汽车空调与特种空调技术(上海交大)

主要内容1，减少温室气体排放与车用空调发展2，新能源汽车发展带来的挑战3，欧洲的含氟气体法规（F-gasRegulation)4，新型制冷剂的最新进展5，车用/特种空调新技术的一些探索1，减少温室气体排放与车用空调的发展地球变暖带来的灾难日趋频繁引起了全球对于气候变化的关注，中国由于经济快速发展，温室气体排放已经超过美国。气候变化相关政策已成为最重要国际议题，也成为发达国家对中国施加政治压力的主要手段。联合国气候变化峰会在纽约举行胡锦涛出席峰会开幕式并发表重要讲话2009年09月23日03:31:47来源：新华网…一些国家的领导人和各界代表在发言中表示，当前，全世界面临气候变化的严重挑战，人类已经在遭受气候变化带来的自然灾害威胁，发达国家和发展中国家只有坚持《联合国气候变化框架公约》及其《京都议定书》主渠道地位，坚持共同但有区别的责任原则，坚持“巴厘路线图”的授权，哥本哈根大会才能取得成功…‡车用空调易于泄漏，汽车产能扩张潜力大，使车用空调备受关注，成为核心话题。IPCC2003年立项评估汽车空调制冷剂替代方案，因此2007年和美国前副总统戈尔共获得诺贝尔和平奖。‡虽然美国至今未同意加入“京都议定书”，但据美方评估，只要完成MAC制冷剂替代就可以完成目标.因此车用空调制冷剂替代必然是未来几年争论焦点。目前联合国环境署（UNEP）采用TEWI来评估车用空调的温室效应。车用空调的TEWI值汽车空调引起的温室气体排放中直接排放和间接排放同样重要空调实际上已成为新型动力汽车实用化的的主要障碍之一，单用电力制冷和采暖可使电动车和燃料电池车的可行驶里程减少50%以上，以至连典型城市交通都难于适应。与除霜除雾(目前与汽车空调有关的唯一一项强制检测标准）相关的热源问题的解决更为关键。2,新能源汽车发展带来的挑战„电动压缩机及其控制技术„采暖功能（除霜除雾要求），PTC、燃油辅助加热器、热泵时微通道换热器除霜的局限„座椅空调等辅助手段„湿度控制目前研究热点：现有汽车空调HVAC风道及温控模式SJTU一些研究进展上海交大与三电贝洱合作开发的第一代车用电动涡漩式压缩机，2004完成，已配置国内数百台混合动力与电动汽车最新开发的电动涡漩压缩机效率有了很大提高，体积大大缩小,20095000wR134a6～6.2kg24cc1000～7200rpmDC300VCapacityRefrigerationMassDisplacementSpeedVoltage一些工作进展水路系统的最小循环量4,00l循环水体积流量250l/h排气中二氧化碳含量(允许范围）加热器型号水暖式加热器(带蒸发式燃烧器)制热量5kW燃油汽油12V50W-40～+60°C-40～+120°C0,4...2,5bar0,16l油耗额定电压工作电压水路最大允许工作压力热交换器加水量额定功耗（不含水泵功耗)允许环境温度加热器-运行-储存10～15V0,65l/h油泵-运行-40～+20°C8～12%„多项专利„油耗仅为每小时0.65升，5kW加热功率，满足-40C以上气温采暖要求„按美国通用汽车标准设计车用热泵技术‡已得到上海市重大支撑产业化项目支持，企业投资+政府资助1.65亿，四年完成五万台车用电动空调热泵产业化计划‡目前主要解决零部件的可能产业化方案：压缩机、换热器（解决耐压、结霜、除霜、排水）、车用电子膨胀阀（振动）、换向阀‡最主要的问题是制冷剂问题，除CO2外，其他制冷剂作热泵使用时均局限明显。正在进行的工作:换热器表面处理后，凝水呈珠状，易被风吹落，凝水保有量为未处理前20%,且结霜温度降低.车用热泵系统有很多新的零部件需要研制现有车用PF冷凝器用作蒸发器时压降非常大,在气温10C时就开始结霜,凝水不易排出,多次结霜化霜后易结成冰3，欧洲的含氟气体法规（F-gasRegulation)4，未来车用空调制冷剂:CO2?HFO1234yf?...2008.6SAE:CO2-HFO1234yf之争„单从性能上说两者各有千秋，相差不大„HFO可能仍然只是一种过渡性工质„更多地面临欧美之间的政治博弈，中国的态度至关重要弱可燃性能稍差成本增加50-150欧元主要缺点直接替代HFC134a,除膨胀阀微调外不需更改零部件热泵性能佳在新能源车中热泵功能优势明显优点HFO1234yfCO2交大研制的CO2车用空调零部件Gascoolermanifold&TubeEvaporatormanifold&Tube051015202530051015202530Q(kW)Tao(oC)QcalorTao,calQexporTao,expcomparisonofcalculatedandmeasuredcoolingcapacities0123401234Mccal/[kg/h]Mcexp/[kg/h]comparisonofcalculatedandmeasuredcondensationwaterrate01002003004005006000