渦旋式壓縮機在汽車空調(diào)上的應(yīng)用

1、天津, 中國 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES渦旋壓縮機在汽車空調(diào)上的應(yīng)用渦旋壓縮機在汽車空調(diào)上的應(yīng)用Eckhard A. Groll機械工程系副教授美國印第安納州西拉菲特市普度大學(xué)Herrick實驗室天津, 中國 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES目錄目錄 汽車空調(diào)的歷史汽車空調(diào)的歷史 汽車空調(diào)壓縮機的發(fā)展汽車空調(diào)壓縮機的發(fā)展 渦旋壓縮機技術(shù)渦旋壓縮機技術(shù) 整個汽車空調(diào)的統(tǒng)計數(shù)字整個汽車空調(diào)的統(tǒng)計數(shù)字 (美國美國+ 世界世界) 汽車空調(diào)的未來汽車空調(diào)的未來天津, 中國 2003/10/17RAY W. HERR

2、ICK LABORATORIES汽車空調(diào)的歷史汽車空調(diào)的歷史天津, 中國 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES早期汽車早期汽車 僅僅通過特殊的布來保護(hù) 當(dāng)車速高達(dá)15英里/h時，通過風(fēng)來降溫一輛未提供任何保護(hù)的機動“馬車”一塊大的用于5人的防雨護(hù)裙（用于敞體汽車）天津, 中國 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES早期的取暖系統(tǒng)早期的取暖系統(tǒng) 加熱器不是為特殊的汽車設(shè)計的 由于泄漏，尾氣加熱器存在許多問題 尾氣加熱器溫度非常高，以至于將乘客的鞋燒穿。 1925年使用的高性能尾氣加熱器天津, 中國 2003/10/17RA

3、Y W. HERRICK LABORATORIES空氣調(diào)節(jié)需求的增長空氣調(diào)節(jié)需求的增長 1884年出現(xiàn)第一臺用冰塊冷卻車子內(nèi)部的馬拉車 1908年出現(xiàn)第一輛帶封閉倉的汽車 1925年帶封閉倉的汽車產(chǎn)量超過敞棚車 早期的通風(fēng)系統(tǒng)不對空氣中的灰塵、臟物、花粉、昆蟲等進(jìn)行過濾。天津, 中國 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES早期的冷卻系統(tǒng)早期的冷卻系統(tǒng) 1930年C&C Kelvinator 第一次將一臺蒸汽壓縮式制冷裝置裝上汽車 1933 年卡迪拉克開始使用R12為工質(zhì)的制冷循環(huán)系統(tǒng) 1941年卡迪拉克開始大批量生產(chǎn)300臺帶空調(diào)的汽車1930:一輛

4、帶0.37kW Kelvinator制冷裝置的卡迪拉克車，其發(fā)動機為一臺1.1kW的汽油機天津, 中國 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES由派卡德改進(jìn)的第一個實用汽車空調(diào)系統(tǒng) 1934年福特V-8五座車的可行性研究天津, 中國 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES過去六十年的汽車空調(diào)過去六十年的汽車空調(diào) 二十世紀(jì)四十年代，第二次世界大戰(zhàn)阻礙了汽車空調(diào)的發(fā)展 1954年，安裝了第一個旋鈕控制開關(guān) 1960年，7% 的新車裝有空調(diào) 1980年，售出的車中有72%配有初裝空調(diào) 二十世紀(jì)九十年代，汽車空調(diào)由R12、R22工質(zhì)

5、轉(zhuǎn)為R134a天津, 中國 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES當(dāng)今的汽車空調(diào)當(dāng)今的汽車空調(diào) 在美國近 95% 的新車安裝了空調(diào) 由于CFCs以及HCFCs的對臭氧層的潛在破壞而被逐步淘汰，而HFCs是導(dǎo)致全球變暖的因素之一而被嚴(yán)格審查，因此 人們開始將興趣投向替 代制冷劑CO2上 天津, 中國 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES汽車空調(diào)壓縮機的發(fā)展汽車空調(diào)壓縮機的發(fā)展 天津, 中國 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES汽車空調(diào)壓縮機的發(fā)展進(jìn)程汽車空調(diào)壓縮機的發(fā)展進(jìn)程1940 1

6、950 1960 1970 1980 1990 2000曲軸連桿式搖板式斜盤式渦旋式天津, 中國 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES滾動活塞式和搖板式汽車空調(diào)壓縮機滾動活塞式和搖板式汽車空調(diào)壓縮機兩級滾動活塞式壓縮機具有控制閥的變排量搖板式壓縮機天津, 中國 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES斜盤式壓縮機斜盤式壓縮機可變排量斜盤式壓縮機定排量斜盤式壓縮機天津, 中國 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES渦旋式汽車空調(diào)壓縮機的優(yōu)點渦旋式汽車空調(diào)壓縮機的優(yōu)點 渦旋汽車空調(diào)壓縮機效率

