壓輥式生物質(zhì)成型專利技術(shù)綜述

金一凡

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇 蘇州 215163）

壓輥式生物質(zhì)成型專利技術(shù)綜述

金一凡

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇 蘇州 215163）

隨著現(xiàn)代社會(huì)能源消耗的劇增，環(huán)境污染的日益加劇，獲得除石油、煤炭和天然氣之外的清潔能源越來(lái)越迫切，而生物質(zhì)燃料作為一種補(bǔ)充能源則進(jìn)入了人們的視野。壓輥式生物質(zhì)成型技術(shù)作為一種近年來(lái)發(fā)展較快的生物質(zhì)成型技術(shù)，在農(nóng)林牧等生物質(zhì)的成型上體現(xiàn)著優(yōu)越的性能。本文針對(duì)壓輥式生物質(zhì)成型技術(shù)的專利申請(qǐng)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，對(duì)國(guó)內(nèi)外專利申請(qǐng)量、申請(qǐng)人分布等多方面進(jìn)行了分析，并闡述了壓輥式生物質(zhì)成型技術(shù)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)發(fā)展趨勢(shì)，給出了其技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展脈絡(luò)，并重點(diǎn)針對(duì)各技術(shù)分支進(jìn)行了研究。

壓輥式；生物質(zhì)；成型；專利申請(qǐng)；發(fā)展趨勢(shì)

1.概述

生物質(zhì)壓塊成型技術(shù)主要分為壓輥式、螺旋擠壓式和活塞沖壓式顆粒成型機(jī)。螺旋擠壓式成型設(shè)備，其錐形螺桿磨損嚴(yán)重，使用壽命短，造價(jià)高；單位產(chǎn)品能耗高，生產(chǎn)效率低，難以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。

活塞式?jīng)_壓成型機(jī)與螺旋壓縮成型機(jī)相比，活塞壓縮成型機(jī)明顯改善了成型部件磨損嚴(yán)重的現(xiàn)象，使用壽命提高，單位產(chǎn)品能耗下降。但機(jī)械驅(qū)動(dòng)成型設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在較大震動(dòng)負(fù)荷，機(jī)械運(yùn)行不穩(wěn)定且噪音劇烈，潤(rùn)滑油污染較嚴(yán)重，使其推廣和應(yīng)用都有一定困難。

壓輥式成型設(shè)備的基本工作部件由壓輥和壓模組成，其中壓輥可以自轉(zhuǎn)，也可以公轉(zhuǎn)。壓輥式成型設(shè)備又可分為環(huán)模成型機(jī)和平模成型機(jī)器，環(huán)模成型機(jī)是目前使用最為廣泛的機(jī)型，壓模為環(huán)形。環(huán)模成型機(jī)產(chǎn)量大，耗電少，自動(dòng)化程度高，對(duì)原料的含水率要求較寬，適于規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化發(fā)展。平模成型機(jī)壓模為平面，壓制室空間較大，可采用大直徑壓輥，能將體積大、纖維長(zhǎng)的原料粉碎成型。另外，平模成型機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便，壓力可調(diào)，產(chǎn)量穩(wěn)定，并且模具正反兩面都可以使用。

近年來(lái)，壓輥式生物質(zhì)成型機(jī)發(fā)展速度較快，應(yīng)用較多，為了滿足當(dāng)今傳統(tǒng)能源日漸枯竭，急需尋找新的能源形式來(lái)緩解能源危機(jī)的要求，研制低功耗、喂入性能好，空轉(zhuǎn)率低的壓輥式成型機(jī)是今后研究者們的重點(diǎn)。

2.壓輥式生物質(zhì)成型技術(shù)全球?qū)＠暾?qǐng)趨勢(shì)分析

壓輥式生物質(zhì)成型機(jī)的專利申請(qǐng)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)20年代左右，申請(qǐng)量極少。20世紀(jì)60年代成為壓輥式生物質(zhì)成型機(jī)的第一次快速發(fā)展的時(shí)期，而后的70年代則進(jìn)入了技術(shù)發(fā)展相對(duì)平緩的時(shí)期，到了80年代，由于能源的快速消耗，尤其是以石油危機(jī)為代表性的能源危機(jī)，造成了人們對(duì)可替代性能源的重視，因此，研究的重點(diǎn)又回到了生物質(zhì)能源方面，這一時(shí)期是壓輥式生物質(zhì)成型機(jī)的第二次快速發(fā)展的時(shí)期，進(jìn)入90年代，隨著國(guó)外石油能源的勘探、開(kāi)發(fā)，使得壓輥式生物質(zhì)成型機(jī)在此進(jìn)入發(fā)展的平緩期，一直到21世紀(jì)，尤其是最近幾年，該技術(shù)才有了第三次的發(fā)展。

