船用惰性氣體系統技術專利分析

2018-06-14 01:24:48，，

船海工程 2018年3期

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(1.天津大學建筑工程學院，天津 300072；2.國家知識產權戰略實施(天津大學)研究基地，天津 300072；3.國家知識產權專利局機械部，北京 100088)

在油船和化學品船運輸和裝卸貨物的過程中容易產生易燃易爆氣體，故此類船舶的防爆、防火等安全措施十分必要[1-5]。歐美地區在上世紀中葉就開始了船用惰氣系統的探索。比如，芬蘭的瓦錫蘭公司(研究機構設于挪威Moss地區)在上世紀60年代開始了船用惰氣系統研發，至今該公司的惰氣系統應用于超過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具有代表性的惰性氣體設備供應商，旗下惰氣設備涵蓋各種類型和各種規格。我國也有相關研究[6-10]也有少數幾家廠商具備了船用惰氣系統或惰氣發生設備的生產能力，但這些惰氣系統和設備面世較晚，我國早期的油船多采用日本、挪威等國生產的惰氣設備或其他技術落后的設備。為了全面了解船用惰性氣體系統相關技術的國際發展趨勢和專利布局，充分認識中國在此領域的處境和地位，本文對船用惰性氣體系統相關技術專利在全球和中國范圍內分別進行了檢索和分析，為我國制定惰氣設備的國產化發展戰略提供參考。

1 專利檢索及技術分布

1.1 檢索關鍵字

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

中國的專利分為發明專利和實用新型專利，國外的專利全部都是發明專利，但Inno數據庫的檢索結果中未對中國地區的發明專利和實用新型專利進行區分。由于發明專利中的技術含量遠高于實用新型專利，如果直接將實用新型專利混入發明專利進行比較，將不利于得出準確的結論。此外，Inno數據庫中的中國專利存在普遍的申請文件丟失現象，導致搜索出的申請文件數量比實際數量嚴重偏少。例如，一件授權專利在Inno數據庫中存檔，有一份申請公開文件和一份授權公開文件，但中國專利在授權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分析。綜合以上情況，在最終的數據樣本中刪除Inno數據庫中的中國專利數據，用Soopat數據庫中的中國專利搜索結果代替。

最終的專利數據樣本中共有114件國外專利(來自Inno數據庫)，其中包含61件申請文件和53件授權文件；16件中國專利(來自Soopat數據庫)，其中3件發明專利，13件實用新型專利。下面的研究中，進行法律狀態分析、IPC大類分析和地區分析時，只考慮發明專利；進行歷史趨勢和行業競爭分析時，再將實用新型專利考慮在內。

檢索關鍵詞及檢索式如表1、2。

1.2 專利文本聚類

對于單個專利的直觀認識可以通過瀏覽標題、摘要直接獲得。但是對于一個專利數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。即使通過瀏覽標題的方式能得出對樣本初步的認識，但該方法是非量化的，且很多高頻關鍵詞并不會出現在標題中，例如，關鍵詞“甲板水封”高頻出現在與船用惰氣系統有關的專利中，但在標題中該詞則較少出現。對此，本研究進行了專利文本聚類。文本聚類通過對每件專利全文的搜索，找出高頻出現詞組，并通過Innography開發的聚類算法找出詞組間的層次關系。文本聚類結果見圖1。

表1 Innography檢索關鍵詞

注：“[]”表示括號前關鍵詞的檢索范圍，其余符號遵循邏輯運算法則。

表2 Soopat檢索關鍵詞

聚類結果中，內圈詞組在層次關系中位于高層，即屬于較寬泛的概念。可以發現在內圈中，“甲板水封(Deck Water Seal)”為較為具體的技術領域，由此得出對于船用惰氣系統，甲板水封是受到較多關注的設備。“廢氣”也出現在了內圈中，可見凈化鍋爐或內燃機廢氣獲得惰性氣體獲得了較為廣泛的應用。此外，“控制閥門”也在文本中高頻出現，它是惰氣系統中必要的組件之一，起到了氣流控制、隔離和管道保護等關鍵作用。

1.3 法律狀態分布

一件授權專利的狀態可以為“有效”或“無效”，無效的原因可以是專利權人放棄專利、撤回申請或專利到期，等。有效的授權專利具有最高的價值，反之，失效的授權專利和未授權專利說明該專利現階段已不再具備較高的技術含量和商業價值。國外專利樣本中有效授權共10件，合計占總樣本的16%，如圖2a)所示。中國專利樣本中共有3件發明專利，其中一件失效授權，2件未授權專利，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域起步較早，新技術產生淘汰了大量的落后技術，同時保持了技術的不斷創新。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件發明權利，全部處于無權狀態，體現出中國專利在質量上的不足。

