Тепловыделяющая сборка - RU2648687C2

Чертежи

Показать все 10 чертежа(ей)

Описание

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Приоритет настоящей заявки заявляется по дате подачи предварительной заявки на патент США №61/747064, поданной 28 декабря 2012, и по дате подачи заявки на промышленный образец США №13/794604, поданной 11 марта 2013, которые включены в настоящий документ во всей полноте посредством ссылки.

ПРЕДПОСЫЛКИ

[0002] Настоящее изобретение относится к тепловыделяющим сборкам и способам, связанным с этой сборкой.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Раскрытые варианты выполнения описывают тепловыделяющие каналы, тепловыделяющие сборки, способы их изготовления и использования.

[0004] Вышеуказанное является сущностью изобретения и, таким образом, может содержать упрощения, обобщения, включения и/или исключения из подробного описания; следовательно, специалистам в настоящей области техники будет понятно, что сущность изобретения является только иллюстративной и не предназначена вносить какие-либо ограничения. В дополнение к любым описанным в настоящем документе иллюстративным аспектам, вариантам выполнения и признакам, дополнительные аспекты, варианты выполнения и признаки станут очевидными при ссылке на чертежи и нижеследующее подробное описание. Другие аспекты, признаки и преимущества устройств и/или способов и/или других описанных в настоящем документе объектов изобретения станут очевидны из изложенных далее изобретательских идей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0005] Специалисту в данной области техники будет понятно, что чертежи, прежде всего, предназначены для иллюстративных целей и не предназначены для ограничения объема описанного в настоящем документе объекта изобретения. Чертежи не обязательно выполнены в масштабе; в некоторых случаях для облегчения понимания различных функций различные аспекты раскрытого в настоящем документе изобретения могут быть показаны на чертежах преувеличенными или увеличенными. На чертежах одинаковые номера позиций в целом относятся к подобным признакам (например, функционально подобные и/или конструктивно подобные элементы).

[0006] Фиг. 1а-1b схематически изображают виды в аксонометрии в частичном разрезе иллюстративной (а) тепловыделяющей сборки ядерного топлива и (b) тепловыделяющего элемента в одном иллюстративном варианте выполнения.

[0007] Фиг. 2а-2b изображают схемы, показывающие распределение давления и набухание тепловыделяющей сборки в ядерном реакторе в одном иллюстративном варианте выполнения.

[0008] Фиг. 3а-3b изображают схемы, показывающие, соответственно, шестигранный канал и двенадцатигранный канал, в тепловыделяющей сборке в одном иллюстративном варианте выполнения.

[0009] Фиг. 4 схематически изображает конструкцию канала тепловыделяющей сборки с несколькими стенками в одном иллюстративном варианте выполнения.

[0010] Фиг. 5 схематически изображает конструкцию, показывающую внутренние конструкционные элементы, используемые в качестве натяжных устройств во внутренней части канала в одном иллюстративном варианте выполнения.

[0011] Фиг. 6а-6d иллюстрируют несколько вариантов конструкции канала с несколькими стенками, с внутренней полой конструкцией и наружной полой конструкцией (и конструктивными элементами в некоторых случаях) в тепловыделяющей сборке в одном иллюстративном варианте выполнения.

[0012] Фиг. 7а-7d иллюстрируют различные варианты выполнения проникновения в первую и/или во вторую полые конструкции тепловыделяющей сборки в одном иллюстративном варианте выполнения.

[0013] Фиг. 8а и 8b-8d, соответственно, схематически изображают блок-схему способа изготовления топливного канала в тепловыделяющей сборке и иллюстративные детали способа в одном иллюстративном варианте выполнения.

[0014] Фиг. 9а и 9b-9е, соответственно, схематически изображают блок-схему способа изготовления топливного канала в тепловыделяющей сборке и иллюстративные детали способа в одном иллюстративном варианте выполнения.

[0015] Фиг. 10а и 10b, соответственно, схематически изображают блок-схему, описывающую процесс, связанный со способом использования описанных в настоящем документе тепловыделяющих сборок, и иллюстративные детали процесса в одном иллюстративном варианте выполнения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Введение

[0016] В последующем подробном описании ссылки даются на прилагаемые чертежи, которые составляют часть настоящего описания. Использование подобных или одинаковых символов на разных чертежах обычно указывает на подобные или идентичные элементы, если из контекста явным образом не следует иное.

[0017] Иллюстративные варианты выполнения, описанные в подробном описании, показанные на чертежах и заявленные в формуле изобретения, не предназначены быть ограничивающими. Могут быть использованы другие варианты выполнения и могут быть сделаны другие изменения, не отступая от сущности или объема представленного в настоящем документе изобретения.

[0018] Специалисту в данной области техники должно быть очевидно, что описанные в настоящем документе элементы (например, операции), устройства, объекты и сопровождающее их обсуждение используются в качестве примеров ради концептуальной ясности, и что также могут быть предусмотрены различные модификации конфигурации. Следовательно, как он используется в настоящем документе, конкретные изложенные в настоящем документе примеры и сопровождающее описание предназначены быть представителем более общих классов. В целом, использование конкретного примера предназначено быть представителем в своем классе, а не включение конкретных компонентов (например, операций), устройств, и объектов не должны быть восприняты как ограничение.

[0019] При описании настоящего изобретения для ясности изложения используются формальные заголовки разделов. Тем не менее, следует понимать, что заголовки разделов предназначены для представления изложения, и что различные типы объектов изобретения могут обсуждаться во всем описании (например, устройство(а)/конструкция(и) могут быть описаны в разделе процесс(ы)/операция(и), и/или процесс(ы)/операция(и) могут быть описаны в разделе конструкция(и)/процесс(ы); и/или описания отдельных тем может занимать два или большее количество разделов). Следовательно, использование формальных заголовков разделов не предназначено быть ограничивающим.

Обзор

[0020] В качестве обзора, в одном варианте выполнения предусмотрена тепловыделяющая сборка, содержащая: топливный канал, содержащий: первую полую конструкцию, имеющую первую геометрию поперечного сечения, и вторую полую конструкцию, имеющую вторую геометрию поперечного сечения, причем вторая полая конструкция расположена снаружи первой полой конструкции, а вторая геометрия поперечного сечения отличается от первой геометрии поперечного сечения.

[0021] В другом варианте выполнения предусмотрена тепловыделяющая сборка, содержащая: топливный канал, содержащий: первую полую конструкцию, имеющую по меньшей мере одно измерение, которое выполнено с возможностью изменения под напряжением, и вторую полую конструкцию, расположенную снаружи первой полой конструкции, причем первая полая конструкция и вторая полая конструкция ограничивают между собой пространство; при этом вторая полая конструкция выполнена с возможностью распределения через себя по меньшей мере часть напряжения первой полой конструкции.

[0022] В другом варианте выполнения предусмотрена тепловыделяющая сборка, содержащая: топливо, множество тепловыделяющих элементов, и множество топливных каналов, имеющих расположенные в них указанное множество тепловыделяющих элементов, причем по меньшей мере один из указанного множества топливных каналов содержит: первую полую конструкцию, имеющую первую геометрию поперечного сечения, и вторую полую конструкцию, имеющую вторую геометрию поперечного сечения, причем вторая полая конструкция расположена снаружи первой полой конструкции, а вторая геометрия поперечного сечения отличается от первой геометрии поперечного сечения.

[0023] В другом варианте выполнения предусмотрен способ изготовления тепловыделяющей сборки, включающий: формирование первой полой конструкции, выполненной с возможностью изменения по меньшей мере одного своего измерения под напряжением, и второй полой конструкции, выполненной с возможностью распределения через себя по меньшей мере часть напряжения первой полой конструкции; размещение первой полой конструкции внутри второй полой конструкции, чтобы сформировать топливный канал таким образом, что между первой полой конструкцией и второй полой конструкцией образуется пространство.

[0024] В другом варианте выполнения предусмотрен способ изготовления тепловыделяющей сборки, включающий: формирование первой полой конструкции, имеющей первую геометрию поперечного сечения; формирование второй полой конструкции, имеющей вторую геометрию поперечного сечения, которая отличается от первой геометрии поперечного сечения; и размещение первой полой конструкции внутри второй полой конструкции, чтобы сформировать топливный канал.

[0025] В другом варианте выполнения предусмотрен способ использования тепловыделяющей сборки, включающий этапы: генерируют тепло с помощью множества тепловыделяющих элементов, расположенных внутри первой полой конструкции, причем первая полая конструкция расположена внутри второй полой конструкции; подвергают первую полую конструкцию воздействию напряжения; и распределяют напряжение первой полой конструкции через вторую полую конструкцию.

Тепловыделяющая сборка

[0026] Фиг. 1а обеспечивает частичную иллюстрацию тепловыделяющей сборки 10, выполненной в соответствии с одним вариантом выполнения. Тепловыделяющая сборка может представлять собой делящуюся тепловыделяющую сборку или воспроизводящую тепловыделяющую сборку. Сборка может содержать тепловыделяющие элементы (или «тепловыделяющие стержни» или «твэлы») 11. Фиг. 1b обеспечивает частичную иллюстрацию тепловыделяющего элемента 11, выполненного в соответствии с одним вариантом выполнения. Как показано в этом варианте выполнения, тепловыделяющий элемент 11 может содержать материал 13 оболочки, топливо 14 и, в некоторых случаях, по меньшей мере один зазор 15.

