عملکرد شیر انبساط کولر خودرو؛ فرایند انبساط در مدار گاز

Expansion process in air condition

آیا می‌دانید عملکرد شیر انبساطی کولر خودرو چیست و چرا قلب تپنده سرمایش اتومبیل محسوب می‌شود؟ در واقع، فرایند انبساطی در مدار کولر خودرو کلیدی‌ترین مرحله برای تبدیل گاز مبرد به مایع سرد و آماده‌سازی آن برای جذب گرماست. در این مقاله، قصد داریم بررسی کنیم که این اعضا در سیستم تهویه مطبوع خودرو چه وظیفه‌ای بر عهده دارند و انواع مختلف مکانیزم‌های انبساطی کدامند. اگر به دنبال درک دقیق چگونگی کاهش فشار مبرد در مدار گاز کولر هستید، این مطلب برای شماست. سطح این مقاله متوسط بوده و پیش‌نیاز آن، داشتن اطلاعات اولیه در مورد سیکل تبرید است.

آشنایی با فرایند اواپراتورینگ در سیکل تبرید خودرو

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 خودرو ) 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.

عملکرد شیر انبساط کولر خودرو و شرایط فرایند انبساط

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.

موقعیت و نقش شیر انبساط در مدار 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 انبساط و مکانیزم کنترل مبرد

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 ساختار شیر انبساطی در مدار کولر و همچنین اوریفیس در خودرو تشریح خواهد شد. سلسله مقالات ما را در مورد سیستم تهویه‌مطبوع خودرو در ایمگ دنبال کنید.

نویسنده : مهندس بهروز خطیبی