히트펌프 에어컨의 작동 원리
전기차의 공조시스템은 겨울철 난방을 위해 주로 PTC(Positive Temp Coefficient, 정온도계수)를 사용한다. PTC 난방의 가장 큰 단점은 효율성이 떨어진다는 점이다. 이로 인해 겨울철 전기차의 주행거리가 약 30% 감소하게 된다. 이 문제에 대한 가장 좋은 해결책은 난방에 히트펌프 에어컨을 사용하는 것입니다. 현재 전기자동차 히트펌프 에어컨 시스템의 대부분의 작동유체는 R134a입니다. 가장 큰 문제는 GWP(Global Warming Potential)가 너무 높아서 환경오염이 심하고 온실효과가 심각한 반면, R290 작동유체의 GWP가 낮아 R134a 작동유체를 대체하는 것이 더 나은 선택이다.
히트펌프는 에너지의 일부를 소비하여 저온에서 고온으로 열에너지를 전달하는 에너지 활용 장치이다. 히트펌프 공조시스템은 크게 압축기, 실외열교환기, 실내열교환기, 조절장치, 액체저장 건조기, 사방밸브 등의 온도 및 압력 센서 등의 부품으로 구성된다. 히트펌프 에어컨의 난방 사이클 동안 압축기는 일을 통해 저온, 저압의 작동유체를 고온, 고압의 가스로 변화시킵니다. 가스의 일부는 사이클을 통해 압축기로 다시 들어가고, 가스의 다른 부분은 4방향 밸브를 통과합니다. 실내 열교환기로 들어가서 냉각 및 응축되어 열을 방출하여 차량 내부 온도를 높이고 고온, 고압의 기체 작동유체를 중온, 고압의 과냉각액체로 변화시킵니다. 그런 다음 조절 장치에 들어가 압력을 크게 낮추고 저온 및 저압 유체로 더욱 변화합니다. 기액 2상 작동 유체는 실외 열 교환기로 들어가 열을 흡수하고 외부 환경의 열을 히트 펌프 시스템으로 전달합니다. 작동유체는 다시 저온, 저압의 과열기체 상태로 변하고, 다시 압축기를 통과하여 사이클을 완료합니다. 전기 자동차 히트 펌프 공조 시스템의 원리는 그림 1에 나와 있습니다.
그림 1에서 볼 수 있듯이 전체 가열 사이클에서 작동 유체의 역할은 등엔트로피 압축, 등압 응축, 단열 팽창, 등압 증발의 네 가지 기본 과정으로 단순화될 수 있습니다. 그림 2에 표시된 전기 자동차 히트 펌프 공조 시스템의 열역학적 사이클 압력-엔탈피 다이어그램.
그림 2에서 0은 포화된 저온저압 작동유체의 형태, 1은 압축기 입구와 실외 열교환기 출구에서의 작동유체의 형태, 2는 3은 압축기 출구와 실내 열교환기 입구의 작동유체의 형태, 3은 포화된 고온, 고압의 작동유체의 형태, 4는 실내 열교환기 출구와 입구의 작동유체의 형태 교축 장치의 5는 교축 장치 출구와 실외 열교환기 입구에서의 작동유체의 형태, a는 교축 장치의 엔탈피 값, b는 압축기 출구의 엔탈피 값이다. 공정 1→2는 이상적인 조건에서 등엔트로피 압축인 압축기의 작업 공정입니다. 공정 2→4는 실내 열교환기 내 작동유체의 순환으로 등압응축열 방출 공정이며, 공정 공정 4→5는 스로틀 장치 내 작동유체의 단열 팽창입니다. 5→1과정은 실외열교환기에서 작동유체가 등압 증발하는 흡열과정이다.
