KR20170040552A - 분산형 내부 덕트를 가진 한국형 액체금속냉각로 핵연료 집합체 - Google Patents

분산형 내부 덕트를 가진 한국형 액체금속냉각로 핵연료 집합체 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 핵연료 집합체는, 냉각용 액체금속이 유통하는 중공의 하우징; 상기 하우징 내부에 구비된 복수의 연료봉; 및 상기 하우징 모서리 내측에 구비된 다수의 배출덕트; 를 포함한다.

Description

분산형 내부 덕트를 가진 한국형 액체금속냉각로 핵연료 집합체 {Korean standard liquid metal cooled fast reactor fuel assembly with dispersed inner ducts}
발명은 핵연료 집합체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 핵연료 집합체 내부에 이상 고온이 발생하면 고온의 핵연료 용융물을 노심 상부로의 배출을 유도하는 배출덕트를 구비한 핵연료 집합체 및 이를 이용한 고속원자로에 관한 것이다.
원자로란 열 발생, 방사성 동위원소 생산, 강한 방사선 발생 이외의 유용한 목적으로 사용하기 위해 핵분열이 지속적으로 발생하고 제어 가능하도록 설계된 장치이다. 원자로 내부에서 발생되는 핵분열 과정은 핵분열이 가능한 원자와 중성자가 충돌하여 원자가 붕괴됨으로써, 2개의 서로 다른 원자를 생성함과 동시에 많은 양의 열이 발생되는 현상을 지칭한다.
상기 원자로 중 특히, 발전용 원자로의 경우, 핵분열에 사용되는 중성자의 에너지 준위에 따라서 열중성자로와 고속 중성자 즉, 고속원자로로 구분된다. 상기 열중성자로는 상대적으로 낮은 에너지를 가지는 중성자를 이용하여 핵분열 반응을 일으키며 고속중성자로(고속원자로)의 경우에는 상대적으로 높은 에너지의 중성자를 이용한다.
상기 고속원자로에는 다양한 개념들을 가지나, 그 중 액체금속 냉각 고속원자로가 가장 활발히 연구되고 있다. 액체금속 냉각 고속원자로의 일 예로, 소듐냉각고속원자로를 들 수 있다. 소듐냉각고속원자로는 핵연료봉에서 생성되는 열의 빠른 교환을 위하여 열전도도가 높은 소듐을 냉각재로 쓰는 고속원자로이다. 액체금속 냉각 고속원자로는 물을 냉각재로 사용하는 경수로와는 달리 높은 열전도도를 갖는 액체금속을 사용할 뿐만 아니라 중성자를 감속할 필요가 없기 때문에 핵연료봉을 조밀하게 배치시킬수록 효율이 좋아지는 특징을 가지고 있다.
다음의 선행문헌인 대한민국 공개특허공보 제2013-0026038호에는 연통효과를 이용하여 원자로 풀 자연순환 성능을 강화한 액체금속냉각 원자로의 피동형 잔열 제거시스템이 개시된다.
상기 선행문헌은 풀(pool)형 액체금속(Liquid Metal) 냉각 원자로의 피동형 안전등급 잔열제거계통(PDRC)의 안정적인 제열성능 확보 및 작동 신뢰성 향상 설계개념 개발에 관한 것으로, 노심 출구지역에 수직 상방향으로 원자로 배럴을 설치하여 소듐-소듐 붕괴열 열교환기(DHX; sodium-to-sodium decay heat exchanger)를 원자로 고온 소듐 풀(pool) 지역과 원자로 배럴(barrel)로 구분되는 고온 풀 외곽의 격리 환형공간 소듐 풀(Separated and annular sodium region) 지역에 배치하고, 노심에서 고온 소듐 풀로 흐르고 격리 환형공간 소듐 풀에서 중간열교환기(IHX)로 흐르며 저온 소듐 풀에서 노심으로 흐르는 순환유로상에 냉각기능을 부여하여, 열원(Heat Source)인 노심을 통과한 액체금속 유동이 열침원(Heat Sink)인 DHX로 가는 유동 경로 상에서 원자로 배럴(barrel)이 연통효과(Chimney Effect)를 제공함으로써, 1차 계통 원자로 냉각재 소듐의 노심 순환유량을 획기적으로 향상시켜 비상 잔열제거계통 성능 향상을 기대할 수 있다.
