XNUMX. XNUMX.خلفية المسح

　وإذا أردنا تحقيق الحياد الكربوني، فلا يمكننا أن نتجنب توليد الطاقة النووية، التي لا تطلق قدراً كبيراً من ثاني أكسيد الكربون مثل توليد الطاقة الحرارية وتتمتع بقدرة إمداد مستقرة. ومع ذلك، في أعقاب حادث محطة فوكوشيما دايتشي للطاقة النووية في عام 2011، أصبح من الصعب زيادة عدد مفاعلات الماء الخفيف الكبيرة.
　في ظل هذه الظروف، في يوليو 2022، بدأت وزارة الاقتصاد والتجارة والصناعة النظر في وضع خارطة طريق لتطوير محطات الطاقة النووية من الجيل التالي مثل مفاعلات الغاز ذات درجة الحرارة العالية (HTGRs)، والتي يقال إنها تتمتع بمستوى عالٍ من الطاقة النووية. من الأمان شوهدت الأخبار^{※ 1}. أعلنت شركة ميتسوبيشي للصناعات الثقيلة أنها ستنتج الهيدروجين بكميات كبيرة باستخدام مفاعل غاز عالي الحرارة (HTGR) في أبريل 2022.^{※ 2}وفي يوليو 2023، تم اختيارها كشركة أساسية لتطوير مفاعل تجريبي لمفاعل غاز عالي الحرارة تروج له وزارة الاقتصاد والتجارة والصناعة.^{※ 3}ويمكن رؤية الاتجاهات الإيجابية. كما هو موضح أعلاه، فإن أفران الغاز ذات درجة الحرارة العالية تجتذب الاهتمام حاليًا.
　بالإضافة إلى ذلك، في المملكة المتحدة، تقدم الحكومة ما يقرب من 250 مليار ين في شكل إعانات لتطوير الجيل التالي من المفاعلات النووية، بما في ذلك مفاعلات الغاز ذات درجة الحرارة العالية؛ وفي الولايات المتحدة، قامت شركة ناشئة، X-energy، بتطوير نظام عالي الحرارة. - مفاعل الغاز ذو درجة الحرارة العالية، والذي تدعمه الحكومة بالكامل؛ ومع ذلك، فإن مفاعلات الغاز ذات درجة الحرارة العالية تجتذب الاهتمام في جميع أنحاء العالم، مع وصول مفاعل تجريبي إلى الحالة الحرجة لأول مرة في عام 2021.^{※ 4}.
　ولذلك، قمنا بدراسة الاتجاهات في طلبات براءات الاختراع المتعلقة بأفران الغاز ذات درجة الحرارة العالية.

* 1:من نيكي شيمبون
* 2:من شركة ميتسوبيشي للصناعات الثقيلة HP
* 3:من شركة ميتسوبيشي للصناعات الثقيلة HP
* 4:من نيكي شيمبون

XNUMX.محة فنية

　مفاعل الغاز عالي الحرارة هو مفاعل نووي يستخدم مواد السيراميك، وخاصة الجرافيت، باعتباره المكون الرئيسي لقلب المفاعل، ويستخدم غاز الهيليوم كمبرد لاستخراج الحرارة المتولدة عن الانشطار النووي.
　تقتصر درجة الحرارة التي يمكن استخلاصها من مفاعل الماء الخفيف على حوالي 300 درجة مئوية، ولكن باستخدام مواد سيراميكية ذات مقاومة ممتازة للحرارة، من الممكن استخلاص حرارة تبلغ حوالي 1000 درجة مئوية، ومن الممكن الحصول على كفاءة توليد طاقة تزيد عن %.^{※ 5}.

* 5:من موقع وكالة الطاقة الذرية اليابانية (JAEA).

XNUMX. XNUMX.استراتيجية المسح (نظرة عامة)

　في هذا البحث ، تم إنشاء مجموعة براءات الاختراع بموجب استراتيجية البحث التالية.

- من أجل فهم ليس فقط الاتجاهات المحلية ولكن أيضًا الاتجاهات الخارجية، استهدفنا التطبيقات اليابانية والتطبيقات الأجنبية (الولايات المتحدة، وأوروبا، وألمانيا، وفرنسا، والمملكة المتحدة، والصين، وكوريا الجنوبية، وWO).
・في IPC (التصنيف الدولي لبراءات الاختراع) "G21" من منظور الفيزياء النووية والهندسة النووية، اضبط نطاق البحث على "الملخص + المطالبات + عنوان الاختراع" وابحث عن الكلمات الرئيسية لـ "مفاعل غاز ذو درجة حرارة عالية" مع مرادفات مثل "HTGR" تم إنشاء السكان عن طريق الضرب باستخدام الأرقام التالية (اليابان: 309 طلبًا، الأجانب: 701 طلبًا).
・قمنا بتصنيف التصنيفات الدولية للبراءات ضمن المجموعة المذكورة أعلاه، واستنادًا إلى أفضل 10 تصنيفات دولية، قمنا بتعيين التصنيفات التالية واستخدمناها كمحاور تصنيف فنية.

