売を早めたため、第一号機は 17cm だったが、市場の評価は期待以上であった。この時のコマーシャルの
内容は、大手新聞の漫画のテーマにも登場し、小学生の子供たち間にも物まねが流行するという一種の社会現象となった。図 4.13 12）は、視覚的に 17cm の長さが確認しやすい指の形に置き換えた物まねのシンボルマークである。

図 4.15

スペースセーブ取り付け

4.4 多様な形態の室内機の登場
超薄型エアコンの流通界における予想以上の反応に
図 4.13

薄型 17cm のシンボル

対して、その翌年から薄型化の競争は激烈となり、後に 10cm を切るものも現れ、この薄さ競争の成果は、

4.3.4

薄型軽量室外機の登場

室内機の薄型化が登場して 2 年後、三菱電機は、図
13）

4.14

天井近接型やその他の形態のエアコンの登場につながった。代表的なものは、次のようなものであった。

室外機の薄型化を開発・製品化した。これは、
4.4.1

天井近接型エアコン

図 4.16 15） に示す天井近接型は、三菱電機が初めて

図 4.14薄型室外機

図 4.16

コスモクール

エアコン技術発展の系統化調査

123厚さ 1 けた台の 9.9cm であり、空飛ぶ円盤が想像されることから、コスモクールの愛称があった。また、図4.17 16）は、パナソニック製のコーナーエアコンも登場したが、これも、前者と同じく壁面取り付けであった。

4.4.4

図 4.19

天井吊下げ型室内機

図 4.20

天井埋め込み型室内機

店舗用超薄型床置エアコン

店舗用エアコンの従来の 45cm スクェアタイプから据え付け床面積を二分の一にしたスーパースリムシ
リーズを三菱電機が開発した。店舗等商業施設・事務図 4.17

所用として、エアコン床面積縮小分がそのまま営業面

コーナーエアコン

積の拡大と多様化につながり、好評であった。技術的
4.4.2

額縁型エアコンには、本体の薄型化のために、薄型大口径のシロッコ

17）は、奥行寸法 8.9cm で、本物の額縁に近ファンを上下に配置し、その前面吸い込み口に垂直にい奥行であり、業界での一般室内機の約半分の薄さで熱交換器を配列している。図 4.21 20）に設置例を示す。

図 4.18ある。愛称アートクールという互換性のある絵画付きのエアコンであり、ようやく現れ始めた先進家庭での複数台需要を考えたものであったが、エレベータにつけられたケースもあった。最初の絵画付きエアコン
は、三菱電機製であるが、後に他のメーカーからも発売された。

図 4.21

薄型床置きエアコン

4.5 室内機マルチ型エアコン
石油危機による大幅な石油価格の高騰のため、省エ
図 4.18ネルギーや代替エネルギーへの対応が不可欠となった。

アートクール

特に、1979 年 6 月の「エネルギー使用合理化法（省エ4.4.3

天井取り付け型エアコン

ネ法）」公布では、省エネルギーに関する関心が高まり、天井型エアコンは、天井吊下げ式と、天井埋め込み

こぞって空調機のエネルギー消費効率（EER）の向型がある。本格的な天井型は取り付けられる天井の構上への取り組みが強化された。家庭用で、空調機のス造や強度面から業務用エアコンに多く、図 4.19
天井吊下げ型、図 4.20

19）

18）

は

は天井埋め込み型である。

ペースセーブ性、省エネルギー性、施工性から、1 台の室外機に複数の室内機が組み合わされるマルチ方式が開発された。家庭用以外の業務用にもマルチ方式が展

124

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March開され、小型分野では店舗やオフィス用のパッケージ

全に取り扱える。

エアコンに、さらに大型のビル用にも、新たな市場を

このような特長によって、社会に受け入れられ、中拡大していった。現在は業務用のビル空調は、スペー

規模建物の空調システムはセントラル方式からビル用

スセーブ性、省エネルギー性、施工性から、このビル

マルチによる個別分散空調方式に変わってきている。

型マルチが国際的にも一般化している。機能的にも、この流れは超高層ビルまでにも及んでいる。図 4.24 23）

室外機の能力との関連で、室内機切り替え式、同時運に大阪・梅田センタービルの事例を示す。なお、この転式、追加増設型と多種多様である。図 4.22用マルチである。図 4.23

図 4.2221）が小型

流れは、国際的な動向ともなっている。

22）

は、ビル型マルチである。

小型用マルチ

図 4.244.5.1

梅田センタービル

ワイドシーズン化とワイドスペース化

マルチは、1 台の室外ユニットで 2 台・3 台・4 台の室内ユニットを組合すことができる独特のセパレート型なので、生活設計に合わせて室内ユニットを買い増して行くことができる。価格的にも特に 2 台目は 1
台目の半分近くの価格で買い増しができるタイプもあり、2 台目需要には有利な選択条件となる。
図 4.23

ビル用マルチ

業界の製品開発の方向が、ワイドシーズン化の方向に進み、冷房のほかに、除湿や暖房機能付きなどのオー

大規模ビルなどの空調は、設計事務所や空調設備業

ルシーズン化によって使用期間が広がりつつあり、機者が中心に、セントラル方式が確立しており、それにな

能が多様化している。同時に空調対象のスペースも広りの省エネルギー化は進んでいたが、中小ビルの空調はげることで、セントラルクーリングとしての多様化と空調機にしても、システムの面でも確立されたものがな

ワイドスペース化も進めることができ、ビル用エアコ

く、省エネルギ―化の面でも大きな課題であった。そこ

ンの転換期とも考えることができるようになった。

で、従来の空調システムや新しいシステムについて、省
エネ性、個別制御性、経済性、操作性などを総合的に4.5.2

検討してゆく中で、ルームエアコンの「マルチタイプ」と（1） 2 台目、3 台目の追加に便利なマルチ冷房回路

セントラル空調方式の天井埋め込みカセット型のファンコ
イルの両商品をつないだ新しい商品への指向から、ビル
マルチ方式がタイキン工業から製品化された。
その主な特徴を総括すると次のようになる。
①

年間のランニングコストが従来のシステムに比較して約 20～40％も安い。

②

個別制御、部分運転ができる。

③

省スペースで設計施工も容易である。

④

新除霜方式の採用で快適性に優れているほか、安多室用ルームエアコン「マルチ」の考え方を備えた室外ユニット
室外ユニットに内蔵されているマルチ冷房回路の働きによって、1 台の室外ユニットで、2 室以上の冷房ができる機能を持っていた。従って、2 台目からは室内ユニットだけを増設するだけでよく冷房する部屋を計画的・経済的に増やすことができた。
（2） 同時運転・切り替え運転が自由自在
マルチルームエアコンは、1 室だけを集中的に切り替

エアコン技術発展の系統化調査

125

え冷房することも、2 室以上を同時冷房することも可能

極めて低く、これが、3 室用・4 室用となると、夜間であった。例えば、昼間は居間だけを集中して冷房し、でも同時運転される機会は低くなる。

家族のそろう夜間は、居間と寝室あるいは、子供部屋

また、昼間の負荷の変動を正確に計算してみても、をというように、生活の時間帯に合わせて、無駄無く、夜間の負荷は、昼間の平均 60％程度で、同時運転時自由に使い分けができる独特の工夫がされていた。

の能力アップ分を含めて 62.5％の能力があれば、夜間は十分に冷房できることになる。

（3） 室内ユニットを全部同時に運転すると全冷房能力が約 25％も自動的に増大する。
2 室冷房を例にとると、室内ユニットの能力の 2 倍まで室内ユニットの接続が可能で、この場合室外ユ

こうした能力を生かすと家庭内での一日の時間帯に合わせて同時運転・切り替え運転が経済的に使い分けできる。図 4.27 26）、図 4.28 27）、図 4.29 28） にマルチの多様な設置例を示す。

ニットは、125％の能力を発揮する。従って、切り替え運転時（室内 100％運時）2000kcal/2240kcal/h（50/60Hz）の能力のユニットが、2 室同時冷房運転（室内 200％運転時）をした場合は、25％アップして2500/2800/h の能力を発揮することになる。従って、
図 4.25 24）及び図 4.26 25）のごとく、各室内ユニットはそれぞれ 62.5％の能力を発揮することになる。

図 4.25

図 4.26

図 4.27

2 室同時切り替冷房

図 4.28

3 室同時切り替冷房

図 4.294 室同時切り替冷房

マルチの能力の変化

負荷率の変化対応

同時運転時には、各室の能力が約 62.5％に低下することから、能力不足が懸念されるが、実際の問題としては、ユーザー調査においても問題にならなかった。
まず、2 室の場合でも昼間に同時運転される稼働率は126

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March4.5.3

ビル用マルチの各種の特性

マルチ型エアコンの特性としては、まず省エネ性があり、さらに省スペース性、快適性、管理メンテナン
ス性、工事施工性等があり、多様な合理化のためのメ
リットがある。
（1） 省エネルギー性
一般的なビルのエネルギー消費の割合は、空調熱源
30％、空調用搬送動力 25％、照明・コンセント 23％、その他（給湯・衛生等）22％と言われている。空調部
分が半分以上を占めており、ビルの省エネルギーには、空調熱源と空調の搬送動力の低減が絶対条件であ

図 4.30

ビル用マルチの維持費比較る。ビル用マルチには以下の 4 つの特徴がある。
①

機器単体のエネルギー効率の高度化

室内ユニットは、天井埋め込み式で設置スペースが空調機器のエネルギー効率の向上については、ロー不要となり、100％床面積が活用できる。

タリー型やスクロール型の新型圧縮機搭載により、一（3） 快適性

段と省エネルギーを推進した。
②

冷媒制御により搬送動力の不要化

個別制御により使いたいとき、使いたいところで、ビル用マルチは、送風ダクト用ファンモーターや冷きめ細かな空調が可能となる。ガス・灯油などの燃料

温水循環ポンプなど、一般ビルのエネルギー消費でや冷温水・冷却水が一切不要の全電気システムだか

は、照明を上回る空調用搬送動力がほとんど不要となら、各室からのリモコンスイッチ一つで始動し、運転る。この部分は圧縮機による冷媒制御だけで済み、省操作性がよく、しかも早い立ち上がりで、快適性を向エネルギー空調を大幅に前進させた。

上させた。室内ユニットは天井埋め込み式であるから③

気流分布も優れている。

個別制御可能で無駄な電気の使用をカット
使用時間帯、使用場所に合わせて、室内ユニット 1

台ごと、各室での個別・部分運転が可能となる。しか（4） 管理性・メンテナンス性

も、各室内ユニットに付属した 2 ステップサーモの作

ガスや灯油などの火を使わず、大気汚染の問題がな動により、圧縮機（1 台当たり）は 100％運転→ 50％

いため、排気ガスの管理が不要となる。また、冷却運転→停止、と能力を 3 段階に制御する。その結果、水を使わないため、水質管理の手間やクーリングタ

年間の維持費は他方式より約 29～35％削減すること

ワー・冷却水ポンプのメンテナンスが不要である。まができた。

た、室外ユニットは 1 台であるため集中管理が可能と④なる。

ヒータレスだから暖房時も節電運転
従来は、デフロスト（除霜）用の熱を室内から汲み運転操作に、危険物取扱主任者、ボイラー技士の有上げて使用していたため室温が低下した。それを防止資格者がいらず誰でも簡単に操作できる。そして、個するために、電気ヒータを使用していた場合もあった

別制御方式であるため、各室の電気使用量もメータをが、ビル用マルチには、新デフロスト回路を開発し、接続すれば簡単に管理できる。

霜取り用熱を外気から汲み上げることによって、室温の低下がなくなり、そのための電気ヒータが不要となり、ここでも節電が可能となる。ビルマルチ方式の他
方式との年間維持費の比較したものを、図 4.30

29）

に

示す。

（5） 工事・施工性
ダクト工事・冷温水・冷却水配管工事が一切不要となり、工事は、一時側電源接続以外は、冷媒配管・ドレン配管・連絡配線工事などで済み、コスト低減と工事期間短縮になる。

（2） 省スペース性
室外ユニットは、1 ユニット方式で、しかも屋上設

また、冷媒配管長が長いため、建物の増改築時やシステムの交換時なども比較的容易となる。

置のため、ビル内の空調用機械室が不要となり、建築
スペースが有効活用される。

エアコン技術発展の系統化調査

1274.6 コンパクト室外機の開発技術
従来の室内機の薄型化・コンパクト化技術は進んだが、室外機のコンパクト性については、大きさ、重量、
エクステリア性、据え付け性等あまり検討されずにきた。
当時エアコンの室外機については、主要構成部品である
圧縮機、送風機、熱交換器、インバータ電源部、冷凍サイクル部品等の構成や配置はほぼ確立されており、小図 4.32

横型スクロール圧縮機

内部構造

型・軽量化を図るためには従来の室外機に比べて小さな
容積内に基幹部品を高密度に配置した構造が要求され、技術的な困難度が高く、かつ、各要素部品は、小型化、高効率化、低騒音化を両立する技術が必要であったが、最初にパナソニックにより開発・製品化された。

（1） 加工精度と組み立て制度の高度化
スクロール圧縮機について横型にすると、軸受と回転軸間に縦型にはない重力のアンバランス作用で、軸受の上部と下部では、クリアランスが異なる傾向があ

4.6.1

コンパクト化技術

り、それが潤滑油の挙動に影響し、それをカバーする

コンパクト室外機の概略構成を図 4.31

30）

示す。横

型スクロール圧縮機が真横に置かれ、その真上にプロためにより精度の高い加工精度とクリアランス管理が必要となる。

ペラファンが配置され、熱交換器は左右、背面を覆うように配置されており、流入する空気の流れが、偏っ（2） 潤滑オイルの供給た流れにならない状況で、背面、左右からプロペら

横型化の場合のオイルの供給は、横に寝かせると、ファンに到達するようにして、送風機の低騒音化がは

縦置きの場合と同量のオイルを入れても、オイルレベ

かられた。冷凍サイクル部品は、高密度に実装されてルが低くなり必要なところに到達しない。そこで、冷おり、インバータ電源部は、天面部に配置された。ま媒が吐き出されるところのオイルのレベルが上がるとた、圧縮機はコンパクトに収納可能な形態と低振動、いう現象に着目して、その現象を利用して適切なオイ

低騒音、高効率が新たに要求された。またブラシレス

ル循環量を確保した。

DC モータを 搭載した完全横型形式の小型横型圧縮機が初めて開発・製品化された。

4.6.3

室外機構成部品のコンパクト化技術

室外機の各部構成部品のコンパクト技術としては図4.33 32）のようになり、具体的には、次のようなものである。
（1） 送風機に関する開発技術
送風機の小型化は不可欠であり、そのためには、小口径のプロペラファンを高速回転させることによる騒音増大が課題となり、大幅な低騒音化が必要となった。レーザドップラーによる流れの計測、音響インテンシティ法による音源探査等の当時の最新計測技術による徹底的な解析を行い、ファンの形状を従来の円弧図 4.31コンパクト室外機

翼から、流量特性が優れている非円弧翼とし、ファンの前縁先端に三角形の突起を設置して、半径方向から

4.6.2

横型スクロール圧縮機の技術の空気の流入を円滑化するとともに、負圧面全体に

31）に横型スクロール圧縮機の内部化構造図

ディンプル加工を施して、流れの剥離を抑制し、低騒を示す。従来の縦型スクロール圧縮機を横型にするた音化に成功した。さらにファンから流出する風が衝突

めの開発上の問題点は数多くあったが、その主なもの

する吹き出しグリルの桟部の断面形状を流線化するこは、次の 2 点であった。

となど、細かいところまで最適化を図った。これらの図 4.32128

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

要素技術は低騒音化効果が高いため、ファンの形状がは、図 4.35 34） のように、吹き出し口の外観を丸から変更されても踏襲されている。

角へ、ユニット前面を正方形へと斬新な中にも街並みに馴染むデザインとなっている。

（2） 熱交換器に関する配置上の工夫
熱交換器は、筐体の中で、正面の面積が広く確保できて、流れが左右対称になるように配置した。また、
熱交換器のコルゲートフィンには伝熱管の近傍にリング状の窪みをつけて流れの止水域低減等を図り、高性能化を図った。
図 4.35

新デザインのコンパクト室外機

簡易据付・簡易移動型エアコン
4.7 （セットフリー型）
家庭用エアコンは一般の家電製品と異なり、購入して自宅に届いたら、そのまま使えるという事ではな
く、据え付け工事が必要である。この据え付け工事は
一般的にはプロの専門家に頼まねばならず、その分費用も掛かるしそれなりの時間も必要となる。また、同時に一度据え付けると移動はできない。これらの弱点を補うものとして、簡易工事型で、移動も簡単にでき
図 4.33コンパクトの秘密

るエアコンとして、図 4.36 35） のようなセットフリー
型（水冷・空冷式）エアコンが東芝から開発・製品化

4.6.4

コンパクト化の効用された。

コンパクト室外機は、従来の室外機と比較して、容積は 75％、質量は約 7kg も軽く、必要な設置面積も66％の省スペース化を可能にし、ベランダ等の狭い箇所への設置や、壁面からのエアコンの距離も短縮して、図 4.34 33）のように設置できる。しかも、低騒音、低振動の特性を備えているため、長期間にわたって、高級機から普及機まで数多く展開された。
図 4.364.7.1

セットフリー型エアコン

簡易・簡易移動型の構造・原理

移動型とするためには、冷房機の機械部分は完全に室内に収める必要があるが、冷房機の場合室内から熱を奪った分に相当する熱量を、何らかの形で室外に放出しなければならない。そのため水の蒸発潜熱が大きいことを利用して、本体内で水を蒸発させ、空気を熱図 4.34

室外機の設置

的に高密度の空気として室外に放出させる。このため、従来の冷房機のように、熱放出の媒体として空この室外機の構造は、コンパ クトな構成で高性能

気のみを利用するものに比較して、必要とされる空気を実現する方法で、他の追随を許さなかった。また、の量が非常に少なくて済む。このため、コンデンサー

室外機のイメージを一新したこのコンパクト室外機の冷却用として室内の空気を吸い込み、これを小さな

エアコン技術発展の系統化調査

129

ホースで室外に放出するだけで冷凍サイクルが構成でこのように運転中に常に少量の室内空気を室外に放きる。そのため従来の冷房機に比較して、必要な空出しているため、室内の冷却熱量を損失しているよう

気量は約 1/10 となる。図 4.37 36）に外形図を図 4.38 37）に考えられるが、逆にこの排出空気量は、部屋の中にに原理図を示す。

3 人ぐらい在室した時に、室内空気を新鮮に保つために必要とされる換気量を与えていた。一方、冷凍サイ
クルの冷媒の流れは、従来の冷房機と同様で、圧縮機から吐き出された高温の冷媒ガスは、加熱器及びコンデンサー内を通って凝縮され、キャピラリーチューブ
を通してエバポレータに導かれ、冷媒は蒸発し、室内空気を冷却して圧縮機に戻された。
4.7.2

簡易据付・簡易移動型エアコンの特徴

簡易据付・簡易移動型には上記のような水冷・空冷
式と、他のモデルとして完全空冷式のものもあるが、水冷・空冷式の特徴を整理すると下記のようになる。
図 4.37

セットフリー型の外形図①

据え付けが容易
ホース一本、戸の隙間等から出すだけで、従来のエアコンのように、据え付け工事を必要としなかった。
②

運搬ができる自在キャスターと運搬用ハンドルがついていて、部屋から部屋へ移動することができ、使用する部屋が限定されない。また、シーズンオフとなると適当な場所にしまっておくことができた。
③

騒音が小さいこの冷房機には、室外に機械部が出ないために、屋外での騒音は非常に小さかった。
④

ワイドクール＋スポットクール
据え付けは床面の任意の位置におけるので、ガイド

ベーンを前に倒せば直接冷風に当たることができ、ワ
図 4.38

セットフリー型の原理

イドクール方式に加えて、スポットクール用としても使用できた。

蒸発に使用する水は、カートリッジタンクで供給さ⑤ドレン処理不要れた。水を入れたカートリッジを装置に差し込めば室内空気を冷却するとともに、除湿した水は、そのカートリッジの中の水は、自動的に底部の受け皿に供ままコンデンサーの冷却に使用するため、ドレンの処給され、受け皿の水位は、常に一定に保たれた。この理は不要となった。

受け皿の水はポンプでコンデンサー上部に汲み上げ、⑥

外気温度による直接的な能力影響が少ない

散水装置を通してコンデンサーに一様に散水する。水

ただし、冷房効果は、冷房負荷（外気温度、日射量、はそのままコンデンサーを濡らし、一部蒸発しながら換気量在室人員数等による熱負荷）のバランスにより自然落下し、受け皿に再び戻る。一方、コンデンサー

より与えられるので、室外温度により冷房能力は変わ

側の空気は、コンデンサー下部から吸い込まれ、コンらなくても冷房能力は一定ではなかった。

デンサー部を上昇し加熱、加湿されて、コンデンサー
通過後は温度 40℃以上、湿度 90％以上となる。この

130

4.7.3

安全性の確保高温、高湿の空気は更に加熱器（圧縮機から吐き出さ

この機種は水冷・空冷方式であり、水を利用して運れる高温冷媒を利用したもの）を通過させ、空気の相転するので、水がなくなると直ちにその機能を失うと対湿度を下げた状態にし、室外側ファンにより、排気同時に、電気入力も増加し、冷凍サイクルが不安定とホースを通して室外に放出した。

なる。この不安定状態を避けるために、次のような三国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

重の安全装置を備えていた。
①

水流スイッチ
水がなくなると直ちに圧縮機を停止させ、断水の表示ランプが点灯した。
②

高圧スイッチ
圧縮機の吐き出す冷媒圧力が規定値以上になった場

合、速やかに圧縮機を停止させた。
③

オーバーロードリレー
圧縮機に流れる電流が、異常に増加した場合や、圧図 4.39

インスタントカップリング構造

縮機の温度が異常に高くなった場合に圧縮機を停止させた。

4.8 インスタントカップリングと据え付け性
室内外ユニットをつなぐ冷媒のコネクト方式は、1966 年当時はワンショット方式、インスタントカッ
プリング方式とフレアー方式の 3 種類があった。いずれにしてもコネクト技術は、簡単なようで難しく、据え付け時の失敗もあり各社苦労していた。この中でインスタントカップリング方式は、アメリカの軍事用技術で戦闘機が空中給油を受けるときのカップリン
グ技術を応用したメタルシール方式のもので、冷媒回路の接続方式として全メーカーが採用していた。工事

