エアコンの仕組みを分かりやすく

夏はエアコンの冷房にお世話になるのではないだろうか.
筆者,全裸准教授はつけっぱなしにすることが多く毎月の請求におびえている.
まあそんなことはどうでもいいとして,身近にあるエアコンの技術についてわかりやすさを重視して解説していきたい.

一見,関係ない話をする.
「打ち水」というものをご存じだろうか.昔からある夏の暑さ対策としての知恵であるが,日差しのよくなる日の朝に外に水を撒いておくと,数十分後にはひんやりしてくるというものだ.
これは決して気のせいではなく,確かに気温は下がっている
なぜ,このようなことが起きるのか?
それは「気化熱」というものが原因だ.まき散らした水は強い太陽光による光エネルギーや周りの熱エネルギーによって気化する.その際,周りから熱量を奪っていく.したがって,外気の温度が下がっていくのだ.

図1 水の状態変化

余談であるが,気体状態にある水が液化(凝縮)したときは,逆に熱を放出する凝縮熱).よってこういう場合は外気の温度が上昇するのだ.例えば,湿度が高い日に暑くジメジメと感じるのはこういう仕組みである.冬に大活躍の”ヒートテック”は人間が自然と発する水蒸気(汗とは違う)を凝縮して体温を高く保つ技術だ.


さて,エアコンの仕組みに戻るが実は同じ「気化熱」と「凝縮熱」の原理を利用しているのだ.

図2 エアコンの仕組みの概略図

上の図2を見てほしい.室内機と室外機でエアコンというのは構成されるが,もっと具体的に見れば,「室内の熱交換器」「配管」「四方弁」「圧縮機」「室外の熱交換器」「減圧器」となっている.これらの要素の中を冷媒(代替フロン)が流れている.
圧縮器で断熱圧縮により冷媒を高温,高圧,気体状態にし,気温の高い外気に熱を放出する.減圧器では,液化した高温液体を断熱膨張させ低温にし室内熱交換器に送り,室内の熱を奪う.それから低温,低圧,気体となった冷媒がまた圧縮されることを繰り返す.というものである.
断熱圧縮についてはまたあとで述べるとする.

これらは熱エネルギーの低いところから,高いところへ熱を供給する仕組みであるから「ヒートポンプ技術」と呼ばれている.
水を位置エネルギーの低いところから高い所へくみ上げるポンプに由来している.ヒートポンプ技術が使われてる例として実は「冷蔵庫」も全く同じ技術を使っている!!
ためになったかな?

いかがだっただろうか.身近にある科学に触れることはきっと君の科学への熱量をアげてくれるだろう!!!
これで友人や彼女,家族なんかにエアコンや冷蔵庫の仕組みを聞かれたときに意気揚々と解説できるようなったんじゃないだろうか??

そのとき,周りにある熱を奪って,空気を冷やすことがないように気を付けるんだゾ☆彡

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