汽车空调装置的工作原理,以及影响空气舒适感的多种因素
国际汽车空调联盟
2021-08-27 09:45
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汽车空调的历史,从冷凝制冷技术上来说,可追溯到三十年代末期美国的几部公共汽车及四十年代初期的几千部派卡兹车上。美国现在每年生产的新型轿车中,大约有四分之三的车出厂时就装上了空调,另有50万部之多的独立式空调机用在汽车上。空调系统的修理已不再是深奥稀奇的工艺。美国大多数车库、修理站和空调机车间都有正规的从事空调维护保养工作的人员。


空调就是把周围的空气冷却和去湿的过程。在汽车里,这种过程是在封闭的冷凝系统中完成的,致冷剂在压力作用下不断循环,致冷剂在循环过程中从气态转变为液态,再从液态转变为气态,这样周而复始地变换,完成从有乘客的车箱内将热空气中的热量排到汽车外面的空气中去,液体转变为气体常靠加热气化。例如加热使水沸腾,并把蒸汽散发到空气中去。水蒸汽冷凝后又能恢复其液态(水)。


如把一杯冰水放在温暖的房间里,处在杯子的外壁附近的热空气就变冷并凝聚在杯子壁上。这种液体转变为气体,气体又转变为液体的转换过程是在大气压力下发生的。较高的气压可控制气体转变成液体的过程。家用的“瓶装汽油”和“液化石油气”就是利用压力控制的。有的汽车也使用液化石油气。




从根本上来说,汽车空调系统的工作原理就是这种蒸发和冷凝的过程。在空调系统的乘客车厢一端,液态致冷剂被喷入蒸发器,并在此蒸发。在另一端,冷凝剂气体被泵入冷凝器,在那里凝聚成液体。这是关键的两步,它直接与热定律有关。现分两部分叙述如下:第一,液体转变为气体时要吸热。这个过程在蒸发器中发生。蒸发器位于乘客车厢,其作用是吸走热量。第二,气体转变为液体时要放热。


这个过程要在冷凝器中进行。通常,冷凝器位于发动机冷却系散热器的前面。这些原理是通过一些主要部件应用到汽车空调系统中去的。这些部件用管道和软管连接在一起,由一台使冷凝剂增压的皮带传动压缩机带动工作。完成冷凝剂的循环、冷凝和气化的工作的设备有压缩机、冷凝器,接收-干燥器、热胀阀和蒸发器。每一部件都是同等重要的,任何一个部件失灵都将导致热循环的中断,使空调系统的工作受到破坏。


空调装置的工作:(1)热的冷凝剂蒸汽从蒸发器被吸进压缩机,压缩机把蒸汽压力升高后泵进冷凝器。(2)冷凝器中发生的变化是:吸进的空气流经冷凝器,把冷凝剂蒸汽的热量散发掉,使蒸气转变为液体。(3)冷凝剂放出热量之后,流经接收-干燥器,在那里经过滤和去水备用。(4)随着压缩机连续不断地从蒸发器出口抽出冷凝剂蒸汽,液态冷凝剂在高压下经接收——干燥器,压向热胀阀。




(5) 热胀阀限量地把冷凝剂送进蒸发器的入口。(6)冷凝剂突然进入大容积的蒸发器螺旋管中后,由于体积变大压力下降,冷凝剂遂蒸发并从乘客车厢空气中吸走热量。(7)这些带有热量的冷凝剂蒸汽接着被吸进压缩机,开始下一个冷凝循环。运行中,冷凝剂在密封的系统中不断地循环,从气态转变为液态,再回到气态。


与此同时,乘客车厢中空气的热量不断地被冷凝剂吸收并在压力驱驶下被带走,散发在大气中。因此汽车空调系统实际上是一个传热系统,通过带走热量使车厢内空气降温。但是,要更好地了解空调是怎样工作的,必须知道热的实质、热和压力对物态的影响、热是怎样从一个物体传到另一个物体的,以及冷却过程是怎样完成的等等。


热的性质热和冷,指的是温度的高低,它们是相对的。说一个物体是热的或冷的,仅仅是把它和另外的物体相比较而言。如果说排气歧管“热得烫手”,这就是说排气管比摸它的人的手要热些。如果说某家汽车商店“很冷”,这仅仅是指商店里的空气的温度比一间暖和房间里空气的温度要低些。但是,这些都与热量的存在有关。



