초록 ▼

Ⅳ. 연구개발결과
1. 일체형 잔열제거계통 개념 및 기반기술 개발/검증
불확실성이 큰 자연순환 열제거 메커니즘의 개선을 통해 기존 소듐냉각고속로의 피동 안전성을 향상시킬 수 있는 일체형 잔열제거계통 열교환기(CHX) 설계개념을 개발하고 설계 타당성을 평가하였다. 혁신적이고 다소 도전적인 CHX 열교환기의 설계개념 구현을 위하여 나선형 전열관 배치에 기반한 소듐 열교환기의 일차원 설계 전산코드를 개발하고, 이를 활용하여 핵심 열유체 설계인자를 생산하였다. 본 연구단계에서는 개발된 CHX 설계개념에 대한 열유체 성능 및 기계

Ⅳ. 연구개발결과
1. 일체형 잔열제거계통 개념 및 기반기술 개발/검증
불확실성이 큰 자연순환 열제거 메커니즘의 개선을 통해 기존 소듐냉각고속로의 피동 안전성을 향상시킬 수 있는 일체형 잔열제거계통 열교환기(CHX) 설계개념을 개발하고 설계 타당성을 평가하였다. 혁신적이고 다소 도전적인 CHX 열교환기의 설계개념 구현을 위하여 나선형 전열관 배치에 기반한 소듐 열교환기의 일차원 설계 전산코드를 개발하고, 이를 활용하여 핵심 열유체 설계인자를 생산하였다. 본 연구단계에서는 개발된 CHX 설계개념에 대한 열유체 성능 및 기계구조 건전성 평가를 위하여, 상용 CFD를 이용한 다차원 복합전열과정(Conjugate heat transfer) 열유동 해석을 수행하였고, 설계 방법론의 실험적 검증을 위하여 척도해석에 기반한 CHX 압력강하 특성 실험요건을 생산하여 연계 세부과제로 기술정보를 제공하였다. 특히 복잡한 기하형상에 기인하는 기계구조적 설계 타당성 확인을 위하여 3차원 CAD 데이터에 기반한 고온 구조건전성 평가를 수행하여 기기설계의 완성도를 한 층 향상시키는 성과를 이루었다.

2. 일체형 랭킨싸이클 증기발생기 개발 및 기술 검증
소듐-물 반응 가능성을 최소화하기 위한 혁신개념 증기발생기 개발을 위하여 헬리컬 방식 및 Serpentine 방식의 전열관 배치를 가지는 두 가지 일체형 증기발생기(ICSG) 설계개념을 세부과제간 연계를 통해 최종 확정하였다. 본 연구단계에서는 개념이 확정된 서로 다른 ICSG를 대상으로 각각의 설계 및 성능해석을 위한 1차원 전산해석 코드 2종(SPINS-H 및 SPINS-S)의 개발을 완료하였다. 또한, 차기단계 수행 예정인 ICSG 성능관련 실험을 위하여 작동유체의 열유체적 특성에 대한 연구, 상세 실험요건 설정 및 실험을 위한 축소 모델 ICSG에 대한 기본 설계를 완료하고, 해당 기술정보를 연계 세부과제와 공유함으로써, 실험장치의 설계 및 실험 진행 단계에서 고려할 기술사항에 대한 종합적 검토를 수행하였다.

3. 신개념 N₂ Brayton Cycle 동력변환계통 기반기술 개발 및 검증
소듐냉각고속로의 미래형 동력변환계통 개념 개발의 일환으로, 질소를 작동유체로 사용하는 N₂ Brayton 사이클의 기본 설계인자 결정을 위한 전산코드를 개발하고 예비검증을 수행하였다. 본 연구단계를 통해 개발된 핵심 전산코드를 이용하여 N₂ Brayton 사이클을 이용하는 동력변환계통의 구성, 작동유체별 효율 평가 및 주요 설계인자에 대한 최적화를 수행하여 계통 적용성 평가를 위한 기반을 확립하였다. 또한, 대상원자로별 동력변환계통을 구성하는 N₂ Brayton 사이클의 주요기기에 대한 핵심 설계인자를 설정하고, 이를 기반으로 소듐-가스 열교환기의 열적 크기 산정을 위한 설계 전산코드 개발, 제반 열유체 설계인자 도출, 그리고 계통 구성에 대한 기술적 예비 타당성 평가를 완료하여 차기단계 연구를 위한 기본 정보를 생산하였다.