図 4.40フレア方式の構造が楽で失敗も少ないのが利点であったが、接続部が大きく膨らみ「卵を飲んだ蛇」と顧客の外観上の不満があった。ここでも三菱電機は、この改善に挑戦し、部
品メーカーと共同で細くて小型のものの開発に成功し4.9 熱交換器のコンパクト化た。最も歓迎されたのは据え付け業者からで、フレア

エアコンの熱交換器は、基本的に図 4.41 40） のよう

方式は、いくら頑張っても、一日当たり 2～3 件だっなフィンアンドチューブ式であり、銅パイプにアルミたがインスタントカップリング方式は、その 2 倍は据製の薄板の組み合わせで、現在でもこの基本形は変え付けられるので、据え付け料金も 2 倍稼げることにわっていない。ただし 1970 年ころに銅パイプにアルなる。また急に気温が高くなり、急にエアコンを買い

ミのスパイン（棘状突起）を巻き付けたスパインフィ

たくなるという駆け込み需要が発生して、据え付け能ンというのがアメリカの小型窓掛式エアコンで製品化力が足りなくなり、据え付け待ちで、顧客にも不満が出てくることを防ぐことにもなった。このインスタン
トカップリング方式は、即応性があるという事で長い間占有率向上に貢献したが、量販店の販売比率が高まるとともに、価格志向が鮮明となり、フレア方式が主役となった。インスタントカップリングの据え付け方
法を図 4.39 38）に、フレア方式を図 4.40 39）に示す。

図 4.41

フィン & チューブの構成

エアコン技術発展の系統化調査

131

されたが一般化はしなかった。
4.9.1

フィンの進化

エアコン用熱交換器のフィンは、冷媒からの熱を、
銅パイプを介して空気側に伝える機能なので、空気にいかに効率よく熱を伝えるかで改良されてきた。
初期は、表面に凸凹の無いフラットタイプが主流であった。製造上の強度を維持するために一部ビード（縦長の浅い溝）を持つものもあった。その後、表図 4.43

内面溝付き管面積を増やす目的で、おりがみのように浅く折り曲げた形ができ、これをワッフルフィンと呼んだ。まもな

4.9.3

熱交換器の配置と構成

く、小さな縦長の略長方形の「切りおこし」をつけた

熱交換器の進展は、エアコンの形態変化及び効率向

スリットタイプが登場し、現在に至っている。また、上に由来する。例えば壁掛タイプの室内機の初期は、図

蒸発側（結露水や霜の着く側）に使用する熱交換器は、4.44 43）のように、平らな熱交換器がほぼ垂直になってい結露水が表面張力で留まってしまうと、風の流れを阻るのがほとんどであった。省エネとコンパクト化競争も害してしまうため、表面の親水性処理等が開発されあり、各社とも同一スペースに多くの熱交換器を収容すた。この表面処理は、親水性の目的以外に耐塩害や意るための工夫が行われた。その結果、図 4.45 44）に示し

匠目的もあった。アルミニウムの薄板の表面コーティ

たように、くの字型のもの、3 枚使用のラムダ型のもの、ングは材料メーカーとの共同開発になることが多かっ

5 枚使用の多段曲げ型、スペース効率を最大にした円弧た。図 4.4241）に多様なフィンの種類を示す。

タイプというように工夫が凝らされた。現在は、各メー
カーとも円弧タイプとラムダタイプをベースにした熱交換器の仕様が多い。
効率向上を目的とした場合、パイプの直径へのアプ
ローチがある。細径化と多パス化や同一熱交換器内でパイプの径を変えたりする場合もある。

図 4.424.9.2

フィンの種類

チューブの進化

熱交換器の銅パイプは、冷媒の熱をアルミフィンへの伝熱効率の向上により、進化してきた。当初は、パ

図 4.44壁掛型の基本配置

図 4.45

熱交換器の進化

イプは、フラットでベア管と呼ばれるものであったが効率を上げるために、薄肉化を図った。次に、パイプの内面に小さな山をつけた内面溝付きのリップル
チューブが発展した。そして、溝や山の形状、溝の本数である条数、角度等が多数検討された。製造上の制約もあり、現在では数種類に集約されている。図 4.43
42）に内面溝付きのリップルフィンチューブを示す。

いずれにしても、エアコンの熱交換器は、以下の機能を有しており様な、その特性上、エアコンの 3S の基本
機能そのものをと直接的に左右する基幹部品である。
①

熱交換器の配置スペース効率によるスペースセー
ブ機能

132

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March②

熱交換器の伝熱量確保によるエネルギー効率化機③

21）ダイキン工業カタログ

198122）前掲同上書

能爽快性確保のための対流制御機能

23）前掲同上書
24）前掲同上書【引用・参考文献】

25）前掲同上書

1） 霧ヶ峰物語（ 40 周年記念誌）三菱電機静岡製作所

26）前掲同上書

2） 前掲同上書

27）前掲同上書

3） 前掲同上書

28）前掲同上書

4） 送風機・圧縮機
5） 三菱電機技報

産業図書出版

29）前掲同上書
30）松下テクニカルジャーナル

1978-1150 周年記念号

6） 霧ヶ峰物語（40 周年記念誌）三菱電機静岡製作所

31）前掲同上書

7） 前掲同上書

32）前掲同上書

8） 前掲同上書

33）前掲同上書

9） 前掲同上書

34）前掲同上書

10）前掲同上書

35）東芝レビュー

11）前掲同上書

36）前掲同上書

12）前掲同上書

37）前掲同上書

13）前掲同上書

38）霧ヶ峰物語（40 周年記念誌）三菱電機静岡製作所

14）前掲同上書

39）前掲同上書
40）東芝

15）前掲同上書
16）パナソニック

カタログ

1998

カタログ

41）前掲同上書

17）霧ヶ峰物語（40 周年記念誌）三菱電機静岡製作所

42）前掲同上書

18）ダイキン工業カタログ

43）前掲同上書

198144）前掲同上書

19）前掲同上書
20）三菱電機カタログ

1968-121981

エアコン技術発展の系統化調査

133

5｜省エネルギー型エアコン技術の系統化
エアコンに要求される省エネルギー技術革新は、宿5.1.1

ロータリー圧縮機の開発

命的なものであり、現在のように地球温暖化対策問題

ロータリー圧縮機のあゆみは、冷凍用としては、が顕在化する以前から、そしてエアコンが普及し始め

1930 年代に米国の GE 社が冷蔵庫用に商品化したのる初期の段階から第一次オイルショックの洗礼を受が始まりである。空調用としての商品化は、米国 GEけ、以降、消費エネルギーへの抑制がまず最優先の課

社で 1960 年である。日本では、東芝が 1969 年に市題となってきている。一方、消費者にとっても、エア場に登場させ、従来は主として家庭用エアコンに搭

コンの消費電力量は、他の家庭電器品に比較しても圧載されてきたが、2001 年に容量の大きいツインロー

倒的に多いし、しかも、一家に複数台が設置されてい

タリ圧縮機が東芝キャリアから業務用エアコンに導入るので最大の関心事である。

され、さらに、インバータ駆動の大能力のものが開発

エアコンの省エネルギー技術は、構成する機能部品の効率アップとエアコンシステムの効率アップとがあるが、され、業務用空調機の分野にも多く用いられるようになった。

最終的には、これらが混然一体となって総合効率 EER

ロータリー圧縮機の大きな特徴は、設計圧縮比が存（Energy Efficiency Ratio エネルギー消費効率＝冷房ま在しないことである。ほぼ 100％がインバータ制御とたは暖房能力 kW/ 消費電力 kW）が改善されていくこなった日本のエアコンは、圧縮機が広範囲の圧力条件ととなる。エアコンへのインバータ技術の導入は、エアで運転される。ロータリー圧縮機では設計圧縮比が存

コンの省エネルギー化、ヒートポンプ暖房機の低外気温

在しないということは、圧力条件が大きく変化しても度時での爽快性の改善等の高機能化、低騒音化等に貢それに追随でき、効率の低下が少ない。従って、エア献したが、省エネルギーについては特に大きく貢献した。

コンの定格条件だけでなく、幅広い運転条件において高効率運転が可能である。特に低負荷、低回転時にこ

5.1 高効率圧縮機の開発技術の特徴が発揮され、断熱性が良い最近の日本の住宅においては、年間を通じての省エネルギーに大きく寄

エアコンの消費電力を中で約 80％を占めるのが圧縮1）

与している。また、ロータリー機構を 2 個有するツイのように、圧縮機用

ン・ロータリー圧縮機は、駆動時の振動が少ないた

電動機も含めて、各種の圧縮機が開発された。種々のめ、インバータによる高速運転時にも、騒音・振動面機であり、1960 年頃から図 5.1

圧縮機の形式とその用途を示したのが図 5.2

2）

である。

で有利である。
（1） ロータリー圧縮機の構造
図 5.3 3）にロータリー圧縮機の内部構造の一例を示す。構造は密閉シェルの上部にモータ、下部に圧縮機構部が配置され、モータはシェルに焼嵌め、圧縮機構
部はアークスポット溶接により固定されている。シェ

図 5.1

図 5.2

134

圧縮機の変遷各種圧縮機の用途

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

図 5.3

圧縮機の内部構造

ル内は吐出圧力となっていて、シリンダー内を偏心回

いくら部品の高精度加工ができていても、組み立て

転するローリンクピストン、ピストンに追随し高低圧時に変形させてしまっては、意味がない。圧縮効率をを仕切るベーンによって圧縮が行われる。図 5.4 4）に上げるためには、組み立て時の部品変形防止が重要とエアコンに使用されているローリングピストン型ローなる。ロータリー圧縮機では、圧縮機構部を組み立て

タリー圧縮機の内部構造を示す。

るときのボルト締めによる変形と機械部をシェルに固定するときのアークスポット溶接による変形が主なものである。前者については、締め付け面形状や締め付
けトルクの最適化、後者については、最適な溶接点の検討、溶接部品の柔構造化、溶接用の別部品を用いるなどの対策が変形防止には必要である。
④

各部クリアランスの最適化
ロータリー圧縮機の効率向上のポイントとして、圧縮室各部のクリアランスの最適化があげられる。圧縮室のクリアランスは、圧縮中の冷媒の漏れを発生させるが、狭ければよいというわけではなく、狭めすぎは
図 5.4

圧縮部機構

かえって摺動抵抗を悪化させ、また、給油不足を引き起こすため、最適値が存在する。最近のロータリー圧（2） 圧縮機機構部の効率向上

縮機においては、部品加工精度の向上と組み立て時の①

部品の変形防止に関する製造技術により、各部のクリ

圧縮機構部品寸法の最適化
近年の地球温暖化対策のための冷媒変更に伴い、圧アランスはほぼ最適の値まで狭められている。また、

力が 1.6 倍、同一排除容積での冷凍能力が約 1.4 倍と冷媒の再膨張による損失を最小とするためにトップクなるため、効率的に最適にするための圧縮機構部設計

リアランスボリュームを最小とすることは従来行われが必要となった。冷凍能力を同一とするために、排ているが、これに最も影響の大きい吐出ポート部の厚除容積を従来のものの 70％にしなければならないが、さは、最近ではほぼ加工的に可能な限界まで肉薄化さそのための設計的な手段としては、次のような変更をれている。

行う必要があった。
1）シリンダーの厚さ
2）偏心量（ストローク）（3） モータの効率向上
近年の圧縮機用モータは、進歩が著しい。これは、3）シリンダー内径

日本におけるインバータの普及がほぼ 100％に達してまた、効率向上だけではなく、信頼性確保の観点かいることとも関連が深い。初期のインバータ機に使ら、各部設計寸法の再選択が必要となった。冷媒変更

用されていたのは、誘導電動機であったが、その後永に伴い、漏れ損失や再膨張損失が増えることが予測さ

久磁石を用いた DC ブラシレスモータへの切り替わりれるから、吐出ポート部形状見直しが必要で、死容積が急速に進み、2000 年になると、普及タイプのものの最小化、ローリングピストンベーンの形状最適化によまで DC ブラシレス型になってきた。モータについてるシール性向上が図られる。そして、さらに、摩擦損失

は、図 5.5 5）の如く、集中巻き線方式では、従来のもの低減のために、摺動部の形状変更が必要となった。

のに比較して、コイルエンド部が非常に小さくなり、②

銅損の大幅な低減が図られた。

部品加工精度の向上
ロータリー圧縮機では、高い部品加工精度が要求され、特にシリンダー周りでは、絶対寸法のみならず平面、
直角度も重要な因子となる。このため、加工技術開発による高精度化だけでなく、設計的にも高精度加工しやす
い部品形状とするなどの改善が必要となる。一例として
は、初期性能に最も影響の大きいベーン溝摺動部について、研磨仕上げを導入した例や、ブローチ加工の技術向上による面粗さ向上などがあげられる。
③

組立時の部品の変形防止

図 5.5モータの改善エアコン技術発展の系統化調査

135（4） ツイン・ロータリ圧縮機②

下側シリンダーに吐出圧力を導入、差圧による力をいるだけだが、ここにもう 1 組加えて 2 組の圧縮機構なくして、ベーンをローリンクピストンから浮き上がを持つものがツイン・ロータリ圧縮機である。従っらせ、磁石に吸い付けさせる。これにより、圧縮室がて 2 台の圧縮機が同一シェルに格納されている。そし形成されず圧縮は行われない。

て 2 つのシリンダーを選択的に運転すれば、大幅な容一方、シャフトの回転方向を切り替えることによ

量制御が可能となる。近年、住宅の高断熱化や高気密り、能力の切り替えを行う方式も開発された。2 個の化が進み、家庭用エアコンは定格より小さな能力で運シリンダーで、排除容積を異なるものにしておいて、転する時間が長くなっているため、年間を通じて省エ

クランク部にクラッチを設けている。シャフトの回転

ネルギー、期間消費電力を低減できる。期間消費電力

方向を切り替えることにより、ラッチのかみ合う方向を低減するためには、年間を通じての断続運転をできが変わり圧縮するシリンダーが切り替えられる。2 個

るだけ避け、低能力時運転が多くなるようにし、しかのシリンダーは排除容積が異なることから能力を変化

も低能力運転時の高効率化を図る必要がある。ツインさせることができる。機械的に冷凍能力を切り替える

ロータリー圧縮機は、2 個の圧縮機を個別に作動させ、方法としては、以前より、吐出ガスを吸入側へバイパ

機械的に能力を半減させることができるので、インスする方法があったが、バイパスによる圧縮損失が大バータと組み合わせて、さらに大きな能力の可変幅できく、また、能力変化比が大きく取れないなどの欠点使用できるため、その分だけさらに効率向上が可能とがあった。可変シリンダー方式はこれらの欠点を改善なる。

しているものである。

図 5.6

6）

はデュアルステージ機構と呼ばれているものであり、簡単な機構により、2 個の圧縮機のうち、

5.1.2

スクロール型圧縮機

片側だけを動作しないようにしたものである。構造とスクロール圧縮機のアイディアは中世のイタリア

しては、半能力運転時に動作させない側のシリンダーにまでさかのぼるといわれているが、現代的には、にはベーンスプリングを設けず、同シリンダーの吸い

Freux（仏）の 1905 年の米国特許が始まりである。

込み口を電磁弁により吐出側、吸い込み側と切り替え

しかし、自動車用や空調用に実用化したのは日本であられるようにしている。動作原理は、次のようなものる。日本には高い加工技術の蓄積が貢献している。
スクロール圧縮機は、構造的には、1 対の同一形状であり極めて損失の少ない方式である。
通常の 2 シリンダー運転（全能力運転）の時の渦巻体（スクロールラップ）の組み合わせからなり、ベーンスプリングを設けたシリンダー（上側シリン

圧縮が連続的に行われ、圧縮空間の漏れが少なく高いダー）による圧縮動作により、下側シリンダーのベー

効率と静粛な運転が可能であり、構成部品が少なく、ンに差圧が働き、ローリンクピストンに押し付けられ摺動部の滑り速度が小さいため、高い信頼性が期待でて下側のシリンダーでも圧縮を行う。

きるなど本質的に優れた特徴を有している。

①

図 5.6

136

1 シリンダー運転の時

本来のロータリー圧縮機は、圧縮機構を 1 組備えて

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

ツインロータリー機構

（1） スクロール圧縮機の原理と特徴

ら吐き出しまで複数個の圧縮室が介在するため、圧縮

スクロール圧縮機の構造を図 5.7 7）に示し上部が固室間の漏れが少なく高い効率と静粛な運転が可能であ定側スクロール、中間部が旋回スクロール、下部がクる。構成部品が少なく、摺動部の滑り速度か小さいた

ランク軸である。図 5.8

8）はスクロール圧縮機の圧縮め高い信頼性が期待できる。

作動原理である。スクロール圧縮機は、平板上に渦巻状の羽根（ラップ）を持つ固定スクロールとこれと基（2） スクロール圧縮機の沿革

本的に同一形状の偏心クランク軸により駆動される旋一対の同一形状の渦巻体を組み合わせて流体を移送

回スクロールとを 180°位相をずらして組み合わせたする概念は古く、1800 年代後半から 1900 年代に欧米もので、その間に形成される三日月状の密閉空間（圧からエンジンや流体モータ、ポンプ、圧縮機等の機構

縮室）が、両スクロールの相対運動により容積変化をとして多くの特許が出ていた。しかし、シール技術等生じることを利用した回転式圧縮機である。旋回スクへの認識や精密加工技術等から実用には至らなかっ

ロールは、互いのラップ側面が接した状態で、一定のた。1970 年代になり、米 ADL 社が、流体機械に関す旋回半径で、自転することなく（すなわち同じ姿勢をる研究を始めた。そして多くの特許を取得し、多くの保ったまま）公転する。旋回スクロールの公転運動

企業に技術提携により、スクロール圧縮機の開発が提につれて、圧縮室が中心部に移動するとともに順次そ

案され、これを契機に各企業が開発を始めた。初めの容積を減少してガスは圧縮され、固定スクロールのての実用化としてはサンデン（株）が 1981 年に ADL

中心部に設けられた吐き出し口から排出される。動作社の協力を得てカーエアコンとして製品化し、そし原理から理解されるように、作動ガスは連続的に圧縮て、1983 年に業務用エアコンとして日立製作所が製され、吸い込み弁も必要としない。また、吸い込みか品化した。
（3） スクロール圧縮機の開発技術
エアコン用途にスクロール圧縮機が実用化された要因としては、開発企業の総合力にあると思われるが、特に整理してみると下記のようになる。
①

加工技術
最初は、塑性加工の中で最も量産性が高い鍛造技術を追求し、素材も、最初は加工力を少しでも小さくするためにアルミを検討したが、強度的に不足して鉄系に変えざるを得なかった。製品の大きさから、鍛造は
図 5.7

圧縮機構造

切削加工性に問題があり、結局鋳物素材に切削加工することになった。エンドミル加工によるスクロール
ラップ加工は、最も高精度が要求され、試行錯誤の末、インボスクロール専用の加工設備が完成した。測定技
術も、ミクロンオーダーの精度が要求され、しかも測定時間の点からの生産性向上はかなり苦労した点である。
②

滑り軸受技術従来の圧縮方式はレシプロ（往復動）型であり、軸受は一方向変動荷重であったが、これに対して、スクロール圧縮機は荷重方向が移動する回転荷重であり、軸受には常に片あたりが生じ、これに加えて、溶媒溶
解量が大きく低粘度になる高圧チェンバー方式のためレシプロ型より過酷な条件である。このような条件で軸受信頼性を確保するために、軸受材質の選定と給図 5.8

圧縮機の作動原理

油構造の最適化が大きな課題であり 1983 年になって完成した。1986 年には、省エネルギーと爽快性向上

エアコン技術発展の系統化調査

137

のために、インバータ駆動の圧縮機が開発され、30～2） 可変ピッチ（厚み）ラップ : 基礎円半径が伸開角

115Hz の運転範囲の拡大が要求されるようになった。

に応じて変化するインボリュート曲線や代数螺旋を低速運転において、従来の鉛青銅合金軸受では油切れ基本とする形状を用いてスクロールラップの厚さが生じた。この課題を解決するために、無給油でも使や、溝幅が中心部と外周部で異なる形状を開発し用できる樹脂含浸青銅軸受や転がり軸受の採用によった。圧力差の大きな中心部のラップは厚く、圧力差て信頼性が確保された。

の小さい外周部のラップを薄くするなどして寸法的③制約を満たし、より漏れが少なくて強度を持たせる

表面処理技術スクロール圧縮機のラップの隙間が効率に与える影響を調べた結果、径方向隙間より圧倒的に軸方向隙間

ラップ形状となった。
⑥

液・ガスインジェクション技術の影響が大きいことがわかり、軸方向隙間を小さくす

スクロール圧縮機は、吸い込みから吐出しまで複数ることができた。スクロールラップの摺動部は鋳物材の圧縮室が形成されているため、圧縮過程の途中に噴同士であったために、運転中に焼き付きを起こし運転射口を設けて液あるいはガス状の冷媒をインジェク

不能になる。その対策として、浸硫窒化処理を摺動面ションすることが容易である。このため低温用では吐に施すことにより焼き付きを防止することができた。

出ガス温度を上げないため、液インジェクション冷却

また、表面の馴染み層を厚く処理して、両ラップを噛方式を採用して、R22 や R410A などの冷媒を用いてみ合わせて摺動させ、その結果として、軸方向隙間を

蒸発温度を－ 45℃まで運転を可能とする図 5.9 9）のよ最小にすることできた。表面処理剤としては、浸硫窒

うな液インジェクション冷却方式が可能となる。

化物以外として、リューブライト（リン酸マンガン被覆）が同等の性能が得られることがわかり、設備・処
理費及び処理後のひずみ量が少ないことでリューブラ
イトを選定し、今日でもスクロール圧縮機の摺動部に用いられ信頼性抜群の画期的な処理剤として使用されている。
④

モータドライブ技術
スクロール用モータは、最初は冷蔵庫用として開発され、アウターロータ型であったが、容量の大きいエ
アコン用としては、従来通りインナーロータ方式とした。スクロール圧縮機は、トルク変動が小さく、モー
タの負荷としては理想的な特性で、スクロールモータ
として、業務用のエアコンでは従来の誘導モータが採用された。しかしその後、家庭用のエアコンにおいてインバータが検討され、インバータ家電大国に発展しモータにも大変革がおこった。モータの変革は、誘導電動機から DC ブラシレスモータに代わり、これに

