淺析旋轉式壓縮機補氣增焓技術

楊必韻 鄒文娟

摘? 要：在低溫環(huán)境下傳統(tǒng)的空氣源熱泵系統(tǒng)的制熱能力大幅衰減，制熱量將小到無法滿足這些地區(qū)的冬季采暖需求，而且隨著環(huán)境溫度的降低，系統(tǒng) COP急劇下降，壓縮機的壓比越來越大，導致排氣溫度不斷升高，長期運轉必然會嚴重損壞壓縮機，為了使熱泵在低溫環(huán)境下也能高效、可靠地運行，國內外工程技術界進行了大量的研究，將噴射增焓技術應用于壓縮機中。該文針對旋轉式壓縮機噴氣增焓技術，從國內外申請趨勢分析及專利產(chǎn)出國分布等方面分析了該領域全球專利概況，并重點從主要技術分支及其申請量分布、各技術分支技術演進等方面分析了該領域技術分支及演進。

關鍵詞：壓縮機;補氣;噴射;增焓

中圖分類號：TH45? ? ? 文獻標志碼：A

0 前言

我國制冷、制熱設備的需求量在世界名列前茅，制冷、制熱設備市場繁榮發(fā)展，制冷、制熱設備市場的繁榮勢必帶動國內壓縮機行業(yè)的研究與發(fā)展。雖然與日本相比，我國在旋轉式壓縮機的補氣增焓領域的研究起步較晚，但是該方面的技術已經(jīng)得到國內企業(yè)的重視，也在大力開展研究中。

1 旋轉式壓縮機補氣增焓專利申請概況

旋轉式壓縮機補氣增焓研究的全球和在華專利申請量趨勢如圖1所示，大致可以分為2個階段，第一階段1978年-2006年：涉及旋轉式壓縮機補氣增焓研究的專利最早出現(xiàn)在1978年，之后，該技術發(fā)展相對平穩(wěn)，分別在1984年-1986年和1998年-2000年達到兩個小高峰，這主要由于雙缸壓縮機的發(fā)展，并且這一階段主要由日本主導，而國內直至2005年以前，該技術一直處于空白時期，沒有任何相關專利的申請量。第二階段，2006年至今，隨著中國專利事業(yè)的大力發(fā)展，工業(yè)技術的大幅度提高，涉及旋轉式壓縮機補氣增焓的國內專利申請量開始大幅度上升，且基于目前的統(tǒng)計在2014年國內申請量達到最高峰，而2016年的數(shù)據(jù)由于專利的公開時間的滯后而不具有代表性，與此相對的，國外申請卻出現(xiàn)頹勢，中國成為該項技術的主導國，并且，這一階段的全球申請量遠高于第一階段的申請量。

2 旋轉壓縮機補氣增焓技術主要分支的技術發(fā)展

對目前公開的旋轉壓縮機補氣增焓技術的全球專利申請進行分析和梳理，得出該領域的主要技術分支如下：補氣口的開閉方式、壓縮過程中的補氣時機、補氣通路的減振降噪和其他，其中補氣口的開閉占全球專利申請的35%，其次是補氣時機和補氣通路的減振降噪，兩者的比例均占全球專利申請的22%，剩余為補氣增焓結構其他方面的改進，占全球專利申請的21%。其中，“其他”這一級分支中的專利申請涉及的改進點相對分散，象裝配自由度、補氣增焓管的安裝固定等。

2.1 旋轉式壓縮機補氣口開閉方式的技術發(fā)展

補氣口的開閉方式：補氣口的開閉方式可以分為無閥和有閥兩種方式，其中無閥方式主要包括2種方式，一是通過滾動活塞的旋轉運動以間歇性地開閉設于法蘭上的補氣口，二是通過滑片的往復運動開閉補氣口，其中前者的專利申請量大于通過后者的專利申請量。而有閥方式的專利申請量又大于無閥方式的專利申請量，其中有閥方式又可以分為止回閥、電磁閥等各種方式。1978年-1995年，該段時間，在日本東芝電氣和大金帶領下，利用旋轉活塞或者止回閥的方式開閉補氣增焓口的兩種方式并駕齊驅，都得到了大力發(fā)展。1995年-2007年，補氣口的開閉方式研究并未得到較大的突破，主要是對先前技術的深化。2008至今，隨著國內公司如格力、凌達的參與，補氣口的開閉閥設置方式的研究開展得廣泛而活躍。2009年，格力、凌達提出在噴氣孔設置活塞噴氣裝置，實現(xiàn)在增焓或不增焓之間的切換。2016年凌達、格力還提出了在滑片上設置補氣增焓通道，并在滑片上設置開閉的閥片。

