JSFR design progress related to development of safety design criteria for generation IV sodium-cooled fast reactors, 3; Progress of component design

江沼 康弘; 川崎 信史; 折田 潤一*; 衛藤 将生*; 宮川 高行*

Proceedings of 23rd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-23) (DVD-ROM), 6 Pages, 2015/05

第4世代炉のナトリウム冷却高速炉に関する安全設計クライテリアを現在開発中である。そのため、原子力機構,日本原子力発電および三菱FBRシステムズは、開発中の高速炉JSFRが、本クライテリアを満足するように設計検討を実施している。また、本クライテリアを満足するための安全対策のほかに、保守補修性の向上も同時に図っている。本論文は、主要機器の設計進捗を説明したものであり、原子炉構造においては、検査用アクセスルートを増加させ、ポンプ中間熱交換器合体機器においては、交換性の向上を図った内容を説明している。蒸気発生器に関しては、2重管の選定状況を説明している。

オンサイトプラントアナライザの開発(1)-モデル構築GUI・プラントデータ取り込み機能の開発-

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JNC TN4400 2000-002, 33 Pages, 2000/06

JNC-TN4400-2000-002.pdf:5.22MB

オンサイトプラントアナライザは、原子力プラントの非定常運用や事故発生時に、生起する事象の詳細解析を支援する計算機応用システムとして提案されている。同アナライザは、動特性解析コードを内在し、プラントの事象解析を短時間で効率よく実施できる解析支援システムである。このようなオンサイトプラントアナライザにおける開発要素は、解析モデル構築機能およびプラントデータ取得機能である。また、現在の解析コードにこれらの機能を付加することは、もんじゅのプラント動特性解析作業全般の効率化にもつながる。そこで、主として、「もんじゅ」性能試験時のプラント動特性解析作業を支援することに目的を絞り、これらのプラントアナライザの基本機能を開発した。システムでは、もんじゅの安全評価などに使用されたFBR動特性解析コードCOPDを発展させたSUPER-COPDを動特性解析実行部分に採用した。モデル構築においては、GUI(グラフィカルユーザインタフェース)画面上で機器に対応したアイコンを操作し、解析モデルをそのまま構築できるようにするなど、操作を全てGUIにより行えるようにした。また、「もんじゅ」プラントデータ収録システムからプラントデータをオンラインでリアルタイムに直接取り込む機能を設けた。取り込んだプラントデータは、解析時に境界条件としてプロセス量を格納する

Feasibility study on the applicability of a diffusion-welded compact intermediate heat exchanger to next-generation high temperature gas-cooled reactor

竹田 武司; 國富 一彦; 堀江 哲次*; 岩田 克雄*

Nucl. Eng. Des., 168, p.11 - 21, 1997/00

https://doi.org/10.1016/S0029-5493(96)01361-1

次世代の高温ガス炉(HTGR)において、プロセス熱利用を行うための高温の熱を輸送する中間熱交換器(IHX)の開発は重要である。PFCHXを長期間、高温条件下において使用した場合、プレートとフィン接合に用いるろう付けの信頼性は不十分である。そのため、凹凸プレート(CP)の接合に固相拡散接合法、材料にニッケル基長合金であるハステロイXRを用いた凹凸プレート形コンパクト熱交換器(CPCHX)を提案した。本研究では、はじめに、CPCHXのCPの固相拡散接合に対する最適条件を、ハステロイXRの試験片を用いた実験により見いだした。つぎに、固相拡散接合法を用いた小型CPCHXを設計、製作し、試験ループに据え付けることで、固相拡散接合の信頼性を調べた。漏洩試験の結果として、固相拡散接合は十分な信頼性を有していることが確認できた。性能試験から、小型CPCHXの熱コンダクタンスは計算値より優れていることを示した。さらに、CPCHXの設計研究を行い、次世代のHTGRのIHXに対する固相拡散接合法を用いたCPCHXのフィジビリティを調べた。

高温工学試験研究炉の中間熱交換器の構造設計

國富 一彦; 竹田 武司; 篠崎 正幸; 大久保 実; 丸山 茂樹*; 小池上 一*

日本原子力学会誌, 37(4), p.316 - 326, 1995/00

https://doi.org/10.3327/jaesj.37.316

高温工学試験研究炉(HTTR)の中間熱交換器(IHX)は、10MWの熱交換能力を有するヘリカルコイル型のヘリウム-ヘリウム熱交換器である。IHXは原子炉から輸送された950Cの1次ヘリウムガスと熱交換して、最高905Cの2次ヘリウムガスを得るため、ハステロイXR製の伝熱管等の内部構造物は、常時約930Cのクリープ域で使用する。これらは、原子炉の1次系バウンダリを形成しており、弾性解析に基づいた設計方法では必要な安全余裕を確保できない。そこで、初めて、本格的にクリープ解析を導入して構造設計を行った。本報は、クリープ解析に基づく構造設計の方法及び結果を示したものである。この結果、HTTR10万時間の寿命期間中の内部構造物のクリープひずみ及びクリープ疲労損傷は、運転初期の数サイクルで急速に増加するものの、その後は穏やかに増加し、制限値を超えないことを明らかにした。