図 5.9

液インジェクション技術

PAM 制御回路が導入されて、インバータの価値が激（4） 開発成果増した。
⑤

スクロール形状研究所と工場が密接に協力して開発した結果、性スクロールラップを形成する渦巻状の曲線として、能、信頼性、量産性、コストについてそれぞれの目標

各種の展開が考えられる。通常は取り扱いの容易な円を達成した。スクロール圧縮機は、それまでの高効率の伸開が用いられているが、寸法上の制約や性能向上

圧縮機に対して平均 10％の効率向上、体積で 40％のを目指して新しい形状も開発された。

小型化、重量で 15％の軽量化、5dB の騒音低減化が

1） 非対称ラップ : 一層の高効率化や小型化、高信頼達成された。表 5.110）は製品化された空調用スクロー性化を図る方法として、当初の対称的な配置のラップに代わり、固定スクロールの巻き終わり角を旋回
スクロールの巻き終わり角より大きくした非対称
ラップを開発した。

138

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

ル圧縮機の仕様をまとめたものである。

表 5.1

スクロール圧縮機の製品化シリーズ

5.2 インバータエアコンの開発技術によりエアコンの消費電力と COP（効率）について
どのように改善されていったかを示したものである。

電子化 IT 技術の大革新は、エアコンの高機能化に大きく貢献したが、インバータ応用製品は、表 5.2 11）の如
く身近に数多くある。この高機能化とは、エアコンの運転開始時の冷房・暖房能力の増強、目標負荷時近くでの小電力・高効率化、低外気温度での高暖房能力化、エアコンの振動抑制制御による低騒音化等である。
表 5.2

インバータ化製品事例

図 5.10

図 5.11インバータ化のメリット

インバータ化による COP の改善

インバータ技術の原点は、米国 GE 社に発するが、日本での実用化は、電車モータの制御が最初であり、インバータの出現より生じた、エアコン業界の大きその後、工場現場の産業用電動機の制御に広く使われな変化についてみてみる。図 5.12 14）において、日本のた。この産業機器から初めての量産に、応用したのがエアコンによる冷暖房機の主流化の流れと、図 5.13 15）エアコンであり、量産のためのコストダウンと小型化にインバータエアコンの暖房最大能力（外気温度 7℃）に、トランジスタ、サイリスタ等の電子素子及び回路と年間消費電力量の推移を示す。この図から、7 年間の技術開発が大きく貢献しており、応用範囲がさらにで暖房最大能力は、1.6 倍、年間消費電力量は 43％に拡大し、日本はインバータ大国と言われるようになっ低下したことがわかる。特に、インバータの PAM 制

た。なお、エアコン用へ初めて導入したのは、東芝で御技術が、暖房能力の強化に貢献している。

ある。
図 5.10 12） は、インバータ化による一般的なメリットを整理したものである。図 5.11 13） はインバータ化

エアコン技術発展の系統化調査

139直流電力はインバータ部で任意周波数・任意電圧の三相交流電力に変換されてモータに供給される。そしてIGBT（Insulated Gate Bipolar Transister）に代表されるスイッチング素子によって交流に変換される。一方、任意の電圧・周波数を作成するようスイッチング
素子を制御するために、マイコンが用いられ三相交流波形の生成、各種のモータ制御が行われる。また、永図 5.12インバータによる冷暖機の増加

久磁石モータを用いたシステムでは、ホール素子などの位置センサを用いないでモータ電流や電圧から回転位置を求める位置センサーレス制御が行われる。

図 5.135.2.1

インバータによる暖房能力の強化

インバータエアコン技術

従来のエアコンは、図 5.14 16） の如くモータの回転数は一定で、高回転も低回転もできなかったため、パワーは低く、電気代は高かった。これに対し、インバータは、圧縮機用モータの回転数は自由に変えられるもので、機能的には、インバータとは、周波数変換装置のことである。
図 5.15①

回路構成図

コンバータ部
これは、ダイオード整流回路であり、冷凍機や空調機で広く利用されている方式として単層電源では、全波整流や倍電圧整流があり、三相電源では、三相全波整流回路がある。
②

インバータ部
これは、スイッチング回路であり、整流回路で変換

図 5.14インバータによる回転数の変化

された直流電力を、スイッチンクデバイスを用いて高速に制御することで任意の周波数・電圧に変換するた（1） インバータの回路構成

めの回路である。負荷となるモータが 3 相であること

インバータは大別して、電圧型と電流型に分かれるが多いため、通常 3 相フルブリッジと呼ばれる構成とが、家庭用や中小型の業務用エアコンは、大型のものなっている。3 つの各相（UVW）毎にプラス側に 3を除いて電圧型であり、モータに対し電圧を供給し、個のスイッチングデバイスと、マイナス側に 3 個のス

その電圧を制御することで電圧源として駆動する。こイッチンクデバイスから構成されており、都合 6 素子れに対応した回路構成を図 5.1517）に示す。商用電源から供給される交流電力は、力率改善用の大容量リア140で 3 相インバータを構成している。
③

制御部・電源部

クトルを通してコンバータ部の整流ダイオードに供給

インバータ部で波形生成するための制御信号を作成される。その後に電解コンデンサーで平滑されることする。負荷が誘導モータの場合には V/f（電圧 / 周波で直流電力に変換され、インバータ部に供給される。

数）一定制御を、負荷が永久磁石モータの場合には位

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March置検出・制御を行う。

5.2.2

直流インバータ技術

インバータは、モータの制御方式の一つであるが、（2） 使用部品

制御対象のモータについて、交流用の誘導モータと直①流用永久磁石モータがある。後者用のインバータが直スイッチングデバイス
主なものは、サイリスタ（SCR）、GTO（Gate Turn

Off Thyristor） や パ ワ ー ト ラ ン ジ ス タ、MOS-FET

流インバータであり日立ジョンソンコントロール空調が先行した。

（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）、
IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）が用いられているが、空調装置では、IGBT が広く普及している。
②

マイコン（1） 誘導モータ駆動方式
V/f（電圧 / 周波数）一定制御を用いて上位コント
ローラから与えられた指令回転数に基づいて PWM

マイクロコンピュータは、一般的空調機では、ユー（Pulse Width Modulation）制御することで出力周波ザーからの温度指令や各部センサ情報を元に空調機数と電圧を決定し、スイッチング素子を制御すること

制御やインバータ制御を 1 チップマイコンで行ってで所望の交流電力をモータに与えて駆動する方式であいる。1 チップマイコンとは、各種演算を行う演算る。誘導モータの回転数は、駆動周波数とモータ極数ユニットとプログラムを格納する ROM（Read Only

並びにすべりから決まることから、インバータの出力

Memory）、 一 時 的 な デ ー タ の 格 納 す る 場 所 RAM

周波数を変化させればモータの可変速運転が可能とな（Random Access Memory）、外部機器を制御する入る。V/f 一定制御とは、駆動周波数を変化させるとき

出力端子、外部から入力されアナログ信号をデジタに、インバータ出力電圧を同時に変化させることによルに変換する AD 変換器、波形を生成する各種タイ

り、モータの可変速運転を可能にし、モータ効率、力

マー・カウンターを 1 つのパッケージにまとめたもの

率を低下させないようにする制御方式であり、電圧である。

（Voltage）と周波数（Frequency）を一定の比で制御③することから、V/f 一定制御と呼ばれている。V/f 一

リアクトル
リアクトルは、電源の種類や設計都合によって整流定制御は、誘導モータの駆動制御方式としては、比較された交流側や直流側に挿入する。リアクトルは、そ的簡単で効率が良いことから歴史的にも古く、現在でこに流れる電流を一定にしようとする効果があるたも実用されている。

め、コンバータ部に流れる電流を滑らかにする目的で用いられる。
④

電解コンデンサー（2） 永久磁石モータ駆動（直流インバータ）
一般的には、ブラシ付き永久磁石同期モータとブラコンデンサーは、電荷を蓄積することにより、電圧をシレス DC モータとあるが、空調用に使用されている一定にする働きがあるため、ダイオードで交流を整流しのは、ブラシレス DC モータであり、ブラシ付き永久た脈流を一定電圧の直流にする役割で用いられている。

磁石同期モータのブラシと整流器部分を図 5.16 18） の

この用途でよく用いられる電解コンデンサーは、内部のように電子的なロータ位置検出器とインバータに置き電解液の化学変化を用いるために、内部温度により特換えたものである。ロータ位置検出器はロータの磁極性が変化するとともに、長時間の使用によって経時変化

位置（角度）を正確に検出し、ロータの磁極位置に応を起こすので留意が必要である。一般には、10℃の温じた適切なタイミングでモータ巻き線に通電する。こ度上昇で寿命が半減するといわれている。

のことで、高トルク・高効率にモータを駆動すること⑤ができる。ロータの磁極位置に対して、不適切なタ

ノイズフィルター
インバータの内部で発生するノイズが外部へ漏えい

イミングで通電すると、必要なトルクが得られず効（EMI .Electro Magnetic Interference）することを防率が低下するだけではなく、最悪の場合は、モータがいだり、静電気や雷などの外来のノイズが内部へ侵入停止する脱調現象が発生する。そのため高精度なモー（EMS Electro Magnetic Susceptibility）し誤動作す

タロータの磁極位置検出が必要となるが、圧縮機内部ることを防ぐため、小型のコイルとコンデンサーからは、高温・高圧の冷媒環境となるため、ホール素子な構成されてインバータ基板の入力部に設けられたり、どの位置検出センサを設けることができない。そこ

インバータ基板の出力配線をフェライトコアに巻いたで、位置検出センサを用いないでロータ位置を検出すものが用いられている。

る方法が各種考案され実用化されている。その各種の検出方法は次のようなものである。

エアコン技術発展の系統化調査

141

図 5.17

DC モータと AC モータ効率比較

モータの特徴を示し、図 5.17 20） モータと誘導モータとの効率比較を示す。
5.2.3

PAM（Pulse Amplitude Modulation）制
御エアコン技術

エアコンの圧縮機回転数制御による分類は、図 5.18 21）のようになる。

図 5.16①

ブラシレス DC モータ

逆起電圧検出方式
永久磁石モータはインバータで駆動するモータとして回転するが、逆に自らの回転によって発電機としても動作している。この発電した電力を逆起電力と呼ぶ。インバータがモータを駆動する際、定められた期

図 5.18回転数制御方式

間無通電とするとその期間に逆起電圧がモータの端子に現れる。その逆起電力のゼロ電圧点を検出すること

圧縮機モータの回転数は、モータに加える電圧の高でロータの位置を掲出することができる。

さにより決定される。しかし、従来のインバータ制御②

では、圧縮機モータの回転数は自由に変えられるが、モータモデル演算方式
マイコンのブログラム内部に、モータの数学的モデ

一定の電圧でコントロールしているため、パワーにも、ルを作成し、モータに流れる電流と電圧を検出して推省エネにも限界があった。そこで開発されたのが、電定演算を行い、数式モデルでモータ内部状態を求め圧の高さで圧縮機モータの回転数コントロールができて、ロータの位置を算出する。このため、複雑な推定

る PAM 制御である。パワーが必要な時には電圧を高演算が必要となり、マイコンの高能力化が必要となる

めて、最高速回転でパワーアップさせ、適温を維持す

が、様々な種類の永久磁石モータを高効率に駆動できるときは電圧をぐっと下げて、超省エネ運転にして、る。また、電流・電圧の検出機能のみが必要で、特別

図 5.19 22）のように従来は得られなかった更なる省エネな回路が不要なため、高性能が要求される空調機では
近年広く利用されている。表 5.3 19）にブラシレス DC
表 5.3

ブラシレス DC モータの特徴

図 5.19142

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

PAM 制御による省エネ運転

とパワーアップができることになる。PAM 方式も日②PWM 制御立製作所が開発先行した。

この方式は、コンバータ部にリアクターとコンデンサーからなるパッシブフィルターを配置し、力率の（1） PAM 制御の特性改善と高周波の制御を行う。また、整流回路と組み合わせたコンデンサー分圧の倍電圧回路により、交PAM 制御を従来の PWM と比較すると下のようになる。

流（AC100V）を直流（DC240V）に変換し、インバー①

タ部に供給する。インバータ部では、この直流電圧回路構成と印加電圧（DC240V）を周波数変換するとともに通流率を変え

PAM 制御の回路構成をブロック図で比較すると図
5.20

23）

のようになり、モータに印加される電圧を図てモータの出力電圧（平均電圧）を可変制御する。

5.21

24）

に示す。この図において、インバータ部は 6③

PAM 制御個のトランジスタ―で構成され、これらを ON/OFF

この方式は、アクティブフィルターでコンバータをさせることにより、モータに印加する速度周波数に応構成し、スイッチング素子を制御することにより、イ

じた交流電圧を作り出している。さらに次のようにしンバータ部に供給する直流電圧そのものを変化させ、て、速度指令に応じてモータに印加する電圧を変え、モータへの出力電圧を制御している。この場合、インモータの速度を制御している。

バータ部ヘの電圧印加は連続（電流通流率 100％）である。
（2） PWM/PAM 複合制御方式
最近はさらに進んで、PWM 制御と PAM 制御を複合して用いるようになり、次のような 2 つの方式が開発された。これらの複合方式を図 5.22 24）に示す。                                   ①低 速 領 域 で で は、PWM 制 御、 高 速 領 域 で はPAM 制御を行う方式
この方式は、図 5.22（b）のように、モータが低速回転の時には、全波整流後の直流電圧を比較的低い電圧（150V 位）に設定してインバータで電圧流通率を変えてモータの出力電圧（平均電圧）を変える PWM制御を行う。この結果、直流電圧を従来より低くしたことにより、モータのリップル電流が小さくなり、
モータの効率が高くなる。また、高速回転の場合、インバータのスイッチングがなくなることから、イン
バータのスイッチンク損失を低減できる。モータでは、脈動電流成分流の減少により、コア内の渦電流損
図 5.20失（鉄損）が低減し、効率を向上できる。以上のこと

PWM/PAM 回路構成

図 5.21

印加電圧比較

エアコン技術発展の系統化調査

143

図 5.22

PAM/PWM 複合方式

から、回転の全域にわたってモータ効率を 2～3％向
上でき、また、回路効率も含めた総合効率もモータ効率と同じくらいの向上が得られる。
②

PAM 制御で電圧を回転速度に応じて段階的に上げ、PWM 制御で細かな電圧制御を行う方式

較的低価格で作れるようになったことによる。

5.3 「見える化」による省エネルギー技術
エアコンのエネルギー消費量を削減する方法は、製

この場合も、モータの効率を向上できる。しかし、品自体のエネルギー消費効率を改善するハードウェア

インバータは低速から高速までスイッチングしているの面と、エアコンの使い方としてのソフトウェアの面ので上記①の方式に比較して、回路効率が悪くなる。

がある。このエアコンの使用者に対してどのように省エネ的使い方を啓発するかが重要だが、この啓発のた（3） PAM 制御方式の効果

めには電気とかエネルギーとか本来目に見えないもの

PAM 方式の効果をまとめると次のように整理できをいかに「見える化」するかが大切であり、様々な手る。

法が開発されている。見える化技術は、三菱電機が先①行開発したものが多い。

力率改善
PAM 制御方式では、アクティブフィルター波形整形作用により、AC100V の電流波形を正弦波にでき、力率を PWM 制御に比較して約 10％向上できる。
（最

5.3.1

グリーンサインによる室温表示

1970 年代後半はまさに電子化時代が到来しつつあ

大力率 90 → 99.5％）

るときで、テレビやオーディオ製品はとにかく一般的②

な家電品には、電子化の波は届いていなかった。この

効率改善
上述のように、モータ効率、さらにはインバータを電子技術をはじめて使用し、技術の先進性と今までで含めた総合効率を向上させる。

きなかった新しい価値の提供を前提に、開発したのが③

グリーンサインである。視覚的にわかるように、当時

暖房能力増大PAM 制御では、モータへの印加電圧の増大により実用化が進みつつあった発光ダイオードを並べて、点トルクを大きくでき、さらに力率を向上して、有効電滅する現時点の室温と連続点灯する設定温度が表示

力を増加できることから、回転数を増して能力を増大し、ある温度帯には健康温度範囲をあえて表示した。

できる。とくに、ルームエアコンでは、低外気温度時

図 5.23 26） に温度表示部を示す。エアコンの表示温度に暖房能力を大幅に向上させることができる。

と、エアコンを使用して室内にいる人間の感覚がずれ④ていることも考えられるので、多くの開発者の家庭に

高周波ノイズ低減
PAM 制 御 で は、 電 源（AC100V） の 電 流 波 形 を試作品を持ち込み、このずれを最小限化すべく徹底的

電圧波形と類似の正弦波にでき、高調波の発生を抑え る こ と が で き る。 高 調 波 に 関 し て は、 国 際 規 格
IEC.1000.3.2 に 準 拠 し た 値 で、1966 年 に 導 入 さ れ た「高周波ガイドライン」で規制されているが、PAM制御を使えば基準値を十分クリヤーできる。PAM 制
御が可能になったのは、力率改善回路及びパワーデバ
イスの進歩により、高機能アクティブフィルターが比144

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

図 5.23

グリーンサイン温度表示部

に家庭の現場で検証を重ね、図 5.24 27） に示すように

内機の前面下部に設置されたモニターには次のような最大公約数的に 26～28℃を健康冷房範囲として明示機能を切り替え表示し見える化を促進した。

した。開発途上では、ダイオードで表示された温度と①

セレクトモニター: 居室者が 2 人いても、温度や正式な温度計と比較してずれているとのクレームのリ

湿度を同時に自動調整するから 2 人とも快適にな

スクにもなり得るし、健康冷房範囲は学問的に根拠がり、適温がみえる。

ないといわれ、また、ただデコレーション的に光って②

エリアモニター: 居室者が 1 人の場合、人の居場いるだけでいいと販売サイドから強く言われた。現在所が見え、そこだけ空調する。ムラ無し運転では生の室温が適正であるかどうかがすぐに、しかも常に見活エリアを表示する。

えるし、冷えすぎによるエネルギーロス防止と、健康③

クリーンモニター: 居住室の空気や室内機をきれとの関連性も理解できるからと、あえてリスクを冒しいにしている時に点灯する。例えば、脱臭空清運転て製品化した。視覚に訴えたわかりやすさは市場で好時、内部クリーン運転時、フィルターお掃除メカ運評であった。この時期は、オイルショックのあとの省

転時等である。

エネルギー促進時代であり、東海道新幹線が車内冷房

表示部（三菱電機）全体を示したのが、図 5.26 29）

温度を健康のために 27℃に設定すると新聞発表したである。

時でもあり、エアコン開発者の実験による判断の正しさを裏打ちしてくれた。三菱電機関係者説得のために実施したモニター調査結果を図 5.25 28）に示す。

図 5.265.3.3
図 5.24

健康冷房範囲エアコン本体表示部

音声モニターガイド（1） 音声によるガイダンス
ルームエアコンに対する開発の基本条件は、スペース
セーブ、省エネルギー、快適性、安全性、操作性などが挙げられる。ここで、一般家庭において操作性を重視した理想的マンマシンシステムをエアコンに求めるとすれば、それは機械自身が言葉を持ち、今、何を知らせるべきか・すべきかを判断し、ユーザーに話しかける
対話形式が考えられる。例えば、現在の室内温度、タ
イマーのセット時間、誤操作時の注意、上手な使い方の図 5.25

温度表示好感度

ポイントなどを家庭内において違和感なく、言葉で伝えてくれれば従来搭載されているグリーンサイン等の室温

5.3.2

電気代・CO2 排出量機体表示

表示との相乗効果により、人間の五感の重要要素である

室内機についているモニターで、電気代や CO2 排

目と耳とに伝達する効果は大きいといえる。それが、ハ出量を確認したり、ムーブアイ機能で節約した電気代

ンディタイプのワイヤレスリモコンで遠く離れた位置からや CO2 排出量の節約度を確認できる ECO チェック機

コール（音声の呼び出し）できれば、「離れている」こと能がある。また、運転開始時や停止時には、予測値

が、音声に大きな意味を持たせることになる。そのため、や計測値を自動的に表示することができる。ここで、人間の音声の特徴を分析圧縮して記憶再生する音声合

ムーブアイ機能とは、8 つのセンサーを駆使して、①

成半導体技術により、音声モニターガイドエアコンを三人の居場所が見える、②人の状態が見える、③床の温菱電機が見える化の流れの中で開発した。

度が見える、④壁からの距離が見える機能である。室エアコン技術発展の系統化調査

145

（2） 音声モニターの回路のセット、風向コントロールなどの運転制御が、例え「エアコンが言葉を持つ」この新しい試みをユー

ば、ソファに座っていても、ベッドに寝転んでいてもザーの立場に立って考えるとどんな言葉が相応しいの可能となった。遠隔到達距離は約 5m であった。

か、様々な角度から検討し選択し、図 5.27

30）

のような

（3） 音声合成による音声発生機構

音声メッセージと発生論理を開発した。音声は、音声

音声モニターエアコンのエレクトロニクス制御は、

モニタースイッチによりコールされた時のみ発生応答

図 5.28 31）のように 2 個のマイコンを使用した。図の中する、音声モニタースイッチは、室温設定確認スイッのマイコン（1）は、空調機としての運転制御を受け持チを兼用しており、その信号を受信すると、エアコン

ち、マイコン（2）表示出力のサーチと「音声モニタ―」

本体の表示部室温表示グリーンサインが室温表示から

発声文章の編集、音声合成 LSI の制御を分担させた。

設定温度表示に移行してエアコンの前面パネル上部に内蔵された直径 5.5cm、連続出力 0.5w の小型スピーカ
より、図 5.31 の図中のような言葉を女性の声で発生する。現在の設定温度、入切タイマーの残存時間が発光
ダイオードで表示され、さらにエアコン本体から遠く離れていても、音声で確認することができた。

図 5.28

マイコン制御ブロック図

人間に対する機械の最も理想的な出力装置の一つとして音声出力装置が考えられてきた。しかし、音声情報は複雑であり、その処理には高速の制御装置や大容量のメモリーが必要であった。そのため民生用機器における実用化が困難であった。半導体集積技術の向上に伴い大容量メモリーとともに 1 チップ音声合成 LSI が出現
図 5.27

