KR102545248B1 - 피동유동 밸브가 구비된 용융염 원자로 - Google Patents

피동유동 밸브가 구비된 용융염 원자로 Download PDF

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한국원자력연구원
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Abstract

본 발명의 일측면에 따르면, 핵연료를 녹이기 위한 용융염을 수용하는 원자로용기; 상기 원자로용기로부터 토출된 상기 용융염을 수용하거나 수용된 상기 용융염을 상기 원자로용기로 토출하기 위한 드레인탱크; 및 상기 원자로 용기와 상기 드레인탱크 사이에 배치되어, 회전축을 중심으로 회전되는 볼플러그를 포함하는 밸브유닛; 및 상기 원자로용기와 상기 드레인탱크가 연통되도록 상기 원자로용기 및 상기 드레인탱크 중 어느 하나에서 토출된 상기 용융염의 열에 의해 상기 볼플러그를 회전시키도록 구성되는 개폐유닛을 포함하고, 상기 볼플러그에는, 상기 볼플러그가 회전되면, 상기 원자로용기 및 상기 드레인탱크에 선택적으로 연통되어, 상기 원자로용기로 또는 상기 드레인탱크로부터 토출된 상기 용융염가 유동되는 용융염통로가 형성된, 피동유동 밸브가 구비된 용융염 원자로가 제공될 수 있다.

Description

피동유동 밸브가 구비된 용융염 원자로{MOLTEN SALT REACTOR INCLUDING PASSIVE FLOW VAVLE}
본 발명은 피동유동 밸브가 구비된 용융염 원자로에 대한 것이다.
용융염 원자로는 제4 세대 원자로 노형으로, 기존의 고체핵연료를 대체하여 고온에서 염을 녹인 형태인 용융 불화물 또는 염화물에 핵연료를 녹여 원자로의 연료 및 냉각재로 활용하는 형태의 원자로를 말한다. 액체연료 및 냉각재를 활용함에 따라 노심용융사고를 배제할 수 있고, 연료를 처리하는 계통을 추가하여 핵연료를 교환없이 지속적으로 원자로에 공급할 수 있다. 사고 시, 용융염 원자로에 수용된 용융염은 냉각플러그가 개방되면서 방출탱크로 토출될 수 있다.
또한, 용융염 원자로는 사고 시 용융염 온도가 400 내지 500도 정도를 유지하기 때문에 냉각플러그를 개방하여 방출탱크로 용융염을 토출할 수 있다. 냉각플러그는 용융염원자로의 용기와 방출탱크 사이를 연결하는 중간배관에 설치될 수 있다. 이러한 냉각플러그는 냉각가스에 의해 평상 시에 고체상태 유지되어 중간배관을 폐쇄하는 역할을 하고, 사고 시, 냉각가스가 차단되고, 용융염의 열에 의해 액화되어 중간배관을 개방할 수 있다. 냉각플러그가 액화되어 중간배관이 개방되면, 용융염이 방출탱크로 토출될 수 있다.
그러나, 종래의 용융염 원자로의 냉각플러그는 사고 시 액화가 빠른 시간 안에 진행되지 않아 용융염이 토출되는데 시간이 지연될 수 있다는 문제점이 있다. 또한, 용융염 원자로가 냉각플러그를 구비하기 위해서는 냉각가스를 공급하기 위한 냉각장치가 구비되어 원자로의 구조가 복잡해질 수 있다는 문제점이 있다.
일본 공개특허문헌 특개2013-250056(2013. 12. 12. 공개)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 사고 발생시, 원자로용기의 용융염을 빠르게 드레인탱크로 토출하거나, 드레인탱크의 용융염을 원자로용기로 토출할 수 있는 피동유동 밸브가 구비된 용융염 원자로를 제공하고자 한다.
본 발명의 일측면에 따르면, 핵연료를 녹이기 위한 용융염을 수용하는 원자로용기; 상기 원자로용기로부터 토출된 상기 용융염을 수용하거나 수용된 상기 용융염을 상기 원자로용기로 토출하기 위한 드레인탱크; 및 상기 원자로 용기와 상기 드레인탱크 사이에 배치되어, 회전축을 중심으로 회전되는 볼플러그를 포함하는 밸브유닛; 및 상기 원자로용기와 상기 드레인탱크가 연통되도록 상기 원자로용기 및 상기 드레인탱크 중 어느 하나에서 토출된 상기 용융염의 열에 의해 상기 볼플러그를 회전시키도록 구성되는 개폐유닛을 포함하고, 상기 볼플러그에는, 상기 볼플러그가 회전되면, 상기 원자로용기 및 상기 드레인탱크에 선택적으로 연통되어, 상기 원자로용기로 또는 상기 드레인탱크로부터 토출된 상기 용융염가 유동되는 용융염통로가 형성된, 피동유동 밸브가 구비된 용융염 원자로가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 용융염의 열에 의해 피동으로 볼플러그가 회전되어 원자로용기와 드레인탱크가 용융염통로에 의해 연통될 수 있으므로, 용융염이 드레인탱크 또는 원자로용기로 빠르게 토출될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 피동유동 밸브가 구비된 용융염 원자로의 모습을 나타낸 도면이다
도 2는 도 1의 용융염 원자로의 단면도이다.
도 3은 도 2의 용융염 원자로의 원자로용기로부터 토출된 용융염의 열에 의해 볼플러그가 일 방향으로 회전되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 용융염 원자로의 용융염통로가 원자로용기와 드레인탱크에 연통된 모습을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 용융염 원자로의 볼플러그가 타 방향으로 회전되어 용융염통로가 원자로용기와 드레인탱크에 차단된 모습을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 2의 용융염 원자로의 드레인탱크로부터 토출된 용융염의 열에 의해 볼플러그가 타 방향으로 회전되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 용융염 원자로의 용융염통로가 원자로용기와 드레인탱크에 연통된 모습을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7의 용융염 원자로의 볼플러그가 일 방향으로 회전되어 용융염통로가 원자로용기와 드레인탱크에 차단된 모습을 나타낸 도면이다.
