二級(jí)壓縮專利技術(shù)綜述

王 波 楚大順

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作四川中心，四川 成都 610213）

二級(jí)壓縮專利技術(shù)綜述

王 波 楚大順

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作四川中心，四川 成都 610213）

在目前市場(chǎng)對(duì)壓縮式空調(diào)機(jī)組運(yùn)行范圍要求越來(lái)越高的情況下，二級(jí)壓縮技術(shù)已成為壓縮式空調(diào)領(lǐng)域在制冷、制熱時(shí)提高其運(yùn)行范圍以及制冷、制熱能力的重要手段，因此，通過(guò)研究目前世界上關(guān)于二級(jí)壓縮技術(shù)的專利文獻(xiàn)，將有助于二級(jí)壓縮技術(shù)的應(yīng)用以及相應(yīng)的改進(jìn)。

二級(jí)壓縮；制熱；制冷；專利

在蒸汽壓縮式制冷循環(huán)中，在制冷系統(tǒng)采用單級(jí)壓縮時(shí)，由于受壓縮機(jī)壓縮比的限制，制冷系統(tǒng)僅能在較小的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行制冷或制熱運(yùn)行，當(dāng)運(yùn)行工況出現(xiàn)較大變化導(dǎo)致制冷系統(tǒng)蒸發(fā)側(cè)溫度降低時(shí)，此時(shí)單級(jí)壓縮系統(tǒng)的蒸發(fā)壓力也將降低，相應(yīng)的回氣壓力也將降低，最終導(dǎo)致壓縮機(jī)壓縮比較大，而伴隨壓縮機(jī)壓縮比的增大，此時(shí)制冷系統(tǒng)也將相應(yīng)的出現(xiàn)制冷量下降、功耗增加、性能系數(shù)下降、經(jīng)濟(jì)性降低的情況，同時(shí)，在壓縮比較大的情況下，此時(shí)還會(huì)出現(xiàn)排氣溫度過(guò)高的現(xiàn)象，導(dǎo)致壓縮機(jī)內(nèi)的潤(rùn)滑油變稀，潤(rùn)滑條件惡化，甚至?xí)饾?rùn)滑油碳化等現(xiàn)象。

為增大制冷系統(tǒng)的運(yùn)行范圍，并防止上述現(xiàn)象的發(fā)生，Windhausen Franz于1903年提出在制冷系統(tǒng)中設(shè)置二級(jí)壓縮，此后在1960年M.Henderson又進(jìn)一步提出了在熱泵系統(tǒng)中也設(shè)置二級(jí)壓縮，使其在外界溫度較低的情況下也能保持較好的制熱能力。

1 二級(jí)壓縮基本原理

二級(jí)壓縮是對(duì)蒸發(fā)器排出的氣態(tài)制冷劑流入低壓側(cè)壓縮腔內(nèi)壓縮，壓縮后形成中壓制冷劑，經(jīng)冷卻后（如與空氣對(duì)流冷卻、與噴射入的低溫制冷劑混合冷卻）再進(jìn)入高壓級(jí)壓縮腔內(nèi)壓縮，壓縮后形成高壓級(jí)制冷劑再排入冷凝器內(nèi)進(jìn)行正常的制冷循環(huán)。此時(shí)相比單級(jí)壓縮循環(huán)而言，在具有相同排氣壓力和吸氣壓力的情況下，由于制冷劑先在低壓級(jí)壓縮腔內(nèi)壓縮至中壓級(jí)，然后在高壓級(jí)壓縮腔內(nèi)壓縮至排氣壓力，此時(shí)每個(gè)壓縮腔內(nèi)的壓縮比相比單級(jí)壓縮的壓縮比小，使系統(tǒng)運(yùn)行范圍更大，同時(shí)，由于中壓制冷劑被冷卻后再進(jìn)入高壓側(cè)壓縮腔內(nèi)，此時(shí)也解決了制冷劑排氣溫度過(guò)高的問(wèn)題。

