XNUMX. XNUMX.Umfrage Hintergrund

　Wenn wir CO2011-Neutralität erreichen wollen, kommen wir nicht um die Atomstromerzeugung herum, die nicht so viel Kohlendioxid ausstößt wie die thermische Stromerzeugung und über eine stabile Versorgungskapazität verfügt. Nach dem Unfall im Kernkraftwerk Fukushima Daiichi im Jahr XNUMX ist es jedoch schwierig geworden, die Anzahl großer Leichtwasserreaktoren zu erhöhen.
　Unter diesen Umständen begann das Ministerium für Wirtschaft, Handel und Industrie im Juli 2022 mit der Erstellung eines Fahrplans für die Entwicklung von Kernkraftwerken der nächsten Generation wie Hochtemperatur-Gasreaktoren (HTGRs), die ein hohes Niveau aufweisen sollen der Sicherheit. Nachrichten wurden gesehen^{※ 1}. Mitsubishi Heavy Industries hat angekündigt, im April 2022 Wasserstoff mithilfe eines Hochtemperatur-Gasreaktors (HTGR) in Massenproduktion herzustellen.^{※ 2}Im Juli 2023 wurde es als Kernunternehmen für die vom Ministerium für Wirtschaft, Handel und Industrie geförderte Entwicklung eines Demonstrationsreaktors für einen Hochtemperatur-Gasreaktor ausgewählt.^{※ 3}Es sind positive Tendenzen erkennbar. Wie oben beschrieben, erfreuen sich Hochtemperatur-Gasöfen derzeit großer Beliebtheit.
　Darüber hinaus stellt die Regierung im Vereinigten Königreich rund 250 Milliarden Yen an Subventionen für die Entwicklung von Kernreaktoren der nächsten Generation, einschließlich Hochtemperatur-Gasreaktoren, zur Verfügung; in den USA hat ein Startup-Unternehmen, X-energy, ein Hoch entwickelt Hochtemperatur-Gasreaktoren, die die Regierung voll und ganz unterstützt; Hochtemperatur-Gasreaktoren erregen jedoch weltweit Aufmerksamkeit, wobei 2021 erstmals ein Demonstrationsreaktor die Kritikalität erreicht.^{※ 4}.
　Daher haben wir Trends bei Patentanmeldungen im Zusammenhang mit Hochtemperatur-Gasöfen untersucht.

*1:Von Nikkei Shimbun
*2:Von Mitsubishi Heavy Industries HP
*3:Von Mitsubishi Heavy Industries HP
*4:Von Nikkei Shimbun

XNUMX.Technische Übersicht

　Ein Hochtemperatur-Gasreaktor ist ein Kernreaktor, der keramische Materialien, hauptsächlich Graphit, als Hauptbestandteil des Reaktorkerns verwendet und Heliumgas als Kühlmittel verwendet, um die bei der Kernspaltung erzeugte Wärme abzuleiten.
　Die Temperatur, die einem Leichtwasserreaktor entzogen werden kann, ist auf etwa 300 °C begrenzt, aber durch die Verwendung von Keramikmaterialien mit ausgezeichneter Wärmebeständigkeit ist es möglich, Wärme von etwa 1000 °C zu entziehen. Es ist möglich, einen Wirkungsgrad der Stromerzeugung von mehr als zu erreichen %.^{※ 5}.

*5:Von der Website der Japan Atomic Energy Agency (JAEA).

XNUMX. XNUMX.Umfragestrategie (Übersicht)

　Bei dieser Suche wurde eine Patentpopulation unter der folgenden Suchstrategie erstellt.

- Um nicht nur Trends im Inland, sondern auch im Ausland zu verstehen, haben wir uns auf japanische und ausländische Anmeldungen (USA, EP, DE, FR, GB, CN, KR, WO) konzentriert.
・Stellen Sie in der IPC (International Patent Classification) „G21“ aus Sicht der Kernphysik und Kerntechnik den Suchbereich auf „Zusammenfassung + Ansprüche + Titel der Erfindung“ ein und suchen Sie nach Schlüsselwörtern für „Hochtemperatur-Gasreaktor“ mit Synonymen wie „Hochtemperatur-Gasreaktor“. „HTGR“ Die Grundgesamtheit wurde durch Multiplikation mit den folgenden Zahlen erstellt (Japan: 309 Anträge, Ausland: 701 Anträge).
- Es wurde eine Rangfolge der IPCs in der oben genannten Population erstellt und die folgenden Klassifizierungen auf der Grundlage der 10 besten IPCs zugewiesen, die als technische Klassifizierungsachsen verwendet wurden.

