XNUMX. XNUMX.Contexte de l'enquête

　Si nous voulons atteindre la neutralité carbone, nous ne pouvons pas éviter la production d’énergie nucléaire, qui n’émet pas autant de dioxyde de carbone que la production d’énergie thermique et dispose d’une capacité d’approvisionnement stable. Cependant, suite à l’accident de la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi en 2011, il est devenu difficile d’augmenter le nombre de grands réacteurs à eau légère.
　Dans ces circonstances, en juillet 2022, le ministère de l’Économie, du Commerce et de l’Industrie a commencé à réfléchir à l’élaboration d’une feuille de route pour le développement de centrales nucléaires de nouvelle génération, comme les réacteurs à gaz à haute température (HTGR), qui auraient un niveau élevé d’énergie nucléaire. de sécurité. des nouvelles ont été vues^{※ 1}. Mitsubishi Heavy Industries a annoncé qu'elle produirait en masse de l'hydrogène à l'aide d'un réacteur à gaz à haute température (HTGR) en avril 2022.^{※ 2}En juillet 2023, elle a été sélectionnée comme entreprise principale pour le développement d'un réacteur de démonstration de réacteur à gaz à haute température promu par le ministère de l'Économie, du Commerce et de l'Industrie.^{※ 3}, des tendances positives peuvent être observées. Comme décrit ci-dessus, les fours à gaz à haute température attirent actuellement l’attention.
　En outre, au Royaume-Uni, le gouvernement fournit environ 250 milliards de yens de subventions pour le développement de réacteurs nucléaires de nouvelle génération, y compris des réacteurs à gaz à haute température ; aux États-Unis, une start-up, X-energy, a développé une technologie à haute température. -le réacteur à gaz à haute température, que le gouvernement soutient pleinement ; cependant, les réacteurs à gaz à haute température attirent l'attention dans le monde entier, avec un réacteur de démonstration atteignant la criticité pour la première fois en 2021.^{※ 4}.
　Par conséquent, nous avons étudié les tendances des demandes de brevet liées aux fours à gaz à haute température.

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

XNUMX.Aperçu technique

　Un réacteur à gaz à haute température est un réacteur nucléaire qui utilise des matériaux céramiques, principalement du graphite, comme composant principal du cœur du réacteur, et utilise de l'hélium gazeux comme liquide de refroidissement pour extraire la chaleur générée par la fission nucléaire.
　La température qui peut être extraite d'un réacteur à eau légère est limitée à environ 300 ℃, mais en utilisant des matériaux céramiques avec une excellente résistance à la chaleur, il est possible d'extraire de la chaleur d'environ 1000 45 ℃. Il est possible d'obtenir une efficacité de production d'énergie supérieure à %.^{※ 5}.

*5:Extrait du site Web de l'Agence japonaise de l'énergie atomique (JAEA)

XNUMX. XNUMX.Stratégie d'enquête (vue d'ensemble)

　Dans cette recherche, une population de brevets a été créée selon la stratégie de recherche suivante.

- Afin de comprendre non seulement les tendances nationales mais également les tendances étrangères, nous avons ciblé les candidatures japonaises et étrangères (US, EP, DE, FR, GB, CN, KR, WO).
・Dans la CIB (Classification internationale des brevets) « G21 », du point de vue de la physique nucléaire et de l'ingénierie nucléaire, définissez la plage de recherche sur « Résumé + Revendications + Titre de l'invention » et recherchez des mots-clés pour « Réacteur à gaz à haute température » avec des synonymes tels que "HTGR" La population a été créée en multipliant les nombres suivants (Japon : 309 candidatures, étranger : 701 candidatures).
- Le classement des IPC dans la population ci-dessus a été effectué et les classifications suivantes ont été attribuées sur la base des 10 principaux IPC, qui ont été utilisés comme axes de classification technique.

・Système de carburant du réacteur (G21C19, G21C3)
・・原子炉構造系　（G21C1、G21C13、G21C21、G21C9、G21D1、G21D5）
・・Système de refroidissement (G21C15)
・Système de contrôle du réacteur (G21C17, G21C7, G21D3)

