Запуск двигателя в мороз с помощью предпускового подогревателя
Предпусковой подогреватель — незаменимый помощник зимой
Автоновости дня, 23 февраля 2014, 12:33Сегодня рынок предлагает богатый выбор предпусковых подогревателей двигателя. Это устройства, облегчающие запуск замерзшего двигателя путем подогрева охлаждающей жидкости. В зависимости от того, каким образом создается тепловая энергия в подогревателе, их подразделяют на электрические, жидкостные и тепловые. Данный прибор работает по принципу кипятильника. Подогревается антифриз, салон, а также подзаряжается аккумуляторная батарея, которая, несомненно, должна быть хорошего качества и работать долговечно, ведь от нее также в высокой степени зависит успешность старта двигателя. Специалисты рекомендуют приобрести продукцию марки Bosch, либо аккумулятор Varta купить. Кроме того, можно почитать отзывы реальных владельцев о батареях менее именитых производителей.
Электрические подогреватели работают от сети электричества. Они достаточно популярны как в России, так и за рубежом. Устанавливаются подогреватели в блоке цилиндров, либо в патрубке системы охлаждения. Состоит предпусковой подогреватель из электронного блока управления устройством, модуля подзарядки аккумулятора, нагревательного элемента. К явным преимуществам данного вида подогревателей относятся не высокая стоимость, бесшумная работа, быстрота нагрева и отсутствие токсичных отходов. Единственный минус – необходимость наличия розетки переменного тока, что позволяет воспользоваться таким видом подогрева только в гараже или около дома.
Жидкостные подогреватели – это дизельные или бензиновые автономные отопители, получившие наибольшее признание и распространение. Их удобство состоит в том, что они автономны и работают от топлива, находящегося в бензобаке автомобиля. В результате работы данного подогревателя нагревается антифриз, а так же воздух салона. Дополнительной опцией здесь выступает дистанционное управление, что дает возможность подготовить автомобиль, не выходя из дома. Недостаток таких предпусковых подогревателей заключается в высокой цене и необходимости привлечения высококвалифицированного специалиста для установки.
Тепловые аккумуляторы – это новинка, но уже зарекомендовавшая себя простотой в обращении и высокой эффективностью. По своему устройству «аккумуляторы тепла» напоминают термос (цилиндр из металла с вакуумной изоляцией), в котором находится горячий антифриз. Утром антифриз выпускают, и двигатель прогревается за несколько минут.
Устройство и характеристики. Все о предпусковых обогревателях и отопителях
Устройство и характеристики
Принципы работы
В основе работы неавтономных подогревателей лежат два хорошо известных физических явления: подогрев с помощью электрической энергии и теплообмен в жидкой среде, называемый конвекцией. Хотя оба явления известны, но использование конвекции в подогревателях имеет дополнительную особенность. Главное, что конвекция охлаждающей жидкости происходит в замкнутом объеме и тесном пространстве системы охлаждения двигателя с установленным в ней подогревательным элементом. Нагретая жидкость расширяется, ее плотность (и вес) становится меньше. В результате нагретая жидкость перемещается вверх относительно более холодной ее части. Конвекция приводит к выравниванию температуры жидкости, а при постоянном подводе теплоты от подогревателя в системе охлаждения возникают стационарные конвекционные потоки, или, иными словами, имеет место термосифонная циркуляция жидкости. Чтобы подогрев двигателя был эффективным, необходима интенсивная конвекция. При встраивании подогревателя в блок цилиндров двигателя управлять конвекцией при установке, естественно, невозможно. Для получения эффективного подогрева установщики и пользователи систем подогрева следуют рекомендациям их изготовителей, которые выбирают и опытным путем находят наиболее подходящие места установки подогревателей.
При использовании подогревателей, подключаемых к системе охлаждения с помощью шлангов, картина несколько иная. Эффективность конвекции и, следовательно, подогрева в большей степени зависит от длины и мест подсоединения шлангов, а также от конфигурации их прокладки. Т. е. степень конвекции зависит от технологии установки. Установка шланговых подогревателей не столь однозначна по сравнению со встраиваемыми в блок двигателей подогревателями. Более того, в российских условиях часто используют шланговые подогреватели, когда в наличии нет апробированного изготовителем типа подогревателя. Для этого случая инструкция по установке изготовителем не разработана и приходится использовать общие рекомендации фирм-изготовителей по установке систем подогрева со шланговыми подогревателями. И все же иногда выполнить полностью приведенные рекомендации не удается, что приводит к слабому подогреву двигателя. Каков же выход? На «выручку» приходит система подогрева, в которой используется принудительная конвекция жидкости, достигаемая ее прокачкой специальным электронасосом. Такие системы подогрева весьма эффективны, и, несмотря на дополнительные затраты, они начали широко применяться на практике.
В системах подогрева со шланговыми подогревателями иногда применяется гидравлический элемент, называемый обратным клапаном. По сути это мембрана (лепесток или шарик), которая под действием гидравлического напора (или разряжения) жидкости отодвигается и обеспечивает проход жидкости в нужном направлении. Такой клапан может встраиваться в канал подогревателя или врезаться прямо в шланг.
Как известно, входной и выходной шланги подогревателя прокладываются с подъемом вверх. При неправильном или неудачном расположении шлангов нагретая подогревателем жидкость может пойти в обратном направлении через входной подводящий шланг, а не через выходной, и нужной циркуляции жидкости не будет. Тогда из-за ее отсутствия подогрев двигателя осуществляться тоже не будет. На помощь в этой ситуации приходит обратный клапан, который устранит проход жидкости от входного патрубка подогревателя в обратном направлении, обеспечив циркуляцию жидкости в правильном направлении и подогрев двигателя.
Устройство
Главным элементом неавтономной системы подогрева является подогревательный элемент (подогреватель). Типовая конструкция представляет собой отрезок цилиндрической трубы, в которую впаян нагревательный элемент с одной стороны и электрический разъем – с другой (рис. 3.1). Такой подогреватель предназначен для установки в технологические отверстия блока цилиндров, закрытые заглушкой.
Рис. 3.1. Подогреватели трубчатой конструкции: а) компании Calix; б) компании DEFA; в) компании «Лидер» (фото изготовителей).
Более мощные конструкции относятся к шланговым подогревателям. Выполнены они как герметичные камеры. В них встроены патрубки для подвода и выхода охлаждающей жидкости и электрический разъем. На патрубки подогревателя надеваются шланги, которые соединяются с системой охлаждения двигателя.
В комплект системы входят соединительные кабели различной длины: один сетевой кабель с розеткой и внутренний кабель в металлическом рукаве для установки в моторном отсеке. В системах DEFA и Calix предусмотрены и опционные элементы: зарядное устройство, таймер и отопитель салона (подробнее смотри ниже).
Характеристики и эффективность
Подогреватели различаются по величине электрической мощности. Для легковых автомашин предназначены подогреватели с мощностью 500–300 Вт, подогреватели для грузовых автомашин имеют мощность от 1000 до 2000 Вт. Мощность используемого шлангового подогревателя определяется объемом системы охлаждения (табл. 3.1).
Таблица 3.1. Рекомендуемая мощность подогревателя
Заметим, что в таблице 3.1 приведены всего лишь рекомендуемые значения мощности. На практике же установщики часто руководствуются правилом «маслом кашу не испортишь», выбирая более мощные подогреватели. В итоге увеличивается степень подогрева двигателя и уменьшается необходимое ему время. В среднем для подогрева двигателя достаточно времени 2–3 часа, после чего температура двигателя больше не повышается. Такое большое время подогрева объясняется медленностью процесса конвекции.
Важной характеристикой системы подогрева является значение превышения температуры нагретого двигателя над температурой внешней среды. Оно составляет не более 50 °C. К сожалению, его величина не приводится изготовителем. Определяется превышение опытным путем (см. ниже). Зная его величину, можно будет оценить температуру двигателя для конкретных условий. Например, если превышение составляет 35 °C, то двигатель при наружной температуре -30 °C прогреется до +5 °C, что гарантирует легкий пуск. А при наружной температуре -10 °C двигатель будет нагрет уже до +25 °C. Значение превышения может сильно различаться для разных автомобилей и типов подогревателей.
Неавтономные системы подогрева обеспечивают быстрый и эффективный подогрев двигателя легковых и грузовых автомобилей при использовании электроэнергии стандартной бытовой электросети 220 В, 50 Гц. При соответствующей комплектации одновременно с подогревом двигателя возможен заряд аккумулятора автомобиля, подогрев воздуха салона автомобиля и автоматическое управление включением системы.
Предпусковые подогреватели БЕЗ ПОМПЫ Северс-М
Предпусковые подогреватели Северс-М (без помпы, без монтажного комплекта)
Обогрев двигателя перед его запуском очень важен в условиях русской зимы. Подогреватель Северс-М отлично справляется с этой задачей.
Инструкции на подогреватели Северс-М содержат техническое описание, рекомендации по монтажу, паспорт изделия, гарантийный талон.
Инструкция на подогреватель Северс-М1.
Инструкция на подогреватели Северс-М2 2,0 кВт, Северс-М3 2,0 кВт, 3,0 кВт (Северс-М3 мощностью 2,5 кВт снят с производства).
Являясь официальным дилером крупнейшего производителя электрических подогревателей двигателя в России и СНГ — ЗАО «Лидер» (г.Тюмень), мы продаём подогреватели 220 В без помпы Северс-М по всей России, в том числе и . Работаем со всеми транспортными компаниями и с Почтой России. Всегда подбираем оптимальный по цене и срокам вариант доставки. Стоимость доставки подогревателя предпускового Северс-М по России от 200 руб, зависит от пункта назначения, выбранной модели предпускового подогревателя Северс-М (модели отличаются по стоимости и весу), а также от способа оплаты. Вес коробки с подогревателем Северс-М от 920 г (1,5 кВт) до 1400 г (3 кВт с бамперным разъемом). Размеры коробки с обогревателем Северс-М 1 кВт, 1,5 кВт, 2 кВт 10х14х20 см. Обогрев двигателя Северс-М3 2 кВт, 3 кВт и всех Северс-М с бамперным разъёмом 10х14х27 см. Размеры самого котла Северс-М 1 кВт, 1,5 кВт 150х75х75 мм.
Купить предпусковой подогреватель Северс-М очень просто — достаточно любым удобным способом оформить заказ на нашем сайте, и уже через несколько дней самый надёжный по оценкам экспертов подогрев двигателя 220В Северс-М вы сможете забрать в выбранном вами пункте выдачи транспортных компаний СДЭК, boxberry, dpd или в ближайшем отделении Почты России . Также возможна доставка курьером. Мы всегда предлагаем выбрать удобный Вам способ оплаты заказа: оплата при получении или предоплата по выставленному счёту. Точную стоимость и сроки доставки в мы сообщим Вам по телефону в процессе уточнения деталей заказа.
Как работает подогреватель Северс-М?
Предпусковой подогреватель Северс-М встраивается в систему охлаждения автомобиля
Работа предпусковых подогревателей 220 В без помпы основана на принципе термосифона или естественной циркуляции охлаждающей жидкости.
