空調(diào)器除霜專利技術(shù)綜述

田小紅 唐甜

摘要：隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，人們越來越關(guān)注居住條件的舒適性，空調(diào)被廣泛應用于對溫、濕度進行調(diào)控。然而，空調(diào)器在環(huán)境溫度較低時，蒸發(fā)器表面容易結(jié)霜，霜層的積累導致?lián)Q熱量下降，風阻增大，以致機組的性能下降甚至無法工作。為了維持機組繼續(xù)穩(wěn)定運行，必須進行除霜。本文從專利的角度出發(fā)，分析了空調(diào)器專利的申請的申請人、國家、年代分布情況以及技術(shù)演進歷史，有助于該技術(shù)的推廣應用及改進。

關(guān)鍵詞：空調(diào);除霜;專利

中圖分類號：TH43文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）27-0053-03

Abstract： With the development of the GDP and the living standard，people are increasingly concerned about the comfort of living conditions， air-conditioning technology are widely used to control the temperature and humidity. However， the surface of the evaporator is susceptible to frost formation at low ambient temperature. As a result， the frost layer leads to decrease in the heat transfer and an increase in wind resistance， even make it fail to work. In order to maintain working， defrosting must be performed. In this paper， the development， global distribution and the application of the patent about air-conditioning defrosting technology are reviewed， which facilitates the application and promotion of the technology.

Key words： air-conditioning;defrost;patent

1 引言

空調(diào)器是一種消耗部分高位能使熱量從低位熱源流向高位熱源的[1]節(jié)能環(huán)保的供暖供冷設(shè)備?？照{(diào)器在環(huán)境溫度低時會遇到一個很嚴峻的問題：蒸發(fā)器表面溫度低于了0℃時，冷表面就會結(jié)霜，結(jié)霜現(xiàn)象大大限制了熱空調(diào)器的應用范圍。在結(jié)霜工況下運行時，隨著霜層的厚度不斷增加，并逐漸覆蓋整個蒸發(fā)器，使霜層導熱熱阻不斷增加，嚴重破壞了空氣與制冷劑之間的換熱，使蒸發(fā)器的換熱量大大減少。與此同時，霜層的增加加大了空氣流過翅片管蒸發(fā)器的阻力，降低了空氣流量，導致風機性能衰減，惡化換熱效果。這種現(xiàn)象的惡性發(fā)展，還會導致機組的性能下降，工況惡化，制熱量也將下降甚至使熱泵空調(diào)器不能正常工作。因此，為了維持機組繼續(xù)穩(wěn)定運行，必須進行除霜操作[2]。

本文以采用空調(diào)器除霜的專利申請作為研究對象，重點分析全球及中國范圍內(nèi)關(guān)于空調(diào)器除霜技術(shù)的申請量、技術(shù)來源、技術(shù)發(fā)展狀況等信息。

2 空調(diào)除霜專利技術(shù)的發(fā)展狀況

2.1 專利技術(shù)發(fā)展演進

如圖1所示，涉及空調(diào)器除霜技術(shù)20世紀60年代開始發(fā)展。就結(jié)霜檢測領(lǐng)域，早期較多采用溫度、風壓等進行簡單的定性判斷。后期隨著檢測技術(shù)的提升，逐步出現(xiàn)了通過光強、角度等對結(jié)霜情況進行相對較為準確的判斷。在2000開始，為了進一步準確判斷結(jié)霜量，逐步出現(xiàn)了通過多個參數(shù)進行霜層厚度計算的方式。由于除霜過程影響空調(diào)器正常工作，降低效率，因此對于如何預防、延緩結(jié)霜以降低除霜頻率的研究也大幅出現(xiàn)。早期主要為通過加熱和對系統(tǒng)器件的控制方式以緩解結(jié)霜。隨著材料技術(shù)的發(fā)展，通過涂覆涂層、改變換熱器表面結(jié)構(gòu)等依賴于材料技術(shù)發(fā)展的相關(guān)手段也逐步出現(xiàn)。同時，隨著變頻技術(shù)的發(fā)展，通過變頻的方式以延緩結(jié)霜也屬于重要技術(shù)手段之一。上述方式能夠在一定程度上減緩結(jié)霜，但通常難以實現(xiàn)不結(jié)霜，尤其在寒冷、潮濕的惡劣環(huán)境下工作時，結(jié)霜通常難以避免。因此，結(jié)霜后如何進行除霜，一直以來均是該領(lǐng)域最關(guān)鍵的核心問題。眾所周知，加熱能夠使得霜層融化，因此，加熱除霜為最常見的除霜方式。在20世紀七八十年代，大多采用單一的除霜方式，如逆循環(huán)、旁通、電加熱等，其各具優(yōu)缺點。為了根據(jù)具體條件采用適當?shù)某绞?，多除霜方式組合的技術(shù)于20世紀90年代起開始浮出水面，如根據(jù)具體運行情況采用逆向以及旁通除霜的切換，以更好地滿足除霜需求。而停機、機械、化學等除霜方式，也在隨著機械裝置、材料的發(fā)展逐步演進。在20世紀七八十年代屬于空調(diào)器除霜研究的早期階段，因此較多關(guān)注于除霜本身的研究。在20世紀90年代，各企業(yè)以及研究機構(gòu)開始關(guān)注除霜過程的精確控制以及完善，因此，除霜過程優(yōu)化相關(guān)專利申請，如最佳除霜時間、除霜過程中壓縮機、風機的控制等技術(shù)開始涌現(xiàn)。

