Айболит
Основатель форума
Будучи когда-то прерогативой только шикарных автомобилей, кондиционер ныне становится неотъемлемой частью все большего и большего числа “обычных” семейных машин.
Как работает кондиционер?
Пять основных принципов, на которых основана работа кондиционера:
Охлаждение - это удаление тепла. Назначение кондиционера: удалять тепло из салона автомобиля быстрее, чем оно упает в салон извне (прямые солнечные лучи, теплый ветер, жар от нагретого солнцем асфальта) и образуется внутри.
Тепло всегда перетекает от горячего к холодному и никогда обратно. Поскольку стопроцентной изоляции не бывает, тепло в принципе не может быть сохранено. Возможно лишь изменение скорости его оттока, на что влияет качество изоляции. Теплообмен происходит до тех пор, пока сохраняется разность температур.
Жидкости поглощают тепло при переходе в газообразное состояние (образование пара, в частности, при кипении).
Пар при конденсации и переходе в жидкое состояние отдает тепло, причем количество выделяемого тепла в точности равно тому, которое было затрачено на испарение жидкости.
Температура, при которой происходит кипение жидкости, зависит от давления. При снижении давления жидкость кипит при меньшей температуре, повышение давления приводит к смещению точки кипения вверх по шкале термометра.
Стандартная система кондиционирования состоит из нескольких рабочих узлов (испаритель, компрессор, конденсатор, ресивер-осушитель, расширительный клапан), соединенных между собой герметичной системой трубок. Система заполнена хладагентом, который переходит из жидкой формы в газообразную и обратно, перенося тепло из салона.
Самой важной деталью, от которой зависит эффективность работы кондиционера, является расширительный клапан иначе называемый терморегулирующим клапаном (ТРК). Он установлен на испарителе, размещенном в салоне автомобиля. Хладагент в виде жидкости под высоким давлением упает через ТРК в испаритель, где разбрызгивается в виде газо-капельной смеси (тумана). ТРК может быть игольчатым или типа диафрагмы. Внутри игольчатого клапана есть маленькое отверстие, а расположенная в отверстии иголка способна больше или меньше перекрывать его, изменяя, таким образом, эффективное сечение. Игла приводится в действие от термодатчика, расположенного внутри испарителя.
Функция ТРК - резко понизить давление хладагента без изменения его состояния: на входе и внутри клапана - жидкость высокого давления, на выходе - жидкость низкого давления. Такой перепад давления в дальнейшем, в испарителе, заставит хладагент кипеть (он бы уже давно кипел, да точка кипения до этого была “повышена” высоким давлением; см. принцип №5 в начале статьи), т.е. превращаться в пар, а значит, поглощать тепло (принцип №3). Чем меньше отверстие, тем холоднее становится хладагент, то есть температуру в испарителе можно регулировать, вводя или выводя иглу из отверстия. Температура поверхности испарителя должна быть близка к точке замерзания воды, но не ниже ее, иначе на испарителе будет образовываться лед, что затруднит движение воздуха и передачу тепла хладагенту. Если ТРК выдает слишком много хладагента, происходит затопление испарителя и выкипание жидкости затрудняется, что снижает эффективность отбора тепла. Кроме того, невыкипевший жидкий хладагент, пройдя “без толку” через испаритель, попадает в следующий агрегат - компрессор и может вывести его из строя. Другая крайность: если на выходе ТРК хладагента слишком мало, то испаритель работает в режиме “истощения” и тоже не обеспечивает охлаждения, поскольку хладагент выкипает, не успевая дойти до испарителя.
Как уже говорилось, вместо игольчатого клапана иногда устанавливается диафрагма. В ней нет движущихся частей, поэтому расход хладагента в испаритель не регулируется, но подача его контролируется при помощи термореле или реле давления. На выходе из ТРК при низком давлении хладагент представляет собой жидкость. Дальше, сразу после входа в испаритель, начинается кипение, и по мере продвижения по трубкам испарителя хладагент превращается в пар. Процесс идет с поглощением тепла, ребра испарителя охлаждаются, холод “снимается” с ребер и вентиляторами гонится в салон. Воздух, пройдя через теплообменник, возвращается в салон более холодным и сухим, так как содержащаяся в нем влага конденсируется на внешней поверхности теплообменника и сливается вне салона.
Накопленное хладагентом тепло необходимо отдать в атмосферу, для чего хладагент, забравший тепло в испарителе, в виде пара с помощью компрессора (устройства, разделяющего части системы с низким и высоким давлением) сжимается и перекачивается в трубопровод, ведущий к конденсатору (это еще один теплообменник, расположенный обычно в передней части автомобиля).
Компрессор приводится в действие от автомобильного двигателя обычно посредством ременной передачи. Крутящий момент передается через электромагнитную муфту сцепления, которая включает-выключает привод компрессора по команде термостата - этим поддерживается нужный режим работы кондиционера, в частности строго определенный период размораживания испарителя.
