谈霾色变之抗霾专利的兴起
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从几年前PM2.5还是个新鲜词儿、人们出门带口罩会觉得“夸张”，到如今全民关注雾霾，重污染天气里人们室外带口罩，室内用空气净化器、新风系统，不少人甚至带着测霾表随时关注空气污染指数——几年间，社会公众对空气污染的关注度不断提升，防雾霾相关产品销量也飞速增长。目前，我国市场上主流的防雾霾产品到底采用了哪些防霾技术？国内外企业的相关专利布局又是怎样的？未来的防霾技术热点有哪些？为此，本报特推出专版，对防雾霾使用较多的空气净化器、口罩、新风系统和测霾表技术发展和专利布局情况进行梳理，以飨读者。
空气净化器：“小微”专利 能否“燎原”
当以PM2.5为主要污染物的雾霾一次又一次来袭，空气净化器成为人们室内防霾的优选。相关数据显示，2015年我国空气净化器销量650万台，同比增长63.3%。2016年，空气净化器销量更是保持持续增长态势。
事实上，空气净化器作为一种常见的家电产品，在国外发展历史较长，一些发达国家已达到50%左右的普及率，相关标准体系已非常成熟。近年来，我国空气污染日益严重，空气净化器才引起广大公众的关注。记者在了解网上商城和走访各大家电卖场后发现，目前，市场在售的各种品牌的空气净化器林林总总，其主要是通过采取活性碳、HEPA、离子、触媒等过滤方式，来过滤空气中的有害物质。
“目前，中国为最大的空气净化器生产市场，全球约70%的空气净化器为中国企业生产，但核心技术部件基本为美日欧所垄断。”国家知识产权局专利局雾霾防护用品专利情报研究课题组相关负责人告诉本报记者，对于防雾霾空气净化器，是否使用了防雾霾净化技术是衡量其性能的重要特征，目前，典型的防雾霾净化技术主要有4种：高效过滤净化技术、负离子净化技术、静电除尘净化技术以及水洗净化技术。从2012年开始，全球防雾霾空气净化器专利申请量呈爆发式增长，截至2015年底，在部分专利申请未公开的情况下，年专利申请量达到1296件;而2012年前，全球年均专利申请都在100件以内。
据介绍，在上述专利申请中，来自中国创新主体的专利申请约占总量的90%，远远超过美、日、韩、欧等国家和地区。在中国市场，中国创新主体的专利申请数量也占据绝对优势：在华相关防雾霾空气净化器专利申请中，来自中国创新主体的专利申请占99%。
“总体来看，国外创新主体的专利数量并不占据优势，但其专利的被引用次数相对较高。另外，从申请类型和内容上看，国内相关专利申请多为实用新型，内容是以结构改进为主，技术较为简单、功能单一。国外企业注重核心技术的研发，空气净化器的先进技术基本都掌握在国外企业的手中，其专利的有效率也较高。”该负责人表示。
目前，在国内防雾霾空气净化器市场，国内品牌主要占据中低端市场，进口产品则占据中高端市场。以夏普为例，其主推HEPA高效过滤与净离子群技术相结合，占据了高端市场的较大份额。在国内品牌中，美的、格力也拥有一定规模的产品生产线和研发实力，美的在国内相关专利申请共51件，格力27件，在国内申请人排名中分别位列第一位和第六位。
“不过，我国在专利布局数量上占据了明显优势，虽然成果创新高度还有待提升，但是这种小微专利的布局就是无数个‘星星之火’，如果中国企业能在点滴积累的基础上，不断提高创新能力，逐步形成具有核心竞争力的专利技术，也许未来可以形成‘燎原’之势。”该负责人表示。
