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山野 秀将; 栗坂 健一; 高野 和也; 菊地 晋; 近藤 俊樹; 梅田 良太; 白倉 翔太*
第27回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集(インターネット), 5 Pages, 2023/09
溶融塩蓄熱式高速炉の安全設計方針及びリスク評価技術、ナトリウム-溶融塩の熱交換性能評価技術と伝熱向上方策、及びナトリウム-溶融塩の化学反応特性評価と安全性向上方策を開発する研究プロジェクトを進めている。ここでは、プロジェクト全体概要について報告する。
宇野 裕基; 大内 靖弘; 大内 諭; 馬場 亮太; 菊地 将宣; 川又 諭
JAEA-Technology 2021-046, 39 Pages, 2023/02
JAEA-Technology-2021-046.pdf:3.76MB
JRR-3(Japan Research Reactor No.3)は、最大熱出力20MWの低濃縮ウラン軽水減速軽水冷却プール型研究用原子炉である。平成2年11月から改造後の供用運転を開始し、各種照射設備及び中性子ビーム実験装置を装備した原子炉施設として高い中性子束を利用者に提供している。現在は、平成23年3月11日の東日本大震災の影響により延長していた施設定期自主検査期間を経て、新規制基準の適合性に対応し、約10年ぶりとなる運転の再開を果たしている。早期運転再開を目指す施設定期自主検査期間中の平成29年度には、保全計画に基づく1次冷却材熱交換器No.1及びNo.2の開放点検を実施した。本報告書は1次冷却材熱交換器の開放点検について、点検記録及び点検実績を纏めるとともに今後の点検保守に資するためのものである。
山野 秀将; 栗坂 健一; 高野 和也; 菊地 晋; 近藤 俊樹; 梅田 良太; 白倉 翔太*; 林 正明*
Proceedings of 8th International Conference on New Energy and Future Energy Systems (NEFES 2023) (Internet), p.27 - 34, 2023/00
被引用回数：0溶融塩蓄熱式高速炉の安全設計方針及びリスク評価技術、ナトリウム-溶融塩の熱交換性能評価技術と伝熱向上方策、及びナトリウム-溶融塩の化学反応特性評価と安全性向上方策を開発する研究プロジェクトを進めている。ここでは、プロジェクト全体概要について報告する。
渡辺 裕一*; 村松 健; 及川 哲邦
Nuclear Engineering and Design, 235(23), p.2495 - 2512, 2005/12
被引用回数：2 パーセンタイル：17.6(Nuclear Science & Technology)原子炉の地震起因事象の確率論的安全評価(地震PSA)に資するため、我が国のBWR残留熱除去系用の複数の支持枠付縦置U字管型熱交換器の地震時耐力を評価した。耐力中央値は4個の熱交換器から選定した代表例について詳細モデルによる時刻歴応答解析を行って評価し、知識不足による不確実さに関する対数標準偏差(LSD)は、応答への影響の大きいアンカーボルトの直径,熱交換器重量,熱交換器重心位置の3つのパラメータのばらつきを考慮して評価した。対象とした熱交換器の支配的損傷モードは支持脚アンカーボルトの主として剪断力による損傷であった。設置床での最大床応答加速度で表した耐力中央値は4,180Gal(4.3g)、ランダム性による不確実さに対応するLSDは物性値のばらつきにより0.11、知識不足による不確実さに対するLSDはばらつき要因として考慮する設計変数の範囲に応じて0.21から0.53となった。
堀口 洋徳; 大山 光樹; 石黒 裕大; 平根 伸彦; 伊藤 和博; 亀山 巌
JAERI-Tech 2005-001, 38 Pages, 2005/02
JAERI-Tech-2005-001.pdf:2.79MB
JRR-4では、1992年に炭素鋼製からステンレス鋼製の熱交換器に更新した。その後、熱交換器の管理方法の検討を重ねてきた。その主なものが、熱交換器の洗浄技術である。旧熱交換器の冷却性能の回復には化学洗浄のみを行ってきたが、新たな方法として化学洗浄と乾燥洗浄を組合せた回復・維持を行っている。これは、伝熱管や配管への負担を軽減するとともに、コスト面にも大きな役割を果たしている。本書では、実績に基づく熱交換器の管理技術のまとめとして、JRR-4熱交換器の性能管理方法,洗浄方法及び冷却水の管理方法について報告する。
