与家庭设备相结合的空调系统专利技术综述

与家庭设备相结合的空调系统专利技术综述

郑少群李佳玉

国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心天津300304

摘要：随着经济的发展和人们生活水平的提高，空调、热水器、冰箱、饮水机、干衣机等家电设备的需求量也逐渐加大，但这些设备大多功能单一，无法充分实现能源的循环利用，而且过多的家电占据了较大的室内空间。有必要将空调与家庭设备进行有效整合、科学创新，实现资源的最大化利用、减少占用空间，同时使得装修整体性更加和谐美观。本文通过对国内外与家庭设备相结合的空调系统专利申请趋势、区域分布、重要申请人、专利技术等方面进行统计分析和总结，以期梳理出该技术领域的发展脉络，并预测了发展热点和趋势。

关键词：空调家电热水器冰箱厨具

一、概述

空调现已渗透人们的生活，并一直呈现加速发展的态势；热水器最早出现在19世纪70年代，20世纪能源危机之后，家用热水系统得到了较大发展，形成一定的市场规模[1]。1923年，瑞典人布拉廷和明达发明了电冰箱，随着食品工业和食品市场变化惊人，电冰箱日益走进了寻常百姓家[2]。随着家用电器技术上的发展及应用上的普及，发现各个家用电器之间存在一些弊端，例如：设备利用率低；环境热污染；分别购置家庭设备成本高，也占用家居空间。为了解决这些弊端，企业和研究学者选择性地将这些家庭设备进行耦合，通过合理的匹配，以期得到集成化的多功能系统：如将家用空调与热水器进行结合，使其协调运行，得到集空调和热水器于一体的多功能系统[3-4]；将空调与冰箱相耦合，实现能量的相互利用，提高能源利用率[5]；将空调与厨房的吸油烟机有机结合，将高温油烟的热能作为吸收式空调机的输入能源，并将空调内机产生的水作为空调机的冷却水，以达到节能减排的目的[6]。由此可见，将空调与家庭其他设备进行耦合有着重要的意义，在此，本文对与家庭设备相结合的空调系统的专利申请进行统计分析，以期对未来进一步发展该技术领域提供参考。

二、与家庭设备相结合的空调系统专利申请分析

2.1全球专利申请分析

首先对全球的专利申请趋势以及主要专利产出国进行统计分析，选择VEN数据库作为检索基础，采用CPC分类号F24F5/0096结合关键词的检索策略，截至2018年底得到1270篇专利文献。

与家庭设备相结合的空调系统至今已有100多年的发展历史，由图1可知，1909-1995年为该领域的初步探索期，技术产出比较匮乏。然而，随着科技水平的发展以及人们生活水平的提高，空调以及家庭用其他设备的发展也非常迅速，自1996年起，各国对于将空调与家庭设备相结合的研究明显增多。从2010年开始，专利申请量出现了较大幅度的增长，在这期间，中国专利申请量呈快速增长趋势，掀起了将空调与家庭其他设备相结合的研究热潮，年均申请量从2013年起稳居全球第一。2016年后，全球申请趋势略微有所下降，这可能是由于这方面的专利技术逐渐趋于成熟，专利逐渐呈现饱和，并且由于专利制度的限制，近两年及其以后的部分申请尚未公开，这也影响到申请数量统计的变化。

从图2中可以看出，该技术领域的专利申请重点地域为中国、欧洲和美国，其中，中国位于全球第一，占据该技术领域的优势地位，同时也是最为重要的目标市场；欧洲和美国的专利申请位居第二和第三，其在该技术领域的研究起步相对较早，积累了大量的优势技术，占据了重要的技术地位。对该领域全球主要的申请人进行统计分析发现，申请量位于前十名的申请人中有2位中国企业，其中珠海格力电器股份有限公司的申请量略微领先于其他申请人，可见，随着中国高科技产业的飞速发展，我国在与家庭设备相结合的空调系统技术领域暂时处于领先地位，在该领域已占据重要的技术地位。

2.2中国专利申请分析

由图3可知，中国对于该方面的研究起步较晚，在2010年之前，中国在该领域的申请量较少，发展较为缓慢；从2010年开始，迎来了我国在该领域快速发展的局面，申请量呈明显上升的态势；自2013年起，随着空调等家庭设备技术发展趋于成熟以及国内需求的增加，各大企业以及研究院校进一步增加投资和研发力度，掀起了国内各大厂家的研究热潮。我国虽然对该项技术起步较晚，但经过短短不到25年，已迅速跻身国际前列，成为最重要的申请目标国。

从图4中可以看出，在我国在该领域的专利申请主体主要为国内外的企业，前十名申请人有一家韩国企业、一家日本企业，该结果表明，企业为我国与家庭设备相结合的空调系统的主要研发机构，并且国外企业在我国进行了相当数量的专利布局，日韩空调企业日后也将构成国内空调企业的重要竞争对手。

三、专利技术发展路线

通过对各国专利申请的统计分析，发现关于与家庭设备相结合的空调系统的专利申请主要集中于以下几个方向：与热水器相结合的空调系统、与冰箱相结合的空调系统、与厨具相结合的空调系统以及与其他设备相结合的空调系统。

（1）空调系统在运行过程中，制冷剂在蒸发器中蒸发吸热，带走空气或水等介质中的热量，制冷剂在冷凝器中冷凝放热，向空气或水等介质释放热量，在这个过程中，将冷凝器与热水器进行有效的结合将会具有令人非常满意的结果。专利文献US2751761A、JP昭58-133543A、CN101576332A等均巧妙地将空调与热水器相结合，提高了能源利用效率，CN104566834A、CN108253563A均提出了一种空调热水一体机控制方法，既避免了能源浪费，又提高了用户的舒适性。