音声メッセージ

エアコン特有の動作である 3 分間保護機能、霜取し、安価な音声出力装置の実用化が可能となった。音
声出力機構は、図 5.29 32）のように、ワンチップマイコン（2）、音声合成 LSI、音声データメモリー、フィルター回

り、予備運転など、一般のユーザーには分りにくいが、機能上必要な運転状態を言葉で聞くことができる。そのうえ暖め過ぎ、冷えすぎ、フィルター清掃の時期などの省エネルギー的使い方のアドバイスを受けることができる。音声合成 LSI にあらかじめ記憶した言葉をマイクロコンピュータによって室温制御内容に応じた文章を編集して音声を発する回路である。
操作は着脱式リモコンにより、「音声モニター」のコール、電源の入切、室温のコントロール、タイマー

146

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

図 5.29

音声合成ブロック図

路、及びアンプから構成されている。 コントローラのマ

では、この人間の脳のように、たくさんの情報を経験

イコン（2）には、4 ビットマイコンを用いており、図 5.28

から学習したパターンに照らして、的確な判断を下すの運転制御用マイコン（1）からの情報を 12 本の LED 駆

制御手法のことである。

動信号を介しての検出している。マイコン
（2）は、
「音声

②

快適の 6 つの要素

モニター」が押されたことを検出した後にフローに従っ

快適の要素は、多種多様であり、室内の温度だけでて、処理を行う。多くのメッセージを、1 チップの音声は決められるものではなく、同じ温度に設定した場合

データメモリーに格納するために、「時」「～です。」「～

でも、床や壁などが温まっているかどうか、あるいはいたします。」などの複数のメッセージに用いられる音声

風が直接体に当たるか当たらないかによって、感じ方をデータ段階で他の音声とは分離したプログラムによっは異なってくる。つまり、図 5.30 33） のように温度・て編集出力する方法を用いている。音声データを細か

湿度・気流・輻射、そして人間の活動量・着衣量の 6く分離したため自然性に欠ける箇所はあるが、この方式

つの組見合わせにより決まってくる。

により多くのメッセージが出力可能となった。音声合成
LSI には、PARCOR 方式のものを用いており、マイコン（2）によるメッセージの指定に対応した音声合成出力を行った。この音声合成 LSI では、2 種類のビットレートの選択が可能であるが、高ビットレートを用い音質向上を図った。音声合成 LSI より出力される音声波形には、
高域雑音成分が含まれているが、2 段のローバスアク
ティブフィルター回路を用いることにより、雑音成分を除去し、自然な音声に変換した。また、回路上の消費電力を抑えるために、すべての運転表示用 LED が消灯した時には、マイコン（2）は、電源回路からの－ 10V を遮図 5.30

快感の 6 要素断した。
③
（4） 製品化時の留意事項

ニューロによる快適感の解明
快適感を決めるために、温度・湿度・気流・輻射と冷暖房エアコンのように家庭用電気品の中で比較的の関係は、途方もなく複雑に絡み合っていて、一定の高額な商品に音声を用いる場合には、発声する文章の決まりがないので、従来の技術では、それらの関係は選択や発声するタイミングや音質の選択が製品のイ解明できない。従って、ニューロ技術を使って、膨大メージに与える影響は非常に大きい。そのための留意なデータの中からその傾向と関係を推測することにな

事項としては、命令口調ではなく、確認、問いかけのる。具体的には、外気温、室温変化、部屋の大きさ、口調とするなどの配慮が必要であった。

家屋構造など、約 100 万通りの状況とその時の快適感
を、学習データとして、あらかじめ入力しておき、そ

5.3.4

ニューロ・ファジィ自動制御技術

コンピュータ技術の発展とともに、ニューロとかファジイという技術の応用途が拡大されているが、家電製品ののデータをもとに、快適感を推測し、常に快適になる
ように 4608 通りの制御を行うことになる。その流れを図 5.31 34）に示す。

制御の面でも導入され、使い勝手の高度化が図られている。ニューロ & ファジイは、エアコンの室内・外ユニットに内蔵されているソフトであり、ニューロ制御は、暖房・冷房・ドライのいずれの運転中でも作動し、ファジイ制
御は、暖房運転の時のみ作動する。これら各種制御技
術は、パナソニックが開発面で積極的に成果を上げた。
（1） ニューロ制御技術①

ニューロ制御とは図 5.31

ニューロの流れ

人間の脳は、巨大な数の神経細胞（ニューロン）が結合してできた巨大なシステムのことであるが、ここ

エアコン技術発展の系統化調査

147

④

ニューロ制御の効果 :運転の立ち上がりスピー

ドの制御の事例
早朝の暖房運転の事例についてみると、従来の制御方式では、設定温度に達していても壁や天井が冷え切っているせいで実際は寒く感じられた。ニューロ制
御による場合はいろいろな情報を総合して「設定温度より高めの暖房を行う」判断をする。外気温が上がり、日差しが差し込んでくると「設定温度より少し低め」の暖房に切り替わる。この流れを示したのが図5.32 35）である。環境条件の変化によって人がいちいち

図 5.33

ファジイ制御による効果

操作する必要がなく、エアコンをつけながら「少しぐ
らいの寒さなら辛抱」等のような事はなくなった。

③

簡単操作の「壁スイッチ」によるお任せ運転「壁スイッチ」では運転 / 停止・タイマー・キープの 3 つのボタンだけで、一度リモコンでセットしておくと、細かい操作をしなくも、「ニューロ & ファジイ」
が運転を快適に自動コントロールしてくれた。
「かべスイッチ」を図 5.34 37） に示す。運転 / 停止ボタンを押すとリモコンにセットされた運転を開始した。キー
プボタンを押すとキープ運転、低消費電力で室温をソフトに冷暖房する、を開始した。タイマーボタンを押すとワイヤレスリモコンであらかじめセットした入り
切り時刻でタイマーが作動した。
図 5.32

ニューロの効果（2） ファジイ制御技術①

ファジイ制御とは「すごく」「やや」「ほんの少し」といった人間の感覚に近い判断をする制御である。従来のコンピュータ
では、気温でいうと「暑いか」「暑くないか」の判断

図 5.34

ファジイスイッチ

しかしなかった。暑さにもいろいろな温度がある人間
5.3.5の感覚に近い制御がファジイ制御技術である。
②

ファジイ制御の効果

霜の量を正確に「推測」し光センサーによる自動制御

光センサーを利用して周囲の明暗を検出して、昼夜て霜取り運転方法を判断する事例の適温を維持する仕組みである。日立ジョンソンコン

従 来 は 運 転時間と熱交換器の温度から除 霜 運 転

トロール空調が開発した。

を す る か 否 か を決めていたが、そのために 実 際 には霜は着いていない場合も暖房を一時ストップして無駄な除霜運転をしていた。ファジイ制御による睡眠中の室温は、身体の新陳代謝が減少するため、と、室外機は、外気温・運転時間・熱交換器の温度

冷房時はやや高め、暖房時はやや低めにすることが、の 3 つ状態を検知して、実際の霜の着き具合を推測

健康上もまた省エネ上も理想的である。通常運転時にする。その際には、「運転時間は長いほど多い」「外おいても、昼と夜とでは輻射熱の差により同じ温度に気温度が高く熱交換器温度が低いほど多い」といっ冷房しても夜のほうが涼しく感じられ、同じ温度に暖た数々のインプットされたルールの中から霜の着房しても昼のほうが温かく感じる。おやすみ・おさえ

き 具 合 を 細 か く判断し、必要なだけの除霜 運 転 にめ回路はこのような考え方に基づいた室温コントロー

留 め る。 快 適 感 を 向 上 さ せ る と と も に、 省 エ ネ ル

ル機能であり、リモコンのつまみを少なくし、操作を36）

簡易化してほしいという消費者の要望に沿って開発さ

ギ ー も 達 成 さ せ た。 従 来 制 御 と の 比 較 を 図 5.33

れたものある。光センサーにより、部屋の明るさを検

に示す。

148

（1） お休み回路とおさえめ回路

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March出し、自動的におやすみ・おさえめ運転をするもので転をセーブする形になる。光センサーによるおさえめある。光センサーには CdS（硫化カドミウム）セル

自動は、冬ならば太陽が昇って部屋に日差しが入ってを利用した。図 5.3538）に、明るさによりとセル電流

くると室温を自動的に 1℃低めに制御する。夏なら日が沈むと自動的に 1℃高めになり、どちらも身体に感が変化する特性を示した。

じる快適さを変えずに経済的な運転を行えた。
②

光センサーによる「おやすみ自動」

おやすみになるときは、暖房運転は室温を低くした方が寝苦しくなく、経済的となる。冷房時には、少し室温を上げた方が寝冷えなどを防げる。光センサーのおやすみ自動は、タイマーをセットし部屋の照明を消すと 1 時間後自動的におやすみ回路がスタートさせた。冬なら温度を 5℃低めに、夏なら 2℃高めにし、経済運転を行った。

5.4 新冷媒対応技術
図 5.35光センサーの特性

5.4.1（2） 周囲環境と照度

冷媒に関する新しい動き

エアコンの冷媒に関する変遷の流れを第 2 章で図解

従来の機種は、ユーザーが好みの温度を設定、温度した。近年、オゾン層破壊や地球温暖化についての地センサーで室温を感じながら設定温度を保つように自球環境規模での対応策が検討されている。冷媒につい動運転をしていたが、設定温度自体は条件に応じて手ても、地球環境保護に配慮した製品が強く求められて動で設定する必要があった。光センサー付きの機種いる。

は、室内の明るさを光センサーで感知し、晴れの日の昼間（300 ルクス以上）、曇りの日の昼間や電灯を使（1） 冷媒フロンの使用上の規制

用する夜間（5～300 ルクス）
、消灯時（5 ルクス以下）

従来のフロンに関する規正法は 2007 年の特定機器の 3 種類の状態に応じて設定温度を上げたり、下げたの使用済フロン類の回収・破壊を目的としたものでりできた。このためその都度設定温度を切り替える手あったが、現実は使用中に機器からの漏えい量が極め間が省け、省エネルギー運転も可能となった。

て多く、フロンの回収率が約 32％と極めて低いことが判明した。この漏えい量削減のために、法改正とし（3） おさえめ自動とおやすみ自動の一日のはたらき
この両者の一日のはたらきを示したのが図 5.36 39）て、2015 年にフロン排出抑制法が施行された。この法では、業務用パッケーシエアコン以上用のフロンである。

メーカ、フロン関連機器メーカ、施工業者、エアコン①

使用者と対象が大幅に拡大されるとともに、冷凍空調

光センサーの「おさえめ自動」
日差しがあるときとない時では、部屋を暖房して同機器の点検や漏えい量の報告が義務付けられた。フロ

じ快適さを得ようとすると、日差しがあるときのほう

ン類による地球温暖化対策を強力に進める新冷媒へのが温かく、その分エアコンの運転をセーブすることが転換も急務となった。

できる。また、夏なら日が落ちれば、その分、冷房運

図 5.36

オゾン層破壊に関しては、R12 に代表される CFC

光センサーのはたらき

エアコン技術発展の系統化調査

149

（クロロフルオロカーボン）冷媒が、まず全廃された。

地球温暖化に影響を及ぼす温室効果ガスとして、二1995 年のモントリオール議定書で R22 に代表される

酸化炭素は有名であるが、実は、従来使用されてきたHCFC（ハイドロクロロフロオロカーボン）冷媒も規

フロン系冷媒も極めて強力な温室効果ガスに分類さ制対象となった。これまでに、塩素を含まず、オゾン

れ、二酸化炭素の GWP 値の 1 万倍以上の GWP 値を層を破壊しない代替冷媒として、R407C、R410A と持っているフロンガスも存在していた。現在 GWP 値

いった HFC（ハイドロフロオロカーボン）冷媒が検が最も小さい HFC 系の冷媒は R152a であるが、その討・使用されてきた。取りあえず省エネルギーを重値でも GWP ＝ 124 である。EU の F-gas 規制の基準視した R410A が用いられた。さらに地球温暖化係数

が GWP ＝ 150 であることは、1 つくらいは GWP150GWP の少ない HFC32（R32）への切り替えが始まっ

以下のもの R152a を禁止しないで残しておくが、すた。

べては禁止であるという HFC に対する強い姿勢を示すものと解釈されている。

（2） 新冷媒 HFC への規制

地球温暖化への影響度を表現した GWP 値は「地球従来、フロンの GWP 等に関する規制はなかった

温暖化を引き起こす因子（それぞれの物質が熱エネル

が、2016 年 10 月 10 に国際会議で 200 カ国が合意しギーをどのぐらい保持できるかを示す瞬間放射強制規制が決定され、日本も、フロン類の生産に関する法力）」と「大気中に含まれる濃度」と「大気中に放出整備が不可避となってきた。規制の内容は、日本も含後の経過時間」の 3 項目の積で計算される物質固有値

む欧米先進国は、基準年（2011-2013 年）に比して、で、特に同様な計算値を二酸化炭素の値で割って比で2036 年に 85％削減という厳しいものであり、やや遅あらわしたものが GWP 値となる。

れ気味の日本の今後の展開が期待される。

熱エネルギーを吸収しやすい物質にて関しては、
GWP 値は大きく、また安定性高い物質も簡単には分5.4.2

新しい冷媒に求められるもの

新しい冷媒には、次のようなものが求められる。

解されないということで大気中に長く残り続け、地球温暖化に及ぼす影響は大きく、GWP 値は大きいと判

オゾン層破壊係数 ODP ゼロ、すなわちオゾン層断される。冷媒は、高性能で寿命が長い商品である家破壊に関係がないもので基本的には塩素を含まない

庭用冷蔵庫、ルームエアコンなどに用いられ、購入時ものから交換せずに使用され、さらに 24 時間連続稼働す①②

低 GWP、すなわち地球温暖化への寄与が少ない
もので、基本的にはライフタイムが短いもの③

低可燃性で、基本的には水素原子がゼロまたは少るわけであるから、必然的に安定度抜群の優れた物質であり、GWP 値も宿命的に大きくなる。
新冷媒の条件は、GWP 値が小さいことは言うまでもない。大気中での分解促進を考慮した冷媒として二ないもの
高い冷媒性能があること、すなわちサイクル計算

重結合を持ったオレフィン系物質が注目されている。

及び実機試験で、予測性能および実機性能の高いも別なアプローチとしては、GWP 値の高い冷媒に、④

GWP 値の低い冷媒を混ぜて、GWP 値の低い混合冷の（1） オゾン層破壊 ODP 特性媒を作成するということが検討されているが、機器製

オゾン層破壊問題の対策は、モントリオール議定書

作者側での取り扱いが難しく普及しにくい。

で大幅な展開が行われた ODP をゼロにするために基本的に塩素をゼロにしなくても、1 個ぐらいはいいの（3） 可燃特性ではないかとの意見もある。ODP 値は「ゼロ」が良

オゾン層破壊対策と地球温暖化対策の 2 つの地球環

いことは間違いないが、物質に少量の塩素が含まれた

境問題対策は、塩素原子を使わないようにすること

場合のオゾン層破壊に影響するリスクを計算し、影響と、大気中でなるべく早く分解してしまう物質を使うがない範囲であれば、いいのではないかなど、詳細がことが現時点での回答である。この回答の中に含まれ更に検討されている。具体的には、オレフィン系のもる物質群に、フロン系冷媒の原型とも考えられる、メのがこの問題に関連している。

タン、エタン、プロパン等の炭化水素がある。
CFC、HCFC、HFC な ど の フ ロ ン 系 冷 媒 は、 ハ（2） 地球温暖化係数 GWP 特性
地球温暖化問題に対処できる新冷媒が必要となって

国立科学博物館技術の系統化調査報告

原子の部分が、フッ素、塩素、臭素などのハロゲン族 の 原 子 に 置 き 換 え ら れ た も の で、 炭 化 水 素自 身

きた。

150

ロゲン化炭化水素と呼ばれ、炭化水素における水素Vol.24 2017. March

は新冷媒とは言いにくいため、「自然冷媒（Natural

る R32（表中 HFC32）は、バランスの点で検討に値

Refrigerant）」 と 言 わ れ て い る。 炭 化 水 素 の 中 で、するものである。まず、順序としては、ルームエアコ

R290（プロパン）や R600a（イソブタン）は、冷媒ンに導入され、次に省エネへのニーズが高い店舗・オとしてすでに実用化されている。特に、R600a は、日フィス用エアコンにおいても、R32 への転換が進んで本製の家庭用冷蔵庫における R12 及び R134a に代用いる。

する冷媒としてその地位を確保した。また、R290 に

表 5.4

おいては、中国のような新興国ではエアコン用冷媒にODP使用する流れがある。コストの問題もあるが、熱力学

HCFC

現

次世代冷媒の特性

在次 世 代 冷 媒 候 補

pot
HFC

HFC

HFO

自然冷媒

的シュミレーション解析から計算されるは高い性能を

HCFC22 HFC407C HFC410A HFC32 HFO1234yf

CO2

考慮すれば、R290 が家庭用ルームエアコンの冷媒のsinglesingle single Single

第一候補となることは不思議ではない。

Mixed

Mixed

singlesingle

NH3

HC

ODP

0.05

0

0

0

0

0

0

炭化水素が日本で主役の座につけない最大の理由は

GWP

1810

1770

2090

675

4

1

0

3

可燃性である。エアコンのように、家庭内で使用され凝縮圧力 1.73

1.86

2.73

2.79

1.18

10

1.78

1.53

MPa
98

141

169

56

256

115

83

100

95

91

96

92

41

105

97

る家電機器用の冷媒は、低価格や高性能であることも冷房能力 1000

HCFC22

重要であるが、やはり安全性が第一条件となる。こCOP 比のために、水素原子が増えていく炭化水素あるいは、

毒性

Low

Low

Low

Low

Low

Low

High

Low

燃焼性

None

None

None

Low

Low

None

Low

High

HFC、HFO 系冷媒はオゾン層破壊や地球温暖化とは

HCFC22別の次元での問題もある。現状に置いて可燃性に対する検討は各方面で慎重に行われており、解決しなければならない課題である。

新冷媒の市場導入のためのリスクアセスメントを日
本空調工業会にて、各空調メーカが参画して行った。
表 5.5 41）に、ヒートポンプエアコンの日本冷凍空調工

5.4.3

新冷媒 R32 の開発

業会のリスクアセスメントの取り組みを示す。法定

エアコン業界において、オゾン層保護及び地球温暖

冷凍トンごとに 3 区分して、3 トン未満（6 馬力以下）

化特性の観点から、エアコンの省エネ性だけでなく、のルームエアコン及びパッケージエアコン、3～5 ト

温暖化係数 GWP の低い次世代冷媒への転換が世界的ン未満のパッケージエアコン、5 トン以上のビルマルに急務となっている。また、日本でも「フロン類等」

チに関してリスクアセスメントを実施した。

の総合的な温暖化対策が動き出し、エアコン以外の他の機器に対してさらに、GWP の低い冷媒転換の動き

表 5.5

日冷工リスクアセスメントの取り組みもある。
（1） 新冷媒のエアコンへの取り組み
エ ア コ ン 用 の 冷 媒 に は、 環 境 性、 経 済 性、 安 全性、機能性といった観点から、従来の圧縮式ヒートポンプであるエアコンの冷媒として多くの選択肢の中、HFC410A（R410A）に比べて環境負荷の少ない
HFC32（R32）が現時点としては最適であるとして、（2） 冷媒の燃焼性評価

ダイキン工業が 2012 年からルームエアコンに導入し①実用化を開始し、各社もほとんどの企業が順次転換し冷媒と冷凍機油の燃焼性評価
R32 に 対 す る 燃 焼 性 は 表 5.6 42） の ASHRAE34/た。一方、家庭用エアコンより消費電力の大きい業務用エアコンは、使用する冷媒量も多く、地球環境に与える影響も大きいことから、環境性能の向上が一層強く求められている。
次世代の冷媒の特性を表 5.4 40）に示す。この表から
冷媒は、冷房能力、COP 効率、GWP 値等が重要だが、万能な冷媒は存在せず用途や冷媒量に応じて適材適所で使用していくことが必要である。ここで取り上げ

表 5.6
A1
無毒性
不燃焼性

R744(CO2)
R410A
R22

ASHRAE の冷媒区分

A(B)2L
A 無毒性
弱燃焼性
B 毒性
弱燃焼性
R717(Ammonia
B2L )HFLO1234
R32

A2
無毒性
低燃焼性

R152A

A3
無毒性
高燃焼性

R290(Propane)

ASHRAE34/ISO817 Safety Classification

エアコン技術発展の系統化調査

151

ISO817 の安全区分からもわかるように、従来の燃焼性（3） リスクアセスメント評価のカテゴリーとは異なり、微燃性を示す A2L というカテ

最初に店舗用パッケージエアコンの特徴を説明し、ゴリーに位置づけられる。現在 A2L に対しては、実用

次にこの場合のリスクアセスメント（リスクアセスメ

的な安全規格として各国が規格策定に取り組んでいる。

ントの流れは ; ①リスクの特定エアコンに対しては、実用的な評価の観点から燃焼性評価を行った。この燃焼性評価の結果を図 5.3743）に示す。これは、その冷媒と冷凍機油を用いた実用的な③リスク優先度の設定②リスクの見積もり④リスク低減内容の検討⑤

リスク低減措置の実施で行う）の考え方を述べる。
①

店舗用パッケージエアコンの特徴

燃焼評価で、図 5.37 の上段部は、プロパン、R152a、

店舗用パッケージエアコンの特徴は、家庭用のルーR32 に関する漏えい時の燃焼性を示し、図 5.37 の下

ムエアコンと比較して冷媒量が多く、事務所、中小型

段部は R32、R32 ＋エーテル油、R32 ＋鉱油に関する店舗、あるいは学校等のやや広い空間に設置されるこ

ロウ付け時の燃焼性をそれぞれ比較試験状況として示とが多いことである。

す。図 5.37 の上段部より、燃焼性カテゴリーA3 のプ

微燃性冷媒使用時の店舗用パッケージエアコンのリス

ロパンは他の A2L 及び A2 に比較して、強烈で爆発的

クアセスメントでは、ルームエアコンを対象とした、ミニな燃焼を示していることがわかる。

スピリット SWG（分科会）の考え方を参考にして、同様

燃焼性カテゴリーA2L の R32 の場合は、図 5.37 上

な評価を行った。製品形態については、具体的にはルー段部より、A3 のプロパンとは全く異なり穏やかであ

ムエアコン、店舗用パッケーシエアコン、ビルマルチの 3る。また、A2 の R152a に比較しても燃焼性が穏やかつに関して主な特徴を比較し、まとめて検討し評価を進なものでおなじ A2 でも、かなり大きく状況の差があめた。表 5.7 44）にその設定条件を示す。