1.4 IPC分布

IPC(international patent classification)是基于1971年《斯特拉斯堡協定》建立的國際專利分類，該分類按專利所屬的不同技術領域進行了詳細的劃分。船用惰氣系統相關專利在IPC大組(main group)中的分布見圖3。

由于專利數量較少，所以將國內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)特指用于流體的設備。其余專利數量較多的各個大組含義見表3。除B63B25/00組外，每個大組的專利數量都很少，所以在IPC大組分類上船用惰性氣體技術還未出現集中情況。

表3 IPC大組含義

1.5 歷史趨勢分析

船用惰性氣體技術相關專利的數量變化見圖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量較小，所以該現象在圖中不明顯。

由圖4可見，全球范圍內船用惰性氣體相關的專利每年申請量維持在較低水平，2005年之后出現過幾個申請高峰期，單年數量在5項左右。中國最早的惰性氣體專利申請于2009年，而且該年的8項專利全部為南通亞泰船舶的惰性氣體系統相關專利。2010年后，有其他的廠商如漢盛船舶申請了少量的相關專利。此外，蘇州新思、蘇州蘇凈等廠商的惰性氣體設備或系統經過了CCS的認證，但是沒有相關的專利申請記錄。

2 技術競爭力分析

2.1 專利權人分布

為了體現各國船用惰性氣體技術的發展狀況，統計專利申請和授權總量按專利權人所屬國分布，見表4。日本的專利權人擁有26件專利，領先于其他國家，韓國的19件專利也在數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(由于中國的實用新型也計入專利，但其技術創新含量不如發明專利，所以中國的數據可比性較低)。此外歐洲各國也擁有少量專利，例如挪威、法國等國。船用惰性氣體技術專利專利權人主要分布于北美、西歐和遠東沿海，而日韓兩國從專利數量上而言是該行業的領軍者。

表4 專利地區分布

僅通過專利總量無法全面衡量專利的價值，在此引入“Patentstrength”專利強度參數。該參數算法由Innography開發，綜合以下指標來全面衡量各專利的價值：專利被引次數，被引次數多的專利具有較高的技術價值；訴訟次數，訴訟記錄多的專利說明商業價值高，專利權人對其維護力度大；權利聲明數，聲明數越多，說明該專利保護的范圍越廣；引用參考數量，專利引用參考數量越多，說明該專利技術基礎扎實；狀態是否有效，顯然有效專利價值高于失效專利。

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

表5 高強度專利地區分布

以上情況說明韓國、日本和韓國掌握了船用惰性氣體系統的關鍵技術，而其他國家雖然有一定規模的專利申請量，但專利價值普遍不高。我國沒有高強度專利，在惰氣系統領域缺乏核心競爭力。

2.2 國際主要企業分析

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

為了體現國外高質量專利的技術特征，統計日本住友重工、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70年代早期，都已經失效；日本住友重工的專利有效期至2017年。這幾件專利的權利要求內容，可以被認為是奠定了當代船用惰性氣體系統的基本構成和工作原理：船舶廢氣經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，通過鼓風機填充入艙室，洗滌廢水經過處理后除去了大部分的有害物質，可以直接排至海水中。

2.3 國內主要企業分析

由Soopat數據庫檢索得到中國的惰性氣體專利數據較全，但該數據庫在統計時包含發明專利和實用新型專利，且未分別提供申請文件和授權文件，所以不能和Inno數據庫中收錄的專利進行直接比較，故而在此進行單獨討論。國內的主要專利權人分布見圖6。其中南通亞泰船舶占據了主導優勢，擁有8件專利。該企業在國內最早進行了船用惰氣系統的研發，并且其專利涵蓋了惰氣系統中洗滌塔、控制閥等各個組件。漢盛船舶具有4件專利，也具備一定的自主知識產權。可以得出，上述企業在國內船用惰性氣體領域具備最強的競爭力。

根據CCS的船舶惰氣設備認證記錄，我國共有5家廠商的船舶用制氮設備經過了認證，分別為南通亞泰船舶工程有限公司、江蘇江海船舶設備制造有限公司、上海衡拓實業發展有限公司、蘇州蘇凈保護氣氛有限公司、蘇州新思氣體系統有限公司，其產品的參數見表7。