空調機の仕組み勉強 ~家庭用パッケージエアコン編~

エアコンの仕組みについて会話する機会があったのですが、理解できていなかったので、ちゃんと勉強することにした。
今回は家庭用パッケージエアコンの話。

調べる過程

ネットで調べるとエアコンの仕組みについて図解されているイラストが出来てとてもわかりやすいのですが、実際の写真がないため想像がしづらい状況でした。
そんな時イチケンさんの動画を見つけ、参考にさせていただきました。
最初から分解してくれてて良い。

でんじろう先生のエアコン解説動画もある。

こちらもかなり分かりやすいです。

用語

仕組みの前に用語
※右の室外機右には書ききれていないが、冷媒が通る管が張りめぐらされている。

• 冷媒
  • エアコン、冷蔵庫、冷凍機などの機器内で、液体と気体の状態を繰り返しながら熱を運ぶ流体 (主にガス)
• コンプレッサー(圧縮器)
  • 低圧・低温のガスを圧縮して高温・高圧にする装置
  • 室外機の心臓で最も電気代に関わるもの
• 蒸発器(エバポレーター)
  • 低温の液体冷媒を蒸発させて周囲から熱を奪う熱交換器
  • 冷房時は室内機のコイル、暖房時は室外機のコイルがこれにあたる
• 凝縮器(コンデンサー)
  • 高温・高圧のガスを冷やして液体に戻しながら外気に熱を捨てる熱交換器
  • 冷房時は室外機のコイル、暖房時は室内機のコイルがこれにあたる
• 膨張弁
  • 高圧の液体冷媒を細い穴に通して減圧・急冷する弁
• 熱交換器
  • 異なる温度の流体の間で熱を移動させる装置
  • 蒸発器・凝縮器はどれも熱交換器の一種

エアコンの仕組み(冷房)

ガス(冷媒)を圧縮し循環させることで、熱を室内から室外へ運ぶ。

1. 室内機から来た冷媒(ガス)をコンプレッサーで圧縮する
   1. 室内機で蒸発した低圧・低温のガスが配管を通って室外機へ移動
   2. 圧縮することで堆積が小さくなり、温度が上昇する
2. 凝縮器で熱を外気に捨てる
   1. 高温になった冷媒が凝縮器のコイルに流れ、ファンによって外気を当てることで放熱させる(コイルの温度が外気より高いため、熱は自然とコイルから外気へ移動する)
   2. 熱がなくなると冷媒は気体から液体に凝縮する
3. 膨張弁で急冷して室内機へ戻す
   1. 膨張弁で液体になった高圧の冷媒の圧力を下げ、冷媒を低温/低圧の液体にして室内機へ送る
4. 蒸発器（室内機）で熱を吸収する
   1. 低温になった液体冷媒が室内機のコイルを流れ、室内の暖かい空気がコイルに触れると、冷媒が液体から気体に蒸発する
   2. このとき気化潜熱を周囲から大量に奪うため、室内の空気が冷える
   3. ファンがこの冷気を部屋に送り出す

これの繰り返し。

エアコンの仕組み(暖房)

冷房と冷媒の流れが逆転し、室外の熱を室内へ運ぶ。室内機と室外機の役割(蒸発器/凝縮器)が入れ替わる。

1. 膨張弁で急冷して室外機へ送る
   1. 室内機で液化した高圧の冷媒が膨張弁を通り、低温・低圧の液体になる
   2. 外気より十分に低い温度にすることで、次のステップで外気から熱を奪える状態にする
2. 蒸発器(室外機)で外気から熱を吸収する
   1. 低温の液体冷媒が室外機のコイルを流れ、外気がコイルに触れると冷媒が液体から気体に蒸発する
   2. このとき気化潜熱を外気から大量に奪う
   3. 外気が0°Cでも冷媒をそれ以下に冷やせば温度差が生まれるため熱を吸収できる
   4. ファンが外気をコイルに当てて効率よく熱を取り込む
3. 圧縮機でガスを圧縮する
   1. 室外機で蒸発した低圧・低温のガスを圧縮機が強く圧縮する
   2. 高温・高圧のガスになって室内機へ向かう
4. 凝縮器(室内機)で室内に熱を放出する
   1. 高温・高圧のガスが室内機のコイルを流れ、室内の空気にコイルの熱が移動する
   2. 冷媒は気体から液体に凝縮し、凝縮潜熱を室内に放出する
   3. ファンがこの温風を部屋に送り出す

再びこれの繰り返し。

おわり

色々調べるとなんとなくで理解していた気化熱がエアコンでどう使われているかを理解できた。
次はぼんやり分かった状態でお話するぞ〜。
勉強ついでに、冬が終わったのにエアコンのフィルターを掃除していないことに気づいたので掃除した。一石二鳥。