TW202407212A - 可攜式核電系統 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種包含一核反應器之可攜式核電系統。該核反應器包含：一芯體，該芯體包括容置產生輻射之一核燃料之一容器；圍繞該芯體周向安置之一高溫慢化劑材料之一套筒；及圍繞該套筒周向安置之一中子螢幕。該可攜式核電系統使用自該核反應器接收之熱量發電，且具有與發電單元熱連通之一或多個冷卻單元。
Description
本發明係關於一種發電系統，且更特定言之係關於一可攜式核電反應器。
繼續開發及實施綠色能源系統(例如，不產生諸如二氧化碳之溫室氣體的系統)，以使能源部門脫碳。此等系統包含太陽能及風能。然而，此等系統係有限的，因為其等不能連續產生電力。核反應器可在不產生溫室氣體之情況下發電。然而，商用核電廠成本高昂，且需要很長時間來建造(例如，經由藉由核電廠之核反應器產生之蒸汽驅動的一渦輪機來發電)。
根據本發明之一個態樣，提供一種小型、緊湊的可攜式核電廠，其可在需要發電之地方運輸及/或實施(例如，可在一短時間內實施，且成本比商用核電廠低得多)。在一些實例中，可攜式核電廠可產生在0.5 MW與大約5 MW之間之電力。
根據本發明之一個態樣，提供一種可攜式核電系統。該可攜式核電系統包括一核反應器。該核反應器包括一芯體，該芯體包括容置產生輻射之一核燃料之一容器、圍繞該芯體周向安置之一高溫慢化劑材料之一套筒，及圍繞該套筒周向安置之一中子螢幕。該可攜式核電系統亦包括周向配置在該中子螢幕周圍之一或多個熱光伏面板，該一或多個熱光伏面板經組態以經由該中子螢幕吸收自該高溫慢化劑材料接收之熱輻射且從中發電。該可攜式核電系統亦包括與該一或多個熱光伏面板熱連通之一或多個冷卻單元，該一或多個冷卻單元可操作以冷卻該等熱光伏面板。
根據本發明之另一態樣，提供一種可攜式核電系統。該可攜式核電系統包括一核反應器。該核反應器包括一芯體，該芯體包括容置產生輻射之一核燃料之一容器、圍繞該芯體周向安置之一高溫慢化劑材料之一套筒、及圍繞該套筒周向安置之一中子螢幕。該可攜式核電系統亦包括一流動回路，該流動回路可操作以使一氣體再循環穿過該芯體以冷卻該芯體。該可攜式核電系統亦包括一斯特林引擎，該斯特林引擎包括與該流動回路中之該氣體熱連通之一熱側熱交換器，且經組態以從中接收熱量。該可攜式核電系統亦包括與該斯特林引擎之一冷側熱交換器熱連通之一冷卻單元，該斯特林引擎經組態以發電。
根據本發明之另一態樣，提供一種可攜式核電系統。該可攜式核電系統包括一核反應器。該核反應器包括一芯體，該芯體包括容置產生輻射之一核燃料之一容器、圍繞該芯體周向安置之一高溫慢化劑材料之一套筒、及圍繞該套筒周向安置之一中子螢幕。該可攜式核電系統亦包括用於自該核反應器接收之熱量發電之構件，及與該構件熱連通且可操作以冷卻該構件之一或多個冷卻單元。
圖1至圖2展示一可攜式核電系統100。在一些實施方案中，可攜式核電系統100可產生在大約0.5 MW與大約5 MW之間之電力。可攜式核電系統100具有一容器12/12'，容器12含有(例如，包圍、完全封閉)一核燃料10/10' (例如，容器12及形成一芯體14之核燃料10)。在一個實施方案中，核燃料10可包含Triso (例如，三結構各向同性粒子燃料或Triso粒子)，其可由鈾、碳及氧燃料核製成。在其他實施方案中，核燃料10可為容置於管中之氧化鈾。芯體14中之核燃料10產生核輻射(例如，電離輻射，諸如伽馬射線)。核可被密封(例如，在防止放射性裂變產物釋放之碳及陶瓷基材料層中)。一高溫慢化劑及能量輻射器20/20' (以下稱為「慢化劑」)圍繞(例如，包圍、完全封閉、密封)芯體14 (例如，作為圍繞芯體14安置之一套筒)。在一個實施方案中，慢化劑20包含石墨。慢化劑20可吸收由芯體14產生之核輻射且重新輻射熱量。視情況，慢化劑20由一容器壁22圍繞。慢化劑20可由一中子螢幕30/30'/30"'含有(例如，圍繞、包圍、封閉)。
