空氣源熱泵閃蒸補(bǔ)氣技術(shù)研究進(jìn)展

林祥

摘要：空氣源熱泵的制熱能力會(huì)隨著室外環(huán)境溫度的下降而降低，而采用具有中間閃蒸補(bǔ)氣的補(bǔ)氣增焓技術(shù)，利用二次節(jié)流的原理，減小壓縮比，增加空氣源熱泵制冷劑循環(huán)量，可提高低溫制熱量。本文通過對(duì)空氣源熱泵閃蒸補(bǔ)氣領(lǐng)域技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研，并重點(diǎn)針對(duì)該領(lǐng)域的專利文獻(xiàn)進(jìn)行收集、標(biāo)引和梳理，研究其發(fā)展歷程、國(guó)內(nèi)外發(fā)展動(dòng)態(tài)以及行業(yè)的專利分布，為國(guó)內(nèi)空氣源熱泵閃蒸補(bǔ)氣技術(shù)的研究提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：空氣源熱泵;閃蒸;補(bǔ)氣

1 概述

在低溫環(huán)境中，空氣源熱泵機(jī)組蒸發(fā)壓力降低，導(dǎo)致壓縮機(jī)吸氣比容增大，制冷劑的流量減少，壓縮機(jī)有效容積得不到充分利用，使機(jī)組制熱能力大幅度衰減，機(jī)組的制熱能力和COP也相應(yīng)下降，從而影響其在低溫環(huán)境下的應(yīng)用[1-3]。通過于空氣源熱泵制冷劑回路中設(shè)置閃蒸器，將節(jié)流后的氣態(tài)制冷劑分離出來使其直接回到壓縮機(jī)，可減少壓縮機(jī)的壓力損失，同時(shí)提高系統(tǒng)的制熱量。筆者經(jīng)過檢索、篩選和標(biāo)引，獲得有關(guān)空氣源熱泵閃蒸補(bǔ)氣技術(shù)的專利樣本，以其為國(guó)內(nèi)空氣源熱泵閃蒸補(bǔ)氣技術(shù)的研究提供新的發(fā)展指引。

2 空氣源熱泵閃蒸補(bǔ)氣技術(shù)總體狀況

2.1 申請(qǐng)趨勢(shì)

在空氣源熱泵閃蒸補(bǔ)氣技術(shù)領(lǐng)域，國(guó)外起步較早，在1988年已有相關(guān)技術(shù)專利申請(qǐng)。隨著空調(diào)行業(yè)的發(fā)展，由美國(guó)、日本等制冷技術(shù)較為發(fā)達(dá)國(guó)家的空調(diào)制造企業(yè)，如開利、松下、大金等空調(diào)公司，開始對(duì)空氣源熱泵閃蒸補(bǔ)氣技術(shù)進(jìn)行了較多的專利申請(qǐng)。中國(guó)在空氣源熱泵閃蒸補(bǔ)氣技術(shù)領(lǐng)域起步較晚，2011年后，我國(guó)空氣源熱泵閃蒸補(bǔ)氣技術(shù)的專利申請(qǐng)量總體上呈現(xiàn)大幅上升趨勢(shì)。

2.2 技術(shù)分布

在空氣源熱泵閃蒸補(bǔ)氣技術(shù)領(lǐng)域，中國(guó)在世界專利申請(qǐng)量中占主要地位。我國(guó)在空氣源熱泵閃蒸補(bǔ)氣技術(shù)領(lǐng)域，以空調(diào)制造企業(yè)的研究為主。其中，以珠海格力電器和廣東美的制冷設(shè)備的申請(qǐng)量最多。從國(guó)內(nèi)和國(guó)外的申請(qǐng)分布來看，空調(diào)制造企業(yè)對(duì)空氣源熱泵閃蒸補(bǔ)氣技術(shù)領(lǐng)域尤其重視。

