XNUMX. XNUMX.Antecedentes de la encuesta

　Si queremos alcanzar la neutralidad de carbono, no podemos evitar la generación de energía nuclear, que no emite tanto dióxido de carbono como la generación de energía térmica y tiene una capacidad de suministro estable. Sin embargo, tras el accidente de la central nuclear de Fukushima Daiichi en 2011, se ha vuelto difícil aumentar el número de grandes reactores de agua ligera.
　En estas circunstancias, en julio de 2022, el Ministerio de Economía, Comercio e Industria comenzó a considerar la creación de una hoja de ruta para el desarrollo de centrales nucleares de próxima generación, como los reactores de gas de alta temperatura (HTGR), que se dice que tienen un alto nivel. de seguridad se vio noticia^{※ 1}. Mitsubishi Heavy Industries ha anunciado que producirá hidrógeno en masa utilizando un reactor de gas de alta temperatura (HTGR) en abril de 2022.^{※ 2}En julio de 2023, fue seleccionada como empresa central para el desarrollo de un reactor de demostración de reactor de gas de alta temperatura promovido por el Ministerio de Economía, Comercio e Industria.^{※ 3}, se pueden observar tendencias positivas. Como se describió anteriormente, los hornos de gas de alta temperatura están atrayendo actualmente la atención.
　Además, en el Reino Unido, el gobierno está proporcionando aproximadamente 250 mil millones de yenes en subsidios para el desarrollo de reactores nucleares de próxima generación, incluidos reactores de gas de alta temperatura; en los EE.UU., una nueva empresa, X-energy, ha desarrollado una alta -Reactor de gas de alta temperatura, que el gobierno apoya plenamente; sin embargo, los reactores de gas de alta temperatura están atrayendo la atención en todo el mundo, y un reactor de demostración alcanzará la criticidad por primera vez en 2021.^{※ 4}.
　Por lo tanto, investigamos las tendencias en las solicitudes de patentes relacionadas con los hornos de gas de alta temperatura.

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

XNUMX.Resumen técnico

　Un reactor de gas de alta temperatura es un reactor nuclear que utiliza materiales cerámicos, principalmente grafito, como componente principal del núcleo del reactor, y utiliza gas helio como refrigerante para extraer el calor generado por la fisión nuclear.
　La temperatura que se puede extraer de un reactor de agua ligera está limitada a unos 300 ℃, pero utilizando materiales cerámicos con excelente resistencia al calor, es posible extraer calor de unos 1000 ℃. Es posible obtener una eficiencia de generación de energía de más de %.^{※ 5}.

*5:Del sitio web de la Agencia Japonesa de Energía Atómica (JAEA)

XNUMX. XNUMX.Estrategia de encuesta (descripción general)

　En esta búsqueda, se creó una población de patentes bajo la siguiente estrategia de búsqueda.

- Para comprender no sólo las tendencias nacionales sino también las tendencias extranjeras, nos centramos en las solicitudes japonesas y extranjeras (EE.UU., EP, DE, FR, GB, CN, KR, WO).
・En IPC (Clasificación Internacional de Patentes) "G21" desde la perspectiva de la física nuclear y la ingeniería nuclear, establezca el rango de búsqueda en "Resumen + Reivindicaciones + Título de la invención" y busque palabras clave para "Reactor de gas de alta temperatura" con sinónimos como "HTGR" La población se creó multiplicando usando los siguientes números (Japón: 309 solicitudes, extranjero: 701 solicitudes).
・Clasificamos a los IPC en la población anterior y, según los 10 IPC principales, asignamos las siguientes clasificaciones y las utilizamos como ejes de clasificación técnica.

・Sistema de combustible del reactor (G21C19, G21C3)
・・原子炉構造系　（G21C1、G21C13、G21C21、G21C9、G21D1、G21D5）
・・Sistema de refrigeración (G21C15)
・Sistema de control del reactor (G21C17, G21C7, G21D3)

