Etude et développement systèmique d'une machine à expansion à engrenages extérieurs pour un système de climatisation au CO2 pour automobiles
Institution:
ValenciennesDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
The introduction of carbon dioxide as refrigerant in mobile air conditioning systems becomes more and more certain. With respect to the performance of such a system, a very promising concept consists in the introduction of a work producing expansion device or a so called expander. Practical considerations reveals that external gear motors are a very attractive technology for automotive air conditioning units. With the help of the system theory, it has been possible to describe the energy transfer and conversion processes taking place in an expander. In order to confirm these theoretical analyses with experimental results, a hermetic expander prototype combining a modified hydraulic gear motor and an electrical generator has further been developed and tested in a real CO2-refrigeration cycle. The experimental investigations associated with the theoretical analyses had led to the identification of the different technical obstacles and challenges occurring by the design and manufacturing of an expander. They have also permitted the evaluation of the performances of the own-designed prototypes and of improved models. The interrelations between the work producing expansion device and the rest of the circuit are also taken into consideration through the analysis of the control operations and the strategy of integration of the expander i. E. The way of using the extracted expansion work in order to improve the global energy consumption of the air conditioning system. The combination of all these aspects had led to an evaluation of the cost/benefit ratio of the introduction of an expander, and especially gear expander, in air conditioning units for automobiles applications.
Abstract FR:
L'introduction du dioxyde de carbone dans les systèmes de climatisation pour automobiles semble de plus en plus certaine. L'utilisation d'une machine à expansion permettant l'exploitation de l'énergie de détente représente une solution prometteuse pour l'amélioration des performances de ces systèmes. La sélection d'une machine à engrenages extérieurs s'avère particulièrement adaptée aux exigences de cette application. Le recours à la théorie des systèmes, a permis la modélisation des processus de transfert et de conversion d'énergie ayant lieu dans ce composant. Afin de confirmer ces résultats théoriques, une machine à expansion hermétique, combinant une machine à engrenages et un générateur électrique, a été développée et testée dans un système de réfrigération au CO2. Ces investigations ont conduit à l'identification des challenges techniques impliqués dans la conception et la fabrication d'une telle machine. Elles ont également permis l'évaluation des performances des prototypes développés lors de cette étude ainsi que des extrapolations visant les performances d'autres modèles. Les relations entre la machine à expansion et le reste du circuit de climatisation ont aussi été prises en compte au travers de l'analyse des opérations de contrôle et de la stratégie d'utilisation de ce nouveau composant ; c'est à dire la manière d'utiliser l'énergie d'expansion extraite afin de réduire la consommation d'énergie globale du système de climatisation. Tous ces éléments ont permis l'évaluation du rapport coût/bénéfice associé à l'introduction d'une machine à expansion, et plus spécialement d'une machine à engrenages extérieurs, dans un système de climatisation pour automobiles.