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報告書

Na冷却炉設計研究; 平成16年度成果概要(共同研究)

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; 臼井 伸一; 池田 博嗣; 宇野 修; et al.

JAEA-Research 2006-006, 125 Pages, 2006/03

JAEA-Research-2006-006.pdf:11.55MB

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冷却炉概念として、アドバンスト・ループ型炉が抽出された。フェーズIIでは、合理化検討とプラント概念の構築を行ってきている。本報告書は、フェーズIIの4年目である平成16年度に実施したNa冷却炉設計研究の成果をまとめたものである。本研究では、平成15年度の中間評価結果でレファレンス概念に選定された改良内部ダクト型燃料集合体及び直管型密着2重管蒸気発生器(SG)を反映して、炉心設計及び大型炉プラント概念設計を行った。本SGについては、安全ロジックを含めた検討を実施し、構造概念を構築した。また、保守・補修方針に適合したプラント概念設計を行った。さらに、要素技術開発成果の反映による成立性評価の高度化,各種バックアップ概念の構築を行ったほか、BOP及びNSSSについて、原子力級部材の適用除外,自主基準化,規制緩和などによる設計合理化,システム化規格の検討状況を踏まえ、さらなる合理化方策も検討した。今後は、フェーズIIのまとめとしてプラント概念の仕上げを行うとともに設計方針類の整備を行う。また、要素研究成果を反映し、残された技術課題の検討を行う。

報告書

Na冷却型FBRの大型蒸気発生器設計研究; 水リークに対する取り組み

木曽原 直之; 堀 徹; 惣万 芳人; 此村 守

JNC TN9400 2004-062, 69 Pages, 2004/10

JNC-TN9400-2004-062.pdf:4.73MB

Na冷却FBRでは蒸気発生器(以下、 SGと言う)の伝熱管破損時には、2次系のNaと水が直接接触し、発生水素や水・蒸気の圧力によって2次系ナトリウムの圧力が上昇する。この様な伝熱管破損時にはNa/水反応影響緩和・収束システムによって、中間熱交換器の健全性は確保され炉心やプラントの安全性に影響を及ぼすことなく、水リーク事象を収束できる。 しかし、実用炉ではプラントの安全性だけでなく、経済性や社会的受容性の高いプラントを検討しておく必要がある。すなわち経済性の観点では水リーク時おけるSGの財産保護や稼働率低下への影響を小さくする必要がある。さらに原子力プラント内でNa/水反応のような化学反応の可能性できるだけ排除することによって、一般公衆の安心感を向上させることも重要であると考えられる。 ここでは、Na・水反応の影響をできるだけ小さくすること及び技術的成立性を考慮して、(1) Na/水反応を排除できる可能性のある直管2重管型SG(2次系設置型)と、(2)国内で開発実績があり単管ながら高い信頼性のあるヘリカルコイル型SGの2つを候補として選定した。そしてこれら両SGについて、伝熱管貫通破損の防止や水リーク時の影響緩和の方策及びそのシステム構成について検討を行った。 2重管SGについては定検時の伝熱管のISI実施等によって内外管同時破損を防止する方策を検討した。この結果2重管のISI基礎試験や2重管破損解析によれば、内外管が同時貫通破損する前に欠陥を検知できる見通しが得られた。ただし、ISIによるき裂形状欠陥の検出性能やDNBき裂進展速度の詳細については要素試験や詳細解析が不可欠で、これらの結果を踏まえて2重管SGの信頼性向上方策の妥当性について評価しなければならない。 一方、単管ヘリカルコイル型SGについては、検出計、水ブロー系などの水リーク対策設備を高度化することによって、水リーク時の破損伝播領域を極小化できることがわかった。なお、このためには伝熱管の厚肉化も行う必要もあり、これによってSGは更に大型化し、製作や輸送上の課題が生じる可能性がある。今後は検出計の開発状況や製作性も考慮した上で、SGのサイズを最適化するなどの検討も実施しておく必要があると考えられる。

