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報告書

ナトリウム冷却炉における電磁ポンプの検討; 2次系主循環ポンプへの適用検討(共同研究)

近澤 佳隆; 木曽原 直之; 菱田 正彦; 藤井 正; 此村 守; 荒 邦章; 堀 徹*; 内田 昌人*; 西口 洋平*; 新部 信昭*

JAEA-Research 2006-049, 75 Pages, 2006/07

JAEA-Research-2006-049.pdf:4.55MB

高速増殖炉サイクルの実用化戦略調査研究の一環として750MWe電気出力のナトリウム冷却中型炉の検討が実施されている。本検討ではナトリウム冷却中型炉の2次主循環ポンプに電磁ポンプを採用した場合の流量522m$$^{3}$$/minの大容量電磁ポンプの概念設計を実施した。電磁ポンプの構造及び仕様は160m$$^{3}$$/minの試験において実証されたダブルステータALIP(Annular Linear Induction Pump)型を参考に設定し、流量及び揚程をナトリウム冷却中型炉の仕様にした場合の寸法及びコイル仕様への影響評価を行った。安定性については電磁流動解析コードEAGLEにより2次元r-z体系における電磁流動解析を実施してRem$$times$$Sを評価した結果1.08と160m$$^{3}$$/min試験で確認された安定運転範囲Rem$$times$$S$$<$$1.4以内にあり、圧力脈動についても揚程の3%以下程度と評価される。内部構造の成立性については、本電磁ポンプはコイルを冷却材流路ダクトに押し付けてナトリウムにより冷却しているため、コイルの温度及びナトリウムダクトへの押付力維持に関する評価を行い成立していることを確認した。また、電磁ポンプの電源構成及び保守補修性の検討及び課題の整理を行った。

報告書

ナトリウム冷却炉の燃料取扱設備の検討; 平成15年度の研究成果のまとめ

近澤 佳隆; 堀 徹*; 臼井 伸一; 此村 守; 西口 洋平

JNC-TY9400 2005-009, 329 Pages, 2005/07

JNC-TY9400-2005-009.pdf:24.1MB

高速増殖炉サイクルの実用化戦略調査研究の一環としてナトリウム冷却炉の燃料取扱設備の検討を実施している。平成15年度はナトリウム冷却中型炉4モジュールプラントにおける燃料取扱設備としてEVST方式の全体システムを具体化して課題の整理を行った。燃料交換機としてはマニプレータ式を採用し、耐震評価からUISとの干渉回避が可能である見通しを得た。炉内からEVSTへの輸送方式としては複数体移送方式を採用し燃料交換時間の短縮が可能であることを示した。また、燃料取扱設備の大幅合理化を目的として水プール直接貯蔵方式についても検討を行った。水プール直接貯蔵方式は貯蔵設備を大幅に削減可能だが移送系設備が増加するためEVSTと比較して大幅な物量削減は期待できないことが明らかになり、さらに物量を削減した構成を追求する必要があると考えられる。

報告書

Na冷却大型炉設計研究

村上 勤; 菱田 正彦; 木曽原 直之; 早船 浩樹; 堀 徹; 藤井 正; 内田 昌人; 近澤 佳隆; 宇野 修; 三枝 利家; et al.

JNC-TY9400 2004-014, 78 Pages, 2004/07

JNC-TY9400-2004-014.pdf:7.97MB

本報告書は、平成15年度に実施したNa冷却大型炉設計研究の成果をまとめたものである。平成15年度の設計研究では、平成14年度に成立性に係わる課題としてあげられていた安全性、構造健全性及び熱流動に関する成立性評価を行い、その結果に基づきNa冷却大型炉のプラント概念を見直した。また、フェーズⅡの中間評価を行うために、経済性評価、開発目標に対する達成度等を評価し、中間とりまとめに必要なデータを整備した。

報告書

Na冷却中型モジュール炉設計研究

菱田 正彦; 村上 勤; 木曽原 直之; 藤井 正; 内田 昌人; 早船 浩樹; 近澤 佳隆; 堀 徹; 三枝 利家; 宇野 修; et al.

