制冷系統(tǒng)的核心和心臟是壓縮機，它決定了制冷系統(tǒng)的能力和特征。本文不僅從高效節(jié)能、噪聲和振動以及制冷劑等方面分析了小型制冷壓縮機的技術性能，還解析了近年出現(xiàn)的新型、特種小型壓縮機的主要特點，為我們掌握小型制冷壓縮機未來發(fā)展趨勢奠定了技術基礎。

　　，壓縮機是制冷系統(tǒng)的核心和心臟。壓縮機的能力和特征決定了制冷系統(tǒng)的能力和特征。某種意義上，制冷系統(tǒng)的設計與匹配就是將壓縮機的能力體現(xiàn)出來。因此，世界各國制冷行業(yè)無不在制冷壓縮機的研究上投入了大量的精力，新的研究方向和研究成果不斷出現(xiàn)。壓縮機的技術和性能水平日新月異。

　　1 制冷壓縮機的高效節(jié)能研究

　　制冷壓縮機是制冷系統(tǒng)的核心耗能部件，提高制冷系統(tǒng)效率的最直接有效手段是提高制冷壓縮機的效率，它將帶來系統(tǒng)能耗的顯著降低。同時這樣還能避免僅在系統(tǒng)上采取措施（如一味加大換熱器面積等）所造成的材料消耗的大量增加。近年來，隨著世界上能源緊缺形勢的日益嚴重，各個國家越來越重視節(jié)能工作、對耗能產品的效率提出了越來越高的要求。由于各種損失諸如摩擦、泄漏、有害傳熱、電機損失、流動阻力、噪聲振動等的存在，制冷壓縮機工作時實際效率遠低于理論效率。因此，從理論上講，任何能夠降低任意一種損失的措施都能夠提高壓縮機的效率。這一客觀事實導致了對制冷壓縮機的節(jié)能研究范圍廣、方向寬，研究課題與研究成果多種多樣。

　　目前國際上對制冷壓縮機的節(jié)能研究工作主要集中在幾個方面：研究潤滑特性、制冷壓縮機軸承部位的摩擦特性以降低摩擦功耗、提高制冷壓縮機效率；降低泄漏損失以提高制冷壓縮機的效率；采用變頻或變容技術通過制冷系統(tǒng)的出力與用戶負荷的匹配來實現(xiàn)節(jié)能，有關這方面的內容特別是變頻技術目前已相對較為成熟且廣為人知，在此不予贅述；氣閥的研究是一個古老的課題但也是一個永恒的課題，改進氣閥的設計以提高制冷壓縮機效率的研究永無止境也永有收獲。這方面的研究非常之多，從氣閥材料、運動規(guī)律、結構優(yōu)化到適用理論、測試方法等包羅萬象?？傊P于制冷壓縮機節(jié)能方面的研究已成為近年來制冷行業(yè)的一個首要熱點問題。限于篇幅，本文在此不作具體的專題討論。

　　近年來國內的制冷壓縮機行業(yè)對產品的節(jié)能研究也給予了極大的關注。進展較大的產品主要是冰箱制冷壓縮機行業(yè)。在UNDP/GEF中國節(jié)能冰箱項目的推動和支持下，無論是企業(yè)對節(jié)能產品的認識還是冰箱制冷壓縮機的性能都產生了質的飛躍。目前國內企業(yè)冰箱制冷壓縮機產品的能效已達到1.95 左右。國內的冰箱制冷壓縮機企業(yè)采取了大量的技術措施諸如高效電機甚至同步電機、凹形氣閥、平面止推軸承、低粘度潤滑油、新型吸氣消音器、降低摩擦損失等，取得了巨大的效果。主要的問題在于目前國內企業(yè)缺乏自由技術、所采取的技術路線還以模仿為主，多數(shù)的企業(yè)對建立自己的技術基礎還無意識、也無興趣，制約了企業(yè)的技術發(fā)展能力。

　　相對于冰箱制冷壓縮機行業(yè)，國內空調制冷壓縮機的節(jié)能研究還顯得波瀾不驚、多年來壓縮機的效率沒有質的變化，較大的市場需求使得大多數(shù)的空調制冷壓縮機企業(yè)將精力集中在擴大產能上。隨著國家對空調器能效水平要求的進一步提高以及我國空調器出口各種隱患的逐步呈現(xiàn)，國內空調制冷壓縮機企業(yè)的這種短視將無法適應節(jié)能形勢發(fā)展的要求，也使企業(yè)的后續(xù)發(fā)展乏力。

　　2 制冷壓縮機的噪音與振動研究

　　目前，噪聲已被視為嚴重污染之一。作為家用制冷設備的動力源和心臟，制冷壓縮機的噪聲問題，以成為衡量其綜合性能的一個重要指標。實際上對于一臺制冷壓縮機來講，大部分噪聲都是由于殼體被某些噪聲源激發(fā)所產生的（例如被彈簧、制冷劑壓力脈動、排氣管、潤滑油量等激發(fā)）。但壓縮機的噪聲源和傳遞途徑復雜多樣，這就給壓縮機的消聲降噪帶來了很大困難。