<Classification des brevets utilisés>

○G21C 19/00 Aménagements destinés au traitement, à la manipulation ou à la facilitation de la manipulation du combustible ou d'autres matériaux utilisés dans un réacteur nucléaire, p.ex., dans sa cuve sous pression [2]
○G21C 3/00 Éléments combustibles pour réacteurs ou leurs assemblages ; Matériaux combustibles pour réacteurs
○G21C 1/00 ​​​​Type de réacteur
○G21C 13/00 Récipients sous pression ; Récipients de confinement ; Stockage général
○G21C 21/00 Équipements ou méthodes utilisés spécifiquement pour la fabrication de réacteurs nucléaires ou de leurs parties
○G21C 9/00 Configuration pour protection d'urgence structurellement liée au réacteur nucléaire (configuration pour refroidissement d'urgence G21C15/18)
○G21D 1/00 ​​​​Structure détaillée d'une centrale nucléaire (contrôle G21D3/00)
○G21D 5/00 Configuration d'un réacteur nucléaire et d'un moteur de puissance qui convertit la chaleur générée dans un réacteur nucléaire en énergie mécanique
○G21C 15/00 Système de refroidissement dans une cuve sous pression avec cœur de réacteur ; sélection d'un liquide de refroidissement spécifique
○G21C 17/00 Surveillance ; essais
○G21C 7/00 Contrôle des réactions nucléaires [2006.01]
○G21D 3/00 Contrôle des centrales nucléaires (contrôle des réactions nucléaires G21C7/00)

XNUMX.Tendances d'application

4.1 Tendances générales des applications

　Examinons d’abord l’évolution du nombre de demandes. Tout d’abord, examinons les tendances en matière d’applications au Japon.

　Une technologie qui fait l’objet de recherches de longue date, avec des demandes déposées depuis le début des années 1970.On peut voir que c'est le cas. Aussi,Augmentation rapide du nombre de demandes en 2004-2005peut être vu. ça date de 2004Au Conseil japonais de l'industrie de l'énergie atomique, « Des recommandations concernant le développement pratique des réacteurs à gaz à haute température »* ont été formulées, et le réacteur à gaz à haute température se positionne comme un réacteur nucléaire qui doit être mis en pratique, et des développements spécifiques doivent être encouragés de toute urgence.On suppose que le fait qu’il y ait eu un mouvement pour faire des recommandations au gouvernement était également lié.être terminé. mais,Par la suite, le nombre de candidatures a considérablement diminué.Toutefois, aucun signe d’augmentation n’a été observé ces dernières années.
　Examinons ensuite les tendances des demandes étrangères.

　À l’instar de JP, les demandes ont commencé à être déposées au début des années 1970 et le nombre de demandes a commencé à augmenter en 2004. Dans les candidatures étrangèresIl continue d’augmenter lentement depuis 2004 et augmentera rapidement en 2021.faites. On estime que ce nombre continuera d’augmenter à l’avenir.

　Ensuite, nous examinerons le classement des meilleurs candidats. Examinons d’abord les candidats japonais.

　produire du combustible nucléaireL'industrie du combustible nucléaire a le plus d'applicationsNous faisons beaucoup de travail, comme fabriquer le réacteur nucléaire lui-même.Toshiba, Mitsubishi Heavy Industries, Japon Recherche et développement en matière d'énergie atomiquesuit dans le classement. Hochtemperatur Reaktorbau, le seul candidat étranger en tête du classement, est une entreprise qui a participé autrefois à la production du THTR-300 (exploité de 1987 à 1989), qui a été mis en service en Allemagne. vieux vers 1980.
　Examinons ensuite les candidats étrangers.

　Les candidats chinois occupent le sommeting. En particulier, les plus fréquemment appliquésUNI TSINGHUA (Université Tsinghua) utilise un réacteur à gaz à haute température étudié et développé de manière indépendante par l'Institut de recherche sur les technologies nucléaires et les nouvelles énergies de l'Université Tsinghua dans le cadre du projet modèle de réacteur à gaz à haute température de la baie de Huaneng Shidao.En décembre 2021, la chaudière à gaz à haute température sera connectée au réseau électrique et la production d'électricité commencera.^{※ 6}. L'Université Tsinghua continuera probablement à augmenter le nombre de candidatures, elle sera donc étroitement surveillée.

*6:Depuis le portail scientifique JST Chine

　Nous examinerons ensuite le nombre de candidatures et les tendances du nombre de candidatures sur l’axe de classification technologique. Tout d'abord, regardons le Japon.

　La plupart des demandes concernaient le « système de structure de réacteur nucléaire », suivi du « système de combustible de réacteur nucléaire ». Le réacteur à gaz à haute température de cette technologie utilise de l'hélium gazeux comme liquide de refroidissement, ce qui constitue une différence technique par rapport aux réacteurs à eau légère conventionnels.Il n'existe actuellement pas beaucoup d'applications pour les applications « basées sur le liquide de refroidissement »..