JNC-TY9400 2004-012, 97 Pages, 2004/07

JNC-TY9400-2004-012.pdf:12.55MB

プラント概念構築として、平成14年度に構築したプラント全体概念(単機出力75万kWeの4モジュール構成)に基づいて、高内部転換型炉心、直管2重管蒸気発生器、EVST方式燃料取扱設備を採用した機器設計を行い、プラント全体概念を具体化した。概念の構築にあたっては、Na弱点克服のための方策検討、軽水炉並のISI&Rの検討も実施した。更に、成立性評価として、構築した中型モジュール炉に対して、主要な事象の安全評価を実施するとともに、構造健全性及び熱流動に関する主要な課題、特に、直管2重管SG及びPRACSを内蔵するIHX上部プレナムの製作性、構造健全性等の評価を行い、中型モジュール炉概念の成立性見通しを得た。また、フェーズIIの中間評価を行うため、経済性評価、開発目標に対する達成度等を評価し、中間とりまとめに必要なデータを作成した。

報告書

1次系主循環系ポンプ組込型IHXの伝熱管摩耗量評価(3); 振動解析モデルと1/4スケール振動試験装置の製作

木曽原 直之; 惣万 芳人; 西口 洋平; 此村 守

JNC-TN9400 2003-090, 76 Pages, 2003/10

JNC-TN9400-2003-090.pdf:4.4MB

実用化戦略調査研究で概念設計を進めているナトリウム冷却FBRでは、建設コスト削減の観点から、中間熱交換器(IHX)の内部に1次系主循環ポンプを挿入し、一つの容器内に収容する方式を採用している。この1次系主循環ポンプ組込型中間熱交換器は中心軸にポンプ、その周囲にIHX伝熱管を配置し、1次・2次ナトリウムの流路形成やポンプ・IHX隔壁のため、多数のシュラウドから構成されている。 ポンプとIHXはそれぞれ別の床でその重量を支持されており、また両者はベローズで接続されているため構造的には分離している。しかし、ポンプの回転振動が内在するナトリウムなどを通じてIHX側に伝達し、伝熱管とその支持板との間でフレッティング摩耗が発生する可能性がある。そこで、機器内部のシュラウドを全て梁と仮定したビーム振動解析モデルや、詳細なシェル振動解析モデルを作成し、伝熱管摩耗量の予備的な評価や解析モデルの精度の検討を行ってきた。しかし、この機器の内部構造は複雑であり、解析的な手法ではその振動伝達経路を明らかにすることはできず、試験による解析モデルの検証は不可欠である。そこで、ポンプ回転振動の発生と振動伝達を明らかにするため、750MWeナトリウム冷却炉のポンプ挿入型IHXを1/4縮尺で模擬して、ナトリウムの代わりに水を用いた振動試験体を製作した。この試験体は管束部などを除いて、機器全体をできるだけ忠実に縮小化したものである。試験体内部のシュラウドや隔壁など各所に設定された加速度センサーにより、ビーム振動やシェル振動を測定することで、振動モードやポンプ振動に対する応答挙動を評価できるようになっている。 本試験装置は、平成14年度までにポンプを除くIHX本体の製作を完了し、平成15年度は加振器をポンプの代わりに設置して振動試験を開始した。また、平成16年度までにポンプとその水循環系を製作し、平成17年度にはIHX本体にポンプを組み込んで、水を循環させた実際のポンプ運転条件による試験を行う予定である。

報告書

Na冷却中型モジュール炉設計研究 (研究報告)

木曽原 直之; 菱田 正彦; 新部 信昭; 堀 徹; 藤井 正; 内田 昌人; 近澤 佳隆; 三枝 利家; 宇野 修; 惣万 芳人; et al.

JNC-TY9400 2003-015, 103 Pages, 2003/09

JNC-TY9400-2003-015.pdf:6.39MB

実用化戦略調査研究フェーズIにおいて、経済性目標を初めとする設計要求を満足する可能性のある有望なNa冷却中型モジュール炉概念として、アドバンスト・ループ型炉が抽出された。本報告書は、フェーズIIの2年目である平成14年度に実施したNa冷却中型モジュール炉設計研究の成果をまとめたものである。大型炉において採用したコストダウン方策及び共用効果を取込んだ平成13年度の設計結果では経済性目標である建設コスト20万円/kWeをわずかに下回り、目標を達成したものの、その達成度に余裕はない。そのため、更なるコストダウンを目指して平成13年度の成果に基づきNa冷却中型モジュール炉概念の再構築を行った。再構築に際し、モジュールあたりの電気出力を50万kWeから75万kWeに上昇させ、モジュール数を3から2に変更した。また、崩壊熟の除去を完全自然循環でできる特徴を生かして非常系の電気設備容量を極小とし、小型ガスタービンを採用した。この再構築したプラント概念について設備・機器の具体化を進めるとともに、成立性評価及び経済性評価を実施した。その結果、経済性目標を満足し、概念成立性に関する基本的な見通しを有するNa冷却中型モジュール炉のプラント概念を構築した。また、経済性向上の可能性を有する2次系簡素化プラントの検討、電磁ポンプを2次系に使用した場合の検討、燃料取扱設備の検討も行った。今後は、要素試験の成果等を適宜反映しつつ予備的概念設計を進め、プラント基本概念を明確化するとともに、概念成立性の見通し、経済性目標達成見通しを確たるものとして行く計画である。

報告書

Na冷却大型炉設計研究(研究報告)

木曽原 直之; 菱田 正彦; 新部 信昭; 堀 徹; 藤井 正; 内田 昌人; 近澤 佳隆; 三枝 利家; 宇野 修; 惣万 芳人; et al.