繼續參考圖1至圖2，一或多個(例如，多個、複數個)熱光伏(TPV)面板40 (或TVP電池)可至少部分圍繞(例如，圍繞、包圍、周向間隔)中子螢幕30安置。中子螢幕30有利地吸收或反射中子(例如，取決於中子螢幕30之材料及位置)，以抑制(例如，防止)中子穿過TPV面板40，藉此抑制(例如防止)對TPV面板40之損壞(例如，對TPV面板40之晶體結構之損壞，其可降低TPV面板40之效率)。中子螢幕30對中子之反射可增加芯體14中之裂變速率。中子螢幕30對中子之吸收可降低芯體14中之裂變速率。因此，中子螢幕30可操作以調節芯體14中之反應速率，且調整可攜式核電系統100產生之電力。
TPV面板40可與中子螢幕30間隔開，以抑制(例如，防止)在中子螢幕30與TPV面板40之間之傳導及對流熱傳遞(例如，僅容許輻射熱傳遞)。在一個實施方案中，在中子螢幕30與TPV面板40之間之一空間填充有一氣體之情況下，TPV面板40可與中子螢幕30間隔大約200 mm。在另一實施方案中，在中子螢幕30與TPV面板40之間之空間處於真空下的情況下，TPV面板40可安置成離中子螢幕40比200 mm近得多(例如，在近50%至95%之間)。TPV面板40可吸收由慢化劑20及/或中子螢幕30輻射之熱輻射。TPV面板40將其自慢化劑20及/或中子螢幕30接收之熱輻射轉換成(例如，直接轉換成)電，舉例而言，該電可經由一電輸出(e)提供給一電網。在一個實施方案中，TPV面板40彼此電連接且電連接至電輸出(e)。可攜式核電系統100可包含與TPV面板40熱連通(例如附接至)之一或多個冷卻單元50，以冷卻TPV面板40 (例如，以促進TPV面板40在一期望溫度或一期望溫度範圍內之操作，以調節TPV面板40之一溫度，以抑制或防止在操作期間對TPV面板40之損壞)。在一個實施方案中，各TPV面板40具有一相關聯之冷卻單元50。下文進一步描述冷卻單元50之結構。可攜式核電系統100包含圍繞(例如，圍繞、包圍、封閉)芯體14、慢化劑20、中子螢幕30、TPV面板40及冷卻單元50安置之一外殼2/2"/2"'。可攜式核電系統100有利地小而緊湊，且可在很少或無移動零件之情況下發電。
圖3至圖4展示一可攜式核電系統100'及芯體14'之示意圖。可攜式核電系統100'及芯體14'之一些特徵類似於圖1至圖2中可攜式核電系統100及芯體14之特徵。因此，用於指定可攜式核電系統100'及芯體14'之各種組件之元件符號與圖1至圖2中用於識別可攜式核電系統100及芯體14之對應組件的元件符號相同，除了在數字識別符上添加一「'」。因此，圖1至圖2中可攜式核電系統100及芯體14之各種特徵之結構及描述及其如何操作及控制應暸解為亦適用於圖3至圖4中可攜式核電系統100'及芯體14'之對應特徵，除下文描述以外。
可攜式核電系統100'與可攜式核電系統100之不同之處在於，可攜式核電系統100'不包含TPV面板。代替性地，可攜式核電系統100'包含在芯體14'與一或多個冷卻單元50'之間之一斯特林引擎60'。如圖3中展示，可攜式核電系統100'包含一流動回路40'，該流動回路包含與芯體14'之相對端(例如，與芯體14'之一入口14A'及一出口14B')流體連通之一導管41'。一氣體，舉例而言氦氣，經由導管41'再循環穿過芯體14'。視情況，一或多個風扇42'可操作以促進(例如，驅動)氣體流過導管41'。在其他實施方案中，不變得具有放射性(例如，不吸收中子)之一冷卻劑可穿過芯體14'再循環。在一個實例中，冷卻劑可為包含金屬鈉或鉀之一流體。