7、 高于其它類型的壓縮機 由于無吸氣閥，所以 吸氣側(cè)的壓力降很小 由于容積變化平穩(wěn)，壓縮機的排氣脈動小，所以噪音和振動小天津, 中國 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES渦旋壓縮機技術(shù)渦旋壓縮機技術(shù)天津, 中國 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES渦旋壓縮機內(nèi)的流體運動渦旋壓縮機內(nèi)的流體運動腔腔 2(吸氣腔吸氣腔)腔腔 3(壓縮腔壓縮腔)腔腔1(吸氣腔吸氣腔)腔腔4(壓縮腔壓縮腔)腔腔 6腔腔 5腔腔 7腔腔 9腔腔 8腔腔 10(排氣區(qū)域排氣區(qū)域)天津, 中國 2003/10/17RAY W. HERRICK LABO

8、RATORIES汽車用渦旋壓縮機的剖視圖汽車用渦旋壓縮機的剖視圖天津, 中國 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES電動渦旋壓縮機的剖視圖電動渦旋壓縮機的剖視圖熱交換器天津, 中國 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES渦旋壓縮機的損失渦旋壓縮機的損失壓力損失泄漏及熱損失機械損失天津, 中國 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES渦旋壓縮機和搖板式壓縮機的效率對比渦旋壓縮機和搖板式壓縮機的效率對比渦旋壓縮機的理論分析值測量值搖板式壓縮機的理論分析值天津, 中國 2003/10/17RAY

9、 W. HERRICK LABORATORIES渦旋壓縮機的能量控制方法渦旋壓縮機的能量控制方法 離合器通斷循環(huán) 改變轉(zhuǎn)速 外部氣體旁通 分離渦旋盤: 內(nèi)泄漏Visteon 可變排量渦旋壓縮機天津, 中國 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES帶氣體旁通的可變排量渦旋壓縮機帶氣體旁通的可變排量渦旋壓縮機全載中間負(fù)載最小負(fù)載天津, 中國 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES可變排量渦旋壓縮機可變排量渦旋壓縮機最大排氣量:86-109 cc最小排氣量:30 %質(zhì)量: 6.5 kg最大轉(zhuǎn)速 RPM 10000 最大能量卸載時能

10、量天津, 中國 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIESCO2 渦旋壓縮機渦旋壓縮機一臺輕型COCO2 2渦旋壓縮機的渦旋壓縮機的外形圖外形圖天津, 中國 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES通過新設(shè)計節(jié)能通過新設(shè)計節(jié)能兩段渦旋盤型線 損失分析020406080100120140160傳統(tǒng)型線兩段型線Relative power consumption %再壓縮損失和泄漏排氣損失機械損失絕熱功(100%)天津, 中國 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES整個汽車空調(diào)的統(tǒng)計數(shù)字整個汽車空

11、調(diào)的統(tǒng)計數(shù)字 (美國美國 + 世界世界)天津, 中國 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES汽車制造量汽車制造量美國美國12，000，000 輛輛/年年貨車貨車56%客車客車44%世界世界54，000，000 輛輛/年年貨車30%客車70%天津, 中國 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES燃料消耗和汽車數(shù)據(jù)燃料消耗和汽車數(shù)據(jù)美國世界每年燃料消耗量 升546 x 1091100 x 109車輛總數(shù) -198 x 106647 x 106配備空調(diào)的車輛總數(shù) -168 x 106 (85%)303 x 106 (47%)每輛車

12、耗燃料量 升/年28001700汽車空調(diào)耗燃料量 升/年9090汽車空調(diào)耗燃料占總?cè)剂虾牧勘?.82.5* 過去12年天津, 中國 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES在新車中應(yīng)用渦旋壓縮機的大致數(shù)量在新車中應(yīng)用渦旋壓縮機的大致數(shù)量0102030405060壓縮機銷售量壓縮機銷售量 百萬百萬美國美國世界世界10.4 百萬. 渦旋式 2.0 百萬. 渦旋式 天津, 中國 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES汽車空調(diào)的未來汽車空調(diào)的未來天津, 中國 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES

13、未來對空調(diào)系統(tǒng)的要求未來對空調(diào)系統(tǒng)的要求 環(huán)保工質(zhì) (如 CO2) CFCs 和 HCFCs被禁用 在一些歐洲國家, HFCs 已被禁用 對高效發(fā)動機來說，空調(diào)可作為輔助加熱源(如直噴柴油機) 混合動力、電力、燃料電池汽車的汽車空調(diào) 針對每個乘客的溫度可調(diào) 汽車內(nèi)部的預(yù)冷和預(yù)熱天津, 中國 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES未來概念未來概念: 豐田豐田 FCHV-4燃料電池混合動力汽車（帶加熱和冷卻的空調(diào)系統(tǒng)）CO2 渦旋壓縮機天津, 中國 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES未來對壓縮機的要求未來對壓縮機的要求 提高效率 (較低的燃料消耗) 提高部分載荷時的效率 (可變排量) 降低噪音和振動 減輕重量 更高的排氣壓力 (CO2) 電動壓縮機(42V)天津, 中國 2003/1