[0027] Топливо может быть герметично расположено внутри полости с помощью внешнего материала 13 оболочки. В некоторых случаях несколько топливных материалов могут быть уложены в осевом направлении, как показано на Фиг. 1b, но это не является обязательным. Например, тепловыделяющий элемент может содержать только один топливный материал. В одном варианте выполнения между топливным материалом и материалом оболочки может иметься зазор(ы) 15, однако это не является обязательным. В одном варианте выполнения зазор заполнен газом при повышенном давлении, например, гелием при повышенном давлении.

[0028] Топливо может содержать любые способные к ядерному делению материалы. Способный к ядерному делению материал может содержать металл и/или металлический сплав. В одном варианте выполнения топливо может быть металлическим топливом. Должно быть понятно, что металлическое топливо имеет относительно высокую концентрацию тяжелых металлов и высокий коэффициент полезного использования нейтронов, который очень желателен для процессов на бегущей волне реактора ядерного деления. В зависимости от применения, топливо может содержать по меньшей мере один элемент, выбранный из U, Th, Am, Np и Pu. Термин «элемент», как представлено в настоящем документе химическим символом, может относиться к тому, что находится в Периодической Таблице Элементов, и его не следует путать с «элементом» «тепловыделяющего элемента». В одном варианте выполнения топливо может содержать по меньшей мере приблизительно 90% по массе U - например, по меньшей мере, 95% по массе, 98% по массе, 99% по массе, 99,5% по массе, 99,9% по массе, 99,99% по массе или более U. Топливо может дополнительно содержать огнеупорный материал, который может содержать по меньшей мере один элемент, выбранный из Nb, Mo, Та, W, Re, Zr, V, Ti, Cr, Ru, Rh, Os, Ir и Hf. В одном варианте выполнения топливо может содержать дополнительные выгорающие поглотители нейтронов, такие как бор, гадолиний или индий. В одном варианте выполнения внутренняя часть первой полой конструкции топливного канала может содержать множество тепловыделяющих элементов.

[0029] В одном варианте выполнения металлическое топливо может быть легировано цирконием от приблизительно 3% по массе до приблизительно 10% по массе, чтобы размерно стабилизировать сплав при облучении и предотвратить образование низкотемпературной эвтектики и коррозионное повреждение оболочки. Тепловая связь натрия заполняет зазор, который существует между сплавом топлива и внутренней стенкой трубки оболочки, чтобы обеспечить набухание топлива и эффективную передачу тепла, который может поддерживать низкой температуру топлива. В одном варианте выполнения отдельные тепловыделяющие элементы 11 могут иметь тонкую проволоку 12 диаметром от приблизительно 0,8 мм до приблизительно 1,6 мм, спирально обернутую по окружности трубки оболочки, чтобы обеспечить пространство для теплоносителя и механическое разделение отдельных тепловыделяющих элементов 56 внутри корпуса тепловыделяющих сборок 18 и 20 (которое также служат в качестве канала для теплоносителя). В одном варианте выполнения оболочка 13 и/или обернутая проволока 12 может быть изготовлена из ферритно-мартенситной стали, из-за эффективности ее облучения, как указано набором эмпирических данных.

Тепловыделяющий элемент

[0030] «Тепловыделяющий элемент», такой как элемент 11, показанный на Фиг. 1а-1b, в тепловыделяющей сборке энергетического реактора обычно может иметь форму цилиндрического стержня. Тепловыделяющий элемент может быть частью энергетического реактора, который является частью атомной электростанции. В зависимости от применения, тепловыделяющий элемент может иметь любые соответствующие размеры в отношении его длины и диаметра. Тепловыделяющий элемент может содержать слой 13 оболочки и топливо 14, расположенное внутри слоя 13 оболочки. В случае ядерного реактора топливо может содержать (или представлять собой) ядерное топливо. В одном варианте выполнения ядерное топливо может представлять собой кольцевое ядерное топливо. Тепловыделяющий элемент может дополнительно содержать прокладку, расположенную между ядерным топливом 14 и слоем 13 оболочки, причем прокладка может содержать несколько слоев.

[0031] Топливо может иметь любую геометрию. В одном варианте выполнения топливо имеет кольцевую геометрию. В таком варианте выполнения топливо в кольцевой форме может обеспечивать возможность достижения требуемого уровня плотности топлива после определенного уровня выгорания. Кроме того, такая кольцевая конфигурация может поддерживать силы сжатия между топливом и оболочкой, чтобы способствовать теплопередаче. Топливо может быть адаптировано к различным свойствам, в зависимости от применения. Например, топливо может иметь любой уровень плотности. В одном варианте выполнения желательно иметь более высокую плотность топлива, например, как можно ближе к теоретической плотности урана (в случае, в котором топливо содержит уран), насколько это возможно. В другом варианте выполнения высокая пористость (низкая плотность) может способствовать предотвращению образования дополнительных внутренних пустот во время облучения, снижая давление топлива на конструкционный материал, например, оболочку, в процессе работы ядерного топлива.

[0032] Материал для слоя 13 оболочки может содержать любой подходящий материал, в зависимости от применения. В одном варианте выполнения слой 13 оболочки может содержать по меньшей мере один материал, выбранный из металла, металлического сплава и керамики. В одном варианте выполнения слой 13 оболочки может содержать огнеупорный материал, такой как тугоплавкий металл, включая по меньшей мере один элемент, выбранный из Nb, Mo, Та, W, Re, Zr, V, Ti, Cr, Ru, Rh, Os, Ir, Nd и Hf. В другом варианте выполнения материал оболочки может быть выбран из керамического материала, такого как карбид кремния или оксид алюминия (глинозем).

[0033] Металлический сплав в слое 13 оболочки может, в одном иллюстративном варианте выполнения, представлять собой сталь. Сталь может быть выбрана из аустенитной стали, ферритной-мартенситной стали, стали с дисперсными оксидами, стали Т91, стали Т92, стали НТ9, стали 316 и стали 304. Сталь может иметь любой тип микроструктуры. Например, сталь может содержать по меньшей мере одну фазу из мартенситной фазы, ферритной фазы и аустенитной фазы. В одном варианте выполнения по существу вся сталь имеет по меньшей мере одну фазу, выбранную из мартенситной фазы, ферритовой фазы и аустенитной фазы. В зависимости от применения, микроструктура может быть адаптирована, чтобы иметь определенную фазу (или фазы). Слой 13 оболочки может содержать состав на основе железа, как описано ниже.

[0034] По меньшей мере некоторые из компонентов тепловыделяющих элементов могут быть связаны между собой. Связь может быть физической (например, механической) или химической. В одном варианте выполнения ядерное топливо и оболочка механически соединены. В одном варианте выполнения первый слой и второй слой механически соединены.

Распределение напряжений

[0035] В одном аспекте различные конструкционные компоненты тепловыделяющей сборки, описанные в настоящем документе, могут работать вместе для распределения напряжений. Напряжение может относиться к изгибающему напряжению, растягивающему напряжению, осевому напряжению, напряжению сжатия, касательному напряжению или их комбинации. Напряжение может возникнуть из внутренней части тепловыделяющей сборки, как например, давление газа и/или теплоносителя внутри канала, причем газ имеет тенденцию создавать выталкивающее наружу давление.

[0036] Как показано на Фиг. 2а-2b, перепад давления между внутренней 21 и внешней 22 частями топливного канала 20 может создавать движущую силу, которая вызывает растягивание стенки топливного канала 20, т.е. создание напряжения. Перепад давления может приводить как к вызванной нагревом ползучести, так и к вызванной облучением ползучести (Фиг. 2а и 2b изображают, соответственно, конструкцию без ползучести и конструкцию с ползучестью) в уже существующей конструкции каналов. Также может произойти объемное разбухание конструкционных материалов в области 23 ядерных реакторов. Разбухание может быть независимым от давления теплоносителя и может привести к появлению изгибающих напряжений в конструкции сборки. Еще один компонент внутренних напряжений может появиться из-за разбухания пучков тепловыделяющих элементов, что также может прикладывать силы, действующие стенки сборки.

[0037] Как показано на Фиг. 3а, существующие сборки, такие как те, которые используются в реакторах на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем, для размещения обернутых проволокой тепловыделяющих элементов используют одностеночный гексагональный топливный канал 31. Один существующий способ ограничения деформаций заключается в создании более толстых стенок шестигранных каналов. Однако это может увеличить соотношение конструкционного материала и топлива в активной зоне реактора, уменьшая коэффициент полезного использования нейтронов в реакторе и увеличивая стоимость и вес всей конструкции. В существующих конструкциях также были предусмотрены каналы с 12-ю сторонами, обозначенные на Фиг. 3b номером позиции 32. Каналы 32 с двенадцатью сторонами имеют сниженную длину стороны и увеличенный внутренний угол между сторонами. Такая конструкция уменьшает напряжение изгиба в канале и, следовательно, уменьшает деформацию. Тем не менее, конфигурация этих сборок с 12-ю сторонами в их самую компактную конфигурацию решетки (додека-упаковки, в отличие от гекса-упаковки; см. Фиг. 3b) может оставлять междоузельные пространства 301, которые должны быть заполнены теплоносителем или топливом. В первом случае отношение теплоносителя к топливу увеличивается. В последнем случае для реактора требуется несколько типов сборки, повышая затраты и сложности управления топливом. Таким образом, ни один из этих существующих подходов не является желательным. Тепловыделяющие сборки, описанные в настоящем документе, преодолевают эти проблемы.

