| 第3章 エアコンのしくみ |
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3.2 冷凍サイクルと主要構成機器について |
| 前項でも述べましたが,冷凍サイクルは圧縮機・凝縮器・膨張弁及び蒸発器の4主要機器から成立っています。冷媒はこれらの中をいろいろな状態変化(すなわち,気体・液体の変化,温度・圧力の変化など)をしながら循環します。これら構成機器について以下に説明します。 以下に図2. 1の冷凍サイクル概要に示す,各構成機器について概略説明します。 | 図2.1 冷凍サイクル概要 | |
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(1)圧縮機
| 図2.2 圧縮機の内部構造概略及び吸込みから圧縮までの行程 |
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圧縮機は,人間の体でいえば心臓に相当します。人間の心臓は体の中の血液を循環させるとともに,汚れた血液をきれいにして体の各部へ送り出します。これを冷凍サイクルに置換えて考えると,低温・低圧の冷媒ガスを高温・高圧の冷媒ガスに変化させ,送り出すことと考えることができます。
エアコンの冷凍サイクルの中で最重要な圧縮機には右のようなものがあります。
概略の構造は,図 2. 2の通りです。
1. 往復動式圧縮機
往復動圧縮機の圧縮工程は図の(1)の通りで,ピストンが動くのにつれて,冷媒を吸込んでから圧縮して吐き出します。大形の圧縮機を作るときには,他の圧縮機より容易に製造できる利点があります。
2. ロータリー式圧縮機
ロータリー式圧縮機には図の(2)と(3)がありますが,往復動より部品点数が少なく,圧縮機としての故障確率は少なくなります。家庭用エアコンや家庭用電気冷蔵庫などに多く使われています。
3. スクロール式圧縮機
スクロール式圧縮機は,2つの渦巻き状のスクロールが回転しながら圧縮し,吸込と吐出の弁が不用です。スクロールの加工精度を高く要求されるので,大きな圧縮機を作るのには問題があります。
4. スクリュー式圧縮機
スクリュー式圧縮機は,大きな空調機(大形パッケージ形エアコン,チラーユニット等に使われています。
| 図2.3 空冷式凝縮器の例 | 図.2.4 水冷式凝縮器の例 | |
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| エアコンの冷凍サイクルの中での最重要な圧縮機 | ||||||||||||||||||||||
| 大分類 | 小分類 | 概略消費電力 | 主な利用機器 | |||||||||||||||||||
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(2)凝縮器
凝縮器はコンデンサとも言われ,最近はヒートポンプ式のエアコンが主流となり,冷房のときは凝縮器となり,暖房のときは蒸発器となることから,室外熱交換器とも言われます。凝縮器は,圧縮機で圧縮された高温・高圧の冷媒ガスを,冷却して液化させる役目をしています。凝縮器には,冷媒を液化させるための媒体として,空気や水を使用しますが,通常家庭用エアコンや業務用のエアコンの大部分が空気を用いた空冷式になっており,空気との接触面積を大きくして熱交換の効率を上げるために,銅パイプに薄いアルミフィンを密着させています。
| 図2.5 電子膨張弁 |
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(3)膨張弁
膨張弁は,凝縮器で液化された高温・高圧の冷媒を圧力と温度を下げる減圧装置で,冷房時には室内の温度を下げるために,又,暖房時には屋外の低温部から吸熱して,室内へ放熱して暖房をするようになっています。この膨張弁の役目をするものに,キャピラリチューブ(内径が 1.2 〜 1.8mm 程度の銅管で出来ており,冷媒の流れに抵抗をつけて圧力を下げる),温度式自動膨張弁(蒸発器を出る冷媒のガス温度と蒸発器の中の圧力により流れる冷媒の量を制御する),電子膨張弁(冷凍サイクルの状態をマイコンからの指令で制御する)等があります。最近のエアコンはほとんどマイコン制御がなされており,従って,膨張弁は電子膨張弁が多く使われています。電子膨張弁はマイコンからのパルス信号で制御されるため,木目細かな冷媒の流量の制御ができ,冷房も暖房も温度変化をなだらかにすることができます。電子膨張弁の構造を図 2. 5に示します。
(4)その他の主な冷凍サイクル部品
| 図2.6-1 四方弁(冷房時) | 図2.6-2 四方弁(暖房時) | |
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| 図2.7 アキュムレータ | 図2.8 ドライヤ・ストレーナ | |
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(5) 電気制御機器
最近の家庭用エアコンやパッケージエアコンの運転制御は,ほぼマイコン化されており,マイコンを介して運転を制御しています(室温,風量,冷暖房の切換等)。また,運転中に発生した故障についてもどのような故障が発生したかも表示してくれるようになっています。
1. エアコンの基本的な制御(制御のシーケンス)
エアコンの基本的な制御とは,冷房で考えてみましょう。要求される部屋の温度に対して,温度が高ければ,圧縮機を運転して,エアコンから出てくる温度を下げ,要求される温度に達したときには,圧縮機を止めます。また,機械側に何らかの不具合が発生したときには,圧縮機を止めて大きな故障になるのを防ぐということが基本の制御です。
これのために,いろいろな制御用の部品や,安全のための保護装置を組込んであります。
エアコンの制御内容の例を図2. 9に示します。(取敢えず内容や記号がわからなくても,順を追ってどのようなものが作動するかを見てください)
次ページ図の記号の説明は次のとおりです。
<図2.9の記号の説明>
| 記号 | 意味 | 内容 |
| CH | クランクケースヒータ | 圧縮機の油の温度を上げる |
| Y52C | リレー | |
| FS | フロートスイッチ | ドレン水量管理 |
| 52C | 電磁接触器 | 圧縮機運転用 |
| YH2 | リレー | フロートスイッチ制御用 |
| MC | 圧縮機モータ | |
| MD | ドレンポンプ | ドレン水排出用 |
| MFC | 室外機送風機モータ | |
| H2 | 結露防止ヒータ | 空気吹出口露付き防止 |
| MFE | 室内送風機モータ |
図2.9 パッケージエアコンの冷房時の運転制御例

