Heat transport analysis in a district heating and snow melting system in Sapporo and Ishikari, Hokkaido applying waste heat from GTHTR300

笠原 清司; 村田 哲也*; 上地 優; 寺田 敦彦; Yan, X.; 稲垣 嘉之; 森 治嗣*

Proceedings of 23rd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-23) (DVD-ROM), 11 Pages, 2015/05

豪雪地帯である札幌と石狩を想定した、高温ガス炉GTHTR300の廃熱を利用した地域熱供給・融雪システムの熱輸送解析を行った。GTHTR300と熱利用地域間で熱水を循環させる給熱配管と、給熱配管から熱利用地域内の熱供給配管へ熱を伝える熱交換器の解析を行った。給熱配管において、二重管はアニュラス流路の圧力損失が大きいため、単管と比べて水循環のためのポンプ動力は2.74倍になった。一方、内側管からの熱ロスをアニュラス流路で回収できるため、管全体の熱ロスが単管より33%小さく、1本の管で水循環が可能であるため、埋設のための掘削面積も23%小さい点で有利であった。給熱配管に二重管を用いた時、GTHTR300から熱供給配管への熱輸送に伴う熱ロスは4.2%、GTHTR300の発電量に占めるポンプ動力の割合は0.8%であった。GTHTR300を2基用いることで、年間で最大となる1月の熱需要の97.0%をまかなうことができた。GTHTR300と熱利用地域間の距離を40kmから20kmに削減できれば、熱供給システムの設置コストを22%削減できることが見込まれた。

Quantitative evaluation of CO emission reduction of active carbon recycling energy system for ironmaking by modeling with Aspen Plus

鈴木 克樹*; 林 健太郎*; 栗原 孝平*; 中垣 隆雄*; 笠原 清司

ISIJ International, 55(2), p.340 - 347, 2015/02

https://doi.org/10.2355/isijinternational.55.340

製鉄におけるCO排出量削減のために炭素循環製鉄(iACRES)が提案された。iACRESの効果を定量的に評価するために、化学プロセスシミュレータAspen PlusによりiACRESのプロセスフローモデルを作成し、熱物質収支からCO排出量とエクセルギー収支の解析を行った。高温ガス炉(HTGR)のエクセルギーを用いた固体酸化物電解(SOEC)と逆シフト反応をCO再生法として想定し、SOECではCO回収貯蔵の有無も考慮した。iACRESによってCO、Hが高炉に循環されたことによりCO排出量は3-11%削減されたが、CO再生のためにHTGRからのエクセルギーを投入したためエクセルギー有効率は1-7%低下した。

Forced convective heat transfer in square-ribbed coolant channels with helium gas for fusion power reactors

高瀬 和之

Fusion Engineering and Design, 49-50, p.349 - 354, 2000/11

https://doi.org/10.1016/S0920-3796(00)00395-1

核融合動力炉設計では、定常運転時の第一壁ブランケット部の表面熱流束は1MW/m程度を考えており、この程度の熱流束域では原子炉の環境安全性及び経済性の面からガス冷却が有望である。しかしながら、ガスは水や液体金属などに比べて熱容量が小さいので熱伝達率を向上させるための工夫が必要である。そこで筆者は、高温ガス炉用突起付き燃料棒の伝熱促進に関する研究成果をもとに、ヘリウムガス冷却式核融合動力炉の冷却材流路に粗面流路を適用することを考えた。従来の矩形突起付き流路の熱伝達実験の結果から、突起ピッチと高さの比が10でレイノルズ数が約50000以上の条件のときに約1MW/mの除熱量を得られることがわかった。また、突起による流路摩擦損失の増加以上に伝熱が促進される条件(突起サイズ、レイノルズ数等)を定量的に明らかにした。本研究は、ガス冷却式核融合動力炉の第一壁ブランケット部用冷却材流路として突起付き流路が十分な適用性を有していることを示した。

