KR20240080976A - A micro-nuclear reactor equipped with a hybrid control rod as a passive safety device - Google Patents

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방인철
이동훈
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울산과학기술원
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Abstract

본 발명은, 내부에 소정공간을 가지는 원자로몸체, 상기 원자로몸체의 내부에 배치되며, 내부에 핵연료 및 감속재가 구비된 노심, 상기 노심으로부터 이격 배치되는 열교환기, 상기 노심과 열교환기 사이에 배치되고, 일단이 상기 노심에 삽입되고, 타단이 상기 열교환기에 삽입되는 히트파이프, 및 상기 노심에 삽입되어 상기 핵연료를 제어하고, 상기 노심의 잔열을 제거하는 하이브리드 제어봉을 포함하는 피동안전장치인 하이브리드 제어봉을 구비하는 초소형 원자로를 제공한다. The present invention includes a nuclear reactor body having a predetermined space inside, a core disposed inside the reactor body and equipped with nuclear fuel and a moderator therein, a heat exchanger disposed spaced apart from the core, and disposed between the core and the heat exchanger. A hybrid control rod, which is a passive safety device, including a heat pipe whose one end is inserted into the reactor core and the other end is inserted into the heat exchanger, and a hybrid control rod which is inserted into the reactor core to control the nuclear fuel and remove residual heat of the reactor core. An ultra-small nuclear reactor is provided.

Description

피동안전장치인 하이브리드 제어봉을 구비하는 초소형 원자로{A micro-nuclear reactor equipped with a hybrid control rod as a passive safety device}{A micro-nuclear reactor equipped with a hybrid control rod as a passive safety device}

본 발명은 피동안전장치인 하이브리드 제어봉을 구비하는 초소형 원자로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 원자로에 배치된 노심에 삽입되어 노심의 잔열을 제거하기 위한 히트파이프에 관한 것이다.The present invention relates to a micro-nuclear reactor equipped with a hybrid control rod as a passive safety device, and more specifically, to a heat pipe inserted into the core disposed in the nuclear reactor to remove residual heat of the core.

일반적인 초소형 원자로의 구성은 히트파이프와 핵연료의 삽입이 가능한 고체노심, 핵연료, 열교환기 그리고 중성자 제어를 위한 제어장치(Control Drum) 및 사고 시 원자로 정지를 위한 제어봉(Shut Dowm Rod)로 구성되어 있다. A typical ultra-small nuclear reactor consists of a heat pipe, a solid core into which nuclear fuel can be inserted, nuclear fuel, a heat exchanger, a control drum for neutron control, and a control rod for stopping the reactor in the event of an accident.

초소형 원자로에 사용되는 히트파이프는 일반적으로 소듐 혹은 포타슘과 같은 액체 금속을 활용하며, 증기압이 낮기 때문에 높은 작동온도에서 운전하여야 한다. 일반적으로 제안되는 초소형 원자로의 작동온도는 600 내지 800℃이다.Heat pipes used in ultra-small nuclear reactors generally utilize liquid metals such as sodium or potassium, and must be operated at high operating temperatures due to their low vapor pressure. Generally, the operating temperature of proposed micro-nuclear reactors is 600 to 800°C.

상기 히트파이프는, 상변화를 통해 열을 전달하는 열전달장치로 가열부, 단열부 및 냉각부로 구성된다. 여기서, 초소형 원자로에 사용되는 히트파이트의 경우, 가열부는 핵연료가 내부에 구비된 고체노심 측에 삽입되고, 냉각부는 공기나 가스를 활용하여 열교환하는 열교환기 측에 삽입된다. The heat pipe is a heat transfer device that transfers heat through phase change and consists of a heating part, an insulating part, and a cooling part. Here, in the case of a heat pipe used in a micro-nuclear reactor, the heating part is inserted into the solid core with nuclear fuel inside, and the cooling part is inserted into the heat exchanger side that exchanges heat using air or gas.

