Thiết bị bay hơi hay còn gọi là giàn lạnh là thiết bị trao đổi nhiệt trong đó môi chất lạnh lỏng hấp thụ nhiệt từ môi trường cần làm lạnh sôi và hóa hơi. Do vậy, cùng với thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi cũng là thiết bị trao đổi nhiệt quan trọng trong hệ thống điều hòa không khí ô tô.
Trong thiết bị bay hơi xảy ra sự chuyển pha từ thể lỏng sang thể hơi, đây là quá trình sôi ở áp suất và nhiệt độ không đổi. Nhiệt lấy đi từ môi trường lạnh chính là nhiệt làm hóa hơi môi chất lạnh. Trong quá trình bốc hơi môi chất lạnh sinh hàn, hấp thu nhiệt và làm mát khối không khí được thổi xuyên qua thiết bị. Trên ô tô thiết bị bay hơi được bố trí bên dưới bảng táp lô điều khiển trong cabin. Trong giàn lạnh, không khí thường có chuyển động cưỡng bức dưới tác dụng của một quạt điện kiểu lồng sóc tạo luồng không khí đối lưu trong cabin.
Hình 3.23 Quá trình trao đổi nhiệt ở giàn lạnh
Ngoài tác dụng làm lạnh thiết bị bay hơi còn có tác dụng hút ẩm trong cabin: khi luồng không khí thổi xuyên qua giàn lạnh, không khí được làm lạnh, đồng thời chất ẩm ướt trong không khí khi tiếp xúc với giàn lạnh sẽ ngưng tụ thành nước quanh các ống của giàn lạnh. Nước ngưng tụ này được hứng và đưa ra ngoài xe qua ống xả bố trí bên dưới giàn lạnh. Đặc tính hút ẩm này giúp cho khối không khí trong cabin được tinh khiết, tạo thoải mái cho hành khách, đồng thời các cửa kính cửa sổ không bi che mờ do hơi nước.
3.6.6.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:
Thiết bị này thuộc loại thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt. Ở đây không khí lưu thông ngoài chum ống có cánh và truyền nhiệt cho môi chất lạnh sôi trong ống. Bộ bốc hơi được chế tạo ở dạng chùm ống thẳng, nhẵn hay chum ống xoắn bằng đồng xuyên qua các lá mỏng hút nhiệt bằng nhôm.
Chương 3. Hệ thống điều hòa không khí/điện lạnh ô tô
Cửa vào của môi chất bố trí bên dưới và cửa ra bố trí bên trên bộ bốc hơi. Với kiểu thiết kế này, bộ bốc hơi có được diện tích thu hút nhiệt tối đa trong khi thể tích của nó được thu gọn tối thiểu.
Môi chất lạnh ở thể lỏng được van tiết lưu phun tơi sương vào bộ bốc hơi. Luồng không khí do quạt điện thổi xuyên qua bộ bốc hơi trao đổi nhiệt với bộ này và làm sôi môi chất lạnh. Trong lúc chảy xuyên qua các ống của bộ bốc hơi, môi chất lạnh hấp thụ một lượng nhiệt rất lớn và bốc hơi hoàn toàn.
Khi môi chất lạnh sôi, hấp thụ nhiệt, bốc hơi trở nên lạnh; quạt điện hút không khí trong cabin và cả không khí từ ngoài vào thổi xuyên qua giàn lạnh, cho ra luồng không khí mới đã được làm lạnh và hút ẩm đi vào cabin thông qua các cửa khí được bố trí trong hệ thống. Cứ như thế tạo ra một sự đối lưu không khí trong ô tô, tạo cảm giác thoải mái cho người sử dụng.
Ngoài ra, qua quá trình hoạt động lâu dài có nhiều bụi bẩn bám vào các cánh tản nhiệt, hoặc lượng dầu bôi trơn lẫn vào môi chất lạnh nhiều… sẽ làm cho năng suất của hệ thống lạnh giảm. Do đó, cần phải kiểm tra và vệ sinh thường xuyên để đảm bảo chất lượng làm việc của hệ thống.
