XNUMX.조사 배경

　탄소 중립을 실현하려고 했을 경우, 이산화탄소의 배출량이 화력 발전만큼은 많지 않고, 안정된 공급력을 가지는 원자력 발전을 피해서 통과할 수 없다. 그러나 2011년 후쿠시마 제XNUMX 원자력발전소의 사고를 받고 대형 경수로를 늘리는 것은 어려워진 현상이 있다.
　이러한 상황 속에서 2022년 7월 경제산업성이 높은 안전성을 가진 것으로 여겨지는 고온가스로(HTGR) 등 차세대 원자력발전소 개발에 관한 행정표를 작성하는 검토에 들어갔다고 뉴스를 보았다.^{※ 1}. 미쓰비시 중공업에서는 2022 년 4 월 고온 가스로 (HTGR)를 사용하여 수소를 대량 생산한다고 발표^{※ 2}, 2023년 7월에는 경제산업성이 추진하는 고온가스로 실증로 개발의 핵심기업으로 선정되는 등^{※ 3}, 적극적인 동향을 볼 수 있습니다. 이와 같이 고온가스로는 현재 주목의 기술이 되고 있다.
　또한 영국에서는 고온가스로를 포함한 차세대 원자로 개발에 대해 정부가 약 250억엔의 보조를 실시하고, 미국에서는 스타트업 기업 X-energy가 고온가스로를 개발하고 그것을 정부가 전면 지원해 중국 그렇지만 실증로가 2021년에 초임계하는 등, 세계에서도 고온 가스로는 주목받고 있다^{※ 4}.
　그래서 고온가스로에 관한 특허출원 동향을 조사했다.

※ 1 :닛케이 신문에서
※ 2 :미쓰비시 중공 HP에서
※ 3 :미쓰비시 중공 HP에서
※ 4 :닛케이 신문에서

XNUMX.기술 개요

　고온가스로는 노심의 주된 구성재에 흑연을 중심으로 한 세라믹 재료를 이용하여 핵분열로 발생한 열을 밖으로 꺼내기 위한 냉각재로 헬륨가스를 이용한 원자로.
　경수로의 원자로에서 꺼낼 수 있는 온도가 300℃ 정도로 제한되는 반면, 내열성이 뛰어난 세라믹 재료의 사용에 의해 1000℃ 정도의 열을 꺼낼 수 있기 때문에 가스 터빈 발전 방식을 채용하여 45 % 이상의 발전 효율을 얻을 수 있다^{※ 5}.

※ 5 :국립연구개발법인 일본원자력 연구개발기구(JAEA) HP에서

XNUMX.조사 전략 (요약)

　본 연구에서는 다음과 같은 조사 전략하에 특허 모집단을 창조했다.

・국내의 동향뿐만 아니라 국외의 동향도 파악하기 위해 일본국 출원 및 외국(US, EP, DE, FR, GB, CN, KR, WO)을 대상으로 했다.
・핵물리 및 핵공학을 관점으로 한 IPC(국제특허분류) 「G21」에, 검색범위를 「요약+청구범위+발명의 명칭」으로 하여 「고온가스로」의 키워드를 「HTGR」등의 종류 도 사용하여 곱한 것을 모집단으로 했다(출원단위로서 JP:309건, 외국:701건).
・상기 모집단 내의 IPC의 랭킹을 취해, 톱 10의 IPC를 참고로 하기와 같은 분류 부여를 실시해, 기술 분류축으로 했다.

