Kako delujejo klimatske naprave s toplotno črpalko
Klimatska naprava električnih vozil pozimi za ogrevanje uporablja predvsem PTC (positive temperature coefficient, pozitivni temperaturni koeficient). Glavna pomanjkljivost PTC ogrevanja je, da ni učinkovito, kar bo zmanjšalo doseg električnih vozil pozimi za približno 30 %. Najboljša rešitev za to težavo Rešitev je uporaba klimatske naprave s toplotno črpalko za ogrevanje. Trenutno je večina delovne tekočine v klimatskih sistemih s toplotno črpalko električnih vozil R134a. Največji problem je, da je GWP (Global Warming Potential) previsok, kar povzroča veliko onesnaževanje okolja in resen učinek tople grede, medtem ko je R290 GWP delovne tekočine nizek in je boljša izbira zamenjava delovne tekočine R134a.
Toplotna črpalka je naprava za izkoriščanje energije, ki prenaša toplotno energijo z nizke temperature na visoko temperaturo, tako da del energije porabi. Klimatski sistem s toplotno črpalko je v glavnem sestavljen iz kompresorja, zunanjega toplotnega izmenjevalnika, notranjega toplotnega izmenjevalnika, dušilne naprave, sušilnika za shranjevanje tekočine in štiripotnega ventila. Sestavljen je iz komponent, kot so senzorji temperature in tlaka. Med ogrevalnim ciklom klimatske naprave s toplotno črpalko kompresor z delom spremeni nizkotemperaturno in nizkotlačno delovno tekočino v visokotemperaturno in visokotlačni plin. Nekaj plina ponovno vstopi v kompresor skozi cikel, drugi del plina pa gre skozi štiripotni ventil. Vstopi v notranji izmenjevalnik toplote, kjer se ohlaja in kondenzira, pri čemer se sprošča toplota, ki poveča temperaturo v vozilu in spremeni visokotemperaturno in visokotlačno plinasto delovno tekočino v srednjetemperaturno in visokotlačno prehlajeno tekočino. Nato vstopi v dušilno napravo za močno zmanjšanje tlaka in se nadalje spremeni v tekočino z nizko temperaturo in nizkim tlakom. Dvofazna delovna tekočina plin-tekočina vstopa v zunanji toplotni izmenjevalnik, da absorbira toploto in prenaša toploto iz zunanjega okolja v sistem toplotne črpalke. Delovna tekočina se vrne v stanje pregretega plina pri nizki temperaturi in nizkem tlaku in se ponovno spusti skozi kompresor, da zaključi cikel. Toplotna črpalka za električna vozila. Načelo delovanja klimatske naprave je prikazano na sliki 1.
Kot je razvidno iz slike 1, lahko vlogo delovne tekočine v celotnem ogrevalnem ciklu poenostavimo v štiri osnovne procese: izentropsko stiskanje, izobarično kondenzacijo, adiabatno raztezanje in izobarično izparevanje. Diagram termodinamičnega cikla tlak-entalpija klimatskega sistema toplotne črpalke električnega vozila, kot je prikazano na sliki 2.
Na sliki 2 je 0 oblika nasičene nizkotlačne in nizkotlačne delovne tekočine, 1 je oblika delovne tekočine na vstopu v kompresor in izhodu zunanjega izmenjevalnika toplote, 2 je oblika delovna tekočina na izstopu iz kompresorja in vstopu v notranji toplotni izmenjevalnik, 3 pa je nasičena oblika delovne tekočine pri visoki temperaturi in visokem tlaku, 4 je oblika delovne tekočine na izstopu iz notranjega toplotnega izmenjevalnika in vhodu. dušilne naprave, 5 je oblika delovne tekočine na izstopu iz dušilne naprave in vstopu v zunanji izmenjevalnik toplote, a je vrednost entalpije dušilne naprave, b je vrednost entalpije na izstopu iz kompresorja. Proces 1→2 je delovni proces kompresorja, ki je izentropska kompresija pri idealnih pogojih; Proces 2→4 je kroženje delovne tekočine v notranjem izmenjevalniku toplote, ki je izobarični kondenzacijski proces sproščanja toplote; proces Proces 4→5 je adiabatna ekspanzija delovne tekočine v dušilni napravi; proces 5→1 je enakotlačno uparjanje delovne tekočine v zunanjem izmenjevalniku toplote, ki je endotermen proces.
