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摘要：热泵系统压缩机蓄热除霜技术是利用压缩机工作时产生的废热回收后进行除霜，不会产生更多的能源消耗，节能环保，本文以热泵系统压缩机蓄热除霜为分析对象，对该行业的专利技术进行研究，梳理了热泵系统压缩机蓄热除霜关键技术的发展脉络。
关键词：热泵系统；压缩机蓄热除霜；专利申请量；申请人；趋势
1引言
空气源热泵空调在冬季制热运行时，室外机由于处于低温环境中，而容易出现结霜的问题，结霜会导致空调热性能的衰减。为了给用户带来舒适的制热体验，同时避免空调性能的衰减，需要对热泵系统进行必要的除霜。
目前热泵系统在除霜时如果采用普通的除霜模式，如四通换向阀除霜，需停机才能达到除霜的目的，除霜时室内机有过冷冷媒通过，导致除霜时室内处于制冷状态，室内温度忽冷忽热的情况影响用户的舒适性，并且除霜时压缩机运转所产生的废热完全排放到空气中，不利于能源的循环利用。压缩机蓄热除霜技术是空调系统在冬季制热运行时，将压缩机产生的废热储存并对冷媒进行加热，加热后的冷媒对室外机除霜，在除霜的同时，室内机仍用于制热状态，从而达到制热同时除霜的效果，提高用户的舒适性，并且利用压缩机的废热，从而减少了压缩机的耗电量并缩短了除霜时间。
本文以热泵系统压缩机蓄热除霜为分析对象，对该行业的专利技术进行研究，梳理了热泵系统压缩机蓄热除霜关键技术的发展脉络。
2热泵系统压缩机蓄热除霜领域专利申请状况
2.1专利申请量国内外趋势分析
本文主要针对热泵系统压缩机蓄热除霜领域进行研究，在中国专利文摘数据库CNABS和外文数据库VEN中对2018年底之前公开的专利文献进行检索。检索所采用的IPC分类号为F25B47/02，关键词主要有：蓄热、储热、贮热、废热、余热、热源。本文采用分类号与关键词相结合的方式在数据库中进行检索，经检索，热泵系统压缩机蓄热除霜相关专利文献的申请量为335件，其中国内申请量为141件。以下将以专利申请作为样本，进行国内外专利申请现状研究。
图2 各国申请量对比
从图2中可知，热泵系统压缩机蓄热除霜技术的专利申请主要分布在日本、中国和韩国，三国处于了热泵系统压缩机蓄热除霜技术的主导地位，其中，日本申请量居第一，中国申请量居第二，韩国申请量居第三，还有一些国家如美国、德国也有相关的申请。日本在早期就有拥有相关专利申请，属于该技术领域的领军国家，而且凭借着早期雄厚的工业基础和专利保护意识，在整个空调领域都建立了专利优势，而我国虽然各方面发展较为滞后，但中国的申请量占总申请量的42%，总的申请量接近日本，说明近些年我国研发机构对压缩机蓄热除霜技术的重视，而且随着人民生活水平的提高，空调这种必备家用电器在我国逐渐普及，同时压缩机蓄热除霜技术有着较为可观的节能效果，有着较大的市场需求。
2.3主要申请人
图3 主要申请人分布
从图3可知，分析不同申请人的申请量可知，申请量前七名的申请人中，中国有3个，分别为珠海格力电器股份有限公司、海尔集团公司、美的集团股份有限公司。而且可以发现，在热泵系统压缩机蓄热除霜领域的专利申请方面，申请量最多的企业为日本企业，松下电器产业株式会社，其次是中国企业，珠海格力电器股份有限公司，中国企业与日本企业在申请量方面基本上旗鼓相当，中国企业可尽早定位竞争对手，竖立竞争意识，针对性地进行专利布局和产品研发。
3关键技术发展
随着国内外对热泵系统压缩机蓄热除霜技术的深入研究，专利布局主要集中在压缩机蓄热装置的安装、蓄热热量通入压缩机入口端、蓄热热量通入室外换热器三个方面。
分析梳理压缩机蓄热装置的安装、蓄热热量通入压缩机入口端、蓄热热量通入室外换热器的国内外专利，有助于了解热泵系统压缩机蓄热除霜的发展历史和现状，并且确定未来的研究热点，表1展示的是关键技术发展脉络。
表1 关键技术发展脉络
3.1压缩机蓄热装置的安装
最早出现的压缩机蓄热装置专利申请出现在1989年的日本，申请人为松下电器产业株式会社的JPH03160242A专利，其采用蓄热装置包围压缩机的外壳，并在蓄热装置与压缩机外壳之间设置导热材料将压缩机的热量储存在蓄热装置中，从而循环利用压缩机的废热。之后，该公司对压缩机蓄热装置做了进一步的研究。如JPH04203776A中对蓄热装置中储存的热量的利用进行了介绍，文中指出，在蓄热装置中设置热交换管，用于将储存在蓄热装置中的压缩机废热向外输出，其中这部分能量用于在热泵系统制热时对室外换热器进行除霜，并在蓄热装置中设置蓄热材料。松下电器产业株式会社在2012年还申请了一种空气调节机，公开号CN103148547A，其具有流动制冷剂的曲折形状的制冷剂管并与蓄热材料进行热交换的蓄热热交换器20，其中制冷剂管包括，多个直管20b和将相互相邻的多个直管的端部彼此连接的多个U形管，多个U形管设置成在俯视时以沿着压缩机的弯曲的侧面的方式呈圆弧状排列，能够提高蓄热热交换器的制冷剂管的加工性。