또한, 초소형 원자로의 용량에 따라 히트파이프가 수백개에서 천개가량이 고체노심에 삽입되며, 각가의 히트파이프는 독립적인 작동원리를 지니므로, 원자로 안정성 원리의 중요 요소인 다중성(Redundancy) 관점에서 이점이 있다. In addition, depending on the capacity of the ultra-small reactor, hundreds to thousands of heat pipes are inserted into the solid core, and each heat pipe has an independent operating principle, which is advantageous in terms of redundancy, an important element of the nuclear reactor stability principle. There is.

하지만, 고체노심에 삽입된 히트파이프는 모두 열교환기를 통해 냉각이 이루어진다. 이때, 원자로의 외부전원이 차단되는 경우, 열교환기의 기능이 중단되고, 히트파이프를 냉각하는 냉각부가 성능이 저하되어 정상적인 고체노심의 열제거가 이뤄지지 않게 되어, 원자로 고체노심이 파손되는 사고가 발생할 수 있다.However, all heat pipes inserted into the solid core are cooled through a heat exchanger. At this time, when the external power supply to the reactor is cut off, the function of the heat exchanger is stopped, the performance of the cooling part that cools the heat pipe is reduced, and normal heat removal from the solid core is not achieved, which may lead to an accident in which the reactor solid core is damaged. You can.

이를 방지하기 위해, 제어봉(Shut Dowm Rod)을 고체노심에 삽입하여, 고체노심의 중성자를 흡수하여 원자로를 정지시킨다. 그러나, 원자로 정지 후에도 고체노심에 잔열이 존재하므로 이를 제거하기 위한 고체노심의 잔열을 제거하는 장치가 필요하다. To prevent this, a control rod (Shut Dowm Rod) is inserted into the solid core to absorb neutrons from the solid core and stop the reactor. However, since residual heat remains in the solid core even after the reactor is shut down, a device for removing the residual heat in the solid core is needed.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 초소형 원자로의 크기를 유지하고, 열교환기의 기능이 상실되는 사고에도 고체노심의 중성자 흡수 및 잔열의 제거가 가능한 피동안전장치인 하이브리드 제어봉을 구비하는 초소형 원자로를 제공하는데 목적이 있다.The present invention was created to solve the above problems, and it maintains the size of an ultra-small nuclear reactor and uses a hybrid control rod, which is a passive safety device that can absorb neutrons and remove residual heat from the solid core even in an accident where the function of the heat exchanger is lost. The purpose is to provide an ultra-small nuclear reactor equipped with

본 발명은, 내부에 소정공간을 가지는 원자로몸체, 상기 원자로몸체의 내부에 배치되며, 내부에 핵연료 및 감속재가 구비된 노심, 상기 노심으로부터 이격 배치되는 열교환기, 상기 노심과 열교환기 사이에 배치되고, 일단이 상기 노심에 삽입되고, 타단이 상기 열교환기에 삽입되는 히트파이프, 및 상기 노심에 삽입되어 상기 핵연료를 제어하고, 상기 노심의 잔열을 제거하는 하이브리드 제어봉을 포함하는 피동안전장치인 하이브리드 제어봉을 구비하는 초소형 원자로를 제공한다. The present invention includes a nuclear reactor body having a predetermined space inside, a core disposed inside the reactor body and equipped with nuclear fuel and a moderator therein, a heat exchanger disposed spaced apart from the core, and disposed between the core and the heat exchanger. A hybrid control rod, which is a passive safety device, including a heat pipe whose one end is inserted into the reactor core and the other end is inserted into the heat exchanger, and a hybrid control rod which is inserted into the reactor core to control the nuclear fuel and remove residual heat of the reactor core. An ultra-small nuclear reactor is provided.

