制冷劑壓縮機(jī)技術(shù)專(zhuān)利分析

翟麗娜，楊 爽

(國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利局專(zhuān)利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇 蘇州 215000)

1 引言

全球環(huán)境問(wèn)題日益突出，我國(guó)作為《巴黎協(xié)定》的締約方在環(huán)境保護(hù)上作出了很大的貢獻(xiàn)。而且在如今工作和生活中，人們已越來(lái)越依賴(lài)空調(diào)，空調(diào)的使用會(huì)不斷消耗能源，因此，需要通過(guò)提升空調(diào)的性能來(lái)節(jié)約能源。壓縮機(jī)和制冷劑為空調(diào)的核心部件，且制冷劑會(huì)影響壓縮機(jī)的功耗，從而構(gòu)成空調(diào)系統(tǒng)能耗的主要部分[1]，關(guān)系著空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能、環(huán)保和穩(wěn)定方面的要求。眾所周知，氟利昂是空調(diào)制冷劑壓縮機(jī)中的常見(jiàn)的制冷劑，但是其排放到大氣中會(huì)產(chǎn)生溫室效應(yīng)，從而破壞環(huán)境，找到更加環(huán)保節(jié)能的替代方案是空調(diào)制冷系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的最大挑戰(zhàn)和難點(diǎn)[2]。

氟利昂制冷劑大致分為4類(lèi)[3]：氯氟烴類(lèi)，簡(jiǎn)稱(chēng)CFC；氫氯氟烴類(lèi)，簡(jiǎn)稱(chēng)HCFC；氫氟烴類(lèi)，簡(jiǎn)稱(chēng)HFC和混合制冷劑。壓縮機(jī)類(lèi)型方面，旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)、渦旋式壓縮機(jī)、螺桿式壓縮機(jī)、滑片式壓縮機(jī)、往復(fù)式壓縮機(jī)、斜盤(pán)式壓縮機(jī)均是容積變化的壓縮機(jī)，容積變化的壓縮機(jī)通過(guò)氣缸內(nèi)工作容積變化壓縮氣體從而實(shí)現(xiàn)氣體壓力的提高。且我國(guó)在替代制冷劑領(lǐng)域需要打破國(guó)外企業(yè)的專(zhuān)利壁壘，尋找到突破點(diǎn)，才能推動(dòng)我國(guó)企業(yè)的發(fā)展。壓縮機(jī)類(lèi)型多樣化，以及采用的替代制冷劑的多樣化，導(dǎo)致出現(xiàn)不同的技術(shù)問(wèn)題。制冷劑壓縮機(jī)，前景十分廣闊，日益受到各國(guó)的重視，但是對(duì)其研究工作還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需要加大研發(fā)力度以及規(guī)劃專(zhuān)利布局[4]，因此，本文將重點(diǎn)針對(duì)制冷劑壓縮機(jī)進(jìn)行分析。

2 國(guó)內(nèi)外制冷劑壓縮機(jī)專(zhuān)利申請(qǐng)對(duì)比

圖1顯示了國(guó)內(nèi)外制冷劑壓縮機(jī)專(zhuān)利申請(qǐng)對(duì)比，在2005年以前，中國(guó)專(zhuān)利量較少，一方面和中國(guó)專(zhuān)利制度建立的時(shí)間有關(guān)，另一方面，雖然中國(guó)的制冷壓縮機(jī)起步不晚，但是中國(guó)的制冷劑壓縮機(jī)主要采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，并采用氯氟烴類(lèi)的氟利昂制冷劑，發(fā)展緩慢。從2005年以后，國(guó)內(nèi)專(zhuān)利申請(qǐng)大體上整個(gè)增長(zhǎng)趨勢(shì)是與國(guó)際增長(zhǎng)趨勢(shì)保持一致的，并在2010年之后得到迅猛發(fā)展，得益于我國(guó)在新的戰(zhàn)略規(guī)劃中，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了制冷設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行和節(jié)能環(huán)保[5]，在制冷壓縮機(jī)方面投入的資金在整個(gè)制冷設(shè)備投資中占有的比重也愈來(lái)愈多，在不斷的努力探索中，取得了多項(xiàng)研究成果，也表明我國(guó)在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的重視和遠(yuǎn)見(jiàn)。

