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摘 要：本文介绍了热管式空调排风热回收技术在中国的专利申请概况，从专利申请量的变化、申请人构成、技术发展路线等方面进行分析，旨在为我国专利申请人在今后申请热管式空调排风热回收专利的技术研究发展方向提供了一些参考和建议。
关键词：空调；排风热回收；热管；专利
1、空调排风热回收技术概述
随着社会的快速发展，人们生活水平的日益提高，空调在人们生活中得到普遍的应用。但是这又带来了新的问题：一方面，随着经济的快速发展，能源的短缺日益严重，空调行业作为建筑物的主要的能耗之一，其节能性和经济性越来越受到相关机构和人士的重视；另一方面，随着人们健康意识的提高，对室内空气品质的要求也越来越高。如何在满足人们对室内空气品质要求的同时节省空调的投资和运行费用，是很多人都很关心的问题。
使用排风热回收装置，利用排风中的冷热量来对新风进行预处理，就可以在节能的同时增加室内的新风，提高室内空气品质。图1是典型的带排风热回收装置的空调系统的示意图。如图所示，从空调房间出来的空气一部分经过热回收装置与室外新风进行换热，对新风进行预处理。换热后的排风排到室外，经过预处理的新风和回风混合后再经辅助盘管处理后进入室内。如果室内外温差较小，就没有必要使用排风热回收，所以在热回收装置的新风管和排风管处设置旁通管道，在过渡季节时将其打开。常见的热回收换热器有轮转式、板翅式全热换热器和热管式、中间冷媒式显热换热器等。
1.1 热管式热回收装置工作原理
热管式换热器是一种借助管内工质的相变进行热传递的换热元件，图2是典型的有芯热管结构图，制作时先将管内抽成一定的负压，在此状态下充入适量的工质，将紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充入液体后加以密封。热管的基本工作原理是利用充在热管中的介质的相变过程，将高温热源端的热量传递给低温端。即介质在高温端吸热，从液态变为汽态，汽态介质到达低温端后释放汽化潜热，变为液态，再通过吸液芯回到高温端，从而实现冷热端热交换的过程。
从换热效率的角度考虑，热管具有很强的导热性，与银、铜、铝等金属相比，单位质量热管可以多传递几个数量级的热量；从设备特性上考虑，热管换热器属于一次间壁换热，新排风之间无交叉污染等优点；从节能方面考虑，利用热管换热器从排风中回收能量能大量减小新风负荷；这使得热管技术在空调排风热回收领域中有着巨大的应用潜力。
2、专利申请概况
笔者在中国专利文摘数据库（CNABS）中以较准确的分类号、关键词及其结合作为主要检索手段获取专利信息，共得到242篇专利文献，其能够在总体上反映热管式空调排风热回收技术在我国的专利现状与趋势，本文以该检索结果作为分析的数据样本，检索截止时间为2014年12月31日（申请日）。
2.1 专利申请量
1985年～2014年，热管式空调排风热回收技术在华专利申请共计242件，其中发明专利申请72件，实用新型专利申请为170件。图3为在华专利申请随年度的变化趋势，从图3的申请量变化可以看出，其中在华申请在2008年前一直徘徊在10件以下，进入2009年以后申请量明显增加，在2009年～2014年国内申请量趋于稳定，每年平均在30件左右。
从2009年开始，国内申请热管式空调排风热回收技术专利的数量出现了飞跃式地增长，这是因为国内开始大力关注空调排风热回收技术的发展和应用。《公共建筑节能设计标准》（GB51089-2005）明确提出了在空调设计过程中，在技术经济分析合理的情况下应优先考虑采用排风能力的热回收，并强制规定了一些必须采用热回收装置的系统，加之近年来热管用于热回收系统中的研究有很大的进展，这都极大地促进了热管式空调排风热回收技术的研发和应用。
图3中发明专利和实用新型专利的申请比重所示，二者比重约为1：2，而发明专利申请更能体现一个领域技术发展的深度和创新性，这也反映出我国热管式空调排风热回收技术缺乏创新的核心技术，虽然提高了专利意识，但创新水平仍然匮乏。我国的暖通界人士需要夯实基础科研工作研究，加大科研投入，将科研所得应用于实践，实现节能和环保，使得我国的热管式空调排风热回收技术跻身于世界领先水平。
2.2 申请人构成
在研究样本中，其中个人申请为78件，企业和公司申请为92件，高校和科研院所申请72件（图4）。其中无论哪种类型的申请人，其申请量都不多，最多只有5件，也就是说各个申请人的申请量非常均匀，反映出该项技术随着技术的不断发展，必将有企业，高校、科研院所及个人进入其中，使得技术分布的范围不断扩大。
