Design of a compact type cryogenic accumulator to mitigate a pressure fluctuation caused by a sudden kW-order heat load

圧力変動抑制用小型アキュムレータの設計

達本 衡輝; 麻生 智一 ; 大都 起一; 上原 聡明; 櫻山 久志; 川上 善彦; 加藤 崇; 二川 正敏  

Tatsumoto, Hideki; Aso, Tomokazu; Otsu, Kiichi; Uehara, Toshiaki; Sakurayama, Hisashi; Kawakami, Yoshihiko; Kato, Takashi; Futakawa, Masatoshi

J-PARC核破砕中性子源では、1MW陽子ビーム運転時において、水素モデレータ容器内で発生する核発熱は約3.8kWであり、この大きな熱負荷を除去するために、大容量の超臨界圧低温水素を安定に強制循環させる低温水素システムを製作した。陽子ビームの入射・停止時における大きな圧力変動を抑制するために、ヒータによる熱補償制御とアキュムレータによる容積変動制御を併用した圧力制御機構を開発し、120kW陽子ビーム運転において、その圧力制御機構の妥当性を確認した。しかし、2010年2月にアキュムレータのベローズ部で内部リークが見つかった。アキュムレータのサイズが大きかったので、メンテナンスハッチからの取り出しが難しく、低温水素システムの一部を解体する必要があった。そこで、容易に交換可能な小型のアキュムレータを新たに設計し、33%の小型化に成功した。120kW陽子ビームを用いた特性試験により、設計どおりの性能を有することを確認した。

A cryogenic hydrogen system provides supercritical hydrogen to three moderators and removes a nuclear heating of 3.75 kW for a 1-MW proton beam power at the J-PARC. It was verified that the pressure fluctuation caused by the sudden heat load for a 120-kW proton beam operation was successfully mitigated by a control system that consisted of a heater and a cryogenic accumulator with a bellows. However, an internal leak was found at the bellows during a maintenance period, in February 2010. The cryogenic accumulator was too big to replace it easily and it took a long period. Therefore, a new compact type cryogenic accumulator has been designed to improve the replacement. And it has been installed six months later after the major failure. It has been confirmed through an on-beam commissioning that the performance satisfies the design requirements.