・Reaktor-Brennstoffsystem (G21C19, G21C3)
・・原子炉構造系　（G21C1、G21C13、G21C21、G21C9、G21D1、G21D5）
・・Kühlmittelsystem (G21C15)
・Reaktorsteuerungssystem (G21C17, G21C7, G21D3)

<Klassifizierung der verwendeten Patente>

○G21C 19/00 Vorkehrungen für die Verarbeitung, Handhabung oder Erleichterung der Handhabung von Brennstoffen oder anderen Materialien, die in einem Kernreaktor verwendet werden, z. B. in seinem Druckbehälter [2]
○G21C 3/00 Reaktorbrennelemente oder deren Baugruppen; Reaktorbrennstoffe
○G21C 1/00 ​​​​Reaktortypen
○G21C 13/00 Druckbehälter; Sicherheitsbehälter; Allgemeine Lagerung
○G21C 21/00 Ausrüstung oder Methoden, die speziell für die Herstellung von Kernreaktoren oder deren Teilen verwendet werden
○G21C 9/00 Konfiguration für den strukturell mit dem Kernreaktor verbundenen Notfallschutz (Konfiguration für Notkühlung G21C15/18)
○G21D 1/00 ​​​​Detaillierte Struktur des Kernkraftwerks (Steuerung G21D3/00)
○G21D 5/00 Konfiguration eines Kernreaktors und einer Antriebsmaschine, die in einem Kernreaktor erzeugte Wärme in mechanische Energie umwandelt
○G21C 15/00 Kühlsystem im Druckbehälter mit Reaktorkern; Auswahl des spezifischen Kühlmittels
○G21C 17/00 Überwachung; Prüfung
○G21C 7/00 Kontrolle von Kernreaktionen [2006.01]
○G21D 3/00 Kernkraftwerkskontrolle (Kontrolle von Kernreaktionen G21C7/00)

XNUMX.Anwendungstrends

4.1 Allgemeine Anwendungstrends

　Schauen wir uns zunächst die Trends bei der Anzahl der Bewerbungen an. Schauen wir uns zunächst die Anwendungstrends in Japan an.

　Eine Technologie, die seit langem erforscht wird und deren Anwendungen seit den frühen 1970er Jahren eingereicht wurden.Man kann sehen, dass es so ist. Auch,Rasanter Anstieg der Zahl der Bewerbungen in den Jahren 2004-2005kann gesehen werden. Das ist aus dem Jahr 2004Beim Japan Atomic Energy Industry CouncilEs wurden „Empfehlungen zur praktischen Entwicklung von Hochtemperatur-Gasreaktoren“* ausgesprochen, und der Hochtemperatur-Gasreaktor wird als Kernreaktor positioniert, der in die Praxis umgesetzt werden sollte, und spezifische Entwicklungen sollten dringend gefördert werden.Es wird spekuliert, dass auch die Tatsache, dass es eine Bewegung gab, Empfehlungen an die Regierung zu richten, damit zusammenhängt.getan werden. Aber,Danach ging die Zahl der Bewerbungen deutlich zurück.Allerdings ist in den letzten Jahren kein Anstieg zu erkennen.
　Werfen wir als Nächstes einen Blick auf die Trends bei ausländischen Bewerbungen.

　Ähnlich wie in JP begann man bereits in den frühen 1970er-Jahren mit der Einreichung von Anträgen, und 2004 begann die Zahl der Anträge zu steigen. Bei ausländischen BewerbungenSie steigt seit 2004 langsam weiter an und wird im Jahr 2021 rasch zunehmen.sind dabei. Es wird geschätzt, dass die Zahl auch in Zukunft weiter steigen wird.

　Als nächstes schauen wir uns die Top-Bewerberrankings an. Schauen wir uns zunächst die japanischen Bewerber an.

