中國電子工程設(shè)計(jì)院有限公司 魏 蘭 徐曉麗

組合式空調(diào)機(jī)組被廣泛應(yīng)用于電子、醫(yī)藥、汽車、煙草、化工、紡織等行業(yè)，但在使用過程中出現(xiàn)了一些問題，如機(jī)組漏水、表冷器凍裂、過濾器阻力大更換頻繁、機(jī)組能耗大、機(jī)組調(diào)控響應(yīng)速度慢等。為了解決上述問題，國內(nèi)設(shè)備廠家、科研院所等單位開展研究，并申請(qǐng)了許多專利技術(shù)。本文對(duì)國內(nèi)組合式空調(diào)機(jī)組專利申請(qǐng)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，側(cè)重組合式空調(diào)機(jī)組專利申請(qǐng)趨勢(shì)、技術(shù)特點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn)，為組合式空調(diào)機(jī)組發(fā)展提供參考。

1 組合式空調(diào)機(jī)組專利申請(qǐng)趨勢(shì)

圖1顯示了2008年至2019年國內(nèi)組合式空調(diào)機(jī)組專利申請(qǐng)情況，其中發(fā)明專利43項(xiàng)，實(shí)用新型專利77項(xiàng)，共計(jì)120項(xiàng)。專利申請(qǐng)總體上呈現(xiàn)增長態(tài)勢(shì)，從2010年到2012年，組合式空調(diào)機(jī)組發(fā)明專利及實(shí)用新型專利申請(qǐng)量開始增長，主要是因?yàn)?008年國家頒布《國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略綱要》，后又陸續(xù)出臺(tái)《專利法》《反不正當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)法》等法律法規(guī)，為企業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)權(quán)益的保護(hù)提供了法律依據(jù)；此外，知識(shí)產(chǎn)權(quán)在企業(yè)發(fā)展中的重要性日益凸顯，是企業(yè)參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的重要手段，所以企業(yè)重視知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)。2013年，組合式空調(diào)機(jī)組專利申請(qǐng)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但從2014年開始，申請(qǐng)量迅速增長，到2017年總申請(qǐng)量達(dá)到峰值，該時(shí)期為快速發(fā)展期，年增長率達(dá)到34%。從2018年開始，組合式空調(diào)機(jī)組專利申請(qǐng)呈緩慢降低態(tài)勢(shì)，主要集中在實(shí)用新型專利申請(qǐng)，發(fā)明專利申請(qǐng)幾乎為零，組合式空調(diào)機(jī)組專利技術(shù)逐漸進(jìn)入成熟期。

圖1 2008—2019年組合式空調(diào)機(jī)組技術(shù)發(fā)明和實(shí)用新型專利申請(qǐng)趨勢(shì)

2 組合式空調(diào)機(jī)組專利主要申請(qǐng)地區(qū)對(duì)比

表1為2008年至2019年國內(nèi)不同地區(qū)組合式空調(diào)機(jī)組專利申請(qǐng)情況。可以看出，申請(qǐng)量排名前五的省市分別為廣東省、江蘇省、陜西省、山東省、北京市，廣東省、江蘇省、陜西省、山東省都是制造業(yè)大省，同時(shí)也聚集了許多機(jī)組生產(chǎn)廠家和科研院所，而北京市則是機(jī)組科技創(chuàng)新企業(yè)的聚集地，所以更重視對(duì)組合式空調(diào)機(jī)組技術(shù)的專利保護(hù)。

從技術(shù)申請(qǐng)情況看，主要涉及機(jī)組結(jié)構(gòu)、機(jī)組控制、過濾、表冷器、加熱器、加濕、溫濕度獨(dú)立調(diào)節(jié)等方面，其中關(guān)于機(jī)組結(jié)構(gòu)專利申請(qǐng)量最多，為54個(gè)；其次是表冷器、過濾、機(jī)組控制專利技術(shù)。

3 專利技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)分析

3.1 機(jī)組結(jié)構(gòu)(見表2)

表1 2008—2019年不同地區(qū)組合式空調(diào)機(jī)組技術(shù)專利申請(qǐng)情況

表2 組合式空調(diào)機(jī)組關(guān)于機(jī)組結(jié)構(gòu)專利技術(shù)對(duì)比與創(chuàng)新點(diǎn)分析

