det är dags att dyka in några trevliga, kall luft. Förra veckan förklarade jag varför en kille från Massachusetts blev så besatt av att ha arbetat A/C i sina vintagebilar och beskrev också varför A/C-behoven hos en vintagebil skiljer sig från en bil byggd efter övergången från R12 till r134a köldmedium. Den här veckan ska jag ge dig den teoretiska grunden för hur A / C fungerar i bilmiljön.
Tänk på det som att äta dina strängbönor innan du har din paj.,
teorin bakom A / C är faktiskt väldigt enkel. När en vätska kokar och avdunstar i en gas expanderar den och kyler. Du vet detta från att skaka en burk sprayfärg eller deodorant, känna vätskan sloshing inuti, sedan spruta den och känna kan bli kall. Du har också upplevt det när du har monterat en propantank på ett Grillgaller, kände den flytande propan slosh i tanken och kände hur tanken blir kall vid beröring när gallret är påslagen och propanen har en väg att lämna tanken, förångas och expandera., Nästan all konventionell kylning och luftkonditionering fungerar på denna princip. Det är bara att du inte tänker på det som ”kokande”, även om det är precis vad det flytande kylmediet gör, för att du är van vid kokande vatten. Allt som trycksätts i en burk har en mycket lägre kokpunkt. För R12 är det -21 °F; för R134a handlar det om -15 °F.
det skulle vara otroligt ineffektivt att ha ett kylsystem som oändligt släpper ut trycksatt köldmedium så att det kan förångas, expandera och svalna. Så istället fungerar kyl-och A/C-system på ett slutet sätt., De tar något slags kylmedel som är naturligt gasformigt vid rumstemperatur och tryck, trycksätter det tills det ändras från en gas till en vätska, låt den förångas och expandera i en gas inuti en behållare och svalna. Systemet tar sedan kylan skapad av expansionen (typ av), och blåser det på dig för att kyla dig. Gasen trycks sedan tillbaka till en vätska, slutföra cykeln.
det finns en sak vi utelämnade. I termodynamiken finns det ett talesätt att det inte finns någon gratis lunch., Om du trycker på en gas i en vätska så att den kan expandera och svalna, måste du generera värme någon annanstans, och denna värme måste dumpas på utsidan, eller det kommer att värma upp mycket utrymme du försöker svalna.
Du kan, om du vill, bli väldigt nördig och teknisk om allt detta (slå upp omvänd Carnot-cykel och adiabatisk expansion), men när det gäller teorin är det verkligen allt du behöver veta., Ett A/C-system är i huvudsak som en burk med spraydeodorant eller färg eller propan där den sprutade substansen släpps så att den kan expandera och svalna, men fångas kontinuerligt, komprimeras och sätts tillbaka i burken för att spruta och svalna igen. De gröna bönorna är väl inte så otäcka?
med teorin ner kan vi identifiera de viktigaste komponenterna i ett A/C-system och vad de gör:
- kompressorn är en pump som tar det lågtrycksgasformiga kylmediet och komprimerar det till en högtrycksgas., Du vet förmodligen redan att vätskan inte är komprimerbar; det är därför en motor blir förstörd om du kör in i vatten djupt nog att vattnet dras in i intaget. Således kan köldmediet som dras in i kompressorn inte vara i flytande tillstånd; det måste vara en lågtrycksgas.
- kondensorn är som en radiator., Det tar högtrycks gasformigt köldmedium som levereras av kompressorn, och gör det möjligt att svalna till en högtrycksvätska, dumpa värmen till den omgivande uteluften när den gör det. En extra kylfläkt på framsidan av kondensorn hjälper värmen att kasta.
- expansionsventilen ger en variabel begränsning till högtrycksvätskan, som ett sprutmunstycke i slutet av en trädgårdsslang., Köldmediet sjunker i tryck när det passerar genom expansionsventilen, så att den kan, som namnet antyder, expandera och sedan svalna. Mängden som expansionsventilen öppnar bestäms av köldmedietrycket i förångaren. På en vintagebil kan du ibland höra förångaren ”suck” när expansionsventilen öppnas och låter köldmediespray genom den.
- förångarkärnan är den plats där kylverkan är., Inte till skillnad från kondensorn är förångarkärnan som en radiator med metallrör omgivna av fenor, men det fungerar omvänd från en radiator genom att den inte dumpar värme; den absorberar värme. Det flytande kylmediet sprutar från expansionsventilen till förångarkärnan, där det sjunker i tryck, kokar, avdunstar och expanderar och därigenom kyler. Helst går förångarkärnan vid ca 32 ° F. eftersom värmen alltid strömmar från en varmare kropp till en kylare, ger luften som omger förångarkärnan sin värme och blir kall., En förångarfläkt blåser den kylda luften i passagerarutrymmet.
