KR102014515B1

KR102014515B1 - Fuel assembly and liquid metal reactor using the same

Info

Publication number: KR102014515B1
Application number: KR1020170074017A
Authority: KR
Inventors: 방인철; 이민호
Original assignee: 울산과학기술원
Priority date: 2017-06-13
Filing date: 2017-06-13
Publication date: 2019-08-26
Also published as: KR20180135663A

Abstract

본 발명은 액체 금속 원자로의 노심에 설치되는 핵연료 집합체로서, 내부에 복수개의 연료봉들을 구비하며, 상기 복수개의 연료봉들 사이로 냉각용 액체 금속이 유동하는 연료 유닛 및 상기 연료 유닛의 하단부에 결합되어 상기 액체 금속 원자로의 저면 방향으로 연장된 하부 유닛을 구비하고, 상기 하부 유닛은, 중공의 통 형상을 가지며, 외주면에 복수개의 제1 관통홀들을 갖는 하우징 및 상기 하우징의 내부에 배치되며, 상기 연료 유닛을 향하는 방향으로 갈수록 단면의 폭이 감소하는 가이드부를 구비하는, 핵연료 집합체를 제공한다.The present invention is a nuclear fuel assembly that is installed in the core of a liquid metal reactor, a plurality of fuel rods therein, the fuel unit and the lower end of the fuel unit and a liquid unit for the cooling liquid metal flows between the plurality of fuel rods is coupled to the liquid A lower unit extending in the bottom direction of the metal reactor, the lower unit having a hollow cylindrical shape and having a plurality of first through holes in an outer circumferential surface thereof and disposed in the housing; Provided is a nuclear fuel assembly having a guide portion in which the width of the cross-section decreases toward the direction of the heading.

Description

Fuel assembly and liquid metal reactor using the same

본 발명의 실시예들은 핵연료 집합체 및 이를 이용하는 액체 금속 원자로에 관한 것으로, 더 상세하게는 노심 손상 시 생성되는 노심 용융물의 퇴적을 방지하는 핵연료 집합체 및 이를 이용하는 액체 금속 원자로에 관한 것이다. Embodiments of the present invention relate to a fuel assembly and a liquid metal reactor using the same, and more particularly, to a fuel assembly and a liquid metal reactor using the same to prevent deposition of a core melt generated during core damage.

종래에 건설된　원자로　및 현재 세워지고 있는　원자로는 열중성자(Thermal Neutron)를 이용한 경수로(Light Water Reactor: LWR)형이다. 경수로형　원자로는 3세대　원자로로서, 검증된 기술과 뛰어난 경제성 및 우수한 안정성을 갖고 있지만, 한편으로는　원자로를 구동한 후 발생하는 사용 후 핵연료의 증가로 그 지속적인 사용에 대한 문제가 되고 있다.Conventionally constructed reactors and currently built reactors are of Light Water Reactor (LWR) type using thermal neutrons. The light-water reactor is a third-generation reactor, which has proven technology, excellent economic feasibility, and excellent stability. On the other hand, the increased use of spent fuel after driving the reactor has caused problems for its continued use.

이러한 상황에서 사용 후 핵연료의 문제를 해결하며 기존의 경수로보다 향상된 안전성을 보장할 수 있는 다양한　원자로들이 제안되고 있는데, 이러한　원자로들은 4세대　원자로로 분류된다. 4세대　원자로로 제안되는 여러 가지　원자로　중에서, 특히 열중성자에 비해 고에너지를 갖는 고속 중성자를 이용하여 연쇄 핵분열 반응을 기반으로 에너지를 생산하는 고속로(Fast Reactor)가 주목받고 있다. 물론, 고속로에도 다양한 종류가 있는데, 그 중에서도 높은 실현성을 갖고 있다고 판단되어 가장 활발한 연구가 진행되는　원자로로　액체 금속　고속 증식로(Liquid Metal Fast Breeder Reactor, 이하　액체 금속 원자로라 한다)가 있다.　Under these circumstances, various nuclear reactors have been proposed to solve the problem of spent nuclear fuel and ensure improved safety over existing light water reactors. These nuclear reactors are classified as fourth generation nuclear reactors. Among the various nuclear reactors proposed as the 4th generation nuclear reactors, the fast reactor, which produces energy based on a chain nuclear fission reaction, using high-speed neutrons having higher energy than thermal neutrons, is drawing attention. Of course, there are various types of high-speed furnaces, among which there is a liquid metal fast breder reactor (hereinafter referred to as a liquid metal reactor), which is considered to have high feasibility and is the most active research.