이하에서는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '접촉'된다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 접촉될 수도 있지만 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 상측, 하측, 측면 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 용융염 원자로(1)에 대해 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 피동유동 밸브가 구비된 용융염 원자로(1)는 기존의 고체핵연료를 대체하여 고온에서 염을 녹인 형태인 용융 불화물 또는 염화물에 핵연료를 녹여 원자로의 연료 및 냉각재로 활용하는 형태의 원자로일 수 있다. 이러한 용융염 원자로(1)는 원자로용기(100), 드레인탱크(200), 원자로유로(300), 드레인유로(400), 밸브유닛(500), 개폐유닛(600), 가스공급장치(700) 및 전원공급장치(800)를 포함할 수 있다.
원자로용기(100)는 핵연료와 핵연료를 녹이기 위한 용융염을 수용할 수 있다. 이러한 원자로용기(100)는 드레인탱크(200) 및 밸브유닛(500)보다 상측에 배치될 수 있다. 또한, 원자로용기(100)는 용융염 원자로(1) 사고 시, 용융염을 토출하거나, 드레인탱크(200)로부터 토출된 융용염을 수용하도록 구성될 수 있다.
드레인탱크(200)는 원자로용기(100)로부터 토출된 용융염을 수용할 수 있다. 다시 말해, 드레인탱크(200)는 용융염 원자로(1) 사고 발생 시, 원자로용기(100)에서 토출되는 용융염을 수용할 수 있다. 예를 들어, 드레인탱크(200)는 원자로용기(100)보다 하측에 배치될 수 있다. 또한, 드레인탱크(200)는 수용된 용융염을 원자로용기(100)로 토출할 수 있다. 이러한 드레인탱크(200)는 고체화된 용융염을 녹이기 위한 별도의 히터장치(미도시)를 구비할 수 있다.
원자로유로(300)는 원자로용기(100)와 밸브유닛(500)에 연결되어 원자로유로(300) 또는 밸브유닛(500)의 후술할 용융염통로(511)로부터 토출된 용융염이 유동되는 통로를 제공할 수 있다. 이러한 원자로유로(300)에 의해, 원자로용기(100)로부터 토출된 용융염은 용융염통로(511)를 향해 유동되고, 용융염통로(511)로부터 토출된 용융염은 원자로용기(100)를 향해 유동될 수 있다. 예를 들어, 원자로유로(300)는 상하 방향으로 연장될 수 있다.
드레인유로(400)는 드레인탱크(200)와 밸브유닛(500)에 연결되어 드레인탱크(200) 또는 용융염통로(511)로부터 토출된 용융염이 유동되는 통로를 제공할 수 있다. 이러한 드레인유로(400)에 의해, 드레인탱크(200)로부터 토출된 용융염은 용융염통로(511)를 향해 유동되고, 용융염통로(511)로부터 토출된 용융염은 드레인탱크(200)를 향해 유동될 수 있다. 예를 들어, 드레인유로(400)는 상하 방향으로 연장될 수 있다.
밸브유닛(500)은 원자로용기(100)와 드레인탱크(200) 사이에 배치되고 원자로용기(100)와 드레인탱크(200)를 연통시키거나 차단하도록 구성될 수 있다. 이러한 밸브유닛(500)은 볼플러그(510), 커버(520), 실링부(530), 히터(540) 및 회전부(550)를 포함할 수 있다.
볼플러그(510)는 개폐유닛(600)에 의해 회전축(Ax)을 중심으로 회전될 수 있다. 예를 들어, 볼플러그(510)는 구형 형상을 가질 수 있다. 회전축(Ax)은 원자로유로(300) 또는 드레인유로(400)에 수직한 방향으로 연장될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 볼플러그(510)에는 원자로용기(100) 또는 드레인탱크(200)로부터 토출된 용융염이 유동되는 통로인 용융염통로(511)가 형성될 수 있다. 이러한 용융염통로(511)는 볼플러그(510)가 회전축(Ax)을 중심으로 회전되면, 원자로용기(100)와 드레인탱크(200)에 연통되거나, 원자로용기(100)와 드레인탱크(200)를 차단할 수 있다. 다시 말해, 용융염통로(511)는 볼플러그(510)에 의해 원자로유로(300) 및 드레인유로(400)에 연통되거나, 원자로유로(300)와 드레인유로(400)를 차단할 수 있다. 이러한 용융염통로(311)는 회전축(Ax)에 수직한 방향으로 형성될 수 있다. 용융염통로(311)가 원자로용기(100)와 드레인탱크(200)에 연통되면, 용융염은 원자로용기(100)로부터 토출되어 드레인탱크(200)로 유동되거나, 드레인탱크(200)로부터 토출되어 원자로용기(100)로 유동될 수 있다. 예를 들어, 용융염통로(511)가 원자로용기(100)와 드레인탱크(200)에 연통되면 상하 방향으로 배향될 수 있고, 용융염통로(511)가 원자로용기(100)와 드레인탱크(200)에 차단되면, 원자로유로(300) 또는 드레인유로(400)에 수직한 수평 방향으로 배향될 수 있다.
한편, 볼플러그(510)는 원자로유로(300)로부터 토출된 용융염의 열에 의해, 후술할 제1 피스톤(611)이 제1 기체수용공간(610b)이 감소되도록 이동되면 용융염통로(511)가 원자로용기(100) 및 드레인탱크(200)에 연통되도록 회전축(Ax)을 중심으로 일 방향(도 2에서 시계방향)으로 회전될 수 있다. 또한, 볼플러그(510)는 용융염통로(511)로부터 토출되어 원자로용기(100)에서 유동되는 용융염의 열에 의해, 제1 피스톤(611)이 이동되면 용융염통로(511)가 원자로유로(300) 및 드레인유로(400)에 차단되도록 일 방향으로 회전될 수 있다.
