KR20110097217A - Waste heat generator - Google Patents
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Abstract
핵폐기물과 같은 폐기물의 폐열을 발전하여 대체 에너지로 활용할 수 있는 폐열 발전 장치를 제공한다. 폐열 발전 장치는 핵폐기물을 수용하도록 적용되고, 일방향으로 뻗은 핵폐기물 저장 용기, 핵폐기물 저장 용기의 적어도 하나의 측면을 둘러싸는 열전 디바이스, 및 열전 디바이스를 둘러싸는 방사능 차폐 부재를 포함한다.It provides a waste heat generator that can generate waste heat of waste such as nuclear waste and use it as alternative energy. The waste heat generation apparatus is adapted to receive nuclear waste and includes a nuclear waste storage container extending in one direction, a thermoelectric device surrounding at least one side of the nuclear waste storage container, and a radioactive shield member surrounding the thermoelectric device.
Description
본 발명은 핵폐기물의 폐열을 이용하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고준위 핵폐기물을 이용한 폐열 발전 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus using waste heat of nuclear waste, and more particularly, to a waste heat power generation apparatus using high-level nuclear waste.
현재 산업의 발달로 에너지의 사용이 급증함에 따라 대체 에너지의 개발과 폐에너지의 유효이용 등 향후 에너지원 고갈에 대한 적극적인 대안이 요구되고 있다. As the use of energy increases rapidly due to the development of the current industry, active alternatives to future depletion of energy sources, such as the development of alternative energy and the effective use of waste energy, are required.
이와 같은 에너지 고갈 현실에 대응하기 위하여 일부 선진국의 경우 해수 온도차와 태양열과 같은 자연에너지를 이용한 대용량 발전을 위해 고열전 특성을 갖는 열전재료의 연구개발을 활발하게 진행시키고 있다. 또한, 환경의식의 고조와 화석 연료 고갈에 대응하기 위해 열전 변환 시스템을 이용하여 폐열을 발전에 효율적으로 활용하는 연구 개발도 추진되고 있다. In order to cope with this energy depletion reality, some developed countries are actively researching and developing thermoelectric materials having high thermoelectric properties for large-scale power generation using natural energy such as sea water temperature difference and solar heat. In addition, in order to cope with an increase in environmental awareness and exhaustion of fossil fuels, research and development are being conducted to efficiently use waste heat for power generation using a thermoelectric conversion system.
구체적으로, 현재는 기사용된 핵연료봉으로 이루어진 고준위 핵폐기물을 비용이 많이 드는 방법을 이용해서 폐기를 하나, 본 발명은 핵폐기물에서 나오는 폐열을 회수하여서 발전을 하면서 핵폐기물처리를 동시에 하고자 하는 것이다.Specifically, at present, high-level nuclear waste consisting of nuclear fuel rods is discarded by using a costly method, but the present invention intends to simultaneously process nuclear waste while generating and recovering waste heat from nuclear waste. .
핵폐기물과 같은 폐기물의 폐열을 발전하여 대체 에너지로 활용할 수 있는 폐열 발전 장치를 제공한다.It provides a waste heat generator that can generate waste heat of waste such as nuclear waste and use it as alternative energy.
폐열 발전 장치는 핵폐기물을 수용하도록 적용되고, 일방향으로 뻗은 핵폐기물 저장 용기, 핵폐기물 저장 용기의 적어도 하나의 측면을 둘러싸는 열전 디바이스, 및 열전 디바이스를 둘러싸는 방사능 차폐 부재를 포함한다.The waste heat generation apparatus is adapted to receive nuclear waste and includes a nuclear waste storage container extending in one direction, a thermoelectric device surrounding at least one side of the nuclear waste storage container, and a radioactive shield member surrounding the thermoelectric device.
열전 디바이스는 납을 포함하고, 열전 디바이스는 핵폐기물로부터 방출되는 방사능을 1차로 차폐하고, 방사능 차폐 부재는 방사능을 2차로 차폐할 수 있다. 열전 디바이스는, 핵폐기물 저장 용기와 접하여 열을 전달받는 고온 접합부, 방사능 차폐 부재와 접하는 저온 접합부, 및 고온 접합부와 저온 접합부 사이에 연결되는 복수의 열전 소자들을 포함할 수 있다. 고온 접합부 및 저온 접합부 사이의 온도차는 400℃ 내지 600℃ 일 수 있다.The thermoelectric device includes lead, the thermoelectric device may primarily shield the radiation emitted from the nuclear waste, and the radiation shield member may shield the radiation secondary. The thermoelectric device may include a high temperature junction that receives heat in contact with the nuclear waste storage container, a low temperature junction that contacts the radioactive shield member, and a plurality of thermoelectric elements connected between the high temperature junction and the low temperature junction. The temperature difference between the hot junction and the cold junction may be 400 ° C. to 600 ° C.
