XNUMX. XNUMX.Sfondo del sondaggio

　Se vogliamo raggiungere la neutralità del carbonio, non possiamo evitare la produzione di energia nucleare, che non emette tanta anidride carbonica quanto la produzione di energia termica e ha una capacità di fornitura stabile. Tuttavia, in seguito all’incidente della centrale nucleare di Fukushima Daiichi nel 2011, è diventato difficile aumentare il numero di grandi reattori ad acqua leggera.
　In queste circostanze, nel luglio 2022, il Ministero dell’Economia, del Commercio e dell’Industria ha iniziato a prendere in considerazione la creazione di una tabella di marcia per lo sviluppo di centrali nucleari di prossima generazione come i reattori a gas ad alta temperatura (HTGR), che si dice abbiano un livello elevato di sicurezza.la notizia è stata vista^{※ 1}. Mitsubishi Heavy Industries ha annunciato che produrrà in serie idrogeno utilizzando un reattore a gas ad alta temperatura (HTGR) nell'aprile 2022.^{※ 2}Nel luglio 2023 è stata selezionata come società principale per lo sviluppo di un reattore dimostrativo a gas ad alta temperatura promosso dal Ministero dell'Economia, del Commercio e dell'Industria.^{※ 3}, si possono osservare tendenze positive. Come descritto sopra, attualmente i forni a gas ad alta temperatura attirano l'attenzione.
　Inoltre, nel Regno Unito, il governo sta fornendo circa 250 miliardi di yen in sussidi per lo sviluppo di reattori nucleari di prossima generazione, compresi reattori a gas ad alta temperatura; negli Stati Uniti, una startup, X-energy, ha sviluppato un programma ad alta -reattore a gas ad alta temperatura, che il governo sostiene pienamente; tuttavia, i reattori a gas ad alta temperatura stanno attirando l'attenzione in tutto il mondo, con un reattore dimostrativo che ha raggiunto la criticità per la prima volta nel 2021.^{※ 4}.
　Pertanto, abbiamo studiato le tendenze nelle domande di brevetto relative ai forni a gas ad alta temperatura.

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

XNUMX.Panoramica tecnica

　Un reattore a gas ad alta temperatura è un reattore nucleare che utilizza materiali ceramici, principalmente grafite, come componente principale del nocciolo del reattore, e utilizza il gas elio come refrigerante per estrarre il calore generato dalla fissione nucleare.
　La temperatura che può essere estratta da un reattore ad acqua leggera è limitata a circa 300 ℃, ma utilizzando materiali ceramici con eccellente resistenza al calore, è possibile estrarre calore di circa 1000 ℃. È possibile ottenere un'efficienza di generazione di energia superiore a %.^{※ 5}.

*5:Dal sito web dell'Agenzia giapponese per l'energia atomica (JAEA).

XNUMX. XNUMX.Strategia del sondaggio (panoramica)

　In questa ricerca, è stata creata una popolazione di brevetti con la seguente strategia di ricerca.

- Per comprendere non solo le tendenze nazionali ma anche quelle estere, abbiamo preso di mira le applicazioni giapponesi e straniere (USA, EP, DE, FR, GB, CN, KR, WO).
・In IPC (International Patent Classification) "G21" dal punto di vista della fisica nucleare e dell'ingegneria nucleare, impostare l'intervallo di ricerca su "Abstratto + Rivendicazioni + Titolo dell'invenzione" e cercare parole chiave per "Reattore a gas ad alta temperatura" con sinonimi come "HTGR" La popolazione è stata creata moltiplicando i seguenti numeri (Giappone: 309 domande, estero: 701 domande).
- È stata stilata la classifica degli IPC nella popolazione di cui sopra e sono state assegnate le seguenti classificazioni in base ai primi 10 IPC, utilizzati come assi di classificazione tecnica.

・Sistema di alimentazione del reattore (G21C19, G21C3)
・・原子炉構造系　（G21C1、G21C13、G21C21、G21C9、G21D1、G21D5）
・・Sistema di raffreddamento (G21C15)
・Sistema di controllo del reattore (G21C17, G21C7, G21D3)

