カーエアコンの仕組み

エアコンのスイッチを押したときに出てくる暖かい風と冷たい風は、実は別々のシステムになります。

ここでは冷たい風が出てくるカーエアコンについて説明します。

基本原理

カーエアコンの基本原理はとても単純です。

液体が蒸発するときに周囲の熱を奪う気化熱の原理を利用します。例えば、スポーツを行ったときに汗を出し、その汗で体温を下げるのと同様の原理です。

実は、この気化熱を利用する仕組みは冷蔵庫など、その他の機械も同様の原理を利用しています。

冷凍サイクル

大きく分けると4つのサイクルを回ります。

  1. 冷媒を圧縮し、ガスから液体にする
  2. 圧縮した冷媒を冷やす
  3. 冷媒の圧力を下げて霧状にする
  4. 霧状の冷媒を気化させる

4まで行くとまた、1に戻り、冷媒ガスを圧縮します。

そして、冷たい空気を作り出しているのは4の工程になります。

エアコンユニット

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カーエアコンはエアコン本体が1つだけ付いているのではなく、複数の部品が車両の各場所に付いており、それを配管でつないだユニット構成となっています。

その中で主な部品は以下の5つです。

  1. クーラーコンプレッサー
  2. コンデンサー
  3. ドライヤー
  4. エキスパンションバルブ
  5. エバポレーター

クーラーコンプレッサー

エアコンガスを高温・高圧にし圧送します。
コンプレッサーを稼働させるため、エンジンとベルトで繋がっています。
その為、補機類としてエンジンに取り付けられています。

コンデンサー

高温・高圧のエアコンガスを冷やし、液体にします。
エアコンガスを冷やす為に、走行風を利用します。
その為、前バンパーの中に取り付けられています。

レシーバー&ドライヤー

エアコンガスの中にある水分やゴミなどを取り除きます。

エアコンユニット内に水分やゴミが循環するとコンプレッサーやエアコンユニット接続部に破損が生じる恐れがあるため、レシーバー&ドライヤーにてキレイに取り除きます。

エキスパンションバルブ

エアコンガスをガスを蒸発させやすくする為に、液体のエアコンガスを霧状にします。

液体のエアコンガスを急激に膨張させることによって、液体のエアコンガスの圧力を低下させ、低温・低圧力の霧状のエアコンガスにします。

もし、エアコンガスに水分が混ざっていると、エキスパンションバルブにてエアコンガスの温度が下がった際、水分が凍結してしまいます。
するとエキスパンションバルブが凍結してしまい、正しくエアコンを作動させることができなくなってしまいます。

エバポレーター

霧状のエアコンガスを蒸発させ、冷気を作り出します。

エアコンガスをエバポレーター内に通し、霧状のエアコンガスを蒸発させます。その際に作り出す冷気をファンで室内に送り込み、エアコンを作動させます。

コップに氷水を入れたときの様に、エバポレーター内部は、キンキンに冷やされており、エバポレーターには水滴が付きます。

エアコンを作動したときに、車の下から垂れる水滴は、エバポレーターに付着した水滴を車外に排出しているのです。

コントロールユニット

近年に使用されているオートエアコンはコンピューターで温度を制御し、快適な車内の環境を作り出します。
そこには各種センサーとモーターがコンピューターによって制御されています。

これらをコントロールユニットといいます。

例えば、エアコンの温度調整を自動で行うには各種温度センサーがあり、センサーによって車内や車外の状況を把握します。

センサーの情報を元にモーターを制御して、温かい空気と冷たい空気をミックスして、適正な温度の冷気を車内に送り込みます。

これらの作業を行うのがコントロールユニットの役割となります。

冷媒

人間だと、汗の水分が蒸発することで熱を奪いますが、車では冷媒を使用します。

冷媒は上の4つのサイクルを行うのに適した物質を使用しています。

冷媒の特性としては

  • 蒸発しやすく液化しやすい
  • 安全性が高い
  • 化学的に安定していて、変質しない
  • オイルとなじみがよい
  • 環境負荷が少ない

となります。

フロンガス(R12)

