制冷领域中节流减振的专利技术发展研究

梁 琼

（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心 苏州 215163）

引言

在低温制冷系统领域中，能源消耗及其合理利用一直备受关注，随着人们对制冷电器舒适性要求的不断提高，制冷产品除了具备良好的性能和安全指标之外，噪声控制技术会在相当程度上提高家用制冷电器的舒适性[1]，体现制冷厂家对核心技术的掌握程度。制冷系统通常包含四大主要部件：压缩机、冷凝器、蒸发器和节流元件，学术界以研究节流装置的流量特性和控制方式居多，但对节流减振技术的研究较少，其发展多集中在企业对产品结构的研发改进方面。

1 专利申请技术分布

本文选取中国专利文摘数据库（CNABS）和外文数据库（VEN）作为检索库，笔者结合IPC分类号（F25B41）、FI分类号（F25B41/00&B）与关键词（减震、减振、防振、防震、抑噪、降噪、消音、隔音、防音、隔声等）进行检索，并对重要申请人进行追踪分析。

制冷节流减振的全球专利申请量如图1所示，中国的专利申请量最多，占据全球专利申请技术的47%，其次是日本32%，中国和日本两个国家两者总和约占总数的79%。虽然两个国家的专利量都很大，但其研发的深度以及关注重点却不尽相同，笔者认为，中国专利申请多为实用新型类，技术创新不高，而日本主要是从节流减振机理、结构以及材料和性能等多维度进行技术研发，可见日本在制冷节流技术领域的研发能力和技术实力处于领先位。

2 主要申请人专利分析

由图1可知，中国和日本是制冷节流减振领域的专利申请量位居第一、二位的国家，图2给出了中国和日本在制冷节流减振技术领域中的重要专利申请人对比。

图1 制冷节流减振的全球专利申请量

由图2可以看出，中国的排名前六位申请人分别为海尔、三花、海信、同星、美的和格力；相对应的日本排名前六位申请人分别为大金、三菱、松下、三洋、电装和日立。

图2 制冷节流减振的中国和日本重要申请人排名图

日本企业在节流减振技术领域，从机理、结构、材料和性能等多角度技术要点进行改进和完善。其中该专利重要申请人多为制冷领域的大型企业巨头，比如三菱重工业株式会社（Mitsubishi），大金工业（DAIKIN）株式会社，松下（Panasonic）电器产业株式会社，电装（DENSO）株式会社等。

中国技术发展局限于被动降噪，涉及的相关企业多为未形成研发规模制造小公司，特别是汽车空调业研究较多，但研究多为保守的被动消音为主。从2000年开始，中国制冷相关企业开始对节流部件的降噪技术逐渐关注。中国重要申请人如海尔集团公司、浙江三花股份有限公司、海信集团公司、浙江同星制冷有限公司等，改进技术借鉴很多日本90年代的相关技术成果，申请的专利多为实用新型，独立研发力度不够。

其中三花重点研究制冷系统中应用广泛的电子膨胀阀、电磁阀等，具有日本不二工机、三菱株式会社合资的背景，多体现日本技术的发展脉络。海尔、海信集团则主要关注毛细管、小型消音器在空调等制冷领域的应用。浙江同星制冷有限公司主要研究制冷领域小众的膨胀棒降噪领域。在华专利申请中，节流消音领域中以日本企业的不二工机（FJKK）和德至高（TGK）最多，不二工机和德至高均专注膨胀阀结构性能及材质方面的研发，可见日本企业占领了中国制冷膨胀阀领域的减振技术高地。

3 专利技术发展路线及重点研发技术

3.1 制冷系统节流减振的技术改进树图

根据图3的制冷节流减振的改进技术树图分析，节流部件内部流动降噪具体改进方向包括：①如何改变节流部件的结构形状；②如何与成熟的消音器技术复合；③如何改善节流通道结构；④如何改进节流部件的材质避免振动。据此可知，整个制冷节流减振的专利改进技术由线性逐步转变为多元的复合式发展，各主要节流部件（毛细管、膨胀棒、热力膨胀阀和电子膨胀阀等）主要涉及利用扩管、多孔/微径、防振部材、消音腔四个方面进行节流减振降噪。