이러한 액체 금속 원자로에는 냉각재로 액체상태의 금속을 사용하며, 주로 소듐(Na)이 사용된다. 소듐은 물에 비하여 열전도도가 매우 높고, 열교환 능력이 뛰어나 높은 출력밀도의 노심을 효율적으로 냉각할 수 있어 액체 금속 원자로의 냉각재로 각광받고 있다. In such a liquid metal reactor, a liquid metal is used as a coolant, and sodium (Na) is mainly used. Sodium has a high thermal conductivity and excellent heat exchange ability compared to water, and thus can efficiently cool down the core of high power density.

그러나, 이러한 액체 금속 원자로의 경우에도 냉각재의 공급이 원활하지 못하거나 내부의 이상 고온 현상이 발생하게 되면, 핵연료봉 내부의 핵연료 및 이를 감싼 피복재 등이 녹아 내리는 노심 용융의 문제가 발생할 수 있다. 이때 핵연료봉 하부에 냉각되지 않은 노심 용융물이 퇴적되면, 추가적으로 핵연료봉이 녹아 내리게 되어 중대 사고로 발전하게 될 위험성이 높아진다. However, even in the case of such a liquid metal reactor, when the supply of coolant is not smooth or an abnormal high temperature occurs inside, a core melting problem in which the nuclear fuel and the coating material wrapped therein may be melted may occur. At this time, if the unmelted core melt is deposited on the lower part of the fuel rod, the fuel rod is further melted and the risk of developing a serious accident increases.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 노심 손상 시 생성되는 노심 용융물의 퇴적을 방지하는 핵연료 집합체 및 이를 이용하는 액체 금속 원자로를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. Disclosure of Invention The present invention has been made to solve various problems including the above problems, and an object of the present invention is to provide a nuclear fuel assembly and a liquid metal reactor using the same, which prevents the deposition of a core melt generated during core damage. However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereby.

본 발명의 일 측면에 따르면, 액체 금속 원자로의 노심에 설치되는 핵연료 집합체로서, 내부에 복수개의 연료봉들을 구비하며, 상기 복수개의 연료봉들 사이로 냉각용 액체 금속이 유동하는 연료 유닛 및 상기 연료 유닛의 하단부에 결합되어 상기 액체 금속 원자로의 저면 방향으로 연장된 하부 유닛을 구비하고, 상기 하부 유닛은, 중공의 통 형상을 가지며, 외주면에 복수개의 제1 관통홀들을 갖는 하우징 및 상기 하우징의 내부에 배치되며, 상기 연료 유닛을 향하는 방향으로 갈수록 단면의 폭이 감소하는 가이드부를 구비하는, 핵연료 집합체가 제공된다.According to an aspect of the present invention, a nuclear fuel assembly installed in a core of a liquid metal reactor, the fuel unit having a plurality of fuel rods therein, the liquid liquid for cooling flows between the plurality of fuel rods and the lower end of the fuel unit A lower unit extending in a bottom direction of the liquid metal reactor, the lower unit having a hollow cylindrical shape and having a plurality of first through holes in an outer circumferential surface thereof and disposed inside the housing; And a fuel assembly having a guide portion having a width of a cross section decreasing in a direction toward the fuel unit.

상기 하부 유닛은, 상기 하우징의 내부에 배치되되 상기 가이드부의 하단부에 결합된 베이스부를 더 구비할 수 있다.The lower unit may further include a base part disposed inside the housing and coupled to a lower end of the guide part.

상기 베이스부는 상기 하우징의 내면에 밀착될 수 있다.The base portion may be in close contact with the inner surface of the housing.

상기 베이스부의 상면은 상기 복수개의 제1 관통홀들보다 하측에 위치할 수 있다.An upper surface of the base portion may be located below the plurality of first through holes.

상기 가이드부의 하단부는 상기 하우징의 내면에 밀착될 수 있다.The lower end of the guide portion may be in close contact with the inner surface of the housing.

상기 가이드부의 하면은 상기 복수개의 제1 관통홀들보다 하측에 위치할 수 있다.The lower surface of the guide portion may be located below the plurality of first through holes.

상기 가이드부는 테이퍼 형상을 가질 수 있다.The guide portion may have a tapered shape.

상기 가이드부의 적어도 일부는 상기 복수개의 제1 관통홀들로부터 내측으로 이격될 수 있다.At least a portion of the guide part may be spaced inwardly from the plurality of first through holes.

상기 연료 유닛의 상단부에 결합되며, 외주면에 복수개의 제2 관통홀들을 갖는 상부 유닛을 더 구비할 수 있다. An upper unit coupled to the upper end of the fuel unit and having a plurality of second through holes on an outer circumferential surface may be further provided.