핵폐기물 저장 용기의 측면과 이웃하는 핵폐기물 저장 용기의 상면 및 하면과 접하는 단열재, 및 상면 단열재를 관통하는 한 쌍의 리드선을 더 포함하고, 한 쌍의 리드선은 각각 고온 접합부 및 저온 접합부에 연결될 수 있다. 단열재는 폐열 발전 장치를 밀봉하여 폐열 발전 장치를 그 외부와 차단시킬 수 있다. It further comprises a heat insulating material in contact with the upper and lower surfaces of the nuclear waste storage container and the side of the nuclear waste storage container, and a pair of lead wires through the top thermal insulation material, the pair of leads can be connected to the hot junction and the cold junction, respectively have. The heat insulator may seal the waste heat generating device to block the waste heat generating device from the outside thereof.
열전 소자는 비스무트-텔루륨(Bi-Te)계, 납-텔루륨(Pb-Te)계, 실리콘-게르마늄(Si-Ge)계 및 페로실리콘(Fe-Si)계 합금으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 원소를 포함할 수 있다. 열전 소자는 납을 포함할 수 있다. PbTe의 경우는 납의 양은 30wt% 내지 70wt% 정도이다. 열전 소자들은 상호 이격되어 형성되고, 열전 소자들의 길이들은 실질적으로 동일하게 형성할 수 있다.Thermoelectric element is one selected from the group consisting of bismuth-tellurium (Bi-Te) -based, lead-tellurium (Pb-Te) -based, silicon-germanium (Si-Ge) -based and ferro-silicon (Fe-Si) -based alloys It may contain more than one element. The thermoelectric element may comprise lead. In the case of PbTe, the amount of lead is about 30 wt% to 70 wt%. The thermoelectric elements may be formed spaced apart from each other, and the lengths of the thermoelectric elements may be substantially the same.
핵폐기물 저장 용기는 복수의 측면들을 포함하고, 복수의 측면들 중 적어도 하나의 상호 이웃하는 한 쌍의 측면들은 서로 직각을 이룰 수 있다. 핵폐기물 저장 용기에서 적어도 하나의 측면은 곡률을 가질 수 있다.The nuclear waste storage container includes a plurality of sides, and at least one mutually adjacent pair of sides of the plurality of sides may be perpendicular to each other. At least one side of the nuclear waste storage container may have a curvature.
열전 디바이스 및 방사능 차폐 부재 사이에 위치하고, 열전 디바이스 및 방사능 차폐 부재와 상호 접하는 열전달 부재를 더 포함할 수 있다. 열전달 부재는 열전달 물질(TIM ; Thermal Interface Material), 방열그리스(Thermal Grease), 방열에폭시 접착제(Thermal Bond), 방열패드(Thermally Conductive Silicone Pad), 방열테이프(Thermally Conductive Adhesive Tape) 및 그래파이트 시트(Graphite Sheet)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 원소를 포함할 수 있다.The apparatus may further include a heat transfer member positioned between the thermoelectric device and the radiation shielding member and in contact with the thermoelectric device and the radiation shielding member. Heat transfer members include thermal interface materials (TIMs), thermal greases, thermal bonds, thermally conductive silicone pads, thermally conductive adhesive tapes, and graphite sheets. Sheet) may include one or more elements selected from the group consisting of.
폐열 발전 장치는 고준위 핵폐기물에서 발생하는 열원을 이용해서 발전한다. Waste heat generators generate electricity using heat sources from high-level nuclear waste.
또한, 고준위 핵폐기물을 통해 버려지는 막대한 양의 폐열을 회수함으로써 발전 효율을 높여 에너지 절약을 실현할 수 있다.In addition, by recovering the enormous amount of waste heat that is discarded through high-level nuclear waste, it is possible to realize energy saving by increasing power generation efficiency.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 폐열 발전 장치가 물속에 있는 상태를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 선 A-A에 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 폐열 발전 장치의 부분 단면도이다.1 is a perspective view showing a state in which the waste heat generator according to the first embodiment of the present invention in water.