(출처 : 요약문 6p)

Abstract ▼

Ⅳ. Results of the Research and Development
1. Concept Development and Technology Validation of the Combined Sodium Heat Exchangers
A reliable decay heat removal (DHR) is one of the most important requirements to be met in successful SFR design. Most conventional DHR concepts are using the ambi

Ⅳ. Results of the Research and Development
1. Concept Development and Technology Validation of the Combined Sodium Heat Exchangers
A reliable decay heat removal (DHR) is one of the most important requirements to be met in successful SFR design. Most conventional DHR concepts are using the ambiguous cooling paths from the hot- to cold-pool passing the shell paths of the intermediate heat exchanger (IHX) and decay heat exchanger (DHX). To this end, the configuration of both heat exchangers in the reactor vessel plays an important role in determining DHR capability. In the current SFR design, however, the internal flow path from the hot- to cold-pool is somewhat ambiguous owing to the split flow ratio formed in a parallel path between the IHXs and DHXs, which results in a large uncertainty in the DHX shell-side flowrate and corresponding heat transfer rate to the DRACS sodium loop. To improve the heat transfer performance of the DHX unit, a new design concept with a combined INX-DHX (CHX) unit inside the sodium pool has been proposed by using an unified flow path passing both heat exchangers serially. Throughout the research project, the noble design concept of the CHX unit have been developed and synthetically evaluated by using multi-dimensional CFD analysis to investigate its thermal-hydraulic and heat transfer characteristics. High-temperature structural design analysis for thermal stress and creep-fatigue damage has been also made to confirm its design feasibility for potential application.

2. Development of the Integrated Rankine-cycle Steam Generator (ICSG) Concept and Technology Verification
The innovative concepts to minimize consequences of a potential sodium-water reaction (SWR) were proposed in the research period, and some two different types of an IHX-combined steam generator (ICSG) have been proposed, which are the helical tube-type unit (H-ICSG) and the serpentine tube-type unit (S-ICSG). Basically the new SG concepts incorporate a double tube bundle configuration, and the peculiar feature practically removes potential SWR event due to a sort of multi-layered wall installation with an intermediate heat transfer fluid between sodium and water/steam. Since the intermediate fluid should be unreactive with both water and liquid sodium, a lead-bismuth alloy was preliminarily selected to be a candidate of new heat transfer medium. To make thermal-sizing and get the thermal-hydraulic design parameters of those ICSG concepts, two kinds of computational codes for a thermal-hydraulic design and analysis of the two ICSG concepts were successfully developed. Their design feasibility were synthetically evaluated in the aspect of manufacturing, practical system design application, performance, etc. To validate the developed computational codes for the ICSG design, several kinds of thermal-hydraulic experiments are scheduled to be performed in the next phase. To this end, specific technical information such as test requirements, test section design parameters, and test conditions were provided to the interfaced research fields.

3. Technology Development and Verification of a Nitrogen Brayton Cycle Power Conversion Option for an SFR
Throughout the research project, an innovative N2 Brayton cycle power conversion option for SFR application was proposed and the computational code (REGACY) to obtain the design parameters of the power conversion system (PCS) was successfully developed. The configuration of N2 Brayton cycle PCS was preliminarily set up, and the variations of cycle efficiencies in terms of working fluids were investigated. The optimization processes for major design parameters were also carried out by using the developed REGACY code. The basic concept of the helical-tube type sodium-to-gas heat exchanger (SGHX), that is one of the key component configuring the N2-PCS, was proposed and the computational code (SPAGAS) for its thermal sizing and hydraulic design was developed as well. All the preliminary design parameters of SGHX were obtained, and the design information is scheduled to be used to make configuration and optimization of the N2-PCS for the reference plant design in the next research phase.

(source: SUMMARY 9p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요 약 문 ... 4
• SUMMARY ... 8
• CONTENTS ... 13
• 목차 ... 15
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 17
• 제1절 연구개발의 필요성 및 목적 ... 17
• 제2절 연구개발의 범위 ... 22
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 24
• 제1절 국내 기술개발 현황 ... 24
• 제2절 국외 기술개발 현황 ... 25
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 30
• 제1절 연구개발목표 ... 30
• 1. 최종 연구개발목표 ... 30
• 2. 연도별 연구개발목표 및 평가착안점 ... 31
• 제2절 연구개발내용 ... 33
• 1. 일체형 잔열제거계통 개념 및 기반기술 개발/검증 ... 33
• 2. IHX 일체형 증기발생기(ICSG) 개념 및 기반기술 개발/검증 ... 95
• 3. N₂ 동력변환계통 개념 및 기반기술 개발/검증 ... 111
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 130
• 제1절 연도별 목표 대비 달성도 ... 130
• 제2절 연구결과의 관련분야 기여도 ... 133
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 134
• 제1절 추가연구의 필요성 ... 134
• 제2절 타연구에의 응용 ... 134
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 136
• 제7장 연구장비의 구축 및 활용 결과 ... 140
• 제8장 참고문헌 ... 141
• 끝페이지 ... 145