KR20220037182A - 용융염 원자로 장치 - Google Patents

용융염 원자로 장치 Download PDF

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Abstract

원자로 장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 원자로 장치는, 선박 또는 해양 구조물에 설치되는 용융염 원자로 장치로서, 용융염을 사용하는 원자로, 원자로의 아래에 배치되며 원자로에서 배출되는 용융염이 저장되는 저장탱크, 저장탱크의 아래에 배치되며 냉각수가 수용되는 냉각 수조 및 저장탱크를 지지하며 저장탱크의 하중에 따라 저장탱크를 지지하는 지지점이 상하로 이동되는 지지부를 포함하고, 저장탱크에 용융염이 채워져 하중이 증가되면 지지부의 지지점이 하부로 이동되고, 저장탱크는 하강하여 냉각 수조의 냉각수와 접하게 될 수 있다.

Description

용융염 원자로 장치{Molten Salt Reactor}
본 발명은 용융염 원자로 장치에 관한 것이다.
용융염 원자로(Molten Salt Reactor, MSR)는 용융염을 냉각재 및/또는 연료로 사용하는 원자로로서, 용융염의 낮은 증기압으로 인해 안정성이 높으며, 고열을 뽑아낼 수 있어 높은 열효율을 가지는 장점이 있다. 용융염 원자로에서 사용되는 핵연료는 고체 연료봉을 쓰거나 아님 연료를 녹여 냉각제에다가 집어넣는데, 이렇게 함으로써 연료 집합체가 없어져 원자로 구조의 간소화, 연소도의 균일화하는 장점도 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 용융염 원자로 장치를 예시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 용융염 원자로 장치는, 원자로(10)에서 용융염을 연료(12) 또는 냉각재(14)로 사용한다. 또한 열교환 시스템(A)을 이용하여, 연료로 사용되는 용융염(12)과 냉각재로 사용되는 용융염(14)을 열교환 시키고, 냉각재가 받은 열은 발전 시스템(B) 등에 전달하여 전기 등의 에너지를 생산하는 구조가 일반적이다.
이러한 용융염 원자로(10)는, 비상 상황에서 긴급하게 가동을 정지하기 위하여, 용융염을 원자로(10)의 외부로 비상 배출하는 시스템을 가질 수 있다. 종래의 용융염 원자로(10)는, 외부로 비상 배출된 용융염을 단순히 탱크(20)로 배출하여 저장하는 방식을 이용함이 일반적이다.
그런데, 탱크(20)로 비상 배출된 용융염에는 여전히 많은 잔열이 남아서 용융염이 계속 쌓이면 열이 계속 축적되고, 이로 인하여 다른 위험이 발생할 수 있는 문제가 있다.
특히, 선박이나 해양 구조물은 공간이 한정되어 협소하므로, 한정된 공간에 열이 계속 축적되는 것은 위험한 요소가 될 수 있다.
한국등록특허 제2104091호
본 발명은, 선박 또는 해양구조물에 탑재될 수 있도록, 원자로에서 배출된 용융염의 신속하게 냉각될 수 있는 용융염 원자로 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선박 또는 해양 구조물에 설치되는 용융염 원자로 장치로서, 용융염을 사용하는 원자로, 상기 원자로의 아래에 배치되며 상기 원자로에서 배출되는 용융염이 저장되는 저장탱크, 상기 저장탱크의 아래에 배치되며 냉각수가 수용되는 냉각 수조 및 상기 저장탱크를 지지하며 상기 저장탱크의 하중에 따라 상기 저장탱크를 지지하는 지지점이 상하로 이동되는 지지부를 포함하고, 상기 저장탱크에 용융염이 채워져 하중이 증가되면 상기 지지부의 상기 지지점이 하부로 이동되고, 상기 저장탱크는 하강하여 상기 냉각 수조의 상기 냉각수와 접하게 되는 용융염 원자로 장치가 제공된다.
이 때, 상기 지지부는 상기 냉각 수조에 설치되고 상기 저장탱크의 하부를 탄성적으로 지지하는 탄성부재를 포함하여, 상기 저장탱크에 용융염이 채워지면 용융염의 하중으로 상기 탄성부재가 압축되어 상기 저장탱크가 상기 냉각수와 접하게 될 수 있다.