この特性にマッチするのがフロンガスCFC-12(R12)です。
以前(1996年頃まで)の自動車にはこのフロンガスが使用されていました。

しかし、このフロンガスが地球のオゾン層の破壊を促進することが分かり、世界的にフロンガスの使用が禁止されます(モントリオール議定書)。

代替フロン(R134a)

そこでフロンの代わりに登場したのが代替フロンと呼ばれるHFC-134a(R134a)です。

現在のカーエアコンの冷媒はこのHFC-134a(R134a)が主流となっており、ガスを補充するときも、この代替フロンを補充します。

フロンガス(R-12)が入っている車両に代替フロン(R134a)くぉ使用することはできません。
これは使用するエアコンオイルの種類が異なるからです。

エアコンオイル

エアコンのシステム内には、各機器を作動するために潤滑オイルが必要となります。

オイルが切れてしまうと、機器の可動部の焼き付きを起こしてしまうため、エアコンのオイルは重要な要素となります。

使用するオイルはフロンガス(R-12)と代替フロン(R134a)では異なります。

  • フロンガス(R-12):鉱物油
  • 代替フロン(R134a):化学合成油
フロンガス(R-12)

フロンガス(R-12)は塩素成分を含みます。

この塩素成分はエアコンユニット内を潤滑させる役割があります。
R12フロンガスはエアコンオイルが無くても、塩素成分がある程度ユニット内を潤滑できるのです。

鉱物油は潤滑性能自体は低いのですが、フロンガス(R-12)に塩素成分が含まれていること、また、鉱物油がフロンガス(R-12)ガスに溶け込むため、エアコンユニット内を潤滑することができるのです。

代替フロン(R134a)

しかし、代替フロン(R134a)ガスは塩素成分を含まないため、エアコンオイルですべての潤滑性能を有していなければなりません。

また、代替フロン(R134a)は鉱物油がガス中に溶けないため、鉱物油を使用するとエアコンユニット内をオイルが循環しなくなります。

その為、代替フロンはガス中に溶ける化学合成油を使用して、エアコンユニット内の潤滑を保っています。

このように、R-12とR134aエアコンガスは、使用するエアコンオイルの種類が違うため、ガスを混ぜて使用することはできません。

しかし、R-12エアコンガスはすでに製造を行っていません。その為、昔の車両でフロンガス(R-12)を使用している車両は、エアコンユニットを交換するか、R-12代替ガスを使用することになります。

レトロキット

世界的にフロンガス(R-12)の製造が禁止された為、ガスの入手が困難となりました。

また、フロンガス(R-12)使用そのものも環境負荷を考慮すると良くないため、エアコンユニットそのものを代替フロン(R134a)に対応するものが登場します。それがレトロキットです。

このレトロキットは車両に付いているエアコンユニットそのものをまるごと交換します。
その為、R134aガスを使用できるようになるのですが、ユニットそのものや取替費用が掛かってしまいます。

R-12代替ガス

R-12ガスが入っている車両にガスを補充する場合、今までは、R-12ガスを使用するか、【レトロキット】というR-134aガス対応のエアコンユニットを取り付けるしかありませんでした。

しかし、レトロキットは取替費用が高くなります。
そこで、R-12代替ガスというのが登場しました。

R-12代替えガスというのは、フロンガス(R-12)用のエアコンユニットを使用したまま(レトロキットを使用せず)ガスの補充が行える、代替えガスとなります。

このR-12代替ガスは、基本的にはR134aガスですが、ガスの中に鉱物油が溶ける成分(イソブタン)を混入させているため、フロンガス(R-12)のエアコンユニットを使用したまま、R134aガスを使用しできるようになるのです。

カーエアコンの不具合

カーエアコンの不具合でよくあるのが、【冷たい風が出ない】と【エアコンの臭い】です。

エアコンの臭いの原因の多くはエアコンユニット内の雑菌の繁殖です。

そして、冷たい風が出ない場合は、エアコンユニットのどこかに不具合が発生している可能性があります。

エアコンのガスなど目に見えないものを修理する場合、正常な状態との比較から故障箇所を判断していきます。

エアコンガスには常に圧力が掛かっており、ユニット内によって圧力が変化しています。

この圧力を見ることによって、どこでどのような不具合が生じているのかを判断します。

この圧力を測定するのがマニホールドゲージです。

マニホールドゲージの圧力

冷たい風が出ない不具合の場合、エアコンユニットのどこかに不具合がある可能性があります。
その際の点検に用いるのがエアコンマニホールドゲージです。

これは、エアコンの配管の圧力を見る道具で、低圧側と高圧側の2つに差し込み圧力を測定します。
この圧力からエアコンユニットにどのような不具合が起きているのか判断します。

