Hlavní technická řešení pro klimatizační jednotky s tepelným čerpadlem
pro nová energetická vozidla
Tepelné čerpadlo je klimatizační zařízení, které dokáže násilně přenášet tepelnou energii z nízkoúrovňového zdroje tepla na vysokoúrovňový zdroj tepla, podobně jako „vodní čerpadlo“, které dokáže přečerpat vodu z nízkého místa do vysokého. Použitím čtyřcestného přepínacího ventilu lze zaměnit funkce výparníku a kondenzátoru klimatizace s tepelným čerpadlem a změnit směr přenosu tepla, čímž se dosáhne efektu chlazení v létě a vytápění v zimě.
Teoretický základ tepelných čerpadel vychází z termodynamického reverzního Carnotova cyklu. Chlazení a vytápění klimatizačních systémů s tepelným čerpadlem využívají k pohonu chladicího nebo topného cyklu vyhrazené elektrické kompresory. V zimě již není vytápění stejné jako u stávajících elektrických klimatizací. PTC ohřev využívá k dosažení ohřevu elektrický pohon kompresoru.
V současné době je výzkum v oblasti klimatizace elektrických vozidel s tepelným čerpadlem rozdělen především do tří typů: 1) systémy tepelných čerpadel založené na stávajícím chladivu R134a; 2) technologie tepelného čerpadla využívající chladivo CO2; 3) klimatizační systémy se solárním tepelným čerpadlem. Podle počtu výměníků tepla lze tyto systémy rozdělit na dva typy: jednoduchý výměník tepla a dvojitý výměník tepla; podle různých kompresorů lze systém rozdělit na dva různé typy: kompresor s posuvnými lamelami a kompresor typu scroll.
Klimatizační systémy s tepelným čerpadlem podle chladiva zahrnují především typ R134a a typ CO2. Ačkoli má CO2 dobré termofyzikální vlastnosti a potenciál globálního oteplování (GWP) CO2 je tisícinový oproti R134a, protože různé automobilové klimatizační systémy v současné době používají hlavně chladivo R134a, je návrh dílů, výroba a poprodejní servis a údržba navrženy na základě fyzikální vlastnosti chladiva R134a a klimatizačních systémů s tepelným čerpadlem R134a se staly hlavní technologií, která se v současnosti vyvíjí.
Při použití R134a jako chladiva existují obvykle dvě možnosti struktury klimatizačních systémů elektrických vozidel s tepelným čerpadlem.
1. Možnost 1: Systém se skládá z elektrického kompresoru klimatizace, separátoru plyn-kapalina, sestavy HVAC (včetně kondenzátoru ve voze, výparníku, ventilátoru výparníku a pomocného topení PTC), vnějšího výměníku tepla a vícenásobného solenoidové ventily. Obecně řečeno, je založen na elektrické klimatizaci běžně používané ve stávajících elektrických vozidlech s použitím elektrického kompresoru, externím výměníkem tepla je vertikální výměník tepla ve tvaru „V“ s paralelním prouděním a zvyšující se kondenzaci ve vozidle uvnitř HVAC. montáž a pomocné topení PTC, přidejte do potrubí klimatizace více elektromagnetických ventilů a řiďte směr toku chladiva ovládáním otevírání a zavírání více elektromagnetických ventilů. Kombinace více solenoidových ventilů může nejen přepínat směr proudění chladiva, ale také chladivo expandovat.
2. Možnost 2: Pomocí elektrického kompresoru změňte směr proudění chladiva čtyřcestným přepínacím ventilem. Použijte elektronický expanzní ventil k dosažení obousměrného průtoku chladiva. Vnější výměník tepla používá vertikální žebra ve tvaru "V" pro paralelní výměnu proudění. Topení, přidejte pomocné topení.
V klimatizačním systému tepelného čerpadla schématu 2 jsou principy chlazení a vytápění podobné jako schéma 1. Rozdíl je v tom, že čtyřcestný přepínací ventil může současně spínat chladivo ventilu TXV chlazení a ventilu TXV tepelného čerpadla schématu 1. Elektronická expanze Ventil funguje jako expanzní chladivo pro chlazení TCV i tepelné čerpadlo TXV. Provoz systému je řízen vyhrazeným regulátorem tepelného čerpadla.
Mezi výše uvedenými dvěma řešeními existují rozdíly v komponentách
Komponenty zahrnuté v možnosti jedna jsou relativně vyspělé a spolehlivé a je méně obtížné dosáhnout funkcí chlazení a topení. Systém má však mnoho komponent. Aby bylo možné realizovat funkce spínání a expanze chladiva, jsou přidány elektromagnetický ventil, reverzní ventil a elektromagnetický expanzní ventil. Aby bylo možné realizovat funkci výměny tepla v autě, je k výparníku přidán vnitřní kondenzátor. Je obtížné uspořádat prostor potrubí a hlavní jednotka klimatizace musí být přepracována. Protože plán zahrnuje mnoho těles ventilů, příliš mnoho potrubních spojů, odpor proudění chladiva je velký a účinnost a úspora energie jsou mírně nedostatečné. Z hlediska přesnosti ovládání je obtížné přesně řídit a celkové náklady na vývoj jsou vysoké.
Možnost 2 má jednoduchou strukturu systému a zahrnuje méně dílů. Jádrem je čtyřcestný přepínací ventil a elektronický expanzní ventil. Protože výměník tepla ve voze funguje jako kondenzátor i výparník v autě, lze hlavní jednotku klimatizace přímo zapůjčit a složitost potrubí je nízká. Co se týče přesnosti regulace, existuje relativně málo tuzemských vyspělých produktů pro elektronické expanzní ventily a čtyřcestné přepínací ventily a hlavní výrobci dílů ventilů v současné době pracují na klíčovém vývoji. K dosažení přesného ovládání jsou zapotřebí speciální ovladače klimatizace s tepelným čerpadlem, a proto různé hostitelské společnosti hledají klíčové implementační úkoly ve vývoji klimatizace. V této fázi jsou náklady na vývoj a kalibraci relativně vysoké a náklady na systém jsou ekvivalentní ceně řešení 1. Jak se však produkt stává populárnějším a zvyšuje se objem, cena výrazně klesne. V současné době toto řešení přejímají všechny hostitelské společnosti doma i v zahraničí.
Aby bylo možné realizovat masovou industrializaci systémů tepelných čerpadel v rámci stávajícího průmyslového zázemí, je trendem vyvíjet klimatizační systém s tepelným čerpadlem znázorněný v plánu 2. Průmysl potřebuje kultivovat základní komponenty, jako je vysoká rychlost a vysoká účinnost elektrické kompresory, vnější a vnitřní výměníky tepla, čtyřcestné reverzní ventily a elektronické expanzní ventily a podporovat, aby se komponenty staly zralými a spolehlivými co nejdříve. Hostitelské společnosti musí zlepšit kontrolu nad integrací systému tepelných čerpadel. Vývojové schopnosti.
