壓輥式生物質成型專利技術綜述

金一凡

（國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心，江蘇 蘇州 215163）

壓輥式生物質成型專利技術綜述

金一凡

（國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心，江蘇 蘇州 215163）

隨著現代社會能源消耗的劇增，環境污染的日益加劇，獲得除石油、煤炭和天然氣之外的清潔能源越來越迫切，而生物質燃料作為一種補充能源則進入了人們的視野。壓輥式生物質成型技術作為一種近年來發展較快的生物質成型技術，在農林牧等生物質的成型上體現著優越的性能。本文針對壓輥式生物質成型技術的專利申請進行了統計，對國內外專利申請量、申請人分布等多方面進行了分析，并闡述了壓輥式生物質成型技術領域的專利申請發展趨勢，給出了其技術領域的發展脈絡，并重點針對各技術分支進行了研究。

壓輥式；生物質；成型；專利申請；發展趨勢

1.概述

生物質壓塊成型技術主要分為壓輥式、螺旋擠壓式和活塞沖壓式顆粒成型機。螺旋擠壓式成型設備，其錐形螺桿磨損嚴重，使用壽命短，造價高；單位產品能耗高，生產效率低，難以實現規模化生產。

活塞式沖壓成型機與螺旋壓縮成型機相比，活塞壓縮成型機明顯改善了成型部件磨損嚴重的現象，使用壽命提高，單位產品能耗下降。但機械驅動成型設備結構復雜，存在較大震動負荷，機械運行不穩定且噪音劇烈，潤滑油污染較嚴重，使其推廣和應用都有一定困難。

壓輥式成型設備的基本工作部件由壓輥和壓模組成，其中壓輥可以自轉，也可以公轉。壓輥式成型設備又可分為環模成型機和平模成型機器，環模成型機是目前使用最為廣泛的機型，壓模為環形。環模成型機產量大，耗電少，自動化程度高，對原料的含水率要求較寬，適于規?；a業化發展。平模成型機壓模為平面，壓制室空間較大，可采用大直徑壓輥，能將體積大、纖維長的原料粉碎成型。另外，平模成型機結構簡便，壓力可調，產量穩定，并且模具正反兩面都可以使用。

近年來，壓輥式生物質成型機發展速度較快，應用較多，為了滿足當今傳統能源日漸枯竭，急需尋找新的能源形式來緩解能源危機的要求，研制低功耗、喂入性能好，空轉率低的壓輥式成型機是今后研究者們的重點。

2.壓輥式生物質成型技術全球專利申請趨勢分析

壓輥式生物質成型機的專利申請最早出現在20世紀20年代左右，申請量極少。20世紀60年代成為壓輥式生物質成型機的第一次快速發展的時期，而后的70年代則進入了技術發展相對平緩的時期，到了80年代，由于能源的快速消耗，尤其是以石油危機為代表性的能源危機，造成了人們對可替代性能源的重視，因此，研究的重點又回到了生物質能源方面，這一時期是壓輥式生物質成型機的第二次快速發展的時期，進入90年代，隨著國外石油能源的勘探、開發，使得壓輥式生物質成型機在此進入發展的平緩期，一直到21世紀，尤其是最近幾年，該技術才有了第三次的發展。

國外的申請主要集中在德國、美國和日本，分別占總申請量的18%、12%和8%。如果按照洲際劃分，歐洲占到了73%，亞洲占到了14%，北美占到了13%，這3個地區都是農牧業、林業發達的地區，同時技術實力也相對雄厚，德國和美國是農牧業、林業大國，所以其申請量較大，雖然日本不是農牧業強國，但是日本對能源極其重視，主要原因在于其能源匱乏，幾乎全部依賴進口，因此，日本希望尋找石油的補充能源，所以其在生物質成型技術領域也走在前列。

通過與國外專利申請狀況的比較，我國在壓輥式生物質成型機的研究上起步較晚，在20世紀90年代才首次出現專利申請，在2006年之前申請量極少，而從2006年之后，申請量呈快速增長趨勢，一方面是由于我國經濟總量不斷增長，技術水平不斷提高，中國作為能源消耗大國，對生物質的再利用有強大的需求，再加上近年環境污染問題日益加深，所以促使了申請量的激增，另一方面，2008年6月5日，國務院頒布了《國家知識產權戰略綱要》，在此大環境下，國內申請量逐年攀升，并且隨著專利法律體系逐步完善，全民專利意識普遍提高、專利申請人創新能力大幅增強，因此，國內專利申請量呈迅猛攀升趨勢，上升勢頭強勁。