3.6.7 Đường ống dẫn môi chất:
Những thiết bị khác nhau trong hệ thống điều hòa không khí ô tô phải được nối liền với nhau thành mạng, để môi chất lạnh lưu thông tuần hoàn trong hệ thống. Cả hai loại ống cao su mềm và ống kim loại cứng được sử dụng để nối các thiết bị lại với nhau.
Khi nối hệ thống với máy nén phải sử dụng ống mềm, điều này cho phép máy nén và động cơ có thể chuyển động tương đối với nhau. Các loại ống mềm được sử dụng trong hệ thống điều hòa không khí hiện nay được chế tạo bằng cao su có them một lớp hoặc hai lớp không thấm ở bên trong và bên ngoài còn gia cố thêm một lớp nilon không thấm tạo ra một màng chắn không bị rò rỉ.
Các loại ống làm bằng kim loại được sử dụng nhiều ttrong hệ thống lạnh, để nối các thiết bị cố định như từ giàn nóng đến van tiết lưu, từ van tiết lưu đến giàn lạnh… Mặc dù ống kim loại không bị thấm qua nhưng nước hoặc dung dịch axit tràn ra có thể ăn mòn và làm thủng ống gây rò rỉ.
Hình 3.25 Các loại ống mềm thường dùng
3.6.8 Kính xem gas:
Trên đường ống của hệ thống lạnh có lắp đạt kính xem gas, mục đích là báo hiệu lưu lượng lỏng và chất lượng của nó. Cụ thể như sau:
- Báo hiệu lượng gas chảy qua đường ống có đủ hay không. Trong trường hợp chất lỏng chảy điền đầy ống hầu như không nhận thấy sự chuyển động của dòng môi chất lỏng, ngược lại nếu thiếu môi chất, trên mắt kính sẽ thấy sủi bọt. Khi thiếu gas trầm trọng trên mắt kính sẽ có các vệt chảy qua hình gợn sóng.
- Báo hiệu độ ẩm của môi chất. Khi trong môi chất lỏng có lẫn ẩm thì màu sắc của nó bị biến đổi. Màu xanh: khô; màu vàng: có lọt ẩm cần thận trọng;
Chương 3. Hệ thống điều hòa không khí/điện lạnh ô tô
màu nâu: lọt nhiều ẩm, cần xử lý. Để tiện so sánh trên vòng tròn chu vi của mắt kính người ta có an sẵn các màu đặc trưng để có thể kiểm tra và so sánh.
- Ngoài ra khi trong chất lỏng có lẫn tạp chất cũng có thể nhận biết qua mắt kính.
Hình 3.26 Cấu tạo bên ngoài kính xem gas
Cấu tạo của kính xem gas bao gồm phần thân hình trụ tròn, phía trên có lắp một kính tròn có khả năng chịu áp lực tốt và trong suốt để quan sát. Kính được áp chặt lên phía trên nhờ một lò xo đặt bên trong.
3.6.9 Bộ ổn nhiệt:
3.6.9.1 Bộ ổn nhiệt dùng chất bán dẫn:
Thermistor là một chất bán dẫn có thể thay đổi với bất cứ một giá trị điện trở nào, phụ thuộc vào sự thay đổi của nhiệt độ. Khi nhiệt độ giảm xuống giá trị của điện trở tăng lên và ngược lại khi nhiệt độ tăng thì giá trị của điện trở sẽ giảm tương ứng.
Thermistor được đặt trên các lá tản nhiệt của giàn lạnh và cảm biến nhiệt độ dòng môi chất lưu thông trong giàn lạnh.
