涡旋式压缩机在汽车空调上的应用

1、天津, 中国 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES涡旋压缩机在汽车空调上的应用涡旋压缩机在汽车空调上的应用Eckhard A. Groll机械工程系副教授美国印第安纳州西拉菲特市普度大学Herrick实验室天津, 中国 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES目录目录 汽车空调的历史汽车空调的历史 汽车空调压缩机的发展汽车空调压缩机的发展 涡旋压缩机技术涡旋压缩机技术 整个汽车空调的统计数字整个汽车空调的统计数字 (美国美国+ 世界世界) 汽车空调的未来汽车空调的未来天津, 中国 2003/10/17RAY W. HERR

2、ICK LABORATORIES汽车空调的历史汽车空调的历史天津, 中国 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES早期汽车早期汽车 仅仅通过特殊的布来保护 当车速高达15英里/h时，通过风来降温一辆未提供任何保护的机动“马车”一块大的用于5人的防雨护裙（用于敞体汽车）天津, 中国 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES早期的取暖系统早期的取暖系统 加热器不是为特殊的汽车设计的 由于泄漏，尾气加热器存在许多问题 尾气加热器温度非常高，以至于将乘客的鞋烧穿。 1925年使用的高性能尾气加热器天津, 中国 2003/10/17RA

3、Y W. HERRICK LABORATORIES空气调节需求的增长空气调节需求的增长 1884年出现第一台用冰块冷却车子内部的马拉车 1908年出现第一辆带封闭仓的汽车 1925年带封闭仓的汽车产量超过敞棚车 早期的通风系统不对空气中的灰尘、脏物、花粉、昆虫等进行过滤。天津, 中国 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES早期的冷却系统早期的冷却系统 1930年C&C Kelvinator 第一次将一台蒸汽压缩式制冷装置装上汽车 1933 年卡迪拉克开始使用R12为工质的制冷循环系统 1941年卡迪拉克开始大批量生产300台带空调的汽车1930:一辆

4、带0.37kW Kelvinator制冷装置的卡迪拉克车，其发动机为一台1.1kW的汽油机天津, 中国 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES由派卡德改进的第一个实用汽车空调系统 1934年福特V-8五座车的可行性研究天津, 中国 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES过去六十年的汽车空调过去六十年的汽车空调 二十世纪四十年代，第二次世界大战阻碍了汽车空调的发展 1954年，安装了第一个旋钮控制开关 1960年，7% 的新车装有空调 1980年，售出的车中有72%配有初装空调 二十世纪九十年代，汽车空调由R12、R22工质

5、转为R134a天津, 中国 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES当今的汽车空调当今的汽车空调 在美国近 95% 的新车安装了空调 由于CFCs以及HCFCs的对臭氧层的潜在破坏而被逐步淘汰，而HFCs是导致全球变暖的因素之一而被严格审查，因此 人们开始将兴趣投向替 代制冷剂CO2上 天津, 中国 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES汽车空调压缩机的发展汽车空调压缩机的发展 天津, 中国 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES汽车空调压缩机的发展进程汽车空调压缩机的发展进程1940 1

6、950 1960 1970 1980 1990 2000曲轴连杆式摇板式斜盘式涡旋式天津, 中国 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES滚动活塞式和摇板式汽车空调压缩机滚动活塞式和摇板式汽车空调压缩机两级滚动活塞式压缩机具有控制阀的变排量摇板式压缩机天津, 中国 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES斜盘式压缩机斜盘式压缩机可变排量斜盘式压缩机定排量斜盘式压缩机天津, 中国 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES涡旋式汽车空调压缩机的优点涡旋式汽车空调压缩机的优点 涡旋汽车空调压缩机效率