從表2可以看出，機(jī)組結(jié)構(gòu)專利主要集中在功能段、箱體結(jié)構(gòu)、機(jī)組排水、安全門等方面，其中關(guān)于機(jī)組功能段的專利申請(qǐng)量最多，其次是箱體結(jié)構(gòu)、機(jī)組排水。

機(jī)組功能段的專利技術(shù)提供了不同行業(yè)因環(huán)境要求不同所需的機(jī)組功能段組合模式，例如電子行業(yè)，機(jī)組內(nèi)需設(shè)置新風(fēng)段、過濾段(至少粗、中、高效三級(jí)過濾)、預(yù)冷段、表冷段、加濕段、加熱段、化學(xué)過濾段、消聲段和送風(fēng)機(jī)段，對(duì)環(huán)境溫濕度、潔凈度、化學(xué)污染物進(jìn)行控制。醫(yī)藥行業(yè)，由于對(duì)微生物菌落數(shù)、溫濕度要求嚴(yán)格，機(jī)組內(nèi)需設(shè)置殺菌凈化段及過濾、表冷、加濕、加熱段和送風(fēng)機(jī)段等功能段。與電子、醫(yī)藥行業(yè)不同，煙草行業(yè)對(duì)相對(duì)濕度要求嚴(yán)格，回風(fēng)量較大且回風(fēng)管道較長，所以機(jī)組內(nèi)需設(shè)置回風(fēng)機(jī)段、排風(fēng)段、新回風(fēng)混合段、表冷段、加熱段、加濕段(二級(jí)加濕)、送風(fēng)機(jī)段。

對(duì)組合式空調(diào)機(jī)組而言，保溫面板邊角、骨架、箱體框架等處最容易產(chǎn)生冷橋，相應(yīng)的專利技術(shù)可解決機(jī)組在使用過程中空調(diào)箱框架及箱體板上產(chǎn)生冷凝水和冷量損失問題；同時(shí)，通過對(duì)箱體結(jié)構(gòu)的模塊化及組裝方法研究，使得機(jī)組安裝、拆卸、維護(hù)都方便快捷，投資、維護(hù)費(fèi)用都大大降低。

機(jī)組底部結(jié)構(gòu)、不同形式接水盤及水位報(bào)警等專利技術(shù)可解決機(jī)組內(nèi)冷凝水無法排盡從而導(dǎo)致機(jī)組漏水和細(xì)菌滋生的問題；機(jī)組檢修門在安全裝置及連鎖控制方面的專利技術(shù)可解決人員檢修機(jī)組時(shí)的安全隱患。機(jī)組防雨罩、風(fēng)室泄壓裝置、擋水板及風(fēng)機(jī)均流罩方面的專利技術(shù)可簡(jiǎn)化機(jī)組室外防雨施設(shè)，減少成本和減少占地；解決機(jī)組內(nèi)冷風(fēng)快速通過擋水板時(shí)汽水分離不徹底問題；避免正負(fù)壓室超壓，泄壓壓力值容易準(zhǔn)確調(diào)節(jié)，提高了系統(tǒng)安全性；避免出風(fēng)口壓力過大、四周壓力小、出風(fēng)不均勻的現(xiàn)象。

雖然在機(jī)組結(jié)構(gòu)方面有很多專利，機(jī)組結(jié)構(gòu)技術(shù)也獲得了較大發(fā)展，但是目前機(jī)組一般承壓都在2 kPa以內(nèi)，對(duì)于功能段較多的機(jī)組，需要承壓能力更高，這方面還有待進(jìn)一步研究。

3.2 表冷器(見表3)

