基于專利分析的國內太陽能熱泵干燥技術應用

摘 要：文章從專利分析的角度出發，統計了太陽能熱泵干燥技術在國內的專利申請情況，進而分析太陽能-熱泵干燥技術在我國的發展現狀，以期為相關科研人員對太陽能-熱泵干燥技術進行深入研究時提供有益參考。

關鍵詞：太陽能；熱泵；干燥；專利

1 分析樣本

文章數據來源于國家知識產權局的專利檢索與服務系統（Patent Search and Service System，簡稱“S系統”）中的中國專利文摘數據庫（China Patent Abstract Database，簡稱“CNABS”），以“太陽能”、“熱泵”和“干燥”作為關鍵詞、以BI（聯合索引，復合索引了所有的AB、TI、KW和CLMS字段）作為檢索入口進行檢索，檢索日期為2016年2月1日，通過人工剔除噪音數據后，共獲得116項相關專利，其中包括發明專利和實用新型專利。

2 我國太陽能-熱泵干燥技術的專利情況

2.1 專利年份分布

由表1可知，1988年我國開始對太陽能-熱泵干燥技術進行研究并申請了1項專利。該項專利為實用新型專利“多能源聯合干燥裝置”（專利號：ZL88201739.X），其利用太陽能、電能和熱泵多能源的聯合進行干燥，無論晴陰雨夜，都能連續的工作，實現常年連續對物料進行低溫除濕干燥[1]。然而，1989～2006年太陽能-熱泵干燥技術在我國的專利申請量為零，這反映了當時我國對知識產權保護的重視程度不夠，直到2007年才開始又有專利申請，并且在2008年國家知識產權戰略實施以來，專利申請量逐年增加，2012年達到最高值20項，實際上，由于專利申請延遲公開的特點以及數據庫收錄時間略有滯后，2014～2015年的數據不全。2014年我國首次提出了“努力建設知識產權強國”新目標，2014～2015年這兩年的平均項數有可能超過20項。

2.2 IPC分類號分析

太陽能-熱泵干燥技術的研究主要集中在IPC分類號F26B（從固體材料或制品中消除液體的干燥，占比為64.7%）、C02F（水、廢水、污水或污泥的處理，占比為24.1%）和其他小類（共占11.2%），對以上小類分別細分，可以發現在F26B中，F26B9（靜態下或只是局部搖動干燥固體材料或制品的機器或設備）占比為28.4%，F26B23（加熱裝置）占比為13.8%，F26B21（干燥固體材料或制品用的空氣或氣體的供應或控制）占比為12.9%；在C02F中，C02F11/12（污泥處理的脫水法、干燥法）占比為21.6%；其他小類細分主要如下：A23N12/08（用于干燥或烘焙水果或蔬菜）占比3.4%、A23B9/08（谷類的干燥）、A24B3/10 （烤制煙草）和F24J2（太陽熱的利用）各占比1.7%，A23B4/03（肉、香腸、魚或魚制品的干燥）和F25B30/06（以低勢熱源為特征的熱泵）各占比0.86%。

我們可以發現太陽能-熱泵干燥技術的應用非常廣泛，包括木材、陶瓷坯料、食品、果蔬、菌類、中藥材、谷物、秸稈類、污泥、餐廚垃圾、煙草、臘味、煤、造紙、制藥、制漿、茶葉等等的干燥，其中應用于污泥干化最多，且一般將其分入C02F11/12中，例如發明專利申請“太陽能熱泵聯合污泥干化系統及干化方法”（申請公布號：CN103482838A），主分類號為C02F11/12，其包括太陽能供熱子系統、熱泵子系統和干燥裝置子系統，能夠充分利用太陽能的熱量，并回收濕空氣中水蒸氣的潛熱，同時通過太陽能供熱子系統和中水源熱泵子系統來保證夜間或太陽能不足情況下的污泥干化所需能量[2]。

應用于谷物類的首選分入A23B9/08，煙草首選分入A24B3/10、肉制品例如臘味首選分入A23B4/03、果蔬首選分入A23N12/08。而對于沒有具體分類號對應的干燥對象，一般會被集中分入到F26B（干燥）中，其中主要為F26B9、F26B23和F26B21。

2.3 太陽能-熱泵干燥技術的研究方向分析

太陽能-熱泵干燥系統一般包括干燥子系統、熱泵系統、太陽能系統以及相應的控制系統，通常采用太陽能加熱為主，熱泵系統加熱為輔的干燥方式，例如發明專利申請“一種太陽能熱泵聯合干燥系統及干燥方法”（申請公布號：CN105258488A），其包括太陽能集熱裝置、熱泵系統、水循環系統，當主水箱內的水溫高于55度時，則選擇太陽能單獨供熱模式或太陽能和熱泵系統聯合供熱模式；當主水箱內的水溫低于55度時，則選擇熱泵系統供熱模式[3]。

對于太陽能-熱泵干燥系統的發明改進途徑，包括從工作原理、熱泵類型、太陽能熱泵與其他熱源耦合應用等方面入手。

太陽能熱泵從其工作原理可主要分為直接膨脹式和非直接膨脹式。實用新型專利“直膨式太陽能熱泵與太陽能組合的干燥裝置”（專利號：ZL201120346773.7），采用直膨式太陽能熱泵與太陽能空氣集熱相組合的方式加熱空氣[4]，白天可以對物料進行干燥，但是在夜間或陰雨天，該系統干燥效果不佳。而常規的非直接膨脹式太陽能干燥系統結構復雜、連續性差，導致能源利用率低。

熱泵的類型很多，例如空氣源熱泵、水源熱泵、地熱源熱泵。發明專利申請“一種污水源熱泵與太陽能結合污泥干化系統”（申請公布號：CN103359904A），提供了一種以污水源熱泵為主要熱源、太陽能為輔助熱源的污泥干化系統。這一系統利用污水源熱泵回收污水處理廠二級生化后出水中的熱能作為污泥干化的主要能量來源，采用太陽能作為補充能源，克服了太陽能本身所具有的稀薄性和間歇性[5]。

將多種熱源聯合使用，以圖發揮各自優勢一直是科研中慣用的方式。實用新型專利“一種微波強化太陽能中水高溫雙源熱泵干化污泥系統”（專利號：ZL201320168357.1）將太陽能、中水、熱泵和微波干化加熱方式聯合組成了一種新型干化方式，較好地解決了現有的污泥干化存在的缺點[6]。

3 結束語

通過對國內太陽能-熱泵干燥技術專利文獻的統計分析，可以看出隨著國家知識產權戰略的實施，人們的專利保護意識不斷加強；同時，從工作原理、熱泵類型、太陽能熱泵與其他熱源耦合應用等方面對太陽能-熱泵干燥技術提出改進之處，促進了太陽能-熱泵干燥技術的發展。

參考文獻

[1]商桂電，龐曉培.多能源聯合干燥裝置[P].中國專利，88201739.X， 1989-1-4.

[2]中國科學院理化技術研究所.太陽能熱泵聯合污泥干化系統及干化方法[P].中國專利，201210194963.0，2014-1-1.

[3]廣東石油化工學院.一種太陽能熱泵聯合干燥系統及干燥方法[P].中國專利，201510851566.X，2016-01-20.