このタイプのエアコン久しぶりに見た

エアコンの入れ替えを予定されているお宅へ現地調査に伺った時のこと。

室外機が少し特殊な設置方法で他の業者さんに見てもらったところ希望の機種では寸法が収まらないと言われたそうです。

それを設置できる他の方法がないかも含め室外側から調査を始めたのですが・・・

現在設置されているエアコンは

冷房能力4.0kWのルームエアコン。

型式にある40という数字が冷房能力です。

その後ろにある4は多くの場合年式を表しています。

4.0kWは約14畳用のものになります。

電圧はこのクラスになれば200Vが多いですね。

と、ここでお客さんから「100Vでは？」とのお声が。

ん？

室内へ行ってみると確かに100Vのコンセントにしかもまるで扇風機のような細い電源コードで室内機につながっています。

え？どういうこと・・・

あ、もしかしてあれか。

もう一度室外機の銘板を見ると

でた～三相😨

電源は三相三線式の200Vです。

一般に動力（電源）と言われるもの。
（一般家庭の単相電源は動力に対し電灯とも呼ぶことがあります）

室内機の銘板もよく見ると

室内機は100V、室外機は三相200Vと書いてありました。

室内機は部屋のコンセントから100V（対地電圧100V）を、室外機は三相200V（対地電圧200V）を室外機に直結というもので別電源になっています。

三相200Vを人が住む部屋へ引き込むのは危険なので以前はこのようなエアコンが存在しました。

でも30数年前にこのタイプのエアコンを数台工事した記憶はありますが需要は少なくそれ以来一般家庭で見たことがありません。

どうもこちらでは設置当時工場を営まれていたそうで、その関係で動力電源のエアコンが選ばれたようです。

動力電源から1相（2線）だけ使用して単相200Vとしてエアコンを使うことは周辺地域への電源品質の低下を招くこともあり電力会社との契約上からもできません。

なのでご希望されている単相200Vエアコンを設置するには電源から考え直さなければなりません。

どのようにするかそこから再検討していただくことになりました。

いまでは三相200Vを使用するルームエアコンはほぼ絶滅危惧種となっています。
（昔から少なかったですが）

ある現行機種を調べたところ、その配線図を見ると現在では室内の100Vのコンセントは不要で室外機に三相200Vを接続し、室内機へはそこから単相をそのまま取り出し電源供給するようになっているようです。