그러나 종래에는 단순히 액체금속을 순환 조절하여 노심을 냉각하는 방식을 채택함으로써 냉각시스템의 구조가 매우 복잡하다는 문제점이 있다. 그리고 이 복잡성으로 인해 고장발생의 확률이 높고 비용도 많이 발생한다는 문제점이 있다.
따라서 가상노심파손사고 초기에 핵연료 용융물을 노심 외부로 배출할 수 있는 간단한 덕트구조에 대해서는 종래에 개시된 바 없다.
KR 2013-00269038 A
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 것으로서, 본 발명의 목적은 특히 핵연료 집합체 내부에 이상 고온이 발생하면 고온의 용융물을 노심 상부로의 배출을 유도하기 위한 배출덕트를 구비한 핵연료 집합체 및 이를 이용한 고속원자로를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 핵연료 집합체는, 냉각용 액체금속이 유통하는 중공의 하우징; 상기 하우징 내부에 구비된 복수의 연료봉; 및 상기 하우징 모서리 내측에 구비된 다수의 배출덕트; 를 포함한다.
또한, 하우징 하부에 구비되고, 상기 액체금속이 들어가는 유입구; 및 상기 하우징 상부에 구비되고, 상기 액체금속이 나가는 유출구; 를 포함하며, 연료봉은 핵분열을 수행하는 연료모듈; 상기 연료모듈 상부에 구비되고, 상기 연료모듈에서 생성된 기체형태의 핵분열 생성물이 이동하는 플래넘; 및 상기 연료모듈 하부에 구비되고, 상기 연료모듈 하부를 차폐하는 차폐모듈; 을 포함하는 것이 적절하다.
또한, 연료봉의 외주면에 소정의 간격으로 감겨진 와이어; 를 포함하고, 상기 하우징은 단면이 다각형 구조로 형성되는 것이 적절하다.
또한, 하우징은 단면이 육각형 구조로 형성되며 배출덕트는 수직에서 비스듬히 구비되고, 상기 배출덕트는 수직에서 0.2도 내지 0.6도 각도를 이루며 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 배출덕트는 800도 내지 1000도의 녹는점을 갖고, 상기 배출덕트는 실리콘 알루미늄 합금으로 형성되며, 상기 배출덕트는 상하가 개방되고 단면이 마름모 형태로 형성되며, 액체금속은 소듐인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 형태에 따른 고속원자로는, 연료봉 다발로 구성된 핵연료 집합체를 포함하는 노심; 상기 노심이 내부에 구비되고, 상기 노심을 냉각하는 액체금속이 순환하는 수조; 상기 노심에 상부에 구비되는 제어봉; 및 상기 제어봉의 삽입정도를 제어하여 상기 노심의 증배계수를 조절하는 구동부; 를 포함한다.
또한, 핵연료 집합체는 상기 연료봉의 이상 고온현상으로 생성된 핵연료 용융물을 노심 상부로의 배출을 유도하는 배출덕트를 포함하고, 상기 배출덕트는 수직에서 비스듬히 구비되며, 배출덕트는 수직에서 0.2도 내지 0.6도 각도를 이루며 구비되고, 상기 배출덕트는 800도 내지 1000도의 녹는점을 갖도록 형성되며, 상기 배출덕트는 실리콘 알루미늄 합금을 사용한다.
또한, 배출덕트는 상하가 개방되고 단면이 마름모 형태인 것이 적절하다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 윈칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 고속원자로 핵연료 집합체에 배출덕트를 구비함으로써 가상노심파손사고 초기에 노심용융물을 핵연료 집합체 상부로의 배출을 유도하는 효과가 있다.
그리고 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 고속원자로 핵연료 집합체 모서리 내측에 분산형으로 다수의 배출덕트를 구비함으로써 용융위치에 구애받지 않고 핵연료 용융물을 노심 상부로의 배출을 유도하는 효과도 있다.
따라서 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 궁극적으로 고속원자로 노심에서 발생할 수 있는 재임계 현상을 미연에 방지하여 노심파손을 예방하는 한편 고속원자로를 안정적으로 운행하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예와 관련된 액체금속 냉각고속원자로의 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 핵연료 집합체의 정면도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료봉을 도시한 정면도.
도 4는 도 2에 도시한 핵연료 집합체의 A-A 단면도.