國(guó)外的申請(qǐng)主要集中在德國(guó)、美國(guó)和日本，分別占總申請(qǐng)量的18%、12%和8%。如果按照洲際劃分，歐洲占到了73%，亞洲占到了14%，北美占到了13%，這3個(gè)地區(qū)都是農(nóng)牧業(yè)、林業(yè)發(fā)達(dá)的地區(qū)，同時(shí)技術(shù)實(shí)力也相對(duì)雄厚，德國(guó)和美國(guó)是農(nóng)牧業(yè)、林業(yè)大國(guó)，所以其申請(qǐng)量較大，雖然日本不是農(nóng)牧業(yè)強(qiáng)國(guó)，但是日本對(duì)能源極其重視，主要原因在于其能源匱乏，幾乎全部依賴進(jìn)口，因此，日本希望尋找石油的補(bǔ)充能源，所以其在生物質(zhì)成型技術(shù)領(lǐng)域也走在前列。

通過(guò)與國(guó)外專利申請(qǐng)狀況的比較，我國(guó)在壓輥式生物質(zhì)成型機(jī)的研究上起步較晚，在20世紀(jì)90年代才首次出現(xiàn)專利申請(qǐng)，在2006年之前申請(qǐng)量極少，而從2006年之后，申請(qǐng)量呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，一方面是由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)總量不斷增長(zhǎng)，技術(shù)水平不斷提高，中國(guó)作為能源消耗大國(guó)，對(duì)生物質(zhì)的再利用有強(qiáng)大的需求，再加上近年環(huán)境污染問(wèn)題日益加深，所以促使了申請(qǐng)量的激增，另一方面，2008年6月5日，國(guó)務(wù)院頒布了《國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略綱要》，在此大環(huán)境下，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)量逐年攀升，并且隨著專利法律體系逐步完善，全民專利意識(shí)普遍提高、專利申請(qǐng)人創(chuàng)新能力大幅增強(qiáng)，因此，國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)量呈迅猛攀升趨勢(shì)，上升勢(shì)頭強(qiáng)勁。

壓輥式生物質(zhì)成型機(jī)在國(guó)內(nèi)的申請(qǐng)主要集中在江蘇、河北、北京、河南、山東等省份，這些省份首先都是農(nóng)業(yè)大省，有較大的需求去對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行處理，同時(shí)這些省份，尤其是江蘇、山東、北京科研院所較多，科技實(shí)力也相對(duì)較強(qiáng)，也從另一方面能夠?qū)ι镔|(zhì)處理進(jìn)行技術(shù)支持。因此，壓輥式生物質(zhì)成型機(jī)在國(guó)內(nèi)的申請(qǐng)量主要集中在這5個(gè)省份。

3.壓輥式生物質(zhì)成型專利技術(shù)發(fā)展路線

目前，壓輥式生物質(zhì)成型技術(shù)主要分為兩種：

（1）環(huán)模式，即生物質(zhì)經(jīng)壓輥壓制后從模腔的側(cè)面出料，出料口開(kāi)設(shè)在模盤(pán)的側(cè)面。

（2）平模式，即生物質(zhì)經(jīng)壓輥壓制后從底面出料，出料口開(kāi)設(shè)在模盤(pán)的底面。

3.1環(huán)模式生物質(zhì)成型技術(shù)

國(guó)外方面，環(huán)模式生物質(zhì)成型機(jī)最早出現(xiàn)于20世紀(jì)20年代的英國(guó)，是由HENRY JOSEPH LONG DUNLOP公司申請(qǐng)的（GB237944A）“An improved machine for compressing and moulding plastic or other substance”（一種提升壓縮和造型塑料或其他物質(zhì)的機(jī)器），其為臥式環(huán)模成型機(jī)，內(nèi)部的壓輥是環(huán)狀的，且只有一個(gè)。之后，在1966年，由麥塞福格森公司率先提出了倒立式的環(huán)模成型機(jī)，即“干草壓塊裝置和方法”（DE1217684B），同年，約翰迪爾公司提出正立式的環(huán)模成型機(jī)（DE1211841B）。