Внутри компрессора давление хладагента повышается, и он упает в конденсатор, но уже в виде перегретого пара под высоким давлением. В конденсаторе газ превращается снова в жидкость, при этом содержащееся в ней тепло рассеивается с поверхности конденсатора в атмосферу. Из конденсатора хладагент - уже в виде жидкости под давлением - снова подается на ТРК, и цикл повторяется.
Дополнительные примочки
На практике в описанную базовую схему входят еще кое-какие узлы, в частности, “ресивер-осушитель”, который часто (но не всегда) монтируется между конденсатором и ТРК. Это устройство (его иногда называют “аккумулятором”) фильтрует, обезвоживает и накапливает жидкий хладагент. Иногда осушитель снабжается цветовым индикатором, который показывает, когда его пора заменить (это, значит, что он набрал максимум влаги) и смотровым окном, для наблюдения за состоянием хладагента (наличие ненужных пузырьков и т.д.).
Зачем копить хладагент? Во-первых, для стабилизации его потока. Компрессор, работая поршнями, выдает хладагент порциями, а следующим за ресивером агрегатам - терморегулирующему клапану и испарителю - нужно ровное течение жидкости - они очень чувствительны к колебаниям. Жидкость входит в ресивер толчками, эти толчки гасятся в большом объеме, и на выходе получается ровный поток без всплесков давления. Во-вторых, использование ресивера избавляет от необходимости точно отмерять количество хладагента, закачиваемого в систему. Не будь ресивера, пришлось бы считать миллиграммы. А так - сто грамм туда, сто грамм сюда от рекомендованной загрузки - не имеет значения. Хладагент в кондиционер обычно “кладут с избытком” для того, чтобы компенсировать потери от почти неизбежных мельчайших утечек - система должна быть абсолютно герметичной, но наличие большого количества соединений тому не способствует.
В систему кондиционирования входят также нагнетатель, прогоняющий воздух через испаритель, и вентилятор с термостатом, повышающий эффективность работы конденсатора. Обычно в систему входит также датчик давления с выключателем. Он расположен рядом с ресивером-осушителем и управляет работой компрессора и вентилятора конденсатора, а также поддерживает оптимальное давление в системе (разное для разных систем).
В большинстве систем над испарителем крепится еще и нагревательный элемент (радиатор обычной автомобильной печки). Поток воздуха с помощью “смесительной заслонки” распределяется между испарителем и нагревателем так, чтобы придать ему желаемую температуру.
Как работает кондиционер?
Пять основных принципов, на которых основана работа кондиционера:
Охлаждение - это удаление тепла. Назначение кондиционера: удалять тепло из салона автомобиля быстрее, чем оно упает в салон извне (прямые солнечные лучи, теплый ветер, жар от нагретого солнцем асфальта) и образуется внутри.
Тепло всегда перетекает от горячего к холодному и никогда обратно. Поскольку стопроцентной изоляции не бывает, тепло в принципе не может быть сохранено. Возможно лишь изменение скорости его оттока, на что влияет качество изоляции. Теплообмен происходит до тех пор, пока сохраняется разность температур.
Жидкости поглощают тепло при переходе в газообразное состояние (образование пара, в частности, при кипении).
Пар при конденсации и переходе в жидкое состояние отдает тепло, причем количество выделяемого тепла в точности равно тому, которое было затрачено на испарение жидкости.
Температура, при которой происходит кипение жидкости, зависит от давления. При снижении давления жидкость кипит при меньшей температуре, повышение давления приводит к смещению точки кипения вверх по шкале термометра.
Стандартная система кондиционирования состоит из нескольких рабочих узлов (испаритель, компрессор, конденсатор, ресивер-осушитель, расширительный клапан), соединенных между собой герметичной системой трубок. Система заполнена хладагентом, который переходит из жидкой формы в газообразную и обратно, перенося тепло из салона.
Самой важной деталью, от которой зависит эффективность работы кондиционера, является расширительный клапан иначе называемый терморегулирующим клапаном (ТРК). Он установлен на испарителе, размещенном в салоне автомобиля. Хладагент в виде жидкости под высоким давлением упает через ТРК в испаритель, где разбрызгивается в виде газо-капельной смеси (тумана). ТРК может быть игольчатым или типа диафрагмы. Внутри игольчатого клапана есть маленькое отверстие, а расположенная в отверстии иголка способна больше или меньше перекрывать его, изменяя, таким образом, эффективное сечение. Игла приводится в действие от термодатчика, расположенного внутри испарителя.
