JP2023537888A - ヒートパイプ及び光電池を含む熱電力変換システム - Google Patents

Abstract

原子力発電システム等の発電システムが記載される。代表的な発電システムは、熱源、ヒートパイプ、及び熱光電池を含む。ヒートパイプは、第１の領域及び第２の領域を含む。第１の領域は熱源から熱を吸収するように配置され、第２の領域は吸収された熱の少なくとも一部を熱放射としてヒートパイプから放射するように配置される。熱光電池はヒートパイプの第２の領域からの熱放射を受け、熱放射の少なくとも一部を電気エネルギーに変換するように配置される。発電システムは、熱光電池からの廃熱を除去するように配置される別のヒートパイプをさらに含み得る。

Description

（関連出願への相互参照）
本出願は、２０２０年８月１７日に出願された“ＴＨＥＲＭＡＬ ＰＯＷＥＲ ＣＯＮＶＥＲＳＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ Ａ ＭＩＣＲＯ－ＲＥＡＣＴＯＲ ＩＮＣＬＵＤＩＮＧ ＨＥＡＴ ＰＩＰＥＳ ＡＮＤ ＰＨＯＴＯＶＯＬＴＡＩＣ ＣＥＬＬＳ”という名称の米国仮特許出願第６３／０６６，５３２号及び２０２１年４月１５日に出願された“ＴＨＥＲＭＡＬ ＰＨＯＴＯＶＯＬＴＡＩＣ（ＴＰＶ）ＤＥＣＡＹ ＨＥＡＴ ＲＥＭＯＶＡＬ ＡＮＤ／ＯＲ ＰＯＷＥＲ ＣＯＮＶＥＲＳＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭＳ”という名称の米国仮特許出願第６３／１７５，４２８号の利益を主張するものであり、これらはそれぞれ、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。

本技術は、原子炉システム等に使用される光電池に熱エネルギーを放射するヒートパイプを含む熱電力変換システムに関する。

発電所には様々な形状及びサイズのものがある。大規模な発電所は、地理的な領域に電力を供給するために使用することができるが、比較的小規模な発電所は、例えば、地域、潜水艦、宇宙船等に電力を供給するために使用することができる。発電所は、電力を供給するだけでなく、海水の脱塩から医療目的の核同位体の作成まで、無数の追加の又は異なる目的に使用することができる。同様に、利用可能な発電所の種類は、いくつかの例を挙げると、ガス発電、石炭火力発電、原子力発電等の幅広い技術をカバーしている。宇宙用途、ポータブルアプリケーション等での使用のために、多くの場合、発電所のサイズ及び重量を最小限に抑えることが望ましい。同時に、発電所の単純さ及び信頼性を高めることが望ましい。

本技術の多くの態様は、以下の図面を参照することでよりよく理解することができる。図面の構成要素は、必ずしも縮尺比に従うものではない。その代わりに、本技術の原理を明確に示すことに重点が置かれている。

本開示の態様は、一般的に原子力発電システム等の発電システム及び関連する方法に向けられている。以下に説明するいくつかの実施形態において、代表的な発電システムは、熱源、ヒートパイプ、及び熱光電池を含む。ヒートパイプは、第１の領域及び第２の領域を含む。第１の領域は熱源から熱を吸収するように構成され、第２の領域は吸収された熱の少なくとも一部を熱放射としてヒートパイプから放射するように構成される。熱光電池はヒートパイプの第２の領域からの熱放射を受けるように配置され、熱放射の少なくとも一部を電気エネルギーに変換するように構成される。

いくつかの実施形態では、ヒートパイプは第１のヒートパイプであり、発電システムは熱光電池からの廃熱を除去するように配置された第２のヒートパイプをさらに含んでもよい。例えば、熱光電池は、廃熱を熱光電池から第２のヒートパイプに伝導的に移すことができるように第２のパイプに取り付けられ得る。第２のヒートパイプは、廃熱をヒートシンク又は他のソースに放出することができる。このようにして、第２のヒートパイプは、熱光電池のヒートパイプ理システムとして機能することができ、熱光電池から廃熱を除去し、熱光電池を最大動作温度に又はそれ以下に維持する。

いくつかの実施形態では、ヒートパイプ及び熱光電池は、ヒートパイプ及び熱光電池の複数のグループの１つを含む。このような実施形態では、グループは、熱源の周りに垂直及び／又は円周方向に配置されて、熱光電池のための大きな表面積を持つコンパクトな配置を提供することができる。

本技術の実施形態に従って構成された発電システムの側面断面図である。

図１の発電システムの等角図である。

図１の発電システムの上面図である。

図１の発電システムの側面図である。

本技術の実施形態に従って構成された図１の発電システムの第１のヒートパイプの上面図である。

本技術の実施形態に従って構成された図１の発電システムの熱光電池の上面図である。

本技術の実施形態に従って構成された図１の発電システムの第２のヒートパイプの上面図である。

本技術の追加の実施形態に従って構成された発電システムの部分的な概略側面断面図である。

本技術の追加の実施形態に従って構成された発電システムの部分的な概略側面断面図である。

本技術の追加の実施形態に従って構成された発電システムの側面断面図である。

本技術の様々な実施形態を完全に理解するために、以下の説明及び図１－８に特定の詳細を示す。他の例では、多くの場合、原子炉、ヒートパイプ、熱光電池等に関連付けられた周知の構造、材料、動作及び／又はシステムは、本技術の様々な実施形態の説明を不必要に不明瞭にすることを避けるために、以下の開示において詳細に示されず且つ説明もされていない。しかしながら、当業者であれば、本技術が、本明細書に記載されている１つ以上の詳細なしに、及び／又は他の構造、方法、構成要素等と共に、実施可能であることを認識するであろう。以下で使用される用語は、本技術の実施形態の特定の例示の詳細な説明と併せて使用されている場合であっても、最も広範で合理的なやり方で解釈されるべきである。

添付の図面は、本技術の実施形態を示しており、明示されていない限り、その範囲を制限することを意図していない。描かれている様々な要素のサイズは、必ずしも縮尺比に合わせて描画されているわけではなく、これらの様々な要素は、読みやすさを向上させるために拡大されている場合がある。構成要素の詳細は、構成要素の位置及び構成要素間の特定の正確な接続等の詳細が、本技術をどのように作成及び使用するかを完全に理解するために不要な場合は除外されるように図面において抽象化されている場合がある。図面に示されている詳細、寸法、角度、及びその他の特徴の多くは、単に本開示の特定の実施形態を例示しているに過ぎない。したがって、他の実施形態は、本技術から逸脱することなく、他の詳細、寸法、角度、及び特徴を有し得る。さらに、当業者であれば、本技術のさらなる実施形態は以下に説明するいくつかの詳細なしに実施され得ることを理解するであろう。

図１は、本技術の実施形態に従って構成された発電システム（「システム１００」）の側面断面図である。図２－４は、それぞれシステム１００の等角図、上面図、及び側面図である。図１－４を一緒に参照すると、システム１００は、熱源１０２と熱源１０２に熱的に結合された複数の第１のヒートパイプ１１０を含んでもよい。第１のヒートパイプ１１０は、熱源１０２から熱を除去し、複数の熱光起電力（ＴＰＶ）又は光起電力（ＰＶ）パネル又はセル１２０に向けて熱を放射するように構成される。ＴＰＶセル１２０は、第１のヒートパイプ１１０からの熱放射を吸収するように配置され、熱放射を電気エネルギーに変換して１本以上の電線１０３（図１）で伝送するように構成される。図示された実施形態では、システム１００は、ＴＰＶセル１２０に熱的に結合され、ＴＰＶセル１２０からの廃熱を除去することでＴＰＶセル１２０を最大動作温度に又はそれ以下に維持するように構成された複数の第２のヒートパイプ１３０をさらに含む。

