XNUMX. XNUMX.Enquête achtergrond

　Als we koolstofneutraliteit willen bereiken, kunnen we de opwekking van kernenergie niet vermijden. Deze uitstoot niet zoveel kooldioxide als de opwekking van thermische energie en heeft een stabiele leveringscapaciteit. Na het ongeluk in de kerncentrale van Fukushima Daiichi in 2011 is het echter moeilijk geworden om het aantal grote lichtwaterreactoren uit te breiden.
　Onder deze omstandigheden begon het ministerie van Economie, Handel en Industrie in juli 2022 te overwegen een routekaart op te stellen voor de ontwikkeling van kerncentrales van de volgende generatie, zoals hogetemperatuurgasreactoren (HTGR’s), die naar verluidt een hoog niveau hebben van veiligheid. Er werd nieuws gezien^{* 1}. Mitsubishi Heavy Industries heeft aangekondigd dat het in april 2022 waterstof massaal gaat produceren met behulp van een hogetemperatuurgasreactor (HTGR).^{* 2}In juli 2023 werd het geselecteerd als kernbedrijf voor de ontwikkeling van een demonstratiereactor voor hogetemperatuurgasreactoren, gepromoot door het Ministerie van Economie, Handel en Industrie.^{* 3}, zijn er positieve trends waarneembaar. Zoals hierboven beschreven, trekken gasovens op hoge temperatuur momenteel de aandacht.
　Bovendien verstrekt de regering in Groot-Brittannië ongeveer 250 miljard yen aan subsidies voor de ontwikkeling van kernreactoren van de volgende generatie, inclusief hogetemperatuurgasreactoren; in de VS heeft een startend bedrijf, X-energy, een hoog rendement ontwikkeld -temperatuur-gasreactor, die de regering volledig steunt; Hoge-temperatuur-gasreactoren trekken echter over de hele wereld de aandacht, waarbij een demonstratiereactor in 2021 voor het eerst kritiek wordt.^{* 4}.
　Daarom hebben we trends onderzocht in patentaanvragen met betrekking tot hogetemperatuurgasovens.

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

XNUMX.Technisch overzicht

　Een hogetemperatuurgasreactor is een kernreactor die keramische materialen, voornamelijk grafiet, gebruikt als het hoofdbestanddeel van de reactorkern, en heliumgas als koelmiddel gebruikt om de warmte te onttrekken die wordt gegenereerd door kernsplijting.
　De temperatuur die uit een lichtwaterreactor kan worden gehaald is beperkt tot ongeveer 300℃, maar door gebruik te maken van keramische materialen met uitstekende hittebestendigheid is het mogelijk om warmte te onttrekken van ongeveer 1000℃. %.^{* 5}.

*5:Van de website van het Japan Atomic Energy Agency (JAEA).

XNUMX. XNUMX.Enquêtestrategie (overzicht)

　Bij deze zoekopdracht is een octrooipopulatie gecreëerd volgens de volgende zoekstrategie.

- Om niet alleen binnenlandse trends, maar ook buitenlandse trends te begrijpen, hebben we ons gericht op Japanse toepassingen en buitenlandse toepassingen (VS, EP, DE, FR, GB, CN, KR, WO).
・In IPC (International Patent Classification) "G21" vanuit het perspectief van kernfysica en kerntechniek stelt u het zoekbereik in op "Abstract + Claims + Title of Invention" en zoekt u naar trefwoorden voor "High Temperature Gas Reactor" met synoniemen zoals "HTGR" De populatie is ontstaan ​​door vermenigvuldiging met de volgende getallen (Japan: 309 aanvragen, buitenlands: 701 aanvragen).
・We hebben de IPC's in de bovenstaande populatie gerangschikt en op basis van de top 10 IPC's hebben we de volgende classificaties toegewezen en gebruikt als technische classificatie-assen.

