제 4 세대 소듐냉각 고속로에는 중간열교환기(IHX), 붕괴열제거 열교환기(DHX), 공기 열교환기(AHX), 핀형 소듐-공기 열교환기(FHX) 및 증기발생기(SG)를 포함한 다양한 열교환기들이 설치된다. 본 연구에서는 STELLA-1 시험루프에 설치된 소듐-공기 열교환기인 AHX 와 SELFA 시험루프에 설치될 핀형(finned) 소듐-공기 열교환기인 FHX 등 2 기의 열교환기 설계에 대해 3D 상세 유한요소해석을 수행하고, 동 결과에 기초하여 고온설계 기술기준을 따라 크리프-피로 손상평가를 수행하였다. 손상 평가결과 AHX와 FHX는 의도하는 크리프 피로 손상 하중 하에서 구조 건전성을 유지하는 것으로 확인되었다.
The FHX (Forced-draft sodium-to-air Heat Exchanger) employed in the ADHRS (active decay heat removal system) is a shell-and-tube type counter-current flow heat exchanger with M-shape finned-tube arrangement. Liquid sodium flows inside the heat transfer tubes and atmospheric air flows over the finned tubes. The unit is placed in the upper region of the reactor building and has function of dumping the system heat load into the final heat sink, i.e., the atmosphere. Heat is transmitted from the primary cold sodium pool into the ADHRS sodium loop via DHX (decay heat exchanger), and a direct heat exchange occurs between the tube-side sodium and the shell-side air through the FHX tube wall. This paper describes the DHRS and the structural design of the FHX.
A Prototype Gen-IV Sodium-cooled Fast Reactor which is one of the $4^{th}$ generation nuclear reactors is in development by Korea Atomic Energy Research Institute. The reactor is composed of four main fluid systems which are categorized by its functions, i.e., Primary Heat Transport System, Intermediate Heat Transport System, Decay Heat Removal System and Sodium-Water Reaction Pressure Relief System. The coolant of the reactor is liquid sodium and sodium-to-sodium heat exchangers are installed at the interfaces between two fluid systems, Intermediate Heat Exchangers between the Primary Heat Transport System and the Intermediate Heat Transport System and Decay Heat Exchangers between the Primary Heat Transport System and the Decay Heat Removal System. For the design and performance analysis of the Intermediate Heat Exchanger and the Decay Heat Exchanger, a computer code was written during previous step of research. In this work, the computer code named "SHXSA" has been validated preliminarily by computational fluid dynamics simulations.
본 연구에서는 소듐냉각 고속로 붕괴열교환기(DHX)의 고온 설계 및 크리프-피로 손상 평가를 수행하였다. 제 4 세대 소듐냉각 고속로의 능동 및 피동 잔열제거계통에 설치되는 DHX와 한국원자력연구원의 STELLA-1 시험루프에 설치된 DHX에 대해 상세설계 및 3D 유한요소해석을 수행하고, 동 결과에 기초하여 고온설계 기술기준인 ASME Section III Subsection NH와 RCC-MR 코드를 따라 크리프-피로 손상평가를 수행하였다. 크리프-피로 손상평가 결과에 기초하여 두 설계기준에 대해 비교 분석하고, 설계 기술기준의 보수성 이슈에 대해 토의하였다.
Lee, Su Won;Shin, Seong Min;Chung, SungKun;Jo, HangJin
Nuclear Engineering and Technology
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제54권5호
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pp.1874-1889
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2022
In this study, we evaluate the thermal-hydraulic performance and economics of Printed Circuit Heat Exchanger (PCHE) according to the channel types and associated shape variables for the design of recuperators with Sodium-cooled Fast Reactors (SFRs). To perform the evaluations with variables such as the Reynolds number, channel types, tube diameter, and shape variables, a code for the heat exchanger is developed and verified through a comparison with experimental results. Based on the code, the volume and pressure drop are calculated, and an economic assessment is conducted. The zigzag type, which has bending angle of 80° and a tube diameter of 1.9 mm, is the most economical channel type in a SFR using CO2 as the working fluid. For a SFR using N2, we recommend the airfoil type with vertical and horizontal numbers of 1.6 and 1.1, respectively. The airfoil type is superior when the mass flow rate is large because the operating cost changes significantly. When the mass flow rate is small, volume is a more important design parameter, therefore, the zigzag type is suitable. In addition, we conduct a sensitivity analysis based on the production cost of the PCHE to identify changes in optimal channel types.
