В настоящее время широкомасштабные исследования в области спиральных компрессоров ведут все фирмы-производители компрессоров для холодильной промышленности. Холодильные спиральные компрессоры успешно выдержали испытания временем и активно начали вытеснять другие типы компрессоров (особенно поршневые) с рынка холодильного оборудования, всего лишь за несколько лет заняв доминирующее положение на рынке кондиционирования и тепловых насосов. Спиральные компрессоры с каждым годом находят все большее применение в холодильной технике и системах кондиционирования воздуха. Это обусловлено тем, что они более надежны в эксплуатации, содержат на 40 % меньше деталей, чем поршневые, производят меньше шума и имеют больший ресурс эксплуатации.
Накопленные отраслевые знания по холодильной технике и технологии обеспечили в XX веке значительный научно-технический прогресс, приведший к появлению многих новых типов компрессорного оборудования, в том числе и спиральных компрессоров.
Идея спирали известна человечеству более 3 тыс. лет. Спирали (от греч. speira — виток) — это кривые, закручивающиеся вокруг точки на плоскости (плоские спирали), например, архимедова спираль, гиперболическая спираль, логарифмическая спираль, или вокруг оси (пространственная спираль), например, винтовая линия. Но технически воплотить идею в жизнь человечество смогло лишь к концу XX века.
А началось все в 1905 г., когда французский инженер Леон Круа разработал конструкцию спирального компрессора и получил на нее патент. Однако в то время эта технология не могла быть реализована в жизнь, т.к. отсутствовала необходимая производственная база. Поэтому конструкцию работающего прототипа пришлось ждать до второй половины двадцатого века, т.к. для эффективного функционирования, в спиральном компрессоре необходимо обеспечение малого конструктивного зазора в сопрягаемых деталях (спиралях). Такая точность стала возможной только при прецизионной машинной обработке, разработанной в течение второй половины двадцатого века, чем и объясняется относительно недавнее появление спирального компрессора на рынке высокотехнологического оборудования.
Реанимировал концепцию спиральных компрессоров физик Нильс Янг в 1972 г. Янг отдал идею сотрудникам фирмы «Arthur D. Little» (США). Руководство «Arthur D. Little» увидело высокий потенциал этой концепции и начало разработку возможной модели в январе 1973 г. Крупные производители холодильного и нефтехимического оборудования были очень заинтересованы в разработке компрессора принципиально новой конструкции, позволяющей достичь значительной эффективности. Уже в ходе испытаний прототипа спирального компрессора было выявлено, что он обладает возможностью создания высокой степени сжатия и самой большой эффективностью из существовавших в начале 70-х гг. холодильных компрессоров, а также имеет высокие эксплуатационные характеристики (надежность, низкий уровень шума и т.п.).
Затем «Arthur D. Little» предпринимает в конце 1973 г. значительные усилия по разработке действующей модели холодильного спирального компрессора для американской корпорации «Тгаnе». Немного позже многие крупные компании, например, «Copeland» (США), «Hitachi» (Япония), «Volkswagen1» (Германия), начинают интенсивные исследования и совершенствование конструкции холодильного спирального компрессора, осваивание технологии изготовления деталей и спирального компрессора в целом. Разработка прототипа воздушного спирального компрессора шла медленнее. В конце 80-х гг. «Hitachi» и «Mitsui Seiki» (Япония) представили маслосмазывающий воздушный компрессор. Однако эти компрессоры являлись просто модификациями холодильных спиральных компрессоров. «Iwata Compressor» (Япония) заключила лицензионное соглашение с «Arthur D. Little» на разработку воздушного спирального компрессора в 1987 г. В результате фирма «Iwata Compressor» первой в мире представила в январе 1992 г. «сухой» (без масла) спиральный компрессор. Первоначальная мощность воздушных компрессоров составляла 2,2 и 3,7 кВт. Основными преимуществами «сухих» спиральных компрессоров «Iwata Compressor» по сравнению с поршневыми «сухими» компрессорами являются: долговечность, надежность, низкий уровень шума и вибрации.
В настоящее время широкомасштабные исследования в области спиральных компрессоров ведут все фирмы-производители компрессоров для холодильной промышленности. Холодильные спиральные компрессоры успешно выдержали испытания временем и активно начали вытеснять другие типы компрессоров (особенно поршневые) с рынка холодильного оборудования, всего лишь за несколько лет заняв доминирующее положение на рынке кондиционирования и тепловых насосов. Спиральные компрессоры с каждым годом находят все большее применение в холодильной технике и системах кондиционирования воздуха. Это обусловлено тем, что они более надежны в эксплуатации, содержат на 40 % меньше деталей, чем поршневые, производят меньше шума и имеют больший ресурс эксплуатации.
Последние несколько лет объем производства спиральных компрессоров быстро увеличивается, и к январю 2000 г. было произведено свыше 20 млн. компрессоров.