いくつかの実施形態では、図１に示すように、熱源１０２は原子炉システム（「原子炉１０２」）であってもよい。図１を参照すると、原子炉１０２は、制御された核反応が行われる炉心１０４を収容する原子炉容器１０１を含んでもよい。図示された実施形態では、原子炉容器１０１は円筒形又はカプセル形であるが（例えば、断面形状が円形である）、他の実施形態では、原子炉容器１０１は、球形、円錐形、又は他の形状であってもよく、且つ／又は他の断面形状（例えば、楕円、直線、長方形、多角形、不規則）であってもよい。炉心１０４は、核分裂性物質及び／又は他の適切な材料を含む１つ以上の燃料集合体１０５を含んでもよい。いくつかの実施形態では、原子炉１０２は、炉心１０４の周りに配置された反射器１０９を含んでもよく、これは、中性子を炉心１０４に戻して、そこで行われる核反応を促進する。

いくつかの実施形態では、原子炉容器１０１は、炉心１０４からの熱を第１のヒートパイプ１１０に伝える作動流体又は冷却材１０６（例えば、一次冷却材）をさらに収容し得る。例えば、原子炉容器１０１内に位置する矢印で示されるように、冷却材１０６は、原子炉容器１０４において原子炉容器１０１の底に向かって加熱される。加熱された一次冷却材（例えば、添加物の有無にかかわらず水、液体金属）は、炉心１０４から炉心シュラウド１０７を通って、ライザ管１０８へと上昇する。高温で浮力のある冷却材１０６は、ライザ管１０８を通って上昇し続け、ライザ管１０８を出て、下向きに第１のヒートパイプ１１０を通過する。冷却材１０６が下降して第１のヒートパイプ１１０を通過すると、冷却材１０６は第１のヒートパイプ１１０に熱を伝え、その後、サイクルが再び始まる原子炉容器１０１の底に下降する。したがって、冷却材１０６の浮力の変化によってサイクルを駆動することができるため、冷却材１０６を移動させるポンプ、バルブ、又はその他の能動的な流体制御装置の必要性を低減又は排除できる。

原子炉１０２は、複数の制御システム及び関連するセンサ（図示せず）をさらに含んでもよい。例えば、原子炉１０２は、炉心１０４内の核分裂性物質の反応速度を制御するための１つ以上の制御棒、液体減速材及び／又は他の構成要素を含んでもよい。いくつかの実施形態では、冷却材１０６が省略され、第１のヒートパイプ１１０は炉心１０４に直接熱的に結合され得る。例えば、核燃料が第１のヒートパイプ１１０に直接熱的に結合され得る（例えば、取り付けられる）。いくつかの実施形態において、原子炉１０２は、（ｉ）２０２０年１０月１５日に出願された“ＨＥＡＴ ＰＩＰＥ ＮＥＴＷＯＲＫＳ ＦＯＲ ＨＥＡＴ ＲＥＭＯＶＡＬ，ＳＵＣＨ ＡＳ ＨＥＡＴ ＲＥＭＯＶＡＬ ＦＲＯＭ ＮＵＣＬＥＡＲ ＲＥＡＣＴＯＲＳ，ＡＮＤ ＡＳＳＯＣＩＡＴＥＤ ＳＹＳＴＥＭＳＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ”という名称の米国特許出願第１７／０７１，８３８号、（ｉｉ）２０２０年１０月１５日に出願された“ＮＵＣＬＥＡＲ ＲＥＡＣＴＯＲＳ ＨＡＶＩＮＧ ＬＩＱＵＩＤ ＭＥＴＡＬ ＡＬＬＯＹ ＦＵＥＬＳ ＡＮＤ／ＯＲ ＭＯＤＥＲＡＴＯＲＳ”という名称の米国特許出願第１７／０７１，７９５号、及び／又は（ｉｉｉ）２０２１年２月４日に出願された“ＳＵＰＰＯＲＴＳ ＷＩＴＨ ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＳＥＮＳＯＲＳ ＦＯＲ ＮＵＣＬＥＡＲ ＲＥＡＣＴＯＲ ＳＴＥＡＭ ＧＥＮＥＲＡＴＯＲＳ，ＡＮＤ ＡＳＳＯＣＩＡＴＥＤ ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ”という名称の米国特許出願第１７／１６８，１１８号に詳細に記載された原子炉システムのいずれかと同様の又は同一のいくつかの特徴を含んでもよく、且つ／又は同様に又は同一に動作してもよく、これらはその全体が参照により本明細書に組み込まれている。

図１を引き続き参照すると、第１のヒートパイプ１１０、ＴＰＶセル１２０、及び第２のヒートパイプ１３０は、複数のグループ１４０（例えば、レイヤ、セット）で垂直に（例えば、スタック状に）配置され得る。図示の実施形態では、５つのグループ１４０が垂直方向にあり、各グループ１４０は、（ｉ）２つの第１のヒートパイプ１１０、（ｉｉ）２つのＴＰＶセル１２０、及び（ｉｉｉ）１つの第２のヒートパイプ１３０を含んでいる。いくつかの実施形態では、例えば、グループ１４０の各々が第１のヒートパイプ１１０の少なくとも１つをグループ１４０の別の１つと共有するように、グループ１４０は少なくとも部分的に重複してもよい。したがって、ＴＰＶセル１２０のペアは、複数の第１のヒートパイプ１１０の間で垂直に交互配置されてもよく、第２のヒートパイプ１３０は、各ペアのＴＰＶセル１２０の間で垂直に交互配置されてもよい。各グループ１４０では、ＴＰＶセル１２０の一方が第１のヒートパイプ１１０の一方に面し、ＴＰＶセル１２０の他方が第１のヒートパイプ１１０の他方に面し得る。

図２－４をさらに参照すると、複数のグループ１４０が、熱源１０２の周囲に円周方向に、又は熱源１０２の周囲に垂直に配置されてもよい。図２に最もよく示されているように、システム１００が合計６０（１２ｘ５）のグループ１４０を含むように、例えば、１２のグループ１４０がそれぞれ垂直の高さで熱源１０２の周囲に円周方向に配置される。他の実施形態では、垂直方向及び／又は円周方向のグループ１４０の数は異なってもよく、及び／又はグループ１４０は、より多くの又はより少ない第１のヒートパイプ１１０、ＴＰＶセル１２０、及び／又は第２のヒートパイプ１３０を含んでもよい。さらに、第１のヒートパイプ１１０、第２のヒートパイプ１３０、及びＴＰＶセル１２０は、熱源１０２の縦軸に対して概ね水平に（例えば、直交して）延びるように示されているが、他の実施形態では、第１のヒートパイプ１１０、第２のヒートパイプ１３０、及び／又はＴＰＶセル１２０のうちの１つ以上が縦軸に対して垂直に（例えば平行に）及び／又は別の角度で延びてもよい。

いくつかの実施形態では、第１のヒートパイプ１１０は互いに概ね類似しており又は同一であり、ＴＰＶセル１２０は互いに概ね類似しており又は同一であり、及び／又は第２のヒートパイプ１３０は互いに概ね類似しており又は同一であってもよい。例えば、図５Ａ－５Ｃは、本技術の実施形態に従った、それぞれ第１のヒートパイプ１１０の１つ、ＴＰＶセル１２０の１つ、及び第２のヒートパイプ１３０の１つの上面図である。

図５Ａを参照すると、第１のヒートパイプ１１０の各々（「第１のヒートパイプ１１０」）は、第１の領域５１２（例えば、蒸発器領域）、第１の領域５１２から延びる第２の領域５１４（例えば、断熱領域）、及び第２の領域５１４から延びる第３の領域５１６（例えば、凝縮器領域）を含んでもよい（集合的に「領域５１２－５１６」）。図示された実施形態では、第１の領域５１２及び第２の領域５１４は細長い長方形の形状であるが、第３の領域５１６は台形の形状である。いくつかの実施形態では、第３の領域５１６は、第１の領域５１２及び第２の領域５１４よりも大きな表面積を有する。他の実施形態では、領域５１２－５１６のサイズ、形状、及び／又は寸法は異なり得る。例えば、第３の領域５１６は長方形であってもよい。

