冷冻机技术工艺发展趋势分析

第一节 产品技术发展现状

1、过滤器的技术现状

近年来，随着我国工农业生产的迅速发展，对过滤器的需求量越来越大，过滤器的总体水平也不断提高。常规过滤器基本可以满足生产的需要，并有部分机型出口到国外，这些可喜的成就是广大工程技术人员长期努力的结果，过滤器的进步表现在以下几个方面：

过滤器的加工质量：从干燥过滤器的制造过程看，干燥过滤器的加工质量受技术水平及应用 行业 的制约。干燥过滤器的应用 行业 很多，对设备质量要求最高的是制药 行业 。由于制药 行业 的特殊性，对所用过滤器的材质、结构及加工质量都有具体要求，因此要求制造 行业 提供的设备加工质量较高。其次是食品 行业 ，食品 行业 对过滤器及除湿系统有严格的卫生指标要求，因此设备结构及钢材的处理标准较高。质量要求相对不高的是化学工业生产中的部分设备。在所有 行业 中化学工业不论是设备的用量还是型式都最多最复杂，应该说化工 行业 的干燥过滤器有特殊要求的也比较严格，但与上述两个 行业 相比略低一些。

从最年几年干燥过滤器总的质量看多数设备钢板都经过抛光处理，焊缝采用氩弧焊（不锈钢），焊缝也经过处理，有些工厂对直焊缝和环焊缝采用自动或半自动焊接，使设备质量得到保证。

干燥过滤器的装备水平主要指干燥系统的控制水平、附属设备的配备、操作的方便程度和安全等级等。纵观我国干燥过滤器的装备水平，有了长足的进步。特别是大型的干燥除湿系统更是如此。主要表现在以下几个方面：

1）控制系统的配备。自动、半自动控制系统广泛应用，使劳动强度降低，产品质量稳定。

2）计算机技术的应用。大型系统中多数采用计算机技术进行系统参数的采集、处理和控制，使系统操作条件达到最优。

3）人性化设计。在设备设计的同时考虑操作者的习惯，维修时的方便程度。

4）安全化设计。系统中有安全报警、险情排除功能，特别是易燃易爆物料的干燥都要考虑到这一点。

2、压缩机的技术现状

1）透平压缩机

在石化领域,目前国内离心压缩机在高技术和特殊产品等方面还不能满足国内的需要。另外在技术水平、质量、成套性等方面与国外还有差距。随着我国石化生产规模的不断扩大,离心压缩机在大型化方面将面临新的课题,国内在设计制造这些大型气体压缩机上还没有成熟的经验。离心式压缩机需要向大容量发展,以满足我国石化生产规模不断扩大的要求,同时随着新技术的发展、新型气体密封、磁力轴承和无润滑联轴器的出现,透平压缩机的发展趋势主要表现为:不断开发高压和小流量产品;进一步 研究 三元流动理论,将其应用到叶轮和叶片扩压器等元件的设计中,以期达到高效机组;低噪声化,采用噪声防护以改善操作环境。

在制冷空调领域,目前透平压缩机在大冷量范围内仍保持优势。离心式压缩机的运动零件少而简单,且制造精度低,所以其制造费用相对低且可靠性高。由于受到螺杆式压缩机和吸收式制冷机的影响,离心式制冷压缩机的发展相对较为缓慢。在目前的技术条件下,离心式制冷压缩机主要用于大型建筑内的空气调节,需求量较少。近几年由于大型基建项目纷纷上马,离心式制冷压缩机又成为关注的热点。

2）往复式压缩机

在石化领域,往复式压缩机主要是向大容量、高压力、低噪声、高效率、高可靠性等方向发展z不断开发变工况条件下运行的新型气阀,提高气阀寿命,在产品设计上,应用热力学、动力学理论,通过综合模拟预测压缩机在实际工况下的性能,强化压缩机的机电一体化,采用计算机自动控制,实现优化节能运行和联机运行。

在动力领域,活塞式压缩机目前占有主要市场。但随着人们对使用环境及能耗、环保等方面要求的提高,螺杆和涡旋空气压缩机开始占有一定的市场。

在制冷空调领域,往复式制冷压缩机作为一种传统的制冷压缩机,适用于制冷量较广范围内的制冷系统。量然目前它的应用还比较广泛,但市场份额正逐渐减小。

目前冰箱(包括小型冷冻与冷藏装置)制冷系统的主机仍以往复式压缩机为主。经过多年设计改进和技术进步,往复式冰箱压缩机效率大大提高。同时在与环境保护密切相关的制冷剂替代技术上也取得了可喜的进步。进一步提高往复式冰箱压缩机的效率、降低系统噪声是它的主要发展方向。

