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2018年8月12日

真夏の暑い中に冷蔵庫やクーラーがなぜ冷えるのかという仕組みを簡単に1分で解説します






おはようございます。

酷暑の夏の2018年8月のクーラーに関する配信記事です(メモ記事です)。

そもそも、冷蔵庫やクーラーがなぜ冷えるのか、明確に答えられますでしょうか。

冷蔵庫が冷える理論、それは、冷蔵庫やクーラーの中に巨大な氷があるわけではなくて(それは氷室といいますね)、液体が気体に変わる時に「周りから熱を強力に奪う」という現象を利用しているということは、意外に知られていないことかと思います。

小学校や中学校での理科の授業においても、このことはあまり触れられていません。

高校の理科の物理学の初歩である、熱学について学ばなければいけないので、少し理論的には難しいからです。

しかし、感覚的には、例えば道路に打ち水をすることで、涼しくなることを体感した人にとっては、わかりやすい話ではないでしょうか。

これも、打ち水をした水が蒸発するときに、周りの熱い空気から熱を奪うということをやるからです。

たとえば、ベランダに放置した温度計の気温を見ると、36度を差していたとします。

そこに、コップ一杯(200ml)の水を周りに打ち水して、10分間様子を見てからもう一度気温を測って見ますと、35度に(ほんの1度だけですが)下がっていました。

このように、その辺にある水(H2O)でも、十分に冷却機能を自然に持っているというわけです。

これを循環的に逆に言えば、気体になるためには熱を必要とし、逆に気体が液体に変化する際には周りに熱を放散する(熱を放り出す)という現象が起きます。

冷えると水(液体)になるのではなく、気体が冷えた結果、水(液体)になるというわけです。

さて、冷蔵庫やクーラーには、こうした気体←→液体の変化を繰り返すことによって、発生した熱を捨てたり、熱を周りから奪って冷風を流したりするということを、電気の力によって繰り返す冷媒機能が組み込まれています。

すなわち、冷蔵庫やクーラーには、気体から液体、液体から気体への変化を繰り返すたびに、熱を吸収したり熱を放出したりする媒体である「冷媒」と呼ばれる物質が機器の中のパイプに閉じ込められていて、この冷媒の作用こそ、冷却機能の本質ということになるのです。

まとめますと、液体から気体になるときに熱を奪う機能を利用して、そこに風を当てて冷風を放出し、気体になった冷媒を圧力をかけて液体にする時に発生する熱はそちらも風を当てて外気ファンを通じて外に出す、これが冷蔵庫やクーラーの基本的仕組みになるのです。

ですので、冷蔵庫が室内にあると、冷蔵庫の後ろから発生する「熱」で部屋は実は少し暖かくなります。

室内でクーラーをかけると、外の排熱ファンからは、暖かい(というか真夏は熱いくらいの)風が出てきます。

真夏のビル群の外が殊の外熱いのは、アスファルトでの放射熱作用と、さらに室内クーラーを聞かせていることからくる外への排熱という影響も無視できないのです。

この点、ドライヤーや湯沸かし器といった「暖房」器具については、単に電気やガスの力で熱を「発生」させれば済むだけなので、人間社会においても例えば今から50万年前の北京原人の時代から人類は火は使っていました。

しかし、冷蔵庫やクーラーというこの本来の循環する冷却機能という仕組みを使い出したのは、ほんの150年前、電気というものを人類が手に入れてからということになります。

以上まとめます。

冷蔵庫やクーラーは、気体から液体へ、液体から気体への状態変化時に起こる、「周囲から熱を奪う」・「奪った熱を発散する」というサイクルを繰り返しながら、庫内や室内を冷却する機能を持った家電製品です。

液体から急激に気体へする際に、気圧を下げるため、及び、気体から急速に気圧を高めて液体に戻す際に、必要となるのが電力です。

さらに、発生した冷気や熱気を、放出したり排出したりするためのファンを回すための電力も別に必要となります。

冷蔵庫やクーラーは、こうした現象を利用し、

1 冷却器で圧力を下げて、冷媒を液体から気体に急速に状態変化させる。
  このとき周囲から熱が奪われる。冷気発生(涼しい〜)。
2 発生した冷気をファン等で庫内へ流す。
3 気体となった冷媒が、圧縮機(コンプレッサー)に運ばれる。
4 冷媒(気体)を圧縮機(コンプレッサー)で圧縮して、高温、高圧の気体へ変える。
5 放熱器(コンデンサー)を通しながら、冷媒を気体から液体に変える。
  このとき周囲に熱を放出する。熱気発生(熱い〜)。
6 発生した熱気をファン等で外気へ流す。
7 再び液体となった冷媒を、冷却器に送る。(1へ戻る)

ということを繰り返しながら、一部を涼しく、一部を熱くするという、熱の移動を行いつづける機械ということになります。

ですので、地球上全てのクーラーを稼働させたところで、地球全体が冷えるということはありません。

むしろ使っている電気の分だけ、むしろ温度は上昇してしまうということになります。

2020年に迫った東京オリンピックで、暑さ対策でお店や事務所のクーラーを、窓全開で開放すればよいのではないか、などと組織委員会が言ったとかいう噂が流れていましたが、もしこれが本当ならば、クーラーの基本的仕組みすら理解していない方が、2020年オリンピックの組織委員会になぜ紛れ込むことになったのか、それこそ夏の怪談で肝の冷える話ではないかと思いました。

東京オリンピックの成功を切に祈る身としましては、単に競技時間を2時間か3時間前倒しにすれば、実はアメリカやヨーロッパの夜や夕方のゴールデンタイムに生中継で放映されることになりますし、状況は一気に好転するのではないかなどと思っています。

真夏の溶けてしまいそうな暑さの中、こちらからの意見記事は以上です。

(平成30年8月12日 日曜日)