도 5는 도 2에 도시한 핵연료 집합체의 B-B측단면도.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하우징 내부 온도가 정상인 상태를 도시한 도시한 부분 예시도.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하우징 내부에서 발생한 이상고온에 의해 배출덕트가 일부 용융되는 동작을 도시한 부분 예시도.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배출덕트가 용융물을 액체금속과 함께 압력차에 의해 외부로 방출하는 동작을 도시한 부분 예시도.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시 예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 그리고, 이하에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
도 1 내지 도 9의 동일 부재에 대해서는 동일한 도면 번호를 기재하였다.
본 발명의 기본 원리는 핵연료 집합체 내부에 분산형 배출덕트를 구비하여 액체금속이 임계온도 이상이거나 핵연료 용융물이 발생하면 이를 배출덕트를 통하여 노심 상부로 배출하는 것이다.
아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예와 관련된 고속원자로의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배출덕트를 구비한 핵연료 집합체의 정면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료봉을 도시한 정면도이며, 도 4는 도 2에 도시한 배출덕트를 구비한 핵연료 집합체의 A-A 단면도이며, 도 5는 도 2에 도시한 배출덕트를 구비한 핵연료 집합체의 B-B측단면도이다.
도 1을 참조하면 고속원자로(10)는 축방향으로 중성자 누출을 늘려 반응도계수를 낮추어야 한다. 이를 위해 고속원자로(10)는 축방향 길이보다 반경방향 길이가 긴 노심(20)을 가진다. 이와 같은 노심(20)은 냉각재인 액체금속(S)이 수용된 수조(30) 내부에 잠긴다. 그러면 액체금속(S)은 도 1에 도시한 화살표와 같이 노심(20)의 아래에서 위로 순환한다. 여기서 열을 흡수한 액체금속(S)은 열교환기(미도시)에 의해 흡수열을 외부로 방출하고 다시 수조(30)를 순환한다. 또한, 노심(20) 상단에 위치한 제어봉(40)은 노심(20) 증배계수를 조절하기 위해 구동부(50)에 의해 삽입정도가 조절된다.
한편, 하우징(130)은 중공(中孔)이 형성되고, 상기 중공에는 다수의 실린더형연료봉(140)이 고정수단(미도시)에 의해 고정되어 장전된다. 이와 같은 핵연료 집합체(100)는 노심(20)에 복수로 장전된다. 그리고 본 발명의 일 실시 예에서는 중성자 사용효율증대를 위해 핵연료 집합체(100)는 하우징(130)을 가압경수로에 널리 사용되는 사각 기둥형 집합체구조 대신에 육각 기둥 형태의 구조가 채용되는 것이 바람직하다.
상술한 고속원자로(10)의 경우 경수로 대비 출력밀도가 높고 각 핵연료 집합체(100)의 열출력이 상이하므로 물 대신 액체금속(S)을 냉각재로 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같이 액체금속(S)을 냉각재로 사용하면 핵연료 집합체(100)마다 다른 유량을 분배할 수 있다. 이에 따라 각각의 핵연료 집합체(100) 노심출구 온도를 서로 유사하게 조절하는 것이 가능하다. 그리고 핵연료 집합체(100)은 육각형 기둥 구조로 형성된다. 이는 육각형 기둥 구조가 핵연료 집합체(100) 마다 배정된 유량을 유지시키고 핵연료 집합체(100)간의 냉각재 이동을 방지하기 위하여 가장 효율적이라고 알려졌기 때문이다. 그리고 핵연료 집합체(100)는 중공이 형성된 하우징(130) 내에 연료봉(140)들이 삽입되어 밀봉된다. 다만 핵연료 집합체(100)는 냉각을 위해 상부 및 하부에 형성된 액체금속 유출입구(110, 120)로만 냉각재가 흐를 수 있도록 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 연료봉(140) 이상 고온동작으로 인해 연료봉(140) 피복이 용융 고착되어 노심 용융물이 한꺼번에 유출되면 대형사고가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해 본 발명의 일 실시 예에 따른 핵연료 집합체(100)는 다수의 배출덕트(150)를 더 포함한다. 이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배출덕트(150)가 더 포함된 핵연료 집합체(100)에 대해 다음의 도 2 내지 도 5를 참조하여 후술한다.
도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따른 배출덕트를 구비한 핵연료 집합체(100)는 유입구(110), 유출구(120), 하우징(130), 연료봉(140), 및 배출덕트(150)를 포함한다.