（1）线性(直线)压缩机线性压缩机是往复式压缩机的一种型式,由于电动机的直线运动可以直接带动活塞的往复运动,从而避免了曲柄连杆机构的复杂性和由此带来的机械功耗。线性压缩机关键技术是压缩机油路系统的设计、电动机线性位移极限点的有效控制,以及相应的防撞技术。

（2）斜盘式压缩机斜盘式压缩机也是往复式压缩机的一种变型结构,主要用于车用空调系统。经过几十年的发展,斜盘式压缩机已经成为一种非常成熟的机型,在车用空调压缩机市场占有70%以上的份额。

但它的效率低于回转式压缩机,且体积较大。由于斜盘式汽车空调压缩机的工艺成熟,加上技术的进一步改进,在可预见的将来,仍将保有一定的市场份额,但在一定的排量范围内被逐渐替代是必然之路。

3）回转式压缩机

（1）擦动转子压缩机目前滚动转子压缩机广泛应用于家用空调器,在冰箱土也有一定应用。这种压缩机不需要吸气阀,使它适用于变速运行,从而可以通过变频控制提高系统性能。为了确保大功率(电动机输出功率2.2kW(3P))滚动转子压缩机的性能,国内于上世纪末开始研发双转子滚动转子压缩机,现已投放市场。

在2.2kW(3P)以下的空调器中,暂时没有可以替代滚动转子压缩机的较好机型。所以提高压缩过程的效率、降低噪声、电动机变速控制,以及采用R410A等新制冷工质后的相关技术问题等,是滚动转子压缩机的 研究 方向。

（2）滑片式压缩机滑片式压缩机属于回转式压缩机的一种,主要用来提供压缩空气,排气量一般在0.3~3m3/min,市场占有率较低。旋叶式压缩机是滑片式压缩机的一种改型结构,由于它的起动性能较好,压缩过程力矩变化亦不大,目前主要用于微型轿车和一些排量较小的工具车的空调系统。高速下的动力特性是这种压缩机的主要技术 研究 方向。

（3）祸旋压缩机涡旋式压缩机在过去十年中得到了快速发展,构成了压缩机技术发展的新亮点。目前祸旋压缩机已在柜式空调领域占有绝对优势。在车用空调领域,涡旋压缩机的制冷系数已达2.0,显示出较强的竞争力。涡旋压缩机的发展在于扩大其制冷量范围,进一步提高效率,使用替代工质和降低制造成本等方面。

（4）螺杆压缩机螺杆式压缩机具有尺寸小,重量轻,易维护等特点,是制冷压缩机中发展较快的一种机型。一方面,螺杆型线、结构设计有了长足的进步。另一方面,螺杆转子专用镜床特别是磨床的引进,提高了这对关键零件的加工精度与加工效率,使得螺杆压缩机的性能得到了有效提高。目前,螺杆压缩机主要应用于压缩空气和中型制冷热泵空调系统。由于螺杆式压缩机工作可靠性的不断提高,使之在中等制冷量范围内已逐渐替代往复式压缩机,并占据了离心式压缩机的部分市场。

3、国产高效螺杆制冷压缩机性能达国际水平

日经国家权威部门测试，由烟台冰轮股份有限公司设计制造的新型高效螺杆制冷压缩机，其各项性能指标均达到当代国际先进水平。

但由于螺杆压缩机技术含量高，在国外的研发历史不长，我国一直不具备自主研发能力，产品全部依赖国外进口。在各种类型的制冷压缩机中，螺杆压缩机以结构简单、易损件少、可实现制冷量分级和无级调节、效率高、运行安全可靠、操作维护方便等优点，成为制冷压缩机的主导机型，并被广泛应用于石油、石化、化工、煤炭等国民经济各个领域。

因此转子型线的设计是压缩机的关键技术，在螺杆压缩机中，转子的型线及加工精度决定着压缩机的性能，而这一技术长期由瑞典垄断，就连美国、日本等发达国家也是采用瑞典专利型线技术制造。

具有啮合性能好、接触线短、泄漏三角形小等优点，烟台冰轮公司制造的螺杆压缩机的转子型线设计采用了国际上最先进的第四代型线———双边非对称圆弧及圆弧包络线，在型线设计上获得两项国家专利；其转子加工采用国内惟一的英国HOLROYD公司数控自动转子磨床，磨削加工精度高、效率高。