상기 냉각용 액체 금속의 적어도 일부는 상기 복수개의 제1 관통홀들로부터 유입되어 상기 복수개의 제2 관통홀들로 유출될 수 있다.At least a portion of the cooling liquid metal may flow out of the plurality of first through holes and flow out of the plurality of second through holes.

상기 노심의 손상 시 생성된 노심 용융물의 적어도 일부는 상기 복수개의 제1 관통홀들로 유출될 수 있다.At least a portion of the core melt generated when the core is damaged may flow into the plurality of first through holes.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 것과 같은 핵연료 집합체가 설치된 노심 및 저면 방향에 상기 노심이 수용되며, 상기 노심을 통과하는 냉각용 액체 금속을 저장하는 원자로 용기를 구비하는, 액체 금속 원자로가 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a liquid metal reactor, wherein the core is accommodated in a core and a bottom direction in which a nuclear fuel assembly as described above is installed, and having a reactor vessel for storing liquid metal for cooling passing through the core. do.

상술한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 노심 손상 사고 시 생성되는 노심 용융물의 퇴적을 방지하여 사고의 조기 종료를 촉진하고 추가적인 사고 진행을 방지할 수 있다. According to one embodiment of the present invention made as described above, it is possible to prevent the deposition of the core melt generated during the core damage accident to promote early termination of the accident and to prevent further accident progression.

또한, 기존의 핵연료 집합체에도 큰 설계 변경 없이 쉽게 적용할 수 있다.It can also be easily applied to existing fuel assemblies without major design changes.

물론 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 금속 원자로를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵연료 집합체를 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵연료 집합체의 하부를 개략적으로 도시한 확대 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 핵연료 집합체의 하부를 개략적으로 도시한 확대 사시도이다.1 is a schematic view illustrating a liquid metal reactor according to an embodiment of the present invention.
2 is a front view schematically showing a nuclear fuel assembly according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is an enlarged perspective view schematically showing the lower portion of the nuclear fuel assembly according to an embodiment of the present invention.
4 is an enlarged perspective view schematically showing a lower portion of a nuclear fuel assembly according to another embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. The terms first, second, etc. used herein may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are only used to distinguish one component from another.

이하, 본 발명에 따른 실시예들을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명함에 있어 실질적으로 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings, and in the following description with reference to the drawings, substantially identical or corresponding components are given the same reference numbers, and redundant description thereof will be omitted. do. In the drawings, the thickness of layers, films, panels, regions, etc., are exaggerated for clarity. In the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 금속 원자로를 개략적으로 도시한 구성도이다.1 is a schematic view illustrating a liquid metal reactor according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 금속 원자로(10)는 노심(20) 및 노심(20)을 수용하는 원자로 용기(11)를 구비한다. 또한, 원자로 용기(11)의 중앙부에는 상부 내부 구조물(30)이 배치되는데, 상부 내부 구조물(30)에는 노심(20) 내에서 발생하는 연쇄 반응의 속도를 조절하기 위한 제어봉이 장착되어 있다. Referring to FIG. 1, a liquid metal reactor 10 according to one embodiment of the present invention includes a core 20 and a reactor vessel 11 containing the core 20. In addition, the upper internal structure 30 is disposed in the central portion of the reactor vessel 11, the upper internal structure 30 is equipped with a control rod for controlling the speed of the chain reaction occurring in the core (20).

노심(20)은 액체 금속 원자로(10)에 있어서 핵반응이 발생하는 부분으로, 노심(20) 내에는 핵연료봉이 다발로 형성된 핵연료봉 집합체(미도시)가 구비되어 있다. 이러한 핵연료봉 집합체에 관한 구체적인 내용은 도 2 내지 도 4를 참조하여 후술한다. The core 20 is a portion where nuclear reactions occur in the liquid metal reactor 10, and the core 20 includes a nuclear fuel rod assembly (not shown) in which nuclear fuel rods are bundled. Details of such a fuel rod assembly will be described later with reference to FIGS. 2 to 4.

노심(20)은 원자로 용기(11)의 저면(11b) 방향에 배치된다. 이때 원자로 용기(11)에는 냉각용 액체 금속이 저장되며, 상기 냉각용 액체 금속은 노심(20)을 냉각시키는 역할을 한다. 일 실시예로, 상기 냉각용 액체 금속에는 소듐(Na)이 사용될 수 있다.The core 20 is disposed in the direction of the bottom face 11b of the reactor vessel 11. In this case, the cooling liquid metal is stored in the reactor vessel 11, and the cooling liquid metal serves to cool the core 20. In one embodiment, sodium (Na) may be used for the cooling liquid metal.