ということは室内機は単相でも対地電圧は200V。

電気配線の基準緩和とエアコンがその基準などに対応してこのように変化したものと思われます。

ただし新品でも発売から数年経過していたりするので来年からの新しいAPF基準には厳しそうですね。

条件や金額が許せば電源に合わせた業務用エアコンを家庭に導入する方向もあるかもしれません。

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フレア加工の大切さ

これは先日おこなった室外機移設工事で取り外した冷媒管の接続部です。

銅管がラッパのように広がっている部分をフレアというのですが・・・

フレアは室内機や室外機に冷媒管（銅管）を接続するのに必要な部分。

しかし上の画像はダメなフレア。

フレアが小さく、表面に段があり、それに加えバリまで見えます。

このフレアをきれいに仕上げるのはなかなか難しい。

仕上がりの違いの例を3つ並べてみます。

左端の表面が滑らかなのは当方がいつも作っているフレア。

真ん中は表面に段がついていて、右端は段つきに加えバリまで見えます。

割と多くのエアコン業者さんは右2つのようなことになっているのではないでしょうかねぇ。

取り外し工事に行くと大抵、段つき・バリつきになっています。

もしかすると「段ができるのは仕方ないよ」なんて思っているかもしれません。

でもきれいに仕上げる方法があるんですよ。

それはさておき、なんでフレアの仕上がりにこだわる必要があるのか？

室内機や室外機と銅管がどのように接続されるのか見てみるとわかると思います。

これは3分管。

この銅管の中を冷媒（フロン）が流れます。

端部内側にバリが出ているのでリーマーなどで取り除きます。

あ、ちなみにバリを取っても段つきのフレアは解消できません。

きれいなフレアを作る方法については触れませんのであしからず😅

これはフレアツール。

銅管の端部を広げフレアにする道具。

フレア加工するとこうなります。

銅管にはフレアナットという接続用のナットを事前に入れてあります。

接続前

右側がエアコン本体の接続口と思ってください。

フレアが接続面に接触

フレアナットで締め付け

とこのような流れ。

もうおわかりだと思いますが、銅管のフレアが管の抜け防止と同時に冷媒漏れを防ぐパッキンになっているのです。

そのためフレアがきれいに仕上がっていなければガス漏れを起こします。

また小さければガス漏れや銅管が抜けて一気に冷媒が噴出することに。

なのでフレアの仕上がりはとても重要。

それに加えフレアナットの適切な締め付けも大切。

締め過ぎや不足もだめなんです。

一番上のダメなフレアの画像では管の中央寄りの部分のフレア表面が輝きなく曇っていますね。

これは締め付け不足で相手の真鍮の接続面に接触していなかった証拠です。

管内を流れる冷媒はかなり高圧。

高いときは3.5～4MPa（35～40kgf/c㎡）ほどにもなります。

接続がテキトウでは圧力に負けてチョロチョロと冷媒が漏れて仕舞にはエアコンが効かなくなってしまうかもしれません。

フレアはエアコンが設置されてしまうと見えません。

施工者の腕次第といったところですね。

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冷暖房を切り替える弁

ここのところ暖かくなったり寒くなったりと徐々に冬に近づいてきましたね😊

これからは暖房を使用するシーズンです。

エアコンの暖房はどうやっているの？と思っている方もいるのではないでしょうか。

本体の中に電気ヒーターが入っている？

昔のルームエアコンでは補助ヒーターとして電気ヒーター（電熱）が使われていたり、いまでも一部業務用エアコンでは使われているようです。

でも現在のルームエアコンは電気ヒーターは使わず冷房と同じことをして暖房をしているんですよ。

それに欠かせないのがこれ、

四方弁（四方切替弁）です。

円筒形で冷媒（フロン）の通る銅管が上から1本、下に3本つながっています。

”しほうべん”とか”しほうきりかえべん”などと呼び、エアコンに精通している人は”4切弁（よんきりべん）”と言ったりします。

円筒形の筒の中にスライドする弁が入っています。

弁の断面図

かなり簡略してますがこのようになっています。

水色の部分は冷媒が流れるところで、白い部分はスライドする弁です。

そして切り替わると

弁が右へスライド。

これだけで冷暖房が切り替わります。

ではこれに冷媒サイクル（回路）を加えて冷房時の運転状態を見てみます。

まずは冷房サイクル。

赤色は冷媒の高圧となる部分、青色は低圧部分です。
（図はクリックで大きく見れます）

左にあるコンプレッサーで圧縮された”高温高圧ガス”は四方弁を通り右下の管へ出ていきます。
（ここでいうガスはガス状の冷媒のこと）

つぎに室外機の熱交換器へ入り、そこで冷媒は冷やされて温度が下がりながら液化し”中温高圧液”になります。
（このとき室外機から熱風がでる）

つぎに膨張弁を通過すると一気に減圧、”低温低圧半液”状態になります。

それが室内機の熱交換器へ流れ込み、室温で温められて”低温低圧ガス”へと変化します。
（このとき室内機から冷風が出る）

そしてコンプレッサーへ戻ってまた圧縮されて再び”高温高圧ガス”へ・・・あとは繰り返し。

とまぁ、こんな感じです。

このことを理解すると気づきますよね。

室内機と室外機を入れ替えれば冷暖房が切り替えられると。

そのための四方弁。

では次に四方弁を切り替えた暖房サイクルです。

四方弁の弁が右にスライドしました。

するとコンプレッサーから来た高温高圧ガスは左の管へと流れ出ます。

そこからつながっているのは室内の熱交換器。

室温で冷媒が冷やされて液化と同時に室内機から温風が出ます。

室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器の部分は冷媒の流れが冷房と逆になりました。
（コンプレッサーの流れは変化しません）