　En ce qui concerne les tendances en matière de classification technologique, les « systèmes de structure de réacteur nucléaire » ont connu leur première augmentation entre la fin des années 1970 et le début des années 1980, et les « systèmes de combustible de réacteur nucléaire » ont suivi avec une légère augmentation. Les demandes ont culminé vers 2004 pour le « système de structure de réacteur nucléaire » et le « système de combustible de réacteur nucléaire ».
　En revanche, le nombre d'applications pour les « systèmes de refroidissement » est resté élevé de la fin des années 1970 au début des années 1980, mais le nombre d'applications est resté faible depuis le début des années 2000, peut-être parce que le développement s'est calmé. Les « systèmes de contrôle des réacteurs » constituent la dernière phase de développement et les applications ont atteint leur apogée en 1989.
　Ensuite, regardons les pays étrangers.

　Une tendance similaire est également observée dans d'autres pays, les « systèmes de structure de réacteur nucléaire » étant les plus courants, suivis par les « systèmes de combustible de réacteur ».

　Les tendances en matière de classification technologique dans les pays étrangers montrent une différence par rapport au Japon, avec moins d'applications entre les années 1970 et 2000. Vers 2001, le nombre de demandes a commencé à augmenter.Les candidatures pour toutes les classifications techniques sont en augmentation depuis 2018 environ.Vous pouvez le voir devenir.

4.2 Tendances des candidatures dans les 3 premiers classements

　Jetons un coup d'œil aux tendances des trois meilleurs candidats dans les classements du Japon et des pays étrangers.
　Tout d'abord, examinons les tendances des candidatures des trois principaux candidats au Japon.

　Les entreprises déposent des demandes depuis la fin des années 1970. Mitsubishi Heavy Industries a commencé à déposer activement des demandes au début des années 1980, Toshiba a connu une croissance rapide à la fin des années 1980 et vers 2004, l'industrie du combustible nucléaire a soudainement augmenté ses demandes.

　En examinant les tendances en matière de classification technologique, nous avons constaté des différences entre les entreprises. L'industrie du combustible nucléaire se concentre sur les « systèmes de combustible de réacteur » et les « systèmes de structure de réacteur », tandis que Toshiba semble avoir déposé de nombreuses demandes pour des « systèmes de contrôle de réacteur », et Mitsubishi Heavy Industries a déposé de nombreuses demandes pour des « systèmes de structure de réacteur ».

　Examinons ensuite les tendances des candidatures des trois principaux candidats étrangers.

　Où pouvez-vous voir l'application le plus tôt possible ?Candidature continue à UNI TSINGHUA (Université Tsinghua) depuis candidature en 2002peut être vu. En particulier, le nombre de demandes a augmenté rapidement depuis 2011 environ, et cette dynamique était visible jusqu'à récemment. D'autre part, XIAN THERMAL POWER RES INST et HUANENG SHANDONG SHIDAOBAY NUCLEAR POWER ont tous deux China Huaneng Group, le plus grand groupe indépendant de production d'électricité en Chine, comme actionnaire majeur, et il y a eu une tendance similaire dans laquelle le nombre de demandes a augmenté. a augmenté rapidement depuis 2020. Peut être vu.

　En termes de tendances en matière de classification des technologies étrangères,L'Université Tsinghua s'applique dans un large éventail de domainesCela montre que l’entreprise se concentre sur la technologie des réacteurs à gaz à haute température en général. XIAN THERMAL POWER RES INST a déposé de nombreuses demandes pour un « système de structure de réacteur » et un « système de contrôle de réacteur », tandis que HUANENG SHANDONG SHIDAOBAY NUCLEAR POWER a déposé de nombreuses demandes pour un « système de contrôle de réacteur ».

5. Présentation de l'application associée

· Fuji Electric Co., Ltd.

　Fuji Electric collabore avec l'Agence japonaise de l'énergie atomique pour mener la conception du cœur et l'analyse de la sécurité du premier réacteur d'essai et de recherche technique à haute température du Japon, le HTTR.^{※ 7}, comme il est classé 4ème dans le classement ci-dessus, les tendances futures seront donc surveillées de près. J'ai vu les applications les plus récentes et je les présenterai ici.

*7:De Fuji Electric HP

○Publication non publiée 2020-197468　
"Système de fournaise à gaz à haute température et système de stockage de chaleur"

