TWI817337B - 微型反應器核心機械支撐件 - Google Patents

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TWI817337B
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尤里 阿萊欣
斯圖亞特 凱納爾
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美商西屋電器公司
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Abstract

揭示一種核反應器核心機械支撐托架。該支撐托架包括外殼；設置於外殼內部的彈簧；滑動設置於外殼內且接合彈簧的軸，以在軸移動進出外殼時壓縮及解壓縮彈簧；控制軸之移動的軸移動銷；及將支撐托架安裝至核反應器之罐的凸緣。該軸包括經組構以與核反應器核心組件介接之嵌入件。

Description

微型反應器核心機械支撐件
本揭示大體上係關於核動力產生，且更特定言之，係關於經組構以機械支撐核反應器之核心的改良裝置。
提供以下發明內容來幫助瞭解本文所揭示之態樣之一些獨特創新特徵，且不意圖作為完整描述。從整體說明書、申請專利範圍、及發明摘要可獲得對本揭示之各種態樣的全面性理解。
在一態樣中，本揭示提供一種核反應器核心機械支撐托架。該支撐托架包含：外殼；彈簧，其設置於該外殼內部；軸，其滑動設置於該外殼內且接合該彈簧，以在該軸移動進出該外殼時壓縮及解壓縮該彈簧；軸移動銷，其控制該軸之移動；及凸緣，其將該支撐托架安裝至核反應器之罐。該軸進一步包含經組構以與核反應器核心組件介接之嵌入件。
在另一態樣中，本揭示提供一種核反應器。該核反應器包含：反應器核心；罐，其將該反應器核心容納及密封於該罐內；及核心機械支撐系統，其經組構以安裝至該罐。該核心機械支撐系統包含：徑向核心機械支撐系統，其於徑向方向中支撐該反應器核心；及軸向核心機械支撐系統，其於軸向方向中支撐該反應器核心。
在又另一態樣中，本揭示提供一種核反應器。該核反應器包含：反應器核心；罐，其將該反應器核心容納及密封於該罐內；及核心機械支撐系統，其經組構以安裝至該罐；徑向反射體，其設置於該罐內；支撐梁，其設置於該罐之內壁與該徑向反射體之間；板，其設置於該反應器核心之各端上，其中該軸向核心機械支撐系統係經組構以與該板介接。該徑向支撐托架及該軸向支撐托架各包含：外殼；彈簧，其設置於該外殼內部；軸，其滑動設置於該外殼內且接合該彈簧，以在該軸移動進出該外殼時壓縮及解壓縮該彈簧，該軸進一步包含經組構以與該支撐梁或該板介接之嵌入件；軸移動銷，其控制該軸之移動；及凸緣，其將該支撐托架安裝至該罐。該核心機械支撐系統包含：徑向核心機械支撐系統，其於徑向方向中支撐該反應器核心；及軸向核心機械支撐系統，其於軸向方向中支撐該反應器核心。該支撐梁係沿該反應器核心之長度軸向設置。該徑向核心機械支撐系統包含經組構以與該支撐梁介接的徑向支撐托架。
此外，應明瞭以下描述之形式、形式之表達、實施例的任何一或多者可與其他以下描述之形式、形式之表達、及實施例的任何一或多者組合。
前述發明內容僅為說明性的且不意欲以任何方式為限制性的。除上文所描述之說明性態樣、具體例及特徵以外，參考附圖及以下實施方式，其他態樣、具體例及特徵將變得顯而易見。
本申請案根據35 U.S.C. § 119(e)主張2021年1月25日提出申請標題「微型反應器核心機械支撐件(MICRO-REACTOR CORE MECHANICAL SUPPORT)」之美國臨時申請案第17/156,977號的權益，該案之全體揭示內容以引用的方式併入本文。
本揭示是經由政府支持在能源部(Department of Energy)授予的合同DE-NE0008853之下完成的。政府擁有本揭示某些權利。
本申請案之申請人擁有以下於同日提出申請之美國臨時專利申請案，該等案之各者的揭示內容以其各別全文引用之方式併入本文： •  2020年10月26日提出申請之美國專利申請案第17/080,241號，標題「具有氧化鈹夾雜物之增強型石墨中子反射體(ENHANCED GRAPHITE NEUTRON REFLECTOR WITH BERYLLIUM OXIDE INCLUSIONS)」； •  2020年10月29日提出申請之美國專利申請案第17/084,365號，標題「用來調整反應器核心輸出的裝置、系統、及方法(DEVICES, SYSTEMS, AND METHODS FOR ADJUSTING THE OUTPUT OF A REACTOR CORE)」；及 •  2020年10月29日提出申請之美國專利申請案第17/084,403號，標題「用來組構反應器核心之單位晶胞之佈局的裝置、系統、及方法(DEVICES, SYSTEMS, AND METHODS FOR CONFIGURING THE LAYOUT OF UNIT CELL OF A REACTOR CORE)」。
在解釋包含核心機械支撐系統之核反應器的各種態樣之前，應注意到，說明性實例沒有限制在附圖和說明書中所說明部件的構造和配置細節的應用或使用。說明性實例可經實施或併入在其他態樣、變型和修改中，並可用各種方式實踐或實現。此外，除非特別指出，否則本說明書所使用的術語和表達是為了方便讀者來描述說明性實例之目的而選擇，而不是為了對其限制的目的。而且，將明白，以下所描述態樣、態樣的表達及/或實例之一或多者，可與其他以下所描述態樣、態樣的表達及/或實例(不具限制性)之任何一或多者組合。
