空调压缩机领域的技术综述及专利审查中检索效率的提高

李文龙 国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心实用新型审查部 100081马富东 国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心机械发明审查部加工机械室 300304



空调压缩机领域的技术综述及专利审查中检索效率的提高

李文龙 国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心实用新型审查部 100081
马富东 国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心机械发明审查部加工机械室 300304

【文章摘要】

本文以深入了解空调压缩机技术领域、发展特点以及提高该领域审查和检索效率为出发点，首先介绍了空调压缩机的技术发展历程，然后重点分析了空调领域涡旋式压缩机的检索策略，最后由实用新型的实际审查案例入手，对本文分析和例举的领域技术特点及常用检索策略进行了实践和探索，证明了相应的检索策略对于缩小检索范围，提高检索效率方面能够起到一定作用。

【关键词】

空调；压缩机；涡旋；型线；润滑；变频

0 前言

空调技术是专利审查中专业性较强的技术领域。随着空调压缩机技术的不断发展，产品的更新换代也越来越快，从大家所熟知的第一代产品往复式压缩机到第二代的回转式压缩机以及目前在技术上领先世界的第三代产品涡轮式压缩机，空调压缩机技术已经成为空调领域业界重点探索和研究的前沿热点。近些年来有关空调压缩机技术的专利申请和审批数量与日俱增，由于空调压缩机的种类繁多，技术内容复杂，给审查员在检索过程中带来了一定的难度。特别是实用新型的审查中，往往要求审查员快速掌握申请的技术领域，技术特点及发明关键技术点所在，压缩机技术的复杂性更为新型审查中的新颖性检索和审查带来了困难。为了提高审查质量和效率，避免花费长时间没有针对性的检索，在技术综述的基础上，本文在第二部分以空调压缩机的第三代产品涡轮式压缩机为例，重点分析并列举了此项技术内容的一些重要的发明创新点，找出其中的关键词以及相应的分类号，形成一种“稳、准、快”的快速有效的特定领域的检索策略。

1 空调技术领域的发展概述及技术分类

1.1一代产品

第一代压缩机的代表产品往复压缩机，往复压缩机主要由3大部分组成:运动机构(包括曲轴、轴承、连杆、十字头、皮带轮或联轴器等),工作机构(包括气缸、活塞、气阀等),压缩机还配有3个辅助系统:润滑系统、冷却系统以及调节系统。往复式制冷压缩机在我国具有相当悠久的发展历史,也是行业最早进行自主研发的产品之一,相对于其他类别的产品,我国往复式制冷压缩机的技术也相对较为成熟[5],[6]。

但是往复式压缩机存在诸多缺点，例如，其运动部件多,结构复杂,检修工作量大,维修费用高,对厂房的要求高,活塞环的磨损、气缸的磨损、皮带的传动方式使效率下降很快等等。正是基于上述缺点,往复压缩机正逐步被其它产品所替代。现在市场上往复式压缩机主要生产商有：KK、大金、华意、黄石东贝、美芝等。

1.2二代产品

第二代压缩机的代表产品回转压缩机，螺杆式压缩机就是典型的回转式压缩机，20世纪60年代前,螺杆式制冷压缩机由于设计和制造水平的限制,发展异常缓慢。60年代后,随着科技的不断进步,螺杆喷油技术、非对称转子型线等的出现,螺杆式制冷压缩机的效率有了很大提高,也促进了该产品的发展。我国对螺杆式制冷压缩机的试制起于20世纪60年代末,由于受当时的技术与加工工艺的限制,试制的机组未能达到实际应用要求而停止了研制工作[4]。20世纪70年代末期,我国自行开发生产了螺杆式制冷压缩机,但产品整体水平与国外先进水平相比差距很大,如轴寿命短、轴封泄漏严重、能量调节不到位等问题影响了国内螺杆式制冷压缩机的发展。据协会统计,1988—2007年螺杆式制冷压缩机的专利申请总量约为268件,1988—2000年的13年间,该产品的专利申请累计40件, 从2001年起,螺杆式制冷压缩机在我国开始迅速发展,2007年的专利申请量为65件,是2000年的近10倍。增长趋势显示出,国内螺杆式制冷压缩机的发展尽管起步相对较晚,但其发展势态良好，但螺杆式压缩机也存在诸多缺点，如噪声较大，机器有形状不规则的、长度较大的密封边缘，一般只能靠较高的制造精度来保证密封，因而所能达到的压力受密封效果的限制,多级串联回转压缩机排气压力不超过4.2兆帕[6]。

