制冷用二氧化碳壓縮機專利技術分析

楊小樂 葉映芳（等同于第一作者）

（國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心，江蘇 蘇州215000）

1 概述

制冷技術是對社會產生重大影響的工程技術之一，其在生活、工業及國防建設等中發揮著越來越重要的作用[1]；而制冷劑的發展推動著制冷技術的進步。二氧化碳作為一種天然制冷工質，就其物性特征而言，具有其他非天然工質不可比擬的優勢，例如：使用期比較長、沒有毒性、不可燃、價格低、無需回收等。

壓縮機是制冷系統的關鍵部件，影響著整個系統的效率和可靠性。與使用普通制冷劑的壓縮機相比，二氧化碳壓縮機具有工作壓力高、壓差大、壓比小、體積小、重量輕、運動部件間隙難以控制和潤滑較困難等特點，例如：其工作壓力高是常規冷媒5～10 倍，壓縮機構零部件易出現磨損，從而影響壓縮機的使用壽命。因此制冷用二氧化碳壓縮機的研究開發一直是制冷技術發展的難點[2]。

2 專利技術分布分析

2.1 一級分支主要技術構成

按照制冷用二氧化碳壓縮機的工作原理以及技術產出量（也即：專利文獻的數量，其中同族文獻按照一條計算），制冷用二氧化碳壓縮機的一級分支主要由以下幾種類型的壓縮機構成：往復活塞式壓縮機、滾動轉子式壓縮機、渦旋式壓縮機和其它，其中往復活塞式壓縮機包含了曲軸傳動式活塞壓縮機、單向斜盤壓縮機、雙向斜盤壓縮機、擺盤壓縮機以及直線壓縮機。技術產出量排名前三的分別為往復活塞式壓縮機、滾動轉子式壓縮機和渦旋式壓縮機，但是三者數量差距并不大，基本上處于三足鼎立的狀態。

2.2 二級分支主要技術構成

按照改進的技術手段所相應達到的技術效果，制冷用二氧化碳壓縮機的二級分支主要以下五個方面構成：耐壓性、抗磨性、密封性、潤滑性和其它，往復活塞式壓縮機、滾動轉子式壓縮機和渦旋式壓縮機三個一級分支均在耐壓性這個技術分支的技術產出量較高，這是由二氧化碳這一制冷工質本身使得壓縮機所承受壓力高、壓差大所導致的，研發著希望能夠盡量改善壓縮機各個組件的耐壓性能，從而適應二氧化碳壓縮機的強度和剛度等性能的需求；其次，一級技術分支中滾動轉子式壓縮機和渦旋式壓縮機的二級技術分支中密封性和潤滑性技術產出量較為接近，均次于耐壓性的技術產出量，這是由于這種類型的壓縮機對密封性和潤滑性的要求相對較高；而對于一級分支往復活塞式壓縮機，其二級技術分支中密封性的技術產出量位居第二，抗磨性的技術產出量位居第三。

3 滾動轉子式壓縮機的國內外典型專利申請分析

滾動轉子式壓縮機以其體積小、結構簡單、運轉平穩、噪聲低等特點，近年來廣泛應用于空調、熱泵、冰箱等設備；且該類型的制冷用二氧化碳壓縮機發展具有較好的延續性，其技術產出從“發展期”至“回潮期”均有代表性專利出現。

公開號CN1847661A 的專利申請公開：將由第一旋轉壓縮單元壓縮的二氧化碳制冷劑氣體排出到密閉容器內，再將被排出的中間壓制冷劑氣體由第二旋轉壓縮單元壓縮，第二旋轉壓縮單元具有氣缸、閉塞氣缸的開口面并在中央部具有立起的旋轉軸的軸承的支承構件、形成在軸承外側的支承構件上并與氣缸內部連通的排出消音室、用螺栓將周邊部固定在支承構件上并用于閉塞排出消音室的開口部的蓋，在蓋與支承構件之間夾入墊圈并且在蓋的內周端面與軸承外面之間設有O 型密封圈能防止彈簧構件的脫出，可避免氣缸密封性能的變差，防止氣體泄漏及其帶來的危害，旋轉軸的強度提高且加工性得到改善。