冷,即指热量少的程度。实际上,热是能量的一种形式,并没有物质。物质或多或少均包含有热量。因为有这一特性,人们把热叫做“感觉得到的热”或“温度”,它可以用温度计来测量。热可以激励物质,以这个事实为基础,当然可以推导出能够改变物质的状态。无论物质处于固态、液态或气态,如果用某一外部热源来向物质增加热量或利用传热从物质带走足够的热量的话,其状态都会改变。


物质状态改变有多快,变状温度要有多高,取决于物质分子的组成和分子的运动。例如,冰是一种固态物质,它在0℃(33°F)开始融化变为液态水。水在100℃(212°F)开始沸腾,变为气态水蒸汽。热传导热的一个不同寻常的特性是它总是从较热物体向较冷物体流动而传热。传热以导热、对流和辐射这三种方式的一种或一种以上的方式进行的。导热是固态物质一个粒子接着一个粒子挨个被加热的过程。


金属物体通过导热可以很快被加热,它是良好的导热体,特别是银和铜等热的良导体。例如,空调机的冷凝器就用到铜,它可使热量很快从冷凝剂传到铜管和铜翅片,再传到空气中。对流在液体和气体中发生。受热的部分流体上升,代之以较冷的流体,形成对流。例如,一个火炉使受热气体在房间里循环,就发生了热对流。


辐射是靠在空间进行热传递,如太阳的射线,就是通过浩瀚的宇宙空间辐射到地球上的。实际上,任何受热体都放出辐射能。辐射热可以被反射(如被浅颜色的汽车反射),或被吸收(如被深颜色汽车吸收)。



要保证舒适性,除了空气的温度以外,还有其他因素应予考虑:温度控制;空气的流通;空气的过滤、净化与纯正。空气中的水汽是影响人体汗水蒸发速率的。如果空气中含水气多,即使空气的温度较低,人还会感到不舒服。空气的循环也很重要,因为干冷的空气经过温暖的身体,可使身体的热辐射增加。空气的过滤、净化和纯化的重要性就是清除灰尘、烟雾和异味,增加舒适性。因此,要使空气调节系统能有效而满意地工作,除了考虑实际获得的温度以外,还要考虑其他因素


吸收和排出热量的能力是任何一种冷凝剂的首要条件。水的沸点较高,不适于作冷凝剂。而R-12冷凝剂在-22F时沸腾,且吸热较快。保持物质的温度不变,使其从一种状态转变为另一种状态所需热量的多少,可以衡量该物质吸热的快慢。这里可用英制热量单位(Btu)来衡量加于物体或从物体放出的热量。按规定,一个Btu是在海平面气压下把一磅水升温1°F所需的热量。基本的Btu测量方法可用来说明R-12用作冷凝剂是很好的。


1磅水在212F下变成水蒸汽,所吸热970Btu,1磅R-12在5°F下变成蒸汽,却只需吸热69.5Btu.R-12冷凝剂容易变态,其重复变态的能力也很强。在每一种状态下又能保持很好的稳定性,使其特别适合于在空调系统中循环使用。R-12冷凝剂的另一个优点是对压力的反应迅速。



大家知道,气压增大,液体的沸点提高;压力降低,液体的沸点降低。水在大气压下的沸点是212F,在20磅/英寸2的气压下,沸点是258°F.R-12冷凝剂在大气压力下的沸点是-22°F,在20磅/英寸的气压下,沸点是19°F。在系统中以R-12作冷凝剂,其压力与温度的关系便体现得很清楚。


改变冷凝的压力就可控制其温度。反过来,控制了温度,又可以控制冷凝剂对热量的吸收,可以控制冷凝剂凝聚和散热的快慢。这种压力与温度关系的优点在于:在低压端所测得的压力值反映了系统在这一点的温度值。例如,在低压端的压力读数是30磅/英寸2。则蒸发螺管及翅片的温度将低至华氏32度左右。


由此就可知道空调系统已足够有效地调整乘客车厢的气温。通常,在系统的低压端压力每增加一磅,温度升高约1F。汽车空调系统质量的关键就是要求冷凝剂的温度足够的低,使蒸发器不起冰霜,就能达到其最冷点。



典型的汽车空调系统由五大部件组成,即压缩机、冷凝器、接收-干燥器、热胀阀和蒸发器。虽然还有其它部件如POA(先导阀操纵的绝对吸入喉阀),但只是用于系统的控制和提高效率。另外还用高压软管和金属管道来连接各种部件,组成冷凝剂连续循环的管路。对系统来说,每一部件都是同等重要的。任何一个部件工作失灵,都会中断传热循环,并使整个系统工作受到影响。


来源:左左汽车资讯