3、技术发展路线
从图5中可以看出，国内首个利用热管技术回收空调排风热量的专利出现在1993年，CN2128357Y提出把低温热管换热器装在排风和进风管道中，利用排出的较高温的空气加热从室外补充进来的寒冷空气，达到节能的目的。同年的专利文献CN2149582Y提出了一种可以冬夏两用回收排风废热和废冷的空调器，由于完成热管的传热过程，通常需要利用热管重力辅助介质回流，必须使热管蒸发段（吸热端）在下，冷凝段（放热端）在上。为了克服上述问题，该专利在冬夏两用空调器中采用了一种利用手轮和钢绳调整热管束左右倾斜角度的季节变换机构。
针对上述问题，1996年公开的文献CN1122897A提出了另外一种实现热管式熱回收装置冬夏两用的方法，其是在热管换热器布置方式不变的情况下，通过改变风机电机的转向调换进气和排气通道来实现，即位于下方的换气腔室在冬天时作为排气腔室排出室外高温废弃，夏天时则变为吸入高温空气。
1998年公开的专利文献CN2282661Y详细的介绍了用于实现冬夏两用的热管回收热装置的季节变换机构的基本结构和工作原理，它是根据季节的需要变换低温热管换热器倾斜度方向的设备，它的基本结构是由转轴，轴承，支架和手轮固定，低温热管换热器由转轴，轴承，支架固定在机壳的骨架和底座上，转轴与手轮连接。转轴，轴承，支架，随着低温热管换热器的位置状态不同而随之改变结构。 2001年公开的专利文献CN1321862A提出在热回收装置采用水平热管，克服了重力热管换热器需要在冬季和夏季换气的进排风换向的问题。
2003年公开的专利文献CN1462862A在竖直放置热管，上下两个气流通道的热管式热回收装置的基础上，增加了4个风门，只需要通过控制热管式空气热回收装置中风阀的关闭来选择其冬季和夏季的工作工况，始终保持热空气在换热腔的下面，冷空气在换热腔的上面，该改进成本低，适用范围广，维护方便，具有较好的经济效益。
由于重力热管式热回收装置的工作原理要求其冷凝段的安装位置必须高于蒸发段，而当重力热管式热回收装置应用在冬夏两季都需要进行冷热回收的场合时会产生换季需换向的问题，对此，暖通界科研人员从调整热管角度以及改变风向两个方面做了大量的研究和改进。随着热管技术的不断发展和成熟，热管式空调排风热回收技术的发展和创新进入了新的阶段。2008年公开的专利文献CN201166437Y提出采用脉动式热管克服上述问题。脉动热管是20世纪90年代由日本人Akachi最早提出的新型热管，脉动热管的传热方向不受重力场的影响，因此其安装和布置方式非常灵活，对冷凝端的安装高度没有特别要求，可常年进行热回收无需调整其方向，而且热回收效率很高。
针对利用热管回收能力处理的新风通常不能满足温度要求的问题，2010年公开的专利文献CN201407759Y提出一种结合直接蒸发（冷凝）式全热回收和热管换热能力回收两种方式的热回收方法，其把压缩式制冷循环的蒸发器和冷凝器分别置于进风和排风两个风道，不仅可以提高能量的利用率，而且增强了系统的稳定性和可靠性。
2012年公开的专利文献CN202613689U在热回收装置中采用环路热管，在此基础上，冷热空气能进行双向导热而不用改变布置性质，并预言该装置的生产成本将随着热管技术的逐渐发展，新型复合材料的不断出现而不断降低，其具有广阔的市场前景。
2014年公开的专利文献CN104296336A提出采用异型蜂窝热管用于空调排风冷量回收，其指出异形蜂窝热管回收换热器采用蜂窝结构，传热效率高，蜂窝微通道结构使得空气沿通道流动时产生的扰流作用，可以抑制热边界层的充分发展，强化传热效果，具有较高的综合换热效率。
4、结束语
我国在开展热管式空调排风热回收装置的研究与应用起步较晚，据对热管式空调排风热回收技术的专利分析，该技术领域发展整体呈上升趋势，处于发展期并具有广阔的前景，随着热管技术的不断发展及应用中实践经验的积累，热管式空调排风热回收技术必将充分发挥其高效节能的优势，为解决建筑能耗及环境问题发挥重要作用。
参考文献
[1]刘挺，热虹吸管热回收装置传热特性及应用研究，北京工业大学博士学位论文，2010，9
[2]柯莹，空调系统的排风热回收，华中科技大學硕士学位论文，2006，11
作者简介：
薛浩（1987.11），男，工学学士，现就职于国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心