図５Ｂを参照すると、ＴＰＶセル１２０の各々（「ＴＰＶセル１２０」）は台形の形状であってもよく、第１のヒートパイプ１１０の第３の領域５１６に略一致するようにサイズ及び形状が決められ得る。ＴＰＶセル１２０の上面５２２の一部、実質的に全て、又は全てが、熱エネルギーを電気エネルギーに変換するために、光起電力ダイオード等の回路５２４で覆われ得る。ＴＰＶセル１２０の下面（図５Ｂでは隠されている）は、ＴＰＶセル１２０からの（例えば、以下により詳細に説明するように、第２のヒートパイプ１３０への）廃熱除去を容易にするための熱伝導性材料を含んでもよい。

図５Ｃを参照すると、図５Ａに示されている第１のヒートパイプ１１０と同様に、第２のヒートパイプ１３０の各々（「第２のヒートパイプ１３０」）は、第１の領域５３２（例えば、蒸発器領域）、第１の領域５３２から延びる第２の領域５３４（例えば、断熱領域）、及び第２の領域５３４から延びる第３の領域５３６（例えば、凝縮器領域）を含んでもよい（集合的に、「領域５３２－５３６」）。図示の実施形態では、第２の領域５３４及び第３の領域５３６は細長い長方形の形状であるが、第１の領域５３２は台形の形状である。いくつかの実施形態では、第１の領域５３２は、第１の領域５３４及び第２の領域５３６よりも大きな表面積を有する。図１－４をさらに参照すると、いくつかの実施形態では、第２及び第３の領域５３４は、（例えば、縦軸に垂直な半径軸に沿って）より大きな幅を有し得る（例えば、熱源１０２の縦軸に沿って）第１の領域５３２よりも大きな厚さを有し得る。他の実施形態では、領域５３２－５３６のサイズ、形状、及び／又は寸法は異なり得る。例えば、第３の領域５３６は長方形であってもよい。

図５Ａ－５Ｃを一緒に参照すると、いくつかの実施形態では、第１のヒートパイプ１１０の第３の領域５１６、ＴＰＶセル１２０、及び第２のヒートパイプ１３０の第１の領域５３２のサイズ及び形状（例えば、平面のサイズ及び形状）は、概ね同様であり又は同一であり得る。以下により詳細に説明するように、これらの構成要素は、コンパクトな配置を提供するために別の構成要素に垂直に重ね合わされてもよい。

いくつかの実施形態では、第１のヒートパイプ１１０及び第２のヒートパイプ１３０は、概ね同様の又は同一の構造を有してもよく、及び／又は概ね同様に又は同一に動作し得る。例えば、第１のヒートパイプ１１０及び第２のヒートパイプ１３０の各々は、作動流体を含むチャネル（例えば、キャビティ、チャンバ）を画定する外側ケーシングを含んでもよい。第１のヒートパイプ１１０のチャネルは、第１の領域５１２から第２の領域５１４を経て第３の領域５１６まで延び、第２のヒートパイプ１３０のチャネルは、第１の領域５３２から第２の領域５３４を経て第３の領域５３６まで延びてもよい。作動流体は、例えば、ナトリウム又はカリウム等の二相（例えば、液相及び気相）材料であってもよい。いくつかの実施形態では、ケーシングは、鋼、モリブデン、モリブデン合金、酸化モリブデン－ランタン、及び／又は他の金属又はセラミック材料から形成され得る。いくつかの実施形態では、第１のヒートパイプ１１０及び第２のヒートパイプ１３０の各々は、毛細管現象を介して圧力差に対して作動流体を輸送するためのチャネル内に配置された構造を含んでもよい。例えば、第１のヒートパイプ１１０及び第２のヒートパイプ１３０の各々は、作動流体を輸送するためのウィッキング構造（例えば、複合ウィッキング）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、第１のヒートパイプ１１０及び第２のヒートパイプ１３０は、２０２０年１０月１５日に出願された“ＨＥＡＴ ＰＩＰＥ ＮＥＴＷＯＲＫＳ ＦＯＲ ＨＥＡＴ ＲＥＭＯＶＡＬ，ＳＵＣＨ ＡＳ ＨＥＡＴ ＲＥＭＯＶＡＬ ＦＲＯＭ ＮＵＣＬＥＡＲ ＲＥＡＣＴＯＲＳ，ＡＮＤ ＡＳＳＯＣＩＡＴＥＤ ＳＹＳＴＥＭＳ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ”という名称の米国特許出願第１７／０７１，８３８号に詳細に記載されているヒートパイプのいずれかと概ね同様又は同一であってもよく、これはその全体が参照により本明細書に組み込まれている。

図１－５Ｃを一緒に参照すると、第１のヒートパイプ１１０が原子炉容器１０１を通って熱源１０２に延びている。より具体的には、第１のヒートパイプ１１０の各々について、第１の領域５１２は熱源１０２内に配置されてもよく、第３の領域５１６は熱源１０２の外側に配置されてもよく、第２の領域５１４は熱源１０２の内側及び／又は外側に配置されてもよい。ＴＰＶセル１２０は、第２のヒートパイプ１３０の対応する１つに設置されてもよく、第２のヒートパイプ１３０は、熱源１０２から離れてＴＰＶセル１２０から外側に延び得る。より具体的には、各ＴＰＶセル１２０は、第２のヒートパイプ１３０の対応する１つの第１の領域５３２の下面又は上面に設置され得る（例えば、取り付けられ、結合され、熱的に結合され、運搬される）。各第１のヒートパイプ１１０の第３の領域５１６は、その上に設置されたＴＰＶセル１２０の対応する１つの回路５２６に面するように、第２のヒートパイプ１３０の隣接する１つの第１の領域５３２の上に配置されてもよい。すなわち、各グループ１４０において、第１のヒートパイプ１１０の第３の領域５１６、ＴＰＶセル１２０、第２のヒートパイプ１３０の第１の領域５３２が垂直に重ね合わされてもよい。したがって、各ＴＰＶセル１２０は、第２のヒートパイプ１３０の１つに取り付けられ、第１のヒートパイプ１１０の隣接する（例えば、対応する）１つの第３の領域５１６に面するように配置され得る。

本技術のいくつかの態様では、第１のヒートパイプ１１０の第３の領域５１６、ＴＰＶセル１２０、及び第２のヒートパイプ１３０の第１の領域５３２の相補的な構成（例えば、台形の形状及び同じ又は実質的に同様のサイズ）により、各ＴＰＶセル１２０は、（ｉ）第１のヒートパイプ１１０の隣接する１つの第３の領域５１６に概ね又は少なくとも略全体が（例えば、９０％以上）面し、（ｉｉ）ＴＰＶセル１２０が取り付けられている第２のヒートパイプ１３０の第１の領域５３２に概ね又は少なくとも略全体が（例えば、９０％以上）接触することが確実にされる。さらに、図２及び３に最もよく見られるように、第１のヒートパイプ１１０の第３の領域５１６、ＴＰＶセル１２０、及び第２のヒートパイプ１３０の第１の領域５３２の台形形状は、熱源１０２の円周方向の実質的に全空間を利用する入れ子状の配置を提供することができ、それによって表面積（及び、例えば、ＴＰＶセル１２０の対応するエネルギー変換密度）を最大化しつつコンパクトな設計を提供する。

システム１００の動作中、熱源１０２（例えば、循環冷却剤１０６）は、第１のヒートパイプ１１０の第１の領域５１２に熱を伝達する。各第１のヒートパイプ１１０について、第１の領域５１２で吸収された熱は、第１の領域５１２において／その中で作動流体を蒸発（例えば、気化）させ、第１の領域５１２と第３の領域５１６との間に圧力差を発生させる。圧力差は、蒸発した作動流体を第１の領域５１２から第２の領域５１４を通って第３の領域５１６まで駆動する。作動流体は第３の領域５１６で冷却及び凝縮し、それによって第３の領域５１６の第１のヒートパイプ１１０のケーシングに熱を伝え、その後、第１のヒートパイプ１１０から熱を放射する。したがって、熱は第１の領域５１２に蓄積し、第１のヒートパイプ１１０の第３の領域５１６から除去される。いくつかの実施形態では、熱は第２の領域５１４で除去されず又は追加もされない。いくつかの実施形態では、第１のヒートパイプ１１０の各々は、凝縮／冷却された作動流体を圧力勾配に逆らって第３の領域５１６から第１の領域５１２まで送り返すように構成されてもよく、そこで作動流体は再び加熱及び気化されてもよい。例えば、上記で詳細に説明したように、第１のヒートパイプ１１０の各々は、毛細管現象によって圧力勾配に逆らって作動流体をポンプするように構成されたウィッキング構造を含んでもよい。他の実施形態では、第１のヒートパイプ１１０は、重力及び／又は遠心力が冷却及び凝縮された作動流体を第１の領域５１２に戻すように配置されてもよい。