원자로 용기(11)는 고온의 냉각용 액체 금속(LM1)이 저장된 고온 저장부와 저온의 냉각용 액체 금속(LM2)이 저장된 저온 저장부로 구획되며, 상기 고온 저장부와 상기 저온 저장부를 구획할 수 있도록 격벽(12)이 형성되어 있다.The reactor vessel 11 may be divided into a high temperature storage unit in which a high temperature cooling liquid metal LM1 is stored, and a low temperature storage unit in which a low temperature cooling liquid metal LM2 is stored, and may divide the high temperature storage unit and the low temperature storage unit. The partition 12 is formed.

구체적으로, 고온 저장부는 원자로 용기(11)에 있어서 노심(20) 상에 위치하는 격벽(12)의 내부 공간으로 정의되며, 노심(20)으로부터 유출된 고온의 냉각용 액체 금속(LM1)이 모이는 부분이다. 상기 고온 저장부에는 중간 열교환기(IHX: Intermediate Heat Exchanger)(60)가 배치되어 고온의 냉각용 액체 금속(LM1)이 중간 열교환기(60)로 유입된다. 중간 열교환기(60)는 외부의 증기 발생 사이클(미도시)로 원자로 용기(11) 내부에서 발생한 열을 전달하게 되고, 이로써 상기 증기 발생 사이클을 통해 동력을 발생시키게 된다.Specifically, the high temperature storage unit is defined as an inner space of the partition 12 located on the core 20 in the reactor vessel 11, and collects the high-temperature cooling liquid metal LM1 flowing out of the core 20. Part. An intermediate heat exchanger (IHX) 60 is disposed in the high temperature storage unit so that the high temperature cooling liquid metal LM1 flows into the intermediate heat exchanger 60. The intermediate heat exchanger 60 transfers heat generated inside the reactor vessel 11 to an external steam generation cycle (not shown), thereby generating power through the steam generation cycle.

중간 열교환기(60)를 통해 열교환되어 온도가 하강한 저온의 냉각용 액체 금속(LM2)은 중간 열교환기(60)의 하단을 통해 유출되어 저온 저장부로 모이게 된다. 이때 상기 저온 저장부는 원자로 용기(11)에 있어서 격벽(12)의 외부 공간으로 정의된다. 상기 저온 저장부에는 펌프(40)가 배치되어 저온의 냉각용 액체 금속(LM2)을 노심(20)으로 이동시키는 역할을 한다. 뿐만 아니라, 펌프(40)는 저온 저장부에 저장된 저온의 냉각용 액체 금속(LM2)의 액위를 고온 저장부에 저장된 고온의 냉각용 액체 금속(LM1)의 액위와 다르게 유지하는 역할을 하기도 한다.The low-temperature cooling liquid metal LM2 heat-exchanged through the intermediate heat exchanger 60 flows out through the lower end of the intermediate heat exchanger 60 and is collected in the cold storage unit. In this case, the low temperature storage unit is defined as an outer space of the partition wall 12 in the reactor vessel 11. The pump 40 is disposed in the low temperature storage part to move the low temperature cooling liquid metal LM2 to the core 20. In addition, the pump 40 serves to maintain the liquid level of the low temperature cooling liquid metal LM2 stored in the low temperature storage unit differently from that of the high temperature cooling liquid metal LM1 stored in the high temperature storage unit.

한편, 원자로 용기(11) 내에는 중간 열교환기(60)와 별도로 잔열 제거 열교환기(DHX: Decay Heat Exchanger)(50)가 구비될 수 있다. 잔열 제거 열교환기(50)는 노심(20)의 붕괴열을 원자로 용기(11) 밖으로 방출하기 위한 것으로, 강제 냉각(능동계통) 또는 자연 대류(피동계통)를 이용하여 상기 붕괴열을 제거하게 된다. Meanwhile, the reactor vessel 11 may be provided with a decay heat exchanger (DHX) 50 separate from the intermediate heat exchanger 60. The residual heat removal heat exchanger (50) is for discharging the decay heat of the core (20) out of the reactor vessel (11), and removes the decay heat by using forced cooling (active system) or natural convection (passive system).

노심(20)의 상부에는 상부 내부 구조물(UIS: Upper Internal Structure)(40)이 배치된다. 상부 내부 구조물(30)은 노심(20)의 연쇄 반응 속도를 제어하는 제어봉(미도시)을 지지하며, 상기 제어봉의 위치를 감지하는 센서를 구비하고 있다. 구체적으로, 제어봉은 노심(20)의 상단으로 삽입되어 그 삽입 정도에 따라 노심(20)의 중성자 증배계수를 조절하게 되며, 이를 위해 상기 제어봉에는 구동부(미도시)가 연결되어 노심(20)에 인입되거나 노심(20)으로부터 인출될 수 있다. An upper internal structure (UIS) 40 is disposed above the core 20. The upper internal structure 30 supports a control rod (not shown) for controlling the chain reaction speed of the core 20, and has a sensor for detecting the position of the control rod. Specifically, the control rod is inserted into the upper end of the core 20 to adjust the neutron multiplication coefficient of the core 20 according to the degree of insertion, for this purpose, the driving rod (not shown) is connected to the control rod to the core 20 It may be withdrawn or withdrawn from the core 20.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵연료 집합체를 개략적으로 도시한 정면도이다.2 is a front view schematically showing a nuclear fuel assembly according to an embodiment of the present invention.

