LEE JUNG-JAE;LEE JIN-YONG;PARK GOON-CHERL;LEE BYUNG-CHUL;YOO HOJONG;KIM HYEONG-TAEK;OH SEUNG-JONG
Nuclear Engineering and Technology
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제37권3호
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pp.265-272
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2005
Severe accidents in nuclear power plants can cause hydrogen-generating chemical reactions, which create the danger of hydrogen combustion and thus threaten containment integrity. For containment analyses, a three-dimensional mechanistic code, GOTHIC-3D has been applied near source compartments to predict whether or not highly reactive gas mixtures can form during an accident with the hydrogen mitigation system working. To assess the code applicability to hydrogen combustion analysis, this paper presents the numerical calculation results of GOTHIC-3D for various hydrogen combustion experiments, including FLAME, LSVCTF, and SNU-2D. In this study, a technical base for the modeling oflarge- and small-scale facilities was introduced through sensitivity studies on cell size and bum modeling parameters. Use of a turbulent bum option of the eddy dissipation concept enabled scale-free applications. Lowering the bum parameter values for the flame thickness and the bum temperature limit resulted in a larger flame velocity. When applied to hydrogen combustion analysis, this study revealed that the GOTHIC-3D code is generally able to predict the combustion phenomena with its default bum modeling parameters for large-scale facilities. However, the code needs further modifications of its bum modeling parameters to be applied to either small-scale facilities or extremely fast transients.
본 연구에서는 냉각수 상실사고(LOCA)시 격납용기내의 수소농도를 제어하기 위해 수소재결합기 없이 수소 퍼지계통만을 사용할 때의 타당성을 분석하였다. 이 타당성 연구를 위해 격납응기내의 수소농도, 수소퍼지 계통의 수소제거, 그리고 퍼지로 인한 추가소외 선량이 계산되었다 또한 비용-편익 개념을 사용하여 수소 재결합기 계통(2대의 재결합기 설치)의 경제성을 분석하였다. 분석결과, 수소퍼지 계통은 수소 재결합기 없이도 수소농도를 제어하기에 충분하며, 10 CFR 100에 있는 선량 제한치를 만족시키고 있었다. 비용-편익 개념에 의하면 수소 재결합기 계통은 동일부지내에 있는 4∼6기의 발전소에 공용될 때 경제성이 있는 것으로 입증되었다.
Yan, X.;Tachibana, Y.;Ohashi, H.;Sato, H.;Tazawa, Y.;Kunitomi, K.
Nuclear Engineering and Technology
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제45권3호
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pp.401-414
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2013
HTR50S is a small modular reactor system based on HTGR. It is designed for a triad of applications to be implemented in successive stages. In the first stage, a base plant for heat and power is constructed of the fuel proven in JAEA's $950^{\circ}C$, 30MWt test reactor HTTR and a conventional steam turbine to minimize development risk. While the outlet temperature is lowered to $750^{\circ}C$ for the steam turbine, thermal power is raised to 50MWt by enabling 40% greater power density in 20% taller core than the HTTR. However the fuel temperature limit and reactor pressure vessel diameter are kept. In second stage, a new fuel that is currently under development at JAEA will allow the core outlet temperature to be raised to $900^{\circ}C$ for the purpose of demonstrating more efficient gas turbine power generation and high temperature heat supply. The third stage adds a demonstration of nuclear-heated hydrogen production by a thermochemical process. A licensing approach to coupling high temperature industrial process to nuclear reactor will be developed. The low initial risk and the high longer-term potential for performance expansion attract development of the HTR50S as a multipurpose industrial or distributed energy source.
Hydrogen-steam gas mixture may be injected into containment with flow regime varying both spatially and transiently due to wall effect and pressure difference between primary loop and containment in severe accidents induced by loss of coolant accident. Preliminary CFD analysis is conducted to gain information about the helium flow regime transition process from jet to buoyancy plume for forthcoming experimental study. Physical models of impinging jet and wall condensation are validated using separated effect experimental data, firstly. Then helium transportation is analyzed with the effect of jet momentum, buoyancy and wall cooling discussed. Result shows that helium distribution is totally dominated by impinging jet in the beginning, high concentration appears near gas source and wall where jet momentum is strong. With the jet weakening, stable light gas layer without recirculating eddy is established by buoyancy. Transient reversed helium distribution appears due to natural convection resulted from wall cooling, which delays the stratification. It is necessary to concern about hydrogen accumulation in lower space under the containment external cooling strategy. From the perspective of experiment design, measurement point should be set at the height of connecting pipe and near the wall for stratification stability criterion and impinging jet modelling validation.
수소 가스는 연소과정에서 오염물질의 배출이 없는 친환경 에너지원이다. 그러나 연소 및 폭발성이 매우 강해 매우 위험한 특징을 갖고 있다. 원자력 발전소의 중대 사고 발생시 핵연료의 산화 과정에서 다량의 수소 가스가 발생하며 원전 격납 건물의 2차 사고의 원인으로 작용함으로 원전의 안전을 확보하기 위하여 수소 가스의 검출 기술은 매우 중요하다. 본 논문은 수소 가스의 원격 계측을 위한 라만 라이다 시스템의 개발에 관한 것이다. 소형의 이동 가능한 라만 라이다 시스템을 설계 및 개발하였으며, 수소 가스의 농도를 정량적으로 계측하기 위한 계측 알고리즘을 개발하였다. 개발된 수소 가스 계측을 위한 라만 라이다 시스템의 수소 가스 검출 능력을 검증하기 위하여 수소 가스의 농도를 조절할 수 있는 가스 챔버를 이용하여 낮에 야외 환경에서 수소 가스 검출 실험을 실시하였다. 그 결과 20미터 거리에서 최소 0.67 Vol.%의 수소 가스 농도의 검출이 가능하였다.
