家電業界の大きなストリームは「省エネ」だ。LED電球にしても薄型液晶テレビにしても、より少ない電力で従来と同等かそれ以上の機能を持っている。

東芝の最新型エアコン「大清快UDRシリーズ」は、現在の消費電力がエアコン本体に刻々と表示される。右側の赤い数字は、実際の消費電力

　エアコンも年々省エネルギー化が進み、各社が省エネ機種を続々とラインナップしている。中には東芝のエアコンのように「どれだけ省エネしているか」が数値として表示され、楽しく省エネできるエンターテインメント性を持ったものまであるほどだ。

　しかしエアコンには、昨年あたりから他の家電には見られないキーワードが流行りだす。「プラズマイオン」だ。極論すれば、エアコンに空気清浄機の機能も取り入れ、室内のカビやウィルス、臭いの原因などの粒子を除去しようという発想。メーカー各社もプラズマイオン発生機能を持たせているが、これはあくまで付加価値機能であることを忘れてはならない。「ファジー」や「マイナスイオン」といった言葉が、家電販売店をにぎわせていた過去もあったが、エアコン選びでも言葉に踊らされてはいないだろうか？

　「エアコンは重電」である。重電とは、プラントや工場用の電気機器を総称するもので、対して一般的な家電製品は「軽電」と呼ぶ。家庭用エアコンは家電販売店などで購入できるので軽電に分類されるが、そのしくみを知れば「重電」であることに納得してもらえるだろう。

　なぜなら、心臓部はコンプレッサ（圧縮機）やモーターといった重電には欠かせない部品なのだ。家庭用として小さく軽量化されたこれらの部品だが、重電の技術なしに高性能で省エネのエアコンは設計・製造ができないと言っても過言ではない。筆者に言わせてもらえば「エアコンは超小型重電」だからだ。

　こういうことを書くと女性の反感を買うので、あまりライターとしては書きたくないところだが（笑い）、車選びで「内装や形が可愛い」からと車を選んでしまう女性にはちょっと疑問。選び方に「正解」はないので否定はしないが、車は走ってナンボのもんだ。

　こんなとき男性のアナタなら、どうアドバイスするだろう？　女性が「安くて可愛い車を見つけたのでを買いたい！」と言っているが、よく見たら10万キロ走った中古の軽自動車だった場合。サスペンションもヘタっているようでフワフワでギシギシと音がする。普通なら「可愛いけどもうちょっとマシな車にすれば？」と答えるところだろう。男性の多くは、車のしくみや機能をよく知っていて「本質」を見分けられるからこそできるアドバイス。

　エアコン選びも車とまったく同じことが言える。次の図を見れば、技術が苦手な人でも納得してもらえるだろう。

自動車とエアコンの本質。下部の大きい部分こそ心臓部であり、本来の機能を左右する要素だ

　図の下部が大きくなったピラミッド状になっているが、その大きさが「本質」の度合いとなっている。車の本質を決めるのは、言うまでもなくエンジンだ。しかしそれだけで車は走らない。動力駆動系のトランスミッションはもちろんのこと、走行性能や乗り心地を決定付けるサスペンションも車選びの大きなファクター。この2つの本質がかみ合ってこそ車として機能する。

室外機の大きなファンの横には、必ずコンプレッサがあり、その中にモーターが組み込まれている

　エアコンの性能を決めるのはコンプレッサとモーターだ。モーターは室内機や室外機のファンを回すものではなく、室外機のコンプレッサを駆動するモーター。さらにコンプレッサの性能もエアコンの機能や省エネ性を大きく左右する。簡単に言えば冷却（温風）用のガスを圧縮する部分で、高性能であるほど省エネかつハイパワーのエアコンが作れるというわけだ。

　とはいえモーターもコンプレッサも室外機の中にあり、外からはほとんど見ることができない。ましてやモーターにいたっては、コンプレッサに内蔵されているので、見ることは不可能と言っていいほどだ。本来エアコン選びでは、心臓部のモーターやコンプレッサを知らなくてはならないが、いかんせん目で見ることができないために見逃していないだろうか？

　ユニットコントロール機能や操作性、付加価値ばかりに目が向いてしまいがちなのが、エアコン選びというわけだ。しかし実際には、見えない部分で各社が技術を競い合い凌ぎを削っている。もちろんそこには、大きな機能差がある。

