KR20230049652A

KR20230049652A - 히트 파이프 및 광전 셀을 포함하는 열 전력 변환 시스템

Info

Publication number: KR20230049652A
Application number: KR1020237006321A
Authority: KR
Inventors: 프레데릭 보타; 스티븐 미르스키; 케일리 스티븐스; 미쉘 월든
Original assignee: 뉴스케일 파워, 엘엘씨
Priority date: 2020-08-17
Filing date: 2021-08-17
Publication date: 2023-04-13
Also published as: CA3187232A1; WO2022040159A3; JP2023537888A; US20220051825A1; WO2022040159A2

Abstract

핵 발전 시스템과 같은, 발전 시스템이 본 명세서에서 설명된다. 대표적인 발전시스템은 열원, 히트 파이프, 및 열광전 셀을 포함한다. 히트 파이프는 제1 영역 및 제2 영역을 포함한다. 제1 영역은 열원으로부터 열을 흡수하도록 위치되고, 제2 영역은 흡수된 열의 적어도 일 부분을 히트 파이프로부터 그 밖으로 열복사로서 복사하도록 위치된다. 열광전 셀은 히트 파이프의 제2 영역으로부터 열복사를 받도록 그리고 열복사의 적어도 일 부분을 전기 에너지로 변환하도록 위치된다. 발전 시스템은 열광전 셀로부터 폐열을 제거하도록 배치된 또 다른 히트 파이프를 더 포함할 수 있다.

Description

히트 파이프 및 광전 셀을 포함하는 열 전력 변환 시스템

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2020년 8월 17일에 출원된 "THERMAL POWER CONVERSION SYSTEM FOR A MICRO-REACTOR INCLUDING HEAT PIPES AND PHOTOVOLTAIC CELLS"라는 제목의 미국 임시 특허 출원 제63/066,532호, 및 2021년 4월 15일에 출원된 "THERMAL PHOTOVOLTAIC(TPV) DECAY HEAT REMOVAL AND/OR POWER CONVERSION SYSTEMS"라는 제목의 미국 임시 특허 출원 제63/175,428호의 이익을 주장하며, 이들 각각은 그 전체가 인용에 의해 본 명세서에 통합된다.

기술 분야

본 기술은, 예를 들어, 핵 반응기 시스템에서 사용하기 위한 광전 셀에 열 에너지를 복사(radiate)하는 히트 파이프를 포함하는 열 발전 변환 시스템에 관한 것이다.

발전소는 형상과 크기가 다양하다. 대형 발전소는 지리적 영역(geographic area)에 전기를 공급하는 데 사용할 수 있는 반면, 상대적으로 작은 발전소는, 예를 들어, 국지적 영역, 잠수함, 우주선, 등에 전력을 공급하는 데 사용할 수 있다. 전기를 공급하는 것 외에도, 발전소는, 해수 담수화에서 의료 목적을 위한 핵 동위원소 생성에 이르기까지 무수히 많은 추가적 또는 다른 목적으로 사용될 수 있다. 마찬가지로, 사용 가능한 발전소 유형은, 몇 가지 예를 들자면, 가스, 석탄, 원자력을 포함한 광범위한 기술들을 포괄한다. 우주 분야, 휴대용 적용 분야, 등에 사용하기 위해 발전소의 크기와 무게를 최소화하는 것이 종종 바람직하다. 동시에, 발전소의 단순성과 신뢰성을 높이는 것이 바람직하다.

본 기술의 많은 양태들은 다음의 도면들을 참조하여 더 잘 이해될 수 있다. 도면들의 구성요소들은 반드시 축척에 맞춰진 것은 아니다. 대신, 본 기술의 원리들을 명확하게 설명하는 데 중점을 둔다.
도 1은 본 기술의 구현예들에 따라 구성된 발전 시스템의 측단면도이다.
도 2는 도 1의 발전 시스템의 등각도이다.
도 3은 도 1의 발전시스템의 상면도이다.
도 4는 도 1의 발전시스템의 측면도이다.
도 5a는, 본 기술의 구현예들에 따라 구성된, 도 1의 발전 시스템의 제1 히트 파이프의 상면도이다.
도 5b는, 본 기술의 구현예들에 따라 구성된, 도 1의 발전 시스템의 열광전 셀의 상면도이다.
도 5c는, 본 기술의 구현예들에 따라 구성된, 도 1의 발전 시스템의 제2 히트 파이프의 상면도이다.
도 6은, 본 기술의 추가 구현예들에 따라 구성된 발전 시스템의 부분적으로 도식적인 측단면도(partially schematic side cross-sectional view)이다.
도 7은, 본 기술의 추가 구현예에 따라 구성된 발전 시스템의 부분적으로 도식적인 측단면도이다.
도 8은, 본 기술의 추가적인 구현예들에 따라 구성된 발전 시스템의 측단면도이다.

본 발명의 양태들은 통상적으로 핵 발전 시스템과 같은 발전 시스템, 및 관련된 방법에 관한 것이다. 아래에 설명된 여러 구현예들에서, 대표적인 발전 시스템은 열원, 히트 파이프, 및 열광전 셀을 포함한다. 히트 파이프는 제1 영역 및 제2 영역을 포함한다. 제1 영역은 열원으로부터 열을 흡수하도록 구성되고, 제2 영역은 흡수된 열의 적어도 일 부분을 히트 파이프로부터 열복사로서 복사하도록 구성된다. 열광전 셀은 히트 파이프의 제2 영역으로부터 열복사를 수용하도록 위치되고, 열복사의 적어도 일 부분을 전기 에너지로 변환하도록 구성된다.

일부 구현예들에서, 히트 파이프는 제1 히트 파이프이고, 발전 시스템은 열광전 셀로부터 폐열을 제거하도록 위치된 제2 히트 파이프를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 폐열이 열광전 셀로부터 제2 히트 파이프로 전도에 의해(conductively) 전달될 수 있도록, 열광전 셀은 제2 파이프에 장착될 수 있다. 제2 히트 파이프는 폐열을 히트 싱크 또는 다른 공급원으로 배출할 수 있다. 이러한 방식으로, 제2 히트 파이프는, 열광전 셀로부터 폐열을 제거하고 열광전 셀을 최대 작동 온도 이하로 유지하는, 열광전 셀을 위한 열 관리 시스템으로서 작용할 수 있다.

일부 구현예들에서, 히트 파이프 및 열광전 셀은 히트 파이프들 및 열광전 셀들의 다수의 그룹들 중 하나를 포함한다. 그러한 구현예들에서, 그룹들은, 열광전 셀들을 위한 큰 표면적을 갖는 조밀한 배열체를 제공하기 위해, 열원 주위에 수직으로 및/또는 둘레 방향으로(circumferentially) 배열될 수 있다.

특정 세부사항은 본 기술의 다양한 구현예들의 철저한 이해를 제공하기 위해 다음 설명 및 도 1 내지 8에 설명되어 있다. 다른 경우에, 종종 핵 반응기, 히트 파이프, 열광전 셀, 등과 관련된 잘 알려진 구조, 재료, 작동 및/또는 시스템은, 본 기술의 다양한 구현예들의 설명을 불필요하게 모호하도록 하는 것을 피하기 위해, 다음의 개시에서 상세하게 나타내거나 설명하지 않는다. 그러나, 당해 기술분야의 통상의 기술자가 인식할 수 있는 바와 같이, 본 기술은 본 명세서에 기술된 하나 이상의 세부사항 없이, 및/또는 다른 구조, 방법, 구성요소, 등으로 실시될 수 있다. 아래에서 사용되는 용어는, 본 기술의 구현예들의 특정 실시예들에 대한 상세한 설명과 함께 사용되더라도, 가장 광범위하고 합리적인 방식으로 해석되어야 한다.

첨부된 도면들은 본 기술의 구현예들을 도시하고 명시적으로 나타내지 않는 한 그 범위를 제한하려는 의도가 아니다. 묘사된 다양한 요소들의 크기는 반드시 축척에 맞게 그려지지는 않으며, 이러한 다양한 요소들은 가독성을 향상시키기 위해 확대될 수 있다. 본 기술을 만들고 사용하는 방법을 완전히 이해하는 데 그러한 세부 사항이 불필요한 경우, 구성요소들의 위치 및 이러한 구성요소들 간의 특정한 정확한 연결과 같은 세부 사항을 제외하기 위해 구성요소 세부 사항이 도면들에서 생략될 수 있다. 도면들에 도시된 많은 세부 사항, 치수, 각도 및 다른 특징들은 단지 본 개시의 특정 구현예들을 예시한 것일 뿐이다. 따라서, 다른 구현예들은 본 기술로부터 벗어나지 않고 다른 세부사항, 치수, 각도 및 특징들을 가질 수 있다. 또한, 당해 기술분야의 통상의 기술자가 이해할 수 있는 바와 같이, 본 기술의 추가 구현예들은 아래에 설명된 세부 사항 중 몇가지없이 실시될 수 있다.

도 1은 본 기술의 구현예들에 따라 구성된 발전 시스템("시스템(100)")의 측단면도이다. 도 2 내지 도 4는, 각각, 본 시스템(100)의 등측도(isometric view), 상면도 및 측면도이다. 도 1 내지 도 4를 함께 참조하면, 본 시스템(100)은 열원(102), 및 열원(102)에 열적으로 결합된 복수의 제1 히트 파이프들(110)을 포함할 수 있다. 제1 히트 파이프들(110)은 열원(102)으로부터 열을 제거하고 열을 복수의 열광전(thermophotovoltaic, TPV) 또는 광전(photovoltaic, PV) 패널들 또는 셀들(120)을 향해 복사하도록 구성된다. TPV 셀들(120)은 제1 히트 파이프들(110)로부터의 열복사를 흡수하도록 위치되고, 열복사를 하나 이상의 전기 라인들(103)(도 1) 상에서 전송하기 위한 전기 에너지로 변환하도록 구성된다. 도시된 구현예들에서, 본 시스템(100)은, TPV 셀들(120)에 열적으로 결합되고 TPV 셀들(120)로부터 폐열을 제거하도록 구성된, 복수의 제2 히트 파이프들(130)을 더 포함함으로써, TPV 셀들(120)을 최대 작동 온도 이하로 유지한다.

