Компрессор LG R1: история рождения

Об истории рождения компрессора LG R1 рассказывает один из ведущих разработчиков систем вентиляции, отопления и кондиционирования компании LG.

Компрессор, на который приходится примерно 90 % потребления электроэнергии, играет решающую роль в определении эффективности и производительности кондиционера.

- Расскажите, пожалуйста, о себе, своей должности и о том, за какое направление в компании LG вы отвечаете.

Меня зовут Ким Чоль-хван (Kim Cheol-hwan), я разработчик в лаборатории кондиционирования воздуха Центра L&A, который является частью подразделения CTO. Мы сотрудничаем с фабрикой LG в Чханвоне и обеспечиваем поддержку от разработки идеи до полной коммерциализации, как своего рода мост. Я начал работу в этой команде в 2002 году и сейчас отвечаю за исследования и разработки для нашего спирального компрессора. Это мой второй проект, первым была работа над спиральным компрессором высокого давления для системы Multi V.

- Сколько времени обычно требуется для завершения проекта?

От первоначального планирования до этапа массового производства может пройти семь или восемь лет. Что касается компрессора R1, мы начали изучать технологию в 2010 году (завершили в 2014 году), подали заявку на патент в 2012 году, начали коммерциализацию в 2015 году и приступили к запуску продукта в 2018 году.

-Расскажите о компрессоре LG R1.

Компрессоры в кондиционерах должны быть высокоэффективными в плане энергосбережения и производить мало шума. LG R1 сочетает в себе характеристики спиральных и роторных компрессоров, которые позволяют соответствовать этим двум целям.

Вал должен проходить через центр компрессионного элемента, чтобы обеспечить оптимальную подачу масла в критические области с высоким коэффициентом трения. Для этого LG разработала первую в мире гибридную спиральную конструкцию со сквозным валом, которая не только нагнетает требуемое давление даже при сквозном расположении вала, но и обеспечивает структурную целостность формы спирали.

Гибридная спираль состоит из двадцати дуг различной формы и позволяет сжимать хладагент в форме эллипса, тем самым избегая прохождения вала через центр компрессора. По завершении цикла сжатия наклон увеличивается, чтобы позволить хладагенту быстрее достичь требуемого давления, а также повысить надежность сердечника — более чем вдвое увеличивая толщину изоляции вокруг сердечника. LG запатентовала эту технологию в Корее и США.

- Итак, новый компрессор объединил в себе преимущества своих предшественников — спиральных и роторных компрессоров. Как Вам пришла в голову такая инновационная идея?

Разработка компрессора R1 началась с идеи поддержания эффективности спирального компрессора при использовании конкурентоспособной цены роторного компрессора, а также его возможностей подачи масла и простой конструкции.

Мне нравится проводить аналогию с грузовиком, чтобы объяснить, насколько R1 лучше по эффективности, чем предыдущие модели компрессоров. Если в прошлом люди использовали 10-тонный грузовик для перевозки одной тонны груза, то теперь они могут использовать грузовик весом в одну тонну для одной тонны груза и 10-тонный грузовик для десятитонной нагрузки. Представляется разумным иметь компрессор, который сможет регулировать производительность в зависимости от условий нагрузки. Это как раз то, что делает компрессор R1.

Компрессор LG R1 — первое устройство, которое эффективно сочетает «метод сжатия» спирального компрессора и «конструкцию механизма» роторного компрессора, устраняя при этом недостатки и несовершенства каждого типа.

- С какими основными трудностями вы столкнулись при разработке и как вы их преодолели?

• Первая сложность: найти верное соотношение между силой газа и силой реакции подшипника — расположить вал внутри компрессионного элемента насквозь, чтобы решить фундаментальную проблему спирального компрессора. Однако после размещения вала в центре области сжатия мы обнаружили, что не хватает места для сжатия и это приводит к снижению эффективности и надежности. Также проявилась недостаточная прочность конструкции. Я понял, что при нынешней обычной форме спирали расположение «вала насквозь» невозможно. Обсудив возможные решения проблемы с командой проекта, мы придумали новую форму спирального компрессора, который сжимает хладагент в форме эллипса во время оборота вокруг вала. Тогда и появилась одна из лучших характеристик компрессора R1 — первая в мире гибридная форма спирали со сквозным валом. После этого мы начали проводить глубокие исследования, чтобы воплотить в реальность эту конструкцию.

