#2020/09/17 縦割りが生じるくらい、『行政機関』はたくさん分かれていたりします。

エアコン

技術個体
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簡単にいうと…

エアコンとは

 冷媒を室内機⇔室外機のあいだで循環させて

 部屋の熱を外へ逃がすことで、

 部屋を冷やすことのできる(冷房の場合)

技術個体です。

 

また、この冷媒の循環を逆回転させると、

熱を逃がす側が室外(冷房)から室内(暖房)へと切り替わり、部屋を暖められます。

詳しくいうと…

たとえば、ドライアイスをうちわであおぐと、反対側にいるひとは冷気の風を感じます。

エアコンの仕組みもだいたいそんな感じです。

 

具体的に描くと、こんな感じ(冷房エアコンの場合)。

なお、このパイプ(竹ではない)の中では、「冷媒」という特殊な液体がくるくると循環しています:

この冷媒の流れを、順を追ってみてゆきましょう。

 

部屋の熱を吸収

まず、箱A(室内機)を通るパイプが、部屋の暑い空気に晒されています。

パイプの中の液体(冷媒)は室内温度よりも冷たいので、

部屋の熱が、冷たい冷媒=パイプのほうへと移っています。

冷たい氷が、周囲の熱を吸収して溶けてゆくのと同じように、この冷たい冷媒も、部屋の熱を吸収していますね。

 

この冷媒はさらに、なぞの装置A(コンプレッサー)を通り抜けますが、

高圧力をかけられることで、とても熱くなります。

 

じつは、液体と書いておきながらこのタイミングではもう気体状態なのですが、

気体を一気に圧縮すると、その気体の温度が急上昇します。

(くわしくはボイル=シャルルの法則を参照)

コンプレッサーについては下記用語も参照:
主にピストンの押す力と引く力を利用して、気体の圧力を高めるよ
 

熱を外へ排出

とても熱くなった冷媒は、箱B(室外機)を通るタイミングで、

自分のを外気へ放出してゆきます。

真夏日だと気温は30℃くらいですが、この気体は80℃もあるので、

寝起き直後の生暖かい布団が冬の部屋内へその熱を逃がしてしまうように

どんどん熱が夏の空気へと逃げてゆきますね。

 

それに室外機には扇風機(ファン)がくるくる回っているので、

50℃くらいまで下がり、この気体(冷媒)は液体へと戻ります。

水蒸気は沸点100℃以下に冷やされると液体に戻りますね。つまり、この特殊な液体(冷媒)の沸点は、この高圧状態下では、どうやら50℃のようです。

 

50℃まで下がったあと、冷媒はさらに

なぞの装置B(膨張弁)を通り抜けることで、自分の圧力を下げます。

先ほどの装置A(コンプレッサー)のときとは逆に、今度は

圧力が一気に下がることで、冷媒の温度もぐっと冷えます。

なんと、5℃くらいまで冷える。

 

 

ひとめぐりして

さて、こうしてまた箱A(室内機)へと戻ってきました。

とても冷たい冷媒の入ったパイプに対して、室内機の中にある

扇風機(ファン)が風をあてます。

最初に書いたように、これはきんきんに冷えたドライアイスをうちわで

あおいだときに生まれる冷風に似ています。この冷風が部屋の中へと送り出されます。

しかも、やはり最初に書いたとおり、

部屋の熱はとても冷たいこの冷媒に吸収され続けてゆきます。

 

この段階では、パイプ内は低圧なので、

部屋の熱を吸収して冷媒の温度が10℃くらいに微増しただけで、

冷媒は蒸発し、気体になります。

低圧だと蒸発する沸点が低くなります。富士山では大体90℃で沸騰します

 

ちなみに、液体→固体への蒸発時には一般に

周囲の空気から熱が奪われます(気化熱)。

この現象も、冷媒がより冷えるために仕組まれています。

 