일부 구현예들에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 열원(102)은 핵 반응기 시스템("핵 반응기(102)")일 수 있다. 도 1을 참조하면, 핵 반응기(102)는 제어된 핵 반응이 일어나는 핵 반응기 코어(104)를 수용하는 반응기 용기(101)를 포함할 수 있다. 예시된 구현예들에서, 반응기 용기(101)는 실린더 형상 또는 캡슐 형상(예를 들어, 원형 단면 형상을 가짐)인 반면, 다른 구현예들에서, 반응기 용기(101)는 구형, 원뿔형, 또는 다른 형상 및/또는 다른 단면 모양(예를 들어, 타원형, 직선형, 직사각형, 다각형, 불규칙)을 가질 수 있다. 핵 반응기 코어(104)는 핵분열 재료 및/또는 다른 적합한 재료들을 포함하는 하나 이상의 연료 어셈블리들(105)을 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 핵 반응기(102)는, 핵 반응기 코어(104) 내에서 발생하는 핵 반응을 진행하기 위해 중성자를 핵 반응기 코어(104)로 다시 안내하는 핵 반응기 코어(104) 주위에 위치된 반사기(109)를 포함할 수 있다.

일부 구현예들에서, 핵 반응기 용기(101)는 열을 핵 반응기 코어(104)로부터 제1 히트 파이프들(110)로 전달하는 작동 유체 또는 냉각제(106)(예를 들어, 1차 냉각제)를 추가적으로 수용할 수 있다. 예를 들어, 반응기 용기(101) 내부에 배치된 화살표로 도시된 바와 같이, 냉각제(106)는 반응기 용기(101)의 바닥을 향하여 반응기 코어(104)에서 가열된다. 가열된 1차 냉각제(예를 들어, 첨가제가 있거나 없는 물, 액체 금속)는 반응기 코어(104)로부터 코어 덮개(core shroud)(107)를 통해 상승 튜브(riser tube)(108)로 상승한다. 뜨겁고, 부력이 있는 냉각제(106)는 상승 튜브(108)를 통해 계속 상승한 다음, 상승 튜브(108)를 빠져나가, 제1 히트 파이프들(110)을 지나 아래로 통과한다. 냉각제(106)가 제1 히트 파이프들(110)을 지나 하강함에 따라, 냉각제(106)는 제1 히트 파이프들(110)로 열을 전달한 다음, 사이클이 다시 시작되는 반응기 용기(101)의 바닥으로 하강한다. 따라서, 사이클은 냉각제(106)의 부력 변화에 의해 구동될 수 있고, 따라서, 냉각제(106)를 이동시키기 위한 펌프, 밸브, 또는 다른 능동적 유체 제어 장치(active fluid control devices)에 대한 필요성을 감소시키거나 제거할 수 있다.

핵 반응기(102)는 다수의 제어 시스템 및 관련된 센서들(미도시)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 핵 반응기(102)는 하나 이상의 제어봉들, 액체 감속체, 및/또는 반응기 코어(104) 내의 핵분열성 재료의 반응 속도를 제어하기 위한 다른 구성요소들을 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 냉각제(106)는 생략될 수 있고 제1 히트 파이프들(110)은 반응기 코어(104)에 직접 열적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 핵 연료는 제1 히트 파이프들(110)에 직접 열적으로 결합(예를 들어, 부착)될 수 있다. 일부 구현예들에서, 핵 반응기(102)는, (i) 2020년 10월 15일에 출원된 "HEAT PIPE NETWORKS FOR HEAT REMOVAL, SUCH AS HEAT REMOVAL FROM NUCLEAR REACTORS, AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS"라는 제목의 미국 특허 출원 제17/071,838호, (ii) 2020년 10월 15일에 출원된 "NUCLEAR REACTORS HAVING LIQUID METAL ALLOY FUELS AND/OR MODERATORS"라는 제목의 미국 특허 출원 제17/071,795호, 및/또는 (iii) 2021년 2월 4일에 출원된 "SUPPORTS WITH Integrated SENSORS FOR NUCLEAR REACTOR STEAM GENERATORS, AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS"이라는 제목의 미국 특허 출원 제17/168,118호에 자세히 설명된 핵 반응기 시스템들 어느 하나에, 유사하거나 동일한 일부 특징을 포함할 수 있거나, 및/또는 유사하거나 동일하게 작동할 수 있으며, 이들 각각은 그 전체가 인용에 의해 본 명세서에 통합된다.

계속해서 도 1을 참조하면, 제1 히트 파이프들(110), TPV 셀들(120), 및 제2 히트 파이프들(130)은 복수의 그룹(140)(예를 들어, 층, 세트)에서 수직으로 배열(예를 들어, 적층)될 수 있다. 도시된 구현예에서, 수직 방향으로 5개의 그룹들(140)이 있고, 그룹들(140)의 각각은 다음을 포함한다: (i) 2개의 제1 히트 파이프(110), (ii) 2개의 TPV 셀(120), 및 (iii) 1개의 제2 히트 파이프(130). 일부 구현예들에서, 그룹들(140)은, 예를 들어, 각각의 그룹들(140)은 그룹들(140) 중 다른 하나와 제1 히트 파이프들(110) 중 적어도 하나를 공유하도록, 적어도 부분적으로 겹칠 수 있다. 따라서, TPV 셀들(120)의 쌍들은 제1 히트 파이프들(110) 사이에 수직으로 끼워(interleave)질 수 있고, 제2 히트 파이프들(130)은 각각의 쌍 내의 TPV 셀들(120) 사이에 수직으로 끼워질 수 있다. 각각의 그룹들(140)에서, TPV 셀들(120) 중 하나는 제1 히트 파이프들(110) 중 하나와 대면할 수 있고, TPV 셀들(120) 중 다른 하나는 제1 히트 파이프들(110) 중 다른 하나와 대면할 수 있다.

도 2 내지 도 4를 추가적으로 참조하면, 그룹들 중 다수의 그룹(140)이 열원(102) 주위에 수직으로 뿐만 아니라 열원(102) 주위에 배열될 수 있다. 도 2에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 예를 들어, 그룹들(140) 중 12개는, 시스템(100)이 총 60개(12 x 5)의 그룹들(140)을 포함하도록, 각각의 수직 높이에서 열원(102) 주위에 둘레 방향으로 배열된다. 다른 구현예들에서, 수직 및/또는 둘레 방향의 그룹들(140)의 개수는 상이할 수 있으며, 및/또는 그룹들(140)은 더 많거나 더 적은 제1 히트 파이프들(110), TPV 셀들(120), 및/또는 제2 히트 파이프들(130)을 포함할 수 있다. 또한, 제1 히트 파이프들(110), 제2 히트 파이프들(130) 및 TPV 셀들(120)은 열원(102)의 종축에 대해 대체로 수평으로(예를 들어, 직각으로) 연장하는 것으로 도시되어 있는 반면에, 다른 구현예들에서, 제1 히트 파이프들(110), 제2 히트 파이프(130), 및/또는 TPV 셀들(120) 중 하나 이상은 종축에 대해 수직으로(예를 들어, 평행하게) 및/또는 종축에 대해 다른 각도로 연장할 수 있다.

일부 구현예들에서, 제1 히트 파이프들(110)은 통상적으로 서로 유사하거나 동일할 수 있고, TPV 셀들(120)은 통상적으로 서로 유사하거나 동일할 수 있으며, 및/또는 제2 히트 파이프들(130)은 통상적으로 서로 유사하거나 동일할 수 있다. 예를 들어, 도 5a 내지 도 5c는, 각각, 본 기술의 구현예들에 따른, 제1 히트 파이프들(110) 중 하나, TPV 셀들(120) 중 하나 및 제2 히트 파이프들(130) 중 하나의 상면도이다.

도 5a를 참조하면, 제1 히트 파이프들(110)의 각각("제1 히트 파이프(110)")은, 제1 영역(512)(예를 들어, 기화기 영역), 제1 영역(512)으로부터 연장하는 제2 영역(514)(예를 들어, 단열 영역), 및 제2 영역(514)으로부터 연장하는 제3 영역(516)(예를 들어, 응축기 영역)(집합적으로 "영역들(512 내지 516)")을 포함할 수 있다. 예시된 구현예에서, 제1 영역 및 제2 영역(512, 514)은 긴 직사각형 형상을 갖는 반면, 제3 영역(516)은 사다리꼴 형상을 갖는다. 일부 구현예들에서, 제3 영역(516)은 제1 영역 및 제2 영역(512, 514)보다 더 큰 표면적을 갖는다. 다른 구현예들에서, 영역들(512 내지 516)의 크기, 형상 및/또는 치수는 상이할 수 있다. 예를 들어, 제3 영역(516)은 직사각형일 수 있다.

도 5b를 참조하면, TPV 셀들(120)의 각각("TPV 셀(120)")은 사다리꼴 형상을 가질 수 있고, 제1 히트 파이프(110)의 제3 영역(516)과 통상적으로 일치하도록 크기 및 형상이 정해질 수 있다. TPV 셀(120)의 상부 표면(522)의 일부, 실질적으로 전부, 또는 전부는 열 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위해, 광전 다이오드와 같은, 회로(524)로 덮일 수 있다. TPV 셀(120)의 하부 표면(도 5b에서 가려짐)은 TPV 셀(120)로부터(예를 들어, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 제2 히트 파이프(130)로) 폐열 제거를 촉진하기 위한 열전도성 재료를 포함할 수 있다.

도 5c를 참조하면, 도 5a에 도시된 제1 히트 파이프(110)와 유사하게, 제2 히트 파이프(130)의 각각("제2 히트 파이프(130)")은, 제1 영역(532)(예를 들어, 기화기 영역), 제1 영역(532)으로부터 연장하는 제2 영역(534)(예를 들어, 단열 영역), 및 제2 영역(534)으로부터 연장하는 제3 영역(536)(예를 들어, 응축기 영역)(집합적으로 "영역들(532 내지 536)")을 포함할 수 있다. 예시된 구현예에서, 제2 영역 및 제3 영역(534, 536)은 긴 직사각형 형상을 갖는 반면, 제1 영역(532)은 사다리꼴 형상을 갖는다. 일부 구현예들에서, 제1 영역(532)은 제1 영역 및 제2 영역(534, 536)보다 더 큰 표면적을 갖는다. 도 1 내지 도 4를 추가적으로 참조하면, 일부 구현예들에서, 제2 영역 및 제3 영역(534)은 제1 영역(532)보다 더 큰 두께(예를 들어, 열원(102)의 종축을 따라)를 가질 수 있으며, 제1 영역(532)은 더 큰 폭(예를 들어, 종축에 수직인 방사상 축을 따라)을 가질 수 있다. 다른 구현예들에서, 영역들(532 내지 536)의 크기, 형상, 및/또는 치수는 상이할 수 있다. 예를 들어, 제3 영역(536)은 직사각형일 수 있다.

