LNG气化器关键技术专利分析

(江苏科技大学知识产权研究中心 江苏 镇江 212003)

随着全球能源危机和环境污染加剧，天然气(Nature Gas,NG)和液化天然气(Liquid Nature Gas,LNG)因环保、清洁和经济等优点在能源市场的需求量迅速增加。国际海事组织(IMO)统计表明，全球以柴油机为动力的船舶每年排放NOX约1000万吨，SO X约为850万吨[1]，大量污染物的排放严重破坏了海洋环境。如果用NG替代燃油作为船舶动力燃料，NOX排放量可以减小80%左右且几乎不产生SOX[2]，因此NG作为燃油的最佳替代品在船舶燃料市场越来越受到重视。常温常压下NG的体积约为同质量液态天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)体积的600倍。由于船舶内空间狭小且为了提高运输效率，通常在常压下将NG冷却至163℃的LNG进行海上存储及运输，在使用或输入管道之前将LNG再气化成NG方可使用[3-4]。

目前，LNG气化器从结构形式上划分为开架式气化器、沉浸式气化器和印刷板式LNG气化器三种[5]。开架式气化器存在着传热管外壁面容易结冰，产气量不稳定，体积巨大的局限性。沉浸式气化器气化过程中要以天然气为燃料，运行成本较高，目前只用于调峰或紧急情况使用，尚未作为负荷型的气化器使用[6]。印刷板式LNG气化器与开架式气化设备相比较，处理相同质量的LNG，其结构尺寸和重量仅为开架式气化设备的1/50和1/10，这使得采用近海浮动平台作为LNG存储和汽化站成为可能[7]。印刷版式气化技术目前仅为英国一家企业所掌握，已经成功的应用于LNG再气化工程，是浮式存储和再气化单元(Floating Storage and Regasification Unit,FSRU)的核心设备，该公司对印刷版式LNG气化器的设计、制备、运输、安装及调试采用专人全程监控进行核心技术保密，目前尚未有公开文献研究报道。

专利是企业创新活动的载体，能够最为迅速、全面的反映企业的技术研发状态以及整个领域的技术发展趋势。研究LNG气化器领域的专利技术，剖析其关键技术专利申请年度变化、地域分布、专利技术热点分布、IPC分布和专利地图，有利于LNG气化器领域研发人员把握技术发展趋势。

一、专利申请态势分析

LNG气化器作为LNG再气化过程中最为核心的关键设备，是LNG储运和应用过程中最具核心的关键技术。本文采用的专利文献数据主要来自于PatSnap全球专利数据库，通过初步检索、扩展检索和补充检索等，以保证数据检索的全面性，数据检索截止时间为2018年12月，全球涉及LNG气化器的专利共计4743件，其中国内专利申请1630件(专利申请到公开时间最长有18个月的滞后期，所以2018年以后专利申请授权量的变化不能全面反映技术发展趋势，数据仅作展示)。

(一)全球专利申请趋势

专利申请趋势分析是通过分析专利数据随时间的变化规律，揭示其发展轨迹，反映各个阶段的技术发展状况。全球LNG气化器领域在1990年前都处于萌芽阶段，仅有零星的专利申请。1990-2000年，专利申请量开始缓慢增长，这十年间一直保持较低的增长率，处于缓慢生长期。而在2000年后，由于全球经济环境和政策的影响，LNG气化器专利申请量持续增长，进入快速发展期。2008年LNG气化器领域的专利申请量由快速发展期转变为调整期，产生数据拐点，这是由于爆发全球经济危机，间接影响了LNG气化器领域的专利申请量。2010年后，由于全球经济环境和政策的影响，LNG气化器专利申请量持续增长，进入新一轮的快速发展期。在LNG气化器领域中国专利的申请趋势与全球专利的申请趋势几乎一致，2010年后中国专利申请开始发力，在全球专利的占比逐年上升。

(二)关键技术分支专利申请趋势

LNG气化器领域主要涉及三个关键技术分支：微细槽道成型技术、焊接工艺、总体结构。截至2018年12月，全球LNG气化器领域微细槽道成型技术相关专利为407件(占比8.59%)，焊接工艺相关专利为1869件(占比39.41%)，总体结构相关专利为2467件(占比52.00%)。从整个申请周期来看，全球LNG气化器领域三个技术分支的整体发展趋势相似，但专利申请量数据差异明显，特别在2010年后，LNG气化器全球专利申请量快速发展阶段，总体结构与焊接工艺技术分支的专利申请量增幅明显，进一步拉大与微细槽道成型技术分支专利申请数量的差距。