Конфигурация топливного канала

[0038] Другой аспект вариантов выполнения, описанных в настоящем документе, относится к конструктивному элементу тепловыделяющей сборки или к самой тепловыделяющей сборке. Например, один вариант выполнения относится к топливному каналу 16 тепловыделяющей сборки, как показано на Фиг. 1а. Как показано на Фиг. 4, топливный канал, в соответствии с одним вариантом выполнения, может содержать первую полую конструкцию 401, имеющую первую геометрию поперечного сечения, и вторую полую конструкцию 402, имеющую вторую геометрию поперечного сечения. Вторая полая конструкция может быть расположена снаружи и внутри первой полой конструкции, причем Фиг. 4 иллюстрирует первый сценарий. В одном варианте выполнения вторая геометрия поперечного сечения отличается от первой геометрии поперечного сечения. В другом варианте выполнения вторая геометрия поперечного сечения по меньшей мере по существу такая же, что и первая геометрия поперечного сечения. «По существу такая же» геометрия в одном варианте выполнения в настоящем документе может относиться к той же геометрии, но с очень небольшими изменениями, например, (слегка) тупым краем (вместо острого края) или боковой стороной, имеющей по меньшей мере некоторую кривизну. В другом варианте выполнения вторая геометрия поперечного сечения такая же, что и первая геометрия поперечного сечения.

[0039] Термины «первый», «вторая», «третий» и т.д. в настоящем документе лишь обозначают отдельные объекты, причем порядок этих объектов может быть изменен. Таким образом, связь между числами и объектами не является ограничивающей. В некоторых вариантах выполнения полая конструкция может упоминаться как «канал», как, например, в «мульти-канальной конфигурации».

[0040] Термин «геометрия» в настоящем документе может относиться к форме и/или к размеру материала. Например, конструкция, описанная в настоящем документе, может иметь площадь поперечного сечения, имеющую форму, включающую (или из) многоугольную, имеющую множество сторон (или краев), круглую или неправильную форму. Многоугольник может представлять собой треугольник, квадрат, прямоугольник, пятиугольник, шестиугольник, семиугольник, восьмиугольник, девятиугольник, десятиугольник, одиннадцатиугольник, двенадцатиугольник, тринадцатиугольник, четырнадцатиугольник, пятнадцатиугольник или другие геометрии с большим числом сторон. Круглая площадь поперечного сечения в настоящем документе может также относиться к эллиптической площади поперечного сечения. Таким образом, в зависимости от площади поперечного сечения, конструкция в трехмерном смысле может представлять собой куб (или с большим числом сторон), цилиндр и т.д.

[0041] В некоторых вариантах выполнения, как внутренняя (по отношению ко второй конструкции) первая полая конструкция, так и внешняя (по отношению к первой конструкции) вторая полая конструкция в качестве геометрии площади поперечного сечения может иметь многоугольник. В одном варианте выполнения первая геометрия поперечного сечения может содержать многоугольник, имеющий больше сторон, чем вторая геометрия поперечного сечения. В другом варианте выполнения первая геометрия поперечного сечения может содержать многоугольник, имеющий такое же число сторон, что и вторая геометрия поперечного сечения. В другом варианте выполнения первая геометрия поперечного сечения может содержать многоугольник, имеющий меньше сторон, чем вторая геометрия поперечного сечения.

[0042] В случае, в котором первая и вторая полые конструкции имеют многоугольную площадь поперечного сечения, указанные площади могут иметь любую из вышеуказанных многоугольных геометрий. В одном варианте выполнения первая геометрия поперечного сечения может содержать двенадцатиугольник. В одном варианте выполнения вторая геометрия поперечного сечения может содержать шестиугольник. В одном варианте выполнения, в котором первая геометрия поперечного сечения может содержать многоугольник, имеющий больше сторон, чем вторая геометрия поперечного сечения, первая геометрия поперечного сечения может содержать двенадцатиугольник, а вторая геометрия поперечного сечения может содержать шестиугольник. В альтернативном варианте выполнения первая геометрия поперечного сечения может содержать восьмиугольник, а вторая геометрия поперечного сечения может содержать квадрат. В другом варианте выполнения первая геометрия поперечного сечения может содержать круг, а вторая геометрия поперечного сечения может содержать восьмиугольник. В альтернативном варианте выполнения первая геометрия поперечного сечения может содержать многоугольник, имеющий меньше сторон, чем вторая геометрия поперечного сечения, например, первая геометрия поперечного сечения содержит шестиугольник, а вторая геометрия поперечного сечения содержит восьмиугольник.

[0043] Полые конструкции тепловыделяющей сборки могут иметь одинаковую толщину или различную толщину. Толщина не должна быть ограниченной каким-либо конкретным значением и может изменяться в зависимости от применения. Например, толщина первой полой конструкции и/или второй полой конструкции может составлять от приблизительно 0,1 мм до приблизительно 20 мм - например, от приблизительно 0,2 мм до приблизительно 15 мм, от приблизительно 0,3 мм до приблизительно 10 мм, от приблизительно 0,5 мм до приблизительно 5 мм, от приблизительно 1 мм до приблизительно 3 мм, и т.д. Толщина первой и/или второй полых конструкций может быть однородной по периметру их соответствующих геометрий поперечного сечения, хотя это и не обязательно. В одном варианте выполнения указанная по меньшей мере одна из первой полой конструкции и второй полой конструкции имеет толщину стенки, изменяющуюся вдоль по меньшей мере части соответствующих периметров первой и второй геометрии поперечного сечения. В некоторых вариантах выполнения изменение толщины вдоль боковой стороны или нескольких сторон может привести к изменению кривизны. В результате, как описано выше, многоугольник с изменяющейся толщиной и/или кривизной вдоль своих разных сторон может стать не шестиугольником, но будет все еще по существу таким же, как и в геометрии многоугольника. Изменение толщины и/или кривизны может быть оптимизировано для различных целей, например, характеристик расширения.

[0044] Полые конструкции тепловыделяющей сборки могу иметь одинаковый химический состав или различный химический состав. В некоторых вариантах выполнения первая и/или вторая полые конструкции могут содержать по меньшей мере один материал, выбранный из сплава на основе циркония, сплава на основе железа, керамики, тугоплавкого металла, тугоплавкого сплава, композитного материала. Керамика может представлять собой карбид (например, карбид кремния), нитрид, оксинитрид, и т.д. Например, первая и/или вторая полые конструкции могут содержать сплав на основе железа, в том числе сталь. Сталь может быть выбрана по меньшей мере из одной из ферритной стали, мартенситной стали, ферритной мартенситной стали, и не ферритной стали. Могут быть использованы другие материалы, которые могут использоваться в облучаемой среде.

[0045] Как показано на Фиг. 4, внутренняя часть 411 первой полой конструкции может быть герметично закрыта от наружной части первой полой конструкции. В одном варианте выполнения пространство 411 в герметично закрытой внутренней первой полой конструкции может содержать по меньшей мере один теплоноситель во внутреннем пространстве. Теплоноситель может быть расположен в пространстве 412, ограниченном между первой полой конструкции и второй полой конструкции. В одном варианте выполнения первая внутренняя полая конструкция герметично закрыта таким образом, что она наполнена теплоносителем или содержит текучую среду или материал, который отличается от теплоносителя. Текучая среда может представлять собой текучую среду, имеющую требуемые нейтронные свойства - например, размножение, поглощение или эффективную прозрачность для излучения. В одном варианте выполнения внутреннее пространство 411 может быть по существу пустым, так что любой нейтронный эффект может быть сведен к минимуму. В другом варианте выполнения внутреннее пространство 411 первой полой конструкции по существу свободно от теплоносителя. Пространство 411 также может быть использовано для размещения инструментов как для тестирования внутри реактора, так и наблюдения нормальных и ненормальных условий эксплуатации, а также устройств для управления реактором или для обеспечения требуемого воздействия реактивности, как описано выше. В качестве альтернативы, внутренняя часть может быть открыта наружу первой полой конструкции. Внутренняя часть первой полой конструкции может быть пустой или может содержать некоторые материалы. Например, во внутренней части первой полой конструкции может быть размещен по меньшей мере один теплоноситель. Теплоноситель может представлять собой любой подходящий теплоноситель, в зависимости от применения. Например, теплоноситель может содержать натрий.

[0046] Пространство 412, ограниченное первой полой конструкцией и второй полой конструкцией, может быть пустым; в качестве альтернативы, в указанном пространстве могут присутствовать дополнительные элементы. Пространство 412 может быть ограничено наружной стенкой 413 первой полой конструкции и внутренней стенкой 414 второй полой конструкции. Например, в пространстве 412 может находиться теплоноситель, который может быть любым из ранее упомянутых теплоносителей. В качестве альтернативы (и дополнительно), в указанном пространстве может быть расположен по меньшей мере один конструктивный элемент, как описано выше. В другом варианте выполнения в пространстве 412 может быть расположен по меньшей мере один инструмент, который может быть выполнен с возможностью измерения, мониторинга и обеспечения обратной связи относительно рабочих условий (например, тепловыделяющей сборки). Инструмент может быть тем же самым или отличаться от используемого во внутреннем пространстве полой конструкции, как описано выше.

[0047] В одном варианте выполнения, в топливном канале первая полая конструкция может иметь по меньшей мере один размер, который изменяется под напряжением. В зависимости от геометрии первой полой конструкции, этот размер может относиться к ширине, длине, диаметру и т.д. Изменение размера может относиться, например, к его расширению. В одном варианте выполнения вторая полая конструкция выполнена с возможностью распределения через себя по меньшей мере часть напряжения первой полой конструкции.

