楊欣倫

小型往復(fù)式活塞壓縮機(jī)的專利布局與趨勢(shì)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(guó)制冷設(shè)備的專利申請(qǐng)現(xiàn)狀，尤其是針對(duì)小型往復(fù)式活塞壓縮機(jī)的專利申請(qǐng)現(xiàn)狀，以及核心零件的專利申請(qǐng)現(xiàn)狀和發(fā)展方向做了簡(jiǎn)要的分析和研究，為國(guó)內(nèi)壓縮機(jī)制造企業(yè)提高專利信息。

制冷；往復(fù)式壓縮機(jī)；專利申請(qǐng)；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(guó)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(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域和人民生活的各個(gè)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(jī)的制造商主要集中在日本、韓國(guó)、美國(guó)以及歐洲。相比之下，我國(guó)制冷壓縮機(jī)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(zhǎng)遠(yuǎn)利益，使得我國(guó)制冷壓縮機(jī)在研發(fā)方面與發(fā)達(dá)國(guó)家相差較遠(yuǎn)，導(dǎo)致大部分企業(yè)成為國(guó)外產(chǎn)品的代加工工廠，即便是引進(jìn)的技術(shù)也基本上是發(fā)達(dá)國(guó)家落后或摒棄的，很難適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和需求的變化。

隨著國(guó)家政策的鼓勵(lì)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(fèi)者爭(zhēng)相采購的熱點(diǎn)，大部分制冷壓縮機(jī)企業(yè)已經(jīng)開始加大壓縮機(jī)研發(fā)的投入并著手對(duì)壓縮機(jī)新產(chǎn)品進(jìn)行專利的布局，涉及制冷壓縮機(jī)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)更是增長(zhǎng)迅猛，據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，相關(guān)專利申請(qǐng)已經(jīng)超過萬余件[1]。

1 主要內(nèi)容

本文主要針對(duì)目前市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)異常激烈的制冷壓縮機(jī)，尤其是冰箱行業(yè)制冷壓縮機(jī)進(jìn)行分析。制冷和空調(diào)行業(yè)中采用的壓縮機(jī)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(jī)以其低廉的制造成本、體積小等諸多優(yōu)勢(shì)被冰箱制造商們所青睞[2]。

在國(guó)內(nèi)，小型往復(fù)式活塞壓縮機(jī)的主要生產(chǎn)商大致可分為兩類，第一類為跨國(guó)公司在中國(guó)的合資或獨(dú)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(guó)公司在壓縮機(jī)行業(yè)分別處于全球領(lǐng)先的地位，擁有雄厚的技術(shù)實(shí)力和資金優(yōu)勢(shì)，在產(chǎn)品性能、產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性方面均領(lǐng)先于國(guó)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(jī)和珠海凌達(dá)壓縮機(jī)這些中資壓縮機(jī)企業(yè)通過不斷的引進(jìn)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(zhǎng)足的進(jìn)步，近幾年通過追隨世界先進(jìn)的壓縮機(jī)技術(shù)，不斷研發(fā)改進(jìn)自身的產(chǎn)品，使其所生產(chǎn)的壓縮機(jī)能效水平已經(jīng)達(dá)到甚至趕超處于全球領(lǐng)先的壓縮機(jī)企業(yè)，在冰箱行業(yè)占有一席之地[3]。

1.1 制冷壓縮機(jī)技術(shù)的專利申請(qǐng)總量

從專利申請(qǐng)總量方面來看，自1985年中國(guó)實(shí)施專利制度以來，中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局受理的制冷壓縮機(jī)技術(shù)相關(guān)的專利總申請(qǐng)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(jī)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(jī)技術(shù)、渦旋式壓縮機(jī)技術(shù)、螺桿式壓縮機(jī)技術(shù)和離心式壓縮機(jī)技術(shù)等領(lǐng)域，制冷壓縮機(jī)技術(shù)的專利申請(qǐng)總量如圖1所示，申請(qǐng)總量的前十名中中國(guó)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(guó)內(nèi)兩大制冷行業(yè)的龍頭企業(yè)以及韓國(guó)LG集團(tuán)旗下的樂金電子（天津）電器有限公司，從制冷壓縮機(jī)技術(shù)的申請(qǐng)總量來看國(guó)內(nèi)企業(yè)的研發(fā)水平和專利保護(hù)意識(shí)已經(jīng)邁向一個(gè)新的層次。