Охлаждающая жидкость нагревается в корпусе подогревателя. Более лёгкая нагретая жидкость поднимается вверх (в двигатель), а ее место в подогревателе занимает холодная, которая также постепенно прогревается. Происходит постоянное движение жидкости по замкнутому кругу. Чтобы избежать перегрева охлаждающей жидкости, в подогревателе имеется встроенный терморегулятор, который, при достижении максимальной температуры +70 градусов отключает нагревательный элемент электроподогревателя.
Время разогрева двигателя зависит от климатических условий (температура, ветер), а также от условий стоянки автомобиля (открытая стоянка, гараж). Примерно за 1 час (с поправками на внешние условия) обогреватель «Северс-М» прогреет жидкость в системе до температуры около +70 С. В итоге получаем теплый мотор. Завел с полоборота и поехал!
Вы приобретаете Северс-М и монтажный комплект для вашего автомобиля. Монтажный комплект представляет собой набор всего необходимого для установки. Все под рукой! Не нужно бежать в магазин!
Если есть возможность, рекомендуем устанавливать на СТО. Но каждый монтажный комплект снабжен подробной инструкцией по установке. Соблюдая ее требования и рекомендации, вы можете установить подогреватель Северс-М самостоятельно. Как показывает практика, даже самостоятельная установка занимает 2-4 часа (у профессионалов – еще быстрее).
«Северс-М» — проверенные временем, людьми, машинами и суровыми зимами подогреватели с естественной циркуляцией. Прогрев занимает примерно 1–1,5 часа, в зависимости от температуры и объёма двигателя. Жидкость движется по системе охлаждения по мере нагревания естественным путем — теплая поднимается вверх, холодная занимает ее место в подогревателе и также прогревается. Удобство такого подогревателя в том, что к нему разработано более 120 монтажных комплектов для конкретных моделей автомобилей. Разработаны модели «Северс-М» мощностью 1; 1,5; 2 и 3 кВт, которые предназначены для различных машин — от малолитражек до грузовиков.
Технические характеристики Северс-М
- Мощность «Северс-М»: 1,0; 1,5; 2,0; 3,0 кВт в зависимости от модели
- Мощность «Северс-М» с бамперным разъемом: 1,0; 1,5; 2,0; 3,0 кВт в зависимости от модели
- Габаритный размеры: 158мм длина * 104 мм* 80мм
- Длина шнура для модели «Северс-М»: 1,5 м
- Длина шнура для модели «Северс-М» с бамперным разъемом: 1,5 м до разъема (эта часть всегда находится под капотом!), 1,5 м от бамперного разъема до вилки.
- Работает от электросети, номинальное напряжение: 220В
- Род тока: переменный
- Частота тока: 50 Гц
- Корпус из анодированного алюминия
- Терморегулятор (температура срабатывания 90°С (не ниже)
- Термовыключатель (температура срабатывания 140°С (не выше)
Герметичная конструкция корпуса с электронагревательным элементом, полностью исключающая попадание охлаждающей жидкости в электрическую часть
Малые габариты позволяют удобно разместить подогреватель в подкапотном пространстве
Продукт сертифицирован и прошел испытания.
Гарантия со дня продажи 2 года.
Рассмотрим достоинства и недостатки предпусковых подогревателей Северс-М в сравнении с подогревателями Северс+.
Недостатки подогревателей Северс-М:
1) Не очень быстрый прогрев. Подогреватели Северс-М без помпы, поэтому они прогревают двигатель автомобиля медленнее, чем подогреватели Северс+ или Северс+Премиум, которые, в свою очередь, оснащены помпой.
2) Немного сложнее установка. Для того, чтобы обеспечить нормальную естественную (термосифонную) циркуляцию охлаждающей жидкости, Северс-М должен монтироваться строго в нижнюю точку системы охлаждения. Т.е. при монтаже не обойтись без ямы или подъёмника. Из-за этого при установке в сервисе цена на установку Северс-М может быть выше цены на установку Северс+.
3) Необходимо отдельно приобретать монтажный комплект. Хотя заводом-изготовителем и производятся монтажные комплекты для большинства моделей автомобилей, но их может не быть в наличии в Вашем городе.
Однако в России остаётся немало поклонников подогревателей Северс-М. И это легко объяснить, т.к. у Северс-М есть качества, которых нет у Северс+.
Преимущества подогревателей Северс-М:
1) Более низкая цена, чем у подогревателей Северс+ с помпой.
2) Отсутствие помпы — это не только недостаток, но и преимущетсво, т.к. в подогревателе без помпы практически нечему ломаться, кроме ТЭНа.
3) Монтаж строго в нижнюю точку системы охлаждения уменьшает риск завоздушивания подогревателя. А именно завоздушивание — основная причина перегорания ТЭНа.
Рекомендации по установке предпускового подогревателя Северс-М:
Проверьте систему охлаждения перед установкой. Данные подогреватели разработаны для антифриза или тосола. В системе охлаждения не допускается наличие осадка или посторонних включений, а также любых присадок для устранения течи радиатора.
Электроподогреватель Северс-М должен быть установлен в горизонтальном положении (выход чуть выше, чем вход, угол отклонения от горизонтали 5-10 градусов) входным и выходным патрубками вверх. Подогреватель должен располагаться в максимально низкой точке. Соединение подогревателя с системой охлаждения должно осуществляться в двух удаленных друг от друга местах (вход подогревателя и выход из подогревателя).
Вход подогревателя должен соединяться с нижней точкой системы охлаждения; выход из подогревателя с верхней точкой (см. рис. 1 и 5).
Вход в подогреватель НЕ должен располагаться выше точки присоединения к двигателю (рис.2).
Выход из подогревателя не должен иметь дугообразных перегибов, в которых может скапливаться воздух, препятствующий циркуляции жидкости (рис.3).
При присоединении подогревателя к патрубкам через тройники нельзя производить врезку между термостатом и радиатором, т.к. при таком соединении греться будет радиатор, а не двигатель (рис.4).
| Общие схемы установки подогревателя Северс-М на двигатель | |||
| № | Расположение термостата | На блоке двигателя имеется сливная пробка | На блоке двигателя отсутствует сливная пробка |
| 1 | Если термостат находится на нижнем патрубке радиатора | 1) забор ОЖ из блока двигателя со сливной пробки через штуцер, подача ОЖ в верхний патрубок радиатора через тройник. | 1) забор ОЖ с патрубка «обратки» печки через тройник, подача ОЖ в верхний патрубок радиатора через тройник |
| 2 | Если термостат находится на верхнем патрубке радиатора | 1) забор ОЖ с нижнего шланга радиатора через тройник, подача ОЖ в блок двигателя в сливную пробку через штуцер. | 1) забор ОЖ с нижнего шланга радиатора через тройник, подача ОЖ в шланг «подачи» печки. |
| 2) забор ОЖ со сливной пробки блока двигателя через штуцер, подача ОЖ в шланг «подачи» печки. | 2) забор ОЖ с патрубка «обратки» печки через тройник, подача ОЖ в шланг «подачи» печки через тройник. | ||
Применяемость универсального монтажного комплекта №3000, для автомобилей японского производства:
| HONDA | |||
| № | Марка автомобиля | Модель двигателя | Примерная схема установки подогревателя |
| 1 | Honda StepWGN | K20A |
Забор ОЖ: с патрубка обратки печки в передней части двигателя, перед входом в термостат, через тройник. |
| 2 | Honda CR-V | B20B |
Забор ОЖ: из блока двигателя со сливной пробки через штуцер. Подача ОЖ: в верхний патрубок радиатора через тройник. |
| 3 | Honda Stream | D17A |
Забор ОЖ: из патрубка обратки печки перед входом в термостат через тройник. Подача ОЖ: в верхний патрубок радиатора через тройник. |
| 4 | Honda fit |
Забор ОЖ: со сливного отверстия в блоке двигателя через штуцер. Подача ОЖ: в верхний патрубок радиатора через тройник. |
|
| 5 | Honda FR-V | К20А |
Забор ОЖ: со сливного отверстия в блоке двигателя через штуцер или с патрубка обратки печки. Подача ОЖ: в верхний патрубок радиатора через тройник. |
| 6 | Honda Torneo, Аccord | (doнc,vtec) |
Забор ОЖ: с обратного патрубка печки через тройник. Подача ОЖ: в верхний патрубок радиатора через тройник. |
| 7 | Honda Torneo | F18B |
Забор ОЖ: с патрубка обратки печки через тройник. Подача ОЖ: в блок в сливную пробку через штуцер. |
| 8 | Honda Civic Hybrid | LD02 или L13A |
Забор ОЖ: со сливного отверстия в блоке двигателя через штуцер. Подача ОЖ: в верхний патрубок радиатора через тройник, в сливной пробке сверлится отверстие и нарезается резьба под штуцер. |
| Mitsubishi | |||
| № | Марка автомобиля | Модель двигателя | Примерная схема установки подогревателя |
| 1 | Mitsubishi L-200 2008 г | 2,5 дизель |
Забор ОЖ: с обратного патрубка печки через тройник. Подача ОЖ: в верхний патрубок радиатора через тройник. Дополнительно нужно будет самостоятельно найти тройник 35*35*14. |
| 2 | Mitsubishi Padgero | 4D56 | Забор ОЖ: со сливной пробки блока цилиндров через штуцер. Подача ОЖ: в верхний патрубок радиатора при условии, что термостат на нижнем патрубке, либо к крану отопителя. Дополнительно нужно будет самостоятельно найти тройник 35*35*14. |
| 3 | Mitsubishi Galant | 4G63 2.0 | Забор ОЖ: со сливной пробки блока цилиндров через штуцер. Подача ОЖ: в верхний патрубок радиатора при условии, что термостат на нижнем патрубке, либо к крану отопителя. |
| 4 | Mitsubishi Delika | 4M40 |
Забор ОЖ: с патрубка обратки печки через тройник. Подача ОЖ: в сливную пробку в блоке двигателя через штуцер. |
| 5 | Mitsubishi canter | 4d33 | Забор ОЖ: со сливного отверстия в блоке двигателя через штуцер. Подача ОЖ: в верхний патрубок радиатора через тройник. |
| 6 | Mitsubishi Padgero IO | 4G93 |
Забор ОЖ: со сливного отверстия в блоке двигателя через штуцер. Подача ОЖ: в верхний патрубок радиатора через тройник. Дополнительно нужно будет самостоятельно найти тройник 35*35*14. |
| 7 | Mitsubishi Outlender XL | 6B31 |
Забор ОЖ: со сливного отверстия в блоке двигателя через штуцер или с патрубка обратки печки через тройник. Подача ОЖ: в верхний патрубок радиатора через тройник. Дополнительно нужно будет самостоятельно найти тройник 35*35*14. |
| Nissan | |||
| № | Марка автомобиля | Модель двигателя | Примерная схема установки подогревателя |
| 1 | Nissan | SR20 |
Забор ОЖ: со сливной пробки блока цилиндров через штуцер. Подача ОЖ: в верхний патрубок радиатора через тройник при условии, что термостат на нижнем патрубке, либо к крану отопителя. |
| 2 | Nissan maksima, cefiro | VQ 20 |
Забор ОЖ: с блока двигателя через угольник и штуцер. Подача ОЖ: в верхний патрубок радиатора. Дополнительно нужно будет самостоятельно найти угольник К1/4. |
| 3 | Nissan primera | GA16DE | Забор ОЖ: со сливного отверстия в блоке двигателя через штуцер. Подача ОЖ: в верхний патрубок радиатора через тройник. |
| 4 | Nissan March | CG 10 |
