【珠海家电产业专利导航报告(2)】空调产业--全球专利态势分析
[ 时间:2021/5/25 18:13:45    来源/作者:-   字体:    浏览:225 次 ]

为推进珠海市家电电器产业创新驱动和高质量发展,科学运用专利信息资源,在珠海市市场监督管理局(市知识产权局)的指导下,珠海智专专利商标代理有限公司完成课题研究项目,并形成《珠海市家电电器产业专利导航报告》。该报告的主要内容将陆续分期发布,敬请关注。


本期主要分析空调产业的全球专利态势。下期将分析空调产业的中国专利态势。






由于空调不但具有制冷功能,同时还具有制热功能,如今广泛应用于调节居住环境的气温。


家用空调的研制始于20世纪20年代中期。1928年美国开利公司推出了第一代家用空调,但因经济大萧条和二次大战,空调一直没能得到广泛的应用。直到50年代后经济起飞,家用空调才开始真正走入千家万户。


20世纪60年代末,日本从政府到民间一致推动燃气空调的发展,大约用了10年时间,燃气空调占据了日本中央空调市场的85%左右。韩国在研究了日本的经验后,也推动了燃气空调的生产和应用。如今,燃气空调在韩国国内市场上的占有率比日本还高。


20世纪70年底后期,世界各国对太阳能利用的研究蓬勃发展,太阳能空调技术也随之出现。随着太阳能空调关键技术的成熟,特别在太阳能集热器和制冷机方面取得了迅猛发展,太阳能空调也得到了快速发展。


20世纪80年代初期,变频空调技术在日本开始运用。1982年,日本生产了第一台交流变频空调,变频空调是在普通空调的基础上选用了变频专用压缩机,增加了变频控制系统的空调,但基本结构和制冷制热原理与普通空调完全相同。传统空调压缩机依靠其不断地“开、停”来调整室内温度,其一开一停之间容易造成室温忽冷忽热,并消耗较多电能。变频空调的主机是自动进行无级变速的,它可以根据房间情况自动提供所需的冷(热)量;当室内温度达到期望值后,空凋主机则以能够准确保持这一温度的恒定速度运转,实现“不停机运转”,从而保证环境温度的稳定。变频空调具有节能、噪音低、温控精度高、调温速度快、电压要求低、环境温度要求低等特点。


20世纪90年代中期,太阳能空调技术获得了长足的进步,真空管集热器和溴化锂吸收式制冷机大量进入了市场。新式太阳能空调的实现方式主要有两种,一是先实现光电转换,再用电力驱动常规压缩式制冷机进行制冷,原理简单、容易实现,但成本高;二是利用太阳的热能驱动进行制冷,这种制冷方式技术要求高,但成本低、无噪音、无污染。后一种方式得到越来越广泛的应用。


1998年,变频空调技术取得了重大突破,日本研制出了直流变频技术,直流变频空调性能比交流变频空调更加优异。从这以后,直流变频空调迅速成为现代空调的主流,目前直流变频空调已在日本和欧美家用空调市场占90%以上。在我国,继海尔在1998年率先推出国内首台直流变频空调以后,国内生产变频空调的厂家也迅速增加,中国变频空调市场尤其是直流变频空调市场开始有了突飞猛进的发展。


1999年,燃气空调在中央空调领域也获得了重大的发展。空调使用大户美国由于早期电力基础设施雄厚,燃气空调的发展在相当长的时间里受到制约。1999年7月,因连续高温导致空调用电剧增,美国国内推广燃气空调的呼声高涨。在2000年美国中央空调销售市场中,燃气空调份额迅速提高到7%。欧洲、非洲及东南亚各国近几年对燃气空调逐渐有了认识,有许多销售商因看到其巨大的市场潜力而开始全面开展燃气空调的推广工作,现已取得实质性进展。中国的燃气事业起步较晚,发展速度也较慢,燃气空调占整个空调的比率还很低,燃气空调所耗燃气占燃气总消耗的比率更低。


我国的空调技术真正起步于20世纪50年代,1952年,我国高等学校开始创办“供热供煤气及通风”专业,最早设立该专业的学校有哈尔滨工业大学、清华大学、同济大学、西安冶金建筑学院(现西安建筑科技大学)、天津大学、太原工学院、重庆建筑工程学院(现重庆大学)、湖南大学,号称暖通专业老八校。中国建筑科学研究院开始设置空调技术研究室(现发展为空气调节研究所),有专门的研究人员从事空调技术方面的研究开发工作。❶ 但是,至20世纪60年代中期,中国空调产品还是主要依靠从美国、英国、日本等国家进口来满足特殊场合的需求。