　Kernbrennstoff produzierenDie Kernbrennstoffindustrie hat die meisten AnwendungenWir leisten viel Arbeit, zum Beispiel die Herstellung des Kernreaktors selbst.Toshiba, Mitsubishi Heavy Industries, Japan Atomenergieforschung und -entwicklungfolgt im Ranking. Hochtemperatur Reaktorbau, der einzige ausländische Bewerber im Spitzenranking, ist ein Unternehmen, das einst an der Produktion des THTR-300 (Betrieb von 1987 bis 1989) beteiligt war, der in Deutschland in die Praxis umgesetzt wurde. Die Anwendungen scheinen wie folgt zu sein alt wie etwa 1980.
　Schauen wir uns als nächstes die ausländischen Bewerber an.

　An der Spitze stehen chinesische Bewerbering. Insbesondere die am häufigsten angewendetenUNI TSINGHUA (Tsinghua-Universität) nutzt einen Hochtemperatur-Gasreaktor, der vom Nuclear and New Energy Technology Research Institute der Tsinghua-Universität unabhängig erforscht und entwickelt wurde, im Huaneng Shidao Bay High-Temperature Gas Reactor Model Project.Im Dezember 2021 wird der Hochtemperatur-Gasofen an das Stromnetz angeschlossen und mit der Stromerzeugung begonnen.^{※ 6}. Die Tsinghua-Universität wird die Zahl der Bewerbungen wahrscheinlich weiter erhöhen und wird daher genau beobachtet.

*6:Vom JST Science Portal China

　Als Nächstes betrachten wir die Anzahl der Anwendungen und Trends bei der Anzahl der Anwendungen auf der Technologieklassifizierungsachse. Schauen wir uns zunächst Japan an.

　Die meisten Anwendungen betrafen „Struktursysteme für Kernreaktoren“, gefolgt von „Brennstoffsystemen für Kernreaktoren“. Der Hochtemperatur-Gasreaktor dieser Technologie verwendet Heliumgas als Kühlmittel, was einen technischen Unterschied zu herkömmlichen Leichtwasserreaktoren darstellt.Für „kühlmittelbasierte“ Anwendungen gibt es derzeit noch nicht viele Einsatzmöglichkeiten..

　Was die Trends bei der Technologieklassifizierung betrifft, so erlebte „Struktursysteme für Kernreaktoren“ ihren ersten Anstieg in den späten 1970er bis frühen 1980er Jahren, und „Brennstoffsysteme für Kernreaktoren“ folgten mit einem leichten Anstieg. Die Anwendungen erreichten um 2004 ihren Höhepunkt sowohl für das „Kernreaktorstruktursystem“ als auch für das „Reaktorbrennstoffsystem“.
　Andererseits war die Anzahl der Anwendungen für „Kühlmittelsysteme“ von Ende der 1970er bis Anfang der 1980er Jahre weiterhin hoch, seit Anfang der 2000er Jahre ist die Anzahl der Anwendungen jedoch spärlich, möglicherweise weil sich die Entwicklung beruhigt hat. „Reaktorkontrollsysteme“ sind die letzte Entwicklungsphase und die Anwendungen erreichten 1989 ihren Höhepunkt.
　Schauen wir uns als nächstes das Ausland an.

　Ein ähnlicher Trend ist auch in anderen Ländern zu beobachten, wobei „Kernreaktorstruktursysteme“ am häufigsten vorkommen, gefolgt von „Reaktorbrennstoffsystemen“.

　Die Trends bei der Technologieklassifizierung im Ausland zeigen einen Unterschied zu Japan, wo es zwischen den 1970er und 2000er Jahren weniger Anwendungen gab. Um das Jahr 2001 begann die Zahl der Anträge zu steigen.Seit etwa 2018 nehmen die Anmeldungen für alle technischen Klassifizierungen zu.Man kann sehen, wie es wird.

4.2 Anwendungstrends in den Top-3-Rankings

　Werfen wir einen Blick auf die Trends der drei besten Bewerber im Ranking für Japan und das Ausland.
　Werfen wir zunächst einen Blick auf die Bewerbungstrends der drei Top-Bewerber in Japan.

　Unternehmen reichen seit Ende der 1970er Jahre Anträge ein. Mitsubishi Heavy Industries begann in den frühen 1980er-Jahren aktiv mit der Einreichung von Anträgen, Toshiba verzeichnete in den späten 1980er-Jahren einen rasanten Zuwachs, und um 2004 erhöhte die Kernbrennstoffindustrie plötzlich ihre Anträge.

