節(jié)能低碳是當(dāng)今社會(huì)主流發(fā)展趨勢(shì)，與傳統(tǒng)換熱器相比，微通道換熱器具有體積小、換熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、重量減輕、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，從而可以達(dá)到節(jié)能低碳的技術(shù)效果，實(shí)現(xiàn)空調(diào)、需要冰箱、車輛、航空航天、精密儀器等高換熱效率，且適用于空間緊湊的場(chǎng)合，實(shí)用性強(qiáng)，將開創(chuàng)目前換熱器研究發(fā)展的新方向。國(guó)內(nèi)外研究人員投入了大量精力研究微通道換熱器，取得了重要進(jìn)展。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2021年12月15日，國(guó)內(nèi)外微通道換熱器相關(guān)專利申請(qǐng)約3152件，本文通過分析微通道換熱器國(guó)內(nèi)外專利申請(qǐng)情況，可以了解相關(guān)研究人員和企業(yè)對(duì)微通道換熱器專利申請(qǐng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)作為其決策的參考和依據(jù)。

1、微通道熱交換器專利的世界性申請(qǐng)動(dòng)向

第一個(gè)微通道換熱器出現(xiàn)在電子領(lǐng)域，用于解決集成電路的熱故障問題。隨后，由于其優(yōu)異的換熱性能，微通道換熱器被廣泛應(yīng)用于電子、航空航天、制冷空調(diào)、汽車等領(lǐng)域，許多研究人員也對(duì)結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、制冷劑流動(dòng)特性、除霜及除冷凝水等方面進(jìn)行了深入研究。

圖1顯示了微通道換熱器技術(shù)在世界范圍內(nèi)的專利申請(qǐng)趨勢(shì)，主要包括世界、國(guó)內(nèi)、國(guó)外三種數(shù)據(jù)，1971年3月20日，德國(guó)STEEB DIETER提出了專利號(hào)DE2113583的首個(gè)微通道換熱器專利。此后，微通道換熱器技術(shù)的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)階段，第一階段，1971年至1991年的緩慢發(fā)展階段，這一階段的年申請(qǐng)量不足10件，我國(guó)第一件微通道換熱器的專利申請(qǐng)也處于這一階段，1990年2月14日無錫縣特種型材廠申請(qǐng)了一項(xiàng)申請(qǐng)?zhí)枮?021160.X的名稱為“多孔換熱鋁扁管”的實(shí)用新型專利，該扁管可用于冷凝器和蒸發(fā)器，在第二階段，在1991年至2008年的快速發(fā)展階段，該階段年申請(qǐng)量達(dá)100件左右，呈現(xiàn)快速發(fā)展態(tài)勢(shì)我們國(guó)內(nèi)在這個(gè)階段還處于緩慢發(fā)展階段，年申請(qǐng)量在30件左右。在第三階段、2009年至今的高速發(fā)展階段，這一階段的年申請(qǐng)量快速增長(zhǎng)，特別是我們國(guó)內(nèi)的微通道換熱技術(shù)引領(lǐng)世界技術(shù)發(fā)展，2016年達(dá)到頂峰，年申請(qǐng)量達(dá)到384件，其中我國(guó)專利申請(qǐng)量達(dá)到279件，占總申請(qǐng)量的72.7%此后幾年也呈穩(wěn)定發(fā)展態(tài)勢(shì)。

圖1  微通道換熱器的專利申請(qǐng)趨勢(shì)圖

2、微通道熱交換器專利的國(guó)別分布

截至2021年12月15日的微通道熱交換器專利申請(qǐng)的國(guó)別分布參照?qǐng)D2。如圖所示，在微通道換熱器專利的世界專利申請(qǐng)中，我國(guó)申請(qǐng)量已遙遙領(lǐng)先，達(dá)1907件，約占申請(qǐng)總數(shù)的68%。此外，預(yù)計(jì)未來我國(guó)申請(qǐng)量比例將進(jìn)一步增加，而境外申請(qǐng)僅占其他32%。在外國(guó)申請(qǐng)中，以日本、美國(guó)、韓國(guó)的申請(qǐng)為主，三國(guó)共申請(qǐng)755件，占27%。其他國(guó)家的申請(qǐng)僅占剩下的5%，其中，德國(guó)和法國(guó)的申請(qǐng)分別為110和21個(gè)，相對(duì)較多。