石山 新太郎
日本金属学会誌, 68(7), p.490 - 497, 2004/07
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Metallurgy & Metallurgical Engineering)再生熱交換器コア部を模擬したSUS304製の多段ろう接試験体の高温強度,高温疲労及び高温クリープ試験を実施した結果、試験体の破壊はすべてSUS304母材フィン部で生じ、試験体の高温強度,疲労及びクリープ強度はほぼSUS304と同程度であった。
高田 昌二; 滝塚 貴和; 國富 一彦; Yan, X.; 皆月 功*
第31回ガスタービン定期講演会論文集, p.55 - 60, 2003/06
ヘリウムガス冷却高温ガス炉ガスタービン発電プラント(GTHTR300)の設計研究を行った。再生式閉サイクルにより、850
C,7MPaのタービン入口条件で45.8%の発電効率を得た。ターボマシンは、単軸,磁気軸受支持とした。タービン及び圧縮機は、各々93%,90%のポリトロープ効率を達成した。再生熱交換器は、プレートフィン型とした。効率が高く、安全性に優れた原子力発電プラントの成立性の見込みが得られた。本報告では、GTHTR300ターボ圧縮機の空力設計,動力変換系統設計及びターボ圧縮機の保守補修方針について報告する。なお、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。
松井 真吾*; 武藤 康*; 椎名 保顕
日本原子力学会和文論文誌, 2(2), p.175 - 186, 2003/06
高温ガス炉ガスタービン発電システムでは細密フィン型プレートフィン再生熱交換器が用いられる。本熱交換器では数億個にも及ぶ微細なフィンとプレートが積層されており、その解析手法は未だ確立されていない。本解析では、内圧,定常熱荷重及び非定常熱荷重の各荷重ごとに、それぞれ適切な解析を行い、得られた応力を重ね合わせることにより求める応力を算出することとした。内圧による解析では、フィンに生ずる応力機構が2種類考えられることを明らかにした。定常熱解析では、フィンプレート要素より等価な弾性定数を求めて全体モデルの解析を行い、最大応力を生じた要素のひずみを境界条件として部分モデルの応力を求めた。非定常解析では4段階モデルにより解析を行った。以上の方法により、実用的な計算時間で複雑なモデルの解析を行えることを明らかにした。
石山 新太郎; 武藤 康
日本機械学会論文集,A, 69(679), p.682 - 688, 2003/03
600MWtHTGR-GTシステム用の再生熱交換器伝熱コア部を模擬した超細密三層プレートフィンろう接合試験体を試作し、この試験体の室温から873Kまでの高温における機械的特性を把握するために大気中における高温強度試験及び高温疲労試験を実施し、下記結論を得た。(1)各試験温度におけるろう接試験体の高温強度は、SUS304母材とほぼ同等の値となった。しかしながら、破断歪みは母材の1/4以下と激減することが明らかとなった。(2)高温疲労試験においては、各試験温度における疲労寿命はSUS304母材に比べて短寿命となった。(3)高温強度及び疲労試験における試験体の破断箇所はSUS304製プレートフィン側壁で生じる。(4)この破壊箇所のミクロ組織を観察した結果、高温強度試験で破壊した場合、破壊箇所にくびれが生じるのに対して、疲労破壊した場合このくびれは生ぜず、破断面にストライエーションが観察された。(5)これらの材料劣化の原因は主に、超細密フィン加工時の強加工による影響であるものと考えられる。(6)ろう接試験体の機械的特性を向上させるため、ろう接時にフィン側両面をろう材で固めることにより、高温強度ならびに疲労寿命を改善することができた。
高田 昌二; 滝塚 貴和; 國富 一彦; Yan, X.; 片西 昌司; 小杉山 真一; 皆月 功*; 三好 保行*
日本原子力学会和文論文誌, 1(4), p.341 - 351, 2002/12
GTHTR300発電系設計では、経済性を高めるため、動力変換機器の高性能化,中間冷却器無サイクルの採用による物量低減を行った。タービンと圧縮機には3次元翼設計により、スラスト力を10kNに低減し、各々93.90%の高ポリトロープ効率を達成し、発電効率45.8%を得た。圧縮機ではサージマージン30%を得た。ターボマシンは横置とし、またダイヤフラムカップリングにより発電機とターボ圧縮機の振動絶縁を行い、磁気軸受負荷容量を低減しつつ軸系振動振幅をISO管理値75
