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摘要：空气源热泵的制热能力会随着室外环境温度的下降而降低，而采用具有中间闪蒸补气的补气增焓技术，利用二次节流的原理，减小压缩比，增加空气源热泵制冷剂循环量，可提高低温制热量。本文通过对空气源热泵闪蒸补气领域技术现状进行调研，并重点针对该领域的专利文献进行收集、标引和梳理，研究其发展历程、国内外发展动态以及行业的专利分布，为国内空气源热泵闪蒸补气技术的研究提供一定的借鉴。
关键词：空气源热泵;闪蒸;补气
1 概述
在低温环境中，空气源热泵机组蒸发压力降低，导致压缩机吸气比容增大，制冷剂的流量减少，压缩机有效容积得不到充分利用，使机组制热能力大幅度衰减，机组的制热能力和COP也相应下降，从而影响其在低温环境下的应用[1-3]。通过于空气源热泵制冷剂回路中设置闪蒸器，将节流后的气态制冷剂分离出来使其直接回到压缩机，可减少压缩机的压力损失，同时提高系统的制热量。笔者经过检索、筛选和标引，获得有关空气源热泵闪蒸补气技术的专利样本，以其为国内空气源热泵闪蒸补气技术的研究提供新的发展指引。
2 空气源热泵闪蒸补气技术总体状况
2.1 申请趋势
在空气源热泵闪蒸补气技术领域，国外起步较早，在1988年已有相关技术专利申请。随着空调行业的发展，由美国、日本等制冷技术较为发达国家的空调制造企业，如开利、松下、大金等空调公司，开始对空气源热泵闪蒸补气技术进行了较多的专利申请。中国在空气源热泵闪蒸补气技术领域起步较晚，2011年后，我国空气源热泵闪蒸补气技术的专利申请量总体上呈现大幅上升趋势。
2.2 技术分布
在空气源热泵闪蒸补气技术领域，中国在世界专利申请量中占主要地位。我国在空气源热泵闪蒸补气技术领域，以空调制造企业的研究为主。其中，以珠海格力电器和广东美的制冷设备的申请量最多。从国内和国外的申请分布来看，空调制造企业对空气源热泵闪蒸补气技术领域尤其重视。
3空气源热泵闪蒸补气技术发展状况
国内外空气源热泵闪蒸补气技术领域的相关专利申请的技术集中在对不同环境工况、不同工质的热泵系统中闪蒸补气技术对系统性能的改进，以提高系统在低温状况下的制热能力。具体可分为闪蒸器结构形式的改进、补气压缩机的结构形式改进以及闪蒸补气控制方法的改进等几个方面的研究。下文将重点对国内某重要申请人的核心专利进行总结分析。
3.1 闪蒸器结构形式的改进
2012年申请的专利CN103363738公开的一种闪发器，其可使节流后的制冷剂汽液混合物经流体通道内的折流部件多次折流作用，形成绕闪发器外壳的环流，制冷剂汽液混合物在此过程中不断汽液分离，显著提高汽液分离效果，避免了因补气带液导致的二级叶轮功耗增大的问题;2013年申请的CN103968455公开的一种空调器，通过在主路循环中耦合辅路循环，对进入补气装置的制冷剂供热，从而提高进入补气装置的制冷剂的干度，另外辅路循环对进入室外换热器的制冷剂制冷，提高进入室外换热器的制冷剂的过冷度，能够显著地提高本发明的空调器的制热量和性能系数;2015年申请的CN105546892公开的闪蒸器和空调系统，合理地限定了进液出口的位置，保证了进液出口到与其相对壳体内壁的距离在设定范围内，从而避免了进液出口到与其相对壳体内壁的距离过小，有效控制了闪发气体量;2017年申请的CN107144047公开的蒸发器及具有其的空调器，将闪发器设置于蒸发器的壳体内部，避免在蒸发器外部单独设置闪发器，有效地降低了空调器的生产成本，同时减小了空调器系统的泄漏点的量。
3.2 补气压缩机结构形式的改进
2010年申请的专利CN101825087公开的一种双喷射口增焓回转式压缩机及使用该压缩机的空调系统，同转式压缩机在上法兰或下法兰上设置柱孔;控制系统作用下，在制冷状况时，压缩腔内部分气体向喷射口方向流动，减少压缩气体量，提高系统能效;当进行标准工况制热时，在低压压缩阶段向压缩腔补充一小部分气体，可以适当提高空调系统的制热能力;在低温恶劣工况下，压缩机在低压以及中压压缩阶段都进行补气，大大提高空调系统的制热能力，解决低温状况制热不佳的问题;2013年申请的CN104101124公开的一种空调器，压缩机具有三个压缩腔，第一和第二压缩腔设置在主路循环中，第三压缩腔串联在辅路循环中，压缩机工作时，同时压缩主路循环和辅路循环中的制冷剂，从而减少一个压缩机，进而降低成本、体积以及控制的复杂程度;2016年申请的CN106766327公开的一种空调器，压缩机气缸包括主工作腔和辅助工作腔，将辅助工作腔的吸气口设置成可选择地与气液分离器或补气过冷装置相连通，同时设置了喷液管路，使得该空调器可以根据相应的运行工况，选择对应的吸气口进行连通以使空调器能够达到最佳的运行状态，有效地解决了空调器因排气温度高而使用温度范围受限的问题。