ることがわかる。さらに、燃焼性の評価として、図表 5.75.37 の下段部より、R32 の単体のガスでは、燃焼は拡

主な製品形態のリスクアセスメントの設定

大しないことがわかる。

図 5.37②実用的燃焼テスト事例

実用的燃焼評価
同じく図 5.37 において、冷媒だけでなく冷凍機油を混合させた R32 ＋エーテル油の状態は、いまだ主流である R22 ＋鉱油に比較して同等レベル以下であるであ②

店舗用パッケージエアコンのリスクアセスメントの考え方

1） 許容できるリスク（着火事故発生確率゜）の設定

ることがわかる。なお、R32 の燃焼性は、プロパンのパッケーシエアコンの市場ストック 780 万台（60ような爆発するようなレベルでないこともわかる。

万台×製品寿命 13 年）に対して、100 年に一度パッケージエアコンに関しての R32 の実用的な燃の重大事故が発生するレベルを許容範囲とした。

焼性は、ロウ付けを想定した場合、過去から使用して実際には、着火事故の被害度調査が必要である

いる R22 とも差異がなく同じレベルであると判断でが、まだ、完了していないためすべての着火事故きる。ただし、冷媒充填量の多い機器などに対してを重大事故として扱っている。また、各ライフス

は、さらなるリスク評価の検討が必要である。

テージにおいて、使用時以外は、常に機器を取り扱う作業者が携わっているので、作業者はリスクを制御できる立場であることから、事故が起きた

152

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

際にも、自己防御による被害度低減が可能だと考①

省エネ性
新冷媒の採用と「PLR 冷凍回路（図 5-44 参照）」のえ、評価値を 10 倍にしている。

技術開発により、最先端の省エネ効果を実現し能力
使用時

1.3 × 10－9

使用時以外（輸送・保管・据付・修理・廃棄）

1.3 × 10（kW） 別 APF 値（（5.5 の 3） 参 照 ）） は、 図 5.38 46）に示すとおりである。この省エネ技術は、従来の冷媒－82） 冷媒漏えい発生確率の想定回路に比較して冷媒の流量をより細かく制御して、回路内の R32 を最適に制御することで高効率な運転が機器の設計仕様が近いビル用マルチ SWG の調査可能となり、全機種で諸エネ法の年度基準をクリヤー

結果及び店舗用パッケージでの日本冷凍空調工業

した。

会の各社のアンケートにより、機器からの冷媒漏れ発生確率は、以下とした。
室内機
室外機

急速漏れ

1.50 × 10 － 5

緩慢漏れ

1.03 × 10 － 3

急速漏れ

1.48 × 10 － 3

緩慢漏れ

可燃域を生成しないため考慮せずリ スクアセスメントは、日本冷凍空調工業会では、第一次評価（表 5.5 の 6 馬力以下対象）として行った。表 5.845）

図 5.38

能力別 APF 値にそのリスクアセスメントの結果を示す。この表より、リスクアセスメントの②

環境性

結果は、輸送・保管・据付・使用時（室内・室

負荷が少ない新冷媒 R32 の採用で、温暖化に与え

外）
・修理・廃棄などの各ライフステージにおける影響度を約 15％削減した。エアコンの環境負荷をる店舗用パッケーシエアコンの代表的なモデル低減させるためには、冷媒の生産や施工時の冷媒の大ケースでの許容値を設定し、着火事故の発生確

量排出、機器の電力消費などによる総合的な温暖化影率を評価している。室内の設置条件は、ビル用響を考慮する必要がある。R32 は従来の冷媒 R410A

マルチの第一次評価と同じく、一般事務所（面に比較して地球温暖化係数は約 1/3 と低く、図 5.39 47）

積 42m2、高さ 2.7m）に四方向け天井カセット型の如く環境負荷が低減する。また、冷暖房時のエネル

7.1kW タイプ（冷媒量 3kg）を中心に配置していギー効率がよく、従来の冷媒よりも少量で同じ熱量をるモデルとした。表 5.8 より第一次リスクアセス搬送できるので、機器の運転に必要な冷媒量の削減に

メントでは、すべてのライフステージにおいて、つながると許容値をクリヤーし問題ないことがわかる。ま化炭素の排出量が抑制される。

た、必要があれば、設定条件を変えて次の評価を行う。

同時に機器使用時の電力消費による二酸

以上のように R32 の特性によりは、総合的な温暖化影響を R410A に比較して約 15％低減できる。
これらを図示したものが、図 5.40 48） 及び図 5.41 49）

表 5.8

各ライフステージのリスクアセスメントの結果である。

（4） 製品の特性
R32 の冷媒を用いた商品化は、家庭用のルームエア
コンと業務用（店舗用・オフィス用）のパッケージエ
アコンに導入された。ここでは、特性として特に重要視された省エネ性、環境保全性、快適性、施工性、安図 5.39GWP の比較心設計等について述べる。

エアコン技術発展の系統化調査

153

の電磁弁（膨張弁）とレシーバから、デュアル電動弁（膨張弁 1 個追加）
、中圧レシーバ、液圧調整バイパスの構成とし、蒸発器の圧力損失低減と蒸発器と凝縮器の冷媒状態を同時に最適な状態に制御する。新冷媒
は、運ぶ熱量が高いため、高圧側圧力が高くなり、吐図 5.40温暖化影響低減効果

出ガス温度も高くなる。ここで今までの通常のレシーバであると吐出温度が下がらないので、この対策として中圧レシーバの電子膨張弁開度調整により、圧縮機の吸入ガスを液分やや多めの湿り気味として、運転条件によらず冷暖能力を発揮させることができるようにしている。レシーバや中圧レシーバは運転条件により生ずる余剰冷媒量をためる機能を持たせるものであ

図 5.41

温暖化影響効果及び CO2 総排出量の評価る。アキュムレータは圧縮機吸入前に設けるもので、
圧縮機吸入の冷媒状態をほぼ飽和ガスにコントロール③

するが、中圧レシーバは前後に電子膨張弁（電動弁）

施工性
連絡配管のサイズに関しては、小径化が可能となを設け、常時中圧状態を維持する構成としている。

る。新冷媒 R32 採用による省冷媒化で、従来より、配管を 1 サイズまでダウンしても使用可能となり、新設の場合連絡配管の部材費節減になり、室内機の熱負荷が上がり能力アップしたいときも容易に対応可能と
なる。
④

安心設計
学校、幼稚園などに設置が多い天井吊り型に要望が多かったオートグリルを追加し最大 3.1m の電動昇降機でグリルとフィルターを脚立なしで清掃可能とし、安全性が考慮された。またワイヤードリモコンからの諸操作も可能となった。

図 5.43（5） 新冷媒仕様で省エネを実現した「PLR 回路」
新冷媒 R32 は、現行の冷媒 HFC410A に比較して熱を運ぶ能力エンタルピーが図 5.42 50）のように 50％ほど

5.4.4

PLR 回路リプレースマルチの冷媒リニューアル施工現
場対応技術（1） リニューアル対応高い。これに対して、この特性を最大限に引き出すた

ビル用マルチエアコンでは、地球環境保護の観点か

めに、きめ細かい冷媒のコントロールが必要となる。

ら、冷媒を従来の冷媒 HCFC（R22）から新しい冷媒

新冷媒は、冷媒自身の熱量が大きくなるので、新し

HFC 類に置き換えることが必要で、この作業はほぼく、PLR（Pressure Loss Reduction）回路の開発が完了したが、従来冷媒 R22 で使用していた配管を新必要である。この回路は、図 5.4351）のように、従来しい冷媒（R410A）で使用する場合には、既設配管中の鉱油を回収する必要があるため、鉱油を除去し、鉱油回収後はそのまま通常運転を行えるシステムを開発
し市場へ導入した。それは、天井裏の限られたスペースへの配置を考慮し、配管を変更せずに室内機に冷媒を流し続けながら既設配管中の鉱油を除去するシステ
ムであり、三菱電機が開発した。
（2） 製品概要
新型リプレースマルチのシステム構成を図 5.44 52）

図 5.42154

エンタルピー比較

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. Marchに示す。新型リプレースマルチは、新冷媒対応の室外

機と新冷媒の標準の室内機を配置し、各々を冷媒配管（4） リプレースマルチシステムの効用で接続して構成するものである。室外機の内部には、リプレースマルチシステムの効用としては、工事コ

鉱油回収運転中に、既設配管中に残留する鉱油の流動ストを大幅に低減することであり、既設配管の再利用性を促進するための鉱油流動促進剤を内蔵している。

による配管にかかる材料費・撤去費を図 5.47 55） に一例を示す。図 5.48 56） に、工事のための工程や作業の簡略化によって、工事にかかるトータルコストの低下の一例を示す。

図 5.44

リプレースマルチの概要
図 5.47

材料費・撤去費の削減（3） 独自の配管洗浄技術
従来の冷媒（R22）の冷凍機油である鉱油は、新冷媒にはほとんど溶けない非相溶性油である。鉱油が付着した配管内に、新しい冷媒の気液二相冷媒が流れると、まず鉱油と冷媒液の間に働く剪断力により、鉱油が管壁から剥ぎ取られガスと液の界面を浮遊しながら運ばれる。そして配管中央部を高速で流れるガス冷媒
により液冷媒が加速され、界面を浮遊する鉱油も加速

図 5.48

トータルコストの削減事例されるので、鉱油を高速で回収することができる。図5.45 53） に配管内断面イメージ図と、図 5.46 54） に冷媒

このように、工事にかかるトータルコストの削減額の状態による油回収のスピード比較を示している。

は、金額的にも数千万円のオーダーになり、さらに、工事期間の短縮は、店舗休業期間の短縮となり市場から大いに歓迎された。

5.5 エアコンの消費効率
エアコンの最初の製品は、クーラーと呼ばれた冷房専用機であり、消費効率は一般的に COP（Coefficient
Of Performance）で表現されていたが、名称もエア
図 5.45

配管内断面イメージコンとなり冷房能力に暖房能力が加わり、製品的にも使用実態からいっても、冷暖機になり、消費効率の定義も、時代と共に変化していった。
（1） 冷房専用機の消費効率
COP ＝定格冷房能力 / 消費電力、すなわち消費電
力 1kW 当たりの定格冷房能力で表現されていた。
（2） 冷房暖房兼用機の消費効率

図 5.46

回収スピード比較

冷暖房平均 COP ＝（冷房断 COP ＋暖房 COP）/2
これは、冷房・暖房共にある一定の条件の時の 1 点の性能ポイントであり、季節に応じたエアコンの実運

エアコン技術発展の系統化調査

15513）前掲同上書

転状況は反映されていなかった。

14）前掲同上書（3） APF（Annual Performance Factor）表示
上記の冷暖房時の 1 点だけの消費効率ではなく、通15）前掲同上書
16）日立家電エアコンテクニカルストーリー2004-3

年の消費効率にするためのものが APF である。通年

17）冷媒圧縮機のエネルギー消費効率は、1 年間を通してある一定の18）前掲同上書

条件のもとにエアコンを運転したときの、消費電力

19）日立家電エアコンテクニカルストーリー2004-3

1kW 当たりの冷房暖房能力を表すもので、次式であ20）前掲同上書

らわされる。

21）前掲同上書

APF ＝（冷房期間中に発揮した能力の総和＋暖房

日本冷凍空調学会

22）前掲同上書

期間中に発揮した能力の総和）（冷房期間中の消費電/

23）PWM・PAM 制御

力の総和＋暖房期間中の消費電力の総和）

24）前掲同上書

これを算出する条件は、JIS C9612 2005  により決め

日本冷凍空調学会

2004-325）前掲同上書られている。これらの決められた条件で算出された年

26）霧ヶ峰物語（40 年記念誌） 三菱電機静岡製作所

度ごとの 4kW 能力の各社カタログ最高値をプロット

27）前掲同上書したものが図 5.49 である。前半は APF 以前の冷暖房

28）前掲同上書

平均 COP であり、後半の 2007 年以降は APF である。

29）三菱電機カタログ30）三菱電機技報
冷暖機のエネルギー消費
効率

2009

1982-331）前掲同上書
32）前掲同上書

833）松下電器 Eolia カタログ

634）前掲同上書

199135）前掲同上書

436）前掲同上書

237）前掲同上書

平均COP
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016

0

図 5.49冷暖機の 消費効率

38）日立製作所 カタログ 198239）前掲同上書
40）ダイキン工業コーポレートニュース 2013-1041）前掲同上書
42）前掲同上書【引用・参照文献】

43）前掲同上書

1） 冷凍

44）前掲同上書

2005-9 日本冷凍空調学会

2） 前掲同上書

45）前掲同上書

3） 冷凍46）前掲同上書

2005-7 日本冷凍空調学会
日本冷凍空調学会

47）前掲同上書

2005-7 日本冷凍空調学会

48）前掲同上書

4） 冷媒圧縮機
5） 冷凍

6） 前掲同上書

49）前掲同上書

7） http://www.hitachi-ap.co.jp/products/business/

50）前掲同上書
51）前掲同上書

low/scroll/8） 冷媒圧縮機

日本冷凍空調学会

201353）三菱電機ビル空調マルチカタログ 2011-1010）K.Tojo International Compressor Engineering

54）前掲同上書
55）前掲同上書

Conference1984

15652）三菱電機技報 2012-119） 前掲同上書

11）日立評論

1988-1012）東芝レビュー

2007-7

国立科学博物館技術の系統化調査報告56）前掲同上書

Vol.24 2017. March

6｜爽快性確保技術の系統化
エアコンは、本来は爽快性を得るものである。いかに手際よくその目的を達成するかが爽快性技術である。空調には、温度、湿度、輻射、気流という温熱感
覚 4 要素があり、これらの制御が基本となる。また、
近年は、送風する空気の温熱感覚の制御以外に、空気の脱臭、殺菌等の空気の清浄度向上を考慮したエアコンも開発されてきている。

6.1 湿度制御技術
日本は周囲が海に囲まれ、梅雨という時期もあり、

図 6.1

窓掛リヒート型ドライの構造図

図 6.2

リヒート型ドライの冷凍サイクル

湿度制御は空調の重要な制御アイテムである。しかも、爽快性だけではなく、いかに消費電力を下げつつ目的を達するかで新しい技術が開発されている。時系
列的には、リヒート型ドライ、エレクトロニクス型ドライとこれらそれぞれのインバータ型ドライである。
また、湿度制御には、冬場、ヒートポンプ暖房時の加湿が、爽快性と健康の面から重要となり、乾燥剤と冷凍サイクルを組み合わせたデシカント空調が開発され
た。
6.1.1

リヒート型ドライ（1） 除湿機能型エアコンとは
エアコンは、夏場の室内温度を下げるために設計されており、全冷却熱量のうち、室温を下げるための顕熱を大きくし、湿度を下げるための潜熱を小さくして必要となるが、再熱のために別途電熱器を設置する構いる。従って、雨期のように湿度が高く、温度が 20造に比較し、構造的にも、消費電力特性的にも、操作～25℃程度の場合には、室温が下がりすぎて運転でき的にも有利になる。構造的には、エアコンの冷却器をない。このようなときには、電気除湿器が別途必要に二つに分けて、一方を冷却器とし、他方を冷却器兼再なる。ここで述べるリヒート型ドライ機種は、一般の熱器として使用する。冷房時には、冷却器と冷却器兼エアコンの冷房機能に、除湿機としての機能を付加し再加熱器をともに冷却器として使用し、除湿運転時にたもので、梅雨時でもスイッチ一つで冷凍サイクルを

は冷却器兼再加熱器を凝縮器として作動するように四切り替えることで、夏季も梅雨時もと、運転期間が拡

方切換え弁によって冷媒管路の切り替えを行う構造の大される。開発は、日立ジョンソンコントロール空調ものである。

による。
（3） リヒート型ドライの運転特性（2） リヒート型ドライの構造

室内外とも 20℃、湿度 80％の条件で運転をし始め

リヒート型ドライとは、上記のように、冷却されたた場合の実用的な運転特性の事例を図 6.3 3） に示す。

ままでは、梅雨時では室温が下がりすぎるので、冷凍除湿運転の場合、室温は 20℃でほとんど変化なく、サイクルの熱を利用して、再加熱（リヒート）するも湿度は 50％にまで下がった。これに対し、冷房運転のであり、窓掛エアコンの構造図を図 6.1サイクルを図 6.2

1）

に、冷凍

2）

に示す。この図からわかるように、の場合は、室温は、11.5℃まで下がるが、湿度はあまり下がらず 75％程度である。

従来のエアコンの冷却器、放熱器のほかに再加熱器がエアコン技術発展の系統化調査

157

図 6.36.1.2

リヒート型ドライの運転特性

エレクトロニクス型ドライ

図 6.4

エレクトロニクス型ドライのシステム

これは、エレクトロドライとかマイコンドライと言われているもので、エアコンの冷凍サイクルは変えず

240 回もの接点開閉を行うために、従来の機械式接点にマイコンコントロールにより、電気的回路を変更すに代わる無接点の半導体の導入により、寿命及び開閉ることによって、除湿機能が追加されるので、製品コ

時騒音の問題も解決した。

ストの上昇なしに実現できる普及型の除湿機能付きエ
アコンである。さらに特徴的なのは、消費電力が、除湿運転時大幅に削減され、さらに冷房運転時にも省エ
ネルギ―効果があり三菱電機が開発した。

（2） 爽快性及び省エネルギー効果
爽快性の効果は、図 6.5 5）のように、従来のドライタイプと同等の効果を得ることができる。そして、このエレクトロニクスドライは、省エネルギーの点から（1） マイコンによる制御内容も従来のドライタイプに比較して大きな効果を上げて4）いる。従来のリヒート型ドライタイプは、室内の熱交に示す。ここでマイコンコントロールの第 1 のポイン換器を分割して冷却による除湿と再加熱に使用していトは、図 6.4 の A 部に示される除湿量増大のためのるが、エレクトロニクスドライは、室内側冷却器のすファンコントロールにある。通常の冷房運転に比べてべてを除湿に使用するため、除湿効果は大きく、同一ファンの送風量を減少させて顕熱比率（温度計で測定

除湿量を得るために必要な電力量は、約 15％削減でできる熱量の割合）を下げ、除湿量を増加させるようきる。さらに従来のドライタイプが必要としていた冷に潜熱比率を上げている。潜熱比率は通常の冷房運転

媒回路切り替え用電磁弁も不要となり、電磁弁の電力

エレクトロニクスドライのシステム概要を図 6.4では、約 30％であるが、エレクトロニクスドライでは、約 60％に向上しており、除湿機能向きにより有効に運転されている。ファンの断続的な ON-OFF 運
転により送風量を減少させ、室内の対流効果を損なわずに効果的な除湿運転ができる。そして第 2 のポイン
トは、図 6.4 の B 部で示される快適性維持のための圧縮機の運転率コントロールである。室温を下げずに除湿を行うために負荷に対応した圧縮機の運転率コント
ロールをマイコンにより行っている。図 6.4 の C 部に示される光半導体リレー（三菱 SW1DF タイプ）の開発が必須の要素であり、送風機制御のために 1 時間に

158

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

図 6.5

エレクトロニクス型ドライの運転特性

消費量、冷媒回路ロスの発生もなく、冷房運転時消費電力も数％少なく、省エネルギーの推進と信頼性も一層向上した。このエレクトロニクス型ドライの方式
は、1979 年ごろ、特に需要の多かった香港向けの簡易ドライとして三菱電機が開発したが、コストと消費電力の観点から、国内需要の主力にもなった。
（3） インバータ機能付きエレクトロニクスドライの主流化
このエレクトロニクス型ドライは、風量を主体に制御していたため、春先の低温時にはやや寒いということと、部屋の温度分布にムラができやすいという欠点があったが、この方式にインバータが加わると、これ

図 6.7

室内機構造図らの問題も解消され、本来の省エネルギー性の点からも、国際的にも、インバータ付きエレクトロニクスド

る。除湿運転時には、冷媒は室外の凝縮器で一部凝縮

ライが主流となっている。

し、主絞りをバイパスして、室内の再熱器に至り、ここですべて凝縮する。これにより、室外機で外気に捨

6.1.3

インバータ付リヒート型ドライてていた熱の一部を冷凍サイクルにより、室内に導いインバータ型ドライは、エアコンの出力を大幅に変て空気を加熱することに利用する。この後、冷媒は、化させることのできるインバータを利用して、エアコ

図 6.8 8） の除湿制御弁で減圧されて冷却器で蒸発し、ンの運電期間を冬から春・秋の中間期及び梅雨・夏季

空気を冷却・除湿する。下部の冷却器で冷却・除湿さの年間に拡大して、人体対応のじめじめ感の除去だけれた空気と、上部の再熱器で加熱された空気は混合しでなく洗濯物の乾燥、ダニ・カビの防止等に使用できて、室内空気とほぼ等しい温度で、かつ低湿度の空気る通年型ドライ機能である。エアコンの年間使用化となって室内に吹き出される。この結果、従来のヒーが求められ、快適で健康的な室内環境を提供するため