·· 원자로 연료계 (G21C19, G21C3)
・・原子炉構造系　（G21C1、G21C13、G21C21、G21C9、G21D1、G21D5）
・・냉각재계 (G21C15)
·· 원자로 제어계 (G21C17, G21C7, G21D3)

<사용 특허 분류>

○ G21C 19/00 원자로 내, 예. 그 압력 용기 내에서 사용되는 연료 또는 기타 물자의 처리, 취급 또는 취급을 용이하게하기위한 구성 [2]
○ G21C 3/00 원자로 연료 요소 또는 그 집합체; 원자로 연료용 물질
○G21C 1/00 ​​원자로의 종류
○G21C 13/00 압력 용기; 격납 용기; 격납 일반
○ G21C 21/00 원자로 또는 그 부분품의 제조에 특히 사용되는 장치 또는 방법
○G21C 9/00 원자로와 구조상 관련하는 긴급 방호를 위한 구성(긴급 냉각을 위한 구성 G21C15/18)
○G21D 1/00 ​​원자력 플랜트의 세부 구조(제어 G21D3/00)
○ G21D 5/00 원자로에서 발생한 열을 기계적 에너지로 변환하는 원자로 및 동력기관의 구성
○G21C 15/00 노심을 가지는 압력용기 내의 냉각계;특정 냉각재의 선택
○G21C 17/00 감시; 시험
○G21C 7/00 원자핵반응의 제어[2006.01]
○ G21D 3/00 원자력 플랜트의 제어 (원자핵 반응의 제어 G21C7/00)

XNUMX.출원 동향

4.1 전체 출원 동향

　우선은 출원건수의 추이를 살펴본다. 먼저 일본의 출원 추이를 살펴본다.

　1970년대 초반부터 출원을 볼 수 있어 옛부터 연구되고 있는 기술라는 것을 알 수 있습니다. 또한,2004-2005년 출원건수 급증을 볼 수 있다. 이것은 2004 년일본 원자력 산업 회의에서, 「고온 가스로의 실용화 개발에 관한 제언」국가에 권고하는 움직임이 있었던 것도 관련이 있다고 추측된다. 그러나그 후의 출원건수는 크게 감소하고 있으며, 최근에도 증가의 조짐은 보이지 않았다.
　이어 외국의 출원 추이를 살펴본다.

　1970년대 초반부터 출원이 보이고 출원건수가 늘어나기 시작한 것이 2004년이라는 것은 JP와 같다. 외국 출원에서는2004년 이후에도 완만한 증가를 계속하고 있으며, 2021년에는 급증하고있다. 앞으로도 증가세에 있다고 추찰된다.

　다음으로 출원인 랭킹의 상위를 봐 간다. 우선은 일본의 출원인을 봐 간다.

　원자연료 제조원자연료공업이 가장 많은 출원그리고 원자로 자체를 제조하는 것과 같은도시바, 미쓰비시 중공업, 일본 원자력 연구 개발가 순위에 이어있다. 또한 유일하게 상위에 본 외국 출원인 호호템페라톨 레아크토르바우(Hochtemperatur Reaktorbau)는 한때 독일에서 실용화된 THTR-300(1987-1989년에 가동)의 제조에 관여한 기업이며, 그 출원은 1980년 전후로 낡은 출원이 보여지고 있다.
　이어 외국 출원인을 살펴본다.

　중국 국적 출원인이 상위를 차지있습니다. 특히 가장 많이 출원한UNI TSINGHUA(청화대학)는 화능석도만 고온가스로 모델 프로젝트에서 청화대학의 원자력·신에너지기술연구원이 독자적으로 연구개발한 고온가스로를 사용2021년 12월에는 그 고온 가스로를 전력망에 접속하여 발전을 개시시키고 있다^{※ 6}. 청화대학은 앞으로도 출원수를 늘려갈 가능성이 있어 주시된다.

※ 6 :JST Science Portal China에서

　다음으로, 기술분류축의 출원건수 및 출원건수 추이를 살펴본다. 우선은 일본을 살펴본다.

　「원자로 구조계」의 출원이 가장 많고, 다음에 「원자로 연료계」가 많이 보여지고 있다. 당해 기술의 고온 가스로는, 냉각재에 헬륨 가스를 이용하는 점이 종래의 경수로와의 기술적 차이가 되지만,「냉각재계」는 현재로서는 그다지 많은 출원이 보이지 않는다.

