راه حل های فنی اصلی برای تهویه مطبوع پمپ حرارتی
برای خودروهای انرژی نو
پمپ حرارتی یک دستگاه تهویه مطبوع است که می تواند انرژی گرمایی را از یک منبع حرارتی سطح پایین به یک منبع حرارتی سطح بالا منتقل کند، شبیه به یک "پمپ آب" که می تواند آب را از یک مکان پایین به یک مکان بالا پمپاژ کند. استفاده از شیر معکوس چهار طرفه می تواند عملکردهای اواپراتور و کندانسور کولر گازی پمپ حرارتی را تعویض کرده و جهت انتقال حرارت را تغییر دهد و در نتیجه اثر سرمایش در تابستان و گرمایش در زمستان را به دست آورد.
اساس نظری پمپ های حرارتی از چرخه کارنو معکوس ترمودینامیکی ناشی می شود. تبرید و گرمایش سیستم های تهویه مطبوع پمپ حرارتی از کمپرسورهای الکتریکی اختصاصی برای هدایت چرخه تبرید یا گرمایش استفاده می کنند. در زمستان، گرمایش دیگر مانند کولرهای برقی موجود نیست. گرمایش PTC از درایو کمپرسور الکتریکی برای دستیابی به گرمایش استفاده می کند.
در حال حاضر، تحقیقات در مورد تهویه مطبوع پمپ حرارتی خودروهای الکتریکی عمدتا به سه نوع تقسیم می شود: 1) سیستم های پمپ حرارتی بر اساس مبرد موجود R134a. 2) فناوری پمپ حرارتی با استفاده از مبرد CO2؛ 3) سیستم های تهویه مطبوع پمپ حرارتی خورشیدی. با توجه به تعداد مبدل های حرارتی، این سیستم ها را می توان به دو نوع مبدل حرارتی تک و مبدل حرارتی دوگانه تقسیم کرد. با توجه به کمپرسورهای مختلف، سیستم را می توان به دو نوع مختلف تقسیم کرد: کمپرسور پره کشویی و کمپرسور اسکرول.
با توجه به مبرد، سیستم های تهویه مطبوع پمپ حرارتی عمدتاً از نوع R134a و نوع CO2 هستند. اگرچه CO2 دارای خواص ترموفیزیکی خوبی است و پتانسیل گرمایش جهانی (GWP) CO2 یک هزارم R134a است، از آنجایی که سیستم های تهویه مطبوع خودروهای مختلف در حال حاضر عمدتا از مبرد R134a استفاده می کنند، طراحی قطعات، تولید و خدمات پس از فروش و نگهداری بر اساس آن طراحی شده است. ویژگیهای فیزیکی مبرد R134a و سیستمهای تهویه مطبوع پمپ حرارتی R134a به فناوری اصلی در حال توسعه تبدیل شدهاند.
با استفاده از R134a به عنوان مبرد، معمولاً دو گزینه برای ساختار سیستم های تهویه مطبوع پمپ حرارتی خودروهای الکتریکی وجود دارد.
1. گزینه 1: سیستم متشکل از یک کمپرسور تهویه مطبوع الکتریکی، یک جداکننده گاز-مایع، یک مجموعه HVAC (شامل کندانسور داخل خودرو، اواپراتور، فن اواپراتور و گرمایش کمکی PTC)، یک مبدل حرارتی بیرونی، و چندگانه است. شیرهای برقی به طور کلی، این سیستم مبتنی بر سیستم تهویه مطبوع الکتریکی است که معمولاً در وسایل نقلیه الکتریکی موجود استفاده می شود، با استفاده از یک کمپرسور الکتریکی، مبدل حرارتی خارجی یک مبدل حرارتی جریان موازی باله ای شکل عمودی "V" و افزایش تراکم داخل خودرو در داخل HVAC است. PTC مونتاژ و گرمایش کمکی، چندین شیر برقی را به خط لوله تهویه مطبوع اضافه کنید و با کنترل باز و بسته شدن چندین شیر برقی، جهت جریان مبرد را کنترل کنید. ترکیبی از چندین شیر برقی نه تنها می تواند جهت جریان مبرد را تغییر دهد، بلکه مبرد را نیز گسترش می دهد.
