ภาพรวมการจัดการระบายความร้อนในห้องนักบิน

ภาพรวมการจัดการระบายความร้อนในห้องนักบิน

ระบบปรับอากาศเป็นกุญแจสำคัญในการจัดการความร้อนในรถยนต์ ทั้งคนขับและผู้โดยสารต่างก็ต้องการความสะดวกสบายของรถ หน้าที่สำคัญของเครื่องปรับอากาศในรถยนต์คือการสร้างสภาพแวดล้อมในการขับขี่ที่สะดวกสบายโดยการปรับอุณหภูมิ ความชื้น และความเร็วลมในห้องโดยสาร และสภาพแวดล้อมในการขี่ หลักการของระบบปรับอากาศรถยนต์กระแสหลักคือการทำให้อุณหภูมิในห้องโดยสารเย็นลงหรือร้อนขึ้นโดยใช้หลักการฟิสิกส์ความร้อน ได้แก่ การระเหย การดูดซับความร้อน และการควบแน่น เมื่ออุณหภูมิภายนอกต่ำสามารถส่งอากาศร้อนเข้าสู่ห้องโดยสารได้ เพื่อไม่ให้คนขับและผู้โดยสารรู้สึกหนาว เมื่ออุณหภูมิภายนอกสูงก็สามารถส่งอากาศที่มีอุณหภูมิต่ำเข้าสู่ห้องโดยสารเพื่อทำให้ผู้ขับขี่และผู้โดยสารรู้สึกเย็นสบาย ดังนั้นเครื่องปรับอากาศในรถยนต์จึงมีบทบาทสำคัญในการปรับอากาศในห้องโดยสารและความสะดวกสบายของผู้โดยสาร

1.1 ระบบปรับอากาศรถยนต์เชื้อเพลิงแบบดั้งเดิมและหลักการทำงาน

เครื่องปรับอากาศรถยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงแบบดั้งเดิมส่วนใหญ่ประกอบด้วยส่วนประกอบสี่ส่วน ได้แก่ เครื่องระเหย คอนเดนเซอร์ คอมเพรสเซอร์ และวาล์วขยายตัว คอมเพรสเซอร์เป็นอุปกรณ์จ่ายไฟที่สามารถบีบอัดสารทำความเย็นที่เป็นก๊าซอุณหภูมิต่ำและความดันต่ำให้เป็นสารทำความเย็นที่เป็นก๊าซอุณหภูมิสูงและความดันสูงได้ โดยทั่วไปคอมเพรสเซอร์จะติดตั้งอยู่ในเครื่องยนต์ของยานพาหนะที่ใช้เชื้อเพลิง และคอมเพรสเซอร์จะขับเคลื่อนโดยเครื่องยนต์ในการทำงาน

เครื่องระเหยเป็นอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนที่ติดตั้งในห้องโดยสาร หลักการทำงานของเครื่องระเหยคือการใช้การระเหยเพื่อดูดซับความร้อนและลดอุณหภูมิลง เมื่อสารทำความเย็นเหลวอุณหภูมิต่ำและความดันต่ำผ่านเครื่องระเหย สารทำความเย็นเหลวจะระเหยและดูดซับความร้อนในห้องโดยสาร ส่งผลให้ห้องโดยสารเย็นลงอย่างรวดเร็ว

คอนเดนเซอร์ยังเป็นอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนที่ติดตั้งอยู่นอกห้องโดยสาร หลักการทำงานของคอนเดนเซอร์คือการดูดซับความร้อนผ่านการควบแน่นและทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้น เมื่อสารทำความเย็นที่เป็นก๊าซอุณหภูมิสูงและความดันสูงผ่านคอนเดนเซอร์ พัดลมจะถูกบังคับให้เย็นลงและปล่อยความร้อนออกสู่อากาศภายนอก เปลี่ยนสารทำความเย็นที่เป็นก๊าซอุณหภูมิสูงและความดันสูงเป็นสารทำความเย็นของเหลวอุณหภูมิปานกลางและความดันสูง

วาล์วขยายตัวเป็นอุปกรณ์ที่ขยายของเหลวอุณหภูมิปานกลางและความดันสูงให้เป็นของเหลวอุณหภูมิต่ำและความดันต่ำ โดยทั่วไปจะติดตั้งวาล์วขยายตัวที่ทางเข้ากล่องระเหย ขยายสารทำความเย็นของเหลวอุณหภูมิปานกลางและความดันสูงให้เป็นสารทำความเย็นของเหลวอุณหภูมิต่ำและความดันต่ำ ทำให้สารทำความเย็นเข้าสู่กล่องระเหยได้ เพื่อดูดซับความร้อนในห้องโดยสาร

