เครื่องปรับอากาศปั๊มความร้อนทำงานอย่างไร
ระบบปรับอากาศของยานพาหนะไฟฟ้าส่วนใหญ่ใช้ PTC (ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเชิงบวก, ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเชิงบวก) เพื่อให้ความร้อนในฤดูหนาว ข้อเสียเปรียบหลักของการให้ความร้อน PTC คือมันไม่มีประสิทธิภาพ ซึ่งจะลดระยะการขับขี่ของยานพาหนะไฟฟ้าในฤดูหนาวลงประมาณ 30% ทางออกที่ดีที่สุดสำหรับปัญหานี้ วิธีแก้ไขคือการใช้เครื่องปรับอากาศปั๊มความร้อนเพื่อให้ความร้อน ในปัจจุบัน สารทำงานในระบบปรับอากาศของปั๊มความร้อนรถยนต์ไฟฟ้าคือ R134a ปัญหาใหญ่ที่สุดคือ GWP (Global Warming Potential) สูงเกินไป ทำให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมและภาวะเรือนกระจกอย่างรุนแรง ในขณะที่ R290 GWP ของสารทำงานต่ำและเป็นทางเลือกที่ดีกว่าในการเปลี่ยนสารทำงาน R134a
ปั๊มความร้อนเป็นอุปกรณ์การใช้พลังงานที่ถ่ายเทพลังงานความร้อนจากอุณหภูมิต่ำไปยังอุณหภูมิสูงโดยการใช้พลังงานบางส่วน ระบบปรับอากาศแบบปั๊มความร้อนส่วนใหญ่ประกอบด้วยคอมเพรสเซอร์ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนกลางแจ้ง เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภายในอาคาร อุปกรณ์ควบคุมปริมาณ เครื่องอบแห้งแบบเก็บของเหลว และวาล์วสี่ทาง ประกอบด้วยส่วนประกอบต่างๆ เช่น เซ็นเซอร์อุณหภูมิและความดัน ในระหว่างรอบการทำความร้อนของเครื่องปรับอากาศแบบปั๊มความร้อน คอมเพรสเซอร์จะเปลี่ยนของเหลวทำงานที่มีอุณหภูมิต่ำและความดันต่ำเป็นก๊าซที่มีอุณหภูมิสูงและแรงดันสูงผ่านการทำงาน ก๊าซบางส่วนจะกลับเข้าสู่คอมเพรสเซอร์อีกครั้งผ่านวงจร และอีกส่วนหนึ่งของก๊าซจะไหลผ่านวาล์วสี่ทาง มันจะเข้าสู่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภายในอาคาร ซึ่งจะเย็นลงและควบแน่นเพื่อปล่อยความร้อน ซึ่งจะทำให้อุณหภูมิภายในรถเพิ่มขึ้น และเปลี่ยนของเหลวทำงานที่เป็นก๊าซอุณหภูมิสูงและแรงดันสูงให้เป็นของเหลวเย็นยิ่งยวดที่มีอุณหภูมิปานกลางและแรงดันสูง จากนั้นจะเข้าสู่อุปกรณ์ควบคุมปริมาณเพื่อลดแรงดันลงอย่างมาก และเปลี่ยนเป็นของเหลวที่มีอุณหภูมิต่ำและความดันต่ำต่อไป สารทำงานสองเฟสของก๊าซ-ของเหลวจะเข้าสู่ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนภายนอกเพื่อดูดซับความร้อน และถ่ายเทความร้อนจากสภาพแวดล้อมภายนอกไปยังระบบปั๊มความร้อน สารทำงานจะเปลี่ยนกลับไปเป็นสถานะก๊าซร้อนยวดยิ่งที่มีอุณหภูมิต่ำและความดันต่ำ และจะถูกส่งผ่านคอมเพรสเซอร์อีกครั้งเพื่อให้วงจรสมบูรณ์ ปั๊มความร้อนรถยนต์ไฟฟ้า หลักการของระบบปรับอากาศแสดงในรูปที่ 1
ดังที่เห็นได้จากรูปที่ 1 บทบาทของของไหลทำงานในวงจรการทำความร้อนทั้งหมดสามารถทำให้ง่ายขึ้นเป็นกระบวนการพื้นฐานสี่กระบวนการ ได้แก่ การบีบอัดแบบไอเซนโทรปิก การควบแน่นแบบไอโซบาริก การขยายตัวแบบอะเดียแบติก การระเหยแบบไอโซบาริก แผนภาพวงจรความดัน-เอนทาลปีทางอุณหพลศาสตร์ของระบบปรับอากาศปั๊มความร้อนรถยนต์ไฟฟ้า ดังแสดงในภาพที่ 2
ในรูปที่ 2 0 คือรูปแบบของสารทำงานที่อุณหภูมิต่ำและความดันต่ำอิ่มตัว 1 คือรูปแบบของสารทำงานที่ทางเข้าของคอมเพรสเซอร์และทางออกของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนภายนอก 2 คือรูปแบบของ สารทำงานที่ทางออกของคอมเพรสเซอร์และทางเข้าตัวแลกเปลี่ยนความร้อนภายในอาคาร และ 3 คือรูปแบบอิ่มตัวของของเหลวทำงานที่อุณหภูมิสูงและความดันสูง 4 คือรูปแบบของสารทำงานที่ทางออกของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภายในอาคารและทางเข้า ของอุปกรณ์ควบคุมปริมาณ 5 คือรูปแบบของของไหลทำงานที่ทางออกของอุปกรณ์ควบคุมปริมาณและทางเข้าของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภายนอก a คือค่าเอนทัลปีของอุปกรณ์ควบคุมปริมาณ b คือค่าเอนทัลปีของทางออกของคอมเพรสเซอร์ กระบวนการ 1→2 เป็นกระบวนการทำงานของคอมเพรสเซอร์ ซึ่งเป็นการบีบอัดแบบไอเซนโทรปิกภายใต้สภาวะที่เหมาะสม กระบวนการ 2→4 คือการหมุนเวียนของของไหลทำงานในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภายในอาคาร ซึ่งเป็นกระบวนการปล่อยความร้อนจากการควบแน่นแบบไอโซบาริก กระบวนการ กระบวนการ 4→5 คือการขยายตัวแบบอะเดียแบติกของของไหลทำงานในอุปกรณ์ควบคุมปริมาณ กระบวนการ 5→1 คือการระเหยด้วยแรงดันเท่ากันของของไหลทำงานในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภายนอก ซึ่งเป็นกระบวนการดูดความร้อน