Функция ТРК - резко понизить давление хладагента без изменения его состояния: на входе и внутри клапана - жидкость высокого давления, на выходе - жидкость низкого давления. Такой перепад давления в дальнейшем, в испарителе, заставит хладагент кипеть (он бы уже давно кипел, да точка кипения до этого была “повышена” высоким давлением; см. принцип №5 в начале статьи), т.е. превращаться в пар, а значит, поглощать тепло (принцип №3). Чем меньше отверстие, тем холоднее становится хладагент, то есть температуру в испарителе можно регулировать, вводя или выводя иглу из отверстия. Температура поверхности испарителя должна быть близка к точке замерзания воды, но не ниже ее, иначе на испарителе будет образовываться лед, что затруднит движение воздуха и передачу тепла хладагенту. Если ТРК выдает слишком много хладагента, происходит затопление испарителя и выкипание жидкости затрудняется, что снижает эффективность отбора тепла. Кроме того, невыкипевший жидкий хладагент, пройдя “без толку” через испаритель, попадает в следующий агрегат - компрессор и может вывести его из строя. Другая крайность: если на выходе ТРК хладагента слишком мало, то испаритель работает в режиме “истощения” и тоже не обеспечивает охлаждения, поскольку хладагент выкипает, не успевая дойти до испарителя.
Как уже говорилось, вместо игольчатого клапана иногда устанавливается диафрагма. В ней нет движущихся частей, поэтому расход хладагента в испаритель не регулируется, но подача его контролируется при помощи термореле или реле давления. На выходе из ТРК при низком давлении хладагент представляет собой жидкость. Дальше, сразу после входа в испаритель, начинается кипение, и по мере продвижения по трубкам испарителя хладагент превращается в пар. Процесс идет с поглощением тепла, ребра испарителя охлаждаются, холод “снимается” с ребер и вентиляторами гонится в салон. Воздух, пройдя через теплообменник, возвращается в салон более холодным и сухим, так как содержащаяся в нем влага конденсируется на внешней поверхности теплообменника и сливается вне салона.
Накопленное хладагентом тепло необходимо отдать в атмосферу, для чего хладагент, забравший тепло в испарителе, в виде пара с помощью компрессора (устройства, разделяющего части системы с низким и высоким давлением) сжимается и перекачивается в трубопровод, ведущий к конденсатору (это еще один теплообменник, расположенный обычно в передней части автомобиля).
Компрессор приводится в действие от автомобильного двигателя обычно посредством ременной передачи. Крутящий момент передается через электромагнитную муфту сцепления, которая включает-выключает привод компрессора по команде термостата - этим поддерживается нужный режим работы кондиционера, в частности строго определенный период размораживания испарителя.
Внутри компрессора давление хладагента повышается, и он упает в конденсатор, но уже в виде перегретого пара под высоким давлением. В конденсаторе газ превращается снова в жидкость, при этом содержащееся в ней тепло рассеивается с поверхности конденсатора в атмосферу. Из конденсатора хладагент - уже в виде жидкости под давлением - снова подается на ТРК, и цикл повторяется.
Дополнительные примочки
На практике в описанную базовую схему входят еще кое-какие узлы, в частности, “ресивер-осушитель”, который часто (но не всегда) монтируется между конденсатором и ТРК. Это устройство (его иногда называют “аккумулятором”) фильтрует, обезвоживает и накапливает жидкий хладагент. Иногда осушитель снабжается цветовым индикатором, который показывает, когда его пора заменить (это, значит, что он набрал максимум влаги) и смотровым окном, для наблюдения за состоянием хладагента (наличие ненужных пузырьков и т.д.).
Зачем копить хладагент? Во-первых, для стабилизации его потока. Компрессор, работая поршнями, выдает хладагент порциями, а следующим за ресивером агрегатам - терморегулирующему клапану и испарителю - нужно ровное течение жидкости - они очень чувствительны к колебаниям. Жидкость входит в ресивер толчками, эти толчки гасятся в большом объеме, и на выходе получается ровный поток без всплесков давления. Во-вторых, использование ресивера избавляет от необходимости точно отмерять количество хладагента, закачиваемого в систему. Не будь ресивера, пришлось бы считать миллиграммы. А так - сто грамм туда, сто грамм сюда от рекомендованной загрузки - не имеет значения. Хладагент в кондиционер обычно “кладут с избытком” для того, чтобы компенсировать потери от почти неизбежных мельчайших утечек - система должна быть абсолютно герметичной, но наличие большого количества соединений тому не способствует.
В систему кондиционирования входят также нагнетатель, прогоняющий воздух через испаритель, и вентилятор с термостатом, повышающий эффективность работы конденсатора. Обычно в систему входит также датчик давления с выключателем. Он расположен рядом с ресивером-осушителем и управляет работой компрессора и вентилятора конденсатора, а также поддерживает оптимальное давление в системе (разное для разных систем).
В большинстве систем над испарителем крепится еще и нагревательный элемент (радиатор обычной автомобильной печки). Поток воздуха с помощью “смесительной заслонки” распределяется между испарителем и нагревателем так, чтобы придать ему желаемую температуру.