또한, 볼플러그(510)는 드레인탱크(200)로부터 토출되어 드레인유로(400)에서 유동되는 용융염의 열에 의해, 후술할 제2 피스톤(631)이 이동되면 용융염통로(511)가 원자로용기(100) 및 드레인탱크(200)에 연통되도록 회전축(Ax)을 중심으로 타 방향(도 2에서 반시계방향)으로 회전될 수 있다. 또한, 볼플러그(510)는 용융염통로(511)로부터 토출되어 드레인유로(400)에서 유동되는 용융염의 열에 의해, 제2 피스톤(631)이 이동되면 용융염통로(511)가 원자로유로(300) 및 드레인탱크(200)로부터 차단되도록 타 방향으로 회전될 수 있다.
커버(520)는 볼플러그(510)를 커버하도록 구성될 수 있다. 커버(520)는 상측에서 보았을 때, 볼플러그(510)로부터 이격되어 배치되고, 볼플러그(510)의 적어도 일부를 둘러싸도록 연장될 수 있다. 다시 말해, 커버(520)는 볼플러그(510)에 대하여 소정의 갭(S)을 가지도록 형성될 수 있다. 이러한 갭(S)에는 후술할 가스가 수용될 수 있다. 또한, 커버(520)의 일측은 원자로유로(300)와 연결되고, 일측의 반대편인 타측은 드레인유로(400)와 연결될 수 있다.
실링부(530)는 커버(520)와 볼플러그(510) 사이에 배치되어 용융염이 커버(520)와 볼플러그(510) 사이로 유동되는 것을 차단할 수 있다. 또한, 실링부(530)는 커버(520)와 볼플러그(510) 사이에 배치되어 볼플러그(510)가 회전 가능하게 볼플러그(510)를 지지할 수 있다. 이러한 실링부(530)에 의해 커버(520)와 볼플러그(510) 사이에 갭(S)이 형성될 수 있다.
히터(540)는 커버(520)를 가열하는 역할을 한다. 히터(540)는 볼플러그(510)와 커버(520) 사이에 위치한 고체화된 용융염의 의해 볼플러그(510)의 회전이 불가능할 경우, 동작될 수 있다. 다시 말해, 히터(540)의 열은 커버(520)를 통해 고체화된 용융염에 전달되어 고체화된 용융염을 액체화할 수 있다. 예를 들어, 히터(540)는 커버(520)의 외면을 둘러싸는 전기선을 포함할 수 있다. 히터(540)는 전원공급장치(800)로부터 전원을 인가 받거나 별도의 전원으로부터 전원을 인가 받을 수 있다.
회전부(550)는 볼플러그(510)에 연결되고, 개폐유닛(600)에 의해 회전축(Ax)을 중심으로 회전되어 볼플러그(510)를 회전시킬 수 있다. 회전부(550)는 갭(S) 상에 배치되도록 볼플러그(510)와 커버(520) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 회전부(550)는 볼축(551), 제1 기어(552) 및 제2 기어(553)를 포함할 수 있다.
볼축(551)은 볼플러그(510)로부터 회전축(Ax) 방향으로 연장되어 볼플러그(510)와 함께 회전축(Ax)을 중심으로 회전될 수 있다. 또한, 볼축(551)은 복수 개로 형성될 수 있으며, 복수 개의 볼축(551)은 볼플러그(510)로부터 서로 이격되는 방향으로 연장될 수 있다.
제1 기어(552)는 볼축(551)에 구비되어 개폐유닛(600)의 후술할 제1 맞물림부(620)와 맞물려 제1 맞물림부(620)의 이동에 의해 회전되어 볼축(551)을 회전시킬 수 있다. 이러한 제1 기어(552)에 의해 볼축(551)이 회전되면 볼플러그(510)가 회전될 수 있다. 또한, 제1 기어(552)는 복수 개의 볼축(551) 중 어느 하나에만 구비되거나 복수 개의 볼축(551)에 모두 구비될 수 있다.
제2 기어(553)는 볼축(551)에 구비되어 개폐유닛(600)의 후술할 제2 맞물림부(640)와 맞물릴 수 있다. 또한, 제2 기어(553)는 제2 맞물림부(640)의 이동에 의해 회전되어 볼축(551)을 회전시킬 수 있다. 이러한 제2 기어(553)에 의해 볼축(551)이 회전되면 볼플러그(510)가 회전될 수 있다. 또한, 제2 기어(553)는 복수 개의 볼축(551) 중 다른 하나에만 구비되거나 복수 개의 볼축(551)에 모두 구비될 수 있다. 또한, 제2 기어(553)와 제1 기어(552)가 복수 개의 볼축(551)에 모두 구비될 경우, 제2 기어(553)와 볼플러그(510) 사이에 제1 기어(552)가 구비될 수 있다. 제2 기어(553)의 기어치의 개수는 제1 기어(552)의 기어치의 개수보다 작을 수 있다. 다시 말해, 제2 기어(553)는 제1 기어(552)보다 더 작게 형성될 수 있다.
개폐유닛(600)은 원자로유로(300)와 드레인탱크(200)가 연통되도록 원자로용기(100) 및 드레인탱크(200) 중 어느 하나에서 토출된 용융염의 열을 기초로 볼플러그(510)를 회전시킬 수 있다. 이러한 개폐유닛(600)은 제1 실린더부(610), 제1 맞물림부(620), 제2 실린더부(630), 제2 맞물림부(640) 및 연결유로(650)를 포함할 수 있다.
