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Preliminary conceptual design of the secondary sodium circuit-eliminated JSFR (Japan Sodium Fast Reactor) adopting a supercritical CO$$_{2}$$ turbine system, 1; Sodium/CO$$_{2}$$ heat exchanger

超臨界炭酸ガスタービンシステムを採用した2次系削除JSFR(Japan Sodium Fast Reactor)の概念検討,1; ナトリウム/炭酸ガス熱交換器

木曽原 直之; 阪本 善彦; 小竹 庄司*

Kisohara, Naoyuki; Sakamoto, Yoshihiko; Kotake, Shoji*

ナトリウム冷却高速炉の安全性と経済性の更なる向上のために、超臨界炭酸ガスタービンシステムのJSFRへの適用性を検討した。本検討は、超臨界炭酸ガスタービンシステムを1次ナトリウム系に直結した2次系削除型JSFRに関するものである。ナトリウム/炭酸ガス熱交換器はこのシステムの重要機器の一つであることから、その構造や炭酸ガスリーク時の安全性に関して述べる。ナトリウム/炭酸ガス熱交換器は、PCHE方式とし、き裂進展防止と熱膨張低減のためにSiC/SiCセラミック複合材料をPCHEの材料に用いた。また、製作性や補修性の観点から多数の小型の熱交換PCHEモジュールを、その容器の中で組み合わせる構成とした。熱交換器における炭酸ガスリークも評価し、この結果、炉心や1次ナトリウムバウンダリーへの影響は無いことがわかった。

JAEA has performed a design study of an S-CO$$_{2}$$ gas turbine system applied to the JSFR. In this study, the S-CO$$_{2}$$ cycle turbine system was directly connected to the primary sodium system of the JSFR to eliminate the secondary sodium circuit, aiming for further economical improvement. The Na/CO$$_{2}$$ heat exchanger is one of the key components, and this report describes its structure and the safety in case of CO$$_{2}$$ leak. A Printed Circuit Heat Exchanger (PCHE) is employed to the heat exchanger. A SiC/SiC ceramic composite material is used for the PCHE to prevent crack growth and to reduce thermal stress. The Na/CO$$_{2}$$ heat exchanger has been designed in such a way that a number of small heat transfer modules are combined in the vessel in consideration of manufacture and repair. CO$$_{2}$$ leak events in the heat exchanger have been also evaluated, and it revealed that no significant effect has arisen on the core or the primary sodium boundary.

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