도 5a 내지 도 5c를 함께 참조하면, 일부 구현예들에서, 제1 히트 파이프(110)의 제3 영역(516), TPV 전지(120), 및 제2 히트 파이프(130)의 제1 영역(532)의 크기 및 형상(예를 들어, 평면 도형의 크기 및 형상)은 통상적으로 유사하거나 동일할 수 있다. 아래에서 더 자세히 설명되는 것처럼, 이러한 구성요소들은 조밀한 배열(compact arrangement)을 제공하기 위해 다른 구성요소들 위에 수직으로 중첩될 수 있다.

일부 구현예들에서, 제1 히트 파이프 및 제2 히트 파이프(110, 130)는 대략적으로 유사하거나 동일한 구성을 가질 수 있으며, 및/또는 대략적으로 유사하거나 동일하게 작동할 수 있다. 예를 들어, 제1 히트 파이프 및 제2 히트 파이프(110, 130)은 각각 작동 유체를 함유하는 채널(예를 들어, 공동(cavity), 챔버)을 한정(define)하는 외부 케이싱을 포함할 수 있다. 제1 히트 파이프(110)의 채널은 제1 영역(512)으로부터 제2 영역(514)을 통해 제3 영역(516)으로 연장할 수 있고, 제2 히트 파이프(130)의 채널은 제1 영역(532)으로부터 제2 영역(534)을 통해 제3 영역(536)으로 연장할 수 있다. 작동 유체는, 예를 들어, 소듐 또는 포타슘과 같은 2상(예를 들어, 액상과 증기상) 재료일 수 있다. 일부 구현예들에서, 케이싱은 스틸, 몰리브덴, 몰리브덴 합금, 몰리브덴-란타늄 옥사이드, 및/또는 다른 금속 또는 세라믹 재료로 형성될 수 있다. 일부 구현예들에서, 제1 히트 파이프 및 제2 히트 파이프(110, 130)은 각각 모세관 작용을 통해 압력 차이에 대항해 작동 유체를 수송하기 위한 채널들 내에 위치된 구조체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 히트 파이프 및 제2 히트 파이프(110, 130)는 각각 작동 유체를 수송하기 위한 위킹 구조체(예를 들어, 복합 윅(compound wick))를 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 제1 히트 파이프 및 제2 히트 파이프(110, 130)는 2020년 10월 15일에 출원된 "HEAT PIPE NETWORKS FOR HEAT REMOVAL, SUCH AS HEAT REMOVAL FROM NUCLEAR REACTORS, AND ASSOCIATED SYSTEMS AND METHODS"이라는 제목의 미국 특허 출원 제17/071,838호에 상세히 기술된 히트 파이프들 중 어느 하나와 통상적으로 유사하거나 동일할 수 있으며, 그 전체가 인용에 의해 본 명세서에 통합된다.

도 1 내지 도 5c를 함께 참조하면, 제1 히트 파이프들(110)은 반응기 용기(101)를 통해 열원(102) 내로 연장한다. 더욱 특히, 제1 히트 파이프들(110)의 각각에 대해, 제1 영역(512)은 열원(102) 내부에 위치될 수 있고, 제3 영역(516)은 열원(102) 외부에 위치될 수 있으며, 제2 영역(514)은 열원(102)의 내부 및/또는 외부에 위치될 수 있다. TPV 셀들(120)은 제2 히트 파이프들(130) 중 대응하는 것들에 장착될 수 있고, 제2 히트 파이프들(130)은, 열원(102)으로부터 그 바깥쪽으로, TPV 셀들(120)로부터 연장할 수 있다. 더욱 특히, TPV 셀들(120)의 각각은 제2 히트 파이프들(130) 중 대응하는 것의 제1 영역(532)의 하부 표면 또는 상부 표면에 장착(예를 들어, 부착, 결합, 열적 결합, 지지(carried by))될 수 있다. 제1 히트 파이프들(110)의 각각의 제3 영역(516)은 제2 히트 파이프들(130) 중 인접한 하나의 제1 영역(532) 위에 배치되어, 그 위에 장착된 대응하는 TPV 셀들(120) 중 하나의 회로(526)와 대면할 수 있다. 즉, 그룹들(140)의 각각에서, 제1 히트 파이프들(110)의 제3 영역들(516), TPV 셀들(120), 및 제2 히트 파이프들(130)의 제1 영역들(532)이 수직으로 중첩될 수 있다. 따라서, TPV 셀들(120)의 각각은 제2 히트 파이프들(130) 중 하나에 장착될 수 있고 제1 히트 파이프들(110) 중 인접한(예를 들어, 대응하는) 하나의 제3 영역(516)과 대면하도록 위치될 수 있다.

현재 기술의 일부 양태들에 있어서, 제1 히트 파이프들(110)의 제3 영역들(516)의 상보적 구성(complementary configurations)(예를 들어, 사다리꼴 형상 및 동일하거나 실질적으로 유사한 크기), TPV 셀들(120), 및 제2 히트 파이프들(130)의 제1 영역들(532)은, 각각의 TPV 셀들(120)이, (i) 제1 히트 파이프들(110) 중 인접한 하나의 전체 제3 영역(516)을 전체적으로 또는 적어도 대략적으로(예를 들어, 90% 이상) 대면하고, (ii) TPV 셀(120)이 장착되는 제2 히트 파이프(130)의 전체 제1 영역(532)을 전체적으로 또는 적어도 대략적으로(예를 들어, 90% 이상) 접촉하도록, 보장한다. 더욱이, 도 2 및 3에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 제1 히트 파이프들(110)의 제3 영역들(516), TPV 셀들(120), 및 제2 히트 파이프들(130)의 제1 영역들(532)의 사다리꼴 형상은 열원(102)의 둘레 주위의 실질적으로 전체 공간을 활용하는 내포된 배열(nested arrangement)을 제공할 수 있으므로, 이에 의해 표면적(예를 들어, 및 TPV 셀들(120)의 대응하는 에너지 변환 밀도)을 최대화하면서 조밀한 설계를 제공한다.

시스템(100)의 작동 동안, 열원(102)(예를 들어, 순환하는 냉각제(106))은 열을 제1 히트 파이프들(110)의 제1 영역들(512)로 전달한다. 제1 히트 파이프들(110)의 각각에 대해, 제1 영역(512)에서 흡수된 열은 제1 영역(512)에서/제1 영역(512)내에서 작동 유체를 증발(예를 들어, 기화)하고, 제1 영역(512)과 제3 영역(516) 사이에 압력 차이를 생성시킨다. 압력 차이는 증발된 작동 유체를 제1 영역(512)으로부터, 제2 영역(514)을 거쳐, 제3 영역(516)으로 밀어 보낸다. 작동 유체는 제3 영역(516)에서 냉각 및 응축됨으로써, 제3 영역(516)에서 제1 히트 파이프(110)의 케이싱으로 열을 전달하고, 이어서 열을 제1 히트 파이프(110)로부터 외부로 방출한다. 따라서, 열은 제1 영역들(512)내로 투입되고, 제1 히트 파이프들(110)의 제3 영역들(516)로부터 제거된다. 일부 구현예들에서, 열은 제2 영역들(514)에서 제거되거나 추가되지 않는다. 일부 구현예들에서, 제1 히트 파이프들(110)의 각각은 응축된/냉각된 작동 유체를 제3 영역(516)으로부터 제1 영역(512)으로 압력 구배를 거슬러 다시 수송하도록 구성될 수 있으며, 여기서 작동 유체는 다시 한번 가열되고 기화될 수 있다. 예를 들어, 위에서 상세히 설명된 바와 같이, 제1 히트 파이프들(110)은 각각 모세관 작용을 통해 압력 구배에 거슬러 작동 유체를 펌핑하도록 구성된 위킹 구조체를 포함할 수 있다. 다른 구현예들에서, 제1 히트 파이프들(110)은 중력 및/또는 원심력이 냉각되고 응축된 작동 유체를 제1 영역(512)으로 복귀시키도록 배열될 수 있다.

TPV 셀들(120)은 동일한 그룹(140)의 제1 히트 파이프들(110) 중 인접한 하나의 제3 영역(516)으로부터 복사되는 열을 전달받도록 각각 배치된다. TPV 셀들(120)의 회로(524)는 열복사(예를 들어, 수신된 광자들)를 전기 에너지(예를 들어, DC 전력)로 변환할 수 있으며, 이는 전기 라인(103)을 통해 TPV 셀들(120)로부터 밖으로 운반될 수 있다. 일부 구현예들에서, 전기 라인들(103)은 단일 부하 또는 전송 경로에 연결될 수 있는 반면, 다른 구현예들에서, 전기 라인들(103)은 전기 에너지를 개별적 부하들 및/또는 전송 경로들로 전달할 수 있다. 일부 구현예들에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 시스템(100)은 선택적으로(optionally) TPV 셀들(120) 및 제1 히트 파이프들(110) 주위에 적어도 부분적으로 진공 용기(150)(가상선(phantom)으로 도시됨)를 포함할 수 있다. 진공 용기(150)는, TPV 셀들(120)과, 제1 히트 파이프들(110)의 제3 영역들(516) 사이의 진공 또는 부분 진공을 생성/유지하도록 구성될 수 있으며, 여기서 제1 히트 파이프들(110)의 제3 영역들(516)은 TPV 셀들(120)을 향해 열 에너지를 복사한다. 진공은, 예를 들어, 제1 히트 파이프들(110)과 TPV 셀들(120) 사이의 복사 전달 경로를 차단할 수 있는 먼지 또는 다른 오염물의 양을 최소화함으로써, 제1 히트 파이프들(110)로부터 TPV 셀들(120)에 의해 수용되는 열복사의 양을 증가시킬 수 있다. 더욱이, TPV 셀들(120)은 각각, 제1 히트 파이프들(110) 중 인접한 하나로부터 상대적으로 작은 거리만큼 이격되어, TPV 셀들(120)에 의해 수용되어 전기 에너지로 변환되는 복사의 효율을 증가시킬 수 있다.