・نظام وقود المفاعل (G21C19، G21C3)
・・原子炉構造系　（G21C1、G21C13、G21C21、G21C9、G21D1、G21D5）
・・نظام التبريد (G21C15)
・نظام التحكم في المفاعل (G21C17، G21C7، G21D3)

> تصنيف براءات الاختراع المستخدمة>

○G21C 19/00 ترتيبات معالجة أو مناولة أو تسهيل مناولة الوقود أو المواد الأخرى المستخدمة داخل المفاعل النووي، على سبيل المثال، داخل وعاء الضغط الخاص به [2]
○G21C 3/00 عناصر وقود المفاعل أو تجميعاتها، مواد وقود المفاعل
○G21C 1/00 ​​أنواع المفاعلات
○G21C 13/00 أوعية الضغط، أوعية الاحتواء، التخزين العام
○G21C 21/00 المعدات أو الطرق المستخدمة خصيصًا لتصنيع المفاعلات النووية أو أجزائها
○G21C 9/00 تكوين الحماية في حالات الطوارئ المتعلق هيكليًا بالمفاعل النووي (تكوين التبريد في حالات الطوارئ G21C15/18)
○G21D 1/00 ​​الهيكل التفصيلي لمحطة الطاقة النووية (التحكم G21D3/00)
○G21D 5/00 تكوين مفاعل نووي ومحرك كهربائي يحول الحرارة المتولدة في مفاعل نووي إلى طاقة ميكانيكية
○G21C 15/00 نظام التبريد في وعاء الضغط مع قلب المفاعل؛ اختيار سائل التبريد المحدد
○G21C 17/00 المراقبة والاختبار
○G21C 7/00 التحكم في التفاعلات النووية [2006.01]
○G21D 3/00 التحكم في المحطة النووية (التحكم في التفاعلات النووية G21C7/00)

XNUMX.اتجاهات التطبيق

4.1 اتجاهات التطبيق الشاملة

　أولاً، دعونا نلقي نظرة على الاتجاهات في عدد الطلبات. أولاً، دعونا نلقي نظرة على اتجاهات التطبيق في اليابان.

　وهي تقنية تم بحثها لفترة طويلة، وتم تقديم الطلبات لها منذ أوائل السبعينيات.يمكن أن نرى أنه كذلك. أيضًا،الزيادة السريعة في عدد الطلبات في الفترة 2004-2005تستطيع رؤيتها. وهذا من عام 2004في مجلس صناعة الطاقة الذرية اليابانيتم تقديم ``توصيات بشأن التطوير العملي لمفاعلات الغاز ذات درجة الحرارة العالية''*، وتم وضع مفاعل الغاز ذو درجة الحرارة المرتفعة كمفاعل نووي يجب وضعه موضع الاستخدام العملي، ويجب تعزيز التطورات المحددة بشكل عاجل.ومن المفترض أن حقيقة وجود حركة لتقديم توصيات إلى الحكومة كانت ذات صلة أيضًا.تتم. لكن،وبعد ذلك انخفض عدد الطلبات بشكل ملحوظ.ومع ذلك، لم تظهر أي علامة على زيادة في السنوات الأخيرة.
　بعد ذلك، دعونا نلقي نظرة على الاتجاهات في الطلبات الأجنبية.

　كما هو الحال مع جي بي، بدأ تقديم الطلبات في أوائل السبعينيات، وبدأ عدد الطلبات في الزيادة في عام 1970. في التطبيقات الأجنبيةوقد استمر في الزيادة ببطء منذ عام 2004، وسيزداد بسرعة في عام 2021.يفعلون. وتشير التقديرات إلى أن العدد سيستمر في الزيادة في المستقبل.

　بعد ذلك، سننظر إلى تصنيفات المتقدمين الأعلى. أولاً، دعونا نلقي نظرة على المتقدمين اليابانيين.