<Clasificación de patentes utilizadas>

○G21C 19/00 Disposiciones para procesar, manipular o facilitar la manipulación del combustible u otros materiales utilizados en un reactor nuclear, por ejemplo, dentro de su recipiente a presión [2]
○G21C 3/00 Elementos combustibles de reactores o sus conjuntos; Materiales combustibles de reactores
○G21C 1/00 ​​​​Tipos de reactores
○G21C 13/00 Recipientes a presión; Recipientes de contención; Almacenamiento general
○G21C 21/00 Equipos o métodos utilizados específicamente para la fabricación de reactores nucleares o sus piezas.
○G21C 9/00 Configuración para protección de emergencia relacionada estructuralmente con el reactor nuclear (configuración para enfriamiento de emergencia G21C15/18)
○G21D 1/00 ​​Estructura detallada de central nuclear (control G21D3/00)
○G21D 5/00 Configuración de un reactor nuclear y motor de energía que convierte el calor generado en un reactor nuclear en energía mecánica.
○G21C 15/00 Sistema de refrigeración en recipiente a presión con núcleo de reactor; selección de refrigerante específico
○G21C 17/00 Monitoreo, Pruebas
○G21C 7/00 Control de reacciones nucleares [2006.01]
○G21D 3/00 Control de centrales nucleares (control de reacciones nucleares G21C7/00)

XNUMX.Tendencias de aplicación

4.1 Tendencias generales de aplicación

　Primero, veamos las tendencias en el número de solicitudes. Primero, veamos las tendencias de aplicaciones en Japón.

　Una tecnología que ha sido investigada durante mucho tiempo, con solicitudes presentadas desde principios de los años 1970.Se puede ver que así es. También,Rápido aumento del número de solicitudes en 2004-2005puede ser visto. esto es del 2004En el Consejo de la Industria de la Energía Atómica de Japón, Se han hecho "recomendaciones sobre el desarrollo práctico de reactores de gas de alta temperatura"*, y el reactor de gas de alta temperatura se posiciona como un reactor nuclear que debe ponerse en uso práctico, y se deben promover con urgencia desarrollos específicos.Se especula que también estuvo relacionado el hecho de que hubo un movimiento para hacer recomendaciones al gobierno.estar hecho. pero,Después de eso, el número de solicitudes disminuyó significativamente.Sin embargo, no ha habido señales de un aumento en los últimos años.
　A continuación, echemos un vistazo a las tendencias en las aplicaciones extranjeras.

　Al igual que en JP, las solicitudes comenzaron a presentarse a principios de la década de 1970 y el número de solicitudes comenzó a aumentar en 2004. En aplicaciones extranjerasHa seguido aumentando lentamente desde 2004 y aumentará rápidamente en 2021.estás haciendo. Se estima que el número seguirá aumentando en el futuro.

　A continuación, veremos las clasificaciones de los principales solicitantes. Primero, veamos a los solicitantes japoneses.

　producir combustible nuclearLa industria del combustible nuclear tiene la mayor cantidad de aplicacionesEstamos trabajando mucho, como fabricar el propio reactor nuclear.Toshiba, Mitsubishi Heavy Industries, Investigación y desarrollo de energía atómica de Japónsigue en el ranking. Hochtemperatur Reaktorbau, el único solicitante extranjero en el ranking superior, es una empresa que anteriormente participó en la producción del THTR-300 (en funcionamiento entre 1987 y 1989), que se puso en funcionamiento en Alemania. antiguo como alrededor de 1980.
　A continuación, veamos a los solicitantes extranjeros.

　Los solicitantes chinos ocupan la cimaEn g. En particular, los más frecuentemente aplicadosUNI TSINGHUA (Universidad de Tsinghua) está utilizando un reactor de gas de alta temperatura investigado y desarrollado de forma independiente por el Instituto de Investigación de Tecnologías de Nuevas Energías y Nucleares de la Universidad de Tsinghua en el Proyecto Modelo de Reactor de Gas de Alta Temperatura de la Bahía de Huaneng Shidao.En diciembre de 2021, el horno de gas de alta temperatura se conectará a la red eléctrica y comenzará la generación de energía.^{※ 6}. Es probable que la Universidad de Tsinghua siga aumentando el número de solicitudes, por lo que será vigilada de cerca.

*6:Del portal científico JST de China

　A continuación, veremos el número de aplicaciones y las tendencias en el número de aplicaciones en el eje de clasificación de tecnologías. Primero, miremos a Japón.

　La mayoría de las solicitudes fueron para "sistema de estructura de reactor nuclear", seguido de "sistema de combustible de reactor nuclear". El reactor de gas de alta temperatura de esta tecnología utiliza gas helio como refrigerante, lo que supone una diferencia técnica con respecto a los reactores de agua ligera convencionales.Actualmente no existen muchas aplicaciones para aplicaciones "a base de refrigerante"..

