XNUMX. XNUMX.Histórico da pesquisa

　Se quisermos alcançar a neutralidade carbónica, não podemos evitar a produção de energia nuclear, que não emite tanto dióxido de carbono como a produção de energia térmica e tem uma capacidade de fornecimento estável. No entanto, após o acidente da Central Nuclear de Fukushima Daiichi em 2011, tornou-se difícil aumentar o número de grandes reactores de água leve.
　Nestas circunstâncias, em Julho de 2022, o Ministério da Economia, Comércio e Indústria começou a considerar a criação de um roteiro para o desenvolvimento de centrais nucleares de próxima geração, como reactores a gás de alta temperatura (HTGR), que se diz terem um elevado nível de energia. de segurança. notícias foram vistas^{※ 1}. A Mitsubishi Heavy Industries anunciou que produzirá hidrogênio em massa usando um reator de gás de alta temperatura (HTGR) em abril de 2022.^{※ 2}Em julho de 2023, foi selecionada como empresa principal para o desenvolvimento de um reator de demonstração de reator a gás de alta temperatura promovido pelo Ministério da Economia, Comércio e Indústria.^{※ 3}, tendências positivas podem ser observadas. Conforme descrito acima, os fornos a gás de alta temperatura estão atualmente atraindo a atenção.
　Além disso, no Reino Unido, o governo está a fornecer aproximadamente 250 mil milhões de ienes em subsídios para o desenvolvimento de reactores nucleares da próxima geração, incluindo reactores a gás de alta temperatura; nos EUA, uma empresa iniciante, a X-energy, desenvolveu um sistema de alta -reator de gás de alta temperatura, que o governo apoia totalmente; No entanto, os reatores de gás de alta temperatura estão atraindo a atenção em todo o mundo, com um reator de demonstração atingindo a criticidade pela primeira vez em 2021.^{※ 4}.
　Portanto, investigamos tendências em pedidos de patentes relacionados a fornos a gás de alta temperatura.

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

XNUMXVisão geral técnica

　Um reator a gás de alta temperatura é um reator nuclear que utiliza materiais cerâmicos, principalmente grafite, como principal componente do núcleo do reator, e utiliza gás hélio como refrigerante para extrair o calor gerado pela fissão nuclear.
　A temperatura que pode ser extraída de um reator de água leve é ​​limitada a cerca de 300°C, mas usando materiais cerâmicos com excelente resistência ao calor, é possível extrair calor de cerca de 1000°C. É possível obter eficiência de geração de energia superior a %.^{※ 5}.

*5:Do site da Agência de Energia Atômica do Japão (JAEA)

XNUMX. XNUMX.Estratégia de pesquisa (visão geral)

　Nessa pesquisa, uma população de patentes foi criada com a seguinte estratégia de pesquisa.

- Para compreender não apenas as tendências nacionais, mas também as tendências internacionais, visamos aplicações japonesas e aplicações estrangeiras (EUA, EP, DE, FR, GB, CN, KR, WO).
・No IPC (Classificação Internacional de Patentes) "G21", da perspectiva da física nuclear e da engenharia nuclear, defina o intervalo de pesquisa como "Resumo + Reivindicações + Título da Invenção" e pesquise palavras-chave para "Reator de Gás de Alta Temperatura" com sinônimos como "HTGR" A população foi criada multiplicando-se pelos seguintes números (Japão: 309 inscrições, estrangeiro: 701 inscrições).
- Foi feita a classificação dos IPCs na população acima, e as seguintes classificações foram atribuídas com base nos 10 principais IPCs, que foram utilizadas como eixos de classificação técnica.

・Sistema de combustível do reator (G21C19, G21C3)
・・原子炉構造系　（G21C1、G21C13、G21C21、G21C9、G21D1、G21D5）
・・Sistema de refrigeração (G21C15)
・Sistema de controle do reator (G21C17, G21C7, G21D3)