表3 組合式空調(diào)機(jī)組關(guān)于表冷器專利技術(shù)與創(chuàng)新點(diǎn)分析

從表3可以看出，表冷器專利技術(shù)主要集中在表冷器防凍、直接蒸發(fā)冷卻、機(jī)械制冷與直接蒸發(fā)冷卻、多級(jí)降溫4個(gè)方面。

通過對(duì)表冷器設(shè)置各類加熱元件及在表冷器前設(shè)置溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)機(jī)組風(fēng)機(jī)、表冷器及加熱元件的連鎖控制，解決環(huán)境溫度過低時(shí)表冷器銅管內(nèi)殘留的水分結(jié)冰而凍裂盤管的問題。將表冷器與噴淋、預(yù)冷等功能段相結(jié)合，可解決一級(jí)表冷器降溫除濕深度不夠的問題，同時(shí)還可以提高制冷效率，降低機(jī)組能耗。將機(jī)械制冷與直接蒸發(fā)冷卻技術(shù)相結(jié)合，不僅可以改善機(jī)械制冷在節(jié)能環(huán)保方面的不足，也可解決蒸發(fā)冷卻應(yīng)用受室外氣象條件影響(干濕球溫差影響)的問題，可以使機(jī)組充分利用室外自然冷源，盡可能減少機(jī)械制冷的運(yùn)行時(shí)間，機(jī)組能耗大大降低。

3.3 過濾(見表4)

表4 組合式空調(diào)機(jī)組關(guān)于過濾專利技術(shù)對(duì)比與創(chuàng)新點(diǎn)分析

從表4可以看出，過濾專利技術(shù)主要集中在化學(xué)過濾、集塵器、自動(dòng)清洗過濾、過濾裝置結(jié)構(gòu)4個(gè)方面，其中，關(guān)于化學(xué)過濾申請(qǐng)量最多。

化學(xué)過濾器通常與風(fēng)機(jī)的過濾機(jī)組配合使用，用于控制生產(chǎn)車間內(nèi)空氣的潔凈度和化學(xué)污染物含量，但是目前的化學(xué)過濾機(jī)組通常安裝在車間的吊頂上，同時(shí)還要滿足室內(nèi)噪聲的要求，所以一般只能提供90 Pa左右的機(jī)外余壓，在克服系統(tǒng)中干表冷段和高架地板阻力后，提供給化學(xué)過濾器的壓頭很小，限制了化學(xué)過濾器中吸附劑層的厚度，導(dǎo)致化學(xué)過濾器使用壽命很短，待吸附劑層飽和后需頻繁更換，縮短風(fēng)機(jī)過濾機(jī)組的連續(xù)工作時(shí)間，不利于車間連續(xù)生產(chǎn)?；瘜W(xué)過濾方面的專利技術(shù)可延長其使用壽命，進(jìn)而提高空氣處理機(jī)組的連續(xù)工作時(shí)間。但是，化學(xué)過濾器對(duì)進(jìn)口段空氣相對(duì)濕度要求嚴(yán)格，一般要求相對(duì)濕度<60%，相對(duì)濕度較大影響化學(xué)過濾效果，此問題仍待解決。

集塵器方面的專利技術(shù)則可解決除霾機(jī)組運(yùn)行時(shí)，過濾器材上容易沉積空氣中大量的微小顆粒，導(dǎo)致過濾效果隨著運(yùn)行時(shí)間的推移不斷衰減的問題。組合式空調(diào)機(jī)組內(nèi)部空氣濕度大，加之除塵量大，粉塵容易粘結(jié)在過濾器上，而傳統(tǒng)的清洗方法存在較多弊端，如浪費(fèi)水、維護(hù)費(fèi)用高、清洗效率低。自動(dòng)清洗過濾方面的專利技術(shù)可以有效控制用水量，降低維護(hù)費(fèi)用，提高清洗效率，實(shí)現(xiàn)過濾器清洗的自動(dòng)化與智能化。過濾裝置結(jié)構(gòu)方面的專利技術(shù)可任意更換某塊濾塊而不必移動(dòng)其他濾塊，減少了粗效過濾器的維護(hù)工作且降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。但是，目前的過濾器仍然存在著一些問題，如過濾效率越高，過濾阻力越大，機(jī)組能耗越大，在過濾器的高效率、低阻力方面應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)技術(shù)研究。