Спиральные компрессоры нашли применение во всех основных системах воздушного кондиционирования, включая сплит и мультисплит модели, напольные версии и в чиллерах, руф-топах (крышных кондиционерах) и тепловых насосах. Типичным применением является кондиционирование воздуха в квартирах, на кораблях, фабриках и больших зданиях, также на АТС, в процессах охлаждения и на транспорте. Холодильные спиральные компрессоры широко используются в компрессорно-конденсаторных агрегатах, в системах «выносного холода» супермаркетов, в промышленном холоде и в транспортных установках, включая контейнеры. Границы холодопроизводительности для спиральных компрессоров постоянно увеличиваются и в настоящее время приближаются к 200 кВт при использовании многокомпрессорной станции.
Популярность спиральных компрессоров очень высока изза широкой области применения, что объясняется их надежностью и многофункциональностью.
Бытовое (комфортное) кондиционирование.
Спиральные компрессоры отвечают требованиям этого сектора кондиционирования воздуха низким уровнем шума, компактными размерами, уменьшенной массой по сравнению с поршневыми компрессорами.
Их характеристики, будучи более постоянными, лучше соответствуют требованиям комфортного кондиционирования.
Однофазные электродвигатели (используемые для комнатного кондиционирования) не нуждаются в стартовых реле или конденсаторах. Они предпочтительны из-за своего минимального влияния на другие элементы контура.
Коммерческое кондиционирование.
Их холодопроизводительность более чем достаточна, чтобы удовлетворять требованиям коммерческого кондиционирования.
Также спиральные компрессоры применяются для кондиционирования воздуха в магазинах, туристических агентствах, офисах, банках, ресторанах, закусочных «фаст-фуд», барах и во многих других объектах. Кондиционеры со спиральными компрессорами — удачное техническое решение, особенно для агрегатов, работающих летом и круглогодично, а также — в режиме теплового насоса.
Тепловые насосы.
В тепловых насосах спиральные компрессоры имеют преимущества в виде увеличения надежности перед другими типами компрессоров, используемых в тепловых насосах из-за возможности управления жидким хладагентом, поступающим в аварийных ситуациях в компрессор (без разрушения его составных элементов).
Холодильные агрегаты для компьютерных центров и АТС.
Эти направления требуют фактически непрерывной работы холодильных агрегатов, часто свыше 8000 ч/год. Особенно важно обеспечить для данных условий непрекращающуюся работу за счет постоянного сервисного обслуживания. При таких условиях спиральные компрессоры могут оказывать эффективное воздействие на снижение энергопотребления благодаря высокой эффективности.
Низкий уровень шума спиральных компрессоров является еще одним фактором, позволяющим применять их в системах кондиционирования, часто устанавливаемых в самих кондиционируемых помещениях.
Автономные агрегаты «руф-топ».
Их наиболее типичным применением являются фабрики и продуктовые супермаркеты, где особенно необходимы преимущества высокой производительности спиральных компрессоров, потому что это сектора, обычно характеризуемые высоким энергопотреблением систем воздушного кондиционирования и холодильных установок.
Надежность является еще одним важным вкладом, который спиральные компрессоры вносят в общую экономию средств, при работе супермаркета, где непрерывность работы оборудования является решающим фактором.
Другие области применения.
Многофункциональность спиральных компрессоров расширяет области их применения в технологических процессах, например, в автоклавах для очистки вина, системах охлаждения формовочных машин химической промышленности, холодильных системах, испытательных камерах, холодильном консервировании сырья биологического происхождения (мясопродуктов, плодов и овощей и т.д.), охлаждении безводноочищающегося оборудования (конденсация растворителей), переработки пищевого сырья и т.д.
Сейчас многие производители спиральных компрессоров ведут активные рекламные кампании. Не менее активные антирекламные кампании ведут производители поршневых и винтовых компрессоров. Поэтому назрела необходимость по возможности объективного разбора преимуществ и недостатков спиральных компрессоров.
В частности, широкие перспективы имеют спиральные компрессоры в реструктуризированных объектах распределительных холодильников, хладокомбинатов, овоще- и фруктохранилищах. С переходом страны на рыночные отношения значительно снизилась эффективность использования холодильных камер. Это вызвано ростом грузооборота из-за краткосрочного хранения грузов и недозагруженности холодильных камер. Например, на распределительных холодильниках, располагающих камерами вместимостью от 400 т и выше (90 %), ранее использовалось до 100 % емкостей, в настоящее время в связи с повышением грузооборота и сокращением сроков хранения — 25-40 %.
Стоимость услуг по хранению грузов на распределительных холодильниках РФ сокращается с повышением степени загрузки холодильников с 25 до 100 % в 2,1-2,5 раза, а удельный расход холода снижается в 4,1-4,4 раза.
При реструктуризации холодильных камер повышается степень загрузки холодильников, снижается себестоимость приведенного грузооборота, что в конечном итоге улучшает финансовое состояние предприятий.
Для охлаждения реструктуризированных холодильных камер (переход от камер вместимостью 400 т и выше на камеры вместимостью от 10 до 100 т) могут успешно применяться спиральные компрессоры с децентрализованной системой охлаждения, что помимо перечисленных достоинств позволит снизить хладоемкость системы, протяженность и количество трубопроводов, арматуры и тем самым обеспечить надежность и экологическую безопасность холодильных систем.