상기 하이브리드 제어봉은, 일단은 상기 원자로몸체의 외부에 배치되고, 타단은 상기 노심에 삽입되는 열침원과, 상기 열침원 내부에 구비되고, 상기 노심의 핵연료 제어하는 흡수체와, 상기 열침원 내부에 구비되고, 상기 노심의 잔여 열을 제거하는 작동유체와, 상기 열침원의 내부에 형성되고, 상기 작동유체를 상기 열침원의 일단과 타단사이에서 유동시키는 윅부를 포함할 수 있다.The hybrid control rod has one end disposed outside the reactor body, the other end includes a heat needle source inserted into the reactor core, an absorber provided inside the heat needle source, and an absorber for controlling nuclear fuel of the reactor core, and an absorber provided inside the heat needle source. It may include a working fluid that removes residual heat of the reactor core, and a wick portion formed inside the heat immersion source and allowing the working fluid to flow between one end and the other end of the heat immersion source.

상기 윅부는, 내부에 복수개의 그루브홈이 돌출 형성되고, 상기 그루브홈은, 모세관현상을 통해 상기 작동유체를 상기 열침원의 일단과 타단 사이에서 유동시킬 수 있다.The wick portion has a plurality of groove grooves protruding therein, and the groove grooves allow the working fluid to flow between one end and the other end of the heat sink through a capillary phenomenon.

본 발명에 따른 피동안전장치인 하이브리드 제어봉을 구비하는 초소형 원자로에 의하면, 상기 윅부가 수평으로 설치되는 경우, 상기 윅부 내부에 배치되고, 상기 그루브홈의 단부를 감싸는 스크린윅을 더 포함할 수 있다.According to the micro-nuclear reactor equipped with a hybrid control rod, which is a passive safety device according to the present invention, when the wick portion is installed horizontally, a screen wick disposed inside the wick portion and surrounding the end of the groove groove may be further included.

상기 작동유체는, 증기압(Pv)이 높고, 작동요구 시간이 짧은 세슘을 사용할 수 있다.The working fluid may be cesium, which has a high vapor pressure (Pv) and a short operating time.

상기 노심에 설치되고, 상기 핵연료의 중성자 제어를 제어하는 컨트롤드럼을 더 포함할 수 있다.It may further include a control drum installed in the core and controlling neutron control of the nuclear fuel.

본 발명에 따른 피동안전장치인 하이브리드 제어봉을 구비하는 초소형 원자로에 의하면, 노심에 구비된 핵연료의 중성자 제어 및 작동유체를 이용하여 잔열을 제거하는 하이브리드 제어봉을 이용하여 원자로의 크기의 증가 없이도 상기 노심의 중성자를 안전하게 제어하고, 잔열을 제거할 수 있다. According to the ultra-small nuclear reactor equipped with a hybrid control rod, which is a passive safety device according to the present invention, the hybrid control rod is used to control neutrons of the nuclear fuel provided in the core and remove residual heat using the working fluid, so that the core can be controlled without increasing the size of the reactor. Neutrons can be safely controlled and residual heat removed.

또한, 본 발명에 따른 피동안전장치인 하이브리드 제어봉을 구비하는 초소형 원자로에 의하면, 열교환기의 기능이 상실되더라도 상기 노심에 삽입된 하이브리드 제어봉을 통해 축방향으로 상기 노심의 잔열을 대기로 방출하여 상기 노심의 열 건전성을 확보할 수 있다. In addition, according to the ultra-small nuclear reactor equipped with a hybrid control rod as a passive safety device according to the present invention, even if the function of the heat exchanger is lost, the residual heat of the reactor core is released to the atmosphere in the axial direction through the hybrid control rod inserted into the reactor core. thermal integrity can be secured.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 피동안전장치인 하이브리드 제어봉을 구비하는 초소형 원자로를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 하이브리드 제어봉을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의‘A’를 확대한 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 피동안전장치인 하이브리드 제어봉을 구비하는 초소형 원자로를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 하이브리드 제어봉을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의‘B’를 확대한 모습을 나타낸 도면이다. Figure 1 is a diagram showing a micro-nuclear reactor equipped with a hybrid control rod, which is a passive safety device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram showing the hybrid control rod of Figure 1.
Figure 3 is an enlarged view of 'A' in Figure 2.
Figure 4 is a diagram showing a micro-nuclear reactor equipped with a hybrid control rod, which is a passive safety device, according to another embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram showing the hybrid control rod of Figure 4.
Figure 6 is an enlarged view of 'B' in Figure 5.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the attached claims.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 초소형 원자로(100)를 나타낸 도면이다. Figure 1 is a diagram showing a micro-nuclear reactor 100 according to an embodiment of the present invention.

