Система кондиционирования транспортных средств

Устройства для искусственного охлаждения воздуха в кабине ТС получили общее название кондиционеров, хотя они значительно различаются по принципу действия и создаваемым в кабине условиям.

Независимо от конструкции и принципа действия к кондиционерам предъявляется целый ряд общих требований, в том числе:

• надежность и непрерывность работы в течение продолжительного времени;
• высокая эффективность в широком диапазоне температур наружного воздуха;
• низкий уровень шума;
• отсутствие вредного влияния на электронные устройства и радиоаппаратуру;
• простота обслуживания;
• низкая стоимость.

По принципу действия системы кондиционирования воздуха (СКВ) можно разделить на парокомпрессионные, абсорбционные, испарительные и термоэлектрические. Кратко рассмотрим основные особенности этих систем на примере отдельных конструкций.

Наряду с СКВ, которые служат только для охлаждения воздуха, применяются комплексные парокомпрессионные системы, используемые как для охлаждения, так и для нагрева воздуха в кабине. Основной компоновочной схемой таких СКВ является схема размещения в моторном отсеке ТС: конденсатор располагается рядом с радиатором системы жидкостного охлаждения двигателя и обдувается потоком воздуха от вентилятора этой системы (рис. а).

Устройство содержит компрессор 11, который приводится в действие двигателем ТС через клиноременную передачу 12 и муфту 13 сцепления. Компрессор передает сжатый хладагент по трубопроводу 16 в конденсатор 14, помещенный вперед радиатором автомобиля, а также по трубопроводу 19 к реверсивному клапану 7.

Клапан 17 закрывает трубопровод 16 и препятствует проходу газа к конденсатору, когда система служит для подогрева воздуха в салоне.

Рис. Системы кондиционирования воздуха:
а — парокомпрессионная СКВ: 1 — реверсивный клапан; 2 — вентилятор; 3, 7, 10, 16, 18, 21 — трубопроводы; 4 — теплообменник; 5, 15 — ресиверы; 6, 17, 20, 22 — клапаны; 8 — расширительный клапан; 11 — компрессор; 12 — клиноременная передача; 13 — муфта сцепления; 14 — конденсатор; 23 — змеевик-испаритель; б — абсорбционная СКВ с трубой Вентури: 1 — теплообменник; 2 — вентиль; 3 — термостат; 4, 7, 9, — трубопроводы; 5 — конденсатор со змеевиком; 6 — труба Вентури; 8 — бак для воды (для увлажнения воздуха, подаваемого в автомобиль); 10 — центробежный вентилятор; 11 — трубопроводы в салон автомобиля; 13 — испаритель с теплообменником; в — испарительная СКВ: 1 — фильтрующий элемент конической формы; 2 — мотор; 3 — вентилятор; 4 — патрубок, выходящий вперед через капот автомобиля перед ветровым стеклом; 5 — жалюзи; 6 — редуктор; г — термоэлектрическая СКВ: 1, 3 — отверстия; 2 — канал; 4 — датчик; 5 — ТЭБ Пельтье; 6, 9 — радиаторы ТЭБ; 7, 10 — вентиляторы; 8 — «масса» ТС; 11 — выключатель; 12 — аккумулятор; 13 — двигатель; 14 — выходная цепь; 15 — клиноременная передача; 16, 18 — контрольные цепи; 17 — сдвоенный выключатель; 19 — генератор; 20 — регулятор

Рефрижераторный газ, охлаждаясь в конденсаторе, превращается в жидкость, которая проходит в ресивер 15, а оттуда через клапан 22 в змеевик-испаритель 23, контактирующий с воздухом, проходящим в салон от вентилятора 2. Змеевик является испарителем во время охладительного процесса. При этом образовавшийся в испарителе газ возвращается к компрессору 77 по трубопроводу 18, в котором размещен реверсивный клапан.

Для подогрева воздуха в салоне клапан 17 закрывают, а клапан 22 и реверсивный клапан открывают таким образом, чтобы сжатый горячий газ от компрессора проходил по трубопроводу 19 в змеевик, который в этом случае служит конденсатором и отопителем. Образующаяся в змеевике жидкость направляется далее в трубопровод 21, в котором имеется клапан 20, регулирующий давление, а затем поступает в ресивер 5 и расширительный клапан 8, который через трубопровод 9 регулирует поток жидкости в теплообменнике 4, являющемся испарителем в зимнее время. Вода из системы охлаждения двигателя направляется в кожух теплообменника через трубопровод 7 и возвращается к двигателю через трубопровод 10, отдав теплоту рефрижераторной жидкости. Теплота от воды системы охлаждения служит для испарения рефрижераторного вещества, которое, превратившись в газ, возвращается к компрессору через трубопровод 3, реверсивный клапан и трубопровод 18.

Имеется клапан 6, который служит для направления потока рефрижераторного вещества в обход теплообменника. Ресивер можно размещать внутри кожуха теплообменника для контакта с водой системы охлаждения двигателя.

