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エアコンの原理と仕組み

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エアコンについて紹介しています。

エアコンの原理と仕組み|ヒートポンプの効率性について

蒸し暑い夏や寒い冬に活躍してくれるエアコンは、現代社会では欠かせない家電製品です。
しかも、電気が持つ熱量の数倍の熱を生み出すことが出来るため、最も効率的な冷暖房器具と言えます。
現代では必要不可欠とも言えるエアコンですが、どのような原理と仕組みで部屋を冷やしたり暖めたりしているのか知らない人も多くいます。
このページでは、そんなエアコンの原理と仕組みについて紹介します。

エアコンの原理と仕組み

エアコンは、液体が蒸発して気体になる時にまわりから「熱」を奪う性質と、気体に圧力をかけると「熱」を放出しながら液体になる性質を利用して温度を調節しています。
(汗が、気化するときに体温を下げるのと同じ性質です)
これは、ヒートポンプと呼ばれるもので、「熱」には、多いところから少ないところに移動するという性質もあり、「冷媒ガス」の気化熱・凝縮熱を利用して、周辺の空気と「熱」のやり取りを行います。
つまり、中と外の空気中にある「熱」だけを移動することで部屋の温度の上げ下げを行っているのです。

冷房の場合には、室外機からパイプを通して送られてきた「冷媒ガス(液体の状態)」が、室内機の「熱交換器(アルミフィン)」で蒸発(気化)することで室内の「熱」を奪い、空気中の「熱」だけが「冷媒ガス」に乗って室外機へと運ばれます。
その結果、「熱」だけを奪われて冷たくなった空気が部屋の中に吹き出します。

暖房の場合には、まず、室外機の「熱交換器」で外気から「熱(熱エネルギー)」を奪います。
(外気温が7度の場合、7度の空気を吸い込み2度の空気を吐き出すことで5度相当の「熱」を奪います)
その「熱」を、「圧縮機」で圧縮して高温・高圧にすることで熱エネルギーを放出しやすくします。
さらに室内機の「熱交換器」で「冷媒ガス」を凝縮(液化)することで、「熱」を放出させます。
その結果、「熱」を与えられて暖かくなった空気が部屋の中に吹き出します。

ヒートポンプによる熱移動では、気化熱と凝縮熱を共に利用する(逆転させて利用する)ことが可能なので、エアコンは1台で冷房・暖房の2役をこなすことが出来ます。



■ 冷房運転時のエアコンの仕組み

① 室外機から室内機に液体の状態で「冷媒ガス」が送られます。
② 室内機の熱交換器で「冷媒ガス」が蒸発し熱交換器を冷たく冷やします。
③ 室内機のファンで熱交換器に風を送り、熱交換器で熱を奪われた冷たい風が吹き出します。
④ 蒸発し気体になった「冷媒ガス」が室外機に戻っていきます。
⑤ 室外機の圧縮機によって「冷媒ガス」が圧縮されます。
⑥ 圧縮され高温になった「冷媒ガス」は室外機の熱交換器で凝縮されて「熱」を放出します。
⑦ 室外機の膨張弁(ガスの圧力を調整する弁)を通過すると「冷媒ガス」は液体になります。
⑧ 再度、室外機から室内機に液体の状態で「冷媒ガス」が送られます。

暖房運転時のエアコンの仕組み

① 室外機の熱交換器で、外気の熱エネルギーを「冷媒ガス」に汲み上げます。
② 室外機の圧縮機によって「冷媒ガス」が圧縮されます。
③ 圧縮され高温になった「冷媒ガス」が室内機に送られます。
④ 室内機に送られた「冷媒ガス」は、熱交換器で凝縮されて「熱」を放出します。
⑤ 室内機のファンで熱交換器に風を送り、熱交換器で熱を与えられた暖かい風が吹き出します。
⑥ 室内で熱を放出した「冷媒ガス」が室外機に戻ってきます。
⑦ 室外機の膨張弁(ガスの圧力を調整する弁)を通過すると「冷媒ガス」は液体になります。
⑧ 再度、室外機の熱交換器で、外気の熱エネルギーを「冷媒ガス」に汲み上げます。

ヒートポンプの効率性

ヒートポンプ(熱の移動による冷却・加熱技術)を使っているものは、エアコンの他に、冷蔵庫(製氷機)やヒートポンプ式給湯器などがあります。
冷却手段としては、ヒートポンプ以外に実用的な冷房器具がないので、冷房器具としてはエアコンが最も効率的です。(扇風機は風を送るだけで冷房器具とは呼べません)

暖房器具としては、ヒートポンプ以外にも、石油ストーブや電気ストーブ、床暖房など多くの暖房器具がありますが、電気や灯油が持つ熱量以上の「熱」を生み出すことが出来るのは、ヒートポンプ技術を利用したエアコンだけで、暖房器具の中でもエアコンが一番効率的と言えます。

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