3.4 機(jī)組控制

機(jī)組控制方面的專利技術(shù)主要涉及控制系統(tǒng)和控制策略，申請(qǐng)量分別為6項(xiàng)和2項(xiàng)。機(jī)組控制系統(tǒng)包括采集、控制、顯示系統(tǒng)及云服務(wù)平臺(tái)。采集系統(tǒng)采集環(huán)境數(shù)據(jù)(溫度、濕度、潔凈度、壓差)，控制系統(tǒng)對(duì)風(fēng)閥、閥門組件、風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)等進(jìn)行控制；云服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行環(huán)境數(shù)據(jù)接收、分析、計(jì)算及計(jì)算結(jié)果指令的發(fā)送，顯示裝置與云服務(wù)平臺(tái)連接，使機(jī)組能根據(jù)使用環(huán)境的變化，利用云服務(wù)器計(jì)算和分析，動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)新回風(fēng)比例、閥門開度、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速等，從而實(shí)現(xiàn)高精度控制?？刂葡到y(tǒng)方面的專利技術(shù)可解決用戶只能在現(xiàn)場(chǎng)通過控制板查詢并設(shè)定機(jī)組的控制參數(shù)，而無法對(duì)機(jī)組進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控的問題。此外，通過遠(yuǎn)程服務(wù)器用戶可以獲取機(jī)組的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)并進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)分析。

機(jī)組控制策略方面的專利技術(shù)是通過對(duì)比室內(nèi)與回風(fēng)狀態(tài)參數(shù)計(jì)算得出送風(fēng)狀態(tài)參數(shù)，對(duì)比送風(fēng)與混風(fēng)狀態(tài)參數(shù)，控制機(jī)組相應(yīng)調(diào)節(jié)裝置，空氣溫濕度狀態(tài)參數(shù)通過2個(gè)PID回路進(jìn)行分析計(jì)算，調(diào)節(jié)控制風(fēng)閥、表冷閥、加濕閥等，通過對(duì)送風(fēng)溫濕度的監(jiān)控分析使得機(jī)組以最快的響應(yīng)速度滿足生產(chǎn)環(huán)境對(duì)溫濕度的要求?？刂撇呗苑矫娴膶＠夹g(shù)解決了目前機(jī)組對(duì)室內(nèi)溫濕度的控制主要通過初始設(shè)計(jì)值進(jìn)行設(shè)定，不適應(yīng)在復(fù)雜工況下實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的問題。

雖然優(yōu)化機(jī)組控制使機(jī)組能耗降低，但是影響機(jī)組能耗的關(guān)鍵性指標(biāo)還需探究，通過控制關(guān)鍵性指標(biāo)使得機(jī)組快速響應(yīng)，以及如何進(jìn)行機(jī)組的能耗評(píng)價(jià)都仍需進(jìn)一步研究。

3.5 其他

組合式空調(diào)機(jī)組關(guān)于溫濕度獨(dú)立調(diào)節(jié)、冷熱源、熱回收、加熱器、加濕、殺菌消毒6個(gè)方面的專利技術(shù)特點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn)見表5。

表5 組合式空調(diào)機(jī)組關(guān)于其他專利技術(shù)布局對(duì)比與創(chuàng)新點(diǎn)分析

新風(fēng)、回風(fēng)單獨(dú)進(jìn)行溫濕度獨(dú)立調(diào)節(jié)的專利技術(shù)，可解決目前機(jī)組新回風(fēng)混合后集中處理再熱耗能的問題；機(jī)組冷熱源專利技術(shù)可解決室外溫度過高時(shí)冷源制冷效率下降和利用冷凝熱制取生活熱水的問題，同時(shí)利用太陽能與土壤源結(jié)合冬夏季都可為機(jī)組提供冷熱源。目前，機(jī)組的冷熱源一般來自動(dòng)力中心，但對(duì)于一些改造項(xiàng)目，原有的冷熱源能量不足或者沒有，則無法進(jìn)行改造應(yīng)用，這方面還需進(jìn)一步研究。

熱回收專利技術(shù)可解決目前機(jī)組排風(fēng)熱能的回收換熱效率低(通常采用轉(zhuǎn)輪式、板翅式)，排風(fēng)和新風(fēng)之間有滲透或接觸對(duì)新風(fēng)造成污染的問題；還可以在實(shí)現(xiàn)全熱回收的同時(shí)減少設(shè)備的占用空間和制造成本。加熱器專利技術(shù)可解決新風(fēng)機(jī)組不適用于-5 ℃以下的環(huán)境，在低溫下加熱器易被凍裂的問題，同時(shí)通過對(duì)電加熱器模塊化結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使得結(jié)構(gòu)裝配便捷，節(jié)省材料，通用性強(qiáng)。

