ABSTRACT

This paper mainly analyzes the application quantity, technical type and the main applicants from the point of view of the patent in the field of heat pipe cooling technique for telecommunication base station, and also provides a summary and outlook, with the view of knowing the current status of technology development.

Keywords:Computer and Date Processing Room, Heat Pipe Exchanger, Patent, Research Progress

从知识产权看热管机房散热技术研究进展

缪亚芹¹，王丽丽²，李奇贺²，邱德来²

¹南京航空航天大学金城学院，南京

²南京师范大学能源与机械工程学院，南京

Email: myaqin73@sina.com, wll320921@126.com

收稿日期：2014年10月24日；修回日期：2014年11月20日；录用日期：2014年11月26日

摘  要

本文对国内热管技术在机房散热领域内应用的专利申请量、专利类型以及主要申请人等方面的情况进行了统计分析，并对该领域研究进行了总结与展望，以期使读者对热管技术在机房空调领域的研究与应用状况有所了解。

关键词

机房，热管散热器，专利，研究进展

1. 引言

随着我国通信行业迅猛发展，机房的能源消耗和节能问题已引起了企业和科研人员普遍关注。对于通信基站这类几乎全年都需要向外排热的特殊场所，全年运行空调能耗很大，因此寻求有效的途径降低机房空调能耗对机房节能意义重大。热管是一种新型的具有高导热性能的传热元件，它依靠工质流体的相变传递热量，传热系数高，结构简单，在近室温小温差换热的空调等领域得到了广泛应用[1] 。以热管为传热元件的热管换热器具有高热导性、二次间壁换热等优越性能，可充分利用室外冷源同时室内、外空气无需直接接触，具有鲜明的绿色环保特性，因此将热管技术应用到机房散热领域即安全又高效。

将热管技术用于通信基站和信息中心机房的空调节能这一新技术，以其高效节能，绿色环保的优越性引发了广泛的关注。目前，国内已有很多企业、科研院校以及个人对该领域进行了基础理论及应用研究。本文从专利申请与授权的角度，对热管机房散热领域的专利申请进行统计分析，以从专利角度体现该领域的研究进展、创新能力及未来前景。

2. 热管机房散热领域专利申请状况

在中华人民共和国知识产权局官方网站上，以关键词为机房、基站、空调、热管进行检索，共获得的总专利申请量为151件，并以此作为样本进行数据分析。

2.1. 专利申请量的总体趋势

从公开专利年度申请量变化来看，热管机房散热领域的技术发展处于起步阶段，整体呈上升趋势，未来发展前景广阔。图1显示，热管机房散热领域的中国专利申请量在2007年开始出现，自2011年起，申请量开始快速增长，并且于2013年达到顶峰。此外，截止2014年8月该领域专利申请已达25件，增长趋势显著，有望超过2013年专利申请量，保持整体增长趋势。这些数据表明了众多企业校、科研院校以及个人加快了对热管机房散热技术的研究，强化技术创新。

2.2. 专利申请类型

热管技术应用于机房空调中的专利申请涉及发明、实用新型、外观设计3种类型。其中发明专利申请48件，约占总数的31.79%；实用新型专利申请98件，占到了65%；外计专利申请5件，占到了3.31%，专利类型分布如图2所示。

2.3. 主要申请人介绍(图3)

经统计，热管技术的机房空调节能应用领域专利企业申请的比例最大，高达74%，其中获得授权专

图1. 热管机房散热领域的公开专利年度申请量

图2. 热管式机房空调节能应用的专利类型分布

图3. 专利申请人所在单位类型分布

利较多的企业有北京纳源丰科技发展公司、北京德能恒信科技有限公司等，这些公司是技术研发的主力军，通过专利了解企业在产品研发方面的技术发展，能够反过来对企业技术的进一步研发给出启发和指引。但是从授权专利申请的类别来看，企业获得的授权实用新型专利54件；发明专利仅1件；外观专利4件。以上数据表明，企业的授权专利集中在实用新型专利，发明专利寥寥无几，企业的技术创新水平还不高。