이하부터는, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 초소형 원자로(100)의 구조에 대해 설명하도록 한다. Hereinafter, the structure of the ultra-small nuclear reactor 100 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1.

상기 초소형 원자로(100)는 원자로몸체(110), 노심(120), 열교환기(130), 히트파이프(140), 하이브리드 제어봉(150) 및 컨트롤드럼(160)을 포함한다. The ultra-small nuclear reactor 100 includes a reactor body 110, a core 120, a heat exchanger 130, a heat pipe 140, a hybrid control rod 150, and a control drum 160.

상기 원자로몸체(110)는 내부에 소정공간(110a)을 가진다. The reactor body 110 has a predetermined space 110a therein.

상기 노심(120)은 상기 원자로몸체(110)의 내부에 배치되며, 내부에 핵연료 및 감속재가 구비된다. The reactor core 120 is disposed inside the reactor body 110, and nuclear fuel and moderator are provided therein.

상기 핵연료는 이산화우라늄()를 3중으로 피복한 트리소(TRISO) 분말을 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 분말 형상태의 상기 핵연료를 사용하는 경우 1600℃ 정도의 높은 오도에서도 구조물의 손상 없이 운전이 가능하다. The nuclear fuel is uranium dioxide ( ) can be used, but is not necessarily limited to this. In addition, when using the nuclear fuel in powder form, operation is possible without damage to the structure even at high altitudes of about 1600°C.

그리고, 상기 핵연료와 감속재는 두 가지 이상의 다른 크기를 가진 입자로 형성될 수 있다. 상기 핵연료와 감속재는 각각 다른 크기의 입자로 형성되거나, 각각 균일한 크기의 입자로 형성될 수 있다. 또한, 핵연료의 입자 크기와 감속재의 입자 크기를 다르게 하여 상기 노심(120) 내부에 충전될 수도 있다. Additionally, the nuclear fuel and moderator may be formed of particles of two or more different sizes. The nuclear fuel and moderator may be formed of particles of different sizes, or may each be formed of particles of uniform size. Additionally, the inside of the reactor core 120 may be filled with different particle sizes of the nuclear fuel and the particle size of the moderator.

상기 노심(120) 내부에 각기 다른 입자 크기의 핵연료와 감속재가 충전됨으로써, 상기 노심(120) 내부의 공극을 줄이고 밀집도를 높이게 되어 핵 반응에 의한 열효율을 높일 수 있다. By filling the inside of the core 120 with nuclear fuel and moderators of different particle sizes, the voids inside the core 120 can be reduced and the density can be increased, thereby increasing thermal efficiency by nuclear reaction.

상기 열교환기(130)는 상기 노심(120)으로부터 이격 배치된다. The heat exchanger 130 is arranged to be spaced apart from the core 120.

상기 히트파이프(140)는 상기 노심(120)과 열교환기(130) 사이에 배치되고, 일단이 상기 노심(120)에 삽입되고, 타단이 상기 열교환기(130)에 삽입된다. The heat pipe 140 is disposed between the core 120 and the heat exchanger 130, one end is inserted into the core 120, and the other end is inserted into the heat exchanger 130.

상기 하이브리드 제어봉(150)은 상기 노심(120)에 삽입되어 상기 핵연료를 제어하고, 상기 노심(120)의 잔열을 제거한다. The hybrid control rod 150 is inserted into the core 120 to control the nuclear fuel and remove residual heat from the core 120.

상기 컨트롤드럼(160)은 상기 노심(120)에 설치되고, 상기 핵연료의 중성자 제어를 제어한다. The control drum 160 is installed in the core 120 and controls neutron control of the nuclear fuel.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 초소형 원자로(100)의 하이브리드 제어봉(150)을 나타낸 도면이고, 도 3은 하이브리드 제어봉(150)의‘A’를 확대한 모습을 나타낸 도면이다. Figure 2 is a diagram showing the hybrid control rod 150 of the micro-nuclear reactor 100 according to an embodiment of the present invention, and Figure 3 is a diagram showing an enlarged view of 'A' of the hybrid control rod 150.