m以下とした。熱交換器設計では、小型化・物量低減を行った。プレートフィン型再生熱交換器では1.2
1.2mmの正方フィンを採用し、温度効率95%を確保した。前置冷却器はローフィン管ヘリカルコイル型とした。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。
武田 哲明
日本機械学会第8回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集, p.199 - 202, 2002/00
周囲から加熱される水平円管流路内に銅線を挿入して空気の強制対流により冷却する場合の熱伝達と圧力損失特性を実験的に調べるとともに、高空隙率多孔体を挿入した水蒸気改質器の性能及び構造の検討を行った。その結果、200
以下の低温条件下でも平滑円管の場合に比べて熱伝達率は約1.5倍に増大した。一方,摩擦係数も8倍程度増大したが、加熱壁温度の上昇に伴って、伝熱促進効果は増大する傾向にあることを確認し、高温域では放射伝熱により更なる伝熱促進が得られるため、従来の伝熱性能を低下させずにコンパクトな熱交換器の開発が可能であるとの見通しを得た。
高田 昌二; 滝塚 貴和; 國富 一彦; Yan, X.; 片西 昌司; 小杉山 真一; 塩沢 周策
日本機械学会第8回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集, p.189 - 192, 2002/00
本論文では、GTHTR300実証プラントの発電系設計により得られた成果について報告する。本プラント設計では、経済性を高めるために、主要機器の物量を低減することと高性能化を目指した。本プラントでは、ターボマシン,発電機及び再生熱交換器,前置冷却器を動力変換容器及び熱交換機収容器内に収納する。これらの機器や容器の寸法を最小化させて物量を低減する必要がある。本プラントでは中間冷却器のないサイクルを採用するとともに、前置冷却器はコンパクトなローフィン質ヘリカルコイル型として物量を低減した。タービンと圧縮機のポリトロープ効率の設計目標値をそれぞれ93%,90%まで高くして、翼形状を3次元化するなどして設計目標値を満足できるようにした。なお、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。
石山 新太郎; 武藤 康; 緒方 寛*; 山田 誠也*
日本原子力学会誌, 43(11), p.1136 - 1148, 2001/11
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Nuclear Science & Technology)コンパクト熱交換器の概念設計の結果、超細密オフセットフィン型伝熱エレメントを流路幅890mm高さ約6800mm流路長さ940mmにすることにより、温度効率95%を達成できる見通しを得た。しかしながら、コンパクト熱交換器寸法がこのように大型となるとヘッダから伝熱エレメント高さ方向に供給される被加熱流体に流量アンバランスが生じ易くなり、その結果コンパクト熱交換器の伝熱性能が低下する可能性がある。そこで、コンパクト熱交換器の三次元熱流動解析を実施することにより、被加熱流体(低温側)側ダクト高さ方向に仮想流量アンバランスが生じた場合のコンパクト熱交換器の伝熱に関する性能評価を行った。その結果、下記結論が得られた。(1)被加熱流体の流量アンバランスは全ヘリウム流量に対して最大で-20%~14%生じる。(2)加熱流体側に被加熱流体と同一の流量アンバランスが生じた場合、被加熱側に流量アンバランスが生じない場合のコンパクト熱交換器1ユニット当たりの温度効率(=95%)に対して約0.5%低下する。(3)加熱流体側に被加熱側と対称の流量アンバランスが生じた場合、コンパクト熱交換器の伝熱性能が低下する割合が最も大きく、被加熱側に流量アンバランスが生じない場合のコンパクト熱交換器1ユニットあたりの温度効率に対して約1.3%低下する。以上の結果、想定される流量アンバランスが生じた場合でも設計要求仕様を満足するコンパクト熱交換器の設計が可能であることが結論された。
石山 新太郎; 武藤 康; 谷平 正典*; 緒方 寛*; 上戸 好美*; 猪狩 敏秀*
日本原子力学会誌, 43(6), p.603 - 611, 2001/06
