0 引　言

目前除管道运输外，天然气最重要的运输方式当属船舶运输，相关LNG船舶的建造亦成为船舶工业的重点发展领域。LNG船舶运输起源于欧美，主要是指运输–163℃低温液化天然气的专用船舶，由于其技术含量高、建造难度大、附加值高的特征，被誉为“造船皇冠上的明珠”^[1]。近些年，随着全球范围内LNG的大量消耗以及LNG运输量的巨幅提升，LNG造船业迎来了蓬勃发展，作为其核心技术的围护系统领域亦成为国内外科研机构人员的研究热点。在LNG船舶建造技术发展过程中，由于液化天然气自身所具有的低温性、易燃性、高蒸发性，围护系统不仅需要承担进库、储存、出舱等功能，更需要时刻保障船舶运行的安全，因此围护系统技术的成熟与完善是影响LNG船舶最终质量的关键^[2]。历经50多年的发展，LNG船舶围护系统技术早已从最初基本储运功能的研发，转向低蒸发率、低成本、低维护费用、低能耗和高安全性方向发展，其产品类型也可主要分为独立型货舱（A型、B型、C型）与薄膜型货舱^[4]。但不可否认的是，由于航运条件的不断变化及行业标准的提升，LNG船舶围护系统领域技术仍需不断改进和完善。

专利分析是指基于专利文献中的专利信息，结合数学统计分析的方法，提炼出有价值的研究报告^[4]。目前，专利分析已在学术研究中得到广泛运用，并有多位学者对船舶技术领域进行专利分析。袁鑫悦等^[5]从专利分析角度研究了LNG运输船BOG处理技术的发展态势；吴洁等^[6]利用专利分析方法，从多角度研究了FPSO转塔领域的技术发展趋势；陈秋琴等^[7]基于专利分析视角，探究了船舶电力吊舱推进器的技术演化路径；谢颖等^[8]从专利角度对船用爬壁机器人的关键技术进行深度解析。

然而，现有文献少有从专利角度对LNG船舶围护系统领域展开研究，鉴于LNG船舶对国家能源战略实施的重要意义以及围护系统之于LNG船舶建造的重要性，本文基于专利视角，对LNG船舶围护系统展开专利技术分析，以探究国内外LNG船舶围护系统领域的技术现状和发展趋势，为企业和相关科研人员在该领域的技术布局和研发方向提供理论支撑。

1 专利信息分析

在Patsnap全球专利数据库中以“围护系统（containment system）”、“液货舱（cargo tank）”等关键词进行初步检索，随后在阅读相关文献的基础上补充“薄膜型（membrane tank）”、“独立舱型（independent tank）”等中英文关键词和IPC分类号进行补充检索，以保证检索数据的全面性和准确性。截至2021年6月，得到专利5965件，其中由于专利从申请到公开最长有18个月的滞后期，所以2019年以后的专利申请量变化不能全面反映技术发展趋势，相关数据仅作展示。

1.1 全球专利申请态势分析

由图1可以看出，LNG船舶围护系统领域的全球专利申请总体呈波动上升趋势，其专利技术最早出现在20世纪60年代。1974年以前该领域处于技术萌芽期，仅有少量的专利申请，此阶段以技术积累为主。1974–1995年为该领域技术的缓慢发展期，此阶段欧美国家经济发展迅速，能源需求高涨，基于其成熟的制造业体系和强烈的市场需求，相关围护系统技术研发工作率先在欧美国家展开。此时无论是LNG船舶围护系统的设计、建造、运营均被欧美发达国家垄断，挪威的MOSS球罐式和法国的GT，TGZ薄膜型式亦相继成为此阶段围护系统的主流。1996–2021年为该领域技术的快速发展期，此时在全球经济一体化以及绿色环保理念的背景下，天然气作为清洁能源的使用量大幅增加，这在中、日、韩等国家尤为明显。因此在这一阶段，LNG船舶围护系统领域的技术研发除欧美国家外，韩国、中国、日本等国家也纷纷加入，这极大促进了LNG船舶围护系统领域技术的创新与发展，专利产出显著增长。

1.2 全球专利申请区域分布分析

由图2可知，在全球LNG船舶围护系统技术领域，韩国以1875件专利申请，占总专利申请量的50.1%，成为主要技术贡献国。其次有中国、法国、日本、美国等国，专利申请分别为604，435，276，195件，占比21.7%，8.5%，7.5%，5.3%处于技术贡献的第二梯队。由此可以看出，韩国作为LNG船舶围护系统领域的主要专利产出国，拥有绝对的技术优势，而中国虽然在该领域占有一席之地，并且在专利数量上超越了欧美等传统强国，但短期内仍难以撼动韩国的霸主地位。

