دانلود مقاله سیستم تهویه مطبوع در خودرو

مقدمه

امروز سیستم تهویه مطبوع جایگاه ویژه ای در خودرو دارد.

سرنشینان خودرویی که از سیستم تهویه مطبوع پیشرفته و مجهزی برخوردار است، احساس آرامش می کنند و چه بسا در شرایط سخت رانندگی در جاده های طولانی، به دلیل داستن این سیستم، سختی های سفر را بر خود هموار سازند و آن را با خاطره ای خوش به پایان رسانند.

سیستم های تهویه مطبوع پس از سال ها سیر تکاملی، به شکل امروزی خود رسیده اند.

این سیستم در ابتدا از سرنشینان خودرو در برابر تابش مستقیم نور خورشید یا بادهای شدید محافظت می کرد.

پس از مدتی، سیستم گرمایش برای غلبه بر سرما طراحی شد و بالاخره با ساخت کولر، هوایی مطبوع و خنک در اتاق خودرو فراهم آمد.

با توجه به جایگاه مهم سیستم تهویه مطبوع، بهتر است با روش و اصول کارکدر آن بیشتر آشنا شویم تا در مراحل گسترده تر، به رفع عیوب این سیستم بپردازیم و با استفاده صحیح از آن، بیشترین بهره را از سیستم تهویه مطبوع ببریم.

تهویه مطبوع در خودرو

تهویه مطبوع در اتومییل ها از نظر کار و طرح با هم شبیه هستند، ولی کارخانجات سازنده خودروها از اجزاء متفاوتی برای بکار انداختن و کنترل اجزاء در محدوده مشخصات خود استفاده می کنند.

عمل سرماسازی (برودت) در سیستم کولر

عمل سرماسازی در سیستم کولر خودرو از گردش گاز 12-R (ماده سرماساز) در یک مدار بسته انجام می گیرد.

گاز 12-R به حالت بخار از طرف اواپراتور (تبخیرکننده) بوسیله کمپرسور مکیده می شود و پس از فشردن 14bar در کمپرسور و افزایش دما حدود 80 درجه سانتیگراد بطرف کندانسور (رادیاتور کولر) رانده می شود.

در کندانسور گاز داغ و فشرده خنک می شود با خنک شدن گاز تقریباً تبدیل به مایع یعنی تقطیر می گردد.

و از آنجا به طرف رطوبت گیر (رسیور) رطوبت و ناخالصی آن گرفته می شود و به صورت مایع کامل بطرف اواپراتور حرکت می کند، قبل از ورود به اواپراتور با عبور از شیرانبساط بواسطه گشاد بودن مسیر فشار آن بشدت کاهش و منبسط می گردد و در اواپراتور به سرعت تبخیر می گردد.

سرعت تبخیر سرمای زیادی را ایجاد می نماید که توسط فن کولر تهویه هوای تازه محیط یا هوای محیط اطاق خودرو از اطراف اواپراتور عبور داده می شود به این معنی که حرارت اطاق خودرو را جذب خود می کند و ماده سرماساز بصورت بخار مجدداً بطرف کمپرسور مکیده می شود.

این سیکل تا زمانی که کمپرسور کار می کند ادامه دارد در این سیستم کار کمپرسور توسط جریان برق که از کلاچ کمپرسور عبور داده می شود ایجاد میدان مغناطیسی کلاچ با محور کمپرسور درگیر شده و با نیروی موتور که توسط تسمه به پولی کلاچ متصل می باشد حرکت می نماید.

در حالتی که اواپراتور زیاد سرد می شود توسط ترموستاتی که به اواپراتور متصل می باشد مسیر گاز را در شیرانبساط مسدودتر می نماید تا از یخ زدن هوای اطراف اواپراتور جلوگیری نماید.

کولر

کولر دستگاهی است که هوای اتاق را سرد می کند و در صورتی که رطوبت هوا زیاد باشد، آن را کاهش می دهد.

