XNUMX. XNUMX.Фон обзора

　Если мы хотим достичь углеродной нейтральности, мы не можем избежать производства атомной энергии, которая выбрасывает в атмосферу меньше углекислого газа, чем тепловая энергетика, и имеет стабильную энергетическую мощность. Однако после аварии на АЭС «Фукусима-дайити» в 2011 году стало сложно увеличивать количество крупных легководных реакторов.
　В этих обстоятельствах в июле 2022 года Министерство экономики, торговли и промышленности приступило к рассмотрению вопроса о создании дорожной карты развития атомных электростанций следующего поколения, таких как высокотемпературные газовые реакторы (ВТГР), которые, как утверждается, имеют высокий уровень безопасности. Я видел новости о^{※ 1}. Компания Mitsubishi Heavy Industries объявила, что в апреле 2022 года начнет массово производить водород с использованием высокотемпературного газового реактора (HTGR).^{※ 2}В июле 2023 года она была выбрана основной компанией для разработки демонстрационного реактора высокотемпературного газового реактора при поддержке Министерства экономики, торговли и промышленности.^{※ 3}, можно заметить положительные тенденции. Как описано выше, в настоящее время привлекают внимание высокотемпературные газовые печи.
　Кроме того, в Великобритании правительство выделяет около 250 миллиардов иен в виде субсидий на разработку ядерных реакторов нового поколения, включая высокотемпературные газовые реакторы; в США стартап-компания X-energy разработала -температурный газовый реактор, который правительство полностью поддерживает; однако высокотемпературные газовые реакторы привлекают внимание во всем мире, а демонстрационный реактор впервые достигнет критичности в 2021 году.^{※ 4}.
　Поэтому мы исследовали тенденции патентных заявок, связанных с высокотемпературными газовыми печами.

*1:Из Никкей Симбун
*2:От Mitsubishi Heavy Industries HP
*3:От Mitsubishi Heavy Industries HP
*4:Из Никкей Симбун

XNUMX.Технический обзор

　Высокотемпературный газовый реактор — это ядерный реактор, в котором в качестве основного компонента активной зоны реактора используются керамические материалы, в основном графит, а в качестве теплоносителя для извлечения тепла, выделяемого при ядерном делении, используется газообразный гелий.
　Температура, которую можно извлечь из легководного реактора, ограничена примерно 300 ℃, но при использовании керамических материалов с превосходной термостойкостью можно извлечь тепло около 1000 ℃. Можно получить эффективность выработки электроэнергии более чем %.^{※ 5}.

*5:С сайта Японского агентства по атомной энергии (JAEA)

XNUMX. XNUMX.Стратегия исследования (обзор)

　В этом поиске была создана группа патентов в соответствии со следующей стратегией поиска.

- Чтобы понять не только внутренние, но и зарубежные тенденции, мы ориентировались на японские и зарубежные заявки (США, EP, DE, FR, GB, CN, KR, WO).
・В МПК (Международной патентной классификации) «G21» с точки зрения ядерной физики и ядерной техники установите диапазон поиска «Реферат + формула изобретения + название изобретения» и найдите ключевые слова для «Высокотемпературный газовый реактор» с такими синонимами, как «HTGR» Популяция была создана путем умножения следующих чисел (Япония: 309 заявок, зарубежная: 701 заявка).
・Мы ранжировали МПК в указанной выше совокупности и на основе 10 крупнейших МПК присвоили следующие классификации и использовали их в качестве осей технической классификации.

・Топливная система реактора (G21C19, G21C3)
・・原子炉構造系　（G21C1、G21C13、G21C21、G21C9、G21D1、G21D5）
・・Система охлаждающей жидкости (G21C15)
・Система управления реактором (G21C17, G21C7, G21D3)