도 2 및 이전 도 1을 함께 참조하면, 핵연료 집합체(100)는 액체 금속 원자로(10)의 노심(20)에 설치되며, 구체적으로는 연료 유닛(105), 연료 유닛(105) 하부에 배치된 하부 유닛(110) 및 연료 유닛(105) 상부에 배치된 상부 유닛(120)을 구비한다. Referring to FIG. 2 and previous FIG. 1, the nuclear fuel assembly 100 is installed in the core 20 of the liquid metal reactor 10, specifically, the fuel unit 105, which is disposed below the fuel unit 105. An upper unit 120 is disposed above the lower unit 110 and the fuel unit 105.

연료 유닛(105)은 핵연료 집합체(100)의 중앙부에 배치된다. 연료 유닛(105)의 내부에는 복수개의 연료봉(105f)들이 구비된다. 복수개의 연료봉(105f)들은 덕트(duct) 형상의 케이스(105c) 내에 구비되며, 케이스(105c)는 다양한 형상의 단면을 가질 수 있으나, 일 실시예로 도 2에 도시된 것과 같이 육각형 단면으로 형성될 수 있다. The fuel unit 105 is disposed at the center of the nuclear fuel assembly 100. A plurality of fuel rods 105f are provided inside the fuel unit 105. The plurality of fuel rods 105f are provided in the case 105c having a duct shape, and the case 105c may have various shapes of cross sections, but in one embodiment, the fuel rods 105f may have a hexagonal cross section as shown in FIG. 2. Can be.

복수개의 연료봉(105f)들은 케이스(105c)에 의해 다발 형태로 지지되는데, 일 실시예로 케이스(105c) 내에 구비된 탑재 선로(mounting rail)에 탑재되어 하부 유닛(110) 상단부에 기계적으로 결합될 수 있다. The plurality of fuel rods 105f are supported in a bundle by the case 105c, and in one embodiment, are mounted on a mounting rail provided in the case 105c to be mechanically coupled to an upper end of the lower unit 110. Can be.

한편, 케이스(105c) 내부에는 복수개의 연료봉(105f)들 사이에 유로들이 형성되는데, 상기 유로들 각각에 냉각용 액체 금속이 고르게 흐를 수 있도록 냉각용 액체 금속을 강제로 유동시킬 필요가 있다. 이로써 상기 유로들 각각의 유동 저항이 균일해짐에 따라 낮은 유동 저항 경로로 냉각용 액체 금속이 흐르는 바이패스(by-pass) 현상이 완화되어 핵연료 집합체(100)를 효과적으로 냉각시킬 수 있다. Meanwhile, flow paths are formed between the plurality of fuel rods 105f in the case 105c, and it is necessary to forcibly flow the cooling liquid metal so that the cooling liquid metal flows evenly in each of the flow paths. As a result, as the flow resistance of each of the flow paths becomes uniform, the bypass phenomenon in which the cooling liquid metal flows through the low flow resistance path is alleviated, thereby effectively cooling the fuel assembly 100.

연료 유닛(105)의 하단부에는 하부 유닛(110)이 결합된다. 구체적으로, 하부 유닛(110)은 액체 금속 원자로(10)의 저면(11b) 방향으로 연장된 하우징(111)을 구비하며, 하우징(111)의 외주면에는 복수개의 제1 관통홀(110h)들이 형성되어 있다. The lower unit 110 is coupled to the lower end of the fuel unit 105. Specifically, the lower unit 110 includes a housing 111 extending in the direction of the bottom surface 11b of the liquid metal reactor 10, and a plurality of first through holes 110h are formed on the outer circumferential surface of the housing 111. It is.

하부 유닛(110)은 핵연료 집합체(100)의 하부를 고정 지지하는 부분으로, 복수개의 제1 관통홀(110h)들을 통해 냉각용 액체 금속을 핵연료 집합체(100) 내부로 유입시키는 역할을 한다.The lower unit 110 is a portion that fixes and supports the lower portion of the nuclear fuel assembly 100, and serves to introduce the cooling liquid metal into the nuclear fuel assembly 100 through the plurality of first through holes 110h.

