Lodówka w samochodzie - działanie i budowa układów klimatyzacji

Słońce przypieka już w Polsce na dobre. Temperatury dają się we znaki nawet największym zwolennikom gorących klimatów. Większość kierowców ratuje na szczęście klimatyzacja. Przyjrzyjmy się zatem jak zbudowany jest ten element wyposażenia, który jeszcze dekadę temu był znamieniem luksusu, a dziś uważany jest nie tyle co za element komfortu, co za element bezpieczeństwa.

Idea klimatyzacji jest prosta – przy pomocy pewnego czynnika chcemy obniżyć temperaturę w konkretnej objętości, pomieszczeniu. Musi mieć on zatem niższą temperaturę w tym pomieszczeniu aby móc odbierać od niego ciepło, i wyższą temperaturę na zewnątrz, aby to ciepło oddawać do otoczenia. Aby usprawnić ten proces, zastosowano substancję, która w trakcie tego obiegu będzie mogła zmieniać swój stan skupienia. Parując w pomieszczeniu będzie mogła odebrać zdecydowanie więcej ciepła, a skraplając się na zewnątrz będzie je oddawała.

Parowanie zatem musi odbywać się w temperaturze niższej niż temperatura otoczenia, natomiast skraplanie odwrotnie – w temperaturze wyższej niż temperatura otoczenia. Jak wiadomo, przejście z danego stanu skupienia do innego zależne jest m.in. od ciśnienia. Należy więc za parownikiem umieścić sprężarkę, a za skraplaczem rozprężarkę. Zasada obiegu chłodniczego urządzenia chłodniczego z cylindrem rozprężającym (w układach klimatyzacji stosuje się zawór dławiący) przedstawia poniższy rysunek.

Prześledźmy najpierw przebieg cyklu chłodniczego w klimatyzacji samochodowej wspomagając się poniższym schematem, po czym przejdę do omówienia poszczególnych jego elementów. W sprężarce czynnik chłodniczy jest sprężany, dzięki czemu opuszcza ją mając wysoką temperaturę oraz wysokie ciśnienie. W stanie gazowym przepływa on do skraplacza gdzie oddając ciepło do otoczenia ulega także skropleniu (izobaryczno-izotermicznemu, przy stałym ciśnieniu oraz temperaturze). Jego temperatura oraz ciśnienie nadal pozostają jednak wysokie. W stanie ciekłym przepływa do odbieralnika gdzie jest przechowywany i podlega oczyszczeniu oraz osuszeniu.

Stamtąd trafia do zaworu rozprężającego, który obniża temperaturę oraz ciśnienie czynnika chłodzącego zamieniając go również w mieszaninę cieczy i par. Następnie trafia on do parownika, w którym następuje odparowanie płynu. Czynnik zamieniany jest w całości na gaz odbierając jednocześnie ciepło po czym trafia ponownie do sprężarki zamykając obieg cyklu chłodniczego. Przy kontakcie z parownikiem powietrze ulega schłodzeniu i trafia następnie do kanałów wentylacyjnych, a dalej do wnętrza kabiny samochodu.

W układach klimatyzacji można spotkać głównie cztery rodzaje sprężarek różniących się budową:

• tłokowe o klasycznym układzie korbowo-tłokowym
• tłokowe z suwakowym układem przeniesienia napędu
• wielotłoczkowe ze skośną tarczą napędową
• łopatkowe

Skraplacz podczas pracy nagrzewa się. Ciepło odbierane jest przez otoczenie – napływające powietrze. Dlatego jest on umieszczony z przodu tak jak chłodnica samochodowa, do której zresztą skraplacz jest podobny. Umocowane są równolegle względem siebie, ale często posiadają oddzielne wentylatory dzięki czemu praca skraplacza możliwa jest także na postoju. W skraplaczu gaz przechodzi w stan ciekły.

Rolą odbieralnika – osuszacza jest nagromadzenie pewnej ilości czynnika i pozbawienie go wilgoci. Osuszacz zawiera substancję, która może wchłonąć pewną określoną ilość wody, po czym ulega nasyceniu. Przy rozszczelnieniu układu pochłaniacz wchłania wilgoć z otoczenia. Jeśli więc układ był rozszczelniony przez dłuższy czas, to przed ponownym napełnieniem czynnikiem, należy wymienić także osuszacz.

Razem z wentylatorem dmuchawy nagrzewnicy, parownik stanowi zespół chłodzący wnętrze kabiny samochodowej. Jest on podobny z wyglądu do nagrzewnicy i umieszczony jest zazwyczaj w tym samym kanale, którym przepływa powietrze do wnętrza samochodu.

Zadaniem zaworu rozprężającego jest obniżenie temperatury oraz ciśnienia czynnika chłodzącego nadając mu również postać wilgotnej pary. Znajduje się on tuż przed parownikiem, z którego na wyjściu czynnik powinien ulec zawsze całkowitemu odparowaniu. Zawór więc nie może obniżać ciśnienia o stałą wartość, ale w sposób zależny od temperatury na wyjściu parownika, niezależnie od ilości ciepła w nim odprowadzonego. Do realizacji tego zadania służy czujnik temperatury w postaci rurki z gazem. W wyniku odpowiedniego sygnału o temperaturze, generowane jest pewne ciśnienie doprowadzane kapilarą do komory membranowej zaworu. Na poniższym rysunku został przedstawiony zawór rozprężający dławiący o wewnętrznym wyrównywaniu ciśnień.

Poza tymi standardowymi elementami układu klimatyzacji, w jej budowie występują również liczne czujniki służące do sprawnego sterowania całym układem. To zadanie należy do modułu elektronicznego, który czyta m.in. sygnał temperatury za parownikiem z czujnika termistorowego, sygnał regulatora temperatury oraz steruje pracą sprzęgła elektromagnetycznego rozłączającego napęd sprężarki. Innymi elementami są np. wyłącznik ciśnieniowy do wyłączania sprężarki (w przypadku przekroczenia dopuszczalnego ciśnienia bądź spadku poniżej dopuszczalnej wartości) czy też urządzenie przeciwoblodzeniowe.

Aktualnie w samochodach można wyróżnić dwa główne rodzaje klimatyzacji – ręczna oraz automatyczna. W budowie nie ma zasadniczo żadnych różnic. Występują one w sposobie sterowania całym układem. W pierwszym przypadku to kierowca reguluje siłę nawiewu odpowiednio dostosowując tym samym temperaturę wewnątrz kabiny. W klimatyzacji automatycznej rola kierowcy ogranicza się do ustawienia żądanej temperatury, a za jej utrzymanie odpowiada moduł sterujący oraz czujniki elektroniczne monitorujące na bieżąco wartość temperatury.