高温ガス炉ガスタービン発電の技術的可能性

武藤 康; 羽田 一彦

動力・エネルギー技術の最前線 : シンポジウム講演論文集 1994, 0, p.311 - 316, 1994/00

出口温度950C、熱出力450MWのモジュラー高温ガス炉と閉サイクルガスタービンサイクルを組み合わせることにより50%近い高熱効率の発電プラントを実現できると期待されている。高温ガス炉とガスタービンを直接接続するシステム(直接サイクル)では、ターボ機械へのFPのプレートアウトによる保守やガスタービン系統の機器を1つの圧力容器に収納する必要性といった難点があり、この解決等として間接サイクルや間接複合サイクルが提案されている。これらの3つのシステム形式の熱効率は、原子炉出入口温度、ターボ機械の断熱効率、再生熱交換器効率、IHXを含む熱交換器類の熱交換温度差に強く依存している。本報告では、これらの条件について検討し、標準的な値のケース、保守的な値のケース、及び将来の開発を見込んだケースを設定し、各システム形式の熱効率を求めることにより、これらの優劣についての検討を行った。

高温工学試験研究炉の中間熱交換器伝熱管強度評価

國富 一彦; 篠崎 正幸; 深谷 好夫; 大久保 実; 馬場 治; 丸山 茂樹*; 大谷 章仁*

JAERI-M 92-147, 77 Pages, 1992/10

JAERI-M-92-147.pdf:1.77MB

高温工学試験研究炉(HTTR)の中間熱交換器は、10MWの熱交換能力を有するたて置きヘリカルコイル型の熱交換器であり、平成6年完成を目指して、現在、製作を進めている。最大900Cを超える状況で使用される伝熱管の強度評価のために、原子炉の運転中に発生すると考えられるすべての運転状態の応力及び非弾性ひずみ等を解析により求めた。本報は、伝熱管の強度評価の手法、クリープ解析の手法及び評価結果を示したものである。解析により、伝熱管に発生する非弾性ひずみ及びクリープ疲れ損傷は、原子炉出口温度850C又は950Cの運転の第1~2サイクルで大幅に増加し、その後の増加は僅かであり、HTTRの寿命20年の間、許容値を超えないことが分かった。また、1次応力も全ての運転状態で許容値を満足した。

A Simplified method for predicting creep collapse of a tube under external pressure

西口 磯春; 加治 芳行; 井岡 郁夫; 山村 外志夫*; 山田 嘉昭*

J. Pressure Vessel Technol., 112, p.233 - 239, 1990/08

https://doi.org/10.1115/1.2928619

外圧作用下における円管のクリープ座屈挙動を予測するための簡易解析法を提案した。本法においては円管の変形挙動はShape factorと呼ぶ単一の変数で表現され、その進展は常微分方程式で与えられる。弾性の効果を考慮するとともに、種々のクリープ構成方程式を用いることができる。有限変形理論に基づく有限要素法および従来の簡易解析法による解との比較も行なった。

Structural integrity evaluation of a helically-coiled He/He intermediate heat exchanger

大久保 実; 羽田 一彦; 馬場 治

High Temperature Metallic Materials for Gas-Cooled Reactors, p.42 - 49, 1989/00

本報では、高温ガス炉の中間熱交換器の構造健全性評価結果を紹介し、高温構造部材であるハステロイXRの材料データを取得する上での要求条件を明らかにした。まず、低差圧設計及び自由熱膨張設計とすることにより中間熱交換器での発生応力を低減していることを示している。ついで、ハステロイXRのような耐熱合金であっても約900C以上の超高温では強度が低下し、このために、伝熱や高温ヘッダ等の高温構造物の寿命は、温度勾配等による局所的な熱応力や差圧と自重による1次応力によって生ずる累積クリープ損傷やクリープひずみにより定まることを具体的な構造健全性評価結果から示した。

多目的高温ガス実験炉中間熱交換器設計の現状と課題

馬場 治; 西口 磯春; 藤倉 明*; 笠羽 道博*; 森 治嗣*; 溝上 頼賢*; 猪狩 敏秀*; 小宮山 忠仁*

JAERI-M 85-182, 304 Pages, 1985/11

JAERI-M-85-182.pdf:9.26MB

本報告書は、多目的高温ガス実験炉の中間熱交換器について、これまでの設計の変遷、熟流力設計および構造設計の方法と詳細設計(II)における実例、製作・検査・補修等に関する現状と課題、中間熱交換器開発における関連試験のこれまでの成果と今後の課題等について、総合的にまとめたものである。

ヘリカルコイル形熱交換器の耐震解析; モデル作成と固有値解析

谷田部 広志; 西口 磯春

JAERI-M 83-212, 54 Pages, 1983/12

JAERI-M-83-212.pdf:1.32MB

多目的高温ガス実験炉の高温機器の1つである中間熱交換器は、原子炉冷却材圧力バウンダリを構成する重要な機器である。本報告書は、中間熱交換器の地震時健全性を確認するために行っている耐震解析のうち、解析手法および振動特性に関する検討結果をまとめたものである。多層多列のヘリカルコイル状伝熱管群を内部に含む複雑な構造物である中間熱交換器を各構造要素に分割し、3次元有限要素により詳細モデルを作成して固有値解析を行った。次に、この結果に基づいて工学的に妥当な簡略化された全体モデルを作成し、固有値解析を行った。その結果、伝熱管群及びセンターパイプが同位相で振動し、その1次固有周期は0.4Hzであることが明かになった。