<Классификация использованных патентов>

○G21C 19/00 Устройства для обработки, обращения или облегчения обращения с топливом или другими материалами, используемыми внутри ядерного реактора, например, внутри его корпуса под давлением [2]
○G21C 3/00 Топливные элементы реактора или их сборки; Топливные материалы реактора
○G21C 1/00 ​​Тип реактора
○G21C 13/00 Сосуды под давлением; Защитные сосуды; Общее хранение.
○G21C 21/00 Оборудование или методы, используемые специально для производства ядерных реакторов или их частей.
○G21C 9/00 Конфигурация аварийной защиты, конструктивно связанная с ядерным реактором (конфигурация аварийного охлаждения G21C15/18)
○G21D 1/00 ​​Детальная конструкция атомной электростанции (управление G21D3/00)
○G21D 5/00 Конфигурация ядерного реактора и энергетического двигателя, преобразующего тепло, выделяемое в ядерном реакторе, в механическую энергию.
○G21C 15/00 Система охлаждения в корпусе высокого давления с активной зоной реактора, выбор конкретного теплоносителя
○G21C 17/00 Мониторинг, тестирование
○G21C 7/00 Контроль ядерных реакций [2006.01]
○G21D 3/00 Управление атомной станцией (контроль ядерных реакций G21C7/00)

XNUMX.Тенденции применения

4.1 Общие тенденции применения

　Для начала давайте посмотрим на тенденции количества заявок. Во-первых, давайте посмотрим на тенденции применения в Японии.

　Технология, которая исследуется уже давно, а заявки на нее поданы с начала 1970-х годов.Видно, что это так. Также,Быстрый рост количества заявок в 2004-2005 годахможно увидеть. Это с 2004 годаВ Совете атомной энергетики Японии«Даны рекомендации по практическому развитию высокотемпературных газовых реакторов»*, и высокотемпературный газовый реактор позиционируется как ядерный реактор, который должен быть введен в практическое применение, и необходимо срочно продвигать конкретные разработки.Предполагается, что с этим также связан тот факт, что существовало движение за предоставление рекомендаций правительству.быть сделано. но,После этого количество заявок значительно сократилось.Однако в последние годы никаких признаков роста не наблюдалось.
　Далее давайте посмотрим на тенденции зарубежных приложений.

　Как и в случае с JP, заявки начали подавать в начале 1970-х годов, а количество заявок начало увеличиваться в 2004 году. В зарубежных приложенияхОн продолжал медленно расти с 2004 года и будет быстро увеличиваться в 2021 году.делаем. Предполагается, что в будущем их число будет продолжать расти.

　Далее мы рассмотрим рейтинг лучших кандидатов. Во-первых, давайте посмотрим на японских претендентов.

　производить ядерное топливоЯдерная топливная промышленность имеет наибольшее применениеМы делаем большую работу, например, изготавливаем сам ядерный реактор.Toshiba, Mitsubishi Heavy Industries, Японские исследования и разработки в области атомной энергииследует в рейтинге. Hochtemperatur Reaktorbau, единственный иностранный заявитель в топе рейтинга, - это компания, которая когда-то участвовала в производстве THTR-300 (эксплуатировалась с 1987 по 1989 год), которая была введена в практическое применение в Германии. возраст примерно 1980 года.
　Далее посмотрим на иностранных абитуриентов.

　Китайские абитуриенты занимают первое местоинж. В частности, наиболее часто применяемыеUNI TSINGHUA (Университет Цинхуа) использует высокотемпературный газовый реактор, независимо исследованный и разработанный Научно-исследовательским институтом ядерных и новых энергетических технологий Университета Цинхуа в модельном проекте высокотемпературного газового реактора в заливе Хуанэн Шидао.В декабре 2021 года высокотемпературная газовая печь будет подключена к электросети и начнется выработка электроэнергии.^{※ 6}. Университет Цинхуа, скорее всего, продолжит увеличивать количество заявок, поэтому за ним будут внимательно следить.

*6:С научного портала JST в Китае

　Далее мы рассмотрим количество приложений и тенденции количества приложений на оси классификации технологий. Для начала давайте посмотрим на Японию.

　Наибольшее количество заявок приходилось на «систему конструкции ядерного реактора», за которой следовала «топливная система ядерного реактора». В высокотемпературном газовом реакторе этой технологии в качестве теплоносителя используется газообразный гелий, что является техническим отличием от обычных легководных реакторов.В настоящее время существует не так много применений для применений, основанных на охлаждающей жидкости..