2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1.
3 is a partial cross-sectional view of the waste heat generating apparatus according to the second embodiment of the present invention.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 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.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, the singular forms “a,” “an,” and “the” include plural forms as well, unless the phrases clearly indicate the opposite. As used herein, the term "comprising" embodies a particular characteristic, region, integer, step, operation, element, and / or component, and other specific characteristics, region, integer, step, operation, element, component, and / or group. It does not exclude the presence or addition of.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Commonly defined terms used are additionally interpreted to have a meaning consistent with the related technical literature and the presently disclosed contents, and are not interpreted in an ideal or very formal sense unless defined.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.
이하에서는 사용되는 "핵폐기물"이라는 용어는 원자력 발전에서 폐기되는 모든 폐기물을 의미한다. 예를 들면, 방사성 폐기물 또는 방사능 폐기물은 핵폐기물에 포함된다.The term "nuclear waste" as used below means all wastes that are disposed of in nuclear power generation. For example, radioactive waste or radioactive waste is included in nuclear waste.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 폐열 발전 장치(100)의 사용 상태를 나타낸다. 도 1에 도시한 바와 같이, 폐열 발전 장치(100)는 물(10)속에 보관된 상태에서 리드선(28)이 외부로 노출된다. 1 shows a state of use of the waste
도 1을 참조하면, 폐열 발전 장치(100)는 물(10)속에 저장된다. 폐열 발전 장치(100)는 열전 디바이스(thermoelectric device)(20)(도 2에 도시)를 이용하여 사용된 핵폐기물의 폐열을 회수한다. Referring to FIG. 1, the
폐열 발전 장치(100)의 내부에는 핵폐기물 저장 용기(12)(도 2에 도시)가 보관되며, 방사능 차폐 부재(30)와 단열재들(50, 52)을 통해 밀봉된 상태를 유지한다. 핵폐기물의 폐열은 열전 디바이스(20)(도 2에 도시)에서 열전 변환되어 리드선(28)을 통해 외부 전원으로 연결된다. The nuclear waste storage container 12 (shown in FIG. 2) is stored inside the
핵폐기물은 열을 방출하기 때문에 핵폐기물 저장 용기(12)에 넣는 상태로 저장 풀장(pool)이나 중간 저장시설 등에서 냉각되며 보관되거나 지층에 저장된다. 이 경우, 핵폐기물로부터 방출되는 열은 유효하게 활용되지 않고 그대로 외부에 방출될 수 있다. 폐열 발전 장치(100)는 열전 디바이스(20)(도 2에 도시)를 핵폐기물 저장 용기(12) 주변을 감싸도록 배치한다. 또한, 폐열 흐름을 방사능 차폐 부재(30)와 단열재들(50, 52)을 통해 핵폐기물 저장 용기(12) 주변으로 안내하여 핵폐기물로부터 방출되는 폐열을 유효하게 활용할 수 있다. 이하에서는 도 2를 참조하여 폐열 발전 장치(100)의 내부 구조를 좀더 상세하게 설명한다. Since the nuclear wastes dissipate heat, the nuclear wastes are stored in the nuclear