圖1 制冷壓縮機(jī)技術(shù)的專利申請(qǐng)總量

1.2 核心申請(qǐng)人

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

國(guó)內(nèi)的珠海格力電器股份有限公司和美的集團(tuán)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(shí)間早且研發(fā)投入大、產(chǎn)品種類多、產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)，在國(guó)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(jìng)爭(zhēng)力相對(duì)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(guó)LG集團(tuán)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(jī)、各類家用電器電機(jī)和磁控管。其制冷壓縮機(jī)的研發(fā)和技術(shù)布局大部分是涉及回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)[4]。

日本大金工業(yè)株式會(huì)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(huì)社”，現(xiàn)改名“大金工業(yè)株式會(huì)社”，主要部門為：空調(diào)制冷部門、化學(xué)部門、油機(jī)部門和特種機(jī)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(guó)取得了巨大的銷售成功，同時(shí)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(dá)45%[5]。

從以上幾個(gè)制冷行業(yè)的核心企業(yè)可以看出，在我國(guó)，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(qǐng)量已經(jīng)排在全球前列，在制冷壓縮機(jī)技術(shù)領(lǐng)域中的專利申請(qǐng)類型發(fā)明專利約占56%，實(shí)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(jī)技術(shù)的專利申請(qǐng)類型中發(fā)明專利約占44%，實(shí)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(jī)技術(shù)的核心競(jìng)爭(zhēng)力相對(duì)于整個(gè)制冷行業(yè)還相對(duì)較弱。

1.3 核心技術(shù)的專利申請(qǐng)

目前市場(chǎng)上，冰箱用制冷壓縮機(jī)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(jī)最為傳統(tǒng)且應(yīng)用最為廣泛，而直線式壓縮機(jī)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(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、效率高和能耗低等諸多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)采用直線式結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸的磁懸浮技術(shù)進(jìn)而省去了壓縮機(jī)的潤(rùn)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(chǎng)應(yīng)用廣泛的小型往復(fù)式壓縮機(jī)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要考慮以下幾個(gè)要素：殼體、吸排氣組件、壓縮組件、電機(jī)、潤(rùn)滑系統(tǒng)和消音減震組件，其中壓縮機(jī)的性能提升和可靠性主要由吸排氣組件、壓縮組件和潤(rùn)滑系統(tǒng)所決定，而殼體和消音減震組件能夠?qū)嚎s機(jī)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(qǐng)

曲軸、活塞和連桿共同組成了壓縮機(jī)的壓縮組件，壓縮機(jī)工作時(shí)電動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)再通過連桿將曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成與連桿連接的活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)?；钊谄變?nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。曲軸旋轉(zhuǎn)一周活塞在汽缸內(nèi)往復(fù)一次壓縮機(jī)完成一次工作循環(huán)。一個(gè)工作循環(huán)有膨脹、吸氣、壓縮、排氣四個(gè)過程，電機(jī)帶動(dòng)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(jī)的工作過程可以看出壓縮組件是整個(gè)壓縮機(jī)工作的核心，它的結(jié)構(gòu)和配合直接影響到壓縮機(jī)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(jī)的企業(yè)在中國(guó)申請(qǐng)專利的情況，可以看出專利申請(qǐng)類型上來看外資企業(yè)更注重發(fā)明專利的申請(qǐng)，同時(shí)國(guó)外壓縮機(jī)制造企業(yè)的專利申請(qǐng)和布局均早于國(guó)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(jī)的壓縮組件的專利申請(qǐng)情況

1.3.2 吸排氣組件的專利申請(qǐng)

表2 小型往復(fù)式壓縮機(jī)的吸排氣組件的專利申請(qǐng)情況

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

1.3.3 潤(rùn)滑系統(tǒng)的專利申請(qǐng)

壓縮機(jī)內(nèi)部相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零部件及其傳動(dòng)部件都需要潤(rùn)滑，以減少各運(yùn)動(dòng)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(shí)潤(rùn)滑系統(tǒng)所供給的潤(rùn)滑油在運(yùn)動(dòng)組件相對(duì)間隙較小的位置會(huì)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(rùn)滑油是通過油環(huán)、軸頭齒輪泵、單獨(dú)的齒輪泵或者螺旋提升類的結(jié)構(gòu)完成壓縮機(jī)的供油[6,7]，在國(guó)內(nèi)針對(duì)壓縮機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)的專利申請(qǐng)情況如表3所示。