在各種態樣中，本揭示係關於一種核反應器，其包含用來支撐反應器核心且將反應器核心保持於預定位置的核心機械支撐系統。在一態樣中，核反應器係固態微型反應器，其包含活性核心、反射體、及核心機械支撐系統。反應器核心，例如，尤其向燃料、熱移除系統、停機系統、反應度控制系統、及儀器提供核、熱、及機械介面。反應器核心係定位於耐壓罐內部。核心機械支撐系統係經組構以於包括(但不限於)運送及處置、操作、事故、及超越設計事故狀況之所有預期事件期間機械支撐反應器核心及相應組件並將其維持於預定位置及組構。為試圖避免反應器核心組件之超過限制及過度應力，核心機械支撐系統之熱機械設計可於輻射期間適應核心組件幾何形狀中之各種靜態及動態負荷、熱膨脹差異及變化(膨脹、收縮等)。
現轉向圖式，圖1係根據本揭示之至少一非限制性態樣，包含核心機械支撐系統之核反應器10的透視圖。在一態樣中，核反應器10係固態微型反應器。核反應器10包含核心100(圖2至4及7)、反射體106(圖2至4及7)、及容納於加壓罐120內的核心機械支撐系統。前及後罐端艙壁122、124機械密封核心100、反射體106、及於罐120內部之其他組件。
圖2係根據本揭示之至少一非限制性態樣，於圖1中所示之核反應器10的縱截面圖。參照圖1及2，反應器核心100係容納於罐120內。核心100包含複數個反應度控制晶胞104，該等反應度控制晶胞104經組構以容納複數個反應度控制棒115。停機棒可集體作用以控制於核心100內發生的分裂，及因此，防止核心100在反應器10動力故障及/或臨界事故之事件中達到臨界溫度。根據各種非限制性態樣，可減少或完全消除核心100內之分裂量，完全消除分裂量可使核心100停機。本揭示所涵蓋之反應度控制棒115可包括中子吸收材料且經組構以插入至反應度控制晶胞104中以在緊急情況下減緩及/或停止核反應。核心100之反應度控制組構呈現現代微型反應器之特徵，其係可運輸的且具有較廣範圍之商業應用。因此，微型反應器的出現可提高核能技術的普及性且可使由此提高所引起之任何顯著不良事件的風險減至最小。
在文中描述的其他組件間，核心100尤其包含石墨核心塊130及包圍石墨核心塊130的徑向反射體106。根據圖2之非限制性態樣，反射體106可包括固定及活動部件。活動部件可係包括反射體材料(例如，氧化鈹[BeO])及吸收體材料(例如，碳化硼[B4C])之區段的控制鼓。鼓充作為反射體或吸收體，端視其相對於石墨核心塊的旋轉而定。在一態樣中，反射體106包括由厚中子緩和材料構成且經組構以實質上包圍石墨核心塊130之一或多個板。核心100向燃料、熱移除系統、停機及反應度控制系統、儀器等提供核、熱、及機械介面。核心100係定位於耐壓罐120內部且被反射體106包圍。核心100及相應組件係於包括運送及處置、操作、事故及超越設計事故狀況之所有預期狀況期間經機械支撐系統機械支撐。
包含徑向支撐系統125及軸向支撐系統127之核心機械支撐系統於包括(但不限於)運送及處置、操作、事故、及超越設計事故狀況之各種預期事件期間支撐核心100並將其維持於預定位置及組構。為試圖避免反應器核心100及相關組件之超過限制及過度應力，核心機械支撐系統之熱機械設計可於輻射期間適應核心組件幾何形狀中之各種靜態及動態負荷、熱膨脹差異及變化(膨脹、收縮等)。核心支撐系統將針對水平定位之圓柱形核心100之軸向及徑向方向的支撐分開(實際上儘可能地)。在此態樣中，核心100組件於徑向方向中的尺寸變化不會顯著影響於軸向方向中的反應力，及反之亦然。
徑向支撐系統125包含若干個包圍核心100的徑向支撐托架126及軸向支撐系統127包含若干個定位於核心100兩端的軸向支撐托架128。徑向支撐托架126及軸向支撐托架128於運送及處置、操作、事故及超越設計事故狀況期間支撐核心100並將其維持於預定的徑向及軸向位置。徑向支撐托架126與接合徑向反射體106的支撐梁132介接，以使核心100之負荷均勻地分佈，如更詳細地論述於下文。支撐梁132係設置於罐120之內壁與反射體106之間。支撐梁132係沿核心100之長度軸向設置。軸向支撐托架128與板148介接，以使核心100之負荷均勻地分佈，如更詳細地論述於下文。現亦參照圖5及6，各個徑向/軸向支撐托架126、128包含至少一個彈簧134，其經移動進出徑向/軸向支撐托架126、128外殼138的軸136壓縮。徑向/軸向支撐托架126、128於徑向/軸向支撐托架126、128之連接嵌入件140處與支撐梁132及/或板148介接。在所繪示的態樣中，各個徑向/軸向支撐托架126、128包含四個彈簧134且各個彈簧134包含若干個墊圈146。
圖3係根據本揭示之至少一非限制性態樣，於圖1及2中所示之核反應器10的橫截面圖。圖4係根據本揭示之至少一非限制性態樣，於圖1至3中所示之核反應器10的縱截面及橫截面透視圖。現參照圖1至4，根據一非限制性態樣，核心100包括複數個單位晶胞102，該複數個單位晶胞集體形成六邊形核心邊界。每一單位晶胞102可經組構以容納熱管113及一定量之燃料(例如呈棒111及/或堆疊組構之形式)，其可集體產生核動力且管理貫穿核心100之熱能。根據一些非限制性態樣，一或多個單位晶胞102可進一步包括減速劑組構，其可減緩自燃料發射之中子。單位晶胞102可經配置使得核心100包括六邊形幾何形狀。然而，在其他非限制性態樣中，單位晶胞102可經配置使得核心100可包括若干不同幾何組構中之任一者，此取決於預期應用及/或使用者偏好。