또한, 상기 원자로와 상기 저장탱크를 연결하고 상기 원자로에서 배출되는 용융염이 통과하는 배출경로가 형성되고, 상기 배출경로의 일부를 형성하며 상기 저장탱크가 하부로 이동 시에 연장되는 연장 배관을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 냉각 수조에 설치되며 상기 저장탱크가 하강하면 해수를 유입시키는 해수 유입부를 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 해수 유입부는, 해수 유입구를 개폐 가능하도록 덮고 있는 유입구 덮개 및 상기 저장탱크와 상기 유입구 덮개를 연결시키는 와이어를 포함하고, 상기 저장탱크가 하강하면, 상기 와이어가 당겨져 상기 유입구 덮개가 열리고 상기 해수 유입구를 통하여 해수가 상기 냉각 수조로 유입될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 비상 상황이나 유지 보수를 위하여 원자로를 가동 중지할 때에 안전하게 용융염을 냉각하고 고체화 하여 저장할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 용융염 원자로 장치를 예시한 도면.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 용융염 원자로 장치를 나타낸 도면.
이하, 본 발명에 따른 용융염 원자로 장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 용융염 원자로 장치를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 용융염 원자로 장치(100)는, 선박 또는 해양 구조물에 설치되는 용융염 원자로 장치(100)로서, 원자로(110), 저장탱크(120), 냉각 수조(130) 및 지지부(140)를 포함한다.
원자로(110)는, 핵연료 물질의 핵반응을 이용하여 열 에너지를 발생시키는 부분이다. 본 실시예의 원자로(110)는 용융염을 사용하여 용융염 원자로(110)로서, 고온으로 용융된 상태의 염인 용융염을 이용하여 연료를 공급하거나 냉각할 수 있다. 용융염은 열전달과 열 저장특성이 좋고 물과 같이 유동성이 좋기 때문에, 냉각재 또는 열저장 재료로 사용될 수 있다. 또한, 핵연료 물질을 용융염에 용해시켜 용융염을 핵연료로 사용될 수도 있다. 예를 들어, 용융염 원자로(110)의 핵 연료는 액체 형태로, 핵연료 물질인 Th, U, Pu 등이 불소(F) 또는 염소(Cl)와 화학적으로 결합한 ThF4, UF4, TRUF3, UCl, PuCl 형태의 염이 냉각재 용융염 속에 용해되어 핵연료염을 형성할 수 있다.
저장탱크(120)는, 원자로(110)에서 배출되는 용융염을 저장하는 부분이다. 저장탱크(120)는 원자로(110)의 아래에 배치되어, 원자로(110)에서 용융염이 배출되면 중력에 의해 저장탱크(120)로 자동적으로 이동될 수 있다. 저장탱크(120)에 이동된 용융염은 냉각되어서, 고체염이 되어 저장탱크(120)에 저장될 수 있다.
도 2를 참조하면, 저장탱크(120)는, 원자로(110)를 지지하는 구조물(105)의 아래에 배치될 수 있다. 이 때, 원자로(110)와 저장탱크(120)는 배출 경로(115)로 연결될 수 있으며, 배출 경로(115)는 수직으로 형성되어서 중력에 의해 배출된 용융염은 저장탱크(120)로 바로 떨어질 수 있다.
이 때, 배출 경로(115)의 한 부분으로, 저장탱크(120)를 향하여 하부로 연장되는 연장 배관(116)을 더 포함할 수 있다. 연장 배관(116)은 배출 경로(115)의 일부를 형성하며, 저장탱크(120)가 하부로 이동 시에 연장될 수 있다.
도 3을 참조하면, 저장탱크(120)에 용융염이 채워져, 하중에 의해 저장탱크(120)가 아래로 이동될 때에 연장 배관(116)도 길이가 늘어나서 연장될 수 있다. 이 때, 연장 배관(116)은, 관 자체가 늘어나는 유연할 재질로 구성되거나, 텔레스코픽(telescopic) 방식과 같이 하나의 관에서 다른 관이 슬라이드 되는 구조 등 다양한 연장 구조를 가질 수 있다.
이 때, 저장탱크(120)는 복수 개를 구비하여, 배출된 용융염을 분산하여 저장할 수 있다. 저장탱크(120)에 저장된 용융염은 핵반응이 감소되고 냉각이 되어 고체화될 수 있다.