國(guó)內(nèi)方面，20世紀(jì)90年代出現(xiàn)了臥式環(huán)模成型機(jī)，是由遼寧省農(nóng)牧業(yè)機(jī)械研究所申請(qǐng)的（CN2268616Y）“牧草、秸稈壓塊機(jī)”，其采用了兩個(gè)壓輥施壓。之后的2008年，由鄭春山申請(qǐng)的（CN201192902Y）“行星傳動(dòng)式秸稈壓塊機(jī)”，是國(guó)內(nèi)率先申請(qǐng)的立式環(huán)模成型機(jī)。

進(jìn)入21世紀(jì)，國(guó)內(nèi)的環(huán)模式成型機(jī)發(fā)展水平有了很大的提高，在立式環(huán)模的基礎(chǔ)上，在2011年，由東北林業(yè)大學(xué)申請(qǐng)了立式單層輥雙層模盤(pán)的環(huán)模式成型機(jī)（CN202097990U），這也是國(guó)內(nèi)首次出現(xiàn)雙層模盤(pán)的環(huán)模式成型機(jī)，僅僅兩年之后的2013年，由江蘇大學(xué)申請(qǐng)的雙層輥雙層模盤(pán)的環(huán)模式成型機(jī)就出現(xiàn)了（CN203210715U），這也是國(guó)內(nèi)首次出現(xiàn)雙層輥和雙層模盤(pán)的環(huán)模式成型機(jī)。

3.2平模式生物質(zhì)成型技術(shù)

平模式生物質(zhì)成型機(jī)經(jīng)過(guò)發(fā)展，與1983年出現(xiàn)了錐輥式的平模生物質(zhì)成型機(jī)，由MUNCH EDELSTAHL GM申請(qǐng)的（DE3313012A1）。一年后的1984年，由AMANDUS KAHL NACHF申請(qǐng)了直輥式的雙層模盤(pán)的平模成型機(jī)（DE3344044A1），同年，BLOHM & VOSS AG 和 HOWALDTSWERKE DEUT WERFT AG聯(lián)合申請(qǐng)了直輥錐輥復(fù)合式的雙層模盤(pán)的平模成型機(jī)（DE3342660A1）。

相比較之下，國(guó)內(nèi)首次出現(xiàn)直輥式平模成型機(jī)是在2006年，由燕山大學(xué)申請(qǐng)的“三輥斜齒平模碾壓冷成型造粒機(jī)”（CN201020864Y），之后與2008年，由山東百川同創(chuàng)能源有限公司率先申請(qǐng)了錐輥式的平模成型機(jī)，“生物質(zhì)平模顆粒成型機(jī)”（CN201325191Y），僅僅一年后的2009年，孫永超就首先申請(qǐng)了直輥錐輥復(fù)合雙層模盤(pán)的平模生物質(zhì)成型機(jī)，“雙模盤(pán)平模秸稈壓塊成型機(jī)”（CN201776928U），經(jīng)過(guò)近4年的發(fā)展，到了2013年，出現(xiàn)了3層直輥和3層模盤(pán)的平模式生物質(zhì)成型機(jī)，是由北京奧科瑞豐新能源股份有限公司和河北奧科新能源設(shè)備有限公司聯(lián)合申請(qǐng)的“3層生物質(zhì)擠壓成型裝置及立式生物質(zhì)擠壓成型機(jī)”（CN103434178A）。

在這期間，僅有這么一件專利申請(qǐng)相對(duì)特殊，其為平模和環(huán)模雙層復(fù)合的生物質(zhì)成型機(jī)，既不是單純的平模式，也不是純粹的環(huán)模式，這一類申請(qǐng)僅有且只有一篇，是由彭世潤(rùn)于2009年申請(qǐng)的“復(fù)合型環(huán)模生物質(zhì)燃料成型機(jī)”（CN101474882A）。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述分析可以看出，壓輥式生物質(zhì)成型機(jī)技術(shù)的專利申請(qǐng)量主要集中在中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)和日本，而隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)總量不斷增長(zhǎng)以及知識(shí)產(chǎn)權(quán)的完善，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)量也以較快的速度在增長(zhǎng)，而且研究深度方面已經(jīng)達(dá)到甚至超過(guò)了國(guó)外的水平，因此，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人可以通過(guò)不斷總結(jié)現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)，來(lái)增強(qiáng)我國(guó)在壓輥式生物質(zhì)成型技術(shù)領(lǐng)域中的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。

［1］張秀秀，侯梅芳，宋麗莉，等.農(nóng)林固體有機(jī)廢棄物壓縮成型研究進(jìn)展［J］.上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，15（1）：67-72.

［2］鄭戈，楊世關(guān)，孔書(shū)軒，等.生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)的發(fā)展與分析［J］.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，32（4）：349-353.

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