К достоинствам парокомпрессионных систем кондиционирования воздуха относится высокая эффективность в различных условиях эксплуатации, а к их недостаткам — повышенная опасность в случае разгерметизации системы (из-за утечки хладагента) и сложность эксплуатации. Опасность этих систем кондиционирования воздуха повышается при использовании в качестве хладагента фреона (из-за наличия в нем хлора), который обладает большой текучестью и оказывает вредное воздействие на людей и окружающую среду. В последние годы фреонсодержащие хладагенты заменяют более безопасными составами.

Одна из систем кондиционирования абсорбционного типа показана на рисунке б. В этой конструкции применяется теплота отработавших газов двигателя ТС. Они нагревают теплообменник 7. Поток отработавших газов в теплообменнике регулируется вентилем 2, управляемым термостатом 3. Теплообменник соединен трубопроводом 4 со змеевиком конденсатора 5, смонтированным в трубе Вентури 6, которая установлена на крыше автомобиля. Змеевик сообщается с помощью трубопровода 7 с теплообменником испарителя 13, от которого холодильная смесь по трубопроводу 9 возвращается в теплообменник.

Центробежный вентилятор 10 подает воздух по трубопроводу 12 к теплообменнику испарителя, где он охлаждается и через трубопроводы 11 подается в салон автомобиля. В отводе трубопровода 12 помещено устройство, которое увлажняет воздух, подаваемый в автомобиль. Устройство имеет бак 8 для воды. Расход воды может регулироваться.

Абсорбционные системы кондиционирования воздуха, как правило, просты по конструкции, но недосхаточно эффективны, требуют больших энергозатрат и обладают повышенной шумностью.

В испарительных СКВ (рис. в), используемых на транспортных средствах, обычно осуществляется прямое испарительное охлаждение, т.е. увлажненный в процессе испарения воздух поступает в кабину. Образование развитой поверхности испарения жидкости в этих устройствах решается разными способами. В рассматриваемой конструкции имеется фильтрующий элемент 1 конической формы. Он вращается в корпусе и около его нижней боковой стенки частично погружается в воду. На одном конце вала мотора 2 закреплен вентилятор 3, а на другом — редуктор 6, на выходной нижней оси которого и смонтирован фильтрующий элемент. Воздух засасывается вентилятором из патрубка 4, выходящего через капот автомобиля перед ветровым стеклом. Воздух прогоняется за счет испарения воды. Охлажденный воздух через отверстие проходит в салон, минуя жалюзи 5.

Эти системы просты по конструкции и в эксплуатации, надежны в условиях повышенной вибрации, однако их эффективность в значительной степени зависит от климатических условий местности. Чем меньше влажность охлаждающего воздуха, тем выше эффект охлаждения. Другим недостатком этих систем является получение на выходе воздуха повышенной влажности, т.е. применение систем прямого испарительного охлаждения наиболее целесообразно в условиях сухого жаркого климата. В условиях повышенной влажности могут быть использованы системы косвенного испарительного охлаждения (например, осуществляющие охлаждение стенок, которые отделяют увлажненный поток воздуха от салона).

В термоэлектрических СКВ, применяемых ТС, используется эффект Пельтье, сущность которого заключается в выделении или поглощении теплоты на спаях двух разных проводников в зависимости от направления электрического тока. Одна из схем такой системы приведена на рисунок г.

Двигатель 13 приводит во вращение через клиноременную передачу 15 генератор 19 с выходной цепью 14 и контрольными цепями 16 и 18, которые могут менять напряжение и полярность выходной цепи. Один из полюсов термоэлектрической батареи (ТЭБ) 5 Пельтье соединен с цепью 14, а другой — с генератором через «массу» 8 ТС. Радиатор 6 ТЭБ расположен в канале 2, оба конца которого входят в салон, Вентилятор 7 поддерживает циркуляцию воздуха в канале 2, Воздух поступает в канал из салона транспортного средства через отверстие 3, проходит через радиатор 6 и возвращается в салон через отверстие 7. Второй вентилятор 10 предназначен для поддержания циркуляции воздуха через второй радиатор 9 ТЭБ. Этот поток воздуха либо отводит в атмосферу теплоту, выделяемую радиатором 9, когда батарея используется для охлаждения салона, либо нагревает радиатор, когда батарея служит для обогрева салона.

Сдвоенный выключатель 17 может менять полярность цепей 16 и 18 генератора. Этот выключатель присоединен к регулятору, связанному с аккумулятором 12 и электровентиляторами. Аккумулятор снабжен выключателем 11, который соединен с датчиком 4, расположенным во входном отверстии канала. В теплое время года устройство охлаждает воздух в салоне. В холодное время сдвоенный выключатель изменяет полярность электрической цепи, и устройство нагревает воздух в салоне.

Термоэлектрические СКВ характеризуются простотой и компактностью конструкции, высокой надежностью в условиях эксплуатации, возможностью преобразования системы из охлаждающей в отопительную путем изменения направления электрического тока. К недостаткам этих систем кондиционирования воздуха можно отнести снижение их эффективности при высокой температуре наружного воздуха и увеличении перепада температур горячего и холодного спаев, а также потребление значительного количества электрической энергии. Однако использование в термоэлектрических СКВ новых материалов и применение на автомобилях электрооборудования повышенного напряжения (до 42 В) способствуют более широкому распространению таких систем на ТС.

Выбор характеристик и расчет параметров СКВ производятся из условий обеспечения теплового баланса обитаемого объекта.