<Classificação das patentes utilizadas>

○G21C 19/00 Disposições para processamento, manuseio ou facilitação do manuseio de combustível ou outros materiais usados ​​dentro de um reator nuclear, por exemplo, dentro de seu vaso de pressão [2]
○G21C 3/00 Elementos combustíveis do reator ou seus conjuntos; Materiais combustíveis do reator
○G21C 1/00 ​​​​Tipo de reator
○G21C 13/00 Vasos de pressão; Vasos de contenção; Armazenamento geral
○G21C 21/00 Equipamentos ou métodos usados ​​especificamente para a fabricação de reatores nucleares ou suas peças
○G21C 9/00 Configuração para proteção de emergência estruturalmente relacionada ao reator nuclear (configuração para resfriamento de emergência G21C15/18)
○G21D 1/00 ​​Estrutura detalhada da usina nuclear (controle G21D3/00)
○G21D 5/00 Configuração de um reator nuclear e motor de potência que converte o calor gerado em um reator nuclear em energia mecânica
○G21C 15/00 Sistema de resfriamento em vaso de pressão com núcleo de reator; seleção de refrigerante específico
○G21C 17/00 Monitoramento; Testes
○G21C 7/00 Controle de reações nucleares [2006.01]
○G21D 3/00 Controle de usina nuclear (controle de reações nucleares G21C7/00)

XNUMX -Tendências de aplicativos

4.1 Tendências gerais de aplicação

　Primeiro, vejamos as tendências no número de aplicativos. Primeiro, vejamos as tendências de aplicação no Japão.

　Uma tecnologia que vem sendo pesquisada há muito tempo, com aplicações depositadas desde o início da década de 1970.Pode-se ver que sim. Também,Rápido aumento no número de pedidos em 2004-2005pode ser visto. Isso é de 2004No Conselho da Indústria de Energia Atômica do Japão, ``Recomendações sobre o desenvolvimento prático de reatores a gás de alta temperatura''* foram feitas, e o reator a gás de alta temperatura está posicionado como um reator nuclear que deve ser colocado em uso prático, e desenvolvimentos específicos devem ser promovidos urgentemente.Especula-se que também tenha relação com o fato de ter havido um movimento para fazer recomendações ao governo.ser feito. mas,Depois disso, o número de inscrições diminuiu significativamente.No entanto, não houve sinais de aumento nos últimos anos.
　A seguir, vamos dar uma olhada nas tendências em aplicações estrangeiras.

　Semelhante ao JP, os pedidos começaram a ser apresentados no início da década de 1970, e o número de pedidos começou a aumentar em 2004. Em aplicações estrangeirasContinuou a aumentar lentamente desde 2004 e aumentará rapidamente em 2021.estão fazendo. Estima-se que o número continuará a aumentar no futuro.

　A seguir, veremos as classificações dos principais candidatos. Primeiro, vejamos os candidatos japoneses.

　produzir combustível nuclearA indústria de combustível nuclear tem o maior número de aplicaçõesEstamos fazendo muito trabalho, como fabricar o próprio reator nuclear.Toshiba, Mitsubishi Heavy Industries, Japão Pesquisa e Desenvolvimento em Energia Atômicasegue no ranking. A Hochtemperatur Reaktorbau, a única candidata estrangeira no topo da classificação, é uma empresa que já esteve envolvida na produção do THTR-300 (operado de 1987 a 1989), que foi colocado em uso prático na Alemanha. antigo por volta de 1980.
　A seguir, vejamos os candidatos estrangeiros.

　Candidatos chineses ocupam o topoing. Em particular, o mais frequentemente aplicadoUNI TSINGHUA (Universidade de Tsinghua) está usando um reator de gás de alta temperatura pesquisado e desenvolvido de forma independente pelo Instituto de Pesquisa de Tecnologia Nuclear e de Novas Energias da Universidade de Tsinghua no Projeto Modelo de Reator de Gás de Alta Temperatura da Baía de Huaneng Shidao.Em dezembro de 2021, o forno a gás de alta temperatura será conectado à rede elétrica e terá início a geração de energia.^{※ 6}. A Universidade de Tsinghua provavelmente continuará a aumentar o número de inscrições, por isso será monitorada de perto.

*6:Do Portal Científico JST China

　A seguir, veremos o número de aplicações e as tendências do número de aplicações no eixo de classificação de tecnologia. Primeiro, vamos olhar para o Japão.

　A maioria das aplicações foi para “sistema de estrutura de reator nuclear”, seguido por “sistema de combustível de reator nuclear”. O reator a gás de alta temperatura desta tecnologia utiliza gás hélio como refrigerante, o que é uma diferença técnica em relação aos reatores convencionais de água leve.Atualmente não existem muitas aplicações para aplicações "baseadas em refrigerante"..