또한, 연료 유닛(105)의 상단부에는 상부 유닛(120)이 결합되며, 상부 유닛(120)의 외주면에도 복수개의 제2 관통홀(120h)들이 형성된다. 이로써 연료 유닛(105)을 통과한 냉각용 액체 금속이 복수개의 제2 관통홀(120h)들을 통해 핵연료 집합체(100) 밖으로 유출되게 된다. In addition, the upper unit 120 is coupled to the upper end of the fuel unit 105, and a plurality of second through holes 120h are formed on the outer circumferential surface of the upper unit 120. As a result, the cooling liquid metal passing through the fuel unit 105 flows out of the fuel assembly 100 through the plurality of second through holes 120h.

이와 같이 액체 금속 원자로(10)가 정상 작동할 시에는 냉각용 액체 금속의 유동 방향이 하부 유닛(110)으로부터 상부 유닛(120)을 향하게 되는데 반하여, 복수개의 연료봉(105f)들이 녹아 내리는 등의 노심 용융 사고가 발생할 시에는 생성된 노심 용융물의 유동 방향이 하부 유닛(110)을 향하게 되는 문제가 발생한다. 따라서 본 발명은 후술하는 도 3 또는 도 4에 도시된 실시예 및 그 변형예들을 통해 상기와 같은 문제를 해결하고자 한다.When the liquid metal reactor 10 operates normally as described above, the flow direction of the cooling liquid metal is directed from the lower unit 110 to the upper unit 120, whereas the plurality of fuel rods 105f are melted. When a melting accident occurs, a problem occurs that the flow direction of the generated core melt is directed to the lower unit 110. Therefore, the present invention is to solve the above problems through the embodiment shown in Figure 3 or 4 and its modifications described later.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵연료 집합체의 하부를 개략적으로 도시한 확대 사시도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 핵연료 집합체의 하부를 개략적으로 도시한 확대 사시도이다.3 is an enlarged perspective view schematically showing a lower portion of a nuclear fuel assembly according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an enlarged perspective view schematically showing a lower portion of a nuclear fuel assembly according to another embodiment of the present invention.

먼저 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵연료 집합체의 하부 유닛(110)은 하우징(111), 가이드부(112) 및 베이스부(113)를 구비한다.First, referring to FIG. 3, the lower unit 110 of the nuclear fuel assembly according to the embodiment of the present invention includes a housing 111, a guide part 112, and a base part 113.

하우징(111)은 중공의 통 형상을 가지며, 전술한 바와 같이 벽면(111w)에 복수개의 제1 관통홀(110h)들을 갖는다. 이러한 하우징(111)의 내부 공간을 통해 하부 유닛(110)의 상부로부터 노심 용융물(M)이 흘러 내려오게 된다.The housing 111 has a hollow cylindrical shape and has a plurality of first through holes 110h on the wall surface 111w as described above. The core melt M flows down from the upper portion of the lower unit 110 through the inner space of the housing 111.

하우징(111)의 내부에는 가이드부(112) 및 베이스부(113)가 배치되는데, 가이드부(112)는 연료 유닛을 향하는 방향인 상방향으로 갈수록 단면의 폭이 감소하는 형상을 갖는다. 일 실시예로, 가이드부(112)는 대략 테이퍼 형상을 가질 수 있고, 좀 더 구체적으로는 도 3에 도시된 것과 같이 원뿔형으로 형성될 수 있다. 이로써 하우징(111)의 내부 공간으로 유입된 노심 용융물(M)을 가이드부(112) 외주면의 경사 방향으로 안내하여 복수개의 제1 관통홀(110h)로 용이하게 유출시킬 수 있다. 따라서 노심 용융물(M)이 하부 유닛(110) 내부에 저장되는 것을 방지하여, 냉각용 액체 금속의 유입이 차단되고 노심 용융물(M)에 노출된 연료봉이 추가 용융되는 문제를 해결할 수 있다. The guide part 112 and the base part 113 are disposed in the housing 111, and the guide part 112 has a shape in which the width of the cross section decreases toward the upper direction toward the fuel unit. In one embodiment, the guide portion 112 may have a substantially tapered shape, and more specifically, may be formed in a conical shape as shown in FIG. 3. As a result, the core melt M introduced into the inner space of the housing 111 may be guided in the inclined direction of the outer circumferential surface of the guide part 112 to be easily discharged into the plurality of first through holes 110h. Accordingly, the core melt M may be prevented from being stored in the lower unit 110, thereby preventing the inflow of the liquid metal for cooling and further melting the fuel rod exposed to the core melt M.