우선, 핵연료집합체(100)는 중공의 하우징(130)에 복수의 연료봉(140)이 구비되어 형성된다. 여기서 연료봉(140)은 핵연료봉인 것이 바람직하다.
도 3에 도시한 바와 같이 연료봉(140)은 연료모듈(141), 플레넘(142), 차폐모듈(143), 및 와이어(144)를 포함한다.
우선 연료모듈(141)은 핵분열이 수행되는 주요 열발생 영역이다. 이와 같이 연료모듈(141)에서 열발생이 일어나면 상부에 연결 구비된 플레넘(142)으로 기체 형태의 핵분열 생성물이 이동된다. 차폐모듈(143)은 고속 중성자 조사로 인해 연료모듈(141)이 손상되는 것을 방지하고자 연료모듈(141) 하부를 차폐하는 기능을 수행한다.
한편, 연료봉(140)은 서로 밀착하되, 외주면에는 와이어(144)가 감겨져 있어 와이어(141) 직경만큼 소정의 간격으로 밀착된다. 즉, 와이어(141)의 직경만큼 소정의 간격이 생기고 상기 간격으로 액체금속이 흐를 수 있다. 그리고 와이어(141)는 연료봉(140) 사이, 연료봉(140)과 하우징(130) 사이, 및 연료봉(140)과 배출덕트(150) 사이와도 소정의 간격을 형성한다. 상기 간격은 액체금속의 유로로서의 역할역 수행하고 따라서 상기 간격으로 액체금속이 아래에서 위로 흐를 수 있다.
상술한 바와 같이 하우징(130)은 연료봉(140)들이 높은 조밀도를 가지고 배치되도록 연료봉(140)을 감싸는 부분이 육각 기둥 형상으로 형성될 수 있다. 그리고 연료봉(140)들 사이, 연료봉(140)들과 배출덕트(150) 사이, 및 연료봉(140)들과 하우징(130) 사이에는 액체금속이 충진되어 있다. 즉, 하우징(130) 내부에서 연료봉(140)들을 제외한 공간에 액체금속이 충진되어 연료봉(140)들을 냉각시킬 수 있다. 여기서 액체금속의 일 예로 소듐(Na)이 사용되는 것으로 상정하였으나 이는 일 예에 불과할 뿐 냉각용도로 사용할 수 있는 액체금속이라면 어느 것이라도 가능하다.
다음으로 연료봉(140)에는 연료봉(140)들 사이, 연료봉(140)과 배출덕트(150) 사이, 및 연료봉(140)과 하우징(130) 사이를 이격시키도록 와이어(141)가 감겨 구비된다. 와이어(141)는 연료봉(140) 외주에 형성되며 이러한 와이어(141)는 액체금속이 하우징(130) 하부에서 상부로 흐를 수 있게 유로를 형성할 수 있다. 핵연료 집합체(100)의 상부와 하부에 각각 액체금속이 유입되는 유입구(110)와 액체금속이 유출되는 유출구(120)가 형성될 수 있다. 이와 같이 액체금속이 유입구(110)를 통해 유입되고 유출구(120)를 통해서 유출됨으로써, 하우징(130) 내부를 냉각시킬 수 있다. 한편, 상술한 바와 같이 액체금속이 순환하면서 연료봉(140)을 냉각시킬 때, 연료봉(140)의 비정상적인 핵분열 사고로 인해 고열이 발생하면 피복관이 용융될 수 있다. 이와 같은 고열은 용융물을 연료봉(140)에 고착시키고 이로 인해 노심이 파손될 우려가 크다. 즉 상기 고열은 용융물 재임계 현상을 유발하여 급격하게 출력이 폭주하는 사고가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해 다수의 배출덕트(150)가 하우징(130) 내부에 구비된다. 배출덕트(150)는 노심이 파손되는 사고 초기 단계에서 생성된 용융물이 연료봉(140)들 사이에 고착되기 이전에 유효노심 외부로 배출시킨다. 이를 위해 배출덕트(150)는 하우징(130) 내측 모서리마다 분산되어 구비되는 것이 적절하다.