報告書

重金属冷却炉の検討; 平成15年度成果

早船 浩樹; 江沼 康弘; 惣万 芳人; 此村 守; 水野 朋保; 井川 健一*

JNC TN9400 2004-054, 339 Pages, 2004/08

JNC-TN9400-2004-054.pdf:24.71MB

本研究は強制循環方式中型タンク式鉛-ビスマス冷却炉に関して、保守補修性及び耐震性を考慮した原子炉構造概念、蒸気発生器及び主循環ポンプ構造概念の検討を行うとともに、耐震健全性並びに安全性評価などの概念成立性を左右する課題の見通しを確認するための検討を行った。主な検討結果は、以下のとおりである。 (1) 保守補修性を考慮した概念見直し 保守補修性向上の観点から、冷却系機器であるSGは複数基分割型を採用することにより炉容器デッキ上に単独引抜き可能とし、炉容器内機器においてはUIS及び炉心支持構造物も同じく上部に引き抜き可能とした。また、この際に必要となる冷却材ドレン関連の設備の検討を行った。上記で検討した概念について耐震設計成立性の検討を行い、成立性の見通しを得た。 (2) 蒸気発生器構造概念の検討 蒸気発生器(SG)型式は一体貫流方式ヘリカルコイル管型とし、6基に分割してループデッキ上に分散して設置した。SG伝熱管の保守・補修性について、定期検査時のISI実施要領を明確化した。 (3) 耐震性見通しの検討 原子炉容器、炉心支持構造物及び炉内の長尺機器であるUIS、燃料交換機、SG及び主循環ポンプを対象として、耐震性検討を行った。その結果、燃料交換機は、レファレンスS1地震条件下で、その他の機器は強地震条件下で、耐震健全性の見通しが得られた。 (4) 安全評価 炉心流量減少型の全電源喪失事象及び通常の典型的な手動による原子炉トリップ事象に関してプラント過渡特性解析を実施し、炉心を含むプラントの安全性評価のため、炉心流量及び温度過渡変化の把握を行った。この結果、全電源喪失事象において原子炉スクラム以後、炉心は炉心流量コーストダウン特性と崩壊熱除去系起動による自然循環力の立上がり特性から、炉停止直後の短期間において炉心部に逆流現象が発生する事が分かった。本現象は炉心部2次元解析結果により予測された現象であり、今後、本逆流現象の更なる解明とともに、これを回避する手段を構築する必要がある。 (5) 運転温度低下の影響把握 鉛・ビスマス冷却材が燃料被覆管材料に及ぼす腐食現象を回避する手段として、燃料被覆管の最高使用温度を570$$^{circ}C$$と設定した場合のプラントヒートバランスの検討を行い、原子炉出口温度が445$$^{circ}C$$である低温サイクルプラント条件を選定した。この場合、原子炉容器径及びSG胴径など

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

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

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

鉛ビスマス共晶合金(LBE)利用技術に関する研究; 熱流動関連研究開発

堺 公明; 江沼 康弘; 惣万 芳人; 西 義久*; 木下 泉*

JNC TY9400 2003-012, 51 Pages, 2003/09

JNC-TY9400-2003-012.pdf:1.73MB

鉛-ビスマス冷却自然循環炉の蒸気発生器伝熱管破損事故時の熱流動特性について、動特性解析を実施するとともに、鉛-ビスマス冷却材中の気泡挙動に関する試験を実施し、気泡により連行される鉛ビスマス流量およびボイド率の評価式を検証した。その結果、伝熱管破損時にも十分な冷却性が確保されることが明らかになった。

