制冷領域中節流減振的專利技術發展研究

梁 瓊

（國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心 蘇州 215163）

引言

在低溫制冷系統領域中，能源消耗及其合理利用一直備受關注，隨著人們對制冷電器舒適性要求的不斷提高，制冷產品除了具備良好的性能和安全指標之外，噪聲控制技術會在相當程度上提高家用制冷電器的舒適性[1]，體現制冷廠家對核心技術的掌握程度。制冷系統通常包含四大主要部件：壓縮機、冷凝器、蒸發器和節流元件，學術界以研究節流裝置的流量特性和控制方式居多，但對節流減振技術的研究較少，其發展多集中在企業對產品結構的研發改進方面。

1 專利申請技術分布

本文選取中國專利文摘數據庫（CNABS）和外文數據庫（VEN）作為檢索庫，筆者結合IPC分類號（F25B41）、FI分類號（F25B41/00&B）與關鍵詞（減震、減振、防振、防震、抑噪、降噪、消音、隔音、防音、隔聲等）進行檢索，并對重要申請人進行追蹤分析。

制冷節流減振的全球專利申請量如圖1所示，中國的專利申請量最多，占據全球專利申請技術的47%，其次是日本32%，中國和日本兩個國家兩者總和約占總數的79%。雖然兩個國家的專利量都很大，但其研發的深度以及關注重點卻不盡相同，筆者認為，中國專利申請多為實用新型類，技術創新不高，而日本主要是從節流減振機理、結構以及材料和性能等多維度進行技術研發，可見日本在制冷節流技術領域的研發能力和技術實力處于領先位。

2 主要申請人專利分析

由圖1可知，中國和日本是制冷節流減振領域的專利申請量位居第一、二位的國家，圖2給出了中國和日本在制冷節流減振技術領域中的重要專利申請人對比。

圖1 制冷節流減振的全球專利申請量

由圖2可以看出，中國的排名前六位申請人分別為海爾、三花、海信、同星、美的和格力；相對應的日本排名前六位申請人分別為大金、三菱、松下、三洋、電裝和日立。

圖2 制冷節流減振的中國和日本重要申請人排名圖

日本企業在節流減振技術領域，從機理、結構、材料和性能等多角度技術要點進行改進和完善。其中該專利重要申請人多為制冷領域的大型企業巨頭，比如三菱重工業株式會社（Mitsubishi），大金工業（DAIKIN）株式會社，松下（Panasonic）電器產業株式會社，電裝（DENSO）株式會社等。

中國技術發展局限于被動降噪，涉及的相關企業多為未形成研發規模制造小公司，特別是汽車空調業研究較多，但研究多為保守的被動消音為主。從2000年開始，中國制冷相關企業開始對節流部件的降噪技術逐漸關注。中國重要申請人如海爾集團公司、浙江三花股份有限公司、海信集團公司、浙江同星制冷有限公司等，改進技術借鑒很多日本90年代的相關技術成果，申請的專利多為實用新型，獨立研發力度不夠。

其中三花重點研究制冷系統中應用廣泛的電子膨脹閥、電磁閥等，具有日本不二工機、三菱株式會社合資的背景，多體現日本技術的發展脈絡。海爾、海信集團則主要關注毛細管、小型消音器在空調等制冷領域的應用。浙江同星制冷有限公司主要研究制冷領域小眾的膨脹棒降噪領域。在華專利申請中，節流消音領域中以日本企業的不二工機（FJKK）和德至高（TGK）最多，不二工機和德至高均專注膨脹閥結構性能及材質方面的研發，可見日本企業占領了中國制冷膨脹閥領域的減振技術高地。

3 專利技術發展路線及重點研發技術

3.1 制冷系統節流減振的技術改進樹圖

根據圖3的制冷節流減振的改進技術樹圖分析，節流部件內部流動降噪具體改進方向包括：①如何改變節流部件的結構形狀；②如何與成熟的消音器技術復合；③如何改善節流通道結構；④如何改進節流部件的材質避免振動。據此可知，整個制冷節流減振的專利改進技術由線性逐步轉變為多元的復合式發展，各主要節流部件（毛細管、膨脹棒、熱力膨脹閥和電子膨脹閥等）主要涉及利用擴管、多孔/微徑、防振部材、消音腔四個方面進行節流減振降噪。