3空氣源熱泵閃蒸補(bǔ)氣技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

國(guó)內(nèi)外空氣源熱泵閃蒸補(bǔ)氣技術(shù)領(lǐng)域的相關(guān)專利申請(qǐng)的技術(shù)集中在對(duì)不同環(huán)境工況、不同工質(zhì)的熱泵系統(tǒng)中閃蒸補(bǔ)氣技術(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的改進(jìn)，以提高系統(tǒng)在低溫狀況下的制熱能力。具體可分為閃蒸器結(jié)構(gòu)形式的改進(jìn)、補(bǔ)氣壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)形式改進(jìn)以及閃蒸補(bǔ)氣控制方法的改進(jìn)等幾個(gè)方面的研究。下文將重點(diǎn)對(duì)國(guó)內(nèi)某重要申請(qǐng)人的核心專利進(jìn)行總結(jié)分析。

3.1 閃蒸器結(jié)構(gòu)形式的改進(jìn)

2012年申請(qǐng)的專利CN103363738公開的一種閃發(fā)器，其可使節(jié)流后的制冷劑汽液混合物經(jīng)流體通道內(nèi)的折流部件多次折流作用，形成繞閃發(fā)器外殼的環(huán)流，制冷劑汽液混合物在此過程中不斷汽液分離，顯著提高汽液分離效果，避免了因補(bǔ)氣帶液導(dǎo)致的二級(jí)葉輪功耗增大的問題;2013年申請(qǐng)的CN103968455公開的一種空調(diào)器，通過在主路循環(huán)中耦合輔路循環(huán)，對(duì)進(jìn)入補(bǔ)氣裝置的制冷劑供熱，從而提高進(jìn)入補(bǔ)氣裝置的制冷劑的干度，另外輔路循環(huán)對(duì)進(jìn)入室外換熱器的制冷劑制冷，提高進(jìn)入室外換熱器的制冷劑的過冷度，能夠顯著地提高本發(fā)明的空調(diào)器的制熱量和性能系數(shù);2015年申請(qǐng)的CN105546892公開的閃蒸器和空調(diào)系統(tǒng)，合理地限定了進(jìn)液出口的位置，保證了進(jìn)液出口到與其相對(duì)殼體內(nèi)壁的距離在設(shè)定范圍內(nèi)，從而避免了進(jìn)液出口到與其相對(duì)殼體內(nèi)壁的距離過小，有效控制了閃發(fā)氣體量;2017年申請(qǐng)的CN107144047公開的蒸發(fā)器及具有其的空調(diào)器，將閃發(fā)器設(shè)置于蒸發(fā)器的殼體內(nèi)部，避免在蒸發(fā)器外部單獨(dú)設(shè)置閃發(fā)器，有效地降低了空調(diào)器的生產(chǎn)成本，同時(shí)減小了空調(diào)器系統(tǒng)的泄漏點(diǎn)的量。

3.2 補(bǔ)氣壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)形式的改進(jìn)

2010年申請(qǐng)的專利CN101825087公開的一種雙噴射口增焓回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)及使用該壓縮機(jī)的空調(diào)系統(tǒng)，同轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)在上法蘭或下法蘭上設(shè)置柱孔;控制系統(tǒng)作用下，在制冷狀況時(shí)，壓縮腔內(nèi)部分氣體向噴射口方向流動(dòng)，減少壓縮氣體量，提高系統(tǒng)能效;當(dāng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)工況制熱時(shí)，在低壓壓縮階段向壓縮腔補(bǔ)充一小部分氣體，可以適當(dāng)提高空調(diào)系統(tǒng)的制熱能力;在低溫惡劣工況下，壓縮機(jī)在低壓以及中壓壓縮階段都進(jìn)行補(bǔ)氣，大大提高空調(diào)系統(tǒng)的制熱能力，解決低溫狀況制熱不佳的問題;2013年申請(qǐng)的CN104101124公開的一種空調(diào)器，壓縮機(jī)具有三個(gè)壓縮腔，第一和第二壓縮腔設(shè)置在主路循環(huán)中，第三壓縮腔串聯(lián)在輔路循環(huán)中，壓縮機(jī)工作時(shí)，同時(shí)壓縮主路循環(huán)和輔路循環(huán)中的制冷劑，從而減少一個(gè)壓縮機(jī)，進(jìn)而降低成本、體積以及控制的復(fù)雜程度;2016年申請(qǐng)的CN106766327公開的一種空調(diào)器，壓縮機(jī)氣缸包括主工作腔和輔助工作腔，將輔助工作腔的吸氣口設(shè)置成可選擇地與氣液分離器或補(bǔ)氣過冷裝置相連通，同時(shí)設(shè)置了噴液管路，使得該空調(diào)器可以根據(jù)相應(yīng)的運(yùn)行工況，選擇對(duì)應(yīng)的吸氣口進(jìn)行連通以使空調(diào)器能夠達(dá)到最佳的運(yùn)行狀態(tài)，有效地解決了空調(diào)器因排氣溫度高而使用溫度范圍受限的問題。