ＴＰＶセル１２０の各々は、同じグループ１４０内の第１のヒートパイプ１１０の隣接する１つの第３の領域５１６から放射される熱を受け取るように配置されている。ＴＰＶセル１２０の回路５２４は、熱放射（例えば、受信した光子）を電気エネルギー（例えば、直流電力）に変換することができ、これは電線１０３を介してＴＰＶセル１２０から運び出されてもよい。いくつかの実施形態では、電線１０３は単一の負荷又は伝送路に接続され得るが、他の実施形態では、電線１０３は電気エネルギーを別々の負荷及び／又は伝送路に転送してもよい。いくつかの実施形態では、図１に示すように、システム１００は、選択的に、ＴＰＶセル１２０及び第１のヒートパイプ１１０の周囲に少なくとも部分的に真空容器１５０（破線ムで示す）を含んでもよい。真空容器１５０は、ＴＰＶセル１２０と第１のヒートパイプ１１０の第３の領域５１６との間に真空又は部分的な真空を生成／維持するように構成されてもよく、ＴＰＶセル１２０に向かって熱エネルギーを放射する。真空は、例えば、第１のヒートパイプ１１０とＴＰＶセル１２０との間の放射伝達経路を妨げる可能性のある塵又はその他の汚染物質の量を最小限に抑えることによって、ＴＰＶセル１２０が第１のヒートパイプ１１０から受け取る熱放射の量を増やすことができる。さらに、ＴＰＶセル１２０の各々は、ＴＰＶセル１２０によって受け取られる放射線の効率を高め、電気エネルギーに変換するために、第１のヒートパイプ１１０の隣接する１つから比較的小さな距離だけ離れてもよい。

ＴＰＶセル１２０は第１のヒートパイプ１１０からの熱放射を受け取るので、放射の一部は回路５２４によって電気エネルギーに変換されず、その代わりにＴＰＶセル１２０の温度を上昇させる廃熱として吸収され得る。ＴＰＶセル１２０は第２のヒートパイプ１３０の第１の領域５３２の対応する１つに取り付けられるので、ＴＰＶセル１２０は第２のヒートパイプ１３０の第１の領域５３２に廃熱を伝達する（例えば、熱伝導させる）ことができる。第２のヒートパイプ１３０の各々について、第１の領域５３２で吸収された熱は、第１の領域５３２において／その中で作動流体を蒸発（例えば、気化）させ、第１の領域５３２と第３の領域５３６との間に圧力差を発生させる。圧力差によって、蒸発した作動流体は第１の領域５３２から第２の領域５３４を通って第３の領域５３６まで駆動される。作動流体は第３の領域５３６で冷却及び凝縮され、それによって第２のヒートパイプ１３０から除去するために第３の領域５３６において第２のヒートパイプ１３０のケーシングに熱を伝える。このようにして、第２のヒートパイプ１３０は、ＴＰＶセル１２０からの廃熱を除去し、ＴＰＶセル１２０を最大動作温度に又はそれ以下に（例えば、最適な又は所望の動作温度に）維持するという、ＴＰＶセル１２０のヒートパイプ理システムとして機能することができる。

したがって、熱はＴＰＶセル１２０によって第２のヒートパイプ１３０の第１の領域５３２に蓄積され、第３の領域５３６から除去される。いくつかの実施形態では、熱は第２の領域５３４で除去されず又は追加もされない。いくつかの実施形態では、第２のヒートパイプ１３０の各々は、凝縮／冷却された作動流体を圧力勾配に逆らって第３の領域５３６から第１の領域５３２に（例えば、毛細管及び／又は他の力を介して）戻すように構成されてもよく、そこで作動流体は再び加熱及び気化され得る。

いくつかの実施形態では、第２のヒートパイプ１３０は、地面（例えば、月、火星、又は地球の表面）、大気（例えば、火星又は地球の大気）、又は宇宙空間等のヒートシンクに廃熱を（例えば、放射的、伝導的に）伝達し得る。いくつかの実施形態では、第２のヒートパイプ１３０によって取り除かれた熱は、氷を含む土壌を加熱して水を抽出するプロセス等のさらなるプロセスで使用され得る。例えば、第２のヒートパイプ１３０の少なくとも第３の領域５３６は、第２のヒートパイプ１３０が土壌に熱を放出するように、氷を含む土壌で覆われ得る。土壌から蒸発した水蒸気を取り込むために、土壌はカプセル化され又は柔軟性のあるシートで（例えば、土壌を袋詰めすることによって）覆われてもよい。土壌（例えば、土嚢）は、土壌の氷の含有量が枯渇したときに交換され得る。

いくつかの実施形態では、第１のヒートパイプ１１０は、５００°Ｃ以上、７００°Ｃ以上、９００°Ｃ以上、１１００°Ｃ以上等の高温で動作し、熱を放射するように構成される。例えば、熱源１０２が原子炉である場合、冷却材１０６は動作中に約９００°Ｃ以上の温度を有し得る。いくつかの実施形態では、第２のヒートパイプ１３０は、１００°Ｃ未満、７５°Ｃ未満、５０°Ｃ未満、２５°Ｃ－５０°Ｃ以下等、（例えば、ＴＰＶセル１２０の動作温度に対応する）比較的低い温度で動作するように構成される。したがって、第１のヒートパイプ１１０は高温ヒートパイプと呼ばれてもよく、第２のヒートパイプ１３０は低温ヒートパイプと呼ばれてもよい。いくつかの実施形態では、第１のヒートパイプ１１０及び第２のヒートパイプ１３０は、特定の高温又は低温動作温度に対して熱伝達係数を最大化するために、異なる構成／配置を有し得る。例えば、第１のヒートパイプ１１０及び第２のヒートパイプ１３０は、異なる作動流体、サイズ、ウィッキング構造等を有し得る。

本技術のいくつかの態様では、システム１００の電力変換構成要素は、バルブ又はポンプを使用せずに動作することができる。例えば、冷却材１０６は炉心１０４によって受動的に加熱されてもよく、第１のヒートパイプ１１０の各々は、冷却材１０６から熱を除去してＴＰＶセル１２０に熱を放射するための閉じた流体システムとして動作してもよく、第２のヒートパイプ１３０の各々は、同様にＴＰＶセル１２０から廃熱を除去するための閉じた流体システムとして動作し得る。これにより、ブレイトン発電サイクルを含むシステム等の従来の電力変換システムと比較して、システム１００の複雑さ及び関連する保守要件が軽減され、それによってシステム１００の信頼性を高めることができる。

他の実施形態では、システム１００は、第２のヒートパイプ１３０に加えて、又はその代替として、ＴＰＶセル１２０から排熱を除去するための他の装置又はシステムを有し得る。例えば、流体（例えば水）がＴＰＶセル１２０の下で受動的又は能動的に循環されて、ＴＰＶセル１２０から排熱を冷却及び除去することができる。

図６は、本技術の追加の実施形態に従って構成された発電システム（「システム６００」）の部分的な概略側面断面図である。システム６００は、図１－５Ｃを参照して上述したシステム１００の対応する特徴と構造が少なくとも概ね同様であるか、構造及び機能が同一であるいくつかの特徴を含んでもよく、システム１００と概ね同様に又は同一に動作し得る。例えば、同様の又は同一の構成要素は、図１－５Ｃに示された同じ参照番号で識別される。

