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エアコンの冷房はどういう仕組みで動いているのか

☆エアコンの冷房はどういう仕組みで動いているのか
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夏には必需といっていいエアコンの冷房・クーラーですが、
どういう仕組みで動いているのでしょうか?

そこで、調べてみた覚書です。





・どうやって冷やしているか?



 前提
 ・エアコンというのは、室内機と室外機がセットで、エアコン。
 ・室内機と室外機は、パイプみたいのでつながっている。
 ・パイプの中には「冷媒」という物質がある。
  冷媒とは:フロンとか代替フロン。
       アメリカで作られた。
       気化しやすい。
       オゾン層破壊の原因とも言われる。
 ・液体は、蒸発する時に周りの熱を奪う(気化熱)。
 ・気体は、強い圧力をかけると液体になり、熱を出す。
 ・換気機能が付いているエアコン以外は、室内の空気が換気されるわけではなく、熱だけが室外機から出て行く。


 ①室内機が部屋の空気を吸う。

 ②この時、蒸発器によって、液体だった冷媒が蒸発して気体になる。
  「液体は、蒸発する時に周りの熱を奪う」事から空気が冷たくなる。
  吸われた空気の熱は、とても冷たい冷媒に(熱さ・熱が)移動する。
  (熱いものから冷たいものに温度が移動するのと一緒です)

 ③冷媒は、室外機に向かう。
  吸われた空気の熱以外の空気は、部屋に戻る。

 ④冷媒によって室外機に運ばれた熱い気体は、強い圧力をかけると液体になり、熱くなる。
  熱だけが、外の空気より熱くなったので、外に出て行く。
  (これも、熱いものから冷たいものに温度が移動するのと一緒です)

 ⑤ちょっと冷たくなった冷媒は、また室内機の方に戻ってくる。

 ⑥ ①~⑤を繰り返し。

 要は、気化熱で冷やして、熱い熱だけを外に出しているようです。


[2013年03月 更新
      ひかるさんの指摘により、元の解説が色々違うようですので、
      書き込みくださったものを元に、書き直しました]

通常クーラーを点ける時は、周りが暑いので、空気は暑い。

①クーラーのスイッチON!

[室内機]
②この時、冷媒はとても冷たいので、部屋の熱い空気から熱が冷媒に移動する。
③その熱を持った冷媒が、パイプを通って、室外機に行く。

[室外機]
④コンプレッサーという圧縮機で、気体状態の冷媒(フロンとか)を圧縮(加圧)する。
⑤加圧されると、気体状態の冷媒の体積が減る。
⑥すると、気体状態の冷媒の分子が体積が減った分、動きが活発になり、
⑦気体状態の冷媒の温度が上がる。
 ただし、臨海温度以下の場合。
 (臨海温度というのは、気体を圧縮しても、それ以下の温度でなければ液体にできない境目の温度の事)
(ここまでは、室外に熱を出すための下準部)

⑧この時、熱くなっている(高圧高温で)気体状態の冷媒は、外の空気より熱くなっている分もある。
⑨凝縮器という熱交換器では、ファンが回っており、熱が奪われていて、冷媒より低温になっている。
⑩外の空気より熱くなっている分の冷媒の熱は、「熱は温度の高い方から低い方へ移動する」ので、ファンから外に出て行く。
⑪同時に凝縮器が、(高圧高温で)気体状態の冷媒を冷やす。
⑫すると、その冷媒は、気体状態から、(高圧低温で)飽和温度以下の液体状態(過冷却冷媒液)になる。
 (飽和温度というのは、一定圧力に対応する一定温度の事)
(ここまでで、室内の熱が外に出て行く)

⑬この冷媒をパイプを通して室内機に戻す。

[室内機]
⑭この(高圧低温で)液体状態の冷媒を、減圧器(減圧弁)という機械で、圧力を下げる(減圧)する。
⑮すると、膨張によって温度が下がる。
⑯すると、冷媒は、室温より温度が低い(とても冷たい)、低圧低温の液体とガス体の一定の湿り度を持ったもの(気体になりやすい液体状態)になる。
(ここまでは、冷媒を室温より下げる為にする)