　Quanto às tendências na classificação tecnológica, os “Sistemas Estruturais de Reatores Nucleares” tiveram seu primeiro aumento entre o final da década de 1970 e o início da década de 1980, e os “Sistemas de Combustível de Reatores Nucleares” seguiram o exemplo com um ligeiro aumento. As aplicações atingiram o pico por volta de 2004 tanto para “sistema de estrutura de reator nuclear” quanto para “sistema de combustível de reator nuclear”.
　Por outro lado, o número de aplicações para "sistemas de refrigeração" continuou a ser elevado desde o final da década de 1970 até ao início da década de 1980, mas o número de aplicações tem sido escasso desde o início da década de 2000, talvez porque o desenvolvimento se acalmou. ``Sistemas de controle de reatores'' é a última fase de desenvolvimento e as aplicações atingiram o pico em 1989.
　A seguir, vejamos os países estrangeiros.

　Uma tendência semelhante também é observada em outros países, sendo os “sistemas estruturais de reatores nucleares” os mais comuns, seguidos pelos “sistemas de combustível de reatores”.

　As tendências na classificação de tecnologia em países estrangeiros mostram uma diferença em relação ao Japão, com menos aplicações entre os anos 1970 e 2000. Por volta de 2001, o número de pedidos começou a aumentar.As inscrições para todas as classificações técnicas têm aumentado desde cerca de 2018.Você pode ver isso se tornando.

4.2 Tendências de aplicativos nas 3 primeiras classificações

　Vamos dar uma olhada nas tendências dos três primeiros candidatos nas classificações do Japão e de países estrangeiros.
　Primeiro, vamos dar uma olhada nas tendências de inscrição dos três principais candidatos no Japão.

　As empresas têm apresentado pedidos desde o final da década de 1970. A Mitsubishi Heavy Industries começou a apresentar pedidos ativamente no início da década de 1980, a Toshiba cresceu rapidamente no final da década de 1980 e, por volta de 2004, a indústria de combustível nuclear aumentou subitamente as suas aplicações.

　Observando as tendências na classificação de tecnologia, encontramos diferenças entre as empresas. A indústria de combustível nuclear concentra-se em “sistemas de combustível de reator” e “sistemas de estrutura de reator”, enquanto a Toshiba parece ter entrado com muitos pedidos de “sistemas de controle de reator”, e a Mitsubishi Heavy Industries entrou com muitos pedidos de “sistemas de estrutura de reator”.

　A seguir, vamos dar uma olhada nas tendências de inscrição dos três principais candidatos estrangeiros.

　Onde você pode ver o aplicativo mais cedo?Inscrição contínua na UNI TSINGHUA (Universidade de Tsinghua) desde a inscrição em 2002pode ser visto. Em particular, o número de pedidos aumentou rapidamente desde cerca de 2011, e a dinâmica tem sido visível até recentemente. Por outro lado, XIAN THERMAL POWER RES INST e HUANENG SHANDONG SHIDAOBAY NUCLEAR POWER têm o China Huaneng Group, o maior grupo independente de geração de energia na China, como principal acionista, e tem havido uma tendência semelhante em que o número de aplicações aumentou aumentou rapidamente desde 2020. Pode ser visto.

　Em termos de tendências de classificação de tecnologia estrangeira,A Universidade de Tsinghua se aplica em uma ampla variedade de camposIsso mostra que a empresa está focada na tecnologia de reatores a gás de alta temperatura em geral. XIAN THERMAL POWER RES INST entrou com muitos pedidos de "sistema de estrutura de reator" e "sistema de controle de reator", enquanto HUANENG SHANDONG SHIDAOBAY NUCLEAR POWER entrou com muitos pedidos de "sistema de controle de reator".

5. Introdução de aplicativos relacionados

・Fuji Electric Co., Ltd.

　A Fuji Electric está colaborando com a Agência Japonesa de Energia Atômica para conduzir o projeto principal e análises de segurança para o primeiro reator de pesquisa e teste de engenharia de alta temperatura do Japão, HTTR.^{※ 7}, visto que está classificado em 4º lugar na classificação acima, portanto, as tendências futuras serão observadas de perto. Vi os aplicativos mais recentes e irei apresentá-los aqui.