圖3A展示可在可攜式核電系統100'中實施之一實例斯特林引擎60'。斯特林引擎60'可包含一熱側熱交換器62' (例如，一管中管式熱交換器、板式熱交換器)、一冷側熱交換器64' (例如，一管中管式熱交換器、板式熱交換器)、在熱側熱交換器62'與冷側熱交換器64'之間且與其流體連通之一氣缸66'，及在氣缸66'內移動且經由一槓桿67'耦合至一飛輪69'之一活塞68' (或置換器)。活塞68'在氣缸66'內之移動引起飛輪69'之旋轉，飛輪69'經由一發電機G發電。舉例而言，可經由一電輸出(e)將電提供給一電網。斯特林引擎60'為一封閉系統，其具有含在氣缸66'內之一工作流體(例如，一氣體)。動力活塞壓縮及膨脹工作流體(例如，氣體)，而活塞68' (置換器活塞)在氣缸66'之熱區與冷區之間移動工作流體(例如，氣體)。斯特林引擎60'可包含在系統之熱側與冷側之間之一再生器65' (例如，熱交換器)，且可提高斯特林引擎60'之效率。然而，其他適合的斯特林引擎設計可在可攜式核電系統100'中實施。
熱側熱交換器64'與流動回路40'熱連通，且冷側熱交換器64'與一或多個冷卻單元50'熱連通。在操作中，氣體(例如氦氣)流過芯體14'，在那裡其由芯體14'加熱。在一個實例中，芯體14'在600°C下操作，因此經由入口14A'進入芯體14'之氣流Fc可在芯體14'中被加熱至大約600°C，且自芯體14'之出口14B'流出Fh。經加熱之氣體經由熱側熱交換器62'將熱量傳遞至斯特林引擎60'之工作流體。舉例而言，經加熱之氣體可流過熱側熱交換器62'之一或多個通道，且工作流體可流過熱側熱交換器62'中之其他通道。在一個實例中，當經加熱之氣體在600°C下進入熱側熱交換器62'時，其可在550°C或更高之溫度下離開熱側熱交換器62'，使得氣體之溫差(在熱側熱交換器62'之入口與出口之間)較小。斯特林引擎60'之工作流體經由熱側熱交換器62'加熱且膨脹，引起活塞68'沿一個方向移動且經由槓桿67'旋轉飛輪69'，飛輪69'之旋轉經由發電機G發電。工作流體冷卻(經由冷側熱交換器64')且活塞68'沿相對方向移動，再次經由槓桿67'旋轉飛輪69'，飛輪69'之旋轉經由發電機G發電。冷側熱交換器64'經由與冷卻單元50'之熱傳遞來冷卻工作流體。下文提供冷卻單元50'之進一步細節。
圖5展示一可攜式核電系統100''之一示意性橫截面視圖。可攜式核電系統100''之一些特徵類似於圖1至圖2中可攜式核電系統100之特徵。因此，用於指定可攜式核電系統100''之各種組件之元件符號與圖1至圖2中用於識別可攜式核電系統100之對應組件的元件符號相同，除了在數字識別符上添加一「''」。因此，圖1至圖2中可攜式核電系統100之各種特徵之結構及描述及其如何操作及控制應暸解為亦適用於圖5中可攜式核電系統100''之對應特徵，除下文描述以外。
可攜式核電系統100''與可攜式核電系統100之不同之處在於，TPV面板40''配置在中子螢幕30''周圍(例如，與中子螢幕間隔開及圍繞中子螢幕)，及穿插在核燃料10''之間之芯體14''內(例如，可為芯塊或燃料棒之形式，舉例而言填充有氧化鈾)。TPV面板40''可用冷卻單元(諸如本文描述之冷卻單元50)冷卻。慢化劑20''亦可安置在芯體14''中(例如，穿插)在核燃料10''及TPV面板40''之間。
圖6展示一可攜式核電系統100'''之一示意性橫截面視圖。可攜式核電系統100'''之一些特徵類似於圖1至圖2中可攜式核電系統100之特徵。因此，用於指定可攜式核電系統100'''之各種組件之元件符號與圖1至圖2中用於識別可攜式核電系統100之對應組件的元件符號相同，除了在數字識別符上添加一「'''」。因此，圖1至圖2中可攜式核電系統100之各種特徵之結構及描述及其如何操作及控制應暸解為亦適用於圖6中可攜式核電系統100'''之對應特徵，除下文描述以外。