　기술분류의 추이로는 '원자로 구조계'가 1970년대 후반부터 1980년대 전반에 걸쳐 제2004의 고조를 볼 수 있고, '원자로 연료계'도 거기에 추종하는 형태로 가벼운 고조가 보인다. 「원자로 구조계」 「원자로 연료계」 모두 XNUMX년경에 출원의 피크가 보여지고 있다.
　한편 '냉각재계'도 1970년대 후반부터 1980년대 초반에 다소 출원이 계속되어 많이 보이지만, 2000년대에 들어가면 개발이 진정된지 출원건수는 드물다. 「원자로 제어계」는 개발 페이즈로서 마지막 쪽이 되는 것도 있어, 1989년에 출원의 피크를 볼 수 있다.
　이어 외국을 살펴본다.

　외국도 일본과 같은 경향을 보이며 '원자로 구조계', 이어 '원자로 연료계'가 많이 보이고 있다.

　외국의 기술분류의 추이는 1970년대~2000년에는 출원이 적고 일본과의 차이가 보인다. 2001년경부터 출원이 늘어나기 시작하여어느 기술 분류도 2018년경부터 출원이 번성되어 있는 모습을 볼 수 있다.

4.2 랭킹 TOP3의 출원 동향

　일본과 외국 각각의 랭킹에 있어서의 상위 3출원인의 동향을 보고 싶다.
　우선은 일본의 상위 3 출원인의 출원 추이를 살펴본다.

　각사 1970년대 후반부터 출원이 보이고 있다. 1980년대 전반부터 미쓰비시중공업이 활발히 출원하기 시작했고, 1980년대 후반에 도시바가 급증하고 2004년경에 원자연료공업이 단번에 출원을 늘린다는 흐름을 볼 수 있다.

　기술분류의 경향을 살펴보면 각사의 차이가 보였다. 원자연료공업은 「원자로연료계」 및 「원자로구조계」에 주력하고, 도시바는 「원자로제어계」, 미쓰비시중공업은 「원자로구조계」에 많이 출원하고 있는 모습을 볼 수 있다.

　이어 외국 상위 3개 출원인의 출원 추이를 살펴본다.

　가장 빨리 출원을 볼 수 있는 것은UNI TSINGHUA(청화대학)에서 2002년 출원 이후 지속적인 출원을 볼 수 있다. 특히 2011년경부터 출원수가 급증해 최근까지 그 기세를 볼 수 있다. 한편 XIAN THERMAL POWER RES INST 및 HUANENG SHANDONG SHIDAOBAY NUCLEAR POWER는 모두 중국 최대의 독립 발전 그룹인 중국 화능 집단이 대주주가 되어 최근 2020년 이후 출원이 급증한다는 유사한 동향이 보인다.

　외국의 기술분류 추세에서는청화대학이 폭넓은 분야에서 출원하고 있는 모습이 보여 고온가스로 기술 전반에 주력하고 있는 것을 알 수 있다. XIAN THERMAL POWER RES INST는 '원자로 구조계'와 '원자로 제어계'에 많이 출원하고, HUANENG SHANDONG SHIDAOBAY NUCLEAR POWER는 '원자로 제어계'에 많이 출원하고 있다.

5. 관련 출원 소개

・후지 전기 주식회사

　후지 전기는 일본 원자력 연구 개발 기구에 협력해 일본에서 최초의 고온 공학 시험 연구로 「HTTR」의 노심 설계, 안전 해석 등을 실시하고 있습니다^{※ 7}, 상기 랭킹에서도 4위에 보이는 것으로부터 향후의 동향이 주시된다. 최근 출원이 보였으므로 여기서 소개한다.