壓輥式生物質成型機在國內的申請主要集中在江蘇、河北、北京、河南、山東等省份，這些省份首先都是農業大省，有較大的需求去對生物質進行處理，同時這些省份，尤其是江蘇、山東、北京科研院所較多，科技實力也相對較強，也從另一方面能夠對生物質處理進行技術支持。因此，壓輥式生物質成型機在國內的申請量主要集中在這5個省份。

3.壓輥式生物質成型專利技術發展路線

目前，壓輥式生物質成型技術主要分為兩種：

（1）環模式，即生物質經壓輥壓制后從模腔的側面出料，出料口開設在模盤的側面。

（2）平模式，即生物質經壓輥壓制后從底面出料，出料口開設在模盤的底面。

3.1環模式生物質成型技術

國外方面，環模式生物質成型機最早出現于20世紀20年代的英國，是由HENRY JOSEPH LONG DUNLOP公司申請的（GB237944A）“An improved machine for compressing and moulding plastic or other substance”（一種提升壓縮和造型塑料或其他物質的機器），其為臥式環模成型機，內部的壓輥是環狀的，且只有一個。之后，在1966年，由麥塞福格森公司率先提出了倒立式的環模成型機，即“干草壓塊裝置和方法”（DE1217684B），同年，約翰迪爾公司提出正立式的環模成型機（DE1211841B）。

國內方面，20世紀90年代出現了臥式環模成型機，是由遼寧省農牧業機械研究所申請的（CN2268616Y）“牧草、秸稈壓塊機”，其采用了兩個壓輥施壓。之后的2008年，由鄭春山申請的（CN201192902Y）“行星傳動式秸稈壓塊機”，是國內率先申請的立式環模成型機。

進入21世紀，國內的環模式成型機發展水平有了很大的提高，在立式環模的基礎上，在2011年，由東北林業大學申請了立式單層輥雙層模盤的環模式成型機（CN202097990U），這也是國內首次出現雙層模盤的環模式成型機，僅僅兩年之后的2013年，由江蘇大學申請的雙層輥雙層模盤的環模式成型機就出現了（CN203210715U），這也是國內首次出現雙層輥和雙層模盤的環模式成型機。

3.2平模式生物質成型技術

平模式生物質成型機經過發展，與1983年出現了錐輥式的平模生物質成型機，由MUNCH EDELSTAHL GM申請的（DE3313012A1）。一年后的1984年，由AMANDUS KAHL NACHF申請了直輥式的雙層模盤的平模成型機（DE3344044A1），同年，BLOHM & VOSS AG 和 HOWALDTSWERKE DEUT WERFT AG聯合申請了直輥錐輥復合式的雙層模盤的平模成型機（DE3342660A1）。

相比較之下，國內首次出現直輥式平模成型機是在2006年，由燕山大學申請的“三輥斜齒平模碾壓冷成型造粒機”（CN201020864Y），之后與2008年，由山東百川同創能源有限公司率先申請了錐輥式的平模成型機，“生物質平模顆粒成型機”（CN201325191Y），僅僅一年后的2009年，孫永超就首先申請了直輥錐輥復合雙層模盤的平模生物質成型機，“雙模盤平模秸稈壓塊成型機”（CN201776928U），經過近4年的發展，到了2013年，出現了3層直輥和3層模盤的平模式生物質成型機，是由北京奧科瑞豐新能源股份有限公司和河北奧科新能源設備有限公司聯合申請的“3層生物質擠壓成型裝置及立式生物質擠壓成型機”（CN103434178A）。

在這期間，僅有這么一件專利申請相對特殊，其為平模和環模雙層復合的生物質成型機，既不是單純的平模式，也不是純粹的環模式，這一類申請僅有且只有一篇，是由彭世潤于2009年申請的“復合型環模生物質燃料成型機”（CN101474882A）。

結語

通過上述分析可以看出，壓輥式生物質成型機技術的專利申請量主要集中在中國、美國、德國和日本，而隨著我國經濟總量不斷增長以及知識產權的完善，近年來，國內專利申請量也以較快的速度在增長，而且研究深度方面已經達到甚至超過了國外的水平，因此，國內申請人可以通過不斷總結現有經驗，來增強我國在壓輥式生物質成型技術領域中的競爭實力。

［1］張秀秀，侯梅芳，宋麗莉，等.農林固體有機廢棄物壓縮成型研究進展［J］.上海應用技術學院學報，2015，15（1）：67-72.

［2］鄭戈，楊世關，孔書軒，等.生物質壓縮成型技術的發展與分析［J］.河南農業大學學報，1998，32（4）：349-353.

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