船用惰性氣體系統(tǒng)技術(shù)專利分析

，，

(1.天津大學(xué) 建筑工程學(xué)院，天津 300072；2.國家知識產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略實(shí)施(天津大學(xué))研究基地，天津 300072；3.國家知識產(chǎn)權(quán)專利局機(jī)械部，北京 100088)

在油船和化學(xué)品船運(yùn)輸和裝卸貨物的過程中容易產(chǎn)生易燃易爆氣體，故此類船舶的防爆、防火等安全措施十分必要[1-5]。歐美地區(qū)在上世紀(jì)中葉就開始了船用惰氣系統(tǒng)的探索。比如，芬蘭的瓦錫蘭公司(研究機(jī)構(gòu)設(shè)于挪威Moss地區(qū))在上世紀(jì)60年代開始了船用惰氣系統(tǒng)研發(fā)，至今該公司的惰氣系統(tǒng)應(yīng)用于超過2 500艘船舶上。另外，如意大利的Noxerior，美國的Bauer、South-tek等公司分別是其所在地區(qū)具有代表性的惰性氣體設(shè)備供應(yīng)商，旗下惰氣設(shè)備涵蓋各種類型和各種規(guī)格。我國也有相關(guān)研究[6-10]也有少數(shù)幾家廠商具備了船用惰氣系統(tǒng)或惰氣發(fā)生設(shè)備的生產(chǎn)能力，但這些惰氣系統(tǒng)和設(shè)備面世較晚，我國早期的油船多采用日本、挪威等國生產(chǎn)的惰氣設(shè)備或其他技術(shù)落后的設(shè)備。為了全面了解船用惰性氣體系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的國際發(fā)展趨勢和專利布局，充分認(rèn)識中國在此領(lǐng)域的處境和地位，本文對船用惰性氣體系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)專利在全球和中國范圍內(nèi)分別進(jìn)行了檢索和分析，為我國制定惰氣設(shè)備的國產(chǎn)化發(fā)展戰(zhàn)略提供參考。

1 專利檢索及技術(shù)分布

1.1 檢索關(guān)鍵字

借助Innography在線專利數(shù)據(jù)庫(以下簡稱Inno數(shù)據(jù)庫)和Soopat專利搜索引擎作為搜索工具。Inno數(shù)據(jù)庫收集了世界各國超過1億條專利數(shù)據(jù)，Soopat較為完善地收納了中國地區(qū)的專利。本專利檢索分為3個(gè)步驟：多關(guān)鍵詞檢索，檢索結(jié)果匯總，人工篩選。

中國的專利分為發(fā)明專利和實(shí)用新型專利，國外的專利全部都是發(fā)明專利，但I(xiàn)nno數(shù)據(jù)庫的檢索結(jié)果中未對中國地區(qū)的發(fā)明專利和實(shí)用新型專利進(jìn)行區(qū)分。由于發(fā)明專利中的技術(shù)含量遠(yuǎn)高于實(shí)用新型專利，如果直接將實(shí)用新型專利混入發(fā)明專利進(jìn)行比較，將不利于得出準(zhǔn)確的結(jié)論。此外，Inno數(shù)據(jù)庫中的中國專利存在普遍的申請文件丟失現(xiàn)象，導(dǎo)致搜索出的申請文件數(shù)量比實(shí)際數(shù)量嚴(yán)重偏少。例如，一件授權(quán)專利在Inno數(shù)據(jù)庫中存檔，有一份申請公開文件和一份授權(quán)公開文件，但中國專利在授權(quán)后普遍缺少申請公開文件，該情況非常不利于研究中的專利法律狀態(tài)分析。綜合以上情況，在最終的數(shù)據(jù)樣本中刪除Inno數(shù)據(jù)庫中的中國專利數(shù)據(jù)，用Soopat數(shù)據(jù)庫中的中國專利搜索結(jié)果代替。

最終的專利數(shù)據(jù)樣本中共有114件國外專利(來自Inno數(shù)據(jù)庫)，其中包含61件申請文件和53件授權(quán)文件；16件中國專利(來自Soopat數(shù)據(jù)庫)，其中3件發(fā)明專利，13件實(shí)用新型專利。下面的研究中，進(jìn)行法律狀態(tài)分析、IPC大類分析和地區(qū)分析時(shí)，只考慮發(fā)明專利；進(jìn)行歷史趨勢和行業(yè)競爭分析時(shí)，再將實(shí)用新型專利考慮在內(nèi)。

檢索關(guān)鍵詞及檢索式如表1、2。

1.2 專利文本聚類

對于單個(gè)專利的直觀認(rèn)識可以通過瀏覽標(biāo)題、摘要直接獲得。但是對于一個(gè)專利數(shù)量較多的專利樣本而言，很難直接得出對該樣本總體的直觀概念上的理解。即使通過瀏覽標(biāo)題的方式能得出對樣本初步的認(rèn)識，但該方法是非量化的，且很多高頻關(guān)鍵詞并不會(huì)出現(xiàn)在標(biāo)題中，例如，關(guān)鍵詞“甲板水封”高頻出現(xiàn)在與船用惰氣系統(tǒng)有關(guān)的專利中，但在標(biāo)題中該詞則較少出現(xiàn)。對此，本研究進(jìn)行了專利文本聚類。文本聚類通過對每件專利全文的搜索，找出高頻出現(xiàn)詞組，并通過Innography開發(fā)的聚類算法找出詞組間的層次關(guān)系。文本聚類結(jié)果見圖1。

表1 Innography檢索關(guān)鍵詞

注：“[]”表示括號前關(guān)鍵詞的檢索范圍，其余符號遵循邏輯運(yùn)算法則。

表2 Soopat檢索關(guān)鍵詞

聚類結(jié)果中，內(nèi)圈詞組在層次關(guān)系中位于高層，即屬于較寬泛的概念。可以發(fā)現(xiàn)在內(nèi)圈中，“甲板水封(Deck Water Seal)”為較為具體的技術(shù)領(lǐng)域，由此得出對于船用惰氣系統(tǒng)，甲板水封是受到較多關(guān)注的設(shè)備?！皬U氣”也出現(xiàn)在了內(nèi)圈中，可見凈化鍋爐或內(nèi)燃機(jī)廢氣獲得惰性氣體獲得了較為廣泛的應(yīng)用。此外，“控制閥門”也在文本中高頻出現(xiàn)，它是惰氣系統(tǒng)中必要的組件之一，起到了氣流控制、隔離和管道保護(hù)等關(guān)鍵作用。

1.3 法律狀態(tài)分布

一件授權(quán)專利的狀態(tài)可以為“有效”或“無效”，無效的原因可以是專利權(quán)人放棄專利、撤回申請或?qū)＠狡?，等。有效的授?quán)專利具有最高的價(jià)值，反之，失效的授權(quán)專利和未授權(quán)專利說明該專利現(xiàn)階段已不再具備較高的技術(shù)含量和商業(yè)價(jià)值。國外專利樣本中有效授權(quán)共10件，合計(jì)占總樣本的16%，如圖2a)所示。中國專利樣本中共有3件發(fā)明專利，其中一件失效授權(quán)，2件未授權(quán)專利，分別占總量的33%和67%，如圖2b)所示。這說明國外在船用惰氣領(lǐng)域起步較早，新技術(shù)產(chǎn)生淘汰了大量的落后技術(shù)，同時(shí)保持了技術(shù)的不斷創(chuàng)新。而中國在這方面研究起步較晚，專利全都是2009年之后申請的，且只有3件發(fā)明權(quán)利，全部處于無權(quán)狀態(tài)，體現(xiàn)出中國專利在質(zhì)量上的不足。

1.4 IPC分布

IPC(international patent classification)是基于1971年《斯特拉斯堡協(xié)定》建立的國際專利分類，該分類按專利所屬的不同技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了詳細(xì)的劃分。船用惰氣系統(tǒng)相關(guān)專利在IPC大組(main group)中的分布見圖3。

由于專利數(shù)量較少，所以將國內(nèi)和國外的專利樣本合并起來分析。其中44%的專利屬于E63B25/00組，該組含義為“船舶或其他水上船只；船用設(shè)備:載荷處理裝置，例如堆放(填充)，平衡；以其為特征的船只”，該大組下屬E63B25/08小組(sub-group)特指用于流體的設(shè)備。其余專利數(shù)量較多的各個(gè)大組含義見表3。除B63B25/00組外，每個(gè)大組的專利數(shù)量都很少，所以在IPC大組分類上船用惰性氣體技術(shù)還未出現(xiàn)集中情況。

表3 IPC大組含義

1.5 歷史趨勢分析

船用惰性氣體技術(shù)相關(guān)專利的數(shù)量變化見圖4。一般情況下公開量滯后于申請量2年左右，由于本研究中的樣本數(shù)量較小，所以該現(xiàn)象在圖中不明顯。

由圖4可見，全球范圍內(nèi)船用惰性氣體相關(guān)的專利每年申請量維持在較低水平，2005年之后出現(xiàn)過幾個(gè)申請高峰期，單年數(shù)量在5項(xiàng)左右。中國最早的惰性氣體專利申請于2009年，而且該年的8項(xiàng)專利全部為南通亞泰船舶的惰性氣體系統(tǒng)相關(guān)專利。2010年后，有其他的廠商如漢盛船舶申請了少量的相關(guān)專利。此外，蘇州新思、蘇州蘇凈等廠商的惰性氣體設(shè)備或系統(tǒng)經(jīng)過了CCS的認(rèn)證，但是沒有相關(guān)的專利申請記錄。

2 技術(shù)競爭力分析

2.1 專利權(quán)人分布

為了體現(xiàn)各國船用惰性氣體技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，統(tǒng)計(jì)專利申請和授權(quán)總量按專利權(quán)人所屬國分布，見表4。日本的專利權(quán)人擁有26件專利，領(lǐng)先于其他國家，韓國的19件專利也在數(shù)量上明顯高于其他各國。中國、美國和英國具有相對較少的專利(由于中國的實(shí)用新型也計(jì)入專利，但其技術(shù)創(chuàng)新含量不如發(fā)明專利，所以中國的數(shù)據(jù)可比性較低)。此外歐洲各國也擁有少量專利，例如挪威、法國等國。船用惰性氣體技術(shù)專利專利權(quán)人主要分布于北美、西歐和遠(yuǎn)東沿海，而日韓兩國從專利數(shù)量上而言是該行業(yè)的領(lǐng)軍者。

表4 專利地區(qū)分布

僅通過專利總量無法全面衡量專利的價(jià)值，在此引入“Patentstrength”專利強(qiáng)度參數(shù)。該參數(shù)算法由Innography開發(fā)，綜合以下指標(biāo)來全面衡量各專利的價(jià)值：專利被引次數(shù)，被引次數(shù)多的專利具有較高的技術(shù)價(jià)值；訴訟次數(shù)，訴訟記錄多的專利說明商業(yè)價(jià)值高，專利權(quán)人對其維護(hù)力度大；權(quán)利聲明數(shù)，聲明數(shù)越多，說明該專利保護(hù)的范圍越廣；引用參考數(shù)量，專利引用參考數(shù)量越多，說明該專利技術(shù)基礎(chǔ)扎實(shí)；狀態(tài)是否有效，顯然有效專利價(jià)值高于失效專利。

選取“Patentstrength”專利強(qiáng)度值在1以上的專利分析其地區(qū)分布列入表5。可以看出韓國的專利數(shù)量雖然僅次于日本，但其專利具有最高的價(jià)值，共有6件韓國專利的專利強(qiáng)度指數(shù)高于1。此外，日本有5件高強(qiáng)度專利，美國擁有2件高強(qiáng)度專利。其他國家高強(qiáng)度專利則幾乎沒有。

表5 高強(qiáng)度專利地區(qū)分布

以上情況說明韓國、日本和韓國掌握了船用惰性氣體系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，而其他國家雖然有一定規(guī)模的專利申請量，但專利價(jià)值普遍不高。我國沒有高強(qiáng)度專利，在惰氣系統(tǒng)領(lǐng)域缺乏核心競爭力。

2.2 國際主要企業(yè)分析

國外船用惰性氣體技術(shù)領(lǐng)域主要的企業(yè)及其專利數(shù)量分布見圖5。韓國的大宇集團(tuán)擁有相對較多的專利，共8項(xiàng)。緊隨其后的還有日本的三菱重工和韓國的現(xiàn)代集團(tuán)。而其他各公司專利數(shù)量較少，普遍未形成集中優(yōu)勢。可以看出，日韓的船舶企業(yè)在全球行業(yè)競爭中占據(jù)了領(lǐng)先的地位。

為了體現(xiàn)國外高質(zhì)量專利的技術(shù)特征，統(tǒng)計(jì)日本住友重工、三菱重工和英國TankSapp公司的3件專利的基本信息和權(quán)利要求的摘要，見表6。其中，三菱重工和英國TankSapp公司的專利申請年代較早，均為上世紀(jì)70年代早期，都已經(jīng)失效；日本住友重工的專利有效期至2017年。這幾件專利的權(quán)利要求內(nèi)容，可以被認(rèn)為是奠定了當(dāng)代船用惰性氣體系統(tǒng)的基本構(gòu)成和工作原理：船舶廢氣經(jīng)過洗滌塔冷卻和洗滌后，成分和溫度均滿足抗爆和防腐要求，通過鼓風(fēng)機(jī)填充入艙室，洗滌廢水經(jīng)過處理后除去了大部分的有害物質(zhì)，可以直接排至海水中。