　En cuanto a las tendencias en la clasificación de tecnologías, los "Sistemas de estructura de reactores nucleares" experimentaron su primer aumento desde finales del decenio de 1970 hasta principios de los de 1980, y los "Sistemas de combustible de reactores nucleares" siguieron su ejemplo con un ligero aumento. Las solicitudes alcanzaron su punto máximo alrededor de 2004, tanto para "sistema de estructura de reactor nuclear" como para "sistema de combustible de reactor".
　Por otro lado, el número de aplicaciones para los "sistemas de refrigeración" siguió siendo elevado desde finales de los años 1970 hasta principios de los 1980, pero el número de aplicaciones ha sido escaso desde principios de los años 2000, tal vez porque el desarrollo se ha calmado. Los "sistemas de control de reactores" son la última fase de desarrollo y las aplicaciones alcanzaron su punto máximo en 1989.
　A continuación, echemos un vistazo a los países extranjeros.

　También se observa una tendencia similar en otros países, siendo los "sistemas de estructura de reactores nucleares" los más comunes, seguidos de los "sistemas de combustible de reactores".

　Las tendencias en la clasificación de tecnologías en países extranjeros muestran una diferencia con respecto a Japón, con menos aplicaciones entre los años 1970 y 2000. Alrededor de 2001, el número de solicitudes empezó a aumentar.Las solicitudes para todas las clasificaciones técnicas han ido aumentando desde aproximadamente 2018.Puedes verlo convirtiéndose.

4.2 Tendencias de aplicaciones en los 3 primeros rankings

　Echemos un vistazo a las tendencias de los tres principales solicitantes en el ranking de Japón y países extranjeros.
　Primero, echemos un vistazo a las tendencias de solicitudes de los tres principales solicitantes en Japón.

　Las empresas han estado presentando solicitudes desde finales de los años 1970. Mitsubishi Heavy Industries comenzó a presentar solicitudes activamente a principios de los años 1980, Toshiba aumentó rápidamente a finales de los años 1980 y alrededor de 2004 la industria del combustible nuclear aumentó repentinamente sus solicitudes.

　Al observar las tendencias en la clasificación de tecnologías, encontramos diferencias entre empresas. La industria del combustible nuclear se centra en "sistemas de combustible para reactores" y "sistemas de estructura de reactores", mientras que Toshiba parece haber presentado muchas solicitudes para "sistemas de control de reactores" y Mitsubishi Heavy Industries ha presentado muchas solicitudes para "sistemas de estructura de reactores".

　A continuación, echemos un vistazo a las tendencias de solicitudes de los tres principales solicitantes extranjeros.

　¿Dónde puede ver la solicitud antes?Solicitud continua en UNI TSINGHUA (Universidad de Tsinghua) desde la solicitud en 2002puede ser visto. En particular, el número de solicitudes ha aumentado rápidamente desde aproximadamente 2011, y el impulso ha sido visible hasta hace poco. Por otro lado, XIAN THERMAL POWER RES INST y HUANENG SHANDONG SHIDAOBAY NUCLEAR POWER tienen a China Huaneng Group, el grupo independiente de generación de energía más grande de China, como su principal accionista, y ha habido una tendencia similar en la que el número de solicitudes ha aumentado. aumentó rápidamente desde 2020. Se puede ver.

　En términos de tendencias de clasificación de tecnología extranjera,La Universidad de Tsinghua se aplica en una amplia gama de campos.Esto demuestra que la empresa se centra en la tecnología de reactores de gas de alta temperatura en general. XIAN THERMAL POWER RES INST ha presentado muchas solicitudes para "sistema de estructura de reactor" y "sistema de control de reactor", mientras que HUANENG SHANDONG SHIDAOBAY NUCLEAR POWER ha presentado muchas solicitudes para "sistema de control de reactor".

5. Introducción a la aplicación relacionada

・Fuji Electric Co., Ltd.

　Fuji Electric está colaborando con la Agencia de Energía Atómica de Japón para llevar a cabo el diseño central y el análisis de seguridad del primer reactor de investigación y prueba de ingeniería de alta temperatura de Japón, HTTR.^{※ 7}, ya que ocupa el cuarto lugar en la clasificación anterior, se seguirán de cerca las tendencias futuras. He visto las aplicaciones más recientes y las presentaré aquí.