Забор ОЖ: с обратки печки через тройник. Подача ОЖ: в печной шланг который заходит в головку (подача печки). Дополнительно к нему нужно будет найти самостоятельно тройник 28*28*14. |
| 5 | Nissan Pathfinder | YD |
Забор ОЖ: со сливной пробки, которая находится возле термостата через удлинитель и штуцер. Подача ОЖ: в верхний патрубок радиатора через тройник. Дополнительно нужно будет самостоятельно найти тройник 35*35*14 и удлинитель. |
| Suzuki | |||
| № | Марка автомобиля | Модель двигателя | Примерная схема установки подогревателя |
| 1 | Suzuki esсudo | J 20 A |
Забор ОЖ: с патрубка обратки печки через тройник. Подача ОЖ: в заглушку блока двигателя через штуцер. |
| 2 | Suzuki SX 4 |
1)Забор ОЖ: с патрубка обратки печки через штуцер. Подача ОЖ: в верхний патрубок радиатора при условии что в нём нет термостата. 2)Забор ОЖ: со сливной пробки блока цилиндров через штуцер. Подача ОЖ: в шланг печки не связанный с помпой через тройник. |
|
| 3 | Suzuki esсudo | G16A | Забор ОЖ: с нижнего шланга радиатора через тройник. Подача ОЖ: в патрубок подачи печки через тройник. |
| Toyota | |||
| № | Марка автомобиля | Модель двигателя | Примерная схема установки подогревателя |
| 1 | Toyota | 3s-fe | Забор ОЖ: со сливного отверстия в блоке двигателя через штуцер. Подача ОЖ: в верхний патрубок радиатора через тройник. |
| 2 | Toyota | 1jz | Забор ОЖ: с обратного патрубка печки через тройник. Подача ОЖ: в верхний патрубок радиатора через тройник. |
| 3 | TOYON ACE | 2СТ | Забор ОЖ: с нижнего патрубка радиатора через тройник или с обратного патрубка печки через тройник. Подача ОЖ: в сливное отверстие блока двигателя через штуцер. |
| 4 | Toyota Lit Ace | 3с |
Забор ОЖ: с нижнего патрубка радиатора через тройник. Подача ОЖ: в сливное отверстие блока двигателя через штуцер. |
| 5 | Toyota | 1NZ-FE | Забор ОЖ: патрубка обратки печки через тройник. Подача ОЖ: в сливное отверстие блока двигателя через штуцер. |
| 6 | Toyota Sprinter 96 г. | 5A-FE | Забор ОЖ: со сливного отверстия в блоке двигателя через штуцер. Подача ОЖ: в верхний патрубок радиатора через тройник. |
| 7 | Toyota Авенсис | 1zz |
Забор ОЖ со сливного отверстия в блоке двигателя через штуцер. Подача ОЖ: в верхний патрубок радиатора через тройник. |
| 8 | Toyota Land Cruiser 80 | 1 HD — T | Забор ОЖ: со сливной пробки блока цилиндров через штуцер. Подача ОЖ: в верхний патрубок радиатора при условии, что термостат на нижнем патрубке, либо к крану отопителя. |
| 9 | Toyota BB | 2NZ | Забор ОЖ: со сливной пробки блока цилиндров через штуцер. Подача ОЖ: в верхний патрубок радиатора при условии, что термостат на нижнем патрубке, либо к крану отопителя. |
| 10 | Toyota Surf | 3RZ |
Забор ОЖ: со сливной пробки блока цилиндров через штуцер. Подача ОЖ: в верхний патрубок радиатора при условии, что термостат на нижнем патрубке, либо к крану от
Обратный звонок Мы перезвоним вам сами Результаты поиска |
Как работает автомобильный обогреватель?
Система обогрева вашего автомобиля спроектирована так, чтобы вам было тепло, когда температура падает, а также в сырую или ветреную погоду. Система охлаждения двигателя вашего автомобиля напрямую связана с системой отопления, и если вы чувствуете, что она не работает должным образом, важно ее проверить! Нельзя допускать перегрева двигателя, поскольку это может привести к его серьезному повреждению.
Из чего состоит автомобильный обогреватель?
В вашей системе отопления есть несколько основных компонентов, таких как сердцевина обогревателя, вентилятор нагнетателя, регулирующий клапан обогревателя, шланги обогревателя и панель управления обогревом, вентиляцией и кондиционированием воздуха, которая находится внутри кабины автомобиля.Система охлаждения двигателя состоит из компонентов, которые взаимодействуют с системой отопления: термостата, радиатора, водяного насоса и охлаждающей жидкости.
Как работает система отопления?
Тепло, создаваемое двигателем, накапливается и должно куда-то уходить, большая часть этого тепла будет направлена через выхлопную систему, а оставшееся тепло останется в отливке двигателя, передаваясь охлаждающей жидкости.
Когда ваш автомобиль достигнет рабочей температуры, термостат откроется и позволит охлаждающей жидкости из системы охлаждения циркулировать через канал двигателя, отводя тепло от двигателя и отправляя его в радиатор.Затем он будет циркулировать в сердечнике обогревателя, который распределяет это тепло по вашей кабине. Вы управляете обогревателем и вентиляторами, чтобы определить, сколько тепла вы хотите передать в кабину.
Сердечник отопителя можно найти под приборной панелью или панелью управления отоплением, вентиляцией и кондиционером на стороне пассажира автомобиля. Нагреватель имеет вход и выход, через которые хладагент проходит через активную зону. Электродвигатель нагнетателя будет продувать воздух через сердечник обогревателя в салон автомобиля.Клапан управления нагревателем — это устройство, которое регулирует поток горячей охлаждающей жидкости двигателя через сердечник нагревателя. Этот клапан помогает контролировать тепло внутри кабины.
Чтобы обогреватель работал правильно, система охлаждения должна быть в хорошем состоянии. Правильная смесь охлаждающей жидкости и воды, а также полные уровни охлаждающей жидкости без утечек также очень важны для обеспечения полного рабочего состояния. Термостат должен открываться и закрываться при надлежащих уровнях температуры и не заедать, водяной насос должен работать, чтобы он мог циркулировать охлаждающую жидкость через двигатель, радиатор и сердечник нагревателя.Поддержание чистоты сердцевины нагревателя и радиатора и отсутствия утечек поможет гарантировать, что они могут должным образом рассеивать тепло от двигателя.
Где я могу отремонтировать автомобильный обогреватель?
Правильное обслуживание системы охлаждения важно для ее эффективной работы. Если вы чувствуете, что вам необходимо проверить систему охлаждения и / или обогревателя, почему бы не получить предложение от одного из наших местных механиков в вашем районе?
ПОЛУЧИТЬ ЦЕНУ
Как работает (или не работает обогреватель вашего автомобиля)
В компании A / C Pro мы сосредоточены на том, чтобы помогать людям сохранять спокойствие с помощью наших комплектов для ремонта автомобильных кондиционеров.
Но с приближением зимы и понижением температуры водители выключают кондиционер и включают отопитель. Поскольку обогреватель и кондиционер настолько тесно связаны между собой, что у них одни и те же части, мы подумали, что некоторые из наших домашних мастеров хотели бы знать, как на самом деле работает вся система климат-контроля.
Подпись: 1. Двигатель, 2. Термостат, 3. Водяной насос, 4. Радиатор, 5. Сердечник нагревателя, 6. Вентилятор нагнетателя
Жара
Мы уже объяснили, как работает автомобильный кондиционер и как он охлаждает воздух, пропуская его через часть, похожую на радиатор, называемую «испаритель».”
В нагревателе используется похожая на вид деталь, называемая «сердечник нагревателя». Однако вместо того, чтобы быть просто , как , радиатором, сердцевина нагревателя буквально — это радиатор. Он выглядит и работает так же, как уменьшенная версия радиатора в передней части автомобиля.
А как радиатор работает? Что ж, для этого требуется охлаждающая жидкость — смесь воды и антифриза примерно 50/50 — которая прокачивается через двигатель, чтобы предотвратить его перегрев. Двигатель прогревает охлаждающую жидкость, иногда до температуры, близкой к температуре кипения (около 200 градусов).Затем горячая жидкость протекает через радиатор, где тепло поглощается воздухом, проходящим через его металлические ребра.
Когда вы включаете автомобильный обогреватель, горячая охлаждающая жидкость течет от двигателя к сердечнику обогревателя, который находится внутри приборной панели автомобиля. Вентилятор (тот же, что используется в кондиционере) продувает воздух через сердечник обогревателя, при этом нагретый воздух проходит через вентиляционные отверстия автомобиля и нагревает салон.
Управление
Каким образом один вентилятор и система вентиляции обеспечивают подачу горячего, холодного или промежуточного воздуха? Ключ — это серия маленьких дверок, которые открываются или закрываются, чтобы направлять воздух туда, где это необходимо.Одна дверца открывается, чтобы пропустить воздух через сердечник обогревателя, когда вы включаете обогреватель, и закрывает сердечник, когда включен кондиционер. Если вам нужен только слегка теплый воздух, дверца будет открываться только частично, так что нагревается только часть воздуха.
Другие двери управляют отводом воздуха, направляя воздух к дефростатору, полу или вентиляционным отверстиям приборной панели, в зависимости от выбранных вами настроек.
Что могло пойти не так?
Мы не производим ремонтные комплекты для автомобильных обогревателей, но все же полезно знать, что может привести к выходу обогревателя из строя и что вы можете сделать, чтобы это исправить.
- Медленный нагрев. Автомобильные обогреватели получают тепло от двигателя (если у вас нет электромобиля, и в этом случае тепло вырабатывается за счет электричества). Таким образом, ваш обогреватель не будет выделять тепло, пока двигатель не прогреется. А поскольку сердцевина нагревателя работает как второй радиатор, она фактически помогает охладить двигатель и не дает ему так быстро нагреваться. Таким образом, вы можете получить горячий воздух быстрее, дождавшись прогрева двигателя, прежде чем включать обогреватель.
- Нет тепла, но горячий двигатель и низкий уровень охлаждающей жидкости. Отопитель не может прогреться, если в него не поступает охлаждающая жидкость из двигателя. Таким образом, если уровень охлаждающей жидкости станет слишком низким, нагреватель останется холодным, а сам двигатель начнет перегреваться. А это плохо. Итак, вам нужно остановиться, заглушить двигатель и проверить уровень охлаждающей жидкости (о чем мы здесь говорим). Если она низкая, необходимо долить охлаждающую жидкость, а затем найти и устранить утечку. (Проверьте половицу со стороны пассажира; если она влажная, утечка, вероятно, находится внутри самого сердечника обогревателя.)
- Нет тепла, но горячий двигатель и полная охлаждающая жидкость. Если ваш обогреватель холодный, ваш двигатель перегревается, но уровень охлаждающей жидкости в норме, это говорит о том, что охлаждающая жидкость не циркулирует в системе. Это может означать, что у вас плохой водяной насос, поскольку он отвечает за циркуляцию охлаждающей жидкости. Или может случиться так, что термостат, который представляет собой клапан, регулирующий поток охлаждающей жидкости через двигатель, застрял в закрытом положении. Любая часть должна быть заменена.