제1 실린더부(610)는 유체를 수용하는 제1 유체수용공간(610a)과 기체를 수용하는 제1 기체수용공간(610b)을 제공할 수 있다. 제1 유체수용공간(610a)은 제1 기체수용공간(610b)보다 밸브유닛(500)으로부터 더 이격된 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 유체수용공간(610a)은 제1 기체수용공간(610b)보다 상측에 배치될 수 있다. 제1 실린더부(610)의 유체는 제1 유체수용공간(610a)에 수용되되, 제1 유체수용공간(610a)에 소정의 가스 층이 형성되도록 수용될 수 있다. 또한, 제1 실린더부(610)의 유체는 원자로유로(300)에서 유동되는 용융염의 열에 의해 기화될 수 있으므로, 제1 유체수용공간(610a)의 압력이 증가될 수 있다. 제1 실린더부(610)는 제1 유체수용공간(610a)의 압력이 증가되면, 제1 맞물림부(620)를 이동시킬 수 있다. 이러한 제1 실린더부(610)는 제1 피스톤(611) 및 제1 실린더몸체(612)를 포함할 수 있다.
제1 피스톤(611)은 제1 실린더몸체(612) 내측에 원자로유로(300)의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 배치되어 제1 실린더몸체(612)의 내측 공간을 제1 유체수용공간(610a)과 제1 기체수용공간(610b)으로 구획할 수 있다. 제1 피스톤(611)은 제1 실린더몸체(612)의 내측에 배치되면서 원자로유로(300)를 둘러싸도록 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 피스톤(611)은 상하 방향으로 이동될 수 있다. 또한, 제1 피스톤(611)은 제1 유체수용공간(610a)의 압력이 증가되면, 제1 기체수용공간(610b)이 감소되도록 이동될 수 있다. 예를 들어, 제1 피스톤(611)은 제1 유체수용공간(610a)의 압력이 증가되면 하방으로 이동될 수 있다. 또한, 제1 피스톤(611)은 제1 유체수용공간(610a)의 압력이 감소되거나, 제1 기체수용공간(610b)에 기체가 유입되면, 제1 기체수용공간(610b)이 증가되도록 이동될 수 있다. 예를 들어, 제1 피스톤(611)은 제1 유체수용공간(610a)의 압력이 감소되거나, 제1 기체수용공간(610b)에 기체가 유입되면, 상방으로 이동될 수 있다.
또한, 제1 피스톤(611)은 제1 유체수용공간(610a)의 압력과 제2 유체수용공간(630a)의 압력이 평형일 때, 이동이 정지될 수 있다. 다시 말해, 제2 피스톤(631)은 제1 유체수용공간(610a)의 압력과 제2 유체수용공간(630a)의 압력이 평형을 이루기 전이나, 압력 평형이 해제되면 이동될 수 있다.
제1 실린더몸체(612)는 내측에 제1 기체수용공간(610b) 및 제1 유체수용공간(610a)이 형성되도록 제1 피스톤(611)을 수용할 수 있다. 이러한 제1 실린더몸체(612)는 제1 실린더부(610)의 외관을 형성하는 하우징일 수 있다. 또한, 제1 실린더몸체(612)는 내측에 용융염의 열이 전달되도록 원자로유로(300)의 외면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 실린더몸체(612)는 원자로유로(300)의 외면을 둘러싸도록 형성될 수 있다.
제1 맞물림부(620)는 제1 피스톤(611)으로부터 연장되어 회전부(550)에 맞물릴 수 있다. 다시 말해, 제1 맞물림부(620)는 제1 기어(552)와 맞물릴 수 있다. 또한, 제1 맞물림부(620)는 제1 피스톤(611)이 이동되면 회전부(550)를 회전시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 맞물림부(620)는 랙기어일 수 있다. 제1 맞물림부(620)는 회전부(550)와 맞물리도록 제1 실린더몸체(612)와 커버(520)를 관통할 수 있다. 이러한 제1 맞물림부(620)에 의해, 볼플러그(510)는 제1 피스톤(611)이 제1 기체수용공간(610b)이 감소되도록 이동되면, 일 방향으로 회전될 수 있다. 또한, 제2 맞물림부(640)에 의해, 볼플러그(510)는 제1 피스톤(611)이 제1 기체수용공간(610b)이 증가되도록 이동되면, 일 방향의 반대 방향인 타 방향으로 회전될 수 있다.
제2 실린더부(630)는 유체를 수용하는 제2 유체수용공간(630a)과 기체를 수용하는 제2 기체수용공간(630b)을 제공할 수 있다. 제2 유체수용공간(630a)은 제2 기체수용공간(630b)보다 커버(520)에 더 근접하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 유체수용공간(630a)은 제2 기체수용공간(630b)보다 상측에 배치될 수 있다. 제2 실린더부(630)의 유체는 제2 유체수용공간(630a)에 수용되되, 제2 유체수용공간(630a)에 소정의 가스 층이 형성되도록 수용될 수 있다. 또한, 제2 실린더부(630)의 유체는 드레인유로(400)에서 유동되는 용융염의 열에 의해 기화될 수 있으므로, 제2 기체수용공간(630b)의 압력이 증가될 수 있다. 제2 실린더부(630)는 제2 기체수용공간(630b)의 압력이 증가되면, 제2 맞물림부(640)를 이동시킬 수 있다. 이러한 제2 실린더부(630)는 제2 피스톤(631) 및 제2 실린더몸체(632)를 포함할 수 있다.