*7:De Fuji ElectricHP

○Publicación inédita 2020-197468　
"Sistema de caldera de gas de alta temperatura y sistema de almacenamiento de calor"

[Problema] Permitir responder a los cambios en la carga requerida manteniendo constante la producción del reactor y eliminar la necesidad de anticipar la intrusión de agua en el reactor.
[Solución] Un sistema de reactor de gas de alta temperatura (1) incluye un reactor de gas de alta temperatura (10) que calienta el núcleo del reactor haciendo pasar gas helio (HG), y un material de almacenamiento de calor (10) que se calienta con el helio. gas calentado en el reactor de gas de alta temperatura HS), y una sección de carga (30) que genera y emite vapor utilizando material de almacenamiento de calor calentado por el sistema de almacenamiento de calor. Ajustando la cantidad de material de almacenamiento de calor suministrado desde el sistema de almacenamiento de calor a la sección de carga, es posible extraer energía de vapor de acuerdo con la salida requerida de la sección de carga.
[Efectos de la invención] Mientras se mantiene constante la producción del reactor nuclear, es posible responder a los cambios en la producción requerida de la sección de carga. Además, es posible evitar el intercambio de calor directo entre el refrigerante primario del reactor y el vapor (agua) en la sección de carga, eliminando la necesidad de que entre agua al reactor y mejorando la seguridad.

JP 2020-197468

・UNI TSINGHUA (Universidad de Tsinghua)

　Dado que la Universidad de Tsinghua tiene el mayor número de aplicaciones y está estrechamente relacionada con el reactor de gas de alta temperatura que se ha puesto en uso práctico, presentaremos dos de las aplicaciones más recientes.

○CN112361866A　　
“Intercambiador de calor intermedio para reactor refrigerado por gas de alta temperatura”

[Problema] Se producen altas temperaturas de funcionamiento, lo que no solo reduce significativamente la resistencia a la fractura transitoria a alta temperatura del material, sino que también reduce significativamente las propiedades de fluencia y fatiga. , el tipo estructural del intercambiador de calor también debe diseñarse especialmente.
SOLUCIÓN: Un intercambiador de calor intermedio o intercambiador de calor intermedio para un reactor enfriado por gas caliente que consta de una carcasa (110), un cilindro central (120), un conjunto de intercambiador de calor (130), una capa de aislamiento primario (140) y un ventilador. (M) Un ventilador (M) está incorporado en la carcasa (110) y dispuesto para suministrar medio primario frío desde el conjunto de intercambio de calor (130) hacia la salida del medio primario (115).
[Efectos de la invención] El primer extremo del cilindro central, que está sometido a la mayor tensión, tiene una temperatura lo más baja posible, lo que permite evitar la fluencia por alta temperatura y los fallos por fatiga. Además, se puede realizar el diseño integrado del intercambiador de calor intermedio, reduciendo el riesgo de falla al reducir el número de conexiones de tuberías y simplificando la instalación y reemplazo del intercambiador de calor intermedio.

CN112361866A

○CN114582538A　　
“Tanque de almacenamiento de bolas de absorción del reactor refrigerado por gas de alta temperatura”

[Problema] En un reactor de gas de alta temperatura que utiliza bolas de absorción que absorben los neutrones liberados cuando ocurren reacciones de fisión nuclear y sirven como una alternativa a las barras de control, las bolas de absorción se inyectan cuando se apaga el reactor y se insertan las bolas de absorción. antes de que se ponga en marcha el reactor. Las bolas de absorción se devolvieron al tanque de almacenamiento utilizando presión de aire, pero la precisión de la medición de la cantidad de bolas de absorción cargadas en el tanque fue baja.
[Solución] La altura del nivel de las bolas de absorción en el tanque de almacenamiento de bolas se mide haciendo que la altura del nivel de las bolas de absorción en el tanque de almacenamiento de bolas corresponda a la altura del nivel de las bolas de absorción en la abertura de caída de bolas, y las bolas de absorción En base a la altura del nivel de la bola, determine la altura del nivel de la bola absorbente dentro de la abertura de caída de la bola.
EFECTOS VENTAJAS DE LA INVENCIÓN Al aumentar la sensibilidad de la medición de nivel preestablecida del tanque de almacenamiento de bolas absorbentes, se mejora la precisión de la medición de la carga de las bolas absorbentes en el tanque de almacenamiento, y también se mejora la precisión de la medición de la altura del nivel del orificio de caída de las bolas absorbentes. mejorado.

CN114582538A

XNUMX.Resumen

　Aunque el desarrollo ya estaba en marcha en Japón desde una etapa temprana, las solicitudes de patentes alcanzaron su punto máximo a mediados de la década de 2000 y actualmente no hay muchas solicitudes. Por otro lado, entre los países extranjeros, China tiene un alto nivel de interés en la tecnología y el número de aplicaciones recientes ha aumentado rápidamente. En respuesta a tales medidas por parte de países extranjeros, especialmente China, se seguirán de cerca las tendencias futuras para ver si aumentará el número de solicitudes de patentes en Japón, con el apoyo de estudios sobre la tecnología realizados por el Ministerio de Economía, Comercio e Industria.

Investigación Parte 1 Yamashita