これが四方弁の役割です。

しかしこの弁を動かすには大きな力が必要。

そこでもう1つ小さな弁が脇に付けられていてそれを電磁力で操作し、冷媒の高圧、低圧の圧力差を利用し大きな弁を動かしています。

なのでコンプレッサーが作動していないとこのタイプの四方弁は動きません。

最近のエアコンではあまり聞きませんが、たまにエアコンから”プシュー・・・”と聞こえるのは弁が切り替わった時の音です。

弁が故障すると暖房をかけても室内機から冷風が出たり、またその逆ということもあります。

ややこしい話になってしまいました😅

ルームエアコンは四方弁により冷房と暖房が同じ原理で動いているということですね。

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ブラシレスDCモーター分解

先日こちらで取り上げた修理記事で取り外したモーターを分解してみます😊

これです。

ブラシレスDC（直流）モーター。

室外機のファンモーターに使用されていました。

まずはその前に昔多く使われていた単相誘導モーターはというと・・・

このモーターは交流（AC）電源で回ります。

開けてみると

リード線は直接コイルの巻き線に接続され単純な造り（電気回路）です。

そして本題のブラシレスDCモーター。

ブラシレスではないDCモーターで身近なものは子供のころよく使ったマブチの130モーターなんかもそうですね。

でもそれらと異なる点は”ブラシレス”で文字通りブラシという消耗部品を使わずDCモーターの効率の良さを活かせるところ。

しかしブラシや整流子を無くしてDCモーターを回転させるにはそれに代わる機構が必要になります。

それを電子回路で行っています。

では分解してみましょう。

まずはカシメを起こして金属枠を外しました。

すると中にはリング状のゴムパッキンで防水されていました。

背面の金属カバーを外すためリード線引込口のプラスチックを割ると

さっそく基板が見えてます👀

室外機本体の制御基板だけではなくモーターの中にもまた制御基板。

リード線は巻き線ではなく基板につながってます。

そして金属カバーを外そうと力を加えますがまったく動じません。

モーター軸部分を小型の万力に挟みハンマーで叩いて外しました。

外周と軸受けのベアリングがカバーに圧入されて外れにくかった。

こちらがモーター内部の制御基板

部品点数が少なく単純に見えますね。

赤い丸いものはベアリングと金属カバーの間に入っていたものです。

上のほうに見えるのはモーター駆動用のICで内部回路のスイッチングでモーターの巻き線に電流を流します。

そのため熱が放出されるので白い放熱グリスがついてます。

金属カバー側にも

放熱グリスがついてました。

さて単純そうな基板ですが裏側を見てみると

こっちのほうが部品点数が多いですね。

こちらが表側といった感じ。

そしてまたIC

こちらはモーター制御用のようです。

モーター回転子の位置を正確に読み取り駆動用ICを制御しているものではないでしょうか。

位置検出にはモーター内部にホールセンサなどを使っているのかもしれません。

ブラシと整流子の代わりをする回路はこれだけ複雑になり故障が多くなるも頷けます。

昔から使われている単相誘導モーターのほうが構造が単純なため長持ちするのは当然ですね。

使用時に高効率、省エネというものは生産時の環境負荷、高コスト、そして短寿命で全体的には大した貢献はしていないのかもな・・・

などと考えながら分解はここまでにしてモーターは処分。

なお、このブラシレスDCモーターが故障するとそこに接続された本体側（室内機や室外機）の制御基板にも波及して一緒に壊れてしまうことがよくあります。

そのためモーターと本体の制御基板をセット交換することになるわけです。

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バルブのキャップ

エアコンの室外機には冷媒を止めたり流したりできるバルブ（弁）が付いています。

（参考画像）

新品の室外機には冷媒が予め規定量封入されています。

そのため設置工事では室内機を冷媒管で室外機に接続して真空引きをし、このバルブを開くだけでヒートポンプサイクル管内が冷媒で満たされます。

もし真空引きをせず大気が入ったままバルブを開けてエアコンを使用すると圧力が異常上昇したり空気中の水分が氷結して管路を詰まらせ能力低下の原因になるんですよ。

それはさておき先日新築のお宅でエアコンを設置していると、
「別の業者に2台の工事をしてもらったところバルブのキャップを手で締めただけだったが大丈夫か？」というような質問をいただきました。