قانون عمومی سرمایش

در فصل تابستان گاهی اوقات پس از شنا احساس سرما یا خنکی می کنیم.

علت این پدیده آن است که با توجه به گرمای خورشید، آب روی پوست ما تمایل به تبخیر دارد.

آب، گرمای تبخیر خود را از پوست بدن می گیرد و با کاهش گرمای روی پوست، احساس سرما به ما دست می دهد.

مثال دیگر این است که اگر مقداری الکل روی دستمان بریزیم، به علت تبخیر الکل از روی سطح پوست، احساس سرما می کنیم.

از این روش می توان در سیستم های سرمایش استفاده کرد.

این روش مبتنی بر قانونی است که می گوید: هر ماده ای برای تبخیر مجبور به جذب حرارت از محیط اطراف خود و در نتیجه سرد کردن محیط است.

در ظرفی که کاملاً نسبت به محیط اطراف عایق بوده و شیر کنترل بخار دارد، اگر مقداری مایع مبرّد بریزیم، این ماده به هنگام تبخیر، گرمای هوای ظرف را جذب خود می کند.

با این کار، دمای هوای داخل ظرف از دمای هوای محیط خارج سردتر می شود.

همان گونه که در شکل صفحه بعد نشان داده شده است، هنگام باز کردن شیر بخار، بخارات مبرّد به سمت خارج رانده می شوند.

تا زمانی که شیر باز نشده باشد، دمای هوای درون ظرف سرد می شود.

با این روش می توان در سیستم سرمایش نیز تولید سرما کرد.

برای تولید سرما، باید مایع مبرّد را زیاد کنیم که در نهایت این مایع تمام می شود.

از این رو استفاده از مایع مبرّد غیراقتصادی است.

روش مناسب تولید سرما، تبدیل گاز به مایع و تبخیر مجدد آن است.

روش مناسب تولید سرما، تبدیل گاز به مایع و تبخیر مجدد آن است.

مبرّد مبرّد ماده ای سیال مانند است که در سیستم تبرید به کار می رود و با انبساط و تبخیر خود سرما تولید می کند.

رایج ترین مبرّدی که در سیستم سرمایش خودرو به کار می رفت، ”12 ـ R” بود که شکلی از گاز فریون است.

این مبرّد به دلیل تخریب لایه اوزون، دیگر به کار نمی رود.

ویژگیهای فریون 12ـ R همان طور که می دانید، در فشار جو، آب در دمای 100 درجه سانتی گراد یا 212 درجه فارنهایت به جوش می آید، در حالی که ”12 ـ R” در دمای 8/29- درجه سانتی گراد یا 6/21- درجه فارنهایت تبخیر می شود.

اگر فشار به 2 kg / cm 2 تبدیل شود، 12ـ R در دمای 13- درجه سانتی گراد یا 6/8 درجه فارنهایت بخار خواهد شد.

در حالی که در این شرایط، آب در دمای 121 درجه سانتی گراد یا 250 درجه فارنهایت به جوش می آید.

حال اگر مبرّد 12ـ R را در دمای عادی اتاق و در شرایط فشار استاندارد قرار دهیم، گرمای محیط را جذب و بسرعت تبدیل به گاز می شود.

فریون 12 تحت فشار مناسب می تواند براحتی با گرفتن گرما و انتقال آن به محیط، تبدیل به مایع شود.

نمودار صفحه بعد ارتباط مبرّد فریون 12 را با دما و فشار محیط نشان می دهد.

این منحنی نشان می دهد که فریون 12 در چه فشار و دمایی تبخیر می شود.

قسمت بالایی نمودار، حالت گازی مرد و قسمت پایینی آن مرحله مایع مبرّد را نشان می دهد.

مبرّد با روش های نشان داده شده در نمودار زیر، تبدیل به مایع می شود.

می توان با افزایش فشار و بدون کاهش دما، مبرد را از حالت گازی به حالت مایع رساند و یا بدون تغییر فشار و با کاهش دما، آن را به مایع تبدیل کرد.

