Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 6771

Assessment of the Integration of a He-cooled Divertor System in the Power Conversion System for the Dual-coolant Blanket Concept

P. Norajitra, R. Kruessmann, S. Malang, G. Reimann

Abstract
Application of a helium-cooled divertor together with the dual-coolant blanket concept is considered favourable for achieving a high thermal efficiency of the power plant due to its relatively high coolant outlet temperature.

A new FZK He-cooled modular divertor concept with integrated pin arrays (HEMP) is introduced. Its main features and function are described in detail. The result of the thermalhydraulic analysis shows that the HEMP divertor concept has the potential of resisting a heat flow density of at least 10-15 MW/m2 at a reachable heat transfer coefficient of approx. 60 kW/m²K and a reasonable pumping power.

Integration of this divertor concept into the power conversion system using a closed Brayton gas turbine system with three-stage compression leads to a net efficiency of the blanket/divertor cycle of about 43 %.

Untersuchung zur Integration eines Helium-gekühlten Divertorsystems in das Energieumwandlungssystem für das Dual-coolant Blanket Konzept

Zusammenfassung
Der Einsatz eines heliumgekühlten Divertors zusammen mit dem Dual-coolant Blanket ist aufgrund seiner relativ hohen Kühlmittelaustrittstemperatur für das Erzielen eines hohen thermischen Wirkungsgrades des Kraftwerks von Vorteil.

Ein neues FZK He-gekühltes modulares Divertorkonzept mit integriertem Pin-Array (HEMP) wird vorgestellt. Seine Haupteigenschaften und Arbeitsweise werden ausführlich beschrieben. Das Ergebnis der thermohydraulischen Analyse zeigt, dass das HEMP-Divertorkonzept in der Lage ist, eine Wärmestromdichte von mindestens 10-15 MW/m2 bei einem erreichbaren Wärmeübergangskoeffizienten von ca. 60 kW/m²K und einer vernünftigen Pumpleistung abzuführen.

Die Integration dieses Divertorkonzeptes in das Energieumwandlungssystem - unter Verwendung eines geschlossenen Brayton-Gasturbinensystems mit dreistufiger Kompression - führt zu einem Nettowirkungsgrad des Blanket-/Divertor-Kreises von ca. 43 %.

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