När det gäller de viktigaste komponenterna i A / C, det är ganska mycket det., Observera att i ett hem fönstermonterad A / C-enhet finns alla dessa komponenter inuti kvadratiska lådan, med förångarkärnan placerad på framsidan av lådan så att den kylda luften kan blåsas inuti huset och kondensorn ligger på baksidan av lådan så att den kan dumpa värmen på utsidan.
i en bil distribueras komponenterna. Förångarkärnan, expansionsventilen och fläkten är vanligtvis tillsammans i en låda kallad förångarmonteringen som bor inuti bilen, upp under instrumentbrädan, omgiven av mittkonsolen., Kompressorn är monterad på motorn och drivs av ett bälte från vevaxelns remskiva. Det finns en magnetisk koppling på kompressorn som gör det möjligt för remskivan att frigöra hjulet när kompressorn inte är inkopplad. Kondensorn och hjälpkylfläkten är monterade i bilens näsa, framför radiatorn, för att tillåta omgivande luft som blåses över den av bilens rörelse för att bära värmen bort.,
Jag har utelämnat två stycken. Det finns slangar och rördelar för att koppla samman ovanstående komponenter, och det finns en mottagare-torktumlare, en behållare som ger extra volym för det flytande kylmedlet, samt ett filter för att rengöra det.,
När allt beaktas ser ett fordons a/c-system med expansionsventil ut så här:
Observera att inte alla system har expansionsventiler. Det finns en annan typ av system som kallas en koppling cykling öppning rör (CCOT) system., Medan en expansionsventil, som i allmänhet är placerad inuti förångarmonteringen, ger en varierande storlek begränsning genom vilken det flytande kylmediet passerar, har ett CCOT-system ett öppningsrör med en öppning med fast diameter, glidad inuti metallröret som leder in i förångaren. Eftersom, till skillnad från expansionsventilen, är öppningens storlek i ett öppningsrör fixerad, måste det finnas en annan mekanism för att variera mängden kylmedel som passerar genom den., Av denna anledning, i stället för en mottagare-torktumlare, har ett CCOT-system en ackumulator med en tryckbrytare på den, monterad vid förångarens utlopp istället för vid inloppet som på ett expansionsventilsystem. Tryckbrytaren öppnas när trycket i ackumulatorn når en viss nivå. Det här stänger av kompressorn. När trycket faller stänger omkopplaren och slår på kompressorn igen., Komponenterna i ett CCOT-system ser ut så här:
med alla dessa komponenter visualiseras kan vi nu prata om ”lågsidan” och ”högsidan” av systemet. Lågtryckssidan, vanligtvis färgad i blått på diagram, är där vätskan avdunstar och kyler., Den består av den del som börjar vid utloppet av expansionsventilen eller öppningsröret, genom förångaren, genom ackumulatorn på ett CCOT-system, och till inlopps-eller sugsidan av kompressorn. Högtryckssidan av systemet, vanligtvis färgad i rött på diagram, är där kylmediet kondenserar och värmer upp. Den går från kompressorns utlopp eller urladdningssida, genom kondensorn, genom mottagartorkaren på ett expansionsventilsystem, till expansionsventilens inlopp.,
i diagrammet nedan kombinerar vi de fysiska komponenterna med värmeöverföringsmekanismerna som förekommer i varje. För att gå det dock, är lågtrycks gasformigt kylmedel dras in i sugsidan av kompressorn. Det är urladdat av kompressorn ut den ”höga sidan” som högtrycks gasformigt kylmedel. Den passerar genom kondensorn, där den kondenserar till en vätska, överlämnar värme till den yttre luften. Högtrycksvätskan passerar genom mottagartorkaren och in i ”lågsidan” genom expansionsventilen eller öppningsröret., Där orsakar begränsningen i expansionsventilen att den faller i tryck och spraya, som ett munstycke på en trädgårdsslang, i förångarkärnan. På så sätt kokar kylmediet, avdunstar, expanderar och kyler. Detta gör att förångarkärnan är mycket kallare än luften i kabinen. Den kalla kärnan absorberar sålunda värme från den omgivande kabinluften och kyler den. Förångarfläkten blåser den kalla luften in i kabinen (alla säger ”ahhhhhhh”)., Kylmediet med lågt tryck, uppvärmt av värmen som absorberas från kabinen, dras sedan in i kompressorns sugsida och cykeln börjar igen.
diagrammet visar värmeöverföringsprocessen för ett expansionsventilsystem, men det är väldigt likartat för ett CCOT-system., Huvudskillnaden är att i stället för en mottagartorkare på förångarens inloppssida finns en ackumulator på utloppssidan med en tryckbrytare.
verkligen, det är det mesta., För den här veckan är de viktigaste take-away-meddelandena från vår klass i automotive A / C-teorin här: när ett A / C-system inte fungerar, och du har uteslutit enkla saker som blåsta säkringar, kan det bero på att det gasformiga kylmediet inte komprimeras (dålig kompressor) eller inte expanderar (täppt expansionsventil eller öppningsrör), men för det mesta, särskilt i en försummad veteranbil, beror det på att köldmediet har läckt ut och det finns inget kvar att komprimera och expandera.
nästa vecka: köldmedier.,
***
Rob Siegel har skrivit kolumnen Hack Mechanic™ för BMW cca Roundel magazine i 30 år. Hans nya bok, behöver bara en laddning: Hack Mechanic™ Guide till Vintage luftkonditionering, är nu tillgänglig på Amazon. Du kan beställa en personligen inskriven kopia här.