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エコキュートとは?冷媒とは・エコキュートの仕組み!

2022/06/05 日曜日

引用元:AC

 

エコキュートとはどんなものかご存知でしょうか?

 

給湯器を探す時に、必ずヒットするのが「エコキュート」です。

 

ただし、給湯器は種類が多く、実際どんなものかよく分からないというのが正直なところです。

 

では、エコキュートとは一体どんなものなのでしょうか。

 

今回は エコキュートとは・冷媒とは・エコキュートの仕組み についてわかりやすくご紹介します。

 

エコキュートの名称の由来とは?

 

エコキュートの名称の由来は、いくつかの言葉を組み合わせた造語です。

 

「エコ」とは、エコロジー(環境に優しい)やエコノミー(経済的)からとられています。

 

また「キュート」とは、給湯(きゅうとう)やキュート(かわいい)からとられています。

 

この「エコ」と「キュート」を合わせて、エコキュートと名付けられています。

 

エコキュートの正式名称とは?

 

エコキュートの正式名称は「自然冷媒ヒートポンプ給湯機」といいます。

 

自然冷媒ヒートポンプ給湯機とは、空気の熱を自然冷媒に取り込み、圧縮して高温に上げて、熱を水に伝えてお湯を沸かす装置のことです。

 

ちなみに自然冷媒とは「二酸化炭素」のことです。

 

自然冷媒ヒートポンプ給湯機を簡単にいうと、二酸化炭素を冷媒として利用し、お湯を沸かす装置のことになります。

 

冷媒(れいばい)とは?

 

冷媒とは一体何でしょうか?

 

冷媒とは、エアコンや冷蔵庫などを冷やすために使われている物質のことです。

 

具体的に冷媒とは「冷媒ガス」のことになります。

 

冷媒ガスは、圧力によって「液体」になったり「気体」になったり、状態を変化させます。

 

ところで冷媒は、空気の熱でお湯を沸かすエコキュートにも使われています。

 

冷媒は、エコキュートのヒートポンプ内部の管の中をぐるぐる回って熱を移動させています。

 

冷媒の特徴とは?

 

冷媒の特徴とは一体どんなものでしょうか?

 

冷媒には「圧力をかけると、状態を変化させる」という特徴があります。

 

エコキュートの中で冷媒は、圧力の高さによって「液体 ⇒ 気体 ⇒ 超臨界流体」へと状態を変化させていきます。

 

〇エコキュートの中での冷媒の状態

冷媒は、圧縮機(コンプレッサ)で圧力をかけると「液体」「気体」から「超臨界流体」になります。

逆に膨張弁(ぼうちょうべん)で圧力を下げると「液体(若干気体もある)」に変化します。

※冷媒は、圧力を上げると「液体 ⇒ 気体 ⇒ 超臨界流体」へと変化していき、逆に圧力を下げると「超臨界流体 ⇒ 気体 ⇒ 液体」へと変化する。

 

エコキュートでは、冷媒の持つ特徴を利用して「熱の移動」を行っています。

 

※超臨界流体(超臨界状態)とは、液体・気体の区別がつかない状態のことをいいます。

 

自然冷媒に高圧を加えると超臨界流体になります。

 

超臨界流体になると、熱伝導率が高くなります。

 

エコキュートは、自然冷媒を高温高圧の超臨界流体に変化させることで、電気給湯器の約1/3程度の電力でお湯を沸かすことができます。

 

冷媒の種類とは?

 

現在の冷媒は、大きく分けると「フロンガス」と「ノンフロンガス」に分かれます。

 

①フロンガスとは?

 

フロンガスとは、炭素・水素・フッ素・塩素・臭素などのハロゲンを多く含む人工的な冷媒ガスのことです。

 

フロンガスは大変使い勝手が良いガスです。

 

ただしオゾン層を破壊するガスであることがわかり、現在は使われなくなっています。

 

➁ノンフロンガスとは?

 

ノンフロンガスとは、フロンガス成分を一切使わない自然界に存在するガスのことです。

 

ノンフロンガスは「自然冷媒ガス」とも呼ばれています。

 

自然冷媒とは?

 

自然冷媒とは一体どんなものでしょうか?

 

自然冷媒とは、二酸化炭素(炭酸ガス)など、環境に悪影響を与えない冷媒のことです。

 

自然冷媒は二酸化炭素の他にも、アンモニア、イソブタン、プロパンなどがあります。

 

自然冷媒としての二酸化炭素とは?

