Study of refrigerant emissions from mobile air-conditioning compressor shaft seals

• Auteur / Autrice : David Sousa
• Direction : Denis Clodic
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris, ENMP

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tribologie (technologie)

Étanchéité

Compresseurs

Fluides frigorigènes

Automobiles -- Climatisation

Résumé

Le système de climatisation est aujourd'hui un équipement incontournable dans l'industrie automobile qui permet d'améliorer le confort thermique ainsi que la sécurité des passagers. Ce système de climatisation utilise un fluide frigorigène halogéné, le HFC-134a, dont les émissions contribuent au réchauffement climatique. Parmi les différents composants du système de climatisation, le compresseur a été identifié comme le composant le plus émissif et est responsable pour 50 à 60 % des émissions. Au sein du compresseur, la contribution majeure aux émissions provient du joint tournant, comme cela a été démontré dans ce travail. Les objectifs de cette thèse portent sur l'étude des principes physiques et l'analyse des résultats expérimentaux en vue d'améliorer la compréhension des mécanismes fondamentaux et les paramètres qui contribuent aux émissions du joint tournant. Deux bancs d'essais innovants ont été développés pour l'étude des émissions du joint tournant à l'arrêt ainsi qu'en fonctionnement. Les performances du joint tournant avec l'usure ont aussi été étudiées. Cette nouvelle approche a permis d'identifier le mécanisme d'étanchéité du joint tournant en rotation ainsi qu'à l'arrêt. Les résultats obtenus ont prouvé la relation entre les émissions et le régime de lubrification, auquel s'ajoute l'effet transitoire de l'huile quand l'arbre est à l'arrêt. Cette étude souligne aussi la dégradation importante de l'étanchéité du joint tournant avec l'usure, ce qui explique la forte demande de fluide frigorigène pour la maintenance et le nombre élevé de recharges effectuées sur les véhicules âgés.

The air-conditioning system is today a worldwide standard equipment in the automotive industry improving not only the thermal comfort but also the safety of passengers. This refrigerant system uses HFC-134a, a hydro-fluorocarbon refrigerant, whose emissions contribute to global warming. Among the mobile air conditioning components, the compressor has been identified as the most leak prone component representing 50 to 60% of the system emissions. The most emissive component of the compressor is the shaft seal that represents up to 50% of the compressor emissions, as demonstrated in this dissertation. The objectives of this thesis are to study the physical principles and to analyze the experimental results of gas emissions in order to contribute to the knowledge of the fundamental mechanisms and the influence parameters of the compressor shaft seal gas emissions. Two original experimental setups have been developed to study the shaft seal gas emissions in standing mode as well as in running mode. The same test benches have also been used to investigate the seal performances during the compressor aging. This new approach has allowed identifying the shaft sealing mechanism at rest and in running mode. Results obtained have been used to demonstrate the relation between the shaft seal emissions and its lubrication regime, as well as the oil transitory effect when the shaft is at rest. This study has also underlined the significant deterioration process of the shaft seal emissions with wear, which explains the high demand of refrigerant for servicing and the increase in the number of system recharges as the vehicle gets old.