도 4를 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따른 배출덕트(150)는 하우징(130)의 육각형 모서리 내측에 분산되어 구비된다. 또한 배출덕트(150)의 상부와 하부는 액체금속이 하부로부터 상부로 유통 순환되도록 개방되는 것이 바람직하다. 이와 같이 다수의 배출덕트(150)가 구비되면 이상고온 발생으로 인한 핵연료 용융물 발생 시 배출덕트(150)가 일부 녹으면서 압력차에 의해 용융물을 배출덕트(150) 내부로 이동을 유도하고 노심 상부로의 배출을 유도한다. 특히 상기 방출 높이는 연료모듈(141) 부근이 온도가 가장 높으므로 배출덕트(150)는 용융물을 최소한 플레넘(142)의 높이 이상의 높이로 배출되는 것이 바람직하다.
이를 위해 배출덕트(150)는 도 5를 참조하면 상부로 갈수록 단면적이 줄어드는 형태를 갖는 것이 바람직하다. 즉, 배출덕트(150)와 하우징(130)이 인접한 면에 대향한 두면은 소정의 경사도를 갖는 마름모 단면으로 구비될 수 있다. 도 4에서는 배출덕트(150)의 개수를 6개로 상정하여 도시하고 그 단면을 마름모로 상정하여 도시하였으나 이는 일 예에 불과할 뿐 원형, 타원형, 반원형, 및 다각형 단면 형태 등 모두 가능하며 그 개수도 충분한 압력차를 발생시킬 수 있다면 특별히 개수를 제한하지 않는다.
한편, 상기 경사도는 용융물을 상부로 배출하기 위해 하우징(130) 내부와 배출덕트(150) 내부의 압력차를 발생시킬 수 있는 압력이다. 이를 산출하기 위해 베르누이 방정식을 이용하였다. 상기 베르누이 방정식을 이용하면 상기 압력차가 1.5MPa일 경우 심각한 중대사고인 재임계 사고를 방지할 수 있으나 노심에 무리가 가지 않을 정도의 압력차는 0.2MPa인 것이 적당하였다. 따라서 상기 압력차는 0.2MPa 내지 2.0 MPa일 경우에 융용물을 배출하여 재임계 사고를 미연에 방지할 수 있을 것이다. 본 발명에서는 실험적으로 배출덕트(150)의 경사각을 0.31도로 하여 0.5 MPa의 압력차를 발생시켰으며 이 압력차에 의해 재임계 사고를 방지할 수 있는 것으로 확인하였다. 한편, 본 발명의 실시 예에서는 경사각이 0.31도인 것을 상정하나 이는 일 예에 불과할 뿐 경사각은 0.2도 내지 1.5도(f)인 것이 바람직하다.
연료봉(140) 핵연료의 용융점은 1200도 내지 1300도정도이나 원자로 노심 내에서 공융점이 형성되어 보통 800 내지 1000도부터 녹아 내린다. 또한 연료봉(140) 피복관은 HT9M 재질을 사용하는 경우 약 1500도 지점에서 녹는다. 따라서 배출덕트(140)의 재질은 800 내지 1000도에서 용융점이 형성된 재질인 것이 바람직하다. 일 예로 실리콘-알루미늄 합금(silicon-aluminum alloy)은 1050도에서 용융점이 형성되나 실제로 780도 지점부터 녹아 들어간다고 알려져 있다. 따라서 본 발명의 일 실시 예에서는 배출덕트(140) 재질을 실리콘-알루미늄 합금인 것으로 상정하나 이는 일 예에 불과할 뿐 800 내지 1000도에서 용융점이 형성된 재질이라면 어느 것이라도 무방하다.
다음은 도 6 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 배출덕트를 구비한 핵연료 집합체(100)에서 융용물을 외부로 방출하는 동작을 후술한다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하우징 내부 온도가 정상인 상태를 도시한 도시한 부분 예시도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하우징 내부에서 발생한 이상고온에 의해 배출덕트가 일부 용융되는 동작을 도시한 부분 예시도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배출덕트가 용융물을 액체금속과 함께 압력차에 의해 외부로 방출하는 동작을 도시한 부분 예시도이다.
도 6을 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따른 배출덕트(150)는 하우징(130) 내부 온도가 정상인 경우 냉각재인 액체금속이 정상적으로 순환한다.
도 7을 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따른 배출덕트(150)는 연료모듈(141) 영역(E)에서 이상 고온이 발생하여 하우징(130) 내부온도가 상승하면 배출덕트(150)의 외관이 녹기 시작한다. 여기서 연료모듈(141)은 핵분열이 일어나므로 온도가 가장 높다. 따라서 연료모듈(141)의 일부 영역(E)에서 이상 고온이 발생한 것으로 가정한다.