　Bei der Betrachtung der Trends bei der Technologieklassifizierung haben wir Unterschiede zwischen den Unternehmen festgestellt. Die Kernbrennstoffindustrie konzentriert sich auf „Reaktorbrennstoffsysteme“ und „Reaktorstruktursysteme“, während Toshiba offenbar viele Anträge für „Reaktorkontrollsysteme“ eingereicht hat und Mitsubishi Heavy Industries viele Anträge für „Reaktorstruktursysteme“ eingereicht hat.

　Werfen wir als Nächstes einen Blick auf die Bewerbungstrends der drei besten ausländischen Bewerber.

　Wo können Sie die Bewerbung frühestens einsehen?Kontinuierliche Bewerbung an der UNI TSINGHUA (Tsinghua-Universität) seit Bewerbung im Jahr 2002kann gesehen werden. Insbesondere die Zahl der Anträge ist seit etwa 2011 rasant gestiegen und die Dynamik ist bis vor Kurzem spürbar. Andererseits haben XIAN THERMAL POWER RES INST und HUANENG SHANDONG SHIDAOBAY NUCLEAR POWER beide die China Huaneng Group, den größten unabhängigen Stromerzeugungskonzern in China, als Hauptaktionär, und es gab einen ähnlichen Trend bei der Anzahl der Anträge seit 2020 rasant gestiegen. Kann sich sehen lassen.

　Was die Klassifizierungstrends ausländischer Technologien betrifft,Die Tsinghua-Universität ist in einem breiten Spektrum von Bereichen tätigDies zeigt, dass sich das Unternehmen generell auf die Hochtemperatur-Gasreaktortechnologie konzentriert. XIAN THERMAL POWER RES INST hat viele Anträge für „Reaktorstruktursystem“ und „Reaktorkontrollsystem“ eingereicht, während HUANENG SHANDONG SHIDAOBAY NUCLEAR POWER viele Anträge für „Reaktorkontrollsystem“ eingereicht hat.

5. Verwandte Anwendungseinführung

・Fuji Electric Co., Ltd.

　Fuji Electric arbeitet mit der japanischen Atomenergiebehörde zusammen, um Kerndesign- und Sicherheitsanalysen für Japans ersten technischen Hochtemperatur-Test- und Forschungsreaktor, HTTR, durchzuführen.^{※ 7}Da es in den oben genannten Rankings auf Platz 4 liegt, werden künftige Trends genau beobachtet. Ich habe die neuesten Anwendungen gesehen und werde sie hier vorstellen.

*7:Von Fuji Electric HP

○Unveröffentlichte Veröffentlichung 2020-197468　
„Hochtemperatur-Gasofenanlage und Wärmespeicheranlage“

[Problem] Es soll möglich sein, auf Änderungen der erforderlichen Last zu reagieren und gleichzeitig die Reaktorleistung konstant zu halten, und die Notwendigkeit zu beseitigen, mit dem Eindringen von Wasser in den Reaktor zu rechnen.
[Lösung] Ein Hochtemperatur-Gasreaktorsystem (1) umfasst einen Hochtemperatur-Gasreaktor (10), der den Reaktorkern durch Durchleiten von Heliumgas (HG) erhitzt, und ein Wärmespeichermaterial (10), das mit Helium erhitzt wird Gas, das im Hochtemperatur-Gasreaktor erhitzt wird. HS) und einen Lastabschnitt (30), der unter Verwendung von durch das Wärmespeichersystem erhitztem Wärmespeichermaterial Dampf erzeugt und abgibt. Durch die Anpassung der vom Wärmespeicher dem Lastteil zugeführten Menge an Wärmespeichermaterial ist es möglich, Dampfenergie entsprechend der erforderlichen Leistung des Lastteils zu entnehmen.
[Auswirkungen der Erfindung] Während die Leistung des Kernreaktors konstant gehalten wird, ist es möglich, auf Änderungen der vom Lastabschnitt geforderten Leistung zu reagieren. Darüber hinaus ist es möglich, einen direkten Wärmeaustausch zwischen dem Primärkühlmittel des Reaktors und dem Dampf (Wasser) im Lastabschnitt zu vermeiden, wodurch der Eintritt von Wasser in den Reaktor entfällt und die Sicherheit verbessert wird.

