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公開番号2025160184
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-22
出願番号2025108561,2022553143
出願日2025-06-26,2021-02-24
発明の名称マイクロ原子炉においてコンパクトであってより高い出力密度のコアを可能にする高温ハイドライド減速材
出願人ウェスティングハウスエレクトリックカンパニーエルエルシー,WESTINGHOUSE ELECTRIC COMPANY LLC
代理人弁理士法人快友国際特許事務所
主分類G21C 5/00 20060101AFI20251015BHJP(核物理;核工学)
要約【課題】マイクロ原子炉においてコンパクトであってより高い出力密度のコアを提供する。
【解決手段】燃料チャンネル202と、ヒートパイプ204と、前記燃料チャンネル202及び前記ヒートパイプ204を取り巻くように構成された一次減速材マトリックス206と、前記燃料チャンネル202、前記ヒートパイプ204、及び、前記一次減速材マトリックス206を少なくとも部分的に取り囲むように構成された二次減速材チャンネル208と、を備えた炉心ブロック200が開示されている。前記二次減速材チャンネル208が、メタルハイドライドを含んでいる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
炉心ブロックであって、
燃料チャンネルと、
ヒートパイプと、
前記燃料チャンネル及び前記ヒートパイプを取り巻くように構成された一次減速材マトリックスと、
前記燃料チャンネル、前記ヒートパイプ、及び、前記一次減速材マトリックスを少なくとも部分的に取り囲むように構成された二次減速材チャンネルと、
を備えており、
前記二次減速材チャンネルが、メタルハイドライドを含んでいる、炉心ブロック。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記一次減速材マトリックスが、グラファイト、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、ステンレス鋼、及び、それらの組み合わせから成る群から選択される、請求項１の炉心ブロック。
【請求項３】
前記メタルハイドライドが、イットリウムハイドライド、セリウムハイドライド、ジルコニウムハイドライド、及び、それらの組み合わせから成る群から選択される、請求項１又は２の炉心ブロック。
【請求項４】
前記二次減速材チャンネルが、ブロック、ペレット、ロッド、又は、プレート、及び、それらの組み合わせから成る群から選択される、請求項１～３のいずれか一項の炉心ブロック。
【請求項５】
前記二次減速材チャンネルが、前記燃料チャンネル、前記ヒートパイプ、及び、前記一次減速材マトリックスを完全に取り囲むように構成されている、請求項１～４のいずれか一項の炉心ブロック。
【請求項６】
炉心であって、
複数の炉心ブロックを備えており、各炉心ブロックが、
燃料チャンネルと、
ヒートパイプと、
前記燃料チャンネル及び前記ヒートパイプを取り巻く一次減速材マトリックスと、
前記燃料チャンネル、前記ヒートパイプ、及び、前記一次減速材マトリックスを少なくとも部分的に取り囲むように構成された二次減速材チャンネルと、
を備えており、
前記二次減速材チャンネルが、メタルハイドライドを含んでいる、炉心。
【請求項７】
中性子反射体及び中性子吸収体を備えている制御ドラムをさらに備えている、請求項６の炉心。
【請求項８】
前記制御ドラムが、第１の位置と第２の位置との間で回転可能であり、
前記第１の位置では、前記中性子吸収体が前記複数の炉心ブロックに対面しており、
前記第２の位置では、前記中性子反射体が前記複数の炉心ブロックに対面している、請求項７の炉心。
【請求項９】
前記一次減速材マトリックスが、グラファイト、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、ステンレス鋼、及び、それらの組み合わせから成る群から選択される、請求項６～８のいずれか一項の炉心。
【請求項１０】
前記メタルハイドライドが、イットリウムハイドライド、セリウムハイドライド、ジルコニウムハイドライド、及び、それらの組み合わせから成る群から選択される、請求項６～９のいずれか一項の炉心。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
この出願は、２０２０年３月３日に出願された米国仮出願第６２／９８４，５９１号の利益を主張しており、その内容は、その全体が本明細書において引用により組み込まれている。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
この発明は、概してマイクロ炉に関し、より詳しくは、炉心内における燃料チャンネル、ヒートパイプ、及び、減速材の配列に関する。
【０００３】
電気エネルギ市場は、集中型市場と分散型市場とに分類することができる。集中型市場は、大きな（数百ＭＷｅの範囲の）発電機と、高容量高密度送配電ネットワークと、に基づいている。分散型市場又はオフグリッド市場は、その代わりに、ローカライズされた小さな配電ネットワーク又はマイクログリッドに通常接続されている、コンパクトな（＜１５ＭＷｅ）発電機に依拠している。目下、分散型市場の例が、遠隔の北極圏のコミュニティ、遠隔の鉱山、軍事基地、及び島嶼のコミュニティである。現在、オフグリッド市場におけるエネルギは主として、ディーゼル発電機により提供されている。このことは、高コストの電気、化石燃料への依存性、負荷制限、複雑な燃料供給ロジスティックス、及び、老朽化するインフラを招く。オフグリッド市場の厳格な要件には、低廉化、信頼性、柔軟性、障害回復性、持続可能性（クリーンエネルギ）、エネルギ安全保障、並びに、迅速な据え付け労力及び最小の保守労力が含まれる。これらの要望の全てに応えることができるのが、原子力エネルギである。