제2 피스톤(631)은 제2 실린더몸체(632) 내측에 드레인유로(400)의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 배치되어 제2 실린더몸체(632)의 내측 공간을 제2 유체수용공간(630a) 및 제2 기체수용공간(630b)으로 구획할 수 있다. 제2 피스톤(631)은 제2 실린더몸체(632)의 내측에 배치되면서 드레인유로(400)를 둘러싸도록 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제2 피스톤(631)은 상하 방향으로 이동될 수 있다. 또한, 제2 피스톤(631)은 제2 유체수용공간(630a)의 압력이 증가되면, 제2 기체수용공간(630b)이 감소되도록 이동될 수 있다. 예를 들어, 제2 피스톤(631)은 제2 유체수용공간(630a)의 압력이 증가되면 하방으로 이동될 수 있다. 또한, 제2 피스톤(631)은 제2 유체수용공간(630a)의 압력이 감소되거나, 제2 기체수용공간(630b)에 기체가 유입되면, 제2 기체수용공간(630b)이 증가되도록 이동될 수 있다. 예를 들어, 제2 피스톤(631)은 제2 유체수용공간(630a)의 압력이 감소되거나 제2 기체수용공간(630b)에 기체가 유입되면 상방으로 이동될 수 있다.
또한, 제2 피스톤(631)은 제1 유체수용공간(610a)의 압력과 제2 유체수용공간(630a)의 압력이 평형일 때, 이동이 정지될 수 있다. 다시 말해, 제2 피스톤(631)은 제1 유체수용공간(610a)의 압력과 제2 유체수용공간(630a)의 압력이 평형을 이루기 전이나, 압력 평형이 해제되면 이동될 수 있다.
제2 실린더몸체(632)는 내측에 제2 유체수용공간(630a) 및 제2 기체수용공간(630b)이 형성되도록 제2 피스톤(631)을 수용할 수 있다. 이러한 제2 실린더몸체(632)는 제2 실린더부(630)의 외관을 형성하는 하우징일 수 있다. 또한, 제2 실린더몸체(632)는 내측에 용융염의 열이 전달되도록 드레인유로(400)의 외면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 실린더몸체(632)는 드레인유로(400)의 외면을 둘러싸도록 형성될 수 있다.
제2 맞물림부(640)는 제2 피스톤(631)으로부터 연장되어 회전부(550)에 맞물릴 수 있다. 다시 말해, 제2 맞물림부(640)는 제2 기어(553)와 맞물릴 수 있다. 또한, 제2 맞물림부(640)는 제2 피스톤(631)이 이동되면 회전부(550)를 회전시킬 수 있다. 예를 들어, 제2 맞물림부(640)는 랙기어일 수 있다. 제2 맞물림부(640)는 회전부(550)와 맞물리도록 제2 실린더몸체(632)와 커버(520)를 관통할 수 있다. 이러한 제2 맞물림부(640)에 의해, 볼플러그(510)는 제2 피스톤(631)이 제2 기체수용공간(630b)이 감소되도록 이동되면, 타 방향으로 회전될 수 있다. 또한, 제2 맞물림부(640)에 의해 볼플러그(510)는 제2 피스톤(631)이 제2 기체수용공간(630b)이 증가되도록 이동되면 일 방향으로 회전될 수 있다.
연결유로(650)는 제1 기체수용공간(610b)과 제2 기체수용공간(630b)과 연통되도록 제1 실린더부(610)와 제2 실린더부(630)에 연결되고 기체가 유동되는 통로를 제공할 수 있다. 이러한 연결유로(650)에 의해 제1 기체수용공간(610b)의 기체는 제1 피스톤(611)에 의해 제1 기체수용공간(610b)이 감소되면, 연결유로(650)를 통해 제2 기체수용공간(630b)으로 유동될 수 있다. 또한, 연결유로(650)에 의해 제2 기체수용공간(630b)의 기체는 제2 피스톤(631)에 의해 제2 기체수용공간(630b)이 감소되면, 제1 기체수용공간(610b)으로 유동될 수 있다.
이러한 연결유로(650)에 의해, 기체가 제1 기체수용공간(610b) 또는 제2 기체수용공간(630b)으로 유동되면서, 제1 유체수용공간(610a)의 압력과 제2 유체수용공간(630a)의 압력이 평형을 이룰 수 있다. 또한 기체의 유동에 의해 제1 유체수용공간(610a)의 제2 유체수용공간(630a)의 압력이 평형일 때, 제1 피스톤(611)과 제2 피스톤(631)의 이동이 정지되어 볼플러그(510)가 고정될 수 있다. 다시 말해, 압력의 평형에 의해 제1 피스톤(611)과 제2 피스톤(631)의 이동이 정지됨으로써 볼플러그(510)는, 자유 회전하는 것이 방지될 수 있다.
가스공급장치(700) 커버(520)와 볼플러그(510) 사이의 갭(S)으로 가스를 공급할 수 있다. 예를 들어, 가스는 헬륨가스 등을 포함할 수 있다. 이러한 가스는 갭(S)을 가압하여 갭(S) 내부로 용융염이 유입되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 가스는 볼플러그(510)를 냉각할 수 있고, 볼플러그(510)가 회전할 경우, 가스베어링 역할을 할 수 있다. 이러한 가스공급장치(700)는 가스탱크(710), 공급유로(720) 및 배출유로(730)를 포함할 수 있다.
가스탱크(710)는 가스를 수용할 수 있다. 또한, 가스탱크(710)는 공급유로(720)로 가스를 토출할 수 있다.
공급유로(720)는 가스탱크(710)로부터 토출된 가스가 유동되는 유로를 제공할 수 있다. 이러한 공급유로(720)는 가스탱크(710)와 커버(520)에 연결되고, 커버(520)와 볼플러그(510) 사이의 갭(S)과 연통될 수 있다. 공급유로(720)에서 유동되는 가스는 커버(520)와 볼플러그(510) 사이의 갭(S)을 향해 유동될 수 있다.