[0048] Первая полая конструкция может быть выполнена с возможностью расширения в радиальном направлении наружу под напряжением, так что по меньшей мере часть первой полой конструкции физически входит в контакт со второй полой конструкцией. В некоторых случаях расширение не должно происходить. Например, первая полая конструкция может по существу поддерживать по меньшей мере один из своих размеров (например, все свои размеры и геометрию) под напряжением. В одном варианте выполнения первая полая конструкция выполнена с возможностью изменения по меньшей мере одного из своих размеров под напряжением; и вторая полая конструкция выполнена с возможностью распределения по меньшей мере части напряжения первой полой конструкции. В другом варианте выполнения первая полая конструкция не изменяет свой размер и/или геометрию под напряжением, но, тем не менее, вторая полая конструкция может распределять по меньшей мере часть напряжения. Вторая полая конструкция может распределять по меньшей мере часть напряжения первой конструкции с минимальной величиной изменения (например, отсутствием изменения) ее размера и/или геометрии. В одном варианте выполнения вторая полая конструкция выполнена с возможностью по существу поддержания по меньшей мере одного из своих размеров (например, всех размеров и геометрии) при распределении через себя напряжения первой полой конструкции.

[0049] Когда первая полая конструкция не подвержена воздействию напряжений, в частности тех, что возникают благодаря давлению в ее внутренней части, первая полая конструкция не обязана находиться в физическом контакте со второй внешней полой конструкцией (как показано на Фиг. 4), хотя и может. В одном варианте выполнения, когда под напряжением, первая полая конструкция может быть выполнена с возможностью расширения наружу до тех пор, пока по меньшей мере ее часть не будет находиться в физическом контакте со второй полой конструкцией для распределения напряжения. Вторая полая конструкция может быть разработана и/или выполнена с возможностью распределения напряжения без изменения своего размера и/или геометрии. В одном варианте выполнения напряжение может быть (но не обязательно) равномерно распределено по различным сторонам второй полой конструкции.

Конструктивные Элементы

[0050] Как показано на Фиг. 5, внутренняя часть 503 первой полой конструкции 501 может содержать конструктивные элементы 502. Внутреннее пространство 503 первой полой конструкции также может быть секционированы, например, секционированы в осевом направлении. В одном варианте выполнения осевое секционирование может быть достигнуто с помощью отражателя, расположенного ниже топливного сердечника, пустоты по всей длине топливного сердечника и теплоносителя выше топливного сердечника. Конструктивные элементы могут быть расположены любым способом, который подходит для целей применения. Например, один конструктивный элемент может соединяться в точке первой стороны первой внутренней полой конструкции с точкой второй стороны, противоположной первой стороне, как показано на Фиг. 5. Точка может быть любой точкой на стороне, например в средней точке. В одном варианте выполнения конструктивный элемент может соединяться в одном угле (вместо стороны) первой полой конструкции с другим углом (не показан). Термин «соединяться» в настоящем описании может означать быть в контакте, например, физическом контакте (например, механическом соединении). В некоторых других вариантах выполнения контакт может относиться к другим типам контактов, таким как тепловой контакт, электрический контакт, и т.д. Например, когда два элемента соединены друг с другом, в одном варианте выполнения это может относиться к этим двум элементам, соединенным друг с другом посредством физического контакта непосредственно или опосредованно (через третий элемент).

[0051] Эти конструкционные элементы во внутренней части первой полой конструкции могут представлять собой (или выступать в качестве) натягивающих конструктивных элементов. В одном варианте выполнения направленная наружу сила, обусловленная действием внутреннего давления теплоносителя, может, по меньшей мере частично, компенсироваться натяжением в этих внутренних конструктивных элементах, как показано на Фиг. 5. В результате, эта конфигурация может снизить деформации внешней полой конструкции (или «канала») путем уменьшения как нормальных, так и изгибающих напряжений.

[0052] В одном варианте выполнения, как показано на Фиг. 4, первая полая конструкция 401 и вторая полая конструкция 402 могут быть разнесены друг от друга зазором 412, причем контакте между ними может совсем отсутствовать. Другими словами, первая полая конструкция и вторая полая конструкция в этом варианте выполнения ограничивают пространство 412 между ними. В качестве альтернативы, по меньшей мере часть первой полой конструкции может быть соединена с частью второй полой конструкции. Например, со ссылкой на Фиг. 6а, первая полая конструкция 601 и вторая полая конструкция 602 могут содержать между собой пространство 612, тогда как две конструкции находятся в контакте друг с другом.

[0053] Эти конструктивные элементы могут быть одинаковыми или отличаться от внутренних конструктивных элементов во внутренней части некоторой первой внутренней полой конструкции, как описано выше. На Фиг. 6b представлена иллюстрация топливного канала, имеющего, в одном варианте выполнения, множество конструктивных элементов 603, расположенных в пространстве 612 между внутренней полой конструкцией 401 и внешней полой конструкцией 602. В этом варианте выполнения каждый конструктивный элемент соединен в точке на стороне (на внешней стенке) внутренней полой конструкции с (внутренним) углом внешней полой конструкции. Точка может быть средней точкой или может находиться в любом месте на стороне. Конструктивный элемент может быть размещен перпендикулярно стороне (как показано на чертеже), но не обязательно. Например, конструктивный элемент может быть размещен под углом.

[0054] По меньшей мере один инструмент может быть размещен во внутренней части первой полой конструкции. Инструмент(ы) может быть выполнен с возможностью выполнения по меньшей мере одной функции, выбранной из тестирования, наблюдения и обеспечения обратной связи относительно рабочих условий. Условия могут относиться к условиям в любой части тепловыделяющей сборки, в том числе в топливном канале или в любой ее части. Инструмент может содержать устройство, такое как датчик. В качестве альтернативы, инструмент может содержать отражатель. В одном варианте выполнения инструмент может содержать устройство с реактивной обратной связью, управляющий элемент или и то и другое. Например, инструмент может содержать управляющий стержень, литиевый расширительный модуль (LEM), поглощающий вставной модуль (AIM), газорасширительный модуль (GEM), и т.д.

[0055] Контакт может быть осуществлен по сторонам первой и второй полых конструкций, находящихся в физическом контакте (Фиг. 6а) и/или через отдельные конструктивные элементы 603 (Фиг. 6b-6d). В последнем случае две полые конструкции могут быть соединены друг с другом по своим сторонам (Фиг. 6b-6с) или исключительно путем соединения по меньшей мере одним конструктивным элементом (Фиг. 6d). Конструктивные элементы не должны присутствовать на всех сторонах или углах полых конструкций, хотя они и могут там быть. Как показано, например, на Фиг. 6с-6d, только некоторые из сторон и углов соединены конструктивными элементами. Конструктивный элемент может содержать (или представлять собой), например, распорку. Конструктивные элементы могут быть расположены в пространстве, ограниченном между первой полой конструкцией и второй полой конструкцией и физически соединяющим первую полую конструкцию и вторую конструкцию.

[0056] Конструктивные элементы нужны не всегда. Например, в одном варианте выполнения конструктивные элементы между внутренней и наружной полыми конструкциями могут быть удалены, чтобы удалить практически все растягивающие напряжения, действующие на внешней полой конструкции. В одном варианте выполнения внешняя полая конструкция может быть сконструирована с возможностью адаптации размерных изменений в связи с радиационным распуханием, так что пространства между тепловыделяющими сборками сведены к минимуму. В некоторых вариантах выполнения внутренние и внешние полые конструкции могут делить между собой по меньшей мере одну общую поверхность (или сторону, если смотреть в одном измерении), как показано на Фиг. 6а-6с.

[0057] Конструктивный элемент может быть выполнен из, или содержать любой подходящий материал. Например, конструктивный элемент может быть выбран из по меньшей мере одного из: металла, металлического сплава, керамики и полимера. Конструктивный элемент может содержать тот же состав, или состава, отличающийся от состава первой и/или второй полой конструкции. В зависимости от размера пространства между первой и второй полыми конструкциями, конструктивные элементы могут иметь различные размеры. Например, конструктивный элемент может иметь диаметр, который меньше, чем такой же, или больше, чем толщина первой и/или второй полой конструкции.

Проходки

[0058] Первая полая конструкция и/или вторая полая конструкция могут содержать проходки для обеспечения протекания текучей среды (например, теплоносителей), для облегчения удаления тепла для поддержания температурных условий. Например, в примере, где тепловыделяющая сборка секционирована в осевом направлении, проходки могут обеспечить возможность прохождения теплоносителя в пространство над топливным сердечником между первой и второй полыми конструкциями. Любая из границ этих секций может быть выполнена с возможностью изменять свои свойства в ответ на какое-либо внешнее воздействие. Например, можно предусмотреть плавкие затычки, которые обеспечивают возможность заполнения пустого пространства текучей средой или другим материалом, если превышена определенная температура.