TPV 셀들(120)은 제1 히트 파이프들(110)로부터 열 복사를 수용함에 따라, 복사의 일부는 회로(524)에 의해 전기 에너지로 변환되지 않을 수 있고, 대신에 TPV 셀들(120)의 온도를 증가시키는 폐열로서 흡수될 수 있다. TPV 셀들(120)은 제2 히트 파이프들(130)의 제1 영역들(532) 중 대응하는 것들에 장착되기 때문에, TPV 셀들(120)은 폐열을 제2 히트 파이프들(130)의 제1 영역들(532)로 전달할 수 있다. 제2 히트 파이프들(130)의 각각에 대해, 제1 영역(532)에서 흡수된 열은 제1 영역(532)에서/내에서 작동 유체를 증발(예를 들어, 기화)하고, 제1 영역(532)과 제3 영역(536) 사이의 압력 차이를 생성한다. 압력 차이는 증발된 작동 유체를 제1 영역(532)으로부터 제2 영역(534)을 거쳐 제3 영역(536)으로 구동한다. 작동 유체는 제3 영역(536)에서 냉각 및 응축됨으로써, 제2 히트 파이프(130)로부터의 제거를 위해 제3 영역(536)에서 제2 히트 파이프(130)의 케이싱으로 열을 전달한다. 이러한 방식으로, 제2 히트 파이프들(130)은 TPV 셀들(120)을 위한 열 관리 시스템으로서 작용하여, TPV 셀들(120)로부터 폐열을 제거하고, TPV 셀들(120)을 최대 작동 온도 이하로(예를 들어, 최적의 또는 목적하는 작동 온도로) 유지한다.

이에 따라, TPV 셀들(120)에 의해 제2 히트 파이프들(130)의 제1 영역들(532) 내로 열이 투입되고, 제3 영역들(536)에서 열이 제거된다. 일부 구현예들에서, 열은 제2 영역들(534)에서 제거되거나 추가되지 않는다. 일부 구현예들에서, 제2 히트 파이프(130)들의 각각은 응축된/냉각된 작동 유체를 제3 영역(536)으로부터 제1 영역(532)으로 압력 구배를 거슬러서 다시 이송하도록(예를 들어, 모세관 및/또는 다른 힘들을 통해) 구성될 수 있으며, 제1 영역(532)에서 작동 유체가 다시 한 번 가열되고 기화될 수 있다.

일부 구현예들에서, 제2 히트 파이프들(130)은 폐열을 히트 싱크, 예를 들어, 지면(예를 들어, 달, 화성 또는 지구 표면), 대기(예를 들어, 화성 또는 지구 대기), 또는 우주로 전달할 수 있다(예를 들어, 복사에 의해, 전도에 의해). 일부 구현예들에서, 제2 히트 파이프들(130)에 의해 제거된 열은, 얼음 함유 토양을 가열함으로써 물을 추출하는 공정들과 같은 추가 공정들에서, 사용될 수 있다. 예를 들어, 제2 히트 파이프들(130)의 적어도 제3 영역들(536)은 얼음 함유 토양으로 덮일 수 있으며, 그에 따라 제2 히트 파이프들(130)은 열을 얼음 함유 토양으로 방출한다. 얼음 함유 토양은, 얼음 함유 토양으로부터 증발된 수증기를 포획하기 위해 유연한 시트로(예를 들어, 얼음 함유 토양을 포장함으로써) 봉지화되거나 덮일 수 있다. 얼음 함유 토양(예를 들어, 토양 주머니)은 얼음 함유 토양의 얼음 함량이 고갈되면 교체될 수 있다.

일부 구현예들에서, 제1 히트 파이프들(110)은 500 ℃ 초과, 700 ℃ 초과, 900 ℃ 초과, 1100 ℃ 초과 또는 그 초과와 같은 고온에서 작동하고 열을 복사하도록 구성된다. 예를 들어, 열원(102)이 핵 반응기인 경우, 냉각제(106)는 작동 동안 약 900 ℃ 이상의 온도를 가질 수 있다. 일부 구현예들에서, 제2 히트 파이프들(130)은 100 ℃ 미만, 75 ℃ 미만, 50 ℃ 미만, 25 ℃ 내지 50 ℃, 또는 그 이하와 같은 비교적 낮은 온도(예를 들어, TPV 셀들(120)의 작동 온도에 대응하는)에서 작동하도록 구성된다. 따라서, 제1 히트 파이프들(110)은 고온 히트 파이프들로 지칭될 수 있고, 제2 히트 파이프들(130)는 저온 히트 파이프들로 지칭될 수 있다. 일부 구현예들에서, 제1 히트 파이프 및 제2 히트 파이프(110, 130)는 특정한 높거나 낮은 작동 온도에 대한 열 전달 계수를 최대화하기 위해 다른 구성/배열을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 히트 파이프 및 제2 히트 파이프(110, 130)는 다른 작동 유체, 크기, 위킹 구조체, 등을 가질 수 있다.

본 기술의 일부 양태들에서, 시스템(100)의 전력 변환 구성요소들은 임의의 밸브들 또는 펌프들을 사용하지 않고 작동할 수 있다. 예를 들어, 냉각제(106)는 핵 반응기 코어(104)에 의해 수동적으로 가열될 수 있고, 제1 히트 파이프들(110)은 각각 냉각제(106)로부터 열을 제거하고 열을 TPV 셀들(120)로 복사하기 위한 폐쇄 유체 시스템으로서 작동할 수 있으며, 제2 히트 파이프들(130)은 유사하게 각각 TPV 셀들(120)로부터 폐열을 제거하기 위한 폐쇄 유체 시스템으로서 작동할 수 있다. 이는 브레이튼(Brayton) 발전 사이클을 포함하는 시스템들과 같은 종래의 전력 변환 시스템들과 비교하여, 본 시스템(100)의 복잡성 및 관련된 유지 보수 요구 사항을 감소시킬 수 있으며, 따라서, 본 시스템(100)의 신뢰성을 증가시킬 수 있다.

다른 구현예들에서, 본 시스템(100)은 제2 히트 파이프들(130)에 추가하여 또는 대안으로서 TPV 셀들(120)로부터 폐열을 제거하기 위한 다른 장치 또는 시스템을 가질 수 있다. 예를 들어, 유체(예를 들어, 물)는, TPV 셀들(120)로부터 폐열을 냉각하고 제거하기 위해, TPV 셀들(120) 아래에서 수동적으로 또는 능동적으로 순환될 수 있다.

도 6은 본 기술의 추가 구현예들에 따라 구성된 발전 시스템("시스템(600)")의 부분으로 개략적인 측단면도이다. 시스템(600)은, 도 1 내지 도 5c를 참조하여 위에서 상세하게 설명된 시스템(100)의 대응하는 특징과, 구조 및 기능이 적어도 통상적으로 유사하거나, 구조 및 기능이 동일한 일부 특징들을 포함할 수 있고, 시스템(100)과 통상적으로 유사하거나 동일한 방식으로 작동할 수 있다. 예를 들어, 유사하거나 동일한 구성요소들은 도 1 내지 도 5c에 표시된 동일한 지시 번호들로 식별된다.

그러나, 예시된 구현예들에서, 시스템(600)은 (i) 제2 히트 파이프들(130)의 제1 세트(652)의 제3 영역들(536)에 열적으로 결합된 제1 열 제거 시스템(650)(개략적으로 도시됨) 및 (ii) 제2 히트 파이프들(130)의 제2 세트(656)의 제3 영역들(536)에 열적으로 결합된 제2 열 제거 시스템(654)(개략적으로 도시됨)을 더 포함한다. 예시된 구현예들에서, 제1 세트(652) 내의 제2 히트 파이프들(130)의 개수는 제2 세트(656) 내의 제2 히트 파이프들(130)의 수보다 더 많은 반면, 다른 구현예들에서, 제1 세트(652)는 제2 세트(656)보다 적거나 동일한 개수의 제2 히트 파이프들(130)을 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 제1 세트(652)에서(예를 들어, 도 1 내지 도 4에 도시된 대응하는 그룹들(140)에서) 제2 히트 파이프들(130)과 연관된 제1 히트 파이프들(110) 및 TPV 셀들(120)은 1차 발전 기능을 제공할 수 있는 반면에, 제2 세트(656)에서(예를 들어, 도 1 내지 도4에 도시된 대응하는 그룹들(140)에서) 제2 히트 파이프들(130)와 연관된 제1 히트 파이프들(110) 및 TPV 셀들(120)는 붕괴열 제거(decay heat removal)를 제공할 수 있다. 예를 들어, 도시된 구현예에서, 제1 세트(652)는 제2 세트(656) 위에 배치되며, 여기서 냉각제(106)는 전형적으로 더 높은 온도에 있으므로, 제1 세트(652)의 제1 히트 파이프들(110)에 더 많은 열 및 열 에너지를 전달할 수 있다.

