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論文

Numerical evaluation on fluctuation absorption characteristics based on nuclear heat supply fluctuation test using HTTR

高田 昌二; 本多 由貴*; 稲葉 良知; 関田 健司; 根本 隆弘; 栃尾 大輔; 石井 俊晃; 佐藤 博之; 中川 繁昭; 沢 和弘*

Proceedings of 9th International Topical Meeting on High Temperature Reactor Technology (HTR 2018) (USB Flash Drive), 7 Pages, 2018/10

HTGRに接続する核熱利用システムの設計では、化学プラント会社の容易な参入を可能にするため、非原子炉級で設計されるが、熱利用システムで異常が発生した場合でも原子炉の運転を継続できることとしている。需要地近接立地で負荷追従運転を実現するため、原子炉入口および出口冷却材温度を一定に保ちながら一次系ガス圧力を変化させるインベントリ制御は原子炉出力を制御する方法の候補の1つとされている。HTTRを用いた非核加熱運転による熱負荷変動吸収試験結果をもとに、異なる一次系ガス圧力で原子炉入口温度をステップ状に変動させた。数値解析の結果、圧力の低下により変動吸収特性が劣化しないことが明らかになった。また、原子炉出力の80%でも、原子炉出口温度がスクラムレベルに達しないことも明らかにした。

報告書

高温ガス炉導入検討のための需要調査及び熱バランスの検討

深谷 裕司; 笠原 清司; 水田 直紀; 稲葉 良知; 柴田 大受; 西原 哲夫

JAEA-Research 2018-004, 38 Pages, 2018/06

JAEA-Research-2018-004.pdf:1.81MB

高温ガス炉導入検討のための需要調査及び熱バランスの検討を行った。はじめに、先行研究の需要調査に対する整理を行った。次に、高温ガス炉の商用炉設計であるGTHTR300の熱バランスとその特徴について調べ整理した。これらの情報を踏まえ、現在の日本の需要に見合う高温ガス炉導入基数を算出した。また、今後の研究の発展に備え、熱バランス評価コードの整備も行った。

論文

Heat transport analysis in a district heating system applying waste heat from GTHTR300, a commercial design of high-temperature gas-cooled reactor

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

Mechanical Engineering Journal (Internet), 3(3), p.15-00616_1 - 15-00616_16, 2016/06

熱電併給高温ガス炉GTHTR300の廃熱を利用した地域暖房・路面融雪システムの解析を行った。熱利用地域には豪雪地帯である札幌と石狩を想定した。GTHTR300と熱利用地域間で熱水を循環させる給熱配管、給熱配管から地域内の熱供給配管へ熱を伝える熱交換器、地域内の熱供給配管のモデル化による熱輸送解析を行った。給熱配管としては、二重管の方が単管と比べて熱ロスや埋設のための掘削面積が小さい点で有利であったものの、配管コストの不利を補うほどではなかった。年間で最大となる1月の熱需要をまかなうためには520-529MWの熱が必要となり、この時GTHTR300は3基、給熱配管は6ループ、熱交換器(長さ約90m)と地域熱供給配管は3,450基必要となった。地域熱供給配管における熱ロスが全ロスの80%-90%を占め、断熱材が全建設コストの90%以上に上ったため、経済的な熱供給を行うためには断熱層厚さや断熱性能の最適化が必要である。

論文

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。

報告書

HTTR Workshop, Workshop on Hydrogen Production Technology; July 5-6, 2004, JAERI, Oarai, Japan

高温工学試験研究炉開発部; 核熱利用研究部

JAERI-Review 2004-026, 206 Pages, 2004/12

JAERI-Review-2004-026.pdf:14.16MB

本報告は、2004年7月5-6日に大洗研において行われた水素製造技術に関するHTTRワークショップのまとめである。本ワークショップでは海外から5か国を含む国内外合わせて110名を超える参加者を得て行われた。ワークショップは5つのセッションに分けられ、報告と討論がなされた。「各国の原子力水素製造研究開発計画」のセッションでは、各国及びEUから現状と計画が報告された。「原子力水素製造に関する討論」のセッションでは、原子力水素製造が将来の水素社会において果たす役割について活発な議論が行われ、核熱による水素製造将来的には重要な水素供給源となりうることが確認された。「核熱エネルギーの利用」,「水素製造技術」,「熱化学法による水素製造」のセッションでは、熱化学法や高温水蒸気電解等による水素製造技術の報告が行われ、特に熱化学法の研究開発に関して活発な議論がなされた。その中で、原研が進めてきたIS法の研究開発が世界的に注目されており、仏国や韓国において新たな研究開発が展開されていることが示された。最後に来年秋に第2回目のワークショップを行うことが報告されて終了した。