当前我国空气净化器市场鱼龙混杂，但随着新国标对市场的逐步规范，要想长远发展，必须以技术为根本。
目前市面上的防雾霾净化器多采用单一净化技术，其中使用最多的是负离子净化技术。但单一的空气净化技术都或多或少存在一些不足。“未来，我国企业可以考虑在高效过滤技术与负离子净化技术结合方面加大研发力度。此外，人性化、智能化、在除霾基本功能之上扩展加湿、灭菌等综合技术，将成为空气净化器产品开发的主要趋势。我国企业一方面可以通过自主研发加强核心技术积累，部署基础专利;另一方面，可通过引进、消化、吸收及再创新的方式，开发出一批外围的应用技术专利，并形成对国外核心专利的包围网，通过交叉许可等，赢得发展空间。”上述负责人表示。
新风系统：专利破霾 除尘迎“风”
“等风来”，这个词如今已成为人们应对雾霾天气时的流行语。2016年入冬以来，雾霾多次围困中国北方大部分地区，波及城市达20多个，多地因连续严重雾霾，拉响了红色警报。针对持续加重的雾霾天气，一种名为“新风系统”的除雾霾利器悄然进入人们的视野，为深受雾霾困扰的人们送来了一缕清风。
据了解，新风系统又称开放式循环系统，是一种新型室内通风排气设备，使用该设备可以让人们在室内呼吸到新鲜、干净的空气。新风系统分为单向流新风系统和双向流新风系统。具体的技术运用是通过采用高电压、大流量及小功率的直流高速无刷电机带动离心风机运转，依靠机械强力从一侧管道向室内送风，再由另一侧管道向室外排风的方式，使系统内形成新风流动场，在送风的同时对进入室内的空气进行灭毒、杀菌、增氧。
“新风系统是根据‘新风流动场’的原理，在原有循环排风系统中，加入过滤网和部分管材等器材，在循环进风的同时，用过滤网把空气中的灰尘、PM2.5以及肉眼看不到的颗粒物等过滤掉。该系统对于老人、小孩或有呼吸系统疾病的人群较为适宜。”北京国美电器一位技术人员介绍，新风系统由于价格较高，国内市场销售情况一般，目前销售比较好的品牌主要是松下、三菱和格力。“新风系统的优势在于，室内不用开窗也能享受到大自然的清新空气。另外，其对去除室内装修后挥散的有害气体、调节室内湿度及有效排除各种细菌、病毒等也起到积极作用。”该技术人员表示。
那么，新风系统的专利布局情况又是怎样的呢？北京合享智慧科技有限公司顾问部经理王晓华通过incoPat专利数据库检索后发现，目前新风系统尚属于一项较新的技术，市场上的新风系统与室内的中央空调类似，二者的区别在于是否可以过滤掉空气中的有害物质。王晓华介绍，从全球提交专利申请的情况看，涉及新风系统的专利申请自2013年开始持续增长，目前该系统在全球的专利申请量约700件，全球新风系统专利申请量排名前四位的国家分别是中国、日本、德国及韩国。中国的专利申请为79件，日本专利申请为60件，德国的专利申请为43件，韩国的专利申请为42件。日本的专利申请人主要有三菱、东芝、松下等企业;德国的专利申请人包括franhofe ges forschung等;韩国的专利申请人包括LG等;中国的专利申请人包括中国建筑西南设计研究院、伟盈技术研发(无锡)技术有限公司、苏州艾尔新净化科技有限公司、镇江新梦溪能源科技有限公司、上海交通大学等。王晓华进一步检索后发现，新风系统的核心技术主要集中在风机管材、过滤网、自动循环排风系统及净化器等方面。
