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論文

Temperature and flow distributions in sodium-heated large straight tube steam generator by numerical methods

木曽原 直之; 森部 剛志; 堺 公明

Nuclear Technology, 164(1), p.103 - 118, 2008/10

 被引用回数:3 パーセンタイル:25.63(Nuclear Science & Technology)

将来の実用化FBRのために研究が進められているナトリウム加熱型蒸気発生器(SG)は直管2重管型である。このSGは製作費低減のためスケールメリットを追求して大型になっている。本論文はこの大型SGにおける多次元の温度・流速分布を取り扱ったものである。大型の熱交換器は流速や温度分布が不均一になりやすい。このような不均一分布は、直管型蒸気発生器においては、伝熱管の熱膨張差の違いにより、伝熱管の座屈や管-管板継ぎ手の破損に至る可能性がある。よって、SG内部の温度分布特性を数値的な手法により調べ、これらの課題が生じないように、流配機構を最適化した。SGの解析モデルは、入口ナトリウムプレナムと管束部の2つから成る。入口プレナムと管束部の温度・流速分布は多次元コードフルーエントとMSGを用いて評価した。次にこの温度分布に基づき、伝熱管の熱応力をFINASによって計算した。計算コードの解析によると、整流機構によってナトリウムは均一な流れとなり、また温度分布は伝熱管や管-管板継ぎ手の構造健全性の観点でその許容範囲内にあることがわかった。

論文

Flow and temperature distribution evaluation on sodium heated large-sized straight double-wall-tube steam generator

木曽原 直之; 森部 剛志; 堺 公明

Proceedings of 2006 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '06) (CD-ROM), 9 Pages, 2006/06

実用化戦略調査研究において設計が進められている実用化FBRのNa加熱型蒸気発生器は、直管2重管方式であり、スケールメリットにより製作コストを低減するために大容量としている。本論文はこのSGの定常状態における温度・流量の多次元分布を取り扱ったものである。大型の熱交換器は、温度,流配分布が不均一になる傾向にあり、この現象は直管SGでは、伝熱管相互の熱膨張差によって、伝熱管の座屈や管-管板継手の破損に繋がる可能性がある。このような事態を避けるために、解析的な手法によってSG内部に設置されている整流機構を最適化させ、不規則な温度分布特性を明らかにした。SGの解析モデルは2つの部分、すなわち、Na入口整流プレナムと管束部から成り立っている。Na入口プレナム及び管束部の温度・流速分布解析は、それぞれ3次元流動評価コードFULUENT、及び2次元の熱流動解析コードMSGによって評価された。MSGコードは JAEA内で開発を行っているNa加熱型SG用コードである。これらのコードによってNaは流配機構によって十分に整流化され、温度分布は、伝熱管や管-管板継ぎ手の健全性を確保するための許容範囲内に入っていることが明らかとなった。

報告書

ガス炉のプラント概念に関する研究(研究報告)

森部 剛志; 池田 博嗣; 此村 守

JNC TY9400 2005-006, 30 Pages, 2005/06

JNC-TY9400-2005-006.pdf:1.4MB

FBRサイクルの実用化戦略調査研究では、多様な冷却材(ナトリウム、重金属、ガス、水等)、燃料形態(MOX、金属、窒化物等)及び出力規模等からなる技術選択肢を摘出・整理し、軽水炉に比肩する経済性を有する実用化時代の高速増殖炉プラント概念を検討している。被覆粒子燃料ヘリウムガス冷却炉は、平成15年度最終時点の建設単価が基準値を7%程度上回る結果となっており、建設単価低減策を検討する必要があった。そこで、平成16年度プラント検討では、これまで検討してきた電気出力1124MWeヘリウムガス炉プラントに対し、電気出力をナトリウム冷却大型炉と同様の1500MWeまで増大できると仮定して、経済性効果の程度を推定することを目的に予備的な検討(コスト出力依存性の概略評価)を行った。検討の結果、電気出力を1500MWeまで増大させたプラントは、1124MWeプラントに対する建設単価比で0.93となり、炉心燃料設計、安全設計、プラント成立性等の技術的課題は評価していないという条件付きではあるが、1500MWeに出力を増大させることにより建設単価が7%程度低減される可能性を示す結果を得た。