일부 구현예들에서, 제1 열 제거 시스템(650)은 제2 열 제거 시스템(654)과 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1 열 제거 시스템(650)은, 능동적 펌핑(active pumping), 순환, 등을 통해 제1 세트(652)에서 제2 히트 파이프들(130)의 제3 영역들(536)을 지나 물, 공기, 다른 유체들, 및/또는 다른 열전달 매체를 순환시키도록 구성된 능동적 시스템(active system)일 수 있는 반면에, 제2 열 제거 시스템(654)은 제2 세트(656)에서 제2 히트 파이프들(130)의 제3 영역들(536)로부터 열을 제거하기 위한 수동적 시스템(passive system)일 수 있다. 일부 구현예들에서, 제2 열 제거 시스템(654)은 유체(예를 들어, 물) 풀(pool), 먼지, 공기 계면, 및/또는 다른 히트 싱크(heat sink)일 수 있으며(또는, 이들을 포함할 수 있으며), 히트 싱크는 제2 세트(656) 내의 제2 히트 파이프들(130)로부터 붕괴열을 수동적으로 흡수하도록 구성된다. 다른 구현예들에서, 제1 열 제거 시스템 및 제2 열 제거 시스템(650, 654)은 동일한 수동적 또는 능동적 열 제거 시스템을 포함할 수 있다. 본 기술의 일부 양태들에서, 제2 열 제거 시스템(654)은, 제1 열 제거 시스템(650)으로의 출력 손실의 경우(예를 들어, 제1 열 제거 시스템(650)이 능동적 열 제거 시스템인 경우), 열원(102)으로부터 열을 제거하도록 작동할 수 있다. 본 기술의 일부 양태들에서, 제2 열 제거 시스템(654)의 수동적 작동은 다른 능동적 열 제어 시스템들에 대한 필요성을 줄이거나 제거함으로써 시스템(600)의 설계를 단순화할 수 있다(예를 들어, 그럼으로써 신뢰성을 증가시킨다).

도 7은 본 기술의 추가 구현예들에 따라 구성된 발전 시스템("시스템(700)")의 부분적으로 도식적인 측단면도이다. 시스템(700)은, 도 1 내지 도 6을 참조하여 위에서 상세히 설명한, 시스템(100) 및/또는 시스템(600)의 대응하는 특징과, 구조 및 기능이 적어도 통상적으로 유사하거나 구조 및 기능이 동일한 일부 특징을 포함할 수 있고, 시스템(100) 및/또는 시스템(600)과 통상적으로 유사하거나 동일한 방식으로 작동할 수 있다. 예를 들어, 유사하거나 동일한 구성요소들은 도 1 내지 도 6에 표시된 동일한 지시 번호로 식별된다.

그러나, 도시된 구현예에서, 시스템(700)은 열 교환기(760), 스팀 발생기를 더 포함하며, 2차 냉각제 또는 작동 유체(예를 들어, 증기 및 물)를 함유한다. 열 교환기(760)는 전력 변환 시스템(770)에 작동가능하게 결합되며, 2차 냉각제를 가열하고, 가열된 2차 냉각제를 전력 변환 시스템(770)으로 보내도록 구성되며, 전력 변환 시스템(770)은 2차 냉각제로부터의 열을 사용하여 전력을 발생시키며 및/또는 다른 유용한 산출물을 제공한다. 열 교환기(760) 및 전력 변환 시스템(770)은 함께 1차 발전 시스템, 1차 전력 변환 시스템, 등으로 지칭될 수 있다. 예시된 구현예에서, 열 교환기(760)는 제1 유체 헤더(762)(예를 들어, 급수 헤더), 제1 유체 헤더(762) 위의 제2 유체 헤더(764)(예를 들어, 증기 헤더), 및 제1 유체 헤더 및 제2 유체 헤더(762, 764) 사이에서 연장하고 유체 연결하는 다수의 도관들(766)을 포함한다. 일부 구현예들에서, 열 교환기(760)는, 도관들(766)이, 예를 들어, 도 7에 개략적으로 도시된 바와 같이 나선형 패턴으로, 상승 튜브(108) 주위에 둘레 방향으로 배열되도록, 상승 컬럼(108)의 상부 부분 주위에 위치된다.

예시된 구현예에서, 전력 변환 시스템(770)은 터빈(772), 발전기(774), 응축기(776), 및 펌프(778)를 포함한다. 시스템(700)의 작동 동안, 핵 반응기 코어(104)에 의해 가열된 1차 냉각제(106)는 상승 튜브(108)를 통해 상승한 다음, 상승 튜브(108)를 빠져나가 열 교환기(760)의 도관들(766)을 지나 아래로 통과함으로써, 열 교환기(760) 내에 함유된 2차 냉각제를 가열한다. 가열된 2차 냉각제는 도관들(766)을 통해 제2 유체 헤더(764)로 상승할 수 있으며, 여기에서 가열된 2차 냉각제는 전력 변환 시스템(770)으로 향한다. 일부 구현예들에서, 2차 냉각제는 도관들(766)을 통해 상승하는 동안 기화할 수 있다. 터빈(772)은 가열된(예를 들어, 기화된) 2차 냉각제를 수용하고, 가열된 2차 냉각제의 열 에너지의 적어도 일 부분을 발전기(774)를 통해 전기로 변환한다. 그런 다음, 2차 냉각제는 응축기(776)에서 응축되기 전에 감소된 압력에서 터빈(772)을 빠져나가고, 그런 후, 제1 유체 헤더(762)로 보내질 수 있다(예를 들어, 펌프(778)를 통해). 그런 다음, 2차 냉각제는 도관들(766)을 통해 상승하고 다시 한번 가열된다. 일부 구현예들에서, 전력 변환 시스템(770)은, 제1 유체 헤더(762) 내로 및/또는 제2 유체 헤더(764) 밖으로 나가는 2차 냉각제의 속도를 제어하도록 구성된 하나 이상의 밸브들 및/또는 다른 유체 제어 유닛들(미도시)을 포함할 수 있으므로, 전력 변환 시스템(770)에 의해 생성된 전력을 제어한다.

예시된 구현예에서, 시스템(700)은, 도 1 내지 도 6을 참조하여 위에서 상세히 설명된 시스템들(100 및 600)보다 더 적은 수의 그룹들(140)을 포함하고, 그룹들(140)은 열 교환기(760) 아래에 위치된다. 따라서, 시스템(700)의 정상 작동 동안, 1차 냉각제(106)는 그룹들(140)보다 열 교환기(760) 근처에서 더 높은 온도를 가질 수 있고, 열 교환기(760)로 더 많은 열 에너지를 전달할 수 있다. 다른 구현예들에서, 시스템(700)은 더 많거나 더 적은 그룹들(140)을 포함할 수 있거나 및/또는 그룹들(140)이 다르게 배열될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예들에서, 그룹들(140) 중 하나 이상은 추가적으로 또는 대안적으로 열 교환기(760)에 인접하여(예를 들어, 상승 튜브(108)를 따라 동일한 수직 위치에) 위치될 수 있다.

일부 구현예들에서, 열 교환기(760) 및 전력 변환 시스템(770)은 1차 발전 기능을 제공할 수 있는 반면, 제1 히트 파이프들(110), TPV 셀들(120), 및 제2 히트 파이프들(130)의 그룹들(140)은 붕괴열 제거(decay heat removal)를 제공할 수 있다. 앞에서 자세히 설명된 바와 같이, 그룹들(140)은 열원(102)으로부터 열을 수동적으로(passively) 제거하도록 구성되고 "항상 켜져" 있다. 본 기술의 일부 양태들에 있어서, 이는 시스템(700)에 필요한 제어 수단들의 개수를 감소시키면서도 시스템(700)의 신뢰성을 증가시킬 수 있다. 추가적으로, 일부 구현예들에서, TPV 셀들(120)에 의해 발생된 전기 에너지는, 하나 이상의 제어 시스템들, 안전 시스템들, 및/또는, 열원(102) 및/또는 시스템(700)의 다른 구성요소들과 관련된 다른 시스템들에 전력을 공급하기 위해, 전기 라인들(103)을 통해 전달(routed)될 수 있다. 즉, 예를 들어, 전력 변환 시스템(770)을 통해 발생된 전력은 주로 외부 부하로 보내질 수 있는 반면, TPV 셀들(120)을 통해 발생된 전력은 주로 시스템(700)의 작동과 관련된 부하로 보내질 수 있다. 본 기술의 일부 양태들에 있어서, 그룹들(140)에 의해 제공되는 붕괴열의 수동적이고 연속적인 제거로 인해, TPV 셀들(120)을 통해 발생된 전력은 신뢰성이 있으며, 1차 전력 변환 시스템(770)의 고장의 경우에도 지속적으로 제공될 수 있다. 본 기술의 추가적인 양태들에서, TPV 셀들(120)은, 열원(102)이 최소 전력 수준에서 작동하는 경우에도(예를 들어, 반응기 코어(104)가 고온영출력(hot zero power)에 가깝게 작동하는 경우에도), 지속적으로 전력을 발생시킬 수 있다. 본 기술의 일부 양태들에 있어서, 이 전력은 반응기(104)의 용이한 재시동을 촉진하는데 사용될 수 있다.

도 8은 본 기술의 추가 구현예들에 따라 구성된 발전 시스템("시스템(800)")의 측단면도이다. 시스템(800)은, 도 1 내지 도 7을 참조하여 앞에서 자세히 설명된 시스템들(100, 600, 및/또는 700)의 상응하는 특징들과 구조 및 기능이 적어도 대략적으로 유사한, 또는 구조 및 기능이 동일한, 몇몇 특징들을 포함할 수 있으며, 시스템들(100, 600, 및/또는 700)과 대략적으로 유사하거나 동일한 방식으로 작동할 수 있다. 예를 들어, 유사하거나 동일한 구성요소들은 도 1 내지 도 7에 표시된 동일한 지시 번호로 식별된다.