도 2는 폐열 발전 장치(100)를 도 1의 선 A-A에 따라 자른 단면도이다. 도2는 폐열 발전 장치(100)의 내부 구조를 상세하게 나타낸다.FIG. 2 is a cross-sectional view of the
도 2를 참조하면, 폐열 발전 장치(100)는 핵폐기물 저장 용기(12), 열전 디바이스(20), 방사능 차폐 부재(30), 열전달 부재(40), 그리고 단열재들(50, 52)을 포함한다. 이외에, 폐열 발전 장치(100)는 다른 소자들을 더 포함할 수도 있다.Referring to FIG. 2, the
핵폐기물 저장 용기(12)는 핵폐기물을 수용한다. 한편, 핵폐기물 저장 용기(12)는 일방향으로 뻗은 형상을 갖는다. 핵폐기물 저장 용기(12)는 고준위 핵폐기물을 저장한다. 폐열 발전 장치(100)는 핵폐기물 저장 용기(12)가 수용될 수 있는 공간을 가진다. The nuclear
열전 디바이스(20)는 핵폐기물 저장 용기(12)의 적어도 하나의 측면을 둘러싸는 형상을 갖는다. 열전 디바이스(20)는 납을 포함하여, 핵폐기물로부터 방출되는 방사능을 1차적으로 차폐한다.The
방사능 차폐 부재(30)는 열전 디바이스(20)를 둘러싸는 형상을 가진다. 방사능 차폐 부재(30)는 납(Pb)을 포함한다. 방사능 차폐 부재(30)는 핵폐기물로부터 방출되는 방사능을 2차로 차폐한다. 열전 디바이스(20)를 이용하여 방사능을 1차적으로 차폐한 후에 방사능 차폐 부재(30)를 이용하여 방사능을 2차적으로 차폐하므로, 핵폐기물 저장 용기(12)로부터 방출되는 방사능의 양을 최소화할 수 있다.The
도 2에 도시한 바와 같이, 열전 디바이스(20)는 고온 접합부(22), 저온 접합부(24), 열전 소자들(26)을 포함한다. 이외에, 열전 디바이스(20)는 필요에 따라 다른 소자들을 더 포함할 수 있다.As shown in FIG. 2, the
고온 접합부(22)는 핵폐기물 저장 용기(12)와 접하여 열을 전달받는다. 고온 접합부(22)는 핵폐기물 저장 용기(12)와 면접촉하여 핵폐기물 저장 용기(12)로부터 발생되는 열을 최대한 활용하기 위해 판형으로 형성된다.The
한편, 저온 접합부(24)는 방사능 차폐 부재(30)와 접한다. 저온 접합부(24)는 그 온도를 최대한 낮추기 위해 방사능 차폐 부재(30)와 면접촉하도록 판형으로 형성한다.On the other hand, the
열전 소자들(26)은 고온 접합부(22)와 저온 접합부(24) 사이에 연결되며, 복수개로 이루어진다. 열전 소자들(26)은 비스무트-텔루륨(Bi-Te)계, 납-텔루륨(Pb-Te)계, 실리콘-게르마늄(Si-Ge)계 및 페로실리콘(Fe-Si)계 합금으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 원소를 포함한다. 상기한 바와 같이 열전 소자들(26)은 다양한 소재들을 포함할 수 있다.The
열전 소자(26)의 재료들은 그 온도 구간마다 상이한 성능을 가진다. 예를 들면, 약 200℃ 이하의 온도 환경에서는 Bi-Te계 소재가 주로 이용되며, 400℃ 부근의 온도 환경에서는 Pb-Te계 소재가 이용되고, 그 이상의 온도에서는 Si-Ge계 소재가 이용한다. 이들 소재들은 전술한 온도 범위에서 비교적 우수한 특성을 나타낸다.The materials of the
폐열 발전 장치(100)는 납-텔루륨(Pb-Te)계의 열전 소자들(26)을 사용할 수 있다. 열전 소자들(26)은 납을 포함하며, 열전 소자들(26)에 포함되는 납의 양은 30wt% 내지 70wt%일 수 있다. 열전 소자들(26)에 포함된 납의 양이 30wt% 미만인 경우 방사능의 차폐 효과가 감소될 수 있다. 또한, 열전 소자들(26)에 포함된 납의 양이 70wt%를 초과하는 경우, 열전 소자들(26)의 열전 효율이 감소된다. 따라서, 열전 소자들(26)에 포함되는 납의 양은 실질적으로 50wt%로 한다.The
열전 소자들(26)은 상호 이격되어 형성된다. 여기서, 열전 소자들(26)의 길이들은 실질적으로 동일하게 형성할 수 있다. 열전 소자들(26)은 n형 열전 소자와 p형 열전 소자를 포함한다. n형 열전 소자와 p형 열전 소자는 전기적으로는 직렬 연결된다. 한편으로는, n형 열전 소자와 p형 열전 소자는 병렬 연결된 구조를 가진다.The
한편, 열전 디바이스(20)에서 고온 접합부(22)와 저온 접합부(24)의 온도차이가 클수록 발전 효율이 향상되기 때문에 저온 접합부(24)의 온도를 낮게 유지할수록 좋다. 이러한 이유로 폐열 발전 장치(100)를 물(10)에 담가서 저온 접합부(24)의 온도를 낮출 수가 있다. 예를 들어, 원자력발전소의 복수기를 통과한 냉각수를 배출하는 부위에 폐열 발전 장치(100)를 배치시킬 수도 있다.On the other hand, since the power generation efficiency improves as the temperature difference between the
