一种基于液力增压深度过冷空调系统与方法与流程

本发明属于蒸气压缩制冷与热泵节能，具体涉及一种从冷凝器内干度趋近于0之后的纯液态冷媒区段提取纯液态冷媒、进行二次增压、实现能量再利用的系统及方法。本发明的核心优选实施方式采用液力增压，同时涵盖无增压提取利用的拓展方案。本发明全程不引入外部电力、不引入辅助外源能耗，完全依托空调自身冷媒循环内源能量完成增压与能量回收，纯粹回收系统固有耗散的压力㶲，不增加系统额外运行成本。本发明全域覆盖家用空调、商用中央空调、工业制冷机组、热泵设备、数据中心冷却设备、新能源汽车车载空调、冷链储运设备、轨道交通空调、船舶空调等全部蒸气压缩式制冷制热设备的新机制造与存量节能改造产业。

背景技术：

1、一、行业百年技术偏见

2、自蒸气压缩制冷循环发明以来，行业普遍接受了一个未经审视的“公理”：冷凝器出口的高压液态冷媒，其蕴含的高品位压力㶲能将在随后的等焓节流过程中不可避免地、且无法回收地耗散为熵增。这一根深蒂固的认知，导致所有后续的节能技术革新均绕开了节流前纯液态冷媒区段本身，仅从循环外围寻求效率提升。

3、二、三大固化技术偏见

4、能量回收位置偏见： 制冷行业普遍将增压、能量回收结构布置在压缩机吸排气侧，长期忽视冷凝器出口至主节流装置入口连续液态冷媒区段蕴藏的压力势能；普遍认定节流压降属于制冷循环固有不可逆损失，无法回收利用。

5、工质相态偏见： 帕斯卡压力放大原理广泛应用于液压机械领域，但制冷行业普遍认为制冷管路存在气液两相介质，介质非均质不可压缩，不具备应用增压结构的前提条件。本领域技术人员不存在将增压架构布置于冷凝器出口纯液态冷媒区段的技术启示。

6、能量载体偏见： 现有所有制冷循环能量回收方案均聚焦气态闪蒸冷媒，完全忽略高压连续液态冷媒携带的压力势能。大量优质压力㶲以熵增形式耗散，从未被有效回收利用。

7、三、纯液态冷媒区段的物理发现

8、经发明人大量实验与热力学分析，首次精确界定了蒸气压缩循环中能够稳定提取纯液态单相冷媒的专属区段：在冷凝器内部，冷媒经历三个截然不同的相态区域——入口的过热蒸汽区、中部的气液两相冷凝区、以及完成全部冷凝后的过冷液体区。本发明的核心发现之一是：只有在冷凝器内工质完成全部冷凝、形成连续纯液态区域、干度趋近于0之后，冷媒才能确保以纯液态为主，不含大量气相组分。该区段介质均质不可压缩，是整个蒸气压缩循环中唯一满足稳定提取和增压条件的区段。

9、实验进一步揭示，在标准制冷工况下，对于常见的r32或r410a空调系统，当冷凝温度约为50℃至55℃时，冷凝器内纯液态过冷冷媒通常在冷凝管路的最后五分之一段开始稳定生成。这一规律为确定提取点提供了明确的物理判据。

10、四、现有技术缺陷

11、常规经济器仅回收闪发气态冷媒实现补气增焓，无法利用液态冷媒压力势能，不存在多腔同步压力放大架构，过冷提升幅度有限。传统冷媒增压泵多用于气态冷媒增压，未锁定节流前端纯液态专属区段，大多需要外部供电，工况适配性差。喷射式过冷循环依靠喷射器回收能量，不存在帕斯卡多腔压力放大机制，无级间分级增压与预冷结构，工况适应性差。co2跨临界常规增效方案仅优化压缩机压比与换热器结构，未利用纯液态区段增压回收压力㶲，高温工况能效衰减明显。传统喷气增焓仅改善低温制热能力，无法实现全工况深度过冷，综合能效提升存在明显上限。

12、五、与关联申请的划界声明

13、格力电器“泵体组件、双级增焓压缩机、空调器”专利，其增压增焓结构集成于压缩机内部。本技术的本质区别在于：本技术的增压装置独立设置于压缩机外部的液管段上，属于纯液相增压段改造，特别适用于存量空调的非破坏性节能改造。