報告書

ガス炉のプラント概念に関する研究

森部 剛志; 久保 重信; 三枝 利家; 此村 守

JNC TY9400 2004-007, 408 Pages, 2004/06

JNC-TY9400-2004-007.pdf:26.6MB

FBRサイクルの実用化戦略調査研究では、多様な冷却材(ナトリウム、重金属、ガス、水等)、燃料形態(MOX、金属、窒化物等)及び出力規模等からなる技術選択肢を摘出・整理し、軽水炉に比肩する経済性を有する実用化時代の高速増殖炉プラント概念を検討している。 被覆粒子燃料ヘリウムガス冷却炉の平成15年度検討では、技術的成立性の見通しを明らかにするために、炉心およびプラント全般の予備的な概念検討などを実施し、フェーズII中間評価に足るガス炉プラント概念を構築し、総合評価に必要なデータの整備を実施した。本報告書は、プラント設計及び総合評価用データ整備について、まとめたものである。検討結果は以下の通りである。(1)プラント全般の概略設計については、プラント全体仕様、主要設備概念設計について 検討を行った。その中で、原子炉構造の断熱材有効性、ガスタービン耐震性、コアキヤッチヤーの冷却性・構造健全性などの検討を行い、成立性の概略見通しを得た。これら主要設備の概念設計結果に基づき、建屋配置を構築した。(2)総合評価用データ整備については、軽水炉のISI基準に準拠した1次系機器に対する試験方法案設定、定検工程策定などの保守・補修性の検討を行った。また、運転廃棄物及び廃炉廃棄物発生量の概算を行った。プラントの主要課題について要素技術毎に開発方法・工程等の開発計画を策定した。(3)経済性評価に必要なデータを整備し、建設単価を算出した結果、建設単価基準値を1割程度上回る結果となった。

報告書

高速増殖炉サイクルの実用化戦略調査研究フェーズII中間報告; 原子炉プラントシステム技術検討書

此村 守; 小川 隆; 岡野 靖; 山口 浩之; 村上 勤; 高木 直行; 西口 洋平; 杉野 和輝; 永沼 正行; 菱田 正彦; et al.

JNC TN9400 2004-035, 2071 Pages, 2004/06

JNC-TN9400-2004-035.pdf:76.42MB

ナトリウム冷却炉、鉛ビスマス冷却炉、ヘリウムガス冷却炉及び水冷却炉について、革新技術を導入し炉型の特徴を活かした炉システム概念を構築し、その概念の成立の見通しを得るための検討を行うとともに、設計要求への適合性を評価した。その結果、2015年頃に高速増殖炉技術を実用化するためには、現状の知見で課題とされた項目で画期的な技術革新がないかぎり、ナトリウムを冷却材して選択することが合理的であることが明らかとなった。

報告書

ガス炉のプラント概念に関する研究(研究報告)

森部 剛志; 久保 重信; 三枝 利家; 此村 守

JNC TY9400 2003-007, 188 Pages, 2003/05

JNC-TY9400-2003-007.pdf:7.62MB

FBRサイクルの実用化戦略調査研究では、多様な冷却材(ナトリウム、重金属、ガス、水等)、燃料形態(MOX、金属、窒化物等)及び出力規模等からなる技術選択肢を摘出・整理し、軽水炉に比肩する経済性を有する実用化時代の高速増殖炉プラント概念を検討している。平成14年度ガス炉の概念に関する研究では、平成13年度に有望な概念として選定した被覆粒子燃料ヘリウムガス炉について、炉心及びプラント全般の概念設計等を実施した。本報告書は、被覆粒子燃料ヘリウムガス炉のプラント設計について、平成14年度検討結果をまとめたものである。検討結果は以下の通りである。(1)受動的炉停止機構について、キュリー点電磁石方式を選定し、構造概念を設定した。(2)原子炉構造について、炉心支持構造及びライナ構造概念を具体化した。高温構造対策の候補材としてSiCを選定した。(3)プラント耐震性について、強地震検討用条件下で3次元免震を前提として原子炉構造の耐震性は確保できる見通しを明らかにした。(4)コアキャッチャーの検討に関連して、炉心損傷時の事象推移についてフィージビリティ検討を行った。その検討結果に適合しうるコアキャッチャー概念を提案した。(5)物量に基づく概略の建設コスト出力規模依存性の評価を行い、ガス冷却小型炉概略建設単価は小型炉目標建設単価を2割程度上回る見通しを得た。