參考圖3及4，反射體106可進一步包括複數個控制鼓108，該等控制鼓經組構以容納中子吸收及反射材料。在反應器及/或動力故障之情況下，控制鼓108可朝向核心100向內轉動，使得吸收材料可關閉反應器。根據一些非限制性態樣，反射體106可另外包括經組構以提供伽瑪及中子屏蔽之伽瑪屏蔽件。反射體可經組構以實質上包圍中子屏蔽件、核心100及其內部組件102、104、111、113、115，以進一步減輕輻射。如圖3及4之非限制性態樣中所描繪，反射體106可以圓形組構配置，該圓形組構包圍以六邊形配置之複數個單位晶胞102。然而，在其他非限制性態樣中，反射體106可經配置以取決於預期應用及/或使用者偏好而圍繞複數個單位晶胞102形成若干不同幾何組構中之任一者。
仍參考圖3及4，反射體106可經分割以確保單位晶胞102與反射體106之間存在間隙，作為控制且促進所需熱轉移量之手段。舉例而言，反射體106可由複數個模組化板形成，該複數個模組化板經整合以產生前述間隙。然而，在其他非限制性態樣中，反射體106可一體成形。另外，反射體106可進一步經組構以沿著軸向方向延伸，從而界定核心100之長度。複數個單位晶胞102亦可經組構以橫跨核心100之長度。
一些緊湊型反應器充當「核電池」，其使用來自核材料(例如呈氧化物、金屬及/或矽化物形式之鈾等等)之分裂之能量以產生電。由於單位晶胞經組構以容納呈任何形式之燃料，包括此類放射性同位素，因此核心100之長度L之量值可對應於核反應器之所要輸出及維持臨界性所必需之燃料質量。另外及/或替代地，微型反應器之增加的多功能性意謂核心100必須可針對多種應用來組構，許多該等應用可能具有大小及/或重量約束。因此，核心100之設計允許長度L可特定組構以適應核反應器之輸出、大小及/或重量要求。
仍參照圖3及4，複數個單位晶胞102及複數個反應度控制晶胞104可經特定配置以建立核心100之非限制性態樣之六邊形組構。亦顯而易見，複數個單位晶胞102中之每一單位晶胞102及複數個反應度控制晶胞104中之每一反應度控制晶胞104亦包括六邊形組構。然而，應瞭解，出於說明性目的而專門地描繪六邊形組構。因此，本揭示涵蓋其他非限制性態樣，其中單位晶胞102及反應度控制晶胞104包括任何數目個幾何組構(例如正方形、圓形、三角形、矩形、五邊形、八邊形)且經配置使得核心100可包括任何數目個幾何組構。
進一步參考圖3及4，複數個單位晶胞102及複數個反應度控制晶胞104可沿著徑向方向配置，藉此界定核心100之徑向尺寸。明確言之，圖3及4中顯示之核心100包含48個單位晶胞102及13個反應度控制晶胞104。然而，本揭示涵蓋其他非限制性態樣，其中核心100可包括任何數目個單位晶胞102及反應度控制晶胞104。當明瞭，容易地添加或減去核心100之單位晶胞102或反應度控制晶胞104之數目而不顯著地改變其設計之能力允許取決於預期應用及/或使用者偏好來容易地按比例調整核心100。因而，亦可針對多個應用及要求容易地調節核心100設計之輸出。舉例而言，使用者可藉由添加或減去核心100之單位晶胞102或反應度控制晶胞104來改變核心100之徑向及/或軸向尺寸。由於單位晶胞經組構以容納包括放射性同位素之燃料，因此增加或減小徑向尺寸之量值可改變核心100之輸出。因此，取決於預期應用及/或使用者偏好，核心100之徑向尺寸可對應於核反應器之所需輸出。另外及/或替代地，核心100之徑向尺寸可經特定組構以遵從可隨應用而變化的多個大小及/或重量要求。因此，核心機械支撐系統可經由添加或移除徑向支撐系統125及軸向支撐系統127之徑向/軸向支撐托架126、128以適應核心100之徑向及/或軸向尺寸的變化來作修改。
應瞭解，如本揭示中所使用，術語「徑向」描述當自上而下檢視時，自核心100之中心延伸的任一方向。因此，術語「徑向」之使用不應限於圓形或類似圓形之組構，且不應被視為暗示圖1至4之核心100限於圓形或類似圓形之組構。舉例而言，本揭示涵蓋非限制性態樣，其中核心100包括矩形橫截面組構。根據此類態樣，核心100可包括不同長度之一或多個徑向尺寸。參考圖2及4，複數個單位晶胞102及複數個反應度控制晶胞104可由固體材料塊130(例如石墨)一體成形。因此，單位晶胞102中之每一者之內部特徵，諸如熱管通道、燃料通道、減速劑通道等等，可自固體材料塊鑽出，且由固體材料塊一體形成。然而，根據其他非限制性態樣，複數個單位晶胞102中之每一單位晶胞102及每一反應度控制晶胞104可模組化地形成，且經整合至核心塊130中以促進核心100設計之可調節性。
無論如何，核心100可容易地製造成包括任何數目個單位晶胞102及/或反應度控制晶胞104。此可允許核心100設計可容易地擴展，此為對已知反應器之明顯改良。舉例而言，改變單位晶胞102及反應度控制晶胞104之數目允許使用者改變核心100之徑向尺寸R及軸向長度L (圖1)，藉此改變其輸出及靈活性以供具有獨特輸出及/或空間約束之應用。然而，核心100設計基本上保持相同，此允許生產及效能之可預測性，而不管輸出及大小之差異。此等特徵亦減少了為新應用設計所需之非重複工程化之量，且促進製造一致性及部件之標準化。儘管核心100可按比例調整為調節其輸出之手段，但該按比例調整應進一步考慮所實施熱管之額定功率、經調節輸出所需之反應度控制棒之適當數目、及控制鼓之有效性。
根據其他非限制性態樣，單位晶胞102可進一步包括減速劑通道，該減速劑通道經組構以容納核心100之減速劑(例如基於氫化物之減速劑、BeO等)，其中該減速劑可經組構以延遲及由插入於複數個燃料通道110中之燃料發射的中子之傳播。替代地及/或另外，單位晶胞102可包括額外特徵，其經組構以容納核心100之其他儀器。