도 7을 참조하면 내부온도가 상승되어 형성된 용융물 영역 D로 도시적으로 표현하였다. 이와 같이 배출덕트(150)의 일부가 녹아 용융물 영역(D)이 형성되면 용융물 영역(D)의 온도로 인해 배출덕트(150) 일부가 녹아 배출덕트(150) 내부와 하우징(130)가 연통되어 다수의 구멍(C)이 생긴다. 이와 같이 구멍(C)이 생기면 배출덕트(150)와 하우징(130) 간의 압력차에 의해 용융물 영역(D)이 구멍(C)을 통해 배출덕트(150)로 이동하여 도 8에 도시된 바와 같이 핵연료 용융물이 노심 상부로 배출된다. 이와 같이 배출된 고온의 용융물 영역은 액체금속과 함께 순환하면서 열교환기(미도시)에 의해 고온이 외부로 흡수 방출된다. 따라서 급격한 온도상승에 의한 노심의 파괴를 미연에 방지할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
10: 고속원자로 20: 노심
30: 수조 40: 제어봉
50: 구동부 100: 핵연료 집합체
110: 유입구 120: 유출구
130: 하우징 140: 연료봉
150: 배출덕트 141: 연료모듈
142: 플레넘 143: 차폐모듈
144: 와이어 C: 구멍
D: 용융물 영역 E: 연료모듈 영역
S: 액체금속

Claims (19)

  1. 냉각용 액체금속이 유통하는 중공의 하우징;
    상기 하우징 내부에 구비된 복수의 연료봉; 및
    상기 하우징 모서리 내측에 구비된 다수의 배출덕트; 를 포함하는 핵연료 집합체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징 하부에 구비되고, 상기 액체금속이 들어가는 유입구; 및
    상기 하우징 상부에 구비되고, 상기 액체금속이 나가는 유출구; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 연료봉은
    핵분열을 수행하는 연료모듈;
    상기 연료모듈 상부에 구비되고, 상기 연료모듈에서 생성된 기체형태의 핵분열 생성물이 이동하는 플래넘; 및
    상기 연료모듈 하부에 구비되고, 상기 연료모듈 하부를 차폐하는 차폐모듈; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 연료봉의 외주면에 소정의 간격으로 감겨진 와이어; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징은
    단면이 다각형 구조인 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 하우징은
    단면이 육각형 구조인 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 배출덕트는
    수직에서 비스듬히 구비되는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 배출덕트는
    수직에서 0.2도 내지 0.6도 각도를 이루며 구비되는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 배출덕트는
    800도 내지 1000도의 녹는점을 갖는 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 배출덕트는
    실리콘 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 배출덕트는
    상하가 개방되고 단면이 마름모 형태인 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 액체금속은 소듐인 것을 특징으로 하는 핵연료 집합체.
  13. 연료봉 다발로 구성된 핵연료 집합체를 포함하는 노심;
    상기 노심이 내부에 구비되고, 상기 노심을 냉각하는 액체금속이 순환하는 수조;
    상기 노심에 상부에 구비되는 제어봉; 및
    상기 제어봉의 삽입정도를 제어하여 상기 노심의 증배계수를 조절하는 구동부; 를 포함하는 고속원자로.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 핵연료 집합체는
    상기 연료봉의 이상 고온현상으로 생성된 핵연료 용융물을 노심 상부로의 배출을 유도하는 배출덕트를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속원자로.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 배출덕트는
    수직에서 비스듬히 구비되는 것을 특징으로 하는 고속원자로.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 배출덕트는
    수직에서 0.2도 내지 0.6도 각도를 이루며 구비되는 것을 특징으로 하는 고속원자로.
  17. 청구항 14에 있어서,
    상기 배출덕트는
    800도 내지 1000도의 녹는점을 갖는 것을 특징으로 하는 고속원자로.
  18. 청구항 14에 있어서,
    상기 배출덕트는
    실리콘 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는 고속원자로.
  19. 청구항 14에 있어서,
    상기 배출덕트는
    상하가 개방되고 단면이 마름모 형태인 것을 특징으로 하는 고속원자로.
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JP2024514626A (ja) * 2021-04-14 2024-04-02 テラパワー， エルエルシー 使用済みナトリウム冷却炉燃料アセンブリのザマック安定化

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