制冷用二氧化碳压缩机专利技术分析

杨小乐 叶映芳（等同于第一作者）

（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏 苏州215000）

1 概述

制冷技术是对社会产生重大影响的工程技术之一，其在生活、工业及国防建设等中发挥着越来越重要的作用[1]；而制冷剂的发展推动着制冷技术的进步。二氧化碳作为一种天然制冷工质，就其物性特征而言，具有其他非天然工质不可比拟的优势，例如：使用期比较长、没有毒性、不可燃、价格低、无需回收等。

压缩机是制冷系统的关键部件，影响着整个系统的效率和可靠性。与使用普通制冷剂的压缩机相比，二氧化碳压缩机具有工作压力高、压差大、压比小、体积小、重量轻、运动部件间隙难以控制和润滑较困难等特点，例如：其工作压力高是常规冷媒5～10 倍，压缩机构零部件易出现磨损，从而影响压缩机的使用寿命。因此制冷用二氧化碳压缩机的研究开发一直是制冷技术发展的难点[2]。

2 专利技术分布分析

2.1 一级分支主要技术构成

按照制冷用二氧化碳压缩机的工作原理以及技术产出量（也即：专利文献的数量，其中同族文献按照一条计算），制冷用二氧化碳压缩机的一级分支主要由以下几种类型的压缩机构成：往复活塞式压缩机、滚动转子式压缩机、涡旋式压缩机和其它，其中往复活塞式压缩机包含了曲轴传动式活塞压缩机、单向斜盘压缩机、双向斜盘压缩机、摆盘压缩机以及直线压缩机。技术产出量排名前三的分别为往复活塞式压缩机、滚动转子式压缩机和涡旋式压缩机，但是三者数量差距并不大，基本上处于三足鼎立的状态。

2.2 二级分支主要技术构成

按照改进的技术手段所相应达到的技术效果，制冷用二氧化碳压缩机的二级分支主要以下五个方面构成：耐压性、抗磨性、密封性、润滑性和其它，往复活塞式压缩机、滚动转子式压缩机和涡旋式压缩机三个一级分支均在耐压性这个技术分支的技术产出量较高，这是由二氧化碳这一制冷工质本身使得压缩机所承受压力高、压差大所导致的，研发着希望能够尽量改善压缩机各个组件的耐压性能，从而适应二氧化碳压缩机的强度和刚度等性能的需求；其次，一级技术分支中滚动转子式压缩机和涡旋式压缩机的二级技术分支中密封性和润滑性技术产出量较为接近，均次于耐压性的技术产出量，这是由于这种类型的压缩机对密封性和润滑性的要求相对较高；而对于一级分支往复活塞式压缩机，其二级技术分支中密封性的技术产出量位居第二，抗磨性的技术产出量位居第三。

3 滚动转子式压缩机的国内外典型专利申请分析

滚动转子式压缩机以其体积小、结构简单、运转平稳、噪声低等特点，近年来广泛应用于空调、热泵、冰箱等设备；且该类型的制冷用二氧化碳压缩机发展具有较好的延续性，其技术产出从“发展期”至“回潮期”均有代表性专利出现。

公开号CN1847661A 的专利申请公开：将由第一旋转压缩单元压缩的二氧化碳制冷剂气体排出到密闭容器内，再将被排出的中间压制冷剂气体由第二旋转压缩单元压缩，第二旋转压缩单元具有气缸、闭塞气缸的开口面并在中央部具有立起的旋转轴的轴承的支承构件、形成在轴承外侧的支承构件上并与气缸内部连通的排出消音室、用螺栓将周边部固定在支承构件上并用于闭塞排出消音室的开口部的盖，在盖与支承构件之间夹入垫圈并且在盖的内周端面与轴承外面之间设有O 型密封圈能防止弹簧构件的脱出，可避免气缸密封性能的变差，防止气体泄漏及其带来的危害，旋转轴的强度提高且加工性得到改善。

