浅析旋转式压缩机补气增焓技术

杨必韵 邹文娟

摘  要：在低温环境下传统的空气源热泵系统的制热能力大幅衰减，制热量将小到无法满足这些地区的冬季采暖需求，而且随着环境温度的降低，系统 COP急剧下降，压缩机的压比越来越大，导致排气温度不断升高，长期运转必然会严重损坏压缩机，为了使热泵在低温环境下也能高效、可靠地运行，国内外工程技术界进行了大量的研究，将喷射增焓技术应用于压缩机中。该文针对旋转式压缩机喷气增焓技术，从国内外申请趋势分析及专利产出国分布等方面分析了该领域全球专利概况，并重点从主要技术分支及其申请量分布、各技术分支技术演进等方面分析了该领域技术分支及演进。

关键词：压缩机;补气;喷射;增焓

中图分类号：TH45      文献标志码：A

0 前言

我国制冷、制热设备的需求量在世界名列前茅，制冷、制热设备市场繁荣发展，制冷、制热设备市场的繁荣势必带动国内压缩机行业的研究与发展。虽然与日本相比，我国在旋转式压缩机的补气增焓领域的研究起步较晚，但是该方面的技术已经得到国内企业的重视，也在大力开展研究中。

1 旋转式压缩机补气增焓专利申请概况

旋转式压缩机补气增焓研究的全球和在华专利申请量趋势如图1所示，大致可以分为2个阶段，第一阶段1978年-2006年：涉及旋转式压缩机补气增焓研究的专利最早出现在1978年，之后，该技术发展相对平稳，分别在1984年-1986年和1998年-2000年达到两个小高峰，这主要由于双缸压缩机的发展，并且这一阶段主要由日本主导，而国内直至2005年以前，该技术一直处于空白时期，没有任何相关专利的申请量。第二阶段，2006年至今，随着中国专利事业的大力发展，工业技术的大幅度提高，涉及旋转式压缩机补气增焓的国内专利申请量开始大幅度上升，且基于目前的统计在2014年国内申请量达到最高峰，而2016年的数据由于专利的公开时间的滞后而不具有代表性，与此相对的，国外申请却出现颓势，中国成为该项技术的主导国，并且，这一阶段的全球申请量远高于第一阶段的申请量。

2 旋转压缩机补气增焓技术主要分支的技术发展

对目前公开的旋转压缩机补气增焓技术的全球专利申请进行分析和梳理，得出该领域的主要技术分支如下：补气口的开闭方式、压缩过程中的补气时机、补气通路的减振降噪和其他，其中补气口的开闭占全球专利申请的35%，其次是补气时机和补气通路的减振降噪，两者的比例均占全球专利申请的22%，剩余为补气增焓结构其他方面的改进，占全球专利申请的21%。其中，“其他”这一级分支中的专利申请涉及的改进点相对分散，象装配自由度、补气增焓管的安装固定等。

2.1 旋转式压缩机补气口开闭方式的技术发展

补气口的开闭方式：补气口的开闭方式可以分为无阀和有阀两种方式，其中无阀方式主要包括2种方式，一是通过滚动活塞的旋转运动以间歇性地开闭设于法兰上的补气口，二是通过滑片的往复运动开闭补气口，其中前者的专利申请量大于通过后者的专利申请量。而有阀方式的专利申请量又大于无阀方式的专利申请量，其中有阀方式又可以分为止回阀、电磁阀等各种方式。1978年-1995年，該段时间，在日本东芝电气和大金带领下，利用旋转活塞或者止回阀的方式开闭补气增焓口的两种方式并驾齐驱，都得到了大力发展。1995年-2007年，补气口的开闭方式研究并未得到较大的突破，主要是对先前技术的深化。2008至今，随着国内公司如格力、凌达的参与，补气口的开闭阀设置方式的研究开展得广泛而活跃。2009年，格力、凌达提出在喷气孔设置活塞喷气装置，实现在增焓或不增焓之间的切换。2016年凌达、格力还提出了在滑片上设置补气增焓通道，并在滑片上设置开闭的阀片。

2.2 旋转式压缩机压缩过程中的补气时机的技术发展

压缩过程中的补气时机：对于单缸压缩机，补气时机的研究主要在于补气口的位置，补气口的位置直接决定了中间补气后的压缩过程的开始时间，一定程度上决定了补气压力的范围;对于双缸压缩机，补气时机可以分为3种，其中专利申请量占最多的是：中压气体和后一级吸气混合后共同进入第二级压缩腔，其次是，向2个压缩腔都喷射同一中压气体，最后，也有一小部分专利申请中，中压气体不与后一级压缩腔的吸气混合，直接喷入后一级压缩腔，前一级压缩腔不喷气。在70年代和80年代，各大公司主要针对单缸压缩机的补气时机进行研究，而80年代以后，随着双缸压缩机的发展，对双缸压缩机的补气时机研究占了绝大一部分， 1982年日本大金将补气口位置开设于开始压缩时转子所在的圆B和压缩腔内的气体达到喷射压力时转子所在的圆的交点处。1985年，日本三洋首次提出了双缸压缩机补气增焓结构。90年代和20世纪初，发展相对较慢，主要针对双缸压缩机补气增焓时机进行了优化。2010年格力提出了一种双喷射口的增焓旋转式压缩机，在法兰上设置柱孔，根据制冷、标准制热、恶劣低温条件下的制热3种工况确定不同的补气量和补气方式，解决低温状况制热不佳的问题;2013年，格力又提出优化增焓口与滑片的相对位置以提高压缩机的效率。

2.3 旋转式压缩机补气通路减振降噪结构的技术发展

补气通路的减振降噪结构：主要是设置中间压力腔，使补气通路截面积发生突变，以减小脉动，降低噪声;而对于双缸压缩机，还可以通过调节2个补气口的增焓压力来减少压缩机噪声和振动。补气通路减振降噪技术相对起步较晚，1992年，日本松下提出在喷射管上增设波纹管，利用波纹管吸收振动。1996年，日本大金提出中压制冷剂通过在活塞上的环形腔再喷入压缩腔，减小压力损失，2008年，日本富士通提出了一种针对二级压缩机的减小喷气增焓结构脉动的方案，使中间联络管内的中间压力气体冷媒流和从中间吸入管的出气口所喷出的喷射冷媒流相平行。2008年以后，国内公司对补气增焓结构的减振降噪技术也展开了深入研究， 2010年，格力提出使高压缸与低压缸错开一定角度，改变泵体内部流体流动路径，使增焓口进入的气体和低压缸进入的气体充分混合，从而降低吸排气阻力。2012年，格力提出使增焓管包括：具有变径结构的外套管和设置于外套管的扩张管部内部的直管，外套管的扩张管部与直管形成缓冲空腔，降低增焓冷媒脉动;2014年，格力还提出在法兰和中间隔板上分别设置中间腔，两中间腔形成双腔式膨胀消声结构。2016年，格力又提出通过优化增焓管和气缸的参数降低补气管路单向阀的压力波动，消除单向阀阀芯振颤噪声。

3 结语

该文从专利申请出发，分析了旋转式压缩机在补气增焓方面的发展情况，通过对国内外专利申请状况的比较以及补气增焓各个分支的专利申请状况的比较，发现差距，以为后旋转式压缩机在补气增焓的研究提供帮助。此外，国内企业在该方面进行研究时，在技术创新的同时，也要不断提高专利保护意识。

参考文献

[1]贾庆磊，冯利伟，晏刚.带中间补气的滚动转子式压缩系 统制热性能的实验研究[J].制冷学报，2015（2）：65-70.