　Что касается тенденций в классификации технологий, то «Системы структурных конструкций ядерных реакторов» впервые увидели свой подъем в конце 1970-х - начале 1980-х годов, а «Топливные системы ядерных реакторов» последовали этому примеру с небольшим ростом. Пик применения как «структурной системы ядерного реактора», так и «топливной системы ядерного реактора» пришелся на 2004 год.
　С другой стороны, количество применений «систем охлаждающей жидкости» продолжало быть высоким с конца 1970-х до начала 1980-х годов, но с начала 2000-х годов количество применений было редким, возможно, потому, что развитие затихло. «Системы управления реактором» — это последняя фаза разработки, а пик применения пришелся на 1989 год.
　Далее посмотрим на зарубежные страны.

　Аналогичная тенденция наблюдается и в других странах: наиболее распространенными являются «системы структурных конструкций ядерных реакторов», за которыми следуют «системы топлива реакторов».

　Тенденции в классификации технологий в зарубежных странах демонстрируют отличие от Японии, где с 1970-х по 2000 годы применялось меньше технологий. Примерно в 2001 году количество заявок начало увеличиваться.Примерно с 2018 года количество заявок на все технические классификации растет.Вы можете видеть, как это становится.

4.2 Тенденции применения в топ-3 рейтинга

　Давайте посмотрим на тенденции тройки лучших претендентов в японских и зарубежных рейтингах.
　Во-первых, давайте посмотрим на тенденции подачи заявок трех крупнейших претендентов в Японии.

　Компании подают заявки с конца 1970-х годов. Mitsubishi Heavy Industries начала активно подавать заявки в начале 1980-х годов, Toshiba быстро росла в конце 1980-х годов, а примерно в 2004 году индустрия ядерного топлива внезапно увеличила количество заявок.

　Глядя на тенденции в классификации технологий, мы обнаружили различия между компаниями. Промышленность ядерного топлива фокусируется на «топливных системах реактора» и «системах структур реактора», в то время как Toshiba, судя по всему, подала множество заявок на «системы управления реактором», а Mitsubishi Heavy Industries подала множество заявок на «системы структур реактора».

　Далее давайте посмотрим на тенденции подачи заявок трех крупнейших иностранных заявителей.

　Где можно увидеть приложение раньше всего?Непрерывное заявление в UNI TSINGHUA (Университет Цинхуа) с момента подачи заявления в 2002 году.можно увидеть. В частности, количество заявок быстро росло примерно с 2011 года, и эта динамика была заметна до недавнего времени. С другой стороны, XIAN THERMAL POWER RES INST и HUANENG SHANDONG SHIDAOBAY NUCLEAR POWER имеют в качестве основного акционера China Huaneng Group, крупнейшую независимую энергетическую группу в Китае, и наблюдается аналогичная тенденция: количество заявок увеличивается. с 2020 года быстро рос. Видно.

　Что касается тенденций классификации зарубежных технологий,Университет Цинхуа применяется в широком спектре областейЭто показывает, что компания в целом фокусируется на технологии высокотемпературных газовых реакторов. Компания XIAN THERMAL POWER RES INST подала множество заявок на «систему конструкции реактора» и «систему управления реактором», а компания HUANENG SHANDONG SHIDAOBAY NUCLEAR POWER подала множество заявок на «систему управления реактором».

5. Введение в связанное приложение

・Фудзи Электрик Ко., Лтд.

　Fuji Electric сотрудничает с Японским агентством по атомной энергии для проведения проектирования активной зоны и анализа безопасности первого в Японии высокотемпературного инженерно-испытательного и исследовательского реактора HTTR.^{※ 7}, поскольку он занимает 4-е место в приведенном выше рейтинге, поэтому будущие тенденции будут внимательно отслеживаться. Я видел самые последние приложения и представлю их здесь.

