Hlavné technické riešenia pre klimatizácie s tepelným čerpadlom
pre nové energetické vozidlá
Tepelné čerpadlo je klimatizačné zariadenie, ktoré dokáže silou mocou prenášať tepelnú energiu z nízkoúrovňového zdroja tepla na vysokoúrovňový zdroj tepla, podobne ako „vodné čerpadlo“, ktoré dokáže prečerpať vodu z nízkeho miesta na vysoké. Použitím štvorcestného reverzného ventilu je možné zameniť funkcie výparníka a kondenzátora klimatizácie s tepelným čerpadlom a zmeniť smer prenosu tepla, čím sa dosiahne efekt chladenia v lete a vykurovania v zime.
Teoretický základ tepelných čerpadiel vychádza z termodynamického reverzného Carnotovho cyklu. Chladenie a vykurovanie klimatizačných systémov s tepelným čerpadlom využíva na pohon chladiaceho alebo vykurovacieho cyklu špeciálne elektrické kompresory. V zime už vykurovanie nie je rovnaké ako existujúce elektrické klimatizácie. PTC vykurovanie využíva elektrický pohon kompresora na dosiahnutie ohrevu.
V súčasnosti sa výskum klimatizácie elektrických vozidiel s tepelným čerpadlom delí najmä na tri typy: 1) systémy tepelných čerpadiel založené na existujúcom chladive R134a; 2) technológia tepelného čerpadla využívajúca chladivo CO2; 3) klimatizačné systémy so solárnym tepelným čerpadlom. Podľa počtu výmenníkov tepla možno tieto systémy rozdeliť na dva typy: jednoduchý výmenník tepla a dvojitý výmenník tepla; podľa rôznych kompresorov možno systém rozdeliť na dva rôzne typy: kompresor s posuvnými lopatkami a kompresor typu scroll.
Podľa chladiva klimatizačné systémy s tepelným čerpadlom zahŕňajú najmä typ R134a a typ CO2. Hoci CO2 má dobré termofyzikálne vlastnosti a potenciál globálneho otepľovania (GWP) CO2 je tisícina v porovnaní s R134a, keďže rôzne automobilové klimatizačné systémy v súčasnosti používajú hlavne chladivo R134a, dizajn dielov, výroba a popredajný servis a údržba sú navrhnuté na základe fyzikálne vlastnosti chladiva R134a a klimatizačných systémov s tepelným čerpadlom R134a sa stali hlavnou technológiou, ktorá sa v súčasnosti vyvíja.
Pri použití R134a ako chladiva existujú zvyčajne dve možnosti štruktúry klimatizačných systémov s tepelným čerpadlom pre elektrické vozidlá.
1. Možnosť 1: Systém pozostáva z elektrického kompresora klimatizácie, odlučovača plynu a kvapalín, zostavy HVAC (vrátane kondenzátora v aute, výparníka, ventilátora výparníka a pomocného kúrenia PTC), vonkajšieho výmenníka tepla a viacerých solenoidové ventily. Všeobecne povedané, je založený na elektrickej klimatizácii bežne používanej v existujúcich elektrických vozidlách, ktorá používa elektrický kompresor, vonkajší výmenník tepla je vertikálny výmenník tepla s paralelným prúdením v tvare písmena „V“ a zvyšuje kondenzáciu vo vozidle vo vnútri HVAC. montáž a prídavné kúrenie PTC, pridajte do potrubia klimatizácie viacero solenoidových ventilov a ovládajte smer prúdenia chladiva ovládaním otvárania a zatvárania viacerých solenoidových ventilov. Kombinácia viacerých solenoidových ventilov dokáže nielen prepínať smer prúdenia chladiva, ale aj rozširovať chladivo.
2. Možnosť 2: Použite elektrický kompresor na zmenu smeru prúdenia chladiva cez štvorcestný reverzný ventil. Na dosiahnutie obojsmerného prietoku chladiva použite elektronický expanzný ventil. Vonkajší výmenník tepla využíva vertikálne rebrá v tvare "V" na paralelnú výmenu prúdenia. Ohrievač, pridajte prídavné kúrenie.
V klimatizačnom systéme tepelného čerpadla schémy 2 sú princípy chladenia a vykurovania podobné ako v schéme 1. Rozdiel je v tom, že štvorcestný reverzný ventil môže súčasne spínať chladivo ventilu chladenia TXV a ventilu TXV tepelného čerpadla schémy 1. Elektronický expanzný ventil Ventil funguje ako expanzné chladivo pre chladenie TCV aj tepelné čerpadlo TXV. Prevádzka systému je riadená vyhradeným regulátorom tepelného čerpadla.
Medzi vyššie uvedenými riešeniami existujú rozdiely v komponentoch
Komponenty zahrnuté v možnosti jedna sú relatívne vyspelé a spoľahlivé a je menej náročné dosiahnuť funkcie chladenia a vykurovania. Systém má však veľa komponentov. Na realizáciu funkcií spínania a expanzie chladiva sú pridané elektromagnetický ventil, reverzný ventil a elektromagnetický expanzný ventil. Na realizáciu funkcie výmeny tepla v aute je k výparníku pridaný zabudovaný kondenzátor. Je ťažké usporiadať priestor potrubia a hlavná jednotka klimatizácie musí byť prerobená. Pretože plán zahŕňa veľa telies ventilov, príliš veľa potrubných spojov, odpor prietoku chladiva je veľký a účinnosť a úspora energie sú mierne nedostatočné. Čo sa týka presnosti riadenia, je ťažké ho presne kontrolovať a celkové náklady na vývoj sú vysoké.
Možnosť 2 má jednoduchú štruktúru systému a zahŕňa menej častí. Jadrom je štvorcestný reverzný ventil a elektronický expanzný ventil. Keďže výmenník tepla v aute funguje ako kondenzátor aj výparník v aute, hlavnú jednotku klimatizácie je možné zapožičať priamo a zložitosť potrubia je nízka. Pokiaľ ide o presnosť regulácie, existuje pomerne málo domácich zrelých produktov pre elektronické expanzné ventily a štvorcestné reverzné ventily a výrobcovia častí ventilov v súčasnosti pracujú na kľúčovom vývoji. Na dosiahnutie presného riadenia sú potrebné špeciálne ovládače klimatizácie s tepelným čerpadlom, a preto rôzne hostiteľské spoločnosti hľadajú kľúčové implementačné úlohy vo vývoji klimatizácií. V tejto fáze sú náklady na vývoj a kalibráciu relatívne vysoké a náklady na systém sú ekvivalentné nákladom na riešenie 1. Keď sa však produkt stane populárnejším a objem sa zvýši, cena výrazne klesne. V súčasnosti si toto riešenie osvojujú všetky hostiteľské spoločnosti doma aj v zahraničí.
S cieľom realizovať masovú industrializáciu systémov tepelných čerpadiel v rámci existujúceho priemyselného zázemia je trendom vyvíjať klimatizačný systém s tepelným čerpadlom znázornený v Pláne 2. Priemysel potrebuje kultivovať základné komponenty, ako sú vysokorýchlostné a vysoko účinné elektrické kompresory, vonkajšie a vnútorné výmenníky tepla, štvorcestné reverzné ventily a elektronické expanzné ventily a podporujú komponenty, aby sa stali zrelými a spoľahlivými čo najskôr. Hostiteľské spoločnosti musia zlepšiť kontrolu nad integráciou systému tepelných čerpadiel. Rozvojové schopnosti.
