空氣源熱泵閃蒸補氣技術研究進展

林祥

摘要：空氣源熱泵的制熱能力會隨著室外環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，利用二次節流的原理，減小壓縮比，增加空氣源熱泵制冷劑循環量，可提高低溫制熱量。本文通過對空氣源熱泵閃蒸補氣領域技術現狀進行調研，并重點針對該領域的專利文獻進行收集、標引和梳理，研究其發展歷程、國內外發展動態以及行業的專利分布，為國內空氣源熱泵閃蒸補氣技術的研究提供一定的借鑒。

關鍵詞：空氣源熱泵;閃蒸;補氣

1 概述

在低溫環境中，空氣源熱泵機組蒸發壓力降低，導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也相應下降，從而影響其在低溫環境下的應用[1-3]。通過于空氣源熱泵制冷劑回路中設置閃蒸器，將節流后的氣態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，同時提高系統的制熱量。筆者經過檢索、篩選和標引，獲得有關空氣源熱泵閃蒸補氣技術的專利樣本，以其為國內空氣源熱泵閃蒸補氣技術的研究提供新的發展指引。

2 空氣源熱泵閃蒸補氣技術總體狀況

2.1 申請趨勢

在空氣源熱泵閃蒸補氣技術領域，國外起步較早，在1988年已有相關技術專利申請。隨著空調行業的發展，由美國、日本等制冷技術較為發達國家的空調制造企業，如開利、松下、大金等空調公司，開始對空氣源熱泵閃蒸補氣技術進行了較多的專利申請。中國在空氣源熱泵閃蒸補氣技術領域起步較晚，2011年后，我國空氣源熱泵閃蒸補氣技術的專利申請量總體上呈現大幅上升趨勢。

2.2 技術分布

在空氣源熱泵閃蒸補氣技術領域，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領域，以空調制造企業的研究為主。其中，以珠海格力電器和廣東美的制冷設備的申請量最多。從國內和國外的申請分布來看，空調制造企業對空氣源熱泵閃蒸補氣技術領域尤其重視。

3空氣源熱泵閃蒸補氣技術發展狀況

國內外空氣源熱泵閃蒸補氣技術領域的相關專利申請的技術集中在對不同環境工況、不同工質的熱泵系統中閃蒸補氣技術對系統性能的改進，以提高系統在低溫狀況下的制熱能力。具體可分為閃蒸器結構形式的改進、補氣壓縮機的結構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。下文將重點對國內某重要申請人的核心專利進行總結分析。

3.1 閃蒸器結構形式的改進

2012年申請的專利CN103363738公開的一種閃發器，其可使節流后的制冷劑汽液混合物經流體通道內的折流部件多次折流作用，形成繞閃發器外殼的環流，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公開的一種空調器，通過在主路循環中耦合輔路循環，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明的空調器的制熱量和性能系數;2015年申請的CN105546892公開的閃蒸器和空調系統，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壁的距離在設定范圍內，從而避免了進液出口到與其相對殼體內壁的距離過小，有效控制了閃發氣體量;2017年申請的CN107144047公開的蒸發器及具有其的空調器，將閃發器設置于蒸發器的殼體內部，避免在蒸發器外部單獨設置閃發器，有效地降低了空調器的生產成本，同時減小了空調器系統的泄漏點的量。

3.2 補氣壓縮機結構形式的改進

2010年申請的專利CN101825087公開的一種雙噴射口增焓回轉式壓縮機及使用該壓縮機的空調系統，同轉式壓縮機在上法蘭或下法蘭上設置柱孔;控制系統作用下，在制冷狀況時，壓縮腔內部分氣體向噴射口方向流動，減少壓縮氣體量，提高系統能效;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，可以適當提高空調系統的制熱能力;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，大大提高空調系統的制熱能力，解決低溫狀況制熱不佳的問題;2013年申請的CN104101124公開的一種空調器，壓縮機具有三個壓縮腔，第一和第二壓縮腔設置在主路循環中，第三壓縮腔串聯在輔路循環中，壓縮機工作時，同時壓縮主路循環和輔路循環中的制冷劑，從而減少一個壓縮機，進而降低成本、體積以及控制的復雜程度;2016年申請的CN106766327公開的一種空調器，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，同時設置了噴液管路，使得該空調器可以根據相應的運行工況，選擇對應的吸氣口進行連通以使空調器能夠達到最佳的運行狀態，有效地解決了空調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流補氣系統以及熱泵或制冷系統補氣方法，采用對兩相流工況適應性好的噴射器代替膨脹閥，回收了節流功，有利于整體提高系統性能;2012年申請的CN103807917公開的空調器和應用于該空調器的補氣控制方法，實現了在現有空調器的基礎上為空調器設置一條新的補氣支路，在超低溫環境下空調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的氣體量受到限制的弊端，保證機組制熱所需的循環量，解決了現有技術中單一補氣回路無法保證空調器在低溫環境下正常運行的問題;2014年申請的CN103968460公開的一種空調系統，采用雙缸變容技術+雙級壓縮補氣增焓技術，通過吸氣閥的通斷實現單/雙缸工作模式的切換，通過補氣閥的通斷實現補氣量的控制。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電子膨脹閥的控制方法及空調器，通過對雙級壓縮中間補氣系統中高壓級電子膨脹閥和低壓級電子膨脹閥的解耦控制，實現雙級壓縮中間補氣系統的穩定性控制，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和第二參數的合理設置與控制，能夠實現雙級壓縮中間補氣系統實時運行在最佳狀態。

4 結束語

對于空氣源熱泵閃蒸補氣技術的研究，國內外研究的重點在于閃蒸器結構形式的改進、補氣壓縮機的結構形式改進以及閃蒸補氣控制方法的改進。但相關技術仍較少應用于空調系統中，國內企業和科研機構應著力于相關技術的生產和應用。

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，2006，（6）：42-43.

（作者單位：國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心）