しかしながら、図示された実施形態では、システム６００は、（ｉ）第２のヒートパイプ１３０の第１のセット６５２の第３の領域５３６に熱的に結合された第１の熱除去システム６５０（概略的に示されている）、及び（ｉｉ）第２のヒートパイプ１３０の第２のセット６５６の第３の領域５３６に熱的に結合された第２の熱除去システム６５４（概略的に示されている）をさらに含む。図示された実施形態では、第１のセット６５２における第２のヒートパイプ１３０の数は、第２のセット６５６における第２のヒートパイプ１３０の数よりも多いが、他の実施形態では、第１のセット６５２は、第２のセット６５６よりも少ない数又は同じ数の第２のヒートパイプ１３０を含んでもよい。いくつかの実施形態では、（例えば、図１－４に示されている対応するグループ１４０における）第１のセット６５２の第１のヒートパイプ１１０及び第２のヒートパイプ１３０に関連するＴＰＶセル１２０は、一次発電機能を提供することができ、一方、（例えば、図１－４に示されている対応するグループ１４０における）第２のセット６５６の第１のヒートパイプ１１０及び第２のヒートパイプ１３０に関連するＴＰＶセル１２０は、崩壊熱除去を提供し得る。例えば、図示の実施形態では、第１のセット６５２は、第２のセット６５６の上に位置し、ここでは、冷却剤１０６は、通常、より高い温度にあり、したがって、より多くの熱及び熱エネルギーを第１のセット６５２の第１のヒートパイプ１１０に伝えることができる。

いくつかの実施形態では、第１の熱除去システム６５０は、第２の熱除去システム６５４と異なり得る。例えば、第１の熱除去システム６５０は、能動的なポンプ、循環等を介して第１のセット６５２内の第２のヒートパイプ１３０の第３の領域５３６を通過する水、空気、他の流体、及び／又は他の熱伝達媒体を循環させるように構成された能動的システムであってもよく、一方、第２の熱除去システム６５４は、第２のセット６５６内の第２のヒートパイプ１３０の第３の領域５３６から熱を除去するための受動的システムであり得る。いくつかの実施形態では、第２の熱除去システム６５４は、第２のセット６５６内の第２のヒートパイプ１３０からの崩壊熱を受動的に吸収するように構成された流体（例えば、水）、汚れ、空気界面、及び／又は他のヒートシンクのプールであってもよい（又はそれを含んでもよい）。他の実施形態では、第１の熱除去システム６５０及び第２の熱除去システム６５４は、同じ受動的又は能動的熱除去システムを備えてもよい。本技術のいくつかの態様では、第２の熱除去システム６５４は、（例えば、第１の熱除去システム６５０が能動的な熱除去システムである場合）第１の熱除去システム６５０の電力が失われた場合に熱源１０２から熱を除去するように動作し得る。本技術のいくつかの態様では、第２の熱除去システム６５４の受動的な動作は、他の能動的な熱制御システムの必要性を削減又は排除することによって、システム６００の設計を簡素化することができる（それによって、例えば、信頼性が高まる）。

図７は、本技術の追加の実施形態に従って構成された発電システム（「システム７００」）の部分的な概略側面断面図である。システム７００は、図１－６を参照して上述したシステム１００及び／又はシステム６００の対応する特徴と構造が少なくとも概ね同様であるか、又は構造及び機能が同一であるいくつかの特徴を含んでもよく、システム１００及び／又はシステム６００と概ね同様に又は同一に動作することができる。例えば、類似又は同一の構成要素は、図１－６に示された同じ参照番号で識別される。

しかしながら、図示された実施形態では、システム７００は、二次冷却剤又は作動流体（例えば、蒸気及び水）を含む、蒸気発生器等の熱交換器７６０をさらに含む。熱交換器７６０は、電力変換システム７７０に動作可能に結合されており、二次冷却剤を加熱し、加熱された二次冷却剤を電力変換システム７７０に導くように構成されており、それは二次冷却剤からの熱を使用して電力を生成し、及び／又は他の有用な出力を提供する。熱交換器７６０及び電力変換システム７７０は合わせて、一次発電システム、一次電力変換システム等と呼ばれ得る。図示された実施形態では、熱交換器７６０は、第１の流体ヘッダ７６２（例えば、給水ヘッダ）、第１の流体ヘッダ７６２の上の第２の流体ヘッダ７６４（蒸気ヘッダ等）、及び第１及び第２の流体ヘッダ７６２，７６４の間に延びてそれらを流体的に連結する多数の導管７６６を含む。いくつかの実施形態では、図７に概略的に示すように、導管７６６がライザ管１０８の周囲に円周状に、例えば、螺旋パターンで配置されるように、熱交換器７６０はライザ列１０８の上部の周りに配置される。

図示された実施形態では、電力変換システム７７０は、タービン７７２、発電機７７４、凝縮器７７６、及びポンプ７７８を含む。システム７００の動作中、炉心１０４によって加熱された一次冷却材１０６は、ライザ管１０８を通って上昇した後で、ライザ管１０８を出て、熱交換器７６０の導管７６６を下方向に通過することで、熱交換器７６０内に含まれる二次冷却材を加熱する。加熱された二次冷却材は、導管７６６を通って第２の流体ヘッダ７６４まで上昇してもよく、そこで加熱された二次冷却材は電力変換システム７７０に誘導される。いくつかの実施形態では、二次冷却材は、導管７６６を通って上昇している間に気化し得る。タービン７７２は、加熱された（例えば、気化した）二次冷却材を受け取り、加熱された二次冷却材の熱エネルギーの少なくとも一部を発電機７７４を介して電気に変換する。二次冷却材は、凝縮器７７６で凝縮される前に、減圧された圧力でタービン７７２から出てもよく、その後、（例えば、ポンプ７７８を介して）第１の流体ヘッダ７６２に誘導される。その後、二次冷却材は、導管７６６を通って上昇し、再び加熱される。いくつかの実施形態では、電力変換システム７７０は、第１の流体ヘッダ７６２への及び／又は第２の流体ヘッダ７６４からの二次冷却材の速度を制御するように構成された１つ以上のバルブ及び／又は他の流体制御装置（図示せず）を含み、それによって電力変換システム７７０によって生成される電力を制御し得る。

図示された実施形態では、システム７００は、図１－６を参照して上述したシステム１００及び６００よりも少ない数のグループ１４０を含んでおり、グループ１４０は熱交換器７６０の下に配置されている。したがって、システム７００の通常の動作中に、一次冷却剤１０６はグループ１４０よりも熱交換器７６０の近くでより高い温度を有してもよく、より多くの熱エネルギーを熱交換器に伝達することができる。他の実施形態では、システム７００はより多くの又はより少ないグループ１４０を含んでもよく、及び／又はグループ１４０は異なって配置され得る。例えば、いくつかの実施形態では、１つ以上のグループ１４０が、熱交換器７６０に隣接して（例えば、ライザ管１０８に沿った同じ垂直位置に）追加的又は代替的に配置され得る。

いくつかの実施形態では、熱交換器７６０及び電力変換システム７７０は一次発電機能を提供することができ、一方、第１のヒートパイプ１１０、ＴＰＶセル１２０及び第２のヒートパイプ１３０のグループ１４０は崩壊熱除去を提供することができる。詳細に前述したように、グループ１４０は熱源１０２から受動的に熱を除去するように構成され、「常にオン」になっている。本技術のいくつかの態様では、これはシステム７００の信頼性を高めながら、システム７００に必要な制御の数を減らすことができる。さらに、いくつかの実施形態では、ＴＰＶセル１２０によって生成された電気エネルギーは、熱源１０２及び／又はシステム７００の他の構成要素に関連する１つ以上の制御システム、安全システム、及び／又は他のシステムに電力を供給するように電線１０３を介して転送され得る。すなわち、例えば、電力変換システム７７０を介して生成された電力は、主に外部負荷に向けられ得るが、ＴＰＶセル１２０を介して生成された電力は、主にシステム７００の動作に関連する負荷に向けられ得る。本技術のいくつかの態様では、グループ１４０によって提供される崩壊熱の受動的且つ継続的な除去により、ＴＰＶセル１２０を介して生成された電力は信頼性が高く、一次電力変換システム７７０の障害時に継続的に提供され得る。本技術の追加の態様では、熱源１０２が最小電力レベルで動作している場合であっても（例えば、炉心１０４がホットゼロ出力に近い状態で動作している場合）、ＴＰＶセル１２０は継続的に電力を生成することができる。本技術のいくつかの態様では、この電力を使用して原子炉１０４の容易な再起動を促進することができる。