این حالت ها در مسیر 1 و 2 نمودار نشان داده شده اند.

با ثابت نگه داشتن دما و کاهش فشار یا با ثابت نگه داشتن فشار و افزایش دما می توان مایع مبرد را تبدیل به گاز کرد.

توضیح آنکه هر اتمسفر معادل 1/03kg / cm2 یا 760mmHg یا 1bar ، معادل 0/1mpa است.

قسمتهای مهم سیستم کولر اجزاء تشکیل دهنده سیستم کولر 1ـ کمپرسور 2ـ کندانسور 3ـ اواپراتور (تبخیرکننده) 4ـ رسیور (خشک کننده) 5ـ سوپاپ اطمینان ذوبی 6ـ سوپاپ انبساط (شیرانبساط) 7ـ سوئیچ ترموستاتیک 1ـ کمپرسور یک پمپ دوار با طراحی مخصوص که وظیفه مکش و فشردن گاز را بر عهده دارد و حرکت خود را از تسمه بوسیله موتور می گیرد.

دمای خروجی کمپرسور حدود 80 درجه سانتیگراد و فشار حدود 12 bar می باشد.

2ـ کندانسور (رادیاتور کولر) در جلو رادیاتور نصب می شود که گاز متراکم شده در کمپرسور با دمای 80 درجه سانتیگراد پس از ورود به داخل کندانسور دمای خود را تا حدود 45 درجه سانتیگراد از دست می دهند و بصورت مایع در می آید.

3ـ اواپراتور (مخزن انبساط ـ تبخیر) در قسمت جلو اطاق خودرو نسب می شود و وظیفه آن انتشار برودت به داخل اطاق می باشد.

4ـ رسیور (رطوبت گیر) دارای سه وظیفه می باشد.

الف: جذب ذرات و ناخالصی ب: جذب رطوبت از ماده مبرّد ج: ذخیره نمودن ماده سرماساز در حالتی که کولر متوقف می باشد.

5ـ سوپاپ اطمینان ذوبی روی کپسول رسیور یک سوپاپ اطمینان وجود دارد تا در صورتیکه دمای گاز از حدود 105 درجه سانتیگراد تجاوز کرد سوپاپ ذوبی عمل و گاز تخلیه گردد.

6ـ شیرانبساط وظیفه آن کنترل ورود مقدار معینی از ماده به داخل اواپراتور و همچنین کمک به کم کردن فشار ماده سرماساز جهت راندمان بیشتر می باشد.

7ـ ترموستات ترموستات از یک طرف به شیرانبساط و مخزن آن مجاور اواپراتور نصب می شود تا مانع ورود ماده مبرد از شیرانبساط به اواپراتور و جلوگیری از یخ زدن آن شود.

اساس کار سیستم سرمایش خودرو انبساط و تبخیر در سیستم تبرید مکانیکی، هوا به روش زیر سرد می شود: ابتدا مایع مبرد درون ظرفی تحت دما و فشار بالا ذخیره می شود که به آن ظرف «رسیور» یا «مخزن ذخیره» می گوییم.

سپس مایع مبرد را از دهانه ریزی به نام «شیرانبساط» عبور می دهیم.

در این هنگام دما و فشار مایع مبرد کاهش پیدا می کند.

بیشتر مبردها در این حالت بخار می شوند.

مبرد در فشار و دمای پایین به سمت محفظه ای به نام «اواپراتور» جریان می یابد.

در این ظرف، مایع مبرد بخار می شود.

هنگام این فرایند، گرمای هوای محیط اطراف جذب مبرد می شود.

تقطیر مبرد همان گونه که گفتیم، در سیستم تبرید مکانیکی، می توان مبرد را با افزایش فشار و سپس کاهش دما به صورت مایع درآورد.

هنگامی که مبرد گازی اواپراتور را ترک می کند، به وسیله «کمپرسور» متراکم می شود.