<Classificazione dei brevetti utilizzati>

○G21C 19/00 Disposizioni per il trattamento, la manipolazione o la facilitazione della manipolazione del combustibile o di altri materiali utilizzati all'interno di un reattore nucleare, ad esempio all'interno del suo recipiente a pressione [2]
○G21C 3/00 Elementi di combustibile per reattori o loro gruppi; materiali di combustibile per reattori
○G21C 1/00 ​​​​Tipo di reattore
○G21C 13/00 Recipienti a pressione; Recipienti di contenimento; Stoccaggio generale
○G21C 21/00 Attrezzature o metodi utilizzati specificatamente per la fabbricazione di reattori nucleari o loro parti
○G21C 9/00 Configurazione per la protezione di emergenza strutturalmente correlata al reattore nucleare (configurazione per il raffreddamento di emergenza G21C15/18)
○G21D 1/00 ​​​​Struttura dettagliata della centrale nucleare (controllo G21D3/00)
○G21D 5/00 Configurazione di un reattore nucleare e di un motore elettrico che converte il calore generato in un reattore nucleare in energia meccanica
○G21C 15/00 Sistema di raffreddamento in recipiente a pressione con nocciolo del reattore; selezione del refrigerante specifico
○G21C 17/00 Monitoraggio e test
○G21C 7/00 Controllo delle reazioni nucleari [2006.01]
○G21D 3/00 Controllo degli impianti nucleari (controllo delle reazioni nucleari G21C7/00)

XNUMX.Tendenze delle applicazioni

4.1 Tendenze generali delle applicazioni

　Innanzitutto, diamo un'occhiata all'andamento del numero di domande. Innanzitutto, diamo un'occhiata alle tendenze delle applicazioni in Giappone.

　Una tecnologia su cui si studia da molto tempo, con applicazioni depositate fin dai primi anni ’1970.Si può vedere che è così. Anche,Rapido aumento del numero di domande nel 2004-2005si può vedere. Questo è del 2004Al Consiglio dell'industria dell'energia atomica giapponese, Sono state formulate "raccomandazioni riguardanti lo sviluppo pratico di reattori a gas ad alta temperatura"* e il reattore a gas ad alta temperatura è posizionato come un reattore nucleare che dovrebbe essere messo in uso pratico e dovrebbero essere promossi con urgenza sviluppi specifici.Si ipotizza che anche il fatto che ci sia stato un movimento per formulare raccomandazioni al governo fosse correlato.essere fatto. Ma,Successivamente il numero delle richieste è diminuito notevolmente.Tuttavia, negli ultimi anni non vi è stato alcun segno di aumento.
　Successivamente, diamo uno sguardo alle tendenze nelle domande straniere.

　Analogamente a JP, le domande iniziarono ad essere presentate all'inizio degli anni '1970 e il numero di domande cominciò ad aumentare nel 2004. Nelle applicazioni straniereHa continuato ad aumentare lentamente dal 2004 e aumenterà rapidamente nel 2021.sta facendo. Si stima che il numero continuerà ad aumentare in futuro.

　Successivamente, esamineremo le migliori classifiche dei candidati. Innanzitutto, diamo un'occhiata ai candidati giapponesi.

　produrre combustibile nucleareL’industria del combustibile nucleare ha il maggior numero di applicazioniStiamo facendo molto lavoro, come costruire il reattore nucleare stesso.Toshiba, Mitsubishi Heavy Industries, Ricerca e sviluppo sull'energia atomica giapponesesegue in classifica. Hochtemperatur Reaktorbau, l'unico candidato straniero in cima alla classifica, è un'azienda che un tempo era coinvolta nella produzione del THTR-300 (in funzione dal 1987 al 1989), che è stato messo in pratica in Germania. vecchio intorno al 1980.
　Successivamente, diamo un'occhiata ai candidati stranieri.

　I candidati cinesi occupano la parte superioreing. In particolare, quello più frequentemente applicatoUNI TSINGHUA (Università di Tsinghua) sta utilizzando un reattore a gas ad alta temperatura studiato e sviluppato in modo indipendente dall'Istituto di ricerca sulle tecnologie nucleari e sulle nuove energie dell'Università di Tsinghua nel progetto modello di reattore a gas ad alta temperatura della baia di Huaneng Shidao.Nel dicembre 2021, il forno a gas ad alta temperatura sarà collegato alla rete elettrica e inizierà la produzione di energia.^{※ 6}. L'Università di Tsinghua probabilmente continuerà ad aumentare il numero di domande, quindi sarà attentamente monitorata.

*6:Dal portale scientifico JST Cina

　Successivamente, esamineremo il numero di applicazioni e le tendenze nel numero di applicazioni sull'asse di classificazione tecnologica. Innanzitutto, diamo un’occhiata al Giappone.

　La maggior parte delle applicazioni riguardavano "sistemi di struttura del reattore nucleare", seguiti da "sistemi di combustibile per reattori nucleari". Il reattore a gas ad alta temperatura di questa tecnologia utilizza il gas elio come refrigerante, il che rappresenta una differenza tecnica rispetto ai tradizionali reattori ad acqua leggera.Attualmente non ci sono molte applicazioni per applicazioni "basate su refrigerante"..