加濕專利技術(shù)可解決紡織廠專用空調(diào)能耗高、占地大、投資高的問題；殺菌消毒專利技術(shù)可解決機(jī)組底部積水時(shí)容易滋生細(xì)菌等存在著嚴(yán)重的內(nèi)部菌塵污染，影響空氣品質(zhì)，僅靠空氣過濾的方法難于清除細(xì)菌的危害問題。

4 組合式空調(diào)機(jī)組技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析

近年來，組合式空調(diào)機(jī)組的專利技術(shù)促進(jìn)了組合式空調(diào)機(jī)組的發(fā)展，但是尚有一些問題待解決，未來可以在以下方面進(jìn)行改進(jìn)或提高：

1) 對(duì)化學(xué)過濾器性能改進(jìn)?；瘜W(xué)過濾器常用活性炭作為吸附劑，為了保證活性炭吸附效果，需要控制化學(xué)過濾器進(jìn)口段相對(duì)濕度<60%，所以在電子行業(yè)一般采用兩級(jí)加濕設(shè)備(噴淋+電加濕)，會(huì)增加空調(diào)機(jī)組的長度和設(shè)備投資?？梢詫?duì)化學(xué)過濾器吸附材料進(jìn)行改性，采用高錳酸鹽、磷酸、檸檬酸、硫酸鈉、碳酸鹽、氫氧化物等浸漬劑對(duì)活性炭及活性氧化鋁等基本材料表面進(jìn)行處理，開發(fā)適應(yīng)高濕環(huán)境的化學(xué)過濾器。

2) 研發(fā)高效過濾器。組合式空調(diào)機(jī)組內(nèi)過濾器濾料一般為化纖、玻纖或者聚酯纖維，使用壽命短、過濾阻力大，且有的過濾器沒法重復(fù)性使用，造成能源浪費(fèi)。應(yīng)開發(fā)高效低阻、使用壽命長且結(jié)合智能清洗控制系統(tǒng)的高效過濾器。

3) 目前歐美等國家采用ISO 16890標(biāo)準(zhǔn)對(duì)一般通風(fēng)過濾器進(jìn)行試驗(yàn)，而國內(nèi)一般通風(fēng)過濾器的傳統(tǒng)試驗(yàn)方法不太實(shí)用，所以許多過濾器廠家及第三方實(shí)驗(yàn)室也在使用ISO 16890。根據(jù)ISO 16890標(biāo)準(zhǔn)新的分級(jí)(粗效、ePM10、ePM2.5、ePM1)及試驗(yàn)方法，開發(fā)組合式空調(diào)機(jī)組一般通風(fēng)過濾器標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)選型及機(jī)組內(nèi)模塊化過濾段結(jié)構(gòu)，將有市場(chǎng)前景。

4) 用于顆粒物、化學(xué)氣體濃度要求較高場(chǎng)所的空調(diào)機(jī)組，需設(shè)置多功能段，從而導(dǎo)致機(jī)組靜壓非常高(一般為2.0～2.5 kPa)，而常規(guī)機(jī)組箱體結(jié)構(gòu)是先形成外部框架，再將保溫面板嵌入到框架中，框架和箱板之間存在間隙會(huì)漏風(fēng)結(jié)露，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度小、承壓低，無法滿足使用要求。開發(fā)承壓能力高、無框架箱板結(jié)構(gòu)，如在結(jié)構(gòu)鋁型材上插裝隔熱型材，研制形成一體化鋁塑型材，會(huì)提升箱體的強(qiáng)度、密封和隔熱性能。

5) 研究影響機(jī)組能耗的關(guān)鍵性指標(biāo)及綜合評(píng)價(jià)方法，制定組合式空調(diào)機(jī)組的優(yōu)化控制策略。

6) 工業(yè)廠房中組合式空調(diào)機(jī)組冷熱源一般來自動(dòng)力中心，但對(duì)于一些改造項(xiàng)目或者沒有集中冷熱源的場(chǎng)合，機(jī)電一體化組合式空調(diào)機(jī)組優(yōu)勢(shì)明顯，應(yīng)開發(fā)利用。