※ 7 :후지 전기 HP에서

○특개2020-197468　
「고온 가스로 시스템 및 축열 시스템」

원자로 출력을 일정하게 하면서 요구 부하의 변화에 ​​대응할 수 있어 원자로 내로의 물 침입을 상정 불필요하게 할 수 있도록 하는 것.
고온 가스로 시스템(1)은, 노심에 헬륨 가스(HG)를 통과시켜 가열하는 고온 가스로(10)와, 고온 가스로에서 가열된 헬륨 가스로 가열되는 축열재(1) HS)를 저류하는 축열 시스템(20)과, 축열 시스템으로 가열된 축열재로 증기를 발생하여 출력하는 부하부(30)를 구비하고 있다. 축열 시스템으로부터 부하부로의 축열재의 공급량을 조정함으로써, 부하부의 요구 출력에 따른 증기의 에너지를 추출할 수 있다.
원자로의 출력을 일정하게 유지하면서 부하 부에 요구되는 출력 변화에 대응할 수있다. 게다가 원자로의 1차 냉각재와 부하부의 증기(물)의 사이에서 직접 열교환하는 것이 회피 가능해지므로, 원자로 내로의 물 침입을 상정 불필요하게 할 수 있어 안전성을 향상한다 수 있습니다.

특개 2020-197468

・UNI TSINGHUA(청화대학)

　청화대학은 출원건수가 톱이며 실용화된 고온가스로에도 크게 관련되어 있기 때문에 최근 출원 중 2보 소개한다.

○CN112361866A　　
“Intermediate heat exchanger for high-temperature gas cooled reactor”

【과제】 높은 사용 온도가 발생하기 때문에, 재료의 고온 과도 파괴 강도를 현저하게 저하시킬 뿐만 아니라, 크리프 특성이나 피로 특성도 현저하게 저하하게 되어, 내고온 금속 재료를 사용할 필요성에 더하여 , 열교환 기의 구조 형식도 특별히 설계해야합니다.
케이싱(110), 중앙 실린더(120), 열교환기 어셈블리(130), 140차측 단열층(110) 및 팬(M)으로 이루어지는 고온 가스 냉각 반응기를 위한 중간 열교환기 팬 (M)은 하우징 (130)에 통합되고 열교환 조립체 (115)로부터 XNUMX 차측 매체 출구 (XNUMX)를 향하여 차가운 XNUMX 차측 매체를 공급하도록 배치된다.
발명의 효과 가장 큰 응력을받는 중앙 실린더의 제 1 단이 가능한 한 낮은 온도가되어 고온 크리프 및 피로 파괴를 방지 할 수있다. 또한, 중간 열교환기의 일체화 설계를 실현하고, 배관 접속 개소의 삭감에 의한 고장 리스크의 저감, 중간 열교환기의 설치·교환의 간략화를 실현할 수 있다.

CN112361866A

○CN114582538A　　
“High-temperature gas cooled reactor absorption ball storage tank”

원자핵이 핵분열반응을 일으킬 때 방출되는 중성자를 흡수하고 제어봉을 대체하는 역할을 하는 흡수볼을 이용한 고온가스로에서는 원자로정지시에 흡수볼을 투입시켜 원자로 기동전 에 공기압으로 흡수 볼을 저장 탱크로 되돌리고 있지만, 탱크 내의 흡수 볼 적재량의 측정 정밀도가 낮았다.
볼 저장 탱크 내의 흡수 볼의 레벨 높이와 볼 낙하 개구 내의 흡수 볼의 레벨 높이를 대응시켜 볼 저장 탱크 내의 흡수 볼의 레벨 높이를 측정하고, 탱크 내의 흡수 볼의 레벨 높이에 기초하여, 볼 낙하 개구 내의 흡수 볼의 레벨 높이를 구한다.
흡수 볼 저장 탱크의 사전 설정 레벨 측정의 고감도화에 의해, 저장 탱크 내의 흡수체 볼 부하의 측정 정밀도가 향상되고, 흡수체 볼 낙하 오리피스 레벨 높이의 측정 정밀도도 향상된다.

CN114582538A

XNUMX.정리

　일본에서는 조기부터 개발이 이루어지고 있었지만, 특허 출원의 피크는 2000년대 중반이며, 현재는 그다지 출원이 보이지 않았다. 한편, 외국에서는 중국이 당해 기술에 대한 관심이 높고, 최근 출원이 급증하고 있다. 이러한 외국, 특히 중국의 움직임을 받아 경제산업성에 의한 당해 기술의 검토 등도 뒷받침되고, 일본의 특허출원이 증가해 나갈지 향후 동향이 더욱 주시된다.

조사 1부 야마시타