・Reactorbrandstofsysteem (G21C19, G21C3)
・・原子炉構造系　（G21C1、G21C13、G21C21、G21C9、G21D1、G21D5）
・・Koelsysteem (G21C15)
・Reactorbesturingssysteem (G21C17, G21C7, G21D3)

<Classificatie van gebruikte patenten>

○G21C 19/00 Voorzieningen voor het verwerken, hanteren of vergemakkelijken van het hanteren van brandstof of andere materialen die in een kernreactor worden gebruikt, bijv. in het drukvat ervan [2]
○G21C 3/00 Reactorbrandstofelementen of hun samenstellingen; Reactorbrandstofmaterialen
○G21C 1/00 ​​Soorten reactoren
○G21C 13/00 Drukvaten; Insluitingsvaten; Algemene opslag
○G21C 21/00 Apparatuur of methoden die specifiek worden gebruikt voor de vervaardiging van kernreactoren of onderdelen daarvan
○G21C 9/00 Configuratie voor noodbescherming die structureel verband houdt met kernreactor (configuratie voor noodkoeling G21C15/18)
○G21D 1/00 ​​​​Gedetailleerde structuur van de kerncentrale (controle G21D3/00)
○G21D 5/00 Configuratie van een kernreactor en een krachtmotor die in een kernreactor gegenereerde warmte omzet in mechanische energie
○G21C 15/00 Koelsysteem in drukvat met reactorkern; selectie van specifiek koelmiddel
○G21C 17/00 Bewaken, testen
○G21C 7/00 Beheersing van kernreacties [2006.01]
○G21D 3/00 Controle van kerncentrales (controle van kernreacties G21C7/00)

XNUMX.Toepassingstrends

4.1 Algemene applicatietrends

　Laten we eerst eens kijken naar de trends in het aantal aanvragen. Laten we eerst eens kijken naar de applicatietrends in Japan.

　Een technologie waar al lang onderzoek naar wordt gedaan en waarvan de toepassingen sinds begin jaren zeventig zijn ingediend.Het is te zien dat dit zo is. Ook,Snelle stijging van het aantal aanvragen in 2004-2005kan gezien worden. Deze is uit 2004Op de Japan Atomic Energy Industry CouncilEr zijn aanbevelingen gedaan met betrekking tot de praktische ontwikkeling van hogetemperatuurgasreactoren*, en de hogetemperatuurgasreactor wordt gepositioneerd als een kernreactor die in de praktijk moet worden gebruikt, en specifieke ontwikkelingen moeten dringend worden bevorderd.Er wordt gespeculeerd dat het feit dat er een beweging was om aanbevelingen aan de regering te doen, hier ook verband mee hield.klaar zijn. Maar,Daarna daalde het aantal aanvragen aanzienlijk.De afgelopen jaren is er echter geen sprake van een stijging.
　Laten we vervolgens eens kijken naar de trends in buitenlandse toepassingen.

　Net als bij JP begonnen de aanvragen begin jaren zeventig te worden ingediend, en het aantal aanvragen begon in 1970 toe te nemen. Bij buitenlandse toepassingenDeze is sinds 2004 langzaam blijven stijgen en zal in 2021 snel toenemen.zijn aan het doen. Er wordt geschat dat dit aantal in de toekomst nog verder zal toenemen.

　Vervolgens zullen we kijken naar de ranglijst van de beste kandidaten. Laten we eerst eens kijken naar Japanse aanvragers.

　kernbrandstof producerenDe nucleaire brandstofindustrie kent de meeste toepassingenWe doen veel werk, zoals de productie van de kernreactor zelf.Toshiba, Mitsubishi Heavy Industries, Japan Atoomenergieonderzoek en -ontwikkelingvolgt in de ranglijst. Hochtemperatur Reaktorbau, de enige buitenlandse kandidaat in de topranglijst, is een bedrijf dat ooit betrokken was bij de productie van de THTR-300 (geëxploiteerd van 1987 tot 1989), die in Duitsland in de praktijk werd gebracht. oud rond 1980.
　Laten we vervolgens eens kijken naar buitenlandse aanvragers.