現在のエアコンは,家庭用ではほとんどががインバータ方式になっています。インバータ方式では,圧縮機や送風機の電動機の運転を必要に応じて周波数を変換することにより制御します。周波数を高めると能力を上げ,周波数を低くすると運転をセーブして省エネ効果も果すようになっています。このエアコンの制御の基本について,リレーシーケンスを説明します。この基本のシーケンスは下記の通りですので,充分理解をしてください。
図2.10 エアコンのシーケンス(例)

| 記号 | 名 称 | 記号 | 名 称 | 記号 | 名 称 | ||
| MC | 電動機(圧縮機用) | 26W | 凍結防止サーモスタット | NK | ノイズキラー | ||
| MF | 電動機(送風機用) | EF1,2 | ヒューズ | H | 電気加熱器 | ||
| 52C | 電磁接触器(圧縮機用) | PWB | プリント板 | 52H | 電磁接触器(電気加熱器用) | ||
| 49F | インターナルサーモスタット(MFに内蔵) | 47C | 逆相リレー | PF | 電力用温度ヒューズ | ||
| 51C | 過電流継電器(圧縮機用) | RL | 表示灯(赤色) | 26H | 過熱防止用サーモスタット | ||
| X1〜5 | 補助継電器 | OL | 表示灯(橙色) | FH | 温度ヒューズ | ||
| BS | 押ボタンスイッチ | TB1〜4 | 端子台 | 52FT | 電磁開閉器(クーリングタワー用) | ||
| 23 | 温度調節器(サーモスタット) | C | コンデンサ | S1,2 | 手元開閉器 | ||
| 63H | 高圧遮断器(高圧圧力スイッチ) | CS1,2 | 切換スイッチ(冷暖房切換・風量切換) | SC | 進相コンデンサ | ||
| 26TL | 吐出ガスサーモスタット(過熱防止) | DS | 接続端子 |
前ページ図のシーケンスの操作は,次のとおりです。操作順序を下図に当てはめ順を追ってみてください。
図2.11 エアコンの運転フロー(例)
又,保護装置の作動については下図の通りです。何が作動するとどういう順序で停止するのかを確認してください。
図2.12 エアコン保護制御(例)

(6)主な電気部品について
主な電気部品の形状は,次の通りです。前ページのシーケンスと見比べて形を覚えてください。
| 1. 電磁接触器 | 2. インターナルサーモスタット | 3. 過電流継電器 |
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| 4. ロータリスイッチ | 5. 押ボタンスイッチ | 6. ヒートカット |
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(7)冷媒系統部品について
サイクル制御部品は,冷房や暖房運転をしている時に,温度や運転圧力を制御するための部品です。
| 1. 膨張弁 | 2. 電磁弁 | 3. 四方(切換)弁 |
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| 4. 逆止弁 | 5. ドライヤストレーナ | 6. アキュームレ−タ |
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(8)主な保護制御部品について
| 1.圧力開閉器 | 2.サーモスタット | |
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| 3. 逆相防止リレー | 4. ドレンポンプ | 5.フロートスイッチ |
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(9)送風装置について
送風装置は,エアコンに無くてはならないものです。送風装置がなければ,エアコンから風が出てこず,エアコンの役目をしません。
送風装置は,エアコンの室内機では,熱交換器で冷やされたり,暖められたりした空気を室内に送出す装置で,空冷式の室外機でも,同様に空気を吸込み送出します。
送風装置に使われる送風機はつぎのような構造をしたものが使われています。この送風機は電動機で運転され,電動機の回転数を変えることにより,風量を変えています。
主な送風機の構造を以下に示しますが,風が出てくるところをふさぐような衝立などを置くと,風がそれに当りそのままエアコンに吸込まれ,室内の空調効果が少なくなります。
エアコンの送風機の前か後には大きなゴミを取除くためにエアフィルターが取り付けられています。
| 1. クロスフローファン | 2.シロッコファン |
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| 3. ターボファン | 4. プロペラファン |
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エアコンの運転には以上述べてきたような,いろいろな電気部品,保護制御部品を使用して,エアコンが快適に使用できるようになっており,また,異常が発生しても事前に察知して故障を未然に防ぐようになっています。ただし,故障を未然に防ぐようになっていても,定期的にメンテナンスをしなかったり,エアコンの据付条件(据付後の周囲の条件も含まれます)が適切でなければ,故障になりますので,メンテナンスには充分気をつける必要があります。(メンテナンスについては,後段で説明します)