贺焕（1986.10），男，工学学士，现就职于国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心
贺焕1等同第一作者
关键词：空调；排风热回收；热管；专利
1、空调排风热回收技术概述
随着社会的快速发展，人们生活水平的日益提高，空调在人们生活中得到普遍的应用。但是这又带来了新的问题：一方面，随着经济的快速发展，能源的短缺日益严重，空调行业作为建筑物的主要的能耗之一，其节能性和经济性越来越受到相关机构和人士的重视；另一方面，随着人们健康意识的提高，对室内空气品质的要求也越来越高。如何在满足人们对室内空气品质要求的同时节省空调的投资和运行费用，是很多人都很关心的问题。
使用排风热回收装置，利用排风中的冷热量来对新风进行预处理，就可以在节能的同时增加室内的新风，提高室内空气品质。图1是典型的带排风热回收装置的空调系统的示意图。如图所示，从空调房间出来的空气一部分经过热回收装置与室外新风进行换热，对新风进行预处理。换热后的排风排到室外，经过预处理的新风和回风混合后再经辅助盘管处理后进入室内。如果室内外温差较小，就没有必要使用排风热回收，所以在热回收装置的新风管和排风管处设置旁通管道，在过渡季节时将其打开。常见的热回收换热器有轮转式、板翅式全热换热器和热管式、中间冷媒式显热换热器等。
1.1 热管式热回收装置工作原理
热管式换热器是一种借助管内工质的相变进行热传递的换热元件，图2是典型的有芯热管结构图，制作时先将管内抽成一定的负压，在此状态下充入适量的工质，将紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充入液体后加以密封。热管的基本工作原理是利用充在热管中的介质的相变过程，将高温热源端的热量传递给低温端。即介质在高温端吸热，从液态变为汽态，汽态介质到达低温端后释放汽化潜热，变为液态，再通过吸液芯回到高温端，从而实现冷热端热交换的过程。
从换热效率的角度考虑，热管具有很强的导热性，与银、铜、铝等金属相比，单位质量热管可以多传递几个数量级的热量；从设备特性上考虑，热管换热器属于一次间壁换热，新排风之间无交叉污染等优点；从节能方面考虑，利用热管换热器从排风中回收能量能大量减小新风负荷；这使得热管技术在空调排风热回收领域中有着巨大的应用潜力。
2、专利申请概况
笔者在中国专利文摘数据库（CNABS）中以较准确的分类号、关键词及其结合作为主要检索手段获取专利信息，共得到242篇专利文献，其能够在总体上反映热管式空调排风热回收技术在我国的专利现状与趋势，本文以该检索结果作为分析的数据样本，检索截止时间为2014年12月31日（申请日）。
2.1 专利申请量
1985年～2014年，热管式空调排风热回收技术在华专利申请共计242件，其中发明专利申请72件，实用新型专利申请为170件。图3为在华专利申请随年度的变化趋势，从图3的申请量变化可以看出，其中在华申请在2008年前一直徘徊在10件以下，进入2009年以后申请量明显增加，在2009年～2014年国内申请量趋于稳定，每年平均在30件左右。
从2009年开始，国内申请热管式空调排风热回收技术专利的数量出现了飞跃式地增长，这是因为国内开始大力关注空调排风热回收技术的发展和应用。《公共建筑节能设计标准》（GB51089-2005）明确提出了在空调设计过程中，在技术经济分析合理的情况下应优先考虑采用排风能力的热回收，并强制规定了一些必须采用热回收装置的系统，加之近年来热管用于热回收系统中的研究有很大的进展，这都极大地促进了热管式空调排风热回收技术的研发和应用。
图3中发明专利和实用新型专利的申请比重所示，二者比重约为1：2，而发明专利申请更能体现一个领域技术发展的深度和创新性，这也反映出我国热管式空调排风热回收技术缺乏创新的核心技术，虽然提高了专利意识，但创新水平仍然匮乏。我国的暖通界人士需要夯实基础科研工作研究，加大科研投入，将科研所得应用于实践，实现节能和环保，使得我国的热管式空调排风热回收技术跻身于世界领先水平。
2.2 申请人构成
在研究样本中，其中个人申请为78件，企业和公司申请为92件，高校和科研院所申请72件（图4）。其中无论哪种类型的申请人，其申请量都不多，最多只有5件，也就是说各个申请人的申请量非常均匀，反映出该项技术随着技术的不断发展，必将有企业，高校、科研院所及个人进入其中，使得技术分布的范围不断扩大。
3、技术发展路线
