Контур холодоагенту з розширювальним клапаном

Процес охолодження в автомобільній кліматичній системі з розширювальним клапаном відбувається наступним чином:

Закачаний компресором холодоагент стискається, у результаті чого відбувається його нагрівання до температури приблизно 65°C, після цього під тиском близько 1,4 МПа (14 бар) у газоподібному стані він надходить у конденсатор (контур високого тиску).

Конденсатор є теплообмінником, теплообмін забезпечується потужним повітряним потоком під час руху автомобіля та при роботі вентилятора. По досягненню точки роси, що залежить від тиску, холодоагент з газоподібного стану конденсується і переходить у рідкий стан, його температура за рахунок охолодження знижується приблизно до 55°C, а тиск залишається на рівні близько 1,4 МПа (14 бар).

Далі, після конденсатора, охолоджений холодоагент надходить у ресивер-осушувач, призначений для демпфування коливань потоку холодоагенту. Цей пристрій також осушує вологу, яка потрапляє у контур кондиціонера.

У цьому стані рідкий холодоагент під високим тиском та високою температурою підводиться до так званого вузького місця в контурі кліматичної системи - розширювального клапану. Після цього відбувається розпилення і початок випаровування холодоагенту у випарник, при цьому тиск падає до приблизно 0,12 МПа (1,2 бар), а температура зменшується з 55°С до -7°С

Холодоагент, що поступив у випарник, розширюється, сильно охолоджується (до приблизно -7°C) і переходить у газоподібний стан. Температура у випарнику лежить нижче за точку замерзання води. Тиск холодоагента становить близько 0,12 МПа (1,2 бар).

Необхідну теплоту для випаровування холодоагент забирає з навколишнього середовища, після чого охолоджене повітря надходить у салон автомобіля.

З випарника холодоагент знову надходить у компресор для поновлення холодильного циклу.

Залежно від конструкції та призначення в системі можуть бути встановлені додаткові приєднувальні штуцери для проведення контролю та обслуговування, термодатчики, манометричні вимикачі на стороні високого чи низького тиску, а також пробки для зливу оливи. В залежності від моделі автомобіля різниться і розташування пристроїв кліматичної установки.

Деякі кліматичні установки мають у своєму складі перед компресором демпфер для згладжування коливань руху холодоагенту.

Фактичні величини тиску та температури у контурі завжди залежать від режиму роботи кліматичної установки. Наведені величини можуть бути тільки в якості приблизних орієнтирів. Вони приблизно відповідають стану системи після 20 хвилин роботи при температурі навколишнього середовища 20°C і швидкості двигуна 1500-2000 об/хв.

При 20°C та непрацюючому двигуні в контурі встановлюється тиск 0,47 МПа (4,7 бар).

Контур холодоагенту з дроселем

У цьому варіанті реалізації системи охолодження є невелика відмінність від контуру холодоагенту з розширювальним клапаном - в ній замість розширювального клапана використовується розширювальна дросельна трубка. Крім цього замість ресивера для рідкого холодоагенту на боці високого тиску є ресивер-колектор на стороні низького тиску. Він служить в якості збірника та як захист для компресора від гідроудару. Усі інші пристрої ідентичні пристроям контуру з розширювальним клапаном.

З особливостей варто звернути увагу на трохи більшу, ніж в системі з розширювальним клапаном, температуру холодоагенту при виході після компресора (приблизно на 5°C) і більш високий тиск — 2 МПа (20 бар). У зоні низького тиску показники також трохи вищі — приблизно 0,15 МПа (1,5 бар).

Контур холодоагенту з додатковим теплообмінником

Теплообмінник з додатковим нагрівом і охолодженням (SCX, Superheat Subcool Xchanger) здійснює теплообмін, використовуючи різницю температур холодоагенту, який проходить крізь трубки високої й низької температури циклу охолодження. Таким чином холодоагент додатково охолоджується між конденсатором і регулювальним клапаном для підвищення ефективності охолодження. Системи з теплообмінником мають більш високу ефективність охолодження (приблизно на 12%) і займають менше місця. 

Також дані системи застосовуються в кондиціонерах з холодоагентом R744 (СО2) внаслідок відміни у властивостях (у СО2 більша щільність і більш високий тиск, ніж у R134a).

У компресорі тиск газоподібного СО2 підвищується з 3,5 МПа (35 бар) до 12 МПа (120 бар), і нагрівається до 150°C. В охолоджувачі газу частина поглиненого тепла виділяється у навколишнє середовище. 

Холодоагент R744 (СО2) стає рідким лише тоді, коли його температура знижується нижче критичної температури 31°C, але через технічну ефективність газового охолоджувача - тільки при температурі зовнішнього повітря нижче 27°C (звідси термін "газовий охолоджувач" замість конденсатора).

Щоб якнайбільше тепла було поглинено під час наступного випаровування холодоагент додатково охолоджується у теплообміннику.

У теплообміннику холодоагент, що надходить з охолоджувача газу, додатково охолоджується холодоагентом, що надходить з випарника, температура якого становить близько 0°C. Після проходження через розширювальний клапан тиск з 15 МПа (150 бар) знижується до 3,5 МПа (35 бар), внаслідок чого холодоагент випаровується. Після випаровувача холодоагент спочатку проходить через акумулятор-довипаровувач (колектор), де відокремлюються рідкі компоненти СО2, а потім потрапляє у теплообмінник, де випаровується повністю. Після цього чистий газоподібний холодоагент надходить у компресор і цикл повторюється.