タ再熱除湿方式と比較して、除湿量を 30％増大するに、低温時の冷え気味の防止と、省エネルギー化がねことができ、除湿運転時の消費電力をリヒート型ドラ

らいであった。

イの約 3 分の 1 に低減できた。
除湿運転時には、室外ファン回転数低下及び圧縮機（1） 構造及び運転方法
インバータ型ドライの冷凍サイクルを図 6.6

回転数の増加に伴い、再熱器の加熱量が増大する。ま
6）に示し、室内機の構造を図 6.7 7）に示す。
開発は、日立製作所である。除湿サイクルの図 6.6

た圧縮機回転数の増加に伴い、除湿量は増大する。この加熱量・除湿量制御により、図 6.9 9）のように、四季
を通じて冷えすぎのない快適な除湿運転が可能となる。

において、室内機の熱交換器を再熱器、下部が冷却機になるように分割し、その間に除湿制御弁を設置す

図 6.8
図 6.6

除湿制御弁

インバータ付リヒート型ドライの冷凍サイクル

エアコン技術発展の系統化調査

159

（2） デシカント空調システムの構成
一般のデシカント空調システムの構成は、図 6.10 11）のようになる。コンポーネントとしては、デシカント
ロータ、顕熱交換ロータ、蒸発冷却器、冷却コイル等である。除湿を行うデシカントロータがシステムの中心的役割を果している。ロータはハニカム状の流路の束でできており、流路表面にシリカゲルやゼオライト
等の吸湿剤をしみこませてある。湿度の高い空気がこの流路内を通過する間に水分が流路内に吸着され、除湿された空気がロータから排出される。一方、吸着された水分は、高温空気を通すことにより吸着され、ロータ外へ排出される。この工程をデシカントロータ
図 6.9

四季を通じての運転特性の「再生」と呼ぶ。
このデシカントロータの吸脱着現象をうまく使えば（2） 除湿機能の拡大

除湿のみならず、加湿も可能性がある。夏季は、外部10）のように、除湿運転の用途ごとに、専用運の湿度の高い空気を処理することが目的だが冬季には転モードを設けて、各モードに適するように室内温度

外気温度が低いため室内の湿度を保つためには、取りを制御した。また、各モードをリモコンにより簡単に入れる外気を加湿することが必要となる。そこで、室切り替えられるようにして、多彩な除湿運転の実現と内の空気を排出する際に湿分をデシカントロータに使い勝手の向上を図った。

吸着させた後、加熱した外気でロータを再生させるこ

表 6.1とによって新鮮な空気とともに湿分を室内に還流させ
表 6.1

多彩な運転モード

る。言い換えれば、デシカント空調システムを、夏季のドレンレス空調だけでなく、冬季の無給水加湿機能にも対応できる。特に、冬季のヒートポンプ暖房時の低湿度状態は、図 6.11 12） のようにンフルエンザ等
ウィルス管理に重要な影響を与える。一般的には、インフルエンザウィルスは、「湿度 50％以上ある環境で、温度 22℃以上で死滅、湿度 20％以下であれば、温度

6.1.4

無給水加湿（デシカント空調）（1） デシカント空調とはデシカントとは、乾燥剤または減湿剤のことである。
外気を室内に導入する場合、空気中の水分を結露させることで除湿または減湿を行っており、場合によっては、再加熱が必要である。これに対し、デシカント空調シス
テムは、乾燥剤により空気中の水分を直接除去する。しかる後に、顕熱のみを所要レベルまで低下させる。つま

図 6.10

デシカント空調システム

図 6.11

湿度管理とインフルエンザ

り、従来方式では、除湿のためには、空気を潜熱・顕熱の一体処理するのに対し、デシカント方式では、潜熱と顕熱を分離処理して、省エネ効果や健康面に関する
爽快性の改善等多くのメリットが得られる。また、冬場のヒートポンプ暖房時には、湿度が下がりすぎて不快となり、インフルエンザ抑制等の健康面での問題を緩和するための加湿も、面倒な給水なしで実現できる可能性がある。技術開発・製品化はダイキン工業が行っている。

160

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

が離脱する。離脱した水分子は空気と混ざりエア

22℃でも高い生存率」といわれている。

コンに送られる。
（3） デシカント空調の利点

3）清浄な水分子だけを室内に届ける。
水分子を集めたデシカントは、ごみ、花粉、ウィ

空気中の湿分を直接取り除く仕組みのためデシカン
ト方式は次のような利点がある。

ルス等を除外する。そのため、清浄な水分子が室①内に供給される。

従来方式のように過度に冷却して再加熱する必要がない。顕熱除去の冷却だけでよいから冷却に要す②

水配管レス調湿外気処理機の仕組み
この仕組みは、省エネルギー型ヒートポンプ回路技

るエネルギーが少なくて済む。
ロ ータの中の湿分を脱着させるための温度は、

術とハイブリッドデシカ素子によるデシカント技術を50℃から 80℃程度であるため、高温を必要としな融合した仕組みであり、図 6.14 15）に示すものである。

②

い。
③

湿度と温度を独立して制御できる。

④

熱により除湿サイクルを駆動するため、従来よりも消費電力が少なくて済む。
消費電力比較の事例を、夏季と冬季について図 6.

12 13）、図 6.13 14）に示す。

図 6.14③

無給水加湿の仕組み

ハイブリッドデシカ素子
このハイブリッドデシカ素子は、熱交換器に吸着剤を直接塗布した独自の構造で、吸着した水分を放出す
図 6.12

夏季の消費電力比較るために必要な熱をこの熱交換機から取得する。
その特徴としては次のようなものがある。
1）熱源との一体化でロスが少ない。
2）冷却時の排熱を加熱に有効利用する。
3）吸湿剤が熱交換器に塗布されているため、冷媒配管工事が不要となる。
4）冷房・除湿運転時、約 40℃の低温で放出・再生できる。   5）従来のデシカント方式の約 6 倍の高効率運転となる。
④

図 6.13

無給水加湿（水配管レス無給水調質外気処理機）の調質プロセス

冬季の消費電力比較

無給水加湿の運転プロセスの暖房加湿運転時のプロ（4） 無給水加湿の仕組み

セスを図 6.15 16） に、冷房除湿運転時のプロセスを図①6.16 17）にそれぞれ示す。

無給水加湿の仕組みの基本
この仕組みは、次のようなものである。
1）空気中の水分子を集める。
シロッコファンが水分を含んだ空気を集める。
2）集めた水分子を含んだ空気を作る。
デシカントに吸着した水分子に熱を与え水分子⑤

暖房加湿運転時の流れ1）図 6.15 ①に示すように、通常室内からの排気により放出してしまう湿気（水分）を、ハイブリッ
ドデシカ素子で吸着する。
2）図 6.15 ②に示すように、ハイブリッドデシカ素

エアコン技術発展の系統化調査

161

⑥

冷房除湿運転時の流れ
1） 図 6.16 ①のように、通常室外からの給気により取り込まれる湿度（水分）がハイブリッドデシカ素子を通過するときに吸着され、室内に給気される。
2）図 6.16 ②ハイブリッドデシカに水分を充分吸着したころに、冷媒回路と空気経路が切り替わる。
3）図 6.16 ③④のように、今度は、冷房されたもう一方のハイブリッドデシカ素子で、外気の水分の吸着を行う。
4） 図 6.16 ③④のように、 水分を吸着したハイブ

図 6.15①暖房加湿

リッドデシカ素子は加熱することで水分を室外に放出する。そして、再び水分を吸着する状態に戻る。

図 6.15②暖房加湿

図 6.16①冷房除湿

図 6.16②冷房除湿

図 6.16③④冷房除湿子が水分を充分に吸着したら、冷媒回路と空気経路が切り替わり、水分を含んだハイブリットデシ
カ素子に、外気が通過する。
3）図 6.15 ③④のように、ハイブリッド素子が暖められて、水分を放出することで、湿気を含んだ空気が室内に給気される。
4）図 6.15 ③④で、もう一方のハイブリッドデシカ
素子には、室内の湿気を含んだ排気が通過する。
湿気が吸着されて加湿できる状態になる。
以上のような一連の流れを繰り返すことで、連続加湿が可能となる。

図 6.15162③④暖房加湿国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. Marchこのような一連の流れを繰り返すことで連続除湿がえ方式がある。冷媒回路切り替え方式とは、エアコンの室内側と室外側の風路は変えずに、冷媒の流れを逆可能となる。

6.2 冷暖兼用型ヒートポンプ技術にするものであり、空気回路切り替え方式とは、エアコンの据え付け方を室内・室外と一転させる方式である。そして出来上がりの製品の大きさと、空気の漏え

エアコンは、当初は冷房専用機であり、クーラーとい等の点から冷媒による切り替え方式が優位となり、称呼され夏場用の製品であった。しかし、この冷房専以後の製品は、すべてこの方式となったが、この場合用機に暖房機能を付加したヒートポンプ方式は、原理

は、図 6.18 19）のような、密閉型の小型四方弁の開発が的には、凝縮器より放熱される熱を暖房に利用するも必要となった。このヒートポンプの原理図を図 6.19 20）ので、1852 年、イギリスの Lord Kelvin により開発に、また構造図を図 6.20 21）に示す。

された。この暖房方式の特徴は次のようなものである。国内では窓掛型ヒートポンプを 1961 年に三菱電機が製品化した。
6.2.1

ヒートポンプの特徴①

同一の装置で冷暖房ができる。

②

暖房装置として最も安全で衛生的である。

③

電熱式暖房方式と比較して、効率が数倍高く消費電力が少ない。
しかし、欠点としては、図 6.17 18） の暖房特性に示

図 6.18

ヒートポンプ用四方弁

図 6.19ヒートポンプ原理図

すように、外気温度により暖房能力が大幅に変動し、外気が低くなるほど暖房能力が低下し、さらに、外気が 0℃ぐらい以下に下がると室外機の熱交換器に着霜が始まり、定期的な除霜が必要となる等構造も複雑化してくる。
また、称呼もクーラーからエアコンディショナー
（エアコン）となり、1965 年にルームエアコンの JISが制定された。

図 6.17

6.2.2

ヒートポンプの暖房特性

ヒートポンプ化の初代窓掛型エアコン（1） 窓掛式（ウィンドウ型）ヒートポンプの構造

図 6.20

窓掛型ヒートポンプ構造図

家庭用のエアコンは、当時は一体型の窓掛式であったが、いずれにしても、夏場の冷房時と、冬場の暖（2） 外気温度と暖房能力

房時とは、切り替えが必要となる。この切り替え方式

外気温度が低下するにつれて暖房能力が低下するに、冷媒回路による切り替えと空気回路による切り替

ことは、原理的に避けられないが、図 6.17 のように、エアコン技術発展の系統化調査

163

外気温度が－ 5℃になると成績係数（暖房能力 / 全入力）は、1.0 となりヒートポンプのメリットがなくな
り使用限度となる。                  さらに実用的には、0℃以下で始まる着霜の問題がある。着霜量が多くなるとともに、室外側の風量は減
少し、ついには氷結に至り、暖房能力も室外側の風量の減少に連れて低下し、非常に少なくなる。
このような低外気温時の能力低下の改善が、ヒートポンプ暖房の開発技術の最重要点である。
6.2.3

寒冷地向けヒートポンプエアコン（1） 寒冷地での期待

図 6.21寒冷地向けヒートポンプの効果

空気熱源方式のヒートポンプエアコンは、原理的に低外気温度では能力が低下するので、業務用も、比較（3） 寒冷地向けヒートポンプの開発技術

的温暖な地域でのビル、店舗で普及している。しかし、①

寒冷地向けヒートポンプの回路

北海道、東北等の外気温度が－ 10～－ 15℃となる寒図 6.22 23） に冷凍サイクルを示す。冷凍サイクルは

冷地では普及していない。これは、外気温度の低下に従来のものと変わらないが、暖房サイクルは、図の中伴い大幅に暖房能力が低下し、室内機の吹き出し温度の実線部分で冷凍機にて実績のある液インジェクショが低下することや、除霜時の冷風感が不快であること

ン方式を開発した。この暖房能力の増加分を図 6.23からこれらの地域に受け入れられていなかった。しか24）

し、業務用としては、使い勝手の良い全電気式の空気

冷媒循環量は低圧側から吸入される冷媒量 Gs と圧縮熱源式ヒートポンプの製品化への期待は大きかった。

機の中間室に吸入される液インジェクション量 Gj ののモリエル線図に示す。この図で暖房に寄与する合計となる。このために従来の方式に比較して、液イ（2） 寒冷地向け業務用ヒートポンプエアコンの特徴

ンジェクションする量だけ暖房能力が向上する効果が業務用エアコンは特に利便性に富んだ電気エネルある。この他にも、圧縮機運転周波数の増加、室内室

ギーに統一したいため、ヒートポンプ方式の持つ下記

外機の熱交換器の伝熱面積比率の最適化等を織り込んのような弱点の克服が最優先であったし、期待も大きで、図 6.21 のような暖房特性が得られる。

かった。
①

幅広い暖房運転範囲と十分な暖房能力
スクロールインバータ圧縮機に液インジェクション

サイクル（図 5.9 参照）を採用し、日立製作所が燃焼器や電気ヒータを使用することなく低外気温度での大幅な暖房能力向上を実現した。図 6.21 22） にその効果を図示する。
②

寒冷地方に最適な冷暖比 1.2 以上③

省工事、省スペース性

図 6.22寒冷地向けヒートポンプの冷凍サイクル

電気のみで暖房、冷房運転を可能にしたので、施工時の工事、設置スペースを低減した。
④

省エネルギー、低ランニングコスト
高効率スクロール圧縮機に液インジェクションサイ

クルを付加し、30Hz～115Hz のインバータ制御により、外気温度－ 15℃での COP1.6 を確保し、年間エネ
ルギー消費量を 15％低減し、低ランニングコストを実現した。
⑤

シングル機とマルチ機と製品系列を豊富にできる
こと。

164

国立科学博物館技術の系統化調査報告

図 6.23Vol.24 2017. March

インジェクションのモリエル線図

②

液インジェクション圧縮機主流である。三菱電機は、外気温度に関係なく高暖房冷凍機として実績のある液インジェクション圧縮機能力が得られ、従来冷房機・暖房機を別々に必要としを、業務用エアコン用として新規開発した。この新していたものを、1 台で 3 役（冷房、ヒートポンプ暖房・い液インジェクションスクロール圧縮機（液インジェ

FF 暖房）をこなす経済性の高い空調機として開発しクション技術については図 5.9 参照）は、従来のヒーた。従って北国の真冬も春・夏・秋も全部快適「10トポンプ機に比較して、低温運転範囲を拡大したこと

カ月エアコン」となる。燃焼バーナーユニット構造図

により、従来よりも、高圧縮比で使用できる構造としを図 6.25 26）に示す。

た。
③

液インジェクション回路及び制御
液インジェクション流量は、目標吐出温度に対して制御される。液冷媒は、サブクーラにより、十分冷却された後、インジェクションされる回路構成とした。
④

外気低温時の除霜性能
氷点下での室外熱交換器の除霜時に発生するドレン

水は、排出時に機内に氷結するため、熱交換器下部にサブクーラを配置し、ドレン水の機内への再氷結を防止した。
⑤

図 6.25

バーナーユニット

快適性の向上快適性の向上には、室内機吹き出し温度を高く維持（1） BAHP 方式の特徴するための高圧圧力一定制御、除霜時の冷風感を無く代表的な機種についての特性事例を示すと下記のよすために、室内ファン停止除霜方式とした。図 6.24 25）

うになる。

に業務用エアコンの外観を示す。

①

冬・夏だけでなく 10 カ月使える暖冷房
12,000kcal/h（14kW）の大能力オイルヒートポン

プ暖房と 6,700kcal/h（7.8kW）のヒートポンプ経済
暖房で 8.5 カ月の暖房と夏の冷房 1.5 カ月を加えて年間 10 カ月も快適で経済的な冷暖房が得られる。（北北海道地区）②

マイナス 20℃でも FF と同じ強力暖房
暖房サイクルに新方式オイルヒートポンプを採用している。冷媒加熱方式であるため外気温度の影響を受
けずに 12,000kcal/h の高暖房能力を発揮する。
図 6.24

寒冷地向業務用エアコンの外観図③

外気温度で経済的な暖房運転自動切り替え
外気温度が低くなれば、オイルヒートポンプ運転

6.2.4

雪国用ヒートポンプ BAHP

マイナス 20℃まで使用できる雪国寒冷地向け業務で、高くなれば通常のヒートポンプ運転へ自動的に暖房運転を切り替える。（標準セット 5℃、手動で 3℃・用ヒートポンプとして、BAHP（Burner Assist Heat

7℃切り替え）Pump）が開発された。これは、通常の冷凍サイクル④

霜取り不要のオイルヒートポンプ暖房

による冷暖房運転のほかに、低外気温時には、室外機

オイルヒートポンプは冷媒加熱の暖房サイクに内蔵されている油炊きバーナーにより冷媒を加熱

ル で あ る か ら、 室 外 コ イ ル を 使 用 し な い た め 暖                 し、圧縮機により熱を室内に搬送するものであり、い房効果を妨げる霜取り作用はない。

わゆる BAHP 運転が可能なエアコンである。

⑤

暖房効果を変えないヒートポンプ霜取り

通常のヒートポンプは、外気の熱を熱交換器により通常のヒートポンプ運転における霜取り時には、室汲み上げる方式であるため、外気が低くなるに従い、内暖房をオイルヒートポンプ運転に切り替えて室温を暖房能力は低下するという特性を持つので、東北・北

下げないで短時間に霜取りを行うことができる。

海道などの寒冷地では、暖房はオイルファーネスで、⑥

また冷房は冷房専用のエアコンでという組み合わせが業務用だから省スペース天吊りタイプ
室内ユニットは、薄型 24cm の天吊りコーナーを採エアコン技術発展の系統化調査

165

用し 1 台で冷専プラス FF 暖房機並みの機能を発揮し、しかも業務用省スペースニーズを満足する。
⑦

温風下吹き出しで暖房効果向上
室内ユニットは、下側からも一部吹きだす 2 ウェイ

方式で、全開・半開・全閉の 3 段階方式の切り替え
で、全開で、30％（半開 15％）もの温風を下吹き出しとし、足元も温かくする。
⑧

快適暖房の冷風ストップメカ
暖房開始時は配管温度を感知し常に温風でスタートする。室内サーモ OFF 時は、ファンを停止させる冷風ストップメカを備えている。
⑨

図 6.27暖房能力線図

手元で操作できる電子リモコン
操作は、リモートコントロールによる。運転切り替

えから温風調節まですべて手元で操作できる IC 制御の電子リモコンである。
⑩

6.2.5

潜熱蓄熱利用ヒートポンプエアコン（1） 冷凍サイクルの構成
ルームエアコンは、インバータ方式の導入により、安心して使用するために年間を通しての主空調機として使用されてきている。

室外ユニットのバーナー適正燃焼と安全燃焼のため

しかし、ヒートポンプエアコンで、外気温が低く相対に、灯油切れ検知、炎探知、耐震自動消火、異常過熱

湿度が高い時に暖房運転を行うと、室外機の熱交換器防止装置など安心して使用できるように各種保護装置に霜が付着し、外気から吸熱ができにくくなり暖房能が設置されている。

力が大幅に低下してしまう。従って、熱交換器にある程度の着霜した時点で除霜運転を行う必要がある。し（2） BAHP 用バーナー

かし、除霜運転中は、暖房できないので、快適性の低

BAHP に使用されている燃焼バーナーは、FF 暖房

下と消費電力の増加をきたしていた。潜熱蓄熱利用に使用されているもので、一般の灯油バーナーとは異ヒートポンプは、小容量の潜熱蓄熱を利用して、除霜なり、灯油を一度霧化させて、気体の燃料として空気時間を大幅に短縮することで、快適性の向上及び消費とよく混合させてから点火して燃焼させる方式である電力の低減を図ることができるものである。開発は、ため、点火・消火が都市ガスと同じようにスムーズに

パナソニックが開発した。

できて、臭いが出たり、不安定燃焼状態にはならない。
燃燃焼バーナーと燃焼原理を図 6.26

27）

に示す。

ヒートポンプの除霜方式は、除霜時に室内ファン及び室外ファンを停止し、四方弁を冷房サイクルに切り替えて運転する逆サイクル除霜方式が一般的である。
この場合、逆サイクル除霜方式では、除霜用の熱源は、ほとんどが圧縮機入力であるのに対し蓄熱利用除霜方
式では、蓄熱材からの吸熱が大きく、従って、除霜熱量を大きくとることができる。図 6.28 29） は、蓄熱利用除霜方式の冷媒回路構成を示し、図 6.29 30） はこの
冷媒回路構成時の蓄熱部を上から見たものである。
この例においては、蓄熱槽を圧縮機の周囲に取り付

図 6.26

け、圧縮機の外周面と蓄熱槽の内周面を面接触させ燃焼の原理

る。これにより、暖房運転中、従来は圧縮機から外気（3） BAHP 方式の暖房能力線図

へ放熱されていた廃熱を熱伝導により蓄熱槽内の潜熱

バーナー燃焼時の暖房能力は、冷媒加熱方式のため蓄熱材に熱エネルギーとして蓄える。そのとき、冷媒

外気温度に関係なく一定であり、55℃の高温風で安定は図 6.25 の実線で示すように流れるが二方弁は閉のした高暖房能力を提供する。一方ヒートポンプ暖房は、ままで、蓄熱交換機には冷媒は流れない。除霜運転時

外気温度の低下とともに、暖房能力は低下し、－10℃には、冷媒は、破線のように流れる。すなわち、四方が運転の下限である。これらの特性を図 6.27

28）

に示す。

弁を冷房サイクルに切り替え、電子膨張弁を全閉、二方弁を開にすることで、圧縮機から吐出された高エン

166

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. Marchタルピーの冷媒が室外熱交換器へ流れて除霜に利用さと、熱的・化学的に長期間安定していること、蓄熱槽、れた後、二方弁を通過して熱槽内の蓄熱熱交換器に流蓄熱熱交換器の構成材料に対して腐食・溶解性がない

入し、ここで、蓄熱材に蓄えられた熱エネルギーを吸こと、融点が必要な温度範囲にあること、毒性・危険

収して再び圧縮機に吸入される。蓄熱用熱交換器は、性がないこと等が選定条件となってくる。それらの結フィンアンドチューブ熱交換器を用いている。

果、最終的に候補としては、パラフィン、ポリエチレ
ングリコール、酢酸ナトリウムの 3 種が選定された。
そのうち、酢酸ナトリウムは相分離の発生、ポリエチ
レングリコールは熱安定性の問題から、結局パラフィンが選ばれた。
（4） 立ち上がり時の効果
このシステムは、除霜時間の短縮による快適性の改
善と蓄熱槽を圧縮機周面に設置することで保温効果があり、図 6.30 31） ように温風吹き出しまでの時間が短
縮し快適性の上昇に貢献する。