　إنتاج الوقود النوويصناعة الوقود النووي لديها معظم التطبيقاتنحن نقوم بالكثير من العمل، مثل تصنيع المفاعل النووي نفسه.توشيبا، ميتسوبيشي للصناعات الثقيلة، اليابان لأبحاث وتطوير الطاقة الذريةيلي في الترتيب. شركة Hochtemperatur Reaktorbau، الشركة الأجنبية الوحيدة التي حصلت على أعلى التصنيف، هي شركة شاركت ذات مرة في إنتاج THTR-300 (التي تم تشغيلها من عام 1987 إلى عام 1989)، والتي تم وضعها موضع الاستخدام العملي في ألمانيا. ويبدو أن التطبيقات كما يلي: قديمة حوالي عام 1980.
　بعد ذلك، دعونا نلقي نظرة على المتقدمين الأجانب.

　المتقدمون الصينيون يحتلون القمةعمل. على وجه الخصوص، الأكثر تطبيقاتستخدم UNI TSINGHUA (جامعة تسينغهوا) مفاعل غاز عالي الحرارة تم بحثه وتطويره بشكل مستقل من قبل معهد أبحاث تكنولوجيا الطاقة النووية والطاقة الجديدة التابع لجامعة تسينغهوا في مشروع نموذج مفاعل الغاز عالي الحرارة في خليج هوانينغ شيداو.في ديسمبر 2021، سيتم توصيل فرن الغاز ذو درجة الحرارة العالية بشبكة الكهرباء وسيبدأ توليد الطاقة.^{※ 6}. من المرجح أن تستمر جامعة تسينغهوا في زيادة عدد الطلبات، لذلك ستتم مراقبتها عن كثب.

* 6:من بوابة العلوم JST الصين

　وبعد ذلك سننظر إلى عدد التطبيقات والاتجاهات في عدد التطبيقات على محور تصنيف التكنولوجيا. أولاً، دعونا ننظر إلى اليابان.

　وكانت معظم التطبيقات لـ "نظام هيكل المفاعل النووي"، يليه "نظام وقود المفاعل النووي". ويستخدم مفاعل الغاز عالي الحرارة الخاص بهذه التقنية غاز الهيليوم كمبرد، وهو اختلاف تقني عن مفاعلات الماء الخفيف التقليدية.لا يوجد حاليًا العديد من التطبيقات للتطبيقات "المعتمدة على المبرد"..

　أما بالنسبة للاتجاهات في تصنيف التكنولوجيا، فقد شهدت «أنظمة هيكل المفاعلات النووية» أول ارتفاع لها منذ أواخر السبعينيات إلى أوائل الثمانينيات، وتبعتها «أنظمة وقود المفاعلات النووية» بارتفاع طفيف. بلغت التطبيقات ذروتها في عام 1970 تقريبًا لكل من "نظام هيكل المفاعل النووي" و"نظام وقود المفاعل".
　من ناحية أخرى، استمر عدد تطبيقات "أنظمة التبريد" في الارتفاع منذ أواخر السبعينيات إلى أوائل الثمانينيات، لكن عدد التطبيقات كان ضئيلًا منذ بداية العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، ربما بسبب هدوء التنمية. "أنظمة التحكم في المفاعلات" هي المرحلة الأخيرة من التطوير، وبلغت التطبيقات ذروتها في عام 1970.
　بعد ذلك، دعونا ننظر إلى البلدان الأجنبية.

　وينظر إلى اتجاه مماثل في بلدان أخرى أيضا، حيث تعد "أنظمة هيكل المفاعلات النووية" هي الأكثر شيوعا، تليها "أنظمة وقود المفاعلات".

　وتظهر الاتجاهات في تصنيف التكنولوجيا في البلدان الأجنبية اختلافا عن اليابان، مع عدد أقل من التطبيقات من السبعينيات إلى عام 1970. وفي عام 2000 تقريبًا، بدأ عدد الطلبات في التزايد.تزايدت طلبات الحصول على جميع التصنيفات الفنية منذ عام 2018 تقريبًا.يمكنك أن ترى أنها تصبح.

4.2 اتجاهات التطبيق في أعلى 3 تصنيفات

　دعونا نلقي نظرة على اتجاهات المتقدمين الثلاثة الأوائل في تصنيفات اليابان والدول الأجنبية.
　أولاً، دعونا نلقي نظرة على اتجاهات التقديم لأفضل ثلاثة متقدمين في اليابان.

　بدأت الشركات بتقديم الطلبات منذ أواخر السبعينيات. بدأت شركة Mitsubishi Heavy Industries في تقديم الطلبات بشكل نشط في أوائل الثمانينيات، وزادت شركة Toshiba بسرعة في أواخر الثمانينيات، وفي حوالي عام 1970 زادت صناعة الوقود النووي فجأة من طلباتها.