　Per quanto riguarda le tendenze nella classificazione tecnologica, i "Sistemi di struttura dei reattori nucleari" hanno visto il loro primo aumento dalla fine degli anni '1970 all'inizio degli anni '1980, e i "Sistemi di combustibile per reattori nucleari" hanno seguito l'esempio con un leggero aumento. Le applicazioni hanno raggiunto il picco intorno al 2004 sia per il "sistema di struttura del reattore nucleare" che per il "sistema di combustibile per reattore nucleare".
　D'altro canto, il numero di applicazioni per "sistemi di raffreddamento" è rimasto elevato dalla fine degli anni '1970 all'inizio degli anni '1980, ma dall'inizio degli anni 2000 il numero di applicazioni è diventato scarso, forse perché lo sviluppo si è calmato. I "sistemi di controllo dei reattori" rappresentano l'ultima fase di sviluppo e le applicazioni hanno raggiunto il picco nel 1989.
　Successivamente, diamo un'occhiata ai paesi stranieri.

　Una tendenza simile si osserva anche in altri paesi, dove i “sistemi di struttura del reattore nucleare” sono i più comuni, seguiti dai “sistemi di combustibile del reattore”.

　Le tendenze nella classificazione tecnologica nei paesi stranieri mostrano una differenza rispetto al Giappone, con meno applicazioni dagli anni ’1970 al 2000. Intorno al 2001 il numero delle domande ha cominciato ad aumentare.Le domande per tutte le classificazioni tecniche sono in aumento dal 2018 circa.Puoi vederlo diventare.

4.2 Tendenze delle applicazioni nelle prime 3 classifiche

　Diamo un'occhiata all'andamento dei primi tre candidati in classifica per il Giappone e l'estero.
　Innanzitutto, diamo un'occhiata alle tendenze delle domande dei tre principali candidati in Giappone.

　Le aziende presentano domande già dalla fine degli anni ’1970. Mitsubishi Heavy Industries iniziò a presentare richieste attivamente all'inizio degli anni '1980, Toshiba crebbe rapidamente alla fine degli anni '1980 e intorno al 2004 l'industria del combustibile nucleare aumentò improvvisamente le sue richieste.

　Osservando le tendenze nella classificazione tecnologica, abbiamo riscontrato differenze tra le aziende. L'industria del combustibile nucleare si concentra su "sistemi di combustibile per reattori" e "sistemi di struttura di reattore", mentre Toshiba sembra aver depositato molte domande per "sistemi di controllo di reattori" e Mitsubishi Heavy Industries ha depositato molte domande per "sistemi di struttura di reattore".

　Successivamente, diamo un'occhiata alle tendenze delle domande dei primi tre candidati stranieri.

　Dove puoi vedere l'applicazione al più presto?Applicazione continua presso UNI TSINGHUA (Università Tsinghua) dall'applicazione nel 2002si può vedere. In particolare, il numero di domande è aumentato rapidamente a partire dal 2011 circa, e lo slancio è stato visibile fino a tempi recenti. D’altro canto, XIAN THERMAL POWER RES INST e HUANENG SHANDONG SHIDAOBAY NUCLEAR POWER hanno entrambi China Huaneng Group, il più grande gruppo indipendente di produzione di energia in Cina, come principale azionista, e si è verificata una tendenza simile in cui il numero di domande è aumentato aumentato rapidamente dal 2020. Può essere visto.

　In termini di trend di classificazione delle tecnologie straniere,L'Università Tsinghua si applica in una vasta gamma di campiCiò dimostra che l’azienda si sta concentrando sulla tecnologia dei reattori a gas ad alta temperatura in generale. XIAN THERMAL POWER RES INST ha depositato numerose richieste per "sistema di struttura del reattore" e "sistema di controllo del reattore", mentre HUANENG SHANDONG SHIDAOBAY NUCLEAR POWER ha depositato numerose richieste per "sistema di controllo del reattore".

5. Introduzione all'applicazione correlata

・Fuji Electric Co., Ltd.

　Fuji Electric sta collaborando con l'Agenzia giapponese per l'energia atomica per condurre la progettazione di base e l'analisi della sicurezza per il primo reattore di ricerca e test ingegneristico ad alta temperatura del Giappone, HTTR.^{※ 7}, poiché è al 4° posto nella classifica sopra riportata, quindi le tendenze future saranno attentamente monitorate. Ho visto le applicazioni più recenti e le presenterò qui.

*7:Da Fuji Electric HP

○Pubblicazione inedita 2020-197468　
"Sistema di forno a gas ad alta temperatura e sistema di accumulo del calore"

[Problema] Rendere possibile rispondere ai cambiamenti nel carico richiesto mantenendo costante la potenza del reattore ed eliminare la necessità di anticipare l'intrusione di acqua nel reattore.
[Soluzione] Un sistema di reattore a gas ad alta temperatura (1) include un reattore a gas ad alta temperatura (10) che riscalda il nocciolo del reattore facendo passare il gas elio (HG) e un materiale di accumulo del calore (10) che viene riscaldato con l'elio gas riscaldato nel reattore a gas ad alta temperatura HS) e una sezione di carico (30) che genera ed emette vapore utilizzando materiale di accumulo del calore riscaldato dal sistema di accumulo del calore. Regolando la quantità di materiale di accumulo del calore fornito dal sistema di accumulo del calore alla sezione di carico, è possibile estrarre l'energia del vapore in base alla potenza richiesta della sezione di carico.
[Effetti dell'invenzione] Mantenendo costante la potenza del reattore nucleare, è possibile rispondere a variazioni della potenza richiesta alla sezione di carico. Inoltre, è possibile evitare lo scambio di calore diretto tra il refrigerante primario del reattore e il vapore (acqua) nella sezione di carico, eliminando la necessità che l'acqua entri nel reattore e migliorando la sicurezza.