从图5中可以看出，国内首个利用热管技术回收空调排风热量的专利出现在1993年，CN2128357Y提出把低温热管换热器装在排风和进风管道中，利用排出的较高温的空气加热从室外补充进来的寒冷空气，达到节能的目的。同年的专利文献CN2149582Y提出了一种可以冬夏两用回收排风废热和废冷的空调器，由于完成热管的传热过程，通常需要利用热管重力辅助介质回流，必须使热管蒸发段（吸热端）在下，冷凝段（放热端）在上。为了克服上述问题，该专利在冬夏两用空调器中采用了一种利用手轮和钢绳调整热管束左右倾斜角度的季节变换机构。
针对上述问题，1996年公开的文献CN1122897A提出了另外一种实现热管式熱回收装置冬夏两用的方法，其是在热管换热器布置方式不变的情况下，通过改变风机电机的转向调换进气和排气通道来实现，即位于下方的换气腔室在冬天时作为排气腔室排出室外高温废弃，夏天时则变为吸入高温空气。
1998年公开的专利文献CN2282661Y详细的介绍了用于实现冬夏两用的热管回收热装置的季节变换机构的基本结构和工作原理，它是根据季节的需要变换低温热管换热器倾斜度方向的设备，它的基本结构是由转轴，轴承，支架和手轮固定，低温热管换热器由转轴，轴承，支架固定在机壳的骨架和底座上，转轴与手轮连接。转轴，轴承，支架，随着低温热管换热器的位置状态不同而随之改变结构。 2001年公开的专利文献CN1321862A提出在热回收装置采用水平热管，克服了重力热管换热器需要在冬季和夏季换气的进排风换向的问题。
2003年公开的专利文献CN1462862A在竖直放置热管，上下两个气流通道的热管式热回收装置的基础上，增加了4个风门，只需要通过控制热管式空气热回收装置中风阀的关闭来选择其冬季和夏季的工作工况，始终保持热空气在换热腔的下面，冷空气在换热腔的上面，该改进成本低，适用范围广，维护方便，具有较好的经济效益。
由于重力热管式热回收装置的工作原理要求其冷凝段的安装位置必须高于蒸发段，而当重力热管式热回收装置应用在冬夏两季都需要进行冷热回收的场合时会产生换季需换向的问题，对此，暖通界科研人员从调整热管角度以及改变风向两个方面做了大量的研究和改进。随着热管技术的不断发展和成熟，热管式空调排风热回收技术的发展和创新进入了新的阶段。2008年公开的专利文献CN201166437Y提出采用脉动式热管克服上述问题。脉动热管是20世纪90年代由日本人Akachi最早提出的新型热管，脉动热管的传热方向不受重力场的影响，因此其安装和布置方式非常灵活，对冷凝端的安装高度没有特别要求，可常年进行热回收无需调整其方向，而且热回收效率很高。
针对利用热管回收能力处理的新风通常不能满足温度要求的问题，2010年公开的专利文献CN201407759Y提出一种结合直接蒸发（冷凝）式全热回收和热管换热能力回收两种方式的热回收方法，其把压缩式制冷循环的蒸发器和冷凝器分别置于进风和排风两个风道，不仅可以提高能量的利用率，而且增强了系统的稳定性和可靠性。
2012年公开的专利文献CN202613689U在热回收装置中采用环路热管，在此基础上，冷热空气能进行双向导热而不用改变布置性质，并预言该装置的生产成本将随着热管技术的逐渐发展，新型复合材料的不断出现而不断降低，其具有广阔的市场前景。
2014年公开的专利文献CN104296336A提出采用异型蜂窝热管用于空调排风冷量回收，其指出异形蜂窝热管回收换热器采用蜂窝结构，传热效率高，蜂窝微通道结构使得空气沿通道流动时产生的扰流作用，可以抑制热边界层的充分发展，强化传热效果，具有较高的综合换热效率。
4、结束语
我国在开展热管式空调排风热回收装置的研究与应用起步较晚，据对热管式空调排风热回收技术的专利分析，该技术领域发展整体呈上升趋势，处于发展期并具有广阔的前景，随着热管技术的不断发展及应用中实践经验的积累，热管式空调排风热回收技术必将充分发挥其高效节能的优势，为解决建筑能耗及环境问题发挥重要作用。
参考文献
[1]刘挺，热虹吸管热回收装置传热特性及应用研究，北京工业大学博士学位论文，2010，9
[2]柯莹，空调系统的排风热回收，华中科技大學硕士学位论文，2006，11
作者简介：
薛浩（1987.11），男，工学学士，现就职于国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心
贺焕（1986.10），男，工学学士，现就职于国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心
贺焕1等同第一作者