3.3 閃蒸補(bǔ)氣控制方法的改進(jìn)

2010年申請(qǐng)的專利CN102128508公開的一種噴射器節(jié)流補(bǔ)氣系統(tǒng)以及熱泵或制冷系統(tǒng)補(bǔ)氣方法，采用對(duì)兩相流工況適應(yīng)性好的噴射器代替膨脹閥，回收了節(jié)流功，有利于整體提高系統(tǒng)性能;2012年申請(qǐng)的CN103807917公開的空調(diào)器和應(yīng)用于該空調(diào)器的補(bǔ)氣控制方法，實(shí)現(xiàn)了在現(xiàn)有空調(diào)器的基礎(chǔ)上為空調(diào)器設(shè)置一條新的補(bǔ)氣支路，在超低溫環(huán)境下空調(diào)器能夠通過該第二補(bǔ)氣回路進(jìn)行補(bǔ)氣增焓，避免了在超低溫情況下閃蒸發(fā)的氣體量受到限制的弊端，保證機(jī)組制熱所需的循環(huán)量，解決了現(xiàn)有技術(shù)中單一補(bǔ)氣回路無法保證空調(diào)器在低溫環(huán)境下正常運(yùn)行的問題;2014年申請(qǐng)的CN103968460公開的一種空調(diào)系統(tǒng)，采用雙缸變?nèi)菁夹g(shù)+雙級(jí)壓縮補(bǔ)氣增焓技術(shù)，通過吸氣閥的通斷實(shí)現(xiàn)單/雙缸工作模式的切換，通過補(bǔ)氣閥的通斷實(shí)現(xiàn)補(bǔ)氣量的控制。在低頻低負(fù)荷單缸運(yùn)行時(shí)，能效提升;高頻高負(fù)荷雙缸運(yùn)行，能力提升;2015年申請(qǐng)的CN105091427公開的雙級(jí)壓縮中間補(bǔ)氣系統(tǒng)電子膨脹閥的控制方法及空調(diào)器，通過對(duì)雙級(jí)壓縮中間補(bǔ)氣系統(tǒng)中高壓級(jí)電子膨脹閥和低壓級(jí)電子膨脹閥的解耦控制，實(shí)現(xiàn)雙級(jí)壓縮中間補(bǔ)氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制，同時(shí)通過對(duì)高壓級(jí)電子膨脹閥和低壓級(jí)電子膨脹閥的第一參數(shù)和第二參數(shù)的合理設(shè)置與控制，能夠?qū)崿F(xiàn)雙級(jí)壓縮中間補(bǔ)氣系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行在最佳狀態(tài)。

4 結(jié)束語

對(duì)于空氣源熱泵閃蒸補(bǔ)氣技術(shù)的研究，國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)在于閃蒸器結(jié)構(gòu)形式的改進(jìn)、補(bǔ)氣壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)形式改進(jìn)以及閃蒸補(bǔ)氣控制方法的改進(jìn)。但相關(guān)技術(shù)仍較少應(yīng)用于空調(diào)系統(tǒng)中，國(guó)內(nèi)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)應(yīng)著力于相關(guān)技術(shù)的生產(chǎn)和應(yīng)用。

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（作者單位：國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心）