圖3 制冷節流減振的技術改進樹圖

3.2 制冷節流減振的重點研發技術

通過對制冷節流減振的全球專利申請進行分析和梳理，對制冷節流減振技術主要分支進行歸類匯總如下：

由圖4可知按照節流減振部件的不同，可將制冷系統的主要節流減振改進的重要專利技術細分為毛細管（形狀/結構、外設固定件、內增阻尼件）、熱力膨脹閥（傳動桿振動、閥芯振動、高/低壓側通道噪聲、外設遮音罩）、電子膨脹閥（高/低壓側通道整流件、閥芯整流、消音空間）、其他節流件（膨脹棒）（濾網、多孔板、分子篩）、消音器（形狀/結構/性能）。

圖4 制冷節減振的技術主要分支構成

如表1所示制冷系統的主要節流減振中毛細管降噪占制冷節流減振技術申請量的22%，該分支下主要涉及“毛細管形狀（結構）”、“外設固定件”、“內增阻尼件”的方式進行節流減振，其中“毛細管形狀（結構）”包括長度孔徑、變卷曲管、變徑（漸擴）管等，即通過毛細管的結構及防振材質的改進作為毛細管降噪的研發重點。

表1 制冷節流減振的研發改進重點

由于熱力膨脹閥是通過調節彈簧預緊力機械性調節閥桿運動的，節流減振需要解決機械振動噪音的問題，熱力膨脹閥降噪占制冷節流減振技術申請量的23%，該分支下主要涉及抑制“傳動桿振動”、“閥芯振動”、“高/低壓側通道噪聲”以及采用“外設遮音罩”方式進行節流降噪。

電子膨脹閥降噪占制冷節流減振技術申請量的25%，電子膨脹閥包括電動膨脹閥和電磁膨脹閥，其中電動膨脹閥減振細分技術為“閥芯整流”、“高/低壓側通道整流件”、“消音空間”，其中“閥芯整流”如在閥芯處設置冷媒整流筒，即在筒體側壁上設置復數的貫通孔；又如與閥座的卡接件采用多孔質圓錐臺狀件，材質選用非膜狀塑料或發泡金屬；“高/低壓側通道整流件”如在低壓側通道設漸擴的三角錐整流件，高低壓側通道設置多根集束的蜂窩管，“消音空間”如與閥體連通的中空空間產生類似消音器作用；電磁膨脹閥減振細分技術主要在于“高/低壓側通道的整流件”，在高/低壓側通道設置擴徑多孔部材，三角錐，凸形狀或倒“T”形旋轉體，喇叭狀消音器等。

另外，其他節流件（如膨脹棒）降噪占制冷節流減振技術申請量的10%，該分支下主要涉及“濾網”、“多孔板”、“分子篩”，其中“濾網”相關專利量占比%，包括微米級濾芯或多層濾網等作為改進。

消音器減振占制冷節流減振技術申請量的20%，主要涉及消音器內部結構形狀的改進（如多孔阻尼板、隔板濾網、喇叭狀、樹枝狀、多個消音腔）及對消音管形狀的改進(如蛇腹管、管內V形內錐面、粗糙凹槽內管面、波紋管等)，而涉及到減振材質性能改進的專利量只約占消音器申請量的23%（如發泡金屬、微孔材料、防振橡膠、過冷消音、偏心管二次膨脹等）。

各節流部件的節流減振的研發趨勢是根據節流部件的特點，結合消聲原理(如擴容降速，逐級節流降壓原理，小孔噴注，微孔徑，吸音材料增加消音阻尼等)進行復合式設計，如節流降壓與小孔噴注復合；多孔材質與擴容降速復合等。為了提高制冷節流減振效果，實現跨學科間的技術橫向交叉，促進該技術的不斷創新和發展。

4 技術展望

節流部件是整個制冷系統（壓縮機、冷凝器、蒸發器）主要部件中相對最小的，中國相關制冷企業出于成本考慮未投入過多的研發成本，核心降噪技術研究遠遠不及日本。但隨著人們對制冷系統“節能”、“聲音品質”等需求不斷提高，必然會倒逼中國制冷企業加大對制冷系統噪音抑制的研發力度。

在今后的科研中，國內研發可借鑒日本企業相關技術進一步深度挖掘，提高交叉學科的綜合應用能力。通過本文制冷節流減振技術的發展脈絡分析，旨在提高解決制冷節流降噪關鍵技術的供給能力，促進提升中國制造的創新能力和品質。