【エアコンの仕組みを解説!】なぜエアコンは冷たかったり、温かかったりする風を送ることができるのか。

2018年9月10日身の回りの科学

新たな質問を頂きました!!

『なんで、エアコンは冷たかったり、温かかったりする風を送ることができるのか。』

たしかに、エアコンは1台で冷たい風も温かい風も両方生み出すことができるので、本当に不思議ですよね!

決してヒーターにはそんなことできません!

そして、嬉しいことに、今回はとっても科学な疑問です!

質問を下さったのは、ブログサークルで共にブログ更新を頑張る、けせらせらっこさんという方です。

らこさんはエンタメ、食リポ、おばあちゃんの知恵袋的な話など幅広い分野を紹介する

『けせらせらっこ』

https://queseraserakko.com/

というブログを運営されています。

ご自身の体験を織り交ぜることで、よりわかりやすく、読みやすい上に共感できる記事が多いのが魅力です。

また、お料理上手のお母様の料理や、恋愛、人との付き合い方や考え方などの記事は、生活に直結しているため、特に役立つものばかりであると思います。

私も何度もTwitterでリツイートさせて頂きました!

ぜひ!皆様も、けせらせらっこさんの世界にお邪魔してはいかがでしょうか?

それでは、早速、質問の回答をしたいと思います。

この質問に対しての私の回答は、

『エアコンには冷媒が流れており、その冷媒が熱を運んでくれているのです。部屋が暑い時には、部屋の熱を冷媒が奪って熱を外に運びます。逆に部屋が寒い時には、冷媒が外から熱を奪って部屋に熱を入れてくれているというわけです。だから、エアコンは冷たい風も温かい風も生み出すことができるのです。』

となりました。

簡単に言えばこうなりますが、この説明だけではまだまだ分かりにくいかもしれません。

ですので、今回もしっかり解説していきたいと思います。

1.エア・コンディショナー

私たちの生活には欠かせないエアコン。

エア・コンディショナーの略ですよね。

良く間違える方がおられますが、エア・コントローラーじゃないですよ!

もはや、エアコンが無ければ暑い夏や、寒い冬は乗り切ることはできません。

そんな私たちの生活には欠かすことのできないエアコンですが、元は家庭用に産み出されたわけではないのです。

1902年にアメリカのウィリス・キャリアによって、印刷工場の品質向上のために産み出されました。

製造現場において、温度や湿度の管理は大変重要になってきます。

私も食品工場に勤めておりましたので、そのことは身をもって体験したわけですが。

温度や湿度がばらばらになってしまうと、生地や焼成など商品に大きく影響がでるため、品質が一定に保つことが難しくなってしまうのです。

印刷工場も温度によってインクの付きにばらつきがあったため、その改善のためにエアコンが産み出されたというわけです。

工場にエアコンが導入されてから、食品から印刷、自動車など様々な生産工場の品質が一気に向上したのは間違いありません。

そして、エアコンは工場だけでなく私たちの生活する家などを含め世界中に普及し、私たちの生活を支えてくれているのです。

本当に素晴らしい発明ですよね!!

この大発明エアコンを知るには、まず熱を運んでくれる『冷媒』についてお話しなければいけません。

2.エアコンを流れる冷媒

エアコンが部屋を暖かくしたり、冷やしたりしてくれるのは、『冷媒』が熱を運んでくれているからです。

エアコンが産み出された当初から近年まで、この冷媒にはフロンガスが多く使用されていました。

しかし、オゾン層の破壊が問題となり、現在は新冷媒と呼ばれる塩素を含まないガスを使用しているのです。

このような冷媒は、エアコン内を気体になったり液体になったりしながら熱を運んでくれているのですが、重要となる2つの特徴があります。

1つ目が、圧力と気体、液体の関係です。

気体に圧力をかけると、どうなるでしょうか?

圧力鍋を思い出してください!

高温でも液体の状態になるんですよね!

これは分子がぎゅっと抑えつけられることで、気体になりたくてもなれないというわけです。

逆に圧力を下げるとどうなるでしょうか?

