Estimation of pressure change based on hybrid control system in JSNS hydrogen loop

JSNSの極低温水素システムにおけるハイブリッド制御による圧力変動評価

長谷川 勝一   ; 麻生 智一 ; 達本 衡輝; 大都 起一; 上原 聡明; 川上 善彦*; 櫻山 久志; 加藤 崇

Hasegawa, Shoichi; Aso, Tomokazu; Tatsumoto, Hideki; Otsu, Kiichi; Uehara, Toshiaki; Kawakami, Yoshihiko*; Sakurayama, Hisashi; Kato, Takashi

JSNS(日本核破砕中性子源)ではモデレータとして超臨界圧水素を採用し、そのための水素循環システムを構築している。このシステムでは水素の圧力を、下は臨界圧の1.3MPs、上は設計値の2.0MPaに保持する必要がある。モデレータ部の熱負荷は陽子ビームの核発熱によって変動する。とくにビームのオン,オフ時には最大となりビーム出力が1MWのときに、核発熱は最大値3750Wとなる。それゆえ水素システムには圧力制御装置が必要である。このために、アキュムレータとヒータから構成されるハイブリッド圧力制御システムを採用した。ヒータは核発熱の変動による熱負荷を補償するものであり、アキュムレータは可変容積を持つことによって圧力変動を緩和するものである。ハイブリッド圧力制御システムの設計のためには核発熱変動時における、系の圧力変動の評価をする必要がある。本研究では、そのために解析コードを整備し、さまざまな場合における解析を行った。この解析をもとに、アキュムレータの容積を決定し、ハイブリッド圧力制御によって圧力変動を0.15MPaに押さえることができるのを確認した。

In JSNS, supercritical hydrogen is adopted as a moderator material. A heat load of moderators is changed by fluctuation of nuclear heating due to pulsed proton beam. The maximum nuclear heating is estimated to be 3750W at 1MW proton beam. Therefore, a pressure control system should be required for the hydrogen system. A hybrid pressure control system, which consists of a heater and an accumulator, is prepared. The heater compensates a heat load of the nuclear heating, and the accumulator has a variable volume to absorb pressure fluctuation. The design of hybrid pressure control system required the estimation of hydrogen pressure behaves. An original computer code was developed to analyze such pressure behaviors in the various cases of nuclear heating change, for example proton beam on and off. Then the analysis result determined the capacity of the accumulator and the analysis indicated that the pressure change could be controlled within 0.15MPa by the designed hybrid control system.