- Без тепла и холодного двигателя. Если двигатель работает необычно холодно и не нагревается во время движения, возможно, термостат застрял в открытом положении.Замена термостата решит проблему.
- Нет тепла, но нормальная температура двигателя и уровень охлаждающей жидкости. В этом случае дверь, которая должна открываться и пропускать воздух через сердечник обогревателя, может застрять закрытой.
- Горячий воздух, но поток воздуха слабый или отсутствует, даже когда вентилятор работает на максимальной мощности. Ваш вентилятор может сломаться. В этом случае ваш кондиционер также не будет работать, пока вы не замените воздуходувку.
Некоторые из этих ремонтов нагревателя могут быть достаточно простыми, чтобы вы могли их выполнить самостоятельно, но ни один из них не является таким простым и надежным, как использование A / C Pro для ремонта вашего кондиционера.
Чтобы узнать больше о том, как работает двигатель и аксессуары вашего автомобиля, ознакомьтесь с нашей серией Pop the Hood. Вы также можете подписаться на нас в Twitter или Facebook, чтобы получить больше советов и рекомендаций по уходу за автомобилем.
Использование отработанного тепла двигателя в автомобильных двигателях
Автопроизводители улучшают экономию топлива, используя новый подход к управлению, использующий отходящее тепло от двигателей транспортных средств. В настоящее время до 65% тепловой энергии, производимой в двигателях внутреннего сгорания, будь то бензин или дизель, тратится впустую.Обычно трансмиссия или двигатель рассеивают тепло за счет конвекции, где оно переносится в охлаждающий контур или теряется из выхлопной трубы с выхлопными газами.
Совместная группа компаний Chrysler и Центра автомобильных исследований Университета штата Огайо недавно разработала практический подход к максимальному повышению эффективности трансмиссии и снижению расхода топлива и выбросов углекислого газа. Совместно промышленные инженеры и исследователи вместе со студентами определили, как улавливать и эффективно распределять полезную тепловую энергию между трансмиссионными и моторными маслами с точки зрения управления, для чего потребовалось дополнительное оборудование, такое как трансмиссионный теплообменник и связанная с ним сантехника, а также новое программное обеспечение. .Масло с более высокой температурой менее вязкое, поэтому для работы требуется меньший крутящий момент, а трансмиссия и двигатель могут работать с более высоким механическим КПД.
Контроль температуры масла
Автопроизводители могут повысить экономию топлива за счет выбора оптимальной архитектуры контуров охлаждающей жидкости, теплообменников и устройств регулирования расхода. Целью этой работы было быстрое разогревание масел трансмиссии и запуск при немного более высокой температуре без дополнительной гидравлической мощности.Кевин Лабо, который возглавляет группу управления температурным режимом силовой трансмиссии в Chrysler Advanced Powertrain Group, Детройт, штат Мичиган, и возглавлял группы моделирования и тестирования, говорит, что задача заключалась в том, чтобы распределить тепло наиболее эффективным способом.
В настоящее время до 65% тепловой энергии, производимой в двигателях внутреннего сгорания, тратится впустую.
«Сначала нам нужно было понять, сколько тепла было доступно от трансмиссии во время различных ездовых циклов и в условиях холодного пуска», — говорит он.Путем моделирования тепловых компонентов, которые контролируют нагрев силового агрегата, таких как электронный термостат, охлаждающие вентиляторы, жалюзи гриля и водяной клапан, они определили наилучший способ распределения доступной энергии.
Команда провела симуляции, чтобы максимизировать эффективность трансмиссии и минимизировать расход топлива в различных условиях движения, а также протестировала свой подход, основанный на моделях, путем подачи управляющих команд на исполнительные механизмы, которые регулируют нагрев трансмиссии на тестовом автомобиле. Они контролировали температуру охлаждающей жидкости двигателя, температуру моторного масла, температуру трансмиссионного масла и расход топлива автомобиля, и в конечном итоге не обнаружили необходимости в дополнительной мощности насоса охлаждающей жидкости для быстрого прогрева и контроля трансмиссионных масел.
Все приводы должны были работать согласованно, чтобы быстро нагревать масло и поддерживать постоянную температуру. Открытие жалюзи гриля или включение электрического вентилятора потребляет электроэнергию. Совместное управление исполнительными механизмами — это новый способ решения проблемы терморегулирования. По словам Лабое, хотя он и более сложен, он позволяет системе достигать постоянной температуры быстрее и во всех рабочих условиях, что продлевает срок службы каждого терморегулирующего привода.
Значительная экономия топлива
Группа обнаружила, что использование отработанного тепла с оптимальным управлением постоянно обеспечивает более высокие температуры масла и значительно сокращает время прогрева.Это привело к повышению экономии топлива почти на 4% по сравнению с традиционными стратегиями управления температурным режимом. Наибольший прирост эффективности достигается при нагреве масла при холодном пуске, и примерно половина улучшений достигается за счет силового агрегата и трансмиссии.
Этот тип системы используется рядом поставщиков, чаще всего в Европе, но еще не появился на рынке во многих регионах мира. Лабое говорит, что продемонстрированное увеличение экономии топлива является значительным.Эта технология приближается к будущим нормативным обязательствам, и Chrysler заинтересован в этом подходе, поскольку он способствует экономии топлива за счет использования доступной энергии и, что наиболее важно, может быть включен в существующие архитектуры силовых агрегатов.
Дебби Снайдерман — генеральный директор VI Ventures LLC, компании по техническому консалтингу.
Сначала нам нужно было понять, сколько тепла было доступно от трансмиссии во время различных ездовых циклов и условий холодного пуска. Кевин Лабое, Группа передовых силовых агрегатов Chrysler
Что такое тепловой двигатель? | Ан-Обзор
В этой статье описывается тепловой двигатель, который является известным типом двигателей. В термодинамике и технике тепловой двигатель — это устройство, которое преобразует тепловую или тепловую мощность в механическую, которую можно использовать для выполнения различных механических работ. Это достигается перемещением рабочего материала с более высокой температуры на более низкую.
Источник тепла производит тепловую энергию, которая нагревает рабочий материал и преобразует его температуру в высокую.Этот рабочий материал производит работу в рабочем теле двигателя и в то же время передает тепловую энергию резервуару с холодной жидкостью до тех пор, пока он не достигнет состояния с необходимой низкой температурой. В этой процедуре некоторая тепловая мощность преобразуется в работу, используя свойства рабочего материала.
Когда кто-то потирает руку одной рукой, тогда возникает трение из-за трения. Это трение преобразует механическую энергию (движения рук) в тепло (руки становятся более горячими). Тепловой двигатель работает в противоположных направлениях, потому что этот тип двигателя берет энергию из теплой энергии (по сравнению с окружающей средой) и преобразует ее в движение.Обычно это движение преобразуется в электрическую энергию с помощью генератора.
В тепловых двигателях используются разные рабочие материалы, но в основном в этих двигателях используются жидкости или газ. В этой процедуре небольшая часть тепла обычно теряется в окружающую среду, и эта часть тепла не может быть преобразована в конечную продукцию. Кроме того, некоторая часть энергии не может быть использована из-за сопротивления и силы трения.
Тепловые двигатели вырабатывают почти все виды энергии, которые используются для электричества и транспорта.Почти все предметы, даже газы, обладают тепловой энергией, которая может превращаться в ценную энергию. Тепловой двигатель передает энергию из горячего места в холодное и преобразует часть энергии в механическую. Температурный зазор необходим для работы теплового двигателя.
Первым источником вдохновения для термодинамических исследований была попытка извлечь как можно больше энергии из теплового двигателя. До сих пор израсходованы многочисленные виды топлива, такие как уран, уголь, бензин и т. Д. Все эти тепловые машины по-прежнему работают в условиях ограничений, накладываемых вторым законом термодинамики.Это означает, что для нагрева газа использовались разные виды топлива, и для отвода остаточного тепла требуется большой охлаждающий бак. Таким образом, отработанное тепло, образующееся в результате этого процесса, обычно попадает в окружающую среду или в большое количество воды, например реки, озера или моря.
В зависимости от типа двигателя используются различные методы, например сжигание для воспламенения топлива (уголь и бензин) или использование энергии ядерного процесса для выработки тепла (например, урана), но цель этих процессов одинакова (преобразование тепло в полезную работу).Наиболее распространенными примерами теплового двигателя являются двигатели различных транспортных средств, например, грузовиков, автобусов, автомобилей и т. Д. Большинство гидроэлектростанций, таких как атомные, газовые, угольные и гидроэлектростанции, также имеют тепловые двигатели.
Типы тепловых двигателей:
Есть два самых известных типа тепловых двигателей.
- Двигатель внешнего сгорания (ECE)
- Двигатель внутреннего сгорания (ДВС)
Описание этих двигателей приводится ниже.
1) Двигатель внешнего сгорания
Двигатель внешнего сгорания — это известный тип теплового двигателя, в котором рабочее тело воспламеняется за счет сгорания от внешнего источника через стенку теплообменника или двигателя. Эти двигатели не подходят для внутренней части автомобиля, как двигатель внутреннего сгорания. Двигатель внешнего сгорания крепится к внешней части автомобиля. В этом двигателе сгорание не происходит в цилиндре, а поршень приводится в движение паром.Это к тому месту.
Внешняя камера сгорания содержит смесь воздуха и топлива, которая воспламеняется с выделением тепла. Вырабатываемое тепло используется для нагрева внутренней жидкости через стенку теплообменника или двигателя. При нагревании жидкость расширяется и воздействует на механизмы двигателя, создавая движение и полезную работу. Затем эту жидкость наливают (открытый цикл) или охлаждают, сжимают и снова используют (замкнутый цикл). Двигатель внешнего сгорания использует сгорание в первую очередь как среду тепла, и этот двигатель одинаково хорошо работает с другими типами источников тепла.
Паровая машина является примером двигателя внешнего сгорания. Большая часть мировой электроэнергии производится с помощью паровых турбин. В киловаттах пар по-прежнему остается лучшим, даже если он превосходит двигатель внутреннего сгорания. Еще один пример — двигатель Стирлинга, который в настоящее время играет только нишевую функцию. В некоторых типах газовых турбин используется внешняя циркуляция. Он может быстро расширяться с образованием сверхкритического диоксида углерода в качестве рабочей жидкости.
Поезд с паровым двигателем также является хорошо известным примером двигателя внешнего сгорания.
Работа двигателя EC
Двигатель внешнего сгорания — это тепловой двигатель, который преобразует тепловую энергию в механическую энергию, нагревая циркулирующую рабочую среду за счет сжигания топлива.
Новый тип ЕС-двигателя использует водород в качестве рабочего тела (среда передачи энергии известна как рабочее тело) и заполняет четыре закрытых цилиндра через определенное количество рабочего тела. Один конец цилиндра используется как холодильная камера, а другой конец — как горячая камера.Рабочее тело сжимается в холодной камере, а затем быстро нагревается и расширяется в горячей камере. Двигатель внешнего сгорания предотвращает детонацию обычных двигателей внутреннего сгорания, что приводит к низким эксплуатационным расходам, низкому уровню загрязнения и низкому уровню шума.
