Validation of dynamic analysis code for high temperature gas-cooled reactor connecting hydrogen production system with a heat removal fluctuation mitigation system

高温ガス炉と水素製造施設の接続における除熱変動緩和システムに対する熱流動解析コードの検証

長谷川 武史 ; 青木 健  ; 清水 厚志 ; 佐藤 博之 

Hasegawa, Takeshi; Aoki, Takeshi; Shimizu, Atsushi; Sato, Hiroyuki

日本原子力研究開発機構(JAEA)は、大洗研究所にある高温ガス炉(HTGR)の試験炉である、30MWtのHTTR(高温工学試験研究炉)に水素製造装施設を接続する水素製造実証試験を計画している。この試験の目的は、高温ガス炉と水素製造プラントとの接続技術を確立することである。この試験によって確立される接続技術の1つに、水素製造プラントで熱負荷が失われた際のヘリウム温度の急激な変動を緩和できる、蒸気発生器と放熱器で構成される熱負荷変動緩和システムがある。本研究の目的は、水素製造設備を接続したHTTRの安全解析において熱負荷変動緩和システムの評価モデルが適用可能なことを検証することである。RELAP5ベースの動特性解析コードに一連の循環流路モデルを新たに導入することで、ヘリウムで加熱する蒸気発生器と外気で冷却する放熱器との間の蒸気と水の自然循環を評価できるようにし、熱負荷変動緩和システムのモックアップ試験設備から得られた実験データと評価モデルの数値解析結果を比較した。比較の結果、数値解析結果が実験結果とよく一致することが確認された。結論として、検証した評価モデルは、高温ガス炉を用いた水素製造システムに導入される熱負荷変動緩和システムの安全解析に適用可能である。

Japan Atomic Energy Agency (JAEA) is planning a nuclear hydrogen production demonstration test by connecting a hydrogen production to the HTTR (High Temperature engineering Test Reactor), a 30MWt High Temperature Gas-cooled Reactor (HTGR) test reactor located at JAEA's Oarai Research Institute. The objective of the test is to establish coupling technologies between HTGR and a hydrogen production plant. One of key technologies to be developed is a thermal absorber consists of a steam generator and a radiator that can mitigate rapid fluctuations in helium temperatures during loss of heat load in the hydrogen production plant. The present study aims to develop an evaluation model for the absorber system that can be used for safety analyses of the HTTR for coupling a hydrogen production plant. A set of closed loop model is newly introduced to a RELAP5-based system analysis code to enable evaluation of steam-water natural circulation behavior between the steam generator heated by helium and the radiator cooled by ambient air. Experimental data obtained from a mock-up test facility of thermal absorber system is compared with calculated results of the developed model. As a results of the comparative study, it was confirmed that numerical analysis results were agreed well with experimental results. In conclusion, the proposed evaluation model is applicable for the safety analysis of a thermal absorber system to be deployed in HTGR hydrogen production systems.