[0059] Фиг. 7а-7d иллюстрируют, в одном варианте выполнения, различные явления, связанные с проходками во внутреннем канале 710 и внешнем канале 720. В одном варианте выполнения Фиг. 7а представляет иллюстрацию профиля давления. Фиг. 7b иллюстрирует обход наполненной топливом области 702 теплоносителем через «пустой» участок 701 канала; это может иметь место, когда снаружи внутренней части сборки необходимо дополнительное статическое давление, чтобы распределить напряжение. Фиг. 7с иллюстрирует обход указанной выше наполненной топливом области 703 с помощью теплоносителя через пустой участок канала; указанная выше наполненная топливом часть может генерировать значительно меньше тепла, так что скорость потока теплоносителя через середину канала может быть уменьшена. Фиг. 7с иллюстрирует обход указанной выше наполненной топливом области теплоносителем через пустой участок канала, с обратным потоком в область выше топлива. Фиг. 7d иллюстрирует, что поток теплоносителя может быть обойден вокруг наполненной топливом области, обеспечивая полный уход некоторого количества текучей среды из сборки. На чертеже также показана нагрузочная подложка 730. Это может быть сделано для увеличения статического давления вокруг всех каналов (в случае, когда имеется несколько тепловыделяющих сборок). Поток, выходящий из сборки, протискивается между соседними каналами, что увеличивает давление, как показано на Фиг. 7d.

Выработка энергии

[0060] Как описано выше, тепловыделяющие сборки, описанные в настоящем документе, могут быть частью источника или генератора энергии, который может быть частью электростанции. Тепловыделяющая сборка может представлять собой тепловыделяющую сборку ядерного топлива. В одном варианте выполнения тепловыделяющая сборка может содержать топливо, множество тепловыделяющих элементов и множество топливных каналов, таких как те, что описаны выше. Указанные тепловыделяющие каналы могут содержать указанное множество тепловыделяющих элементов, расположенных в них.

[0061] По меньшей мере некоторые из тепловыделяющих сборок, описанных в настоящем документе, могут содержать промежуточные пространства между указанным множеством топливных каналов. Промежуточные пространства могут быть определены как пространство между указанным множеством топливных каналов. По меньшей мере один из теплоносителя, инертного газа, топливного материала и устройства контроля может быть расположен в по меньшей мере некоторых из этих промежуточных пространств. Промежуточные пространства могут быть пустыми или могут содержать некоторые материалы. Например, в промежуточных пространствах может быть расположен по меньшей мере одно из: теплоноситель, инертный газ и топливный материал. Теплоноситель и/или топливный материал могут быть любыми из описанных выше. Инертный газ может быть любым из тех, которые известны в данной области техники, - например, азот, инертный газ (например, аргон, гелий и т.д.). В некоторых вариантах выполнения, промежуточные пространства могут содержать инструмент, такой как любой из тех, что был описан выше, который может быть расположен внутри первой полой конструкции или в пространстве между первой и второй полыми конструкциями. В одном варианте выполнения инструмент представляет собой устройство мониторинга рабочих условий тепловыделяющей сборки.

[0062] Тепловыделяющая сборка, описанная в настоящем документе, может быть выполнена с возможностью получения пика плотности мощности по меньшей мере приблизительно 50 МВт/м², - например, по меньшей мере приблизительно 60 МВт/м², приблизительно 70 МВт/м², приблизительно 80 МВт/м², приблизительно 90 МВт/м², приблизительно 100 МВт/м², или выше. В некоторых вариантах выполнения тепловыделяющая сборка может быть подвергнута радиационному повреждению на уровне по меньшей мере приблизительно 120 смещений на атом («с.н.а.») - например, по меньшей мере, приблизительно 150 с.н.а., приблизительно 160 с.н.а., приблизительно 180 с.н.а., приблизительно 200 с.н.а. или выше.

Способ Изготовления или Использования Тепловыделяющих Сборок

[0063] В другом аспекте предусмотрен способ изготовления изделия из тепловыделяющей сборки. Тепловыделяющая сборка может быть любой из описанных выше тепловыделяющих сборок, содержащей топливные каналы, тепловыделяющие сборки и тому подобное. На Фиг. 8а представлена, в одном иллюстративном варианте выполнения, блок-схема последовательности операций способа изготовления топливного канала тепловыделяющей сборки. Способ может включать формирование первой полой конструкции (этап 801), который могут выполнять с возможностью изменения по меньшей мере ее одного размера под напряжением, и формирование второй полой конструкции (этап 802), который могут выполнять с возможностью распределения через нее по меньшей мере части напряжения первой полой конструкции; и размещение первой полой конструкции внутри второй полой конструкции для формирования топливного канала (этап 803), так что между первой полой конструкцией и второй полой конструкцией формируется пространство. Как показано на Фиг. 8b, способ может дополнительно включать соединения первой полой конструкции со второй полой конструкцией, например, с по меньшей мере одним конструктивным элементом (этап 804). Как показано на Фиг. 8с, способ может дополнительно включать формирование первой и/или второй полой конструкции путем формирования металлических листов в многоугольную форму и закрывая многоугольную форму (этап 805). Со ссылкой на Фиг. 8d, процесс формирования может дополнительно включать по меньшей мере один способ, выбранный из процесса экструзии и прокатки (этап 806). В некоторых вариантах выполнения по меньшей мере одна из первой и второй полых конструкций может быть уже предварительно сформированной и, таким образом, нуждается только в этапе размещения, который может также включать сборку различных полых конструкций.

[0064] Фиг. 9а обеспечивает, в одном иллюстративном варианте выполнения, блок-схему альтернативного способа изготовления топливного канала тепловыделяющей сборки. Способ может включать формирование первой полой конструкции (этап 901), который могут выполнять с возможностью изменения по меньшей мере ее одного размера под напряжением, и формирование второй полой конструкции (этап 902), который могут выполнять с возможностью распределения через нее по меньшей мере части напряжения первой полой конструкции; и размещение первой полой конструкции внутри второй полой конструкции для формирования топливного канала (этап 903), так что между первой полой конструкцией и второй полой конструкцией формируется пространство. Как показано на Фиг. 9b, этот способ может дополнительно включать соединение части первой полой конструкции со второй полой конструкцией, например, с помощью по меньшей мере одного конструктивного элемента (этап 904). Как показано на Фиг. 9с, процесс может дополнительно включать секционирование в осевом направлении внутренней части первой полой конструкции (этап 905), как будет описано ниже. Как показано на Фиг. 9d, способ может дополнительно включать формирование первой и/или второй полой конструкции путем экструзии и/или прокатки (этап 906). В качестве альтернативы (или в дополнение), со ссылкой на Фиг. 9е, способ может дополнительно включать формирование первой и/или второй полой конструкции путем формирования металлических листов в многоугольную форму и закрытия многоугольной формы (этап 907).

[0065] Процесс формирования может включать любые методики, доступные для формирования конструкционных материалов, в том числе полых конструкционных материалов. Например, способ формирования может включать процесс, выбранный из по меньшей мере одного из: экструзии и прокатки. Прокатка может относиться к способу металлообработки, в котором уменьшают по меньшей мере одно измерение содержащей металл трубчатой конструкции. В некоторых вариантах выполнения способ формирования может включать формирование металлических листов в многоугольную (трубчатую форму), - термин «трубка» используется в настоящем документе лишь для описания трехмерной конструкции, и не обязательно кругового цилиндра. Способ может дополнительно включать по меньшей мере одно из: закрытия многоугольной трубки с помощью сварного шва, клепки, формирования шва и прихваточной сварки, формирования шва и изостатического прессования шва, и диффузионной сварки.

[0066] Способ формирования может дополнительно включать формирование по меньшей мере одного соединительного элемента, соединяющего часть первой полой конструкции с частью второй полой конструкции (этап 804). Конструктивный элемент может быть любым из описанных выше. В некоторых вариантах выполнения способ формирования может дополнительно включать соединение первой части первой полой конструкции и второй части второй полой конструкции. Соединение может быть выполнено с помощью по меньшей мере одного конструктивного элемента. В одном варианте выполнения способ соединения не обязательно включает сварку по меньшей мере одного конструктивного элемента в осевом направлении по отношению к первой части и второй части. Например, сборка может быть оснащен устройством типа держателя или направляющей. В одном варианте выполнения внутренняя полая конструкция может скользить во внешнюю полую конструкцию.

[0067] Тепловыделяющие сборки, описанные в настоящем документе, могут быть использованы для выработки энергии, например, в активной зоне ядерного реактора на АЭС. Энергия может относиться к электроэнергии, тепловой энергии, энергии излучения и т.д. Фиг. 10(a) представляет собой блок-схему, описывающую процесс, связанный со способом использования тепловыделяющих сборок, описанных в настоящем документе в одном из иллюстративных вариантов выполнения. В одном аспекте способ использования тепловыделяющая сборка, описанная в настоящем документе, может включать выработку энергии (например, тепла) с помощью множества тепловыделяющих элементов, расположенных в первой полой конструкции (этап 1001), причем первая полая конструкция расположена внутри второй полой конструкции; подвергают первую полую конструкцию воздействию напряжения (этап 1002); и распределяют напряжение первой полой конструкции через вторую полую конструкцию (этап 1003). Со ссылкой на Фиг. 10(b), способ может дополнительно включать обеспечение возможности вхождения в физический контакт части первой полой конструкции с частью второй полой конструкции (этап 1004).

[0068] Тепловыделяющие сборки могут быть любыми из тех, что были описаны выше. Например, вторая полая конструкция может быть выполнена с возможностью поддержания по существу по меньшей мере одного из ее размеров и геометрии в процессе распределения через нее напряжения первой полой конструкции. В одном варианте выполнения вторая полая конструкция может быть выполнена с возможностью изменения по меньшей мере одного из ее размеров и геометрии в процессе распределения через нее напряжения первой полой конструкции. В одном варианте выполнения указанное множество тепловыделяющих элементов может содержать топливный материал, который содержит по меньшей мере одно из: урана и плутония.

