家庭用冷暖房システム——ヒートポンプ_パート2

膨張弁

膨張弁は計量装置として機能し、システムを通過する冷媒の流れを調整し、冷媒の圧力と温度を下げることができます。

ヒートポンプはどのように冷却および加熱するのでしょうか?

ヒートポンプは熱を生成しません。 空気または地面からの熱を再分配し、室内ファン コイル (エア ハンドラー) ユニットと室外コンプレッサーの間を循環する冷媒を使用して熱を伝達します。

冷房モードでは、ヒートポンプが家の中の熱を吸収し、屋外に放出します。 暖房モードでは、ヒートポンプが地面または外気 (冷気も含む) から熱を吸収し、室内に放出します。

ヒートポンプの仕組み – 冷却モード

ヒートポンプの動作と熱伝達プロセスについて理解する最も重要なことの 1 つは、熱エネルギーは自然に温度が低く、圧力が低い領域に移動しようとするということです。 ヒートポンプはこの物理的特性を利用し、熱をより低温で低圧の環境と接触させ、熱が自然に移動できるようにします。 これがヒートポンプの仕組みです。

ステップ1

液体冷媒は、蒸発器として機能する室内コイルの膨張装置を介してポンプで送られます。 家の中からの空気がコイルに吹き付けられ、そこで熱エネルギーが冷媒によって吸収されます。 結果として得られる冷気は、家のダクト全体に吹き込まれます。 熱エネルギーを吸収するプロセスにより、液体冷媒が加熱され、蒸発して気体になります。

ステップ2

ガス状の冷媒はコンプレッサーを通過し、ガスが加圧されます。 ガスを加圧するプロセスにより、ガスが加熱されます (圧縮ガスの物理的特性)。 高温の加圧された冷媒は、システムを通って室外機のコイルに移動します。

ステップ3

室外機のファンはコイルに外気を送り込み、冷却モードではコンデンサーコイルとして機能します。 家の外の空気はコイル内の高温の圧縮ガス冷媒よりも冷たいため、熱は冷媒から外気に伝わります。 このプロセス中、冷媒は冷却されるにつれて凝縮して液体の状態に戻ります。 温かい液体冷媒は、システムを通って室内ユニットの膨張弁にポンプで送られます。

ステップ4

膨張弁は温かい液体冷媒の圧力を下げ、液体冷媒を大幅に冷却します。 この時点で、冷媒は冷たい液体状態にあり、室内ユニットの蒸発器コイルにポンプで戻されてサイクルを再開する準備ができています。

ヒートポンプの仕組み – 加熱モード

暖房モードのヒートポンプは、冷媒の流れが適切な名前の逆転弁によって逆転されることを除いて、冷房モードと同じように動作します。 流れの逆転とは、（屋外温度が低い場合でも）熱源が外気になり、熱エネルギーが家の中に放出されることを意味します。 外側のコイルは蒸発器の役割を持ち、内側のコイルは凝縮器の役割を果たします。

プロセスの物理的性質は同じです。 熱エネルギーは冷たい液体冷媒によって室外機で吸収され、冷たいガスに変わります。 次に、冷たいガスに圧力が加えられ、熱いガスに変わります。 高温のガスは、室内ユニット内で空気を通過させ、空気を加熱し、ガスを凝縮して暖かい液体にすることによって冷却されます。 温かい液体は室外機に入るときに圧力が解放され、冷たい液体に変わり、サイクルが更新されます。

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