報告書

ガス炉の概念に関する研究

森部 剛志; 三枝 利家; 木曽 芳広; 此村 守

JNC TY9400 2002-008, 150 Pages, 2002/06

JNC-TY9400-2002-008.pdf:7.26MB

FBRサイクルの実用化戦略調査研究では、多様な冷却材(ナトリウム、重金属、ガス、水等)、燃料形態(MOX、金属、窒化物等)及び出力規模等からなる技術選択肢を摘出・整理し、軽水炉に比肩する経済性を有する実用化時代の高速増殖炉プラント概念を検討している。平成13年度ガス炉の概念に関する研究においては、フェーズIの最終年度として、 1)ピン型燃料炭酸ガス炉、2)ピン型燃料ヘリウムガス炉(ガスタービン発電)、3)被覆粒子燃料ヘリウムガス炉、の各ガス炉プラント概念の課題について検討を行い、 3概念の中から有望な候補概念を選定した。本報告書は、各ガス炉プラント概念の平成13年度検討結果及び有望な候補概念の選定についてまとめたものである。検討の結果は以下の通りである。1)炭酸ガス炉、ヘリウムガス炉共に一部を除き開発目標を達成可能な見通しである。建設単価は同程度であるが、所内負荷率、熱効率の点からはヘリウムガス冷却方式の方が有利と考えられる。さらに、ヘリウムガス炉には高温熱利用という特徴を活用できる利点がある。2)ヘリウムガス炉の燃料形態として被覆粒子型とピン型の検討を行ってきたが、被覆粒子型の方が安全性と炉心性能の観点で有利と考えられる。以上より、開発課題の技術的成立性の見通しについては炭酸ガス炉がヘリウムガス炉より高いが、経済性の観点から達成可能なレベルがナトリウム炉を上回ることは困難であることも合わせて、「被覆粒子燃料ヘリウムガス炉」をガス炉の有望な候補概念として選定した。

口頭

直管2重管型蒸気発生器の設計研究,3; 熱流動解析評価

森部 剛志; 堺 公明; 池田 博嗣*; 山田 由美*; 黒目 和也*

no journal, , 

実用化戦略調査研究で検討しているNa冷却高速炉では、社会的受容性を向上させるために2次系に直管2重管SGを採用している。本研究では、成立性評価として、管束部で径方向に大きな温度差が生じると伝熱管相互の熱膨張差により座屈に至る可能性があるため、管束部の多次元熱流動解析を実施し、伝熱管座屈評価を行った。また、水側流動安定性評価を行い、水側の密度波型不安定を回避するための安定化方策を検討した。検討の結果、成立性の見通しを得た。

口頭

高速増殖原型炉もんじゅの新指針に照らした耐震安全性評価,5; 燃料池のスロッシング評価

伊藤 啓; 大島 宏之; 森部 剛志; 古賀 和浩*

no journal, , 

耐震設計審査指針の改訂を受け「もんじゅ」敷地周辺の活断層調査を実施しその調査結果を踏まえた地震動評価により、基準地震動Ssを従来の466ガル(基準地震動S2)から760ガルに引き上げた。従来の機器・配管の耐震設計手法には大きな保守性が含まれていることから、評価の厳しくなる機器・配管について詳細な解析等を実施し、耐震裕度の確認を行った。本報では、粒子法を用いて使用済燃料を貯蔵する水プール(燃料池)の地震時液面揺動(スロッシング)の3次元数値解析を行い、溢水量の評価を実施した。

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