小型往復(fù)式活塞壓縮機的專利布局與趨勢分析

楊欣倫

小型往復(fù)式活塞壓縮機的專利布局與趨勢分析

楊欣倫

（成都農(nóng)業(yè)科技職業(yè)學(xué)院 成都 611130）

分析了我國制冷設(shè)備的專利申請現(xiàn)狀，尤其是針對小型往復(fù)式活塞壓縮機的專利申請現(xiàn)狀，以及核心零件的專利申請現(xiàn)狀和發(fā)展方向做了簡要的分析和研究，為國內(nèi)壓縮機制造企業(yè)提高專利信息。

制冷；往復(fù)式壓縮機；專利申請；專利分析

0 引言

制冷與空調(diào)調(diào)節(jié)技術(shù)已成為我國科學(xué)技術(shù)發(fā)展中的重要學(xué)科，制冷與空氣調(diào)節(jié)技術(shù)在國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域和人民生活的各個方面得到了廣泛應(yīng)用。諸如，大中型冷庫，各式民用和公共建筑的空氣調(diào)節(jié)，商業(yè)及家用電冰箱，商業(yè)冷藏柜等。目前，制冷壓縮機的制造商主要集中在日本、韓國、美國以及歐洲。相比之下，我國制冷壓縮機雖然制造質(zhì)量和技術(shù)水平提升較快，但是，由于大部分企業(yè)更重視生產(chǎn)和銷售的環(huán)節(jié)的當(dāng)前利益，而忽視產(chǎn)品的研發(fā)所帶來的自身乃至行業(yè)的長遠利益，使得我國制冷壓縮機在研發(fā)方面與發(fā)達國家相差較遠，導(dǎo)致大部分企業(yè)成為國外產(chǎn)品的代加工工廠，即便是引進的技術(shù)也基本上是發(fā)達國家落后或摒棄的，很難適應(yīng)市場競爭和需求的變化。

隨著國家政策的鼓勵和人們物質(zhì)文化生活水平的不斷提高，高性能的制冷設(shè)備和制冷系統(tǒng)慢慢變成消費者爭相采購的熱點，大部分制冷壓縮機企業(yè)已經(jīng)開始加大壓縮機研發(fā)的投入并著手對壓縮機新產(chǎn)品進行專利的布局，涉及制冷壓縮機領(lǐng)域的專利申請更是增長迅猛，據(jù)粗略統(tǒng)計，相關(guān)專利申請已經(jīng)超過萬余件[1]。

1 主要內(nèi)容

本文主要針對目前市場競爭異常激烈的制冷壓縮機，尤其是冰箱行業(yè)制冷壓縮機進行分析。制冷和空調(diào)行業(yè)中采用的壓縮機主要有5大類型：往復(fù)式、螺桿式、回轉(zhuǎn)式、渦旋式和離心式，小型往復(fù)活塞式壓縮機以其低廉的制造成本、體積小等諸多優(yōu)勢被冰箱制造商們所青睞[2]。

在國內(nèi)，小型往復(fù)式活塞壓縮機的主要生產(chǎn)商大致可分為兩類，第一類為跨國公司在中國的合資或獨資公司，生產(chǎn)規(guī)模和銷售量排在前列的有五家公司，即北京恩布拉科、天津扎努西、無錫松下、泰州LG和青島三洋。這五家跨國公司在壓縮機行業(yè)分別處于全球領(lǐng)先的地位，擁有雄厚的技術(shù)實力和資金優(yōu)勢，在產(chǎn)品性能、產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性方面均領(lǐng)先于國產(chǎn)品牌。第二類為中資企業(yè)，包括黃石東貝、加西貝拉、廣州萬寶、合肥美芝壓縮機和珠海凌達壓縮機這些中資壓縮機企業(yè)通過不斷的引進消化吸收外來技術(shù)以及通過自身的自主研發(fā)，產(chǎn)品的性能與質(zhì)量均有了長足的進步，近幾年通過追隨世界先進的壓縮機技術(shù)，不斷研發(fā)改進自身的產(chǎn)品，使其所生產(chǎn)的壓縮機能效水平已經(jīng)達到甚至趕超處于全球領(lǐng)先的壓縮機企業(yè)，在冰箱行業(yè)占有一席之地[3]。