图3 制冷节流减振的技术改进树图

3.2 制冷节流减振的重点研发技术

通过对制冷节流减振的全球专利申请进行分析和梳理，对制冷节流减振技术主要分支进行归类汇总如下：

由图4可知按照节流减振部件的不同，可将制冷系统的主要节流减振改进的重要专利技术细分为毛细管（形状/结构、外设固定件、内增阻尼件）、热力膨胀阀（传动杆振动、阀芯振动、高/低压侧通道噪声、外设遮音罩）、电子膨胀阀（高/低压侧通道整流件、阀芯整流、消音空间）、其他节流件（膨胀棒）（滤网、多孔板、分子筛）、消音器（形状/结构/性能）。

图4 制冷节减振的技术主要分支构成

如表1所示制冷系统的主要节流减振中毛细管降噪占制冷节流减振技术申请量的22%，该分支下主要涉及“毛细管形状（结构）”、“外设固定件”、“内增阻尼件”的方式进行节流减振，其中“毛细管形状（结构）”包括长度孔径、变卷曲管、变径（渐扩）管等，即通过毛细管的结构及防振材质的改进作为毛细管降噪的研发重点。

表1 制冷节流减振的研发改进重点

由于热力膨胀阀是通过调节弹簧预紧力机械性调节阀杆运动的，节流减振需要解决机械振动噪音的问题，热力膨胀阀降噪占制冷节流减振技术申请量的23%，该分支下主要涉及抑制“传动杆振动”、“阀芯振动”、“高/低压侧通道噪声”以及采用“外设遮音罩”方式进行节流降噪。

电子膨胀阀降噪占制冷节流减振技术申请量的25%，电子膨胀阀包括电动膨胀阀和电磁膨胀阀，其中电动膨胀阀减振细分技术为“阀芯整流”、“高/低压侧通道整流件”、“消音空间”，其中“阀芯整流”如在阀芯处设置冷媒整流筒，即在筒体侧壁上设置复数的贯通孔；又如与阀座的卡接件采用多孔质圆锥台状件，材质选用非膜状塑料或发泡金属；“高/低压侧通道整流件”如在低压侧通道设渐扩的三角锥整流件，高低压侧通道设置多根集束的蜂窝管，“消音空间”如与阀体连通的中空空间产生类似消音器作用；电磁膨胀阀减振细分技术主要在于“高/低压侧通道的整流件”，在高/低压侧通道设置扩径多孔部材，三角锥，凸形状或倒“T”形旋转体，喇叭状消音器等。

另外，其他节流件（如膨胀棒）降噪占制冷节流减振技术申请量的10%，该分支下主要涉及“滤网”、“多孔板”、“分子筛”，其中“滤网”相关专利量占比%，包括微米级滤芯或多层滤网等作为改进。

消音器减振占制冷节流减振技术申请量的20%，主要涉及消音器内部结构形状的改进（如多孔阻尼板、隔板滤网、喇叭状、树枝状、多个消音腔）及对消音管形状的改进(如蛇腹管、管内V形内锥面、粗糙凹槽内管面、波纹管等)，而涉及到减振材质性能改进的专利量只约占消音器申请量的23%（如发泡金属、微孔材料、防振橡胶、过冷消音、偏心管二次膨胀等）。

各节流部件的节流减振的研发趋势是根据节流部件的特点，结合消声原理(如扩容降速，逐级节流降压原理，小孔喷注，微孔径，吸音材料增加消音阻尼等)进行复合式设计，如节流降压与小孔喷注复合；多孔材质与扩容降速复合等。为了提高制冷节流减振效果，实现跨学科间的技术横向交叉，促进该技术的不断创新和发展。

4 技术展望

节流部件是整个制冷系统（压缩机、冷凝器、蒸发器）主要部件中相对最小的，中国相关制冷企业出于成本考虑未投入过多的研发成本，核心降噪技术研究远远不及日本。但随着人们对制冷系统“节能”、“声音品质”等需求不断提高，必然会倒逼中国制冷企业加大对制冷系统噪音抑制的研发力度。

在今后的科研中，国内研发可借鉴日本企业相关技术进一步深度挖掘，提高交叉学科的综合应用能力。通过本文制冷节流减振技术的发展脉络分析，旨在提高解决制冷节流降噪关键技术的供给能力，促进提升中国制造的创新能力和品质。