상기 초소형 원자로(100)의 작동조건은 설치목적에 따라 하이브리드 제어봉(150)이 상기 노심(120)에 삽입되는 방향이 결정된다. The operating conditions of the ultra-small nuclear reactor 100 determine the direction in which the hybrid control rod 150 is inserted into the core 120 depending on the installation purpose.

본 발명의 일실시예에 따른 초소형 원자로(100)는 이동 가능한 에너지원이 주목적인 경우를 나타낸 것으로, 상기 초소형 원자로(100)는 수평방향으로 배치된다. The micro-nuclear reactor 100 according to an embodiment of the present invention is intended to be a movable energy source as its main purpose, and the micro-nuclear reactor 100 is arranged in a horizontal direction.

상기 하이브리드 제어봉(150)은 종래기술의 제어봉(미도시)과 달리 상기 노심(120)의 중성자 제어 및 잔열을 제거기능을 추가하였다. 이를 수행하기 위해, 상기 하이브리드 제어봉(150)은 열침원(151), 흡수체(152), 작동유체(153) 및 윅부(154)로 구성된다. The hybrid control rod 150, unlike the control rod (not shown) of the prior art, has added functions of controlling neutrons and removing residual heat of the core 120. To accomplish this, the hybrid control rod 150 is composed of a heat sink 151, an absorber 152, a working fluid 153, and a wick portion 154.

상기 열침원(151)은 일단은 상기 원자로몸체(110)의 외부에 배치되고, 타단은 상기 노심(120)에 삽입된다. 이로 인해, 상기 열침원(151)의 일단이 열교환기(130)가 아닌 외부에 배치함으로써, 사고 시에 상기 하이브리드 제어봉(150)이 무기한 냉각이 가능하도록 배치한다. One end of the heat immersion source 151 is placed outside the reactor body 110, and the other end is inserted into the reactor core 120. For this reason, one end of the heat sink 151 is placed outside the heat exchanger 130, so that the hybrid control rod 150 can be cooled indefinitely in the event of an accident.

상기 흡수체(152)는 상기 열침원(151) 내부에 구비되고, 상기 노심(120)의 핵연료 제어한다. 여기서, 상기 흡수체(152)는 B4C 중성자 흡수체를 사용하여, 상기 노심(120)의 핵연료의 중성자 제어를 할 수 있다.The absorber 152 is provided inside the heat sink 151 and controls nuclear fuel in the core 120. Here, the absorber 152 can control neutrons in the nuclear fuel of the core 120 by using a B4C neutron absorber.

상기 작동유체(153)는 상기 열침원(151) 내부에 구비되고, 상기 노심(120)의 잔여 열을 제거한다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 초소용 원자로(100)는 사고 시에 중성자 흡수를 위해, 상기 노심(120) 삽입되는 하이브리드 제어봉(150)이 중성자 흡수뿐 아니라 열이 집중되는 상기 노심(120)의 열을 제거하기 위하여 기존의 작동온도가 높고 작동요구 시간이 긴 소듐과 포타슘을 쓰지 않고, 상기 소듐과 포타슘에 비해 상대적으로 증기압(Pv)이 높고, 작동요구 시간이 짧은 세슘을 사용할 수 있다. The working fluid 153 is provided inside the heat immersion source 151 and removes residual heat from the core 120. In addition, in the super small nuclear reactor 100 according to an embodiment of the present invention, in order to absorb neutrons in the event of an accident, the hybrid control rod 150 inserted into the core 120 not only absorbs neutrons but also concentrates heat. ) In order to remove the heat, instead of using sodium and potassium, which have a high operating temperature and a long operating time, cesium can be used, which has a relatively high vapor pressure (Pv) and a short operating time compared to sodium and potassium. .