1.1 制冷壓縮機技術(shù)的專利申請總量

從專利申請總量方面來看，自1985年中國實施專利制度以來，中國知識產(chǎn)權(quán)局受理的制冷壓縮機技術(shù)相關(guān)的專利總申請量有十萬多條，其中涉及冰箱行業(yè)的小型往復(fù)式活塞壓縮機技術(shù)的專利有兩萬五千多條，其余的專利主要分布在回轉(zhuǎn)式壓縮機技術(shù)、渦旋式壓縮機技術(shù)、螺桿式壓縮機技術(shù)和離心式壓縮機技術(shù)等領(lǐng)域，制冷壓縮機技術(shù)的專利申請總量如圖1所示，申請總量的前十名中中國內(nèi)企業(yè)和外資企業(yè)各占一半，排在前三名的分別是國內(nèi)兩大制冷行業(yè)的龍頭企業(yè)以及韓國LG集團旗下的樂金電子（天津）電器有限公司，從制冷壓縮機技術(shù)的申請總量來看國內(nèi)企業(yè)的研發(fā)水平和專利保護意識已經(jīng)邁向一個新的層次。

圖1 制冷壓縮機技術(shù)的專利申請總量

1.2 核心申請人

從圖1的申請總量來看，制冷壓縮機技術(shù)的核心申請人主要是珠海格力電器股份有限公司、美的集團股份有限公司、樂金電子（天津）電器有限公司、LG電子株式會社和大金工業(yè)株式會等企業(yè)。

國內(nèi)的珠海格力電器股份有限公司和美的集團股份有限公司，在制冷技術(shù)領(lǐng)域不僅涉及空調(diào)制冷產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)也涉及冰箱冷藏冷凍產(chǎn)品的研發(fā)，雖然這兩家企業(yè)在制冷空調(diào)設(shè)備涉足的時間早且研發(fā)投入大、產(chǎn)品種類多、產(chǎn)品競爭力強，在國內(nèi)制冷空調(diào)產(chǎn)品的銷量名列前茅，但這兩家企業(yè)在冰箱行業(yè)涉足較晚，產(chǎn)品種類少，競爭力相對較弱。

樂金電子（天津）電器有限公司系中韓合資企業(yè)，創(chuàng)建于1995年8月，近十年來的快速發(fā)展使得該公司成為韓國LG集團在海外最成功的企業(yè)，其層出不窮的新產(chǎn)品與其核心技術(shù)的成就密不可分，樂金電子（天津）電器有限公司生產(chǎn)三種產(chǎn)品及其主要部件，分別為家用空調(diào)器、微波爐、吸塵器以及為產(chǎn)品配套的空調(diào)壓縮機、各類家用電器電機和磁控管。其制冷壓縮機的研發(fā)和技術(shù)布局大部分是涉及回轉(zhuǎn)式壓縮機[4]。

日本大金工業(yè)株式會社自1924年創(chuàng)業(yè)以來，不斷壯大發(fā)展，原稱“大阪金屬工業(yè)株式會社”，現(xiàn)改名“大金工業(yè)株式會社”，主要部門為：空調(diào)制冷部門、化學(xué)部門、油機部門和特種機械部門，其空調(diào)制冷部門主要客戶群體為商用制冷空調(diào)系統(tǒng)領(lǐng)域和家用中央空調(diào)系統(tǒng)，其家用中央空調(diào)系統(tǒng)的VRV在中國取得了巨大的銷售成功，同時其商用制冷空調(diào)系統(tǒng)采用的直流變頻技術(shù)使節(jié)能效果高達45%[5]。

從以上幾個制冷行業(yè)的核心企業(yè)可以看出，在我國，企業(yè)在制冷空調(diào)設(shè)備的產(chǎn)品銷量以及技術(shù)的更新、專利申請量已經(jīng)排在全球前列，在制冷壓縮機技術(shù)領(lǐng)域中的專利申請類型發(fā)明專利約占56%，實用新型專利約占43.6%，外觀專利約占0.4%，而冰箱行業(yè)所采用的小型往復(fù)式壓縮機技術(shù)的專利申請類型中發(fā)明專利約占44%，實用新型專利約占55.8%，外觀專利約占0.2%，從發(fā)明專利所占的比例來看冰箱行業(yè)的小型往復(fù)式壓縮機技術(shù)的核心競爭力相對于整個制冷行業(yè)還相對較弱。

1.3 核心技術(shù)的專利申請

目前市場上，冰箱用制冷壓縮機主要為往復(fù)式和直線式兩種結(jié)構(gòu)形式。以小型往復(fù)式壓縮機最為傳統(tǒng)且應(yīng)用最為廣泛，而直線式壓縮機作為從航空制冷轉(zhuǎn)換到商用或民用制冷的新技術(shù)，使得直線式壓縮機具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、效率高和能耗低等諸多優(yōu)點，同時采用直線式結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)軸的磁懸浮技術(shù)進而省去了壓縮機的潤滑系統(tǒng)，但其成本較高也另很多企業(yè)望而卻步。