目前二級(jí)壓縮技術(shù)已發(fā)展成熟，主要的企業(yè)位于日本、美國(guó)、韓國(guó)、中國(guó)等，其中日本企業(yè)占比較大。在最近十年中，該領(lǐng)域中主要是日本企業(yè)以及中國(guó)企業(yè)仍在重點(diǎn)使用該技術(shù)，其中日本主要集中在大金、三菱等企業(yè)，國(guó)內(nèi)則以格力、美的為主。

2 二級(jí)壓縮發(fā)展?fàn)顩r

2.1 二級(jí)壓縮分類

在二級(jí)壓縮領(lǐng)域中，其主要分為結(jié)構(gòu)、控制、應(yīng)用三大部分，其中結(jié)構(gòu)上主要是對(duì)壓縮端的改進(jìn)以及對(duì)冷卻方式的改進(jìn)，其目的是減小結(jié)構(gòu)組成以及提高系統(tǒng)換熱能力以達(dá)到提高系統(tǒng)運(yùn)行能力；控制上主要是對(duì)負(fù)載、啟動(dòng)、除霜等的改進(jìn)，其目的是在保證系統(tǒng)能力的同時(shí)提高系統(tǒng)的可靠性，延長(zhǎng)系統(tǒng)尤其是壓縮機(jī)的運(yùn)行壽命；而在應(yīng)用上主要是對(duì)系統(tǒng)廢熱等的利用，提高系統(tǒng)能量的利用效率。

2.2 二級(jí)壓縮技術(shù)發(fā)展演進(jìn)

通過(guò)對(duì)1903年以來(lái)二級(jí)壓縮領(lǐng)域各申請(qǐng)文件的分析，得出了如圖1中的二級(jí)壓縮技術(shù)發(fā)展演進(jìn)圖。

從圖1中可以看出，有關(guān)冷卻方式的結(jié)構(gòu)大部分已在60年代之前發(fā)展完備，在其后的幾十年里在冷卻方式上無(wú)較大改進(jìn)，而在壓縮裝置上，80年代之前則主要采用多個(gè)壓縮機(jī)串聯(lián)或一個(gè)壓縮機(jī)具有多個(gè)壓縮腔的形式，而在進(jìn)入80年代后隨著噴氣增焓的提出以及相應(yīng)的噴氣增焓壓縮機(jī)的制造（即在渦旋壓縮機(jī)定盤壓縮行程中部開孔以實(shí)現(xiàn)噴氣增焓），通過(guò)噴氣增焓技術(shù)以實(shí)現(xiàn)二級(jí)壓縮的效果已成為大量廠家的一個(gè)重要選擇，同時(shí)也降低了生產(chǎn)成本和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度；在系統(tǒng)控制上，由于在不同運(yùn)行階段系統(tǒng)負(fù)載不同，此時(shí)合理調(diào)節(jié)壓縮機(jī)輸出即成為了該領(lǐng)域中一個(gè)重要課題，尤其是在60年代后變頻壓縮機(jī)的應(yīng)用為提高系統(tǒng)輸出效率提供了更為多樣化的選擇；由于在長(zhǎng)期低溫制冷或低溫制熱時(shí)蒸發(fā)器溫度低于環(huán)境凝露點(diǎn)導(dǎo)致蒸發(fā)器上結(jié)霜，影響蒸發(fā)器的換熱效率以及系統(tǒng)能效，此時(shí)如何合理利用二級(jí)壓縮系統(tǒng)熱量進(jìn)行除霜成為了60年代后該領(lǐng)域中的一個(gè)研究方向；隨著系統(tǒng)能力增大、系統(tǒng)長(zhǎng)度等的增加、單臺(tái)壓縮機(jī)能力的增強(qiáng)，在壓縮機(jī)啟動(dòng)時(shí)易造成液態(tài)制冷劑被吸入壓縮腔內(nèi)，造成壓縮機(jī)磨損或損毀，因此，在60年代后如何防止壓縮機(jī)在啟動(dòng)時(shí)進(jìn)液成為了一個(gè)重要的研究課題；而為提高系統(tǒng)能效，此時(shí)將噴射氣體在進(jìn)入壓縮機(jī)前的能量進(jìn)行充分利用也成為了該領(lǐng)域中的一個(gè)重要選擇，其中將其冷量對(duì)主流路進(jìn)行過(guò)冷以提高蒸發(fā)側(cè)換熱效率已成為了該領(lǐng)域中的一個(gè)最為常用的技術(shù)手段。