JP 2020-197468

・UNI TSINGHUA (Università di Tsinghua)

　Poiché l'Università di Tsinghua ha il maggior numero di applicazioni ed è strettamente correlata al reattore a gas ad alta temperatura che è stato messo in uso pratico, presenteremo due delle applicazioni più recenti.

○CN112361866A　　
“Scambiatore di calore intermedio per reattore raffreddato a gas ad alta temperatura”

[Problema] Si verificano temperature operative elevate, che non solo riducono significativamente la resistenza alla frattura transitoria ad alta temperatura del materiale, ma riducono anche significativamente le proprietà di scorrimento e fatica. Anche il tipo strutturale dello scambiatore di calore deve essere progettato appositamente.
SOLUZIONE: Uno scambiatore di calore intermedio o scambiatore di calore intermedio per un reattore raffreddato a gas caldo costituito da un involucro (110), un cilindro centrale (120), un gruppo scambiatore di calore (130), uno strato di isolamento primario (140) e una ventola (M). Una ventola (M) è incorporata nell'alloggiamento (110) e predisposta per fornire il mezzo primario freddo dal gruppo di scambio di calore (130) verso l'uscita del mezzo primario (115).
[Effetti dell'invenzione] La prima estremità del cilindro centrale, che è sottoposta alla massima sollecitazione, ha una temperatura la più bassa possibile, consentendo di prevenire lo scorrimento ad alta temperatura e il cedimento per fatica. Inoltre, è possibile realizzare un design integrato dello scambiatore di calore intermedio, ridurre il rischio di guasti riducendo il numero di collegamenti delle tubazioni e semplificare l'installazione e la sostituzione dello scambiatore di calore intermedio.

CN112361866A

○CN114582538A　　
“Serbatoio di stoccaggio della sfera di assorbimento del reattore raffreddato a gas ad alta temperatura”

[Problema] In un reattore a gas ad alta temperatura che utilizza sfere di assorbimento che assorbono i neutroni rilasciati quando si verificano reazioni di fissione nucleare e servono come alternativa alle barre di controllo, le sfere di assorbimento vengono iniettate quando il reattore viene spento e le sfere di assorbimento vengono inserite prima dell'avvio del reattore. Le sfere di assorbimento sono state riportate nel serbatoio di stoccaggio utilizzando la pressione dell'aria, ma la precisione della misurazione della quantità di sfere di assorbimento caricate nel serbatoio era bassa.
[Soluzione] L'altezza del livello delle sfere di assorbimento nel serbatoio di stoccaggio delle sfere viene misurata facendo corrispondere l'altezza del livello delle sfere di assorbimento nel serbatoio di stoccaggio delle sfere all'altezza del livello delle sfere di assorbimento nell'apertura di caduta delle sfere e alle sfere di assorbimento nel serbatoio vengono misurati. In base all'altezza del livello della sfera, determinare l'altezza del livello della sfera assorbente all'interno dell'apertura di caduta della sfera.
EFFETTI VANTAGGIOSI DELL'INVENZIONE Aumentando la sensibilità della misurazione del livello preimpostato del serbatoio di stoccaggio della sfera assorbente, viene migliorata la precisione di misurazione del carico della sfera assorbente nel serbatoio di stoccaggio e viene migliorata anche la precisione di misurazione dell'altezza del livello dell'orifizio di caduta della sfera assorbente. migliorato.

CN114582538A

XNUMX.Sommario

　Sebbene lo sviluppo in Giappone sia iniziato sin dalle fasi iniziali, le richieste di brevetto hanno raggiunto il picco a metà degli anni 2000 e attualmente non ce ne sono molte. D’altro canto, tra i paesi stranieri, la Cina mostra un alto livello di interesse per questa tecnologia e il numero di applicazioni recenti è aumentato rapidamente. In risposta a tali mosse da parte di paesi stranieri, in particolare della Cina, le tendenze future saranno attentamente osservate per vedere se le richieste di brevetti del Giappone aumenteranno, supportate da studi sulla tecnologia da parte del Ministero dell'Economia, del Commercio e dell'Industria.

Investigazione Parte 1 Yamashita