1974年,春兰集团的前身“泰州市无线电元件九厂”应客户要求研制出一台窗式空调CKF-3A。1988年,自主生产的国产分体壁挂式空调KF-19G1A在华宝空调器厂诞生,取名“雪莲”,有着莲花般纯洁美好的意境,又寓意给用户带去清凉,由此也拉开了我国空调由窗机向分体式产品过渡的序幕。


从1993年开始,以广东三洋空调工厂的成立为标志性事件,一大批国外品牌几乎都以合资的方式在中国开设生产基地,例如夏普、沈阳三洋、日立、三菱电机、三菱重工、松下、大金、富士通等外资品牌都是集中在1995年至1997年的短短三年时间密集性地进军中国空调市场。外资品牌参与到中国市场竞争的同时,也为中国空调产业输入了大量的生产设备、前沿的空调技术、新型的管理理念和多样化的产品设计。❷


随着智能家居技术、大数据、云计算、物联网、电控、数码、自动化等现代科技技术的加速发展,空调的外观、能效、智能化等呈现出崭新气象。



图2.1 空调全球专利申请趋势




一、全球专利申请量趋势分析


通过对全球空调领域相关专利申请随年代变化趋势的分析,可以初步掌握自1921年至今全球空调技术的发展过程和趋势,一定程度上反映了空调技术的发展历程、技术生命周期的具体阶段,以及预测未来一段时间的发展趋势。


图2.1反映了空调技术在全球范围内的专利申请态势分布,其中折线图示出了空调领域的全球专利申请量的变化情况,专利数据以“项”进行统计;柱状图示出了空调领域的中国专利申请量的变化情况,专利数据以“件”进行统计。从图中可以看出,空调技术的发展大致经历了以下三个阶段:


(一)技术萌芽期(1963年前)

在空调技术萌芽期,全球在该领域的技术发展极为缓慢,每年的专利申请量较少,均在500项以下。此阶段,创新主体较少,市场不明确,研发风险较大,因此专利申请数量也比较少,主要是以美国创新主体的专利申请为主。而且,此阶段家用空调的应用主要是通过电影院利用空调技术,承诺能为观众提供凉爽的空气,使空调变得和电影本身一样吸引人,而夏季也取代了冬季成为看电影的高峰季节。


(二)缓慢发展期(1964年-2009年)

随着更多的创新主体加入到空调技术的研发中来,此阶段专利申请量呈缓慢增长趋势,年专利申请量从突破5000项到接近10000项之趋势增长。在二十世纪六、七十年代,美国地区发生罕见的干旱天气,一定程度上促进了空调技术的发展。同时,空调逐渐出现在大量全年开放的室内娱乐场所,如赌场、室内运动场和商场,但还没有得以广泛普及。并且,空调技术的研发需要投入巨额成本,研发风险大,相关技术未得到充分发展。本阶段的创新主体除了美国外,日本、韩国、中国也陆续发展空调技术,专利申请量呈一定幅度地缓慢平稳增长。


从图2.1中空调领域在中国专利申请趋势可知,中国于1985年在空调领域的缓慢发展期的中期进入该领域,并进行了专利申请。在随后的二十五年间,中国的空调技术发展缓慢,且此阶段有一定量专利申请为国外申请人在中国进行的专利申请。


(三)快速发展期(2010年至今)

这一阶段,全球经济复苏且发展迅速,空调得到广泛普及,且随着智能家居技术、大数据、云计算、物联网、电控、数码、自动化等现代科技技术的加速发展以及用户体验舒适度的提升,拓宽了空调的应用范围,使得用户对空调的需求量大大增加,空调市场迅速扩大,用户对空调性能的关注度也进一步加深。同时,世界各国均在关注工业对环境的影响程度,促进了研发人员对空调技术进一步改进,使得空调的专利申请数量得到快速增长,在2018年达到专利申请量的高峰,该年度专利申请量为34494项,空调专利技术进入爆发期。随着空调领域的专利申请量大幅度的增加,说明该领域的技术竞争热度高,知识产权竞争激烈。


在全球空调技术的快速发展时期,中国在空调技术的发展同步处于快速发展时期,中国市场快速扩大,介入的创新主体逐渐增多,从而中国在空调技术的专利申请量激增,直接影响了全球专利申请总体趋势。某种程度上,全球空调技术的快速发展得益于中国在空调技术的快速发展,同时可知,中国在空调领域的专利申请量较多,中国市场的竞争热度高,且知识产权竞争激烈。