그러나, 도시된 구현예에서, 시스템(800)은, 열원(102) 외부에 위치되고 반응기 용기(101)를 대면하는 하나 이상의 TPV 셀들(820)을 포함한다. 일부 구현예들에서, 반응기 코어(104)에 의해 가열된 냉각제(106)는 반응기 용기(101)를 가열할 수 있고, 반응기 용기(101)는 열을 TPV 셀들(820)을 향해 (예를 들어, 도 8에서 화살표로 표시된 바와 같이) 복사한다. TPV 셀들(820)는 반응기 용기(101)로부터의 열 복사를 흡수하도록 위치되고, 열 복사를 하나 이상의 전기 라인들(803) 상에서의 전송을 위한 전기 에너지로 변환하도록 구성된다. 일부 구현예들에서, 시스템(800)은, TPV 셀들(820)에 열적으로 결합되고 TPV 셀들(820)로부터 폐열을 제거하여 TPV 셀들(820)을 최대 작동 온도 이하로 유지하도록 구성된 열 제거 시스템(880)을 더 포함할 수 있다. 열 제거 시스템(880)은 능동적 또는 수동적 공기, 물, 및/또는 다른 유체 냉각 시스템을 포함할 수 있으며, 및/또는, TPV 셀들(820)에 열적으로 결합된 하나 이상의 히트 파이프들을 포함할 수 있다. 따라서, 도시된 구현예에서, 반응기 용기(101)는 열 에너지를 TPV 셀들(120)에 직접적으로 복사할 수 있으며, 따라서 반응기 용기(101) 내부로부터 열 에너지를 제거하고 복사하기 위한 임의의 중간 히트 파이프들(예를 들어, 도 1 내지 도 7의 제1 히트 파이프들(110))을 포함할 필요가 없다. 다른 구현예들에서, TPV 셀들(820)는 반응기 용기(101)로부터 복사되는 열 에너지를 수용하도록 위치될 수 있는 한편, 시스템(800)은 하나 이상의 중간 히트 파이프들을 더 포함한다. 즉, 예를 들어, TPV 셀들(820) 및 관련 열 제거 시스템(880)은, 추가적인 발전을 제공하기 위해, 앞에서 상세히 설명된 임의의 시스템들(100, 600, 및/또는 700) 주위에 위치될 수 있다. 예를 들어, 도 7의 열교환기(760) 및 전력 변환 시스템(770)이 1차 발전을 위해 제공되는 반면, TPV 셀들(820)의 배열은 수동적/붕괴 열 전력 변환에 사용될 수 있다.

다음 예들은 본 기술의 여러 구현예들을 예시한다:

예 1. 다음을 포함하는 핵 발전 시스템:

반응기 용기 내에 위치된 반응기 코어를 포함하는 핵 반응기로서, 상기 반응기 코어는 열을 발생시키도록 구성된, 핵 반응기;

상기 반응기 코어로부터 상기 열을 받도록 위치된 표면으로서, 상기 표면은 상기 받은 열의 적어도 일 부분을 상기 표면으로부터 그 밖으로 열복사(thermal radiation)로서 복사(radiate)하도록 위치된, 표면; 및

상기 표면으로부터 상기 열복사를 받도록 그리고 상기 열복사의 적어도 일 부분을 전기 에너지로 변환하도록 위치된 열광전 셀(thermophotovoltaic cell).

예 2. 예 1에 있어서, 상기 핵 발전 시스템은 제1 영역 및 제2 영역을 갖는 히트 파이프를 더 포함하고, 상기 제1 영역은 상기 반응기 코어로부터 상기 열을 받도록 구성되고, 상기 제2 영역은 상기 표면을 포함하는, 핵 발전 시스템.

예 3. 예 2에 있어서, 상기 히트 파이프는, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 각각 갖는 복수의 제1 히트 파이프들 중 하나이고, 상기 열광전 셀은 복수의 열광전 셀들 중 하나이고, 상기 열광전 셀들 중 개별적 하나는, 상기 제1 히트 파이프들 중 대응하는 하나의 제1 히트 파이프의 상기 제2 영역의 상기 표면으로부터 상기 열복사를 받도록 그리고 상기 열복사의 적어도 일 부분을 전기 에너지로 변환하도록, 위치되고, 상기 제1 히트 파이프들의 상기 제1 영역들은 상기 반응기 용기 내에 적어도 부분적으로 위치되고, 상기 제1 히트 파이프들의 상기 제2 영역들은 상기 반응기 용기 외부에 적어도 부분적으로 위치되고, 상기 핵 발전 시스템은:

복수의 제2 히트 파이프들로서, 상기 제2 히트 파이프들 중 개별적 하나는 상기 열광전 셀들 중 하나 이상에 열적으로 결합되고, 상기 열광전 셀들 중 상기 하나 이상으로부터 그 밖으로 열을 전달하도록 위치된, 복수의 제2 히트 파이프들;을 더 포함하는,

핵 발전 시스템.

예 4. 예 2 또는 예 3에 있어서, 상기 히트 파이프는 제1 히트 파이프이고, 상기 핵 발전 시스템은 상기 열광전 셀에 열적으로 결합된 제2 히트 파이프를 더 포함하고, 상기 제2 히트 파이프는 상기 열광전 셀로부터 그 밖으로 열을 전달하도록 위치된, 핵 발전 시스템.

예 5. 예 4에 있어서, 상기 열광전 셀는 상기 제1 히트 파이프와 이격되어 상기 제2 히트 파이프에 장착된, 핵 발전 시스템.

예 6. 예 4 또는 예 5에 있어서, 상기 제2 히트 파이프는 제1 영역 및 제2 영역을 갖고, 상기 열광전 셀은 상기 제2 히트 파이프의 상기 제1 영역에 장착되고, 상기 제2 히트 파이프의 상기 제2 영역은 히트 싱크로 열을 전달하도록 위치된, 핵 발전 시스템.

예 7. 예 6에 있어서, 상기 제1 히트 파이프의 상기 제2 영역, 상기 열광전 셀, 및 상기 제2 히트 파이프의 상기 제1 영역은 서로 중첩된, 핵 발전 시스템.

예 8. 예 6 또는 예 7에 있어서, 상기 제1 히트 파이프의 상기 제2 영역, 상기 열광전 셀, 및 상기 제1 영역은 각각 적어도 대략적으로 동일한 평면 형상(planform shape)을 갖는, 핵 발전 시스템.

예 9. 예 2 내지 예 8 중 어느 하나에 있어서, 상기 히트 파이프의 상기 제2 영역은 사다리꼴 단면 형상을 갖는, 핵 발전 시스템.

예 10. 예 9에 있어서, 상기 열광전 셀은 실질적으로 유사한 사다리꼴 단면 형상을 갖고, 상기 열광전 셀은 상기 히트 파이프의 상기 제2 영역과 중첩된, 핵 발전 시스템.

예 11. 다음을 포함하는 핵 발전 시스템:

열을 발생시키도록 구성된 반응기 코어를 갖는 핵 반응기;

복수의 히트 파이프들로서, 상기 반응기 코어로부터 열을 흡수하도록 그리고 상기 열의 적어도 일 부분을 상기 히트 파이프들로부터 그 밖으로 열복사로서 복사하도록 위치된 복수의 히트 파이프들; 및

상기 히트 파이프들 중 하나 이상으로부터 상기 열복사를 흡수하도록 그리고 상기 열복사의 적어도 일 부분을 전기 에너지로 변환하도록 위치된 복수의 열광전 셀들.

예 12. 예 11에 있어서, 상기 핵 반응기는 상기 반응기 코어를 수용하는 반응기 용기를 포함하고, 상기 히트 파이프들은 상기 반응기 용기에 대해 스택(stack)으로 배열되고, 상기 열광전 셀들 중 적어도 하나는 상기 스택 내의 상기 히트 파이프들 중 각각의 쌍의 인접한 히트 파이프들 사이에 위치된, 핵 발전 시스템.

예 13. 예 12에 있어서, 상기 히트 파이프들 각각은, 상기 반응기 코어로부터 열을 흡수하도록 위치된 제1 영역, 및 상기 열복사를 복사하도록 위치된 제2 영역을 포함하고, 상기 히트 파이프들의 상기 제2 영역들 및 상기 열광전 셀들은 실질적으로 동일한 형상 및 크기를 갖고, 상기 제2 영역들은 상기 열광전 셀들과 중첩된, 핵 발전 시스템.

예 14. 예 11 내지 예 13 중 어느 하나에 있어서, 상기 핵 반응기는 상기 반응기 코어를 수용하는 반응기 용기를 포함하고, 상기 히트 파이프들은 상기 반응기 용기에 대해 스택으로 배열되고, 상기 열광전 셀들 중 두 개의 열광전 셀들은 상기 스택 내의 상기 히트 파이프들 중 각각의 쌍의 히트 파이프들 사이에 위치되고, 상기 두 개의 열광전 셀들 중 제1 열광전 셀은 상기 히트 파이프들 중 상기 쌍의 인접한 히트 파이프들 중 제1 히트 파이프와 대면하고, 상기 두 개의 열광전 셀들 중 제2 열광전 셀은 상기 히트 파이프들 중 상기 쌍의 인접한 히트 파이프들 중 제2 히트 파이프와 대면하는, 핵 발전 시스템.

예 15. 예 14에 있어서, 상기 히트 파이프들은 제1 히트 파이프들이고, 상기 핵 발전 시스템은 복수의 제2 히트 파이프들을 더 포함하고, 상기 제2 히트 파이프들 중 하나는 상기 스택 내의 상기 히트 파이프들 중 각각의 쌍의 인접한 히트 파이프들 사이에 위치되고, 상기 두 개의 열광전 셀들은 상기 히트 파이프들 중 상기 쌍의 인접한 히트 파이프들 사이에 위치된 상기 제2 히트 파이프들 중 상기 하나에 장착된, 핵 발전 시스템.

예 16. 예 11 내지 예 15 중 어느 하나에 있어서, 상기 핵 반응기는 상기 반응기 코어를 수용하는 반응기 용기를 포함하고, 상기 히트 파이프들은 상기 반응기 용기 주위에 둘레 방향으로 위치되고, 상기 열광전 셀들은 상기 반응기 용기 주위에 둘레 방향으로 위치되고, 상기 제2 히트 파이프들 중 대응하는 제2 히트 파이프들과 중첩된, 핵 발전 시스템.

예 17. 예 11 내지 예 16 중 어느 하나에 있어서, 상기 핵 반응기는 상기 반응기 코어를 수용하는 반응기 용기를 포함하고, 상기 히트 파이프들 및 상기 열광전 셀들은 상기 반응기 용기 주위에 수직으로 및 둘레 방향으로 배열된 복수의 그룹들로 배열되고, 상기 그룹들 각각은 (a) 상기 히트 파이프들 중 적어도 하나 및 (b) 상기 히트 파이프들 중 상기 적어도 하나로부터의 상기 열복사를 흡수하도록 위치된 상기 열광전 셀들 중 적어도 하나를 포함하는, 핵 발전 시스템.

예 18. 다음 단계들을 포함하는 발전(generating power) 방법:

히트 파이프의 제1 영역에서 핵 반응기의 반응기 코어에 의해 발생되는 열을 흡수하는 단계;

상기 열의 적어도 일 부분을 상기 히트 파이프의 제2 영역으로부터 열복사로서 복사하는 단계;

열광전 셀에서 상기 열복사를 받는 단계; 및

상기 열광전 셀에서 상기 열복사의 적어도 일 부분을 전기 에너지로 변환하는 단계.