2. گزینه 2: از یک کمپرسور الکتریکی برای تغییر جهت جریان مبرد از طریق یک شیر معکوس چهار طرفه استفاده کنید. برای رسیدن به جریان دو طرفه مبرد از یک شیر انبساط الکترونیکی استفاده کنید. مبدل حرارتی خارجی از پره های عمودی "V" شکل برای تبادل جریان موازی استفاده می کند. بخاری، گرمایش کمکی را اضافه کنید.
در سیستم تهویه مطبوع پمپ حرارتی طرح 2، اصول سرمایش و گرمایش مشابه طرح 1 است. تفاوت در این است که شیر معکوس چهار طرفه می تواند به طور همزمان مبرد شیر TXV تبرید و شیر پمپ حرارتی TXV Scheme را سوئیچ کند. 1. انبساط الکترونیکی شیر به عنوان مبرد انبساط هم برای TCV تبرید و هم برای پمپ حرارتی TXV عمل می کند. عملکرد سیستم توسط یک کنترلر پمپ حرارتی اختصاصی کنترل می شود.
بین دو راه حل فوق تفاوت هایی در اجزای دخیل وجود دارد
اجزای درگیر در گزینه یک نسبتا بالغ و قابل اعتماد هستند و دستیابی به عملکردهای سرمایش و گرمایش کمتر دشوار است. با این حال، سیستم دارای اجزای بسیاری است. به منظور تحقق عملکرد سوئیچینگ و انبساط مبرد، یک شیر برقی، یک شیر معکوس و یک شیر انبساط الکترومغناطیسی اضافه شده است. به منظور تحقق عملکرد تبادل حرارت در خودرو، یک کندانسور داخل خودرو به اواپراتور اضافه می شود. چیدمان فضای خط لوله دشوار است و واحد اصلی تهویه مطبوع نیاز به طراحی مجدد دارد. از آنجایی که این طرح شامل تعداد زیادی بدنه شیر، اتصالات لوله بسیار زیاد است، مقاومت جریان مبرد زیاد است و راندمان و صرفه جویی در انرژی کمی ناکافی است. از نظر دقت کنترل، کنترل دقیق آن دشوار است و هزینه توسعه کلی بالاست.
گزینه 2 ساختار سیستمی ساده ای دارد و بخش های کمتری را شامل می شود. هسته، شیر معکوس چهار طرفه و شیر انبساط الکترونیکی است. از آنجایی که مبدل حرارتی داخل خودرو به عنوان کندانسور و اواپراتور در خودرو عمل می کند، واحد اصلی تهویه مطبوع را می توان مستقیما قرض گرفت و پیچیدگی خط لوله کم است. از نظر دقت کنترل، محصولات بالغ داخلی نسبتا کمی برای دریچههای انبساط الکترونیکی و شیرهای معکوس چهار طرفه وجود دارد، و سازندگان اصلی قطعات شیر در حال حاضر روی پیشرفتهای کلیدی کار میکنند. برای دستیابی به کنترل دقیق به کنترلرهای مخصوص تهویه مطبوع پمپ حرارتی نیاز است، به همین دلیل است که شرکت های میزبان مختلف به دنبال وظایف اجرای کلیدی در توسعه تهویه مطبوع هستند. در این مرحله، هزینههای توسعه و کالیبراسیون نسبتاً زیاد است و هزینه سیستم معادل راهحل 1 است. با این حال، با محبوبتر شدن محصول و افزایش حجم، قیمت به میزان قابل توجهی کاهش مییابد. در حال حاضر، تمام شرکت های میزبان در داخل و خارج از کشور این راه حل را اتخاذ می کنند.
به منظور تحقق صنعتی شدن انبوه سیستم های پمپ حرارتی تحت پیشینه صنعت موجود، این روند توسعه سیستم تهویه مطبوع پمپ حرارتی نشان داده شده در طرح 2 است. این صنعت نیاز به پرورش اجزای اصلی مانند پرسرعت و راندمان بالا دارد. کمپرسورهای الکتریکی، مبدلهای حرارتی بیرونی و داخلی، شیرهای معکوس چهار طرفه، و شیرهای انبساط الکترونیکی و ارتقاء اجزای سازنده در اسرع وقت بالغ و قابل اعتماد. شرکت های میزبان باید کنترل یکپارچه سازی سیستم پمپ حرارتی را بهبود بخشند. قابلیت های توسعه