　Chinese kandidaten bezetten de toping. Met name de meest toegepasteUNI TSINGHUA (Tsinghua University) maakt gebruik van een hogetemperatuurgasreactor die onafhankelijk is onderzocht en ontwikkeld door het Nuclear and New Energy Technology Research Institute van Tsinghua University in het Huaneng Shidao Bay High-Temperature Gas Reactor Model Project.In december 2021 wordt de hogetemperatuurgasoven aangesloten op het elektriciteitsnet en begint de elektriciteitsopwekking.^{* 6}. Tsinghua University zal het aantal aanvragen waarschijnlijk blijven vergroten, dus het zal nauwlettend in de gaten worden gehouden.

*6:Van JST Science Portal China

　Vervolgens kijken we naar het aantal toepassingen en de trends in het aantal toepassingen op de technologieclassificatie-as. Laten we eerst eens naar Japan kijken.

　De meeste toepassingen betroffen het ‘structuursysteem voor kernreactoren’, gevolgd door het ‘brandstofsysteem voor kernreactoren’. De hogetemperatuurgasreactor van deze technologie gebruikt heliumgas als koelmiddel, wat een technisch verschil is met conventionele lichtwaterreactoren.Er zijn momenteel niet veel toepassingen voor "koelmiddelgebaseerde" toepassingen..

　Wat de trends in de technologieclassificatie betreft: ‘Kernreactorstructuursystemen’ kenden hun eerste opkomst tussen eind jaren zeventig en begin jaren tachtig, en ‘Nucleaire Reactorbrandstofsystemen’ volgden met een lichte stijging. Het aantal toepassingen bereikte rond 1970 een hoogtepunt voor zowel het "kernreactorstructuursysteem" als het "reactorbrandstofsysteem".
　Aan de andere kant bleef het aantal toepassingen voor "koelmiddelsystemen" hoog van eind jaren zeventig tot begin jaren tachtig, maar het aantal toepassingen is sinds het begin van de jaren 1970 schaars geweest, misschien omdat de ontwikkeling tot rust is gekomen. ‘Reactorbesturingssystemen’ vormen de laatste ontwikkelingsfase en de toepassingen bereikten hun hoogtepunt in 1980.
　Laten we vervolgens naar het buitenland kijken.

　Een soortgelijke trend wordt ook in andere landen waargenomen, waarbij ‘kernreactorstructuursystemen’ de meest voorkomende zijn, gevolgd door ‘reactorbrandstofsystemen’.

　Trends in de technologieclassificatie in het buitenland laten een verschil zien met Japan, met minder toepassingen tussen de jaren zeventig en 1970. Rond 2000 begon het aantal aanvragen toe te nemen.Het aantal aanvragen voor alle technische classificaties is sinds ongeveer 2018 toegenomen.Je ziet het worden.

4.2 Applicatietrends in de top 3 ranglijsten

　Laten we eens kijken naar de trends van de drie beste kandidaten op de ranglijst voor Japan en het buitenland.
　Laten we eerst eens kijken naar de sollicitatietrends van de drie grootste sollicitanten in Japan.

　Sinds eind jaren zeventig dienen bedrijven aanvragen in. Mitsubishi Heavy Industries begon begin jaren tachtig met het actief indienen van aanvragen, Toshiba groeide eind jaren tachtig snel en rond 1970 breidde de nucleaire brandstofindustrie plotseling haar aanvragen uit.

　Kijkend naar de trends in technologieclassificatie, vonden we verschillen tussen bedrijven. De nucleaire brandstofindustrie richt zich op ‘reactorbrandstofsystemen’ en ‘reactorstructuursystemen’, terwijl Toshiba veel aanvragen lijkt te hebben ingediend voor ‘reactorcontrolesystemen’, en Mitsubishi Heavy Industries veel aanvragen heeft ingediend voor ‘reactorstructuursystemen’.