예 19. 예 18에 있어서, 상기 히트 파이프는 제1 히트 파이프이고, 상기 발전 방법은 제2 히트 파이프를 사용하여 폐열을 상기 열광전 셀로부터 그 밖으로 전달하는 단계를 더 포함하는, 발전방법.

예 20. 예 18 또는 예 19에 있어서, 다음 단계들을 더 포함하는 발전 방법:

냉각제를 사용하여 상기 반응기 코어로부터 열을 흡수하는 단계; 및

상기 히트 파이프의 일 부분을 지나가도록 상기 냉각제를 흐르게 하는 단계.

예 21. 다음을 포함하는 발전 시스템:

제1 영역 및 제2 영역을 갖는 히트 파이프로서, 상기 제1 영역은 열원으로부터 열을 흡수하도록 구성되고, 상기 제2 영역은 상기 흡수된 열의 적어도 일 부분을 열복사로서 상기 히트 파이프로부터 그 밖으로 복사하도록 구성된, 히트 파이프; 및

상기 히트 파이프의 제2 영역으로부터 열복사를 받도록 그리고 상기 열복사의 적어도 일 부분을 전기 에너지로 변환하도록 위치된 열광전 셀.

예 22. 예 21에 있어서, 상기 히트 파이프는 제1 히트 파이프이고, 상기 발전 시스템은 상기 열광전 셀에 열적으로 결합된 제2 히트 파이프를 더 포함하고, 상기 제2 히트 파이프는 상기 열광전 셀로부터 그 밖으로 열을 전달하도록 위치된, 발전 시스템.

예 23. 예 22에 있어서, 상기 열광전 셀은 상기 제1 히트 파이프로부터 이격되고 상기 제2 히트 파이프에 장착된, 발전 시스템

예 24. 예 22 또는 예 23에 있어서, 상기 제2 히트 파이프는 제1 영역 및 제2 영역을 갖고, 상기 열광전 셀은 상기 제2 히트 파이프의 상기 제1 영역에 장착되고, 상기 제2 히트 파이프의 상기 제2 영역은 히트 싱크로 열을 전달하도록 위치된, 발전 시스템.

예 25. 예 24에 있어서, 상기 제1 히트 파이프의 상기 제2 영역, 상기 열광전 셀, 및 상기 제2 히트 파이프의 상기 제1 영역은 서로 중첩된, 발전 시스템.

예 26. 예 24 또는 예 25에 있어서, 상기 제1 히트 파이프의 상기 제2 영역, 상기 열광전 셀, 및 상기 제1 영역은 각각 적어도 대략적으로 동일한 평면 형상(planform shape)을 갖는, 발전 시스템.

예 27. 예 21 내지 예 26 중 어느 하나에 있어서, 상기 히트 파이프의 상기 제2 영역은 사다리꼴 단면 형상을 갖는, 발전 시스템.

예 28. 예 27에 있어서, 상기 열광전 셀은 실질적으로 유사한 사다리꼴 단면 형상을 갖고, 상기 열광전 셀은 상기 히트 파이프의 상기 제2 영역과 중첩된, 발전 시스템.

예 29. 예 21 내지 예 28 중 어느 하나에 있어서, 상기 열원을 더 포함하는 발전 시스템.

예 30. 예 21 내지 예 29 중 어느 하나에 있어서, 상기 열원은 핵 반응기를 포함하는, 발전 시스템.

예 31. 다음을 포함하는 발전 시스템:

열원;

복수의 히트 파이프들로서, 상기 열원으로부터 열을 흡수하도록 그리고 상기 열의 적어도 일 부분을 상기 히트 파이프들로부터 그 밖으로 열복사로서 복사하도록 위치된 복수의 히트 파이프들; 및

예 32. 예 31에 있어서, 상기 히트 파이프들은 상기 열원에 대해 스택(stack)으로 배열되고, 상기 열광전 셀들 중 적어도 하나는 상기 스택 내의 상기 히트 파이프들 중 각각의 쌍의 인접한 히트 파이프들 사이에 위치된, 발전 시스템.

예 33. 예 32에 있어서, 상기 히트 파이프들 각각은, 상기 열원으로부터 열을 흡수하도록 위치된 제1 영역, 및 상기 열복사를 복사하도록 위치된 제2 영역을 포함하고, 상기 히트 파이프들의 상기 제2 영역들 및 상기 열광전 셀들은 실질적으로 동일한 형상 및 크기를 갖고, 상기 제2 영역들은 상기 열광전 셀들과 중첩된, 발전 시스템.

예 34. 예 31 내지 예 33 중 어느 하나에 있어서, 상기 히트 파이프들은 상기 열원에 대해 스택으로 배열되고, 상기 열광전 셀들 중 두 개의 열광전 셀들은 상기 스택 내의 상기 히트 파이프들 중 각각의 쌍의 히트 파이프들 사이에 위치되고, 상기 두 개의 열광전 셀들 중 제1 열광전 셀은 상기 히트 파이프들 중 상기 쌍의 인접한 히트 파이프들 중 제1 히트 파이프와 대면하고, 상기 두 개의 열광전 셀들 중 제2 열광전 셀은 상기 히트 파이프들 중 상기 쌍의 인접한 히트 파이프들 중 제2 히트 파이프와 대면하는, 발전 시스템.

예 35. 예 34에 있어서, 상기 히트 파이프들은 제1 히트 파이프들이고, 상기 발전 시스템은 복수의 제2 히트 파이프들을 더 포함하고, 상기 제2 히트 파이프들 중 하나는 상기 스택 내의 상기 히트 파이프들 중 각각의 쌍의 인접한 히트 파이프들 사이에 위치되고, 상기 두 개의 열광전 셀들은 상기 히트 파이프들 중 상기 쌍의 인접한 히트 파이프들 사이에 위치된 상기 제2 히트 파이프들 중 상기 하나에 장착된, 발전 시스템.

예 36. 예 31 내지 예 35 중 어느 하나에 있어서, 상기 히트 파이프들은 상기 열원 주위에 둘레 방향으로 위치되고, 상기 열광전 셀들은 상기 열원 주위에 둘레 방향으로 위치되고, 상기 제2 히트 파이프들 중 대응하는 제2 히트 파이프들과 중첩된, 발전 시스템.

예 37. 예 31 내지 예 36 중 어느 하나에 있어서, 상기 히트 파이프들 및 상기 열광전 셀들은 상기 열원 주위에 수직으로 및 둘레 방향으로 배열된 복수의 그룹들로 배열되고, 상기 그룹들 각각은 (a) 상기 히트 파이프들 중 적어도 하나 및 (b) 상기 히트 파이프들 중 상기 적어도 하나로부터의 상기 열복사를 흡수하도록 위치된 상기 열광전 셀들 중 적어도 하나를 포함하는, 발전 시스템.

예 38. 다음 단계들을 포함하는 발전 방법:

히트 파이프의 제1 영역에서 열원으로부터 열을 흡수하는 단계;

열광전 셀에서 상기 열복사를 받는 단계; 및

예 39. 예 38에 있어서, 상기 히트 파이프는 제1 히트 파이프이고, 상기 발전 방법은 제2 히트 파이프를 사용하여 폐열을 상기 열광전 셀로부터 그 밖으로 전달하는 단계를 더 포함하는, 발전 방법.

예 40. 예 38 또는 예 39에 있어서, 상기 발전 방법은 핵 반응을 통해 상기 열원에서 열을 발생시키는 단계를 더 포함하는 발전 방법.

예 41. 다음을 포함하는 핵 발전 시스템:

반응기 용기 내에 위치된 반응기 코어를 포함하는 핵 반응기;

복수의 제1 히트 파이프들로서, 상기 제1 히트 파이프들 중 개별 히트 파이프들은 각각 제1 영역 및 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역은 적어도 부분적으로 상기 반응기 용기 내에 위치되고 상기 반응기 코어에 의해 발생된 열을 흡수하도록 구성되고, 상기 제2 영역은 적어도 부분적으로 상기 반응기 용기 외부에 배치되고 상기 제1 히트 파이프로부터 흡수된 열의 적어도 일 부분을 열복사로서 방출하도록 구성된, 복수의 제1 히트 파이프들;

복수의 열광전 셀들로서, 상기 열광전 셀들 중 개별 열광전 셀들은 각각 상기 제1 히트 파이프들 상의 대응하는 상기 제2 영역으로부터 상기 열복사를 받고 상기 열복사의 적어도 일 부분을 전기 에너지로 변환하도록 위치된, 복수의 열광전 셀들; 및

복수의 제2 히트 파이프들로서, 상기 제2 히트 파이프들 중 개별 히트 파이프들은 각각 상기 열광전 셀들 중 하나 이상에 열적으로 결합되고 상기 열광전 셀들 중 상기 하나 이상으로부터 그 밖으로 열을 전달하도록 위치된, 복수의 제2 히트 파이프들.

본 기술의 구현예들에 대한 앞에서의 상세한 설명은 완결적인 것으로 의도되지 않으며, 또한 본 기술을 앞에서 개시된 정확한 형태들로 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 앞에서는 본 기술의 구체적인 구현예들 및 예들이 예시의 목적으로 설명되었지만, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자가 인식할 수 있는 범위 내에서 다양한 균등한 변형들이 가능하다. 예를 들어, 단계들이 주어진 순서로 제시되더라도, 다른 구현예들은 다른 순서로 단계들을 수행할 수 있다. 본 명세서에 기술된 다양한 구현예들은 또한 조합되어 추가 구현예들을 제공할 수 있다.