被引用回数：4 パーセンタイル：33.39(Nuclear Science & Technology)日本原子力研究所(以下原研)では、600MWt級の高温ガス炉のガスタービン直接発電システム(HTGR-GT)において約50%の高い熱効率を達成するため、高性能タービン機器のほかに95%以上の高い温度効率のほか、15MW/m
以上の伝熱密度を有し、高さ6mを越す大型構造体でかつ6MPa以上の高差圧に耐える耐圧構造を有する高性能再生熱交換器の開発を行っている。本論文では、細密オフセットフィン(厚さ高さピッチ(mm): 0.151.51.4)を有するプレートフィン型高性能コンパクト熱交換器実機の製作技術を確立するため、実機の1/20スケールモデル(コアサイズ: 200mm角)試作し、この試験体モデルの気密・耐圧試験などを行うことにより製作健全性を実証し、高性能熱交換器実機を製作するための基本的製作技術の確立を行うことができた。また、本試作を通じて得られた製作精度をもとに、熱交換形式や欠陥率の実機性能に与える影響について考察を行った。
石山 新太郎; 武藤 康; 西井 崇*; 笠羽 道博*
日本金属学会誌, 65(6), p.524 - 533, 2001/06
高温発電システムの熱交換器用薄版矩形細密プレートフィンに高強度・高熱伝導性アルミナ分散同材料(AL-25)を適用するためAl-25薄板の細密フィン加工技術の確立を目的に、大規模弾塑性有限要素解析によって得られた応力フィン折り加工における成形限界の予測に基づき新しい加工法の加工装置の設計試作を行い、さらにAL-25薄板の加工実験を実施した。その結果、下記の結論が得られた。(1)難加工材であるAL-25薄板(厚さ=0.156mm)からフィン高さ山谷ピッチ厚みが3mm4mmの細密矩形フィンの加工技術シミュレーションを大規模弾塑性有限要素解析により行った結果、ダブルアクション折り加工性により上記加工条件で細密矩形フィンの加工が可能であることを見いだした。さらに、この知見を基にダブルアクション折り加工装置を設計試作し、この装置により最適加工条件を設定するため、試作した加工試験装置に関する上記加工技術シミュレーション及び加工試験を実施し、装置のダイスR部及びクリアランスをそれぞれ0.8mm及び0.25mmに設定した。(2)AL-25薄板(厚み,0.156mm)から矩形型フィン高さ山谷ピッチ,3mm4mmの薄板細密フィン加工試験を実施した結果、高さ山谷ピッチ厚みが3mm4mm(0.156
0.001mm)の薄板細密フィンの加工に成功した。(3)大規模弾塑性有限要素法解析によって予測した加工板の加工変形課程ならびに板厚変化量は、加工実験の結果と良い一致を示し、この結果からダブルアクション折り法による難加工性材料の薄板細密フィンの加工実用化の加工予測として本解析方法が有効であることを明らかにした。
松井 真吾*; 武藤 康; 椎名 保顕
JAERI-Tech 2000-083, 107 Pages, 2001/01
JAERI-Tech-2000-083.pdf:3.46MB
高温ガス炉から出る6MPa、850
950の高圧,高温ヘリウムガスを用いたガスタービンサイクルにおいて、約50%の高い熱効率で発電を行うために、再生熱交換器としてプレートフィン型熱交換器を用いることが不可欠である。しかしこのような高圧,高温下で使用されたものはなく、また可能な限りコンパクト化を進めることが必要であることから、プレートフィン型熱交換器の強度解析及び評価の手法を確立することが必要である。本報告書では、内圧荷重に対するフィン・プレート構造のモデル化方法を検討し、フィン内部の応力状態及びその特徴を明らかにした。また各設計パラメータに対する強度特性を明らかにし、ここで対象とした設計条件の下では、最適なフィン傾斜角が76近傍にあり、セパレートプレートの薄肉化の可能性があることも示した。
武藤 康; 石山 新太郎
日本原子力学会誌, 42(10), p.1020 - 1027, 2000/10
被引用回数：1 パーセンタイル：12.1(Nuclear Science & Technology)熱効率が高く核燃料資源の節約や放射性廃棄物量低減に有効な高温ガス炉ガスタービン発電プラントの基本的特徴及び技術課題について、特会受託研究「高温発電システムフィージビリティスタディ」の成果に基づいて記述した。すなわち、最適な原子炉入り口ガス温度が圧力容器材料温度には厳しすぎる問題については2種類の解決策を考えていること、ヘリウムガスタービンは段数が多くなる傾向があり、一方ガスタービン機器はまとめて圧力容器内に配置する必要があることから、軸振動と保守が最重要課題となること、これについては横置きでタービン容器と熱交換容器を分離する方法によりほぼ解決されること、経済性の観点から重要な再生熱交換機効率95%のプレートフィン型熱効率器について試作及び流動解析により見通しが得られつつあることにつき述べた。