如螺杆制冷压缩机能量调节机构的专利技术、螺杆制冷压缩机油处理装置专利技术、油冷却器用换热管专利技术、双缸作用园子活塞泵专利技术等。该压缩机还拥有多项专利、专有技术和技术创新。

烟台冰轮公司制造的不同型号的螺杆制冷压缩机自投放市场以来，以其高性能、高可靠性、突出的节能优势获得了良好的经济效益和社会效益。2004年新型高效螺杆制冷压缩机在国内化工、石化、石油等 行业 替代进口产品产值达1.2亿美元。

第二节 产品工艺特点或流程

1、单级制冷循环系统

单级制冷机是应用比较广泛的一类制冷机，它可以应用于制冰、空调、食品冷藏及工业生产过程等方面。单级制冷循环是指制冷剂在制冷系统内相继经过压缩、冷凝、节流、蒸发四个过程，便完成了单级制冷机的循环，即达到了制冷的目的。

制冷系统由蒸发器、单级压缩机、油分离器、冷凝器、贮氨器、氨液分离器、节流阀及其它附属设备等组成，相互间通过管子联接成一个封闭系统。其中，蒸发器是输送冷量的设备，液态制冷剂蒸发后吸收被冷却物体的热量实现制冷；压缩机是系统的心脏，起着吸入、压缩、输送制冷剂蒸汽的作用；油分离器用于沉降分离压缩后的制冷剂蒸汽中的油；冷凝器将压缩机排出的高温制冷剂蒸汽冷凝成为饱和液体；贮氨器用来贮存冷凝器里冷凝的制冷剂氨液，调节冷凝器和蒸发器之间制冷剂氨液的供需关系；氨液分离器是氨重力供液系统中的重要附属设备；节流阀对制冷剂起节流降压作用同时控制和调节流入蒸发器中制冷剂液体的流量，并将系统分为高压侧和低压侧两部分。

单级流程示意图

2、双级制冷循环系统

双级制冷循环是在单级制冷循环的基础上发展起来的，其压缩过程分两个阶段进行，来自蒸发器的制冷剂蒸汽先进入低压级汽缸压缩到中间压力，经过中间冷却后再进入高压级汽缸，压缩到冷凝压力进入冷凝器中。一般蒸发温度在-25℃~-50℃时，应采用双级压缩机进行制冷。

制冷系统由蒸发器、双级压缩机、油分离器、冷凝器、中间冷却器、贮氨器、氨液分离器、节流阀及其它附属设备等组成，相互间通过管子联接成一个封闭系统。其中，中间冷却器利用少量液态制冷工质在中间压力下汽化吸热，使低压级排出的过热蒸汽得到冷却，降低高压级的吸气温度，同时还使高压液态制冷工质得到冷却。

双级流程示意图

3、蒸发式冷凝器运行原理

进入冷凝盘管的高温气态制冷剂通过盘管壁与盘管外侧喷淋水和空气进行热交换，制冷剂气体的温度随着在管内的时间加长而下降，由气态逐渐变成液态。用风机超强风力，使喷淋水充分覆盖在盘管外表面上，从而提高了换热效率。喷淋水和空气吸收盘管壁的热量后温度升高，部分水由液态变成气态，带走管壁上大量热量，湿热空气中的水份被挡水板截住引入PVC热交换层中，热空气排出。PVC热交换层中的水被流过的新风冷却，温度降低，流入集水槽中，再由水泵送入喷淋系统中，继续循环。散失到空气中的水份由水位控制装置自动调节补充。

运行原理图

第三节 国内外技术未来发展趋势 分析

1、房间空调器

2002年全球生产的大约34030000台房间空调器压缩机。

在该领域，压缩机的发展情况可以总结为以下几点：

1）生产向中国与东亚国家集中

为了进一步降低价格，主要的空调厂家都将生产转到劳动力成本更为低廉的中国与东亚国家。这些厂家计划将产出的涡旋式或旋转式压缩机安装在当地生产的空调设备上，例如松下就准备在其广州工厂生产R410A直流涡旋压缩机，并将它们安装到当地生产的房间空调器上，再将它们销向日本。同时松下还将压缩机卖给当地的竞争对手来生产房间空调器。

2）制冷剂向HFC转型

在日本，已经有95%以上的制冷剂已经转为R410A，但在中国与东亚国家，R22制冷剂似乎仍是独步天下。尽管如此，向R410A转型的工作正在展开，五年后，R410A制冷剂的份额将会增至25%。