JNC-TY9400 2003-014, 52 Pages, 2003/09

JNC-TY9400-2003-014.pdf:3.12MB

本報告は、実用化戦略調査研究フェーズIIの2年目である平成14年度に実施したNa冷却大型炉設計研究の成果をまとめたものである。平成14年度の設計研究では、平成13年度の成立性に係わる課題としてあげられていた安全性、構造健全性及び熱流動に関する成立性評価を行い、その結果に基づきNa冷却大型炉のプラント概念を見なおした、主要設備の基本仕様を明確化し、経済性評価を実施した。 本研究の結果、経済性目標(建設コスト20万円/kWe以下、等)を満足し、概念成立性に関する基本的な見通しを有するNa冷却大型炉のプラント概念が構築された。

報告書

大口径・高流速配管の流力振動試験(1) 試験計画の検討と試験装置の製作

藤井 正; 西口 洋平; 此村 守

JNC-TN9400 2003-063, 73 Pages, 2003/08

JNC-TN9400-2003-063.pdf:2.75MB

実用化戦略調査研究で概念設計を進めているナトリウム冷却大型炉では、建設コスト削減の観点から、冷却系ループ数を2ループに削減している。これに伴い、薄肉構造の1次冷却系配管は大口径化(ホットレグ配管:内径1.27m)するとともに、管内の平均流速は従来設計を大幅に上回る9m/s台に高速化され、レイノルズ数は107オーダの条件となる。このような高流速、高レイノルズ数条件下における配管エルボ部の流動は、従来のレイノルズ数範囲での圧力変動特性やはく離域の形成範囲とは異なる可能性がある。また、内部流体の不安定流動に起因する配管振動の発生が懸念されるが、大口径の薄肉配管を対象とした流力振動特性に関する知見は限られている。そこで、1次系配管設計の成立性を確認するため、実機ホットレグ配管を1/3縮尺で模擬した水流動試験装置を製作し、高レイノルズ数条件での試験により配管エルボ部での流動特性やエルボ部の3次元流れによる不安定に起因する流力振動特性を把握する試験を計画した。本試験では、アクリル製の可視化試験体を用いて、エルボ部の流況を調べるとともに、流力振動の要因となるエルボ部での圧力変動を計測する。また、実機と剛性を合わせたステンレス製の振動試験体を用いて、配管系の振動モードや振動応答挙動を計測する。平成14年度までにおいて、試験装置の設計、およびエルボ試験体や試験ループ配管類の製作を終了した。平成15年度は、試験設備の製作・据付を完了し、可視化試験の一部を開始する計画である。

報告書

安全系局限化に関する検討; 設備共用化によるプラント安全性、運用への影響評価

近澤 佳隆; 梅津 陽一郎; 西口 洋平; 此村 守

JNC-TN9400 2002-068, 77 Pages, 2002/12

JNC-TN9400-2002-068.pdf:5.7MB

実用化戦略調査研究の候補概念としてナトリウム冷却大型炉および中型炉が検討されている。ナトリウム冷却中型炉では、スケールデメリットを補う方策として習熟効果および設備共用化による建設コスト削減を狙った設計が実施されている。 しかし、設備共用化によって物量が削減される一方、設備共用化の方策によっては安全性、モジュール間の運用の複雑化、定検期間の増加および計画外停止時の影響等が懸念される。 本研究ではナトリウム冷却中型モジュール炉を対象に、設備共用化方策が安全性およびプラント運用へ及ぼす影響を評価した。 まず、設備共用化方策を整理し、経済効果が大きくかつ、共用化により安全性、プラント運用に影響があると思われる以下の4件を抽出した。 (1)中央制御室共用化 (2)非常用電源設備の大幅削減 (3)大容量タービンの採用 (4)補機冷却系設備のモジュール間での共用化 上記4件の設備共用化方策を対象として、安全性、運転性、定検工程、計画外停止を考慮した設備利用率への影響について検討した結果、共用化方策が成立する見通しを得た。

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