*7:Da Fuji Electric HP

○Publicação não publicada 2020-197468　
"Sistema de forno a gás de alta temperatura e sistema de armazenamento de calor"

[Problema] Para tornar possível responder às mudanças na carga necessária, mantendo a saída do reator constante, e para eliminar a necessidade de antecipar a intrusão de água no reator.
[Solução] Um sistema de reator de gás de alta temperatura (1) inclui um reator de gás de alta temperatura (10) que aquece o núcleo do reator pela passagem de gás hélio (HG) e um material de armazenamento de calor (10) que é aquecido com o hélio gás aquecido no reator de gás de alta temperatura (HS) e uma seção de carga (30) que gera e produz vapor usando material de armazenamento de calor aquecido pelo sistema de armazenamento de calor. Ajustando a quantidade de material de armazenamento de calor fornecido pelo sistema de armazenamento de calor para a seção de carga, é possível extrair energia de vapor de acordo com a produção necessária da seção de carga.
[Efeitos da Invenção] Embora mantendo constante a saída do reator nuclear, é possível responder a mudanças na saída exigida da seção de carga. Além disso, é possível evitar a troca direta de calor entre o refrigerante primário do reator e o vapor (água) na seção de carga, eliminando a necessidade de entrada de água no reator e melhorando a segurança.

JP 2020-197468

・UNI TSINGHUA (Universidade de Tsinghua)

　Como a Universidade de Tsinghua tem o maior número de aplicações e está intimamente relacionada ao reator de gás de alta temperatura que foi colocado em uso prático, apresentaremos duas das aplicações mais recentes.

○CN112361866A　　
“Trocador de calor intermediário para reator resfriado a gás de alta temperatura”

[Problema] Ocorrem altas temperaturas de operação, o que não apenas reduz significativamente a resistência à fratura transitória em alta temperatura do material, mas também reduz significativamente as propriedades de fluência e fadiga. , o tipo estrutural do trocador de calor também precisa ser especialmente projetado.
SOLUÇÃO: Um trocador de calor intermediário ou trocador de calor intermediário para um reator resfriado a gás quente composto por um invólucro (110), um cilindro central (120), um conjunto trocador de calor (130), uma camada de isolamento primário (140) e um ventilador (M).Um ventilador (M) é incorporado ao alojamento (110) e disposto para fornecer meio primário frio do conjunto de troca de calor (130) em direção à saída de meio primário (115).
[Efeitos da Invenção] A primeira extremidade do cilindro central, que está sujeita à maior tensão, tem uma temperatura tão baixa quanto possível, tornando possível evitar a deformação por alta temperatura e a falha por fadiga. Além disso, é possível realizar um projeto integrado do trocador de calor intermediário, reduzir o risco de falha reduzindo o número de conexões de tubulação e simplificar a instalação e substituição do trocador de calor intermediário.

CN112361866A

○CN114582538A　　
“Tanque de armazenamento de bola de absorção de reator resfriado a gás de alta temperatura”

[Problema] Em um reator de gás de alta temperatura que utiliza bolas de absorção que absorvem nêutrons liberados quando ocorrem reações de fissão nuclear e servem como alternativa às hastes de controle, as bolas de absorção são injetadas quando o reator é desligado e as bolas de absorção são inseridas antes da partida do reator. As esferas de absorção foram devolvidas ao tanque de armazenamento usando pressão de ar, mas a precisão da medição da quantidade de esferas de absorção carregadas no tanque foi baixa.
[Solução] A altura do nível das bolas de absorção no tanque de armazenamento de bolas é medida fazendo com que a altura do nível das bolas de absorção no tanque de armazenamento de bolas corresponda à altura do nível das bolas de absorção na abertura de queda da bola, e as bolas de absorção no tanque são medidos. Com base na altura do nível da bola, determine a altura do nível da bola absorvente dentro da abertura de queda da bola.
EFEITOS VANTAGENS DA INVENÇÃO Ao aumentar a sensibilidade da medição de nível predefinida do tanque de armazenamento de esfera absorvente, a precisão de medição da carga da esfera absorvedora no tanque de armazenamento é melhorada, e a precisão de medição da altura do nível do orifício de queda da esfera absorvente também é melhorada. melhorou.

CN114582538A

XNUMXResumo

　Embora o desenvolvimento estivesse em andamento no Japão desde o início, os pedidos de patentes atingiram o pico em meados da década de 2000 e atualmente não há muitos pedidos. Por outro lado, entre os países estrangeiros, a China tem um elevado nível de interesse na tecnologia e o número de aplicações recentes aumentou rapidamente. Em resposta a tais movimentos de países estrangeiros, especialmente da China, as tendências futuras serão observadas de perto para ver se os pedidos de patentes do Japão aumentarão, apoiados por estudos sobre a tecnologia realizados pelo Ministério da Economia, Comércio e Indústria.

Investigação Parte 1 Yamashita