　وبالنظر إلى اتجاهات تصنيف التكنولوجيا، وجدنا اختلافات بين الشركات. تركز صناعة الوقود النووي على "أنظمة وقود المفاعلات" و"أنظمة هيكل المفاعلات"، في حين يبدو أن توشيبا قدمت العديد من الطلبات للحصول على "أنظمة التحكم في المفاعلات"، وقدمت شركة ميتسوبيشي للصناعات الثقيلة العديد من الطلبات للحصول على "أنظمة هيكل المفاعلات".

　بعد ذلك، دعونا نلقي نظرة على اتجاهات التقديم لأفضل ثلاثة متقدمين أجانب.

　أين يمكنك رؤية التطبيق في أقرب وقت؟التطبيق المستمر في UNI TSINGHUA (جامعة تسينغهوا) منذ تقديم الطلب في عام 2002تستطيع رؤيتها. وعلى وجه الخصوص، زاد عدد الطلبات بسرعة منذ عام 2011 تقريبًا، وكان الزخم واضحًا حتى وقت قريب. من ناحية أخرى، تمتلك كل من شركة XIAN THERMAL POWER RES INST و HUANENG SHANDONG SHIDAOBAY NUCLEAR POWER مجموعة Huaneng الصينية، وهي أكبر مجموعة مستقلة لتوليد الطاقة في الصين، كمساهم رئيسي فيهما، وكان هناك اتجاه مماثل حيث ارتفع عدد التطبيقات زاد بسرعة منذ عام 2020. يمكن رؤيته.

　ومن حيث اتجاهات تصنيف التكنولوجيا الأجنبية،تطبق جامعة تسينغهوا في مجموعة واسعة من المجالاتوهذا يدل على أن الشركة تركز على تكنولوجيا مفاعلات الغاز ذات درجة الحرارة العالية بشكل عام. قدمت XIAN THERMAL POWER RES INST العديد من الطلبات لـ "نظام هيكل المفاعل" و"نظام التحكم في المفاعل"، بينما قدمت HUANENG SHANDONG SHIDAOBAY NUCLEAR POWER العديد من الطلبات لـ "نظام التحكم في المفاعل".

5. مقدمة التطبيق ذات الصلة

・شركة فوجي للكهرباء المحدودة

　تتعاون شركة Fuji Electric مع وكالة الطاقة الذرية اليابانية لإجراء التصميم الأساسي وتحليل السلامة لأول مفاعل اختبار وأبحاث هندسي عالي الحرارة في اليابان، HTTR.^{※ 7}، حيث أنها تحتل المرتبة الرابعة في التصنيف أعلاه، لذلك سيتم مراقبة الاتجاهات المستقبلية عن كثب. لقد رأيت أحدث التطبيقات وسوف أقدمها هنا.

* 7:من فوجي اليكتريك اتش بي

○منشور غير منشور 2020-197468　
"نظام فرن الغاز ذو درجة الحرارة العالية ونظام تخزين الحرارة"

[مشكلة] لتمكين الاستجابة للتغيرات في الحمل المطلوب مع الحفاظ على ثبات خرج المفاعل، ولإلغاء الحاجة إلى توقع تسرب المياه إلى المفاعل.
[الحل] يشتمل نظام مفاعل غازي ذو درجة حرارة عالية (1) على مفاعل غازي ذو درجة حرارة عالية (10) يقوم بتسخين قلب المفاعل عن طريق تمرير غاز الهيليوم (HG)، ومادة تخزين الحرارة (10) التي يتم تسخينها باستخدام الهيليوم يتم تسخين الغاز في مفاعل الغاز عالي الحرارة (HS)، وقسم التحميل (30) الذي يولد ويخرج البخار باستخدام مادة تخزين الحرارة التي يتم تسخينها بواسطة نظام تخزين الحرارة. من خلال ضبط كمية مادة تخزين الحرارة الموردة من نظام تخزين الحرارة إلى قسم الحمل، من الممكن استخلاص طاقة البخار وفقًا للإخراج المطلوب من قسم الحمل.
[آثار الاختراع] مع الحفاظ على ثابت خرج المفاعل النووي، من الممكن الاستجابة للتغيرات في الإخراج المطلوب لقسم الحمل. علاوة على ذلك، من الممكن تجنب التبادل الحراري المباشر بين المبرد الأولي للمفاعل والبخار (الماء) الموجود في قسم الحمل، مما يلغي الحاجة إلى دخول الماء إلى المفاعل وتحسين السلامة.