仍參考圖3及4，單位晶胞102亦可包括經組構以容納中子吸收材料之特徵，該等中子吸收材料可減慢在單位晶胞102之燃料通道110中發生之核反應。因此，可進一步經由中子吸收劑之影響來調節單位晶胞102—且因此核心100本身—之功率分佈及徑向功率尖峰。根據一些非限制性態樣，核心100可經設計用於對核心100沒有嚴格運輸要求之應用。替代地及/或另外，核心100可使用高密度燃料。根據此類態樣，可藉由改變單位晶胞102之燃料通道110內之燃料濃化位準或藉由添加可燃吸收劑來另外管理單位晶胞102及核心100之軸向功率尖峰因數及軸向功率分佈。
類似地，反射體106組構可包括複數個反射體106，其包括控制鼓108，其中反射體106經組構以沿著核心100之長度L的至少一部分延伸。當然，根據一些非限制性態樣，反射體亦可一體成形。同樣，反射體可經特定組構以產生促進及增強整個核心100中之熱轉移的有利間隙。
根據圖1至4之非限制性態樣，核心100可經組裝以包括佈置在整個複數個單位晶胞102及反應度控制晶胞104中之燃料111(例如棒及/或堆疊)、熱管113及反應度控制棒115。具體言之，燃料111可佈置在一或多個單位晶胞102之整個燃料通道110中，熱管113可佈置在一或多個單位晶胞102之整個熱管通道112 (圖3)中，且反應度控制棒115可佈置在一或多個反應度控制晶胞104之整個反應度控制通道(未展示)中。根據一些非限制性態樣，燃料111及熱管113經組構以延伸核心100之預定長度L。在其他非限制性態樣中，燃料111及熱管113經組構以在核心之預定長度L之外延伸額外長度，以利於下游的核心外連接及/或設備(例如電力系統、冷凝器、結構支撐件)。此設計允許針對任何預期應用及/或使用者偏好定製核心100，此使得該核心能夠回應於客戶需要而為多功能的。然而，可使用核心100設計之基礎核物理學及/或可製造性來評估此等改變，此保持了核心100生產及操作中之可靠性及可預測性。換言之，經組裝核心100允許燃料111及熱管113經特定組構以適應任何特定功率要求及/或結構組構，而不必重新創造基本核心100設計且不必承擔固有的開發風險。
仍參考圖1至4，核心100可進一步包括複數個反應度控制棒115，其經組構以貫穿複數個反應度控制晶胞104中之一或多個反應度控制晶胞104來佈置。舉例而言，反應度控制晶胞104可包括反應度控制棒或反應度控制通道，該反應度控制通道類似於燃料通道110及/或熱管通道112，但經特定組構以容納反應度控制棒115。如先前論述，每一反應度控制棒115可包括中子吸收材料，該中子吸收材料經組構以在緊急狀況下減慢及/或停止核心100內之核反應。反應度控制棒115可共同地阻止核心100在反應器及/或動力故障之情況下達到臨界溫度或瞬發臨界。因此，微型反應器之出現可增加核技術之普及，使安全性成為較高優先級。
圖5係根據本揭示之至少一非限制性態樣，徑向及軸向支撐托架126、128的透視圖。核心支撐系統的主要組件係徑向/軸向支撐托架126、128，其包含預負荷彈簧塊。徑向/軸向支撐托架126、128之各彈簧塊包含各種數目的彈簧134，如更詳細地顯示於圖6。各個徑向/軸向支撐托架126、128包含若干個定位於托架外殼138內部的彈簧134。各個彈簧134經滑動設置於托架外殼138內且於連接嵌入件140處與支撐梁132(圖2至4)介接的軸136預負荷或壓縮。軸136經組構以接合彈簧134，而在軸136移動進出托架外殼138時壓縮及解壓縮彈簧134。各個托架軸136之移動係受軸移動銷142控制，該軸移動銷142亦阻止托架軸136的旋轉。徑向/軸向支撐托架126、128可藉由支撐托架凸緣144安裝至外部罐120(圖1、2、4)。若干個徑向支撐托架126定位於核心100周圍(圖1至4)且若干個軸向支撐托架128定位於核心100之任一端，以於徑向及軸向方向為核心100產生期望的支撐。對應於預負荷彈簧塊徑向/軸向支撐托架126、128之反應力作用於耐壓罐120之內壁上。在一態樣中，包含外殼138、托架凸緣144、軸136、及軸移動銷142的托架本體可由304不鏽鋼製成。構造材料亦可根據環境條件而作修改。
圖6係根據本揭示之至少一非限制性態樣，柏維勒(Belleville) 墊圈彈簧134的透視圖。在一態樣中，預負荷彈簧塊徑向/軸向支撐托架126、128中之彈簧可係碟形彈簧，諸如，比方說，柏維勒(Belleville) 墊圈彈簧134。柏維勒(Belleville) 墊圈彈簧134可由高強度、耐腐蝕的可時效硬化合金，諸如可輕易地製成為複雜部件的鎳鉻材料製成。在一態樣中，柏維勒(Belleville) 墊圈彈簧134係由合金718材料製成。參照圖5及6，徑向/軸向支撐托架126、128不應受限於所揭示的情境，而係可使用各種其他組構。托架外殼138或本體之其他態樣係經組構成通過軸136與軸移動銷142來容納呈壓縮狀態的柏維勒(Belleville) 墊圈彈簧134。柏維勒(Belleville) 墊圈彈簧134的數目及彈簧中之柏維勒(Belleville) 墊圈146的數目可變化。柏維勒(Belleville) 墊圈146具有截頂圓錐形狀，其賦予墊圈146其之特性彈力。任何個別組件的尺寸亦可變化。構造材料亦可根據環境條件而作修改。在各種態樣中，柏維勒(Belleville) 墊圈146係形狀如同墊圈之一種類型的彈簧。柏維勒(Belleville) 墊圈彈簧134可稱為錐面碟形彈簧(coned-disc spring)、圓錐形彈簧墊圈(conical spring washer)、碟形彈簧(disc spring)、柏維勒(Belleville) 彈簧、或杯狀彈簧墊圈(cupped spring washer)，其包含可靜態地或動態地沿其軸負荷的圓錐形殼。