圖1 國(guó)內(nèi)外制冷劑壓縮機(jī)專(zhuān)利申請(qǐng)對(duì)比

3 國(guó)內(nèi)外專(zhuān)利申請(qǐng)分布

圖2顯示了國(guó)內(nèi)外專(zhuān)利申請(qǐng)量分布情況，制冷劑壓縮機(jī)的專(zhuān)利申請(qǐng)主要集中在中國(guó)、日本等國(guó)家和地區(qū)，其中日本擁有專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量最多，達(dá)到全球總量的55%，之后是中國(guó)，其專(zhuān)利申請(qǐng)量分別為總量的37%，其他國(guó)家的專(zhuān)利申請(qǐng)量為總量的8%。上述格局產(chǎn)生的主要原因在于日本素來(lái)在壓縮機(jī)領(lǐng)域的技術(shù)比較先進(jìn)，專(zhuān)利申請(qǐng)也占據(jù)首要位置，這與日本擁有很多實(shí)力很強(qiáng)的企業(yè)，在該領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力較強(qiáng)，是分不開(kāi)的。另外，日本在其他國(guó)家建立多個(gè)企業(yè)且注重專(zhuān)利保護(hù)制度，日本有很大一部分的專(zhuān)利申請(qǐng)都進(jìn)入其他國(guó)家以獲得技術(shù)占先和保護(hù)，以加大保護(hù)力度。而中國(guó)人口眾多，工業(yè)發(fā)展迅猛，對(duì)制冷設(shè)備的需求高，從中國(guó)的專(zhuān)利申請(qǐng)量也能可見(jiàn)一斑，因此，需要對(duì)制冷設(shè)備的心臟-制冷壓縮機(jī)進(jìn)行加大力度的研發(fā)。需求促進(jìn)發(fā)展，制冷壓縮機(jī)越來(lái)越多的應(yīng)用于車(chē)輛、熱泵等各個(gè)行業(yè)的制冷設(shè)備，中國(guó)對(duì)于制冷劑壓縮機(jī)的需求促進(jìn)了中國(guó)各大企業(yè)和單位花費(fèi)大量精力、人力、物力對(duì)此進(jìn)行全面研究，由于制冷壓縮機(jī)對(duì)電力和環(huán)境等方面的壓力，制冷壓縮機(jī)的節(jié)能性和環(huán)保性得到越來(lái)越多的關(guān)注，其效率和安全性也越發(fā)重要，國(guó)家對(duì)制冷壓縮機(jī)的研究也給予較多的支持[6]，從而制冷壓縮機(jī)在中國(guó)也得到了了大力的關(guān)注和發(fā)展，從而其專(zhuān)利申請(qǐng)量也就順勢(shì)而上，在全球占據(jù)重要位置。另外，我國(guó)也逐漸關(guān)注公司發(fā)展戰(zhàn)略、掌握核心技術(shù)、提高整體競(jìng)爭(zhēng)力的需求，不再依靠國(guó)外進(jìn)口制冷劑壓縮機(jī)，提高了對(duì)家用制冷設(shè)備的核心技術(shù)研究，加大了專(zhuān)利保護(hù)機(jī)制的關(guān)注。

圖2 專(zhuān)利申請(qǐng)國(guó)申請(qǐng)量分布

4 制冷劑壓縮機(jī)技術(shù)企業(yè)專(zhuān)利布局研究

制冷劑壓縮機(jī)是對(duì)制冷劑進(jìn)行壓縮從而進(jìn)行制冷效果，其采用的制冷劑多種多樣，大致可分為六類(lèi)：氫氯氟烴類(lèi)(HCFC)，氫氟烴類(lèi)制冷劑(HFC)，氫氟烯烴(HFO)，天然制冷劑，混合制冷劑，新型制冷劑，其中，新型制冷劑主要是CF31制冷劑，CO2制冷劑是天然制冷劑壓縮機(jī)的研究重點(diǎn)[7]，在此處不進(jìn)行分析。不同的企業(yè)在不同的制冷劑以及根據(jù)使用的制冷劑不同研究的壓縮機(jī)類(lèi)型也不同，其關(guān)注的問(wèn)題點(diǎn)也不同。

圖3顯示的是制冷劑技術(shù)分支申請(qǐng)分布，從中可知，該技術(shù)的核心技術(shù)主要集中在日本的有競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力的企業(yè)公司，這些企業(yè)公司不僅在HFC方面申請(qǐng)占先，而且在其余方面也涉及廣泛。中國(guó)的美的有實(shí)力躋身前列，其申請(qǐng)量較多，且涉及的方面較多，但是其與松下、日立、三菱相比，還是具有一定的差距。日本在很早就已經(jīng)開(kāi)始認(rèn)識(shí)到制冷劑的重要性，并且不斷布局戰(zhàn)略規(guī)劃，其市場(chǎng)占先和保護(hù)的覆蓋區(qū)越來(lái)越大，日本已成為世界上最大規(guī)模的制冷劑壓縮機(jī)的制造和服務(wù)的國(guó)家。日本的制冷劑壓縮機(jī)發(fā)展主要是按照國(guó)際統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研發(fā)，并掌握了關(guān)鍵技術(shù)，且各企業(yè)之間進(jìn)行專(zhuān)利技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)和合作，以保障制冷劑壓縮機(jī)的安全和節(jié)能，為了促進(jìn)制冷劑壓縮機(jī)的發(fā)展，日本政府也釆取了許多重要措施，總之是日本全國(guó)上下都比較重視制冷劑壓縮機(jī)技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)。