王晓华表示，虽然中国新风系统的专利申请量较高，但其与国外相比还存在一定差距。以日本为例，日本在新风系统上共提交58件发明专利申请，实用新型专利申请仅为2件。而中国提交的专利申请中，实用新型专利申请占据较大比重，发明专利申请相对较少。此外，中国提交的部分专利申请是在原有净化器和空调技术的基础上稍加改进后的技术，创新方面还存在一定局限性。中国的新风系统还应在如何正确感知室外工况、及时调节过滤效率、试用不同地区气候条件以及系统的清洗和维护等方面不断加强技术研发。
国美技术人员也表示，从实际使用看，由于新风系统的滤芯需要定期更换，该产品后期维护成本较高。未来，相关制造企业可以进一步加强滤芯的研发，从而使新风系统的产品性能更加完善。
防霾口罩 依靠专利 构建防线
2016年底，覆盖国内多个省市的连续严重雾霾天气许多人还记忆犹新。随着雾霾天气的肆虐，防雾霾口罩为人们构建了一道抵挡雾霾的防线。
面对旺盛的市场需求，众多企业跑步进入市场，防雾霾口罩品牌呈现百花齐放的局面，如3M、绿盾、霍尼韦尔、朝美、适美佳等。在安防领域耕耘多年的3M最先进入大众视野，并凭借其专业的防尘工业设计和丰富的产品线迅速获得市场认可。而绿盾等国内品牌也快速切入市场，取得了不俗的业绩。
记者在采访中了解到，在防雾霾领域，中国已经成为全球企业进行专利较量的主战场。“目前国内市场呈现出3M与绿盾两家独大、多品牌混战的局面。国外品牌在PM2.5防护方面凭借多年积累，掌握了大量核心技术。反观国内企业，虽然专利产出较多，但普遍面临技术含量不高、核心技术偏少的窘境。”国家知识产权局专利局雾霾防护用品专利情报研究课题组相关负责人介绍。
据了解，目前，在防雾霾口罩领域，过滤效率、密合性与舒适度是备受业界关注的性能指标。截至2015年底，围绕上述3大性能关键技术的全球专利申请量分别为1141件、198件、518件。此外，在全球防雾霾口罩专利的申请人前十位排名中，仅有两家国外企业，国内的个人申请人占据5席，其余为国内企业。值得注意的是，3M公司排在首位，其专利申请量明显多于其他申请人。
过滤效率是评价防雾霾口罩性能的首要指标，也是最重要的技术研发和专利布局领域。目前，防雾霾口罩采用的主要过滤材料有活性炭、普通熔喷非织造布、驻极体滤材3类。其中，驻极体滤材是目前最成熟的品种，具备高效的静电捕获性能，是当前技术发展的主流方向，3M、绿盾的防雾霾口罩均采用了这种过滤材料。在过滤相关技术领域的全球专利申请人前十位排名中，有4家国外企业，其专利申请量占有明显优势。在舒适度排名中，有9个为国内申请人，而在密合性领域，均为国内申请人。“在过滤效率领域，我国处于明显劣势，美国和日本等国掌握了驻极体滤材的核心技术，我国作为防雾霾口罩需求大国，相关技术主要集中在普通熔喷无纺布和活性炭方面。在舒适度和密合性上，由于单个申请人的专利申请量都不大，我国优势也不明显，在专利布局和产业应用上都有很大提升空间。”上述负责人表示。
“目前，防雾霾口罩的关键技术多掌握在国外企业手中，尤其在过滤材料方面，国外企业已经形成了一定优势。但从专利申请量上来看，国外公司尚未形成一家垄断的局势。因此，对我国企业而言，机遇与挑战并存。”上述负责人建议，国内企业应加强技术创新，尤其在过滤效率方面着重关注驻极体滤材的研发，寻求更好的过滤效果。
此外，该负责人还表示，技术是我国企业需要解决的首要难题，国内企业可以通过与领先的科研机构合作，找到PM2.5过滤技术的突破点，并进行相关专利布局，形成自主技术高地。另外，也可以考虑建立专利联盟，相互补齐短板，抱团取暖，提升我国企业的整体竞争力。
测霾表 “身材”纤巧 专利不少