當明瞭可選擇徑向/軸向支撐托架126、128的數目及預負荷彈簧134之特性以確保「內建」預負荷力係在對應於1g至10g加速度的力範圍內。在一態樣中，考慮熱膨脹及輻射引起的幾何形狀及尺寸變化，彈簧134套組的偏轉足以補償在核心100、罐120、及徑向/軸向核心支撐系統125、127之組件之間的膨脹差異。
圖7係根據本揭示之至少一非限制性態樣，於圖1至4中所示之核反應器核心100的縱截面透視圖。反應器核心100包含核心機械支撐系統，該核心機械支撐系統包括含有如文中所述作用於軸向(L)及徑向(R)方向之徑向/軸向支撐托架126、128的徑向/軸向核心支撐系統125、127。在此組構中，核心100係與石墨核心塊130、燃料棒(未圖示)、熱管(未圖示)及定位於加壓罐120內部的固定徑向反射體106共同組裝。包含一系列預負荷彈簧徑向支撐托架126的徑向核心支撐系統125使用梁132與核心組件介接，以使負荷徑向均勻分佈。包含一系列預負荷彈簧軸向支撐托架128的軸向核心支撐系統127與板148介接，以使負荷軸向均勻分佈。軸向支撐托架128可通過軸136及/或嵌入件140與板148接合。
現參照圖5至7，徑向核心支撐系統125包含一系列的預負荷彈簧徑向支撐托架126，該等徑向支撐托架126使用梁132與核心100組件介接，以使負荷均勻地分佈。徑向支撐托架126沿核心100定位及於軸向及環箍方向中均勻地分佈於罐120壁上方。徑向支撐托架126藉由凸緣144於一側附接至罐120壁。徑向支撐托架126之另一側與於罐120內部沿核心100之軸向(L)長度定位之梁132介接。梁132滑動介接至核心100，以容許石墨核心塊130組件、罐120、及徑向支撐托架126與彈簧134套組之間的膨脹差異。定位於徑向托架126之外殼138中之彈簧134套組的數目及特性係基於所需預負荷、預期外部負荷、及歸因於熱膨脹差異及於徑向方向中之輻射誘導效應所引起之組合尺寸變化來選擇。
仍參照圖5至7，軸向支撐托架128係附接至罐端艙壁122、124，且向板148上方之核心石墨塊130提供力。軸向支撐托架128與板148之間的滑動介面容許核心石墨塊130與罐120之間的膨脹差異。定位於軸向支撐托架128之外殼138中之彈簧134套組的數目及特性係基於所需預負荷、預期外部負荷及歸因於熱膨脹差異及於軸向方向中之輻射誘導效應所引起之組合尺寸變化來選擇。
在以下編號的實例中闡述本文所述主題之各種態樣。
實例1：  一種核反應器核心機械支撐托架，其包含：外殼；彈簧，其設置於該外殼內部；軸，其滑動設置於該外殼內且接合該彈簧，以在該軸移動進出該外殼時壓縮及解壓縮該彈簧，該軸進一步包含經組構以與核反應器核心組件介接之嵌入件；軸移動銷，其控制該軸之移動；及凸緣，其將該支撐托架安裝至核反應器之罐。
實例2：  如實例1之核反應器核心機械支撐托架，其中該嵌入件係經組構以連接至沿核反應器核心之長度軸向設置之支撐梁。
實例3：  如實例1至2中任一項或多項之核反應器核心機械支撐托架，其中該嵌入件係經組構以連接至設置於核反應器核心之任一端的板。
實例4：  如實例1至3中任一項或多項之核反應器核心機械支撐托架，其中該彈簧係包含碟形墊圈彈簧的碟形彈簧。
實例5：  如實例4之核反應器核心機械支撐托架，其包含複數個碟形彈簧，其中該複數個碟形彈簧中之每一者包含複數個堆疊的碟形墊圈彈簧。
實例6：  如實例1至5中任一項之核反應器核心機械支撐托架，其中該外殼係由不鏽鋼製成。
實例7：  如實例1至6中任一項或多項之核反應器核心機械支撐托架，其中該彈簧係由合金718製成。
實例8：  一種核反應器，其包含：反應器核心；罐，其將該反應器核心容納及密封於該罐內；及核心機械支撐系統，其經組構以安裝至該罐，其中該核心機械支撐系統包含：徑向核心機械支撐系統，其於徑向方向中支撐該反應器核心；及軸向核心機械支撐系統，其於軸向方向中支撐該反應器核心。
實例9：  如實例8之核反應器，其進一步包含：徑向反射體，其設置於該罐內；及支撐梁，其設置於該罐之內壁與該徑向反射體之間，其中該支撐梁係沿該反應器核心之長度軸向設置；其中該徑向核心機械支撐系統包含經組構以與該支撐梁介接的徑向支撐托架。
實例10： 如實例9之核反應器，其中該徑向支撐托架包含：外殼；彈簧，其設置於該外殼內部；軸，其滑動設置於該外殼內且接合該彈簧，以在該軸移動進出該外殼時壓縮及解壓縮該彈簧，該軸進一步包含經組構以與該支撐梁介接之嵌入件；軸移動銷，其控制該軸之移動；及凸緣，其將該支撐托架安裝至該罐。
實例11： 如實例8至10中任一項或多項之核反應器，其進一步包含設置於該反應器核心之各端上的板，其中該軸向核心機械支撐系統係經組構以與該板介接。
實例12： 如實例11之核反應器，其中該軸向核心機械支撐系統包含：外殼；彈簧，其設置於該外殼內部；軸，其滑動設置於該外殼內且接合該彈簧，以在該軸移動進出該外殼時壓縮及解壓縮該彈簧，該軸進一步包含經組構以與該板介接之軸；軸移動銷，其控制該軸之移動；及凸緣，其將該支撐托架安裝至該罐。
實例13： 如實例12之核反應器，其中該軸包含經組構以接合該板的嵌入件。
實例14： 如實例8至13中任一項或多項之核反應器，其中該徑向核心機械支撐系統及該軸向核心機械支撐系統係經組構以於軸向方向中支撐該反應器核心，從而提供在對應於1g至10g加速度之力範圍內的預負荷力。