可攜式核電系統100'''與可攜式核電系統100之不同之處在於，一或多個熱管70'''定位於芯體14'''中，且可操作以向芯體14'''之一外區攜載熱量，此有利於使TVP面板40'''所暴露之芯體14'''之溫度均勻化。熱管70'''穿插在核燃料10'''之間(例如，可為芯塊或燃料棒之形式，舉例而言，填充有氧化鈾)。慢化劑20'''亦可安置在芯體14'''中(例如，穿插)在核燃料10'''之間。
圖7A展示一冷卻單元50、50'之一個實例之一示意圖。冷卻單元50、50'為一被動單元，且包含具有一或多個(例如，多個)散熱片F之一散熱器HS。氣流A可經由冷卻單元50、50'中之一或多個開口O進入，且流過散熱器HS及散熱片F，以自散熱器HS移除熱量。
圖7B展示一冷卻單元50、50'之一個實例之一示意圖。冷卻單元50、50'為一主動單元，且包含具有一或多個(例如，多個)散熱片F之一散熱器HS。氣流A經由其一或多個開口O吸入冷卻單元50、50'中，且由散熱器HS及散熱片F上方之一風扇Fa驅動，以自散熱器HS移除熱量。
圖7C展示一冷卻單元50、50'之一個實例之一示意圖。冷卻單元50、50'可包含一液體(例如，水)夾套J。液體經由一導管C再循環穿過夾套J，液體流藉由一泵P驅動。
額外實施例
在本發明之實施例中，一種可攜式核反應器可依據以下條項中任一項：
條項1：一可攜式核電系統，其包括：
一核反應器，其包括
一芯體，其包括容置產生輻射之一核燃料之一容器，
圍繞該芯體周向安置之一高溫慢化劑材料之一套筒，及
圍繞該套筒周向安置之一中子螢幕；
一或多個熱光伏面板，其周向配置在該中子螢幕周圍，該一或多個熱光伏面板經組態以經由該中子螢幕吸收自該高溫慢化劑材料接收之熱輻射且從中發電；及
一或多個冷卻單元，其與該一或多個熱光伏面板熱連通，該一或多個冷卻單元可操作以冷卻該等熱光伏面板。
條項2：如條項1之系統，其中該核燃料包括Triso。
條項3：如任何先前條項之系統，其中該高溫慢化劑材料包括石墨。
條項4：如任何先前條項之系統，其中該一或多個冷卻單元為一被動冷卻單元。
條項5：如條項1至3中任一項之系統，其中該一或多個冷卻單元為一主動冷卻單元。
條項6：如條項1至3中任一項之系統，其中該一或多個冷卻單元包括一水套，水藉由一泵循環穿過該水套。
條項7：如任何先前條項之系統，其中該一或多個熱光伏面板為圍繞該中子螢幕周向配置之複數個熱光伏面板。
條項8：如任何先前條項之系統，其中該複數個熱光伏面板與該中子螢幕間隔開。
條項9：如任何先前條項之系統，其中該一或多個熱光伏面板之至少一者安置在該芯體中。
條項10：如任何先前條項之系統，其進一步包括一或多個熱管，該一或多個熱管安置在該芯體中，且經組態以向該芯體之一外周傳遞熱量。
條項11：一可攜式核電系統，其包括：
一核反應器，其包括
一芯體，其包括容置產生輻射之一核燃料之一容器，
圍繞該芯體周向安置之一高溫慢化劑材料之一套筒，及
圍繞該套筒周向安置之一中子螢幕；
一流動回路，其可操作以使一氣體再循環穿過該芯體以冷卻該芯體；
一斯特林引擎，其包括一熱側熱交換器，該熱側熱交換器與該流動回路中之該氣體熱連通且經組態以從中接收熱量；及
一冷卻單元，其與該斯特林引擎之一冷側熱交換器熱連通，該斯特林引擎經組態以發電。
條項12：如條項11之系統，其中該核燃料包括Triso。
條項13：如條項11至12中任一項之系統，其中該高溫慢化劑材料包括石墨。
條項14：如條項11至13中任一項之系統，其中該氣體為氦氣。
條項15：如條項11至14中任一項之系統，其中該斯特林引擎包括：
一氣缸，
可在該氣缸內移動之一活塞，
一飛輪，其藉由一槓桿可操作地耦合至該活塞，
安置在該氣缸中之一工作流體，該工作流體經組態以當由該熱側熱交換器加熱時在一個方向上移動該活塞，且該活塞經組態以當該工作流體由該冷側熱交換器冷卻時在一相對方向上移動，該斯特林引擎經組態以經由由該氣缸內該活塞之移動引起之該飛輪的旋轉來發電。