2.3 重要申請(qǐng)人分析

圖1 二級(jí)壓縮技術(shù)演進(jìn)圖

圖2 各重要申請(qǐng)人申請(qǐng)量

圖3 各重要申請(qǐng)人專利申請(qǐng)年代分布

通過(guò)對(duì)1903年以來(lái)全球二級(jí)壓縮領(lǐng)域各申請(qǐng)人的分析可以得出，在該領(lǐng)域中重要申請(qǐng)人的分布與壓縮制冷領(lǐng)域中重要申請(qǐng)人的分布基本相同，主要以日本的大金、三菱，美國(guó)的開利等企業(yè)為主，而中國(guó)在該領(lǐng)域中也具有大量的申請(qǐng)（可參見圖2）。

然而通過(guò)仔細(xì)分析各申請(qǐng)人申請(qǐng)量在各年代的分別可以看出，在二級(jí)壓縮領(lǐng)域中仍是美國(guó)、日本企業(yè)在該領(lǐng)域中起步較早，中國(guó)企業(yè)起步較晚，目前仍處于追趕日、美企業(yè)的狀態(tài)。其中在1970年以前，其主要是美國(guó)的開利在應(yīng)用該技術(shù)；到70年后，該技術(shù)在日本也開始得到應(yīng)用，其中主要為大金、三菱、日立，其中日立、三菱起步較早，均在七十年代即開始應(yīng)用，并在每年都有一定量的申請(qǐng)，而大金相對(duì)較晚，雖然在七十年代也有申請(qǐng)，但在并沒(méi)有進(jìn)行連續(xù)的應(yīng)用，直到進(jìn)入97年后才開始大量應(yīng)用該技術(shù)；而該技術(shù)在中國(guó)則起步較晚，其在2000年之后有少量應(yīng)用，其中國(guó)內(nèi)空調(diào)行業(yè)的主要廠家格力、美的在該技術(shù)的應(yīng)用都較晚，格力在09年之后才開始應(yīng)用，并在12年開始大量申請(qǐng)，而美的則到13年才開始應(yīng)用該技術(shù)。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)二級(jí)壓縮專利文獻(xiàn)的分析可以看出，二級(jí)壓縮技術(shù)首先在美國(guó)得到發(fā)展，然后由日本發(fā)展壯大，中國(guó)企業(yè)雖然進(jìn)入空調(diào)行業(yè)較晚，但在該技術(shù)上的研究也是最近幾年才開始，說(shuō)明國(guó)內(nèi)企業(yè)目前對(duì)于空調(diào)領(lǐng)域中的一些重要技術(shù)的研究以及應(yīng)用還比較慢，應(yīng)當(dāng)加大對(duì)空調(diào)領(lǐng)域中重要技術(shù)的研究，從而早日追趕上日本企業(yè)。

[1]吳業(yè)正.制冷原理及設(shè)備[M].西安：西安交通大學(xué)出版社.2010：82-90.

Summary of Patent Technology of Two-stage Compression

WangBo ChuDashun
(Patent Examination Cooperation Sichuan Center of the Patent Office,Chengdu,Sichuan,610000,China)

With the increasing market demands of operation environment of air condition compressor,the two-stage compression has become a crucial technique to improve the performance and broaden the operation environment of compressional air condition in refrigeration and heating area.By analyzing the patent document of two-stage com?pression in the world,this paper will provide the proposal for the technique application and improvement of twostagecompression.

two-stage compression;heat;refrigerate;patent

TH456

A

1003-5168(2017)10-0056-03

2017-8-17

王波（1988-），男，本科，研究方向：制冷；楚大順（1982-），男，碩士，助理研究員，研究方向：層狀材料（等同于第一作者）。