KR101430314B1 - 이동형 원자로 시스템 - Google Patents

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Abstract

이동형 원자로 시스템이 개시된다. 일실시예에 따르면, 노심을 지지하는 노심용기 및 상기 노심용기를 둘러싸는 압력용기를 포함하는 원자로, 상기 노심에서 발생되는 열을 이용하여 전기를 생산하는 발전모듈 및 상기 원자로를 냉각시키는 냉각모듈이 포함될 수 있고, 상기 원자로는 지상과 수평으로 배치되어 제어봉은 상기 노심에 수평으로 삽입될 수 있다.

Description

이동형 원자로 시스템{MOVABLE NUCLEAR REACTOR SYSTEM}
이하의 설명은 이동형 원자로 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 기존의 원자로는 대용량의 에너지 공급을 목적으로 하여 그 크기가 매우 크고, 지상에 고정되어 운용된다(예를 들어, 공개특허공보 제2012-0089620호). 일부 특수한 목적으로, 선박, 잠수함 등에 탑재되는 원자로가 있으나, 역시 그 크기가 크며, 고온 달성이 되지 않아 다목적 용도로 사용하기는 어려운 실정이다. 특히, 원자로가 기울어지는 경우, 원자로 노심 냉각이 저해되어 노심의 과열 또는 핵연료 손상 등의 사고가 발생될 수 있다.
이에, 소형 선박이나 차량 등에 탑재되어 에너지원을 필요로 하는 곳으로 이동하여 바로 사용이 가능한 원자로 시스템에 대한 연구가 필요하다.
일실시예에 따른 이동형 원자로 시스템은, 노심을 지지하는 노심용기 및 상기 노심용기를 둘러싸는 압력용기를 포함하는 원자로, 상기 원자로에 전력을 공급하는 발전모듈 및 상기 원자로를 냉각시키는 냉각모듈을 포함할 수 있고, 상기 원자로는 지면과 수평으로 배치되어 제어봉은 상기 노심에 수평으로 삽입될 수 있다.
이 때, 상기 원자로는 10 MWe 이하의 출력을 가질 수 있다.
또한, 상기 이동형 원자로 시스템의 높이는 5 m 이하, 수평 길이는 12 m 이하일 수 있다.
또한, 상기 원자로는, 상기 압력용기를 둘러싸는 격납용기 및 상기 압력용기와 상기 격납용기 사이에 수용되는 액상의 차폐재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 원자로는, 상기 압력용기를 둘러싸는 격납용기 및 상기 압력용기와 상기 격납용기 사이에 수용되는 액상의 냉각재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 노심용기와 상기 압력용기 사이에 제공되는 열전모듈을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 원자로를 둘러싸되, 외주면에 공기 유입구 및 공기 배출구가 형성되고, 내부에 공기 유로가 형성되는 피동냉각모듈을 더 포함하여, 상기 냉각모듈의 작동 정지 시, 상기 원자로는 상기 피동냉각모듈 내부를 유동하는 외부 공기에 의해 냉각될 수 있다.
이 때, 상기 피동냉각모듈은 상하좌우 대칭으로 형성될 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 이동형 원자로 시스템의 정단면도.
도 2는 일실시예에 따른 이동형 원자로 시스템의 측단면도.
이하, 여러 실시예에 따른 이동형 원자로 시스템을 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 일실시예에 따른 이동형 원자로 시스템의 정단면도이고, 도 2는 일실시예에 따른 이동형 원자로 시스템의 측단면도, 즉 도 1을 기준으로 할 때, 측면에서 바라본 모습의 단면을 도시한 것이다.
일실시예에 따른 이동형 원자로 시스템(1)은 원자로(100), 발전모듈(200) 및 냉각모듈(300)을 포함할 수 있다. 이 때, 발전모듈(200)은 원자로(100)에서 발생한 열을 이용하여 전기를 생산하며, 이를 위해 가스터빈 또는 스터링 엔진을 포함할 수 있다. 또한, 냉각모듈(300)은 원자로(100)를 냉각시키는 역할을 하고, 이를 위해 냉각재를 냉각재유로(5)를 통해 노심(10)에 공급하며, 기동 및 정지 시에는 가열된 냉각재를, 그리고 운전 중에는 발전 모듈을 식히기 위해 냉각수 루프와 팬(fan)을 포함할 수 있다. 상기 냉각재는 통상의 냉각수일 수 있고, 기체 냉각재일 수도 있다. 기체 냉각재가 사용되는 경우, 고온에서 운전이 가능하여 고효율의 전력 생산이 가능하다. 또한, 고온 증기 생산 및 담수 생산 등 다목적 활용이 가능하며, 기체 냉각재의 방사능 오염도가 낮아, 외부로 유출 시 위험도가 적다.
원자로(100)는 노심(10)을 지지하는 노심용기(110)와 노심용기(110)를 둘러싸는 압력용기(120)를 포함할 수 있다. 이 때, 노심(10)은 내부반사체(2), 핵연료(3), 외곽반사체(4) 등을 포함할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 냉각재유로(5)가 형성되어 냉각모듈(300)로부터 냉각재를 공급받을 수 있다.
원자로(100)는 이동성을 위해 수평으로 배치될 수 있다. 즉, 운송 수단에의 원활한 장착 및 이동을 위해, 원자로(100)는 도 1에 도시된 것과 같이 지면과 평행으로 배치되어, 출력 조정을 위한 제어봉은 노심(10)에 수평으로 삽입될 수 있다.
이 때, 원자로(100)는 소형으로 설계되어 그 이동성을 더욱 높일 수 있다. 예를 들어, 원자로(100)는 10 MWe 이하의 출력을 가질 수 있다. 또한, 도 1에서 확인할 수 있듯이, 이동형 원자로 시스템(1)의 높이(h)는 5m 이하, 수평 길이(l)는 12m 이하일 수 있다. 발전모듈(200) 및 냉각모듈(300)을 제외한 원자로(100) 만의 수평 길이(d)는 7m 이하일 수 있다. 이로써, 본 실시예에 따른 이동형 원자로 시스템(1)은 소형 선박이나 트레일러 등의 운송수단에 용이하게 장착 및 탈착이 가능하다.
원자로(100)는 압력용기(120)를 둘러싸는 격납용기(130)를 더 포함할 수 있고, 압력용기(120)와 격납용기(130) 사이에는 액상의 냉각재(7)가 수용되어 사고 발생 시 초기 열제거를 담당할 수 있다. 또한, 다른 실시예에서는 압력용기(120)와 격납용기(130) 사이에 액상의 차폐재(7)가 수용되어 지속적으로 방사선을 차폐할 수 있다. 물론, 액상의 차폐재와 냉각재가 함께 수용될 수도 있다.
노심용기(110)와 압력용기(120) 사이에는 열전모듈(6)이 제공되어 전력 생산이 가능하게 되어 정전 시 열전비상발전기로 활용될 수 있다.
사고 발생 시 또는 특정 이유에 의한 냉각모듈(300)의 작동 불능 시, 이동형 원자로 시스템(1)은 외부 공기를 이용하여 피동냉각될 수 있다. 즉, 이동형 원자로 시스템(1)은 원자로(100)를 둘러싸는 피동냉각모듈(140)을 더 포함하여, 피동냉각모듈(140) 내부를 유동하는 외부 공기에 의해 냉각될 수 있는 것이다.
구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 피동냉각모듈(140)의 외주면 일측에는 공기 유입구(141) 및 공기 배출구(142)가 형성되고, 그 내부에는 공기 유로(143)가 형성된다. 원자로 시스템(1)의 냉각모듈(300)의 냉각재 강제 순환 상실 시, 격납용기(130) 내부의 액상 차폐재 및/또는 액상 냉각재(7)가 노심(10)의 잔열을 격납용기(130) 외부로 전달하게 되고, 이러한 잔열은 피동냉각모듈(140)의 공기 유로(143) 상에서 유동하는 외부 공기에 의해 자연스럽게 냉각될 수 있다. 이로써, 사고 발생 시에도 노심 잔열을 제거할 수 있어 그 안정성을 현격히 높일 수 있다.
또한, 상기 피동냉각모듈(140)은 상하좌우 대칭적으로 형성되어, 원자로(100)가 장착된 운송수단이 좌우로 넘어졌을 때에도, 동일한 공기 유로(143)를 유지하여 정상적인 상태와 동일하게 노심 잔열을 제거할 수 있다.
이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 일부 예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이 분야의 통상의 기술자에 의하여 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서의 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시는 본 발명의 범위에 속하는 것으로 보아야 한다.
1: 이동형 원자로 시스템 2: 내부반사체
3: 핵연료 4: 외곽반사체
5: 냉각재유로 6: 열전모듈
7: 액상 차폐제, 냉각재 10: 노심
100: 원자로 110: 노심용기
120: 압력용기 130: 격납용기
140: 피동냉각모듈 141: 공기 유입구
142: 공기 배출구 143: 공기 유로
200: 발전모듈 300: 냉각모듈

