タイトルの「エアコンで部屋が涼しくなるのはなぜ？」への回答については、言うまでもなく、ヒートポンプサイクルによるものである。
ビルメンをしていると、エアコンに限らず、冷蔵庫や冷凍庫など、ヒートポンプサイクルを利用した機器を扱うことが多い。
ヒートポンプサイクルの仕組みをしっかり理解していないと、日々の業務でつまづきまくるので、自身の復習も兼ねて記事を作成した。
本題に入る前に…
ヒートポンプサイクルは、「減圧機・蒸発器・圧縮機・凝縮器」の４つの機構で構成されている。
この４つの機構は、別名がたくさんあって、混乱しやすい。
というのも、私は電験三種の機械科目でヒートポンプサイクルについて理解したつもりだったが、現場の先輩たちの会話で聞いたことのない単語が飛び交って、何を言っているのか分からないことがあったのだ。
同じ機構でも、「圧縮機＝コンプレッサー」「減圧機＝膨張弁」などの別名があって、これらが頭に入っていないと、実際に現場で会話をするときについていけなくなってしまうので、覚えておこう。
また、ヒートポンプサイクルを理解するために絶対に必要な予備知識がある。
以下の５点だ。
ここを理解していないと、以降の説明がチンプンカンプンになってしまうので、先に復習しておこう！
【予備知識】
①熱は高温から低温へ移動する
②物質は圧縮すると高温になり沸点が上がる。
③物質は減圧すると低温になり沸点が下がる。
④物体が蒸発する時、周囲の熱を奪う（気化熱）
⑤物体が凝縮する時、周囲に熱を放出する（凝縮熱）
これら５つの、物質が持つ性質をうまく利用して熱を移動させることによって、部屋を涼しくすることができる。
前置きが長くなってしまったが、ここから本題に入る。
以下の図は、ヒートポンプサイクルを簡易的に説明したものだ。
ただ、いきなり見てもゴチャゴチャしてよく分からないと思うので、順を追って説明していく。
今回は、エアコンで室内を涼しくすることを考える。
先ほど説明した「４つの機構」が配管で繋がれていて、その中を「冷媒」が時計回りに循環している。
それでは「減圧機」から順に説明していく。
減圧機
膨張弁/エキスパンションバルブとも言う。
図を見ると、減圧機を通過する前の冷媒は、50℃の液体である。
このままでは室内が暑くなってしまいそうだ。
そのため、冷媒を減圧して、温度を低く（50➡5）し、沸点を下げる（50➡10）【予備知識③】
なぜ沸点を下げる必要があるか、については、次の「蒸発器」で説明する。
減圧機を通過した後の冷媒は5℃の液体になったので、なんだか室内を涼しくできそうだ。
「5℃の液体でどうやって室内を涼しくするか」について、次の蒸発器の項目で説明する。
蒸発器
冷却用熱交換器/エバポレーターとも言う。
「蒸発器」はエアコンの室内機の中にある。
ここで、5℃まで冷えた冷媒に室内の空気（例えば30℃）を触れさせる。
熱は高温から低温に移動する性質がある【予備知識①】ため、
30℃の空気は温度が下がる…A
5℃の冷媒は温度が上がる（今回の例だと10℃）
冷媒の沸点は10℃なので、冷媒は蒸発する（液体から気体に変化する）
物質は蒸発する時に周囲の熱を奪う【予備知識④】ため、
30℃の空気は温度が下がる…B
AおよびBによって、室温を下げているのだ。
（気化熱の性質も利用して効率を上げている）
「エアコンで部屋が涼しくなるのはなぜ？」の理由はここで分かったことになる。
ただ、室内から奪った熱を放出しなければ、冷媒の温度は上がる一方なので、室内を涼しくできなくなる。
それでは、室内から奪った熱を放出する方法について、残りの２つの機構で説明していく。
圧縮機
コンプレッサとも言う。
蒸発器で室内を涼しくしたことで、冷媒の温度は5℃から10℃に上がった。
いま、この5℃分の熱を放出しようとしている。
しかし、熱は高温から低温に移動する性質があるので、外気（例えば35℃）よりも冷媒の温度（現在10℃）が低いままだと、冷媒の熱を放出できない。
そのため、圧縮機で冷媒を圧縮し、温度を高く（10➡80）し、沸点を上げる（10➡50）【予備知識②】
凝縮器
放熱用熱交換器/コンデンサとも言う。
冷媒の温度は80℃となり、外気（35℃）よりも高くなった。
熱は高温から低温へ移動する性質があるため、
80℃の冷媒は温度は下がる（今回の例だと50℃）…C
35℃の外気は温度が上がる。
ここで、冷媒の沸点は50℃なので、凝縮する（気体から液体になる）
物体は凝縮すると、熱を放出する【予備知識⑤】ため、更に冷媒の温度が下がる…D
CおよびDより、冷媒の温度が下がっていることが分かる。
このようにして、室内から奪った熱を室外に放出するのだ。
（凝縮熱の性質も利用し効率を上げている。）
以降は、また減圧機を通過し、同じサイクルを繰り返すことになる。
以上が、エアコンで室内を涼しくする仕組みについての解説である。
説明に使用した冷媒の温度はあくまで”例え”なので、使用する機器によって異なることに注意してほしい。
また、初学者の方については、恐らく１回読んだだけでは分かりづらいと思う。
何も見ずに人にスラスラ説明できるようになるまで、何度も繰り返し読み返していただきたい。（説明する相手がいなければ部屋の壁でもいい）
冷蔵庫や冷凍庫でも同じような仕組みが使われているため、きっと、あなたのビルメンライフに役に立つはずだ！
参考にしたサイト様
・【ゆっくり解説】なぜ冷房は涼しいのか-エアコンの原理-（https://www.youtube.com/watch?v=X2pvn5gA3Eo）
・どうやって冷やしている？意外と知らない冷蔵庫の仕組み（https://dime.jp/genre/793994/）