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空调消声器专利技术分析

发表日期:2020/9/16 9:49:58 来源:《制冷与空调》 评论 总点击量:

空调系统的出现,改善了人们的生活环境,但同时也带来了一些不利影响,其中就包括噪声问题。室外机的噪声主要来自于风机系统和压缩机系统,而室内机的噪声来源主要是制冷剂的流动。对于分体式空调,其室外机噪声较大而室内机噪声相对较小,由于内外机通过管道相连,常常会有室外侧噪声通过连接管道传递到室内侧的情况,对于传递的气流噪声,主要的解决措施就是在管路上加装消声器,对于中央空调,风道中的噪声也会通过加装消音器来降低。

消声器主要分为阻性消声器、抗性消声器和阻抗复合式消声器,其中阻性消声器是利用消音材料吸收管道中的声能,对高频噪声的消音效果较好。抗性消声器是通过改变消声器的结构,利用形状、尺寸的变化使得声波发生反射或干涉从而消减噪声的,抗性消声器的主要型式包括:扩张室式、共振腔式、干涉式,对中低频率的噪声的消音效果较好。阻抗复合式消声器则是将阻性和抗性结构结合,使得对高、中、低频的噪声均产生良好的消音效果。

1  数据来源

本文选择在中文文摘库CNABS和外文文摘库VEN中对空调中的消声器领域的专利申请进行统计分析和研究。截至2019年2月,经过分类号和关键词组合检索与去重,最终确定涉及空调消声器的全球专利申请802件,其中,国内申请560件,国外申请242件。

2  技术分解表

对于空调消声器专利技术中所涉及的技术进行分解后,可以得到如表1中的技术分解表,括号中为与之相关的专利数量。

表1  技术分解及定义

3  全球申请量变化

图1展示了空调消声器全球和国内申请量的年度分布。空调消声器的发展与空调的发展是分不开的。虽然有关空调的专利“空气处理装置”在1906年就出现了,但是由于经济大萧条和第二次世界大战,20世纪50年代后的经济起飞才带来了家用空调的真正发展,随之在上世纪60年代末开始出现了对空调消声器领域的研究。从20世纪60年代末到90年代中期,全球对空调消声器的研究较少。直到90年代开始,全球对空调消声器的研究开始进入逐步增长阶段,这很大程度是由于中国的相关专利申请量增长迅速。由于空调设备设计和制造技术在上世纪90年代被转让到中国,进口空调在国内一统天下的局面被打破,中国空调领域开始进入缓慢增长阶段,与此同时,对空调消声器的研究与专利保护也开始逐步开展。从2008年开始,变频空调逐步开始普及,用户开始更加注重空调的节能以及静音效果。因此,在此之后,针对空调消声器的研究进入到快速增长阶段。


图1  申请量年度分布

从图1还可以看出,虽然我国对于空调消声器的发展研究起步较晚,但是发展势头强劲,在过去十几年时间内申请量不断攀升,在空调消声器领域进行了较为严密的专利布局。

4  主要申请人分析

在主要的国外申请人中,申请量较大的LG电子公司和IAC公司分别是韩国家用电器制造商和美国噪声处理企业(图2)。LG电子公司还通过国内合资公司乐金电子(天津)电器有限公司针对空调消声器在国内进行了专利布局,展示出了LG公司对中国空调市场的野心。


图2  主要国外申请人

从图3中国内主要申请人申请的发明专利和实用新型专利数量上看,虽然美的公司在专利总数上占据优势,但是其中更具分量的发明专利数量较少,并且从图4显示仅有的5个发明专利中,得到授权的仅有一件。对于美的和格力实用新型专利数量布局较多,可能是由于公司为了产品升级换代而做出的快速专利布局,实用新型专利的申请周期远远短于发明专利。此外,韩国LG公司在中国的合资公司乐金电子具有较强的研发实力,申请的全部为发明专利,且授权3件。这些专利大部分具有外国优先权,这又一次表明了LG公司开始转向中国空调市场。


图3  主要国内申请人及其专利申请类型

从图4中可以看出,主要的国内申请人中,企业公司占据绝大多数。高校和科研机构的申请量较低,这是由于对于空调消声器的核心技术和基本原理已经发展完备,各个公司根据各自空调机型升级研发适配的消声器。作为国内两大市场占有率最高的空调制造公司,美的集团股份有限公司和珠海格力电器股份有限公司在空调消声器设备的研究上投入了较大精力,由此可以看出独有的专利技术会增加产品对消费者的吸引力。