Claims (8)

  1. 노심을 지지하는 노심용기 및 상기 노심용기를 둘러싸는 압력용기를 포함하는 원자로;
    상기 노심에서 발생되는 열을 이용하여 전기를 생산하는 발전모듈; 및
    상기 원자로를 냉각시키는 냉각모듈;
    을 포함하고,
    상기 원자로는 지면과 수평으로 배치되어 제어봉은 상기 노심에 수평으로 삽입되는 이동형 원자로 시스템에 있어서,
    상기 이동형 원자로 시스템은 운송수단에 용이하게 장착 및 탈착이 가능하고, 상기 원자로를 둘러싸되, 외주면에 공기 유입구 및 공기 배출구가 형성되고, 내부에 공기 유로가 형성되는 피동냉각모듈을 더 포함하여, 상기 냉각모듈의 작동 정지 시, 상기 원자로는 상기 피동냉각모듈 내부를 유동하는 외부 공기에 의해 냉각되고,
    상기 피동냉각모듈은 상하좌우 대칭으로 형성되어, 상기 원자로가 장착된 상기 운송수단이 좌우로 넘어졌을 때에도 동일한 공기 유로를 유지하여 정상적인 상태와 동일하게 상기 노심의 잔열을 제거하는 것을 특징으로 하는 이동형 원자로 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원자로는 10 MWe 이하의 출력을 가지는 이동형 원자로 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이동형 원자로 시스템의 높이는 5 m 이하, 수평 길이는 12 m 이하인 이동형 원자로 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 원자로는,
    상기 압력용기를 둘러싸는 격납용기; 및
    상기 압력용기와 상기 격납용기 사이에 수용되는 액상의 차폐재;
    를 더 포함하는 이동형 원자로 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 원자로는,
    상기 압력용기를 둘러싸는 격납용기; 및
    상기 압력용기와 상기 격납용기 사이에 수용되는 액상의 냉각재;
    를 더 포함하는 이동형 원자로 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 노심용기와 상기 압력용기 사이에 제공되는 열전모듈을 더 포함하는 이동형 원자로 시스템.
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