林祥

摘要：空氣源熱泵的制熱能力會隨著室外環(huán)境溫度的下降而降低，而采用具有中間閃蒸補氣的補氣增焓技術(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。本文通過對空氣源熱泵閃蒸補氣領(lǐng)域技術(shù)現(xiàn)狀進行調(diào)研，并重點針對該領(lǐng)域的專利文獻進行收集、標引和梳理，研究其發(fā)展歷程、國內(nèi)外發(fā)展動態(tài)以及行業(yè)的專利分布，為國內(nèi)空氣源熱泵閃蒸補氣技術(shù)的研究提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：空氣源熱泵;閃蒸;補氣

1 概述

在低溫環(huán)境中，空氣源熱泵機組蒸發(fā)壓力降低，導(dǎo)致壓縮機吸氣比容增大，制冷劑的流量減少，壓縮機有效容積得不到充分利用，使機組制熱能力大幅度衰減，機組的制熱能力和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，可減少壓縮機的壓力損失，同時提高系統(tǒng)的制熱量。筆者經(jīng)過檢索、篩選和標引，獲得有關(guān)空氣源熱泵閃蒸補氣技術(shù)的專利樣本，以其為國內(nèi)空氣源熱泵閃蒸補氣技術(shù)的研究提供新的發(fā)展指引。

2 空氣源熱泵閃蒸補氣技術(shù)總體狀況

2.1 申請趨勢

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

2.2 技術(shù)分布

在空氣源熱泵閃蒸補氣技術(shù)領(lǐng)域，中國在世界專利申請量中占主要地位。我國在空氣源熱泵閃蒸補氣技術(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)備的申請量最多。從國內(nèi)和國外的申請分布來看，空調(diào)制造企業(yè)對空氣源熱泵閃蒸補氣技術(shù)領(lǐng)域尤其重視。

3空氣源熱泵閃蒸補氣技術(shù)發(fā)展狀況

國內(nèi)外空氣源熱泵閃蒸補氣技術(shù)領(lǐng)域的相關(guān)專利申請的技術(shù)集中在對不同環(huán)境工況、不同工質(zhì)的熱泵系統(tǒng)中閃蒸補氣技術(shù)對系統(tǒng)性能的改進，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、補氣壓縮機的結(jié)構(gòu)形式改進以及閃蒸補氣控制方法的改進等幾個方面的研究。下文將重點對國內(nèi)某重要申請人的核心專利進行總結(jié)分析。

3.1 閃蒸器結(jié)構(gòu)形式的改進

2012年申請的專利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，避免了因補氣帶液導(dǎo)致的二級葉輪功耗增大的問題;2013年申請的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)，對進入補氣裝置的制冷劑供熱，從而提高進入補氣裝置的制冷劑的干度，另外輔路循環(huán)對進入室外換熱器的制冷劑制冷，提高進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年申請的CN105546892公開的閃蒸器和空調(diào)系統(tǒng)，合理地限定了進液出口的位置，保證了進液出口到與其相對殼體內(nèi)壁的距離在設(shè)定范圍內(nèi)，從而避免了進液出口到與其相對殼體內(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，同時減小了空調(diào)器系統(tǒng)的泄漏點的量。

3.2 補氣壓縮機結(jié)構(gòu)形式的改進

2010年申請的專利CN101825087公開的一種雙噴射口增焓回轉(zhuǎn)式壓縮機及使用該壓縮機的空調(diào)系統(tǒng)，同轉(zhuǎn)式壓縮機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，壓縮腔內(nèi)部分氣體向噴射口方向流動，減少壓縮氣體量，提高系統(tǒng)能效;當進行標準工況制熱時，在低壓壓縮階段向壓縮腔補充一小部分氣體，可以適當提高空調(diào)系統(tǒng)的制熱能力;在低溫惡劣工況下，壓縮機在低壓以及中壓壓縮階段都進行補氣，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年申請的CN104101124公開的一種空調(diào)器，壓縮機具有三個壓縮腔，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，壓縮機工作時，同時壓縮主路循環(huán)和輔路循環(huán)中的制冷劑，從而減少一個壓縮機，進而降低成本、體積以及控制的復(fù)雜程度;2016年申請的CN106766327公開的一種空調(diào)器，壓縮機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氣過冷裝置相連通，同時設(shè)置了噴液管路，使得該空調(diào)器可以根據(jù)相應(yīng)的運行工況，選擇對應(yīng)的吸氣口進行連通以使空調(diào)器能夠達到最佳的運行狀態(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 閃蒸補氣控制方法的改進

2010年申請的專利CN102128508公開的一種噴射器節(jié)流補氣系統(tǒng)以及熱泵或制冷系統(tǒng)補氣方法，采用對兩相流工況適應(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年申請的CN103807917公開的空調(diào)器和應(yīng)用于該空調(diào)器的補氣控制方法，實現(xiàn)了在現(xiàn)有空調(diào)器的基礎(chǔ)上為空調(diào)器設(shè)置一條新的補氣支路，在超低溫環(huán)境下空調(diào)器能夠通過該第二補氣回路進行補氣增焓，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，保證機組制熱所需的循環(huán)量，解決了現(xiàn)有技術(shù)中單一補氣回路無法保證空調(diào)器在低溫環(huán)境下正常運行的問題;2014年申請的CN103968460公開的一種空調(diào)系統(tǒng)，采用雙缸變?nèi)菁夹g(shù)+雙級壓縮補氣增焓技術(shù)，通過吸氣閥的通斷實現(xiàn)單/雙缸工作模式的切換，通過補氣閥的通斷實現(xiàn)補氣量的控制。在低頻低負荷單缸運行時，能效提升;高頻高負荷雙缸運行，能力提升;2015年申請的CN105091427公開的雙級壓縮中間補氣系統(tǒng)電子膨脹閥的控制方法及空調(diào)器，通過對雙級壓縮中間補氣系統(tǒng)中高壓級電子膨脹閥和低壓級電子膨脹閥的解耦控制，實現(xiàn)雙級壓縮中間補氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制，同時通過對高壓級電子膨脹閥和低壓級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)雙級壓縮中間補氣系統(tǒng)實時運行在最佳狀態(tài)。

4 結(jié)束語

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

參考文獻：

[1]NOWAK T，WESTRING P.Heat pump market development in Europe[C]// Proceedings of 7th EHPA European Heat Pump Forum.Berlin，2014.

[2]CHARGUI R，SAMMOUDA H.Modeling of a residential house coupled with a dual source heat pump using TRANSYS software [J].Energy Conversation and Management，2014，81（2）：384-399.

[3]周祖毅.關(guān)于空氣源熱泵機組冬季運行制熱量衰減問題的思考[J].暖通空調(diào)，2006，（6）：42-43.

（作者單位：國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心）