基于专利分析的国内太阳能热泵干燥技术应用

基于专利分析的国内太阳能热泵干燥技术应用

文章从专利分析的角度出发，统计了太阳能热泵干燥技术在国内的专利申请情况，进而分析太阳能-热泵干燥技术在我国的发展现状，以期为相关科研人员对太阳能-热泵干燥技术进行深入研究时提供有益参考。

标签：太阳能；热泵；干燥；专利

1 分析样本

文章数据来源于国家知识产权局的专利检索与服务系统（Patent Search and Service System，简称“S系统”）中的中国专利文摘数据库（China Patent Abstract Database，简称“CNABS”），以“太阳能”、“热泵”和“干燥”作为关键词、以BI（联合索引，复合索引了所有的AB、TI、KW和CLMS字段）作为检索入口进行检索，检索日期为2016年2月1日，通过人工剔除噪音数据后，共获得116项相关专利，其中包括发明专利和实用新型专利。

2 我国太阳能-热泵干燥技术的专利情况

2.1 专利年份分布

由表1可知，1988年我国开始对太阳能-热泵干燥技术进行研究并申请了1项专利。该项专利为实用新型专利“多能源联合干燥装置”（专利号：ZL88201739.X），其利用太阳能、电能和热泵多能源的联合进行干燥，无论晴阴雨夜，都能连续的工作，实现常年连续对物料进行低温除湿干燥[1]。然而，1989～2006年太阳能-热泵干燥技术在我国的专利申请量为零，这反映了当时我国对知识产权保护的重视程度不够，直到2007年才开始又有专利申请，并且在2008年国家知识产权战略实施以来，专利申请量逐年增加，2012年达到最高值20项，实际上，由于专利申请延迟公开的特点以及数据库收录时间略有滞后，2014～2015年的数据不全。2014年我国首次提出了“努力建设知识产权强国”新目标，2014～2015年这两年的平均项数有可能超过20项。

2.2 IPC分类号分析

太阳能-热泵干燥技术的研究主要集中在IPC分类号F26B（从固体材料或制品中消除液体的干燥，占比为64.7%）、C02F（水、废水、污水或污泥的处理，占比为24.1%）和其他小类（共占11.2%），对以上小类分别细分，可以发现在F26B中，F26B9（静态下或只是局部摇动干燥固体材料或制品的机器或设备）占比为28.4%，F26B23（加热装置）占比为13.8%，F26B21（干燥固体材料或制品用的空气或气体的供应或控制）占比为12.9%；在C02F中，C02F11/12（污泥处理的脱水法、干燥法）占比为21.6%；其他小类细分主要如下：A23N12/08（用于干燥或烘焙水果或蔬菜）占比3.4%、A23B9/08（谷类的干燥）、A24B3/10 （烤制烟草）和F24J2（太阳热的利用）各占比1.7%，A23B4/03（肉、香肠、

鱼或鱼制品的干燥）和F25B30/06（以低势热源为特征的热泵）各占比0.86%。

我们可以发现太阳能-热泵干燥技术的应用非常广泛，包括木材、陶瓷坯料、食品、果蔬、菌类、中药材、谷物、秸秆类、污泥、餐厨垃圾、烟草、腊味、煤、造纸、制药、制浆、茶叶等等的干燥，其中应用于污泥干化最多，且一般将其分入C02F11/12中，例如发明专利申请“太阳能热泵联合污泥干化系统及干化方法”（申请公布号：CN103482838A），主分类号为C02F11/12，其包括太阳能供热子系统、热泵子系统和干燥装置子系统，能够充分利用太阳能的热量，并回收湿空气中水蒸气的潜热，同时通过太阳能供热子系统和中水源热泵子系统来保证夜间或太阳能不足情况下的污泥干化所需能量[2]。

应用于谷物类的首选分入A23B9/08，烟草首选分入A24B3/10、肉制品例如腊味首选分入A23B4/03、果蔬首选分入A23N12/08。而对于没有具体分类号对应的干燥对象，一般会被集中分入到F26B（干燥）中，其中主要为F26B9、F26B23和F26B21。

2.3 太阳能-热泵干燥技术的研究方向分析

太阳能-热泵干燥系统一般包括干燥子系统、热泵系统、太阳能系统以及相应的控制系统，通常采用太阳能加热为主，热泵系统加热为辅的干燥方式，例如发明专利申请“一种太阳能热泵联合干燥系统及干燥方法”（申请公布号：CN105258488A），其包括太陽能集热装置、热泵系统、水循环系统，当主水箱内的水温高于55度时，则选择太阳能单独供热模式或太阳能和热泵系统联合供热模式；当主水箱内的水温低于55度时，则选择热泵系统供热模式[3]。

对于太阳能-热泵干燥系统的发明改进途径，包括从工作原理、热泵类型、太阳能热泵与其他热源耦合应用等方面入手。

太阳能热泵从其工作原理可主要分为直接膨胀式和非直接膨胀式。实用新型专利“直膨式太阳能热泵与太阳能组合的干燥装置”（专利号：ZL201120346773.7），采用直膨式太阳能热泵与太阳能空气集热相组合的方式加热空气[4]，白天可以对物料进行干燥，但是在夜间或阴雨天，该系统干燥效果不佳。而常规的非直接膨胀式太阳能干燥系统结构复杂、连续性差，导致能源利用率低。

热泵的类型很多，例如空气源热泵、水源热泵、地热源热泵。发明专利申请“一种污水源热泵与太阳能结合污泥干化系统”（申请公布号：CN103359904A），提供了一种以污水源热泵为主要热源、太阳能为辅助热源的污泥干化系统。这一系统利用污水源热泵回收污水处理厂二级生化后出水中的热能作为污泥干化的主要能量来源，采用太阳能作为补充能源，克服了太阳能本身所具有的稀薄性和间歇性[5]。

将多种热源联合使用，以图发挥各自优势一直是科研中惯用的方式。实用新型专利“一种微波强化太阳能中水高温双源热泵干化污泥系统”（专利号：

ZL201320168357.1）将太阳能、中水、热泵和微波干化加热方式联合组成了一种新型干化方式，较好地解决了现有的污泥干化存在的缺点[6]。

3 结束语

通过对国内太阳能-热泵干燥技术专利文献的统计分析，可以看出随着国家知识产权战略的实施，人们的专利保护意识不断加强；同时，从工作原理、热泵类型、太阳能热泵与其他热源耦合应用等方面对太阳能-热泵干燥技术提出改进之处，促进了太阳能-热泵干燥技术的发展。

参考文献

[1]商桂电，庞晓培.多能源联合干燥装置[P].中国专利，88201739.X，1989-1-4.

[2]中国科学院理化技术研究所.太阳能热泵联合污泥干化系统及干化方法[P].中国专利，201210194963.0，2014-1-1.

[3]广东石油化工学院.一种太阳能热泵联合干燥系统及干燥方法[P].中国专利，201510851566.X，2016-01-20.