條項16：如條項11至15中任一項之系統，其中該冷卻單元包括一水套，水藉由一泵循環穿過該水套。
條項17：如條項11至15中任一項之系統，其中該冷卻單元為一被動冷卻單元。
條項18：如條項11至15中任一項之系統，其中該冷卻單元為一主動冷卻單元。
條項19：一可攜式核電系統，其包括：
一核反應器，其包括
一芯體，其包括容置產生輻射之一核燃料之一容器，
圍繞該芯體周向安置之一高溫慢化劑材料之一套筒，及
一中子螢幕，其圍繞該套筒周向安置；
用於自該核反應器接收之熱量發電之構件；及
一或多個冷卻單元，其與該構件熱連通且可操作以冷卻該構件。
條項20：如條項19之系統，其中該核燃料包括Triso。
條項21：如條項19至20中任一項之系統，其中該高溫慢化劑材料包括石墨。
條項22：如條項19至21中任一項之系統，其中該一或多個冷卻單元選自由一被動冷卻單元、一主動冷卻單元及一水套組成之一群組，水藉由一泵再循環穿過該水套。
條項23：如條項19至22中任一項之系統，其中該構件包括安置在該芯體中之一或多個熱光伏面板。
條項24：如條項19至23中任一項之系統，其進一步包括一或多個熱管，該一或多個熱管安置在該芯體中，且經組態以向該芯體之一外周傳遞熱量。
雖然已描述本發明之某些實施例，但此等實施例僅以實例之方式呈現，且不旨在限制本發明之範疇。事實上，本文描述之新穎方法及系統可以各種其他形式來體現。此外，在不脫離本發明之精神的情況下，可對本文描述之系統及方法進行各種省略、取代及改變。隨附發明申請專利範圍及其等等同物旨在涵蓋落入本發明之範疇及精神內之此等形式及修改。因此，本發明之範疇僅藉由參考隨附發明申請專利範圍來界定。
結合一特定態樣、實施例或實例描述之特徵、材料、特性或組應暸解為適用於本區段或本說明書其他地方描述之任何其他態樣、實施例或實例，除非與之不相容。本說明書中揭示之全部特徵(包含任何隨附發明申請專利範圍、摘要及圖式)及/或如此揭示之任何方法或程序之全部步驟可以任何組合進行組合，除了其中至少一些此等特徵及/或步驟為互斥的組合。保護不限於任何前述實施例之細節。保護延伸至本說明書(包含任何隨附發明申請專利範圍、摘要及圖式)中揭示之特徵之任何新穎的一者或任何新穎的組合，或延伸至如此揭示之任何方法或程序之步驟之任何新穎的一者或任何新穎的組合。
此外，本發明中在單獨實施例之內容背景中描述之某些特徵亦可在一單一實施例中組合實施。相反地，在一單一實施例之內容背景中描述之各種特徵亦可單獨地或以任何適合子組合在多個實施例中實施。此外，儘管上文可將特徵描述為以特定組合起作用，但在一些情況中，來自一所主張之組合之一或多個特徵可自該組合去除，且該組合可主張為一子組合或一子組合之變動。
此外，雖然操作可在圖式中描繪或在說明書中以一特定順序描述，但此等操作不需要以所展示之特定順序或循序執行，或執行全部操作，以達成期望之結果。未描繪或描述之其他操作可結合在實例方法及程序中。舉例而言，可在任何所描述之操作之前、之後、同時或之間執行一或多個額外操作。此外，在其他實施例中，可對操作進行重新配置或重新排序。熟悉此項技術者將暸解，在一些實施例中，在所繪示及/或所揭示之程序中所採取之實際步驟可不同於圖中展示之步驟。取決於實施例，可移除上文描述之某些步驟，亦可添加其他步驟。此外，上文揭示之特定實施例之特徵及屬性可以不同的方式組合以形成額外實施例，全部此等都落入本發明之範疇內。此外，在上文描述之實施例中之各種系統組件的分離不應暸解為在全部實施例中都需要此分離，且應暸解，所描述之組件及系統通常可一起整合在一單個產品中或封裝成多個產品。
為了本發明之目的，本文描述某些態樣、優點及新穎特徵。根據任何特定實施例，不一定可達成全部此等優點。因此，舉例而言，熟悉此項技術者將辨識到，本發明可以達成本文教示之一個優點或一組優點之方式來體現或執行，而不一定達成本文教示或建議之其他優點。