自2016年入冬以来，我国北方部分省市已遭遇多轮雾霾侵袭，严重时部分省市的监测点PM2.5指数一度达到1000微克/立方米。面对来势汹汹的雾霾，除空气净化器、口罩等除霾、防霾产品依旧是家家户户抢购重点外，手持便携式空气质量检测仪(测霾表)也悄然走红。究其原因，有的消费者表示想检测雾霾天气时室内空气质量受到多大影响，还有的消费者想了解室内空气净化器是否有效。
雾霾检测方式目前主要分为3种：微量振荡天平称重检测方式、β射线称重方式以及光散射检测方式，其中前两种均采用滤膜称重方式，检测结果精准，但存在仪器体积大、费用高、能耗高的问题，通常用于气象站等专业环境检测领域。而测霾表多采用激光或红外线光源实现光散射检测，由于激光光源具有高亮度、高灵敏度、稳定性好的特点，所以市场上销售的大多数测霾表都采用激光光源进行检测。除此之外，也有部分测霾表通过检测粉尘电荷积累量、CCD感光元器件、图像分析检测粉尘等方式实现检测。
市场上热销的激光光散射测霾表(下称激光测霾表)的工作原理是什么？国家知识产权局专利局电学发明审查部审查员刘琳向本报记者介绍，测霾表利用激光器作为光源，光电检测器作为接收器，激光发出的光源照射在接收器的光敏感区，当有颗粒物通过光敏感区时，光的强度就会发生改变，这样光电检测器接收到不同强度的光信号后产生不同强度的电信号，电信号的强弱与粉尘浓度之间具有一定比例关系，从而得到粉尘的浓度值。
别看激光测霾表体积小巧，其中却蕴含了光电信号检测、光电信号调整、粉尘浓度计算等许多技术。刘琳通过德温特世界专利索引数据库(WPI)对激光测霾表相关技术进行检索发现，截至2017年1月13日，共有相关专利申请2503件。“从专利申请趋势来看，2000年以前相关专利申请为570件，2001年至2005年为424件，2006年至2010年为492件，专利申请稳步增多。”刘琳介绍，2011年至2016年，相关专利申请达到951件，这与2010年后雾霾天气频发，人们对检测设备、净化设备的需求激增密不可分。
通过在电商网站进行查询发现，市场上销售的测霾表售价区间浮动较大：多数国产品牌价格为100元至600元不等，汉王公司推出的测霾表价格稍高，接近千元;而TSI、Dylos等外国品牌价格基本在2000元以上。可见，国内外不同品牌的测霾表价格差异明显，那么，双方在技术上是否存在差距呢？
通过检索发现，汉王公司在雾霾检测领域拥有4件专利申请，均涉及激光检测技术，其中3件为实用新型专利申请，侧重于检测装置结构的改进;1件为发明专利申请，不仅涉及检测装置，还涉及计算粒子浓度的方法。Dylos公司在测霾表领域有1件PCT国际专利申请，涉及对杂散光的处理和对粒子速度计算的改进。TSI公司提交的与雾霾或气溶胶有关的专利申请为24件，最早的专利申请(US4387993A)公开于1983年，涉及激光检测的专利申请为9件。对比来看，TSI公司作为行业领先者，在微粒检测领域具有较多的专利储备，并且对检测系统的结构和具体的微粒检测方法均有较多的专利布局。
“与国外品牌相比，国内企业提交的涉及激光测霾表实质改进的专利申请并不多。市场上的测霾表多数还停留在应用层面，如将粉尘传感器集成到车内雾霾检测系统中，或者结合甲醛等其他气体进行检测，或者增加WIFI等通讯功能。”刘琳表示，总体来说，国外企业掌握的专利大多数是粉尘检测单元、检测方法的改进等，我国企业还处于简单的集成应用阶段。刘琳建议，国内企业应当加强对粉尘检测技术的研究，如粉尘传感器、检测系统的结构、粉尘浓度的算法研究等，从而掌握测霾表的核心技术。