배출유로(730)는 커버(520)와 볼플러그(510) 사이의 갭(S)에서 토출된 가스가 유동되는 통로를 제공할 수 있다. 배출유로(730)는 커버(520)와 볼플러그(510) 사이의 갭(S)과 연통될 수 있다. 이러한 배출유로(730)에 의해 가스는 외부로 배출될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 배출유로(730)는 가스탱크(710)에 연결되어 갭(S)에서 토출된 가스를 가스탱크(710)로 안내할 수도 있다.
전원공급장치(800)는 히터(540)에 전원을 공급할 수 있다. 이러한 전원공급장치(800)에 의해 히터(540)는 열을 발생시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 용융염 원자로(1)의 작용 및 효과에 대해 설명한다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 용융염 원자로(1)에 사고가 발생되면, 원자로용기(100)는 용융염을 원자로유로(300)로 토출할 수 있다. 원자로유로(300)에 원자로용기(100)로부터 토출된 용융염이 유동되면, 용융염의 열에 의해, 제1 실린더부(610)의 유체가 기화되어 제1 유체수용공간(610a)의 압력이 증가되고, 제1 피스톤(611)이 제1 기체수용공간(610b)이 감소되도록 이동될 수 있다. 이러한 제1 피스톤(611)의 이동에 의해, 제1 기체수용공간(610b)의 기체는 연결유로(650)를 통해 제2 기체수용공간(630b)으로 유동되어 제2 유체수용공간(630a)이 감소되도록 제2 피스톤(631)을 이동시킬 수 있다. 이러한 제1 피스톤(611) 및 제2 피스톤(631) 중 하나 이상의 이동에 의해, 회전부(550) 및 볼플러그(510)가 일 방향으로 회전될 수 있다.
이후, 제1 유체수용공간(610a)의 압력과 제2 유체수용공간(630a)의 압력이 평형이 되어 제1 피스톤(611)의 이동이 정지되면, 볼플러그(510)는 용융염통로(511)가 원자로유로(300) 및 드레인유로(400)에 연통되는 상태로 정지될 수 있다. 이러한 용융염통로(511)를 통해 원자로유로(300)에서 유동되는 용융염은 용융염통로(511)를 통해 드레인유로(400)로 유동될 수 있다.
이후, 원자로용기(100)로부터 용융염의 토출이 종료되고, 압력 평형이 해제되면, 드레인유로(400)에서 드레인탱크(200) 방향으로 유동되는 용융염의 열에 의해 제2 유체수용공간(630a)의 압력이 증가될 수 있다. 제2 피스톤(631)은 제2 유체수용공간(630a)의 압력에 의해, 제2 기체수용공간(630b)이 감소되도록 이동될 수 있다. 이러한 제2 피스톤(631)의 이동에 의해, 제2 기체수용공간(630b)의 기체는 연결유로(650)를 통해 제1 기체수용공간(610b)으로 이동되어 제1 피스톤(611)을 제1 유체수용공간(610a)이 감소되도록 이동시킬 수 있다. 이러한 제2 피스톤(631) 및 제1 피스톤(611) 중 하나 이상의 이동에 의해, 회전부(550)와 볼플러그(510)는 타 방향으로 회전되어 용융염통로(511)가 원자로유로(300)와 드레인유로(400)에 차단될 수 있다.
이후, 드레인유로(400)에서 유동되는 용융염이 드레인탱크(200)에 수용되고, 제1 유체수용공간(610a)의 압력과 제2 유체수용공간(630a)의 압력이 평형되면, 제1 피스톤(611)과 제2 피스톤(631)의 이동이 정지되어 용융염통로(511)가 원자로유로(300) 및 드레인유로(400)에 차단된 상태로 볼플러그(510)가 정지될 수 있다. 이러한 용융염통로(511)는 원자로유로(300) 또는 드레인유로(400)가 연장되는 방향에 수직한 방향으로 배치될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 6 내지 도 8을 참조하면, 용융염 원자로(1)에 사고가 종료되거나, 원자로용기(100)에 용융염을 수용하기 위해, 드레인탱크(200)는 용융염을 드레인유로(400)로 토출할 수 있다. 드레인유로(400)에 드레인유로(400)로부터 토출된 용융염이 유동되면, 용융염의 열에 의해 제2 실린더부(630)의 유체가 기화되어 제2 유체수용공간(630a)의 압력이 증가되고, 제2 피스톤(631)이 제2 기체수용공간(630b)이 감소되도록 이동될 수 있다. 이러한 제2 피스톤(631)의 이동에 의해, 제2 기체수용공간(630b)의 기체는 연결유로(650)를 통해 제1 기체수용공간(610b)으로 유동되어 제1 유체수용공간(610a)이 감소되도록 제1 피스톤(611)을 이동시킬 수 있다. 이러한 제1 피스톤(611) 및 제2 피스톤(631) 중 하나 이상의 이동에 의해, 회전부(550) 및 볼플러그(510)가 타 방향으로 회전될 수 있다.
이후, 제1 유체수용공간(610a)의 압력과 제2 유체수용공간(630a)의 압력이 평형이 되어 제2 피스톤(631)의 이동이 정지되면, 볼플러그(510)는 용융염통로(511)가 원자로유로(300) 및 드레인유로(400)에 연통되는 상태로 정지될 수 있다. 이러한 용융염통로(511)를 통해 드레인유로(400)에서 유동되는 용융염은 용융염통로(511)를 통해 원자로유로(300)로 유동될 수 있다.