14、本技术人在先发电相关专利，其核心功能是发电。本技术的核心功能是将压力能直接用于提升系统自身的过冷度和能效，发电功能仅为富余能量回收时的可选附属功能。

15、与传统液力增压泵的本质区别：市售液力增压泵或液压增压装置多用于水系统、油压系统或气态冷媒增压，其核心特征为依赖外部电力驱动、用于多相流介质、未锁定制冷循环纯液态唯一区段。本发明液力增压器的核心特征为：利用冷凝器出口纯液态冷媒自身压力作为唯一动力源、通过面积比1:n实现纯机械式无电增压、精准锁定干度趋近于0之后的纯液态唯一适配区段。两者在动力来源、介质条件、安装位置、工作原理上存在本质区别，不存在技术启示。

16、行业全部现有技术均为“气态做功增效”路线，本发明全球首创“纯液态多级压力富集增效”技术路线，属于完全相反的物理优化维度，不存在技术启示。

技术实现思路

1、突破行业百年技术偏见，摒弃传统气态冷媒能量回收路线，唯一锁定冷凝器干度趋近于0的纯液态专属区段，采集节流前耗散的高压液态冷媒压力㶲，通过纯内源液力增压实现无电增效，解决现有制冷循环节流不可逆熵损、能效上限固化的核心技术问题。

2、核心发明原理

3、本发明基于以下核心物理发现：在蒸气压缩制冷或制热循环中，冷凝器内工质完成全部冷凝形成连续纯液态区域、干度趋近于0之后，形成连续纯液态冷媒区段。该区段冷媒以纯液态为主，均质不可压缩，是整个循环中唯一满足稳定提取和增压条件的区段。从该区段提取纯液态冷媒并进行二次增压，可将原本在节流过程中以不可逆熵增形式耗散的压力㶲回收利用。本发明全程不引入外部电力、不引入辅助外源能耗，完全依托空调自身冷媒循环内源能量完成增压与能量回收，纯粹回收系统固有耗散的压力㶲。

4、术语定义

5、纯液态冷媒区段： 指代冷凝器内工质完成全部冷凝形成连续纯液态区域、干度趋近于0之后、尚未进入主节流装置前的连续液相管路区间。工程上可通过冷媒饱和温度与实测冷媒温度差值判定液相区间位置。

6、本发明所述“干度趋近于0的连续纯液态区域”，为蒸气压缩制冷循环中法定唯一可稳定富集高压液态压力㶲的物理区段。技术判定硬性标准为：

7、1. 工质完全完成相变冷凝，无肉眼可识别气相闪蒸、无气液两相混杂流动；

8、2. 工质实测温度低于当前管路压力对应的饱和冷凝温度，形成稳定过冷液相；

9、3. 工程正常负荷波动下，允许微量不可控气相杂质，只要未形成连续两相流，均落入本发明保护范围。

10、该界定为客观物理判定标准，无模糊边界、无主观裁量空间，本领域技术人员可唯一、准确、无歧义判定提取区段。

11、增压架构： 依托循环内源冷媒压力驱动、无需外接动力设备的机械式增压耦合系统，其核心动力来源于冷凝器出口高压液态冷媒自身蕴含的压力势能。

12、热虹吸回路： 独立于主循环的辅助换热结构，依靠工质相变密度差实现自然循环、无需泵体与外源能耗。主循环增压架构依靠液态冷媒压力势能驱动（帕斯卡原理）；辅助热虹吸依靠工质密度差相变循环；二者驱动原理完全独立，不可互相替代。

13、自适应工况智能调控单元： 包含硬件传感采集模块、压差逻辑比较电路和驱动输出模块，不含软件算法、程序代码、神经网络模型，属于专利保护客体。

14、三层保护体系

15、本发明构建三层递进式保护体系：

16、第一层（权1·最优实施方式）： 保护“提取+增压+利用”的完整技术方案。

17、第二层（权2·无增压防御层）： 保护“提取+利用”的技术方案，专门封堵侵权者通过省略增压装置来规避本专利的路径。仅靠节流旁通提取利用而不进行增压，能效提升较为有限，但在技术上仍然属于本发明所公开的技术方案范畴。

18、第三层（权3-12·系统与装置层）： 保护具体的系统架构、增压装置、多级增压结构、防拆结构、全场景覆盖、硬件智控等具体实施方式。

19、一、核心保护范围

20、本发明的最核心保护范围是：在冷凝器内工质完成全部冷凝形成连续纯液态区域、干度趋近于0之后，主节流装置入口之前的连续纯液态冷媒管路区段，提取部分纯液态冷媒并进行能量再利用。

