Automobilový systém tepelného čerpadla
Schematický diagram tradičního automobilového klimatizačního systému
V tradičních automobilových klimatizačních systémech lze chladivo nalézt ve čtyřech hlavních stavech: vysokotlaký plyn, vysokotlaká kapalina, nízkotlaká kapalina a nízkotlaký plyn. Čtyři klíčové komponenty spojující tyto čtyři stavy jsou kompresor, kondenzátor, expanzní ventil a výparník. Kompresor stlačuje chladivo v potrubí. Chladivo kondenzuje z plynu na kapalinu v kondenzátoru v přední části motorového prostoru. Tento proces uvolňuje teplo. Po průchodu expanzním ventilem tlak kapalného chladiva náhle poklesne. Nakonec se odpaří ve výparníku uvnitř kabiny a absorbuje hodně tepla. Tím je dosaženo chladicího účinku v kabině. Chladivo ve zde uvedeném potrubí, také nazývané chladivo, má vlastnosti snadného odpařování a zkapalňování pro usnadnění přenosu tepla. Nejstarším široce používaným chladivem byl freon. Později, kvůli poškození ozónové vrstvy Freonem, byl v aplikacích automobilových klimatizací postupně nahrazen tetrafluorethanem s obchodním názvem R134A. V poslední době se díky dalšímu důrazu na ochranu životního prostředí postupně vyvíjela chladiva směrem k chladivům s oxidem uhličitým.
Jak funguje tepelný management tepelného čerpadla
Hlavním důvodem pro zavedení systému tepelného čerpadla je, že čistě elektrická vozidla nebo plug-in hybridní vozidla, která podporují čistě elektrický pohon, již nemohou využívat motor jako stabilní zdroj tepla pro vytápění. Před zavedením systému tepelného čerpadla proto funkci vytápění klimatizačního systému elektromobilů doplňovala především elektrická topidla, známá také jako odporová topná tělesa PTC (Positive Temperature Coefficient). A měli byste vědět, že teplo získané přímým elektrickým ohřevem výrazně sníží výkon baterie a jízdní dosah. Podle statistik se při jízdě v zimě a zapnutí funkce topení klimatizace na bázi elektrického topení spotřebuje téměř polovina elektřiny na vytápění. Na jízdu zbývá jen polovina výkonu. Použití systému tepelného čerpadla pro vytápění výrazně zvýší kilometrový výkon.
Režim chlazení systému tepelného řízení tepelného čerpadla
Ve skutečnosti v systému tepelného managementu tepelného čerpadla, přestože je řízeno více čerpadly a ventily, neexistuje žádná součást nazývaná tepelné čerpadlo HeatPump. Říká se tomu tepelné čerpadlo, protože systém tepelného čerpadla má vlastnosti podobné vlastnostem vodního čerpadla při přemisťování vody z nízkého místa na vysoké místo. Celý systém tepelného čerpadla dokáže přenášet teplo z místa s nízkou teplotou do místa s vysokou teplotou. Například v létě systém tepelného čerpadla nepřináší nízkou teplotu mimo vůz. Naopak přesouvá teplo uvnitř vozu ven. Tím je dosaženo chladicího efektu.
Režim vytápění systému tepelného řízení tepelného čerpadla
Obdobně během vytápění v zimě systém tepelného čerpadla posílá teplo z vnějšku vozu dovnitř vozu. Pak se možná budete chtít znovu zeptat, lze teplo přenášet dovnitř, i když jsou mimo auto desítky stupňů pod nulou? Jak již bylo zmíněno, i při teplotách desítek stupňů pod nulou je stále teplo. Pokud je teplo, lze jej přenášet.
Jak tedy lze systém tepelného čerpadla aplikovat na systém klimatizace automobilu?
Nejprve se teplo odebírá z prostředí do systému tepelného čerpadla. Za druhé se teplo stlačuje a zahřívá. Poté se teplo využívá k ohřevu studeného vzduchu v kabině a jeho ohřívání. Ohřátý vzduch je posílán do kabiny a teplo po dekompresi je přeměňováno na nízkoteplotní teplo a odváděno mimo vozidlo. Systém tepelného čerpadla musí brát v úvahu podmínky vytápění i chlazení. Když jsou uzavírací ventily SV1 a SV4 odpojeny a SV5 je zapnutý, systém pracuje v režimu topení. Výparník ve voze v režimu chlazení se používá jako kondenzátor v režimu topení, aby spolu s horkým kondenzátorem zajistil teplo pro kabinu. V režimu vytápění může systém tepelného managementu tepelného čerpadla také přenášet odpadní teplo z motoru, elektronického ovládání a nabíječky v modrém potrubí chladicí kapaliny do červeného potrubí klimatizace s chladivem přes výměník tepla, aby zajistil teplo pro kabinu. Když jsou uzavírací ventily SV1 a SV4 zapnuty a SV5 je vypnutý, systém pracuje v režimu chlazení a příslušný venkovní kondenzátor v režimu chlazení se používá jako výparník v režimu topení.