Generally, a coolant of the nuclear power plant is manufactured by electrolyzing the sea water near the plant for making the sodium hypochlorite(NaOCl), which is used for sterilizing the bacteria and the shellfishes sticking to the drains or the pumps at the outlet of the cooling system due to $8-10^{\circ}C$ warmer temperature than the inlet sea water. During manufacturing the sodium hypochlorite, the hydrogen with the high purity is also produced at the anode side of the electrolyzer. This paper describes a novel power plant system combined with the polymer electrolyte membrane(PEM) fuel cell, the wasted hydrogen from the sea water electrolyzer and the wasted heat of the nuclear power plant. The present status over the exhausted hydrogen at twenty nuclear power plants in Korea was investigated in this study, from which an available power generation is estimated. Furthermore, the economic feasibility of the PEM fuel cell power plant is also evaluated by a current regulations over the power production and exchange using a renewable energy shown in Korea Power Exchange(KRX).
Hydrogen risk in the containment filtered venting system (CFVS) vessel was analyzed, considering operation pressure and modes with the effect of PAR and accident scenarios. The CFVS is to depressurize the containment by venting the containment atmosphere through the filtering system. The CFVS could be subject to hydrogen risk due to the change of atmospheric conditions while the containment atmosphere passes through the CFVS. It was found that hydrogen risk increased as the CFVS opening pressure was set higher because more combustible gases generated by Molten Core Concrete Interaction flowed into the CFVS. Hydrogen risk was independent of operation modes and found only at the early phase of venting both for continuous and cyclic operation modes. With PAR, hydrogen risk appeared only at the 0.9 MPa opening pressure for Station Black-Out accidents. Without PAR, however, hydrogen risk appeared even with the CFVS opening set-point of 0.5 MPa. In a slow accident like SBO, hydrogen risk was more threatening than a fast accident like Large Break Loss-of-Coolant Accident. Through this study, it is recommended to set the CFVS opening pressure lower than 0.9 MPa and to operate it in the cyclic mode to keep the CFVS available as long as possible.
The characteristics of oxidation for the Zry-4 was measured in the $800^{\circ}C$ and high steam pressure (50 bar, 75 bar, 100 bar) conditions, using an apparatus for high pressure steam oxidation. The effect of accelerated oxidation by high-pressure steam was increased more than 60% in hydrogen-charged cladding than normal cladding. This difference between hydrogen charged claddings and normal claddings tends to be larger as the higher pressure. The accelerated oxidation effect of hydrogen charging cladding is regarded as the hydrogen on the metal layer affects the formation of the protective oxide layer. The creation of the sound monoclinic phase in Zry-4 oxidation influences reinforcement of corrosion-resistance of the oxide layer. The oxidation is estimated to be accelerated due to the creation of equiaxial type oxide film with lower corrosion resistance than that of columnar type oxide film. When tetragonal oxide film transformed into the monoclinic oxide film, surface energy of the new monoclinic phase reduced by hydrogen in the metal layer.
The nuclear fuel cycle plant is composed of various subsystems such as a fuel storage and delivery system (SDS), a tokamak exhaust processing system, a hydrogen isotope separation system, and a tritium plant analytical system. Korea is sharing in the construction of the International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) fuel cycle plant with the EU, Japan, and the US, and is responsible for the development and supply of the SDS. Hydrogen isotopes are the main fuel for nuclear fusion reactors. Metal hydrides offer a safe and convenient method for hydrogen isotope storage. The storage of hydrogen isotopes is carried out by absorption and desorption in a metal hydride bed. These reactions require heat removal and supply respectively. Accordingly, the rapid storage and delivery of hydrogen isotopes are enabled by a rapid cooling and heating of the metal hydride bed. In this study, we designed and manufactured a vertical-type hydrogen isotope storage bed, which is used to enhance the cooling performance. We present the experimental details of the cooling performances of the bed using various cooling parameters. We also present the modeling results to estimate the heat transport phenomena. We compared the cooling performance of the bed by testing different cooling modes, such as an isolation mode, a natural convection mode, and an outer jacket helium circulation mode. We found that helium circulation mode is the most effective which was confirmed in our model calculations. Thus we can expect a more efficient bed design by employing a forced helium circulation method for new beds.
Ji Yong Kim;Seung Chang Yoo;Joo Hyung Seo;Ji Hyun Kim;In Cheol Bang
Nuclear Engineering and Technology
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제56권3호
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pp.1037-1051
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2024
This paper presents the construction results and design of the UNIST Reactor Innovation platform for small modular reactors as a versatile testbed for exploring innovative technologies. The platform uses simulant fluids to simulate the thermal-hydraulic behavior of a reference small modular reactor design, allowing for cost-effective design modifications. Scaling analysis results for single and two-phase natural circulation flows are outlined based on the three-level scaling methodology. The platform's capability to simulate natural circulation behavior was validated through performance calculations using the 1-D system thermal-hydraulic code-based calculation. The strategies for evaluating cutting-edge technologies, such as the integration of a solid oxide electrolysis cell for hydrogen production into a small modular reactor, are presented. To overcome experimental limitations, the hardware-in-the-loop technique is proposed as an alternative, enabling real-time simulation of physical phenomena that cannot be implemented within the experimental facility's hardware. Overall, the proposed versatile innovation platform is expected to provide valuable insights for advancing research in the field of small modular reactors and nuclear-based hydrogen production.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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