또한, 배출 경로(115)에는 프리즈 플러그(freeze plug, 150)가 설치되어, 원자로(110)에서 용융염의 배출을 조절할 수 있다. 프리즈 플러그(150)는, 원자로(110)와 저장탱크(120)를 연결하는 배출 경로(115)에 배치되며, 필요 시에 배출 경로(115)의 내부를 막고 있는 플러그 염이 녹아 배출 경로(115)가 열리게 할 수 있다.
프리즈 플러그(150)는, 배출 경로(115)의 일부를 형성하는 파이프, 고체화된 염으로 이루어지고 파이프 내부에 채워져 배출 경로(115)를 막고 있는 플러그 염 및 플러그 염을 냉각시켜주는 냉각부를 포함할 수 있다. 이 때, 플러그 염은, 원자로(110)에서 배출된 용융염에 의한 녹을 수 있게 구성되어, 비상상황 시에 또는 유지보수의 필요 시에 원자로(110)에서 용융염이 배출되면 용융염에 의해 녹게 되므로 막고 있던 배출 경로(115)를 열리게 할 수 있다. 냉각부는 평상 시(원자로(110) 정상 가동 시 등)에 플러그 염이 용융염에 의해 녹지 않도록 유지시키는 역할을 하는 부분으로, 플러그 염에 가해진 열을 냉각시켜서 플러그 염을 고체 상태로 유지시킬 수 있다. 예를 들어, 냉각부는, 냉각 관에 냉각 매체를 순환시켜서 플러그 염을 냉각시킬 수 있다.
냉각 수조(130)는 저장탱크(120)를 냉각시키는 냉각수(132)를 수용하는 부분으로, 저장탱크(120)의 아래에 배치된다. 이에 따라, 저장탱크(120)에 용융염이 채워져 하중에 의해 저장탱크(120)가 아래로 이동되면, 저장탱크(120)는 냉각수(132)에 접촉하여 내부의 잔열이 해소될 수 있다.
이 때, 선박 또는 해양 구조물은 해상에 있으므로, 저장탱크(120)의 용융염을 냉각시키는 냉각수(132)로 해수를 이용할 수 있다. 냉각 수조(130)에는 해수가 유입될 수 있는 해수 유입구(131)가 형성될 수 있다.
또한, 냉각 수조(130)에 저장탱크(120)가 하강하면 해수를 유입시키는 해수 유입부가 설치될 수 있다. 평상 시(원자로(110) 정상 가동 시 등)에는 냉각 수조(130)가 비워져 있다가, 저장탱크(120)에 용융염이 채워지면 해수 유입부가 작동되어, 해수를 냉각 수조(130)로 유입시킬 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 해수 유입부는, 해수 유입구(131)를 개폐 가능하도록 덮고 있는 유입구 덮개(135)와, 저장탱크(120)와 유입구 덮개(135)를 연결시키는 와이어(137)를 포함할 수 있다. 본 실시예의 유입구 덮개(135)는 일측이 냉각 수조(130)에 힌지(136)로 결합되고, 타측에 와이어(137)가 연결될 수 있다. 이에 따라, 저장탱크(120)가 하강하면, 와이어(137)가 당겨져 유입구 덮개(135)가 열리고 해수 유입구(131)를 통하여 해수가 냉각 수조(130)로 유입될 수 있다.
한편, 냉각 수조(130)의 바닥에는 해수 배출부(133)가 형성되어, 냉각 수에 냉각수(132)를 냉각 수조(130)에서 배출할 수 있다.
지지부(140)는, 저장탱크(120)에 용융염이 채워지면 저장탱크(120)가 아래로 이동하도록 지지하는 부분으로, 저장탱크(120)의 하중에 따라 저장탱크(120)를 지지하는 지지점이 상하로 이동된다. 이에 따라, 저장탱크(120)에 용융염이 채워져 하중이 증가되면, 지지부(140)의 지지점이 하부로 이동되고, 저장탱크(120)는 하강하여 냉각 수조(130)의 냉각수(132)와 접하게 될 수 있다.
도 3을 참조하면, 지지부(140)는 냉각 수조(130)에 설치되고 저장탱크(120)의 하부를 탄성적으로 지지하는 탄성부재를 포함할 수 있다. 이에 따라, 저장탱크(120)에 용융염이 채워지면, 용융염의 하중으로 탄성부재가 압축되어 저장탱크(120)가 냉각수(132)와 접하게 될 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 용융염 원자로 장치(100)는, 비상 상황이나 유지 보수를 위하여 원자로(110)를 가동 중지할 때에 안전하게 용융염을 냉각시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100: 용융염 원자로 장치 110: 원자로
115: 배출 경로 116: 연장 배관
120: 저장탱크 130: 냉각 수조
131: 해수 유입구 133: 해수 배출부
135: 유입구 덮개 137: 와이어
140: 지지부 150: 프리즈 플러그

