Glavna tehnička rješenja za klima uređaje s toplinskom pumpom
za nova energetska vozila
Dizalica topline je uređaj za klimatizaciju koji može snažno prenijeti toplinsku energiju s izvora topline na niskoj razini na izvor topline na visokoj razini, slično "vodenoj pumpi" koja može pumpati vodu s niskog na visoko mjesto. Upotrebom četveroputnog reverzibilnog ventila mogu se zamijeniti funkcije isparivača i kondenzatora klima uređaja s toplinskom pumpom i promijeniti smjer prijenosa topline, čime se postiže učinak hlađenja ljeti i grijanja zimi.
Teorijska osnova dizalica topline dolazi iz termodinamičkog obrnutog Carnotovog ciklusa. Hlađenje i grijanje klimatizacijskih sustava toplinske pumpe koriste namjenske električne kompresore za pokretanje ciklusa hlađenja ili grijanja. Zimi grijanje više nije isto kao postojeći električni klima uređaji. PTC grijanje koristi električni pogon kompresora za postizanje grijanja.
Trenutačno se istraživanje klimatizacije toplinske pumpe za električna vozila uglavnom dijeli na tri vrste: 1) sustavi toplinske pumpe temeljeni na postojećem rashladnom sredstvu R134a; 2) tehnologija dizalice topline koja koristi rashladno sredstvo CO2; 3) sustavi klimatizacije solarne dizalice topline. Ovi sustavi se prema broju izmjenjivača topline mogu podijeliti u dvije vrste: jednostruki izmjenjivač topline i dvostruki izmjenjivač topline; prema različitim kompresorima, sustav se može podijeliti u dvije različite vrste: kompresor s kliznim lopaticama i spiralni kompresor.
Sukladno rashladnom sredstvu, klimatizacijski sustavi toplinske pumpe uglavnom uključuju tip R134a i tip CO2. Iako CO2 ima dobra termofizička svojstva i potencijal globalnog zagrijavanja (GWP) CO2 je tisućiti dio R134a, budući da razni automobilski klimatizacijski sustavi trenutno uglavnom koriste rashladno sredstvo R134a, dizajn dijelova, proizvodnja i servis i održavanje nakon prodaje dizajnirani su na temelju fizikalna svojstva rashladnog sredstva R134a i sustavi klimatizacije toplinske pumpe R134a postali su glavna tehnologija koja se trenutno razvija.
Koristeći R134a kao rashladno sredstvo, obično postoje dvije mogućnosti za strukturu klimatizacijskih sustava toplinske pumpe za električna vozila.
1. Opcija 1: Sustav se sastoji od električnog kompresora klima uređaja, separatora plina i tekućine, sklopa HVAC (uključujući kondenzator u automobilu, isparivač, ventilator isparivača i PTC pomoćnog grijanja), vanjskog izmjenjivača topline i višestrukih elektromagnetski ventili. Općenito govoreći, temelji se na električnom klima-uređaju koji se obično koristi u postojećim električnim vozilima, koristi električni kompresor, vanjski izmjenjivač topline je vertikalni izmjenjivač topline s paralelnim protokom u obliku slova "V" i povećava kondenzaciju unutar vozila HVAC sklop i pomoćno grijanje PTC, dodajte više elektromagnetskih ventila cjevovodu klima uređaja i kontrolirajte smjer protoka rashladnog sredstva kontroliranjem otvaranja i zatvaranja više elektromagnetskih ventila. Kombinacija više elektromagnetskih ventila ne samo da može promijeniti smjer protoka rashladnog sredstva, već i proširiti rashladno sredstvo.
2. Opcija 2: Upotrijebite električni kompresor za promjenu smjera protoka rashladnog sredstva kroz četveroputni preokretni ventil. Koristite elektronički ekspanzijski ventil za postizanje dvosmjernog protoka rashladnog sredstva. Vanjski izmjenjivač topline koristi okomita rebra u obliku slova "V" za izmjenu paralelnog protoka. Grijač, dodaj pomoćno grijanje.
U sustavu klimatizacije toplinske pumpe Sheme 2, principi hlađenja i grijanja su slični Shemi 1. Razlika je u tome što četverosmjerni prekretni ventil može istovremeno prebacivati rashladno sredstvo rashladnog TXV ventila i toplinske pumpe TXV ventila Sheme 1. Elektronička ekspanzija Ventil funkcionira kao ekspanzijsko rashladno sredstvo i za rashladni TCV i za toplinsku pumpu TXV. Radom sustava upravlja namjenski regulator toplinske pumpe.
Postoje razlike u uključenim komponentama između gornja dva rješenja
Komponente uključene u opciju jedan su relativno zrele i pouzdane, a manje je teško postići funkcije hlađenja i grijanja. Međutim, sustav ima mnogo komponenti. Kako bi se ostvarile funkcije prebacivanja i ekspanzije rashladnog sredstva, dodani su solenoidni ventil, povratni ventil i elektromagnetski ekspanzijski ventil. Kako bi se ostvarila funkcija izmjene topline u automobilu, isparivaču se dodaje kondenzator u automobilu. Teško je urediti prostor cjevovoda, a glavnu jedinicu klima uređaja potrebno je redizajnirati. Budući da plan uključuje mnoga tijela ventila, previše spojeva cijevi, otpor protoka rashladnog sredstva je velik, a učinkovitost i ušteda energije pomalo nedostatni. Što se tiče točnosti kontrole, teško ju je točno kontrolirati, a ukupni troškovi razvoja su visoki.
Opcija 2 ima jednostavnu strukturu sustava i uključuje manje dijelova. Jezgra je četverosmjerni povratni ventil i elektronički ekspanzijski ventil. Budući da izmjenjivač topline u automobilu funkcionira i kao kondenzator i kao isparivač u automobilu, glavna jedinica klima uređaja može se izravno posuditi, a složenost cjevovoda je mala. Što se tiče točnosti upravljanja, postoji relativno malo domaćih zrelih proizvoda za elektroničke ekspanzijske ventile i četverosmjerne reverzibilne ventile, a glavni proizvođači dijelova ventila trenutno rade na ključnim razvojima. Za postizanje precizne regulacije potrebni su posebni regulatori klima uređaja s dizalicom topline, zbog čega različite tvrtke domaćini traže ključne implementacijske zadatke u razvoju klimatizacije. U ovoj su fazi troškovi razvoja i kalibracije relativno visoki, a cijena sustava jednaka je onoj za Rješenje 1. Međutim, kako proizvod postaje popularniji i volumen se povećava, cijena će značajno pasti. Trenutačno sve tvrtke domaćini u zemlji i inozemstvu prihvaćaju ovo rješenje.
Kako bi se ostvarila masovna industrijalizacija sustava dizalice topline u postojećem industrijskom okruženju, trend je razvijati sustav klimatizacije dizalice topline prikazan u Planu 2. Industrija treba njegovati ključne komponente kao što su velike brzine i visoke učinkovitosti električne kompresore, vanjske i unutarnje izmjenjivače topline, četverosmjerne prekretne ventile i elektroničke ekspanzijske ventile, te promovirati komponente da postanu zrele i pouzdane što je prije moguće. Tvrtke domaćini moraju poboljšati kontrolu integracije sustava dizalice topline. Razvojne sposobnosti.
