基于專利分析的清粉機領域技術發展研究

劉 燦 吳 潔， 吳 娟

（1.江蘇科技大學經濟管理學院，江蘇鎮江212003）

（2.江蘇科技大學知識產權中心，江蘇鎮江212003）

面粉作為世界上重要的主食原料，其消費量大，消費面廣[1]。隨著物質資料的豐富和人民收入水平的提高，消費者對面粉的質量要求也逐漸提升。基于這一現實情況，面粉企業多年來致力于制粉工藝和制粉設備的不斷改進，以滿足市場需求。在面粉加工過程中，為保證面粉的質量，提高磨粉機的研磨效率，需要將面粉中的混合顆粒物按類分離后，送往不同的研磨系統去處理[2]。清粉機作為實現這一過程的重要設備，其技術的不斷優化改進是高質量面粉得以生產的重要保證，因此清粉機領域的技術創新一直是企業關注的重點[3]。

清粉技術主要是在面粉生產過程中，為減少面粉的麩皮含量以及粘連麥皮的胚乳顆粒所安排的加工工序[4]。具體而言，是在物料進入心磨磨制面粉之前，通過吸風和篩理的聯合作用，將篩面上的物料按其懸浮速度不同自動分級，從而對物料進行提純。清粉機的出現大大提高了面粉的純度，其技術的不斷優化改進對提高面粉質量具有重大意義，也是企業生產優質面粉的保證。

在清粉機技術領域，現有文獻多從設備的原理介紹、結構優化、操作改進等方面進行分析，基于專利視角對清粉機領域技術的研究尚未展開。專利是人類社會中技術創新最普遍、最直接的外在表現，專利文獻能較為全面地反映全球科學技術的發展狀況[5，6]。

隨著專利制度的完善和專利數據庫的建立，專利分析已被諸多學者應用于食品技術發展領域，并以此探究出技術熱點與發展趨勢。如王麗娟等[7]采用專利分析，探究了油炸蠶豆休閑食品的技術發展趨勢；王薇薇[8]基于專利視角分析了花青素在食品中的應用進展狀況；冀敏等[9]從專利分析的角度，分析了非酒精飲料產業的技術發展現狀，并提出專利布局建議；王恒哲[10]從專利角度分析了酶法制糖的技術發展狀況，并為我國的酶法制糖產業提供理論指導；肖勁聰等[11]在研究中國海藻寡糖領域的發展態勢中，運用專利分析該領域的技術發展狀況，并為中國的海藻寡糖產業發展提供理論指導。而清粉機技術的先進程度對面粉質量有著十分重要的影響[12]，因此從專利角度對清粉機領域技術進行分析，探究該領域的技術特點、技術分布以及技術趨勢，為企業和相關科研人員找尋技術發展方向、制定技術發展策略具有重大意義。

1 專利信息分析

本文的專利文獻數據主要來自于Patsnap全球專利數據庫，時間截止到2020年12月。在專利檢索中，采用清粉設備（purification equipment）、清粉機（purifier）、清粉系統（purify system）等多個中英文關鍵詞和IPC分類號進行反復檢索，并通過檢閱摘要、說明書、權利要求等內容篩選掉與主題無關的專利，最終檢索到專利207件，涉及清粉機中篩面的改進、風網的優化、吸風裝置的完善、操作流程的簡化等多個方面。

1.1 專利申請態勢分析

由圖1（a）可知，清粉機領域技術的發展最早可以追溯到1924年，但在2004年以前，清粉機領域的全球專利申請量較少，處于該領域技術的萌芽期，此階段以技術的探索和積累為主；2004—2010年，該領域的專利申請量有較為緩慢的上升，伴隨著人民物質生活水平的改善，市場對面粉的質量要求逐漸提高，而清粉這一加工流程是生產面粉時質量保證的重要一環，因此清粉機技術逐漸受到企業重視，并對其投入研發進而轉化為專利成果；2010—2020年，專利申請量有明顯的增長，這一方面是由于面粉企業需要通過技術創新來轉型升級，而清粉機作為面粉廠的“中樞神經”[3]，其相關領域的技術研發必然成為企業關注重點，另一方面是因為隨著以高質量面粉為原材料的食品需求快速增長，清粉機領域的技術升級迫在眉睫，企業需要加大在該領域的研發來滿足市場需求并保持在行業里的競爭力。

圖1 清粉機領域的全球專利申請趨勢（a）及主要國家或地區專利申請分布圖（b）

如圖1（b）所示，中國在清粉機領域的專利申請占據主要地位，共有144件專利申請，占全球專利申請量的88.35%。其次，美國、德國、澳大利亞分別占比3.68%、1.84%、1.23%。由此可以看出，我國在清粉機領域具有明顯的技術優勢，這與我國作為世界上最大的面粉消費國，需要成熟先進的面粉產業相匹配密不可分。

