Είδη Κλιματισμού Αυτοκινήτων

Με την προσθήκη μιας ψυκτικής μονάδας στο αυτοκίνητο επιδιώκουμε και φροντίζουμε ώστε στον κλειστό χώρο της καμπίνας του αυτοκινήτου οι συνθήκες παραμονής να είναι ευχάριστες και υγιεινές, ιδιαίτερα στη διάρκεια του καλοκαιριού. Για να δουλεύει οικονομικά το σύστημα κλιματισμού πρέπει το ψυκτικό που χρησιμοποιείται να είναι διαρκώς το ίδιο. Για το λόγο αυτό, όλα τα κλιματιστικά χρησιμοποιούν τον ίδιο κύκλο συμπίεσης, συμπύκνωσης, εκτόνωσης και αεριοποίησης σε ένα κλειστό κύκλωμα. Το ίδιο ψυκτικό χρησιμοποιείται για να μεταφέρει τη θερμότητα από μια περιοχή σε μια άλλη περιοχή προκαλώντας έτσι την ψύξη της πρώτης. Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται ότι ο κύκλος λειτουργίας του ψυκτικού ολοκληρώνεται σε τέσσερις καταστάσεις. Χωρίζεται με βάση το κέντρο σε μια περιοχή υψηλής πίεσης και σε μια περιοχή χαμηλής πίεσης, έχοντας ως σημείο αναφοράς τις πιέσεις του ψυκτικού.

Η περιγραφή του ψυκτικού κύκλου αρχίζει από τον συμπιεστή:

1. Το ψυκτικό εισέρχεται στο συμπιεστή (1) υπό μορφή αερίου με χαμηλή πίεση συμπιέζεται και εξέρχεται σαν αέριο με υψηλή πίεση. Αυτό το αέριο μετά ρέει προς το συμπυκνωτή (2).
2. Εκεί το αέριο συμπυκνώνεται σε υγρό αποβάλλοντας τη θερμότητα στον εξωτερικό αέρα. Το υγρό κατόπιν κινείται προς τον εξατμιστή (4) (όπως λέγεται εβαπορέτα).
3. Κατά την έξοδό του από την εκτονωτική βαλβίδα η πίεση του υγρού χαμηλώνει. Το χαμηλήςπίεσης πια υγρό κινείται προς τον εξατμιστή (4) (όπως λέγεται εβαπορέτα).
4. Εκεί η θερμότητα του αέρα του χώρου που κλιματίζεται, απορροφάται από το ψυκτικό υγρό και μετατρέπεται από υγρό σε αέριο (ατμός. Υπό τη μορφή ζεστού αερίου με χαμηλή πίεση το ψυκτικό κινείται προς τον συμπιεστή (1) και ο κύκλος επαναλαμβάνεται.
Πρέπει να τονισθεί ιδιαίτερα ο ρόλος του συμπιεστή στην ψυκτική διάταξη. Χωρίς συμπίεση δεν μπορεί να συμπυκνωθεί το ψυκτικό αέριο (ατμοί) στο χώρο υψηλής θερμοκρασίας ώστε να επαναληφθεί ο κύκλος. Ανάλογο σημαντικό ρόλο έχει και η εκτονωτική βαλβίδα. Αν δεν εκτονωθεί το ψυκτικό υγρό και οδηγηθεί σαν υγρό υψηλής πίεσης στον εξατμιστή, δεν μπορεί να επιτευχθεί η ατμοποίηση.

Ψυκτική ισχύς

Οι παραπάνω λειτουργίες στηρίζονται στον δεύτερο θερμοδυναμικό νόμο για ψυκτικές μηχανές που λέει ότι: Είναι αδύνατο να μεταβιβάσουμε θερμότητα από σώμα χαμηλότερης θερμοκρασίας προς από σώμα υψηλότερης θερμοκρασίας, χωρίς να καταναλωθεί κάποιο έργο. Αυτό σημαίνει ότι:

Απορριπτόμενη ισχύς = Ψυκτική ισχύς + Ισχύς συμπιεστή

Δηλαδή η θερμότητα που αποβάλλεται στο περιβάλλον για τη λειτουργία της ψυκτικής συσκευής ισούται με το άθροισμα της ψυκτικής της απόδοσης και της ισχύος που απαιτείται για την κίνηση του συμπιεστή. Ψυκτική ισχύς μιας εγκατάστασης ονομάζεται το ποσό θερμότητας που αφαιρείται από το χώρο στη μονάδα του χρόνου. Τέλος οι μονάδες μέτρησης που χρησιμοποιούνται είναι: Στο Τεχνικό Σύστημα (ΤΣ) 1 Kcal (χιλιοθερμίδα) - Στο Αγγλοσαξονικό Σύστημα 1 btu (βρετανική θερμική μονάδα) - 1 Kcal/h = 4 btu/h = 0,86 Kw/h

Περιγραφή συστήματος κλιματισμού

Στα αυτοκίνητα χρησιμοποιούνται ψυκτικές διατάξεις συμπίεσης του ψυκτικού υγρού όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα

Πώς όμως λειτουργεί;

