الحلول التقنية السائدة لمكيفات الهواء ذات المضخات الحرارية
لمركبات الطاقة الجديدة
المضخة الحرارية هي جهاز تكييف هواء يمكنه نقل الطاقة الحرارية بقوة من مصدر حرارة منخفض المستوى إلى مصدر حرارة عالي المستوى، تشبه "مضخة المياه" التي يمكنها ضخ الماء من مكان منخفض إلى مكان مرتفع. يمكن أن يؤدي استخدام صمام عكسي رباعي الاتجاه إلى تبادل وظائف المبخر والمكثف لمكيف الهواء بمضخة الحرارة وتغيير اتجاه نقل الحرارة، وبالتالي تحقيق تأثير التبريد في الصيف والتدفئة في الشتاء.
الأساس النظري للمضخات الحرارية يأتي من دورة كارنوت العكسية الديناميكية الحرارية. يستخدم التبريد والتدفئة في أنظمة تكييف الهواء ذات المضخات الحرارية ضواغط كهربائية مخصصة لدفع دورة التبريد أو التدفئة. في فصل الشتاء، لم تعد التدفئة مثل مكيفات الهواء الكهربائية الموجودة. تستخدم تقنية PTC للتدفئة محرك ضاغط كهربائي لتحقيق التسخين.
في الوقت الحاضر، تنقسم الأبحاث المتعلقة بتكييف الهواء بالمضخات الحرارية للسيارات الكهربائية بشكل أساسي إلى ثلاثة أنواع: 1) أنظمة المضخات الحرارية القائمة على المبرد الموجود R134a؛ 2) تكنولوجيا المضخات الحرارية باستخدام ثاني أكسيد الكربون المبرد؛ 3) أنظمة تكييف الهواء بمضخة الحرارة الشمسية. وفقا لعدد المبادلات الحرارية، يمكن تقسيم هذه الأنظمة إلى نوعين: مبادل حراري واحد ومبادل حراري مزدوج؛ وفقًا للضواغط المختلفة، يمكن تقسيم النظام إلى نوعين مختلفين: الضاغط المنزلق والضاغط اللولبي.
وفقا لغاز التبريد، فإن أنظمة تكييف الهواء بمضخة الحرارة تشمل بشكل رئيسي نوع R134a ونوع CO2. على الرغم من أن ثاني أكسيد الكربون يتمتع بخصائص فيزيائية حرارية جيدة وأن قدرة ثاني أكسيد الكربون على الاحتباس الحراري (GWP) هي جزء من الألف من R134a، نظرًا لأن أنظمة تكييف هواء السيارات المختلفة تستخدم حاليًا سائل التبريد R134a بشكل أساسي، فقد تم تصميم قطع الغيار والإنتاج وخدمة ما بعد البيع والصيانة بناءً على أصبحت الخصائص الفيزيائية لغاز التبريد R134a وأنظمة تكييف الهواء ذات المضخات الحرارية R134a هي التكنولوجيا السائدة التي يتم تطويرها حاليًا.
باستخدام R134a كمبرد، عادة ما يكون هناك خياران لهيكل أنظمة تكييف الهواء ذات المضخات الحرارية للسيارات الكهربائية.
1. الخيار 1: يتكون النظام من ضاغط تكييف الهواء الكهربائي، وفاصل الغاز والسائل، ومجموعة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (بما في ذلك مكثف داخل السيارة، ومبخر، ومروحة مبخر، ووحدة تسخين إضافية PTC)، ومبادل حراري خارجي، ومتعددة صمامات الملف اللولبي. بشكل عام، يعتمد على مكيف الهواء الكهربائي الشائع الاستخدام في السيارات الكهربائية الموجودة، باستخدام ضاغط كهربائي، يكون المبادل الحراري الخارجي عبارة عن مبادل حراري عمودي على شكل حرف "V" ذو تدفق متوازي، ويعمل على زيادة التكثيف داخل السيارة داخل نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC). التجميع والتدفئة المساعدة PTC، وإضافة صمامات لولبية متعددة إلى خط أنابيب تكييف الهواء، والتحكم في اتجاه تدفق غاز التبريد عن طريق التحكم في فتح وإغلاق صمامات الملف اللولبي المتعددة. لا يمكن لمجموعة صمامات الملف اللولبي المتعددة تبديل اتجاه تدفق مادة التبريد فحسب، بل يمكنها أيضًا توسيع مادة التبريد.
