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、本当に不思議ではないでしょうか。決してヒーターできない芸当です。
なぜ、あったかい空気と冷たい空気の両方を生み出すことができるのか？今回は解説していこうと思います。
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あり、良く間違える方がおられますが、エア・コントローラーではありません。
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ないとも考えられる宝具ですが、元は家庭用に産み出されたわけではないのです。１９０２年、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。なぜなら、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。
当時、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以来、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ね。
そんな世紀の大発明であるエアコンの仕組み知るには、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なんですが、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ます。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で存在することができます。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いますからね。
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、気体になることはできません。そのため、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。
ここまでをまとめておきましょう。
＜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。
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。
冷房
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。
まず、冷媒は暖かい気体の状態で室内機から『圧縮機』へと向かい、圧力がかけられます。圧力がか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。
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ですよね。
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。こうしてエアコンは溶媒が液体から気体に変わり、室内の熱を奪うを繰り返すことで、冷たい空気を生み出しています。
暖房
では、エアコンを暖房設定にするとどうなるでしょう。原理は全く同じです。これの流れが逆になるだけなのです。
外から熱を奪い、室内に熱を放出する。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のです。
４．さいごに
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、工場では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。
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【圧力と状態変化について】
