空调器除霜专利技术综述

田小红 唐甜

摘要：随着国民经济的不断发展和人们生活水平的不断提高，人们越来越关注居住条件的舒适性，空调被广泛应用于对温、湿度进行调控。然而，空调器在环境温度较低时，蒸发器表面容易结霜，霜层的积累导致换热量下降，风阻增大，以致机组的性能下降甚至无法工作。为了维持机组继续稳定运行，必须进行除霜。本文从专利的角度出发，分析了空调器专利的申请的申请人、国家、年代分布情况以及技术演进历史，有助于该技术的推广应用及改进。

关键词：空调;除霜;专利

中图分类号：TH43文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）27-0053-03

Abstract： With the development of the GDP and the living standard，people are increasingly concerned about the comfort of living conditions， air-conditioning technology are widely used to control the temperature and humidity. However， the surface of the evaporator is susceptible to frost formation at low ambient temperature. As a result， the frost layer leads to decrease in the heat transfer and an increase in wind resistance， even make it fail to work. In order to maintain working， defrosting must be performed. In this paper， the development， global distribution and the application of the patent about air-conditioning defrosting technology are reviewed， which facilitates the application and promotion of the technology.

Key words： air-conditioning;defrost;patent

1 引言

空调器是一种消耗部分高位能使热量从低位热源流向高位热源的[1]节能环保的供暖供冷设备。空调器在环境温度低时会遇到一个很严峻的问题：蒸发器表面温度低于了0℃时，冷表面就会结霜，结霜现象大大限制了热空调器的应用范围。在结霜工况下运行时，随着霜层的厚度不断增加，并逐渐覆盖整个蒸发器，使霜层导热热阻不断增加，严重破坏了空气与制冷剂之间的换热，使蒸发器的换热量大大减少。与此同时，霜层的增加加大了空气流过翅片管蒸发器的阻力，降低了空气流量，导致风机性能衰减，恶化换热效果。这种现象的恶性发展，还会导致机组的性能下降，工况恶化，制热量也将下降甚至使热泵空调器不能正常工作。因此，为了维持机组继续稳定运行，必须进行除霜操作[2]。

本文以采用空调器除霜的专利申请作为研究对象，重点分析全球及中国范围内关于空调器除霜技术的申请量、技术来源、技术发展状况等信息。

2 空调除霜专利技术的发展状况

2.1 专利技术发展演进

如图1所示，涉及空调器除霜技术20世纪60年代开始发展。就结霜检测领域，早期较多采用温度、风压等进行简单的定性判断。后期随着检测技术的提升，逐步出现了通过光强、角度等对结霜情况进行相对较为准确的判断。在2000开始，为了进一步准确判断结霜量，逐步出现了通过多个参数进行霜层厚度计算的方式。由于除霜过程影响空调器正常工作，降低效率，因此对于如何预防、延缓结霜以降低除霜频率的研究也大幅出现。早期主要为通过加热和对系统器件的控制方式以缓解结霜。随着材料技术的发展，通过涂覆涂层、改变换热器表面结构等依赖于材料技术发展的相关手段也逐步出现。同时，随着变频技术的发展，通过变频的方式以延缓结霜也属于重要技术手段之一。上述方式能够在一定程度上减缓结霜，但通常难以实现不结霜，尤其在寒冷、潮湿的恶劣环境下工作时，结霜通常难以避免。因此，结霜后如何进行除霜，一直以来均是该领域最关键的核心问题。众所周知，加热能够使得霜层融化，因此，加热除霜为最常见的除霜方式。在20世纪七八十年代，大多采用单一的除霜方式，如逆循环、旁通、电加热等，其各具优缺点。为了根据具体条件采用适当的除霜方式，多除霜方式组合的技术于20世纪90年代起开始浮出水面，如根据具体运行情况采用逆向以及旁通除霜的切换，以更好地满足除霜需求。而停机、机械、化学等除霜方式，也在随着机械装置、材料的发展逐步演进。在20世纪七八十年代属于空调器除霜研究的早期阶段，因此较多关注于除霜本身的研究。在20世纪90年代，各企业以及研究机构开始关注除霜过程的精确控制以及完善，因此，除霜过程优化相关专利申请，如最佳除霜时间、除霜过程中压缩机、风机的控制等技术开始涌现。

2.2 全球申请量年度分布

根据图2所示，在全球范围内，关于空调器除霜的专利申请最早于20世纪70年代开始出现，申请量总体呈上升趋势。而中国相关申请出现较晚，20世纪90年代才开始出现。无论是全球申请量，或是中国申请量，早期的增长都相对缓慢。到2000年开始，空調器除霜的专利申请开始出现大幅增长，且大体保持上涨趋势。

如图2可见，较早期就已出现了有关空调器除霜的专利申请，然而，其相关申请量直到2000年才开始飞速增长，其原因可能在于两个方面：一方面是对于空调领域的研究，早期可能更为注重的是如何提高空调舒适度，满足用户需求，或者提高空调使用的经济性。而对于除霜的准确控制以及除霜过程的优化关注较少。直到2000年左右，才开始逐步加大对除霜技术的研发。其次，我国于2001年底正式加入WTO，国内空调品牌逐步进入国际市场并发展壮大。随着企业的发展，为了加强对国际市场的占领以及对先进技术的掌握，中国企业在2000年后开始逐渐重视专利保护，相关专利申请快速增加，由此也推动了全球申请量的飞跃。

2.3 申请来源国分布

截至2017年4月30日，空调器除霜技术领域的主要申请来源为中国，其占总量的54.55%，其次为日本，占总量约30%。由此分析可知，虽然中国在该领域的研发起步相对较晚，但发展迅速。国家积极鼓励专利申请，大力宣传知识产权的重要性，企业对知识产权保护意识较强，对专利申请重视程度高。因此，中国的申请量大幅领先。而空调领域技术，日本一直以来处于领先地位，具有大量空调领域的核心企业，如三菱、大金、松下等，且其专利申请起步时期早，因此申请量也具大幅占比。

3 结语

本文对空调除霜技术的相关专利进行了分析、统计，着重阐述了该领域的技术发展演进、全球申请量年度分布等相关专利技术信息。可以看出该技术首先在美国、日本兴起，然后主要由日本进一步发展，中国虽然起步较晚，但自2000以后，国内企业、高校加大了对该领域相关技术的研究发展，空调除霜的技术也逐渐成熟，同时在国际相关技术方面具有一定的影响力。

参考文献：

[1] 陆亚俊，马最良，姚杨.空调工程中的制冷技术[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，1997：217-218.

[2] 杨宾，R41OA热泵空调器结霜/除霜特性的数值模拟与实验研究[D].天津：天津商业大学，2007：1-2.