LNG产业对我国能源转型、产业升级、环境保护及可持续发展具有举足轻重的地位[1]。LNG换热器是能量利用和转化的关键设备[2]。目前，LNG换热器的设计和生产技术仅掌握在国际上少数几个企业手里，相关文献相对较少，国内LNG换热器技术方面的研究与国外存在一定的差距，在油气处理领域的市场比例较小[3]。伴随着LNG的巨大需求，再气化装置有着巨大的产业化前景和广阔的市场价值，LNG换热器作为再气化装置研发的重要环节和组成构件，同样有着不可估量的市场空间和利润前途。因此，分析研究全球范围内LNG换热器技术的专利情况，对我国LNG产业的发展具有重要的意义。
本研究根据专利数据特征，将LNG换热器技术分为微细槽道成型技术、焊接工艺、总体结构3个技术分支，利用专利分析的基本方法对全球近30年来LNG换热器技术相关专利申请的现状及发展趋势进行了介绍和分析，并针对我国相关行业提出了发展建议。
据知识产权组织统计，世界上每年90%~95%的发明创造成果都包含在专利文献中，而且许多发明只见诸于专利而不会在其他科技文献中报道[4]。通过有效分析和运用专利信息，可缩短60%的研发时间，节省40%的研发费用[5]。专利分析能够反映相应行业领域的技术发展趋势，帮助企业掌握竞争对手的研发动向，更好地应对专利侵权纠纷，提升专利价值[6-9]。作者通过智慧芽专利数据库以“TA:(LNG AND换热器) OR TA:((LNG AND换热器) OR (LNG AND heat exchanger))”为检索式进行检索(检索日期截至2017年12月31日)，共检索出3 221件专利，其中申请发明专利1 947件，发明授权专利895件，实用新型专利379件，对所采集的全球相关专利申请数据按照时序分析法进行统计，技术领域内的申请趋势是以时间为横轴、申请量为纵轴，分析随时间发展该领域内的专利技术申请趋势。由于发明专利的公开需要经过实质审查，所以一般发明专利在申请之后18个月才公开，故2015年与2016年专利申请数量并不能客观反映本次分析[10-12]。
专利申请趋势可以反映出LNG换热器装置的技术发展阶段。由图 1可以看出，LNG换热器领域全球专利申请量的逐年分布趋势。从整个申请趋势来看，在1987-2000年的13年间，LNG换热器技术的专利申请量都较少，可以看出2000年之前都处于萌芽阶段；经过数十年的技术积累，在2001年后专利申请量的增长趋势较为明显，尤其到了2004年后有了大幅增长，其中，2007年的专利申请量达到177件；截至2017年底，近10年内LNG换热器领域的专利增长逐年上升，并保持较高专利申请量。
图 2反映出LNG换热器技术专利更为具体的变化情况。2001年之前，LNG换热器技术的发明申请、发明授权量都较少，实用新型领域仅有零星专利。但从2001年开始，专利的申请量增长较明显，特别是2003年以后开始呈现大幅增长趋势。其中，2015年的申请发明专利达到164件，实用新型专利量达到82件。
技术生命周期一般可以划分为4个阶段：导入期、成长期、成熟期和衰退期。它反映的是一项技术或产品从基础科学或应用科学阶段衍生发展后，应用于产品设计开发，从进入市场到退出整个市场的一段周期[13-14]。从技术生命周期的角度来看，LNG换热器领域的专利技术经历了导入期和成长期，还未步入高速发展期，该领域的技术研发还处于成长阶段。
图 3给出了LNG换热器领域微细槽道成型技术、焊接工艺、总体结构全球专利申请量趋势。截至2017年底，全球LNG换热器领域微细槽道成型技术相关专利为281件，焊接工艺相关专利为1 290件，总体结构相关专利为1 702件。由图 3还可以看出：全球LNG换热器领域3个技术分支的发展态势相似，2001年之前均只有少量的专利申请，整个技术领域处于初步发展期；2001-2006年申请量略有增长，处于缓慢生长期；2007-2015年持续增长，增长幅度加快，进入快速生长期，在快速生长期总体结构的相关专利申请量与焊接工艺的专利申请量增长趋势相似，微细槽道成型技术相关专利的申请量少于总体结构和焊接工艺的专利申请量。
LNG换热器的专利技术来源国与目标国数据如图 4所示。根据专利来源国数据显示，专利申请国家申请量排名第一的是瑞典，是全球LNG换热器专利技术的主要贡献国，占据专利申请量的40.14%，相较于其他国家和地区技术领先优势明显。全球LNG换热器主要供应商之一的ALFA-LAVAL公司总部位于瑞典，长期从事离岸油气热处理领域的研究，在全球拥有数量众多的子公司和生产基地。中国在LNG换热器技术领域的专利申请量占全球申请量的22.91%，较晚进入该技术领域开展相关研究，但由于近年来的环境压力、政府干预及政策引导等因素，促进了LNG换热器领域的技术发展。
第二梯队为日本、法国、美国、丹麦、加拿大等国家，其分布分别占7.27%、3.48%、1.53%、0.77%、0.62%。具有航运市场需求的地区，第二梯队的国家在该领域的专利申请量不能完全表征各国在该领域的技术实力，对全球尖端技术采用技术秘密进行保护仍然是发达国家主要的技术保护手段，技术壁垒全方位封锁发展中国家在LNG换热器领域的技术研发和技术突破。
根据专利目标国数据显示，专利申请第一梯队的中国为专利布局的最大目标地区，来华专利申请量占到全球目标国申请量的31.19%，说明全球在LNG换热器领域的专利布局目标都重点围绕中国，这是由于中国是造船和航运大国，同时在LNG换热器的设计以及制造方面还处于起步阶段，在该领域还存在较多的技术空白点，所以LNG换热器在中国拥有广阔的前景。
