כיצד פועלים מזגני משאבת חום
מערכת המיזוג של כלי רכב חשמליים משתמשת בעיקר ב-PTC (Positive Temperature Coefficient, Positive Temperature Coefficient) לחימום בחורף. החיסרון העיקרי של חימום PTC הוא שאינו יעיל, מה שיפחית את טווח הנסיעה של כלי רכב חשמליים בחורף בכ-30%. הפתרון הטוב ביותר לבעיה זו הפתרון הוא להשתמש במיזוג אוויר של משאבת חום לחימום. כיום, רוב נוזל העבודה במערכות מיזוג אוויר של משאבת חום לרכב חשמלי הוא R134a. הבעיה הגדולה ביותר היא ש-GWP (פוטנציאל התחממות כדור הארץ) גבוה מדי, מה שגורם לזיהום סביבתי גדול ולאפקט חממה רציני, בעוד R290 ה-GWP של נוזל העבודה נמוך וזו בחירה טובה יותר להחליף את נוזל העבודה R134a.
משאבת חום היא מכשיר לניצול אנרגיה המעביר אנרגיית חום מטמפרטורה נמוכה לטמפרטורה גבוהה על ידי צריכת חלק מהאנרגיה. מערכת מיזוג אוויר משאבת חום מורכבת בעיקר ממדחס, מחליף חום חיצוני, מחליף חום פנימי, מכשיר מצערת, מייבש אחסון נוזלים ושסתום ארבע-כיווני. הוא מורכב ממרכיבים כגון חיישני טמפרטורה ולחץ. במהלך מחזור החימום של מזגן משאבת החום, המדחס משנה את נוזל העבודה בטמפרטורה נמוכה ובלחץ נמוך לגז בטמפרטורה גבוהה ובלחץ גבוה באמצעות עבודה. חלק מהגז נכנס מחדש למדחס דרך המחזור, והחלק השני של הגז עובר דרך השסתום הארבע-כיווני. הוא נכנס למחליף החום הפנימי, שם הוא מתקרר ומתעבה לשחרור חום, מה שמגביר את הטמפרטורה בתוך הרכב ומשנה את נוזל העבודה הגזי בטמפרטורה גבוהה ובלחץ גבוה לנוזל מקורר-על בטמפרטורה בינונית ובלחץ גבוה. ואז הוא נכנס למכשיר המצערת כדי להפחית מאוד את הלחץ, ומשתנה עוד יותר לנוזל בטמפרטורה נמוכה ובלחץ נמוך. נוזל העבודה הדו-פאזי גז-נוזל נכנס למחליף החום החיצוני כדי לספוג חום, ומעביר את החום מהסביבה החיצונית למערכת משאבת החום. נוזל העבודה משתנה בחזרה למצב גז מחומם בטמפרטורה נמוכה ובלחץ נמוך, ומועבר שוב דרך המדחס כדי להשלים את המחזור. משאבת חום לרכב חשמלי העיקרון של מערכת מיזוג האוויר מוצג באיור 1.
כפי שניתן לראות מאיור 1, ניתן לפשט את תפקידו של נוזל העבודה במחזור החימום כולו לארבעה תהליכים בסיסיים: דחיסה איזנטרופית, עיבוי איזובארי, התפשטות אדיאבטית, אידוי איזובארי. דיאגרמת לחץ-אנטלפיה מחזורית תרמודינמית של מערכת מיזוג אוויר משאבת חום לרכב חשמלי כפי שמוצג בתמונה 2.
באיור 2, 0 הוא הצורה של נוזל העבודה הרווי בטמפרטורה נמוכה ובלחץ נמוך, 1 הוא צורת נוזל העבודה בכניסת המדחס וביציאת מחליף החום החיצונית, 2 היא הצורה של נוזל עבודה ביציאת המדחס וכניסת מחליף החום הפנימי, ו-3 הוא הרווי צורת נוזל העבודה בטמפרטורה גבוהה ולחץ גבוה, 4 היא צורת נוזל העבודה ביציאה של מחליף החום הפנימי והכניסה של התקן המצערת, 5 הוא צורת נוזל העבודה ביציאה של התקן המצערת והכניסה של מחליף החום החיצוני, a הוא ערך האנטלפיה של התקן המצערת, b הוא ערך האנטלפיה של יציאת המדחס. תהליך 1→2 הוא תהליך העבודה של המדחס, שהוא דחיסה איזנטרופית בתנאים אידיאליים; תהליך 2→4 הוא זרימת נוזל העבודה במחליף החום הפנימי, שהוא תהליך שחרור חום עיבוי איזוברי; תהליך תהליך 4→5 הוא ההתרחבות האדיאבטית של נוזל העבודה בהתקן המצערת; תהליך 5→1 הוא אידוי בלחץ שווה של נוזל העבודה במחליף החום החיצוני, שהוא תהליך אנדותרמי.