3.3 闪蒸补气控制方法的改进
2010年申请的专利CN102128508公开的一种喷射器节流补气系统以及热泵或制冷系统补气方法，采用对两相流工况适应性好的喷射器代替膨胀阀，回收了节流功，有利于整体提高系统性能;2012年申请的CN103807917公开的空调器和应用于该空调器的补气控制方法，实现了在现有空调器的基础上为空调器设置一条新的补气支路，在超低温环境下空调器能够通过该第二补气回路进行补气增焓，避免了在超低温情况下闪蒸发的气体量受到限制的弊端，保证机组制热所需的循环量，解决了现有技术中单一补气回路无法保证空调器在低温环境下正常运行的问题;2014年申请的CN103968460公开的一种空调系统，采用双缸变容技术+双级压缩补气增焓技术，通过吸气阀的通断实现单/双缸工作模式的切换，通过补气阀的通断实现补气量的控制。在低频低负荷单缸运行时，能效提升;高频高负荷双缸运行，能力提升;2015年申请的CN105091427公开的双级压缩中间补气系统电子膨胀阀的控制方法及空调器，通过对双级压缩中间补气系统中高压级电子膨胀阀和低压级电子膨胀阀的解耦控制，实现双级压缩中间补气系统的稳定性控制，同时通过对高压级电子膨胀阀和低压级电子膨胀阀的第一参数和第二参数的合理设置与控制，能够实现双级压缩中间补气系统实时运行在最佳状态。
4 结束语
对于空气源热泵闪蒸补气技术的研究，国内外研究的重点在于闪蒸器结构形式的改进、补气压缩机的结构形式改进以及闪蒸补气控制方法的改进。但相关技术仍较少应用于空调系统中，国内企业和科研机构应着力于相关技术的生产和应用。
参考文献：
[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.關于空气源热泵机组冬季运行制热量衰减问题的思考[J].暖通空调，2006，（6）：42-43.
（作者单位：国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心）
关键词：空气源热泵;闪蒸;补气
1 概述
在低温环境中，空气源热泵机组蒸发压力降低，导致压缩机吸气比容增大，制冷剂的流量减少，压缩机有效容积得不到充分利用，使机组制热能力大幅度衰减，机组的制热能力和COP也相应下降，从而影响其在低温环境下的应用[1-3]。通过于空气源热泵制冷剂回路中设置闪蒸器，将节流后的气态制冷剂分离出来使其直接回到压缩机，可减少压缩机的压力损失，同时提高系统的制热量。笔者经过检索、筛选和标引，获得有关空气源热泵闪蒸补气技术的专利样本，以其为国内空气源热泵闪蒸补气技术的研究提供新的发展指引。
2 空气源热泵闪蒸补气技术总体状况
2.1 申请趋势
在空气源热泵闪蒸补气技术领域，国外起步较早，在1988年已有相关技术专利申请。随着空调行业的发展，由美国、日本等制冷技术较为发达国家的空调制造企业，如开利、松下、大金等空调公司，开始对空气源热泵闪蒸补气技术进行了较多的专利申请。中国在空气源热泵闪蒸补气技术领域起步较晚，2011年后，我国空气源热泵闪蒸补气技术的专利申请量总体上呈现大幅上升趋势。
2.2 技术分布
在空气源热泵闪蒸补气技术领域，中国在世界专利申请量中占主要地位。我国在空气源热泵闪蒸补气技术领域，以空调制造企业的研究为主。其中，以珠海格力电器和广东美的制冷设备的申请量最多。从国内和国外的申请分布来看，空调制造企业对空气源热泵闪蒸补气技术领域尤其重视。
3空气源热泵闪蒸补气技术发展状况
国内外空气源热泵闪蒸补气技术领域的相关专利申请的技术集中在对不同环境工况、不同工质的热泵系统中闪蒸补气技术对系统性能的改进，以提高系统在低温状况下的制热能力。具体可分为闪蒸器结构形式的改进、补气压缩机的结构形式改进以及闪蒸补气控制方法的改进等几个方面的研究。下文将重点对国内某重要申请人的核心专利进行总结分析。
3.1 闪蒸器结构形式的改进