이후, 드레인유로(400)로부터 용융염의 토출이 종료되고 압력 평형이 해제되면, 원자로유로(300)에서 원자로용기(100) 방향으로 유동되는 용융염의 열에 의해 제1 유체수용공간(610a)의 압력이 증가될 수 있다. 제1 피스톤(611)은 제1 유체수용공간(610a)의 압력에 의해, 제1 기체수용공간(610b)이 감소되도록 이동될 수 있다. 이러한 제1 피스톤(611)의 이동에 의해 제1 기체수용공간(610b)의 기체는 연결유로(650)를 통해 제2 기체수용공간(630b)으로 이동되어 제2 피스톤(631)을 제2 유체수용공간(630a)이 감소되도록 이동시킬 수 있다. 이러한 제1 피스톤(611) 및 제2 피스톤(631) 중 하나 이상의 이동에 의해, 회전부(550)와 볼플러그(510)는 일 방향으로 회전되어 용융염통로(511)가 원자로유로(300)와 드레인유로(400)에 차단될 수 있다.
이후, 원자로유로(300)에서 유동되는 용융염이 원자로용기(100)에 수용되고 제1 유체수용공간(610a)의 압력과 제2 유체수용공간(630a)의 압력이 평형이 되면, 제1 피스톤(611)과 제2 피스톤(631)의 이동이 정지되어 용융염통로(511)가 원자로유로(300) 및 드레인유로(400)에 차단된 상태로 볼플러그(510)가 정지될 수 있다. 이러한 용융염통로(511)는 원자로유로(300) 또는 드레인유로(400)가 연장되는 방향에 수직한 방향으로 배치될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 용융염 원자로(1)에 사고가 발생되어 원자로용기(100)로부터 용융염을 토출하거나 드레인탱크(200)의 용융염을 원자로용기(100)에 수용할 때, 용융염의 열에 의해, 피동으로 볼플러그(510)가 회전되어 원자로용기(100)와 드레인탱크(200)가 연통될 수 있다. 다시 말해, 용융염은 지연 없이 원자로용기(100)로부터 토출되거나 수용될 수 있으므로, 용융염 원자로(1)의 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한, 볼플러그(510)는 종래의 냉각가스 등의 공급라인을 배제할 수 있으므로 비용이 감소될 수 있다.
또한, 볼플러그(510)가 고체화된 용융염에 의해 회전이 불가능하더라도 히터(370)가 고체화된 용융염을 액체화할 수 있으므로, 볼플러그(510)가 효율적으로 회전될 수 있다.
이상 본 발명의 실시예들을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기술적 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
1: 용융염 원자로 100: 원자로용기
200: 드레인탱크 300: 원자로유로
400: 드레인유로 500: 밸브유닛
510: 볼플러그 511: 용융염통로
520: 커버 530: 실링부
540: 히터 550: 회전부
551: 볼축 552: 제1 기어
553: 제2 기어 600: 개폐유닛
610: 제1 실린더부 610a: 제1 유체수용공간
610b: 제1 기체수용공간 611: 제1 피스톤
612: 제1 실린더몸체 620: 제1 맞물림부
630: 제2 실린더부 630a: 제2 유체수용공간
630b: 제2 기체수용공간 631: 제2 피스톤
632: 제2 실린더몸체 640: 제2 맞물림부
650: 연결유로 700: 가스공급장치
710: 가스탱크 720: 공급유로
730: 배출유로 800: 전원공급장치

Claims (12)

  1. 핵연료를 녹이기 위한 용융염을 수용하는 원자로용기;
    상기 원자로용기로부터 토출된 상기 용융염을 수용하거나 수용된 상기 용융염을 상기 원자로용기로 토출하기 위한 드레인탱크; 및
    상기 원자로 용기와 상기 드레인탱크 사이에 배치되어, 회전축을 중심으로 회전되는 볼플러그를 포함하는 밸브유닛; 및
    상기 원자로용기와 상기 드레인탱크가 연통되도록 상기 원자로용기 및 상기 드레인탱크 중 어느 하나에서 토출된 상기 용융염의 열에 의해 상기 볼플러그를 회전시키도록 구성되는 개폐유닛을 포함하고,
    상기 볼플러그에는,
    상기 볼플러그가 회전되면, 상기 원자로용기 및 상기 드레인탱크에 선택적으로 연통되어, 상기 원자로용기로 또는 상기 드레인탱크로부터 토출된 상기 용융염가 유동되는 용융염통로가 형성되고,
    상기 밸브유닛은,
    상측에서 보았을 때, 상기 볼플러그에 대하여 소정의 갭을 가지도록 상기 볼플러그의 적어도 일부를 둘러싸도록 연장되는 커버를 더 포함하고,
    상기 커버와 상기 볼플러그 사이의 상기 갭으로 가스를 공급하기 위한 가스공급장치를 더 포함하는,
    피동유동 밸브가 구비된 용융염 원자로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브유닛은,
    상기 커버와 상기 볼플러그 사이의 갭으로 상기 용융염이 유동되는 것을 차단하기 위해 상기 커버와 상기 볼플러그 사이에 배치되는 더 실링부를 포함하는,
    피동유동 밸브가 구비된 용융염 원자로.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 커버와 상기 원자로용기에 연결되어 상기 원자로용기로부터 토출되거나 상기 용융염통로로부터 토출된 상기 용융염이 유동되는 통로를 제공하는 원자로유로를 더 포함하고,
    상기 밸브유닛은,
    상기 볼플러그에 연결되고, 상기 개폐유닛에 의해, 상기 회전축을 중심으로 회전되어 상기 볼플러그를 회전시키기 위한 회전부를 더 포함하고,
    상기 개폐유닛은,
    유체가 수용되는 제1 유체수용공간과 기체가 수용되는 제1 기체수용공간을 구획하고, 상기 원자로유로의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 형성된 제1 피스톤을 포함하는 제1 실린더부; 및
    상기 제1 피스톤으로부터 연장되어 상기 회전부에 맞물리는 제1 맞물림부를 포함하고,
    상기 제1 피스톤은,
    상기 원자로유로에서 유동되는 상기 용융염의 열에 의해, 상기 제1 유체수용공간의 압력의 증가되면, 상기 제1 기체수용공간이 감소되도록 이동되는,