Hình 3.27 Vị trí đặt thermistor
Nhiệt độ trong giàn lạnh được điều khiển bằng sự so sánh giữa tín hiệu nhận được từ thermistor và tín hiệu từ bộ điện trở điều khiển nhiệt độ và được truyền đến bộ khuếch đại điện tử. Cuối cùng, sẽ điều khiển hoạt động của bộ ly hợp điện tử với tiếp điểm chọn đặt vào vị trí ON hoặc OFF tùy theo nhiệt độ trong giàn lạnh. Tức là sẽ điều khiển dòng môi chất lạnh lưu thông hoặc không lưu thông trong hệ thống điều hòa không khí. Lúc nhiệt độ ở giàn lạnh tăng lên đến mức quy định, thì tiếp điểm sẽ đóng mạch để khớp ly hợp kéo máy nén vận hành.
3.6.9.2 Bộ ổn nhiệt dùng hơi áp lực:
Bộ ổn nhiệt loại này có một ống mao dẫn, màng ngăn và một công tắc vi mạch. Trong ống mao dẫn có chứa đầy một loại hơi đặc biệt. Ống mao dẫn được lắp trên đường ống ra của giàn lạnh. Áp suất của hơi chứa trong ống mao dẫn này thay đổi phụ thuộc vào sự thay đổi nhiệt độ của hơi môi chất lạnh.
Khi nhiệt độ của hơi môi chất lạnh ở tại đường ống ra của giàn lạnh tăng lên, thì áp suất bên trong ống mao dẫn cũng tăng lên, kéo theo áp suất phai dưới màng ngăn cũng tăng lên làm đóng tiếp điểm của công tắc vi mạch (ở vị trí ON), bộ ly hợp điện từ có điện kéo máy nén làm việc, nhiệt độ của giàn lạnh cũng sẽ giảm xuống.
Ngược lại, khi nhiệt độ của hơi môi chất lạnh giảm xuống thì áp suất trong ống mao dẫn giảm xuống và ngắt tiếp điểm của công tắc vi mạch
Chương 3. Hệ thống điều hòa không khí/điện lạnh ô tô
hoạt động cho đến khi nhiệt độ của giàn lạnh tăng lên đến nhiệt độ quy định. Tóm lại, sự làm việc của bộ ly hợp điện từ với nhiệm vụ điều khiển nhiệt độ ở giàn lạnh phụ thuộc vào nhiệt độ hơi môi chất lạnh ở đầu ra của giàn lạnh.
3.6.10 Bộ điều áp:
Thiết bị điều hòa áp suất loại này thường được viết tắt là EPR (Evaporator Pressure Regulation) và được sử dụng trong hệ thống điều hòa không khí ô tô dùng môi chất lạnh R12. Để hệ thống làm việc ổn định và đúng theo yêu cầu của người sử dụng thì lưu lượng của hơi môi chất lạnh chảy từ giàn lạnh đến máy nén được quy định ở một mức độ thích hợp. Áp suất trong bộ luôn được giữ đúng ở mức 1.9 kg/cm2 hoặc cao hơn tùy theo nhiệt độ của giàn lạnh nhưng không được giảm xuống thấp hơn 00C (320F).
Van EPR được bố trí trên đường ống nối hơi môi chất lạnh từ giàn lạnh đến máy nén, trước máy nén sau giàn lạnh, để giữ cho áp suất trong giàn lạnh không giảm xuống quá mức quy đinh.
Hình 3.28 Vị trí đặt bộ điều áp
Khi máy nén đang hoạt động ở tốc độ quay cao và nhiệt độ của giàn lạnh giảm xuống. Van đóng xuống nhờ vào áp lực của lò xo chặn, hạn chế lưu lượng của dông hơi môi chất lạnh hồi về máy nén.
Khi máy nén hoạt động ở tốc độ quay thấp và nhiệt độ của giàn lạnh tăng lên. Áp suất trong giàn lạnh sẽ cao hơn mức quy định, lúc đó van mở ra cho lưu
lượng dòng chảy hồi về máy nén nhiều hơn và được điều chỉnh ở mức áp suất phù hợp với chế độ tải hiện tại, giúp hệ thống làm việc hiệu quả hơn.
Hình 3.29 Hoạt động của van EPR
3.6.11 Thiết bị an toàn hệ thống: