船用惰性气体系统技术专利分析

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(1.天津大学 建筑工程学院，天津 300072；2.国家知识产权战略实施(天津大学)研究基地，天津 300072；3.国家知识产权专利局机械部，北京 100088)

在油船和化学品船运输和装卸货物的过程中容易产生易燃易爆气体，故此类船舶的防爆、防火等安全措施十分必要[1-5]。欧美地区在上世纪中叶就开始了船用惰气系统的探索。比如，芬兰的瓦锡兰公司(研究机构设于挪威Moss地区)在上世纪60年代开始了船用惰气系统研发，至今该公司的惰气系统应用于超过2 500艘船舶上。另外，如意大利的Noxerior，美国的Bauer、South-tek等公司分别是其所在地区具有代表性的惰性气体设备供应商，旗下惰气设备涵盖各种类型和各种规格。我国也有相关研究[6-10]也有少数几家厂商具备了船用惰气系统或惰气发生设备的生产能力，但这些惰气系统和设备面世较晚，我国早期的油船多采用日本、挪威等国生产的惰气设备或其他技术落后的设备。为了全面了解船用惰性气体系统相关技术的国际发展趋势和专利布局，充分认识中国在此领域的处境和地位，本文对船用惰性气体系统相关技术专利在全球和中国范围内分别进行了检索和分析，为我国制定惰气设备的国产化发展战略提供参考。

1 专利检索及技术分布

1.1 检索关键字

借助Innography在线专利数据库(以下简称Inno数据库)和Soopat专利搜索引擎作为搜索工具。Inno数据库收集了世界各国超过1亿条专利数据，Soopat较为完善地收纳了中国地区的专利。本专利检索分为3个步骤：多关键词检索，检索结果汇总，人工筛选。

中国的专利分为发明专利和实用新型专利，国外的专利全部都是发明专利，但Inno数据库的检索结果中未对中国地区的发明专利和实用新型专利进行区分。由于发明专利中的技术含量远高于实用新型专利，如果直接将实用新型专利混入发明专利进行比较，将不利于得出准确的结论。此外，Inno数据库中的中国专利存在普遍的申请文件丢失现象，导致搜索出的申请文件数量比实际数量严重偏少。例如，一件授权专利在Inno数据库中存档，有一份申请公开文件和一份授权公开文件，但中国专利在授权后普遍缺少申请公开文件，该情况非常不利于研究中的专利法律状态分析。综合以上情况，在最终的数据样本中删除Inno数据库中的中国专利数据，用Soopat数据库中的中国专利搜索结果代替。

最终的专利数据样本中共有114件国外专利(来自Inno数据库)，其中包含61件申请文件和53件授权文件；16件中国专利(来自Soopat数据库)，其中3件发明专利，13件实用新型专利。下面的研究中，进行法律状态分析、IPC大类分析和地区分析时，只考虑发明专利；进行历史趋势和行业竞争分析时，再将实用新型专利考虑在内。

检索关键词及检索式如表1、2。

1.2 专利文本聚类

对于单个专利的直观认识可以通过浏览标题、摘要直接获得。但是对于一个专利数量较多的专利样本而言，很难直接得出对该样本总体的直观概念上的理解。即使通过浏览标题的方式能得出对样本初步的认识，但该方法是非量化的，且很多高频关键词并不会出现在标题中，例如，关键词“甲板水封”高频出现在与船用惰气系统有关的专利中，但在标题中该词则较少出现。对此，本研究进行了专利文本聚类。文本聚类通过对每件专利全文的搜索，找出高频出现词组，并通过Innography开发的聚类算法找出词组间的层次关系。文本聚类结果见图1。

表1 Innography检索关键词

注：“[]”表示括号前关键词的检索范围，其余符号遵循逻辑运算法则。

表2 Soopat检索关键词

聚类结果中，内圈词组在层次关系中位于高层，即属于较宽泛的概念。可以发现在内圈中，“甲板水封(Deck Water Seal)”为较为具体的技术领域，由此得出对于船用惰气系统，甲板水封是受到较多关注的设备。“废气”也出现在了内圈中，可见净化锅炉或内燃机废气获得惰性气体获得了较为广泛的应用。此外，“控制阀门”也在文本中高频出现，它是惰气系统中必要的组件之一，起到了气流控制、隔离和管道保护等关键作用。

1.3 法律状态分布

一件授权专利的状态可以为“有效”或“无效”，无效的原因可以是专利权人放弃专利、撤回申请或专利到期，等。有效的授权专利具有最高的价值，反之，失效的授权专利和未授权专利说明该专利现阶段已不再具备较高的技术含量和商业价值。国外专利样本中有效授权共10件，合计占总样本的16%，如图2a)所示。中国专利样本中共有3件发明专利，其中一件失效授权，2件未授权专利，分别占总量的33%和67%，如图2b)所示。这说明国外在船用惰气领域起步较早，新技术产生淘汰了大量的落后技术，同时保持了技术的不断创新。而中国在这方面研究起步较晚，专利全都是2009年之后申请的，且只有3件发明权利，全部处于无权状态，体现出中国专利在质量上的不足。

1.4 IPC分布

IPC(international patent classification)是基于1971年《斯特拉斯堡协定》建立的国际专利分类，该分类按专利所属的不同技术领域进行了详细的划分。船用惰气系统相关专利在IPC大组(main group)中的分布见图3。

由于专利数量较少，所以将国内和国外的专利样本合并起来分析。其中44%的专利属于E63B25/00组，该组含义为“船舶或其他水上船只；船用设备:载荷处理装置，例如堆放(填充)，平衡；以其为特征的船只”，该大组下属E63B25/08小组(sub-group)特指用于流体的设备。其余专利数量较多的各个大组含义见表3。除B63B25/00组外，每个大组的专利数量都很少，所以在IPC大组分类上船用惰性气体技术还未出现集中情况。

表3 IPC大组含义

1.5 历史趋势分析

船用惰性气体技术相关专利的数量变化见图4。一般情况下公开量滞后于申请量2年左右，由于本研究中的样本数量较小，所以该现象在图中不明显。

由图4可见，全球范围内船用惰性气体相关的专利每年申请量维持在较低水平，2005年之后出现过几个申请高峰期，单年数量在5项左右。中国最早的惰性气体专利申请于2009年，而且该年的8项专利全部为南通亚泰船舶的惰性气体系统相关专利。2010年后，有其他的厂商如汉盛船舶申请了少量的相关专利。此外，苏州新思、苏州苏净等厂商的惰性气体设备或系统经过了CCS的认证，但是没有相关的专利申请记录。

2 技术竞争力分析

2.1 专利权人分布

为了体现各国船用惰性气体技术的发展状况，统计专利申请和授权总量按专利权人所属国分布，见表4。日本的专利权人拥有26件专利，领先于其他国家，韩国的19件专利也在数量上明显高于其他各国。中国、美国和英国具有相对较少的专利(由于中国的实用新型也计入专利，但其技术创新含量不如发明专利，所以中国的数据可比性较低)。此外欧洲各国也拥有少量专利，例如挪威、法国等国。船用惰性气体技术专利专利权人主要分布于北美、西欧和远东沿海，而日韩两国从专利数量上而言是该行业的领军者。

表4 专利地区分布

仅通过专利总量无法全面衡量专利的价值，在此引入“Patentstrength”专利强度参数。该参数算法由Innography开发，综合以下指标来全面衡量各专利的价值：专利被引次数，被引次数多的专利具有较高的技术价值；诉讼次数，诉讼记录多的专利说明商业价值高，专利权人对其维护力度大；权利声明数，声明数越多，说明该专利保护的范围越广；引用参考数量，专利引用参考数量越多，说明该专利技术基础扎实；状态是否有效，显然有效专利价值高于失效专利。

选取“Patentstrength”专利强度值在1以上的专利分析其地区分布列入表5。可以看出韩国的专利数量虽然仅次于日本，但其专利具有最高的价值，共有6件韩国专利的专利强度指数高于1。此外，日本有5件高强度专利，美国拥有2件高强度专利。其他国家高强度专利则几乎没有。

表5 高强度专利地区分布

以上情况说明韩国、日本和韩国掌握了船用惰性气体系统的关键技术，而其他国家虽然有一定规模的专利申请量，但专利价值普遍不高。我国没有高强度专利，在惰气系统领域缺乏核心竞争力。

2.2 国际主要企业分析

国外船用惰性气体技术领域主要的企业及其专利数量分布见图5。韩国的大宇集团拥有相对较多的专利，共8项。紧随其后的还有日本的三菱重工和韩国的现代集团。而其他各公司专利数量较少，普遍未形成集中优势。可以看出，日韩的船舶企业在全球行业竞争中占据了领先的地位。

为了体现国外高质量专利的技术特征，统计日本住友重工、三菱重工和英国TankSapp公司的3件专利的基本信息和权利要求的摘要，见表6。其中，三菱重工和英国TankSapp公司的专利申请年代较早，均为上世纪70年代早期，都已经失效；日本住友重工的专利有效期至2017年。这几件专利的权利要求内容，可以被认为是奠定了当代船用惰性气体系统的基本构成和工作原理：船舶废气经过洗涤塔冷却和洗涤后，成分和温度均满足抗爆和防腐要求，通过鼓风机填充入舱室，洗涤废水经过处理后除去了大部分的有害物质，可以直接排至海水中。

2.3 国内主要企业分析

由Soopat数据库检索得到中国的惰性气体专利数据较全，但该数据库在统计时包含发明专利和实用新型专利，且未分别提供申请文件和授权文件，所以不能和Inno数据库中收录的专利进行直接比较，故而在此进行单独讨论。国内的主要专利权人分布见图6。其中南通亚泰船舶占据了主导优势，拥有8件专利。该企业在国内最早进行了船用惰气系统的研发，并且其专利涵盖了惰气系统中洗涤塔、控制阀等各个组件。汉盛船舶具有4件专利，也具备一定的自主知识产权。可以得出，上述企业在国内船用惰性气体领域具备最强的竞争力。

根据CCS的船舶惰气设备认证记录，我国共有5家厂商的船舶用制氮设备经过了认证，分别为南通亚泰船舶工程有限公司、江苏江海船舶设备制造有限公司、上海衡拓实业发展有限公司、苏州苏净保护气氛有限公司、苏州新思气体系统有限公司，其产品的参数见表7。

表6 国外高被引专利技术特征摘要

表7 CCS认证制氮设备参数表

其中，南通亚泰船舶公司的变压吸附装置(PSA)为国内第一套自主研发、拥有自主知识产权的船用惰气系统，于2008年通过了CCS认证。

3 结论

1)惰气发生器是惰气系统的最主要设备，且气体净化和废气利用技术逐渐被重视。

2)无论从专利申请量还是专利强度来看，美国和日本都占据了绝对技术优势。

3)国内企业总体规模小、技术实力偏弱、技术竞争力较低，但也有如南通亚泰等公司拥有自主知识产权的船用惰气系统，性能和技术指标均达国际先进水平，且造价低，在市场竞争中具有一定的优势。

4)国内船用配套装备生产商应该在熟悉IMO要求的基础上，加大科研投入，重点开发节能、环保、高效的惰气系统，提高国际竞争力。

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