實例15： 一種核反應器，其包含：反應器核心；罐，其將該反應器核心容納及密封於該罐內；及核心機械支撐系統，其經組構以安裝至該罐，其中該核心機械支撐系統包含：徑向核心機械支撐系統，其於徑向方向中支撐該反應器核心；及軸向核心機械支撐系統，其於軸向方向中支撐該反應器核心；徑向反射體，其設置於該罐內；支撐梁，其設置於該罐之內壁與該徑向反射體之間，其中該支撐梁係沿該反應器核心之長度軸向設置，其中該徑向核心機械支撐系統包含經組構以與該支撐梁介接的徑向支撐托架；板，其設置於該反應器核心之各端上，其中該軸向核心機械支撐系統係經組構以與該板介接；其中該徑向支撐托架及該軸向支撐托架各包含：外殼；彈簧，其設置於該外殼內部；軸，其滑動設置於該外殼內且接合該彈簧，以在該軸移動進出該外殼時壓縮及解壓縮該彈簧，該軸進一步包含經組構以與該支撐梁或該板介接之嵌入件；軸移動銷，其控制該軸之移動；及凸緣，其將該支撐托架安裝至該罐。
實例16： 如實例15之核反應器，其中該軸包含經組構以接合該支撐梁或該板的嵌入件。
實例17： 如實例15至16中任一項或多項之核反應器，其中該徑向核心機械支撐系統及該軸向核心機械支撐系統係經組構以於軸向方向中支撐該反應器核心，從而提供在對應於1g至10g加速度之力範圍內的預負荷力。
闡述許多特定細節以提供對本揭示所說明及附圖中所繪示之態樣之整體結構、功能、製造、及使用的徹底理解。未詳細描述熟知的操作、組件、及元件，以不致模糊本揭示中描述的態樣。讀者將理解文中說明及繪示之態樣係非限制性實例，及因此可明瞭文中揭示的特定結構及功能細節可係代表性及說明性的。可對其作變化及改變而不脫離申請專利範圍之範疇。此外，應瞭解，諸如「向前」、「向後」、「左」、「右」、「向上」、「向下」等用語為方便用語，而不應被詮釋為限制性用語。
在本揭示中，在圖式的若干視圖中，相同參考字符代表類似或對應的部件。
本文中所提及的所有專利、專利申請案、公開案或其他揭示材料皆特此以全文引用之方式併入，如同每一個別參考文獻分別以引用方式明確地併入一般。據稱以引用之方式併入本文中的所有參考文獻及其任何材料或其部分僅在併入之材料不會與本揭示中所闡述之現有定義、陳述或其他揭示材料矛盾之程度上併入本文中。因而且在必要程度上，如本文中所闡述之揭示內容取代以引用方式併入本文中之任何矛盾的材料及在本申請案對照中明確闡述之揭示內容。
已參考各種實例及說明性態樣描述本揭示。本文中所描述之態樣應理解為提供本發明之各種態樣之不同細節的說明性特徵；且因此，除非另外指定，否則應理解，在可能之情況下，所揭示態樣之一或多個特徵、元件、組件、組份、成份、結構、模組及/或態樣可與或相對於所揭示態樣之一或多個其他特徵、元件、組件、組份、成份、結構、模組及/或態樣組合、分開、互換及/或重新配置，而不脫離本發明之範圍。因此，一般熟悉本技藝者將認識到，可在不脫離本發明範圍之情況下進行實例態樣中之任一者的各種替代、修改或組合。此外，熟悉本技藝者將認識到或能夠在審閱本揭示後僅使用常規實驗確定本文中所描述之本發明之各種態樣的許多等效物。因此，本揭示不受各種態樣之描述限制，而是受申請專利範圍限制。
熟悉本技藝者將認識到，一般而言，本文中且尤其在所附申請專利範圍中所使用之術語(例如，所附申請專利範圍之主體)一般意欲作為「開放式(open)」術語(例如，術語「包括(including)」應解譯為「包括但不限於」，術語「具有(having)」應解譯為「至少具有」，術語「包括(includes)」應解譯為「包括但不限於」等)。熟習該項技藝者將更瞭解，如果意欲特定數量的所引用請求項陳述(claim recitation)，則在申請專利範圍中明確陳述此意圖，而在沒有此陳述的情況下，則此意欲就不存在。舉例而言，作為對理解之輔助，以下隨附申請專利範圍可含有引入片語「至少一個」及「一或多個」之使用以引入申請專利範圍敍述。然而，此類片語之使用不應視為暗示由不定冠詞「一(a)」或「一個(an)」對申請專利範圍敍述之引入將含有此類所引入申請專利範圍敍述之任何特定申請專利範圍限制於僅含有一個此類敍述的申請專利範圍，即使當同一申請專利範圍包括引入性片語「一或多個」或「至少一個」及諸如「一(a)」或「一個(an)」之不定冠詞時(例如，「一(a)」及/或「一個(an)」應通常解譯為意謂「至少一個」或「一或多個」)；此情況同樣適用於用以引入申請專利範圍敍述之定冠詞的使用。
此外，即使明確陳述一特定數量的所引用請求項陳述，熟習該項技藝者將明白，這類陳述通常應解釋成至少意指所陳述的數目(例如，沒有其他修飾語之「兩陳述」的真實陳述通常意指至少兩陳述，或兩或多個陳述)。此外，在使用類似於「A、B和C等之至少一者」之公約的彼等情況下，一般這類構造意欲為熟悉本技藝者應瞭解公約之意義(例如，「具有A、B及C中之至少一者的系統」將包括但不限於具有僅A、僅B、僅C、A及B一起、A及C一起、B及C一起、及/或A、B及C一起等的系統)。在使用類似於「A、B或C中之至少一者等」之公約的彼等情況下，一般此類構造意欲為熟悉本技藝者應瞭解公約之意義(例如，「具有A、B或C中之至少一者的系統」將包括但不限於具有僅A、僅B、僅C、A及B一起、A及C一起、B及C一起及/或A、B及C一起等的系統)。熟悉本技藝者將進一步理解，除非上下文另外規定，否則無論在描述內容、申請專利範圍或圖式中，通常呈現兩個或多於兩個替代性術語之分離性詞語及/或片語應理解為涵蓋包括該等術語中之一者、該等術語中之任一者或兩種術語之可能性。例如，片語「A或B」將通常瞭解為包括可能性「A」或「B」或「A和B」。