【０００４】
マイクロ炉は、１０ＭＷｅ未満を生成することが可能であるとともに、遠隔用途用に配備することが可能な原子炉である。これらのマイクロ炉は、比較的小さなコンテナへの梱包、人員の積極的介入を伴わない稼働、及び、従来の原子力発電プラントよりも長期間にわたる、燃料補給／交換を伴わない稼働、が可能である。
【０００５】
１つのこのようなマイクロ炉が、ウェスティングハウス・エレクトリック・カンパニー（ＷｅｓｔｉｎｇｈｏｕｓｅＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｍｐａｎｙ）により設計された、ｅＶｉｎｃｉマイクロ炉システムである。このｅＶｉｎｃｉシステムは、コンパクトなモノリスコアブロック内に収容された、燃料と、中性子減速材チャンネルと、ヒートパイプと、を利用する、ヒートパイプ冷却式炉発電システムである。ヒートパイプは、熱エネルギを、モノリスコアからマイクロ炉の二次側における熱交換器へと効率的に移動させる受動的熱除去デバイスとして働く。ヒートパイプは、気密封止された管であって、この管は、当該管の一方端（蒸発器セクション）において、沸騰した少量の（液体カリウム又はナトリウムといった）揮発性液体を内包しており、蒸気が、当該管の他方端（凝縮器セクション）へ進行し、ここで凝縮して、その蒸発熱を降ろす。凝縮された液体は、毛細管力を使用するウィックという手段により当該管の他方端に戻されて、凝縮液が蒸発器セクションに向けて引き戻される。ヒートパイプに関する追加的な論考は、それらの全てが本明細書に引用により組み込まれている、米国特許出願公開第２０１６／００２７５３６号として公開され、「モバイルヒートパイプ冷却式高速炉システム（ＭＯＢＩＬＥＨＥＡＴＰＩＰＥＣＯＯＬＥＤＦＡＳＴＲＥＡＣＴＯＲＳＹＳＴＥＭ）」と題された、米国特許出願第１４／７７３，４０５号、及び、「熱抽出用ヒートパイプを有する原子炉（ＮＵＣＬＥＡＲＲＥＡＣＴＯＲＷＩＴＨＨＥＡＴＰＩＰＥＳＦＯＲＨＥＡＴＥＸＴＲＡＣＴＩＯＮ）」と題された、米国特許第３，６６８，０７０号に記載されている。
【０００６】
マイクロ炉内における目下のコアは、５重量％Ｕ－２３５よりもはるかに高いレベルまで濃縮する必要があるウラン燃料を利用している。１つのこのような燃料が、高アッセイ低濃縮ウラン（ＨＡＬＥＵ：ＨｉｇｈＡｓｓａｙＬｏｗＥｎｒｉｃｈｅｄＵｒａｎｉｕｍ）であり、これは、最高で１９．７５重量％Ｕ－２３５まで濃縮されたウラン燃料である。５重量％Ｕ－２３５を上回って濃縮されるウランの工業規模の量は、必要とされる規模を製造する能力がないことを理由に、限られている。このことは、核燃料のコストを高くし、その結果、マイクロ炉の高コストを招く。これにより結果的に、マイクロ炉は、潜在市場及び潜在顧客にとっての利用容易性が限られてしまう。
【０００７】
本開示の１つのこのような目的は、本質的に安全であり、数年にわたって交換を伴わずに稼働することが可能であり、低減された量のＨＡＬＥＵ燃料で使用可能であるか、又は、５重量％Ｕ－２３５と同程度の低濃縮度の燃料で使用可能であり、質量及びサイズの厳しい制限を満たすことにより、飛行機、トラック、及び、従来の道路による移送が可能である、軽量マイクロ原子炉を提供することである。
【発明の概要】
【０００８】
様々な実施例では、燃料チャンネルと、ヒートパイプと、前記燃料チャンネル及び前記ヒートパイプを取り巻くように構成された一次減速材マトリックスと、前記燃料チャンネル、前記ヒートパイプ、及び、前記一次減速材マトリックスを少なくとも部分的に取り囲むように構成された二次減速材チャンネルと、を備えた炉心ブロックが開示されている。前記二次減速材チャンネルが、メタルハイドライドを含んでいる。
【０００９】
様々な実施例では、複数の炉心ブロックを備えている、炉心が開示されている。各炉心ブロックが、燃料チャンネルと、ヒートパイプと、前記燃料チャンネル及び前記ヒートパイプを取り巻く一次減速材マトリックスと、前記燃料チャンネル、前記ヒートパイプ、及び、前記一次減速材マトリックスを少なくとも部分的に取り囲むように構成された二次減速材チャンネルと、を備えている。前記二次減速材チャンネルが、メタルハイドライドを含んでいる。
【００１０】
様々な実施例では、第１の配列、第２の配列、前記第１の配列と前記第２の配列との間に位置付けられた第３の配列を含んでいる炉心が開示されている。前記第１の配列が、第１の複数の燃料チャンネルと、第１の複数のヒートパイプと、を備えている。前記第１の配列が、前記第１の複数の燃料チャンネルからの燃料チャンネルと、前記第１の複数のヒートパイプからのヒートパイプと、を交互に繰り返すように構成されている。前記第２の配列が、第２の複数の燃料チャンネルと、第２の複数のヒートパイプと、を備えている。前記第２の配列が、前記第２の複数の燃料チャンネルからの燃料チャンネルと、前記第２の複数のヒートパイプからのヒートパイプと、を交互に繰り返すように構成されている。前記第３の配列が、第１の複数の減速材チャンネルを備えている。前記第１の複数の減速材チャンネルからの各減速材チャンネルが、メタルハイドライドを含んでいる。前記炉心がさらに、減速材マトリックスを備えている。前記第１の配列、前記第２の配列、及び、前記第３の配列が、前記減速材マトリックス内に埋め込まれている。
（【００１１】以降は省略されています）

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