风能在汽车冷却系统中应用的专利分析

一.汽车领域“御风而行”

在风能的应用领域中，风能发电已趋于成熟，它具备大规模开发和商业化发展前景，并取得了一系列可喜的技术成果。但风能的应用远不止于此。在众多与人类日常生活密切相关的应用中，风能在汽车领域的应用显得格外突出，从专利数据就可以发现，其在“御风而行”的道路上已经迈出了进一步探索的步伐。

风能在汽车中的应用主要分为三方面，即在汽车动力和电力上的应用、风能在汽车制动方面的应用以及风能在汽车冷却中的应用。而从专利角度来看，相对于前两种应用，在冷却方面的申请量相对较少，并且研发的程度也相对有限。

二.专利分析

在风能的应用领域中，风能发电已趋于成熟，它具备大规模开发和商业化发展前景，并取得了一系列可喜的技术成果。但风能的应用远不止于此。在众多与人类日常生活密切相关的应用中，风能在汽车领域的应用显得格外突出，从专利数据就可以发现，其在“御风而行”的道路上已经迈出了进一步探索的步伐。

风能在汽车中的应用主要分为三方面，即在汽车动力和电力上的应用、风能在汽车制动方面的应用以及风能在汽车冷却中的应用。而从专利角度来看，相对于前两种应用，在冷却方面的申请量相对较少，并且研发的程度也相对有限。

涉及汽车冷却方面的专利申请主要集中在三方面：发动机冷却、轮毂散热、除雾和车厢内降温。从申请量来说可以概述为总量少、增长缓慢。自1987年至2011年12月31日中外相关专利共18篇，从1987年之后一直呈缓慢增长趋势，直到2008年开始加速增长，并于2009年达到顶峰，其中2008至2010年的申请量占了总数的55.56%。

而在应用方面，在除雾及室内通风降温方面的申请量最大，占申请总量的44.4%，发动机冷却与和轮毂散热方面则平分秋色，分别占27.8%。从国家分布来看，绝大多数为国内申请，占申请总量的94%。下面分别对上述三方面进行分析。

1.发动机冷却

汽车发动机冷却系统对发动机正常运转、高效节油、低排污和安全行驶有着重要的作用，而冷却系统分为液冷和风冷两种类型。这两种方法各有利弊，液冷效果好但成本高，而风冷效果稍差但成本低廉。如何在小成本的前提下利用风能进一步减少风冷时的能量消耗，提高风冷效果，亦属于发动机冷却领域的新兴研究方向。

在专利申请的内容方面，早在1987年申请的实用新型专利《汽车风力增压器》中，袁志就提出了一种采用迎风口和蛇形导管组成柴油机车用空气增压器。接着2006年马自达汽车股份有限公司申请的发明专利《汽车冷却装置》中也提出了一种利用汽车行驶中的风能控制通风门以提高风扇冷却效果的技术方案。2008年无锡民联轴承制造有限公司申请的实用新型专利中也提供了一种《风冷式自动散热膜片弹簧拉式离合器》，并提出了一种利用车辆在行驶过程中离合器散热片的转动产生风力，对离合器进行冷却的技术方案。

在相关申请中，申请人多为企业，例如马自达汽车股份有限公司、厦门金龙联合汽车工业有限公司、无锡民联轴承制造有限公司等，这表明已经不断有企业注意到了这项技术，并且愿意将资金投入到该科研方向，同时也能看到一些实际的技术效果。但对其的应用也只是停留在风扇冷却的辅助散热冷却方面，作为辅助手段提高风扇的冷却效果，并不能实现采用风能作为主要散热手段，也没有应用到液冷中去。也就是说，在这些方面，风能还有进一步研究和发展的空间。

2.轮毂散热

由于汽车在行驶及制动过程中的摩擦力会使轮毂升温，进而可导致轮胎升温，严重时甚至造成爆胎。因此及时降低轮毂温度，加快其散热也是保证行车安全的重要技术。从2002年第一篇相关专利出现后，不断有涉及这方面的专利申请出现，但数量很有限。

2002年，漳州市芗城正兴汽车钢圈厂在其申请的发明专利《加强筋轮辋》中，提出了一种通过设置凸筋从而使车轮旋转时还能产生一定的风力，能对钢圈起到散热降温作用。2011年，博爱县月山汽车配件有限公司申请的实用新型《一种散热加强型汽车钢圈轮辐》中，公开了一种当汽车行驶时，位于轮辐上风孔周边的加强筋能产生一定的风力，从而实现对轮辐散热降温的技术方案。

在这些专利中，公司申请量占40%，且多为民营企业，其余的均为个人申请。而重点技术均集中于采用在轮毂上设置板状物并利用行驶时产生的风力为其降温这样的技术手段，但其在降温的同时必然带来风阻，这种风阻带来的弊端与风力降温带来的有益效果之间如何平衡，有待进一步研究，同时采用其他手段对轮毂降温也将是值得研究的方向。

3.除雾及室内通风降温

车厢是个相对封闭的空间，当空气质量不高或不方便开启车窗时，车内的通风降温以及除雾一般只能通过汽油燃烧产生的能量带动空调通风系统来实现。是否能找到一种节能并易于实现的方法已引起人们的关注，且存在一些采用行驶中产生的风能实现上述作用的专利申请。这其中又包括两种类型，分别以两个专利为例。2006年，德国人KULAKLI SAIT申请了一种用于汽车的利用风能产生的能量实现车内降温通风的装置，其技术要点是将行驶中的风能转化为电能再用于冷却。再如1988年郝武斌申请的实用新型专利《汽车驾驶员半导体空调式醒脑器》，提到利用行驶中的风经半导体制冷器降温后吹向驾驶员的头部使其保持清醒，是直接利用行驶中的自然风实现冷却。

经分析，这方面的申请特点是无论国内外无一例外的都是个人申请，所采用的技术手段或者从汽车天窗获取风力为室内降温、换气，或者通过水蒸发降低车厢内温度，或者利用行驶中的风能转化为电能后再实现降温。这些都能够达到一定的技术效果，但首先降温的能力有限，对车外温度有很强的依赖性；其次受到天窗的限制，应用面较窄，实用性并不强，但这并不是说风能在除雾及室内降温方面没有研究价值和发展前景，相反更需要进一步的探索和研究，毕竟已经有些人意识到了风能在该方面可能起到的积极效果，并已经提出了可行的技术手段。

三.意见及建议

风能的应用虽然在发电方面已趋于成熟，但通过上述分析可以发现在汽车中的应用，尤其在冷却方面的应用申请量还很有限，而且重点技术的种类也比较单一，应用的力度也比较有限。该技术尚且属起步阶段，待研究的空间相当广阔，企业和高校等科研力量应该不失时机地跟进并进一步研究，并且在现今汽车市场繁荣但燃油资源堪忧的情况下，纯净且可再生的风能势必成为未来发展的方向之一。

作者单位：国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心机械部

注：其中王博为“视同第一作者”