公開號JP2003161261A 的專利申請公開：嵌入電力端子中的每個端子可以做得很小并且可以防止電力端子的耐壓降低，特別是當壓縮容器內的內部壓力變高的制冷劑如二氧化碳時，可以消除耐壓性的問題。

公開號CN1431403A 的專利申請公開：在儲存潤滑油的封閉容器內收納有壓縮機構和供油機構；壓縮機構具有在缸筒室內進行公轉運動的滾筒部和從滾筒部的外圓周面向半徑方向延伸并對缸筒室進行劃分的葉片部；供油機構具有在缸筒室外側形成的供油泵室和在供油泵室內進行往復運動的葉片部的前端部，葉片部的前端部為沿供油流動方向使供油泵室變寬闊的形狀，防止因向壓縮機的滑動部的供油不足而導致的潤滑不良并可提高可靠性。

公開號WO2004065794A 的專利申請公開：壓縮機具有布置在氣密容器中的氣缸，葉片在形成于圓筒中的凹槽中往復運動。輥子在與圓筒接觸的同時旋轉，當葉片往復運動時，與葉片接觸的凹槽壁的一部分具有預定的彈性，由于壁的葉片接觸部分具有預設的彈性，因此防止了葉片和葉片接觸部分的磨損，防止葉片卡在槽中。因此，提高了壓縮機的可靠性。

公開號CN1940295A 的專利申請公開：在將由壓縮單元壓縮的制冷劑噴出到密閉容器外的制冷劑壓縮機中具備：貯油部和輔助用配管，貯油部構成于密閉容器內底部；輔助用配管安裝于密閉容器，并用于對密閉容器內制冷劑及油進行密封。

公開號JP2010174720A 的專利申請公開：葉片在葉片槽中往復運動，具有形成在前端的前端圓弧部分，葉片具有在鼻部中切口的圓弧形側面，分別面向氣缸內的吸氣室和壓縮室，使得鼻部不與內周面接觸的氣缸，葉片與葉片槽的摩擦阻力可以減小，當葉片在葉片槽內往復運動時產生的滑動損失可以減小。

公開號CN102112747A 的專利申請公開：設置于活塞的槽形成為圓弧的角超過180°的圓柱狀，圓弧的假想延長線比活塞的外周假想線更位于內側，提供一種不易產生從壓縮室的高壓側空間向低壓側空間的氣體或者潤滑油的泄漏的旋轉壓縮機。

公開號JP2015140357A 的專利申請公開：一種壓縮機的密封材料，密封材料包含氫化丁腈橡膠和/或氟橡膠，并具有較高的交聯密度。密封材料用于使用二氧化碳作為制冷劑的壓縮機，密封材料具有優異的密封性能，并且在10MPa 或更高的高壓環境下具有耐二氧化碳性。

公開號CN107420285A 的專利申請公開：冷凍機油含有基礎油、酚型抗氧劑和胺型抗氧劑，從而使得冷凍機油在100℃左右和120℃以上的溫度下均表現出較佳的抗氧化性能，能夠適應車載空調壓縮機的應用要求。

公開號JP2000105008A 的專利申請公開：葉片通過連接轉子形成壓縮空間，在壓縮空間中壓縮的二氧化碳被送到壓力室，形成在葉片后側的葉片后室通過壓力調節路徑連接到壓力室，在葉片后側室和壓力室之間提供壓力控制路徑消除了葉片跳躍。

公開號CN1504703A 的專利申請公開：一種冷媒循環裝置，被第一旋轉壓縮組件壓縮而排放的冷媒是被導入到第二旋轉壓縮組件；中間冷卻回路使被第一旋轉壓縮組件壓縮而排放的冷媒放熱；閥裝置在冷卻運轉時，開放中間冷卻回路；解決現有以二氧化碳為冷媒的制冷裝置為提升制冷能力，必須要填入大量的冷媒填充量，而導致壓縮機的耗電量大增等問題。

公開號CN101725531A 的專利申請公開：在活塞與兩個端板部件分別相對的端面的至少一個上形成有凹部，在使用成為非常高壓的二氧化碳制冷劑時，能夠使活塞的端面的燒傷耐力提高。