Development of RELAP5-3D model for an integrated test facility for advanced reactor systems

幕内 悦予; 相澤 康介; 今井 良行; 上地 優; 赤坂 尚昭; Yan X.; 佐久間 渉*; 谷平 正典*

Nuclear Technology, 11 Pages, 2026/00

https://doi.org/10.1080/00295450.2025.2582351

This paper presents the development and application of a RELAP5-3D model to assist in the design optimization of a 5MWt integrated electrically-heated test facility, making it capable to simulate the transient behaviours of advanced reactor systems based on high-temperature gas-cooled reactor and sodium-cooled fast reactors, and various production modes, such as power generation, hydrogen cogeneration, and heat storage. Built upon the existing capability of the RELAP5-3D code, the model incorporates the advanced component models and specific fluid properties required to compute thermal and fluid behaviours of the advanced reactors and their balance of plants. Through several iterations of design added by the insights gained through the RELAP5-3D simulation, the final facility design has successfully captured the realistic transient behaviours of full-scale reactor system designs rated at hundreds of megawatts in thermal power. The paper presents the development of the RELAP5-3D model for the facility, including modelling of unique components and fluids present in the facility and discusses how the model was successfully applied to analysing and closing the performance gaps of the small-scale test facility from key known transient behaviours of the full-scale plants, for which the facility design aims to simulate. The paper concludes by outlining the plan for further expansion of the mode l and for verification of the model through construction and testing of the facility.

高温ガス炉ガスタービン発電システム(GTHTR300)用ヘリウムガス圧縮機モデルの空力性能試験計画

高田 昌二; 滝塚 貴和; 國富 一彦; Yan, X.; 谷平 正典*; 伊高 英彦*; 森 英二*

日本原子力学会和文論文誌, 2(3), p.291 - 300, 2003/09

https://doi.org/10.3327/taesj2002.2.291

GTHTR300用ヘリウムガス圧縮機は、3次元空力設計により、高いサージマージン30%を保持しつつ高いポリトロープ効果90%を達成できた。ヘリウムガス圧縮機は、高ボス比のために翼高さに対してチップクリアランスが相対的に大きく、多段型となるので、性能とサージマージンが低下しやすい。本圧縮機は既存の産業用空気圧縮機の空力設計手法及びデータをもとに設計した。本設計手法のヘリウムガス圧縮機への適用の妥当性を評価するために、実機の1/3で4段の圧縮機モデルによる性能試験を計画した。作動流体をヘリウムガス,入口設計圧力を0.88PMaとして十分高いレイノルズ数範囲でデータを取得する。本件は、文部科学省から原研への委託により実施している電源特会「核熱利用システム技術開発」の「高温発電システム」の内容に関するものである。

HTTRに接続する水素製造システムの系統及び機器設計(受託研究)

西原 哲夫; 清水 明; 谷平 正典*; 内田 正治*

JAERI-Tech 2002-101, 46 Pages, 2003/01

JAERI-Tech-2002-101.pdf:2.6MB

地球温暖化の要因となっている二酸化炭素の排出量を削減するため、クリーンな2次エネルギーである水素を積極的に利用することが期待される。産業界では水蒸気改質法により水素を製造することが主流となっているが、化学反応に必要な熱を炭化水素系燃料の燃焼熱で賄っているので、水素製造過程で大量の二酸化炭素を環境に放出している。したがって、水蒸気改質法において熱源に炭化水素系燃料を使用しないシステムを構築できれば、環境への負荷が軽減でき、地球温暖化問題の解決に貢献できる。高温ガス炉は原子炉出口で950Cという高温のヘリウムガスを供給できる原子炉であり、発電のみならず、化学プロセスの熱源として利用することが可能である。原研では、日本初の高温ガス炉であるHTTRを建設し、試験運転を行なっている。そして、このHTTRを用いて、核熱利用技術を確立することを研究課題として掲げ、水蒸気改質法による水素製造プラントをHTTRに接続して水素製造を実証するためのシステム検討を進めている。本報告はHTTR水素製造システムの系統設計及び機器設計の成果を纏めたものである。

高温配管の減圧試験

谷平 正典*; 國富 一彦; 稲垣 嘉之; 佐藤 隆*; 宮本 喜晟

JAERI-M 89-051, 60 Pages, 1989/05

JAERI-M-89-051.pdf:1.63MB

急速減圧時における高温配管の特性並びに高温配管内部構造物の健全性を把握するために、高温工学試験研究炉(HTTR)で使用される高温配管とほぼ同一の寸法及び同一の内部構造物を有する高温配管を使用して、減圧試験を行った。試験パラメータは、常温の窒素ガス及びヘリウムガスによる減圧速度(0.14~3.08MPa/s)、スライドジョイント部開口面積(11.9~2036mm)、高圧容器内初期圧力(1.0~4.0MPa)である。その結果、ライナー管及び仕切板に発生する最大差圧は、各々2.69MPa、0.45MPaであった。全試験終了後、試験体として使用した高温配管を切断・分解し、内部断熱構造物である仕切板・断熱材・ライナー管及び耐圧管を検査したところ、損傷及び異常は見られなかった。

再エネ調和型新型炉システムの安全性評価技術の開発,5; 試験計画及び試験装置の最適化設計

相澤 康介; 今井 良行; 上地 優; 赤坂 尚昭; Yan X.; 蔵本 亮一*; 溝上 頼賢*; 谷平 正典*

no journal, , 

近年、再エネの導入拡大を見据え、水素製造や蓄熱など様々な出力調整機能を有する原子炉システムの開発が進められている。これらシステムの事業化のため、熱貯蔵及び熱利用を含む再エネ調和型新型炉システムにおける異常状態の安全性評価に資する技術開発を実施しており、その一環として、再エネ調和型新型炉用事故模擬試験装置の設計を進めている。本発表では、試験装置のコンパクト化及び実機模擬性向上のため、1次系に混合ガスを適用した条件での装置設計、並びに高温ガス炉とNa冷却炉のシナジーを最大限考慮した様々な試験計画を実現可能とする、溶融塩設備・Na設備を含む系統構成の検討結果を報告する。

再エネ調和型新型炉システムの安全性評価技術の開発, 2;再エネ調和型新型炉事故模擬試験装置の設計

上地 優; 相澤 康介; Yan, X.; 蔵本 亮一*; 溝上 頼賢*; 谷平 正典*

no journal, , 

新型炉では、再生可能エネルギーと原子力の共存のため、発電を始め水素製造や熱貯蔵といった多様な核熱利用により負荷追従能力を有するシステムの開発が進められている。これらのシステムの事業化を実現するため、熱貯蔵及び熱利用を含む原子炉システムにおける事故時等、異常状態の安全評価技術開発が必要である。本発表では、当該安全評価技術開発において、負荷変動運転中における熱貯蔵設備や熱利用設備の異常発生を模擬したプラント過渡挙動データの取得を可能とする事故模擬試験装置の設計について報告する。