2. الخيار 2: استخدم ضاغطًا كهربائيًا لتغيير اتجاه تدفق مادة التبريد من خلال صمام عكسي رباعي الاتجاهات. استخدم صمام التمدد الإلكتروني لتحقيق تدفق ثنائي الاتجاه لسائل التبريد. يستخدم المبادل الحراري الخارجي زعانف عمودية على شكل "V" لتبادل التدفق المتوازي. سخان، إضافة التدفئة المساعدة.
في نظام تكييف الهواء بمضخة الحرارة في المخطط 2، تتشابه مبادئ التبريد والتدفئة مع المخطط 1. والفرق هو أن الصمام العكسي رباعي الاتجاهات يمكنه في نفس الوقت تبديل مبرد صمام التبريد TXV وصمام المضخة الحرارية TXV في المخطط 1. التمدد الإلكتروني يعمل الصمام كمبرد تمدد لكل من جهاز التبريد TCV والمضخة الحرارية TXV. يتم التحكم في تشغيل النظام بواسطة وحدة تحكم مخصصة لمضخة الحرارة.
هناك اختلافات في المكونات المعنية بين الحلين المذكورين أعلاه
المكونات الموجودة في الخيار الأول ناضجة نسبيًا وموثوقة، ومن الأقل صعوبة تحقيق وظائف التبريد والتدفئة. ومع ذلك، فإن النظام يحتوي على العديد من المكونات. من أجل تحقيق وظائف تبديل وتوسيع غاز التبريد، تمت إضافة صمام الملف اللولبي، وصمام عكسي، وصمام تمدد كهرومغناطيسي. من أجل تحقيق وظيفة التبادل الحراري في السيارة، يتم إضافة مكثف داخل السيارة إلى المبخر. من الصعب ترتيب مساحة خط الأنابيب، وتحتاج الوحدة الرئيسية لتكييف الهواء إلى إعادة تصميم. نظرًا لأن الخطة تشتمل على العديد من أجسام الصمامات، وعدد كبير جدًا من وصلات الأنابيب، فإن مقاومة تدفق مادة التبريد كبيرة، كما أن الكفاءة وتوفير الطاقة غير كافيين قليلاً. من حيث دقة التحكم، من الصعب التحكم بدقة والتكلفة الإجمالية للتطوير مرتفعة.
يحتوي الخيار 2 على بنية نظام بسيطة ويتضمن أجزاء أقل. القلب هو صمام عكسي رباعي الاتجاه وصمام التمدد الإلكتروني. نظرًا لأن المبادل الحراري الموجود داخل السيارة يعمل كمكثف ومبخر في السيارة، فيمكن استعارة الوحدة الرئيسية لتكييف الهواء مباشرة ويكون تعقيد خط الأنابيب منخفضًا. من حيث دقة التحكم، هناك عدد قليل نسبيًا من المنتجات الناضجة محليًا لصمامات التمدد الإلكترونية والصمامات العكسية رباعية الاتجاهات، ويعمل مصنعو أجزاء الصمامات السائدة حاليًا على التطورات الرئيسية. هناك حاجة إلى وحدات تحكم تكييف الهواء الخاصة بالمضخات الحرارية لتحقيق التحكم الدقيق، ولهذا السبب تبحث العديد من الشركات المضيفة عن مهام التنفيذ الرئيسية في تطوير تكييف الهواء. في هذه المرحلة، تكون تكاليف التطوير والمعايرة مرتفعة نسبيًا، وتكلفة النظام تعادل تكلفة الحل 1. ومع ذلك، مع زيادة شعبية المنتج وزيادة الحجم، سينخفض السعر بشكل ملحوظ. في الوقت الحاضر، جميع الشركات المضيفة في الداخل والخارج تعتمد هذا الحل.
من أجل تحقيق التصنيع الشامل لأنظمة المضخات الحرارية في ظل الخلفية الصناعية الحالية، هناك اتجاه لتطوير نظام تكييف الهواء بالمضخات الحرارية الموضح في الخطة 2. تحتاج الصناعة إلى تنمية المكونات الأساسية مثل السرعة العالية والكفاءة العالية الضواغط الكهربائية، والمبادلات الحرارية الخارجية والداخلية، وصمامات عكسية رباعية الاتجاه، وصمامات التمدد الإلكترونية، وتعزيز المكونات لتصبح ناضجة وموثوقة في أقرب وقت ممكن. يجب على الشركات المضيفة تحسين التحكم في تكامل نظام المضخات الحرارية. قدرات التطوير.