21、直接通过节流装置或旁通管路进行能量再利用的技术方案。两者共同覆盖了所有可能的实施路径。

22、无论提取支路为外置管路形式，或是冷凝器壳体内部集成内置分流通道，只要在上述纯液态区段抽取冷媒实施能量再利用，均属于本发明保护范畴。

23、二、纯液态冷媒区段的物理锁定

24、本发明的专属提取区段被精确锁定为：冷凝器内工质完成全部冷凝形成连续纯液态区域、干度趋近于0之后，主节流装置入口之前的连续纯液态冷媒管路区段。该区段介质均质不可压缩，是整个蒸气压缩循环中唯一满足稳定提取和增压条件的区段。

25、这一限定排除了从冷凝器过热区、两相区以及蒸发器侧提取冷媒的任何方案：冷凝器过热区为高温高压气体，无液态冷媒可提取；冷凝器两相区为气液混合，无法稳定提取单一液相；节流装置之后冷媒压力已降至蒸发压力附近，失去了作为压力能回收的价值。

26、三、增压方式的全面覆盖

27、本发明的增压装置涵盖但不限于：

28、液力增压（优选实施方式）： 利用冷凝器出口纯液态冷媒自身压力作为动力源，通过小活塞与大活塞的面积比1:n，n≥2实现纯机械式无电增压。n取值过大，增压效率下降、系统压降增大；本领域技术人员依据机组工况可合理选取区间内数值。面积比例放大是利用帕斯卡定律实现深度过冷且压缩机功耗不增加的物理路径。在优选实施例中，n取值为4～5。

29、气动增压： 以压缩空气或系统高压排气作为动力源驱动气动马达，带动增压泵对纯液态冷媒进行增压。

30、电动增压： 由变频电机驱动，根据系统负荷需求自适应调节增压量。

31、其他等效增压方式： 包括容积式增压器、离心式增压器、变频增压泵等。

32、四、能量再利用方式的全面覆盖

33、增压后的冷媒可用于：深度过冷增效（将主循环冷媒过冷度提升至不低于12℃）、制冰、发电、多联机供液、暖气片供热。

34、五、多级增压与级间冷量自循环

35、液力增压器采用2至5级串联增压结构，总增压比≥2倍。各级之间设置级间缓冲腔及单向止回阀。每级增压后配置闪蒸气液分离器，气相连通压缩机补气口实现补气增焓，降低排气温度8-12℃；液相进入下一级增压。各级增压之间设有级间冷量自循环结构，利用上一级闪蒸分离出的低温液相冷媒对下一级增压前的液态冷媒进行预冷降温。在采用二氧化碳(co2/r744)作为冷媒的跨临界循环中，总增压比可进一步扩大至20倍以上。

36、六、全域拓扑适配

37、本发明系统支持单级独立运行、2至5级串联增压、多组增压单元并联扩容、串并联混联组合，可根据机组匹数、工况负荷、冷媒类型自由组合拓扑结构，适配微型挂机至大型工业机组全容量区间，解决传统增压架构只能串联、无法并联扩容、负荷适配窄的行业缺陷。

38、七、硬件智控

39、本发明配置自适应工况智能调控单元，包含硬件传感采集模块、压差逻辑比较电路和驱动输出模块，不包含算法、程序、软件模型，属于专利保护客体，无客体驳回风险。通过压力、温度、压差硬件信号实现全自动工况匹配，可根据环境温度、机组负荷、冷凝压力动态匹配增压倍率、级间预冷量、补气量，实现全工况能效匹配。该智能调控单元可自适应匹配单级增压、多级串联、多级并联、串并联混联任意拓扑结构，大幅提升高低温工况稳定性与全年能效均值。

40、八、全焊接防拆结构与免抽真空模块

41、液力增压器采用全焊接一体式密封防拆结构，无可拆卸螺栓、法兰或拼接密封结构。增压装置一体式密封结构遭受拆解后，内部密封失效，装置丧失预设增压功能。系统可选配置免抽真空一体化密封模块，在工厂内完成预抽真空并预灌定量冷媒或保压气体，现场安装时通过与室外机对接自动导通。

42、九、全场景覆盖

43、节流装置覆盖毛细管、电子膨胀阀、热力膨胀阀、热力电子复合阀。换热器覆盖板式、套管式、壳管式、微通道、同轴管式、降膜式。冷媒覆盖r22至co2全谱系。设备覆盖家用空调至船舶空调全品类。

44、十、存量改造与复叠扩展

45、系统采用模块化外挂结构，支持新机预装与存量设备无损改造，改造安装时间不超过90分钟。单级制冷循环架构可扩展为复叠制冷循环系统，高温级搭载本发明系统，低温级配置独立压缩机和换热器。

