Parownik, ukryty głęboko między komorą silnika i kabiną pasażerską, odgrywa w układzie klimatyzacji ważną rolę, chociaż jest szczególnie narażony na atak grzybów i pleśni.

Przypomnijmy pobieżnie zasadę działania klimatyzacji: niska temperatura wrzenia czynnika chłodniczego, np. R134a (około –26,5°C w ciśnieniu atmosferycznym 1 bar) pozwala na bardzo efektywne pobieranie ciepła poprzez sterowanie ciśnieniem na parowniku. Przez odparowanie płynnego czynnika chłodniczego przy niskim ciśnieniu absorbuje on energię cieplną z powietrza przepływającego przez parownik. Świeże lub recyrkulowane powietrze z wnętrza samochodu przepływa przez parownik popychane przez dmuchawę. Następnie odparowany czynnik chłodniczy jest zasysany przez kompresor.


Rozróżnia się cztery podstawowe konstrukcje parowników stosowane w klimatyzacjach samochodowych: 1. Serpentynowy: grubość między 60–90 mm (ilustr. 1 a). W przeszłości parowniki te były często stosowane w japońskich rozwiązaniach klimatyzacji samochodowych. Obecnie rzadko używane, zastąpione zostały przez parowniki typu płytowo-lamelowego, ze względu na ich lepszą wydajność przy tych samych wymiarach.
2. Rurowo-lamelowy: parownik ten posiada najczęściej od pięciu do siedmiu rzędów rurek (ilustr. 1 b). Dystrybutor czynnika zamontowany w rurze wlotowej za zaworem rozprężnym dzieli rdzeń na kilka równoległych obwodów. Liczba obwodów zależy od wielkości rdzenia. Podział równoległy ma na celu zmniejszenie oporu przepływu czynnika chłodniczego w parowniku i równą dystrybucję czynnika wśród wszystkich obwodów. Wadą jest stosunkowo duży spadek ciśnienia w dystrybutorze – o około 1 bar. Tuż przed wylotem czynnika z parownika obwody znowu łączą się w rurze zbiorczej.
3. Płytowo-lamelowy: to obecnie najczęściej stosowany typ parownika, który posiada wieloprzepływowy rdzeń (ilustr. 1 c). Odcinek rdzenia wieloprzepływowego (lamel wewnętrzny) jest zamknięty pomiędzy dwoma płytami. Kilkanaście takich zespołów płyt jest połączonych ze sobą tak, aby wymusić odpowiedni przepływ czynnika. Dodatkowo płyty połączone są między sobą lamelami zewnętrznymi. Połączenie płyt daje możliwość kilkukrotnego przepływu czynnika zanim ulegnie on przegrzaniu.
4. Parownik wieloprzepływowy z przepływem równoległym: to nowa generacja parowników wzorowana na skraplaczach wieloprzepływowych połączonych równolegle komorami pośrednimi (ilustr. 2). Dzięki temu zmniejszono wymiary i masę przy zachowaniu wysokiej efektywności.

Nowe rozwiązania
Ogromny dla czynnika R134a i nadal duży dla R1234yf współczynnik ocieplenia klimatu w porównaniu do CO2 prowadzi do tendencji zmniejszania ilości czynnika chłodniczego w układach klimatyzacji. Trend ten ma również związek z rygorystycznymi normami emisji spalin, a co za tym idzie, ograniczeniem obciążenia silnika układem klimatyzacji. Im skuteczniejsze skroplenie czynnika chłodniczego, jego odparowanie i pobór ciepła z powietrza przepływającego przez parownik, tym mniej czynnika można użyć i mniejsza praca musi być wykonana przez kompresor. Dlatego nawet z pozoru tak prosty wymiennik ciepła jak parownik, jest konstrukcyjnie dość skomplikowany.
W samochodach z napędem hybrydowym Toyoty i Lexusa od 2010 r. stosowany jest system składający się z dwóch parowników: dolnego i górnego, wykorzystujących dwa elementy rozprężne i kapilarę. Ciekły czynnik chłodniczy o wysokim ciśnieniu i wysokiej temperaturze od strony skraplacza przepływa przez zawór rozprężny, gdzie jest rozprężany do czynnika o niskim ciśnieniu i niskiej temperaturze. Termiczny zawór rozprężny TXV (Thermal Expansion Valve) jest odpowiedzialny również za sterowanie ilością czynnika przepływającego przez parownik na podstawie pomiaru temperatury przegrzania (Superheat) par czynnika wydostających się z parownika. Następnie czynnik przepływa albo do wtryskiwacza, albo do kapilary. Jeżeli czynnik kieruje się do wtryskiwacza, przepływa przez niego, przez parownik górny, a następnie do kompresora. Natomiast jeżeli czynnik chłodniczy kieruje się do kapilary, przepływa przez parownik dolny, do wtryskiwacza, a następnie do parownika dolnego i kompresora. Po co wtryskiwacz i jak działa? Termiczny zawór rozprężny TXV ma podstawową wadę, jaką jest duża strata energii spowodowana znacznym spadkiem ciśnienia na zaworze i tym samym zawirowaniem czynnika po przejściu przez iglicę zaworu. Starta zawirowania spowodowana dużym spadkiem ciśnienia musi być nadrobiona przez kompresor, poprzez włożenie większej energii w postaci ciśnienia.

Adam Gertruda, specjalista ds. klimatyzacji w firmie NRF Poland
Pełny artykuł został opublikowany w wydaniu nr 3/2016 „Auto Moto Serwisu”