1.2 專利申請人分析

由圖2可知，清粉機領域排名前十的專利申請人中，中國申請人占6個，其中，河北蘋樂面粉機械集團有限公司以14件專利申請位居首位，揚州正大機械制造有限公司與揚州仙龍糧食機械有限公司位居二、三位，專利申請量為12件、6件。由此可見，中國在清粉機領域有著實力雄厚的研發主體，對比國際競爭對手的優勢明顯。但總體來說，申請人的專利申請數量普遍較少，該領域仍存在較大的技術發展空間。

圖2 清粉機領域的全球主要專利申請人的專利申請數量

1.3 技術集中度分析

圖3 為清粉機領域的全球專利主要技術構成，可以看出，B07B1（用網，濾篩，格柵或其他類似的工具細篩、粗篩、篩分或分選固體物料）、B07B11（使用氣流將固體從固體中分離的設備的附件裝置）；B02C9（專門適用于谷物的其他碾磨方法或碾磨機）、B07B9（用于篩選或篩分，或使用氣流將固體從固體中分離裝置組合；設備的總布置，例如，流程布置）相關技術屬于清粉機領域專利申請的重點，全球專利申請量明顯領先于其他技術領域；其次是B02B5（其他類目中不包含的谷物處理）、A23L3（含有谷類得到的產品）；麥芽制品（豆芽制品入A23L11/20）；其制備或處理（釀酒用麥芽的制備入C12C）〔2016.01〕）、B07B4（固體混合物受氣流作用而使固體從固體中分離（使用振動裝置入B03B））相關技術。由此可以判斷在全球范圍內，清粉機領域的技術研發主要聚焦于篩選裝置、風選裝置優化。

圖3 清粉機領域的全球專利主要技術構成

1.4 中國專利申請類型及有效性分析

中國作為世界最大的面粉消費國，每年有大量小麥被加工成面粉。而清粉作為面粉加工的重要工序，清粉機技術的先進性對面粉質量有著重要影響。鑒于中國在該領域有大量研發投入和技術成果產出，因此分析中國在清粉機領域的專利類型和有效性，以便今后更好地在該領域進行專利布局顯得十分必要。根據圖4可以看出，中國在清粉機的專利申請中，實用新型專利共計84件，占專利申請總量的58.33%，發明專利共計54件，占專利申請總量的37.50 %，外觀設計共計6件，占專利申請總量的4.17%。由此可以表明中國在清粉機領域的專利申請主要以實用新型為主。這一方面是由于實用新型專利保護的主題為有固體形狀的產品，而清粉機領域專利申請主題主要是各種清粉機；另一方面是由于目前科研水平的限制，清粉機領域專利技術的創新度和新穎度不足，申請人為了能夠獲得專利授權，便申請實用新型專利，造成了實用新型專利申請量較多。

圖4 清粉機領域的中國專利申請類型

根據圖5可以看出，在清粉機領域中，中國的有效專利共計71件，占比49.2 %，由此可以得出：中國在該領域的專利技術較為穩定。這與中國在該領域的技術創新主要集中在近些年，因到期而致權利終止的專利較少有關。同時，中國在該領域的失效專利共計49件，占比34.03 %，其中75.5 %是由未繳年費造成。由此可以看出：中國在該領域的技術創新度不足，專利市場價值不高，以致有大量專利因未繳年費而失效。

圖5 清粉機領域的中國專利有效性及法律狀態

2 專利技術演化分析

專利技術演化分析主要通過對專利技術路線圖的繪制，來展現某領域技術發展的特點、趨勢和重要研發主體，從而幫助企業確定未來技術發展方向和發現有潛力的競爭對手[13]。本文通過繪制專利技術路線圖，對清粉機中主要涉及的篩理裝置、氣流控制裝置進行專利技術演化分析，以探究清粉機領域重點裝置技術的演化特征與趨勢。

2.1 篩理裝置

篩理的主要作用在于對物料進行篩選，由于研磨后的面粉含有麩皮、麥渣、麥心等物質，因此物料每經過一次磨粉機后，就要篩理一次，以將不同的物料篩出分離后再集中處理。篩理裝置主要由粗篩、分級篩、細篩、粉篩、麩皮篩、重篩等組成，篩面配置的差異直接影響物料分級的效果。圖6為篩理裝置領域的專利技術路線圖，具體分析如下：

圖6 篩理裝置領域的專利技術路線圖

1924年以前，由于面粉制作工藝的簡單，設備落后，導致麩皮、麥心、純胚乳顆粒、混合顆粒等混合物未能得到全面有效處理。為了減少面粉中含有的麩片，提高純度，1924年出現的面粉加工設備設置了往復篩（GB1924028384），實現了初步的篩理功能。隨后為了解決篩理裝置使用過程中出現的篩理效率不高、篩面抖動等問題，人們通過在設備中設置多個篩層（GB1954020756）或加入偏心輪和傳送器（CN92109749.2）等方法，提高了清粉機的篩理效率，減緩了篩面的抖動，使篩理效果得到提升。