關於所附申請專利範圍，熟習該項技藝者應明白，其中所列舉的操作通常可採用任何順序執行。而且，雖然請求項陳述係順序示出，但是應瞭解，可採用所說明者以外的其他順序來執行各種操作；或者，可同時執行各種操作。除非另有特別說明，否則這些替代排序的實例可包括重疊、交錯、中斷、重新排序、遞增、準備、補充、同時、反向或其他變異排序。此外，除非另有特別說明，否則諸如「隨著」、「關於」或其他過去式形容詞之類的用語通常不意欲排除這類變異形式。
值得注意，「一種態樣」、「一態樣」、「一示例」、「一種示例」等的任何參考意味著一結合態樣描述的特定特徵、結構或特性包含在至少一態樣中。因此，片語「在一個態樣中」、「在一態樣中」、「在一示例中」及「在一個示例中」貫穿本揭示在各處之出現未必皆參考同一態樣。此外，在一或多個態樣中可採用任何適當方式組合多個特定特徵、結構或特性。
除非上下文另外清楚地規定，否則如本文中所使用之單數形式「一(a)」、「一個(an)」及「該(the)」包括複數個參考物。
除非另外明確地陳述，否則本文中所使用之方向性片語，諸如但不限於頂部、底部、左、右、下部、上部、前部、背部及其變化形式，應關於附圖中所展示之元件之定向且不對申請專利範圍造成限制。
除非另有特別說明，否則本揭示中使用的用語「約」或「大約」意指一特定值憑藉熟悉技藝人士所確定的可接受誤差，該誤差部分取決於數值的測量或確定方式。在某些態樣中，用語「約」或「大約」意指在1、2、3或4個標準偏差內。在某些態樣中，用語「約」或「大約」意指在一給定值或範圍的50%、200%、105%、100%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0.5%或0.05%內。
在本揭示中，除非另外指示，否則所有數值參數應理解為在所有情況下均通過用語「約」作為開頭和修飾，其中數值參數具有用於確定參數數值的基礎測量技術的固有可變性特徵。至少，且不試圖將等同原則的應用限制於申請專利範圍的範疇，本說明書描述的每個數值參數應至少根據所列舉的有效數字的數目並通過應用普通捨入技術來解釋。
本說明書列舉的任何數值範圍包含在列舉範圍內所涵蓋的全部子範圍。例如，範圍「1到100」包括介於(且包括)所列舉最小值1和所列舉最大值100之間(即是，具有等於或大於1的最小值和等於或小於100的最大值)的所有子範圍。而且，本說明書所列舉的全部範圍包含所列舉範圍的端點。例如，範圍「1到100」包括端點1和100。本揭示中列舉的任何最大數值限制旨在包括其中所涵蓋的全部較低數值限制，且本揭示中列舉的任何最小數值限制旨在包括其中所涵蓋的全部較高數值限制。因此，申請人保留修改本揭示(包括申請專利範圍)的權利，以明確列舉涵蓋在明確列舉範圍內的任何子範圍。所有該等範圍固有地描述於本揭示中。
在本揭示中所參考及/或在任何申請資料表(Application Data Sheet)中所列出的任何專利申請案、專利案、非專利公開或其他揭露文獻併入本說明書供參考，在併入的文獻與本說明書不相矛盾的程度上。因而，且在必需之程度上，如本文中所明確闡述之揭示內容取代以引用的方式併入本文中之任何矛盾材料。併入本說明書供參考但與本說明書闡述的現有定義、聲明或其他揭露文獻相矛盾的任何文獻或其部分，將僅以所併入文獻與現有揭露文獻之間不發生矛盾的程度併入。
多個用語「包含(comprise)」(及任何形式的包含，諸如「包含(comprises)」和「包含(comprising)」)、「具有(have)」(及任何形式的具有，諸如「具有(has)」和「具有 (having)」)、「包括(include)」(及任何形式的包括，諸如「包括(includes)」和「包括(including)」)和「含有(contain)」(及任何形式的含有，諸如「含有(contains)」和「含有(containing)」)都是非限定開放式連綴動詞。因此，一種「包含」、「具有」、「包括」或「含有」一或多個元件的系統擁有這類一或多個元件，但不限於僅擁有這類一或多個元件。同樣地，一種「包含」、「具有」、「包括」或「含有」一或多個特徵的系統、裝置或設備的元件擁有這類一或多個特徵，但不限於僅擁有這類一或多個特徵。
總之，已描述由於採用本說明書描述的概念而產生的眾多好處。為了示意說明和描述之目的，已呈現一或多個形式的前面描述。其並非意欲為窮盡性的或限於所揭示之精確形式。根據上述教示，修改及變化為可能的。選擇及描述一或多個形式以說明原理及實際應用，從而使熟悉本技藝者能夠利用各種形式及適於所涵蓋之特定用途的各種修改。意欲特此提交之申請專利範圍定義總範疇。
10:核反應器 100:核心 102:單位晶胞 104:反應度控制晶胞 106:反射體 108:控制鼓 110:燃料通道 111:棒、燃料 112:熱管通道 113:熱管 115:反應度控制棒 117: 120:加壓罐 122:前罐端艙壁 124:後罐端艙壁 125:徑向支撐系統 126:徑向支撐托架 127:軸向支撐系統 128:軸向支撐托架 130:石墨核心塊 132:支撐梁 134:彈簧 136:軸 138:托架外殼 140:連接嵌入件 142:軸移動銷 144:支撐托架凸緣 146:墊圈 148:板 L:軸向長度 R:徑向尺寸
隨後所附申請專利範圍中特別闡述本說明書所描述態樣的各種特徵。然而，根據以下結合如下附圖的實施方式可瞭解組織和操作方法的各種態樣、以及其優點：
圖1係根據本揭示之至少一非限制性態樣，包含核心機械支撐系統之核反應器的透視圖。
圖2係根據本揭示之至少一非限制性態樣，於圖1中所示之核反應器的縱截面圖。
圖3係根據本揭示之至少一非限制性態樣，於圖1及2中所示之核反應器的橫截面圖。
圖4係根據本揭示之至少一非限制性態樣，於圖1至3中所示之核反應器的縱截面及橫截面透視圖。