先行基礎工学分野に関する平成11年度報告書岡本 孝司*; 班目 春樹*
JNC TY9400 2000-016, 90 Pages, 2000/06
JNC-TY9400-2000-016.pdf:2.53MB
FBR冷却系に於いて、蒸気発生器内でのナトリウム-水反応が安全上問題となる。この反応では、化学反応による流体の物性変化が流れ場に強く影響するため、非線形性が大きくその挙動の予想は困難である。本研究では、このように物性変化が大きな反応性流れ場の挙動を解明することを目的とし、ナトリウム-水反応を模擬した試験流体の流動特性に関して、実験的検討及び数値解析的検討を平成11,12年度の2ヶ年にわたり実施する。平成11年度研究では、実験的検討として緩やかな化学反応を伴う流れ場の速度,濃度の同時計測技術を開発した。速度場については、既存のPIV(Particle Image Velocimetry)手法を用いる。また濃度分布に関してはpH分布の計測に着目し、発光強度に関しpH依存性の有無を有する2種類の蛍光染料を同時に用いたDELIF(Dual Emission LIF)手法を開発した。開発した計測技術を用い、2種類の蛍光塗料としてQuinineとRhodamine6Gを用いることにより、酢酸水-水,アンモニア水-水,アンモニア水-酢酸水を用いた軸対称噴流場での速度,pH濃度場の同時計測を行った結果、これらの同時計測が可能でありかつ高い精度でpH濃度場の計測が可能となった。また、一連の実験により二液二層流体の混合に於いて、拡散が抑制される傾向が見られることが判明した。本報告書は、先行基礎工学分野に関する東京大学とサイクル機構との共同研究のうち、東京大学で実施したものについてまとめたものである。
久保 篤彦
JNC TN9410 2000-010, 72 Pages, 2000/03
JNC-TN9410-2000-010.pdf:2.14MB
高速実験炉「常陽」は、昭和57年に照射用炉心(MK-II炉心)として初臨界を迎えて以来、31サイクルの定格出力運転を行い、平成9年12月にMK-III炉心への移行を開始した。その間、「常陽」では多くのプラント特性試験データを蓄積しており、これをMK-II炉心の運転開始に先立って原子炉の性能を確認する性能試験、原子炉の安全な運転を確保するためサイクル毎に実施する運転特性試験、高速炉開発に関するデータ取得と解析評価手法の開発・整備のために実施する特殊試験がある。本報告書では、試験項目毎にその内容と結果を示した。また、本文中に記載したデータの他、動特性に関する時系列データを含め、ユーザーがこれらのデータを机上のPC環境下で利用できるように、光磁気ディスクにて支給可能とした。
伊藤 和寛; 根本 昌明; 佐井川 拓也*; 助川 一弥*
JNC TN9410 2000-008, 66 Pages, 2000/03
JNC-TN9410-2000-008.pdf:1.39MB
高速実験炉「常陽」は、昭和57年に、照射用炉心(MK-II炉心)として初臨界を迎えて以来31サイクルの定格出力運転と13項目の特殊試験のための短期間運転及び8回の定期検査を行い、平成9年12月にMK-III炉心への移行を開始した。この間、1次系ナトリウムは67回、2次系ナトリウムは81回、1次系カバーガスは75回、2次系カバーガスはオーバフロータンク及びダンプタンクから各89回のサンプリングを実施し、不純物濃度データを蓄積してきた。「常陽」MK-II炉心の集大成として、これらのデータ及びこれらに関連するプラントデータについてユーザが利用できるようにデータベースとして整備した。本データベースには、関連するプラントデータと「常陽」実機で測定した1次系ナトリウム及び2次系ナトリウム中の酸素、炭素、水素、窒素、塩素、鉄、ニッケル及びクロムを、1次カバーガス及び2次カバーガス中の酸素、水素、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン及びヘリウムの濃度を収録している。これらのデータは、ユーザが利用しやすいようにその時の炉心状態と併せて収録した。