報告書

重金属冷却炉の検討; 平成14年度成果

江沼 康弘; 早船 浩樹; 惣万 芳人; 此村 守; 水野 朋保; 堺 公明

JNC TN9400 2003-081, 234 Pages, 2003/09

JNC-TN9400-2003-081.pdf:13.34MB

本研究では、実用化戦略調査研究において有望な高速炉概念のひとつとして検討されている中型鉛ビスマス冷却炉に関して、構造健全性、耐震性、運転性等の概念成立性を左右する枢要課題の見通しを確認するための検討を行った。主な内容は以下のとおりである。(1) 原子炉構造、炉内構造に対する耐震健全性 (a) 原子炉構造:耐震成立性を確保できる見通しが得られた。(b) 炉上部構造: 燃料の炉内中継用案内管は、片持ち梁状では耐震性確保が困難であるので、内筒などの近くにある比較的剛性の高い構造物からサポートする必要がある。(2) 熱的健全性 実用化戦略調査研究で検討されている中型タンク式鉛-ビスマス冷却炉とナトリウム冷却大型炉の熱的健全性の観点からの特質を整理し、温度成層化や温度揺らぎ等の特徴的な現象を対象として両者の差異を評価した。(3) 運転性 以下の作業を実施し自然循環炉の運転性見通しを得た。(a) 制御特性検討に必要な水蒸気系概念の具体化 (b) 一体型炉の制御特性、過渡特性の検討 (c) 冷却材チャージ、予熱処理手順を含む初期起動時運転手順の具体化 (4) 安全性 伝熱管破断時の炉心部の流量変化に伴う炉心出力、温度変化などに着目した熱流動解析、熱的側面からの炉心安全性評価及び炉心への水蒸気侵入による印加反応度について検討した結果、炉心部の温度上昇は小さく、炉心の健全性は確保できるとともに安全上問題になることはない見通しが得られた。(5) 炉内構造とBOP設備の具体化

報告書

重金属冷却炉の検討; 平成13年度成果

江沼 康弘; 惣万 芳人; 此村 守; 水野 朋保

JNC TN9400 2003-073, 272 Pages, 2003/08

JNC-TN9400-2003-073.pdf:10.72MB

実用化戦略調査研究においては、安全性を前提に、経済性、資源の有効利用性、環境負荷低減性、核拡散抵抗性に優れた高速炉システムの開発を目標としている。本研究では、強制循環方式中型鉛ビスマス冷却炉及び自然循環方式中型鉛ビスマス冷却炉に関して、プラント設計の最適化を図り、機器構造図の作成を行うとともに、物量データ、工程、課題とR&D計画の検討を行った。(1)強制循環方式中型鉛ビスマス冷却プラントの概念検討 強制循環炉プラントシステムの出力として75万kWeを設定し、ヒートバランスの最適化を行った。これに基づいて、全体配置図、系統図、原子炉構造図及び冷却系機器構造図等を作成するとともに、その根拠を明確にした。さらに、全体重量の把握、各種工程の検討を行い、経済性評価に必要なデータを整備した。(2)強制循環方式中型鉛ビスマス冷却炉の構造健全性の検討 強制循環炉の基本概念を決める主要な課題である、蒸気発生器の熱的健全性、耐震性、炉構造の支持方法について検討を行い、プラントの基本構成を決めた。(3)自然循環方式中型鉛ビスマス冷却プラントの概念検討 自然循環炉プラントシステムについてヒートバランスの最適化を行い、全体配置図、系統図、原子炉構造図及び冷却系機器構造図等を作成し、その根拠を明確にした。さらに、全体重量の把握、各種工程の検討を行い、経済性評価に必要なデータを整備した。(4)鉛ビスマス炉の課題とR&D計画鉛ビスマス炉を計画に当たり考慮すべき課題の検討と、必要なR&D計画を作成した。

論文

Conceptual Design of a Medium Scale Lead-Bismuth Cooled Fast Reactor

江沼 康弘; 水野 朋保; 惣万 芳人; 此村 守

GENES4/ANP2003, P. 1085, 2003/00

重金属冷却炉における有望概念として、炉心性能向上の観点から有望と評価された自然循環及び強制循環冷却方式の中小型Pb-Bi冷却炉について概念設計研究を実施した。その結果、両概念とも経済性、炉心性能目標を達成可能な見通しである。

論文

CONCEPTUAL DESIGN OF A MEDIUM SCALE LEAD-BISMUTH COOLED FAST REACTOR

江沼 康弘; 水野 朋保; 惣万 芳人; 此村 守

Proceedings of 11th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-11) (CD-ROM), 0 Pages, 2003/00

重金属冷却炉における有望概念として、経済性工場の可能性の観点からNSSS物量がもっとも小さいと評価された完全自然循環冷却方式の中小型Pb-Bi冷却炉について概念設計を実施した。フェーズIでは、物量消滅を通じての経済性追求を第一の目的として自然循環方式を選定し、開発目標を達成できる見通しを得た。フェーズIIでは、炉心性能追求の観点から強制循環炉を具体化し、実用化戦略の設計目標(炉心性能、建設費等)を満足する見通しである。

