制冷空调科技成果简介

一、电冰箱用线性压缩机

1、项目概述

我国是世界上最大的电冰箱使用和生产国，我国冰箱年产量高达六、七千万台，占全球三分之一以上，且在以每年10％～15％的速度增长，目前我国电冰箱保有量已达2亿台。在我国城乡居民的家庭用电量中，40%左右为电冰箱用电，其耗电量约占我国全社会用电量的5%以上，相应于消耗了2.3个三峡工程发电。而其中压缩机占电冰箱耗电的绝大部分。目前国内外冰箱压缩机大多是采用旋转电机驱动的往复式活塞压缩机，这种传统的往复式活塞压缩机由于本身结构限制，性能系数COP进一步的提升空间已极小。因此，研究和开发新型高效压缩机，才能从根本上降低电冰箱能耗。

线性压缩机作为公认的冰箱用下一代新型压缩机，冰箱工况下的制冷效率比传统活塞压缩机高10%以上，可以有效地降低电冰箱的能耗，还具有结构简单、体积小、重量轻、无油或少润滑油、变容量特性优异等优点，其发展潜力巨大。但目前线性压缩机的核心技术掌握在少数几家国外公司手中，并被严密封锁,在我国此类产品尚属空白。

中国科学院理化技术研究所在低温系统线性压缩机航天技术和国家863计划课题冰箱线性压缩机实验室样机基础上，目前已完成产品样机和控制系统开发工作，正在进行产业化推进工作。（1）在压缩机产品样机研制方面，已完成制冷量为220W产品样机多轮技术攻关，产品样机制冷效率比传统压缩机提高11%，制冷实验见图1；（2）在控制系统方面，已突破无位移传感器活塞行程控制技术，开发出线性压缩机控制系统（图2）；（3）在产业化方面，已完成小批量生产工艺关键技术攻关；（4）已获得发明专利6项，申请发明专利5项。

图1 制冷实验图2压缩机控制器

2、技术特点

传统的往复式压缩机利用旋转电动机作为驱动装置，加上一套将旋转运动转换为直线往复运动的传动机构（见图3(a)），而线性压缩机是采用直线电机驱动的压缩机（见图3(b)）。由于省去了旋转运动转换为直线运动的传动机构，因此线性压缩机具有效率高、结构紧凑、体积小的特点。由于直线电机的电磁驱动力方向始终与活塞的运动方向在同一直线上，活塞将不存在径向力或径向力非常小，极大地减少了活塞的摩擦功耗和磨损，可以延长压缩机的使用寿命，易于实现无油或少油润滑。另外，线性压缩机可以灵活调整的活塞行程也给线性压缩机的变容量调节提供了更大的自由度。

本项目研制出的新型线性压缩机，与目前电冰箱采用的压缩机相比，将节电15～25％。

(a) 传统往复式压缩机（b）线性压缩机

图3线性压缩机与传统压缩机结构对比示意图

3、市场需求

该项目开发的线性压缩机主要应用于各种容量的电冰箱，也可用于电冰柜、食品陈列柜、冰淇淋机、冷饮机、小型电子冷却装置、小型恒温装置等。

本项目实现线性压缩机批量生产后，按平均年销售量200万台、每台压缩机售价300元、利润10%来计算，每年可实现销售额6亿元，利润6000万元；其中如考虑20％为外销份额，则可实现年创汇1846万美元。

二、多联热管式机房空调

1、机房空调节能的意义

信息技术的兴起给人类的生活带来了巨大变革，数据中心的概念和建设也逐渐受到重视。在带来变革的同时，数据中心的迅速扩张也产生了日益严重的能源问题。2000-2005年，全世界数据中心能耗翻了一倍；2005-2010年，数据中心能耗增长趋势受经济危机影响有所减缓，但仍然增长了56%，2010年已占全球能耗总量的1.3%。美国数据中心能耗更是由2000年占总能耗的0.12%增长到2010年的约2%。数据中心机房的能耗主要包括IT设备、制冷空调设备、供配电系统和照明等其它设备。在数据中心机房能耗的组成中，制冷系统能耗占相当大的部分，约占数据中心总能耗的30%-45%。目前，机房空调系统多采用恒温恒湿的空调设备，通过电力驱动压缩机做功制造低温冷源，通过冷热通道送回风的方式将机房内产热排出室外，并维持室内的湿度稳定。采用这种传统的空调方式进行数据中心环境控制的能源利用率较低。因此，采用先进的节能冷却技术合理地控制和降低冷却系统的能耗，从而降低数据中心总能耗，不单单可以为企业节约运营成本，更有推进节能减排的重要意义。

2、多联热管式机房空调技术的优势

1）全年能耗大幅降低。一般的机房空调采用蒸气压缩制冷，即使在温度较低的季节仍开启压缩机，浪费大量电能。本系统利用热管原理，在室外温度较低时，利用室外冷源冷却，能耗仅为风机能耗；在室外温度较高时，利用蒸气压缩制冷补充冷量，保证机房温度维持设定值。实验和仿真结果表明，利用这一系统，机房全年能耗与一般机房空调相比可降低30%-50%。

2）可以实现蒸气压缩和热管冷却同时运行。现有的其他机房热管空调方案大都无法实现蒸气压缩和热管冷却的同时运行。这导致在过渡季节，需要在蒸气压缩和热管冷却之间频繁切换，对电磁阀的要求较高，系统长时间运行的可靠性无法保证。同时，也会导致机房内温度的大幅波动。本系统实现了两种制冷方式的同时运行，过渡季节

热管冷量的不足由蒸气压缩制冷补充，在避免上述问题的同时更加充分地利用室外冷源，节能效果更加突出。

3）不影响室内环境。与通风自然冷却相比，不会引入室外污染物和影响室内湿度控制，机房的运行可靠性更高。

4）结构方式灵活。系统可采用多联式结构，一个室外机搭配多个室内机，根据用户的需要灵活调整制冷量和布置方式，满足不同场合的需要。

5）本产品通过三介质换热器将蒸气压缩制冷循环回路和重力热管回路耦合在一起，两个回路中的制冷剂只通过三介质换热器进行传热，不仅可以保证两种制冷方式可以独立或同时运行，并且可以进行柔性模式转换，减少模式转换对机房温度波动的影响。另一方面，两个独立的回路可以分别采用相同或不同的制冷剂，分别对两个回路进行优化设计，以提高整个系统的运行效率和可靠性。

3、相关项目支持

十二五国家科技支撑计划子课题:多联热管式系统的研发及其在大中型模块数据中心的示范与应用

多联热管式机房空调系统原理