下面著重分析市場應(yīng)用廣泛的小型往復(fù)式壓縮機，其結(jié)構(gòu)設(shè)計主要考慮以下幾個要素：殼體、吸排氣組件、壓縮組件、電機、潤滑系統(tǒng)和消音減震組件，其中壓縮機的性能提升和可靠性主要由吸排氣組件、壓縮組件和潤滑系統(tǒng)所決定，而殼體和消音減震組件能夠?qū)嚎s機整體起到支撐、限位、降噪減震和密封等輔助作用。

1.3.1 壓縮組件的專利申請

曲軸、活塞和連桿共同組成了壓縮機的壓縮組件，壓縮機工作時電動機通過聯(lián)軸器帶動曲軸旋轉(zhuǎn)再通過連桿將曲軸的旋轉(zhuǎn)運動變成與連桿連接的活塞的往復(fù)運動。活塞在汽缸內(nèi)作往復(fù)運動。曲軸旋轉(zhuǎn)一周活塞在汽缸內(nèi)往復(fù)一次壓縮機完成一次工作循環(huán)。一個工作循環(huán)有膨脹、吸氣、壓縮、排氣四個過程，電機帶動曲軸不斷旋轉(zhuǎn)工作循環(huán)不斷重復(fù)從而不斷吸入并壓縮排出氣體。從壓縮機的工作過程可以看出壓縮組件是整個壓縮機工作的核心，它的結(jié)構(gòu)和配合直接影響到壓縮機整體的制冷性能。

從表1中所涉及的小型往復(fù)式制冷壓縮機的企業(yè)在中國申請專利的情況，可以看出專利申請類型上來看外資企業(yè)更注重發(fā)明專利的申請，同時國外壓縮機制造企業(yè)的專利申請和布局均早于國內(nèi)的同行企業(yè)，其中樂金電子（天津）電器有限公司的研發(fā)及專利布局最為突出。

表1 小型往復(fù)式壓縮機的壓縮組件的專利申請情況

1.3.2 吸排氣組件的專利申請

表2 小型往復(fù)式壓縮機的吸排氣組件的專利申請情況

吸排氣組件是壓縮機中的重要部件并且相對于其他組件來說更易受損。壓縮機的吸排氣組件是自動閥其啟閉由閥片兩邊的壓力差與彈簧力實現(xiàn)。這種氣閥結(jié)構(gòu)簡單且能適應(yīng)壓縮機改變工況的要求，主要由三個部分組成，即閥座、閥片和升程限制器，在國內(nèi)針對壓縮機吸排氣組件的專利申請情況如表2所示。

1.3.3 潤滑系統(tǒng)的專利申請

壓縮機內(nèi)部相對運動的零部件及其傳動部件都需要潤滑，以減少各運動組件在工作過程中的磨損和摩擦所帶來的能量的損耗，同時潤滑系統(tǒng)所供給的潤滑油在運動組件相對間隙較小的位置會形成起密封作用的油膜，比如曲軸與氣缸座之間，活塞與氣缸之間，連桿與曲軸、活塞之間等部位，通常潤滑油是通過油環(huán)、軸頭齒輪泵、單獨的齒輪泵或者螺旋提升類的結(jié)構(gòu)完成壓縮機的供油[6,7]，在國內(nèi)針對壓縮機潤滑系統(tǒng)的專利申請情況如表3所示。

表3 小型往復(fù)式壓縮機的潤滑系統(tǒng)的專利申請情況

1.3.4 直線式壓縮機的專利申請

直線式壓縮機最早被發(fā)達國家用于空間技術(shù)中的微型低溫制冷機，其活塞直接用直線電磁驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動作往復(fù)運動，使得壓縮機結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、能耗低、并且效率高。由于活塞的驅(qū)動力方向始終是與其運動方向保持在同一條直線上，活塞上并沒有側(cè)向力的存在，因此可使活塞的摩擦損失和損耗降低，從而延長壓縮機的壽命。另外，該壓縮機的活塞行程不受驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)限制，可以“自由”移動，使得通過控制環(huán)路可以在線調(diào)節(jié)掃氣容積來直接實現(xiàn)調(diào)節(jié)功能，更容易做到微型化、更高德可靠性。直線式壓縮機的這些優(yōu)點受到了科研人員和企業(yè)的關(guān)注，并嘗試將它作為新型結(jié)構(gòu)的制冷壓縮機以替代傳統(tǒng)的往復(fù)式活塞壓縮機，以達到改善壓縮機的性能、大幅度提高壓縮機的效率以及節(jié)約能源的目的。