[Problème] Permettre de répondre aux changements de la charge requise tout en maintenant la puissance du réacteur constante, et éliminer le besoin d'anticiper l'intrusion d'eau dans le réacteur.
[Solution] Un système de réacteur à gaz à haute température (1) comprend un réacteur à gaz à haute température (10) qui chauffe le cœur du réacteur en faisant passer de l'hélium gazeux (HG), et un matériau de stockage de chaleur (10) qui est chauffé avec l'hélium. gaz chauffé dans le réacteur à gaz à haute température. HS), et une section de charge (30) qui génère et restitue de la vapeur à l'aide d'un matériau de stockage de chaleur chauffé par le système de stockage de chaleur. En ajustant la quantité de matériau de stockage de chaleur fournie par le système de stockage de chaleur à la section de charge, il est possible d'extraire de l'énergie de vapeur en fonction de la puissance requise de la section de charge.
[Effets de l'invention] Tout en maintenant constante la puissance du réacteur nucléaire, il est possible de répondre aux changements dans la puissance requise de la section de charge. De plus, il est possible d'éviter un échange thermique direct entre le liquide de refroidissement primaire du réacteur et la vapeur (eau) dans la section de charge, éliminant ainsi le besoin d'eau d'entrer dans le réacteur et améliorant la sécurité.

JP 2020-197468

・UNI TSINGHUA (Université Tsinghua)

　Étant donné que l’Université Tsinghua possède le plus grand nombre d’applications et qu’elle est étroitement liée au réacteur à gaz à haute température mis en pratique, nous présenterons deux des applications les plus récentes.

○CN112361866A　　
« Échangeur de chaleur intermédiaire pour réacteur haute température refroidi par gaz »

[Problème] Des températures de fonctionnement élevées se produisent, ce qui réduit non seulement considérablement la résistance à la rupture transitoire à haute température du matériau, mais réduit également considérablement les propriétés de fluage et de fatigue. , le type structurel de l'échangeur de chaleur doit également être spécialement conçu.
SOLUTION : Un échangeur de chaleur intermédiaire ou échangeur de chaleur intermédiaire pour réacteur refroidi par gaz chauds constitué d'un boîtier (110), d'un cylindre central (120), d'un ensemble échangeur de chaleur (130), d'une couche d'isolation primaire (140) et d'un ventilateur. (M). Un ventilateur (M) est incorporé dans le boîtier (110) et agencé pour fournir un fluide primaire froid depuis l'ensemble d'échange thermique (130) vers la sortie de fluide primaire (115).
[Effets de l'invention] La première extrémité du cylindre central, qui est soumise à la contrainte la plus importante, a une température aussi basse que possible, ce qui permet d'éviter un fluage à haute température et une rupture par fatigue. De plus, il est possible de réaliser une conception intégrée de l'échangeur de chaleur intermédiaire, de réduire le risque de défaillance en réduisant le nombre de connexions de tuyauterie, et de simplifier l'installation et le remplacement de l'échangeur de chaleur intermédiaire.

CN112361866A

○CN114582538A　　
« Réservoir de stockage à bille d'absorption d'un réacteur refroidi par gaz à haute température »

[Problème] Dans un réacteur à gaz à haute température qui utilise des billes d'absorption qui absorbent les neutrons libérés lorsque des réactions de fission nucléaire se produisent et servent d'alternative aux barres de commande, les billes d'absorption sont injectées lorsque le réacteur est arrêté, et les billes d'absorption sont insérées avant le démarrage du réacteur. Les billes d'absorption étaient renvoyées dans le réservoir de stockage en utilisant la pression de l'air, mais la précision de mesure de la quantité de billes d'absorption chargées dans le réservoir était faible.
[Solution] La hauteur de niveau des billes d'absorption dans le réservoir de stockage de billes est mesurée en faisant correspondre la hauteur de niveau des billes d'absorption dans le réservoir de stockage de billes à la hauteur de niveau des billes d'absorption dans l'ouverture de chute de billes, et les billes d'absorption dans le réservoir sont mesurés. En fonction de la hauteur de niveau de la balle, déterminez la hauteur de niveau de la balle absorbante dans l'ouverture de chute de la balle.
EFFETS AVANTAGES DE L'INVENTION En augmentant la sensibilité de la mesure de niveau prédéfinie du réservoir de stockage de billes absorbantes, la précision de mesure de la charge de la bille absorbante dans le réservoir de stockage est améliorée, et la précision de mesure de la hauteur du niveau de l'orifice de chute de la bille absorbante est également amélioré.

CN114582538A

XNUMX.Sommaire

　Bien que le développement ait été en cours au Japon dès le début, les demandes de brevet ont atteint leur apogée au milieu des années 2000 et il n'y a actuellement pas beaucoup de demandes. D’un autre côté, parmi les pays étrangers, la Chine manifeste un grand intérêt pour cette technologie et le nombre d’applications récentes a augmenté rapidement. En réponse à de telles mesures prises par des pays étrangers, en particulier la Chine, les tendances futures seront étroitement surveillées pour voir si les demandes de brevet du Japon augmenteront, soutenues par des études sur la technologie réalisées par le ministère de l'Économie, du Commerce et de l'Industrie.

Enquête Partie 1 Yamashita