Riassunto analitico
L’obiettivo del seguente lavoro di tesi è presentare uno studio sperimentale dell’R1234yf come sostituto immediato del refrigerante R134a in un sistema di aria condizionata per veicolo elettrico.
Viene eseguita una caratterizzazione energetica con entrambi i refrigeranti utilizzando come parametri di prestazione principali la capacità di raffreddamento, la potenza assorbita dal compressore e il COP.
Il principale problema nell’utilizzare l’R1234yf è la sua elevata infiammabilità che può causare incendi in caso di perdite dell’impianto di condizionamento.
Pertanto, l’R1234yf sarà un refrigerante di passaggio che lascerà poi spazio alla CO2 (R744) nei prossimi anni.
Per simulare il funzionamento dell’aria condizionata, in marcia, è stato assegnato il ciclo guida WLTP utilizzato sia per un veicolo con motore a combustione interna sia per un veicolo elettrico.
Per raggiungere l’obiettivo del seguente lavoro è stato necessario introdurre nell’impianto uno scambiatore di calore interno e dimensionarlo opportunamente per massimizzarne le prestazioni.
Dimensionato l’IHX e definite le nuove condizioni inziali del sistema per il nuovo refrigerante, il COP dell’impianto con R1234yf ha raggiunto valori prossimi a quelli con R134a.
Un secondo obiettivo del lavoro di tesi è stato quello di realizzare un nuovo layout per condizioni climatiche estreme invernali.
Il nuovo layout, in modalità riscaldamento, consiste nel sostituire il riscaldatore PTC con un condensatore interno e l’aggiunta di un sistema di valvole, trattato teoricamente, per consentire al refrigerante di bypassare l’evaporatore e la valvola di espansione per il raffreddamento.
Il condensatore interno è efficiente a basse temperature ma in particolari condizioni climatiche, per temperature che si aggirano intorno ai -10 °C, diventa sempre più difficile riscaldare l’abitacolo di un veicolo elettrico.
Una soluzione proposta nel seguente lavoro è quella di integrare al sistema un riscaldatore PTC, in aggiunta al condensatore interno, utile in condizioni climatiche estreme, a temperature inferiori ai -10 °C.
Infine, è stata trattata la deumidificazione durante il riscaldamento dell’abitacolo per sottrarre l’umidità rilasciata dai passeggeri in aggiunta a quella già presente nell’aria.
La deumidificazione è un passo cruciale perché l’eccessiva umidità nell’aria, presente nell’abitacolo, potrebbe causare l’appannamento del parabrezza e non garantire una guida sicura.
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Abstract
The goal of the following thesis is to present an experimental study of R1234yf as an immediate replacement for the R134a refrigerant in an air conditioning system for electric vehicles.
An energy characterization is carried out with both refrigerants using the cooling capacity, the power absorbed by the compressor and the COP as main performance parameters.
The main problem using R1234yf is its high flammability which can cause fires in case of leaks in the air conditioning system.
Therefore, R1234yf will be a passing refrigerant that will then leave the field to CO2 (R744) in the coming years.
To simulate the operation of air conditioning, while driving, the WLTP drive cycle was assigned, used both for a vehicle with an internal combustion engine and for an electric vehicle.
In order to achieve the goal of the following work, it was necessary to introduce an internal heat exchanger in the system and dimension it appropriately to maximize its performance.
Having sized the IHX and defining the new initial system conditions for the new refrigerant, the COP of the system with R1234yf has reached values close to those with R134a.
Another goal of the thesis work was to create a new layout for extreme climatic conditions in winter.
The new layout, in heating mode, consists in replacing the PTC heater with an internal condenser and adding a valve system to allow the refrigerant to bypass the expansion valve for cooling and the evaporator.
The internal condenser is efficient at low temperatures but in particular climatic conditions, for temperatures around -10 ° C, it becomes increasingly difficult to heat the cabin of an electric vehicle.
A solution proposed in the following work is to add a PTC heater, in addition to the internal condenser, which will be useful in critical climatic conditions, at temperatures well below zero.
Finally, the dehumidification during the heating of the cabin was treated to subtract the humidity released by the passengers in addition to that already present in the air.
Dehumidification is a crucial step because excessive humidity in the air, present in the car cabin, could cause the windshield to mist up and not guarantee safe driving.
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