論文

Lead-Bismuth Cooled Fast Reactor Conceptual Design in Feasibility Study

早船 浩樹; 江沼 康弘; 水野 朋保; 惣万 芳人; 此村 守; 水戸 誠*; 丹治 幹雄*

ロシア高速炉国際会議, 0 Pages, 2003/00

重金属冷却炉における有望概念として、炉心性能向上の観点から有望と評価された自然環循及び強制循環冷却方式の中小型Pb-Bi冷却炉について概念設計研究を実施した。その結果、両概念とも経済性、炉心性能目標を達成可能な見通しである。

報告書

ナトリウム冷却炉の検査・補修技術に関する検討

木曽原 直之; 内田 昌人; 此村 守; 笠井 重夫; 惣万 芳人; 島川 佳郎; 堀 徹; 近澤 佳隆; 宮原 信哉; 浜田 広次; et al.

JNC TN9400 2003-002, 109 Pages, 2002/12

JNC-TN9400-2003-002.pdf:8.12MB

FBRの冷却材であるナトリウムは、伝熱性能や材料との共存性などの観点で様々な利点を有しているが、化学的に活性で水や空気と反応しやすいことや、光学的に不透明であることからNa機器の検査が困難であるなどNa固有の課題がある。この様なNaの欠点は実用化プラントにおいても、安全性や稼働率などの経済性に影響を及ぼす可能性があるため、これらの課題が顕在化しないように対策を講じておかなければならない。したがって、蒸気発生器(SG)伝熱管破損によるNa/水反応、Na機器の検査・補修(ISI&R)及び配管・機器からのNa漏えいの3つに着目し、実用化炉の観点で検討を行うワーキング・グループを発足させた。 SG水リークについては、経済性(財産保護や稼働率)の観点で破損伝播に対する取り組み方針の考え方を整理した。この結果SGが大型化していることから水リーク事故から破損領域を極限化し、SG伝熱管を保護するための方策を採用した。予備的な解析の結果、リーク検出系などの水リーク対策設備を高度化することで大型SGにおいても破損伝播を抑制できる見通しが得られた。今後は、詳細な破損伝播解析による評価や水リーク対策設備高度化方策の技術的実現性の検討を行う予定である。 ISI&Rについては、実用化炉の検査・補修の考え方について先行炉のそれと比較し、整理を行った。また、Naドレンなしでの検査・補修の可能性についても検討し、開発要素が多いことが明らかになった。今後は実用化炉としての特徴を踏まえて検査・補修の考え方を検討し、その上で必要となる技術の達成方策を明らかにする。Na漏えいについては、1次系及び2次系機器からのNa漏えい事故に対する取り組み方針について考え方をまとめた。そして、稼働率低下防止の観点からNa漏えい後の早期補修の具体的方法について2次系Na主配管を対象とし、2重構造の特殊性を踏まえた検討を行い、課題を摘出した。今後は先行炉の配管補修も参考とし、漏えい箇所に応じたより詳細な補修方法を検討する必要がある。さらにACS伝熱管やポンプなどの機器からの漏えい、および1次系Na漏えい事故の対応など引き続いて検討をしていく。