バルブはキャップを外すとこのようになっています。

（参考画像）

六角レンチを使用して回転させることによりバルブを開閉できるようになっています。

回転するということはそこに隙間があるので内部はシールパッキンで冷媒が漏れないような構造になっています。

しかし・・・

冷媒は圧力変化が大きく冷房時は0.3MPa（3kg/c㎡）くらいまで下がることがあり、暖房時は逆に4MPa（40kg/c㎡）近くまで上昇することがあります。

この圧力変化や圧力そのものでどうしても少しずつ冷媒が漏れたり、時にはパッキンがズレて漏れが多くなることもあります。

その時にキャップがあれば漏れ量は最小限にできます。

キャップ内の圧力も高くなるので一層漏れにくくなるわけです。

なので単なるホコリよけとか腐食防止ではありません。

取り外し工事でバルブキャップをレンチで緩めると必ず”プシュッ！”と圧力の抜ける音がします。

キャップ内に冷媒が漏れてきている証拠です。

手締めではダメなことは明らか。

お客さんへはレンチで締めなければならない旨伝えました。

「できれば点検してほしい」とのことで帰り際に見てみると、

ほんとうに2台とも手締めでしたよ😆

真空を引いたり冷媒を入れたりするサービスポートのキャップも手締め。

こりゃ単に忘れたのではなく知らないんでしょうね。
（こわいこわい）

お客さん立ち合いでサービスポートも含め計6つのキャップをレンチで締めました。

これでひと安心😊

設置工事をしたのはまだ若い人だったようなので教えた人が同じことをしていたんでしょう。

手抜きの伝統が脈々と受け継がれています😆

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エアコンの原理は難しくない？（6）

今回は蒸発です😊

エアコンの原理についてはこれで最後になります。

前回までご覧になられていればどこかはわかると思いますが

冷房時は室内機の熱交換器です。

膨張弁から流れてきた冷媒は低温低圧の半液です。

そこへ室内機のファンで送風します。

冷媒は半液だったものが部屋の空気中の熱を吸収しながら（奪いながら）蒸発します。

それに加え、圧力が低いので蒸発しやすい状態なんですよ。
例えば、よく聞くのが富士山の頂上では大気圧が低いのでお湯を沸かしても80℃台で沸騰蒸発してしまうといいます。
圧力が低ければ沸点がさがり蒸発しやすいということですね。

蒸発時に熱を奪うことをメーカーの講習などでは「暑い日に打ち水すると涼しく感じる」などと説明しています。

これを子供でも感覚でわかるのは屋外でプールなどから出たとき体に水滴が付いているときはすごく寒く（ガタガタブルブル）感じるのに乾いたとたんに暑くなるということがありますね。

室内機から出てくる風が涼しいのはこのためです。

膨張弁からきた冷媒が低温、低圧なので蒸発器で効率よく吸熱（熱の移動）、蒸発（状態の変化）します。

熱交換器で冷媒は低温低圧半液から低温低圧ガスへと変化。

再度コンプレッサーの吸入へと戻っていきます。

サイクルの対面にある凝縮器とはこれまた全く逆の役割ですね。

このとき蒸発器でも凝縮を起こしているところがあります。

上の図にある熱交換器表面。
この部分には部屋の空気中の水分が冷やされて凝縮し結露します。

この水が夏に屋外に排水されているドレン水です。

エアコンのヒートポンプサイクルでは冷媒の”温度”、”圧力”、”状態”の3つが変化し熱を運んでいること（ヒートポンプ）が少しは感じ取れたでしょうか。

熱が温度として伝わる（顕熱）だけでなく、冷媒の状態の変化で伝わる（潜熱）という考え方も必要です。

最後にヒートポンプのサイクル図に冷媒と熱の動きを書き入れてみました。

やっぱり難しい？😅

これは冷凍機や車の冷房などでも冷媒は変わりますが原理は同じです。

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エアコンの原理は難しくない？（5）

今回は膨張です😊

圧縮がコンプレッサーで行われているため、膨張もさぞ大掛かりな機器なのではと思われるかもしれません。

室外機の中のこれです。

小さな電子膨張弁。

膨張弁とか減圧弁と呼ばれます。

単に冷媒サイクルの途中に狭く通りにくい部分を作って流量を絞っているだけです。

画像の電子膨張弁は現行のルームエアコンではほぼあたりまえの装備で、半導体センサで冷媒の温度を検知し電子制御でステッピングモーターを回し膨張弁の開度を調整するため冷媒流量制御範囲が広いのが特徴です。

以前は電子制御ではなく、感温筒という封入ガスを使った冷媒温度検知部とそのガス圧でダイアフラムを動作させ弁の開度を制御する機械式の膨張弁（応答性、耐久性が低い）や、冷媒温度検知を行わないキャピラリーチューブ（内径1mm程度の管で古くなるとよく詰まる）だけのものが多く存在しました。

絞られた狭い部分を冷媒が通るためコンプレッサーの吐出から膨張弁入口までが高圧になり、膨張弁出口からコンプレッサー吸入までが低圧となります。

コンプレッサー（加圧、圧縮）とは反対の減圧、膨張の役割をしています。

冷媒が膨張し蒸発し始め温度は低くなります。

これらのことからコンプレッサーとはまったく逆の存在であることがわかりますね。

凝縮器で液化した中温高圧の液冷媒が膨張弁を通過すると低温低圧の半液へと変わります。

これが膨張です。

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エアコンの原理は難しくない？（4）

えー、今回は凝縮です😊

まあ私も習ったわけではなく工事や修理をしているうちに「あ、こういうものなんだ」と感じ取ったことが多いので、かなり独特（変）な説明になっていることをご了承くださいませ😅

冷房時にはこちらの室外機の熱交換器

ここが行います。

凝縮って意味がよくわからないかもしれませんね。
ガス状の冷媒を液化することです。

コンプレッサーから熱交換器に入ってきた冷媒は高温高圧ガスです。

それをどうすると液化できるのか・・・

まず冷媒が高温なので熱交換器に外部のファンで大気の風を当てると内部の冷媒が冷まされます。
と同時に熱交換器表面を通過する風は熱風へと変わります。
夏に室外機の前に立つと出ているあの熱風です。