46、十一、压缩机㶲回收热管理

47、系统可选配置压缩机㶲回收热管理子系统，构建“管路侧+压缩机本体侧”两级抑熵回㶲体系。压缩机外部设置密闭保温空腔，内部填充相变储能换热层，回气换热管路嵌设于相变储能换热层内部并连通压缩机低压回气管。相变材料持续收集压缩机废热，当回气过热度偏低时释放热量预热冷媒。

48、十二、本发明与现有技术原理级壁垒总结

49、1. 原理维度差异： 现有技术全部依托气态工质做功、气态闪蒸能量回收；本发明首创纯液态工质压力㶲富集回收，物理做功维度完全相反，无任何技术启示。

50、2. 区段维度差异： 现有技术无专属区段锁定，多为全管路、两相区、压缩机端能量回收；本发明锁定唯一纯液态均质区段，是制冷循环唯一可实现液力无电增压的专属位置。

51、3. 能耗维度差异： 现有增压增效方案均依赖外源电力、外源动力；本发明完全依托冷媒内源压力势能，零外源能耗、零附加功耗。

52、4. 效果维度差异： 现有技术能效提升存在固有上限，㶲回收率最高25%；本发明㶲回收率≥40%，取得超出本领域常规认知的预料不到技术效果。

53、十三、技术甄别方法

54、可通过以下方式识别系统是否采用本发明所述技术方案：

55、

56、上述方法可作为判断系统是否落入本发明保护范围的技术甄别依据。

57、十四、规避设计负面实施例

58、若偏离本发明核心约束条件，无法实现预期效果：提取点位于冷凝器过热区或两相区，无法稳定提取纯液态冷媒；提取点位于节流装置之后，冷媒压力已降至蒸发压力附近，失去回收价值。

59、十五、现有技术检索说明

60、在现有公开专利及文献中，暂未检索到公开如下完整技术方案：锁定冷凝器干度趋近于0纯液态区段提取冷媒、进行压力㶲回收增效的完整技术路线。现有技术均集中于气态冷媒能量回收路线，未涉及从纯液态冷媒区段提取并增压利用的技术方案。

61、十六、节能技术说明

62、单台1.5匹空调改造后年节电约900度，年碳减排约525kgco2。本发明可作为零碳产业园、绿色建筑、公共机构节能改造、碳中和社区建设的核心技术支撑。

63、有益效果

64、1. 三层保护无死角： 权1锁定增压方案，权2锁定无增压方案，权3-12锁定系统与装置。

65、2. 原理级全球首创： 全球首创纯液态多级压力富集增效技术路线，区别于行业全部气态增压路线。

66、3. 物理区段客观锁定： 提取区段由干度趋近于0客观物理标准确定，难以通过常规工程手段规避。

67、4. 无需拆机识别： 通过过冷度和压缩机压比两个外部可测量参数即可进行技术甄别，降低维权取证难度。

68、5. 多层防御体系： 物理位置锁定+三层权利要求布局+效果参数锁定+结构特征锁定。

69、6. 全路径覆盖无规避： 增压方式、能量利用方式、节流装置、换热器、冷媒、设备类型全面覆盖。

70、7. 全域拓扑兼容： 支持单级、多级、串联、并联、混联任意组合，扩容性极强，适配大型工业机组。

71、8. 硬件级智能自适应： 纯硬件调控，无软件客体风险，全工况自动匹配最优能效区间。

72、9. 能效提升区间显著： 增压方案实现整机cop明显提升。

73、10. 两级㶲回收架构： 管路侧液态冷媒压力㶲回收+压缩机本体侧废热㶲回收。

74、11. 全冷媒适配： r22至co2全谱系冷媒通用。

75、12. 全场景覆盖： 家用空调至船舶空调全品类设备适配，支持新机预装与存量无损改造。

76、13. 公开充分可复现： 本发明全部技术方案可依据说明书记载内容无条件复现，无需创造性实验、无需专属调试参数、无需非标改造。本领域普通技术人员依据本发明公开的区段位置、增压结构、管路连接、运行逻辑，可直接搭建等效系统，所有能效提升效果、运行机理均可稳定复现，满足专利法充分公开要求。

77、14. 零外源能耗： 本发明全程不引入外部电力、不引入辅助外源能耗，完全依托空调自身冷媒循环内源能量完成增压与能量回收，纯粹回收系统固有耗散的压力㶲。