　エアコン選びのポイントは、実際には見えないモーターとコンプレッサの性能比較にあり、メーカーによって性能差があるというこを理解してもらえば、次で説明するエアコンのしくみや、本来冷やすはずのエアコンでなぜ温風を出せるのか？　については読み飛ばしてもらってもかまわない。とはいえ、今までブラックボックスだったモーターとコンプレッサのしくみを知ることで、カタログの行間を読み取れるようになることは間違いない。

　エアコンのしくみは、簡単な実験で理解できる。一番簡単な実験は、スプレー缶を長い時間吹くだけ。工作をする読者は経験からよく知っての通り、長い時間吹き続けると缶がどんどん冷たくなる。これは気化熱（または蒸発熱）という現象で、圧縮されたガスを噴射すると、その際に周りの熱を奪う>というものだ。

　スプレー缶の中には、塗料や薬剤をスプレー状に吹き出すために、高圧のガスも一緒に封入されている。スプレーのボタンを押すと、缶の中の高圧ガスが、低い気圧の大気に放出されるので、缶が冷えるというわけ。ちょっとイメージは遠いかもしれないが、「湯冷め」も同じこと。お風呂上りにお湯を吹かないでいると、水（液体）が水蒸気（ガス）となって、体が冷えてしまうのだ。

　また鍋料理をしたときにも気化熱を体験できる。次のムービーを見てほしい。

　カセットボンベの中は高圧になっているため、中味は気体ではなく液体状で封入されている。缶を振るとジャバジャバと音がするのはそのためだ。

　さてここで鍋をはじめるとどうだろう？　缶の中の高圧な液体燃料は、大気圧のコンロに気体燃料として送られ、そこに火がついて鍋を温める。反対に、缶は気化熱によってどんどん熱が奪われ、キンキンに冷えた状態になるのだ。

※最近のカセットガスコンロは、ヒートパネルを使いガスボンベを暖める機能が付いている場合があり、ムービーのように温度が下がらない場合がある

　エアコンも基本はまったく同じ。冷媒と呼ばれる高圧の液体冷媒が室外機と室内機を結ぶ管に入っていて、エアコンの中で気体のガスとして噴出されるというしくみだ。

冷房時の冷媒の流れと冷風を作るしくみ。室外機と室内機の熱交換器で、気化←→液化を行い熱を運ぶ

　この液体（冷媒）が気体ガス（冷媒）に蒸発する部分が、エアコンの中で一番目立つ熱交換器だ。薄い金属板が何百枚も重なり合い、その奥に細い配管が見える。気化熱によって金属板は冷却され、その隙間に風を吹き込めばエアコンから冷たい空気が出てくるのだ。

　熱交換器の中で気体になった冷媒は、室外機につながる配管に回収され再利用される。室内機と室外機をつなぐ配管を見てみると、断熱材に覆われた2本の金属パイプを見られるが、1本は高圧の液体冷媒を室外機から室内機に送る管で、もう1本は気化した冷媒を室内機から室外機に送る管になっている。

　回収された気体の冷媒は、室外機の中にあるコンプレッサに送られ、高温高圧状態まで圧縮される。

　エアコンの冷房性能は、気化熱を利用してどれだけ室内の空気から熱を奪い（吸熱する）、冷やすことができるか？　そしてどれだけ効率よく冷媒を圧縮できるかにかかってくる。それはまさにコンプレッサの性能であり、コンプレッサを駆動するためのモータの性能なのだ。

エアコンを正面から見たところ。青いプラスチックの奥に金属板が何百枚も重なった熱交換器が見える

エアコンの断面。銀色の熱交換器が冷やされ、その奥にあるファンが空気を送ることで冷風が出る

上の管（青丸）は室外機→室内機、下の管（赤丸）は室内機→室外機のもの。エアコンを運転させた状態で触ってみると、それがよく分かるはず。やけどに注意！ 室外機の大きなファンを囲むように配置された熱交換器。U時の銅管が通っているのが見えるだろう。室内機と同様の金属を何枚も重ねられている。先に冷媒が液体から気体になるとき、気化熱により熱を奪うと説明したが、逆にこの熱交換器内で冷媒を気体から液体にすると今度は液化熱という熱が出る。夏の暑い日に室外機から出てくる熱風の原因だ。

　ほとんどのエアコンは、夏には冷風、冬には温風を吹き出すようになっている。しかしエアコンでなぜ温風を作りだせるのか？という疑問も多いだろう。それを解くのはカタログなどでもよく目にする「ヒートポンプ方式」というものだ。ご存知かもしれないが、