Areai Nuerlan;Jin Wang;Jun Yang;Zhongxiao Guo;Yizhe Liu
Nuclear Engineering and Technology
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제56권4호
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pp.1135-1144
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2024
With the increasing ratio of renewables in the grid, a low-carbon and stable base load source that also is capable of load tracking is in demand. Sodium cooled fast reactors (SFRs) coupled to thermal heat storage system (THS) is a strong candidate for the need. This research focuses on the designing and performance validation of a two-tank THS based on molten salt to integrate with a 280 MWth sodium cooled fast reactor. Designing of the THS includes the vital component, sodium-to-salt heat exchanger which is a technology gap that needs to be filled, and designing and parameter selection of the tanks and related pumps. Modeling of the designed THS is conducted followed by the description of operation strategies and control logics of the THS. Finally, the dynamic simulation of the designed THS is conducted based on Fortran. Results show, the proposed power system meets the need of the design requirements to store heat for 18 h during a day and provide 500 MWth for peak demand for the rest of the day.
In this study, high temperature design and integrity evaluation methodology have been developed for Type 316L stainless steel air-to-sodium heat exchanger which uses 700℃ sodium as coolant. Currently the only design rules that take creep effects into consideration explicitly for the 316L stainless steel subjected to high temperature in the creep range are French RCC-MRx, where elevated temperature designs are possible around 550℃. Absent design coefficients at high temperature were determined based on the material properties newly determined in previous studies, and high-temperature design evaluation methodologies were developed based on 3D finite element analyses on the 700℃ class heat exchanger. In addition, works were conducted on the web-based design evaluation program of HITEP_RCC-MRx including incorporation of material properties and design coefficients up to 700℃. Methodologies on high temperature design evaluations on Type 316L stainless steel high-temperature heat exchanger were suggested.
본 연구에서는 한국원자력연구원 내에 설치될 예정인 소듐시험 시설인 SELFA(Sodium Thermal-hydraulic Experiment Loop for Finned-tube Sodium-to-Air heat exchanger) 내에서 정상상태 가동온도가 $510^{\circ}C$의 고온 압력용기인 팽창탱크에 대해 고온 건전성 평가를 수행하였다. 팽창탱크에 대해 3 차원 유한요소해석에 기초하여 고온설계 기술기준인 ASME Section III Subsection NH 와 프랑스의 RCC-MRx 코드를 따라 크리프-피로 손상평가를 수행하였다. 평가결과 팽창탱크는 크리프-피로 설계 과도 하중 하에서 구조적 건전성을 유지하는 것으로 나타났다. 316L 스테인리스강 재질의 동 압력용기에 대해 정량적 코드 비교 분석을 수행하였다.
Four cylindrically shaped IHXs(Intermediate Heat Exchangers) are installed in the PHTS(Primary Heat Transfer System) of the PGSFR(Prototype Gen IV Sodium cooled Fast Reactor). As for the IHX, the temperature difference of structure is inevitable result caused by heat transfer between primary coolant sodium and IHTS(Intermediate Heat Transport System) sodium. It is necessary to evaluate the high temperature structural integrity of IHXs which operate at the elevated temperature condition over the creep temperature. In this paper, the high temperature structural integrity of IHX under assumed loading conditions has been reviewed according to ASME code.
Kim, Jong-Bum;Jeong, Ji-Young;Lee, Tae-Ho;Kim, Sungkyun;Euh, Dong-Jin;Joo, Hyung-Kook
Nuclear Engineering and Technology
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제48권5호
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pp.1083-1095
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2016
The design of Prototype Gen-IV Sodium-Cooled Fast Reactor (PGSFR) has been developed and the validation and verification (V&V) activities to demonstrate the system performance and safety are in progress. In this paper, the current status of test activities is described briefly and significant results are discussed. The large-scale sodium thermal-hydraulic test program, Sodium Test Loop for Safety Simulation and Assessment-1 (STELLA-1), produced satisfactory results, which were used for the computer codes V&V, and the performance test results of the model pump in sodiumshowed good agreement with those in water. The second phase of the STELLA program with the integral effect tests facility, STELLA-2, is in the detailed design stage of the design process. The sodium thermal-hydraulic experiment loop for finned-tube sodium-to-air heat exchanger performance test, the intermediate heat exchanger test facility, and the test facility for the reactor flow distribution are underway. Flow characteristics test in subchannels of a wire-wrapped rod bundle has been carried out for safety analysis in the core and the dynamic characteristic test of upper internal structure has been performed for the seismic analysis model for the PGSFR. The performance tests for control rod assemblies (CRAs) have been conducted for control rod drive mechanism driving parts and drop tests of the CRA under scram condition were performed. Finally, three types of inspection sensors under development for the safe operation of the PGSFR were explained with significant results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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