[0069] Все указанные выше патенты США, публикации заявок на патент США, заявки на патент США, иностранные патенты, иностранные патентные заявки и непатентные публикации, указанные в настоящем описании и/или перечисленных в любом информационном листе заявки, включены в настоящий документ во всей их полноте посредством ссылки, в степени, не противоречащей настоящему описанию. В случае, если одна или несколько из включенных ссылок на литературу и аналогичные материалы отличается от настоящей заявки или ей противоречит, в том числе, но не ограничиваясь определением терминов, использованием терминов, описанных методик, или тому подобное, это приложение имеет преимущественную силу.

[0070] Что касается использования в настоящем документе по существу терминов во множественном и/или единственном числе, специалисты могут легко перевести из множественного числа в единственное и/или из единственного числа в множественное, как это уместно, исходя из контекста и/или применения. Различные перестановки единственное число / множественное число не изложены в настоящем документе для ясности.

[0071] Описанный в настоящем документе предмет изобретения иногда иллюстрирует отличающиеся компоненты, содержащиеся внутри него, или связанные с ним, с помощью отличающихся других компонентов. Следует понимать, что такие изображенные конструкции являются исключительно иллюстративными, и что в действительности могут быть реализованы многие другие конструкции, которые дают аналогичную функциональность. В концептуальном смысле любое расположение компонентов для достижения той же функциональности эффективно «связано», так что нужная функциональность достигается. Следовательно, любые два компонента, объединенные в настоящем описании для достижения конкретной функциональности, можно рассматривать как «связанные» друг с другом таким образом, что желаемая функциональность достигается независимо от конструкции или промежуточных компонентов. Аналогично, любые два компонента, так связанные, также можно рассматривать как «функционально связанные» или «эффективно связанные» друг с другом для достижения желаемой функциональности, причем любые два компонента, способные быть так связанными, также можно рассматривать как «функционально связанные» друг с другом для достижения требуемой функциональности. Конкретные примеры эффективной связи включают, но не ограничиваются, физически сочленяемые и/или физически взаимодействующие компоненты, и/или взаимодействующие беспроводным образом и/или взаимодействующие беспроводным образом компоненты и/или логически взаимодействующие и/или логически взаимодействующие компоненты.

[0072] В некоторых случаях один или несколько компонентов может упоминаться в настоящем документе как «выполненный с возможностью», «настроенный на», «действующий / выполненный с возможностью», «адаптированный / выполненный с возможностью», «способный», «соответствующий / соответствует» и т.д. Специалистам в настоящей области техники будет понятно, что такие термины (например, «выполнен с возможностью») могут, как правило, относиться к компонентам в активном состоянии и/или к компонентам в неактивном состоянии и/или к компонентам в режиме ожидания, если контекст не диктует иное.

[0073] Несмотря на то, что выше были показаны и описаны отдельные варианты выполнения раскрытого настоящего предмета изобретения, специалистам в данной области техники следует понимать, что, основываясь на изобретательских идеях, представленных в настоящем документе, изменения и модификации могут быть сделаны без отступления от описанного здесь предмета изобретения и его более широких аспектов и, следовательно, приложенная формула изобретения охватывает в пределах своего объема все такие изменения и модификации, которые являются непротиворечивыми в пределах сущности и объема описанного здесь предмета изобретения. Специалистам в данной области техники следует иметь в виду, что, в целом, термины, используемые в настоящем документе, и особенно в формуле изобретения (например, в пунктах приложенной формулы изобретения), как правило, предназначены быть "открытыми" признаками (например, термин "включающий" следует интерпретировать как "включающий, но не ограниченный", термин "имеющий" следует интерпретировать как "имеющий по меньшей мере", термин "содержит" следует интерпретировать как "содержит, но не ограничивается этим", и т.д.). Специалистам в данной области техники следует также понимать, что если предназначено конкретное количество перечислений заявляемых свойств, такое намерение будет явным образом осуществлено в пункте формулы изобретения, а в отсутствие такого перечисления такой цели не преследуется. Например, в качестве помощи для понимания сказанного, следующая приложенная формула изобретения может содержать использование вводных фраз "по меньшей мере один" и "один или большее количество", чтобы ввести требование перечисления. Тем не менее, использование таких фраз не должно быть истолковано как намекающее на то, что введение перечислений заявляемых свойств путем использования неопределенных артиклей "а" или "an", ограничивающее какой-либо конкретный пункт формулы изобретения, содержащий такое перечисление заявляемых свойств, пунктом, который содержит только одно такое перечисление, даже когда тот же самый пункт содержит вводные фразы "один или большее количество" или "по меньшей мере один" и неопределенные артикли, такие как "а" или "an" (например, "а" и/или "an" как правило, должны быть интерпретированы в значении "по меньшей мере один" или "один или большее количество"); то же самое относится и к использованию определенных артиклей, используемых для перечисления заявляемых свойств. Кроме того, даже если определенное число введенных перечислений заявляемых свойств является явным, для специалистов в данной области будет понятно, что такое перечисление, как правило, должны истолковываться как по меньшей мере перечисленное количество (например, простое перечисление "двух перечислений", без других модификаторов, как правило, означает по меньшей мере два перечисления, или два или большее количество перечислений). Кроме того, в тех случаях, когда используется правило, аналогичное "по меньшей мере одно из А, В и С и т.д.", в целом такая конструкция предназначена в том смысле, что специалист в области техники поймет правило (например, "система, имеющая по меньшей мере одно из А, В и С" будет включать, но не ограничиваться системами, которые имеют только одно А, одно В, одно С, А и В вместе, А и С вместе, В и С вместе и/или А, В и С вместе, и т.д.). В тех случаях, когда используется правило, аналогичное "по меньшей мере одно из А, В или С, и т.д.", в целом такая конструкция предназначена в том смысле, что специалист в области техники поймет правило (например, "система, имеющая по меньшей мере одно из А, В или С" будет включать, но не ограничиваться системами, которые имеют одно А, одно В, одно С, А и В вместе, А и С вместе, В и С вместе и/или А, В и С вместе, и т.д.). Специалист в области техники также поймет, что обычно дизъюнктивное слово и/или фраза, представляющая два и большее количество альтернативных терминов, будь то в описании изобретения, формуле изобретения или на чертежах, следует понимать как предусматривающая возможность включения одного из терминов, любого из терминов, или обоих терминов, если контекст не диктует иное. Например, фраза "А или В" будет обычно пониматься как возможности «А» или «В», или «А» и «В».

[0074] Что касается формулы изобретения, специалистам в данной области техники следует понимать, что описанные в формуле изобретения операции в целом могут быть выполнены в любом порядке. Кроме того, несмотря на то, что различные операционные потоки представлены в последовательности(ях), следует понимать, что различные операции могут совершаться в других порядках, чем те порядки, которые изображены на чертежах, или же они могут быть выполнены одновременно. Примеры таких альтернативных порядков могут включать перекрытия, чередование, прерывание, переставление местами, инкремент, подготовку, дополнение, одновременность, обратный порядок, или другой вариант упорядочения, если контекст не диктует иное. Кроме того, такие термины, как "выполненный с возможностью отклика на", "связанный с" или другие прилагательные прошедшего времени, как правило, не предназначены для исключения возможности такого варианта, если контекст не диктует иное.

[0075] Специалистам в данной области техники будет понятно, что приведенные выше конкретные иллюстративные процессы и/или устройства и/или технологии являются представителями более общих процессов и/или устройств и/или технологий, приведенных в настоящем документе, например, в формуле изобретения, поданной с настоящей заявкой, и/или в других частях настоящего описания.

[0076] Несмотря на то, что в настоящем документе были описаны различные варианты выполнения и аспекты, другие варианты выполнения и аспекты будут очевидны специалистам в данной области техники. Различные аспекты и варианты выполнения, описанные в настоящем документе, приведены в целях иллюстрации и не предназначены для ограничения, причем истинный объем и сущность изобретения указана в прилагаемой формуле изобретения.

[0077] Любая часть процессов, описанных в настоящем документе, может быть автоматизирована. Автоматизация может быть достигнута с участием по меньшей мере одного компьютера. Автоматизация может быть выполнена с помощью программы, которая хранится на по меньшей мере одном энергонезависимом машиночитаемом носителе. Носитель может представлять собой, например, CD, DVD, USB, жесткий диск и т.д. Выбор полых конструкций, в том числе сборки, также может быть оптимизирован с помощью компьютера и/или программного обеспечения.

[0078] Вышеописанные варианты выполнения изобретения могут быть реализованы в любом из многочисленных способов. Например, некоторые варианты выполнения могут быть реализованы с помощью аппаратных средств, программного обеспечения или их комбинации. Когда какой-либо из аспектов варианта выполнения реализуется, по меньшей мере частично, в программном обеспечении, программный код может быть выполнен на любом подходящем процессоре или процессорах, либо находящихся в одном компьютере, либо распределенных между несколькими компьютерами.

[0079] Кроме того, технология, описанная в настоящем документе, может быть воплощена как способ, по меньшей мере один пример которого был описан. Действия, выполняемые в рамках способа, могут иметь любой подходящий порядок. Соответственно, в вариантах выполнения действия могут быть выполнены в любом порядке, отличном от того, что был проиллюстрирован, в том числе может быть предусмотрено одновременное выполнение некоторых действий, несмотря на то, что они были показаны в иллюстративных вариантах выполнения как последовательные действия.

