高速炉の自然循環崩壊熱除去時の冷却系統間相互作用に関する研究; 崩壊熱除去方式および2次主冷却系自然循環の影響

Investigation of interaction between heat transport systems during the natural circulation decay heat removal in FBRs; Influence of decay heat removal system type and the Secondary heat transport system

林 謙二; 桃井 一光; 西村 元彦; 上出 英樹 

Hayashi, Kenji; Momoi, K.; Nishimura, Motohiko; Kamide, Hideki

高速炉の自然循環崩壊熱除去時では、1次主冷却系の温度分布が自然循環ヘッドを介して炉心通過流量と相互に影響を及ぼし合う関係にある。このとき、1次主冷却系の温度分布は崩壊熱除去系、2次主冷却系による除熱の影響をうけるため、1次主冷却系の自然循環状態は各系統の自然循環状態と密接な関係にある。このような各冷却系統間の相互作用を明らかにするためにナトリウム試験装置であるプラント過渡応答試験施設を用いた定常自然循環試験を実施した。試験は中心に1体、その周囲に6体の計7体の模擬燃料集合体を炉心部として有する試験体を用い、大型炉の定格比2%相当の炉心発熱条件で1次主冷却系に自然循環を発生させ、崩壊熱除去系の型式および2次主冷却系の運転条件をパラメータとして実施した。本試験により、炉容器上部プレナム内に冷却器を有するDRACSを崩壊熱除去系として用いる体系について以下の点を明らかにした。DRACSと2次主冷却系での自然循環を模擬し、これらを併用して除熱した場合には、DRACSの除熱分担が多いほど上部プレナムに負の自然循環ヘッドが形成され、1次主冷却系の自然循環流量が少なくなる。したがって実機評価において2次系の状態を考慮することが必須となる。DRACSと炉心との間では、DRACSで冷却された上部プレナム内低温ナトリウムが集合体間ギャップ領域を対流するインターラッパーフローが生じる。インターラッパーフローは集合体の上部遮蔽体領域で顕著な除熱効果を有する。中心集合体の発熱部に対するインターラッパーフローの直接的除熱効果は小さいが、除熱量の大きい周辺集合体との間で生じる集合体間流量再配分を介して最高温度を抑制することを確認した。IHXの上部に冷却コイルを有するPRACSを崩壊熱除去系として用いる体系では、IHX全体が低温となり自然循環ヘッドが大きくなるため、炉心通過流量は2次主冷却系のみで除熱する場合よりも約10%、DRACSのみで除熱する場合よりも約20%多くなることがわかった。

Steady state sodium experiments were performed to investigate interactions between the heat transport systems, i.c., the primary system, the secondary system, and the decay heat removal system, during the natural circulation decay heat removal in FBRs. The PLANDTL-DHX test rig was used for the experiments. The core model has seven subassemblies; the center assembly simulates pin bundle geometry of a core fuel subassembly in a large scale FBR and consists of 37 pins, six outer subassemblies consists of 7 pins. As the decay heat removal system, Dirtct Reactor Auxiliary Cooling System (DRACS) and Primary Reactor Auxiliary Cooling System (PRACS) can be selected. Experiments were carried out under natural circulation conditions in the primary loop and force convection conditions in the decay heat removal system. In cases using DRACS, natural circulation flow rate in the primary loop was smaller by 20% than that in cases using PRACS due to the low temperature in the upper plenum and also in the upper non-heated section of the core. When natural circulation was allowed in the secondary heat transport system, the natural circulation flow rate in the primary system increased in spite of the operation of DRACS. In cases using DRACS, inter-subassembly flow redistribution occurred; the center subassembly had larger flow rate than those in outer subassemblies due to the low natural circulation head in the outer subassemblies which were cooled by the inter-wrapper flow (IWF). The highest temperature in the core was reduced by IWF via not only the direct cooling effect but also the inter-subassembly flow redistribution. Temperature fluctuations around the PRACS cooling coil installed in the IHX were registered under the natural circulation conditions in the primary system. The amplitude of fluctuation was less than 20C and small on the points of structural integrity.