クーラー・冷凍庫がなぜ冷却できるのか文系の私に教えてください

Question

すいません。ふとした疑問なのですが、
なぜクーラーや冷蔵庫・冷凍庫は、電気によってものを冷やしたり気温を下げる事ができるのでしょぅか？冷却の「しくみ」について、物理がニガテだった文系の私にも分かるように説明してください。

私の米粒程度の知識では、エネルギーは増えも減りもしないから、例えば30度の室温を25度に減らしたら、その5度分のエネルギーは何か別のエネルギーに変換されなきゃいけないわけで、・・・とか考えてアタマが混乱しています。電化製品は電気で動いているから、電気エネルギーによってモノを「温める」ことができるのはうなづけますが、その逆の反応の「冷却する」ことができるのはなぜなんでしょうか？
平易にお願いいたします・・・。

info22 · Accepted Answer

冷蔵庫もクーラーも原理は同じですね。液体が気体になる時に気化熱を奪います。水を庭に撒くと、液体の水が蒸発して気体になる時、周囲（地面や植物）などから熱を奪います。この奪う熱のことを気化熱といいます。打ち水を撒くと涼しくなるのはこのためです。
冷蔵庫やクーラーの場合は、水と異なる熱伝導率がよく、常温で気化・液化をしやすい液体（冷媒といいます）を使います。これは繰り返し、冷媒の液体を気化させたり、液体に戻したりすることを効率的に行えるようにするためです。

冷却するところで気化させ、気化した気体の冷媒のとおるパイプ（それを埋めた冷蔵庫の外壁）を空気に曝して冷やし、多少冷えた気体を圧縮ポンプで圧縮して液体に戻し、冷却部分に戻します。クーラーの場合室外機でファンを回して強制空冷します。液化した冷媒をクーラーに戻してやりそこで気化させます。冷却器では、異種金属を張り合わせたところに電流を流すと、異種金属の間に温度差Δが発生する現象を利用して、高い温度の方で冷媒を接触させ気化させて温度を奪います。低い方の金属面はΔだけ更に低くなりなすので、冷媒が気化すればするほど温度が下がっていきます。その温度の低い方の金属面に送風して冷えた空気（冷気）を冷蔵庫の庫内やクラーのファンで室内に巡回させます。

以上が冷蔵庫やクーラーの原理です。
昔は冷媒にフロンが使われていましたが、冷蔵庫やクーラーが廃棄される時フロンが大気中に放出され、地球温暖化を加速するということで、フロンにかわる色々な代替冷媒が使われるようになっています。

参考URL：http://www.t-hoan.or.jp/060_safety/060-60_katei/060-60-03_reizoko/reizoko.htm

tojyo · Answer

クーラーは単純にいえば部屋の中の熱を部屋の外に移動しているだけです。
したがって室内の温度が５度下がれば室外の温度は５度上がるのです。
暖房はこれの逆を行っておりヒーターで温度を上げているわけではありません。
温度移動の仲立ちをしている冷媒ガスの圧縮・膨張を行ってるのが電気です。

ちなみに最近はガス暖房が流行です。ガスを燃やすことによって冷房を行います。

nitto3 · Answer

あなたの疑問のとおり
冷蔵庫、クーラーは使った電気分だけ地球を暖めているのですよ。
冷えるのは部屋の中だけで熱は外に逃しています。
内外の熱は同値ですが使った電気が熱になった分
だけ地球は暑くなります。

satokko100 · Answer

おいらも挑戦。

要するに電気のしていることはフロンガスを圧縮したり膨張したりすることだけです。

気体が圧縮すると温度が上がり、膨張すると温度が下がります。

たったそれだけのこと。実際にはそれをもっと効率よくするためにフロンをつかって気化熱を利用しているんだけどそこまでは考えなくてもいいです。

vamps · Answer

雨に濡れた服をそのまま着ていると、体が冷えて風邪をひきますよね。水が蒸発するときに体の熱を奪うからです。冷蔵庫やエアコンも蒸発を使って冷却する、熱を移動させます。
　パイプの中に蒸発しやすい液体、冷媒を入れます。オゾン層破壊で問題になったフロンや代替フロンなどです。冷蔵庫の中で冷媒が蒸発するときにまわりの熱を奪うから、冷蔵庫の中が冷えます。気体になった冷媒に、コンプレッサーで圧力をかけて液化装置に送ります。液化装置を流れている間に、冷媒は熱を外に出してして液体に戻ります。これを電気の力で繰り返して冷却します。
　冷媒が出した熱は冷蔵庫なら室内に、エアコンなら室外械で家の外に出します。
　この説明どうですか？