圖3 制冷劑技術(shù)分支申請(qǐng)分布

圖4表示壓縮機(jī)類(lèi)型技術(shù)分支的申請(qǐng)分布，從圖中可以看出，這一技術(shù)幾乎被日本包攬，主要是由于日本企業(yè)和政府比較重視制冷劑壓縮機(jī)各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的研究，日本企業(yè)擁有多項(xiàng)相關(guān)專(zhuān)利技術(shù)，都十分重視創(chuàng)新，并且重視國(guó)外市場(chǎng)的專(zhuān)利布局。而中國(guó)的發(fā)展則比較集中，核心專(zhuān)利主要集中在個(gè)別大企業(yè)，有競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力的企業(yè)公司還比較少。

圖4 壓縮機(jī)類(lèi)型技術(shù)分支的申請(qǐng)分布

圖5表示壓縮機(jī)類(lèi)型技術(shù)分支的申請(qǐng)分布，從圖中可以看出，這一技術(shù)依然是日本處于領(lǐng)軍位置，主要是由于日本企業(yè)和政府比較重視制冷劑壓縮機(jī)各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的研究，日本企業(yè)擁有多項(xiàng)相關(guān)專(zhuān)利技術(shù)，都十分重視創(chuàng)新，并且重視國(guó)外市場(chǎng)的專(zhuān)利布局。而中國(guó)的發(fā)展則比較集中，核心專(zhuān)利主要集中在個(gè)別大企業(yè)，有競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力的企業(yè)公司還比較少。

圖5 技術(shù)問(wèn)題技術(shù)分支的申請(qǐng)分布

5 制冷劑壓縮機(jī)重要技術(shù)分支發(fā)展

早在1983年左右，國(guó)外就開(kāi)始了對(duì)新制冷劑的研制，并從節(jié)能和環(huán)保的要求上，以及與潤(rùn)滑油和壓縮機(jī)的適配性上不斷發(fā)展，由HCFC經(jīng)歷了過(guò)渡制冷劑HFC，再到HFO制冷劑和天然制冷劑。其具體的發(fā)展脈絡(luò)圖如圖6所示[8]。

圖6 制冷劑技術(shù)分支的發(fā)展脈絡(luò)

從該圖中可以發(fā)現(xiàn)最早的專(zhuān)利出現(xiàn)于早在19世紀(jì)80年代初期，在瑞典就首次出現(xiàn)了將HCFC制冷劑應(yīng)用于螺桿壓縮機(jī)的專(zhuān)利申請(qǐng)SE8305827A；之后為JPH05164073A是日本東芝于1991年申請(qǐng)的專(zhuān)利，其公開(kāi)了一種壓縮機(jī)，壓縮機(jī)包括使用R134a或R12作為制冷劑的旋轉(zhuǎn)活塞壓縮機(jī)機(jī)構(gòu)；JPH0821387A是日本松下于1994年申請(qǐng)的專(zhuān)利，其公開(kāi)了一種壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)為旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，采用替代R22的HFC制冷劑；JP2000161222A是日本松下于1998年申請(qǐng)的專(zhuān)利，其公開(kāi)了一種壓縮機(jī)，通過(guò)在使用HFC和HCFC制冷劑的旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)中；JP2000097171A是日本日立于1998年申請(qǐng)的專(zhuān)利，其公開(kāi)了一種渦旋式壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)使用高工作壓力的R410A之類(lèi)的制冷劑或R290和R600a之類(lèi)的易燃性制冷劑代替R22。US2015040608A1是韓國(guó)三星于2013年的專(zhuān)利申請(qǐng)，其公開(kāi)了一種旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，其中該壓縮機(jī)具有改進(jìn)的結(jié)構(gòu)以降低壓縮機(jī)的排出溫度；WO2020050020是日本日立于2020年的專(zhuān)利申請(qǐng)，其公開(kāi)了一種渦旋式壓縮機(jī)，渦旋式壓縮機(jī)的主軸承和副軸承可樞轉(zhuǎn)地支撐曲軸。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述分析可知，作為壓縮機(jī)中的重要組成部分制冷劑處于不斷改進(jìn)和發(fā)展的狀態(tài)。由于環(huán)境的不斷變化，以及全球變暖的趨勢(shì)。雖然日本等國(guó)家在制冷劑壓縮機(jī)領(lǐng)域起步較早，但其應(yīng)用范圍較窄，導(dǎo)致其研發(fā)投入較少，同時(shí)伴隨著我國(guó)科技的不斷進(jìn)步和發(fā)展以及市場(chǎng)需求的增長(zhǎng)，出現(xiàn)了很多國(guó)際知名的空調(diào)企業(yè)。但是，隨著我們走向全球，需要不斷提高創(chuàng)新水平、增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，保持我國(guó)在該領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，并有效規(guī)避專(zhuān)利糾紛和經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。