청정 에너지 전환 시대의 핵심 동력원인 초고온가스로형 원자로(VHTR)는 약 900°C 이상의 고온 열을 안정적으로 제공하여 열화학적 수소 생산 등 비전력 분야에 획기적인 활용 잠재력을 갖춘다. 그러나 이러한 극단적인 고온 환경은 원자로와 외부 열 이용 설비를 연결하는 열전달 계통(Heat Transport System)에 심각한 공학적 제약을 야기한다. 특히, 고온 배관 및 중간 열교환기(IHX)에서 헬륨(He) 냉각재의 열적 순환 및 반복적인 기동-정지 사이클은 재료의 크리프 변형과 열피로를 유발하며, 배관 곡부와 접합부에서의 열응력 집중(Thermal Stress Concentration)은 시스템의 구조적 건전성과 장기 운전 수명 확보에 있어 근본적인 걸림돌로 작용한다. 본 연구는 VHTR 열전달 계통의 구조적 취약점을 근원적으로 해소하기 위한 체계적이고 혁신적인 설계 패러다임을 제안한다. 구체적으로, 열유체-구조 연성 해석(FSI)을 통해 고온 유동 특성을 정밀하게 분석하고, 위상 최적화(Topology Optimization) 기법을 적용하여 열전달 효율과 기계적 강성을 동시에 극대화하는 최적 형상을 도출한다. 더불어, 플렉시블 루프(Flexible Loop)와 열차폐 코팅(TBC) 기술을 결합한 선제적 열응력 완화 설계 개념을 통합 제시함으로써, 극한 환경에서의 구조물 파손 가능성을 최소화한다. 본 연구 결과는 VHTR 시스템의 운전 신뢰성을 획기적으로 향상시키고, 초고온 원자로 기술의 상용화를 위한 핵심 공학적 기반을 제공하여 미래 청정 에너지원의 안정적인 공급에 기여할 것으로 기대된다.