制冷剂压缩机技术专利分析

翟丽娜，杨 爽

(国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏 苏州 215000)

1 引言

全球环境问题日益突出，我国作为《巴黎协定》的缔约方在环境保护上作出了很大的贡献。而且在如今工作和生活中，人们已越来越依赖空调，空调的使用会不断消耗能源，因此，需要通过提升空调的性能来节约能源。压缩机和制冷剂为空调的核心部件，且制冷剂会影响压缩机的功耗，从而构成空调系统能耗的主要部分[1]，关系着空调系统的节能、环保和稳定方面的要求。众所周知，氟利昂是空调制冷剂压缩机中的常见的制冷剂，但是其排放到大气中会产生温室效应，从而破坏环境，找到更加环保节能的替代方案是空调制冷系统技术发展的最大挑战和难点[2]。

氟利昂制冷剂大致分为4类[3]：氯氟烃类，简称CFC；氢氯氟烃类，简称HCFC；氢氟烃类，简称HFC和混合制冷剂。压缩机类型方面，旋转式压缩机、涡旋式压缩机、螺杆式压缩机、滑片式压缩机、往复式压缩机、斜盘式压缩机均是容积变化的压缩机，容积变化的压缩机通过气缸内工作容积变化压缩气体从而实现气体压力的提高。且我国在替代制冷剂领域需要打破国外企业的专利壁垒，寻找到突破点，才能推动我国企业的发展。压缩机类型多样化，以及采用的替代制冷剂的多样化，导致出现不同的技术问题。制冷剂压缩机，前景十分广阔，日益受到各国的重视，但是对其研究工作还远远不够，还需要加大研发力度以及规划专利布局[4]，因此，本文将重点针对制冷剂压缩机进行分析。

2 国内外制冷剂压缩机专利申请对比

图1显示了国内外制冷剂压缩机专利申请对比，在2005年以前，中国专利量较少，一方面和中国专利制度建立的时间有关，另一方面，虽然中国的制冷压缩机起步不晚，但是中国的制冷剂压缩机主要采用结构简单的旋转式压缩机，并采用氯氟烃类的氟利昂制冷剂，发展缓慢。从2005年以后，国内专利申请大体上整个增长趋势是与国际增长趋势保持一致的，并在2010年之后得到迅猛发展，得益于我国在新的战略规划中，重点强调了制冷设备安全稳定运行和节能环保[5]，在制冷压缩机方面投入的资金在整个制冷设备投资中占有的比重也愈来愈多，在不断的努力探索中，取得了多项研究成果，也表明我国在环境保护领域的重视和远见。

图1 国内外制冷剂压缩机专利申请对比

3 国内外专利申请分布

图2显示了国内外专利申请量分布情况，制冷剂压缩机的专利申请主要集中在中国、日本等国家和地区，其中日本拥有专利申请数量最多，达到全球总量的55%，之后是中国，其专利申请量分别为总量的37%，其他国家的专利申请量为总量的8%。上述格局产生的主要原因在于日本素来在压缩机领域的技术比较先进，专利申请也占据首要位置，这与日本拥有很多实力很强的企业，在该领域的竞争实力较强，是分不开的。另外，日本在其他国家建立多个企业且注重专利保护制度，日本有很大一部分的专利申请都进入其他国家以获得技术占先和保护，以加大保护力度。而中国人口众多，工业发展迅猛，对制冷设备的需求高，从中国的专利申请量也能可见一斑，因此，需要对制冷设备的心脏-制冷压缩机进行加大力度的研发。需求促进发展，制冷压缩机越来越多的应用于车辆、热泵等各个行业的制冷设备，中国对于制冷剂压缩机的需求促进了中国各大企业和单位花费大量精力、人力、物力对此进行全面研究，由于制冷压缩机对电力和环境等方面的压力，制冷压缩机的节能性和环保性得到越来越多的关注，其效率和安全性也越发重要，国家对制冷压缩机的研究也给予较多的支持[6]，从而制冷压缩机在中国也得到了了大力的关注和发展，从而其专利申请量也就顺势而上，在全球占据重要位置。另外，我国也逐渐关注公司发展战略、掌握核心技术、提高整体竞争力的需求，不再依靠国外进口制冷剂压缩机，提高了对家用制冷设备的核心技术研究，加大了专利保护机制的关注。