　Laten we vervolgens eens kijken naar de sollicitatietrends van de top drie buitenlandse aanvragers.

　Waar kun je de aanvraag het eerst zien?Continue toepassing bij UNI TSINGHUA (Tsinghua University) sinds aanvraag in 2002kan gezien worden. Met name het aantal aanvragen is sinds circa 2011 snel toegenomen, en dit momentum was tot voor kort zichtbaar. Aan de andere kant hebben XIAN THERMAL POWER RES INST en HUANENG SHANDONG SHIDAOBAY NUCLEAR POWER beide China Huaneng Group, de grootste onafhankelijke energieopwekkingsgroep in China, als hun belangrijkste aandeelhouder, en er is een soortgelijke trend geweest waarbij het aantal aanvragen is gedaald. sinds 2020 snel toegenomen. Te zien.

　Wat de trends in de classificatie van buitenlandse technologie betreft,Tsinghua University is op een breed scala van terreinen van toepassingHieruit blijkt dat het bedrijf zich richt op hogetemperatuurgasreactortechnologie in het algemeen. XIAN THERMAL POWER RES INST heeft veel aanvragen ingediend voor "reactorstructuursysteem" en "reactorcontrolesysteem", terwijl HUANENG SHANDONG SHIDAOBAY NUCLEAR POWER veel aanvragen heeft ingediend voor "reactorcontrolesysteem".

5. Gerelateerde toepassingsintroductie

・Fuji Electric Co., Ltd.

　Fuji Electric werkt samen met het Japan Atomic Energy Agency om kernontwerp- en veiligheidsanalyses uit te voeren voor de eerste Japanse hogetemperatuurtest- en onderzoeksreactor, HTTR.^{* 7}, aangezien het op de vierde plaats staat in de bovenstaande ranglijst, zullen toekomstige trends nauwlettend in de gaten worden gehouden. Ik heb de meest recente toepassingen gezien en zal ze hier voorstellen.

*7:Van Fuji Electric HP

○Niet-gepubliceerde publicatie 2020-197468　
"Hoge temperatuur gasovensysteem en warmteopslagsysteem"

[Probleem] Om het mogelijk te maken om te reageren op veranderingen in de vereiste belasting terwijl het reactorvermogen constant blijft, en om de noodzaak te elimineren om te anticiperen op het binnendringen van water in de reactor.
[Oplossing] Een hogetemperatuurgasreactorsysteem (1) omvat een hogetemperatuurgasreactor (10) die de reactorkern verwarmt door heliumgas (HG) door te laten, en een warmteopslagmateriaal (10) dat wordt verwarmd met het helium gas verwarmd in de hogetemperatuurgasreactor HS) en een laadgedeelte (30) dat stoom genereert en afgeeft met behulp van warmteopslagmateriaal dat wordt verwarmd door het warmteopslagsysteem. Door de hoeveelheid warmteopslagmateriaal aan te passen dat vanuit het warmteopslagsysteem aan het laadgedeelte wordt geleverd, is het mogelijk om stoomenergie te onttrekken in overeenstemming met het vereiste vermogen van het laadgedeelte.
[Effecten van de uitvinding] Terwijl de output van de kernreactor constant wordt gehouden, is het mogelijk om te reageren op veranderingen in de output die van de belastingssectie wordt vereist. Bovendien is het mogelijk om directe warmte-uitwisseling tussen het primaire koelmiddel van de reactor en de stoom (water) in het laadgedeelte te vermijden, waardoor de noodzaak voor water om de reactor binnen te dringen wordt geëlimineerd en de veiligheid wordt verbeterd.

JP 2020-197468

・UNI TSINGHUA (Tsinghua-universiteit)

　Omdat Tsinghua University het hoogste aantal toepassingen kent en nauw verwant is aan de hogetemperatuurgasreactor die in de praktijk is gebracht, introduceren we twee van de meest recente toepassingen.