    피동유동 밸브가 구비된 용융염 원자로.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 볼플러그는,
    상기 제1 피스톤이 상기 기체수용공간이 감소되도록 이동되어 상기 제1 맞물림부에 의해 상기 회전부가 회전되면, 상기 회전축을 중심으로 일 방향으로 회전되는,
    피동유동 밸브가 구비된 용융염 원자로.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 볼플러그는,
    상기 원자로용기로부터 상기 용융염이 토출될 때, 상기 용융염의 열에 의해, 상기 제1 피스톤이 상기 제1 기체수용공간이 감소되도록 이동되면, 상기 용융염통로가 상기 원자로용기 및 상기 드레인탱크에 연통되도록 상기 일 방향으로 회전되는,
    상기 용융염통로로부터 상기 용융염이 토출될 때, 상기 원자로용기에서 유동되는 용융염의 열에 의해, 상기 제1 피스톤이 이동되면 상기 용융염통로가 원자로유로 및 드레인탱크에 차단되도록 상기 일 방향으로 회전되는,
    피동유동 밸브가 구비된 용융염 원자로.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 커버와 상기 드레인탱크에 연결되어 상기 드레인탱크로부터 토출되거나 상기 용융염통로로부터 토출된 상기 용융염이 유동되는 통로를 제공하는 드레인유로를 더 포함하고,
    상기 개폐유닛은,
    유체가 수용되는 제2 유체수용공간과 기체가 수용되는 제2 기체수용공간을 구획하고, 상기 드레인유로의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 형성된 제2 피스톤이 구비되는 제2 실린더부; 및
    상기 제2 피스톤으로부터 연장되어 상기 회전부에 맞물리는 제2 맞물림부를 포함하고,
    상기 제1 피스톤은,
    상기 드레인유로에서 유동되는 상기 용융염의 열에 의해, 상기 제2 유체수용공간의 압력의 증가되면, 상기 제2 기체수용공간이 감소되도록 이동되는,
    피동유동 밸브가 구비된 용융염 원자로.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 볼플러그는,
    상기 제2 피스톤이 상기 제2 기체수용공간이 감소되도록 이동되어 상기 제2 맞물림부에 의해 상기 회전부가 회전되면, 상기 회전축을 중심으로 상기 일 방향의 반대 방향인 타 방향으로 회전되는,
    피동유동 밸브가 구비된 용융염 원자로.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 볼플러그는,
    상기 드레인탱크로부터 토출되어 상기 드레인유로에서 유동되는 상기 용융염의 열에 의해, 상기 제2 피스톤이 이동되면 상기 용융염통로가 상기 원자로용기 및 상기 드레인탱크에 연통되도록 상기 타 방향으로 회전되고,
    상기 용융염통로로부터 토출되어 상기 드레인유로에서 유동되는 용융염의 열에 의해, 상기 제2 피스톤이 이동되면 상기 용융염통로가 원자로유로 및 드레인탱크로부터 차단되도록 상기 타 방향으로 회전되는,
    피동유동 밸브가 구비된 용융염 원자로.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 개폐유닛은
    상기 제1 기체수용공간과 상기 제2 기체수용공간에 연통되어 상기 기체가 유동되는 유로를 제공하는 연결유로를 더 포함하고,
    상기 제1 기체수용공간의 기체는,
    상기 제1 피스톤에 의해 상기 제1 기체수용공간이 감소되면, 상기 연결유로를 통해 상기 제2 기체수용공간으로 유동되고
    상기 제2 기체수용공간의 기체는,
    상기 제2 피스톤에 의해 상기 제2 기체수용공간이 감소되면, 상기 연결유로를 통해 상기 제1 기체수용공간으로 유동되는,
    피동유동 밸브가 구비된 용융염 원자로.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 피스톤과 상기 제2 피스톤의 이동은
    상기 제1 유체수용공간의 압력과 상기 제2 유체수용공간의 압력이 평형일 때, 정지되고,
    상기 볼플러그는, 상기 압력의 평형에 의해 상기 제1 피스톤과 상기 제2 피스톤의 이동이 정지됨으로써 자유 회전하는 것이 방지되는,
    피동유동 밸브가 구비된 용융염 원자로.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 회전부는,
    볼플러그로부터 상기 회전축 방향으로 돌출되어 상기 볼플러그와 함께 회전되는 볼축;
    상기 볼축에 구비되고, 상기 제1 맞물림부와 맞물려 상기 제1 맞물림부의 이동에 의해 회전되어 상기 볼축을 회전시키는 제1 기어; 및
    상기 볼축에 구비되고, 상기 제2 맞물림부와 맞물려 상기 제2 맞물림부의 이동에 의해 회전되어 상기 볼축을 회전시키는 제2 기어를 포함하는
    피동유동 밸브가 구비된 용융염 원자로.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 실린더부는,
    상기 제1 기체수용공간 및 상기 제1 유체수용공간이 내측에 형성되도록 상기 제1 피스톤을 수용하고, 상기 원자로유로의 외면에 배치되는 제1 실린더몸체를 더 포함하고,
    상기 제2 실린더부는,
    상기 제1 기체수용공간 및 상기 제1 유체수용공간이 내측에 형성되도록 상기 제2 피스톤을 수용하고, 상기 드레인탱크의 외면에 배치되는 제2 실리더몸체를 더 포함하는,
    피동유동 밸브가 구비된 용융염 원자로.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101986456B1 (ko) * 2018-07-17 2019-06-05 한국수력원자력 주식회사 배관 차단장치
KR20220037239A (ko) * 2020-09-17 2022-03-24 삼성중공업 주식회사 용융염 원자로 장치

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