Claims (5)

  1. 선박 또는 해양 구조물에 설치되는 용융염 원자로 장치로서,
    용융염을 사용하는 원자로;
    상기 원자로의 아래에 배치되며, 상기 원자로에서 배출되는 용융염이 저장되는 저장탱크;
    상기 저장탱크의 아래에 배치되며, 냉각수가 수용되는 냉각 수조; 및
    상기 저장탱크를 지지하며, 상기 저장탱크의 하중에 따라 상기 저장탱크를 지지하는 지지점이 상하로 이동되는 지지부를 포함하고,
    상기 저장탱크에 용융염이 채워져 하중이 증가되면, 상기 지지부의 상기 지지점이 하부로 이동되고, 상기 저장탱크는 하강하여 상기 냉각 수조의 상기 냉각수와 접하게 되는 용융염 원자로 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지부는, 상기 냉각 수조에 설치되고 상기 저장탱크의 하부를 탄성적으로 지지하는 탄성부재를 포함하여,
    상기 저장탱크에 용융염이 채워지면, 용융염의 하중으로 상기 탄성부재가 압축되어 상기 저장탱크가 상기 냉각수와 접하게 되는 용융염 원자로 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 원자로와 상기 저장탱크를 연결하고 상기 원자로에서 배출되는 용융염이 통과하는 배출 경로가 형성되고,
    상기 배출 경로의 일부를 형성하며, 상기 저장탱크가 하부로 이동 시에 연장되는 연장 배관을 더 포함하는 용융염 원자로 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 수조에 설치되며, 상기 저장탱크가 하강하면 해수를 유입시키는 해수 유입부를 더 포함하는 용융염 원자로 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 해수 유입부는,
    해수 유입구를 개폐 가능하도록 덮고 있는 유입구 덮개; 및
    상기 저장탱크와 상기 유입구 덮개를 연결시키는 와이어를 포함하고,
    상기 저장탱크가 하강하면, 상기 와이어가 당겨져 상기 유입구 덮개가 열리고 상기 해수 유입구를 통하여 해수가 상기 냉각 수조로 유입되는 원자로 장치.
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