• Вторая трудность была связана с тем, что вал изгибался при высоком выходном давлении. Мы столкнулись с этим, когда пытались понять, как создать спиральный компрессор со сквозным валом и верхним компрессионным элементом. Проект даже был временно приостановлен, так как решения не находилось. Мы оказались на распутье в ситуации, когда наше исследование могли полностью остановить. К счастью, у компании LG Electronics есть отличная программа поддержки, которая помогает исследователям в тот момент, когда они находятся на грани провала. Эта неоценимая поддержка позволила нам привлечь больше финансирования для исследований, и после реорганизации команды мы смогли разработать спиральную конструкцию с нижним компрессионным элементом, которая была способна удерживать вал при высоком выходном давлении.

- Расскажите, пожалуйста, вкратце об основных характеристиках компрессора R1 и о том, какую пользу они принесут клиентам.

Сегодня мы наблюдаем тенденцию ужесточения годовых норм энергоэффективности для кондиционеров. Таким образом, для повышения энергоэффективности важно снизить потери энергии при работе с низкой нагрузкой. Одним из самых больших преимуществ компрессора R1 является его способность расширить переменный рабочий диапазон, чтобы минимизировать вероятность потери энергии. Это позволяет потребителям экономить на ежегодных затратах на электроэнергию и наслаждаться спокойной домашней обстановкой благодаря низкому уровню шума и минимальному уровню вибрации компрессора. А благодаря его способности работать на высоких скоростях улучшается эффективность нагрева при низких температурах.

- В каких продуктах вы будете использовать компрессор R1?

Мы будем использовать R1 в различных продуктах — от тепловых насосов «воздух — вода» (AWHP) до охлаждающих систем. Блок кондиционирования воздуха, оснащенный спиральным компрессором с нижним компрессионным элементом, может использовать технологию впрыска хладагента, при этом облегчается контроль и регулировка температуры. Сильные стороны компрессора R1 проявят себя в системах AWHP, ориентированных на ключевые европейские рынки. В Европе сегмент котлов постепенно переходит на системы AWHP под влиянием общей тенденции ориентированности на экологичность и энергоэффективность.

Способность компрессора R1 работать с высоким коэффициентом давления делает его идеальным и для холодильных установок, где требуется температура до –45 ˚С. В таких случаях обычно используются два спиральных компрессора, соединенных последовательно. Однако теперь для выполнения такой работы достаточно использовать всего один компрессор R1.

- Какое влияние компрессор R1 окажет на сектор кондиционеров и другие отрасли производства?

Мы расширим охват компрессора R1 на весь сектор кондиционеров. В будущем мы постараемся использовать нашу передовую технологию и в других отраслях промышленности. На данном этапе мы все еще находимся в процессе изучения и рассматриваем возможности для будущей реализации.

- Можете ли дать прогноз, что ждет рынок кондиционеров в будущем?

В последние годы в отрасли систем вентиляции, отопления и кондиционирования наблюдается рост спроса на кондиционирование воздуха в силу экономического развития и повышения температуры в некоторых регионах мира. В результате увеличилось потребление энергии, и оно продолжает расти. Это увеличение сыграло роль в ужесточении нормативов, касающихся энергоэффективности кондиционеров.

В Европе уже ужесточили директиву по энергопотребляющей продукции (ErP) — от класса A (охлаждение 5,1/нагрев 3,4) в 2013 году до A+ (5,6/4,0) в 2015 году, затем до A++ (6,1/4,6) в 2017 году и до A+++ (8,5/5,1)в 2019 году.

Чтобы постоянно соответствовать этим стандартам, нам пришлось разработать экологичный кондиционер, который обеспечивает высокую эффективность и использует хладагент с низким потенциалом глобального потепления (GWP). Мы не думаем, что нормативы будут сильно ужесточены в ближайшее время.

Однако новыми лидерами отрасли ОВКВ станут компании, которые будут разрабатывать инновационные технологии с опорой на эффективность и экологичность.