図 6.28冷媒回路構成図

図 6.30
図 6.29立ち上がり時の暖房効果

圧縮機と蓄熱材（2） 技術開発目標
蓄熱材を含めた圧縮機は全体の容積が問題になり、

6.3 気流制御による爽快性改善

できるだけコンパクトにし、できれば室外機の寸法変近年の電子化技術の発展による制御性の高度化は、更は避けることが望ましい。その許された容積・構造

空調面においても、革新的改善に貢献している。ここの中で除霜時間がどのくらい短縮できるかが問題であ

では、空調機本来の快適性の改善以外の清潔性・衛生る。まず、開発の目標として、蓄熱利用除霜方式を性等の空気の質の改善にも言及していく。

行うと除霜時間を逆サイクル除霜方式の場合の 1/4～
1/5 に短縮することができるかが市場性のある目標として考えられた。

6.3.1

消費者の使用実態と不満

エアコンの省エネルギーを進めるためには、機器の実験的に、圧縮機と蓄熱材との熱交換量は、運転開省エネルギーとエアコンの使われ方の省エネルギーと始から約 1 時間で、潜熱と顕熱合わせて約 340kJ 蓄熱の両面がある。前者については、省エネルギー法のができることがわかった。そして、実機において、熱トップランナー制度の推進もあり、国際的にも我が国収支を計算すると、従来は、約 1 時間最大能力で運転の機器は優位で先進的であるといえる。しかし、使いした場合 6～7 分を要していた除霜時間を 1.5 分に短方の面では、使用者の意識向上が不可欠であるが、使縮するために必要な蓄熱量は、180kJ であり、熱収支用者の実態からいえば改善の余地が大きい。例えば、上の可能性は確認できた。

エアコン使用時の設定温度について調査してみると、
政府推奨の設定温度は、冷房 28℃、暖房 20℃である（3） 蓄熱材の選定
蓄熱材については、体積当たりの蓄熱量が大きいこが、実態としては、この温度を順守している人は、冷房で 44％、暖房で 9％と大きな乖離がある。今後は、エアコン技術発展の系統化調査

167

使用者の意識の向上を単に待つだけではなく、製品としても、自動的に省エネルギー運転ができるようソフ
トウェアの面でも改善する必要がある。
また、近年は、住宅のリビングルームの大型化、LDKの増加により、需要も大容量化している。しかし、一方、市場では快適さに対する不満が強い。これらの原因は、「適正な位置に風が向かない」「風の強さが適正でなく、必要な所を空調出来ない」であり、また、近年では、住宅の高天井化が進み、「温風が足元まで届かない」といった状況が発生している。これまでは、部屋全体を空図 6.32

位置と距離の検出調するという事に視点を置いてきたが、リビングルームの場合、家族が集まっている場所や一人でいる場合等、ところにいれば波形が長い波長となり、近くにいると生活シーンに応じて快適にしたいエリアを中心に快適にきは短い波形となる。波形の違いを図 6.32 33）に示す。

することができれば、無駄な空調をする必要がなく、一層の快適性と省エネルギーが図れることになる。

（2） 人のいる位置と周辺の 壁・床の温度がわかる人
感ムーブアイ

6.3.2

新たな視点からの爽快性と省エネルギー

従来の部屋全体を均一にという考え方から、人中心

新しい視点からの空調とは、「人中心の空調とはどの爽快性をもとめるアクティブな制御により、爽快性

ういう事か」から考えることであり、三菱電機が先行の向上とともに、極めて高い省エネルギー効果が得らして展開したものである。

れる技術が人感ムーブアイ技術であり、その機能図を
図 6.33 34） に示す。エアコンの暖房は、足元が寒いと（1） 人の位置と距離がわかるパノラマアイ

いう不満を持つユーザーが多いが、これは、足元まで

人中心になってくると、当然、人がどこにいるかがしっかり温風が届いていないからである。この不満ををわからないと最適な空調はできないので、人の位置解決するためには、人がいる床面の温度を検出し、適を検出するセンサーとして、パノラマアイが開発され正な気流や温度を制御する機能が要求される。また、た。図 6.31

32）に示したのがパノラマアイである。これ

人がいる場所を中心にエリア空調を行い無駄なエリア

は、2 つのセンサーを使って、3 つの方向を判断しよの空調を制御するためには、部屋に存在する人の位置

うとするもので、センサーの検知エリアを重複させるを見分ける機能が要求される。

ことで、人の動きによる遠赤外エネルギーの変化でセンサーの出力波形が変化し、この波形の変化からどこに人がいるかを判断している。そして、人の位置に合
わせて風の流れを制御する。このセンサーの優れたところは、位置ばかりでなく距離もわかることで、遠い

図 6.33

人感ムーブアイの機能

これらの課題を解決するためには、人のいる床面の温度分布と、人のいる位置とを同時に見分けるセンサーの開発が必要である。この方式は、エアコンから離れた 7 か所の温度測定をしながら回転駆動することによって、合計 462 か所の温度測定を可能にした。そして、その熱画像から床温度に加えて人体位置も検出
図 6.31168

3 方向からの判断

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

するサーモバイル形赤外線センサーを設置した。この

図 6.34

人感ムーブアイの動作図

センサーによる左から右への動作を示すのが図 6.34 35）にである。この技術は、前記のパノラマアイの進化したものとして、三菱電機が実用化した。

6.3.3

フィルターの自動清掃化技術

エアコンの爽快性維持のためや、空気質の向上のた
めにも、防塵フィルターを常にきれいにしておくことは極めて重要であるが、エアコンユーザーへの調査で（3） 人感ムーブアイの効果

は、図 6.36 37） のように、フィルター清掃への不満が①

最も高く、「掃除が面倒」「取り外すのが大変」等の不爽快性についてこの人感センサーによって、室温や床温度に加えて満が高いし、十分に清掃されていないのが現状であ人のいる場所を見つけて、自動的に人の生活エリアをる。この調査に基づいてパナソニックがフィルター自中心としたエリア空調することが可能となり、温風が動清掃化技術を開発した。

足元まで行き渡る快適な空調となる。このために、図6.35 36）に示すように、暖房では、常に足元までしっか
り温かい気流が到達し、さらに必要なエリアのみ空調
できることがわかる。

図 6.36

ユーザ調査結果（1） システムの概要
開発の狙いとしては、いつでも手間なしで、いつもきれいで、いつも省エネで、いつも静かでとしており、
図 6.35

床面温度分布の改善

とにかくメンテナンス不要なものにすることである。
それは、ホコリをためておき、定期的に捨てる必要②

省エネルギー性についてがなく、メンテナンスを不要とするために、図 6.37 38）

このように快適性を高めることによって、無駄な温度に示すようなシステムとした。すなわち、フィルター

設定を抑制することで、約 30％の節電効果が確認され面に沿って左右に移動しながらフィルター上のホコリた。また、部屋に一人でいる場合には、人のいる位置をを吸引するノズルと吸引したホコリを室外へ排出する

中心に空調するので、部屋全体を空調する場合に比較しファンユニットから構成され、ノズルとファンユニッ

て、約 10％の節電効果が確認された。さらに、人の在、ト間を、U 字状の吸引ダクトでつなぎ、ファンユニッ

不在を検出する機能の展開として、人がいなくなると能トと室外との間を換気ダクトでつないでいる。

力を抑えた不在省エネルギー運転をする機能も搭載しており、この場合はさらに 10％の節電効果が得られる。

エアコン技術発展の系統化調査

169

とモータ入力・騒音値のデータから吸い込み面積を決定し、この決められた吸い込み面積での吸い込み口を上下に切り替えながらノズルをフィルター上にて左右に往復させるメカニズム開発が必要となる。
②

薄型ファンユニットの開発

ファンユニットは、エアコンの限られた筐体内に搭載するため、幅寸法を 30mm 以下にすること、吸引したホコリを排出する吸引清掃機構と、室内空気を室外に排出す
図 6.37

清掃システムる換気機能を 1 つのファンで兼用することが必要となる。
そのため、低風量で高圧が必要な吸引清掃時と、それ（2） ホコリ除去技術に比べて低圧ながら大風量を必要とする換気時の二つのエアコンフィルター上のホコリを調査すると、ホコ動作を低騒音で両立させる必要がある。このために騒リの大半は、微細な繊維片であることがわかったが、音性能が優れた小径薄型のシロッコファンを開発して高なかには長繊維を含みフィルターの繊維に絡みつくも速で運転するとともに、低騒音高出力の小型ブラシレスのがあり、吸引のみの掃除では難しいことがわかっ

モータを開発し、2 つの動作を切り替えるダンパーを装た。このようなホコリを除去するためのメカニズムは備した。これを図 6.40 41）に示す。

図 6.38 39） に示すようなものである。これは、ノズルの進行に伴い、吸引口後方のパッドがフィルター面の
ホコリをこすり取って剥がし、浮き上がったホコリを吸引口からノズル内部へ吸引する。この際の、吸引口の風速は、掃除機並みとなっている。本システムのパッドは、通常の掃除機の吸引ノズルについているブラシの役割をするものである。しかし、掃除機とは異なりメンテナンスのできないエアコン室内機の中で用いるため、ホコリが付着したり、絡んだりしない材質、形状であることが必要不可欠であり、一般的なブラシ形状は用いられない。これらの要件を満たし耐久性にも優れたものとして、スポンジ状のシリコンフォーム
で台形状に成形したパッドを開発した。

図 6.38

図 6.39吸い込み面積の決定

除塵メカニズム（3） コンパクト・低騒音化の技術①

ノズルの開発システムのコンパクト性と低騒音性を考慮しつつ、風量増加を抑えながら吸引力を確保することが重要となる。その手段として、吸引口の面積を小さくすることが必要となる。図 6.39 40） のような吸い込み口面積170

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

図 6.40

ファンユニット（4） 得られた効果
開発から得られた効果は、単に手間いらずというだ
けでなく、フィルターが常時きれいに保たれていることにより、次のような効果が得られた。
①

フィルター面の清潔性の維持
図 6.41 42） の上図は、約 1 年間清掃していないフィ

ルターと、フィルター自動清掃機により掃除されたフィルターのホコリ付着状態を比較したものである。
また下図は、両者のカビの繁殖状態を比較したものであり、フィルター清掃によりカビの繁殖が抑制され、常時フィルターが清潔に維持されていることがわか

図 6.42除塵による快適性る。
6.3.4

空気質の高度化技術

エアコンの本来の目的は、居住室の空気温湿度の適正化であるが、さらに一歩踏み出して、空気の質の改
善機能を取り上げた製品が開発された。その流れは電気集塵機機能を付属するもの、マイナスイオンを発生させるもの、室内空間からダニ、カビ胞子、浮遊菌イ
ンフルエンザウィルス等の除菌性能を有するものも登場した。これらの方法は、除菌フィルターによるもの
からオゾンシャワーによるものまで多様である。
（1） 電気集塵機搭載によるもの
これまでは、工業用装置としてのみ存在していた電気集塵機を劇的にコンパクト化し、エアコンに搭載できるようにし、エアーフィルターでは取り除けないタ
バコの煙 / ヤニ等の微粒子を図 6.43 44） ように、コロ
図 6.41

清掃の効果

ナ放電空間でプラス帯電させ、アース電極である集塵板へ吸着させる。冷房オフシーズン中も、単体の空気②

電気代の節約清浄機として使用可能であり、その性能は、適用畳数

フ ィ ル タ ー に ホ コ リ が 付 着 し、 室 内 機 の 風 量 が

8 畳の集塵能力を持つものであった。これが開発され

低 下 す る と、 エ ア コ ン の COP（ 能 力 / 消 費 電 力

た 1981 年は世界で初めて受動喫煙の害が提唱された

Coefficient of Performance）は大きく低下する。従年であった。開発は東芝キャリアが先行した。

来、フィルター清掃を 1 年間しなかった場合、暖房時の場合 COP 低下により、約 25％もの電気代が高くな
り、省エネの面でも効果は大きい。
③

爽快性の維持エアコンは、フィルターにホコリが多く付着した状

態では、室内機の風量が低下する。図 6.42 43） は、暖
房時の温度分布であるが、フィルター清掃を 1 年間しなかった場合、風量の低下で、足元まで暖気が届かな
くなっているが、フィルター清掃されているエアコン
では、1 年後においても、購入時と変わらない快適な

図 6.43

電気集塵方式

室温分布が維持されている。
さらに、よりコンパクト化と通風抵抗の低減という両立しにくい特性を両立させるために、2 段式集塵仕エアコン技術発展の系統化調査

171

様の集塵機を開発した。これの模式図を図 6.44 45） に示す。左側の 1 段目のイオン化線による高圧放電でプラス帯電したタバコ・花粉等の微粒子を、右側の 2 段
目に対向設置された高圧プラス電極板とアース電極である集塵板の間を通過する際に、強制的に集塵板側に付着させる仕組みである。運転停止中にエアコン内部で発生するカビの繁殖防止等、エアコンから汚された
空気を吹きださず、室内空気を清潔に保つという空気

図 6.46

マイナスイオン効果の質への配慮は、「花粉症」が一般的に話題となる時代の背景もあり、市場から評価された。図 6.45 46） に様である。

JEMA 基準に基づく粉塵減衰曲線を示すが約 1 時間
でタバコの煙は 99％除去できる。

（3） オゾンシャワーによるもの
オゾンシャワー洗浄とは、自動でエアコン内部をクリーンにするものである。エアコンが運転停止後にエアコン内部を乾燥させて、カビの発生を防ぐので、常時設定しておくと運転「切」で運転を停止した
時と切タイマーで運転停止した時、内部クリーン運転が自動的に作動する。これにより、運転停止後、熱交換器やファンに付着しているカビ菌をプラズマ放電で発生した低濃度のオゾンで壊す。このメカニズムを説

図 6.442 段式集塵システム

明したものが図 6.47 48）であり、三菱電機が開発した。

図 6.47

オゾンシャワーによる清潔化（4） 脱臭機能付きによるもの
図 6.45JEMA 基準粉塵減衰特性

室内空気中のニオイを除去する脱臭装置付きのもの
で、生ゴミ、ペット、タバコなど気になるニオイを脱（2） マイナスイオンによるもの
空気の質の改善は、時代の流れに沿ってマイナスイオ
ン発生により、さらに進化した。この時代、森林浴や臭エレメントが吸着し、飽和状態になると自動的に通電して臭いを分解し、脱臭剤を再生する再清脱臭方式
をパナソニックが開発した。

噴水 / 滝つぼの近くでのマイナスイオン効用説が話題と再清（再生）のメカニズムについては、脱臭剤を再なり、エアコンの爽快性、すなわち快適性と健康性の向生するメカニズムを図 6.48 49） に示す。また、脱臭剤

上にも有効として採用された。マイナスイオンは、空気中に浮遊塵等の生活微粒子があるとたちまち中和され、消えてしまう。エアコンでは、マイナスイオン発生機の上流で、本格的空気清浄機により、タバコの煙 / 花粉などの微粒子を取り除き、清浄に保った吹き出し空気によってマイナスイオン効果を持続できるようにした。その効
果を図 6.46 47）に示すが東芝キャリアが製品化した。
この図からわかるように、マイナスイオンの効果
は、疲労軽減、リラックス度高揚、緊張感の低減等多172

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

図 6.48

脱臭剤の再生の特性としての脱臭剤単体臭気性能特性を臭気成分ア（2） 換気機能へのニーズの高まり

ンモニアとしたときの比較テスト結果を図 6.49 50） に

近年、次のような理由で換気機能の重要性が高まっ
てきた。

示す。

①

住宅の風通しが少なくなり家屋の密閉度が高くなる。

②

室内での人間活動が多くなり、建材や家庭用品から出る有害物質も増えている。

③

シックハウス症候群やアレルギーなどに悩む人が増えている。

④

建築基準法の改正でクロルピリホス添加建材の使用禁止、ホルムアルデヒド添加建材の使用制限、常時換気可能な換気設備の設置義務化等

図 6.49の制度化が進んだ。

臭気測定

図 6.50 51）は触媒の寿命性能を比較したものである。

（3） 換気可能エアコンの効用
下記の使い方でそれぞれの効用が期待される。
①

給気と排気窓を開けずに、部屋の空気をリフレッシュできる。

窓を開けずに済むために虫も入らず外の騒音も気にならず窓を閉めたまま快適に眠れ、夜も安心して睡眠が健康的にとれる。
②

自動給排気
自動給排気（空気見張り）を設定しておけばエアコ

ンが 24 時間部屋の空気をチェックし、常に新鮮空気
図 6.50

触媒性能比較

が確保できる。
③

6.3.5

換気機能付セパレートエアコン

フレッシュ給気
エアコン運転中の閉め切った部屋では酸素不足にな

従来のセパレート型エアコンは、室内空気の新鮮度りがちだが、外から新鮮な空気を取り込むことによりを確保するため換気機能はなかったが、換気のための自然と同じバランスの酸素濃度で快適に過ごせる。

給気機能と排気機能を持つエアコンを、2004 年日立④

おやすみ給気おやすみ給気にセットしておくと、夏におやすみタ製作所が製品化した。

イマーを使用するとき、運転停止後もエアコンが室（1） 換気付きセパレートエアコンの構造
セパレートエアコンの室内機に取り付けた給排気制
御システムの機能構造図を図 6.51

52）

示す。

温・湿度・外気温を見張り、外気温が室温より低けれ
ば、涼しい外気を取り込み、夏の夜も快眠できる。
⑤

クリーン排気空気清浄機能だけでは取り切れない CO2 やホルム

アルデヒドなどの汚れをクリーン排気が強力に排出し、部屋の空気をきれいにする。クリーン排気なら約2 倍の速度で CO2 を低減させる事例を図 6.52 53） に示
す。
⑥

常時排気
常時排気機能を使用すれば、24 時間連続排気が可能となり、建材・家具等から発生するホルムアルデヒドなどもしっかり除去できる。これを図 6.53 54） に示
図 6.51

吸排気機能構造図

す。

エアコン技術発展の系統化調査

17318）三菱電機技報

1962-419）前掲同上書
20）前掲同上書
21）前掲同上書
22）冷凍 1998-6 日本冷凍空調学会
23）前掲同上書
24）前掲同上書
図 6.52CO2 低減速度25）前掲同上書
26）三菱電機カタログ

198327）前掲同上書
28）前掲同上書
29）関信蓄熱工学森北出版30）前掲同上書
31）前掲同上書
32）三菱電機技報

2007-633）前掲同上書
34）前掲同上書
図 6.53

常時排気35）前掲同上書
36）前掲同上書
37）松下テクニカルジャーナル 2005-8【引用・参照文献】

38）前掲同上書

1） 日立評論

39）前掲同上書

1967-82） 前掲同上書

40）前掲同上書

3） 前掲同上書

41）前掲同上書

4） 三菱電機技報42）前掲同上書

1982-115） 前掲同上書

43）前掲同上書

6） 冷凍

44）東芝

1997-7 日本冷凍空調学会

7） 前掲同上書

45）前掲同上書

8） 前掲同上書

46）前掲同上書

9） 前掲同上書

47）前掲同上書

10）前掲同上書

48）三菱電機11）ダイキン工業カタログ

49）パナソニック12）kansenyobou.net /50）前掲同上書

13）空気調和・衛生工学論文集

2013-915）ダイキン工業カタログ 1999

53）前掲同上書

16）前掲同上書

54）前掲同上書

Vol.24 2017. March

2008

カタログ 1994

51）前掲同上書
52）日立製作所

国立科学博物館技術の系統化調査報告

2001

カタログ

14）前掲同上書

17）前掲同上書

174

カタログ

カタログ 2004

7｜エアコンビジネスとマーケティング戦略
企業が技術を革新し、製品化し、事業化するため

代は、扇風機並みに扱われ、購入時期はほんど夏場集に は、MOT（Management Of Technology 技 術 経

中型で、購入期間は 1~2 カ月であった。これが冷暖房

営）の考え方が不可欠である。製品化段階では「魔の機＝エアコンになっても、その暖房能力のイメージから川」、事業化段階では「死の谷」、産業化段階では「ダー売れる時期は夏場が多く、あまりクーラー時代と変わら

ウィンの海」をそれぞれ克服すべき障害としている。

なかった。

MOT では、特に事業化のために死の谷を乗り越える

図 7.2 2）年は最近のデータである。多少は改善されことを最も重要な課題としている。事業化とは、エアているものの、本質的には夏物である。暑くならない

コンを企業の経営に貢献できる事業に育てることであと買われないという事になり、その年の夏場が冷夏る。製品化は主にハードウェア（H/W）の問題であになるとエアコンは売れず、製品在庫はそのまま、次るが、事業化では技術以外の要素すなわちソフトウェの夏まで残ることになり、ビジネスとしては大変つア（S/W）の要素が不可欠となる。それがマーケティ

らいものになる。図 7.3 はエアコンの市場成長時に起ング戦略である。以下にマーケティング戦略について

こったエアンの販売台数の変遷である。この図の中でのエアコンでの実績を述べる。

冷房専用機が主体であった 1978、1979 年は暑い夏で

7.1 ウエザーマーケティング戦略

あった。一転して 1980 年はまれに見る冷夏で、これが 3 年間続いた。対応する 6-8 月 3 か月の平均気温偏差（気象庁）は、各年カッコ内の通りであり 1978 年

家電品の激烈な販売競争を勝ち抜くためには、ビジ（+1.10）、1979 年（＋ 0.20）、1980 年（-1.03）、1981 年

ネスの現場では、
「景気」
、
「人気」
、
「やる気」の 3 つ（-0.50）、1982 年（-0.93）と、夏の暑さとの相関性のの気が必要だといわれていた。エアコン商戦ではもう高さは図 7.3 に示すエアコン出荷台数に直接影響して一つの気「天気」が必要で、エアコン関係者は自虐的いることがわかる。（壁掛化・薄型化は製品要因）に「お天気やサン」と言われた。
名称は 1956 年にクーラーから JIS が改訂されエアコンとなったが、主力のセパレート製品の半数以上がヒー
トポンプ冷暖房機＝エアコンとなったのは、1980 年代後半であった。ここで販売構成比では半分を超えたが、当初の製品の暖房能力は弱く、初冬や早春時以外には単独の暖房機とはなりえなかった。そのため冷暖房機とはいえ、消費者が実際購入するのは、図 7.1 1）のような夏物製品の購入パターンであった。すなわちクーラー時