図８は、本技術の追加の実施形態に従って構成された発電システム（「システム８００」）の側面断面図である。システム８００は、図１－７を参照して上記で詳細に説明したシステム１００，６００及び／又は７００の対応する特徴と構造及び機能が少なくとも概ね同様であるか、又は構造及び機能が同一であるいくつかの特徴を含んでもよく、システム１００，６００及び／又は７００と概ね同様に又は同一に動作し得る。例えば、類似又は同一の構成要素は、図１－７に示された同じ参照番号で識別される。

しかしながら、図示された実施形態では、システム８００は、熱源１０２の外側に配置され、且つ原子炉容器１０１に面している１つ以上のＴＰＶセル８２０を含む。いくつかの実施形態では、炉心１０４によって加熱された冷却材１０６は原子炉容器１０１を加熱してもよく、それは（例えば、図８の矢印で示されているように）ＴＰＶセル８２０に向けて熱を放射する。ＴＰＶセル８２０は、原子炉容器１０１からの熱放射を吸収するように配置され、熱放射を電気エネルギーに変換して１つ以上の電線８０３上で伝送するように構成されている。いくつかの実施形態では、システム８００は、ＴＰＶセル８２０に熱的に結合され、且つＴＰＶセル８２０から廃熱を除去するように構成された熱除去システム８８０をさらに含んでもよく、それによってＴＰＶセル８２０を最大動作温度以下に維持する。熱除去システム８８０は、能動的又は受動的な空気、水、及び／又は他の流体冷却システムを含んでもよく、及び／又はＴＰＶセル８２０に熱的に結合された１つ以上のヒートパイプを含み得る。したがって、図示された実施形態では、原子炉容器１０１は熱エネルギーをＴＰＶセル１２０に直接放射することができるため、原子炉容器１０１内から熱エネルギーを除去して放射するための何らかの中間ヒートパイプ（例えば、図１－７の第１のヒートパイプ１１０）を含む必要がない。他の実施形態では、ＴＰＶセル８２０は原子炉容器１０１から放射される熱エネルギーを受け取るように配置されてもよく、一方で、システム８００は１つ以上の中間ヒートパイプをさらに含む。すなわち、例えば、ＴＰＶセル８２０及び関連する熱除去システム８８０は、追加の発電を提供するために、上記で詳細に説明したシステム１００，６００及び／又は７００のいずれかの周りに配置されてもよい。例えば、図７の熱交換器７６０及び電力変換システム７７０は一次発電を提供しているが、ＴＰＶセル８２０の配置は受動的／崩壊熱電力変換に使用することができる。

