Πώς λειτουργεί η αντλία θερμότητας ηλεκτρικού οχήματος

Η γκάμα των ηλεκτρικών οχημάτων σε χαμηλές θερμοκρασίες προσελκύει όλο και περισσότερο την προσοχή των ανθρώπων και οι αντλίες θερμότητας, ως ώριμη λύση στον οικιακό και βιομηχανικό τομέα, γίνονται σταδιακά ευπρόσδεκτα από τους κύριους κατασκευαστές ηλεκτρικών οχημάτων. Η αντλία θερμότητας είναι μια συσκευή που εξάγει ενέργεια από τον αέρα για θέρμανση ή ψύξη χώρων. Η αρχή λειτουργίας μιας αντλίας θερμότητας είναι αντίθετη από αυτή μιας μηχανής θερμότητας. Μια αντλία θερμότητας λειτουργεί εισάγοντας ηλεκτρική ενέργεια και αντλεί θερμότητα από το κρύο στο ζεστό. Αυτό φαίνεται να παραβιάζει τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής, αλλά αυτή η μεταφορά θερμότητας δεν είναι αυθόρμητη και απαιτεί ενέργεια εισόδου για να επιτευχθεί.

Μια αντλία θερμότητας είναι στην πραγματικότητα σαν ένα ψυγείο, αλλά ισχύει το αντίθετο: η λειτουργία της είναι ακριβώς αντίθετη από ένα ψυγείο στην κουζίνα. Τα οικιακά ψυγεία περιέχουν ψυκτικό αέριο, το οποίο θα θερμανθεί μετά τη συμπίεση. Το συμπιεσμένο αέριο μεταφέρεται στον συμπυκνωτή μέσω κάποιων αγωγών. Η θερμότητα από τον συμπυκνωτή διαχέεται για να κρυώσει το ψυκτικό αέριο, το οποίο στη συνέχεια μεταφέρεται στον αγωγό του εξατμιστή. Λόγω του ότι ο εξατμιστής είναι μεγαλύτερος από τον συμπυκνωτή, η πίεση πέφτει και το υγρό ψυκτικό εξατμίζεται σε αέρια κατάσταση, απορροφώντας θερμότητα από το περιβάλλον. Η θερμοκρασία μειώνεται ανάλογα, επιτυγχάνοντας ένα αποτέλεσμα ψύξης.
Η αντλία θερμότητας του ηλεκτρικού οχήματος απορροφά θερμότητα από τον εξωτερικό αέρα μέσω του εξατμιστή, συμπιέζει το ψυκτικό και στη συνέχεια χρησιμοποιεί τη θερμότητα από τον συμπυκνωτή για να αυξήσει τη θερμοκρασία στο εσωτερικό της μπαταρίας ή του αυτοκινήτου. Μια αναστρέψιμη αντλία θερμότητας μπορεί επίσης να θερμάνει ή να ψύχει τις μπαταρίες. Εάν ψύχεται, η υπερβολική θερμότητα που παράγεται από τη λειτουργία της μπαταρίας μπορεί να ανακτηθεί και ενώ ψύχεται η μπαταρία, μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη θέρμανση του καροτσιού, σκοτώνοντας δύο πουλιά με μια πέτρα.

Τα κύρια εξαρτήματα μιας αντλίας θερμότητας περιλαμβάνουν τα ακόλουθα:
Συμπιεστής: Ο συμπιεστής είναι η καρδιά μιας αντλίας θερμότητας. Χρησιμοποιεί ηλεκτρική ενέργεια για τη συμπίεση του ψυκτικού μέσου, αυξάνοντας την πίεση και τη θερμοκρασία του ψυκτικού.
Συμπυκνωτής: Ο συμπυκνωτής βρίσκεται έξω από την αντλία θερμότητας. Ένας συμπυκνωτής είναι ένα μέρος όπου το ψυκτικό απελευθερώνει θερμότητα στον περιβάλλοντα αέρα.
Εξατμιστήρας: Ο εξατμιστής βρίσκεται μέσα στην αντλία θερμότητας. Είναι το μέρος όπου το ψυκτικό απορροφά τη θερμότητα από τον εσωτερικό αέρα.
Βαλβίδα εκτόνωσης: Η εκτονωτική βαλβίδα είναι μια μικρή συσκευή που χρησιμοποιείται για τη μείωση της πίεσης του ψυκτικού μέσου, μετατρέποντάς το από υγρό σε αέριο.

Οι αντλίες θερμότητας μπορούν να αυξήσουν την εμβέλεια των ηλεκτρικών οχημάτων το χειμώνα. Οι αντλίες θερμότητας δεν απαιτούν ηλεκτρική ενέργεια για να παράγουν θερμότητα, αντλούν μόνο θερμότητα από το εξωτερικό σε εσωτερικούς χώρους. Η χωρητικότητα που καταναλώνεται από την αντλία θερμότητας κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας είναι πολύ μικρότερη από αυτή της άμεσης θέρμανσης PTC. Η αντλία θερμότητας μπορεί να αλλάξει τον τρόπο λειτουργίας της ανάλογα με τις ανάγκες, επιτρέποντας τόσο θέρμανση όσο και ψύξη.
Αν και οι αντλίες θερμότητας γίνονται όλο και πιο δημοφιλείς και έχουν πολλά πλεονεκτήματα, το κόστος των συστημάτων αντλιών θερμότητας εξακολουθεί να είναι υψηλό. Κατά τη λειτουργία των αντλιών θερμότητας, ο συμπιεστής θα συνεχίσει να λειτουργεί, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει προβλήματα θορύβου. Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μεθόδους ηλεκτρικής θέρμανσης, τα συστήματα αντλιών θερμότητας είναι πιο περίπλοκα, έχουν περισσότερα εξαρτήματα και έχουν σχετικά χαμηλότερη αξιοπιστία.