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エアコンの仕組み〜ヒートポンプの冷房・暖房の原理〜

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皆さんの家にエアコンはあるでしょうか。

だんだんと夏は暑く、冬は寒く感じてきた日本列島、自宅にエアコンがある人が多いと思います。

家になくても職場や学校などにはあるところが多いですよね。

エアコンってなぜ部屋の温度を上げたり下げたりすることができるのでしょうか?

この記事では、エアコンの仕組みヒートポンプについてお伝えいたします。

エアコンの仕組みヒートポンプについてのあれこれ

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エアコンの原理『気化熱』

実は、エアコンは室内の空気をそのまま冷やしたり暖めたりするわけではなく、室内の空気と冷やした空気や暖かい空気を交換しているのです。

ではどうやって空気を冷やしているかというと、気化熱を利用しています。

例えば、お風呂上がりに「体をちゃんと拭かないと風邪を引くよ」と家族などに注意されたことはありませんか? 

実際、肌を濡らしたままにしておいても乾くのですが、乾くにつれて体が冷えますよね。

それが気化熱の一例です。

液体は蒸発するとき、周囲から熱を奪っていきます

ちなみに、気化熱の原理で空気やものを冷やせるのではないかと最初に目を付けたベンジャミン・フランクリンジョン・ハドリーは、揮発性の高いアルコールなどで実験を始めました。

結果、周囲の気温が18度ほどの中温度計を凍らせることに成功し、「この実験で、暖かい夏の日に人間を凍死させられる可能性があることがわかった」と結論づけました。

1758年のことです。

当時としては、夏に氷を楽しめるかもしれない可能性というのは非常に夢のある話だったでしょうね。

エアコンの仕組み〜ヒートポンプ〜

エアコンで室内を冷やす時、まず内部を循環する冷媒(液体になったり気体になったりするもので、だいたいはガスが使われています)が、熱交換機という金属板が組み合わさったものを通り、室内の空気に触れ、気化し、その冷たい空気がファンによって外に送られることによって、私たちは冷たい空気を感じるというわけです。

そして、熱には「多いところから少ないところへ」常に移動し、周囲の空気の温度を一定にしようとする性質があります。

それを利用して部屋の熱を乗せられた冷媒はコンプレッサーで圧力を与えられ、室外機へ送られ放熱し、再び液体となります。

そうして低圧となり気化しやすくなった冷媒は、再び室内機の熱交換機に入り冷却されます。

部屋を暖める場合は逆向きに冷媒が循環します。

ということは、コンプレッサーで高圧になった空気が室内機から出て部屋をあたためるということですね。

このように、エアコンの場合では、冷媒の凝縮・蒸発作用を利用し、熱を移動させています。

この技術のことをヒートポンプといいます。

つまり、ヒートポンプとは、熱媒介物質を用いて、熱を(低温部分から高温部分へ)移動させる技術のことです。

エアコンのデメリット

室外機の音

冬場、暖房として使用しているときの室外機の音がうるさい場合がある。

換気能力はない

上述のエアコンの仕組みの説明の通り、エアコンは冷媒の循環によって空気の温度を変えているものなので、空気の循環はできても換気はできません。(もちろん換気機能のあるエアコンは別です)

しかし「室外機と室内機の間で空気を出し入れしている」と誤解している人はまだおり、「原発事故が発生し屋内避難指示が出たらエアコンを使用してはならない」と周知する報道機関が存在します。

エアコンは冷媒液の気化・液化の状態変化に伴う熱交換を利用したものなので、換気機能のないエアコンは動かし続けていてもよいのです。

家電製品の中ではメンテナンスコストと掃除の要求頻度が高く、メンテナンスが不十分であると大変なことになる

メンテナンスが不十分かつ水冷式の屋外機でレジオネラ菌が発生し、飛沫によって拡散されることがあります。

実際に2012年、カナダでメンテナンス不備のエアコンによってまき散らされたレジオネラで176人が在郷軍人病を発症し、12人が亡くなる事件がありました。

面倒でもこまめなメンテナンス掃除を心がけましょう。

寒冷地用エアコンの省エネ性能の悪さ

寒冷地用エアコンとして販売されているエアコンは、室外機の着霜や凍結対策のために基本的に普段の運転時間を学習し、だいたいいつも運転を始める時間の1時間から30分前に室外機のコンプレッサーを伝熱ヒーターで温めるというもので、非常に省エネ性能が低いです。

それを考慮して他の方法で氷の融解、除霜をするタイプのものもあるのですが、上記方法ほどの効果を発揮するものはありません。

まとめ

いかがだったでしょうか。

暖かくなってきて、これからエアコンの出番が増えることでしょう。

仕組みを理解して、どんな時に電気消費量が多いのかなどを考えながら、うまく使用し、電気代を節約していきたいものですね。

それでは最後まで読んで頂きありがとうございました。

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