炉容器コンパクト化に関する流動特性試験; ディッププレートの2重化とUIS胴の効果

Hydraulic Experiment on Flow Optimization in Compact Reactor Vessel; Effects of double dipped plates and outer shell of UIS

中山 王克; 木村 暢之; 上出 英樹 ; 伊藤 真美*; 関根 正*

Nakayama, Oukatsu; Kimura, Nobuyuki; Kamide, Hideki; Ito, Masami*; Sekine, Tadashi*

FBR実用化戦略調査研究にて検討されている大型ナトリウム炉のコンパクト化に関して、炉内の高流速化に伴い、自由液面からのガス巻き込みが懸念されている。そこで、実機の1/10スケール炉上部プレナム水流動試験装置を製作し、自由液面からのガス巻き込みを含む炉内流動の適正化を図るための研究を実施している。これまで、液面に向かう流れの抑制やキャビテーションを伴う水中渦抑制に効果的な構造として1)燃料交換機(FHM)貫通孔に挿入するプラグ、2)ホットレグに向かい合う炉壁に縦リブを設けるスプリッタを考案し、大型炉の成立性を確認した。本報告では、液面の下に設ける水平板(ディッププレート、D/P)の2重化ならびにUISの外周に多孔胴を設けることの効果について1/10スケール試験装置を用いて検討した。 2重D/Pでは、炉容器と燃料出入機案内管の間の液面近傍領域において、流れを抑制する効果が確認された。また、燃料交換機(FHM)貫通孔に挿入するプラグについて、2重としたD/P間の高さでプラグの直径を変えて段差を設けることで、プラグ周りの隙間を通る流れの抑制効果が認められた。2重D/P体系でのプラグ高さが液面近傍の流れに与える影響を評価した結果、プラグをD/Pよりさらに下方に挿入することが液面近傍の流速低減とキャビテーションを伴う水中渦の抑制に有効であることを確認した。キャビテーションを伴う水中渦を抑制する構造案としてUISに多孔胴を設けることの効果を把握した。胴を設けることで、炉壁とホットレグ間のキャビテーションを発生させやすくし、コールドレグから発達するキャビテーションの抑制についても必ずしも有効でないとする結果が得られた。胴により効果を得ようとする場合には、胴にあける孔の配置などにより、渦の発生を抑制するよう流れの微妙なバランスをとる必要があり、さらに検討が必要と考えられる。

On the FBR feasibility study, an innovative sodium cooled fast reactor has been investigated in Japan Nuclear Cycle Development Institute. In order to reduce the construction cost of reactor, the compact reactor vessel is designed. Gas entrainment at the free surface is one of issues to be solved because of high velocity in the upper plenum vessel. We performed an 1/10th scaled model water experiment for the upper plenum of reactor vessel and investigated flow fields in the plenum in order to optimize flow. In the last experiment, we established flow optimization structures for reduction of flow toward to the free surface and restraint on the vortex cavitations near H/L inlet, i.e., plug into the dipped plate hole to install a fuel handling mechanism (FHM) and a flow splitter at vessel wall. In this report, effects of double dipped plates (D/Ps) and outer shell of upper inner structure (UIS) are investigated. In the result, we could confirm that the double D/P structure set below the free surface is effective to reduce flow toward the free surface between reactor vessel wall and guide tube of fuel transfer machine. An FHM plug, which has a step structure at mid height between double D/Ps, showed that it reduced flow velocity through the gap between the plug and the D/P. A perforated outer shell was set around the UIS to reduce vortex strength developed from the cold legs to the hot leg intake and also to restrain the vortex cavitation. It was shown that the onset condition of vortex cavitation at reactor vessel wall was reduced and the cavitation occurred easily. At the cold leg the onset condition of the caviation was not advanced. The flow distribution through the perforated outer shell should be optimized.