2.3 國內(nèi)主要企業(yè)分析

由Soopat數(shù)據(jù)庫檢索得到中國的惰性氣體專利數(shù)據(jù)較全，但該數(shù)據(jù)庫在統(tǒng)計(jì)時(shí)包含發(fā)明專利和實(shí)用新型專利，且未分別提供申請文件和授權(quán)文件，所以不能和Inno數(shù)據(jù)庫中收錄的專利進(jìn)行直接比較，故而在此進(jìn)行單獨(dú)討論。國內(nèi)的主要專利權(quán)人分布見圖6。其中南通亞泰船舶占據(jù)了主導(dǎo)優(yōu)勢，擁有8件專利。該企業(yè)在國內(nèi)最早進(jìn)行了船用惰氣系統(tǒng)的研發(fā)，并且其專利涵蓋了惰氣系統(tǒng)中洗滌塔、控制閥等各個(gè)組件。漢盛船舶具有4件專利，也具備一定的自主知識產(chǎn)權(quán)?？梢缘贸?，上述企業(yè)在國內(nèi)船用惰性氣體領(lǐng)域具備最強(qiáng)的競爭力。

根據(jù)CCS的船舶惰氣設(shè)備認(rèn)證記錄，我國共有5家廠商的船舶用制氮設(shè)備經(jīng)過了認(rèn)證，分別為南通亞泰船舶工程有限公司、江蘇江海船舶設(shè)備制造有限公司、上海衡拓實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司、蘇州蘇凈保護(hù)氣氛有限公司、蘇州新思?xì)怏w系統(tǒng)有限公司，其產(chǎn)品的參數(shù)見表7。

表6 國外高被引專利技術(shù)特征摘要

表7 CCS認(rèn)證制氮設(shè)備參數(shù)表

其中，南通亞泰船舶公司的變壓吸附裝置(PSA)為國內(nèi)第一套自主研發(fā)、擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的船用惰氣系統(tǒng)，于2008年通過了CCS認(rèn)證。

3 結(jié)論

1)惰氣發(fā)生器是惰氣系統(tǒng)的最主要設(shè)備，且氣體凈化和廢氣利用技術(shù)逐漸被重視。

2)無論從專利申請量還是專利強(qiáng)度來看，美國和日本都占據(jù)了絕對技術(shù)優(yōu)勢。

3)國內(nèi)企業(yè)總體規(guī)模小、技術(shù)實(shí)力偏弱、技術(shù)競爭力較低，但也有如南通亞泰等公司擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的船用惰氣系統(tǒng)，性能和技術(shù)指標(biāo)均達(dá)國際先進(jìn)水平，且造價(jià)低，在市場競爭中具有一定的優(yōu)勢。

4)國內(nèi)船用配套裝備生產(chǎn)商應(yīng)該在熟悉IMO要求的基礎(chǔ)上，加大科研投入，重點(diǎn)開發(fā)節(jié)能、環(huán)保、高效的惰氣系統(tǒng)，提高國際競爭力。

[1] 蔣發(fā)林.小型液貨船惰性氣體系統(tǒng)最新動(dòng)向[J].中國船檢,2010(3):104-105,143.

[2] 李建軍.大型油船安全控制技術(shù)的研究[D].上海:上海海事大學(xué),2005.

[3]周國民.19 900 DWT江海直達(dá)原油船的惰性氣體系統(tǒng)[J].船舶,2000(5):19-24.

[4] 張松鶴,張金宙,吳宇.大型油船采用惰性氣體防爆的分析氣體防爆的分析[J].航海技術(shù),1995(3):38-42.

[5] 王捷平.惰性氣體系統(tǒng)的應(yīng)用與選型[J].武漢造船,1991(5):27-31.

[6] 陳俊.37 300 t化學(xué)品船惰性氣體發(fā)生裝置簡介[J].船舶設(shè)計(jì)通訊,2006(2):60-62+81.

[7] 石波,薛懷穩(wěn).談惰性氣體系統(tǒng)在化學(xué)品液貨船上的配備要求[J].中國海事,2014(4):33-35.

[8] IMO I860E. Inert Gas Systems, 1990 ed.

[9] 劉英貴.船用惰性氣體系統(tǒng)設(shè)計(jì)指南[J].機(jī)電設(shè)備,1989(4):29-42.

[10] 楊順成.船用惰性氣體發(fā)生裝置發(fā)展介評與設(shè)想[J].艦船科學(xué)技術(shù),1999(2):57-61.