圖2  微通道換熱器專利不同國(guó)別申請(qǐng)量

從申請(qǐng)數(shù)量上看，我國(guó)微通道換熱器技術(shù)起步較晚，但經(jīng)過30年的發(fā)展，申請(qǐng)量已占主導(dǎo)地位，這與我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展軌跡基本相同，說明我國(guó)制造業(yè)在轉(zhuǎn)型升級(jí)過程中顯示了對(duì)微通道換熱器這種相對(duì)高端換熱器的旺盛需求。

3、微通道換熱器專利的申請(qǐng)人分析

對(duì)樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，在1907件專利申請(qǐng)中，企業(yè)申請(qǐng)件數(shù)為1657件，占86.9%，大專院校申請(qǐng)件數(shù)為172件，科研機(jī)構(gòu)30件，個(gè)人申請(qǐng)48件，具體如圖3所示。如圖所示，與制冷空調(diào)產(chǎn)品申請(qǐng)人類似，企業(yè)是微通道換熱器專利申請(qǐng)的絕對(duì)主體，究其原因，微通道換熱器屬于工程實(shí)用性強(qiáng)的產(chǎn)品，企業(yè)對(duì)微通道換熱器產(chǎn)品的研發(fā)、是生產(chǎn)的直接參與者和主要推動(dòng)力，大專院校和科研機(jī)構(gòu)等也推動(dòng)了微通道換熱器技術(shù)的發(fā)展，主要申請(qǐng)人包括西安交通大學(xué)和北京建筑大學(xué)等。根據(jù)圖4的微通道換熱器專利的全球重點(diǎn)申請(qǐng)人分析，世界前10位的申請(qǐng)人都是企業(yè)，這也與圖3的申請(qǐng)人類型完全一致，但申請(qǐng)人中前4位都是國(guó)內(nèi)企業(yè)完全可以反映我國(guó)在微通道換熱器領(lǐng)域的主導(dǎo)地位，這四位申請(qǐng)人中包括兩個(gè)制冷空調(diào)行業(yè)的重要主機(jī)企業(yè)和兩個(gè)制冷空調(diào)行業(yè)的重要零部件企業(yè)，而后面的六位重要申請(qǐng)人都是國(guó)外公司也可以看出，外國(guó)申請(qǐng)者在微通道換熱器領(lǐng)域也有重要的技術(shù)沉淀。從圖4也可以看到微通道換熱器的主要應(yīng)用領(lǐng)域，主要以制冷空調(diào)領(lǐng)域?yàn)橹?，如格力高、美的、凱利、大金、三菱、樂金等是國(guó)內(nèi)外知名的制冷空調(diào)企業(yè)此外，還包括法國(guó)法里奧和德國(guó)貝爾兩家汽車企業(yè)。這可以看出，汽車換熱系統(tǒng)也是微通道換熱器的重要應(yīng)用場(chǎng)景。

圖3  微通道換熱器專利國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人類型

圖4  微通道換熱器專利全球重點(diǎn)申請(qǐng)人申請(qǐng)量

圖5是微通道換熱器專利的申請(qǐng)結(jié)構(gòu)分析，可以看出專利的申請(qǐng)結(jié)構(gòu)包括專利申請(qǐng)的申請(qǐng)類型，主要分為發(fā)明專利和實(shí)用新型注冊(cè)，以及專利授權(quán)情況，該圖可以直接反映各申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)質(zhì)量。從圖5可以看出，我國(guó)四家企業(yè)在微通道換熱器的專利申請(qǐng)數(shù)量上處于領(lǐng)先地位，但都存在一定比例的實(shí)用新型專利，部分申請(qǐng)人的實(shí)用新型專利申請(qǐng)超過50%。此外，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)授權(quán)率對(duì)海外申請(qǐng)人也普遍偏低，在這四個(gè)主要?jiǎng)?chuàng)新主體中，三花在專利比例、授權(quán)率等方面相對(duì)較高，這也從側(cè)面可以看出三花在微通道換熱器技術(shù)上具有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。在海外的6個(gè)創(chuàng)新主體中，由于發(fā)達(dá)國(guó)家中只有日本擁有實(shí)用新型專利，因此也是只有三菱和大金以極少比例存在的實(shí)用新型專利，但其他4家公司的專利申請(qǐng)只不過是發(fā)明專利，專利的授權(quán)率也比國(guó)內(nèi)創(chuàng)新主體高特別是三菱和法里奧兩家公司的授權(quán)率相對(duì)較高。國(guó)外創(chuàng)新主體在微通道換熱器領(lǐng)域具有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

圖5  微通道換熱器專利全球重點(diǎn)申請(qǐng)人專利結(jié)構(gòu)