단열재들(50, 52)은 핵폐기물 저장 용기(12)의 측면과 이웃하는 핵폐기물 저장 용기(12)의 상면 및 하면에 접한다. 단열재들(50, 52)은 콘트리트를 포함할 수 있다. 단열재들(50, 52)를 핵폐기물 저장 용기(12)의 상부와 하부에 접합시킴으로써, 고준위 핵폐기물에서 발생하는 열이 열전 소자들(26)을 통해서 외부로 방출되게 조절되어야 한다.The
도 2를 참조하면, 핵폐기물 저장 용기(12)의 상부와 하부에는 단열과 방사선 차단 효과가 있는 단열재들(50, 52)로 열과 방사선을 차단하여 핵폐기물의 폐열이 측벽으로만 흐르게 한다. 그리고 핵폐기물 저장 용기(12)의 측벽에는 열전 디바이스(20)의 고온 접합부(22)를 부착시킨다. 열전 디바이스(20)의 저온 접합부(24)에는 열전달 부재(40)인 열전달 물질을 이용하여 납으로 된 방사능 차폐 부재(30)로 열이 잘 전달되도록 한다. 방사능 차폐 부재(30)인 납은 좋은 열전달 물질이어서 외부와 열 교환을 잘 할 수 있음과 동시에 방사선을 차폐시키는 효과가 있다.Referring to Figure 2, the upper and lower portions of the nuclear
단열재들(50, 52)은 폐열 발전 장치(100)를 밀봉하여 폐열 발전 장치(100)를 그 외부와 차단시킨다. 따라서, 폐열 발전 장치(100)가 물(10)속에 잠겨 있는 경우에도 물(10)이 폐열 발전 장치(100) 내부로 침투하는 것을 방지할 수 있다. The
한 쌍의 리드선들(28)은 상면 단열재(50)를 관통한다. 한 쌍의 리드선(28)은 양극 리드선(28a) 및 음극 리드선(28b)을 포함한다. 한 쌍의 리드선들(28)은 각각 고온 접합부(22) 및 저온 접합부(24)에 연결된다. 고온 접합부(22) 및 저온 접합부(24)의 온도차는 400℃ 내지 600℃일 수 있다. 온도차가 400℃ 미만인 경우, 발전 효율이 낮고, 온도차가 너무 큰 경우, 열전 소자의 소재로서 고비용의 소재들을 사용해야 한다. 열전 소자들(26)의 양쪽 온도차를 이용하여 열전 소자들(26) 내부의 캐리어(carrier)를 이동시킴으로써 기전력을 발생시킬 수 있다. The pair of
참고로, 400℃의 고준위 폐기물은 열 발생율이 약 2kW/m3 내지 20kW/m3으로 알려져 있다. 핵폐기물 저장 용기(12)의 부피를 1m3이라고 가정하고 본 발명의 실시예에 따른 폐열 발전 장치(100)를 폐열 회수에 적용하였을 때(외부 조건은 섭씨 10℃의 물) Pb-Te 합금(Tl-PbTe, ZT=1.5)을 사용하면 약 16.8%, 즉 0.3~3.4kW 정도의 에너지를 회수할 수 있다.For reference, high-level waste at 400 ° C. has a heat generation rate of about 2 kW / m 3 to 20 kW / m 3 . Assuming that the volume of the nuclear
도 2에 도시한 바와 같이, 열전달 부재(40)는 열전 디바이스(20) 및 방사능 차폐 부재(30) 사이에 위치한다. 열전달 부재(40)는 열전 디바이스(20) 및 방사능 차폐 부재(30)와 상호 접한다. 열전달 부재(40)는 열전달 물질(TIM, Thermal Interface Material), 방열그리스(Thermal Grease), 방열에폭시 접착제(Thermal Bond), 방열패드(Thermally Conductive Silicone Pad), 방열테이프(Thermally Conductive Adhesive Tape) 및 그래파이트 시트(Graphite Sheet)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 원소를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 2, the
도 2를 참조하면, 핵폐기물 저장 용기(12)는 복수의 측면들을 포함하고, 복수의 측면들 중 적어도 하나의 상호 이웃하는 한 쌍의 측면들은 서로 직각을 이룰 수 있다. 예를 들면, 핵폐기물 저장 용기(12)는 직육면체 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 핵폐기물 저장 용기(12a)는 적어도 하나의 측면이 곡률을 가질 수 있도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 핵폐기물 저장 용기(12a)의 측면을 곡면형으로 형성하며, 핵폐기물 저장 용기(12a)의 단면을 원형으로 제조할 수 있다.Referring to FIG. 2, the nuclear