상기 윅부(154)는 상기 열침원(151)의 내부에 형성되고, 상기 작동유체(153)를 상기 열침원(151)의 일단과 타단사이에서 유동시킨다. The wick portion 154 is formed inside the heat immersion source 151 and allows the working fluid 153 to flow between one end and the other end of the heat immersion source 151.

도 3을 참조하면, 상기 하이브리드 제어봉(150)의 윅부(154)를 확대한 도면으로, 상기 윅부(154)는 내부에 복수개의 그루브홈(154a)이 돌출 형성된다. Referring to FIG. 3, an enlarged view of the wick portion 154 of the hybrid control rod 150 shows a plurality of groove grooves 154a protruding from the inside of the wick portion 154.

상기 초소형 원자로(100)가 수평방향으로 배치된 경우, 상기 하이브리드 제어봉(150)의 윅부(154)의 모세관현상을 통해 상기 작동유체(153)의 상변화 순환이 가능해야 하므로, 상기 윅부(154)의 선정이 중요하다. When the ultra-small nuclear reactor 100 is arranged in the horizontal direction, the phase change circulation of the working fluid 153 must be possible through the capillary phenomenon of the wick portion 154 of the hybrid control rod 150, so the wick portion 154 The selection of is important.

특히, 초소형 원자로(100)에 적용되는 상기 하이브리드 제어봉(150)의 길이는 4m 정도로 긴 길이이기 때문에 상기 윅부(154)의 구조물 선정에 따른 모세관력이 중요하여, 본 발명에서는 그루브홈(154a)과 스크린윅(154b)이 형성된 윅부(154)를 이용하였다. In particular, since the length of the hybrid control rod 150 applied to the micro-nuclear reactor 100 is about 4 m, the capillary force according to the selection of the structure of the wick portion 154 is important, and in the present invention, the groove groove 154a and The wick portion 154 on which the screen wick 154b was formed was used.

상기 그루브홈(154a)은, 모세관현상을 통해 상기 작동유체(153)를 상기 열침원(151)의 일단과 타단 사이에서 유동시키고, 상기 스크린윅(154b)은 상기 윅부(154) 내부에 배치되고, 상기 그루브홈(154a)의 단부를 감싸게 배치된다. The groove groove 154a allows the working fluid 153 to flow between one end and the other end of the heat immersion source 151 through capillary action, and the screen wick 154b is disposed inside the wick portion 154. , is arranged to surround the end of the groove groove (154a).

이하부터는, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 초소형 원자로(200)의 구조에 대해 설명하도록 한다. 여기서, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 초소형 원자로(200)의 구성 중 앞서 언급하여 중복되는 것에 대해서는 이하 후술하는 내용에서는 생략하도록 한다. Hereinafter, the structure of the ultra-small nuclear reactor 200 according to another embodiment of the present invention will be described. Here, among the configurations of the micro-nuclear reactor 200 according to another embodiment of the present invention, the overlapping elements mentioned above will be omitted from the description below.

도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 초소형 원자로(200)를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 초소형 원자로(200)의 하이브리드 제어봉(250)을 나타낸 도면이며, 도 6은 하이브리드 제어봉(250)의‘B’를 확대한 모습을 나타낸 도면이다. FIG. 4 is a diagram showing a micro-nuclear reactor 200 according to another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a diagram showing the hybrid control rod 250 of the micro-nuclear reactor 200 according to another embodiment of the present invention. Figure 6 is an enlarged view of 'B' of the hybrid control rod 250.

본 발명의 다른 일실시예에 따른 초소형 원자로(200)는 고정된 에너지원이 주목적인 경우를 나타낸 것으로, 상기 초소형 원자로(200)는 중력의 영향을 받아 수직방향으로 배치된다. The ultra-small nuclear reactor 200 according to another embodiment of the present invention is for a case where the main purpose is a fixed energy source, and the ultra-small nuclear reactor 200 is arranged in a vertical direction under the influence of gravity.