เครื่องปรับอากาศรถยนต์ประกอบด้วยระบบทำความเย็น ระบบทำความร้อน และระบบระบายอากาศ ทั้งสามระบบนี้ประกอบกันเป็นชุดเครื่องปรับอากาศรถยนต์ หลักการของการทำความเย็นยานพาหนะเชื้อเพลิงแบบดั้งเดิมคือสี่ขั้นตอนของการบีบอัด การควบแน่น การขยายตัว และการระเหย ดังแสดงในรูปที่ 1 ด้วยการทำซ้ำสี่ขั้นตอนเหล่านี้ จึงสามารถรับประกันการทำงานของระบบทำความเย็นได้ จากนั้นกล่องคอยล์เย็นจะยังคงทำให้ห้องโดยสารเย็นลง

รูปที่ 1

หลักการให้ความร้อนแก่ยานพาหนะที่ใช้เชื้อเพลิงแบบดั้งเดิมคือการใช้ความร้อนเหลือทิ้งของเครื่องยนต์เพื่อให้ความร้อนแก่ห้องโดยสารของยานพาหนะ ขั้นแรก น้ำหล่อเย็นที่มีอุณหภูมิสูงกว่าที่ออกมาจากแจ็คเก็ตน้ำหล่อเย็นของเครื่องยนต์จะเข้าสู่แกนอากาศอุ่น และอากาศเย็นจะถูกเป่าผ่านอากาศอุ่นผ่านพัดลม โดยหลักแล้ว ลมร้อนสามารถเป่าเข้าไปในห้องโดยสารเพื่อให้ความร้อนในห้องโดยสารหรือละลายน้ำแข็งที่หน้าต่างได้ หลังจากที่น้ำหล่อเย็นออกจากฮีตเตอร์ น้ำจะกลับสู่เครื่องยนต์เพื่อจบวงจร

1.2 ระบบปรับอากาศรถยนต์พลังงานใหม่และหลักการทำงาน

เนื่องจากอุปกรณ์ขับเคลื่อนของรถยนต์พลังงานใหม่และรถยนต์เชื้อเพลิงแบบดั้งเดิมมีความแตกต่างกัน คอมเพรสเซอร์เครื่องปรับอากาศของรถยนต์เชื้อเพลิงจึงขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ และคอมเพรสเซอร์เครื่องปรับอากาศของยานพาหนะพลังงานใหม่จึงขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ ดังนั้นคอมเพรสเซอร์เครื่องปรับอากาศในรถยนต์พลังงานใหม่จึงไม่สามารถขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ได้ และจะใช้คอมเพรสเซอร์ไฟฟ้าเพื่อบีบอัดสารทำความเย็น หลักการพื้นฐานของรถยนต์พลังงานใหม่นั้นเหมือนกับรถยนต์เชื้อเพลิงแบบดั้งเดิม ใช้การปล่อยความร้อนจากการควบแน่นและการดูดซับความร้อนจากการระเหยเพื่อทำให้ห้องโดยสารเย็นลง อย่างไรก็ตามคอมเพรสเซอร์จะเปลี่ยนเป็นคอมเพรสเซอร์แบบไฟฟ้า ปัจจุบันคอมเพรสเซอร์แบบโครงสร้างสโครลส่วนใหญ่จะใช้เพื่ออัดสารทำความเย็น

โหมดการทำความร้อนของรถยนต์พลังงานใหม่แตกต่างจากรถยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงแบบดั้งเดิมอย่างมาก เนื่องจากโหมดการทำความร้อนของยานพาหนะที่ใช้เชื้อเพลิงแบบดั้งเดิมคือการถ่ายเทความร้อนทิ้งของเครื่องยนต์ไปยังห้องโดยสารผ่านสารหล่อเย็นเพื่อให้ความร้อนแก่ห้องโดยสาร แต่รถยนต์พลังงานใหม่จะไม่มีอยู่หากไม่มีเครื่องยนต์ เครื่องยนต์จะทำความร้อนให้กับห้องโดยสาร ดังนั้นรถยนต์พลังงานใหม่จึงใช้โหมดการทำความร้อนแบบอื่นเพื่อให้ความร้อนแก่ห้องโดยสาร ต่อไปนี้เป็นวิธีการปรับอากาศและการทำความร้อนสำหรับรถยนต์พลังงานใหม่หลายวิธี