院校和科研单位的专利申请数量占到了总量的第二位，两部分总和为20%，其中获得授权专利较多的有浙江大学、合肥工业大学、上海交通大学、清华大学等。从授权专利申请的类别来看，院校和科研单位获得的授权实用新型专利11件；发明专利5件；外观专利1件。热管技术的机房空调节能应用领域的授权发明专利共6件，其中院校和科研单位拥有5件，占到了83%。以上数据表明，院校和科研单位汇聚着一流的技术人才和研究设备，其在技术创新中占主导地位。

个人的专利申请量最少，在授权专利中，只获得实用新型专利13件。由于没有公司企业的技术背景、研发团队和资金支持，个人所完成的技术创新水平还很低。

2.3.1. 获得授权专利数量较多的企业

1) 北京纳源丰科技发展公司

公司是一家为各类数据机房以及基站提供能源诊断，节能设备以及能源管理方案的中外合资公司，公司在热管技术的机房空调节能应用方面获得了授权专利4件，其中发明专利1件，实用新型专利申请3件。授权的发明专利名为一种双循环式机房节能空调，这项发明可通过根据机房内外温度差异灵活地该选择其中一种换热方式，能够有效地解决机房的排热问题[2] 。授权实用新型专利包括了一种机房节能空调、重力热管与蒸汽压缩复合制冷机房空调、一种分布式水冷分离式热管排热系统等[3] -[5] 。

2) 北京德能恒信科技有限公司

该公司机房空调领域涉及热管技术的授权专利有6件，且都为实新型专利。这些专利申请主要包括机房基站空调节能装置、一种基站机房空调、热管空调一体机等[6] -[8] 。

3) 北京景盛泰和科技发展有限公司

该公司在此领域的授权专利有4件，且都为实用新型专利。内容主要涉及换热器的研发，根据有无动力装置分一种设备间、机房散热用自然冷却分离式热管换热器和设备间、机房散热用强制冷却分离式热管换热器以及一种自然冷却分离式热管换热器和强制冷却分离式热管换热器等[9] -[12] 。

4) 上海龙创自控系统有限公司

上海龙创节能系统股份有限公司拥有该领域的授权专利有2件，且都为实新型专利。内容包括了通讯机房空调热管一体机的排热装置、通讯机房分布式热管理装置[13] [14] 。

2.3.2. 科研机构

1) 浙江大学

浙江大学多年来致力于机房空调的研究，其中热管技术与机房空调相结合的授权发明共有2项，分别为一种风冷式热管型机房空调系统和一种水冷式热管型机房空调系统[15] [16] ，这两项发明不仅解决了新风系统中较复杂的空气品质处理问题，也解决了热交换技术中运行温差较大、能效比不高的问题。

2) 合肥工业大学

合肥工业大学在热管机房散热领域共获得2项授权发明专利，一项为机房用热管复合型空调机组及其工作方式[17] ，另一项为机房用热管复合型空调机组及其控制方式[18] ，机房用热管复合型空调机组的特征是空调机组中的冷源系统由热管模块和制冷模块复合构成，将宽环温带分解为制冷区、复合区和热管区三个功能区，冷源系统针对不同的功能区相应切换运行制冷循环、复合循环和热管循环工作模式，可最大化利用室外自然冷源，实现低成本运行和节能。

3) 上海交通大学

上海交通大学在热管机房散热领域拥有1项授权发明专利，专利名为一种适用于机房精密控制空调的节能装置[19] ，即在蒸发器前后布置的回路热管装置，能够回收部分电加热的能耗，节约了能量。本发明进一步完善了机房空调的节能方案，为机房空调的节能提供了很好的参考价值。