　エアコンの中に電熱線が仕込まれているわけではない。

　そのしくみは、先の冷風を作り出すしくみでちょっと紹介した液化熱を利用したもの。簡単に言えば、室外機の熱交換機で冷媒を液体から気体に変えることで、気化熱として外気の熱を吸収し、室内機の熱交換器で気体から液体に変化させ液化熱で暖めている。

暖房時の冷媒の流れと冷風を作るしくみ。室外機で取り入れた熱をコンプレッサで圧縮し、室内機で液化することで温風を作る

　つまり冷媒と呼ばれるガスを冷房とは反対方向に循環させるのだ。このためヒートポンプ方式のエアコンには、四方弁と呼ばれる流れを逆流させる弁が室外機にある。

　ここでちょっと面白いムービーを見てほしい。

　これはスターリングエンジンというもので、温度差によってピストンが動くというエンジンだ。高性能なスターリングエンジンになると、手のひら体温と外気のわずかな温度差でも駆動するものがある。しくみは割愛するが、温度差というものがエネルギーを持っているということが分かるだろう。

　ヒートポンプは直訳すれば「熱を吸い上げる」方式だ。冬は寒いとはいえ気温がある。そこにはエネルギーがあるはずだ。極論すれば、これ以上温度が下がらないという絶対零度の-273℃から見れば、たとえ0℃といえど273℃という高温なのだ。

　室外機の熱交換器は、気化熱によって外気の熱エネルギーを冷媒に取り込む。これをコンプレッサで圧縮することで、熱エネルギーをさらに増幅している。少しイメージしづらいので、再びムービーを見てほしい。簡単な実験だが、ものを圧縮すると熱が発生するのがよく分かるだろう。

　このように冷媒に蓄えられらわずかな熱もコンプレッサで圧縮することで高温になるという原理を利用したのがヒートポンプ式の暖房だ。電子工作やオーディオに詳しい人は、コンプレッサを増幅用のトランジスタだと考えてもらうと分かりやすいかも知れない。

　こうして高圧になった冷媒を室内機に送り込み、熱交換器の中の凝縮部と呼ばれる部分で気体から液体にすると、そこで何倍もの熱を発生するというわけだ。液化した冷媒は室内機から室外機に送られ、膨張された後、再び外気の熱を吸収して循環する。

　燃料を燃やさず、わずかな熱エネルギーでも高温にできるため、クリーンでエコロジーな暖房機器として二酸化炭素削減の叫ばれる世界が注目している技術である。

　そしてヒートポンプでもその心臓部となるのが、コンプレッサとモーターということが、もうお分かりだろう。

室外機に隠れ縁の下の力持ちとなっている心臓部のデュアルコンプ。UDRシリーズに搭載されているもののカットモデルだ

　東芝は家電メーカーとしても有名だが、重電でもトップメーカーの1社だ。発電所や送電施設なども手がけるが、一番身近なところでは700系新幹線のモーターや制御装置、貨物列車を牽引する機関車などだ。その要は大出力のモーターに加え、機関車を「止める」ブレーキシステムのコンプレッサ。

　いわばこれらの技術をエアコンに転用できる強みがあるこそ、東芝の高性能エアコン「大清快UDRシリーズ」ができたと言えるだろう。そしてそのエアコンの心臓部は「デュアルコンプ」と呼ばれるコンプレッサとそこに内蔵されているモーターである。

　エアコンのコンプレッサは、大きく分けて2つある。1つはスクロール方式で、次の図のような渦巻状になった円筒の部品を2つかみ合わせ、外周から吸い込んだ気体を中心に向かうにつれ徐々に圧縮していく方式だ。

　もう1つはロータリー方式で、偏りを持たせたピストンを回転させることで圧縮するもの。

　いずれもエアコンのカタログでよく目にするキーワードだが、東芝のデュアルコンプは、ロータリー方式をさらに進化させたものだ。通常のロータリー方式は大きなピストンを1つ持っているが、東芝のデュアルコンプはこれを2つ持たせている。つまり小型のコンプレッサを2つ備えているというわけだ。

　最近の住宅は、古い家屋に比べ気密性が高く断熱効率がいい。一度部屋が暖まれ（涼しく）ば、エアコンを切ってしまってもかなりの時間、室温を保っていられるのだ。

　夜寒くなってきてエアコンを入れてくつろいでいると、数時間するとなんだか熱いな？と感じたことはないだろうか？　また逆にちょっと寒いなぁと感じる場合も。マイコンで室温の制御を行っているとはいえ、大きなコンプレッサを1つしか持たないロータリー方式やスクロール方式は、高気密住宅では部屋の断熱効率が良いため、スイッチを切ったり入れたりの間欠運転を行っているのがその原因だ。つまり高気密住宅などでは、部屋が暖まってしまうと高性能すぎて冷暖房が効きすぎる状態になってしまう。