В двигателяхEC могут использоваться различные горючие газы, включая жидкое топливо, дизельное топливо, водородный газ, нефтяной газ, биогаз, природный газ и другие сжиженные углеводородные газы.
12.4 Приложения термодинамики: тепловые двигатели, тепловые насосы и холодильники — физика
Тепловые двигатели, тепловые насосы и холодильники
В этом разделе мы исследуем, как работают тепловые двигатели, тепловые насосы и холодильники с точки зрения законы термодинамики.
Одна из самых важных вещей, которые мы можем сделать с теплом, — это использовать его для работы за нас. Тепловой двигатель делает именно это — он использует свойства термодинамики для преобразования тепла в работу. Бензиновые и дизельные двигатели, реактивные двигатели и паровые турбины, вырабатывающие электричество, — все это примеры тепловых двигателей.
На рис. 12.13 показан один из способов передачи энергии теплом для выполнения работы. Сгорание топлива высвобождает химическую энергию, которая передает тепло по газу в цилиндре.Это увеличивает температуру газа, что, в свою очередь, увеличивает давление газа и, следовательно, силу, которую он оказывает на подвижный поршень. Газ действительно воздействует на внешний мир, поскольку эта сила перемещает поршень на некоторое расстояние. Таким образом, передача энергии газу в баллоне приводит к выполнению работы.
Рис. 12.13 (a) Передача тепла газу в баллоне увеличивает внутреннюю энергию газа, создавая более высокое давление и температуру. (b) Сила, действующая на подвижный цилиндр, действительно работает, когда газ расширяется.Давление и температура газа снижаются во время расширения, указывая на то, что внутренняя энергия газа уменьшилась по мере его работы. (c) Теплопередача энергии в окружающую среду дополнительно снижает давление в газе, так что поршень может более легко вернуться в исходное положение.
Чтобы повторить этот процесс, поршень необходимо вернуть в исходную точку. Тепло теперь передает энергию от газа к окружающей среде, так что давление газа снижается, и окружающая среда оказывает силу, толкающую поршень назад на некоторое расстояние.
Циклический процесс возвращает систему, например газ в баллоне, в исходное состояние в конце каждого цикла. Все тепловые двигатели используют циклические процессы.
Тепловые двигатели работают, используя часть энергии, передаваемую теплом от какого-либо источника. Как показано на рисунке 12.14, тепло передает энергию QhQh от высокотемпературного объекта (или горячего резервуара), тогда как тепло передает неиспользованную энергию QcQc низкотемпературному объекту (или холодному резервуару), и работа, выполняемая объектом двигатель Вт .В физике резервуар определяется как бесконечно большая масса, которая может принимать или выводить неограниченное количество тепла в зависимости от потребностей системы. Температура горячего резервуара — Th, Th, а температура холодного резервуара — TcTc.
Рис. 12.14 (а) Тепло самопроизвольно передает энергию от горячего объекта к холодному, что согласуется со вторым законом термодинамики. (б) Тепловой двигатель, представленный здесь кружком, использует часть энергии, передаваемой теплом, для выполнения работы.Горячие и холодные предметы называются горячими и холодными резервуарами. Q h — тепло, выходящее из горячего резервуара, W — рабочий выход, а Q c — неиспользованное тепло в холодный резервуар.
Как уже отмечалось, циклический процесс возвращает систему в исходное состояние в конце каждого цикла. Внутренняя энергия такой системы, U , одинакова в начале и в конце каждого цикла, то есть ΔU = 0ΔU = 0 . Первый закон термодинамики гласит, что ΔU = Q − W, ΔU = Q − W, где Q — это чистая теплопередача во время цикла, а W — чистая работа , выполняемая системой.Чистая теплопередача — это энергия, передаваемая за счет тепла из горячего резервуара, за вычетом количества, которое передается в холодный резервуар (Q = Qh-QcQ = Qh-Qc). Поскольку нет изменения внутренней энергии для полного цикла (ΔU = 0ΔU = 0 ) имеем
, так что
Следовательно, чистая работа, выполненная системой, равна чистому теплу, поступающему в систему, или
для циклического процесса.
Поскольку горячий резервуар нагревается извне, а это энергоемкий процесс, важно, чтобы работа выполнялась как можно более эффективно.Фактически, мы хотим, чтобы W равнялся QhQh, и чтобы не было тепла в окружающую среду (то есть Qc = 0Qc = 0). К сожалению, это невозможно. Согласно второму закону термодинамики, тепловые двигатели не могут иметь совершенного преобразования тепла в работу. Вспомните, что энтропия — это мера беспорядка в системе, а также количество энергии, недоступной для выполнения работы. Второй закон термодинамики требует, чтобы полная энтропия системы либо увеличивалась, либо оставалась постоянной в любом процессе.Следовательно, существует минимальное количество QhQh, которое нельзя использовать для работы. Количество тепла, отводимого в холодный резервуар, Qc, Qc, зависит от эффективности теплового двигателя. Чем меньше прирост энтропии, ΔSΔS , чем меньше значение QcQc, и тем больше тепловой энергии доступно для выполнения работы.
Тепловые насосы, кондиционеры и холодильники используют теплопередачу энергии от низких до высоких температур, что противоположно тому, что делают тепловые двигатели. Тепло передает энергию QcQc из холодного резервуара и передает энергию QhQh в горячий.Для этого требуется ввод работы, Вт, , которая производит передачу энергии за счет тепла. Таким образом, общая теплоотдача в горячий резервуар составляет
.Назначение теплового насоса — передача энергии посредством тепла в теплую среду, например, в дом зимой. Большим преимуществом использования теплового насоса для поддержания тепла в вашем доме, а не просто сжигания топлива в камине или печи, является то, что тепловой насос подает Qh = Qc + WQh = Qc + W. Тепло QcQc поступает от наружного воздуха даже при температуре ниже нуля в помещение.Вы платите только за W и получаете дополнительную теплоотдачу QcQc извне бесплатно. Во многих случаях в отапливаемое пространство передается как минимум вдвое больше энергии, чем используется для работы теплового насоса. Когда вы сжигаете топливо, чтобы согреться, вы платите за все. Недостатком теплового насоса является то, что входная работа (требуемая вторым законом термодинамики) иногда бывает дороже, чем просто сжигание топлива, особенно если работа обеспечивается за счет электроэнергии.
Основные компоненты теплового насоса показаны на рисунке 12.15. Используется рабочая жидкость, например хладагент. В наружных змеевиках (испарителе) тепло QcQc поступает в рабочую жидкость из холодного наружного воздуха, превращая ее в газ.
Рисунок 12.15 Простой тепловой насос состоит из четырех основных компонентов: (1) испаритель, (2) компрессор, (3) конденсатор и (4) расширительный клапан. В режиме обогрева тепло передает QcQc рабочему телу в испарителе (1) от более холодного наружного воздуха, превращая его в газ. Компрессор с электрическим приводом (2) увеличивает температуру и давление газа и нагнетает его в змеевики конденсатора (3) внутри отапливаемого пространства.Поскольку температура газа выше, чем температура в комнате, тепло передает энергию от газа к комнате, когда газ конденсируется в жидкость. Затем рабочая жидкость охлаждается, поскольку она течет обратно через расширительный клапан (4) к змеевикам испарителя наружного блока.Компрессор с электрическим приводом (рабочая мощность W ) повышает температуру и давление газа и нагнетает его в змеевики конденсатора, которые находятся внутри отапливаемого пространства. Поскольку температура газа выше, чем температура внутри комнаты, тепло передает энергию в комнату, и газ конденсируется в жидкость.Затем жидкость течет обратно через расширительный (понижающий давление) клапан. Жидкость, охлажденная за счет расширения, возвращается к змеевикам испарителя наружного блока для возобновления цикла.
О качестве теплового насоса судят по тому, сколько энергии передается теплом в теплое пространство (QhQh) по сравнению с тем, сколько требуется входной работы ( Вт, ).
Поддержка учителей
Поддержка учителей
Предупреждение о неправильном представлении
Помните, что холодильники и кондиционеры не создают холода.Они просто передают тепло изнутри наружу.
Вернемся к закону идеального газа, законам термодинамики и энтропии. Используйте их, чтобы понять, как работают кондиционеры и холодильники. Это также даст вам возможность оценить свое понимание этих концепций. И в холодильниках, и в кондиционерах используются химические вещества, которые могут легко переходить из жидкой фазы в газообразную и обратно. Химическое вещество присутствует в замкнутом контуре трубопровода. Изначально он находится в газообразном состоянии.Компрессор сжимает частицы газа, являющиеся химическим веществом, ближе друг к другу, создавая высокое давление. Следуя закону идеального газа, с увеличением давления увеличивается и температура. Этот горячий плотный газ распространяется по небольшим трубкам или ребрам конденсатора, который расположен на внешней стороне кондиционера (и на задней стороне холодильника). Ребра контактируют с наружным воздухом, который холоднее сжатого химического вещества, и, следовательно, как показывает энтропия, тепло передает энергию от горячего конденсатора к относительно более холодному воздуху.В результате газ охлаждается и конденсируется в жидкость. Затем эта жидкость попадает в испаритель через крошечное узкое отверстие. По другую сторону отверстия газ расширяется (увеличивается энтропия), и его давление падает. Следовательно, согласно закону идеального газа, его температура также понижается. Вентилятор обдувает этот уже остывший испаритель в комнату или в холодильник (рис. 12.16).
Рисунок 12.16 Тепловые насосы, кондиционеры и холодильники — это тепловые двигатели, работающие в обратном направлении.Практически в каждом доме есть холодильник. Большинство людей не осознают, что они тоже делят свои дома с тепловым насосом.
Кондиционеры и холодильники предназначены для охлаждения веществ путем передачи энергии посредством тепла QcQc из прохладной среды в более теплую, где тепло QhQh отдается. В случае холодильника тепло отводится из внутренней части холодильника в окружающую комнату. Для кондиционера тепло передается на улицу из дома. Тепловые насосы также часто используются в реверсивном режиме для охлаждения помещений летом.
Как и в случае с тепловыми насосами, для передачи тепла от холода к теплу требуется вводимая работа. О качестве кондиционеров и холодильников судят по тому, сколько энергии отводится теплом QcQc из холодной окружающей среды, по сравнению с тем, сколько работы требуется, Вт . Таким образом, то, что считается преимуществом энергии в тепловом насосе, в холодильнике считается отработанным теплом.
Преобразование энергии и тепловые двигатели
(Немного термодинамики)
Будь то уголь, нефть, газ или ядерная энергия, 80% электроэнергии в мире получают из источников тепла, и почти все используемые процессы преобразования энергии преобразуют тепловую энергию в электрическую энергию, включая промежуточный этап преобразования тепловой энергии в электрическую энергию. механическая энергия в некоторой форме теплового двигателя.Чтобы удовлетворить эту потребность, был разработан широкий спектр систем преобразования энергии для оптимизации процесса преобразования в доступный источник тепла.
