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エアコンの原理と仕組みを知って賢くエコに使う

日頃何気なく使っているけれど、仕組みや原理はよくわからない。気づけば私たちの周りはそんな便利で不思議な家電だらけです。
仕組みがわからなくても使えるから、別に困らない? たしかにそうかも知れませんが、理解しておけば、もっと賢く使いこなす工夫が生まれますよ。

今回は、生活に必須ともいえる存在でありながら仕組みが少しわかりづらい…そんな「エアコン」について解説します。

目次

1、エアコンの原理:なぜ室温を調節できるの?
2、使い方の工夫も知っておこう

1、エアコンの原理:なぜ室温を調節できるの?

エアコンで室内の温度を調節できるのはなぜでしょう。そこには、物質の状態変化を利用した仕組みがあります。
では、理科の復習も交えて説明していきましょう。

1)物質の状態変化とは

物質は、熱したり、冷やしたりすることで固体・液体・気体と状態を変えます。これを物質の状態変化といいます。

水を例にすると、
氷(固体) → 水(液体) → 水蒸気(気体)
という変化のことを指します。

矢印の方向は物質に熱を加えた場合の変化です。
物質の熱を放出させる、つまり冷やした場合の変化は逆向きに起こります。

2)状態変化に伴う熱のやりとり

状態変化が起こるとき、物質は周囲から熱を奪ったり、放出したりしています。

液体から気体に変わる「蒸発」

液体が気体になる(蒸発する)ときは、周りの熱を奪っています。
道路に打ち水をすると周りの空気が冷えてきますが、これは水が蒸発するときに周囲の熱を奪うためです。

気体から液体に変わる「凝縮」

逆に、気体が液体になる(凝縮する)ときは、周りに熱を放出します。
暑い室内に冷えた飲み物の入ったコップを置くと、コップの表面に水滴が付きますね。よく知られている「結露」という現象です。
これは空気中の温かい水蒸気が冷たいコップに触れて水に変化しており、このとき、水蒸気はコップ表面へ熱を放出している(冷やされている)のです。

このように、ある物質が状態変化をするとき、周りの物質と熱をやりとりしています。
この原理がエアコンに利用されているのです。

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3)冷媒と空気で熱を交換する

エアコンの構成

エアコンは、部屋の壁や天井に取り付ける「室内機」と、ベランダなどに設置する「室外機」で構成されています。この二つをつないでいるのが、「冷媒管」です。
エアコンを壁に取り付けるとき、壁に穴をあけてホースのようなものを通しますね。このホースの中に冷媒管が入っています。

冷媒の役割

冷媒管には、冷媒と呼ばれるガスが入っていて、室内機と室外機の間を循環しています。冷媒の役目は、空気の中にある「熱」を運ぶことです。
冷房時には部屋の熱を奪って屋外に放出し、暖房時には屋外の熱を奪って部屋に放出します。

では、どうやって熱を奪ったり、放出したりするのか?もうおわかりですね。
冷媒は、室内機、室外機の内部で蒸発または凝縮をすることで空気と熱のやりとりをしています。このやりとりを、「熱交換」といいます。

4)室温を変える仕組み

室内機、室外機の内部には「ファン」と「熱交換器」というものがあります。
「ファン」は周りの空気を吸い、再び吐き出して風を送る装置です。つまり、扇風器のようなものです。
「熱交換器」は冷媒と空気との間で熱交換をさせる装置です。

冷房の場合のエアコンの動きを、順を追ってみてみましょう。

① 冷媒は、室内機で蒸発します。
② 冷媒は熱交換器を通して、室内機が吸った空気の熱を奪います。
③ 室内機からは、熱を奪われた冷たい空気が室内に吐き出されます。
④ 熱をもった冷媒は、冷媒管を通って室外機に移動します。
⑤ そして室外機で凝縮されます。
⑥ 冷媒は熱交換器を通して、室外機が吸った空気に熱を放出します。

これで、室内には元々の室温よりも冷えた空気が供給され、室外機からは熱風が出る…という仕組みです。
(余談ですが、この熱風がヒートアイランドの原因です。)
なお、暖房時にはこれと逆の動きをしています。

2、使い方の工夫も知っておこう

エアコンの仕組みについて読んでいただきましたが、少し身近に感じていただけたでしょうか。
あわせて、「使い方の工夫と疑問編」の方もお読みいただけたらと思います。

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