加熱より冷却が難しいと感じられる理由

私の家ではまだエアコンは暖房用に使っており、冷却することはありませんが、何故温度を下げることができるのかについてはほとんど知っていません。

ここでは冷蔵庫などが冷える仕組みについての解説記事を紹介します。一般に加熱より冷却の方が難しいと言われていますが、熱から仕事を作り出す熱機関は多種多様なものがあるのに対して、冷却器はあまりバリエーションがありません。

エアコンは気体や液体などを使って熱を交換することで、室内の温度を下げたり上げたりする空調機器です。熱を移動させるための流体のことを冷媒と言います。エアコンではおもに水素とフッ素と炭素の化合物が冷媒として使われています。

まず室内機の熱交換機で部屋の暖かい空気を集め、冷媒を暖めます。熱せられて冷媒は室外機に送られ、圧縮機で圧力をかけることでさらに高温になります。高温になった冷媒は、室外機の熱交換機を通過する際に外気に熱が伝わり、ファンによって暖かい風が室外へ放出されます。

低温になった冷媒はさらに減圧気を用いることで、体積が元のサイズになることによってさらに低温になります。この様にして冷やされた冷媒は、室内機に送られ熱交換器を通過して冷たい風を吹き出します。

現実のエアコンではより効率的な冷却を行うために、単に冷媒を圧縮することで高温にするだけではなく、気体が液体になるときの潜熱を用いてより大きな熱の交換が行えるよう工夫しています。

潜熱とは個体から液体へ、液体から気体に物体が変化する時、温度上昇を伴わない状態で変化する際に費やされる熱のことをいいます。文字通りに温度上昇を伴わない「潜んでいる熱」のことです。

身近な例では、注射する際に腕を消毒アルコールで拭くと冷たく感じるが、これも液体であるアルコールが気化するときに腕から熱を奪っていくからで、これも潜熱が起こす現象です。エアコンでは、気体の冷媒に高圧をかけて圧縮すると高温を発し液体に変化します。

この液体が減圧されて再び気体に戻る際には、消毒アルコールの例と同じように、周りから熱を奪っていきます。このように冷却器は、圧縮によって生まれる放熱と、減圧による冷媒の気化によって生まれる吸熱を利用することで、その冷却効果をさらに高めています。

この程度の説明ではあまりピンときませんが、冷却器が潜熱をうまく使って冷やしているという事のようです。

それでも1台で加熱と冷却がどちらでもできるエアコンは、考えている以上に優れた機器なのかもしれません。