Несмотря на более чем 250-летнюю разработку с момента первого запуска парового двигателя Джеймса Ватта, лучший коэффициент преобразования, достигнутый сегодня, составляет всего около 60% для паровых и газотурбинных систем с комбинированным циклом.КПД в диапазоне от 35% до 45% чаще встречается для паровых турбин, от 20% до 30% для поршневых двигателей и всего 3% для океанских тепловых электростанций. На этой странице описаны некоторые термодинамические аспекты различных типичных тепловых двигателей. Более подробные описания этих движков можно найти на других страницах этого сайта по ссылкам ниже.
Эффективность тепловых двигателей была впервые исследована Карно в 1824 году и расширена Клапейроном, который предоставил аналитические инструменты в 1834 году, и Кельвином, который сформулировал второй закон термодинамики в 1851 году, и, наконец, Клаузиусом, который ввел понятие энтропии в 1865 году.
Термодинамическая система
Каждая термодинамическая система существует в определенном состоянии, которое определяется свойствами ее компонентов, такими как тепло, температура, давление, объем, плотность, энтропия и фаза (жидкость, газ и т. Д.) В данный момент времени. Термодинамика касается преобразования тепла и других форм энергии в системе и связанных с ней потоков энергии.
В термодинамическом цикле энергия применяется в одной форме для изменения состояния системы, а затем энергия извлекается в другой форме, чтобы вернуть систему в исходное состояние. В тепловом двигателе энергия применяется в виде тепла для изменения состояния рабочего тела, а затем извлекается в виде механической работы, чтобы вернуть рабочее тело в исходное состояние. Другими словами, тепловой двигатель — это система, в которой энергия обменивается между системой преобразования энергии и окружающей средой.
Важно отметить, что хотя рабочая жидкость в тепловом двигателе может работать в замкнутом цикле, «система» и «состояние системы» определены как включающие как физический «двигатель», так и рабочую среду. или окрестности.
Тепловые двигатели
Тепловые двигатели используют ряд методов для передачи тепла и преобразования изменений давления и объема в механическое движение.
Из законов о газе PV = кН T
, где P, — давление, V, — объем и T, — температура газа
.и k — постоянная Больцмана, а N — количество молекул в газовом заряде.
Подача энергии в виде тепла в газ увеличивает его температуру, но в то же время газовые законы означают, что давление или объем газа, или и то, и другое должны увеличиваться пропорционально.Газ можно вернуть в исходное состояние, снова забрав эту энергию, но не обязательно в виде тепла. Изменение давления и / или объема можно использовать для выполнения работы путем перемещения механического устройства соответствующей конструкции, такого как поршень или лопатка турбины.
Чем больше изменение температуры, тем больше энергии может быть извлечено из жидкости.
| Тепловой двигатель как часть системы Тепловые двигатели позволяют преобразовывать тепловую энергию в кинетическую через среду рабочего тела.
На диаграмме напротив показан тепловой поток системы. Тепло передается от источника через рабочую жидкость в тепловом двигателе в сток, и в этом процессе часть тепла преобразуется в работу.
Теория теплового двигателя касается только процесса преобразования тепла в механическую энергию, а не метода получения тепла, процесса сгорания.Сжигание — это отдельный процесс преобразования, который сам по себе снижает эффективность. В некоторых практических системах, таких как паровые турбины, эти два процесса физически разделены, но в двигателях внутреннего сгорания, которые составляют большинство двигателей, эти два процесса происходят в одной камере в одно и то же время. |
Энтропия
Концепция энтропии полезна для понимания преобразования энергии в системе, потоков энергии и работы тепловых двигателей.Слово «энтропия» происходит от греческого «преобразование». Хотя энтропия впервые была определена для термодинамических приложений, эта концепция использовалась в других областях науки, особенно в электрохимии и коммуникациях. Таким образом, существует множество определений энтропии, некоторые из которых противоречивы или сбивают с толку. Следующие три примера согласованы и используются в контексте тепловых двигателей.
- Энтропия мера беспорядка системы.
- Энтропия мера количества энергии, которая недоступна для выполнения работы.
- Энтропия S — это переменная состояния для обратимого (без потерь) процесса, изменение которого в любой точке цикла определяется как:
dS = dQ / T
Где Q — тепло в Джоулях, поступающее в систему в любой момент цикла
и T — температура в ° K в точке ввода тепла
Примером может служить температура замкнутого объема газа, повышенная за счет тепла от источника энергии или резервуара.
По мере увеличения температуры газа беспорядок или кинетическая энергия его молекул увеличивается, что означает, что его энтропия увеличивается. Это сопровождается изменением состояния газа, объем или давление которого увеличивается в зависимости от типа оболочки.
Второй закон термодинамики
Второй закон касается изменения энтропии. В разных формах это можно сформулировать следующим образом;
- Энтропия изолированной системы, которая не находится в равновесии, будет иметь тенденцию увеличиваться со временем, приближаясь к максимальному значению, когда система находится в равновесии
- В любом циклическом процессе энтропия либо возрастет (или в идеальной системе останется прежней).
Неравенство Клаузиуса
Теорема Клаузиуса — еще одна формулировка Второго закона. Таким образом:
∫dQ / T < 0 (интегрально около одного полного цикла)
Интеграл представляет собой чистое изменение энтропии рабочего тела в течение одного полного теплового цикла, когда рабочее тело в тепловом двигателе возвращается в исходное состояние.На первый взгляд может показаться, что это нарушит второй закон, поскольку он показывает, что изменение энтропии всегда будет нулевым или отрицательным, и мы знаем, что энтропия может только увеличиваться или оставаться неизменной.
Объяснение заключается в том, что уравнение относится к потоку энергии между тепловым двигателем и окружающей средой во время цикла.
В идеальном (обратимом) тепловом цикле изменение энтропии будет нулевым, однако для реальной (необратимой) системы энтропия в рабочей жидкости будет увеличиваться во время процессов преобразования энергии, но рабочая жидкость завершит цикл в В том же состоянии, что и в начале, этот избыток энтропии должен быть передан из «двигателя» в окружающую среду (холодный резервуар).Интеграл Клаузиуса относится к выбросу этой избыточной энтропии из теплового двигателя в окружающую среду. Это согласуется со вторым законом, поскольку любой реальный цикл двигателя приведет к тому, что в окружающую среду будет передано больше энтропии, чем было взято из нее, что приведет к общему чистому увеличению энтропии всей системы.
Одним из следствий потери энтропии тепловым двигателем является то, что будет меньше доступной энергии для выполнения полезной работы.
Процессы теплового двигателя
|
|
Тепловой цикл включает три или более основных термодинамических основных процесса, обычно четыре, для преобразования состояния рабочего тела и возврата его в исходное состояние.Эти; сжатие, добавление тепла, расширение и отвод тепла, и каждый из этих процессов может осуществляться при одном или нескольких из следующих условий:
|
Анализ теплового цикла
Характеристики теплового цикла, связанного с тепловым двигателем, обычно описываются с помощью двух диаграмм изменения состояния: PV-диаграмма, показывающая зависимость давления от объема, и TS-диаграмма, показывающая зависимость температуры-энтропии.
При постоянной массе газа тепловая машина работает в повторяющемся цикле, а ее фотоэлектрическая диаграмма будет представлять собой замкнутую цифру
Примеры, иллюстрирующие процессы преобразования энергии, используемые в некоторых идеальных, закрытых и открытых системах, показаны ниже.
Работа, выполненная в течение одного цикла нагрева
Механическая работа, выполняемая системой, определяется уравнением:
W = — ∫P.dV (интегрально для одного полного цикла)
На фотоэлектрической диаграмме этот интеграл эквивалентен прилагаемой площади. по кривой.
КПД теплового двигателя
Карно показал, что максимальный КПД η , который может быть достигнут от тепловой машины, определяется выражением:
η = (T h — T c ) / T h или η = 1 — T c / T h
Примечания по эффективности
- Эффективность может быть повышена за счет максимального увеличения разницы между температурами горячего входного и холодного выхлопа рабочего тела во время теплового цикла.
- Эффективность всех систем открытого цикла страдает из-за потери тепла в высокотемпературных выхлопных газах.
- Эффективность также снижается из-за потерь на трение при использовании вращающегося оборудования, из-за энергии, потребляемой на стадии сжатия, и из-за энергии накачки в I.C.E.
- Большинство систем преобразования энергии представляют собой многоступенчатые системы, поэтому общая производительность системы также зависит от других факторов, таких как эффективность сгорания топлива, используемого для выработки тепла, и эти факторы эффективности или потерь не зависят от и являются дополнительными к: основной тепловой (Карно) цикл рабочего тела.
- КПД Карно представляет собой совершенство и не является хорошим показателем для сравнения производительности реальных систем преобразования энергии. Реальные системы настолько разнообразны, что не существует простого теоретического стандарта для сравнения, кроме соотнесения фактического выхода энергии системы с теплотворной способностью используемого топлива.
Варианты тепловых двигателей
Для оптимизации конструкции с учетом различных приоритетов, таких как:
- Максимальная термодинамическая эффективность за цикл.
- Максимальная частота повторения цикла (максимальная мощность)
- Максимальная мощность (максимальный крутящий момент)
- Минимальный расход топлива
- Возможность использования альтернативных видов топлива
- Простота механики
Ниже приведены некоторые примеры.
Краткое описание процессов, используемых во всех этих циклах, приведено в таблице ниже.
Цикл Карно
Тепловой двигатель Карно — это гипотетический идеальный двигатель, работающий по обратимому циклу Карно. Он используется в качестве эталонного цикла, хотя, по иронии судьбы, о создании настоящих двигателей Карно не известно. Это замкнутый цикл с использованием внешнего нагрева.
Цикл Карно при работе в качестве теплового двигателя состоит из следующих этапов:
| Изменить Гос. |
Процесс теплового цикла Карно es |
| от A до B |
Обратимое изотермическое сжатие холодного газа. Изотермический отвод тепла. Газ запускается при «холодной» температуре. Тепло уходит из газа в низкотемпературную среду. |
| B к C |
Обратимое адиабатическое сжатие газа. При сжатии температура газа повышается до «горячей» температуры. Ни тепла, ни тепла. |
| От C до D |
Обратимое изотермическое расширение горячего газа.Подвод изотермического тепла. Поглощение тепла от источника высокой температуры. Расширяющийся газ для работы с окружающей средой (например, перемещение поршня). |
| от D до A |
Обратимое адиабатическое расширение газа. Газ продолжает расширяться, выполняя внешнюю работу. Расширение газа вызывает его охлаждение до «холодной» температуры. Тепло не выделяется и не теряется. |
Если цикл нагрева выполняется по часовой стрелке, как показано на приведенной выше диаграмме, двигатель использует тепло для работы в сети. Если цикл работает в обратном направлении (против часовой стрелки), он использует работу для передачи тепловой энергии от более холодной системы к более теплой, тем самым действуя как холодильник или тепловой насос. См. ниже.
Еще одно явное нарушение второго закона? Диаграмма TS (энтропия) показывает, что энтропия в замкнутом цикле уменьшается!
Объяснение заключается в том, что диаграмма TS показывает потоки энтропии в замкнутом цикле, но, хотя цикл рабочей жидкости замкнут, тепловой двигатель является частью более крупной замкнутой системы, которая включает в себя окружение.В обратимой системе происходит обмен энтропией между тепловым двигателем и окружающей средой, и общая энтропия системы не изменяется. В необратимой системе происходит такой же обмен, но общая энтропия системы фактически увеличивается.