가이드부(112)는 벽면(111w)의 내측으로 이격될 수 있다. 이로써 벽면(111w)과 가이드부(112) 사이에는 노심 용융물(M)이 유동하는 유로가 형성될 수 있고, 상기 유로는 복수개의 제1 관통홀(110h)로 연결되어 노심 용융물(M)을 하부 유닛(110) 밖으로 안내하게 된다. The guide part 112 may be spaced inwardly of the wall surface 111w. As a result, a flow path through which the core melt M flows may be formed between the wall surface 111w and the guide part 112, and the flow path may be connected to the plurality of first through holes 110h to lower the core melt M. Guide out unit 110.

도 3에는 가이드부(112)가 하부 유닛(110)의 중심선(CL)에 대해 대칭을 이루는 것으로 도시되어 있으나, 이는 어디까지나 예시일 뿐이며, 가이드부(112)의 경사진 각도나 방향은 복수개의 제1 관통홀(110h)들의 위치, 개수 등에 따라 다양하게 변형될 수 있음은 물론이다.In FIG. 3, the guide part 112 is shown to be symmetrical with respect to the center line CL of the lower unit 110, but this is only an example, and the inclined angle or direction of the guide part 112 may be plural. Of course, it can be variously modified according to the position, number, etc. of the first through holes (110h).

가이드부(112)의 하단부에는 베이스부(113)가 결합된다. 베이스부(113)는 하우징(111)의 벽면(111w) 내측에 밀착되어, 노심 용융물(M)이 하부 유닛(110)의 하단부(110t)에 퇴적되거나, 벽면(111w)과 가이드부(112) 사이에 끼이는 현상을 방지할 수 있다. The base portion 113 is coupled to the lower end of the guide portion 112. The base portion 113 is in close contact with the inside of the wall surface 111w of the housing 111 so that the core melt M is deposited on the lower end portion 110t of the lower unit 110, or the wall surface 111w and the guide portion 112. It can prevent the phenomenon caught between.

한편, 가이드부(112) 및 베이스부(113)는 복수개의 제1 관통홀(110h)들을 덮지 않도록 배치될 필요가 있다. 구체적으로는 베이스부(113)의 상면은 복수개의 제1 관통홀(110h)들보다 하측에 위치하는 것이 바람직하다. Meanwhile, the guide part 112 and the base part 113 need to be disposed so as not to cover the plurality of first through holes 110h. Specifically, the upper surface of the base portion 113 is preferably located below the plurality of first through holes (110h).

도 3에는 베이스부(113)가 원기둥 또는 원판 형상을 갖는 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 예컨대 베이스부(113)의 적어도 일부는 하부 유닛(110)의 하단부(110t)에 대응하는 형상을 가질 수도 있다. Although the base portion 113 is illustrated in FIG. 3 as having a cylindrical or disc shape, the base portion 113 is not necessarily limited thereto. For example, at least a portion of the base portion 113 corresponds to the lower end portion 110t of the lower unit 110. It may have a shape.

다음으로 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 핵연료 집합체의 하부 유닛(110a)은 하우징(111) 및 가이드부(112a)를 구비한다. 즉, 본 실시예의 경우 도 3에 도시된 실시예와 달리 베이스부(113)는 생략할 수 있다. Next, referring to FIG. 4, the lower unit 110a of the nuclear fuel assembly according to another embodiment of the present invention includes a housing 111 and a guide portion 112a. That is, in the present embodiment, unlike the embodiment shown in FIG. 3, the base portion 113 may be omitted.

가이드부(112a)는 상방향으로 갈수록 단면의 폭이 감소하도록 형성되어 하우징(111)의 내부 공간으로 유입된 노심 용융물(M)을 가이드부(112a) 외주면의 경사 방향으로 안내하여 복수개의 제1 관통홀(110h)로 용이하게 유출시킬 수 있다. 이때 가이드부(112a)가 테이퍼 형상 또는 원뿔 형상을 가질 수 있음은 전술한 실시예와 마찬가지이다. The guide portion 112a is formed to decrease the width of the cross-section toward the upper direction to guide the core melt M introduced into the internal space of the housing 111 in the inclined direction of the outer circumferential surface of the guide portion 112a, thereby providing a plurality of first It can easily flow out into the through hole 110h. At this time, the guide portion 112a may have a tapered shape or a conical shape, as in the above-described embodiment.

본 실시예의 경우 별도의 베이스부를 구비하지 않으므로, 가이드부(112a)의 하단부는 하우징(111)의 벽면(111w) 내측에 밀착되도록 배치된다. 이로써 도 3에 도시된 베이스부(113)와 마찬가지로 노심 용융물(M)이 하부 유닛(110)의 하단부(110t)에 퇴적되거나, 벽면(111w)과 가이드부(112a) 사이에 끼이는 현상을 방지할 수 있다. Since the present embodiment does not include a separate base part, the lower end of the guide part 112a is disposed to be in close contact with the inside of the wall surface 111w of the housing 111. This prevents the core melt M from being deposited on the lower end 110t of the lower unit 110 or being caught between the wall 111w and the guide 112a similarly to the base 113 shown in FIG. 3. can do.