種々の炉心概念に関するMA消滅特性の整理

大木 繁夫; 岩井 武彦*; 神 智之*

JNC TN9400 2000-080, 532 Pages, 2000/03

JNC-TN9400-2000-080.pdf:14.98MB

実用化戦略調査研究で検討対象となっている冷却材及び燃料形態の異なる高速炉について、実用化高速炉の資源有効利用性及び環境負荷低減性を評価するための基礎データを得るために、マイナーアクチニド核種(Minor Actinide nuclides,MA)の消滅特性解析を行った。対象炉心は、1)ナトリウム冷却酸化物燃料炉心、2)鉛冷却窒化物燃料炉心(BREST-300)、3)炭酸ガス冷却酸化物燃料炉心(ETGBR)、4)鉛冷却酸化物燃料炉心、5)ナトリウム冷却窒化物燃料炉心(Heボンド、Naボンド)、6)ナトリウム冷却金属燃料炉心である。冷却材及び燃料形態とMA消滅特性の関係について次の結果が得られた。・MA変換率には燃料形態に関して「酸化物金属窒化物」の大小関係が見られる。窒化物燃料及び金属燃料は酸化物燃料に比べ中性子束レベルが高くなることがMA変換率向上の主要因である。・冷却材種別に関してはMA変換率に「鉛ナトリウム炭酸ガス」の関係が見られたが、これらの炉心間では炉出力等の炉心基本特性、炉心設計思想が統一されていないことから、違いが冷却材に起因するのか炉心設計に起因するのか明らかでない。・上述の燃料形態及び冷却材の違いによるMA消滅特性の変化度合いは比較的小さい。

多様な高速炉炉心のための核特性解析手法の研究

山本 敏久*; 北田 孝典*; 田川 明広; 丸山 学*; 竹田 敏一*

JNC TJ9400 2000-006, 272 Pages, 2000/02

JNC-TJ9400-2000-006.pdf:9.69MB

多様な高速炉炉心の核特性に対する解析予測精度の向上を目的として、以下の3つの項目について検討を行った。第1部高速炉心の中性子スペクトルの誤差評価と計算精度向上策の検討高速実験炉「常陽」で用いられているスペクトルアンフォールディング法の精度を向上するため、初期推定スペクトル誤差を詳細に分析し、各々の誤差の大きさを定量的に評価するとともに、各誤差を積み上げることによって、より合理的な初期推定スペクトル誤差を評価することを試みた。検討の結果、初期推定スペクトル誤差に起因する誤差は相対的に小さく、断面積誤差に起因する誤差がほとんどであることがわかった。また、核分裂スペクトルの影響によって、数MeV以上の高速中性子束に無視できない量の誤差を生じることがわかった。第2部ガス冷却高速炉の解析手法に関する検討ガス冷却高速炉では、通常のNa冷却炉に比べて、冷却材チャンネルが体積割合に占める比率が大きく、顕著な中性子ストリーミング効果が現れることが予想される。一方、Na冷却炉用に提唱されている既存の手法では、冷却材チャンネルと平行な方向の拡散係数が無限大となり、そのまま適用することができない。本研究では、Kohlerが提唱した軸方向バックリングを考慮した方向依存拡散係数の概念を拡張し、ガス冷却炉でも正確に中性子ストリーミング効果が評価できる手法の検討を行った。第3部水冷却高速炉の解析手法に関する検討低減速の水冷却炉に対して、解析手法の違いによりどの程度計算結果に影響が現れるかについて検討を行った。軽水炉においては、燃料ペレット中の重核種の自己遮蔽効果が強い空間依存性を持つことが知られており、燃料ペレットを複数の領域に分割して評価する手法が用いられている。水冷却高速炉においても、冷却材として水を使用する以上、同様の問題が現れる可能性がある。検討の結果、燃料ペレット中の重核種の自己遮蔽効果の空間依存性は小さく、燃料領域を1領域として扱っても、臨界性、転換比ともに解析精度には問題が出ないことが確認された。

Na以外の冷却材を用いた高速炉

岡嶋 成晃

日本原子力学会第31回炉物理夏期セミナーテキスト, p.68 - 83, 1999/00

Naに代わる冷却材として有望視されている液体金属の鉛又はガスを用いた高速炉の概要を示した。鉛冷却高速炉では、LFRを中心にプラント及び核特性等について解説した。一方、ガス冷却高速炉では、GBRAが設計したHe冷却高速炉について、プラント及び核特性等を説明した。