1.3三代产品

第三代产品涡旋式压缩机，涡轮压缩机最早诞生于1905年，由法国工程师 Leon Creux 发明的，70年代开始，由于能源危机的加剧和高精度数控铣床的出现，为涡旋机械的发展带来了机遇。1973年美国A.D.L公司首次提出了涡旋氮气压缩机的研究报告，并证明了涡旋压缩机所具有其他压缩机无法比拟的优点，从而涡旋压缩机的大规模的工程开发和研制走上了迅速发展的道路。1982年，日本三电公司拉开了汽车空调涡旋式压缩机批量生产的序幕，其后日立公司、三菱电气、大金、松下、美国的特灵公司也开始了涡旋压缩机的批量生产，而美国的科普兰公司于1987年开始建立第一条涡旋压缩机生产线，到1994年累计生产涡旋压缩机300万台。作为第三代压缩机的代表产品，相对于其他类型的制冷压缩机,涡旋式制冷压缩机在我国起步较晚。从1994年起，国外的3家日资品牌及1家美资品牌相继进驻我国,经过几年的发展及市场超前培育,至2000年国内产品的产量已达200万台,目前国内的市场容量在230万台左右，基本被外资品牌所控制。涡旋式制冷压缩机的技术水平相对较高,国外（尤其是美国）该类型压缩机在技术上占据较大的优势，专利申请的各种数据也显示国内在涡旋式制冷压缩机技术方面还与国外有着较大差距。涡旋压缩机作为第三代压缩机的代表产品,是因为它有诸多优点: 采用气体支撑机构，允许带液压缩，一旦压力过高，动盘与静盘端面脱离，压力立即释放；无往复运动机构,结构简单,可靠性高,振动小,平衡性高,噪声低,效率高等，因此,倍受国内外科研机构的重视,被称为全新一代压缩机。

此外,值得一提的是,涡旋式制冷压缩机总体申请量在几种类型压缩机中是最大的，总体申请量达到1500多件[1],[2]，这说明压缩机的高端技术是目前专利申请的重点；因此值得被作为提高检索效率的重点领域来研究；要想获得较为准确的检索要素，需要对于涡旋压缩机的技术特点进行了解[6]。

涡旋压缩机主要零件包括固定涡盘、旋转涡盘、支架、偏心轴及防自转机构。涡旋压缩机主要由两个涡旋盘相错180°对置而成，其中一个是固定涡旋盘，而另一个是旋转涡旋盘，他们在几条直线（在横截面上则是几个点）上接触并形成一系列月牙形容积。其压缩过程主要是通过容积的变化来实现的，而容积的大小则取决于动、静盘的型线，所以型线设计一直是涡旋压缩机设计的一个最基本、也是较为重要的问题。涡旋压缩机的不少改进，都围绕着型线进行[3]。

2 涡旋压缩机领域检索要素的分析与提取

如前所述，作为最新一代技术，涡旋压缩机具有一系列特点，因此，它受到了国内外科技界的广泛重视，也越来越成为研究的重点，专利申请量也逐年递增，以下将涡旋空调压缩机作为审查与检索时的分析重点。

2.1涡旋压缩机的关键词提取与分析

在空调压缩机的研发中，降低涡旋压缩机的加工成本,主要是涡旋盘的加工。即寻找具有良好性能的型线,涡旋压缩机的设计研究建立在提高涡旋压缩机整机特性基础上对表征涡旋型线本质特征的涡旋型线的形函数本身-通用涡旋型线进行多学科协同优化设计研究。

克什米尔蓝宝石被誉为蓝宝石中的极品。克什米尔蓝宝石的颜色通常称为矢车菊蓝，是指一种不含其它色调的中等深度的鲜艳的纯蓝色。此外，克什米尔蓝宝石还由于含有微小的尘状的内含物对光线散射形成象绒布般的光泽（也称为天鹅绒效应）。

基于涡旋压缩机的工作原理，其能够正常工作的条件就是动涡盘与静涡盘在压缩腔内能够正确啮合。而基于涡旋体直壁等高的形状特性，在几何计算时完全可以仅讨论其投影的涡线，即把空间啮合问题转化为平面啮合问题，其有关转换的研究主要表现为型线的申请，专利申请状况也主要集中于有关单一涡旋型线研究和通用涡旋型线的研究，但是最近几年来型线研究趋向于通用涡旋型线方向发展，且专利申请量也呈逐年递增的趋势。因此综合考虑空调的基本领域以及上述特点，可以确定最为常用的一组检索关键词：“空调 and 压缩机 and 涡旋 and 型线”。

