ルームエアコン 冷暖房の仕組み

冷房の仕組み
冷房の仕組みと主要部品の役割
ルームエアコンには冷房専用と冷暖房兼用タイプがあるが、圧倒的に冷暖房兼用タイプが多い。タイプ別ではウインドータイプ(窓型)と室内機と室外機が分かれたセパレート(分離型)があり、後者が主流になっている。

部屋を「冷やす」原理は、冷凍サイクルを利用している冷蔵庫と基本的に同じ。冷媒が気体に変化する際の蒸発熱(気化熱)を利用している。セパレートタイプでは室内／室外機に冷凍サイクルの主要部品が分かれている。

圧縮機(コンプレッサー):蒸発器で蒸発した気体になった冷媒を圧縮機によって圧力を高める。圧力が高くなると気温は高くなる。

凝縮機(コンデンサー):圧縮機によって高温・高圧になった気体の冷媒は凝縮器で放熱する。放熱すると温度が下がり常温・高圧の液体冷媒になる。

毛細管(キャピラリーチューブ)および膨張弁:凝縮器で常温・高圧になった液体冷媒を、蒸発しやすいように菅径の細い毛細管を使って圧力を下げる。どのような温度条件でも効率の良い運転ができるように、毛細管の代わりに減圧量が可変できる膨張弁を用いたり、毛細管と膨張弁の２つを使用することも多い。

蒸発器(エバポレーター):室外機から送られてきた低圧の液体冷媒は、室内機にある蒸発器で周辺の熱を奪って蒸発し気体になる。

蒸発器内で液体冷媒が吸熱して液体になるが、これにより蒸発器周辺の空気の温度が下がる。その冷気を室内機のクロスフローファンによって、室内に送り出し、冷房運転となる。

暖房の仕組みと主要部品の役割
冷凍サイクルをでの冷媒の流れを逆転させ、室外機の凝縮器と室内機の蒸発器の役割を反対にする。暖房では室外機の方で冷媒を蒸発させて吸熱し、室内機の方で放熱を行い、それが温風となって室内に送られる。

このように室内／室外機間で放熱・吸熱を行うため、冷暖兼用のセパレートタイプは「ヒートポンプ式エアコン」(冷暖房兼用タイプ)とも呼ばれている。冷暖では室内の熱を外に捨てて部屋を冷やし暖房では室外に含まれた熱を部屋に運び込んで部屋を温める方式である。
※ヒートポンプ暖房では、外気温度が低下すると吸収する熱量が少なくなるめ暖房機能が低下する。
寒冷地では他の暖房器具と併用する必要がある。
冷房時と暖房時では、室内／室外機の凝縮器・蒸発器の役割が逆になる。ルームエアコンではそれぞれを熱交換器とよんでいる。

また、冷房時と暖房時で冷媒の流れを逆転させるため、室外機側に「四方弁」という制御弁が用いられている。一般に、暖房時の除霜運転は、冷媒の流れを冷房運転に切り換える方法を採用している。

補足ポイント エアコンの歴史
そもそもエアコンはアメリカで開発され、日本では1957年ごろに実用化された。当初は冷房専用タイプが主流だったが、その後、冷暖房兼用タイプが普及し、現在では除湿、空気清浄機能などを備え、年中使用されるようになっている。
最近では、汚れた部屋の空気を外に排出し、きれいな外の空気を部屋に取り入れる給・排気機能を搭載する機種も増えている。

気化熱・・・エアコンの冷房、暖房運転は夏の熱い日に水をまいて、涼を取る「打ち水」と同じ原理。水が蒸発するときに周囲から熱を奪う性質を利用している。
四方弁・・・冷房運転と暖房運転でガスの流れを切り換える制御弁。