以下の例は、本技術のいくつかの実施形態を例示している。
（例１）
原子炉容器の内側に配置される炉心を含む原子炉であって、
前記炉心は熱を発生するように構成される、原子炉と、
前記炉心からの前記熱を受けるように配置される表面であって、熱放射として前記表面から受けた熱の少なくとも一部を放射するように配置される表面と、
前記表面からの前記熱放射を受け、且つ前記熱放射の少なくとも一部を電気エネルギーに変換するように配置される熱光電池と
を備える、原子力発電システム。
（例２）
第１の領域及び第２の領域を有するヒートパイプをさらに備え、前記第１の領域は前記炉心から熱を受けるように構成され、前記第２の領域は前記表面を含む、例１の原子力発電システム。
（例３）
前記ヒートパイプは、それぞれが前記第１の領域及び前記第２の領域を有する複数の第１のヒートパイプのうちの１つであり、前記熱光電池は、複数の熱光電池のうちの１つであり、前記熱光電池の各々は、前記第１のヒートパイプの対応する１つの前記第２の領域の前記表面からの前記熱放射を受け、前記熱放射の少なくとも一部を電気エネルギーに変換するように配置され、前記第１のヒートパイプの前記第１の領域は、少なくとも部分的に前記原子炉容器の内側に配置され、前記第１のヒートパイプの前記第２の領域は、少なくとも部分的に前記原子炉容器の外側に配置され、
複数の第２のヒートパイプであって、前記第２のヒートパイプの各々は、１つ以上の熱光電池に熱的に結合され、前記１つ以上の熱光電池から熱を移動させるように配置される、第２のヒートパイプをさらに備える、例２の原子力発電システム。
（例４）
前記ヒートパイプは第１のヒートパイプであり、前記熱光電池に熱的に結合される第２のヒートパイプをさらに備え、前記第２のヒートパイプは、前記熱光電池から熱を移動させるように配置される、例２又は例３の原子力発電システム。
（例５）
前記熱光電池は、前記第１のヒートパイプから間隔を空けて配置され、前記第２のヒートパイプに取り付けられる、例４の原子力発電システム。
（例６）
前記第２のヒートパイプは、第１の領域及び第２の領域を有し、前記熱光電池は、前記第２のヒートパイプの前記第１の領域に取り付けられ、前記第２のヒートパイプの前記第２の領域は、ヒートシンクに熱を伝達するように配置される、例４又は例５の原子力発電システム。
（例７）
前記第１のヒートパイプの前記第２の領域、前記熱光電池、及び前記第２のヒートパイプの前記第１の領域は、互いに重ね合わされる、例６の原子力発電システム。
（例８）
前記第１のヒートパイプの前記第２の領域、前記熱光電池、及び前記第１の領域は、それぞれが少なくとも略同一の平面形状を有する、例６又は例７の原子力発電システム。
（例９）
前記ヒートパイプの前記第２の領域は、台形の断面形状を有する、例２－８のいずれか１つの原子力発電システム。
（例１０）
前記熱光電池は、実質的に同様の台形の断面形状を有し、前記熱光電池は、前記ヒートパイプの前記第２の領域と重ね合わされる、例９の原子力発電システム。
（例１１）
熱を発生するように構成される炉心を有する原子炉と、
前記炉心から熱を吸収し、且つ前記熱の少なくとも一部を熱放射として前記ヒートパイプから放射するように配置される複数のヒートパイプと、
１つ以上のヒートパイプからの前記熱放射を吸収し、且つ前記熱放射の少なくとも一部を電気エネルギーに変換するように配置される複数の熱光電池と
を備える、原子力発電システム。
（例１２）
前記原子炉は、前記炉心を収容する原子炉容器を含み、前記ヒートパイプは、前記原子炉容器に対してスタック状に配置され、少なくとも１つの熱光電池が前記スタック内の隣接するヒートパイプの各ペアの間に配置される、例１１の原子力発電システム。
（例１３）
前記ヒートパイプの各々は、前記炉心から熱を吸収するように配置される第１の領域、及び前記熱放射を放射するように配置される第２の領域を含み、前記ヒートパイプの前記第２の領域及び前記熱光電池は、実質的に同一の形状及びサイズを有し、前記第２の領域は、前記熱光電池と重ね合わされる、例１２の原子力発電システム。
（例１４）
前記原子炉は、前記炉心を収容する原子炉容器を含み、前記ヒートパイプは、前記原子炉容器に対してスタック状に配置され、２つの熱光電池が前記スタック内の隣接するヒートパイプの各ペアの間に配置され、前記２つの熱光電池の中の第１のものが、前記隣接するヒートパイプの前記ペアの中の第１のものに面し、前記２つの熱光電池の中の第２のものが、前記隣接するヒートパイプの前記ペアの第２のものに面している、例１１－１３のいずれか１つの原子力発電システム。
（例１５）
前記ヒートパイプは、第１のヒートパイプであり、前記原子力発電システムは、複数の第２のヒートパイプをさらに備え、前記第２のヒートパイプの１つが前記スタック内の隣接するヒートパイプの各ペアの間に配置され、前記２つの熱光電池は、前記隣接するヒートパイプの前記ペアの間に配置される前記第２のヒートパイプの１つに取り付けられる、例１４の原子力発電システム。
（例１６）
前記原子炉は、前記炉心を収容する原子炉容器を含み、前記ヒートパイプは、前記原子炉容器の周囲に円周方向に配置され、前記熱光電池は、前記原子炉容器の周囲に円周方向に配置され、前記第２のヒートパイプの中の対応するものと重ね合わされる、例１１－１５のいずれか１つの原子力発電システム。
（例１７）
前記原子炉は、前記炉心を収容する原子炉容器を含み、前記ヒートパイプ及び前記熱光電池は、前記原子炉容器の周囲に垂直に且つ円周方向に配置される複数のグループに配置され、各グループは、（ａ）少なくとも１つのヒートパイプ及び（ｂ）前記少なくとも１つのヒートパイプからの前記熱放射を吸収するように配置される少なくとも１つの熱光電池を含む、例１１－１６のいずれか１つの原子力発電システム。
（例１８）
ヒートパイプの第１の領域において原子炉の炉心から発生する熱を吸収するステップと、
前記熱の少なくとも一部を前記ヒートパイプの第２の領域から熱放射として放射するステップと、
熱光電池において前記熱放射を受けるステップと、
前記熱光電池において前記熱放射の少なくとも一部を電気エネルギーに変換するステップと
を含む、発電の方法。
（例１９）
前記ヒートパイプは第１のヒートパイプであり、前記方法は、第２のヒートパイプを用いて前記熱光電池から排熱を移動させるステップをさらに含む、例１８の方法。
（例２０）
前記方法は、
冷却材を用いて前記炉心から熱を吸収するステップと、
前記ヒートパイプの一部を通るように前記冷却材を流すステップと
をさらに含む、例１８又は例１９の方法。
（例２１）
第１の領域及び第２の領域を有するヒートパイプであって、前記第１の領域は熱源から熱を吸収するように構成され、前記第２の領域は吸収された熱の少なくとも一部を熱放射として前記ヒートパイプから放射するように構成される、ヒートパイプと、
前記ヒートパイプの前記第２の領域からの前記熱放射を受け、前記熱放射の少なくとも一部を電気エネルギーに変換するように配置される熱光電池と
を備える、発電システム。
（例２２）
前記ヒートパイプは第１のヒートパイプであり、前記熱光電池に熱的に結合される第２のヒートパイプをさらに備え、前記第２のヒートパイプは、前記熱光電池から熱を移動させるように配置される、例２１の発電システム。
（例２３）
前記熱光電池は、前記第１のヒートパイプから間隔を空けて配置され、前記第２のヒートパイプに取り付けられる、例２２の発電システム。
（例２４）
前記第２のヒートパイプは、第１の領域及び第２の領域を有し、前記熱光電池は、前記第２のヒートパイプの前記第１の領域に取り付けられ、前記第２のヒートパイプの前記第２の領域は、ヒートシンクに熱を伝達するように配置される、例２２又は例２３の発電システム。
（例２５）
前記第１のヒートパイプの前記第２の領域、前記熱光電池、及び前記第２のヒートパイプの前記第１の領域は、互いに重ね合わされる、例２４の発電システム。
（例２６）
前記第１のヒートパイプの前記第２の領域、前記熱光電池、及び前記第１の領域は、それぞれが少なくとも略同一の平面形状を有する、例２４又は例２５の発電システム。
（例２７）
前記ヒートパイプの前記第２の領域は、台形の断面形状を有する、例２１－２６のいずれか１つの発電システム。
（例２８）
前記熱光電池は、実質的に同様の台形の断面形状を有し、前記熱光電池は、前記ヒートパイプの前記第２の領域と重ね合わされる、例２７の発電システム。
（例２９）
前記熱源をさらに備える、例２１－２８のいずれか１つの発電システム。
（例３０）
前記熱源は原子炉を含む、例２１－２９のいずれか１つの発電システム。
（例３１）
熱源と、
前記熱源から熱を吸収し、前記熱の少なくとも一部を熱放射として前記ヒートパイプから放射するように配置される複数のヒートパイプと、
１つ以上のヒートパイプからの前記熱放射を吸収し、且つ前記熱放射の少なくとも一部を電気エネルギーに変換するように配置される複数の熱光電池と
を備える、発電システム。
（例３２）
前記ヒートパイプは、前記熱源に対してスタック状に配置され、少なくとも１つの熱光電池が前記スタック内の隣接するヒートパイプの各ペアの間に配置される、例３１の発電システム。
（例３３）
前記ヒートパイプの各々は、前記熱源から熱を吸収するように配置される第１の領域、及び前記熱放射を放射するように配置される第２の領域を含み、前記ヒートパイプの前記第２の領域及び前記熱光電池は、実質的に同一の形状及びサイズを有し、前記第２の領域は、前記熱光電池と重ね合わされる、例３２の発電システム。
（例３４）
前記ヒートパイプは、前記熱源に対してスタック状に配置され、２つの熱光電池が前記スタック内の隣接するヒートパイプの各ペアの間に配置され、前記２つの熱光電池の中の第１のものが、前記隣接するヒートパイプの前記ペアの中の第１のものに面し、前記２つの熱光電池の中の第２のものが、前記隣接するヒートパイプの前記ペアの第２のものに面している、例３１－３３のいずれか１つの発電システム。
（例３５）
前記ヒートパイプは、第１のヒートパイプであり、前記発電システムは、複数の第２のヒートパイプをさらに備え、前記第２のヒートパイプの１つが前記スタック内の隣接するヒートパイプの各ペアの間に配置され、前記２つの熱光電池は、前記隣接するヒートパイプの前記ペアの間に配置される前記第２のヒートパイプの１つに取り付けられる、例３４の発電システム。
（例３６）
前記ヒートパイプは、前記熱源の周囲に円周方向に配置され、前記熱光電池は、前記熱源の周囲に円周方向に配置され、前記第２のヒートパイプの中の対応するヒートパイプと重ね合わされる、例３１－３５のいずれか１つの発電システム。
（例３７）
前記ヒートパイプ及び前記熱光電池は、前記熱源の周囲に垂直に且つ円周方向に配置される複数のグループに配置され、各グループは、（ａ）少なくとも１つのヒートパイプ及び（ｂ）前記少なくとも１つのヒートパイプからの前記熱放射を吸収するように配置される少なくとも１つの熱光電池を含む、例３１－３６のいずれか１つの発電システム。
（例３８）
ヒートパイプの第１の領域において熱源から熱を吸収するステップと、
前記熱の少なくとも一部を前記ヒートパイプの第２の領域から熱放射として放射するステップと、
熱光電池において前記熱放射を受けるステップと、
前記熱光電池において前記熱放射の少なくとも一部を電気エネルギーに変換するステップと
を含む、発電の方法。
（例３９）
前記ヒートパイプは第１のヒートパイプであり、
前記方法は、第２のヒートパイプを用いて前記熱光電池から排熱を移動させるステップをさらに含む、例３８の方法。
（例４０）
前記方法は、核反応を介して前記熱源において前記熱を発生させるステップをさらに含む、例３８又は例３９の方法。
（例４１）
原子炉容器の内側に配置される炉心を含む原子炉と、
複数の第１ヒートパイプであって、前記第１のヒートパイプの各々は、第１の領域及び第２の領域を含み、前記第１の領域は、少なくとも部分的に前記原子炉容器の内側に配置され、前記炉心から発生する熱を吸収するように構成され、前記第２の領域は、少なくとも部分的に前記原子炉容器の外側に配置され、吸収された熱の少なくとも一部を熱放射として前記第１のヒートパイプから放射するように構成される、第１のヒートパイプと、
複数の熱光電池であって、前記熱光電池の各々は、前記第１のヒートパイプの対応する１つの前記第２の領域からの前記熱放射を受け、前記熱放射の少なくとも一部を電気エネルギーに変換するように配置される、熱光電池と、
複数の第２のヒートパイプであって、前記第２のヒートパイプの各々は、１つ以上の熱光電池に熱的に結合され、前記１つ以上の熱光電池から熱を移動させるように配置される、第２のヒートパイプと
を備える、原子力発電システム。

本技術の実施形態に関する上記の詳細な説明は、網羅的であること、又は技術を上記に開示された正確な形態に限定することを意図したものではない。技術の具体的な実施形態及び例示は説明のために上記に記載されているが、当業者が認識するように、技術の範囲内で様々な均等な修正が可能である。例えば、ステップは所定の順序で示されているが、他の実施形態は異なる順序でステップを実行してもよい。また、本明細書に記載されている様々な実施形態を組み合わせて、さらなる実施形態を提供してもよい。