图2 专利申请国申请量分布

4 制冷剂压缩机技术企业专利布局研究

制冷剂压缩机是对制冷剂进行压缩从而进行制冷效果，其采用的制冷剂多种多样，大致可分为六类：氢氯氟烃类(HCFC)，氢氟烃类制冷剂(HFC)，氢氟烯烃(HFO)，天然制冷剂，混合制冷剂，新型制冷剂，其中，新型制冷剂主要是CF31制冷剂，CO2制冷剂是天然制冷剂压缩机的研究重点[7]，在此处不进行分析。不同的企业在不同的制冷剂以及根据使用的制冷剂不同研究的压缩机类型也不同，其关注的问题点也不同。

图3显示的是制冷剂技术分支申请分布，从中可知，该技术的核心技术主要集中在日本的有竞争实力的企业公司，这些企业公司不仅在HFC方面申请占先，而且在其余方面也涉及广泛。中国的美的有实力跻身前列，其申请量较多，且涉及的方面较多，但是其与松下、日立、三菱相比，还是具有一定的差距。日本在很早就已经开始认识到制冷剂的重要性，并且不断布局战略规划，其市场占先和保护的覆盖区越来越大，日本已成为世界上最大规模的制冷剂压缩机的制造和服务的国家。日本的制冷剂压缩机发展主要是按照国际统一的标准进行研发，并掌握了关键技术，且各企业之间进行专利技术的竞争和合作，以保障制冷剂压缩机的安全和节能，为了促进制冷剂压缩机的发展，日本政府也釆取了许多重要措施，总之是日本全国上下都比较重视制冷剂压缩机技术的研究开发。

图3 制冷剂技术分支申请分布

图4表示压缩机类型技术分支的申请分布，从图中可以看出，这一技术几乎被日本包揽，主要是由于日本企业和政府比较重视制冷剂压缩机各项关键技术的研究，日本企业拥有多项相关专利技术，都十分重视创新，并且重视国外市场的专利布局。而中国的发展则比较集中，核心专利主要集中在个别大企业，有竞争实力的企业公司还比较少。

图4 压缩机类型技术分支的申请分布

图5表示压缩机类型技术分支的申请分布，从图中可以看出，这一技术依然是日本处于领军位置，主要是由于日本企业和政府比较重视制冷剂压缩机各项关键技术的研究，日本企业拥有多项相关专利技术，都十分重视创新，并且重视国外市场的专利布局。而中国的发展则比较集中，核心专利主要集中在个别大企业，有竞争实力的企业公司还比较少。

图5 技术问题技术分支的申请分布

5 制冷剂压缩机重要技术分支发展

早在1983年左右，国外就开始了对新制冷剂的研制，并从节能和环保的要求上，以及与润滑油和压缩机的适配性上不断发展，由HCFC经历了过渡制冷剂HFC，再到HFO制冷剂和天然制冷剂。其具体的发展脉络图如图6所示[8]。

图6 制冷剂技术分支的发展脉络

从该图中可以发现最早的专利出现于早在19世纪80年代初期，在瑞典就首次出现了将HCFC制冷剂应用于螺杆压缩机的专利申请SE8305827A；之后为JPH05164073A是日本东芝于1991年申请的专利，其公开了一种压缩机，压缩机包括使用R134a或R12作为制冷剂的旋转活塞压缩机机构；JPH0821387A是日本松下于1994年申请的专利，其公开了一种压缩机，该压缩机为旋转式压缩机，采用替代R22的HFC制冷剂；JP2000161222A是日本松下于1998年申请的专利，其公开了一种压缩机，通过在使用HFC和HCFC制冷剂的旋转式压缩机中；JP2000097171A是日本日立于1998年申请的专利，其公开了一种涡旋式压缩机，该压缩机使用高工作压力的R410A之类的制冷剂或R290和R600a之类的易燃性制冷剂代替R22。US2015040608A1是韩国三星于2013年的专利申请，其公开了一种旋转式压缩机，其中该压缩机具有改进的结构以降低压缩机的排出温度；WO2020050020是日本日立于2020年的专利申请，其公开了一种涡旋式压缩机，涡旋式压缩机的主轴承和副轴承可枢转地支撑曲轴。

6 结语

通过上述分析可知，作为压缩机中的重要组成部分制冷剂处于不断改进和发展的状态。由于环境的不断变化，以及全球变暖的趋势。虽然日本等国家在制冷剂压缩机领域起步较早，但其应用范围较窄，导致其研发投入较少，同时伴随着我国科技的不断进步和发展以及市场需求的增长，出现了很多国际知名的空调企业。但是，随着我们走向全球，需要不断提高创新水平、增强市场竞争力，保持我国在该领域的领先地位，并有效规避专利纠纷和经营风险。