⑰蒸発器という熱交換器で、(低圧低温の)液体状態だった冷媒を蒸発させて気体(熱量に相当するだけ)にする。
 「液体は、蒸発する時に周りの熱を奪う」事から、周りの温度が奪われる。
⑱部屋の暖かい空気を、ファンで、蒸発器の間に通すと、空気も冷やされるので、
⑲冷たい空気が出てくる。
(ここまでは、冷たい空気を作る為にする)

⑳ ②に戻って繰り返し。


簡単に書くと
[室内機]
空気の熱だけを冷媒に乗せる。

[室外機]
気体の冷媒を加圧して熱くする → ファンと熱交換器で熱を外に出し(結果、空気の熱だけが外に出る)→
冷やして冷媒を液体に

[室内機]
冷媒を減圧して室内より低温へ → 液体の冷媒を熱交換器で気体にする → 気化熱 → そこに部屋の空気を通すと → 冷たく。

繰り返す。

要は、気化熱で冷やして、暑い熱だけを外に出しているようです。





記載:2011年06月頃
訂正:2013年03月頃 ひかるさんの書き込みを元に修正・加筆

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コメント


<No.8> 管理者
昔は、ぱぱーっとしていた事も、ちょっと時間が空いてしまうと、初歩的な事でも忘れてしまったり間違ってしまう事ってありますね。

コンピュータ関連は、言語がいっぱいあって、別の言語の開発をして、間があいてしまうと、前の言語の初歩をど忘れしている事があります。

基礎すらも忘れるレベルもありました。

でも、それをもう一度確認すると、結構簡単に思い出されて、もう一度確認したことで、更に前より理解が深まっていたりするので、それはそれで楽しい感じもします。

今回のページの元説明は、結構間違っていたようですので、
教えて頂き、ありがとうございました。
(2014/03/07)

<No.7> ひかる
僕は 通産省交付の第1種冷凍機械の資格を持っているのだけど、もう25年も前の事で
それも随分初歩的な事をまちがえたことを 恥じています。と同時に僕の経験から来る
スキルも歳を重ねるごとに薄れていく事を痛感しました。
それを 気付かせてくれてありがとう。
(2014/03/06)

<No.6> 管理者
ひかるさん、詳しい書き込みありがとうございます。

書いて下さった事を元に、もう一度調べ直してみました。
どうも難しい事がいっぱいで、まだ理解しきれない所もあり、
わかりにくい表現になっている部分も多いです。

もしよろしければ、間違っている所などをご指摘くだされば嬉しいです。
(2014/03/05)

<No.5> ひかる
No3でまちがいがありました 訂正します。

3行目 冷媒液⇒冷媒ガス
4行目 冷媒液⇒冷媒ガス
8行目 液だけ⇒ガスだけ

ごめんなさい まちがえて・・・・。
(2014/03/04)

<No.3> ひかる
熱力学の法則に多少の誤解があるようです。
冷凍サイクルの何処から話をすればいいのかな?
冷媒液がコンプレッサーで加圧されるとそれに伴って温度上昇する(但し臨海温度以下)
高圧高温の冷媒液を室外機で熱だけを放出して高圧低音の飽和温度以下の過冷却冷媒液
を作りこの液体を一気に減圧すると(低圧低温の液体とガス体の一定の湿り度を持った冷媒が
出来上がる)、この冷えた液体冷媒をクーラーに通すとここで部屋の温度を下げその熱量に相当するだけガス化するこの時冷媒は一寸温度の高い液とガスの混合体となっており液だけをコンプレッサーで加圧しこのサイクルを繰り返してエアコンが動いているのだよ。
このサイクルを見るとおかしな事が現実とんさってしまった。
盛夏気温50度を越える例えば僕の経験ではアメリカのディスバレーなどではクーラーが全く効かない現象が起きました。だから窓を閉め切ってスイッチを切り自分の体温で室温をさげました。
日本でも外気温が高くなりエアコンが効かないという問題がありましたよね。
長い文章ですいませんでした。これで名無しさんの回答もできたと思います。


(2014/03/04)

<No.2> 管理者
ちょっと違うという事は、だいたいあっているという事で良いのですかね。
だいたいあっていれば良いのですが。
あんまり難しい事は分かりませんが、違うところ教えて頂けると嬉しいです。
(2012/07/02)

<No.1> 名無しさん
ちょっとちがいますねぇ。
(2012/06/30)



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