報告書

IHX/1次Naポンプ合体機器の伝熱管摩耗評価(2)-摩耗解析-

木曽原 直之; 惣万 芳人; 大平 博昭; 笠井 重夫; 此村 守

JNC TN9400 2002-029, 92 Pages, 2002/05

JNC-TN9400-2002-029.pdf:2.38MB

実用化戦略調査研究Na冷却炉(アドバンストリレープ型炉)で採用したIHX/ポンプ合体機器は中心軸にポンプ、その周囲にIHX伝熱管が配置された構造となっている。このため、伝熱管はポンプ回転によって常時振動しているが、合体機器の成立性を評価する上で最も重要とされるのは、伝熱管支持板との接触摩耗(フレッティング摩耗)によって生じる伝熱管の減肉量を把握し、プラント寿命中の健全性を確保しておくことである。本報告書は、FINAS等の計算コードを用いた解析的手法により伝熱管の摩耗量を定量的に評価した結果について述べたものである。解析ではまず合体機器のポンプ軸,隔壁,シュラウド,伝熱管,管板などの振動伝達モデルにより各部の振動振幅や周波数を把握した。次に、これに基づいて伝熱管とバッフル板の接触モデルにより摺動振幅及び接触荷重を算出し、これと伝熱管材料の摩耗定数からプラント寿命中の摩耗量を予測した。特に、ポンプ回転による励振力の大きさ,振動伝達経路,伝熱管と支持板の接触状態などは伝熱管摩耗量への影響が大きく、パラメータ解析を行い保守的な条件での評価を行った。この結果、今回のサーベイ範囲においては伝熱管摩耗量はその許容値よりも十分に小さく伝熱管のプラント寿命中の健全性への見通しを得ることができた。そして、振動試験による振動伝達メカニズムの解明や、3次元モデルによる梁モデルの妥当性の確認など、今後さらに解析モデルの精度向上や詳細な評価を行う予定である。

報告書

鉛-ビスマス自然循環冷却型FBR蒸気発生器の物量評価(1)-1次元定常熱流動解析コードPOPAI-6による検討-

木曽原 直之; 江沼 康弘; 惣万 芳人

JNC TN9400 2002-024, 55 Pages, 2002/05

JNC-TN9400-2002-024.pdf:1.72MB

実用化戦略調査研究で検討が進められている鉛-ビスマス自然循環冷却型FBRは主冷却配管、中間熱交換器、Pb-Bi駆動用ポンプを有しないことから、 Na炉に比べてプラント建設コストに占める蒸気発生器のコスト割合が大きい。したがってその物質削減が建設コストに及ぼす効果も大きく、また蒸気発生器の物量評価を精度良く行うことにより、建設コストを適切に評価できる。このため、本研究では冷却系機器の熱交換特性を 1次元で定常計算する解析コードPOPAI-6を用いて、自然循環型Pb-Bi炉の蒸気発生器の伝熱面積や大きさに関する検討を行った。本報告書は、蒸気発生器の物量削減を目的として、 Pb-Bi温度上昇によるヒートフラックスの向上、及び伝熱管の内側に溝を付けることによる水・蒸気側熱伝達率の改善といった方策を用いて伝熱面積縮小の効果について記載したものである。 また、別途Pb-Biを用いた伝熱試験から伝熱管に対する濡れ性がNaに比べて低下し、したがって熱伝達性能も低下することが報告されているが、これが伝熱面積に及ぼす影響についても評価した。解析の結果、Pb-Biの温度を上昇させることにより蒸気発生器の伝熱面積を約23%低減させることができ、水・蒸気側熱伝達率を改善した伝熱管の採用により、約15% の伝熱面積低減が可能であることがわかった。さらに、この両者を組み合わせることで、 約34%の伝熱面積低減効果が得られる。ただし、水・蒸気側熱伝達率を改善した伝熱管については、内側に溝加工を施すため、健全性や検査性の観点で別途検討は必要である。一方、Pb-Biの伝熱管に対する濡れ性低下の影響をPOPAI-6に反映して計算すると、伝熱面積は約14%増加することが予想され、設計や物量評価において考慮しておかなければならない。

口頭

ITER一次冷却水の14MeV中性子による放射線分解の検討

佐藤 和義; 閨谷 譲; 丸尾 毅; 向井 悟*; 内田 正治*; 惣万 芳人*

no journal, , 

ITER施設の一次冷却水は、核融合反応により生じる構造物や冷却水等からの誘導放射線及び中性子の減速過程で生じる放射線によって放射線分解される。この際生じる分解生成物は配管の腐食等に寄与する恐れがあるため、この種類や量を評価し、必要に応じて生成物を除去する水処理施設を適切に選定する必要がある。このため、配管材料の健全性を評価するために核分裂軽水炉のコード(WREC)を用いて一次冷却水の放射線分解生成物の発生量や濃度の変化を求めた。その結果、配管腐食に寄与する恐れのある酸素濃度は、軽水炉(PWR)の管理値より十分に低い値を示しており、設計条件を満たす水質管理を達成することにより、水の分解生成物による配管腐食への影響は小さいと考えられる。

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