KR20240047020A - 용융염 원자로 장치 - Google Patents

용융염 원자로 장치 Download PDF

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Abstract

용융염 원자로 장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 용융염 원자로 장치는, 선박 또는 해양 구조물에 설치되는 용융염 원자로 장치로서, 용융염을 사용하는 원자로, 상기 원자로의 아래에 배치되며 상기 원자로에서 배출되는 용융염이 고체염이 되어 저장되는 저장탱크 및 상기 원자로의 측면에 설치되며 상기 원자로에서 발생되는 방사선을 차폐하는 차폐벽을 포함하고, 상기 원자로에서 용융염이 상기 저장탱크로 배출되면 상기 차폐벽은 상기 저장탱크 측면을 차폐하도록 아래로 이동된다.

Description

용융염 원자로 장치{Molten Salt Reactor}
본 발명은 방사선을 차폐하는 구조를 가지는 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 냉각재에다가 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 이용한다.
그런데, 용융염 원자로(10)가 선박 등에 탑재될 경우에는, 용융염이 탱크(20)로 비상 배출되면, 탱크(20)도 적절한 차폐가 필요하나 선박에서 이러한 시스템을 구성하기 어려운 문제가 있다.
한국등록특허 제2104091호
본 발명은, 선박 또는 해양구조물에 탑재될 수 있도록, 비상 시에도 방사선을 효과적으로 차폐하는 구조를 가지는 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 고체염이 되어 저장되는 저장탱크 및 상기 원자로의 측면에 설치되며 상기 원자로에서 발생되는 방사선을 차폐하는 차폐벽을 포함하고, 상기 원자로에서 용융염이 상기 저장탱크로 배출되면 상기 차폐벽은 상기 저장탱크 측면을 차폐하도록 아래로 이동되는, 용융염 원자로 장치가 제공된다.
이 때, 상기 원자로의 위에 배치된 상부벽 및 상기 차폐벽을 상기 상부벽에 탈부착 가능하게 고정시키는 고정부를 더 포함하고, 상기 원자로에서 용융염이 상기 저장탱크로 배출되면 상기 고정부는 상기 차폐벽을 상기 상부벽에서 분리시키고 상기 차폐벽은 중력에 의해 아래로 이동될 수 있다.
이 때, 상기 차폐벽은, 판재 형태이며 상기 원자로의 측면에 세로로 연장된 차폐부재 및 상기 차폐부재의 상단부에 결합되며 상기 상부벽과 나란한 면을 구비한 고정부재를 포함하고, 상기 고정부는 상기 고정부재를 상기 상부벽에 고정시키는 전자석 또는 클램프를 포함할 수 있다.
또한, 상기 원자로를 지지하며 상기 원자로와 상기 저장탱크를 구획하는 하부벽을 더 포함하고, 상기 하부벽은 상기 차폐벽이 관통하는 관통홀이 형성되어, 상기 차폐벽은 상기 관통홀을 통하여 상기 저장탱크의 측면으로 이동될 수 있다.
또한, 상기 원자로와 상기 저장탱크를 연결하는 배출 경로에 배치되며, 필요 시에 상기 배출 경로의 내부를 막고 있는 플러그 염이 녹아 상기 배출 경로가 열리게 하는 프리즈 플러그(freeze plug)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 비상 시에 용융염에 이동에 맞추어 저장탱크를 차폐하여 방사선을 효과적으로 차폐할 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 2 및 도 3을 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), 차폐벽(130)을 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 2 및 도 3을 참조하면, 저장탱크(120)는, 원자로(110)를 지지하는 하부벽(160)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, 저장탱크(120)는 복수 개를 구비하여, 배출된 용융염을 분산하여 저장할 수 있다. 저장탱크(120)에 저장된 용융염은 핵반응이 감소되고 자연냉각이 되어 고체화될 수 있다.
이 때, 배출 경로(115)에는 프리즈 플러그(freeze plug, 170)가 설치되어, 원자로(110)에서 용융염의 배출을 조절할 수 있다. 프리즈 플러그(170)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.
차폐벽(130)은, 원자로(110)의 측면에 설치되며, 원자로(110)에서 발생되는 방사선을 차폐한다. 차폐벽(130)은 원자로(110)가 정상적으로 가동될 때에, 원자로(110)에서 발생되는 방사선을 차단하는 역할을 한다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 차폐벽(130)은 복수 개 구비하여, 원자료의 측면에 여러 층을 설치될 수 있다. 또한, 차폐벽(130)은 방사선을 차단하는 납, 철 등을 포함하는 금속판으로 구성될 수 있다.
특히, 도 3을 참조하면, 본 실시예의 차폐벽(130)은, 원자로(110)에서 용융염이 저장탱크(120)로 배출되면, 저장탱크(120) 측면을 차폐하도록 아래로 이동될 수 있다. 이에 따라, 정상적으로 가동될 때에 원자로(110)를 차폐하던 차폐벽(130)을 그대로 이용하여, 비상 시에 저장탱크(120)를 차폐할 수 있다. 즉, 방사선을 발생시키는 용융염이 저장탱크(120)로 이동될 때에, 차폐벽(130)도 이에 맞추어 같이 이동하여 저장탱크(120)를 차폐할 수 있다. 따라서, 비상 시에 발생하는 용융염의 이동에 대응하여 방사선을 효과적으로 차폐할 수 있다.
이 때, 본 실시예의 용융염 원자로 장치(100)는, 원자로(110)의 위에 배치된 상부벽(140)과, 차폐벽(130)을 상부벽(140)에 탈부착 가능하게 고정시키는 고정부(150)를 더 포함할 수 있다. 고정부(150)는 원자로(110)의 정상 가동 시에는 차폐벽(130)을 상부벽(140)에 고정시키고, 비상 시에는 차폐벽(130)을 상부벽(140)에서 분리시킬 수 있다.
구체적으로, 원자로(110)에서 용융염이 저장탱크(120)로 배출되면, 고정부(150)는 차폐벽(130)을 상부벽(140)에서 분리시킬 수 있다. 이에 따라, 차폐벽(130)은 중력에 의해 아래로 이동되어 저장탱크(120)의 측면에 배치될 수 있다.
이 때 차폐벽(130)은, 판재 형태이며 원자로(110)의 측면에 세로로 연장된 차폐부재(132)와, 차폐부재(132)의 상단부에 결합되며 상부벽(140)과 나란한 면을 구비한 고정부재(134)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 차폐부재(132)와 고정부재(134)가 T형 구조를 가질 수 있다. T형 구조의 차폐벽(130)에서, 고정부재(134)의 상면은 상부벽(140)에 밀착될 수 있다.
이 때, 고정부(150)는, 고정부재(134)를 상부벽(140)에 고정시키는 전자석 또는 클램프를 포함할 수 있다. 전자석은 자력을 이용하여, 정상 가동 시에 차폐벽(130)을 상부벽(140)에 고정하여 유지시키고, 비상 시에는 차폐벽(130)을 해제하여 분리시킬 수 있다. 클램프는 기계적으로 고정부재(134)를 잡아서 차폐벽(130)을 상부벽(140)에 고정할 수 있으며, 기계적 고정을 해제하여 차폐벽(130)을 분리시킬 수 있다.
또한, 본 실시예의 용융염 원자로 장치(100)는, 원자로(110)를 지지하며 원자로(110)와 저장탱크(120)를 구획하는 하부벽(160)을 더 포함할 수 있다. 이 때, 하부벽(160)에는 차폐벽(130)이 관통하는 관통홀(162)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 차폐벽(130)은 관통홀(162)을 통하여 저장탱크(120)의 측면으로 이동될 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
120: 저장탱크 130: 차폐벽
132: 차폐부재 134: 고정부재
140: 상부벽 150: 고정부
160: 하부벽 162: 관통홀