상기 초소형 원자로(200)는 원자로몸체(210), 노심(220), 열교환기(230), 히트파이프(240), 하이브리드 제어봉(250) 및 컨트롤드럼(260)을 포함한다. The ultra-small nuclear reactor 200 includes a reactor body 210, a core 220, a heat exchanger 230, a heat pipe 240, a hybrid control rod 250, and a control drum 260.

상기 하이브리드 제어봉(250)은 열침원(251), 흡수체(252), 작동유체(253) 및 윅부(254)로 구성된다. The hybrid control rod 250 consists of a heat sink 251, an absorber 252, a working fluid 253, and a wick portion 254.

본 발명의 다른 일실시예에 따른 초소형 원자로(200)는 수직방향으로 설치되고, 상기 노심(220)에 삽입되는 상기 하이브리드 제어봉(250)은 수직방향으로 배치된다. The micro-nuclear reactor 200 according to another embodiment of the present invention is installed in a vertical direction, and the hybrid control rod 250 inserted into the core 220 is arranged in a vertical direction.

도 6을 참조하면, 상기 하이브리드 제어봉(250)의 윅부(254)를 확대한 도면으로, 상기 윅부(254)는 내부에 복수개의 그루브홈(254a)이 돌출 형성된다. Referring to FIG. 6, an enlarged view of the wick portion 254 of the hybrid control rod 250 shows a plurality of groove grooves 254a protruding from the inside of the wick portion 254.

본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 제어봉(150)과 달리 상기 하이브리드 제어봉(250)이 수직 방향으로 설치되면, 내부에 그루브홈(254a)이 형성된 단일 형상의 상기 윅부(254)만으로도 중력을 통해 상기 작동유체(253)의 순환이 가능하다. Unlike the hybrid control rod 150 according to an embodiment of the present invention, when the hybrid control rod 250 is installed in the vertical direction, the wick portion 254 of a single shape with a groove groove 254a formed therein is used to control the gas through gravity. Circulation of the working fluid 253 is possible.

그리고 본 발명의 다른 일실시예에 따른 초소형 원자로(200)는 상기 윅부(254)가 없는 써모사이펀(Thermosyphon) 형태로 구성할 수 있다. Additionally, the ultra-small nuclear reactor 200 according to another embodiment of the present invention may be configured in a thermosyphon form without the wick portion 254.

상기 써모사이펀 형태는 자연현상 즉, 증발과 응축과정에서 일어나는 증기압의 차이로 높은 증기압의 증발부(미도시)로부터 낮은 증기압의 응축부(미도시)로 증기가 이동하고, 상기 응축부(미도시)에서 응축된 작동유체(253)는 모세관현상이나 중력 등의 외부 힘에 의하여 증발부(미도시)로 이동하여 순환이 가능하다. The thermosyphon type is a natural phenomenon, that is, steam moves from the evaporation unit (not shown) with high vapor pressure to the condensation unit (not shown) with low vapor pressure due to the difference in vapor pressure that occurs during the evaporation and condensation process, and the condensation unit (not shown) ) The working fluid 253 condensed in the evaporation unit (not shown) can be circulated by moving to the evaporation unit (not shown) by external forces such as capillary action or gravity.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely illustrative, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the attached patent claims.

100, 200 : 초소형 원자로
110, 210 : 원자로몸체 120, 220 : 노심
130, 230 : 열교환기 140, 240 : 히트파이프
150, 250 : 하이브리드 제어봉 151, 251 : 열침원
152, 252 : 흡수체 153, 253 : 작동유체
154, 254 : 윅부 154a, 254a : 그루브홈
154b : 스크린윅 160, 260 : 컨트롤드럼100, 200: ultra-small reactor
110, 210: Reactor body 120, 220: Reactor core
130, 230: heat exchanger 140, 240: heat pipe
150, 250: Hybrid control rod 151, 251: Heat needle source
152, 252: Absorber 153, 253: Working fluid
154, 254: Wick portion 154a, 254a: Groove groove
154b: Screen wick 160, 260: Control drum

Claims (6)