表3 小型往復(fù)式壓縮機(jī)的潤(rùn)滑系統(tǒng)的專利申請(qǐng)情況

1.3.4 直線式壓縮機(jī)的專利申請(qǐng)

直線式壓縮機(jī)最早被發(fā)達(dá)國(guó)家用于空間技術(shù)中的微型低溫制冷機(jī)，其活塞直接用直線電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使得壓縮機(jī)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(dòng)力方向始終是與其運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)壓縮機(jī)的壽命。另外，該壓縮機(jī)的活塞行程不受驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)限制，可以“自由”移動(dòng)，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(shí)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(jī)的這些優(yōu)點(diǎn)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(jī)以替代傳統(tǒng)的往復(fù)式活塞壓縮機(jī)，以達(dá)到改善壓縮機(jī)的性能、大幅度提高壓縮機(jī)的效率以及節(jié)約能源的目的。

在國(guó)內(nèi)，直線式壓縮機(jī)最先進(jìn)行專利布局的是LG電子株式會(huì)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(jī)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(jī)的專利和產(chǎn)品研發(fā)。從國(guó)內(nèi)的申請(qǐng)量來看直線式壓縮機(jī)的專利數(shù)量并不大且申請(qǐng)時(shí)間較晚，具有較大的發(fā)展和提升空間，直線式壓縮機(jī)作為新型的制冷壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)以其性能上的優(yōu)勢(shì)必將會(huì)成為冰箱壓縮機(jī)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

2 結(jié)語

（1）國(guó)內(nèi)申請(qǐng)?zhí)攸c(diǎn)

從上述的專利總申請(qǐng)量和各核心組件的申請(qǐng)表為依據(jù)，可以看出國(guó)內(nèi)制冷壓縮機(jī)技術(shù)的申請(qǐng)人的分布廣，但冰箱用小型往復(fù)式壓縮機(jī)的專利企業(yè)分布卻相對(duì)集中，這種申請(qǐng)人集中的情況有利于集中技術(shù)和資金占領(lǐng)市場(chǎng)，但不利于小型往復(fù)式壓縮機(jī)的技術(shù)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，相對(duì)于國(guó)外企業(yè)而言，國(guó)內(nèi)企業(yè)申請(qǐng)的發(fā)明專利占比較小，且專利布局相對(duì)較晚。

（2）國(guó)內(nèi)申請(qǐng)?zhí)攸c(diǎn)重視輔助技術(shù)和新技術(shù)的布局

壓縮機(jī)核心組件的專利布局逐漸展開的同時(shí)，還要在制冷壓縮機(jī)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(duì)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(xiàn)也會(huì)逐漸被放大，會(huì)很大程度地影響顧客的使用體驗(yàn)和產(chǎn)品銷量，比如國(guó)外企業(yè)在直線式壓縮機(jī)上的專利布局和研發(fā)，采用直線式壓縮機(jī)技術(shù)既能提高壓縮機(jī)的工作效率又能減少工作噪音，國(guó)內(nèi)企業(yè)也可從性能更優(yōu)越的直線式壓縮機(jī)進(jìn)行專利布局和技術(shù)研發(fā)，也可從研發(fā)新的壓縮機(jī)技術(shù)入手提前做好研發(fā)規(guī)劃和專利布局。

（3）緊跟國(guó)家政策

目前，我國(guó)已經(jīng)成為制冷設(shè)備的生產(chǎn)大國(guó)，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(chǎng)的前列。占據(jù)全球市場(chǎng)的有利位置，無疑是推動(dòng)國(guó)內(nèi)制冷與空調(diào)用壓縮機(jī)行業(yè)的研究與發(fā)展的動(dòng)力，同時(shí)在國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的大力推動(dòng)和引導(dǎo)下，國(guó)內(nèi)企業(yè)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)意識(shí)逐漸增強(qiáng)，專利申請(qǐng)量和研發(fā)投入逐漸增多，國(guó)內(nèi)專利的申請(qǐng)質(zhì)量也在大幅提高，實(shí)現(xiàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化和專利化，全面提升中國(guó)企業(yè)在制冷行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)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