7、 高于其它类型的压缩机 由于无吸气阀，所以 吸气侧的压力降很小 由于容积变化平稳，压缩机的排气脉动小，所以噪音和振动小天津, 中国 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES涡旋压缩机技术涡旋压缩机技术天津, 中国 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES涡旋压缩机内的流体运动涡旋压缩机内的流体运动腔腔 2(吸气腔吸气腔)腔腔 3(压缩腔压缩腔)腔腔1(吸气腔吸气腔)腔腔4(压缩腔压缩腔)腔腔 6腔腔 5腔腔 7腔腔 9腔腔 8腔腔 10(排气区域排气区域)天津, 中国 2003/10/17RAY W. HERRICK LABO

8、RATORIES汽车用涡旋压缩机的剖视图汽车用涡旋压缩机的剖视图天津, 中国 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES电动涡旋压缩机的剖视图电动涡旋压缩机的剖视图热交换器天津, 中国 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES涡旋压缩机的损失涡旋压缩机的损失压力损失泄漏及热损失机械损失天津, 中国 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES涡旋压缩机和摇板式压缩机的效率对比涡旋压缩机和摇板式压缩机的效率对比涡旋压缩机的理论分析值测量值摇板式压缩机的理论分析值天津, 中国 2003/10/17RAY

9、 W. HERRICK LABORATORIES涡旋压缩机的能量控制方法涡旋压缩机的能量控制方法 离合器通断循环 改变转速 外部气体旁通 分离涡旋盘: 内泄漏Visteon 可变排量涡旋压缩机天津, 中国 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES带气体旁通的可变排量涡旋压缩机带气体旁通的可变排量涡旋压缩机全载中间负载最小负载天津, 中国 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES可变排量涡旋压缩机可变排量涡旋压缩机最大排气量:86-109 cc最小排气量:30 %质量: 6.5 kg最大转速 RPM 10000 最大能量卸载时能

10、量天津, 中国 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIESCO2 涡旋压缩机涡旋压缩机一台轻型COCO2 2涡旋压缩机的涡旋压缩机的外形图外形图天津, 中国 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES通过新设计节能通过新设计节能两段涡旋盘型线 损失分析020406080100120140160传统型线两段型线Relative power consumption %再压缩损失和泄漏排气损失机械损失绝热功(100%)天津, 中国 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES整个汽车空调的统计数字整个汽车空

11、调的统计数字 (美国美国 + 世界世界)天津, 中国 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES汽车制造量汽车制造量美国美国12，000，000 辆辆/年年货车货车56%客车客车44%世界世界54，000，000 辆辆/年年货车30%客车70%天津, 中国 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES燃料消耗和汽车数据燃料消耗和汽车数据美国世界每年燃料消耗量 升546 x 1091100 x 109车辆总数 -198 x 106647 x 106配备空调的车辆总数 -168 x 106 (85%)303 x 106 (47%)每辆车

12、耗燃料量 升/年28001700汽车空调耗燃料量 升/年9090汽车空调耗燃料占总燃料耗量比2.82.5* 过去12年天津, 中国 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES在新车中应用涡旋压缩机的大致数量在新车中应用涡旋压缩机的大致数量0102030405060压缩机销售量压缩机销售量 百万百万美国美国世界世界10.4 百万. 涡旋式 2.0 百万. 涡旋式 天津, 中国 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES汽车空调的未来汽车空调的未来天津, 中国 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES

13、未来对空调系统的要求未来对空调系统的要求 环保工质 (如 CO2) CFCs 和 HCFCs被禁用 在一些欧洲国家, HFCs 已被禁用 对高效发动机来说，空调可作为辅助加热源(如直喷柴油机) 混合动力、电力、燃料电池汽车的汽车空调 针对每个乘客的温度可调 汽车内部的预冷和预热天津, 中国 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES未来概念未来概念: 丰田丰田 FCHV-4燃料电池混合动力汽车（带加热和冷却的空调系统）CO2 涡旋压缩机天津, 中国 2003/10/17RAY W. HERRICK LABORATORIES未来对压缩机的要求未来对压缩机的要求 提高效率 (较低的燃料消耗) 提高部分载荷时的效率 (可变排量) 降低噪音和振动 减轻重量 更高的排气压力 (CO2) 电动压缩机(42V)天津, 中国 2003/1