내부에 소정공간을 가지는 원자로몸체;
상기 원자로몸체의 내부에 배치되며, 내부에 핵연료 및 감속재가 구비된 노심;
상기 노심으로부터 이격 배치되는 열교환기;
상기 노심과 열교환기 사이에 배치되고, 일단이 상기 노심에 삽입되고, 타단이 상기 열교환기에 삽입되는 히트파이프; 및
상기 노심에 삽입되어 상기 핵연료를 제어하고, 상기 노심의 잔열을 제거하는 하이브리드 제어봉을 포함하는 피동안전장치인 하이브리드 제어봉을 구비하는 초소형 원자로.A reactor body having a predetermined space therein;
A core disposed inside the reactor body and equipped with nuclear fuel and a moderator therein;
a heat exchanger disposed spaced apart from the core;
a heat pipe disposed between the reactor core and the heat exchanger, one end of which is inserted into the reactor core, and the other end of which is inserted into the heat exchanger; and
A micro-nuclear reactor equipped with a hybrid control rod, which is a passive safety device including a hybrid control rod that is inserted into the core to control the nuclear fuel and remove residual heat from the core. 청구항 1에 있어서,
상기 하이브리드 제어봉은,
일단은 상기 원자로몸체의 외부에 배치되고, 타단은 상기 노심에 삽입되는 열침원과,
상기 열침원 내부에 구비되고, 상기 노심의 핵연료 제어하는 흡수체와,
상기 열침원 내부에 구비되고, 상기 노심의 잔여 열을 제거하는 작동유체와,
상기 열침원의 내부에 형성되고, 상기 작동유체를 상기 열침원의 일단과 타단사이에서 유동시키는 윅부를 포함하는 피동안전장치인 하이브리드 제어봉을 구비하는 초소형 원자로.In claim 1,
The hybrid control rod is,
a heat sink at one end disposed outside the reactor body and at the other end inserted into the core;
An absorber provided inside the heat immersion source and controlling nuclear fuel of the reactor core;
A working fluid provided inside the heat immersion source and removing residual heat of the reactor core;
A micro-nuclear reactor comprising a hybrid control rod, which is a passive safety device formed inside the heat immersion source and including a wick portion that flows the working fluid between one end and the other end of the heat immersion source. 청구항 2에 있어서,
상기 윅부는, 내부에 복수개의 그루브홈이 돌출 형성되고,
상기 그루브홈은, 모세관현상을 통해 상기 작동유체를 상기 열침원의 일단과 타단 사이에서 유동시키는 피동안전장치인 하이브리드 제어봉을 구비하는 초소형 원자로.In claim 2,
The wick portion has a plurality of protruding grooves formed therein,
The groove groove is a micro-nuclear reactor equipped with a hybrid control rod, which is a passive safety device that allows the working fluid to flow between one end and the other end of the heat sink through capillary action. 청구항 3에 있어서,
상기 윅부가 수평으로 설치되는 경우,
상기 윅부 내부에 배치되고, 상기 그루브홈의 단부를 감싸는 스크린윅을 더 포함하는 피동안전장치인 하이브리드 제어봉을 구비하는 초소형 원자로.In claim 3,
When the wick portion is installed horizontally,
A micro-nuclear reactor equipped with a hybrid control rod, which is a passive safety device, disposed inside the wick portion and further including a screen wick surrounding an end of the groove groove. 청구항 2에 있어서,
상기 작동유체는,
증기압(Pv)이 높고, 작동요구 시간이 짧은 세슘을 사용하는 피동안전장치인 하이브리드 제어봉을 구비하는 초소형 원자로.In claim 2,
The working fluid is,
An ultra-small nuclear reactor equipped with a hybrid control rod, a passive safety device using cesium, which has a high vapor pressure (Pv) and a short operating time. 청구항 1에 있어서,
상기 노심에 설치되고, 상기 핵연료의 중성자 제어를 제어하는 컨트롤드럼을 더 포함하는 피동안전장치인 하이브리드 제어봉을 구비하는 초소형 원자로.In claim 1,
A micro-nuclear reactor equipped with a hybrid control rod, which is installed in the core and is a passive safety device further including a control drum that controls neutron control of the nuclear fuel.
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