二、专利申请区域分析

为了研究LNG气化器关键技术发展的全球专利申请的区域分布情况，本文对采集到的LNG气化器关键技术专利数据按申请国家进行了统计分析，以反映各国在LNG气化器关键技术领域的技术实力和研发活跃程度。全球专利申请主要集中在中国、韩国、日本和美国，分别占比34.37%、16.57%、14.36%和11.81%。从数据来看，我国在LNG气化器技术领域的专利申请数量要远远高于其他国家和地区，日本、韩国、美国处于第二梯队，亚洲处于LNG气化器研发的活跃区域。2013年开始亚洲市场大幅加快LNG接收站的建设与运营，日本国际石油勘探公司、韩国SK能源公司与GS能源公司开始修建LNG接收站，同年中国新增多个LNG接收站投入运营，推动了亚洲区域LNG气化器技术的发展，此后，在能源需求、LNG运输船投运、环境因素等多方影响下，亚洲成为全球最大的LNG市场，并维持“亚洲溢价”，进一步使得亚洲成为LNG气化器研发的活跃区域。

三、专利技术分布

专利技术分布主要分析某一细分领域内的专利分布情况，而IPC分类是目前唯一国际通用的专利文献分类方法，由专利申请设计的技术方案所属领域来确定。

(一)全球专利技术IPC分布

将LNG气化器全球专利申请的主分类号统计至小组并排序，给出了排名前十位分类号：F28D9/00(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)；F28F3/00(板状或层压元件，板状或层压元件组件)；F28F3/04(结构与元件成整体的)；F28F3/10(密封边缘的配件)；F28F9/02(联管箱，端板)；F28D9/02(热交换介质)；F28F9/00(外壳，联管箱，元件的辅助支承构件，外壳内部的辅助构件)；F28F27/02(专门适用于热交换或传热设备的控制装置或安全装置)。

在LNG气化器领域的专利申请主要集中分布于F28：热交换技术大类。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。

(二)主要申请国IPC分布

对比主要申请国的IPC分布，可以分析出国家的技术领域分布及产业战略布局情况。表1中列出的是中国、美国、日本、韩国四国在LNG气化器领域专利申请量居前三位的IPC排名，可见中国的专利技术集中分布热交换结构和层压通道等方面，美国的专利技术集中分布在叠装的元件结构、层压通道、焊接工艺等方面，日本的专利技术关注的是LNG汽化器技术是气罐装置和零部件方面的研究，韩国的专利技术热点也集中在热交换结构、通用热交换或传热设备的零部件以及改变压力容器中液化或固化的气体状态(如汽化)等方面。

表1 专利申请国的IPC分布及专利数量

(三)专利地图

对LNG气化器关键技术绘制专利地图，用3D地图呈现行业的技术集中态势，波峰代表技术密集区，波谷代表技术空白点。红、黄、蓝、绿四种标识点标明各个国家在LNG汽化器技术领域的专利申请情况，其中红色标识代表中国专利。图1清晰的反映了专利技术分布的全貌，红色标识覆盖整张地图，数量上占据较大比例。图示中深绿色为波峰区域，表示专利聚集区域，LNG气化器关键技术的核心专利集中在液化装置、气化器装置、热流和冷能的装置和多层复合板等方面；波谷区域和海水区域为LNG气化器的外围专利技术和技术空白点，LNG气化器领域还存在较大的技术空白，在进行核心技术和热点技术研发的同时，应当相应的布局外围专利和储备专利，实现技术的全面保护。

图1 LNG气化器关键技术专利地图

四、结论

通过对全球LNG气化器关键技术的专利分析，可以得出以下结论：

(1)全球LNG气化器关键技术由萌芽阶段(1990年前)、缓慢增长期(1990-2000年)、快速增长期(2000-2008年)、调整期(2008-2010年)后进入新一轮快速增长期。中国在LNG气化器领域的专利申请趋势与全球专利的申请趋势几乎一致，2010年后中国专利申请开始发力，在全球专利的申请量占比逐年上升。

(2)LNG气化器领域3个关键技术整体发展趋势相似，但专利申请量数据差异明显，分支发展不均衡，特别是在2010年后，LNG气化器全球专利申请量快速发展阶段，总体结构与焊接工艺技术分支的专利申请量增幅明显，进一步拉大与微细槽道成型技术分支专利申请数量的差距。

(3)LNG气化器全球专利申请区域主要集中在中国、韩国、日本和美国，分别占比34.37%、16.57%、14.36%和11.81%，我国在LNG气化器技术领域的专利申请数量要远远高于其他国家和地区，日本、韩国、美国处于第二梯队，亚洲处于LNG气化器研发的活跃区域。

(4)在LNG气化器领域的专利技术主要关注气化器的结构、热交换介质层压通道、密封、控制设备或安全装置，技术聚集较为明显，但是LNG气化器领域还存在较大的技术空白，我国企业在实施专利申请和产品研发时应当同时布局外围专利，进行专利规避设计，从法律角度绕开相关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，同时对LNG气化器领域的技术专利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。