図 7.1

図 7.2

近年の冷暖機の販売パターン

図 7.3

エアコンの成長期の出荷量推移

各種家電品の購入時期

エアコン技術発展の系統化調査

175

近年のエアコン販売と気象データとの相関係数をした気候リスク管理を行うためのワークショップ「産図 7.4 3）に示した。エアコンを製造するための仕込み業分野の気象情報利用のためのワークショップ」が気期間以上の気象予測が前もって可能になることが望ま

象庁中心に開催されている。近年の異常気象の頻発もれる。家電品等のモノを作るための仕込み期間は、3あり、新しい視点でのウエザーマーケティングが産業

か月ぐらいが常識であるから、三か月気象予測が精度の広い分野で本格化し始めている。

よくできないといけない。現在の気象予測可能期間
は、予測精度からいえば 3 日が限度である。ここで、ウエザーマーケティングが登場してくる。気象条件に

7.2 ブランド・マーケティング戦略

よりビジネスを展開している業界は、昔から第一次産

現 代 は ICT の 技 術 の 進 展 に よ り、 あ ふ れ る 商 品

業の農業・水産業では観天望気の経験の積み重ねで生情報から、好みのものを選択購入することができるきてきたが、製造業等の第二次産業では、まともに気が、家電製品が出回り始めた時代には、消費者が欲し

象情報を利用しているところはなかった。1988 年頃

い客観性のある商品情報を得る方法はなかった。当から時代の要望に応えて、気象庁の肝いりで気象協会時（1960 年頃）の欧米等の消費者先進国では、米国と気象情報提供業者と産業界とからなる気象情報利用の Consumers Report や英国の Which とかの権威あ者懇談会を設置して、第二次産業界での長期予報の情る製品の評価に関する情報誌があったが、これに対報活用を模索し始めた。この会の会長は前任の気象庁

応するのは我が国では出版物の「暮しの手帖」（2016

長官が当たり、副会長はエアコン業界から選抜されて

年 NHK 朝ドラ「とと姉ちゃん」で話題となった）でいた。当時でも、気象情報提供業者の活用のためのノあり、企業の広告は一切掲載せず、独自の信頼性のウハウは存在していたし、これに関するマーケティン

極めて高い商品情報などを提供していた。「暮しの手グ会社も存在していた。しかし、最近まで関係各社の帖」が独自に行うエアコン等の多くの家電品の消費者活動ぶりはあまり公開されていなかった。近年（2014

目線での製品テスト情報は、高い信頼性得ていた。製年～）では、図 7.54）のように新しく気象情報を利用

造メーカは、各社の設計基準で製品を設計・製造するが、どうしてもメーカの目線になりがちであった。この「暮しの手帖」社のテストのやり方や評価方法は、
あくまでも消費者視点であり、製造メーカの製品の評
価基準と多少ずれるところもあったが、この消費者目線の考え方を参考に取り入れて製品設計を行うと、この暮しの手帖社の評価が「評価 A」と当然高くなり、消費者の評価も高くなった。
他によるべき基準の無い消費者は、図 7.6 5） に示

図 7.4

図 7.5

176

エアコン販売と気象の相関係数

気象庁 : 気象情報利用のためのワークショップ

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

図 7.6

暮しの手帖評価

す「暮しの手帖」誌を片手に、大型量販電気店に行

住居面積をフルに活用するために、人間工学的見地

き、指名買いをするケースが多くなることになる。そから検討し、マーケティングから生まれた「壁掛セして、各社の製品が併売されている量販店として消費パレート型」が、世界のエアコン市場 9300 万台の約者の満足感を満たし、実売価格は高く維持され、市場75％とマジョリティを形成することになった。

占有率の上昇につながるという企業のブランドマーケ

図 7.7 6）に全世界の地域別エアコン需要（ルームエ

ティグ戦略そのものとなる。この評価は、約 4 年の間

アコン・パッケージエアコン 2010-2015 年）を示す。

隔で評価・出版されるが、高評価が継続されると、市地域別の特徴としては、北米のパッケージ比率が高場におけるブランド評価は完全に定着する。そして、

く、空調は地域にもよるが暖房主体のセントラル式が企業の対応は、著名な経済雑誌にも耐久消費財には珍多い。ルームエアコンの各国タイプ別需要は表 7.1 7）

しい長寿ブランド化できたブラント確立事例として紹の如くセパレート型比率が約 83％で、年ごとの大き介された。図 7.6 は暮しの手帖（1979 年版 60 号）のな変動はない。世界のエアコン需要の 35％を占める

コメント欄に評価結果が示され、室内機・室外機の薄中国でもセパレート比率は約 99％である。

型化も重視されていることがわかる。

また、セパレート（スプリット）型の室内機の取り付け形態別分類を表 7.2 8）すが、2015 年時点で壁掛が7.3 スペースマーケティング戦略

約 87.6％で圧倒的に多く世界の主流となっており、他は、床置型約 1.4％、天井型（カセット・埋め込み・

今回のエアコン技術の系統化のテーマは、3S で整吊下げ）約 1.0％となっている。これは、2015 年 4 月

理してきた。この中のスペースセービング性技術の流から 2015 年 10 月半期実績の日冷貿易集計値（日本冷

れはスペースを主体にエアコンと家屋構造とのやり取

凍空調工業会提供）であり、世界各国の日本関連企業

りを考える家屋適合技術戦略＝スペースマーケティン

が出荷したルームエアコン統計値である。

グである。日本の狭い国土面積、狭い平地面積、狭い

図 7.7

世界の地域別エアコン需要

エアコン技術発展の系統化調査

177

表 7.1

世界のルームエアコンの国別・タイプ別需要178

国立科学博物館技術の系統化調査報告（単位 : 千台）

Vol.24 2017. March表 7.2

世界の室内機のタイプ別国別分類【引用・参照文献】
1） 産業と気象の ABC

5） 暮しの手帖評価
成山堂

2） 近年の冷暖機の販売パターン

荒野喆也
http://www.jma.

go.jp/jma/kishou/minkan/srs_ws.html
3） エアコン販売量と気象との相関

http://www.

jma.go.jp/jma/kishou/minkan/srs_ws.html

暮しの手帖 1979 年

6） 全世界の地域別エアコン需要

日本冷凍空調工業会
7） 世界ルームエアコンの国別タイプ別主要日本

冷凍空調工業会
8） 前掲同上書

4） 気象庁 : 気象情報利用のためのワークショップ
http://www.jma.go.jp/jma/kishou/minkan/srs_
ws.html

エアコン技術発展の系統化調査

179

8｜おわりにはじめにで述べたように、日本だけでも 1 兆円とい欧米に比較して日本では北海道等の寒冷地を除き家屋う巨大な市場規模を持つエアコンの技術の流れについ構造の断熱性・気密性に関する規制強化が遅れていて系統化を行った。既に見たように本報告書では、市る。この面が強化されてくると冷暖房の家屋に関わる

場ニーズをスペースセーブ、省エネルギー、爽快性の熱損失は大幅に削減されるので、エネルギー消費は劇

3 つに大きく分け、これを 3S として、その各々を中的な削減が予測される。

心に系統化してきた。総括すると次のようになる。

（3） 爽快性（1） スペースセーブ

メーカーは冷房専用機から付加価値の高い冷暖房機

米国から入ってきた窓掛一体型が、日本の家屋構造をかなり早くから手掛けていたが、暖房能力の不足かになじみにくく、セパレート型になり、さらに狭い居ら独立暖房機としてなかなか認められなかった。イン

住面積と壁面の有効活用から考えられた壁掛セパレー

バータ技術にさらに進化した PAM 制御方式を加える

ト型に発展し、これが日本の主流になった。この傾向

ことにより暖房能力の不足を解決し、寒冷地でも通用は日本国内にとどまらず、そのまま世界のエアコンのする暖房機を開発した。

デファクトスタンダードになっている。日本発の壁掛

日本の海洋性気候による高湿度条件を克服するため化の技術の基本はラインフローファンを使いこなす技に、冷房・暖房にプラスして室温は下げずに湿度だけ術にあった。この技術は当時、送風機の世界では国際下げるという除湿機能を付加した。この技術はアジア的にもほとんど一般化されていなかった。もうひとつで受け入れられている。センサーや気流制御の技術ののスペースセーブの流れとしてマルチ方式がある。家高度化により、従来の、部屋（房）全体を対象にした庭用からスタートし、業務用となり、さらにビル型マ

冷房・暖房で温湿度を均一にすることだけでなく、部ルチとなり国際的に普及しつつある。従来の空気・水屋にいる人間を中心に局所的に爽快性と省エネルギー等の媒体使用のセントラル方式が置き換えられつつあ性を追及する流れも出てきている。

る。家庭用の壁掛け化とビル用のマルチ化は、今後とも続くものと思われる。

はならものとして地球温暖化がある。これと強くかか（2） 省エネルギー

わっているのがエアコンの冷媒ガスである。冷媒を使国産の電子インバータ技術は、エアコンの運転時間用するエアコン以外の業界では取り組みが進んでいのほとんどを占める低負荷時の省エネルギーを大幅にる。業界の努力にもかかわらず、エアコンの冷媒の温改善することに貢献した。この技術は、日本ではエア

暖化係数 GWP の現時点の抑制は、他業界に比較してコン以外の分野でも急速に導入されており、エアコン

遅れ気味である。エアコン用の冷媒は、引火性の問

大消費地の中国でも広く普及し世界の省エネに貢献し題をはじめとする制約条件が多いためである。また、ている。インバータ技術の芽は、米国にあったが、日2016 年 10 月のモントリオール議定書「キガリ改正」

本の半導体（サイリスタ―等）の先駆的技術によるにより 2019 年より新しい対応が求められており、自ルームエアコンへの量産導入が契機となり、冷蔵庫や然冷媒も含めて更なる開発が急務である。

洗濯機等の家電品に続々と採用され、日本はインバー

エアコンの事業化成功の要因について述べる。

タ大国となった。

製品の事業化に当たっては、導入期、成長前期、成エアコンの消費エネルギーの 80％以上を占める心長後期、飽和期そして衰退期にいたるプロダクトライ

臓部の圧縮機については、実用化のために高度な精密

フサイクルの中のそれぞれのステップで、競合市場の機械加工技術が開発成功の大きな要因となった。ロー

中で勝利し、飽和期においても事業として有利な地位タリー型については、最初の実用化は米国 GE 社でを確立するための戦略が肝要である。特に成長期の前あったが、スクロール型については米国 Purdue 大学期から後期に至る過程が最重要期だといわれている。

の研究開発コンソーシアムに、早い時点から参画して筆者はエアコンがこの時期にあるときに責任者としていた日本のカーエアコンメーカーが初めて実用化に成開発を担当することになった。その時考えたことは、功した。エアコン業界の量産化に次いで、冷凍機業事業化に必要な多様な情報をいかに幅広く収集するか界、さらに空気用圧縮機業界へと拡大した。

ということであった。そしてそれは、いかに異能集団

家屋の省エネルギーに関する規制の動向を見ると、

180

現在の地球環境問題の人類共通の課題として忘れて

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. Marchの衆知を集め、開発責任者のブレーンとするかであった。このために人脈を全社にたどり、エアコンとはあた。エアコンに関連する技術は調査対象が極めて広範

まり関係のない部門から優先的に人を集めた。この人囲だった。また、エアコン技術だけでなく世界的に電集めに参考としたのが、当時話題を呼んだ映画「7 人

気電子業界の製品がめぐるましい大変革を遂げた時代の侍」であった。映画の中で集められた侍たちは、各であったことなどで、もくろみ通りには収集しきれな

人がそれぞれ異なる武器（刀剣、槍、弓矢、長刀、礫 :かった。資料が残されていても、その当時の背景やい投石、鎌等）の達人たちであって多様な場面で多様なきさつを知る者が退いており、情報収集結果について働きをした。エアコンの異能集団として集められた

心残りが多かった。それでもこの調査報告は、極めて人々からも、とてもエアコンの専門家には考えられな貴重である。これ以上調査が遅れたら情報は消えてな

いような発想や解法が多く出された。例えば、流体のくなっていただろう、一刻も猶予がないとの焦りも感

専門家には発想できないラインフローファンのエアコじた。これらの状況は単にエアコンだけの問題ではなンへの応用、熱交換効率と低騒音化を真っ向から否定

く日本の産業全体に通じるものと考えられ調査対象機するような室内機の薄型化、冷却してから除湿し再加

種は温故知創の観点からももっと拡大すべきである。

熱するという除湿機能の本道から外れた送風制御だけ
での除湿などは各分野の専門家からはとても出てこな■ 謝辞
調査に当たっては、多くの方に資料提供や貴重なごいものであった。
また、エアコンの差別化にとして製品のプロダクト

意見、ご助言をいただいた。厚く謝意を表する。折角

ライフサイクルレの位置によって何が最も効果的かにいただいた資料についても紙面の都合等で掲載できな

ついて、数ある過去の家電品などの分析から基本鉄則

いものもあった。本欄にてお詫び申し上げる。

を確認して、エアコンに導入した。導入期では、その製品の「基本性能」で差別化し、次のステップでは、

特に次の方々には、連日多忙な中で多くの調査に基

基本機能＋「付加機能」、さらに成長前期は理屈よりづく貴重な資料を提供していただいた。心から感謝申も「視覚的」な差別化、そして成熟期は「コスト」競し上げる。

争力が確保できる市場での位置の確保である。具体的

一般社団法人

日本冷凍空調工業会

岡田哲治には、基本性能差別化はどこよりも早くよく冷えるこ

公益社団法人

日本冷凍空調学会

西口

章と、付加機能は冷えることと両立しにくい低騒音化、ダイキン工業株式会社松浦

弘幸

次の視覚的は見たらすぐ理解できる薄型化とか LED

東芝キャリア株式会社清水克浩

による温度の見える化等であった。ここまでの戦略で



荒川

裕幸

高シェア―を取り、成熟期のコスト競争力に耐える力

パナソニック株式会社

安田

透を確立することができた。差別化とタイミングを重視



波多野弘司

化しないと、技術差別化の効果は半減する。

日立ジョンソンコントロール空調株式会社

野中

正之



亀井

孝一

三菱電機株式会社

梅村

博之とは、各企業に保管されているはずの過去の技術情報



永友

秀明

が、大企業においてさえも必ずしもきちんと管理・保



青木

克之

今回産業技術系統化調査事業に参画してわかったこ

管されていないという事である。これらの調査収集には多くの方々のご協力にもかかわらず、大変苦労し

エアコン技術発展の系統化調査

181

182

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March～1969年

66インスタントカップリング

64富士山頂測候所空調

61電気用品取締法
社会動向 64オリンピック東京大会
64電気冷房機JIS設定

その他

72パンダカンカンランラン空調
71ルームエアコンJIS名称変更
73第一次オイルショック
77省エネルギー法

85プラザ合意
85つくば科学万博
96男女雇用機会均等法

87オゾン対策新冷媒HFC

81電気集塵機付き

95製造物責任法
97地球温暖化防止京都会議
99省エネトップランナー導入

94脱臭機能付
99マイナスイオン発生

94 インバータリヒートドライ機能
99無給水加湿デシカント型

97 PAM制御インバータ
98低外気温液インジェクション

90 ニューロ&ファジイ制御

91横型スクロール圧縮機

92 コンパクト室外機

98 天井近接コーナー

空気質
清浄化

80 エレクトロニクスドライ機能

83雪国用燃焼器ヒートポンプ
89蓄熱式ヒートポンプ

81 音声合成ガイド
81光センサー付き
81インバータヒートポンプ
83 ブラシレスDCインバータ

88 ツインロータリ圧縮機
89スクロール圧縮機

80 額縁型アートクール
81床置型スーパースリム

81 天井埋込ビルマル

1990年～

94パノラマアイセンサー

67 リヒート型ドライ機能

除湿機能

78発光ダイオード温度表示

71 室内機全樹脂化
75 超薄型室内機

79 天井近接型

1980年～

気流制御

61 窓掛一体型ヒートポンプ

暖房機能

爽 快 化 爽技術快性

68 ラインフローファン

送風機

電子制御

68 ロータリ圧縮機

圧縮機

省エネルギー特性
省エネルギー技術

据付特性

据付形態

53窓掛一体型
61床置セパレート型
68 壁掛セパレート型
69室内マルチ型
68可搬式セットフリー

1970年～

エアコン技術の系統化

スペースセーブ特性
スペースセ—ブ技術

要求特性

00家電リサイクル法
07 フロン回収・破壊法
15 フロン排出・抑制法

12 温暖化対策新冷媒R3204換気機能付壁掛エアコン
04フィルター自動清掃化
08オゾンシャワー

07人感ムーブアイセンサー

09消費電力量CO2本体表示

01リプレースマルチ型

2000年～

考

高湿度国向けインバータ量産化(日本)

ロータリ実用化(米)スクロール車用先行(日本)
坑道煤塵排気用(英)エアコン実用化(日本)

世界の標準型

29水冷窓掛式(米GE)(技術起源等)備

エアコン技術発展の系統化調査

183

7

6

5

4

3

2

1

(RAS-2510HX)

PAM 制御インバータエアコン(CU-G25V)

コンパクト室外機

スクロール圧縮機使用(RAS-225PAHV)

インバータ駆動エアコン(MS-22RJ)

薄型セパレートエアコン(RA-228D)

リヒート型ドライエアコン(B 型シリーズ)

ロータリ圧縮機(MS-22RA)

壁掛セパレートエアコン

名称 (型名)1997 年

1992 年

1981 年

1975 年

1972 年

1969 年

1968 年

製作年

コントロール空調

日立ジョンソン

パナソニック

東芝キャリア三菱電機

コントロール空調

日立ジョンソン

東芝キャリア

三菱電機

製作者

産業技術史資料の所在確認調査

量産用

量産用

量産用

量産品

量産用

量産用

量産品

種類

資料の

(後継機)

空調本部

同社・栃木

事業所

(後継機)
保管

同社・草津

工場

同社・富士

製作所

同社・静岡

空調本部

同社・栃木

工場

同社・富士

製作所

同社・静岡

所在地

保管

保管

保管

保管

保存

保管

状況

力の大幅改善に成功した。

御の導入により省エネルギー化と暖房能

1983 年直流モータを採用、さらに PAM 制

た。

ン ダ 等 室 外 機 の 据 付性を 格 段に 改善 し横型スクロールを開発し、高層住宅のベラ

省エネルギー化に成功した。

機の回転数を変えて通常運転時の大幅なインバータユニットの小型化を図り、圧縮時代の家電品のモデルケースとなった。

業界で視覚的差別化に成功し、軽薄短小

ずに湿気を除く機能を装備したエアコン

梅雨時等の多湿時を考えて、温度を下げ化・コンパクト化・低騒音化となった。

往復動型からロータリ型になり、高効率用し世界の標準型となった。

て壁面を利活用し、ラインフローファンを使

エアコン室内機として最適の取付場所とし

資料の概要

184

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.24 2017. March

67 リ ヒ ート 型ドラ イ RA-228D

53 窓掛一体型 RA-05
71室内機全樹脂化 MS-22RE
68 壁掛セパレート型 MS-22RA 75室内機超薄型 MS-22RN
61窓掛一体型冷暖 RBH-10
78LED温度表示 MS-1802R
79天井近接型 MC-1601R

三菱電機

69 室内マルチ型RS 28BS

ダ イ キ ン工業

日立J /C空調

68可搬セット フリー型RAC181BF
69 ロ ータリ ー圧縮機 B型～1969 1970～

エアコン技術系統化メーカ別導入機種一覧

東芝キ ャ リ ア

メ ーカ名
P ANAS ONIC

80額縁アートクール MA-1801R
94パノラマアイ MSZ-FS284
80エレク ト ロ ニク ス ドラ イ MS -1820R
81音声合成ガイ ド MS H-2514R
81床置き型スーパース リ ム P S H-3E

01リプレースマルチ型 PUHY-P140RM-B
07人感ム ーブアイ MSZ-ZW407S
08オゾ ンシャワ ー付 MSZ-ZW408S
09消費電力量・CO2表示 MS Z-ZW409S

81光センサ ー付き RAS -22・22WR 94イ ンバータリ ヒ ート ドラ イ RAS -259FX04換気機能付壁掛セパレートRAS-E28S
83直流インバータ RAS-2223H
97PAM制御インバータRAS-2510HX
89スクロール圧縮機300RH
98低温用インジェクションRAS-J63HN

12温暖化対策新冷媒(R32)RSRP140A

1990～
2000～
90ニューロ ・ファジイ 制御CS-G25A2 04フィルター自動清掃CS-X285A
92コンパクト室外機 CS-G25V
94脱臭・空気清浄化CS-G25S
98天井近接コーナ型CS-PG28Y
99マイナスイオン発生RAS-28 5YDR

81天井埋込ビルマルチRS CY15C 99無給水加湿方式VRV QX
87オゾン対策冷媒(HFC)RZYP140M

81イ ンバータ方式RAS-225PAHV
81電気集塵機付RAS -185YKC
88ツインロータリ圧縮機 285NADR

1980～
89蓄熱式冷暖機CS -XG28A

エアコン技術発展の系統化調査
ページ

段落

正誤表

技術の系統化調査報告 第24集
2017年3月(誤）行

全文PDF版
2017年8月
(正）

108

右

32

定義した

提唱した

109

左

31

東芝キャリア

東芝

114

右

10

ことも行った。

こともあった。
注）エアコンの称呼：ルームエアコンは、JISでは1964
年に電気冷房機として制定された。そして1971年にヒートポンブも含めてルームエアコンディショナー(通称ルームエアコン)と改称された。

117

右

29

129

右

14

東芝キャリア社

東芝

133

右

20

東芝キャリア

東芝

134

右

5

東芝キャリア

東芝

136

左

10

期間省電力

期間消費電力137

右17日立ジョンソンコントロール空調

日立製作所

139

左

17

東芝キャリア

東芝

143

左

2

日立ジョンソンコントロール空調

日立製作所

156

右

26

日立ジョンソンコントロール空調

日立製作所

159

左

29

日立ジョンソンコントロール空調

日立製作所

164

左

29

日立ジョンソンコントロール空調

日立製作所

167

右

26

有意に先進的優位で先進的173

左8日立ジョンソンコントロール空調

日立製作所

174

右

27

東芝キャリア

東芝

174

右

175

35

図7.3

日立ジョンソンコントロール空調

日立製作所

（追加）

(壁掛化・薄型化は製品要因)

181

左

2

優先的人をに集めた優先的に人を集めた

181

右

11

調査対象機程調査対象機種182

系統化表

社会動向欄修正

入れ替え