ここで冷媒の熱エネルギーを大気中へ放出していることがわかりますね。

すると冷媒は凝縮されてガスから液体へと変化します。

鍋に水を入れて火にかけると高温の水蒸気がフタで冷やされて結露し水滴がつきます。
それと同じことが熱交換器内の冷媒でおきます。

それに加えコンプレッサーからきた冷媒は高圧となっています。

料理に使用する圧力鍋は気圧を上げることによって水の沸点を高くして高温の調理が可能になっていますね。
同じように高圧の冷媒は停止時の圧力よりも沸点が高くなっているため液化しやすい状態になっています。

そのため熱交換器内の高圧環境下で冷まされた冷媒はどんどんと液化しながら通過していきます。

冷媒の熱を屋外へ放出（熱の移動）しながら液化（状態の変化）する。

コンプレッサーからきた冷媒が高温で高圧だからこそ効率よく放熱、凝縮できます。

結果、熱交換器を出た冷媒は中温高圧の液になります。

これが熱交換器でおこなう凝縮です。

なお暖房時はこの凝縮行程を室内機の熱交換器でおこないます。

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エアコンの原理は難しくない？（3）

ヒートポンプに流れる冷媒がどのように変化するか・・・

今回は圧縮での冷媒の変化😊

なおこの先、冷媒の”圧力”、”温度”、”状態”の3つを同時に想像することが必須となります。
状態は”液”（液化した状態）や”ガス”（蒸発した状態）などです。

圧縮はエアコンの心臓部ともいわれるコンプレッサーで行います。
圧縮には大きな力が必要なためエアコンの電力消費のうちほとんどがここで消費されます。

コンプレッサー

停止しているときの冷媒圧力は周囲の温度に影響されて変化しますが20℃程度の環境で1.4MPa（メガパスカル）位です。
（現在のルームエアコンの場合）

コンプレッサーが回り始めると冷媒サイクルに高圧と低圧という圧力差ができます。

高圧側は停止時よりも高く、逆に低圧側は低くなります。

コンプレッサーは圧縮と同時に冷媒を循環させるポンプの役割を果たしていて、吐出管からコンプレッサーの対面にある減圧弁（膨張行程）までが高圧、そして減圧弁から戻って吸入管までが低圧。

減圧弁は冷媒の通り道がとても狭いのでこのような圧力差が生じます。

なので
高圧となるのはコンプレッサーの圧縮吐出力。
低圧となるのはコンプレッサーの吸入力。
です。

冷媒はコンプレッサーに低圧ガス（ガスは蒸発した冷媒）で吸入、圧縮されて高圧ガスで吐出。
もしコンプレッサーに蒸発不足の液状の冷媒が多く吸入されると液バックなどといって、圧縮しシリンダ内が液で満たされた瞬間に衝撃で破損😱します。

そして圧力に加えて変化するのが冷媒の温度。

おおよその参考値ですが吸入での温度が5℃位だとすると吐出は80℃位。
圧縮することで一気に上昇します。

これは自転車のタイヤに空気をいれるポンプなどでも起こりますね。
力強く空気を入れているとポンプが熱くなります。

コンプレッサーの吸入は低温低圧ガス（温度、圧力、状態）、吐出は高温高圧ガス。

これがヒートポンプには欠かせない要素です。

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エアコンの原理は難しくない？（2）

ヒートポンプサイクルは各行程をどの機器が担っているのかルームエアコンで冷房のみに限って見ると、

前回のサイクル図に機器名を入れました。

こうなります。

”コンプレッサー”という名称はよく聞くのでこれはご存知の方が多いことでしょう。

日本名では圧縮機。

その対面に位置しているのが減圧弁。
膨張弁ともいいます。

コンプレッサーと減圧弁は室外機の中にあります。

つづいて凝縮用の”熱交換器”。

冷房時では同じく室外機のこれ。

室外機にある熱交換器。

そしてその対面に位置する蒸発用の”熱交換器”。

冷房時は室内機の熱交換器です。

主にこれらの4つ機器で行っています。

エアコンの修理などをしているプロでも室内機の熱交換器を”エバポレーター（蒸発器）”、室外機の熱交換器を”コンデンサ（凝縮器）”と表現している場合がありますが、これは冷房時に限った場合の表現で冷暖房エアコンの場合は正しくありません。

冷房時と暖房時は室内と室外の熱交換器が逆の役割をするためです。

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