この気体になった冷媒は、またまた装置A(コンプレッサー)で加圧され

80℃の蒸気となって、室外機で熱を外気へ放出し50℃の液体になり、

装置B(膨張弁)で減圧され5℃になって室内機へ還ってゆき。。。

という風に、その圧力/温度を変化させつづけます。

 

これが、なぞの液体(冷媒)がめぐる旅です。

ちなみに、上図は次のようにも描き替えられそうです:

熱はつねに高い箇所から低い箇所へ移動します(熱伝導)。

ふつうなら、体温が一定の人間が

涼しい図書館や暖かいこたつのある居間へと移動することが多いのですが、

エアコンの場合は逆に、室温≒外気温は一定として、

そこを巡る冷媒自体が自分の温度を低温→高温→…と変化することで

環境(屋内/外)から熱を吸い取ったり、逆に熱を排出したりできるのですね。

 

こうした冷媒の旅は、ドワーフたちの地底窟と、ヒマラヤ山頂のあいだを

一時間のうちに何度も往復する以上の

激しい圧力と温度の変化の旅であることがわかります。

人間だったら耐えられないです。

文句ひとつ言わない冷媒さんだからこそ成せる偉業ですね。

 

・エアコンは、その冷媒が低温&低圧になったり、高温&高圧になったりしながら、室内機⇔室外機のあいだをくるくる循環しているよ
・冷媒が低温&低圧のとき、部屋の温度のほうが高いので吸熱し、高温&高圧のとき、外気の温度のほうが低いので排熱するよ
・こうして部屋と、部屋の中にいる(主に)人間は、涼しくなるよ(冷房の場合)
 

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空気調和の概念と設計についても書かれているため、幅広く空調についても学ぶことができます。
 

つまり…

エアコンとは

 室内外を循環する冷媒の、温度と圧力をたえず変化させることで、熱の吸収&排出を行なう

技術個体ということです。

 

 

冷凍サイクル? いまの人間たちは、そんな工夫に富んだ因果律で出来た大気環境の中を生きているんじゃな!

歴史のツボっぽくいうと…

  • 1758年
    気化熱の実験

    蒸発時に生まれる熱移動(気化熱)を利用して物体を冷却する実験をフランクリンらが行なう。

  • 1820年
    アンモニアの気化熱実験
    加圧により生まれる液化アンモニアの蒸発時に周囲の空気が冷却する実験をファラデーが行なう。

  • 1842年
    氷で病室が冷房される
    医師ジョン・ゴリーが、圧縮技術で氷を作って患者のために病室を冷やした。その後、都市の空調集中制御を構想した。

  • 1902年
    電気エアコンの製造
    アメリカのウィリス・キャリアが電気式エアコンを製作、印刷工場の温度・湿度を調整した。

  • 1906年
    空気調和の概念登場

    アメリカのクラマーが、織物工場内の加湿機に「エア・コンディショニング(空気調和)」と名付ける。(”water conditioning”という織物製造過程からの着想)

    以降、”人間や製造物を囲む大気環境の調節”という発想が普及。

  • 1928年
    フロンの発明

    アメリカの化学者トマス・ミジリ―が、人体に無害な冷媒「フロン」をアンモニアの代替物として発明。

  • 1950年代
    エアコンの普及
    アメリカで家庭用エアコンが普及

  • 1974年
    オゾン層破壊の警鐘

    アメリカのローランド&モリーナが、フロンなど塩素原子が成層圏で活性化しオゾンを分解すると発表。

  • 2008年
    ヒートポンプ技術の重要性

    国際エネルギー機関(IAEA)が、『エネルギー技術展望2008』のなかでヒートポンプ技術を含む17の主要エネルギー技術をとりあげる。

 

 

<参考文献>(2018/08/10 visited)

エアコンはどうやって部屋をすずしくするの? | 空気の学校 | ダイキン工業株式会社
エアコンのしくみや空気のことを子供も大人...
静岡でエアコンクリーニング 受付中|水量2倍でカビとほこりを断固拒否
エアコンクリーニング,静岡市
エア・コンディショナー
ヒートポンプ

 

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