二级压缩专利技术综述

王 波 楚大顺

（国家知识产权局专利局专利审查协作四川中心，四川 成都 610213）

二级压缩专利技术综述

王 波 楚大顺

（国家知识产权局专利局专利审查协作四川中心，四川 成都 610213）

在目前市场对压缩式空调机组运行范围要求越来越高的情况下，二级压缩技术已成为压缩式空调领域在制冷、制热时提高其运行范围以及制冷、制热能力的重要手段，因此，通过研究目前世界上关于二级压缩技术的专利文献，将有助于二级压缩技术的应用以及相应的改进。

二级压缩；制热；制冷；专利

在蒸汽压缩式制冷循环中，在制冷系统采用单级压缩时，由于受压缩机压缩比的限制，制冷系统仅能在较小的温度范围内进行制冷或制热运行，当运行工况出现较大变化导致制冷系统蒸发侧温度降低时，此时单级压缩系统的蒸发压力也将降低，相应的回气压力也将降低，最终导致压缩机压缩比较大，而伴随压缩机压缩比的增大，此时制冷系统也将相应的出现制冷量下降、功耗增加、性能系数下降、经济性降低的情况，同时，在压缩比较大的情况下，此时还会出现排气温度过高的现象，导致压缩机内的润滑油变稀，润滑条件恶化，甚至会引起润滑油碳化等现象。

为增大制冷系统的运行范围，并防止上述现象的发生，Windhausen Franz于1903年提出在制冷系统中设置二级压缩，此后在1960年M.Henderson又进一步提出了在热泵系统中也设置二级压缩，使其在外界温度较低的情况下也能保持较好的制热能力。

1 二级压缩基本原理

二级压缩是对蒸发器排出的气态制冷剂流入低压侧压缩腔内压缩，压缩后形成中压制冷剂，经冷却后（如与空气对流冷却、与喷射入的低温制冷剂混合冷却）再进入高压级压缩腔内压缩，压缩后形成高压级制冷剂再排入冷凝器内进行正常的制冷循环。此时相比单级压缩循环而言，在具有相同排气压力和吸气压力的情况下，由于制冷剂先在低压级压缩腔内压缩至中压级，然后在高压级压缩腔内压缩至排气压力，此时每个压缩腔内的压缩比相比单级压缩的压缩比小，使系统运行范围更大，同时，由于中压制冷剂被冷却后再进入高压侧压缩腔内，此时也解决了制冷剂排气温度过高的问题。

目前二级压缩技术已发展成熟，主要的企业位于日本、美国、韩国、中国等，其中日本企业占比较大。在最近十年中，该领域中主要是日本企业以及中国企业仍在重点使用该技术，其中日本主要集中在大金、三菱等企业，国内则以格力、美的为主。

2 二级压缩发展状况

2.1 二级压缩分类

在二级压缩领域中，其主要分为结构、控制、应用三大部分，其中结构上主要是对压缩端的改进以及对冷却方式的改进，其目的是减小结构组成以及提高系统换热能力以达到提高系统运行能力；控制上主要是对负载、启动、除霜等的改进，其目的是在保证系统能力的同时提高系统的可靠性，延长系统尤其是压缩机的运行寿命；而在应用上主要是对系统废热等的利用，提高系统能量的利用效率。

2.2 二级压缩技术发展演进

通过对1903年以来二级压缩领域各申请文件的分析，得出了如图1中的二级压缩技术发展演进图。

从图1中可以看出，有关冷却方式的结构大部分已在60年代之前发展完备，在其后的几十年里在冷却方式上无较大改进，而在压缩装置上，80年代之前则主要采用多个压缩机串联或一个压缩机具有多个压缩腔的形式，而在进入80年代后随着喷气增焓的提出以及相应的喷气增焓压缩机的制造（即在涡旋压缩机定盘压缩行程中部开孔以实现喷气增焓），通过喷气增焓技术以实现二级压缩的效果已成为大量厂家的一个重要选择，同时也降低了生产成本和系统结构的复杂度；在系统控制上，由于在不同运行阶段系统负载不同，此时合理调节压缩机输出即成为了该领域中一个重要课题，尤其是在60年代后变频压缩机的应用为提高系统输出效率提供了更为多样化的选择；由于在长期低温制冷或低温制热时蒸发器温度低于环境凝露点导致蒸发器上结霜，影响蒸发器的换热效率以及系统能效，此时如何合理利用二级压缩系统热量进行除霜成为了60年代后该领域中的一个研究方向；随着系统能力增大、系统长度等的增加、单台压缩机能力的增强，在压缩机启动时易造成液态制冷剂被吸入压缩腔内，造成压缩机磨损或损毁，因此，在60年代后如何防止压缩机在启动时进液成为了一个重要的研究课题；而为提高系统能效，此时将喷射气体在进入压缩机前的能量进行充分利用也成为了该领域中的一个重要选择，其中将其冷量对主流路进行过冷以提高蒸发侧换热效率已成为了该领域中的一个最为常用的技术手段。

2.3 重要申请人分析

图1 二级压缩技术演进图

图2 各重要申请人申请量

图3 各重要申请人专利申请年代分布

通过对1903年以来全球二级压缩领域各申请人的分析可以得出，在该领域中重要申请人的分布与压缩制冷领域中重要申请人的分布基本相同，主要以日本的大金、三菱，美国的开利等企业为主，而中国在该领域中也具有大量的申请（可参见图2）。

然而通过仔细分析各申请人申请量在各年代的分别可以看出，在二级压缩领域中仍是美国、日本企业在该领域中起步较早，中国企业起步较晚，目前仍处于追赶日、美企业的状态。其中在1970年以前，其主要是美国的开利在应用该技术；到70年后，该技术在日本也开始得到应用，其中主要为大金、三菱、日立，其中日立、三菱起步较早，均在七十年代即开始应用，并在每年都有一定量的申请，而大金相对较晚，虽然在七十年代也有申请，但在并没有进行连续的应用，直到进入97年后才开始大量应用该技术；而该技术在中国则起步较晚，其在2000年之后有少量应用，其中国内空调行业的主要厂家格力、美的在该技术的应用都较晚，格力在09年之后才开始应用，并在12年开始大量申请，而美的则到13年才开始应用该技术。

3 结论

通过对二级压缩专利文献的分析可以看出，二级压缩技术首先在美国得到发展，然后由日本发展壮大，中国企业虽然进入空调行业较晚，但在该技术上的研究也是最近几年才开始，说明国内企业目前对于空调领域中的一些重要技术的研究以及应用还比较慢，应当加大对空调领域中重要技术的研究，从而早日追赶上日本企业。

[1]吴业正.制冷原理及设备[M].西安：西安交通大学出版社.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；楚大顺（1982-），男，硕士，助理研究员，研究方向：层状材料（等同于第一作者）。