上記により、技術の具体的な実施形態は説明のために本明細書に記載されているが、技術の実施形態の説明を不必要に不明瞭にすることを避けるために、周知の構造及び機能は詳細に示されていないことが理解されよう。文脈が許す限り、単数又は複数の用語は、それぞれ複数又は単数の用語も含んでもよい。

本明細書で使用される「Ａ及び／又はＢ」等の「及び／又は」という語句は、Ａのみ、Ｂのみ、及びＡ及びＢを指す。参照により本明細書に組み込まれた資料が本開示と矛盾する限りにおいて、本開示は管理される。さらに、「備える」という用語は、より多くの同じ特徴及び／又は他の特徴の追加のタイプが排除されないように、少なくとも言及された（複数の）特徴を含むことを意味するように全体を通して使用される。また、説明の目的で特定の実施形態が本明細書に記載されているが、技術から逸脱することなく様々な変更を加え得ることも理解されるであろう。さらに、技術のいくつかの実施形態に関連する利点がそれらの実施形態の文脈で説明されているが、他の実施形態もそのような利点を示す場合があり、全ての実施形態が技術の範囲内に入るために必ずしもそのような利点を示す必要はない。したがって、本開示及び関連する技術は、本明細書に明示的に示されていない、又は記載されていない他の実施形態を含んでもよい。

Claims (20)

1. 原子炉容器内に配置される炉心を含む原子炉であって、
   前記炉心は熱を発生するように構成される原子炉と、
   前記炉心からの前記熱を受けるように配置される表面であって、熱放射として前記表面から受けた熱の少なくとも一部を放射するように配置される表面と、
   前記表面からの前記熱放射を受け、且つ前記熱放射の少なくとも一部を電気エネルギーに変換するように配置される熱光電池と
   を備える、原子力発電システム。
2. 第１の領域及び第２の領域を有するヒートパイプをさらに備え、前記第１の領域は前記炉心から熱を受けるように構成され、前記第２の領域は前記表面を含む、請求項１に記載の原子力発電システム。
3. 前記ヒートパイプは、それぞれが前記第１の領域及び前記第２の領域を有する複数の第１のヒートパイプのうちの１つであり、前記熱光電池は、複数の熱光電池のうちの１つであり、前記熱光電池の各々は、前記第１のヒートパイプの対応する１つの前記第２の領域の前記表面からの前記熱放射を受け、前記熱放射の少なくとも一部を電気エネルギーに変換するように配置され、前記第１のヒートパイプの前記第１の領域は、少なくとも部分的に前記原子炉容器の内側に配置され、前記第１のヒートパイプの前記第２の領域は、少なくとも部分的に前記原子炉容器の外側に配置され、
   複数の第２のヒートパイプであって、前記第２のヒートパイプの各々は、１つ以上の熱光電池に熱的に結合され、前記１つ以上の熱光電池から熱を移動させるように配置される、第２のヒートパイプをさらに備える、請求項２に記載の原子力発電システム。
4. 前記ヒートパイプは第１のヒートパイプであり、前記熱光電池に熱的に結合される第２のヒートパイプをさらに備え、前記第２のヒートパイプは、前記熱光電池から熱を移動させるように配置される、請求項２に記載の原子力発電システム。
5. 前記熱光電池は、前記第１のヒートパイプから間隔を空けて配置され、前記第２のヒートパイプに取り付けられる、請求項４に記載の原子力発電システム。
6. 前記第２のヒートパイプは、第１の領域及び第２の領域を有し、前記熱光電池は、前記第２のヒートパイプの前記第１の領域に取り付けられ、前記第２のヒートパイプの前記第２の領域は、ヒートシンクに熱を伝達するように配置される、請求項４に記載の原子力発電システム。
7. 前記第１のヒートパイプの前記第２の領域、前記熱光電池、及び前記第２のヒートパイプの前記第１の領域は、互いに重ね合わされる、請求項６に記載の原子力発電システム。
8. 前記第１のヒートパイプの前記第２の領域、前記熱光電池、及び前記第１の領域は、それぞれが少なくとも略同一の平面形状を有する、請求項６に記載の原子力発電システム。
9. 前記ヒートパイプの前記第２の領域は、台形の断面形状を有する、請求項２に記載の原子力発電システム。
10. 前記熱光電池は、実質的に同様の台形の断面形状を有し、前記熱光電池は、前記ヒートパイプの前記第２の領域と重ね合わされる、請求項９に記載の原子力発電システム。
11. 熱を発生するように構成される炉心を有する原子炉と、
    前記炉心から熱を吸収する複数のヒートパイプであって、前記熱の少なくとも一部を熱放射として前記ヒートパイプから放射するように配置されるヒートパイプと、
    １つ以上のヒートパイプからの前記熱放射を吸収し、且つ前記熱放射の少なくとも一部を電気エネルギーに変換するように配置される複数の熱光電池と
    を備える、原子力発電システム。
12. 前記原子炉は、前記炉心を収容する原子炉容器を含み、前記ヒートパイプは、前記原子炉容器に対してスタック状に配置され、少なくとも１つの熱光電池が前記スタック内の隣接するヒートパイプの各ペアの間に配置される、請求項１１に記載の原子力発電システム。
13. 前記ヒートパイプの各々は、前記炉心から熱を吸収するように配置される第１の領域、及び前記熱放射を放射するように配置される第２の領域を含み、前記ヒートパイプの前記第２の領域及び前記熱光電池は、実質的に同一の形状及びサイズを有し、前記第２の領域は、前記熱光電池と重ね合わされる、請求項１２に記載の原子力発電システム。
14. 前記原子炉は、前記炉心を収容する原子炉容器を含み、前記ヒートパイプは、前記原子炉容器に対してスタック状に配置され、２つの熱光電池が前記スタック内の隣接するヒートパイプの各ペアの間に配置され、前記２つの熱光電池の中の第１のものが、前記隣接するヒートパイプの前記ペアの中の第１のものに面し、前記２つの熱光電池の中の第２のものが、前記隣接するヒートパイプの前記ペアの第２のものに面している、請求項１１に記載の原子力発電システム。
15. 前記ヒートパイプは、第１のヒートパイプであり、前記原子力発電システムは、複数の第２のヒートパイプをさらに備え、前記第２のヒートパイプの１つが前記スタック内の隣接するヒートパイプの各ペアの間に配置され、前記２つの熱光電池は、前記隣接するヒートパイプの前記ペアの間に配置される前記第２のヒートパイプの１つに取り付けられる、請求項１４に記載の原子力発電システム。
16. 前記原子炉は、前記炉心を収容する原子炉容器を含み、前記ヒートパイプは、前記原子炉容器の周囲に円周方向に配置され、前記熱光電池は、前記原子炉容器の周囲に円周方向に配置され、第２のヒートパイプの中の対応するものと重ね合わされる、請求項１１に記載の原子力発電システム。
17. 前記原子炉は、前記炉心を収容する原子炉容器を含み、前記ヒートパイプ及び前記熱光電池は、前記原子炉容器の周囲に垂直に且つ円周方向に配置される複数のグループに配置され、各グループは、（ａ）少なくとも１つのヒートパイプ及び（ｂ）前記少なくとも１つのヒートパイプからの前記熱放射を吸収するように配置される少なくとも１つの熱光電池を含む、請求項１１に記載の原子力発電システム。
18. ヒートパイプの第１の領域において原子炉の炉心から発生する熱を吸収するステップと、
    前記熱の少なくとも一部を前記ヒートパイプの第２の領域から熱放射として放射するステップと、
    熱光電池において前記熱放射を受けるステップと、
    前記熱光電池において前記熱放射の少なくとも一部を電気エネルギーに変換するステップと
    を含む、発電の方法。
19. 前記ヒートパイプは第１のヒートパイプであり、前記方法は、第２のヒートパイプを用いて前記熱光電池から排熱を移動させるステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記方法は、
    冷却材を用いて前記炉心から熱を吸収するステップと、
    前記ヒートパイプの一部を通るように前記冷却材を流すステップと
    をさらに含む、請求項１８に記載の方法。

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