[0080] Все определения, как определено и используется в настоящем документе, следует понимать как имеющие преференцию перед словарными определениям, определениями в документах, приведенных в качестве ссылки и/или обычными значениями указанных терминов.

[0081] Все значения единственного числа признака, встречающегося первый раз в настоящем документе в описании и в формуле изобретения, если явно не указано обратное, следует понимать в значении «по меньшей мере один».

[0082] Выражение «и/или», как используется в настоящем документе в описании и в формуле изобретения, следует понимать в значении «один или оба» элементов, так соединенных, то есть элементов, которые конъюнктивно присутствуют в некоторых случаях и дизъюнктивно - в других случаях. Несколько элементов, перечисленных с помощью конструкции «и/или» следует толковать таким же образом, как «один или несколько» элементов, так соединенных. Другие элементы могут необязательно присутствовать, кроме элементов, специально определенных в конструкции «и/или», независимо от того, связаны они или не связаны с этими определенными элементами. Таким образом, в качестве неограничивающего примера, ссылка на «А и/или В», когда используется в сочетании с неограничивающим пониманием, таким как «включающий», может, в одном варианте выполнения, пониматься как только А (в том числе, возможно, включая другие элементы кроме В); в другом варианте - только В (в том числе, возможно, включая другие элементы кроме А); в еще одном варианте выполнения - и к А, и к В (возможно, включая другие элементы); и т.д.

[0083] Как используется в настоящем документе в описании и в формуле изобретения, «или» следует понимать как имеющее такое же значение, что и «и/или», как определено выше. Например, при разделении элементов в списке, «или» или «и/или» следует интерпретировать как включающие, то есть, включение по меньшей мере одного, но в том числе и более чем одного, из числа или списка элементов и, необязательно, дополнительных неуказанных элементов. Только термины, четко указывающие на обратное, такие как «только один из» или «точно один из» или, при использовании в формуле изобретения, «состоящий из», будут относиться к включению точно одного элемента из числа или списка элементов. В целом, термин «или», как используется в настоящем документе, будет означать только исключающие альтернативные варианты (т.е. «один или другой, но не оба»), когда им предшествуют исключающие конструкции, такие как «либо … либо», «один из», «только один из» или «точно один из». При использовании в формуле изобретения, конструкция «состоящий по существу из» должна иметь свой обычный смысл, используемый в области патентного права.

[0084] Как используется в настоящем документе в описании и в формуле изобретения, выражение «по меньшей мере один», со ссылкой на список из одного или нескольких элементов, следует понимать как по меньшей мере любой один элемент, выбранный из любого одного или нескольких элементов в списке элементов, но не обязательно включающее по меньшей мере один из каждого элемента, конкретно указанного в списке элементов, и не исключающее какие-либо комбинации элементов в списке элементов. Это определение также допускает, что элементы могут необязательно присутствовать, кроме элементов, специально определенных в перечне элементов, к которым относится фраза «по меньшей мере один», независимо от того, связаны они или не связаны с этими определенными элементами. Таким образом, в качестве неограничивающего примера, «по меньшей мере один из А и В» (или, что эквивалентно, «по меньшей мере один из А или В» или, что то же самое, «по меньшей мере один из А и/или В») может относиться, в одном варианте выполнения, к по меньшей мере одному, необязательно содержащим более чем один А, без В (и, возможно включая другие элементы, кроме В); в другом варианте выполнения - к по меньшей мере одному, возможно включая более одного, В, без А (и, возможно включая другие элементы, кроме А); в еще одном варианте выполнения - к по меньшей мере одному, необязательно включая больше чем один А, и к по меньшей мере одному, необязательно включая больше чем один, В (и, возможно включая другие элементы); и т.д.

[0085] Все диапазоны, указанные в настоящем документе, являются включающими. Термины «по существу» и «приблизительно», используемые в настоящем описании, используются для описания и учета малых флуктуаций. Например, они могут ссылаться на значения, меньшие или равные ±5%, например, меньшие или равные ±2%, например, меньшие или равные ±1%, например, меньшие или равные ±0,5%, в частности, меньшие или равные ±0,2%, например, меньшие или равные ±0,1%, например, меньшие или равные ±0,05%.

[0086] В формуле изобретения, а также в приведенном выше описании все переходные фразы, такие как «включающий», «несущий на себе», «имеющий», «содержащий», «в том числе», «вмещающий», «составленный из», и т.п., следует понимать как неограничивающие, т.е. как включающий, но не ограниченный этим. Только переходные фразы «состоящий из» и «состоящий по существу из» должны быть замкнутыми или полузамкнутыми переходными фразами, соответственно, как изложено в Разделе 2111.03 Руководства по методике патентной экспертизы Патентного Ведомства Соединенных Штатов Америки.

[0087] Формулу изобретения не следует понимать как ограниченную описанным порядком или элементами, если только это явным образом не указано. Следует понимать, что специалист в данной области техники может сделать различные изменения в форме и деталях, без отступления от сущности и объема прилагаемой формулы изобретения. Все варианты выполнения, которые находятся в пределах сущности и объема прилагаемой формулы изобретения, являются ее эквивалентами.

[0088] Аспекты изобретения, описанного в настоящем документе, изложены в следующих пронумерованных параграфах:

[0089] 1. Тепловыделяющая сборка, содержащая:

топливный канал, содержащий:

первую полую конструкцию, имеющую первую геометрию поперечного сечения, и

вторую полую конструкцию, имеющую вторую геометрию поперечного сечения,

причем вторая полая конструкция расположена снаружи первой полой конструкции, а вторая геометрия поперечного сечения отличается от первой геометрии поперечного сечения.

[0090] 2. Тепловыделяющая сборка по п. 1, в которой первая геометрия поперечного сечения включает многоугольник, имеющий большее число сторон, чем вторая геометрия поперечного сечения.

[0091] 3. Тепловыделяющая сборка по п. 1, в которой первая геометрия поперечного сечения включает многоугольник, имеющий меньшее число сторон, чем вторая геометрия поперечного сечения.

[0092] 4. Тепловыделяющая сборка по п. 1, в которой первая геометрия поперечного сечения включает двенадцатиугольник.

[0093] 5. Тепловыделяющая сборка по п. 1, в которой вторая геометрия поперечного сечения включает шестиугольник.

[0094] 6. Тепловыделяющая сборка по п. 1, в которой первая геометрия поперечного сечения включает двенадцатиугольник, а вторая геометрия поперечного сечения включает шестиугольник.

[0095] 7. Тепловыделяющая сборка по п. 1, в которой первая геометрия поперечного сечения включает восьмиугольник, а вторая геометрия поперечного сечения включает квадрат.

[0096] 8. Тепловыделяющая сборка по п. 1, в которой первая геометрия поперечного сечения включает круг, а вторая геометрия поперечного сечения включает восьмиугольник.

[0097] 9. Тепловыделяющая сборка по п. 1, в которой первая геометрия поперечного сечения включает шестиугольник, а вторая геометрия поперечного сечения включает восьмиугольник.

[0098] 10. Тепловыделяющая сборка по п. 1, в которой по меньшей мере одна из первой полой конструкции и второй полой конструкции имеет толщину стенки от приблизительно 0,2 мм до приблизительно 5 мм.

[0099] 11. Тепловыделяющая сборка по п. 1, в которой по меньшей мере одна из первой полой конструкции и второй полой конструкции имеет стенку с толщиной, изменяющейся вдоль по меньшей мере части соответствующего периметра первой геометрии поперечного сечения и второй геометрии поперечного сечения.

[0100] 12. Тепловыделяющая сборка по п. 1, в которой по меньшей мере одна из первой полой конструкции и второй полой конструкции содержит по меньшей мере одну сталь, выбранную из ферритной стали, мартенситной стали и не-ферритной стали.

[0101] 13. Тепловыделяющая сборка по п. 1, в которой по меньшей мере одна из первой полой конструкции и второй полой конструкции содержит по меньшей мере один материал, выбранный из циркониевого сплава, сплава на основе железа, керамического материала, тугоплавкого металла, тугоплавкого сплава и композиционного материала.

[0102] 14. Тепловыделяющая сборка по п. 1, в которой по меньшей мере часть первой полой конструкции находится в физическом контакте с частью второй полой конструкции.

[0103] 15. Тепловыделяющая сборка по п. 1, в которой первая полая конструкция расположена на расстоянии от второй полой конструкции.

[0104] 16. Тепловыделяющая сборка по п. 1, в которой по меньшей мере часть первой полой конструкции соединена с по меньшей мере частью второй полой конструкции посредством по меньшей мере одного конструктивного элемента.

[0105] 17. Тепловыделяющая сборка по п. 1, в которой внутренняя часть первой полой конструкции является герметичной.

[0106] 18. Тепловыделяющая сборка по п. 1, дополнительно содержащая теплоноситель, расположенный внутри первой полой конструкции.

[0107] 19. Тепловыделяющая сборка по п. 1, дополнительно содержащая по меньшей мере один инструмент, расположенный внутри первой полой конструкции, причем указанный по меньшей мере один инструмент выполнен с возможностью выполнения по меньшей мере одной функции, выбранной из измерения, мониторинга и обеспечения обратной связи относительно рабочих условий.

[0108] 20. Тепловыделяющая сборка по п. 1, в которой первая полая конструкция находится под напряжением, а вторая полая конструкция выполнена с возможностью распределения через себя по меньшей мере части напряжения.

