كيف تعمل مكيفات الهواء ذات المضخات الحرارية
يستخدم نظام تكييف الهواء للسيارات الكهربائية بشكل أساسي PTC (معامل درجة الحرارة الإيجابية، معامل درجة الحرارة الإيجابية) للتدفئة في فصل الشتاء. العيب الرئيسي لتدفئة PTC هو أنها ليست فعالة، مما سيقلل من نطاق قيادة السيارات الكهربائية في الشتاء بحوالي 30%. الحل الأمثل لهذه المشكلة الحل هو استخدام التكييف الحراري للتدفئة. في الوقت الحاضر، معظم سوائل العمل في أنظمة تكييف الهواء ذات المضخات الحرارية للسيارات الكهربائية هي R134a. المشكلة الأكبر هي أن GWP (إمكانية الاحتباس الحراري) مرتفعة جدًا، مما يسبب تلوثًا بيئيًا كبيرًا وتأثيرًا خطيرًا على الاحتباس الحراري، في حين أن R290 إن GWP لسائل العمل منخفض وهو خيار أفضل لاستبدال سائل العمل R134a.
المضخة الحرارية هي أحد أجهزة استغلال الطاقة التي تنقل الطاقة الحرارية من درجة الحرارة المنخفضة إلى درجة الحرارة المرتفعة عن طريق استهلاك جزء من الطاقة. يتكون نظام تكييف الهواء بمضخة الحرارة بشكل أساسي من ضاغط، ومبادل حراري خارجي، ومبادل حراري داخلي، وجهاز خنق، ومجفف تخزين السوائل، وصمام رباعي الاتجاه. ويتكون من مكونات مثل أجهزة استشعار درجة الحرارة والضغط. أثناء دورة التسخين لمكيف الهواء ذو المضخة الحرارية، يقوم الضاغط بتغيير سائل العمل ذو درجة الحرارة المنخفضة والضغط المنخفض إلى غاز عالي الحرارة والضغط العالي من خلال العمل. يعود بعض الغاز إلى الضاغط من خلال الدورة، ويمر الجزء الآخر من الغاز عبر الصمام رباعي الاتجاهات. يدخل إلى المبادل الحراري الداخلي، حيث يبرد ويتكثف لإطلاق الحرارة، مما يزيد من درجة الحرارة داخل السيارة ويغير سائل العمل الغازي عالي الحرارة والضغط العالي إلى سائل فائق التبريد بدرجة حرارة متوسطة وضغط مرتفع. ثم يدخل إلى جهاز الاختناق ليخفض الضغط بشكل كبير، ويتحول بعد ذلك إلى سائل منخفض الحرارة والضغط. يدخل سائل العمل ذو الطورين الغازي السائل إلى المبادل الحراري الخارجي لامتصاص الحرارة، وينقل الحرارة من البيئة الخارجية إلى نظام المضخة الحرارية. يتغير مائع التشغيل مرة أخرى إلى حالة الغاز المسخن بدرجة حرارة منخفضة وضغط منخفض، ويتم تمريره مرة أخرى عبر الضاغط لإكمال الدورة. مضخة حرارة السيارة الكهربائية يظهر مبدأ نظام تكييف الهواء في الشكل 1.
كما يتبين من الشكل 1، يمكن تبسيط دور مائع العمل في دورة التسخين بأكملها إلى أربع عمليات أساسية: الضغط متساوي الضغط، التكثيف متساوي الضغط، التوسع الأديباتي، التبخر متساوي الضغط. مخطط الضغط والمحتوى الحراري للدورة الديناميكية الحرارية لنظام تكييف الهواء بمضخة حرارية للسيارة الكهربائية كما هو موضح في الصورة 2.
في الشكل 2، 0 هو شكل مائع العمل المشبع ذو درجة الحرارة المنخفضة والضغط المنخفض، 1 هو شكل مائع العمل عند مدخل الضاغط ومخرج المبادل الحراري الخارجي، 2 هو شكل سائل العمل عند مخرج الضاغط ومدخل المبادل الحراري الداخلي، و3 هو الشكل المشبع لسائل العمل عند درجة حرارة عالية وضغط مرتفع، 4 هو شكل سائل العمل عند مخرج المبادل الحراري الداخلي والمدخل لجهاز الاختناق، 5 هو شكل سائل العمل عند مخرج جهاز الاختناق ومدخل المبادل الحراري الخارجي، أ هي قيمة المحتوى الحراري لجهاز الاختناق، ب هي قيمة المحتوى الحراري لمخرج الضاغط. العملية 1 → 2 هي عملية عمل الضاغط، وهو ضغط متساوي الانتروبيا في ظل ظروف مثالية؛ العملية 2 → 4 هي دوران سائل العمل في المبادل الحراري الداخلي، وهي عملية إطلاق حرارة التكثيف الأيزوباري؛ العملية 4 → 5 هي التمدد الأديابي لسائل العمل في جهاز الاختناق؛ العملية 5→1 هي تبخر الضغط المتساوي لسائل العمل في المبادل الحراري الخارجي، وهي عملية ماصة للحرارة.