JP 2020-197468

・UNI TSINGHUA (Tsinghua-Universität)

　Da die Tsinghua-Universität die meisten Anwendungen aufweist und eng mit dem in die Praxis umgesetzten Hochtemperatur-Gasreaktor verbunden ist, stellen wir zwei der neuesten Anwendungen vor.

○CN112361866A　　
„Zwischenwärmetauscher für gasgekühlten Hochtemperaturreaktor“

[Problem] Es treten hohe Betriebstemperaturen auf, was nicht nur die Hochtemperatur-Transientenbruchfestigkeit des Materials erheblich verringert, sondern auch die Kriech- und Ermüdungseigenschaften erheblich verringert. Außerdem muss der Strukturtyp des Wärmetauschers speziell ausgelegt werden.
LÖSUNG: Ein Zwischenwärmetauscher bzw. Zwischenwärmetauscher für einen heißgasgekühlten Reaktor bestehend aus einem Gehäuse (110), einem Zentralzylinder (120), einer Wärmetauscherbaugruppe (130), einer primären Isolationsschicht (140) und einem Ventilator (M). Ein Ventilator (M) ist in das Gehäuse (110) integriert und so angeordnet, dass er kühles Primärmedium von der Wärmetauscherbaugruppe (130) zum Primärmediumauslass (115) liefert.
[Auswirkungen der Erfindung] Das erste Ende des Zentralzylinders, das der größten Belastung ausgesetzt ist, weist eine möglichst niedrige Temperatur auf, wodurch es möglich ist, Hochtemperaturkriechen und Ermüdungsversagen zu verhindern. Darüber hinaus ist es möglich, eine integrierte Bauweise des Zwischenwärmetauschers zu realisieren, das Ausfallrisiko durch Reduzierung der Anzahl der Rohrverbindungen zu verringern und die Installation und den Austausch des Zwischenwärmetauschers zu vereinfachen.

CN112361866A

○CN114582538A　　
„Gasgekühlter Hochtemperaturreaktor-Absorptionskugelspeichertank“

[Problem] In einem Hochtemperatur-Gasreaktor, der Absorptionskugeln verwendet, die bei Kernspaltungsreaktionen freigesetzte Neutronen absorbieren und als Alternative zu Steuerstäben dienen, werden die Absorptionskugeln beim Abschalten des Reaktors eingespritzt und die Absorptionskugeln eingesetzt bevor der Reaktor startet. Die Absorptionskugeln wurden mit Luftdruck in den Lagertank zurückgeführt, die Messgenauigkeit der Menge der in den Tank geladenen Absorptionskugeln war jedoch gering.
[Lösung] Die Füllstandshöhe der Absorptionskugeln im Kugellagertank wird gemessen, indem die Füllstandshöhe der Absorptionskugeln im Kugellagertank der Füllstandshöhe der Absorptionskugeln in der Kugeleinwurföffnung und den Absorptionskugeln entspricht Im Tank werden gemessen. Bestimmen Sie anhand der Füllhöhe der Kugel die Füllhöhe der absorbierenden Kugel innerhalb der Kugeleinwurföffnung.
VORTEILHAFTE AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG Durch die Erhöhung der Empfindlichkeit der voreingestellten Füllstandmessung des Absorptionskugel-Lagertanks wird die Messgenauigkeit der Absorberkugelladung im Lagertank verbessert, und auch die Messgenauigkeit der Höhe des Absorberkugel-Abfallöffnungsniveaus wird verbessert verbessert.

CN114582538A

XNUMX.Zusammenfassung

　Obwohl die Entwicklung in Japan bereits in einem frühen Stadium begann, erreichten die Patentanmeldungen Mitte der 2000er Jahre ihren Höhepunkt, und derzeit gibt es nicht viele Anmeldungen. Andererseits besteht im Ausland ein großes Interesse an der Technologie in China, und die Zahl der jüngsten Anwendungen ist rapide gestiegen. Als Reaktion auf solche Schritte ausländischer Länder, insbesondere Chinas, werden künftige Trends genau beobachtet, um zu sehen, ob Japans Patentanmeldungen zunehmen werden, gestützt durch Studien des Ministeriums für Wirtschaft, Handel und Industrie zu dieser Technologie.

Untersuchung Teil 1 Yamashita