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 폐열 발전 장치의 부분 단면도이다. 도 3에서 핵폐기물 저장 용기(12a)가 저장되는 공간과 방사능 차폐 부재(30a)의 형상은 도 1의 대응하는 형상과 상이하다. 3 is a partial cross-sectional view of the waste heat generating apparatus according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 3, the space in which the nuclear
도 3을 참조하면, 폐열 발전 장치(200)는 원주형의 핵폐기물 저장 용기(12a)가 저장되는 저장공간을 원통형으로 형성한다. 그리고 방사능 차폐 부재(30a)도 원통형으로 형성된다. 그리고 열전 디바이스(20a)를 구성하는 고온 접합부(22a)의 형상도 상이한 형상을 갖는다. 즉, 핵폐기물 저장 용기(12a)와 접하는 고온 접합부(22a)의 면은 원형으로 형성된다. 또한, 핵폐기물 저장 용기(12a)가 열전 소자들(26a)과 접하는 면은 판형으로 형성된다. 따라서, 고온 접합부(22a)는 핵폐기물 저장 용기(12a) 및 열전 소자들(26a)과 각각 면접촉하므로, 열전달 효율이 높은 이점이 있다.Referring to FIG. 3, the
전술한 바와 같이, 폐열 발전 장치(100, 200)를 이용하여 고준위 핵폐기물을 통해 버려지는 막대한 양의 폐열을 회수하여 전기를 생성할 수 있다. As described above, the waste
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 여기에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 다양하게 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이것도 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it is within the scope of the present invention.
12 ; 핵폐기물 저장 용기 20 ; 열전 디바이스
22 ; 고온 접합부 24 ; 저온 접합부
26 ; 열전 소자 28 ; 리드선
30 ; 방사능 차폐 부재 40 ; 열전달 부재
50, 52 ; 단열재 100, 200 ; 폐열 발전 장치12; Nuclear
22;
26;
30;
50, 52;
Claims (14)
상기 핵폐기물 저장 용기의 적어도 하나의 측면을 둘러싸는 열전 디바이스, 및
상기 열전 디바이스를 둘러싸는 방사능 차폐 부재를 포함하는 폐열 발전 장치.A nuclear waste storage container adapted to receive nuclear waste and extending in one direction,
A thermoelectric device surrounding at least one side of the nuclear waste storage container, and
And a radioactive shield member surrounding the thermoelectric device.
상기 열전 디바이스는 납을 포함하고, 상기 열전 디바이스는 상기 핵폐기물로부터 방출되는 방사능을 1차로 차폐하고, 상기 방사능 차폐 부재는 상기 방사능을 2차로 차폐하는 폐열 발전 장치.The method of claim 1,
And the thermoelectric device includes lead, the thermoelectric device primarily shields radiation emitted from the nuclear waste, and the radiation shielding member shields the radiation secondary.
상기 열전 디바이스는,
상기 핵폐기물 저장 용기와 접하여 열을 전달받는 고온 접합부,
상기 방사능 차폐 부재와 접하는 저온 접합부, 및
상기 고온 접합부와 상기 저온 접합부 사이에 연결되는 복수의 열전 소자들을 포함하는 폐열 발전 장치.The method of claim 1,
The thermoelectric device,
High temperature junction in contact with the nuclear waste storage container receives heat;
A low temperature junction in contact with the radioactive shielding member, and
Waste heat generating apparatus comprising a plurality of thermoelectric elements connected between the high temperature junction and the low temperature junction.