分子同士はゆうゆうと動き回れるので、気体になり易くなります。

これは山の上では沸騰しやすいのと同じことです。

山のうえでは、地表に比べ気圧が低いので、抑えつけが弱く、すぐに気体になってしまうのです。

さらに詳しく知りたい方は⇩をご覧ください。

圧力鍋の仕組みとは?徹底解説!

そして、もう1つ大事なのが気化熱です。

液体が気体に変わる時、熱はどうなりますか?

自分の腕にアルコールを吹きかけてみてください。

きっとその腕はヒンヤリしているのではないでしょうか?

これは、アルコールが液体の状態から、気体へと変化したからですよね。

液体の状態よりも気体の方がエネルギーを持ちます。

つまり、熱を持つということです。

他の所から熱を奪わないと、自分で生み出すことはできないですよね。

なので、腕はアルコールに熱を奪われ、ヒンヤリしたというわけです。

この熱のことを『気化熱』といいます。

ここまでをまとめると以下のようになります。

圧力と気体、液体の関係

圧力をかけると液体は気体になりにくくなる。
反対に圧力を下げると、液体は気体になり易くなる。

気化熱

液体から気体に気化する時、周りから奪う熱。

以上のことを頭に入れて、実際にエアコン内を流れる冷媒がどのようにして、温かい風と冷たい風を生み出しているのかを説明していきたいと思います。

3.なんで、エアコンは冷たかったり、温かかったりする風を送ることができるのか。

それではやっと、本題に入っていきたいと思います。

エアコンには私たちがイメージする本体(室内機)と室外機があります。

外にファンが付いているBOXが室外機です。

また、この二つはパイプで繋がっており、この中を冷媒が流れているというわけです。

そして、室内機および室外機の両方に熱交換器が搭載されています。

この熱交換器のおかげで、熱を放出したり、奪ったりすることができるというわけです。

まずはエアコンを冷房に設定してみましょう。

冷房の場合だと、冷媒は部屋から熱を奪って外に送り届けなければいけませんよね!

まず、気体の状態で室内機から来た温かい冷媒は、『圧縮機』によって圧力がかけられます。

すると、抑えつけられた冷媒は気体ではいられなくなって液体になりますよね。

次に、液体になった冷媒は室外機の熱交換器を介して熱を外に放出します。

外の温度よりも冷媒の方が温かいので、熱は外に放出されるのです。

こうして熱が奪われて冷えた液体の冷媒は、『膨張弁』によって圧力が下げられます。

圧力が下がるということは液体から気体になりやすいということ!

最後に、室内機で冷媒は気体となり、熱交換器を介して、室内の温度を奪うことになるわけです。

こうして溶媒が液体から気体に変わり、室内の熱を奪うことで、冷たい空気を生み出しているんですね。

後はこの繰り返しです。

温まった冷媒はまた熱を放出し、戻ってくるというわけです。

では、エアコンを暖房設定にするとどうなるでしょうか?

原理は全く同じです。

これの流れが逆になるだけですよね。

このようになるということです。

このように、エアコンは冷媒が熱を運んでくれているから、冷たい風も温かい風も生み出せるというわけですね。

4.さいごに

では、さいごにもう一度質問とその回答を振り返ってみます。

質問

『なんで、エアコンは冷たかったり、温かかったりする風を送ることができるのか。』

回答

『エアコンには冷媒が流れており、その冷媒が熱を運んでくれているのです。部屋が暑い時には、部屋の熱を冷媒が奪って熱を外に運びます。逆に部屋が寒い時には、冷媒が外から熱を奪って部屋に熱を入れてくれているというわけです。だから、エアコンは冷たい風も温かい風も生み出すことができるのです。』

ということになります。

エアコンは私たちの生活を支える大きな大発明であり、部屋を温める、冷ます以外にも、商品の品質管理に大きな影響を与えてくれているのです。

今回質問をしてくださった、けせらせらっこさんにもう一度、御礼を申し上げます。

本当にありがとうございました!