Ako fungujú klimatizácie s tepelným čerpadlom
Klimatizácia elektromobilov využíva na vykurovanie v zime najmä PTC (Positive Temperature Coefficient, kladný teplotný koeficient). Hlavnou nevýhodou vykurovania PTC je, že nie je efektívne, čo zníži dojazd elektromobilov v zime asi o 30 %. Najlepšie riešenie tohto problému Riešením je použiť na vykurovanie klimatizáciu s tepelným čerpadlom. V súčasnosti je väčšina pracovnej tekutiny v klimatizačných systémoch tepelných čerpadiel elektrických vozidiel R134a. Najväčším problémom je, že GWP (potenciál globálneho otepľovania) je príliš vysoký, čo spôsobuje veľké znečistenie životného prostredia a vážny skleníkový efekt, zatiaľ čo R290 GWP pracovnej kvapaliny je nízky a je lepšou voľbou nahradiť pracovnú kvapalinu R134a.
Tepelné čerpadlo je zariadenie na využitie energie, ktoré prenáša tepelnú energiu z nízkej teploty na vysokú spotrebovaním časti energie. Klimatizačný systém s tepelným čerpadlom pozostáva hlavne z kompresora, vonkajšieho výmenníka tepla, vnútorného výmenníka tepla, škrtiaceho zariadenia, akumulačnej sušičky kvapalín a štvorcestného ventilu. Pozostáva z komponentov, ako sú snímače teploty a tlaku. Počas vykurovacieho cyklu klimatizácie tepelného čerpadla kompresor prácou mení nízkoteplotnú a nízkotlakovú pracovnú kvapalinu na vysokoteplotný a vysokotlakový plyn. Časť plynu cez cyklus znovu vstupuje do kompresora a druhá časť plynu prechádza cez štvorcestný ventil. Dostáva sa do vnútorného výmenníka tepla, kde sa ochladzuje a kondenzuje, čím sa uvoľňuje teplo, čím sa zvyšuje teplota vo vnútri vozidla a vysokoteplotná a vysokotlaková plynná pracovná kvapalina sa mení na strednoteplotnú a vysokotlakovú podchladenú kvapalinu. Potom vstupuje do škrtiaceho zariadenia, aby výrazne znížil tlak, a ďalej sa mení na kvapalinu s nízkou teplotou a nízkym tlakom. Dvojfázová pracovná kvapalina plyn-kvapalina vstupuje do vonkajšieho výmenníka tepla, aby absorbovala teplo a prenáša teplo z vonkajšieho prostredia do systému tepelného čerpadla. Pracovná tekutina sa vráti späť do nízkoteplotného a nízkotlakového stavu prehriateho plynu a opäť prechádza cez kompresor, aby sa dokončil cyklus. Tepelné čerpadlo elektrického vozidla Princíp klimatizačného systému je znázornený na obrázku 1.
Ako je zrejmé z obrázku 1, úlohu pracovnej tekutiny v celom vykurovacom cykle možno zjednodušiť na štyri základné procesy: izobarická kompresia, izobarická kondenzácia, adiabatická expanzia, izobarické vyparovanie. Diagram tlaku a entalpie termodynamického cyklu klimatizačného systému elektrického vozidla s tepelným čerpadlom, ako je znázornené na obrázku 2.
Na obrázku 2 je 0 tvar nasýtenej nízkoteplotnej a nízkotlakovej pracovnej tekutiny, 1 je tvar pracovnej tekutiny na vstupe kompresora a na výstupe vonkajšieho výmenníka tepla, 2 je tvar pracovná tekutina na výstupe z kompresora a na vstupe do vnútorného výmenníka tepla a 3 je nasýtená Forma pracovnej tekutiny pri vysokej teplote a vysokom tlaku, 4 je forma pracovnej tekutiny na výstupe z vnútorného výmenníka tepla a na vstupe škrtiaceho zariadenia, 5 je tvar pracovnej tekutiny na výstupe zo škrtiaceho zariadenia a na vstupe vonkajšieho výmenníka tepla, a je hodnota entalpie škrtiaceho zariadenia, b je hodnota entalpie výstupu kompresora. Proces 1→2 je pracovný proces kompresora, čo je izoentropická kompresia za ideálnych podmienok; Proces 2→4 je cirkulácia pracovnej tekutiny vo vnútornom výmenníku tepla, čo je proces uvoľňovania tepla izobarickou kondenzáciou; proces Proces 4→5 je adiabatická expanzia pracovnej tekutiny v škrtiacom zariadení; proces 5→1 je rovnotlakové odparovanie pracovnej tekutiny vo vonkajšom výmenníku tepla, čo je endotermický proces.