隨著篩理技術的不斷完善，研發人員除了提高篩理裝置的效率之外，還關注其他性能上的改進，如物料保護、密封性、篩分精度等。2015年后篩理裝置中出現的倒角式篩框（CN201520221596.8）、漏斗形的進料斗（CN201620940089.4），增加了篩框篩面面積，減少了物料與葉片扇的接觸，從而避免了物料的損壞。為了防止面粉的損失，通過在篩理裝置中設置偏心橡膠圈（CN201611056139.3），減小控制鑲條與淌料板之間的間隙，提高了設備的密封性。此外，為了提高篩理的精度，通過對振動電機安裝滑動槽并配以多層篩體（CN201721217892.6）、或在設備中加入含有防塵網、支架和風機的特制固定管（CN201822177689.1）使物料得到全面細致處理，提高了篩理精度。

近年來，篩理裝置技術更加趨向多功能化發展，具備篩理功能的同時附帶其他功能。2018年后篩理裝置中出現的分隔板（CN201822151159.X）、磁驅動裝置（CN202010687551.5）、含有濾板的限位槽（CN202020839219.1），使設備既能對物料進行篩理，同時還具有防止面粉飛揚、智能化無人操作、去除粉塵的功能。

2.2 氣流控制裝置

篩理和氣流的聯合作用是清粉工作的關鍵。氣體控制裝置主要由風室、風道、風板、風量調節閥等裝置組成。在清粉過程中，通過形成與篩體相適應的風量，來進行物料的分級。氣流控制裝置風量的大小、方向的變化均會對清粉的效果產生重要影響。圖7為氣流控制裝置領域的專利技術路線圖，具體分析如下：

圖7 氣流控制裝置領域的專利技術路線圖

為解決面粉中粒度相近、質量不同的混合物料分離問題，1992年，出現的氣流循環裝置（EP1992907745），可以產生分離時所需要的氣流，通過與適當的篩網相結合，能使物料分離。隨后，為解決面粉與麩皮分離中產生的物料損壞、維護費用較高等問題，技術人員通過在淌板上設置通孔并增加淌板數量（CN200620103881.0）來減少物料之間的摩擦，使物料損壞率降低；通過去除橡膠扭簧使前后托板連為一體（CN201020207531.5），減少設備振動，降低設備故障率，使維護費用降低。

在清粉機的長期使用中，積粉的存在會使風道的截面形狀發生改變，進而影響風室的風量變化，降低清粉效果。為解決這一問題，技術人員通過在風道、風管的氣孔上設置微控制器（CN201220547662.7）、在風道內設置雙開式翻板風門（CN201320667939.4）、或 添 加 風 道 調 節 裝 置（CN201720818074.5）有效清理了風道中的積粉。

在清粉機運行時，只有選擇合適的風量才能將不同的顆粒物有效懸浮分開，但由于設備運行中自身的不穩定性、顆粒物形狀的差異性、廠房空氣暢通性等因素的影響，風量調節是較大的難題。基于此，近年來，技術人員致力于氣流控制裝置領域的風量調節研究。2018年后出現的清粉機風量調節箱風門調節機構（CN201820818650.0）通過風量調節板來調節風量大小；之后有技術人員通過設計專用于清粉機的風量調節裝置（CN201821338306.8）或安裝有回彈機和調節機構的T形風管（CN201821338306.8）來保證風量的最優調節。

3 結論

（1）從專利信息分析角度來看，清粉機領域技術發展呈現明顯的階段性，2004年以前，該領域處于技術的萌芽期，專利申請量較少；2004年后，隨著市場對面粉質量要求的提高，該技術領域逐漸受到重視，專利申請量有所上升；2010年以后，由于企業的轉型升級和高質量面粉的迫切需求，該領域的技術增長加快，專利申請量明顯上升。

我國在清粉機領域有明顯的技術優勢，是專利成果的主要貢獻者，但主要申請人的專利申請數量普遍較少，仍存在較大的技術發展空間。

全球范圍內，清粉機技術主要集中在篩選裝置、風選裝置的優化2個方面。

此外，中國在清粉機領域中的專利主要以實用新型為主，雖然技術具有一定含金量和實用價值，但創新性不足。

（2）從專利技術演化分析角度來看，篩理裝置領域在技術成熟后不斷提高篩理效率之外，技術更加趨向多功能化發展。研發人員今后可將篩理功能與除塵、防止面粉飛揚、智能化無人操作等功能相結合，實現一機多用的目的。

氣流控制裝置領域在不斷優化風道，提高分離效率的同時，更加注重風量的調節。研發人員可從風量調節箱風門調節機構、風量調節裝置、風管的優化入手，來實現氣流的有效控制，進而提高清粉效果。

總體來看，清粉機領域仍存在較大的技術發展空間，我國應當以篩理裝置、氣流控制裝置技術領域為主要抓手進行深入研究，并布局一些具有一定技術創新度和市場價值的專利。