諸如「可」、「可能」、「可」或「可能」之條件語言，除非另有明確說明，或在所使用之內容背景中以其他方式暸解，通常旨在傳達某些實施例包含，而其他實施例不包含某些特徵、元件及/或步驟。因此，此條件語言通常不旨在暗示一或多個實施例以任何方式需要特徵、元件及/或步驟，或一或多個實施例必須包含用於在有或沒有使用者輸入或提示的情況下決定此等特徵、元件及/或步驟是否被包含或將在任何特定實施例中執行之邏輯。
除非另有明確說明，否則諸如片語「X、Y及Z之至少一者」之連接語言應暸解為通常用於傳達一物項、術語等可為X、Y或Z之內容背景。因此，此連接語言通常不旨在暗示某些實施例需要X之至少一者、Y之至少一者及Z之至少一者之存在。
本文使用之程度語言，諸如本文使用之術語「近似」、「大約」、「一般」及「大體上」表示接近所述值、量或特性之一值、量、或特性，其仍執行一所需功能或達成一所需結果。舉例而言，術語「近似」、「大約」、「一般」及「大體上」可指所述量之小於10%、小於5%、小於1%、小於0.1%及小於0.01%之一量。作為另一實例，在某些實施例中，術語「一般平行」及「大體上平行」指脫離完全平行小於或等於15度、10度、5度、3度、1度或0.1度之一值、量或特性。
本發明之範疇不旨在受本區段或本說明書其他地方之較佳實施例之特定發明之限制，且可由本區段或本說明書其他地方呈現之發明申請專利範圍或未來呈現之發明申請專利範圍來界定。發明申請專利範圍之語言將基於發明申請專利範圍中採用之語言來廣泛地解釋，且不限於本說明書中或在申請進行期間描述之實例，此等實例將解釋為非排他性的。
當然，前述描述為對本發明之某些特徵、態樣及優點之描述，在不脫離本發明之精神及範疇的情況下，可對其進行各種改變及修改。此外，本文描述之器件不需要具有上文討論之全部目的、優點、特徵及態樣。因此，舉例而言，熟悉此項技術者將辨識，本發明可以達成或最佳化本文教示之一個優點或一組優點之一方式來體現或執行，而不一定達成本文教示或建議之其他目的或優點。另外，雖然已詳細展示及描述本發明之數個變動，但基於本發明，在本發明之範疇內之其他修改及使用方法對於熟悉此項技術者來說將顯而易見。可考慮，可對此等特定特徵及實施例之態樣進行各種組合或子組合，且仍落入本發明之範疇內。因此，應暸解，所揭示之實施例之各種特徵及態樣可彼此組合或替代，以便形成所討論器件之不同模式。
2:外殼
10、10''、10''':核燃料
12:容器
14、14'、14''、14''':芯體
14A':入口
14B':出口
20、20''、20''':能量輻射器/慢化劑
22:容器壁
30、30'':中子螢幕
40、40''、40''':熱光伏(TPV)面板
40':流動回路
41':導管
42':風扇
50、50':冷卻單元
60':斯特林引擎
62':熱側熱交換器
64':冷側熱交換器
65':再生器
66':氣缸
67':槓桿
68':活塞
69':飛輪
70''':熱管
100、100'、100''、100''':可攜式核電系統
A:氣流
C:導管
e:電輸出
F:散熱片
Fa:風扇
Fh:流出
Fc:氣流
G:發電機
HS:散熱器
J:夾套
O:開口
P:泵
圖1為一可攜式核電系統之一示意性透視圖。
圖2為圖1中可攜式核電系統沿線2-2之一示意性橫截面視圖。
圖3為一可攜式核電系統之一示意圖。
圖3A為圖3之可攜式核電系統之一斯特林引擎的一示意圖。
圖4為圖3中可攜式核電系統之一核芯之一示意圖。
圖5為一可攜式核電系統之一示意性橫截面視圖。
圖6為一可攜式核電系統之一示意性橫截面視圖。
圖7A至圖7C為與圖1至圖6之可攜式核電系統一起使用之冷卻單元的示意圖。
2:外殼
10:核燃料
12:容器