正常な圧力は

  • 低圧:2.0kg/cm2
  • 高圧:15kg/cm2

となります。

もちろん車両によって値は変化しますが、おおよその目安として上記の値が目安となるでしょう。

そして、エアコンユニットに起こる不具合とマニホールドゲージの圧力の変化を見ていきましょう。

エアコンガス不足

エアコンガス不足の場合、低圧側・高圧側両方とも圧力が低下します。

  • 低圧:0.5~1.0kg/cm2
  • 高圧:7~10kg/cm2

エアコンガスが漏れている場合は、ガス漏れを直してから出ないと、いくらエアコンガスを入れてもすぐにエアコンから冷たい風は出なくなります。

エアコンガスのつまり

エアコンガスがどこかでつまってしまうと、冷凍サイクルが行われなくなり冷たい風が出ない原因になります。

  • 低圧:0~負圧
  • 高圧:5~6kg/cm2

ゴミや水分を取り除くレシーバー&ドライヤーやエアコンガスを霧状にするエキスパンションバルブなどで不具合が起こると、エアコンガスのつまりが生じます。

特にエアコンユニット内に水分は混入すると、エキスパンションバルブで水分が凍結し出口を塞いでしまいます。

このような不具合の時は、エアコン作動直後は冷たい風が出るが、徐々に暖かい風に変わるといった症状となり、マニホールドゲージの圧力も徐々に負圧へと変化していきます。

圧縮不良

エアコンコンプレッサーはエアコンガスを圧縮・圧送します。
しかし、コンプレッサーが故障すると圧力が上昇しません。

  • 低圧:4~6kg/cm2
  • 高圧:7~10kg/cm2

コンプレッサーが故障した場合には低圧側の圧力が上昇し、高圧側は低下します。

これはエアコンガス(冷媒)に圧力が掛からないために、エアコンユニット内でエアコンガスがゆるいガス状態で循環してしまうためです。
そのため、本来圧力が下がるところで下がらず、低圧側の圧力が上昇してしまいます。

コンプレッサーが故障すると、エアコンの電源をOFFにすると低圧と高圧の圧力がすぐに同じ圧力となります。

また、コンプレッサーがきちんと作動していない場合は、コンプレッサー本体を触っても熱くありません。

コンデンサー冷却不足

エアコンガスの量が多すぎたり、コンデンサーに走行風がうまく当たらない場合もエアコンからは冷たい風がでません。

  • 低圧:2.5~3.5kg/cm2
  • 高圧:20~25kg/cm2

この場合、低圧側・高圧側ともに圧力が上昇します。
コンデンサー冷却用のファンの故障やコンデンサーにビニールやゴミが付着している、なんてこともあるので、きちんとした点検が必要です。

エアコンの臭い

水分が付着するエバポレーターは雑菌の繁殖があり、エアコンの臭いの原因は、このエバポレーターの雑菌が主となります。

定期的にエアコンを作動させることで、水分と一緒に雑菌も車外に排出するのですが、冬場などエアコンを使用しない環境だと、エバポレーターに雑菌が繁殖します。
夏場、最初にエアコンを作動させたときに、エアコンから臭い風が出るのはこのためです。

市販されているエバポクリーナーは、エバポレーター本体に液剤を吹きかけ、エバポレーターに付いた雑菌を洗浄し、臭いの発生を抑えます。

カーエアコンの修理

修理金額

エアコンの修理金額は修理する箇所によってかなりの金額の開きがあります。

コンプレッサー本体だと4~5万円してしまいますし、エアコンガス補充だけだと数千円で治ることもあります。

また、車内にあるエアコンユニットの修理となると、ダッシュボードをすべて取り外さなくてはエアコンユニットが交換できないため、工賃が高くなってしまいます。

このように、エアコンは修理する箇所によって、部品代、工賃ともに大きく開きがあるため、エアコン修理金額は一概には言えないのです。