　　關于制冷壓縮機的噪聲、振動，各國學者已經進行了大量且長期的研究。這里將這方面的主要研究工作成果概括如下：

　　制冷壓縮機的主要噪聲源由進、排氣輻射的空氣動力噪聲、機械運動部件產生的機械噪聲和驅動電機噪聲三部分組成：

　　2.1 空氣動力噪聲

　　制冷壓縮機的進氣噪聲是由于氣流在進氣管內的壓力脈動而產生的。進氣噪聲的基頻與進氣管里的氣體脈動頻率相同，與壓縮機的轉速有關。壓縮機的排氣噪聲是由于氣流在排氣管內產生壓力脈動所致。排氣噪聲比進氣噪聲弱，所以，壓縮機的空氣動力性噪聲一般以進氣噪聲為主。

　　2.2 機械噪聲

　　制冷壓縮機的機械性噪聲，一般包括構件的撞擊、摩擦、活塞的振動、氣閥的沖擊噪聲等，這些噪聲帶有隨機性，呈寬頻帶特性。

　　2.3 電磁噪聲

　　制冷壓縮機的電磁噪聲是由電動機產生的。電機噪聲與空氣動力性噪聲和機械性噪聲相比是較弱的。壓縮機噪聲源中進、排氣空氣動力性噪聲，其次為機械性噪聲和電磁噪聲。通過深入研究，可以進一步認為壓縮機噪聲主要來自殼體振動（系由彈簧、制冷介質壓力脈動和吸、排氣管以及潤滑油激勵產生）并向周圍空氣介質傳播而形成噪聲。圍繞降低壓縮機輻射噪聲，眾多文獻（略）提出了一系列的降噪減振措施和方案：

　　①增加殼體結構整體剛性以提高共振頻率且降低振動幅值；

　　②避免殼體曲率的突變，對于曲面而言，固有頻率與曲率半徑成反比，因此殼體形狀應采用最小的曲率半徑；

　　③將懸掛彈簧支承移至具有較高剛性的位置；

　　④殼體應采用盡可能少的平面；彎曲應力與膜應力的耦合（只出現(xiàn)在曲面上）會使殼體本身具有較大的剛性，因此壓縮機殼體應盡可能少地采用平面結構；

　　⑤避免排氣管路和冷凝器的激勵，優(yōu)化排氣氣流脈動，采用在排氣管路中引入附加容積的方法來消除壓力脈動譜中的高階諧波量；

　　⑥采用非對稱的殼體形狀；具有對稱結構意味著具有三維主軸，沿主軸應力且阻力最小。因此具有不對稱壓縮機殼體結構意味著能夠大大減小沿某一主軸方向作用力同時出現(xiàn)的幾率；

　　⑦設置進、排氣消聲器，封閉式壓縮機中的消聲器一般為抗性消聲器，它利用管道截面變化、共振腔引起聲阻抗改變來反射或消耗聲能，或利用聲程差使聲波相位相差180度來抵消消聲器內的噪聲。在壓縮機殼體外側封閉聯(lián)通一個Helmholtz共鳴器，即：由Helmholtz共鳴器的腔室通過孔頸與壓縮機殼體內部空腔相連成，以降低壓縮機腔內受激聲學模態(tài)的幅值。實驗結果表明：將共鳴器共振頻率調制到實際壓縮機空腔的受激振動模式上，會大幅降低共振峰值和導致響應頻譜的顯著改變。但是這樣會影響壓縮機外觀和在冰箱中的布置，其研究結果尚未應用于產品中。

　　剩余潤滑油量和電機端線圈繞組也會導致同種型號成批壓縮機聲級之間存在差異（偏離聲級平均值）。通過改變殼體外部支承來增加扭轉剛度，且減小振動面；噪聲研究的復雜性要求研究者具有較強的理論素質、要求企業(yè)具有較好的技術基礎、并且需要較大的投資和較長的時間。這方面是國內壓縮機企業(yè)的薄弱環(huán)節(jié)之一，目前基本上處于定性的實驗研究階段，伴隨著很大的隨意性和偶然性。

　　3 制冷壓縮機——新制冷劑的應用

　　基于環(huán)保要求的新制冷劑的應用也是制冷壓縮機行業(yè)的一個熱點問題，隨著用于冰箱產品的R22制冷劑替代工作的結束，新制冷劑制冷壓縮機的研究近年來主要集中在空調行業(yè)。除了目前已比較成熟的R410A、R407C方面的研究外，近年來的熱點問題是二氧化碳制冷壓縮機的研究。

