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滚动转子式压缩机油气分离技术的 现状分析

发布时间:2021-08-30 人气: 来源:

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    “节能、环保”一直是压缩机研究的两大主题,压缩机的发展既要保护臭氧层不被破坏,又要防止全球气候变暖,虽然传统使用的氟利昂制冷剂在压缩机运行时能够在压缩机的运动部件表面形成自润滑膜,能够很的提高润滑性能,从而提高压缩机的效率,但是传统使用的氟利昂制
 
    冷剂严重破坏了环境的发展,所以其被限制使用,因此导致了压缩机的磨损严重,这就需要在提高压缩机效率的同时,进一步提高润滑性能。
 
    但是,压缩机在压缩制冷剂的同时,会不可避免的使制冷剂气体中夹带一定的润滑油,夹带的润滑油会随着制冷剂气体一起排出,造成润滑
 
    油的浪费,需要不断补充润滑油,从而也降低了制冷效率。为了提高制冷效率,并有效降低能耗,将制冷剂气体与夹带的润滑油进行油气分离,对润滑油进行回收利用是一种势在必行的节能方式。
 
    由于旋转压缩机比往复压缩机结构简单、体积小、零部件少、效率较高,在小容量范围(0.3~5 kW) 有取代往复式压缩机的趋势。旋转式压缩机中主要分为两大类:涡旋式压缩机和滚动转子式压缩机。涡旋式压缩机利用涡旋转子与涡旋定子的啮合,形成多个压缩室,随着涡旋转子的平动回转,使各压缩室的容积不断变化来压缩气体,其需要润滑的运动部件相对较少,排出的润滑油较少;而滚动转子式压缩机利用偏心圆筒形转子在气缸内转动来改变压缩室的容积以实现气体的压缩,主要由气缸、转子、滑片、弹簧、排气阀及偏心轴等组成,其相对运动的部位必须保证充分的润滑性,在该压缩机内部具有充足的润滑油,这样一来混合在制冷剂气体中的润滑油含量也较高,为了对混合在制冷剂气体中的润滑油进行回收利用,必须对其进行油气分离。因此,本文仅对滚动转子式压缩机的油气分离进行专利分析。
 
    2 分析样本
 
    本文选取中国专利文摘数据库(CNABS)和外文数据库(VEN)作为检索库。滚动转子式压缩机的油气分离的分类主要集中在F04C29/02 (润剂)的分离),进一步扩展到F04C29/06(消声)、F04C29/00(零部件)、F04C18/356 (带有相对外部元件往复运动的叶片)。经过检索,选取时间区域(申请日) 起始于1980年1月1日,截止于2013年12月31日的滚动转子式压缩机油气分离领域的专利文献共228件作为分析样本。
 
    由于发明专利申请通常自申请日起满18个月才能公开(提前公开的除外),PCT申请自申请日起30个月甚至更长时间之后才能进入国家阶段,
 
    因此在分析样本中,2013年的申请数据并没有完全包括2013年的全部申请。
 
    3 滚动转子式压缩机油气分离专利申请分析
 
    3.1 历年申请量发展趋势
 
    图1示出了滚动转子式压缩机油气分离领域的技术发展趋势,大致可以分为以下3个时期:
 
    (1) 萌芽期(1985年以前):这一时期每年全球专利申请量只有1~2件。此时该领域处于技术摸索阶段,其专利申请主要采用分离板进行油气分离。
 
    (2) 平稳增长期(1985~2000年):这一时期的专利申请量平稳增长,发达国家加快了该领域的专利申请。此时该领域的专利申请仍然集中在采用分离板进行油气分离,同时也出现了采用增大面积(如设置流通通道)的手段进行油气分离。由于能源紧缺已日益紧迫,发达国家推出空调效能等级标准等各种节能政策,回收利用核心耗能的滚动转子式压缩机的润滑油是一种有效的节能方式,因此日本、韩国纷纷加大了对滚动转子式压缩机油气分离领域的研究力度。
 
    (3) 快速增长期(2001~至今):从2001年起,该领域的专利申请出现了快速增长,虽然这一时期的经济危机对该领域的专利申请造成了一定的影响,但是申请量并没有明显下降,申请量远远高于前2个时期。这一时期汽车、空调、冰箱等行业的迅速发展,使得该领域的申请量也随之快速增长。同时,中国逐渐重视专利保护工作,中国企业的专利保护意识逐渐增强,纷纷开始申请专利。
 