2.2 旋轉式壓縮機壓縮過程中的補氣時機的技術發(fā)展

壓縮過程中的補氣時機：對于單缸壓縮機，補氣時機的研究主要在于補氣口的位置，補氣口的位置直接決定了中間補氣后的壓縮過程的開始時間，一定程度上決定了補氣壓力的范圍;對于雙缸壓縮機，補氣時機可以分為3種，其中專利申請量占最多的是：中壓氣體和后一級吸氣混合后共同進入第二級壓縮腔，其次是，向2個壓縮腔都噴射同一中壓氣體，最后，也有一小部分專利申請中，中壓氣體不與后一級壓縮腔的吸氣混合，直接噴入后一級壓縮腔，前一級壓縮腔不噴氣。在70年代和80年代，各大公司主要針對單缸壓縮機的補氣時機進行研究，而80年代以后，隨著雙缸壓縮機的發(fā)展，對雙缸壓縮機的補氣時機研究占了絕大一部分， 1982年日本大金將補氣口位置開設于開始壓縮時轉子所在的圓B和壓縮腔內的氣體達到噴射壓力時轉子所在的圓的交點處。1985年，日本三洋首次提出了雙缸壓縮機補氣增焓結構。90年代和20世紀初，發(fā)展相對較慢，主要針對雙缸壓縮機補氣增焓時機進行了優(yōu)化。2010年格力提出了一種雙噴射口的增焓旋轉式壓縮機，在法蘭上設置柱孔，根據(jù)制冷、標準制熱、惡劣低溫條件下的制熱3種工況確定不同的補氣量和補氣方式，解決低溫狀況制熱不佳的問題;2013年，格力又提出優(yōu)化增焓口與滑片的相對位置以提高壓縮機的效率。

2.3 旋轉式壓縮機補氣通路減振降噪結構的技術發(fā)展

補氣通路的減振降噪結構：主要是設置中間壓力腔，使補氣通路截面積發(fā)生突變，以減小脈動，降低噪聲;而對于雙缸壓縮機，還可以通過調節(jié)2個補氣口的增焓壓力來減少壓縮機噪聲和振動。補氣通路減振降噪技術相對起步較晚，1992年，日本松下提出在噴射管上增設波紋管，利用波紋管吸收振動。1996年，日本大金提出中壓制冷劑通過在活塞上的環(huán)形腔再噴入壓縮腔，減小壓力損失，2008年，日本富士通提出了一種針對二級壓縮機的減小噴氣增焓結構脈動的方案，使中間聯(lián)絡管內的中間壓力氣體冷媒流和從中間吸入管的出氣口所噴出的噴射冷媒流相平行。2008年以后，國內公司對補氣增焓結構的減振降噪技術也展開了深入研究， 2010年，格力提出使高壓缸與低壓缸錯開一定角度，改變泵體內部流體流動路徑，使增焓口進入的氣體和低壓缸進入的氣體充分混合，從而降低吸排氣阻力。2012年，格力提出使增焓管包括：具有變徑結構的外套管和設置于外套管的擴張管部內部的直管，外套管的擴張管部與直管形成緩沖空腔，降低增焓冷媒脈動;2014年，格力還提出在法蘭和中間隔板上分別設置中間腔，兩中間腔形成雙腔式膨脹消聲結構。2016年，格力又提出通過優(yōu)化增焓管和氣缸的參數(shù)降低補氣管路單向閥的壓力波動，消除單向閥閥芯振顫噪聲。

3 結語

該文從專利申請出發(fā)，分析了旋轉式壓縮機在補氣增焓方面的發(fā)展情況，通過對國內外專利申請狀況的比較以及補氣增焓各個分支的專利申請狀況的比較，發(fā)現(xiàn)差距，以為后旋轉式壓縮機在補氣增焓的研究提供幫助。此外，國內企業(yè)在該方面進行研究時，在技術創(chuàng)新的同時，也要不斷提高專利保護意識。

參考文獻

[1]賈慶磊，馮利偉，晏剛.帶中間補氣的滾動轉子式壓縮系 統(tǒng)制熱性能的實驗研究[J].制冷學報，2015（2）：65-70.