2012年申请的专利CN103363738公开的一种闪发器，其可使节流后的制冷剂汽液混合物经流体通道内的折流部件多次折流作用，形成绕闪发器外壳的环流，制冷剂汽液混合物在此过程中不断汽液分离，显著提高汽液分离效果，避免了因补气带液导致的二级叶轮功耗增大的问题;2013年申请的CN103968455公开的一种空调器，通过在主路循环中耦合辅路循环，对进入补气装置的制冷剂供热，从而提高进入补气装置的制冷剂的干度，另外辅路循环对进入室外换热器的制冷剂制冷，提高进入室外换热器的制冷剂的过冷度，能够显著地提高本发明的空调器的制热量和性能系数;2015年申请的CN105546892公开的闪蒸器和空调系统，合理地限定了进液出口的位置，保证了进液出口到与其相对壳体内壁的距离在设定范围内，从而避免了进液出口到与其相对壳体内壁的距离过小，有效控制了闪发气体量;2017年申请的CN107144047公开的蒸发器及具有其的空调器，将闪发器设置于蒸发器的壳体内部，避免在蒸发器外部单独设置闪发器，有效地降低了空调器的生产成本，同时减小了空调器系统的泄漏点的量。
3.2 补气压缩机结构形式的改进
2010年申请的专利CN101825087公开的一种双喷射口增焓回转式压缩机及使用该压缩机的空调系统，同转式压缩机在上法兰或下法兰上设置柱孔;控制系统作用下，在制冷状况时，压缩腔内部分气体向喷射口方向流动，减少压缩气体量，提高系统能效;当进行标准工况制热时，在低压压缩阶段向压缩腔补充一小部分气体，可以适当提高空调系统的制热能力;在低温恶劣工况下，压缩机在低压以及中压压缩阶段都进行补气，大大提高空调系统的制热能力，解决低温状况制热不佳的问题;2013年申请的CN104101124公开的一种空调器，压缩机具有三个压缩腔，第一和第二压缩腔设置在主路循环中，第三压缩腔串联在辅路循环中，压缩机工作时，同时压缩主路循环和辅路循环中的制冷剂，从而减少一个压缩机，进而降低成本、体积以及控制的复杂程度;2016年申请的CN106766327公开的一种空调器，压缩机气缸包括主工作腔和辅助工作腔，将辅助工作腔的吸气口设置成可选择地与气液分离器或补气过冷装置相连通，同时设置了喷液管路，使得该空调器可以根据相应的运行工况，选择对应的吸气口进行连通以使空调器能够达到最佳的运行状态，有效地解决了空调器因排气温度高而使用温度范围受限的问题。
3.3 闪蒸补气控制方法的改进
2010年申请的专利CN102128508公开的一种喷射器节流补气系统以及热泵或制冷系统补气方法，采用对两相流工况适应性好的喷射器代替膨胀阀，回收了节流功，有利于整体提高系统性能;2012年申请的CN103807917公开的空调器和应用于该空调器的补气控制方法，实现了在现有空调器的基础上为空调器设置一条新的补气支路，在超低温环境下空调器能够通过该第二补气回路进行补气增焓，避免了在超低温情况下闪蒸发的气体量受到限制的弊端，保证机组制热所需的循环量，解决了现有技术中单一补气回路无法保证空调器在低温环境下正常运行的问题;2014年申请的CN103968460公开的一种空调系统，采用双缸变容技术+双级压缩补气增焓技术，通过吸气阀的通断实现单/双缸工作模式的切换，通过补气阀的通断实现补气量的控制。在低频低负荷单缸运行时，能效提升;高频高负荷双缸运行，能力提升;2015年申请的CN105091427公开的双级压缩中间补气系统电子膨胀阀的控制方法及空调器，通过对双级压缩中间补气系统中高压级电子膨胀阀和低压级电子膨胀阀的解耦控制，实现双级压缩中间补气系统的稳定性控制，同时通过对高压级电子膨胀阀和低压级电子膨胀阀的第一参数和第二参数的合理设置与控制，能够实现双级压缩中间补气系统实时运行在最佳状态。
4 结束语
对于空气源热泵闪蒸补气技术的研究，国内外研究的重点在于闪蒸器结构形式的改进、补气压缩机的结构形式改进以及闪蒸补气控制方法的改进。但相关技术仍较少应用于空调系统中，国内企业和科研机构应着力于相关技术的生产和应用。
参考文献：
[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.關于空气源热泵机组冬季运行制热量衰减问题的思考[J].暖通空调，2006，（6）：42-43.
（作者单位：国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心）