100200300400500600ΔPr(kPa)(aftermodification)ΔPr(kPa)(beforemodification)ΔPa(Pa)ΔPcalΔPexpcomparisonofcalculatedandmeasuredpressuredropdataCO2微通道换热器有关HFO1234yf现有HFC134a系统的节能减排仍将是重点减少制冷剂充注量在使用过程中减少制冷剂泄漏量（EU40g/yr,我国目前水平50-150g/yr)在维修和报废过程中回收制冷剂减少直接排放：中国汽车空调制冷剂充注量水平减少间接排放：通过零部件及系统改进提高能效：减小空调负荷系统循环改进新型零部件技术5，SJTU在车用/特种空调领域的一些探索SJTU汽车热系统研究所科研计划图谱压缩机电动电动产品升级节能环保外控变排量外控变排量新工质新工质CO2优良定变排量技术优良定变排量技术内控变排量内控变排量技术水平电动电动整体式整体式‡SJTU在2003年完成外控变排量压缩机控制阀研究，已达成量产。‡2004年完成CO2压缩机开发‡近几年主要关注电动压缩机两器•车用换热器紧凑、高效、轻量化、制冷剂充注量少的要求不断提高，SJTU将此作为主要研究方向，并着重关注工艺参数对可靠性的影响:模具磨损,焊接温度控制等对其性能及可靠性的影响•SJTU协助国内主要企业和外资公司完成了各种型式冷凝器和蒸发器辅助设计软件，目前主要关注微通道换热器用于其他用途，如商用、家用空调/热泵系统，以及CO2等新型制冷剂适用换热器。蒸发器着着重研究制冷剂分配、空气侧凝水排出技术，车用冷凝器发展趋势车用蒸发器发展趋势车用换热器设计软件为国内外十几家企业使用专门为银轮股份开发的车用冷却系统设计平台n=650n=509,900n=1,395,400040080012000.040.050.060.07jpressingtimes/thousand1000800600450300200Unit:kg⋅h-1501001502002503001.31.51.71.91006001100509.9712.4915.71,050.01,241.11,395.40.6559.096.4177.3310.1fReUnit:thousandtimesPressingtimes/thousandFlowrate200kg⋅h-1400kg⋅h-1600kg⋅h-1800kg⋅h-11000kg⋅h-1Test翅片冲压过程模具磨损对换热器性能的影响换热器焊接工艺及质量－成本容差管理¾容差设计是“三次设计”产品优化设计的最后一个阶段，是在考虑各元部件参数的波动对系统质量特性值的波动影响以后，从经济性角度对关键性元部件给予较小的容差范围，使得系统的质量特性波动引起的总损失最小。¾目的：获得高质量、低成本的产品。parametersSNs01s02s03s04s05α1α2α3α4α5t1t2t3t4t5b1b2b3b4b5s1s2s3s4s5h1h2h3h4h50510152025s0αtbsCR/%parametersh-10%-5%9mm3.5mm\\\下限+10%+5%11mm3.7mm\\\上限30.67kPa9.41kW10mm3.6mm1070mm180mm中心值翅片侧压降换热量齿距齿高芯片层数翅片宽度翅片长度冷却器质量指标加工参数冷却器外观参数-10%-5%9mm3.5mm\\\下限+10%+5%11mm3.7mm\\\上限30.67kPa9.41kW10mm3.6mm1070mm180mm中心值翅片侧压降换热量齿距齿高芯片层数翅片宽度翅片长度冷却器质量指标加工参数冷却器外观参数)()()(yLyCyW+=)6.10473.436.90(1010+⋅−⋅⋅=⋅=shQQi143660481917947+⋅−⋅−=ΔshP)6.10473.436.90(1010+⋅−⋅⋅=⋅=shQQi143660481917947+⋅−⋅−=ΔshP1201401601802002200.060.070.080.090.100.110.12jRenojointδ=0.06mmδ=0.12mmδ=0.20mm1201401601802002201.61.71.81.92.0fRenojointδ=0.06δ=0.12δ=0.20¾当焊料厚度越大时，翅片接头热阻越小，提高了翅片的传热效率；¾焊料厚度的增大使齿间的流通面积减小，导致流速增大，因此增大翅片的阻力损失。适用范围为：0mm≤δ≤0.2mm。0)1(jCjj⋅+=0)1(fCff⋅+=)(1δfCj=)(2δfCf=868.0322.0δ⋅=jC088.2344.3δ⋅=fC几个特种空调示例用于工程机械的液压马达驱动的空调系统，已在江苏创导产业化，09年销售1.2亿2004年完成的上海市菜蓝子工程冷藏车，非独立压缩机同时驱动冷冻机和空调，Ejector作为节流机构2005年完成磁浮列车空调国产化项目请多指教!谢谢