中国虽然在空调领域起步较晚,但发展势头迅猛,后来居上。2010年至今,中国的空调技术处于快速发展期,中国市场迅速扩大,说明中国作为新兴市场逐渐得到了各国尤其是发达国家企业的重视。



二、全球专利申请国家/地区分析


图2.2反映的是空调领域全球专利申请的主要申请国家/地区申请趋势,其中折线图示出了空调领域的主要申请国家/地区申请量随年度变化的趋势图,饼状图示出了全球专利申请中主要申请国家/地区的分布图。


从饼状图中可以看出,在空调领域的全球专利申请中,中国专利申请量最大,占全球37.40%,其次是日本和韩国,分别占比26.34%和7.55%,而随后的是美国和德国,分别占比6.03%和3.49%,从而可知,中国、日本、韩国、美国和德国是空调技术的主要来源国,分别具有较强的技术储备,均具有较强的技术实力。而且,中国、日本、韩国、美国和德国这五个国家在该空调领域的技术集中度非常高,全球的技术和市场竞争主要集中在中国、日本、韩国、美国和德国。


图2.2 空调全球专利申请的主要申请国家/地区申请趋势


图2.2的折线图给出了中国、日本、韩国、美国和德国在空调领域的历年专利申请量变化情况,可以看出,美国和德国在空调领域起步较早,但从其发展历程看,美国和德国在空调领域的发展趋势虽保有平稳增长的态势,但专利申请总量不高。其中,美国作为空调的发源地,开利公司于1928年推出了第一代家用空调,为家用空调的普及奠定了基础。自美国创新主体发明空调开始便进行空调技术方面的专利申请,随后呈稳定增长趋势,在1962年前,美国的空调专利申请量远远大于中国、日本、韩国和德国。


日本和韩国基本上在同一时期进入空调领域,日本在经历了一段平稳发展阶段之后,近二十年处于空调技术的缓慢发展期;而韩国在前期低迷发展,近二十年来处于空调领域的缓慢发展期,且其缓慢发展期的增长幅度低于日本同一时期的增长幅度。自1960年开始,燃气空调在日本出现,此后日本的空调产业经历了一段平稳发展期。日本于20世纪80年代初期开始运用变频空调技术,1982年生产了第一台交流变频空调,之后在1998年变频空调取得了重大突破,日本研制出了直流变频技术,从此以后,直流变频空调成为现代空调的主流。因此,在1960年至2000年平稳发展期间,日本的空调产业迅速崛起,专利申请量快速超越美国和德国。


中国虽然在空调领域起步较晚,但势头迅猛,专利申请量位居全球第一,一定程度上反映中国在空调领域上具有明显优势。在2000年之前,中国在空调领域的专利申请量处于低迷状态,说明此阶段中国对空调技术的研发投入不足,技术发展缓慢。而在2000年开始至今,中国在空调领域的专利申请量呈井喷式快速增长,尤其是在2008年之后,中国在空调领域的专利申请量远远赶超了日本、韩国、美国和德国,说明中国虽然在该领域的研发较晚,但是近些年来研发投入力度较大,增长迅速。



三、全球专利申请流向分析


企业在某个国家的专利布局与企业对该国市场的重视程度密切相关,某种意义上可以说,市场到哪里,专利到那里;专利在哪里,市场在那里。从图2.3中所示的空调技术输入输出流向分布可以得到以下分析,纵轴表示“申请人国籍”,横轴表示“专利申请所在局”。


中国籍(包括港澳台)申请人专利申请量位居全球第一,但有95.06%的专利申请集中在国内,在日本、韩国、美国以及欧洲等海外国家/地区只有少量的专利布局,而其他国家较为注重在中国的专利布局,尤其是日本、韩国和美国申请人。主要原因是由于中国市场对空调的需求很大,市场也较开放,故国内外申请人均较为注重在中国的专利布局,但是中国空调技术起步较晚,中国企业在空调领域的技术实力相对略弱一些,国际市场竞争力有待进一步提升,在全球范围内进行专利布局的信心和能力也有待进一步提升。


