燃料集合体出口における温度・流量ゆらぎを用いた沸騰検出試験

Experimental study of local sodium boiling detection by use of temperature and flow fluctuations at the outlet of subassembly

犬島 浩*; 荻野 敬迪*; 羽賀 一男*; 山口 勝久; 中本 香一郎*

not registered; not registered; Haga, Kazuo*; Yamaguchi, Katsuhisa; not registered

高速増殖炉における局所沸騰事故が,燃料集合体出口における温度・流量ゆらぎを用いて,検出できる沸騰規模を評価するため,片側50%が閉塞されたワイヤースペーサー付91本組模擬燃料集合体を用いて局所沸騰実験を行った。局所沸騰実験の初期条件は以下の通りである。1)冷却材入口温度‥400500 2)熱流束‥7293w/cm2 3)冷却材流量(正常バンドル部流束)‥0.641.13m/s 実験方法は,冷却材入口温度,冷却材流量を一定に保ち,熱流束を徐々に増大させることで,閉塞部下流直下に局所沸騰を生じさせる手法を用いた。温度・流量ゆらぎを測定するための計装系の仕様は以下の通りである。1)熱電対 1)種類‥クロメル・アルメル,接地型(直径0.3mm)および非接地型(直径4.8mm) 2)時定数(632%)‥10msec,2.14secの2種類 2)流量計 1)種類‥渦電流型温度・流速計 2)励磁周波数‥425Hz 3)ゆらぎ測定回路 1)最大ゲイン‥60dB 2)周波数特性‥0.01Hz15Hz間で平担な特性(0.01Hz以下で20dB/dec,15Hz以上で200dB/decの減衰特性を有する) 本報告書では,局所沸騰時における沸騰情報の伝達特性を,ピンバンドル部冷却材流動方向数カ所で観測された温度ゆらぎ,および出口での温度・流量ゆらぎ信号を用いて調べた。その結果にもとづいて,燃料集合体出口計装から得られる温度・流量ゆらぎ信号を用いた局所沸騰事故検出のための沸騰規模を評価した。この結果以下の事項が明らかとなった。1)局所沸騰領域の最も近い場所で観測された冷却材の温度ゆらぎと,それより下流で観測された温度ゆらぎ(複数)との間のコヒーレンス関数を用いて,温度ゆらきの冷却材流動による伝達特性評価した結果,局所沸騰に起因する温度ゆらぎ情報は,バンドル下流端まで明瞭に伝わるが,バンドル下流端以後での冷却材の強い混合により,集合体出口計装設置場所では,伝達情報の識別が困難となっている。また径方向,軸方向にも検出最適点は見い出せない。2)局所沸騰が生じると,バンドル内の各点における温度ゆらぎのパワスペクトル密度には,4Hz付近にピークが観察された。このピーク周波数は,沸騰による気胞の生成・消滅の周期と一致しており,試験体の体系および沸騰規模に依存したものと考えられる

Out-of-pile local boiling experiments were carried out with a wire spacer type 91-pin bundle. A half edge part of its cross-sectional area was blocked by a 5mm thick stainless-steel plate. The purpose of the experiments is to study the feasibility of detecting coolant boiling accident within a LMFBR fuel subassembly using the temperature and flow fluctuations at the outlet of individual subassembly. Initial conditions of the experiment are as follows: (1)Bundle inlet temperature : 400 500 C (2)Heat flux : 72 93 W/cm (3)Coolant flow velocity at the normal bundle section : 0.64 1.13 m/s. Local boiling was generated immediately behind the blockage by increasing heat flux gradually, with inlet sodium temperature and coolant flow rate being held to be constant. Specifications of the instrumentation system for measuring temperature and flow fluctuations are listed below: (1)Thermocouples Chromel-Alumel thermocouples, Grounded-type (O.D. 0.3mm) and ungrounded-type (O.D. 4.8mm) Time constant (63.2%) 10 msec and 2.14 sec respectively (2)Flowmeter Eddy-current type temperature and flowmeter Exciting frequency : 425 Hz (3)Fluctuation measuring circuit : Maximum gain : 60 dB Frequency characteristics : flat in the frequency range from 0.01 to 15 Hz, 20 dB/dec attenuation slope below 0.01 Hz and 200 dB/dec attenuation slope above 15 Hz. The following subjects have been studied. (1)To investigate how boiling informations are transferred. (2)Anomaly detection methods by use of the temperature and flow fluctuations. (3)Feasibility of detecting local boiling accident by fluctuation signals. These studies yielded the following conclusions. (1)Spectral peak arround 4 Hz in the power spectral density functions of the temperature fluctuations was observed at the downstream bundle section of the blockage. This frequency peak is consistent with that of void formation and collapse and may ...