公开号JP2003161261A 的专利申请公开：嵌入电力端子中的每个端子可以做得很小并且可以防止电力端子的耐压降低，特别是当压缩容器内的内部压力变高的制冷剂如二氧化碳时，可以消除耐压性的问题。

公开号CN1431403A 的专利申请公开：在储存润滑油的封闭容器内收纳有压缩机构和供油机构；压缩机构具有在缸筒室内进行公转运动的滚筒部和从滚筒部的外圆周面向半径方向延伸并对缸筒室进行划分的叶片部；供油机构具有在缸筒室外侧形成的供油泵室和在供油泵室内进行往复运动的叶片部的前端部，叶片部的前端部为沿供油流动方向使供油泵室变宽阔的形状，防止因向压缩机的滑动部的供油不足而导致的润滑不良并可提高可靠性。

公开号WO2004065794A 的专利申请公开：压缩机具有布置在气密容器中的气缸，叶片在形成于圆筒中的凹槽中往复运动。辊子在与圆筒接触的同时旋转，当叶片往复运动时，与叶片接触的凹槽壁的一部分具有预定的弹性，由于壁的叶片接触部分具有预设的弹性，因此防止了叶片和叶片接触部分的磨损，防止叶片卡在槽中。因此，提高了压缩机的可靠性。

公开号CN1940295A 的专利申请公开：在将由压缩单元压缩的制冷剂喷出到密闭容器外的制冷剂压缩机中具备：贮油部和辅助用配管，贮油部构成于密闭容器内底部；辅助用配管安装于密闭容器，并用于对密闭容器内制冷剂及油进行密封。

公开号JP2010174720A 的专利申请公开：叶片在叶片槽中往复运动，具有形成在前端的前端圆弧部分，叶片具有在鼻部中切口的圆弧形侧面，分别面向气缸内的吸气室和压缩室，使得鼻部不与内周面接触的气缸，叶片与叶片槽的摩擦阻力可以减小，当叶片在叶片槽内往复运动时产生的滑动损失可以减小。

公开号CN102112747A 的专利申请公开：设置于活塞的槽形成为圆弧的角超过180°的圆柱状，圆弧的假想延长线比活塞的外周假想线更位于内侧，提供一种不易产生从压缩室的高压侧空间向低压侧空间的气体或者润滑油的泄漏的旋转压缩机。

公开号JP2015140357A 的专利申请公开：一种压缩机的密封材料，密封材料包含氢化丁腈橡胶和/或氟橡胶，并具有较高的交联密度。密封材料用于使用二氧化碳作为制冷剂的压缩机，密封材料具有优异的密封性能，并且在10MPa 或更高的高压环境下具有耐二氧化碳性。

公开号CN107420285A 的专利申请公开：冷冻机油含有基础油、酚型抗氧剂和胺型抗氧剂，从而使得冷冻机油在100℃左右和120℃以上的温度下均表现出较佳的抗氧化性能，能够适应车载空调压缩机的应用要求。

公开号JP2000105008A 的专利申请公开：叶片通过连接转子形成压缩空间，在压缩空间中压缩的二氧化碳被送到压力室，形成在叶片后侧的叶片后室通过压力调节路径连接到压力室，在叶片后侧室和压力室之间提供压力控制路径消除了叶片跳跃。

公开号CN1504703A 的专利申请公开：一种冷媒循环装置，被第一旋转压缩组件压缩而排放的冷媒是被导入到第二旋转压缩组件；中间冷却回路使被第一旋转压缩组件压缩而排放的冷媒放热；阀装置在冷却运转时，开放中间冷却回路；解决现有以二氧化碳为冷媒的制冷装置为提升制冷能力，必须要填入大量的冷媒填充量，而导致压缩机的耗电量大增等问题。

公开号CN101725531A 的专利申请公开：在活塞与两个端板部件分别相对的端面的至少一个上形成有凹部，在使用成为非常高压的二氧化碳制冷剂时，能够使活塞的端面的烧伤耐力提高。