王 波 楚大順

（國家知識產(chǎn)權局專利局專利審查協(xié)作四川中心，四川 成都 610213）

二級壓縮專利技術綜述

王 波 楚大順

（國家知識產(chǎn)權局專利局專利審查協(xié)作四川中心，四川 成都 610213）

在目前市場對壓縮式空調機組運行范圍要求越來越高的情況下，二級壓縮技術已成為壓縮式空調領域在制冷、制熱時提高其運行范圍以及制冷、制熱能力的重要手段，因此，通過研究目前世界上關于二級壓縮技術的專利文獻，將有助于二級壓縮技術的應用以及相應的改進。

二級壓縮；制熱；制冷；專利

在蒸汽壓縮式制冷循環(huán)中，在制冷系統(tǒng)采用單級壓縮時，由于受壓縮機壓縮比的限制，制冷系統(tǒng)僅能在較小的溫度范圍內進行制冷或制熱運行，當運行工況出現(xiàn)較大變化導致制冷系統(tǒng)蒸發(fā)側溫度降低時，此時單級壓縮系統(tǒng)的蒸發(fā)壓力也將降低，相應的回氣壓力也將降低，最終導致壓縮機壓縮比較大，而伴隨壓縮機壓縮比的增大，此時制冷系統(tǒng)也將相應的出現(xiàn)制冷量下降、功耗增加、性能系數(shù)下降、經(jīng)濟性降低的情況，同時，在壓縮比較大的情況下，此時還會出現(xiàn)排氣溫度過高的現(xiàn)象，導致壓縮機內的潤滑油變稀，潤滑條件惡化，甚至會引起潤滑油碳化等現(xiàn)象。

為增大制冷系統(tǒng)的運行范圍，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)中設置二級壓縮，此后在1960年M.Henderson又進一步提出了在熱泵系統(tǒng)中也設置二級壓縮，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 二級壓縮基本原理

二級壓縮是對蒸發(fā)器排出的氣態(tài)制冷劑流入低壓側壓縮腔內壓縮，壓縮后形成中壓制冷劑，經(jīng)冷卻后（如與空氣對流冷卻、與噴射入的低溫制冷劑混合冷卻）再進入高壓級壓縮腔內壓縮，壓縮后形成高壓級制冷劑再排入冷凝器內進行正常的制冷循環(huán)。此時相比單級壓縮循環(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壓縮腔內壓縮至中壓級，然后在高壓級壓縮腔內壓縮至排氣壓力，此時每個壓縮腔內的壓縮比相比單級壓縮的壓縮比小，使系統(tǒng)運行范圍更大，同時，由于中壓制冷劑被冷卻后再進入高壓側壓縮腔內，此時也解決了制冷劑排氣溫度過高的問題。

目前二級壓縮技術已發(fā)展成熟，主要的企業(yè)位于日本、美國、韓國、中國等，其中日本企業(yè)占比較大。在最近十年中，該領域中主要是日本企業(yè)以及中國企業(yè)仍在重點使用該技術，其中日本主要集中在大金、三菱等企業(yè)，國內則以格力、美的為主。

2 二級壓縮發(fā)展狀況

2.1 二級壓縮分類

在二級壓縮領域中，其主要分為結構、控制、應用三大部分，其中結構上主要是對壓縮端的改進以及對冷卻方式的改進，其目的是減小結構組成以及提高系統(tǒng)換熱能力以達到提高系統(tǒng)運行能力；控制上主要是對負載、啟動、除霜等的改進，其目的是在保證系統(tǒng)能力的同時提高系統(tǒng)的可靠性，延長系統(tǒng)尤其是壓縮機的運行壽命；而在應用上主要是對系統(tǒng)廢熱等的利用，提高系統(tǒng)能量的利用效率。

2.2 二級壓縮技術發(fā)展演進

通過對1903年以來二級壓縮領域各申請文件的分析，得出了如圖1中的二級壓縮技術發(fā)展演進圖。

從圖1中可以看出，有關冷卻方式的結構大部分已在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較大改進，而在壓縮裝置上，80年代之前則主要采用多個壓縮機串聯(lián)或一個壓縮機具有多個壓縮腔的形式，而在進入80年代后隨著噴氣增焓的提出以及相應的噴氣增焓壓縮機的制造（即在渦旋壓縮機定盤壓縮行程中部開孔以實現(xiàn)噴氣增焓），通過噴氣增焓技術以實現(xiàn)二級壓縮的效果已成為大量廠家的一個重要選擇，同時也降低了生產(chǎn)成本和系統(tǒng)結構的復雜度；在系統(tǒng)控制上，由于在不同運行階段系統(tǒng)負載不同，此時合理調節(jié)壓縮機輸出即成為了該領域中一個重要課題，尤其是在60年代后變頻壓縮機的應用為提高系統(tǒng)輸出效率提供了更為多樣化的選擇；由于在長期低溫制冷或低溫制熱時蒸發(fā)器溫度低于環(huán)境凝露點導致蒸發(fā)器上結霜，影響蒸發(fā)器的換熱效率以及系統(tǒng)能效，此時如何合理利用二級壓縮系統(tǒng)熱量進行除霜成為了60年代后該領域中的一個研究方向；隨著系統(tǒng)能力增大、系統(tǒng)長度等的增加、單臺壓縮機能力的增強，在壓縮機啟動時易造成液態(tài)制冷劑被吸入壓縮腔內，造成壓縮機磨損或損毀，因此，在60年代后如何防止壓縮機在啟動時進液成為了一個重要的研究課題；而為提高系統(tǒng)能效，此時將噴射氣體在進入壓縮機前的能量進行充分利用也成為了該領域中的一個重要選擇，其中將其冷量對主流路進行過冷以提高蒸發(fā)側換熱效率已成為了該領域中的一個最為常用的技術手段。

2.3 重要申請人分析

圖1 二級壓縮技術演進圖

圖2 各重要申請人申請量

圖3 各重要申請人專利申請年代分布

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

然而通過仔細分析各申請人申請量在各年代的分別可以看出，在二級壓縮領域中仍是美國、日本企業(yè)在該領域中起步較早，中國企業(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，其主要是美國的開利在應用該技術；到70年后，該技術在日本也開始得到應用，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用，并在每年都有一定量的申請，而大金相對較晚，雖然在七十年代也有申請，但在并沒有進行連續(xù)的應用，直到進入97年后才開始大量應用該技術；而該技術在中國則起步較晚，其在2000年之后有少量應用，其中國內空調行業(yè)的主要廠家格力、美的在該技術的應用都較晚，格力在09年之后才開始應用，并在12年開始大量申請，而美的則到13年才開始應用該技術。

3 結論

通過對二級壓縮專利文獻的分析可以看出，二級壓縮技術首先在美國得到發(fā)展，然后由日本發(fā)展壯大，中國企業(yè)雖然進入空調行業(yè)較晚，但在該技術上的研究也是最近幾年才開始，說明國內企業(yè)目前對于空調領域中的一些重要技術的研究以及應用還比較慢，應當加大對空調領域中重要技術的研究，從而早日追趕上日本企業(yè)。

[1]吳業(yè)正.制冷原理及設備[M].西安：西安交通大學出版社.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）。