图4  主要国内申请人发明专利状态

从图5可以看出,美国IAC申请专利时间主要集中在1976—1980年,而LG公司的申请专利时间集中在2003—2006年。可以看出,国外对空调消声器的研究早于国内开始,这是由于国内空调产业起步较晚,但我国在近几年申请了大量专利。这得益于中国市场巨大的需求量以及电器的智能化发展,用户对电器的舒适度也提出了更高的要求。


图5  主要申请人的申请年份分布


5  重要专利分析

通过对几篇不同时期的核心专利进行分析,本节将进一步介绍空调消声器技术的发展。

5.1  JPH11325655A消声器及空调

申请日为1998年5月14日,申请人为松下电器产业株式会社。这件专利具有4个同族,并有35篇专利对它进行过引用。

如图6,专利公开了一种与膨胀阀104a的流入流出侧连接的消声器4a,由蜂窝式管子2、圆筒管3a及圆筒管3b形成的消声器 4a固定在制冷剂配管106内,在制冷剂配管106的最外侧设置用于过滤制冷剂的滤网119。这件专利是早期在制冷剂管路上应用消声器的代表。


图6  一种与膨胀阀104a的流入流出侧连接的消声器4a

5.2  KR100211597B用于空气调节器的压缩机排管消声器

申请日为1996年10月9日,申请人为万都机械株式会社。如图7,消声器2包括:一个圆柱形壳体20,其一端与进口帽10相连,另一端与一个出口帽30相连,一对过滤元件50a和50b,它们安装在圆柱形壳体20内平板40a和40b之间,过滤元件50a和50b最好用多孔石棉板制成;噪声降低装置60,包括多个圆珠形颗粒,紧实地充满圆柱形壳体20内过滤板元件50之间的空腔。当冷却剂通过颗粒之间的缝隙时,压缩波的共振部分减弱,使压缩波平稳。这件专利虽然主要依靠吸音材料进行降噪,但是公开了一种膨胀扩张式的吸引腔结构。


图7  用于空气调节器的压缩机排管消声器

5.3  JP2003006783A膨胀型消声器和使用该膨胀型消声器的冷冻循环回路及其制造方法

申请日为2003年1月15日,申请人为三菱电机株式会社。这篇专利文献提出了一种膨胀式消声器,如图8,若从空调的压缩机等中排出的脉动流体制冷剂通过膨胀式消声器1的流入口1a流入到第1消声器室1b,则该流入的脉动流体在第1消声器室1b内膨胀并释放能量,同时,反复进行与消音室壁的漫反射,通过反复进行该漫反射和释放能量,衰减流体的脉动波形。由于脉动波形的长度和消声器的长度一致,因此,频率与笫1消声器室1b的流体流动方向的长度(La)一致的脉动波形产生共振、共鸣而能量增强,但是,该能量增强后的脉动波形的流体在减压连通孔1d处被减压,流入到下一个长度(Lb)不同的第2消声器室1c,在该第2消声器室1c处,与上述同样地膨胀并释放能量。


图8  膨胀型消声器和使用该膨胀型消声器的冷冻循环回路

由于一个膨胀腔内针对噪声的频率相对固定,因此,三菱电机公开的上述技术方案通过增加不同尺寸的膨胀腔体,实现对不同频率噪声的衰减。

5.4  CN108332406A消音装置及应用其的变频空调器

申请日为2018年4月8日,申请人为珠海格力电器股份有限公司。这篇专利公开了一种可以解决消声器应用的噪声频率过少的问题。如图9,消声器主体内部设有消声腔8,滑块组件5可滑动地设置在消声腔8内,滑块组件5与消声器主体1滑动密封连接。消声装置在工作时,介质推动滑块,滑块在弹性件6和介质的推动两者作用下滑动,进而调节有效的消声腔8空间的大小。通过与滑块组件5连接弹性件6,能够通过不同频率下冷媒压力的大小改变控制滑块组件的位移量,从而实现对有效的消声腔8空间的控制,进而有效地提高了消音装置的使用性能。

从这件专利可以看出,为了满足空调的微型化智能化发展,对于空调消声器的改进也在朝着小型化和高性能化发展。


图9  消音装置及应用其的变频空调器

6  结束语

本文详细梳理了空调消声器技术的分类,对空调消声器技术领域的专利申请量随年度的变化、国内外主要申请人、主要国内申请人申请类型和状态以及典型技术方案进行分析,最后结合审查实际案例进行说明。此次对空调消声器技术领域的发展状况的总结,有助于申请人全面了解该领域的技术脉络,准确把握该领域相关专利的发展方向,从而对专利研发和申请做出合理安排和布局。

本文选自《制冷与空调》2020年8月刊1-4页;作者:孙莹;未经许可,不得转载


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