در «کندانسور» مبرد متراکم شده، گرمای خود را به محیط انتقال می دهد.

پس از آن مبرد تقطیر و به مایع تبدیل می شود.

در پایان، این مایع به مخزن ذخیره باز می گردد.

چرخه تبرید 1ـ مبردی که با فشار و دمای بالا از کمپرسور خارج می شود، علاوه بر گرمای جذب شده از اواپراتور، گرمای تشکیل شده در کمپرسور را نیز داراست.

2ـ مبرد گازی شکل در کندانسور جریان می یابد و به مبرد مایع تبدیل می شود.

3ـ مایع مبرد به سمت مخزن ذخیره جریان پیدا می کند و در این محل ذخیره و به وسیله فیلتر رطوبت گیری می شود.

تا زمانی که اواپراتور به مبرد نیاز نداشته باشد، مایع مبرد از مخزن ارسال نمی شود.

4ـ شیرانبساط، مایع مبرد را به مخلوط دومرحله ای (گاز ـ مایع) و دارای فشار و دمای پایین تبدیل می سازد.

5ـ این مبرد دومرحله ای در اواپراتور به جریان می افتد.

با تبخیر مایع در اواپراتور، هوای گرم که از روی اواپراتور عبور می کند، گرما می گیرد و مایع مبرد به گاز تبدیل می شود.

پس از آن مبرد گازی شکل به سوی کمپرسور جریان می یابد و این فرایند مجدداً تکرار می شود.

کمپرسور کمپرسور پمپی است که برای افزایش فشار مایع مبرد طراحی شده است.

منظور از افزایش فشار، افزایش دماست.

بخار مایع مبرد در دمای بالا بسرعت تقطیر می شود و انرژی گرمایی خود را به محیط پس می دهد.

کمپرسورها را می توان به 3 شکل زیر طبقه بندی کرد: 1ـ کمپرسور رفت و برگشتی (خطی) 2ـ کمپرسور دورانی 3ـ کمپرسور صفحه مورب نوع رفت و برگشتی یا خطی در کمپرسور رفت و برگشتی، حرکت دورانی میل لنگ ناشی از حرکت رفت و برگشتی پیستون است.

مدل دورانی در این مدل، پره ها از میان یکدیگر و در جهت مخالف هم به صورت اجزای مرکب قرار می گیرند.

هر کدام از این پره ها در زوایای مستقیم بر روی شیارهای موتور قرار گرفته اند.

هنگامی که موتور شروع به کار می کند، پره ها در جهت شعاع دوران و انتهای خود، در داخل به خموازات سطح سیلندر از یک طرف به سمت دیگر حرکت می کنند.

کندانسور یا واحد تقطیر کندانسور برای سرد کردن و گرفتن گرما از گاز مبرد به کار می رود.

در کمپرسور، مبرد تبدیل به گازی با دما و فشار بالا می شود که کندانسور آن را به مایع مبرد تبدیل می کند.

گرمای گرفته شده از مبرد گازی شکل، شامل گرمای جذب شده در اواپراتور و گرمای ناشی از کار کمپرسور در هنگام تراکم مبرد است.

گرمای آزاد شده از کندانسور به شرطی اثر تبرید را افزایش می دهد که به وسیله اواپراتور قابل دسترسی باشد.

به تازگی کندانسورهای جدیدی ساخته شده اند که مانند مدل های قدیمی از فن رادیاتور استفاده نمی کنند و دارای فن مستقلی هستند.

مخزن ذخیره / خشک کن برای ذخیره موقتی، مبرد مایع شده به وسیله کندانسور و نیز زدودن ناخالصی و رطوبتی که به سیستم تهویه آسیب می زند، مخزن ذخیره طراحی شده است.

برای تهیه این مخزن از فیلتر و خشک کن استفاده می کنیم.

در بالای مخزن چشمی شیشه ای نیز برای دیدن ورود و