[0109] 21. Тепловыделяющая сборка, содержащая:

топливный канал, содержащий:

первую полую конструкцию, имеющую по меньшей мере один размер, выполненный с возможностью изменения под действием напряжения, и

вторую полую конструкцию, расположенную снаружи первой полой конструкции,

причем первая полая конструкция и вторая полая конструкция ограничивают между собой пространство;

при этом вторая полая конструкция выполнена с возможностью распределения через себя по меньшей мере части напряжения первой полой конструкции.

[0110] 22. Тепловыделяющая сборка по п. 21, в которой внутренняя часть первой полой конструкции дополнительно секционирована в осевом направлении.

[0111] 23. Тепловыделяющая сборка по п. 21, дополнительно содержащая по меньшей мере один отражатель, теплоноситель и реактивное устройство обратной связи, расположенное внутри первой полой конструкции.

[0112] 24. Тепловыделяющая сборка по п. 21, в которой по меньшей мере одна из первой полой конструкции и второй полой конструкции ограничивает множество проходок.

[0113] 25. Тепловыделяющая сборка по п. 21, в которой первая полая конструкция выполнена с возможностью расширения в радиальном направлении наружу под напряжением, так что по меньшей мере ее часть физически входит в контакт со второй полой конструкцией.

[0114] 26. Тепловыделяющая сборка по п. 21, в которой вторая полая конструкция выполнена с возможностью по существу поддержания по меньшей мере одного из своих размеров и геометрии в процессе распределения через нее напряжения первой полой конструкции.

[0115] 27. Тепловыделяющая сборка по п. 21, в которой первая полая конструкция под напряжением по существу поддерживает по меньшей мере одно из своего размера и геометрии.

[0116] 28. Тепловыделяющая сборка по п. 21, в которой внешняя стенка первой полой конструкции и внутренняя стенка второй полой конструкции ограничивают пространство между первой полой конструкцией и второй полой конструкцией.

[0117] 29. Тепловыделяющая сборка по п. 21, в которой первая полая конструкция дополнительно содержит множество натягивающих конструктивных элементов, расположенных внутрь нее.

[0118] 30. Тепловыделяющая сборка по п. 21, дополнительно содержащая по меньшей мере один конструктивный элемент, расположенный в пространстве, образованном между первой полой конструкцией и второй полой конструкцией, и физически соединяющий первого полую конструкцию и вторую конструкцию.

[0119] 31. Тепловыделяющая сборка по п. 21, в которой первая полая конструкция и вторая полая конструкция имеют различные геометрии поперечного сечения.

[0120] 32. Тепловыделяющая сборка по п. 21, в которой первая полая конструкция и вторая полая конструкция имеют одинаковые геометрии поперечного сечения.

[0121] 33. Тепловыделяющая сборка по п. 21, в которой внутренняя часть первой полой конструкции по существу свободна от теплоносителя.

[0122] 34. Тепловыделяющая сборка по п. 21, в которой по меньшей мере один теплоноситель расположен в пространстве, образованном между первой полой конструкцией и второй полой конструкцией.

[0123] 35. Тепловыделяющая сборка по п. 21, в которой напряжение включает по меньшей мере одно из: напряжения изгиба, напряжения растяжения, осевого напряжения, напряжения сжатия и кольцевого напряжения.

[0124] 36. Тепловыделяющая сборка, содержащая:

топливо,

множество тепловыделяющих элементов, и

множество топливных каналов, имеющих указанное множество расположенных в них тепловыделяющих элементов, причем по меньшей мере один из указанного множества топливных каналов содержит:

первую полую конструкцию, имеющую первую геометрию поперечного сечения, и

вторую полую конструкцию, имеющую вторую геометрию поперечного сечения,

причем вторая полая конструкция расположена снаружи первой полой конструкции, а вторая геометрия поперечного сечения отличается от первой геометрии поперечного сечения.

[0125] 37. Тепловыделяющая сборка по п. 36, в которой первая полая конструкция выполнена с возможностью изменения по меньшей мере одного размера под напряжением, а вторая полая конструкция выполнена с возможностью распределения через себя по меньшей мере части напряжения первой полой конструкции.

[0126] 38. Тепловыделяющая сборка по п. 36, в которой по меньшей мере один из указанного множества топливных каналов дополнительно содержит по меньшей мере один элемент, который соединяет точку на стороне первой геометрии поперечного сечения первой полой конструкции с углом второй геометрии поперечного сечения второй полой конструкции.

[0127] 39. Тепловыделяющая сборка по п. 36, в которой указанное множество тепловыделяющих элементов расположено внутри первой полой конструкции.

[0128] 40. Тепловыделяющая сборка по п. 36, в которой указанное множество топливных каналов ограничивают между собой промежуточные пространства, причем по меньшей мере одно из: теплоносителя, инертного газа, горючего материала и устройства мониторинга расположено в промежуточных пространствах.

[0129] 41. Способ изготовления тепловыделяющей сборки, включающий:

формирование первой полой конструкции, выполненной с возможностью изменения по меньшей мере одного размера под напряжением, и второй полой конструкции, выполненной с возможностью распределения через себя по меньшей мере части напряжения первой полой конструкции; и

размещение первой полой конструкции внутри второй полой конструкции для формирования топливного канала таким образом, что между первой полой конструкцией, и второй полой конструкцией образуется пространство.

[0130] 42. Способ по п. 41, в котором формирование включает по меньшей мере один процесс, выбранный из процесса экструзии и прокатки.

[0131] 43. Способ по п. 41, в котором дополнительно соединяют первую полую конструкцию и вторую полую конструкцию по меньшей мере одним конструктивным элементом.

[0132] 44. Способ по п. 41, в котором при формировании формируют металлические листы в многоугольную форму и закрывают многоугольную форму, выполняя по меньшей мере один процесс, выбранный из выполнения шва сваркой, клепки, формирования шва и выполнения прихваточной сварки, формирования шва и выполнения изостатического прессования шва, и выполнения диффузионной сварки.

[0133] 45. Способ по п. 41, в котором первая полая конструкция и вторая полая конструкция имеют разные геометрии поперечного сечения.

[0134] 46. Способ изготовления тепловыделяющей сборки, включающий:

формирование первой полой конструкции, имеющей первую геометрию поперечного сечения;

формирование второй полой конструкции, имеющей вторую геометрию поперечного сечения, которая отличается от первой геометрии поперечного сечения; и

размещение первой полой конструкции внутри второй полой конструкции для формирования топливного канала.

[0135] 47. Способ по п. 46, в котором формирование включает по меньшей мере один процесс, выбранный из процесса экструзии и прокатки.

[0136] 48. Способ по п. 46, в котором при формировании формируют металлические листы в многоугольную форму и закрывают многоугольную форму, выполняя по меньшей мере один процесс, выбранный из выполнения шва сваркой, клепки, формирования шва и выполнения прихваточной сварки, формирования шва и выполнения изостатического прессования шва, и выполнения диффузионной сварки.

[0137] 49. Способ по п. 46, в котором дополнительно соединяют части первой полой конструкции и часть второй полой конструкции.

[0138] 50. Способ по п. 46, в котором дополнительно внутреннюю часть первой полой конструкции сегментируют в осевом направлении.

[0139] 51. Способ использования тепловыделяющей сборки, в котором:

генерируют энергию с помощью множества тепловыделяющих элементов, расположенных в первой полой конструкции, причем первая полая конструкция расположена внутри второй полой конструкции;

подвергают первую полую конструкцию действию напряжения; и

распределяют напряжение первой полой конструкции через вторую полую конструкцию.

[0140] 52. Способ по п. 51, в котором при распределении напряжения обеспечивают возможность вступления в физический контакт части первой полой конструкции с частью второй полой конструкции.

[0141] 53. Способ по п. 51, в котором вторую полую конструкцию выполняют с возможностью по существу поддержания по меньшей мере одного из своего размера и геометрии в процессе распределения через нее напряжения первой полой конструкции.

[0142] 54. Способ по п. 51, в котором вторую полую конструкцию выполняют с возможностью изменения по меньшей мере одного из своего размера и геометрии в процессе распределения через нее напряжения первой полой конструкции.

[0143] 55. Способ по п. 51, в котором указанное множество тепловыделяющих элементов содержит топливный материал, который содержит по меньшей мере одно из: уран и плутоний.

Реферат

Изобретение относится к тепловыделяющим сборкам и способам изготовления и применения этих сборок. Тепловыделяющая сборка содержит топливный канал, первую полую конструкцию, имеющую первую геометрию поперечного сечения, по меньшей мере один размер которой изменяется под напряжением, и вторую полую конструкцию, имеющую вторую геометрию поперечного сечения. Вторая полая конструкция расположена снаружи первой полой конструкции, а вторая геометрия поперечного сечения отличается от первой геометрии поперечного сечения. Вторая полая конструкция выполнена с возможностью распределения через себя, по меньшей мере, части напряжения первой полой конструкции без, по существу изменения своего размера и геометрии. Первая полая конструкция и вторая полая конструкция содержат проходки, обеспечивающие возможность протекания текучей среды в пространство, образованное между первой полой конструкцией и второй полой конструкцией. Технический результат – обеспечение различными конструктивными элементами топливного канала совместного распределения механических напряжений, возникающих от давления газа или теплоносителя внутри топливного канала, не допуская при этом существенных конструктивных изменений самого внешнего элемента. 6 н. и 41 з.п. ф-лы, 10 ил.

Формула