进一步地，涡旋型线的改进，是涡旋压缩机经常改进的领域。目前，单一涡旋型线设计理论的研究，常见的涡旋型线有基圆渐开线、正多边形渐开线、线段渐开线、半圆渐开线、阿基米德螺旋线、代数螺旋线、变径基圆渐开线、包络型线、以及通用型线等。由于圆的渐开线容易加工，并且该型线的压缩机有良好的工作性能，所以，目前应用的涡旋型线主要以圆渐开线为主,而对于涡旋型线的优化研究也集中于单一的特定型线参数优化，确定基圆半径、起始角、涡线圈数、涡线壁厚、涡线节距、涡盘半径等设计参数及其优化方法。目前组合型线是在同一涡圈上采用多段不同类型的型线连接为光滑型线,以发挥不同型线的优势,这种型线不但可兼顾吸气、压缩、排气全过程,而且还具有一些突出特点,它是修正型线的拓展。据此，可以得到另一组关于涡旋型线改进的检索关键词：“空调 and 压缩机and 涡旋 and 型线 and （渐开线 nor螺旋线）”。

第三，由于变频涡旋压缩机是在定速涡旋压缩机的基础上开发而成的，所以其具有与结构相对应的涡旋压缩机所固有的优点以及变频调速的优点。其具有降低了对电网的冲击、降低涡旋压缩机的能耗, ,提高了工作效率和寿命等特点，由此，也可确定与变频有关的关键词：“空调 and 压缩机 and 涡旋 and 变频”。

针对第一部分的技术特点，以及上述关键词提取的分析过程，我们还能够确定出相应检索和审查时较有针对性的IPC分类号体系：

以下，把Excel表里有用的数据融合到一个表里，并且考虑如何结合关键词和分类号选取合适的检索策略。

表1　检索信息表

3 实际案例分析

申请号：2013204642130

名称：涡旋式压缩机

技术方案：一种涡旋式压缩机，其特征在于：包括动涡旋盘和静涡旋盘，所述动涡旋盘包括从所述动涡旋盘盘面垂直隆起的动涡旋线齿，所述静涡旋盘包括从所述静涡旋盘盘面垂直隆起的静涡旋线齿，所述动涡旋盘和所述静涡旋盘通过所述动涡旋线齿和所述静涡旋线齿以180°至185°的相位差相互啮合装配。根据技术方案，审查员以一般关键词进行检索时，检到中文文献1953篇；不利于阅读。

通过以本文为工具，可以定位本申请的发明关键属于第三代压缩机技术，首先选用出关键词为：空调 AND 涡旋 AND 压缩机，再根据技术方案的发明点可以判定，本申请的发明点在于涡旋盘的设计，由本文第二部分可以得知，此为渐开线的技术类别，故加入关键词“渐开线”，依据表1可以得到，本申请的分类号可以归入F04C18/02，利用上述条件综合检索(F04C18/02 AND 空调 AND 涡旋AND 压缩机)，得到相关文件为49篇，并找到申请号为200910190229的发明专利申请影响本申请的新颖性。

案例二：

申请号：2011200756256

名称：涡旋式压缩机

技术方案：1. 一种涡旋式压缩机，包括涡旋静盘（1）和涡旋动盘（2），其特征在于：所述涡旋动盘（2）的渐开线端面上设有润滑层（6）。

2. 根据权利要求1所述的涡旋式压缩机，其特征在于：所述涡旋动盘（2）的渐开线端面上设有凹槽（2.1），所述润滑层（6）的底部嵌入在凹槽（2.1）内。

根据技术方案，审查员正常检索时，输入关键词“涡旋 AND 压缩机 AND 润滑”检到中文文献533篇；不利于阅读。通过以本文为工具，可以定位本申请的发明关键属于第三代压缩机技术，首先选用出关键词为： 涡旋 AND 压缩机，在根据技术方案的发明点可以判定，本申请的发明点在于压缩机的润滑技术的改进，由本文权利要求书可以得知，其是在渐开线端面上设有润滑层，故加入关键词“渐开线”，对比上表可以得到，本申请的分类号可以归入F04C29/02，利用上述条件综合检索F04C29/02 AND 涡旋 AND 压缩机AND 润滑 AND 渐开线，得到相关文件为9篇，并找到申请号为200510013798的专利申请，其公开了与本申请相同的技术方案。

【参考文献】

[1]刘晓红等，国内外制冷空调行业市场分析[J], 《制冷与空调》，2009,9（3）：1-7.

[2]刘晓红，中国制冷空调行业二十年发展情况分析[J], 《制冷与空调》，2010,10（1）：4-9.

[3]李连生，涡旋压缩机[M],北京：机械工业出版社，1998.

[4]刘利芝，汽车空调压缩机现状及展望[J],《制冷》，2003,22（1）：31-34.

[5]周子成.我国空调压缩机制造业的现状和发展方向[J],《制冷与空调》，2004,4 （4）：1-7.

[6]张贤明等，空调制冷压缩机技术发展研究及其展望[J],《压缩机技术》，2009,218：58-60.

备注：本文第二作者贡献等同于第一作者。