billiard · Answer

電気によってと言う表現は半分当たりで、半分は不正解です。

冷媒を利用しているエアコン・冷蔵庫はヒートポンプと呼ばれます。CMでもガスヒーポンとか言っていますね。
冷蔵庫内に温かい缶ビールを入れてスタートします。
暖かい缶ビール→冷蔵庫のめちゃくちゃ冷たい冷媒を暖める。→暖められた冷媒は戻っていき、さらに圧縮します。→温度が上昇して外気よりも暖かくなります。→そうすると３０度とかの外気でも冷媒を冷やすことができます。→温度が下がった（圧力は高い）冷媒の圧力を下げます。→すると温度はさらに低下して、気温よりもものすごく冷たい冷媒ができます。→
この冷たくなった冷媒を冷蔵庫やエアコンに持っていくと。周囲の温度の方が高いので熱を吸収します。
つまり冷蔵庫の缶ビールは冷えるのです。

このヒートサイクルの圧縮をするためにコンプレッサーを駆動しているのが、電気です。
今回のご質問は上記のヒートポンプの原理です。

おまけ
半分あたりなのは、ペルチェ効果を利用した冷却は電気しか使わないからです。

nourider · Answer

補足です、昇華熱ではなく気化熱です。

nourider · Answer

高圧の液体が急激に蒸発する場合に奪う昇華熱というのがあります。カセットコンロで鍋をしているとガスボンベがとても冷たくなりますが、これはボンベ内の液化ガスが気化する時に、昇華熱を奪っているためです。エアコンの中には高圧で液状、圧力が下がると気体という物質が液体になったり気体になったりしながらぐるぐる廻っています。それが一方で熱を奪い（冷やす）一方で熱を放出（室外機熱いでしょ？）しているのです。冬は逆方向に廻り、暖房もできます。エアコンの消費電力のほとんどはこのガスを循環させるためのコンプレッサーの消費電力です。
家庭用にはありませんが業務用のガスヒーポンというのはこのコンプレッサーを回すのを都市ガスやＬＰガスを燃料としたエンジンで行っているものです。このほかにも軽油や灯油を燃料としているものもあります。

B500 · Answer

補足ですが、新冷媒はオゾンを破壊しないそうです。
ただ地球の温暖化にはつながります。

inu2 · Answer

室外機ってありますよね
あれは、ちょっと強引な言い方をすれば、室外機もエアコンなんです

つまり5度下げたエネルギーは室外機によって放出されます

フロンガスというガスが環境の問題になっていますが、フロンガスのような気化(蒸発)しやすい触媒(物質)をつかって冷却しています


物質が気化するときに熱エネルギーを奪うという性質があります

汗をかいたあとに、汗が蒸発して涼しくなる っていう原理は分かりますよね。

冷たい水のコップの周りに水滴が付くのは、コップの周りの水分(湿気)の熱を奪うから水にもどってコップに付くのです

気化させた触媒を再び液体に戻すには
室外機では冷えた水を使うかわりに、圧縮しています
スプレー缶って、中に液体入っていますよね、あれは高圧力で圧縮されているから、缶の中では液体でいられるのです



1.室内機で気化させて、室内の熱エネルギーを奪う(冷える)
2.室外機で圧縮して液体に戻す(室外機から吐き出される空気は暖かい)

の繰り返しで室内の温度を下げています

冷蔵庫も基本的には同じ原理です
冷蔵庫の裏の特に下あたりを触ってみてください。あったかいと思います


エアコンで暖房の時はこの逆をしていますので、極端に寒い地域ではエアコンは役に立ちません
新潟県中越地震の仮設住宅にエアコンを設置しましたが、外があまりにも寒くてエアコンの暖房が役に立たなかったという話は有名です

クーラー・冷凍庫がなぜ冷却できるのか文系の私に教えてください

冷蔵庫もクーラーも原理は同じですね。

クーラーは単純にいえば部屋の中の熱を部屋の外に移動しているだけです。

あなたの疑問のとおり

おいらも挑戦。

雨に濡れた服をそのまま着ていると、体が冷えて風邪をひきますよね。

電気によってと言う表現は半分当たりで、半分は不正解です。

補足です、昇華熱ではなく気化熱です。

高圧の液体が急激に蒸発する場合に奪う昇華熱というのがあります。

補足ですが、新冷媒はオゾンを破壊しないそうです。

室外機ってありますよね

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　雨に濡れた服をそのまま着ていると、体が冷えて風邪をひきますよね。

　補足ですが、新冷媒はオゾンを破壊しないそうです。