또한, 가이드부(112a)는 복수개의 제1 관통홀(110h)들을 덮지 않도록 배치될 필요가 있는바, 가이드부(112a)의 하면은 복수개의 제1 관통홀(110h)들보다 하측에 위치하는 것이 바람직하다. In addition, the guide portion 112a needs to be disposed so as not to cover the plurality of first through holes 110h, and the lower surface of the guide portion 112a is located below the plurality of first through holes 110h. It is preferable.

가이드부(112a)의 경사진 각도나 방향은 복수개의 제1 관통홀(110h)들의 위치, 개수 등에 따라 다양하게 변형될 수 있으며, 도 4에 도시된 것과 같이 하부 유닛(110)의 중심선(CL)에 대해 대칭을 이루는 것으로 제한되지 않음은 물론이다.The inclined angle or direction of the guide part 112a may be variously modified according to the position, number, etc. of the plurality of first through holes 110h, and the center line CL of the lower unit 110 as shown in FIG. 4. Of course, it is not limited to symmetrical with respect to).

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면 노심 손상 사고 시 생성되는 노심 용융물의 퇴적을 방지하여 사고의 조기 종료를 촉진하고 추가적인 사고 진행을 방지할 수 있다. 또한, 기존의 핵연료 집합체에도 큰 설계 변경 없이 쉽게 적용할 수 있다. As described above, according to one embodiment of the present invention, it is possible to prevent the deposition of the core melt generated during the core damage accident, thereby promoting early termination of the accident and preventing further accident progression. It can also be easily applied to existing fuel assemblies without major design changes.

이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, but this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and variations of the embodiment are possible therefrom. . Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

100: 핵연료 집합체
105: 연료 유닛
105f: 연료봉
110: 하부 유닛
110h: 제1 관통홀
111: 하우징
112, 112a: 가이드부
113: 베이스부
120: 상부 유닛
120h: 제2 관통홀100: fuel assembly
105: fuel unit
105f: fuel rod
110: lower unit
110h: first through hole
111: housing
112, 112a: guide part
113: base part
120: upper unit
120h: second through hole

Claims

A nuclear fuel assembly installed at the core of a liquid metal reactor,
A fuel unit having a plurality of fuel rods therein, wherein a cooling liquid metal flows between the plurality of fuel rods; And
A lower unit coupled to a lower end of the fuel unit and extending in a bottom direction of the liquid metal reactor;
The lower unit,
A housing having a hollow cylindrical shape and having a plurality of first through holes on an outer circumferential surface thereof; And
And a guide part disposed inside the housing, the width of which is reduced in cross section toward the fuel unit.
The lower unit further comprises a base portion disposed inside the housing and coupled to the lower end of the guide portion, the nuclear fuel assembly.

A nuclear fuel assembly installed at the core of a liquid metal reactor,
A fuel unit having a plurality of fuel rods therein, wherein a cooling liquid metal flows between the plurality of fuel rods; And
A lower unit coupled to a lower end of the fuel unit and extending in a bottom direction of the liquid metal reactor;
The lower unit,
A housing having a hollow cylindrical shape and having a plurality of first through holes on an outer circumferential surface thereof; And
And a guide part disposed inside the housing, the width of which is reduced in cross section toward the fuel unit.
The guide portion has a nuclear fuel assembly having a tapered shape.

The method of claim 1,
The base unit is a nuclear fuel assembly in close contact with the inner surface of the housing.

The method of claim 1,
The upper surface of the base portion is a nuclear fuel assembly located below the plurality of first through holes.

The method according to claim 1 or 2,
The lower end of the guide portion is a nuclear fuel assembly in close contact with the inner surface of the housing.

The method according to claim 1 or 2,
A lower surface of the guide portion is a nuclear fuel assembly located below the plurality of first through holes.

delete

The method according to claim 1 or 2,
At least a portion of the guide portion is a nuclear fuel assembly spaced inwardly from the plurality of first through holes.

The method according to claim 1 or 2,
And an upper unit coupled to an upper end of the fuel unit, the upper unit having a plurality of second through holes on an outer circumferential surface thereof.

The method of claim 9,
At least a portion of the cooling liquid metal flows from the plurality of first through holes and flows out into the plurality of second through holes.

The method according to claim 1 or 2,
At least a portion of the core melt produced upon damage of the core flows into the plurality of first through holes.

A core in which the fuel assembly of claim 1 or 2 is installed; And
And a reactor vessel accommodating the core in a bottom direction and storing a cooling liquid metal passing through the core.