 

エコキュートは、二酸化炭素を冷媒として使っている給湯器です。

 

二酸化炭素は「31℃、7.38MPa(大気圧の約73倍)」で臨界点に達します。

 

臨界点を超えると、超臨界流体になり、最も効率良く熱を伝える状態に変化します。

 

またエコキュートに使われている二酸化炭素は、新たに作られているものではありません。

 

工場の副産物として発生している二酸化炭素をリサイクル利用しています。

 

エコキュートの2つのユニットの仕組みとは?

 

エコキュートには「ヒートポンプユニット」と「貯湯(ちょとう)タンクユニット」という2つのユニットがあります。

 

2つのユニットが機能することで、エコキュートは効率的に安くお湯を沸かすことができます。

 

ヒートポンプユニットとは?

 

こちらではヒートポンプユニットについて詳しくご紹介します。

 

ヒートポンプユニットとは、空気中の熱に圧力をかけてお湯を沸かす装置のことです。

 

ヒートポンプのヒートには「熱」という意味があり、ポンプには圧力をかけて液体や気体を運ぶという意味があります。

 

〇ヒートポンプユニット内での仕組み

項目説明
①空気から熱を取り込む空気から「空気熱交換器」を通し、自然冷媒(二酸化炭素)に熱を取り込みます。
➁自然冷媒を圧縮して高温にする自然冷媒に取り込んだ熱を「圧縮機」にかけて圧縮し、さらに高圧・高温にして「超臨界流体」にします。
➂自然冷媒の熱を水に伝え、お湯に換える高圧・高温の「超臨界流体」になった自然冷媒を「水熱交換器」内で、水に熱を伝えお湯に換えます。
④貯湯タンクユニットにお湯を貯める水熱交換器内で温まったお湯が、貯湯タンクユニット内に戻りお湯として貯まる。
⑤自然冷媒を膨張させて低温にする水に熱を奪われた自然冷媒を「膨張弁」に送り低圧・低温します。
⑥再度、空気から熱を取り込む低圧・低温になった自然冷媒は、再び空気から熱を取り込み同じサイクルを繰り返します。

 

①~⑥を繰り返すことで、貯湯タンク内のお湯の温度が高くなります。

 

貯湯タンクユニットとは?

 

こちらでは貯湯タンクユニットについて詳しくご紹介します。

 

貯湯タンクユニットとは、ヒートポンプで作った熱で沸かしたお湯を貯める装置のことです。

 

〇貯湯タンクユニット内での仕組み

項目説明
①水道から給水するエコキュートは、水道から給水用のバルブ(または給水口)を通って、貯湯タンクユニット内部に水が貯まる仕組みです。

給水用のバルブ(または給水口)は、貯湯タンクユニットの下側にあります。

またエコキュートは、冷たい水と温かいお湯が同じ貯湯タンクユニット内に貯まりますが、この2つは混ざらないような仕組みになっています

➁熱を受け取る貯湯タンクユニット内に貯まった水は、ヒートポンプユニット内にある「水熱交換器」に送られ、高圧・高温の「超臨界流体」になった自然冷媒から熱を受け取ります。

この時、水熱交換器内では、毎分1〜2リットルほどお湯が沸かされます。

また最大温度は約90℃程度になります。

➂お湯が貯湯タンクユニット内に戻る水熱交換器内でお湯になると、再度貯湯タンクユニット内に戻ります。

この時、水道から給水された冷たい水と混ざらないように、貯湯タンクユニット内の上部に貯まります。

④給湯する貯湯タンクユニット内に、約90℃のお湯が満杯に貯まると、給湯が可能です。

ただし、そのまま給湯されると高温なので、混合弁で水道水と混ぜて適温にしてから給湯します

 

まとめ

 

今回は エコキュートとは・冷媒とは・エコキュートの仕組み についてご紹介しました。

 

エコキュートは、他の給湯器と比べると、仕組みが複雑なため初期費用は割高になります。

 

ただし、エコキュートはランニングコストが他の給湯器の約1/3〜1/4ほどで済むことから、長期で使えば使うほどランニングコストが安く済みます。

 

もし、現在給湯器の交換をお考えであれば、エコキュートをぜひおすすめします。