1.3 全球专利申请人排名

由图3可以看出，LNG船舶围护系统技术领域全球排名前20的重点申请人中，韩国大宇造船股份公司以907件专利申请位列第一，排名二、三位的是法国气体运输技术公司和韩国三星重工业株式会社，专利申请分别为321件、292件。前5位申请人中，有4位均为韩国申请人，由此可以看出韩国在LNG围护系统领域的技术优势与其拥有实力突出、技术雄厚的大型企业密切相关。此外在排名前20的专利申请人中，中国申请人有7位，分别为4名企业和3名高校，但排名均未进入前5。这一方面说明目前中国在该领域拥有较多的创新主体和具备一定的研发实力，另一方面也反映出中国缺乏该领域的龙头企业，创新引领效应不足。

1.4 全球重点专利技术分析

图4和表1给出了LNG船舶围护系统领域主要技术分支的申请趋势与分布。从技术申请趋势来看，2001年之前各分支技术均无明显波动呈波动，专利申请数均为零或个位数；2002–2016年间，各分支技术呈现波动上升的趋势，其中B63B25/16（船用绝热封闭结构）上升幅度最大，且历年的专利申请量明显高于其他技术分支，说明该技术分支具有良好的发展前景，是LNG船舶围护系统领域的研发热点。2016年后，B63B25/16（船用绝热封闭结构）、F17C13/00（容器或容器装填排放的零部件）、B63H21/38（适用于海上船只的用于处理动力设备或装置的液体）出现波动下滑的趋势，这是因为在此期间随着气候变暖问题的恶化以及大量新能源产品的普及，全球对天然气的需求有所下降，进而导致相关运输产业的研发工作放缓。

从技术分布来看，B63B25/16（船用绝热封闭结构）的全球专利申请量占比32.13%，可见该技术分支是LNG船舶围护系统领域专利申请的重点；F17C13/00（容器或容器装填排放的零部件）、B63H21（船上推进动力设备或装置的使用液体）分别占比13.26%，10.18%位列技术分支申请量的二、三位。其他如F02M21/02（用于气态燃料）、F17C3/02（带有隔热措施的）、B63B35/44（浮式建筑物）、B63B25/08（流体）、F17C9/02（用隔热层的）、F17C5/02（用于装填液化气体的）B63B27/24（管道的）分别占比9.34%，8.69%，6.21%，6.01%，5.14%，5.14%，4.98%，无明显差距。由此可以看出，全球范围内LNG船舶围护系统领域的技术分布主要集中在绝热结构、容器设计、燃料液体储存领域，而绝热结构则更是重中之重。

2 专利技术演化分析

专利技术演化分析是指通过对专利技术路线图的绘制，展现某领域技术发展的特点和趋势，进而帮助企业确定未来的技术发展方向^[9]。本文通过绘制专利技术路线图，对LNG船舶围护系统中主要涉及的薄膜型、独立型进行专利技术演化分析，以探究LNG船舶围护系统领域重点设备技术的演化特征与趋势。

2.1 薄膜型

薄膜型围护系统是液化天然气储罐采用的围护结构系统之一，由法国气体运输技术公司（GTT）设计，其主要包括主屏壁、次屏壁和绝缘层，具有舱容利用率高、造价便宜等优点。图5为薄膜型围护系统领域的专利技术路线图，具体分析如下：

就薄膜型罐而言，其重点专利的技术路线演变主要集中在罐体绝热、储罐维护、罐壁密封性领域。2000年之前的薄膜型罐专利技术侧重于罐体绝热性能的改进，通过设置双绝热层构、粘贴柔性金属箔片（FR1994011165）、设计具有高机械强度的蜂窝结构密封屏障（FR1998008895）等方法来实现储罐绝热性能的提升。2001年–2010年的薄膜型罐专利技术以储罐相关维护方法为主，如设置用于打开和关闭BOG（沸腾气体）的气体圆顶来进行高空作业（KR1020090020550），以此解决储罐维护工作中安装手脚架的问题。2011年至今的薄膜型罐专利技术主要集中在罐壁密封性技术的优化，通过加强波纹膜的连续性，减少节点处膜层扭曲的风险（CN201910683386.3）、在第一密封屏蔽层与第二密封屏蔽层之间设置支撑木（CN202011188764.X），搭建绝缘空间等方法来增强罐壁的密封性。

2.2 独立舱型

独立型围护系统具体可细分为A型、B型、C型，其主要由耐低温钢材、密封膜和相关绝缘材料组成，目前广泛应用于中小型LNG运输船，具有性能稳定、工艺简单、设计灵活等优点。图6～图8为独立型围护系统领域的专利技术路线图，具体分析如下：

就A型罐而言，其重点专利的技术路线演变情况是从储罐基本功能设计到提升罐体结构强度，延长储罐使用寿命，主要涉及罐体绝热性能、密封性、结构加固、恒温设计等技术。2000年之前涉及A型罐的专利技术主要以加强罐体的结构性功能−低温绝热为主，如使用绝热材料构建一种低温液体容纳系统，减少环境到液体的热量流入（US05/853866），进而提升储罐低温绝热的效果。之后由于经常出现因罐体密封性差而导致液体大量外泄的问题，2001–2010年期间，A型罐专利技术主要以提高罐体密封性，防止液体汽化外泄为主，其主要通过对储罐的低温控制系统模块化处理，消除由机械变形引起的应力（JP2006074957）、设置横、纵向隔离舱，减少罐体的晃荡（CN200980125559）来提升储罐的密封性能。2011年至今，随着A型罐被广泛运用于液化天然气船运存储领域，A型罐的技术研究主要聚焦于罐体结构的加固以提高储罐的安全性和使用寿命，如通过使用纤维增强塑料制造的隔热墙和壳体表层（KR1020120035478）来提升LNG罐体的结构强度和寿命；通过在防滚支撑架、立式支架和抗浮支架之间设置支撑结构，并在外壳提表面焊接固定板（CN202010985291.X）来提高储罐整体的稳定性。