4) 清华大学

清华大学从2007年开始热管技术的机房空调节能应用领域的专利申请，目前共有授权专利4项，且都为实用新型专利申请。专利内容涉及了一种带冷凝热回收的数据机房全年供冷空调系统以及根据是否有动力装置又研发了强迫对流式和自然对流式分离型热管机房排热装置等[20] -[22] 。

5) 南京师范大学

南京师范大学在该领域共用2项授权专利，新型实用专利申请1件，外观专利申请有1件。专利名为间壁式显热交换热管型机房空调，同时申请了这种新型机房空调的外观专利[23] [24] 。

2.3.3. 个人

国内个人在此领域的专利申请还很少，张永旺[25] [26] 在2011年获得了2件授权实用新型专利，分别为“热管式通信机房节能空调机组”和“热管式通信机房节能空调”，核心部件都采用低温热管换热器，具有结构简单、制造方便等特点；施连兴[27] 等人获得的授权实用新型专利名为一种通信机房快速节能散热系统；郭琛[28] 研究用于手机通讯基站或机房散热的热管散热器和压缩机制冷一体化设备，其获得的授权新型专利名为组合型热管空调一体机；徐兴江[29] 在该领域获得的授权新型专利名为一种通过室外空气湿球温度控制的热管节能空调机组。

2.3.4. 其他

根据对热管机房散热领域的专利分析可知，该领域技术发展整体呈上升趋势。目前为止还有很多其他企业、研究机构和个人也在为该领域的发展做出贡献，其中获得2项授权实用新型专利的有中国科学院理化技术研究所、东莞市蓝冠环保节能科技有限公司、珠海格力电器股份有限公司、苏州朗吉温控系统有限公司等。

综上所述，现有的热管机房散热技术研究专利主要集中研究热管换热器及热管空调一体机性能的优化，包括它们的结构形式、冷却方式、工作方式和控制方式等方面。目前对它们性能优化的研究还缺乏一致的通用的理论成果，并且该领域缺乏适于大规模，批量化生产的热管换热装置，因此对热管换热器及热管空调一体机的研究还存在很大的空间，未来仍然是热管机房散热技术的重点研究方向。

3. 结论与展望

热管技术在机房空调的节能应用是机房空调的一个细分领域。在全球绿色数据中心理念和节能减排政策的积极推动下，将热管技术更加合理地运用到数据机房空调领域，寻求最大程度的节能性是我们一直在不断努力的目标，目前有很多企业、研究机构和个人致力于该领域的研究。通过以上对热管机房散热领域的专利申请情况进行分析，我们可以得到以下几点：

1) 从专利申请状态来看，热管在机房散热领域技术研究仍处于起步阶段，但已取得了一定的进展，并且整体呈上升趋势。近年来活跃的专利申请状态表明了该技术在我国具有良好的发展环境和广阔的市场应用前景。

2) 从专利类型与申请人类型的方向来看，实用新型专利数倍量是发明专利申请数量的2倍，且在48项发明专利申请中，获得授权的发明专利仅6项，表明了我国在该领域的创新能力较低，有待进一步提高。此外热管空调散热领域中实用新型专利70%以上为企业申请，在授权的发明专利中80%以上为高校申请。高校作为是我国科技创新主要阵地之一，为热管机房散热领域中的技术发展奠定了基础，同时为企业的发展提供了方向。企业为该领域技术的产业化发展发挥着极为重要的作用，增强企业的自主创新能力，对促进该领域技术发展意义重大。

3) 从申请的专利产品型式来看，热管技术应用到机房中具有多种衍生产品类型和系统形式，主要型式有两种，一种为单独的热管换热装置；另一种为热管与压缩制冷循环复合而成的热管空调一体机。目前将热管技术与围护结构结合的应用形式则鲜有出现，但由于其散热效率高，节省空间的独特优势，使之将成为研究人员下一个重点研究方向。

项目基金

南京市科技计划项目(项目编号201306018)。

参考文献 (References)