（2）现有的空调和冰箱为彼此独立的两种家用电器，不仅消耗电能较高，而且体积普遍较大。为了解决上述问题，设计者通过研究发现，现有的空调和冰箱各自采用的主机的工作原理大致相同，具有很多共性，能够通过优化设计将空调和冰箱设计为共用一套制冷/制热主机系统的空调和冰箱一体机，提高能源利用率以节约能源。专利文献US2697333A、US4821530A、CN104296480A等均采用不同的方式将空调与冰箱整合成一套系统，CN106871298A提出了一种空调冰箱一体机的运行控制方法，提高了能源利用率。

（3）人们在使用厨房的时候，产生了大量的热量，若排放到空气中则造成了能源浪费，同时，厨房的产热又需要空调进行制冷，这些问题亟待解决，若将厨房中的这些设备与空调系统相结合将带来一加一大于二的效果。专利文献FR2698161A1、CN105605709A、CN107388310A等均通过不同的结构回收厨房的废热、废水等，对能源进行整合利用，提高了能源的利用率，

（4）为了提高生活品质，很多使用者的家中都安装有空调、干衣机、干鞋机、饮水机等家电，但过多的家电不仅占据空间，而且购置成本高，因此，有必要结合家电的运行原理对这些家电进行整合。专利文献DE19937137A1、CN103134184A、CN105953334A、CN107514717A、CN105841266A、CN105783155A、CN108386927A等将现有的各自独立的空调与干衣机、干鞋机、饮水机、净化器、现有家具等整合在了一起，节省了占地空间，实现了多功能化。

四、发展热点以及发展趋势预测

通过对各国专利申请的统计分析，发现关于与家庭设备相结合的空调系统的专利申请的研究热点主要集中于以下几个方向：与热水器相结合的空调系统、与冰箱相结合的空调系统、与厨具相结合的空调系统以及与家庭其他设备相结合的空调系统。其中，与热水器相结合的空调系统的研究最早，现已逐渐趋于成熟，研究重点已由空调与热水器结合的系统结构研究逐渐向空调-热水一体机的控制方法倾斜，不再单纯地以提高能源利用率为目标，力求达到既能避免能源浪费又能提高用户的舒适性的双赢；由于空调和冰箱主机的工作原理具有很多共性，与冰箱相结合的空调系统的研究也偏多，研究趋势与将热水器与空调系统相耦合的研究类似，研究重点也逐渐偏向于控制方法。与厨具相结合的空调系统以及与家庭其他设备相结合的空调系统的研究起步相对较晚，但随着家庭设备技术上的发展以及应用上的普及，研究重点由空调系统与单一的其他设备相结合发展到空调系统与多个家庭设备进行耦合，旨在实现多元化的功能。

由上述分析可知，空调与家庭设备相结合在系统结构、功能上的改进已趋于成熟，研究热点逐渐转向控制方法，以期能够提高组合电器的智能性及便捷性，因此，加强对控制方法技术的研究仍是与家庭设备相结合的空调系统的研究热点；此外，随着计算机和互联网技术的发展，将各种家用设施通过网络连接到一起[7]，从而为人们提供更为便利舒适的生活已是大势所趋，因此，将空调系统与家庭设备或家庭设备之间形成集成化的综合系统，并基于物联网实现智能家居的智能化控制也将是该技术领域今后的研究重点。

五、总结与展望

本文通过对与家庭设备相结合的空调系统的发展进行统计，对该领域在国内外的发展历程以及主要申请人等进行了统计分析，并对主要研究方向的发展脉络进行了梳理和分析，并预测了其发展趋势和热点。总体而言，与家庭设备相结合的空调系统的研究起始于20世纪初，在20世纪90年代末进入初步发展阶段，并在21世纪进入了蓬勃发展阶段。虽然中国在该领域的研究起步较晚，但随着我国经济的发展以及对知识产权的重视，专利申请数量迅速增加，目前已经走向快速发展阶段，目前我国在该方面的专利年申请数量已稳居世界前列。通过对与家庭设备相结合的空调系统技术领域的专利申请分析，发现了国内外该领域的技术发展以及各国对该方面的专利布局情况，有利于政府、企业单位或研究院所充分了解该技术主题的发展现状，进行后期的专利布局，推动该技术领域稳步向前发展，进而提高我国该技术领域在国际上的竞争力。

参考文献

[1]陈君慧.影响人类的重大发明第四册[M].吉林出版集团有限责任公司,2013(08):666-669.

[2]姚博.智慧灵光发明与发现上[M].西苑出版社,2009(09):27-28.

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[4]季杰,裴刚,何伟,董军,赵卫平.空调—热水器一体机制冷兼制热水模式的性能模拟和实验分析[J].暖通空调,2003,33(2):19-23.

[5]刘业凤,刘华凯,赵奎文,马福一.两级压缩式热泵空调与冰箱复合系统[J].制冷与空调,2009,9(1):93-96.

[6]谭金旺,赵小蒙,孙全梦.基于吸收式制冷原理的吸油烟空调机研究[J].节能技术与应用,2018,7:97-100.）。

[7]邵雯.基于ZigBee技术的家居智能控制系统设计[J].信息与电脑,2012(04):69-70.