上部のピストンは、その周りにあるシリンダがバネで押されているため、密閉され圧縮が行われている。いっぽう下部のピストンは、右側のシリンダが磁石により引き付けられているので、ピストンに密着せず圧縮が行われてない。いわば無負荷で空回りしている状態。

　モーターはある回転数を下回ると、連続して回転をすることができない。そのため一時的にコンプレッサを止めて間欠運転を行っている。

　東芝の開発したデュアルコンプは、高気密住宅でよく発生する間欠運転による室温のバラつきや、春秋に換気や空気清浄機代わりにエアコンを使っている家庭でも消費電力を最小限に抑えることができるが最大の特徴。

　外気と室温の差が大きな（寒かったり暑かったりする）場合は、2つのコンプレッサを同時に運転し最大パワーで冷暖房運転を行う。部屋が温まったり、涼しくなりはじめたら、モーターの回転数を下げエネルギーを節約。そして設定温度になった場合は、片方のコンプレッサを止め（実際には圧縮を行わず空回りしている状態）、弱い運転を行うというものだ。

　モーターには一番効率的な回転数（およそ50〜60回転/秒）があるので、無理に大きなピストンを低回転で回すより、小さなピストンを効率的な回転数で動かす方が経済的にも有利というわけ。

　こうすることで間欠運転をしないため、部屋の温度は常に一定となり、最小消費電力は45Wという省エネを実現している。エアコンを付けた状態でも、わずかトイレの電球1個をつけているだけの電力消費というのだから驚きだ。

　ロータリー方式はその構造ゆえ、偏ったピストンを高速で回転させるため振動やノイズの発生源になる。その回転数たるや、最高で130rps（回転/秒）という。車やバイクのタコメーターで使われているrpmに換算すると、なんと7800rpm！　車ではレッドゾーンの回転数だ。先にエアコンは小型の重電と言ったが、レッドゾーンで何時間も負荷の高い冷媒の圧縮を行っており、しかも偏ったピストンを回しているのだから、軸には相当の負荷がかかっている。これはもう、重電以外のなにものでもない。

　しかし東芝のデュアルコンプは、ロータリー方式ながら回転が安定しているのがポイント。偏ったシリンダではあるが、2つのピストンの偏りを真反対にすることで回転が安定するためだ。

　「スクロール方式もデュアル化できるのでは？」とエンジニアに質問してみたが、現時点ではそれは不可能だという。また「他社のスイング・ロータリー方式でも片側のピストンを止めることができるのでは？」という質問に対しては、設計を大幅に変更しないと常に2つを運転せざるを得ないと。つまりハイパワーからアイドル運転まで幅広く対応できるデュアルコンプは、現状、東芝の独壇場の技術と言えるのだ。

　またコンプレッサを駆動するモーターにも東芝らしいテクノロジーが使われている。特徴的なのは、回転子（紫色）の部分の上側だ。一般的な交流モーターは、筒状になった永久磁石を備えているが、小型化・大出力化のために星型に磁石を組み合わせている。重電の東芝を感じずにはいられない。

上から見ると、中央の黒い軸に対して反対の偏りを持たせているシリンダが分かる。青の部分が軸受けだが、ミクロンオーダーの精度となっており、ここに潤滑油を循環させハードディスクと同じ流体軸受けになっている

UDRシリーズで使われているモーター。電線を巻いたコイルの内側にある紫の円筒形のものが回転子。星型に配置された磁石が見て取れる。これにより小型化を実現させた

　今回はエアコンのしくみを理解することで、コンプレッサやモーターといった心臓部がいかに重要であるかを知ってもらった。

　エアコンは家電製品ではあるものの、そのしくみからすると「表面的な家電のイメージで選ぶべきものではない」ということがお分かりいただけただろう。

　これらのエアコン選びでは、ここで得た知識を活用して心臓部がより高性能であるかをカタログから読み取ってほしい。

　次回は、デュアルコンプの性能を最大限に引き出す「大清快UDRシリーズ」の機能や操作性、冷暖房性能などをレビューする予定だ。

（Text by 藤山哲人）

■関連情報
□東芝エアコン大清快　
　http://www.daiseikai.com/index_j.htm

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