核融合炉用液体ブランケット開発の調査; ニュートロニクス研究の現状と課題

真木 紘一*

JAERI-M 90-222, 23 Pages, 1990/12

JAERI-M-90-222.pdf:0.91MB

融体ブランケット開発の変遷を調査し、融体ブランケットにおけるニュートロニクス研究の課題と現状を述べた。調査対象としては、狭義の融体ブランケットであるSelf-cooled型の液体金属ブランケットと、水またはガス冷却型液体金属ブランケットである。調査結果、以下の点が明らかとなった。核融合炉のブランケットに鉛を用いた場合には、中性子増倍率ではベリリウムよりもやや劣る。資源的にはベリリウムよりも圧倒的に豊富な鉛を核融合炉ブランケットに利用することは、核融合炉の将来にとって重要な意味を持つ。ニュートロニクスの立場からは、融体ブランケットは、構造上の工夫によって核融合炉のトリチウム増殖比の目標値を達成できる可能性が残されている。

HENDEL用ガス軸受ガス循環機の軸振動に関する検討

下村 寛昭; 川路 さとし; 藤崎 勝夫; 飯塚 隆行

JAERI-M 89-064, 90 Pages, 1989/06

JAERI-M-89-064.pdf:3.71MB

大型構造機器実証試験装置(HENDEL)に使用中のガス軸受機械としては最大級のヘリウムガス循環機、計5台のうち、代表的機種について実施した軸振動に関する試験結果を中心として報告する。また、過去のティルティングパッド及びガス軸受に関するいくつかの研究結果と本試験結果を比較検討した。試験結果からガス軸受機械の軸系における不安定振動又は振れ回りを防止するためには高度なバランシング、軸受パッドの追従性及び軸受部の気膜厚さの調整が極めて重要であることが判った。しかしながら、これらの要求を実際に、特に大型ガス軸受機械において満足するには多くの困難が存在するため、微弱なハーフスピードホワールが発生し始めた状態を高感度に検出し、自動的にこれに対処することが装置を含むプラントの安全を保つ上に重要であるとの結論に達した。

高温の黒鉛円柱に直交して流れる混合ガス流が化学反応と多孔質内拡散を伴う場合の物質伝達

小川 益郎

日本機械学会論文集,B, 53(488), p.1351 - 1359, 1987/00

高温ガス冷却炉での空気侵入事象の研究に関連して、高温の多孔質円柱に直交して流れる混合ガス流が化学反応と多孔質内拡散を伴う場合の物質伝達に関して実験的研究を行った。レイノルズ数を533~2490の範囲で、円柱温度を848~1120Cの範囲で変え、5%の酸素を含んだ窒素ガス流中に黒鉛円柱を置いた。物質伝達に及ぼす化学反応と多孔質内拡散の影響を調べるために、平均及び局所物質伝達率と腐食速度を求めた。これらの結果、高温ガス冷却炉の空気侵入時に予想される条件下では、化学反応は物質伝達にほとんど影響せず、また、物質伝達に及ぼす多孔質内拡散の効果は、既存の腐食速度の関係式と物質伝達の関係式から評価できることが明らかになった。

Dimensional change of carbon material under compressive stress at high temperatures

松尾 秀人; 斎藤 保; 佐々木 泰一

High Temperatures-High Pressures, 15, p.707 - 714, 1983/00

炭素質材料は高温ガス冷却炉(VHTR)の炉床部断熱材料の候補材料の1つであり、その圧縮応力下の寸法安定性は研究しなければならない重要な性質のうちの1つである。炭素質材料の圧縮応力下での寸法の経時変化を900C、1000C、1100Cおよび1200Cで0.3MPaの圧縮応力下で約600h、さらに1100Cおよび1200Cで予め熱処理した試料について1000Cで圧縮応力下で測定した。これらの寸法の経時変化に対して圧縮応力付加効果が認められ、これらの結果を高密度、Lc(002)、dおよび電気比抵抗の変化との関連を考察した。