圖5係根據本揭示之至少一非限制性態樣，徑向及軸向支撐托架的透視圖。
圖6係根據本揭示之至少一非限制性態樣，柏維勒(Belleville)墊圈彈簧的透視圖。
圖7係根據本揭示之至少一非限制性態樣，於圖1至4中所示之核反應器核心的縱截面透視圖。
在數個圖式中，對應的參考編號指示對應的部件。文中闡述的實例採用一形式以說明所主張主題的各種態樣，且不應將該等實例詮釋為以任何方式限制所主張主題的範疇。
10:核反應器
100:核心
102:單位晶胞
104:反應度控制晶胞
106:反射體
108:控制鼓
110:燃料通道
111:棒、燃料
113:熱管
115:反應度控制棒
117:
126:徑向支撐托架
127:軸向支撐系統
128:軸向支撐托架
130:石墨核心塊
132:支撐梁

Claims (17)

  1. 一種核反應器核心機械支撐托架，其包含：外殼；彈簧，其設置於該外殼內部；軸，其至少部分地於該外殼內滑動地設置且接合該彈簧，以在該軸之至少一部分移動進出該外殼時壓縮及解壓縮該彈簧，該軸進一步包含經組構以與核反應器核心組件介接之嵌入件；軸移動銷，其控制該軸之移動；及凸緣，其將該核反應器核心機械支撐托架安裝至核反應器之罐。
  2. 如請求項1之核反應器核心機械支撐托架，其中該嵌入件係經組構以連接至沿核反應器核心之長度軸向地延伸設置之支撐梁。
  3. 如請求項1之核反應器核心機械支撐托架，其中該嵌入件係經組構以連接至設置於核反應器核心之任一端的板。
  4. 如請求項1之核反應器核心機械支撐托架，其中該彈簧係包含碟形墊圈彈簧的碟形彈簧。
  5. 如請求項4之核反應器核心機械支撐托架，其包含複數個碟形彈簧，其中該複數個碟形彈簧中之每一者包含複數個堆疊的碟形墊圈彈簧。
  6. 如請求項1之核反應器核心機械支撐托架，其中該外殼係由不鏽鋼製成。
  7. 如請求項1之核反應器核心機械支撐托架，其中該彈簧係由合金718製成。
  8. 一種核反應器，其包含： 反應器核心；罐，其將該反應器核心容納及密封於該罐內；徑向反射體，其設置於該罐內，其中該徑向反射體包圍該反應器核心；支撐梁，其設置於該罐之內壁與該徑向反射體之間，其中該支撐梁係沿該反應器核心之長度軸向地延伸；及核心機械支撐系統，其經組構以安裝至該罐，其中該核心機械支撐系統包含：軸向核心機械支撐系統，其於軸向方向中支撐該反應器核心；及徑向核心機械支撐系統，其於徑向方向中支撐該反應器核心，其中該徑向核心機械支撐系統包含經組構以與該支撐梁介接的徑向支撐托架，且其中該徑向支撐托架包含：外殼；彈簧，其設置於該外殼內部；軸，其至少部分地於該外殼內滑動地設置且接合該彈簧，以在該軸之至少一部分移動進出該外殼時壓縮及解壓縮該彈簧，該軸進一步包含經組構以與該支撐梁介接之嵌入件；軸移動銷，其控制該軸之移動；及凸緣，其將該徑向支撐托架安裝至該罐。
  9. 如請求項8之核反應器，其進一步包含設置於該反應器核心之各端上的板，其中該軸向核心機械支撐系統係經組構以與該板介接。
  10. 如請求項9之核反應器，其中該軸向核心機械支撐系統包含： 軸向支撐托架，其與該板介接；外殼；彈簧，其設置於該外殼內部；軸，其至少部分於該外殼內滑動地設置且接合該彈簧，以在該軸之至少一部份移動進出該外殼時壓縮及解壓縮該彈簧，該軸進一步包含經組構以與該板介接之嵌入件；軸移動銷，其控制該軸之移動；及凸緣，其將該軸向支撐托架安裝至該罐。
  11. 如請求項8之核反應器，其中該徑向核心機械支撐系統及該軸向核心機械支撐系統係經組構以各自於徑向方向與軸向方向中支撐該反應器核心，以提供在對應於1g至10g加速度之力範圍內的預負荷力。
  12. 如請求項8之核反應器，其中該彈簧係包含碟形墊圈彈簧的碟形彈簧。
  13. 如請求項8之核反應器，其中該彈簧包含複數個碟形彈簧，其中該複數個碟形彈簧中之每一者包含複數個堆疊的碟形墊圈彈簧。
  14. 一種微型核反應器，其包含：反應器核心；罐，其將該反應器核心容納及密封於該罐內；及核心機械支撐系統，其經組構以安裝至該罐，其中該核心機械支撐系統包含：徑向核心機械支撐系統，其於徑向方向中支撐該反應器核心；及軸向核心機械支撐系統，其於軸向方向中支撐該反應器核心； 徑向反射體，其設置於該罐內，其中該徑向反射體包圍該反應器核心；支撐梁，其設置於該罐之內壁與該徑向反射體之間，其中該支撐梁沿該反應器核心之長度軸向延伸，其中該徑向核心機械支撐系統包含經組構以與該支撐梁介接的徑向支撐托架；板，其設置於該反應器核心之各端上，其中該軸向核心機械支撐系統包含軸向支撐托架，其經組構以與該板介接；其中該徑向支撐托架及該軸向支撐托架各包含：外殼；彈簧，其設置於該外殼內部；軸，其至少部分於該外殼內滑動地設置且接合該彈簧，以在該軸之至少一部份移動進出該外殼時壓縮及解壓縮該彈簧，該軸進一步包含經組構以與該支撐梁或該板介接之嵌入件；軸移動銷，其控制該軸之移動；及凸緣，其將該徑向支撐托架或該軸向支撐托架安裝至該罐。
  15. 如請求項14之微型核反應器，其中該徑向核心機械支撐系統及該軸向核心機械支撐系統係經組構以各自於徑向方向與軸向方向中支撐該反應器核心，以提供在對應於1g至10g加速度之力範圍內的預負荷力。
  16. 如請求項14之微型核反應器，其中該彈簧係包含碟形墊圈彈簧的碟形彈簧。
  17. 如請求項14之微型核反應器，其中該彈簧包含複數個碟形彈簧，其中該複數個碟形彈簧中之每一者包含複數個堆疊的碟形墊圈彈簧。
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