就B型罐而言，其重点专利的技术路线演变主要集中在解决由船舶运行中震荡和机械应力所引发的液体外溅和对罐体造成结构性损伤问题。具体而言，相关技术主要涉及围护系统止摇装置的研发、支撑装置的优化以及通过增强导流装置与防溅屏以提高罐体密封性。2000年之前的B型罐专利技术主要集中于解决罐体的密封性问题，如通过应用预应力钢筋混凝土材料构建不透流体的屏障，使得容器在低温下的屈服强度大于流体静力和机械力引起的机械应力总和，进而防止隔热层破裂导致的液化气体溢流（US3536226DA）；将板盖与流体接触所引起的局部载荷传递到由板梁组成的内部框架结构并在板盖上设置桁条、筛子，使得当内部储罐发生故障时外部储罐也可以提供二次密封功能（GB1227033DA）。2001–2010年，B型罐专利技术主要集中于支撑装置的优化，如通过将储罐内的密封壁、结构壁、分隔壁用多个连接器进行机械连接，削弱船舶移动时产生的机械应力，进而保证罐体使用时的稳定性（CN200510069041）。2011年至今，B型罐专利技术主要聚焦于围护系统止摇装置的改进以及防溅屏装置的结构优化，如设置垂向支撑装置、止横摇支撑装置、止纵摇支撑装置来支撑围护系统的自重和减少部件间的相对运动（CN201520417397.4）；设置一种包括多块导流板、集液槽，环状集液槽、导流管、防溅屏的导流装置，用以及时将泄漏的LNG导流出液货舱和防溅屏之间的缝隙，进而减少LNG对防溅屏造成的结构性损伤（CN201811261354.6）。

就C型罐而言，其重点专利的技术路线演变主要集中在罐体结构的加固以及支撑装置的优化上。具体而言，技术主要涉及罐体外壳、阻荡舱设计、抗压性能加强以及舱壁结构优化等方面。2000年之前的C型罐专利技术主要集中于C型罐发生意外故障时，相关的液体防漏和保护措施，如通过在储罐外表面覆盖特制隔热材料和机械保护层来防止天然气泄漏时所引起的火灾爆炸问题（GB1960029242）。2001–2010年的C型罐专利技术主要集中于减轻船舶震荡给围护系统带来的不利影响，如通过连接环将防水屏障和隔热罐结合到支撑装置中（JP2000272259）、布置两排多个纵向围堰来缓解支撑装置的载荷和抑制船体晃荡带来的负面效应。2011年至今的C型罐专利技术主要集中在阻荡舱的设计，如设计一种由加强圈、有孔横隔板和共绞式弹簧的阻尼式阻荡舱壁来抑制船舶运行时液化天然气的晃荡（CN201420004234.9）；构建与船体外形相匹配的双锥连体结构隔舱壁，以此减少罐体内LNG横向晃荡冲击（CN201880058552.4），保证舱壁和船体结构的安全，增加储罐的使用寿命。

3 结　语

从专利统计来看，全球LNG船舶围护系统领域的技术呈现明显的阶段性和区域集中特征。1974年以前该领域处于技术萌芽期；1974–1995年为该领域技术的缓慢发展期，此阶段研发主体以欧美国家为主；1996–2021年为该领域技术的快速发展期，此阶段中、日、韩等国家的加入促进了LNG船舶围护系统领域技术的创新与发展。该领域的全球专利申请分布呈现高度区域集中特征，来自中国、韩国、法国的专利申请量占据该领域全球专利申请量的80%以上，与这些国家拥有技术实力雄厚的大型企业密切相关。

由技术演化分析可知，LNG船舶围护系统技术主要围绕薄膜型与独立型两类系统展开，其技术涉及储罐维护、结构密封性、罐体绝热性能、恒温设计、系统止摇装置、支撑装置、阻荡舱以及舱壁结构等方面。其中由于液化天然气低温性、易燃性、高蒸发性特征，罐体绝热和结构密封性是LNG围护系统领域的技术重点。

在创新驱动经济高质量发展的背景下，为进一步促进我国在LNG船舶围护系统领域技术发展，应当继续保持以企业为主，高校为辅的创新主体结构，实现企业、高校、科研机构在研发创新活动中的有机融合，瞄准国内外先进的围护系统建造工艺，以罐体绝热和结构密封性技术为核心精准发力，开发出更具市场价值和创新性的技术专利。