Цикл Стирлинга
Цикл Стирлинга подробно описан в разделе о двигателях Стирлинга. Подобно двигателю Карно, он также является воздушным двигателем с замкнутым циклом внешнего сгорания.
| ΔT = 0 (Постоянная температура — изотермическая) |
ΔV = 0 (Постоянный объем — изометрический) |
Двигатель Стирлинга использует следующие процессы
| Изменить Гос. |
Процессы теплового цикла двигателя Стирлинга |
| от A до B |
Изотермическое сжатие .Отвод тепла в холодный сток и сжатие холодного воздуха в цилиндре |
| B к C |
Изометрическая теплопередача Тепло, передаваемое от регенератора воздуху в цилиндре, увеличивает давление |
| От C до D |
Изотермическое расширение . Добавляется тепло, и воздух в цилиндре расширяется. |
| от D до A |
Изометрический отвод тепла Тепло, поглощаемое регенератором |
Цикл Эрикссона
Двигатель Ericsson, похожий на двигатель Стирлинга, но использующий открытый цикл, представляет собой двигатель внешнего сгорания с регенератором, в котором используется механическая конфигурация двойного действия. Эрикссон также производил версии своих двигателей с замкнутым циклом.
Цикл Ренкина (цикл пара)
Цикл Ренкина описывает системы с замкнутым циклом, использующие внешние источники тепла и двухфазные рабочие жидкости, которые поочередно конденсируются в жидкую форму и испаряются в газообразную форму по мере того, как они расширяются и сжимаются во время теплового цикла. Этот процесс подробно описан в разделе о паровых турбинах, которые являются основными крупномасштабными приложениями, зависящими от цикла Ренкина.
Примечание: Поскольку работа, выполняемая системой в течение одного цикла, равна площади, ограниченной диаграммой теплового цикла, информацию, отображаемую на диаграммах, можно использовать для выбора подходящей рабочей жидкости с оптимальными характеристиками и установки ее оптимальные рабочие пределы и условия.
Цикл Ренкина использует следующие процессы
| Изменить Гос. |
Процессы теплового цикла Ренкина |
| 1 по B |
Рабочая жидкость (вода) нагревается до насыщения (фазовый переход / точка кипения) в процессе постоянного давления. |
| B до 2 |
После достижения насыщения происходит дальнейшая теплопередача при постоянном давлении до полного испарения рабочего тела (качество 100% / сухой пар) |
| от 2 до 3 |
Пар изоэнтропически расширяется (без добавления или потери тепла) через ступень турбины для создания работы, вращающей вал.Давление пара (пара) падает, когда он проходит через турбину и выходит под низким давлением. |
| от 3 до 4 |
Рабочая жидкость проходит через конденсатор, где она конденсируется (фазовый переход) в жидкость (воду). |
| от 4 до 1 |
Рабочая жидкость закачивается обратно в котел. |
Перегрев пара до очень высоких температур используется в большинстве установок, чтобы максимизировать разницу температур между горячей и холодной фазами жидкости, чтобы максимизировать эффективность Карно.
Цикл Ренкина также используется в низкотемпературных приложениях, для которых невозможно получение высокотемпературного пара, такого как пар.Примерами являются генераторы OTEC и генераторы, зависящие от солнечного тепла.
Цикл Стоддарда
Двигатель Стоддарда — это двигатель внешнего сгорания, аналогичный двигателю Стирлинга, использующий однофазные рабочие жидкости, такие как воздух или другие газы. Расположение клапана уменьшает мертвое пространство рабочего тела, обеспечивая большую эффективность.
Цикл Ленуара
Двигатель Ленуара был первым двигателем внутреннего сгорания.Все двигатели внутреннего сгорания — это двигатели с открытым циклом, которые получают свежий заряд рабочего тела с каждым тепловым циклом. В этих двигателях рабочим телом является топливно-воздушная смесь, которая сжигается в двигателе. Механическая рабочая мощность двигателя возникает за счет расширения горячих горящих газов.
Цикл Отто
Цикл Отто — это стандартный открытый цикл, используемый в четырехтактных бензиновых двигателях внутреннего сгорания с искровым зажиганием.Подробно он описан в разделе «Поршневые двигатели».
| ΔS = 0 (Постоянная энтропия — адиабатическая) |
ΔV = 0 (Постоянный объем — изометрический) |
Цикл Отто использует следующие процессы
| Изменить Гос. |
Процессы теплового цикла Отто |
| от A до B |
Ход сжатия .Адиабатическое сжатие топливовоздушной смеси в цилиндре |
| B к C |
Зажигание смеси сжатого воздуха и топлива в верхней части такта сжатия, в то время как объем практически постоянен. |
| От C до D |
Ход расширения (мощности) .Адиабатическое расширение горячих газов в цилиндре. |
| от D до A |
Exhaust Stroke Выброс отработанных горячих газов. Индукционный ход Впуск следующего заряда воздуха в цилиндр. Объем выхлопных газов такой же, как и заряд воздуха. |
Цикл Аткинсона
Цикл Аткинсона — это вариант цикла Отто, который эффективно увеличил степень расширения двигателя по сравнению со степенью сжатия за счет использования сложной связи коленчатого вала.Это позволяет такту выпуска быть длиннее такта впуска, и, следовательно, рабочий объем будет другим. Большее расширение позволяет извлекать больше энергии из топливного заряда и позволяет двигателю работать с меньшей температурой. Это обеспечивает лучшую эффективность за счет удельной мощности.
Цикл Миллера
Цикл Миллера — это еще одна вариация цикла Отто, обеспечивающая асимметричные степени сжатия и расширения за счет регулирования фаз газораспределения.Такты впуска и выпуска идентичны в этом двигателе, но фаза фаз газораспределения эффективно снижает расход топлива / воздуха на впуске. Он имеет те же преимущества и недостатки, что и двигатель Аткинсона.
Дизельный цикл
Дизельный двигатель подробно описан в разделе, посвященном поршневым двигателям. В дизельном цикле тепло подается при постоянном давлении, тогда как в цикле Отто тепло подается в постоянном объеме.Подобно двигателю Отто, дизель также является двигателем внутреннего сгорания с замкнутым циклом, но вместо использования искры для воспламенения топлива воспламенение достигается за счет быстрого сжатия топливно-воздушной смеси до более высокого давления, чем в двигателе Отто. Более высокая степень сжатия позволяет дизелю достичь большей эффективности.
| ΔS = 0 (Постоянная энтропия — адиабатическая) |
ΔV = 0 (Постоянный объем — изометрический) |
Дизельный цикл использует следующие процессы
| Изменить Гос. |
Процессы теплового цикла Dieasel |
| от A до B |
Ход сжатия .Адиабатическое сжатие воздуха в цилиндре. Топливо еще не добавлено. |
| B к C |
Зажигание Изобарическое добавление тепла. Топливо вводится в сжатый воздух в верхней части такта сжатия. Топливная смесь загорелась при практически постоянном давлении. |
| От C до D |
Ход расширения (мощности) .Адиабатическое расширение горячих газов в цилиндре. |
| от D до A |
Exhaust Stroke Выброс отработанных горячих газов. Индукционный ход Впуск следующего заряда воздуха в цилиндр. Объем выхлопных газов такой же, как и заряд воздуха. |
Цикл Брайтона, также известный как цикл газовой турбины
Этот цикл описывает цикл непрерывного сгорания, который впервые был использован в поршневом двигателе Brayton.Хотя двигатели Брайтона больше не производятся, цикл Брайтона описывает тепловой цикл, используемый в современных газотурбинных двигателях.
| ΔS = 0 (Постоянная энтропия — адиабатическая) |
ΔS = 0 (Постоянное давление — изобарическое) |
Цикл Брайтона использует следующие процессы
| Изменить Гос. |
Процессы теплового цикла Брайтона |
| от A до B |
Адиабатическое сжатие .Воздух втягивается в турбину и сжимается в ступени компрессора. |
| B к C |
Изобарическое зажигание Топливо смешалось с воздухом под высоким давлением и сгорело при постоянном давлении. |
| От C до D |
Адиабатическое расширение Горячие газы расширяются в ступенях турбины. |
| от D до A |
Изобарический выхлоп Выброс отработанных горячих газов в окружающую среду под постоянным давлением. |
Сводка
Процессы теплового двигателя Сводка |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Тепловые насосы и холодильники — Системы сжатия пара
Парокомпрессионные тепловые насосы и холодильники имеют много общего с тепловыми двигателями.Разница в том, что тепловой цикл работает в обратном направлении.
- Тепловой насос предназначен для передачи тепла теплой среде.
- Холодильник предназначен для отвода тепла от холодного носителя.
Эти два процесса дополняют друг друга и работают по одним и тем же принципам. Оба они используют внешний источник энергии для передачи тепла «в гору» от холодной среды к теплой, которые изолированы или изолированы друг от друга.Единственная разница в том, является ли приоритет приложения эффектом нагрева или охлаждения.
Поскольку тепловой насос может обеспечивать как обогрев, так и охлаждение, стоимость системы управления климатом с тепловым насосом может быть распределена как на периоды нагрева, так и на сезоны охлаждения.
Системы сжатия пара и используют эффект Джоуля-Томсона и версию цикла ( Ранкина ) с различными рабочими жидкостями или хладагентами.
Рабочими жидкостями, используемыми в ранних системах сжатия, были токсичные газы, такие как аммиак (NH 3 ), метилхлорид (CH 3 Cl) и диоксид серы (SO 2 ), но после нескольких смертельных аварий в 1920-х годах, вызванный утечкой хлористого метила, поиск менее опасного хладагента привел к разработке фреона, хлорфторуглерода (CFC). Спустя десятилетия было обнаружено, что ХФУ ответственны за истощение озонового слоя, делая планету более подверженной изменению климата.В ответ на это был разработан ряд альтернативных хладагентов, не содержащих хлора, гидрофторуглеродов (ГФУ).
История
На схеме ниже показаны компоненты системы, а также потоки тепла и рабочей жидкости.
История
На диаграммах ниже показаны соответствующие диаграммы теплового цикла.
В таблице ниже показаны процессы, задействованные в системах сжатия пара
| Изменить Гос. |
Компрессия пара Тепловой насос и Холодильник Системы |
| 1-2 |
Рабочая жидкость (хладагент) в парообразном состоянии сжимается, повышая ее температуру. |
| от 2 до 3 |
Перегретый пар охлаждается до насыщенного пара. Тепло отводится от хладагента при постоянном давлении и отводится в окружающую среду. |
| от 3 до 4 |
Пар конденсируется при постоянной температуре в жидкость, выделяя больше тепла. |
| от 4 до 5 |
Расширительный клапан (дроссельная заслонка) создает внезапное снижение давления, которое снижает точку кипения жидкости, которая превращается в жидкость + пар, забирая тепло из среды, окружающей испаритель. |
| 5 до 1 |
Жидкость испаряется и расширяется при постоянном давлении, удаляя тепло из окружающей среды |
Абсорбция газа Холодильное оборудование Системы
Альтернативой парокомпрессионным холодильным установкам является система абсорбции газа, которая в своем простейшем варианте не имеет движущихся частей.Энергия для цикла рабочего тела и превращения горячего пара под высоким давлением обратно в жидкость парадоксальным образом обеспечивается за счет приложения большего количества тепла, а не с помощью компрессора, который используется в системе сжатия. Рабочая жидкость в типичной системе представляет собой аммиак, но для него необходимы две другие вспомогательные жидкости на разных стадиях цикла: газообразный водород для регулирования давления процесса испарения и вода, используемая в качестве поглотителя, для отделения аммиака от водорода. Система идеальна для мест, где нет электричества.