图2.3 空调技术输入输出流向分布


日本籍申请人除在本国进行专利申请之外,非常重视海外专利的布局,最大目标国是中国,其次是美国和欧洲,同时在韩国也进行一定量的专利布局。而其他国家申请人在日本进行专利申请的比例较小。由于日本有重视专利申请的传统,且其拥有多家如松下、三菱、大金、日立等空调领域领先型企业,其他国家申请人可能考虑到进入日本市场的难度较大,从而就减少在日本的专利布局。可见,日本为空调领域的主要技术输出国。


韩国籍申请人除在本国进行专利申请之外,也非常重视海外专利的布局,最大目标国也是中国,其次是美国和欧洲,但在日本的专利布局较少,可能是考虑到进入日本市场的难度较大。而其他国籍申请人也相对重视韩国市场,在韩国进行了一定量的专利布局,特别是中国、日本和美国申请人。


美国籍申请人除在本国进行专利申请之外,非常重视海外专利的布局,最大目标国是中国和欧洲,其次是韩国,同时在日本也有少量的专利布局。而其他国籍申请人也非常重视美国市场,故各国均较为重视在美国的专利布局。美国市场为开放的专利市场,市场需求量也较大,且美国向来注重知识产权的保护,进入美国的产品都可能会受到专利侵权的影响,因此各国在美国均有专利布局,美国本国企业在空调领域的技术发展也很充分,专利申请量较多。


德国籍、法国籍及英国籍申请人的整体专利申请量较少,除了在所属的欧洲地区进行专利申请之外,在美国、中国和韩国进行了一定量的专利布局,但在日本的专利布局较少,可能是考虑到进入日本市场的难度较大。而其他国籍申请人也相对重视欧洲市场,在欧洲进行了较多的专利布局,特别是日本、美国和韩国申请人。


综上,中国企业的专利布局意识已不断增强,但在日本、美国、韩国均已形成较为严密的专利布局,并且海外申请人也很注重在中国的专利布局的情况下,中国企业将会面临较大的竞争压力,需在技术上积极寻求突破,同时注重海外专利布局和海外专利侵权风险防范。



四、全球主要专利申请人分析


专利申请人是专利申请的主体,也是专利布局的谋划者。空调领域历年来申请人排名变化情况都是专利布局研究中应该关注的热点,通过分析该领域主要申请人的状况,预测空调领域未来的市场竞争格局,帮助企业发现潜在的竞争对手或者合作伙伴。


图2.4是空调全球专利申请量排名前十的申请人排序情况,统计过程中将各子公司的申请量与母公司的申请量进行了合并统计。从图中可以看出,全球专利申请总量排名前十位的申请人中,日本的申请人有四位,韩国的申请人有两位,中国的申请人有四位,分别是美的集团、格力电器、海尔集团和奥克斯,说明中国企业在空调领域的研发实力较强,且技术水平位于世界前列,具有较强产业竞争力和技术优势。


图2.4 空调全球专利申请量前十位申请人



五、全球专利技术构成分析


空调主要由壳体结构、热交换器、压缩机、过滤器、导风板、风道系统、管道、电子部件以及控制或安全系统等组成,图2.5展示了空调全球主要专利技术相关的国际主分类号(IPC分类号)和相应的专利数量分布情况,从中可以看出空调的主要专利技术构成分布情况。


作为空调的控制或安全系统,包括系统运行控制、以用户界面或交互控制、远程控制(使用电话网络或者互联网通信)等智能化控制系统专利技术(F24F11)在总技术构成中占比最大,属于空调的热点研究技术。同时,在空调专利技术布局中,压缩机(F04C、F04B),空气增湿、减湿、净化等二次处理调节(F24F3),过滤器(F24F13/28),以及外壳或盖结构(F24F13/20)也属于空调的热点研究技术。


另外,在空调专利技术布局中,热交换器(F24F13/30)、用于防止冷凝或排走冷凝液的装置(F24F13/22)、管道配置(F24F13/02)及导风板等空气流动控制部件(F24F13/08)在专利申请数量上处于第二梯队,可能是空调的这四项分支技术已经达到一定技术成熟度,创新空间较小。


此外,在空调专利技术布局中,空调在零部件的支承装置(F24F13/32)、用于防止或抑制噪声(F24F13/24)、风道系统(F24F7/04、F24F1/0011、F24F1/48、F24F1/0014)等技术分支的专利申请量处于第三梯队,可能是空调的技术难点、技术空白点或下一步专利布局的重点。