Claims (5)

  1. 선박 또는 해양 구조물에 설치되는 용융염 원자로 장치로서,
    용융염을 사용하는 원자로;
    상기 원자로의 아래에 배치되며, 상기 원자로에서 배출되는 용융염이 고체염이 되어 저장되는 저장탱크; 및
    상기 원자로의 측면에 설치되며, 상기 원자로에서 발생되는 방사선을 차폐하는 차폐벽을 포함하고,
    상기 원자로에서 용융염이 상기 저장탱크로 배출되면, 상기 차폐벽은 상기 저장탱크 측면을 차폐하도록 아래로 이동되는, 용융염 원자로 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원자로의 위에 배치된 상부벽; 및
    상기 차폐벽을 상기 상부벽에 탈부착 가능하게 고정시키는 고정부를 더 포함하고,
    상기 원자로에서 용융염이 상기 저장탱크로 배출되면, 상기 고정부는 상기 차폐벽을 상기 상부벽에서 분리시키고 상기 차폐벽은 중력에 의해 아래로 이동되는, 용융염 원자로 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 차폐벽은,
    판재 형태이며, 상기 원자로의 측면에 세로로 연장된 차폐부재; 및
    상기 차폐부재의 상단부에 결합되며, 상기 상부벽과 나란한 면을 구비한 고정부재를 포함하고,
    상기 고정부는,
    상기 고정부재를 상기 상부벽에 고정시키는 전자석 또는 클램프를 포함하는, 용융염 원자로 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 원자로를 지지하며, 상기 원자로와 상기 저장탱크를 구획하는 하부벽을 더 포함하고,
    상기 하부벽은 상기 차폐벽이 관통하는 관통홀이 형성되어, 상기 차폐벽은 상기 관통홀을 통하여 상기 저장탱크의 측면으로 이동되는, 용융염 원자로 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 원자로와 상기 저장탱크를 연결하는 배출 경로에 배치되며, 필요 시에 상기 배출 경로의 내부를 막고 있는 플러그 염이 녹아 상기 배출 경로가 열리게 하는 프리즈 플러그(freeze plug)를 더 포함하는, 용융염 원자로 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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