　　目前關于CO2的研究和應用主要集中于三個方面：一方面是最急需替代制冷劑的應用場合，如汽車空調，由于制冷劑排放量大，對環(huán)境的危害也大，必須盡早采用對環(huán)境無危害的制冷劑；另一方面是考慮到CO2循環(huán)的特點，最利于采用這種循環(huán)的應用場合，如熱泵熱水器則是考慮到CO2在超臨界條件下放熱存在一個相當大的溫度滑移有利于將熱水加熱到一個更高的溫度的特點而倍受關注；再一方面是考慮到CO2的熱物理性質和遷移性質特點，采用CO2作為制冷劑，如考慮到CO2良好的低溫流動性能和換熱特性，采用它作為復疊制冷循環(huán)低溫級制冷劑。

　　制冷壓縮機作為跨臨界二氧化碳空調系統(tǒng)效率及可靠性影響的部件，應當充分結合二氧化碳超臨界循環(huán)具體特點重新進行設計。CO2和氨一樣，其絕熱指數(shù)K 值較高，達1.30，這可能會使壓縮機排氣溫度偏高，但由于CO2需要的壓縮機的壓比小，因此不需要對壓縮機本身進行冷卻。正因為絕熱指數(shù)高，壓比小，可減小壓縮機余隙容積的再膨脹損失，使壓縮機容積效率較高。經過實驗和理論研究，Jurgen SUB和Horst Kruse發(fā)現(xiàn)，往復式壓縮機有良好的油膜滑動密封，成為CO2系統(tǒng)的。BOCK對其二氧化碳壓縮機排氣閥進行了改進，排氣改良后的二氧化碳壓縮機效率提高了7%。

　　由于二氧化碳系統(tǒng)壓力遠遠大于傳統(tǒng)的壓臨界循環(huán)系統(tǒng)，所以新的制冷壓縮機的軸封設計要求比原有的制冷壓縮機高得多，制冷壓縮機的軸封泄漏在一段時間內仍將是目前阻礙其實用化的主要原因。

　　Danfoss、Denso、ZEXEL等已進入二氧化碳壓縮機小批量生產階段。

　　IEA在1999年3月，聯(lián)合日本、挪威、瑞典、英國和美國啟動“Selected Issue on CO2 as working Fluid in Compression Systems"的三年計劃項目。

　　1994年起，BMW、DAIMLERBENZ、VOL O、德國大眾、Danfoss、Valeo等歐洲公司發(fā)起了名為“RACE"的聯(lián)合項目，聯(lián)合歐洲高校、汽車空調制造商等研制CO2汽車空調系統(tǒng)。BENZ 汽車公司現(xiàn)已生產裝備CO2汽車空調系統(tǒng)的轎車，德國KONVECTA 生產的以CO2為工質的空調公交客車從1996年運行至今。DANFOSS、奧地利的Obrist、英國均已研制出二氧化碳車用壓縮機。日本的DENSO、ZEXEL的二氧化碳壓縮機已進入批量生產階段。

　　隨著各大生產廠商的投入，CO2壓縮機的型式也與普通車用壓縮機的發(fā)展趨勢相一致，主要以定排量搖擺斜盤式、渦旋式和變排量為主。

　　4 新型工作原理的制冷壓縮機

　　近年來在全新工作原理和結構的制冷壓縮機方面未見有更多的進展，主要有線形制冷壓縮機、橢圓制冷壓縮機、擺動式轉子制冷壓縮機、螺旋葉片式制冷壓縮機等。

　　其中線形制冷壓縮機仍是國內冰箱壓縮機行業(yè)關注的熱點。在國際制冷壓縮機工程會議中有5篇關于線形制冷壓縮機的文章。研究者仍以LG 和Sunpower 兩家公司為主。最近兩年，國內有數(shù)家冰箱壓縮機企業(yè)在嘗試線形壓縮機的開發(fā)，但就企業(yè)所具有的技術基礎、資金實力和國內科研機構的局限性而言，相信在短時間內不可能進入產業(yè)化階段。

　　5 特種制冷壓縮機

盡管國內的家用制冷壓縮機企業(yè)長期以來習慣于大規(guī)模的生產模式、習慣于以數(shù)量求效益。但在激烈的價格競爭形勢下，隨著產品利潤率的日益降低，當生產數(shù)百萬臺制冷壓縮機僅能取得數(shù)百萬元利潤的情況下，一些特種制冷壓縮機就不失為一種出路。特種制冷壓縮機包羅萬象，在此不可能一一例舉。但它們的共同特點是生產規(guī)模小、單臺、產品轉型快、多數(shù)情況下需要針對用戶的要求專門設計。這類產品越來越多地引起了國內制冷壓縮機企業(yè)的重視。如國內數(shù)家企業(yè)正在開發(fā)或已經具備生產能力的車載冰箱制冷壓縮機。