エアコン

設計者がカーエアコンの仕組みを誰よりも分かりやすく解説します!!

カーエアコン(車のエアコン)、便利ですよね。
30年前は標準装備でなく、後付けエアコンが主流でした。
今では当たり前についていて、無くてはならないものになってます。
でも皆さん、カーエアコンの仕組みをご存知でしょうか?
仕組みを知れば、もっと効率よくエアコンをかけられるようになり、快適性UP・燃費UPにつながりますよ!

僕は空調の専門家です!
某自動車メーカ・某大手家電メーカで、実際にエアコンやカーエアコンの設計経験があります。
設計者として、分かりやすくかつ正確に説明してみました。
他のどのサイトよりも分かりやすい自信があります!
ご参照ください!!

エアコン自体の仕組みの記事も書いてます
カーエアコンと普通のエアコンは、暖房の仕組みが違うのです。
ぜひこちらも読んで見て下さい。

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カーエアコンの構成

カーエアコンは、大きく分けて3つのシステムで構成されています。
下の図をご覧ください。

カーエアコンの仕組み 構成
カーエアコンの構成

・「熱い水」が流れる回路
・「冷たいエアコンガス」が流れる回路
・「空気」の温度を調整する装置

これらについて説明していきます。

熱い水が流れる回路

エンジンの熱を受け取り温水を作る

カーエアコンの仕組み 温水回路

ほとんどの車はエンジンで動いています。
エンジン内でガソリンが爆発する際に、大きな熱が発生します。
その熱がこもると、エンジンが高温になりすぎて壊れてしまうかもしれません。

そのためにエンジンを冷やしてあげる必要がありますね。
冷やすためには、冷却水(クーラント)をエンジン内部に流します。
冷却水はエンジンから熱を受け取り温度が上昇します。この温度は約90度になるよう制御されます。

この温まった冷却水を用いてエアコンの温度調節を行っています。

詳しくは後述しますね。

エンジン排熱で90度の温水が作られる

エアコンガスが流れる回路

ガスを循環させ低温を作る

カーエアコンの仕組み 冷媒回路

エアコンガス(冷媒)というものを聞いたことがあるでしょうか?
フロンガスの一種で、家庭用のエアコンや車のエアコンに充填されています。

このガスは「コンプレッサ」という部品で循環されています。
コンプレッサはエンジンとベルトで連結されており、エンジンが駆動するとコンプレッサも駆動してエアコンガスが循環するようになっています。
ガスが循環することで、ガスの温度を冷たくすることができます。

この温度は約2℃になるよう制御されます。

どのようにエアコンガスを冷たくできるかは、エアコンの原理の記事で説明予定です。

2020年1月 追記
エアコンの原理について書きました!

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エンジンによりコンプレッサが駆動してエアコンガスを2℃にする

空気の温度を調節する

一度冷やしてから温める

温かい水と冷たいエアコンガスを作る方法が分かりました。
エアコンの目的は、ちょうどいい温度の風を流すことです。この2つの温度を用いて、ちょうどいい温度の風を作り出します。

運転席とエンジンルームの間に、エアコンユニットというものが設置されています。

正確には HVACユニット

(Heating Ventilation Air Conditioning unit 暖房・換気・空調ユニット) といいます

これが温度を調節する装置です。
空気と温かい水、空気と冷たいエアコンガスを触れさせて空気を温めたり冷やしたりできます。

カーエアコンの仕組み 温度調節

水とエアコンガスから空気に熱を受け渡すための装置ですね。熱交換器、と言います。
温める熱交換器、冷やす熱交換器、一つずつあります。

カーエアコンの仕組み 熱交換器

空気は、冷やす熱交換器を通ったあと、温める熱交換器を通るようになってます。

カーエアコンの重要な役目の一つ、除湿のためです。
車内は密閉された狭い空間なので、除湿をしないとフロントガラスが曇ってしまい事故に繋がります。
詳細を書くと長くなるので、別記事にします。

車に乗っている人は、エアコンの設定温度を自由に操作しますよね?
それに連動するように風の温度を調整する機構が必要です。

温める熱交換器にはシャッターがついており、熱交換器に流れる空気の量が調整できます。
それにより一度冷やした空気をどれだけ温めるか調整できるようになり、
車内に吹き出す風の温度が調整されます。

まず空気を冷やす熱交換器に通して低音にする

その後、温める熱交換器に通す空気の量を制御し、吹き出す空気の温度を調節する

カーエアコンの仕組みまとめ

ざっとまとめます。

カーエアコンの仕組み

・エンジン排熱で90℃の水を作る

・コンプレッサで2℃のエアコンガスを作る

・エアコンユニットに90℃と2℃の熱交換器ができる

・空気を2℃の熱交換器に通す → 90℃の熱交換器に通す

・90℃の熱交換器に通す空気の量を調整することで吹き出す空気の温度を調節する

察しのいい方は気づいているかもしれません。
カーエアコンを機能させるためには、エンジンが動いていることが必要です!
温めるためにはエンジン排熱を利用してるし、冷やすためにはエンジンベルトを利用してコンプレッサを動かしているからです。

カーエアコンとエンジンには密接な関係があります。
つまり燃費にも影響するということですね。
なぜ燃費が落ちるか? どれだけ燃費が落ちるのか? どうすれば燃費が良くなるのか?
これも長くなってしまうので、次の記事で説明したいと思います。

ここまで読んでいただきありがとうございました。
なるべく専門用語を排除し、知識がない方でも分かるように努めたつもりです。
より多くの人に理解していただきたいので、分かりにくい箇所があればコメントやリプライお願いします!

エアコン自体の仕組みについても書いてます。
カーエアコンとは暖房の仕組みが違います!

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こんなエアコン経験豊富な僕ですが、33歳未経験からITエンジニアに転職しました。
その話はこちらからどうぞ!

プログラミング未経験33歳が自社開発企業に転職するまでプログラミング未経験、33歳、地方住み。 「ITエンジニアになる」と決意して約5ヶ月で都内の自社開発企業から内定をもらうことが出来ました...