14:芯體
20:能量輻射器/慢化劑
22:容器壁
30:中子螢幕
40:熱光伏(TPV)面板
50:冷卻單元
100:可攜式核電系統
e:電輸出
Claims (24)
- 一種可攜式核電系統，其包括： 一核反應器，其包括 一芯體，其包括容置產生輻射之一核燃料之一容器， 圍繞該芯體周向安置之一高溫慢化劑材料之一套筒，及 圍繞該套筒周向安置之一中子螢幕； 一或多個熱光伏面板，其周向配置在該中子螢幕周圍，該一或多個熱光伏面板經組態以經由該中子螢幕吸收自該高溫慢化劑材料接收之熱輻射且從中發電；及 一或多個冷卻單元，其與該一或多個熱光伏面板熱連通，該一或多個冷卻單元可操作以冷卻該等熱光伏面板。
- 如請求項1之系統，其中該核燃料包括Triso。
- 如請求項1之系統，其中該高溫慢化劑材料包括石墨。
- 如請求項1之系統，其中該一或多個冷卻單元為一被動冷卻單元。
- 如請求項1之系統，其中該一或多個冷卻單元為一主動冷卻單元。
- 如請求項1之系統，其中該一或多個冷卻單元包括一水套，水藉由一泵循環穿過該水套。
- 如請求項1之系統，其中該一或多個熱光伏面板為圍繞該中子螢幕周向配置之複數個熱光伏面板。
- 如請求項7之系統，其中該複數個熱光伏面板與該中子螢幕間隔開。
- 如請求項1之系統，其中該一或多個熱光伏面板之至少一者安置在該芯體中。
- 如請求項1之系統，其進一步包括一或多個熱管，該一或多個熱管安置在該芯體中，且經組態以向該芯體之一外周傳遞熱量。
- 一種可攜式核電系統，其包括： 一核反應器，其包括 一芯體，其包括容置產生輻射之一核燃料之一容器， 圍繞該芯體周向安置之一高溫慢化劑材料之一套筒，及 一中子螢幕，其圍繞該套筒周向安置； 一流動回路，其可操作以使一氣體再循環穿過該芯體以冷卻該芯體； 一斯特林引擎，其包括一熱側熱交換器，該熱側熱交換器與該流動回路中之該氣體熱連通且經組態以從中接收熱量；及 一冷卻單元，其與該斯特林引擎之一冷側熱交換器熱連通，該斯特林引擎經組態以發電。
- 如請求項11之系統，其中該核燃料包括Triso。
- 如請求項11之系統，其中該高溫慢化劑材料包括石墨。
- 如請求項11之系統，其中該氣體為氦氣。
- 如請求項11之系統，其中該斯特林引擎包括： 一氣缸， 可在該氣缸內移動之一活塞， 一飛輪，其藉由一槓桿可操作地耦合至該活塞， 安置在該氣缸中之一工作流體，該工作流體經組態以當由該熱側熱交換器加熱時在一個方向上移動該活塞，且該活塞經組態以當該工作流體由該冷側熱交換器冷卻時在一相對方向上移動，該斯特林引擎經組態以經由由該氣缸內該活塞之移動引起之該飛輪的旋轉來發電。
- 如請求項11之系統，其中該冷卻單元包括一水套，水藉由一泵循環穿過該水套。
- 如請求項11之系統，其中該冷卻單元為一被動冷卻單元。
- 如請求項11之系統，其中該冷卻單元為一主動冷卻單元。
- 一種可攜式核電系統，其包括： 一核反應器，其包括 一芯體，其包括容置產生輻射之一核燃料之一容器， 圍繞該芯體周向安置之一高溫慢化劑材料之一套筒，及 一中子螢幕，其圍繞該套筒周向安置； 用於自該核反應器接收之熱量發電之構件；及 一或多個冷卻單元，其與該構件熱連通且可操作以冷卻該構件。
- 如請求項19之系統，其中該核燃料包括Triso。
- 如請求項19之系統，其中該高溫慢化劑材料包括石墨。
- 如請求項19之系統，其中該一或多個冷卻單元選自由一被動冷卻單元、一主動冷卻單元及一水套組成之一群組，水藉由一泵再循環穿過該水套。
- 如請求項19之系統，其中該構件包括安置在該芯體中之一或多個熱光伏面板。
- 如請求項19之系統，其進一步包括一或多個熱管，該一或多個熱管安置在該芯體中，且經組態以向該芯體之一外周傳遞熱量。
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