상기 핵폐기물 저장 용기의 측면과 이웃하는 상기 핵폐기물 저장 용기의 상면 및 하면과 접하는 단열재, 및
상기 상면 단열재를 관통하는 한 쌍의 리드선
을 더 포함하고,
상기 한 쌍의 리드선은 각각 상기 고온 접합부 및 상기 저온 접합부에 연결된 폐열 발전 장치.The method of claim 3,
An insulator in contact with the upper and lower surfaces of the nuclear waste storage container adjacent to the side of the nuclear waste storage container, and
A pair of lead wires penetrating the top surface insulation
More,
And the pair of lead wires are respectively connected to the high temperature junction and the low temperature junction.
상기 단열재는 상기 폐열 발전 장치를 밀봉하여 상기 폐열 발전 장치를 그 외부와 차단시키는 폐열 발전 장치.The method of claim 4, wherein
The heat insulator seals the waste heat generating device to block the waste heat generating device from the outside thereof.
상기 열전 소자는 비스무트-텔루륨(Bi-Te)계, 납-텔루륨(Pb-Te)계, 실리콘-게르마늄(Si-Ge)계 및 페로실리콘(Fe-Si)계 합금으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 원소를 포함하는 폐열 발전 장치.The method of claim 3,
The thermoelectric element is selected from the group consisting of bismuth-tellurium (Bi-Te) -based, lead-tellurium (Pb-Te) -based, silicon-germanium (Si-Ge) -based and ferrosilicon (Fe-Si) -based alloys. Waste heat generator comprising at least one element.
상기 열전 소자는 상기 납을 포함하는 폐열 발전 장치.The method of claim 6,
The thermoelectric element is a waste heat generator comprising the lead.
상기 납의 양은 30wt% 내지 70wt%인 폐열 발전 장치.The method of claim 7, wherein
The amount of lead is 30wt% to 70wt% waste heat generator.
상기 핵폐기물 저장 용기는 복수의 측면들을 포함하고, 상기 복수의 측면들 중 적어도 하나의 상호 이웃하는 한 쌍의 측면들은 서로 직각을 이루는 폐열 발전 장치.The method of claim 3,
And the nuclear waste storage container includes a plurality of side surfaces, and at least one of the plurality of side surfaces adjacent to each other is perpendicular to each other.
상기 열전 소자들은 상호 이격되어 형성되고, 상기 열전 소자들의 길이들은 실질적으로 동일한 폐열 발전 장치.10. The method of claim 9,
And the thermoelectric elements are spaced apart from each other, and the thermoelectric elements have substantially the same length.
상기 고온 접합부 및 상기 저온 접합부 사이의 온도차는 400℃ 내지 600℃인 폐열 발전 장치.The method of claim 5,
The temperature difference between the high temperature junction and the low temperature junction is 400 ℃ to 600 ℃ waste heat generator.
상기 적어도 하나의 측면은 곡률을 가지는 폐열 발전 장치.The method of claim 1,
The at least one side has a curvature of waste heat generating device.
상기 열전 디바이스 및 상기 방사능 차폐 부재 사이에 위치하고, 상기 열전 디바이스 및 상기 방사능 차폐 부재와 상호 접하는 열전달 부재를 더 포함하는 폐열 발전 장치.The method of claim 1,
And a heat transfer member positioned between the thermoelectric device and the radioactive shielding member and in contact with the thermoelectric device and the radioactive shielding member.
상기 열전달 부재는 열전달 물질(TIM ; Thermal Interface Material), 방열그리스(Thermal Grease), 방열에폭시 접착제(Thermal Bond), 방열패드(Thermally Conductive Silicone Pad), 방열테이프(Thermally Conductive Adhesive Tape) 및 그래파이트 시트(Graphite Sheet)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 원소를 포함하는 폐열 발전 장치.The method of claim 13,
The heat transfer member may include a thermal interface material (TIM), a thermal grease, a thermal adhesive epoxy bond, a thermally conductive silicone pad, a thermally conductive adhesive tape, and a graphite sheet. Waste heat generator comprising at least one element selected from the group consisting of Graphite Sheet.
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DE102013218427A1 (en) * | 2013-09-13 | 2015-04-16 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Method for converting thermal energy into electrical energy and thermoelectric generator and its use |
KR20220166538A (en) * | 2021-06-10 | 2022-12-19 | 한국수력원자력 주식회사 | Dry Type Storage Apparatus for Storing Spent Nuclear Fuel |
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2010
- 2010-02-25 KR KR1020100016943A patent/KR20110097217A/en not_active Ceased
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