3）能效比更高、变频控制的发展加快

在日本，为了满足"节能法修改案"的要求，节能的竞争正在加剧。主要厂家的2.8KW机型的制冷/制热平均能效比已经达到5.89-6.01。这些房间空调器中使用的压缩机是旋转式、摆动式或涡旋式。这些房间空调器现已升级成为高端机型，使用R410A制冷剂，采用变频控制和高效直流电机。为了防止全球变暖，世界性的节能导向是极为必要的。中国正准备以加入WTO作为转折点，将节能规定法制化。

到2005年，中国的房间空调器上，直流变频压缩机的比例上升到30%。

1981年，第一台变频控制的可变速旋转压缩机首次在房间空调器上采用。这种压缩机极大地改善了节能效果，提高了舒适程度和加快了房间空调器的制暖速度。

一种双缸式旋转压缩机(滚动活塞式)1985年首次在日本应用于商用空调上。由于改善了震动特性，它为大型旋转压缩机的开发拓平了道路。1988年，应用于房间空调器上的变频控制双缸旋转压缩机问世了，其低速运转范围得以扩大，从而使功率变化范围比原有机型扩大一倍以上。这样，就进一步实现了节能、降低震动与噪音水平、提高房间的舒适程度。

4）最新 研究 成果

松下电器公司在2002年Purdue压缩机技术研讨会上宣布了二氧化碳直流无刷电机涡旋压缩机的 研究 成果，其排量为4cc。松下公司还称，通过调整注油率，二氧化碳压缩机的能效比可以与R410A涡旋压缩机相当。

意大利的Ddlonghi还推出了3种型号的2-3.6KW的分体机，使用R290(propane)作为制冷剂。

2、组合式分体机与单元式空调

2002年全球大约生产了5427000台组合式分体机和7800000台单元式与吸顶式空调。

该领域压缩机发展的特点可总结如下：

1）节能性能的提高

在美国，"家用空调能效新标准"已经确定季节性能效比(SEER)从10提高到了12，上升20%，且从2006年起可能正式实施。这必将促进节能性能的竞争。现在看来，谷轮将提高涡旋式压缩机的SEER，Tecumseh将提高活塞式"Vector"系列的SEER，而Bristol则准备提高活塞式"Inertia"系列的SEER。

在日本，由于"节能法修改案"的颁布，节能竞争早已开始加剧，今年商用变频空调的平均制冷/制热能效比在5匹系列上已经达到4.03-4.50，远远超过了"修改案"的要求。

另一种对消费者有利的竞争是年能耗量减少的竞争，2001年日本制冷空调工业协会对比作出了新的计算标准。

中国也准备以入世作为起点，在该方面建立一个标准。

2）促进向HFC转型

在2004年将HCFC机型的比例控制在65%以内之前，向HFC转型的工作已经在稳步进行之中。

在日本，40%的商用组合式空调的制冷剂已经转为R407C或R410A。大金在2003年4月1日推出了5-16匹的R410A一拖多办公室用空调，还准备在2003制冷年内将所有制冷剂全部换成R410A。

在美国，R22仍然是单元式空调制冷剂的主流，已转为使用R410A的比例大约只有3%。在欧洲，已转为使用R407C的比例达到约40%。在中国和东亚地区，向HFC转型的比例还不到1%。

3）向变频控制的加速过渡

要减少空调年能耗量的最有效方法就是对压缩机进行有效的功率控制。

2001年，东芝-开利开发出一种双缸旋转压缩机，功率可达6匹，采用的是R410A制冷剂、直流电机和变频控制。这项举动更加剧了日本组合式空调厂家间能效比的竞争。

除了1.5-6匹的组合式商用空调外，东芝开利还推出8匹和10匹的双变频控制直流双缸旋转压缩机，其能效比分别可达到3.90和3.60，大大超出新节能法3.07的标准。

日本涡旋压缩机厂家已开发出变频控制的涡旋压缩机，空调用功率为1-13匹制冷用功率为2-10匹，并藉此与旋转压缩机一争高下。谷轮公司更是开发出了数字化涡旋压缩机，采用的是三星的数字化可调节一拖多系统。

4）一拖多空调与燃气热泵(GHP)可能进入欧洲与中国市场

日本市场对一拖多空调的年需求量大约在100000台上下。

由于一拖多空调比中央空调可节约30%的设备投资，操作又更为简单，因此在日本市场上颇受青睐。随着产品可靠性的进一步提高，一拖多空调正在进入欧洲与中国市场。

同时，GHP(燃气热泵)正迅速渗入日本市场。它们在寒冷地区可表现出更大的制热量，又特别适合在电力供应不足地区使用。也是由于同样原因，它们进入了欧洲与中国市场，而且前景也十分美好。

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