*7:От компании Fuji Electric HP

○Неопубликованная публикация 2020-197468 гг.　
«Высокотемпературная газовая печь и система аккумулирования тепла»

[Задача] Обеспечить возможность реагирования на изменение требуемой нагрузки при сохранении постоянной мощности реактора и исключить необходимость прогнозирования попадания воды в реактор.
[Решение] Система высокотемпературного газового реактора (1) включает в себя высокотемпературный газовый реактор (10), который нагревает активную зону реактора путем пропускания газообразного гелия (HG), и теплоаккумулирующий материал (10), который нагревается гелием. газ, нагреваемый в высокотемпературном газовом реакторе (HS), и загрузочную секцию (30), которая генерирует и выводит пар с использованием теплоаккумулирующего материала, нагретого системой теплоаккумулирования. Регулируя количество теплоаккумулирующего материала, подаваемого из системы аккумулирования тепла в загрузочную секцию, можно извлекать энергию пара в соответствии с требуемой мощностью загрузочной секции.
Эффекты изобретения При поддержании постоянной мощности ядерного реактора можно реагировать на изменения мощности, требуемой от секции нагрузки. Более того, можно избежать прямого теплообмена между теплоносителем первого контура реактора и паром (водой) в загрузочной секции, что исключает необходимость попадания воды в реактор и повышает безопасность.

JP 2020-197468

・УНИ ЦИНХУА (Университет Цинхуа)

　Поскольку Университет Цинхуа имеет наибольшее количество применений и тесно связан с высокотемпературным газовым реактором, который был введен в практическое использование, мы представим два из самых последних применений.

○CN112361866A　　
«Промежуточный теплообменник для высокотемпературного газоохлаждаемого реактора»

[Проблема] Возникают высокие рабочие температуры, что не только значительно снижает высокотемпературную переходную прочность материала на излом, но и значительно снижает ползучесть и усталостные свойства. Также необходимо специально проектировать конструктивный тип теплообменника.
РЕШЕНИЕ: Промежуточный теплообменник или промежуточный теплообменник для реактора с горячим газом, состоящий из корпуса (110), центрального цилиндра (120), узла теплообменника (130), слоя первичной изоляции (140) и вентилятора. (М) Вентилятор (М) встроен в корпус (110) и предназначен для подачи холодной первичной среды из теплообменного узла (130) к выпускному отверстию первичной среды (115).
Эффекты изобретения Первый конец центрального цилиндра, который подвергается наибольшему напряжению, имеет как можно более низкую температуру, что позволяет предотвратить высокотемпературную ползучесть и усталостное разрушение. Кроме того, можно реализовать комплексную конструкцию промежуточного теплообменника, снизить риск выхода из строя за счет уменьшения количества трубопроводных соединений, а также упростить установку и замену промежуточного теплообменника.

CN112361866A

○CN114582538A　　
«Реактор-абсорбционный шаровой резервуар с высокотемпературным газоохлаждаемым реактором»

[Проблема] В высокотемпературном газовом реакторе, в котором используются абсорбционные шары, поглощающие нейтроны, выделяющиеся при реакциях ядерного деления, и служащие альтернативой регулирующим стержням, абсорбционные шары впрыскиваются при остановке реактора, а абсорбционные шары вставляются. до запуска реактора.Поглотительные шары возвращались в резервуар-хранилище под давлением воздуха, но точность измерения количества абсорбционных шаров, загруженных в резервуар, была низкой.
[Решение] Высота уровня поглощающих шариков в резервуаре для хранения шариков измеряется путем приведения высоты уровня поглощающих шариков в резервуаре для хранения шаров в соответствие с высотой уровня поглощающих шариков в отверстии для падения шариков, а поглощающие шарики На основе высоты уровня шара определите высоту уровня поглощающего шара в отверстии для падения шара.
ПРЕИМУЩЕСТВЕННЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ За счет повышения чувствительности измерения заданного уровня в резервуаре-хранилище абсорбирующих шариков повышается точность измерения нагрузки шарика-поглотителя в резервуаре-хранилище, а также повышается точность измерения высоты уровня отверстия падения шарика-абсорбента. улучшен.

CN114582538A

XNUMX.Резюме

　Хотя разработка велась в Японии с самого начала, пик количества патентных заявок пришелся на середину 2000-х годов, и в настоящее время заявок не так много. С другой стороны, среди зарубежных стран Китай проявляет высокий уровень интереса к этой технологии, и количество недавних применений быстро возросло. В ответ на такие шаги зарубежных стран, особенно Китая, будущие тенденции будут внимательно отслеживаться, чтобы увидеть, увеличится ли количество патентных заявок Японии, чему способствуют исследования технологии, проводимые Министерством экономики, торговли и промышленности.

Расследование. Часть 1. Ямасита