JP 2020-197468

・UNI TSINGHUA (جامعة تسينغهوا)

　نظرًا لأن جامعة تسينغهوا لديها أكبر عدد من التطبيقات وترتبط ارتباطًا وثيقًا بمفاعل الغاز عالي الحرارة الذي تم وضعه موضع الاستخدام العملي، فسوف نقدم اثنين من أحدث التطبيقات.

○CN112361866A　　
"مبادل حراري متوسط ​​للمفاعل المبرد بالغاز ذو درجة الحرارة العالية"

[المشكلة] تحدث درجات حرارة تشغيل عالية، الأمر الذي لا يقلل بشكل كبير من قوة الكسر العابر للمادة عند درجة حرارة عالية فحسب، بل يقلل أيضًا بشكل كبير من خصائص الزحف والتعب.، كما يحتاج النوع الهيكلي للمبادل الحراري إلى تصميم خاص.
الحل: مبادل حراري وسيط أو مبادل حراري وسيط لمفاعل مبرد بالغاز الساخن يتكون من غلاف (110)، وأسطوانة مركزية (120)، ومجموعة مبادل حراري (130)، وطبقة عازلة أولية (140) ومروحة (م) تم دمج مروحة (م) في المبيت (110) وتم ترتيبها لتزويد وسط أولي بارد من مجموعة التبادل الحراري (130) باتجاه مخرج الوسط الأولي (115).
[آثار الاختراع] الطرف الأول من الأسطوانة المركزية، الذي يتعرض لأكبر قدر من الضغط، لديه درجة حرارة منخفضة قدر الإمكان، مما يجعل من الممكن منع زحف درجة الحرارة العالية وفشل الكلال. علاوة على ذلك، يمكن تحقيق التصميم المتكامل للمبادل الحراري المتوسط، مما يقلل من خطر الفشل عن طريق تقليل عدد توصيلات الأنابيب، وتبسيط عملية تركيب واستبدال المبادل الحراري المتوسط.

CN112361866A

○CN114582538A　　
"خزان تخزين كرات امتصاص مفاعل مبرد بالغاز ذو درجة حرارة عالية"

[مشكلة] في مفاعل غازي ذو درجة حرارة عالية يستخدم كرات الامتصاص التي تمتص النيوترونات المنطلقة عند حدوث تفاعلات الانشطار النووي وتكون بمثابة بديل لقضبان التحكم، يتم حقن كرات الامتصاص عند إغلاق المفاعل، ويتم إدخال كرات الامتصاص قبل تشغيل المفاعل، تم إرجاع كرات الامتصاص إلى الخزان باستخدام ضغط الهواء، لكن دقة قياس كمية كرات الامتصاص المحملة في الخزان كانت منخفضة.
[الحل] يتم قياس ارتفاع مستوى كرات الامتصاص في خزان تخزين الكرة عن طريق جعل ارتفاع مستوى كرات الامتصاص في خزان تخزين الكرة يتوافق مع ارتفاع مستوى كرات الامتصاص في فتحة إسقاط الكرة، وكرات الامتصاص في الخزان، بناءً على ارتفاع مستوى الكرة، حدد مستوى ارتفاع الكرة الممتصة داخل فتحة سقوط الكرة.
التأثيرات المفيدة للاختراع من خلال زيادة حساسية قياس المستوى المحدد مسبقًا لخزان تخزين الكرة الماصة، تم تحسين دقة قياس حمولة كرة الامتصاص في خزان التخزين، كما تم أيضًا تحسين دقة قياس ارتفاع مستوى فتحة قطرة الامتصاص تحسين.

CN114582538A

XNUMX.ملخص

　على الرغم من أن التطوير كان جاريًا في اليابان منذ مرحلة مبكرة، إلا أن طلبات براءات الاختراع بلغت ذروتها في منتصف العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، ولا يوجد حاليًا الكثير من الطلبات. من ناحية أخرى، من بين الدول الأجنبية، تتمتع الصين بمستوى عالٍ من الاهتمام بالتكنولوجيا، وقد زاد عدد التطبيقات الحديثة بسرعة. واستجابة لمثل هذه التحركات من قبل الدول الأجنبية، وخاصة الصين، ستتم مراقبة الاتجاهات المستقبلية عن كثب لمعرفة ما إذا كان عدد طلبات براءات الاختراع في اليابان سيزداد، بدعم من الدراسات حول التكنولوجيا التي تجريها وزارة الاقتصاد والتجارة والصناعة.

التحقيق الجزء الأول ياماشيتا