3.2蓄热热量通入压缩机入口端
制冷剂吸收包围在压缩机外侧的蓄热装置中的热量后流入压缩机是目前蓄热热量的一个最广泛的应用。该技术起源于日本的公司“东芝株式会社”，该公司于1985年7月申请的专利JPH05223410A，其通过压缩机1排出的制冷剂通过四通换向阀4后流入室内换热器3后进过节流装置5流入室外换热器，然后分为两路，一路直接流入压缩机1入口端，另外一路流入蓄热装置7吸收热量后流入压缩机入口端。通过利用压缩机的废热提高制冷剂进入压缩机的温度，从而降低压缩机耗电量。国内相关技术研发则首先在高校院所中展开，公开号为CN104515210A的专利申请，申请人为哈尔滨工业大学，该专利申请的技术方案为从室外换热器6流出的制冷剂在进入压缩机1之前流入蓄热装置11，吸收压缩机1的废热后温度升高从而提高进入压缩机的温度，节省压缩机耗电，由上述的分析可知，该技术在本申请的申请日之前已有日本的公司做出过相关申请。公开号为CN104110920A的专利申请，申请人为西安交通大学，该申请中在室内换热器和室外换热器之间设置旁通支路，将该旁通支路内的制冷剂通入蓄热装置中吸收压缩机的废热，通过在旁通管路上设置阀门从而可以灵活控制进入旁通支路内的制冷剂。
3.3蓄热热量通入室外换热器入口端
在冬季，热泵系统制热时，室外换热器容易结霜，蓄热装置将吸收的压缩机废热直接通入室外换热器入口端用于对室外换热器除霜，最早研究该项技术的是日本的一家公司，申请日为1990年11月，公开号为JPH04186068A，其技术方案为压缩机11排出的制冷剂通过四通换向阀13后流入室内换热器14制热后制冷剂分两路流动，其中一条支路流入节流装置15，另外一条支路流入蓄热装置12吸收压缩机11的废热后，两条支路汇合后流入室外换热器16，对室外换热器16进行除霜。由此可见，热泵系统在除霜的同时还能够对室内制热，避免室内出现忽冷忽热。相关技术的日本专利申请还有JPH04270876A、JP2008241127A。之后，中国的企业也开始对将蓄热热量通入室外换热器入口端的技术进行了研究，典型的代表为珠海格力电器股份有限公司，在日本相关专利的基础上作了进一步的研究。其在2015年3月申请的专利CN104764264A与专利申请JPH04186068A相比的改进点在于，该专利申请在对室外换热器进行除霜时，由室内换热器流出的制冷剂全部流入了蓄热装置，由此可提高除霜效率，节约除霜时间。
4结语
通过对热泵系统压缩机蓄热除霜技术国内外申请量分析，并对关键技术发展脉络进行梳理，本文总结得出：
（1）目前压缩机蓄热装置的研究主要集中在日本公司“松下电器产业株式会社”，研究的内容主要是涉及蓄热装置与压缩机之间的安装以及蓄热装置的结构方面，国内目前缺乏对该方面的研究。
（2）将蓄热装置的热量通入压缩机入口端技术起源于日本，随后中国的一些高校和企业对该技术进行了研究，是在日本专利技术的基础上做了进一步的改进，但是对压缩机蓄热利用的技术仍停留在日本早期的相关专利申请上，国内对该技术的改进效果不是很明显。
（3）将蓄热热量通入室外换热器入口端除霜技术起源于日本，中国企业在日本相关专利的基础上进行了更深入的研究，使除霜效果更显著，除霜时间更短。
虽然压缩机蓄热除霜技术虽然已经处于已经技术成熟期，但由于国外已经通过技术积累和专利优势占领大部分市场，国内目前针对室外换热器的除霜还是主要采用热旁通除霜技术，因此，国内企业和科研单位应当持续跟进国外主要申请人的蓄热除霜技术的相关专利布局情况，有效分析和规避，并且汲取技术路线找准研发突破点，为了企业后续的市场占有提供有力支撑。
参考文献
[1]李延贺，空气源热泵除霜方法的研究与发展【J】.制冷技术，2018，46（9):82-86.
论文作者:高骏,张曼曼（等同于第一作者）
论文发表刊物:《防护工程》2019年11期
论文发表时间:2019/9/3
标签：蓄热论文; 除霜论文; 压缩机论文; 换热器论文; 装置论文; 专利申请论文; 制冷剂论文; 《防护工程》2019年11期论文;