图2.5 空调全球主要专利技术构成分布

图2.5 空调全球主要专利技术构成分布


图2.6示出了空调主要热点技术的全球历年专利申请量的发展趋势,空调智能控制技术(F24F11)在2010年之前处于缓慢发展期,随着空调的广泛普及,且随着智能家居技术、大数据、云计算、物联网、电控、数码、自动化等现代科技技术的加速发展以及用户体验舒适度的提升,使得空调智能控制技术(F24F11)在2010年之后进入了快速发展阶段,尤其是最近五年,空调智能控制技术在专利申请量上得到了井喷式增长,为空调的热点研究技术。智能空调具有自动调节功能,能根据外界气候条件,按照预先设定的指标对温度、湿度、空气清洁度传感器所传来的信号进行分析、判断、及时自动打开制冷、加热、去湿及空气净化等功能的空调。


其中,可在中央控制系统中加入空调控制网管,实现全屋空调的统一控制,同时不影响空调系统自身的独立控制和使用。空调专用能效系统将对家居冷暖系统的运行状态、运行参数及屋内外环境温湿度实行全天候的自动监测,同时根据室外温湿度变化在不同季节自动改变温度设定值。中央控制系统的控制软件可以调节、收集、记录、保存及管理有关空调系统的信息及数据。


此外,智能空调可通过人脸、手势、声音等识别指示,也可实现远程控制,比如使用电话网络、互联网通信等方式。智能控制技术(F24F11)作为空调的热点研究技术,是空调未来的主流发展方向,也是未来品牌竞争的创新突破口。


压缩机(F04C、F04B)是空调必不可少的一部分,在空调制冷剂回路中起压缩驱动制冷剂的作用,是空调器制冷系统的“心脏”。为了把制冷剂从低压提升到高压,并使它在制冷系统中不断循环流动,空调压缩机实际上起着一个“泵”的作用。形象地说,压缩机是“心脏”,制冷剂是“血液”,通过压缩机将制冷剂由低压提到高压,在冷凝器中排出热量,通过毛细管节流在蒸发器吸收热量,再进入压缩机。压缩机的高压管输出的高压制冷剂就象“动脉”血液,由蒸发器进来的制冷剂就象“静脉”血液。因此,空调压缩机(F04C、F04B)的专利申请量保持在稳步增长趋势,事实上压缩机作为空调的核心,无疑是技术创新变革的主战场,热点研究技术。


空调的空气增湿、减湿、净化等二次处理调节(F24F3)和过滤器(F24F13/28)在2015年之前处于缓慢发展期,随着人们生活水平的提高,对空气质量的关注度也越来越高,而室内空气充斥着颗粒物、甲醛、总挥发性有机物(TVOC)、细菌、过敏原等各种污染物,被列入对公众健康影响最大的五个环境因素之一 ❸,尤其是近些年出现的连续大范围雾霾天气更加促进人们对空气质量的担忧,使得空调净化技术(F24F3、F24F13/28)在2015年之后进入了快速发展阶段,空调净化技术在专利申请量上得到了爆发式增长,为空调的热点研究技术。空调净化技术主要功能为了保证室内空气的洁净度,防止室外污染气流进入室内,使得室内空气保持一个优良的环境。


空调的外壳或盖结构(F24F13/20)在2015年之前也处于缓慢发展期,随着人们对空调外观的美观度、个性化、艺术化的追求,使得空调外壳或盖结构(F24F13/20)在2015年之后进入了快速发展阶段,在专利申请量上得到了大幅度增长,可见空调融合艺术化创新相当活跃,以满足人们日益个性化、多元化的需求。比如,格力电器于2016年推出格力•画时代空调,从油画艺术中提取设计灵感,将油画与空调结合的独特设计,旨在为人们打造一款舒适易用的艺术空调。该空调造型与普通挂画很相似,从表面看和一幅挂在墙上的油画没什么区别。“画”的内容也可以根据消费者的需求而定制,可根据用户个人需求进行面板图案个性定制,这是科技与艺术的完美结合,不但给人们带来了舒适的生活,同时也实现了低碳、环保的理念,产生了巨大社会效益,使得空调兼具实用性和艺术性,赋予了更多的意义。




❶ https://wenku.baidu.com/view/eb3ec702b8d528ea81c758f5f61fb7360b4c2baa.html,空调技术发展史,邓忠凯。

❷ 《空调产业专利分析报告》,横琴国际知识产权交易中心有限公司。

❸ 岳伟,潘小川. 室内空气污染物及其健康效应研究[J]. 环境与健康杂志,2005,22(2);150-153。