○CN112361866A　　
“Tussenwarmtewisselaar voor gasgekoelde hogetemperatuurreactor”

[Probleem] Er treden hoge bedrijfstemperaturen op, waardoor niet alleen de tijdelijke breuksterkte van het materiaal bij hoge temperaturen aanzienlijk wordt verminderd, maar ook de kruip- en vermoeiingseigenschappen aanzienlijk worden verminderd. Het structurele type van de warmtewisselaar moet ook speciaal worden ontworpen.
OPLOSSING: Een tussenwarmtewisselaar of tussenwarmtewisselaar voor een heetgasgekoelde reactor bestaande uit een behuizing (110), een centrale cilinder (120), een warmtewisselaarsamenstel (130), een primaire isolatielaag (140) en een ventilator (M) Een ventilator (M) is opgenomen in de behuizing (110) en ingericht om koel primair medium van het warmtewisselaarsamenstel (130) naar de uitlaat (115) van het primaire medium te voeren.
[Effecten van de uitvinding] Het eerste uiteinde van de centrale cilinder, dat aan de grootste spanning wordt onderworpen, heeft een zo laag mogelijke temperatuur, waardoor het mogelijk wordt kruip bij hoge temperaturen en vermoeidheidsbreuken te voorkomen. Bovendien kan het geïntegreerde ontwerp van de tussenwarmtewisselaar worden gerealiseerd, waardoor het risico op falen wordt verminderd door het aantal leidingaansluitingen te verminderen, en de installatie en vervanging van de tussenwarmtewisselaar wordt vereenvoudigd.

CN112361866A

○CN114582538A　　
“Gasgekoelde reactor-absorptiebalopslagtank op hoge temperatuur”

[Probleem] In een gasreactor op hoge temperatuur die absorptieballen gebruikt die neutronen absorberen die vrijkomen bij kernsplijtingsreacties en die dienen als alternatief voor regelstaven, worden de absorptieballen geïnjecteerd wanneer de reactor wordt uitgeschakeld, en worden de absorptieballen ingebracht voordat de reactor opstart.De absorptieballen werden met behulp van luchtdruk teruggestuurd naar de opslagtank, maar de meetnauwkeurigheid van de hoeveelheid absorptieballen die in de tank waren geladen, was laag.
[Oplossing] De niveauhoogte van de absorptieballen in de ballenopslagtank wordt gemeten door de niveauhoogte van de absorptieballen in de ballenopslagtank overeen te laten komen met de niveauhoogte van de absorptieballen in de ballenvalopening en de absorptieballen in de tank worden gemeten. Bepaal op basis van de niveauhoogte van de bal de niveauhoogte van de absorberende bal binnen de valopening van de bal.
VOORDELEN VAN DE UITVINDING Door het vergroten van de gevoeligheid van de vooraf ingestelde niveaumeting van de opslagtank voor absorberende kogels, wordt de meetnauwkeurigheid van de belasting van de absorberkogel in de opslagtank verbeterd, en wordt de meetnauwkeurigheid van de hoogte van de valopening van de absorberkogel ook verbeterd. verbeterd.

CN114582538A

XNUMX.Samenvatting

　Hoewel de ontwikkeling in Japan al in een vroeg stadium aan de gang was, bereikten de octrooiaanvragen halverwege de jaren 2000 hun hoogtepunt, en momenteel zijn er niet veel aanvragen. Aan de andere kant heeft China onder het buitenland een grote belangstelling voor de technologie, en het aantal recente toepassingen is snel toegenomen. Als reactie op dergelijke stappen van het buitenland, vooral China, zullen toekomstige trends nauwlettend in de gaten worden gehouden om te zien of het aantal patentaanvragen in Japan zal toenemen, ondersteund door studies over de technologie door het Ministerie van Economie, Handel en Industrie.

Onderzoek deel 1 Yamashita