    3.2 专利申请国家分布
 
    从图2可以看出,日本在该领域的申请量占据领先地位,占据专利申请总量的约73.78%.这与日本拥有许多技术先进的压缩机制造公司以及日
 
    本重视该领域的专利布局有关。其次是中国,占据专利申请总量的约19.9%,中国自2004年以来在该领域发展迅猛。但是中国的专利申请中几乎有一半是实用新型,这表明中国企业在该领域的实力不够强大,技术含量不高,倾向于申请授权快的实用新型,但是实用新型的专利权相对不稳定,这就提醒中国企业增强企业的核心竞争力,提高专利权的稳定性,并加快该方面的研究发展。
 
    3.3 主要申请人分布
 
    从图3总体来看,日本在该领域非常活跃,三洋和松下在该领域占据主要位置,其申请量都在40件以上,三菱和日立次之,其申请量分别为28件和17件。其余7个申请人的申请量差距不大,都在10件左右及其以下。位居前10名的申请人中只有美芝和乐金是中国企业,而乐金是一家中韩合资公司,其中乐金在该领域的专利申请有1/3以上是韩国发明人。中国虽然是压缩机使用大国,但主要依靠进口,其研发力量十分薄弱,这就提醒中国企业加大对该领域的研发力度,加紧专利布局。
 
    该领域主要技术的一级分支如下:分离板、增大空间、分离器3个方面(见图4)。其中,分离板约占59.31%,增大空间约占33.76%.采用分离板的专利申请主要是在排出空间设置分离板,按照采用分离板的不同作用,又可以分为3个二级分支:过滤、重力和离心力。过滤的技术分支是在分离板上设置过滤材料,通过过滤作用将夹带的润滑油从制冷剂气体中分离出来。重力的技术分支是将分离板设置在电机与排出管之间的排出空间内,夹带的润滑油的制冷剂气体碰撞分离板而改变流动方向,利用润滑油的密度比制冷剂气体的密度大的重力的作用达到油气分离的目的。离心力的技术分支是将分离板设置在转子上下端或上下轴承的轴颈外周面,并随着转轴一起旋转,当压缩机工作时,夹带润滑油的制冷剂气体在分离板的作用下成为旋转气流,该旋转气流中夹带的润滑油在离心力的作用下以一定角度射出并被甩向分离板外侧。其中,利用分离板离心力作用的专利申请约占申请总量的35.94%.
 
    按照增大空间的技术手段不同分为2个二级分支:消声器和流通通道。其中,消声器的技术分支是在压缩室的上部或下部设置一个扩大的空间
 
    (上消声器或下消声器)。流通通道的技术分支是利用迷宫式的流通通道增加夹带润滑油的制冷剂气体的流动接触面积,降低流动速度。设置流通通道来进行油气分离能够充分利用压缩机各个部件之间的间隙,结构简单,设置合理,有24.24%的专利申请是关于该技术分支的改进。
 
    3.5 主要申请人的技术分布
 
    从图5看出,这4位申请人对该领域的研究主要集中在离心力和流通通道分支,其次是重力和消声器分支。由于利用离心力的分离板和流通通
 
    道结构简单,形式多样,达到的油气分离效果良,是申请人研究滚动转子式压缩机油气分离领域关注的焦点;而分离器一般位于压缩机外部,占用空间比较大,结构比较复杂,但是达到的油气分离效果较,三洋在分离器分支的发展良,松下和三菱在分离器分支的研究力量薄弱,日立在该分支出现了研究空白;虽然过滤分支的结构简单,但是其达到的油气分离效果较差,松下注重在过滤分支的研究及发展,其余3位申请人在过滤分支的研究较少。
 
    4 结语
 
    目前,制冷设备市场的繁荣势必带动压缩机行业的研究与发展。该领域随着压缩机行业的发展正呈现出快速增长的状态,发展势头良。在
 
    “节能”日益紧迫的新形势下,提高油气分离效果就成为该领域必须面对的首要技术问题,从专利申请的技术分布来看,利用离心力的分离板和流通通道,由于其结构简单,形式多样,且达到的油气分离效果良,成为申请人关注的焦点;此外,利用重力的分离板和设置消音器也对该领域做出了一定的贡献。
 
    虽然我国压缩机的需求量在世界名列前茅,但是该领域一些技术先进的压缩机制造公司主要集中在一些发达国家。近年来,国内企业不断提
 
    高专利保护意识,逐步加大该领域的研发力度,但是国内申请几乎一半是实用新型,国内企业在该领域的实力还不够强大,这就需要国内企业增强企业的核心竞争力,加紧专利的整体布局。
 
    面对激烈的竞争,国内企业应逐渐用专利战略引导国内市场的技术发展,并根据国内市场的需求提升专利技术水平,同时,积极进行海外专
 
    利布局。只有不断进行技术创新,增强企业的核心竞争力,利用专利保护市场,利用市场促进专利,才能达到双赢的局面。

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