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麻生 智一; 勅使河原 誠; 長谷川 勝一; 武藤 秀生*; 青柳 克弘*; 高田 弘; 池田 裕二郎
no journal, ,
J-PARCの大強度中性子源では、ターゲットで発生した速中性子を液体水素減速材で冷中性子に冷却するために、液体水素循環系(1.5MPa、18K)とヘリウム冷凍機(6kW at 17K、1.6MPa、270g/s)から成る2元冷凍システムを運転している。2008年の運転開始以来、冷中性子を利用者に供給するために約2-3ヶ月の連続運転を年間3回行ってきたが、2015年からヘリウム冷凍機内の熱交換器と内部吸着器(ADS)で運転中に圧力損失が増加し、冷凍機の冷却性能が低下して長期間の安定運転に支障を来す状態となった。本件は、この性能劣化についての経緯と、利用施設としての運転を継続しつつ実施した性能回復に向けた検討及び対応について報告する。
麻生 智一; 勅使河原 誠; 長谷川 勝一; 武藤 秀生*; 青柳 克弘*; 高田 弘; 池田 裕二郎
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J-PARCの大強度中性子源の液体窒素循環システム用ヘリウム冷凍機で性能劣化が生じた原因調査において、新たな知見として、内部吸着器の活性炭の飛散を防止するために設置したフェルトの表面に膜状に蓄積した油が観測され、それが内部吸着器での差圧の発生の要因になることを実験的に見出した。熱交換器の洗浄及び内部吸着器の交換を行った後の運転では、総計約7ヶ月もの運転において、性能劣化に関わる圧力損失の増加は無く、安定に運転を継続可能とした。これらの機器が性能劣化の要因であることは判明したが、機器の配置関係から内部吸着器で発生した差圧が熱交換器の性能劣化を引き起こすとは考えにくく、根本的な原因究明には至っていない。更に詳細に原因を探るため、差圧分布を詳細化する差圧計の増設等を施すなど、今後の根本対策に向けた検討を進める。本件では、性能劣化に関わる原因究明の結果のまとめと今後の対策について報告する。
勅使河原 誠; 麻生 智一; 長谷川 勝一; 武藤 秀生*; 青柳 克弘*; 高田 弘; 池田 裕二郎
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J-PARCの大強度中性子源の液体水素循環システム用ヘリウム冷凍機で、2015年より冷却性能が低下した。原因を解明するため、四重極質量分析計や有機溶媒抽出を用いて循環系内の不純物や油の蓄積量を実測した。熱交換器と内部吸着器から回収した油の蓄積量は総量で約143gであった。油の蓄積量は、ヘリウムの循環において、その中に含まれる不純物(10ppb)の運転時間の総積算量から概算される値と同等であり、設計の許容範囲であった。しかしながら、唯一、内部吸着器において封入した活性炭が飛散しないよう配置したフェルト材のヘリウム入口側表層にこれまでに経験したことのない膜状の油の蓄積が見られた。本報告では、ヘリウム冷凍機内の不純物分析や油蓄積量について評価した結果とフェルト材への膜状の油の蓄積について報告する。
麻生 智一; 勅使河原 誠; 武藤 秀生*; 青柳 克弘*; 高田 弘
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J-PARCの大強度中性子源では、ターゲットで発生した速中性子を液体水素減速材で冷中性子に冷却するために、液体水素循環系(1.5MPa、18K)とヘリウム冷凍機(6kW at 17K、1.6MPa、270g/s)から成る2元冷凍システムを2008年から運転している。2015年から運転中に生じたヘリウム冷凍機内の熱交換器と内部吸着器(ADS)の圧力損失上昇は、ヘリウムガス中の油分の局所的な蓄積が原因とし、2016年夏季に熱交換器のフロン洗浄とADSの交換によって冷凍機の性能が回復した。それ以降、圧力損失が増えることなく、2018年には7月までの175日間の連続運転を行うことができた。油分が蓄積する現象の詳細は未だ不明のため、圧力損失のモニタを増やすとともに、局所的な油蓄積を防ぐために活性炭を抑えるフェルト材を変更したADSの製作を進めている。また、7月に到達目標である1MWのビーム出力で1時間の連続運転を初めて行い、水素循環系統の圧力調整機構の性能、液体水素減速材の出入口温度差が3K以内という設計要件を確認した。この結果、大強度中性子源として利用者に中性子強度を維持した冷中性子を供給できることが確認できた。