2.2 全球申請量年度分布

根據(jù)圖2所示，在全球范圍內(nèi)，關(guān)于空調(diào)器除霜的專利申請最早于20世紀70年代開始出現(xiàn)，申請量總體呈上升趨勢。而中國相關(guān)申請出現(xiàn)較晚，20世紀90年代才開始出現(xiàn)。無論是全球申請量，或是中國申請量，早期的增長都相對緩慢。到2000年開始，空調(diào)器除霜的專利申請開始出現(xiàn)大幅增長，且大體保持上漲趨勢。

如圖2可見，較早期就已出現(xiàn)了有關(guān)空調(diào)器除霜的專利申請，然而，其相關(guān)申請量直到2000年才開始飛速增長，其原因可能在于兩個方面：一方面是對于空調(diào)領(lǐng)域的研究，早期可能更為注重的是如何提高空調(diào)舒適度，滿足用戶需求，或者提高空調(diào)使用的經(jīng)濟性。而對于除霜的準確控制以及除霜過程的優(yōu)化關(guān)注較少。直到2000年左右，才開始逐步加大對除霜技術(shù)的研發(fā)。其次，我國于2001年底正式加入WTO，國內(nèi)空調(diào)品牌逐步進入國際市場并發(fā)展壯大。隨著企業(yè)的發(fā)展，為了加強對國際市場的占領(lǐng)以及對先進技術(shù)的掌握，中國企業(yè)在2000年后開始逐漸重視專利保護，相關(guān)專利申請快速增加，由此也推動了全球申請量的飛躍。

2.3 申請來源國分布

截至2017年4月30日，空調(diào)器除霜技術(shù)領(lǐng)域的主要申請來源為中國，其占總量的54.55%，其次為日本，占總量約30%。由此分析可知，雖然中國在該領(lǐng)域的研發(fā)起步相對較晚，但發(fā)展迅速。國家積極鼓勵專利申請，大力宣傳知識產(chǎn)權(quán)的重要性，企業(yè)對知識產(chǎn)權(quán)保護意識較強，對專利申請重視程度高。因此，中國的申請量大幅領(lǐng)先。而空調(diào)領(lǐng)域技術(shù)，日本一直以來處于領(lǐng)先地位，具有大量空調(diào)領(lǐng)域的核心企業(yè)，如三菱、大金、松下等，且其專利申請起步時期早，因此申請量也具大幅占比。

3 結(jié)語

本文對空調(diào)除霜技術(shù)的相關(guān)專利進行了分析、統(tǒng)計，著重闡述了該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展演進、全球申請量年度分布等相關(guān)專利技術(shù)信息?？梢钥闯鲈摷夹g(shù)首先在美國、日本興起，然后主要由日本進一步發(fā)展，中國雖然起步較晚，但自2000以后，國內(nèi)企業(yè)、高校加大了對該領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)的研究發(fā)展，空調(diào)除霜的技術(shù)也逐漸成熟，同時在國際相關(guān)技術(shù)方面具有一定的影響力。

參考文獻：

[1] 陸亞俊，馬最良，姚楊.空調(diào)工程中的制冷技術(shù)[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學，1997：217-218.

[2] 楊賓，R41OA熱泵空調(diào)器結(jié)霜/除霜特性的數(shù)值模擬與實驗研究[D].天津：天津商業(yè)大學，2007：1-2.