在國內(nèi)，直線式壓縮機最先進行專利布局的是LG電子株式會社和BSH博士和西門子家用器具有限公司，這兩家公司早在1996年便開始布局直線式壓縮機在空調(diào)或冰箱產(chǎn)品的應(yīng)用，之后珠海格力環(huán)保制冷技術(shù)研發(fā)有限公司和青島海爾智能技術(shù)研發(fā)有限公司，相繼投入大量的科研成本也開始布局直線式壓縮機的專利和產(chǎn)品研發(fā)。從國內(nèi)的申請量來看直線式壓縮機的專利數(shù)量并不大且申請時間較晚，具有較大的發(fā)展和提升空間，直線式壓縮機作為新型的制冷壓縮機結(jié)構(gòu)以其性能上的優(yōu)勢必將會成為冰箱壓縮機的一個發(fā)展趨勢。

2 結(jié)語

（1）國內(nèi)申請?zhí)攸c

從上述的專利總申請量和各核心組件的申請表為依據(jù)，可以看出國內(nèi)制冷壓縮機技術(shù)的申請人的分布廣，但冰箱用小型往復(fù)式壓縮機的專利企業(yè)分布卻相對集中，這種申請人集中的情況有利于集中技術(shù)和資金占領(lǐng)市場，但不利于小型往復(fù)式壓縮機的技術(shù)長遠發(fā)展，相對于國外企業(yè)而言，國內(nèi)企業(yè)申請的發(fā)明專利占比較小，且專利布局相對較晚。

（2）國內(nèi)申請?zhí)攸c重視輔助技術(shù)和新技術(shù)的布局

壓縮機核心組件的專利布局逐漸展開的同時，還要在制冷壓縮機的輔助技術(shù)領(lǐng)域多做專利布局和研發(fā)投入，例如降噪技術(shù)和節(jié)能技術(shù)，隨著物質(zhì)生活的不斷提升，人們對生活質(zhì)量的追求也不斷提高，除了核心技術(shù)以外的輔助技術(shù)所作出的貢獻也會逐漸被放大，會很大程度地影響顧客的使用體驗和產(chǎn)品銷量，比如國外企業(yè)在直線式壓縮機上的專利布局和研發(fā)，采用直線式壓縮機技術(shù)既能提高壓縮機的工作效率又能減少工作噪音，國內(nèi)企業(yè)也可從性能更優(yōu)越的直線式壓縮機進行專利布局和技術(shù)研發(fā)，也可從研發(fā)新的壓縮機技術(shù)入手提前做好研發(fā)規(guī)劃和專利布局。

（3）緊跟國家政策

目前，我國已經(jīng)成為制冷設(shè)備的生產(chǎn)大國，無論是商用制冷空調(diào)設(shè)備，還是家用制冷空調(diào)設(shè)備或是冷藏冷凍設(shè)備，其產(chǎn)量均排在全球市場的前列。占據(jù)全球市場的有利位置，無疑是推動國內(nèi)制冷與空調(diào)用壓縮機行業(yè)的研究與發(fā)展的動力，同時在國家知識產(chǎn)權(quán)局的大力推動和引導(dǎo)下，國內(nèi)企業(yè)的知識產(chǎn)權(quán)意識逐漸增強，專利申請量和研發(fā)投入逐漸增多，國內(nèi)專利的申請質(zhì)量也在大幅提高，實現(xiàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化和專利化，全面提升中國企業(yè)在制冷行業(yè)的競爭力。

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Patent Layout and Trend Analysis for Small Reciprocating Piston Compressors

Yang Xinlun

( Chengdu Agricultural College, ChengDu, 611130 )

It analyzes the current situation of patent application for refrigeration equipments in China, e-specially for the small reciprocating compressors, and makes a brief analysis and research on the status-quo and development direction of patent application for the core parts. It also supplies the patent infor-mation for domestic compressor manufacturers.

Refrigeration; Reciprocating Compressors; Patent Application; Patent Analysis

TU834

A

1671-6612（2020）03-374-05

楊欣倫（1987-），男，工程師，E-mail：550161298@qq.com

2019-06-28