فرایند انبساطی در مدار گاز کولر

Expansion process in air condition

 عملکرد شیر انبساطی کولر خودرو چیست؟  چه فرایند انبساطی در مدار گاز کولر در جریان است؟  اعضا در سیستم کولر خودرو چه وظیفه‌ای را بر عهده دارند؟ انواع مختلف آن کدام است؟ در ادامه مقالات مربوط به سیستم تهویه‌مطبوع خودرو در این بخش، به فرایند آماده‌سازی گاز برای جذب حرارت پرداخته خواهد شد. سطح این مقاله متوسط است و برای کسانی که اطلاعات اولیه در مورد سیستم کولر خودرو و سیستم‌های تبرید به‌صورت کلی را دارند مناسب است.

دوره آموزشی برق خودروهای داخلی با مدرک معتبر از دانشگاه صنعتی شریف

فرایند اواپراتورینگ (Evapratoring)

همانطور که در مقاله گاز کولر اشاره شد، فرایند تبرید شامل دو بخش کندانس کردن (Condancing) و اواپراتینگ (Evaperating) تشکیل شده است. در فرایند Evaperating گرمای محیط توسط مبرد (گاز کولر) جذب می‌شود. در نتیجه محیط سرد می‌شود و مبرد گرم و به حالت گاز در می‌آید. برای اینکه شرایط برای این حالت مهیا شود از خاصیت شرایط بعد از تغییر فشار استفاده می‌شود که به آن شرایط انبساطی می‌گویند.

فرایند انبساطی کولر خودرو و شرایط آن (Expension)

همانطور که می‌دانید گرما می‌تواند باعث انبساط شود. این مقدار انبساط در جامدات کمتر، و در گازها بیشتر است. به شکل 1 نگاه کنید.

A: دمای محیط B: افزایش دما
1- هوا منبسط شده 2-آب منبسط شده
شکل 1- تاثیر دما روی انبسات سیالات (مایعات و گازها)

حال اگر بخواهیم شرایط را طوری قرار دهیم که انبساط در سیال به‌صورت ناگهانی اتفاق بی افتد، برای اینکه به شرایط گازی برسد نیاز به جذب حرارت از محیط دارد. شاید این تجربه برای شما اتفاق افتاده باش، هنگامی که شیر یک کپسول گاز را باز می‌کنید، احساس می‌شود شیر به‌مرور سرد و سردتر خواهد شد. این اتفاق نتیجه فرایند انبساط یک گاز تحت‌فشار است. به شکل 2 توجه کنید.

A: مخزن گاز تحت‌فشار (مایع شده) B: ناحیه اسپری‌شدن
C: ناحیه اتمیزه‌شدن و جذب دمای محیط D: ناحیه گازی شکل شدن
1- مجرای باریک 2-قطرات سیال 3- جذب حرارت محیط 4- گاز کامل
شکل 2- فرایند انبساطی در حالت ایده ال

همانطور که در شکل مشاهده می‌شود، گاز تحت‌فشار (حالت مایع) در یک مخزن قرار گرفته است. اگر یک مجرای باریک برای تخلیه گاز تحت‌فشار از مخزن در نظر گرفته شود، ابتدا در اولین ناحیه خروجی از مخزن، به حالت اسپری مانند خارج می‌شود. این حالت اسپری مانند شامل قطرات گاز موردنظر در محیط است. سپس این قطرات اسپری مانند همانطور که در حال انتشار در محیط هستند وارد ناحیه بعدی می‌شوند، در این ناحیه شرایط برای انبساط بیشتر مهیا است، بنابراین قطرات اسپری با جذب گرما از محیط اطراف خود از حالت اسپری مانند تبخیر شده و به‌صورت گاز کامل در ناحیه بعدی ادامه مسیر خواهند داد. اینکه هر ناحیه چه فاصله (حجمی) را در بر بگیرد به میزان فشار داخل مخزن، سطح مقطع مجرای باریک روی مخزن، دمای محیط بستگی دارد. دقیقاً این فرایند در سیستم‌های تبرید گازی مانند سیستم کولر خودرو ها اتفاق می‌افتد.

محل انجام فرایند انبساطی کولر خودرو

باتوجه‌به اینکه فرایند اواپراتینگ در واحد اواپراتور یا به قول بازار رادیاتور کولر اتاق اتفاق می‌افتد؛ بنابراین واضح است قطعه‌ای که در برای انجام این کار در نظر گرفته شده است دقیقاً قبل از این رادیاتور نصب می‌شود. شکل 3 محل قرارگرفتن این عضو را نشان می‌دهد.

1- کندانسور (رادیاتور جلو خودرو) 2 – محل شروع فرایند انبساطی 3- اواپراتور (رادیاتور داخل اتاق)
A: مسیر فشار پایین B : مسیر فشار بالا
شکل 3- محل شروع فرایند Expension در کولر خودرو

انواع روش‌های فرایند انبساطی کولر خودرو

شکل 4 انواع روش‌ها را در کولر خودرو را نشان می‌دهد.

شکل 4- انواع روش‌های دسته بندی ایجاد فرایند انبساطی کولر خودرو

مهم‌ترین روش دسته‌بندی از نظر ساختار ایجاد فرایند انبساطی است. شکل 5 این روش دسته بندی را نشان می‌دهد.

شکل 5- انواع شیرهای انبساطی مورد استفاده در خودرو

باتوجه‌به بهتر بودن شیر انبساطی از نوع H Block نسبت به Equalized valve ، نوع H Block بسیار متداول‌تر است. شکل 6 برخی از شیرهای انبساطی خودرو های موجود در ایران را نشان می‌دهد.

شکل 6 – نمونه‌های از شیر انبساطی ترموستاتیک در برخی خودروها

مدل Orifice tube نسبت به مدل Expension valve در خودرو ها کمتر استفاده می‌شود. شکل 6 نمونه از استفاده ان در خودرو های داخلی را نشان میدهد. شکل 7 نمونه استفاده از اوریفیس در خودرو ها را نشان میدهد.

شکل 7- نمونه استفاده از اوریفیس در خودروها

برای ایجاد تغییرات انبساطی، نوع اوریفیسی بیشتر از نوع Fix یعنی بدون تغییر در خودروها استفاده شده است. البته نوع اوریفیسی ترموستاتیک نیز وجود دارد؛ اما بسیار کم در خودروها استفاده شده است. نوع شیر ترموستاتیک نوع ثابت (Fix) ندارد. فرایند کنترل در نوع اوریفیسی و شیر انبساطی، از نوع ترموستاتیک یا حرارتی است. در برخی خودروهای پیشرفته‌تر از فرایند کنترل الکترونیکی نیز استفاده شده است. ساختار کنترل الکترونیکی معمولاً از نوع H Block یا orifice tube است.

شکل 8- نمونه شیر با کنترل الکترونیکی

در این مقاله روش کلی فرایند انبساطی کولر خودرو معرفی شد. در مقاله‌های بعد نحوه عملکرد انواع شیرهای انبساطی ترموستاتیک و اوریفیسی تشریح خواهد شد. سلسله مقالات ما را در مورد سیستم تهویه‌مطبوع خودرو در ایمگ دنبال کنید.

نویسنده : مهندس بهروز خطیبی