(1) ระบบทำความร้อนเซมิคอนดักเตอร์: เครื่องทำความร้อนเซมิคอนดักเตอร์ประกอบด้วยส่วนประกอบเซมิคอนดักเตอร์และเทอร์มินัลเพื่อทำหน้าที่ทำความเย็นและทำความร้อน ในระบบนี้ เทอร์โมคัปเปิ้ลเป็นส่วนประกอบพื้นฐานสำหรับการทำความเย็นและการทำความร้อน โครงสร้างดังแสดงในรูปที่ 2 อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์สองตัวเชื่อมต่อกันเป็นเทอร์โมคัปเปิ้ล และหลังจากใช้กระแส DC ความร้อนและอุณหภูมิที่แตกต่างกันจะถูกสร้างขึ้นที่อินเทอร์เฟซเพื่อให้ความร้อนภายในห้องโดยสาร ข้อได้เปรียบหลักของการทำความร้อนแบบเซมิคอนดักเตอร์คือสามารถให้ความร้อนแก่ห้องโดยสารได้อย่างรวดเร็ว ข้อเสียเปรียบหลักคือการให้ความร้อนแบบเซมิคอนดักเตอร์กินไฟมาก สำหรับรถยนต์พลังงานใหม่ที่ต้องเดินทางเป็นระยะทางไกล ข้อบกพร่องของมันก็ร้ายแรงมาก จึงไม่สามารถตอบสนองความต้องการของรถยนต์พลังงานใหม่เพื่อการประหยัดพลังงานเครื่องปรับอากาศได้ นอกจากนี้ยังมีความจำเป็นมากขึ้นสำหรับผู้ที่ต้องทำการวิจัยเกี่ยวกับวิธีการทำความร้อนเซมิคอนดักเตอร์และออกแบบวิธีการทำความร้อนเซมิคอนดักเตอร์ที่มีประสิทธิภาพและประหยัดพลังงาน

รูปที่ 2

1—ชั้นฉนวนไฟฟ้า 2—วัตถุที่จะระบายความร้อน; 3—แผ่นโลหะ; 4—เซมิคอนดักเตอร์ชนิด N;5—แผ่นโลหะ; 6—วัตถุที่ให้ความร้อน; 7—ชั้นฉนวนไฟฟ้า 8—เซมิคอนดักเตอร์ชนิด P

(2) การทำความร้อนด้วยอากาศค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเชิงบวก (PTC): ส่วนประกอบหลักของ PTC คือเทอร์มิสเตอร์ซึ่งถูกให้ความร้อนด้วยลวดความร้อนไฟฟ้าและเป็นอุปกรณ์ที่แปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานความร้อนโดยตรง ระบบทำความร้อนด้วยอากาศ PTC จะเปลี่ยนแกนอากาศอุ่นของยานพาหนะเชื้อเพลิงแบบดั้งเดิมให้เป็นเครื่องทำความร้อนอากาศ PTC โดยจะใช้พัดลมขับอากาศภายนอกให้ร้อนผ่านเครื่องทำความร้อน PTC และส่งอากาศร้อนเข้าไปภายในห้องโดยสารเพื่อให้ความร้อนแก่ห้องโดยสาร มันกินไฟฟ้าโดยตรง ดังนั้นเมื่อเปิดเครื่องทำความร้อน การใช้พลังงานของยานพาหนะพลังงานใหม่ก็ค่อนข้างมากเช่นกัน

(3) เครื่องทำความร้อนน้ำหล่อเย็น PTC: เครื่องทำความร้อนน้ำหล่อเย็น PTC และเครื่องทำความร้อนอากาศ PTC ทั้งคู่สร้างความร้อนผ่านการใช้ไฟฟ้า แต่ระบบทำน้ำร้อนจะใช้ PTC เพื่อให้ความร้อนแก่น้ำหล่อเย็นก่อน หลังจากที่ให้ความร้อนแก่สารหล่อเย็นจนถึงอุณหภูมิที่กำหนด สารหล่อเย็นจะถูกสูบเข้าไปในแกนเครื่องทำความร้อนจะแลกเปลี่ยนความร้อนกับอากาศโดยรอบ และพัดลมจะส่งอากาศร้อนเข้าไปในห้องโดยสารเพื่อให้ความร้อนแก่ห้องโดยสาร จากนั้นน้ำหล่อเย็นจะถูกให้ความร้อนผ่าน PTC และหมุนเวียนไปมา ระบบทำความร้อนนี้เชื่อถือได้และปลอดภัยกว่าระบบระบายความร้อนด้วยอากาศ PTC

(4) ระบบปรับอากาศแบบปั๊มความร้อน: หลักการของระบบปรับอากาศแบบปั๊มความร้อนนั้นเหมือนกับระบบปรับอากาศรถยนต์แบบดั้งเดิม แต่เครื่องปรับอากาศแบบปั๊มความร้อนสามารถตระหนักถึงการแปลงการทำความร้อนและความเย็นในห้องโดยสาร ใช้วาล์วถอยหลังสี่ทิศทางเพื่อเปลี่ยนทิศทางการไหลของสารทำความเย็นในระบบจึงทำให้ระบายความร้อนได้ กระบวนการแลกเปลี่ยนความร้อน เนื่องจากเครื่องปรับอากาศแบบปั๊มความร้อนไม่ได้ใช้ไฟฟ้าโดยตรงเพื่อสร้างความร้อน เครื่องปรับอากาศแบบปั๊มความร้อนจึงประหยัดพลังงานมากกว่าเครื่องทำความร้อน PTC ปัจจุบันเครื่องปรับอากาศแบบปั๊มความร้อนมีการผลิตจำนวนมากในรถยนต์บางคัน