专利技术分布主要用来分析某一细分技术领域内的专利分布情况，而IPC分类是目前国际通用的使用范围最广的专利文献分类和检索工具，具体的IPC分类号由专利申请设计的技术方案所属领域来确定。因此，这些分类号可以用于确定专利技术分布的内容[15]。如图 5所示，LNG换热器领域的专利申请主要集中分布于F28：一般热交换技术大类。
将全球专利申请的主分类号统计至小组并排序，由图 5可知排名前10位的有：①F28D9/00：用于两种热交换介质的固定板或层压通道的热交换设备，各介质与通道不同的侧面接触；②F28F3/08：元件结构为叠装的，例如元件可以拆开以便于清洗；③F28F3/04：结构与元件成整体的；④F28F3/10：密封边缘的配件；⑤F28F9/02：联管箱，端板；⑥ F28F3/00：板状或层压元件，板状或层压元件组件；⑦F28D9/02：热交换介质相互成角度行进的；⑧F28F9/00：外壳，联管箱，元件的辅助支承构件，外壳内部的辅助构件；⑨F28F3/02：有增加传热面积结构，例如有肋片、凹槽或波纹的元件及其组件；⑩F28F27/02：专门适用于热交换或传热设备的控制装置或安全装置。可见，从分类号代表的技术分布来看，以关注热交换器的结构、热交换介质层压通道、密封、控制设备或安全装置是主要的专利技术申请重点。
LNG换热器领域主要涉及3个技术分支：微细槽道成型技术、焊接工艺、总体结构，分别研究3个技术分支的全球专利态势，对我国LNG换热器领域相关技术未来的发展方向有实际的指导意义。
由于部分专利涉及多个领域技术的情况，因此在专利分类时将此类专利同时归于3个技术分支下方。由图 6可以看出，全球LNG换热器领域专利申请量中主要技术涉及微细槽道成型技术相关专利占8.59%，主要技术涉及焊接工艺的相关专利占39.41%，主要技术涉及总体结构的相关专利占52.00%。由统计数据可知，LNG换热器领域内的专利主要集中在总体结构和焊接工艺两个方面，微细槽道成型技术相关专利同比较少。
对LNG换热器领域相对应的3部分技术的全球技术区域进行对比分析，给出各分支技术的专利技术来源国分布情况。
图 7为微细槽道成型技术相关专利申请技术来源国分布情况。其中，中国占有86.59%的微细槽道成型技术的专利申请量，遥遥领先于其他国家；瑞典在微细槽道成型技术的相关专利全球占比为3.07%，处于第二位；其后依次是日本、美国、法国等国家。
图 8为焊接工艺专利申请技术来源国分布。与微细槽道成型技术的专利占比排名相比，瑞典专利申请量占比57.40%，跃居全球首位；其次是中国，30.75%的专利申请量占比排在全球第二位；法国、美国、日本在焊接工艺相关专利申请量也在全球范围内占有一席之地。
图 9为总体结构专利申请技术来源国分布。由图 9可知：与微细槽道成型技术、焊接工艺的专利申请量占比排名相似，瑞典占比54.91%的申请量排在全球首位；其次是日本，专利申请量占比17.59%排在第二位；中国排在全球第三位，专利申请量占比为14.53%；法国和美国作为下一梯队也在全球范围内持有一定的专利技术。
LNG换热器领域微细槽道成型技术专利申请排名前列的重点企业见图 10(a)。其中，上海蓝滨石化设备有限责任公司排在第一位，甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司排名第二，中国船舶重工集团公司第七一一研究所位列第三；华南理工大学、开利公司和洛阳瑞昌石油化工设备有限公司处于第二梯队；阿尔法拉瓦尔股份有限公司、清华大学等进入前十。
LNG换热器技术领域焊接工艺专利申请排名靠前的重点企业见图 10(b)。其中，ALFA-LAVAL公司及其分公司分别排在前三位，虽然有中国海洋石油总公司、新地能源工程技术有限公司两家中国企业进入前十，但主要市场仍由ALFA LAVAL公司占据，整体上拥有较强的实力。中国企业在焊接工艺技术领域的技术发展空间仍然很大。
LNG换热器领域总体结构专利申请排名前列的重点企业见图 10(c)。主要专利申请来源于ALFA LAVAL公司及其分公司。此外，日韩造船企业在该领域技术也较为成熟。中国企业只有中国船舶重工集团公司第七一一研究所进入前十，总体结构模块仍是今后国内企业应当重点关注的技术领域。
通过LNG换热器技术的专利分析，清晰地反映了LNG换热器技术创新的发展变化特征，了解到行业发展和技术研发的动态。由此发现，日本、法国、美国、瑞典、丹麦、加拿大等国家在该领域具有雄厚的技术储备，专利申请量稳中有进。中国成为目前全球在LNG换热器领域专利布局的最大目标国家，这是由于中国是造船及航运大国，同时在LNG换热器的设计以及制造方面还具有较大进步空间，在该领域还存在较多的技术空白点，所以LNG换热器在中国拥有广阔的前景。
根据LNG换热器领域的全球专利发展态势，建议我国企业对老牌的欧美企业在总体结构、微细槽道成型技术、焊接工艺等相关领域的核心专利以及基础专利做进一步研究，在进行专利布局和产品研发的同时进行专利规避设计，从法律角度绕开某些核心专利的保护范围，以避免遭到相关专利权人的侵权诉讼。同时，在研究这些老牌企业的专利的基础上进行替代设计以及突破设计，通过这些专利换取LNG换热器领域内主要竞争对手的交叉许可，以期我国企业能在LNG换热器领域内站稳脚跟。
2020, Vol. 49 Issue (6): 53-57,65
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