앞의 내용으로부터, 인식될 수 있는 바와 같이, 본 기술의 특정 구현예들이 예시의 목적으로 본 명세서에서 설명되었지만, 본 기술의 구현예들의 설명을 불필요하게 모호하도록 하는 것을 피하기 위해, 잘 알려진 구조 및 기능은 상세히 도시되거나 설명되지 않았다. 문맥이 허용하는 경우, 단수 또는 복수 용어는 각각 복수 또는 단수 용어를 포함할 수도 있다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "A 및/또는 B"에서와 같이 "및/또는"이라는 어구는 A 단독, B 단독, 및 A와 B를 의미한다. 본 명세서에 인용에 의해 통합된 임의의 자료가 본 개시와 충돌하는 경우, 본 개시가 우선한다. 또한, "포함하는(comprising)"이라는 용어는, 임의의 더 많은 수의 동일한 특징 및/또는 추가 유형들의 다른 특징들이 배제되지 않도록, 적어도 기재된 특징(들)을 포함하는 것을 의미하는 데 본 명세서 전체에 걸쳐서 사용된다. 또한 인식될 수 있는 바와 같이, 특정 구현예들이 예시의 목적으로 본 명세서에서 설명되었지만, 본 기술로부터 벗어나지 않은 채 다양한 변형들이 이루어질 수 있다. 또한, 본 기술의 일부 구현예들과 관련된 이점들이 그러한 구현예들의 맥락에서 설명되었지만, 다른 구현예들도 그러한 이점들을 나타낼 수 있으며, 모든 구현예가 본 기술의 범위 내에 속하기 위해 그러한 이점들을 반드시 나타낼 필요는 없다. 따라서, 본 개시 및 관련 기술은 본 명세서에 명시적으로 도시되거나 설명되지 않은 다른 구현예들을 포함할 수 있다.

Claims

다음을 포함하는 핵 발전 시스템:
반응기 용기 내에 위치된 반응기 코어를 포함하는 핵 반응기로서, 상기 반응기 코어는 열을 발생시키도록 구성된, 핵 반응기;
상기 반응기 코어로부터 상기 열을 받도록 위치된 표면으로서, 상기 표면은 상기 받은 열의 적어도 일 부분을 상기 표면으로부터 그 밖으로 열복사(thermal radiation)로서 복사(radiate)하도록 위치된, 표면; 및
상기 표면으로부터 상기 열복사를 받도록 그리고 상기 열복사의 적어도 일 부분을 전기 에너지로 변환하도록 위치된 열광전 셀(thermophotovoltaic cell).
제 1 항에 있어서, 상기 핵 발전 시스템은 제1 영역 및 제2 영역을 갖는 히트 파이프를 더 포함하고, 상기 제1 영역은 상기 반응기 코어로부터 상기 열을 받도록 구성되고, 상기 제2 영역은 상기 표면을 포함하는, 핵 발전 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 히트 파이프는, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 각각 갖는 복수의 제1 히트 파이프들 중 하나이고, 상기 열광전 셀은 복수의 열광전 셀들 중 하나이고, 상기 열광전 셀들 중 개별적 하나는, 상기 제1 히트 파이프들 중 대응하는 하나의 제1 히트 파이프의 상기 제2 영역의 상기 표면으로부터 상기 열복사를 받도록 그리고 상기 열복사의 적어도 일 부분을 전기 에너지로 변환하도록, 위치되고, 상기 제1 히트 파이프들의 상기 제1 영역들은 상기 반응기 용기 내에 적어도 부분적으로 위치되고, 상기 제1 히트 파이프들의 상기 제2 영역들은 상기 반응기 용기 외부에 적어도 부분적으로 위치되고, 상기 핵 발전 시스템은:
복수의 제2 히트 파이프들로서, 상기 제2 히트 파이프들 중 개별적 하나는 상기 열광전 셀들 중 하나 이상에 열적으로 결합되고, 상기 열광전 셀들 중 상기 하나 이상으로부터 그 밖으로 열을 전달하도록 위치된, 복수의 제2 히트 파이프들;을 더 포함하는,
핵 발전 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 히트 파이프는 제1 히트 파이프이고, 상기 핵 발전 시스템은 상기 열광전 셀에 열적으로 결합된 제2 히트 파이프를 더 포함하고, 상기 제2 히트 파이프는 상기 열광전 셀로부터 그 밖으로 열을 전달하도록 위치된, 핵 발전 시스템.
제 4 항에 있어서, 상기 열광전 셀은 상기 제1 히트 파이프와 이격되고 상기 제2 히트 파이프에 장착된, 핵 발전 시스템.
제 4 항에 있어서, 상기 제2 히트 파이프는 제1 영역 및 제2 영역을 갖고, 상기 열광전 셀은 상기 제2 히트 파이프의 상기 제1 영역에 장착되고, 상기 제2 히트 파이프의 상기 제2 영역은 히트 싱크로 열을 전달하도록 위치된, 핵 발전 시스템.
제 6 항에 있어서, 상기 제1 히트 파이프의 상기 제2 영역, 상기 열광전 셀, 및 상기 제2 히트 파이프의 상기 제1 영역은 서로 중첩된, 핵 발전 시스템.
제 6 항에 있어서, 상기 제1 히트 파이프의 상기 제2 영역, 상기 열광전 셀, 및 상기 제1 영역은 각각 적어도 대략적으로 동일한 평면 형상(planform shape)을 갖는, 핵 발전 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 히트 파이프의 상기 제2 영역은 사다리꼴 단면 형상을 갖는, 핵 발전 시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 열광전 셀은 실질적으로 유사한 사다리꼴 단면 형상을 갖고, 상기 열광전 셀은 상기 히트 파이프의 상기 제2 영역과 중첩된, 핵 발전 시스템.
다음을 포함하는 핵 발전 시스템:
열을 발생시키도록 구성된 반응기 코어를 갖는 핵 반응기;
복수의 히트 파이프들로서, 상기 반응기 코어로부터 열을 흡수하도록 그리고 상기 열의 적어도 일 부분을 상기 히트 파이프들로부터 그 밖으로 열복사로서 복사하도록 위치된 복수의 히트 파이프들; 및
상기 히트 파이프들 중 하나 이상으로부터 상기 열복사를 흡수하도록 그리고 상기 열복사의 적어도 일 부분을 전기 에너지로 변환하도록 위치된 복수의 열광전 셀들.
제 11 항에 있어서, 상기 핵 반응기는 상기 반응기 코어를 수용하는 반응기 용기를 포함하고, 상기 히트 파이프들은 상기 반응기 용기에 대해 스택(stack)으로 배열되고, 상기 열광전 셀들 중 적어도 하나는 상기 스택 내의 상기 히트 파이프들 중 각각의 쌍의 인접한 히트 파이프들 사이에 위치된, 핵 발전 시스템.
제 12 항에 있어서, 상기 히트 파이프들 각각은, 상기 반응기 코어로부터 열을 흡수하도록 위치된 제1 영역, 및 상기 열복사를 복사하도록 위치된 제2 영역을 포함하고, 상기 히트 파이프들의 상기 제2 영역들 및 상기 열광전 셀들은 실질적으로 동일한 형상 및 크기를 갖고, 상기 제2 영역들은 상기 열광전 셀들과 중첩된, 핵 발전 시스템.
제 11 항에 있어서, 상기 핵 반응기는 상기 반응기 코어를 수용하는 반응기 용기를 포함하고, 상기 히트 파이프들은 상기 반응기 용기에 대해 스택으로 배열되고, 상기 열광전 셀들 중 두 개의 열광전 셀들은 상기 스택 내의 상기 히트 파이프들 중 각각의 쌍의 히트 파이프들 사이에 위치되고, 상기 두 개의 열광전 셀들 중 제1 열광전 셀은 상기 히트 파이프들 중 상기 쌍의 인접한 히트 파이프들 중 제1 히트 파이프와 대면하고, 상기 두 개의 열광전 셀들 중 제2 열광전 셀은 상기 히트 파이프들 중 상기 쌍의 인접한 히트 파이프들 중 제2 히트 파이프와 대면하는, 핵 발전 시스템.
제 14 항에 있어서, 상기 히트 파이프들은 제1 히트 파이프들이고, 상기 핵 발전 시스템은 복수의 제2 히트 파이프들을 더 포함하고, 상기 제2 히트 파이프들 중 하나는 상기 스택 내의 상기 히트 파이프들 중 각각의 쌍의 인접한 히트 파이프들 사이에 위치되고, 상기 두 개의 열광전 셀들은 상기 히트 파이프들 중 상기 쌍의 인접한 히트 파이프들 사이에 위치된 상기 제2 히트 파이프들 중 상기 하나에 장착된, 핵 발전 시스템.
제 11 항에 있어서, 상기 핵 반응기는 상기 반응기 코어를 수용하는 반응기 용기를 포함하고, 상기 히트 파이프들은 상기 반응기 용기 주위에 둘레 방향으로 위치되고, 상기 열광전 셀들은 상기 반응기 용기 주위에 둘레 방향으로 위치되고, 상기 제2 히트 파이프들 중 대응하는 제2 히트 파이프들과 중첩된, 핵 발전 시스템.
제 11 항에 있어서, 상기 핵 반응기는 상기 반응기 코어를 수용하는 반응기 용기를 포함하고, 상기 히트 파이프들 및 상기 열광전 셀들은 상기 반응기 용기 주위에 수직으로 및 둘레 방향으로 배열된 복수의 그룹들로 배열되고, 상기 그룹들 각각은 (a) 상기 히트 파이프들 중 적어도 하나 및 (b) 상기 히트 파이프들 중 상기 적어도 하나로부터의 상기 열복사를 흡수하도록 위치된 상기 열광전 셀들 중 적어도 하나를 포함하는, 핵 발전 시스템.
다음 단계들을 포함하는 발전(generating power) 방법:
히트 파이프의 제1 영역에서 핵 반응기의 반응기 코어에 의해 발생되는 열을 흡수하는 단계;
상기 열의 적어도 일 부분을 상기 히트 파이프의 제2 영역으로부터 열복사로서 복사하는 단계;
열광전 셀에서 상기 열복사를 받는 단계; 및
상기 열광전 셀에서 상기 열복사의 적어도 일 부분을 전기 에너지로 변환하는 단계.
제 18 항에 있어서, 상기 히트 파이프는 제1 히트 파이프이고, 상기 발전 방법은 제2 히트 파이프를 사용하여 폐열을 상기 열광전 셀로부터 그 밖으로 전달하는 단계를 더 포함하는, 발전 방법.
제 18 항에 있어서, 다음 단계들을 더 포함하는 발전 방법:
냉각제를 사용하여 상기 반응기 코어로부터 열을 흡수하는 단계; 및
상기 히트 파이프의 일 부분을 지나가도록 상기 냉각제를 흐르게 하는 단계.