Από την τροχαλία του στροφαλοφόρου άξονα δίνεται κίνηση στην τροχαλία του συμπιεστή. Όταν ενεργοποιηθεί ο διακόπτης του κλιματισμού στο ταμπλό του αυτοκινήτου, ενεργοποιείται ο συμπιεστής, που αποτελεί την κύρια μονάδα του κλιματιστικού, αφού από την απόδοσή του εξαρτάται και η απόδοση ολόκληρου του συστήματος. Ο συμπιεστής τοποθετείται σε ειδική βάση επάνω στον κινητήρα από τον οποίο κινείται με τη βοήθεια ιμάντα. Συνήθως υπάρχει σύστημα ρύθμισης της έντασης του ιμάντα κίνησής του ώστε να μη “χάνει” στροφές (πατινάρει). Ο συμπιεστής αναρροφά το αέριο FREON και το συμπιέζει αυξάνοντας την πίεσή του. Στη συνέχεια το στέλνει στο συμπυκνωτή (ένα δεύτερο ψυγείο που τοποθετείται μπροστά από το ψυγείο του κινητήρα), όπου με τη βοήθεια ενός ηλεκτρικού ανεμιστήρα (βεντιλατέρ) ή της ταχύτητας του αέρα, εφόσον το αυτοκίνητο κινείται, ψύχεται μέχρι να γίνει υγρό. Περνώντας από το φίλτρο αφύγρανσης, που όπως αναφέρθηκε κατακρατά την πιθανή υγρασία αλλά και υπολείμματα μη υγροποιημένου αερίου, οδηγείται στην εκτονωτική βαλβίδα που είναι τοποθετημένη πολύ κοντά στον εξατμιστή. Σκοπός της διάταξης αυτής είναι να ελαττωθεί η πίεση του υγρού με αποτέλεσμα αυτό να εξατμίζεται πολύ εύκολα στον εξατμιστή, απορροφώντας θερμότητα από τον αέρα που τον περιβάλλει. Ταυτόχρονα, με τη βοήθεια του ανεμιστήρα ο ψυχρός αέρας περνάει στο χώρο των επιβατών μέσω των αεραγωγών που χρησιμοποιούνται και για τη θέρμανση.

Ας σημειωθεί ότι ο εξατμιστής τοποθετείται σε ειδικά μελετημένη θέση στο καλοριφέρ του αυτοκινήτου και πάντα πριν από το ψυγείο του καλοριφέρ.

Τα κύρια προβλήματα των πρώτων συσκευών κλιματισμού στα αυτοκίνητα προέρχονταν από τους συμπιεστές γιατί χρησιμοποιούσαν συμπιεστές παλινδρομικού τύπου γενικής χρήσης και χαμηλής απόδοσης, οι οποίοι απορροφούσαν μεγάλη ισχύ. Ο συμπιεστής τίθεται σε λειτουργία (ανάλογα με τον τύπο του) με την ηλεκτρομαγνητική σύμπλεξη ενός πηνίου και περιστρέφεται μέσω ενός ιμάντα από τον στροφαλοφόρο άξονα του κινητήρα. Το έργο που απαιτείται αντιστοιχεί με την απώλεια τριών έως εφτά ίππων. Η κατανάλωση του κινητήρα αυξάνεται μόνο στο ποσοστό που αναλογεί στην απώλεια αυτή, αφού το κλιματιστικό σύστημα είναι συνδεδεμένο με την ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου του κινητήρα, η οποία “αναγνωρίζει” το πρόσθετο φορτίο και δίνει εντολή για πλουσιότερο μίγμα. Σήμερα χρησιμοποιούνται διάφοροι τύποι συμπιεστών πολύ εξελιγμένοι και υψηλής τεχνολογίας που καταναλώνουν ελάχιστη ισχύ (τρεις έως επτά ίππους ανάλογα με την ψυκτική ικανότητα του συμπιεστή). Έρευνες σε αεροδυναμικές σήραγγες έχουν αποδείξει ότι ο συμπιεστής απορροφά 20% έως 50% λιγότερη ενέργεια από ένα ανοικτό παράθυρο ή μία συρόμενη οροφή στις μέσες και υψηλές ταχύτητες. Όταν ο κινητήρας του αυτοκινήτου λειτουργεί στο ρελαντί η ισχύς που αποδίδει δεν επαρκεί για την κίνηση του συμπιεστή. Για τον λόγο αυτό οι ανεξάρτητοι κατασκευαστές κλιματιστικών δίνουν έναν ειδικό μηχανισμό (για την εκ των υστέρων τοποθέτηση κλιματισμού) που τοποθετείται στο σύστημα τροφοδοσίας του κινητήρα και αυξάνει τις στροφές του ρελαντί όταν λειτουργεί ο κλιματισμός. Αξίζει να σημειωθεί εδώ ότι ο κλιματισμός δεν λειτουργεί συνεχώς. Η λειτουργία του ελέγχεται από μια θερμοστατική βαλβίδα που διακόπτει αυτόματα τη λειτουργία του συμπιεστή, όταν ο αέρας στο εσωτερικό του αυτοκινήτου αποκτήσει την ιδανική θερμοκρασία. Η ψυκτική ισχύς των συσκευών κλιματισμού που χρησιμοποιούνται στα αυτοκίνητα ποικίλει από μοντέλο σε μοντέλο. Η τιμή της είναι αρκετά υψηλή για το χώρο ψύξης και κυμαίνεται από 15.000 btu έως 23.000 btu. Η τόσο μεγάλη ψυκτική ικανότητα δικαιολογείται γιατί ο χώρος επιβατών έχει μεγάλες απώλειες αλλά και γιατί χρειάζεται ταχεία ψύξη.