Процессы, связанные с использованием тепла для достижения охлаждения, описаны ниже.
| Изменить Гос. |
Поглощение газа Холодильное оборудование Системы |
| 1-2 |
Испаритель — этап 1. Рабочая жидкость (безводный аммиак) в жидком состоянии выпускается в испаритель, содержащий вспомогательный газ (водород), при повышенном давлении в системе, которое обычно достаточно высоко, чтобы удерживать аммиак в жидкости. состояние при комнатной температуре.(Водород не реагирует с аммиаком) (Аммиак кипит при -33 ° C при нормальном атмосферном давлении) |
| от 2 до 3 |
Испаритель — этап 2. При смешивании газов эффективное давление отдельных газов уменьшается, поскольку сумма парциальных давлений газов должна равняться давлению в системе, которое остается неизменным. (Закон Дальтона) Пониженное парциальное давление аммиака снижает его точку кипения до температуры ниже комнатной, так что он испаряется, удаляя тепло из окружающей среды.(Эффект Джоуля-Томсона) |
| Сепаратор. Затем аммиак отделяется от газовой смеси водород / аммиак для рециркуляции в двухстадийном процессе. |
|
| от 3 до 4 |
Поглотитель. Сначала смесь пропускают через поток или емкость с водой, которая абсорбирует аммиак из смеси. (Водород не растворяется в воде) |
| от 4 до 5 |
Генератор. Аммиак в растворе с водой затем направляется через газовый нагреватель (называемый генератором) для испарения аммиака, который пузырится из воды. |
| 5 до 1 |
Конденсатор. Радиатор охлаждает горячий пар аммиака, который конденсируется в безводный жидкий аммиак (без содержания воды), готовый к следующему циклу. |
См. Историю газовых холодильников
См. Также Система прямого преобразования энергии AMTEC
Как работает система охлаждения двигателя
Система охлаждения — незамеченный герой двигателя внутреннего сгорания.Он бесшумно поддерживает рабочую температуру вашего двигателя, предотвращая перегрев, и при этом обеспечивает приятное уютное тепло в салоне. Единственный раз, когда мы замечаем систему охлаждения, — это когда она выходит из строя, а это довольно часто может иметь катастрофические последствия.
Температура внутри камеры сгорания автомобильного двигателя (область, где горит топливо) может легко достигать 1600 градусов. F. Рабочая температура двигателя должна быть в пределах 200 градусов. Это слишком много тепла, которое необходимо отвести.Рабочая температура двигателя зависит от температуры охлаждающей жидкости. Повреждение двигателя может произойти довольно быстро, когда температура охлаждающей жидкости начинает подниматься до 300 градусов.
Система охлаждения двигателя работает по принципу теплопередача. Теплообмен — это движение тепловой энергии от одного места к другому. Другая. Тепловая энергия всегда будет искать что-то более прохладное. Хороший пример это помещает теплую банку содовой (пива) в холодильник со льдом. С тепла энергия всегда будет переходить к чему-то более прохладному, тепловая энергия в банке переносится на лед, делая банку холодной. Холод по определению — это отсутствие тепловой энергии.
Вот как автомобильная система охлаждения использует механизм теплопередачи, чтобы ваш двигатель оставался холодным, а ваши пальцы — теплыми:
Водяной насос обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости через систему охлаждения. Водяной насос приводится в действие теми же ремнями привода вспомогательных агрегатов, которые приводят в действие генератор переменного тока, насос гидроусилителя рулевого управления и компрессор кондиционера. Эти ремни приводятся в движение шкивом на передней части коленчатого вала.Водяной насос использует вращающиеся рабочие колеса для проталкивания охлаждающей жидкости через двигатель, радиатор и сердечник нагревателя.
Охлаждающая жидкость проходит через двигатель через водяные рубашки. Водяные рубашки расположены по всему двигателю, но в основном сконцентрированы вокруг камер сгорания, так как именно здесь вырабатывается тепло, и где температура самая высокая.
Термостат регулирует расход охлаждающей жидкости. Термостат является привратником системы охлаждения. В нем используется тарельчатый клапан с пружинным приводом, который закрывается при холодном двигателе, блокируя поток охлаждающей жидкости, и обычно открывается при температуре охлаждающей жидкости 185 — 195 градусов, в зависимости от номинала термостата.
Когда термостат закрыт, он подавляет охлаждающую жидкость. течь через радиатор. Охлаждающая жидкость проходит через двигатель через байпасный шланг. Это позволяет охлаждающей жидкости нагреваться без охлаждающего воздействия радиатор пытается его охладить. Таким образом двигатель и охлаждающая жидкость в состоянии достичь рабочей температуры.
Когда достигается рабочая температура, термостат открывается, позволяя охлаждающей жидкости течь через радиатор. В термостате используется биметаллическая пружина.Это означает, что пружина состоит из двух отдельных металлов, которые по-разному сжимаются и расширяются при изменении температуры. Когда горячая охлаждающая жидкость нагревает пружину, оба металла тянутся друг к другу, заставляя пружину сжиматься, что открывает тарельчатый клапан, позволяя охлаждающей жидкости течь.
Когда охлаждающая жидкость проходит через радиатор, он продолжает цикл нагрева и охлаждения. Когда охлаждающая жидкость проходит через двигатель, тепло передается от горячего двигателя к охлаждающей жидкости.Этот чрезвычайно горячий хладагент затем прокачивается через радиатор, где его тепловая энергия передается в атмосферу, и цикл продолжается.
Таким образом, когда охлаждающая жидкость протекает через радиатор, тепловая энергия охлаждающей жидкости направляется на металл в радиаторе. Охлаждающий вентилятор продувает воздух через ребра радиатора, позволяя тепловой энергии радиатора поступать в воздух, где она уходит. Это как подуть на картофель фри, чтобы остудить его.
Вентиляторы охлаждения имеют ременной привод или привод от электродвигателя.Вентиляторы с ременным приводом обычно оснащаются центробежной муфтой или термостатической муфтой. Центробежная муфта замедляет скорость вращения лопастей вентилятора по мере увеличения скорости двигателя, позволяя вентилятору вращаться свободно, отключаясь от крутящего момента двигателя. Это основано на предположении, что если частота вращения двигателя выше, автомобиль должен двигаться по дороге. Когда автомобиль движется, воздух естественным образом проходит через радиатор, поэтому скорость вентилятора меньше. Снижение скорости вращения вентилятора снижает нагрузку на двигатель, улучшая экономию топлива.
Термостатическая муфта имеет встроенную биметаллическую пружину. который снижает крутящий момент на лопастях вентилятора при холодном двигателе, позволяя им свободный ход. Когда пружина нагревается, лопасти вентилятора могут работать на полную мощность. Это также ограничивает сопротивление вентилятора, чтобы улучшить экономию топлива.
Электрические вентиляторы охлаждения активируются электронным Модуль управления (ECM), использующий данные температуры охлаждающей жидкости двигателя датчик. Когда охлаждающая жидкость достигает заданной высокой температуры, контроллер ЭСУД включи вентилятор.Контроллер ЭСУД выключит вентилятор, когда охлаждающая жидкость достигнет заданная низкая температура.
Электрические вентиляторы лучше всего, потому что они не нагружают на двигателе, что помогает экономить топливо. Электронное управление охлаждением вентилятор позволяет блоку управления двигателем контролировать температуру охлаждающей жидкости, поддерживая оптимальная температура охлаждающей жидкости. Контроллер ЭСУД также включает охлаждающий вентилятор, когда кондиционер работает. Конденсатор кондиционера расположен спереди. радиатора, поэтому крайне важно, чтобы воздух с постоянной высокой скоростью продувка радиатора и конденсатора при включенном кондиционере Бег.
Все автомобильные системы охлаждения закрыты герметичной крышкой. Поскольку тепло увеличивает давление, давление в системе охлаждения начинает расти, как только повышается температура. Излишне говорить, что если вы забудете проверить это давление, это может иметь катастрофические последствия. Герметичные колпачки вентилируют систему охлаждения с заданным давлением. Большинство крышек имеют давление 15 фунтов на квадратный дюйм (PSI). Это означает, что при 15 фунтах на квадратный дюйм крышка сбросит давление в атмосферу. Герметичный колпачок работает по тому же принципу, что и термостат.Биметаллическая пружина сжимается, поднимая уплотнение и позволяя сбросить давление.
Герметичная крышка может быть расположена на радиатора, либо на пластиковой бутылке дегазации. Бутылка для дегазации — это резервуар, размещается в моторном отсеке выше двигателя и радиатора. С воздух естественным образом поднимается, когда он попадает в жидкость, любой воздух в системе охлаждения попадает в бутыль с дегазатором и выталкивается из герметичной крышки во время вентиляции. Воздух вреден для системы охлаждения.Захваченный воздух прекратится поток охлаждающей жидкости, который может вызвать состояние перегрева, отсутствие пассажира перегрев камеры или ложные показания датчика температуры.
Системы, которые устанавливают герметичную крышку на радиатор используйте переливной бак. Все, что делает этот бак, это ловит любую охлаждающую жидкость, которая может вытечь. во время сброса давления. Если уровень охлаждающей жидкости в радиаторе должен упасть из-за до нормальных приливов и отливов в системе охлаждения охлаждающая жидкость будет всасываться из переливной бачок и обратно в радиатор.
Помимо охлаждения двигателя, система охлаждения помогает согреться. Тепло, которое дует в салон автомобиля на холодный день передается от горячего теплоносителя к активной зоне подогревателя, а затем к воздух, который нагнетается в машину двигателем вентилятора.
Сердечник обогревателя — это, по сути, мини-радиатор. Охлаждающая жидкость протекает через серию узких трубок, соединенных тонкими слоями металл, расположенный в виде сот. Горячие трубки нагревают соты, которые передают свою тепловую энергию воздуху, когда он проталкивается через сердечник нагревателя у электродвигателя вентилятора.Вот почему вы часто слышите о плохом термостат, вызывающий состояние отсутствия нагрева. Если термостат застрял в открытом положении, охлаждающая жидкость не имеет возможности достичь рабочей температуры. Не жарко теплоноситель означает не горячее тепло.
Итак, это основы того, как система охлаждения двигателя предотвращает самоуничтожение двигателя. Автомобильные двигатели действительно хорошо скрывают всю жестокость, которая на самом деле происходит глубоко внутри двигателя внутреннего сгорания во время его работы. Тепло — это побочный продукт всего этого беспорядка, и ваша система охлаждения постоянно ведет борьбу за то, чтобы удерживать это тепло под контролем.
Вам также может понравиться:
Источники
Франк Лумена — писатель-фрилансер, специализирующийся на автомобильных технологиях. Он любит автомобили, грузовики, мотоциклы и почти все, что идет в рум. Его любимые люди, с которыми он тусуется, — это его жена и три его большие сумасшедшие собаки.