報告書

核熱利用システムによる水素及びDME製造の経済性評価,2

椎名 保顕; 西原 哲夫

JAERI-Tech 2004-057, 51 Pages, 2004/09

JAERI-Tech-2004-057.pdf:2.15MB

本研究では、昨年(2002年)に引き続き水素とDMEに着目し、高温ガス炉の核熱をトータルに利用してそれらを製造するシステムを検討して経済性評価を行い、商用プラントで生産する場合との比較を行った。その結果、水素製造に関しては、高純度ガスを生産するPSAの段数を増やして回収率を高めること等により、商用プロセスと比べて高純度水素ガスの製造単価を約17%、また、間接法によるDMEの生産の場合にも高純度水素を回収する等の工夫を加えることにより、商用プロセスに比べて約17%安く生産できることが示された。しかし、DME生産に関しては産油国で生産する方が安価であり、現在のところ核熱を用いても国内で生産する経済的優位性はない。本評価から、天然ガスからの水素製造に関しては核熱を利用すると経済的であること、さらにCO$$_{2}$$削減効果も併せると核熱の有効性はさらに高まることが示された。

論文

潜熱蓄熱を用いた核熱利用システムの熱負荷変動吸収

椎名 保顕; 西原 哲夫

日本原子力学会和文論文誌, 2(4), p.418 - 427, 2003/12

環状流路の内管と外管の間に相変化媒体(PCM)を配すると、PCMの相変化潜熱により内管を流れる伝熱流体温度の変動を低減化することができる。そこで、入口流体温度が周期的に変動する場合の伝熱流体温度変動の低減効果を、近似解析及び数値解析により求めた。その結果、ステップ状温度変化に対する近似解を得るとともに、PCMの熱伝導率を高くすると、低減効果が高くなることがわかった。この結果を用いて、核熱利用システムが、カスケード式に高温ガス炉に接続された場合の上流側システムの熱負荷変動を吸収する装置の実現可能性について検討した。10MWの熱を利用するシステムで、最大$$pm$$100Kの温度変動が発生した場合に、それに対処できる時間を3時間とすると、その間の熱負荷吸収に必要なPCMの量は約15m$$^{3}$$程であり、IHXと同じ寸法の伝熱管を用いると配管長さが約7mあれば温度変動を$$pm$$5K以内に低減化できることから、十分実現可能であることが示された。

論文

Socio-economic study of fusion energy at the Japan Atomic Energy Research Institute

小西 哲之; 岡野 邦彦*; 時松 宏治*; 伊東 慶四郎*; 小川 雄一*

Fusion Engineering and Design, 69(1-4), p.523 - 529, 2003/09

 被引用回数:4 パーセンタイル:66.78(Nuclear Science & Technology)

最近、将来の地球規模でのエネルギー供給構成の観点での核融合エネルギーの評価が重視されており、IEA国際協力等で世界的に検討が進められている。我が国では原研を中心とした協力研究で、核融合のエネルギー源としてのさまざまな側面が定常トカマク炉をモデルに社会経済的に研究されている。炉本体やプラント概念の設計としては、初期装荷トリチウムの自給,放射性廃棄物の低減化検討,初期世代では超臨界水冷却,長期的には高温ガス冷却の高効率発電と熱利用、特に水素製造が検討されている。社会経済的には将来のエネルギー供給シナリオの検討,核融合のライフサイクル分析などを行っている。欧州のExtyern-Eをモデルにした外部性検討が開始され、核融合の環境影響,社会影響が評価されている。こうした多角的な社会経済的検討は核融合実用化への方向を探り、現在の設計,開発に反映される一方、社会に対する核融合研究開発の意義の説明にも有用と考えられる。

報告書

溶融塩と金属材料の共存性試験,1

椎名 保顕; 栗木 良郎*

JAERI-Tech 2002-065, 58 Pages, 2002/08

JAERI-Tech-2002-065.pdf:17.5MB

溶融塩を用いた潜熱蓄熱技術を用いると、高温から中温までの熱負荷変動を相変化潜熱で吸収させることができる。これを利用すると核熱を高温から低温までカスケード的に利用することが可能となる。この場合、溶融塩は伝熱管や容器等と触れることになるため、溶融塩と金属材料との共存性が問題となる。本研究では、溶融塩として約490$$^{circ}C$$から800$$^{circ}C$$の間に融点を持つCaCl$$_{2}$$+NaCl,LiCl,Li$$_{2}$$CO$$_{3}$$,NaClの4種類、また、金属構造材料として一般に用いられている炭素鋼(SCMV4),SUS316,インコネル625,インコロイ825を選択し、真空電気炉において窒素ガス雰囲気で100時間の耐食試験を実施して共存性を調べ、材料選択の基礎資料とした。実験の結果、SUS316,インコネル,インコロイ等の高温用材料はCaCl$$_{2}$$+NaCl、及びLiClに対しては比較的良好な耐食性を示したが、NaCl及びLi$$_{2}$$CO$$_{3}$$に対してはどの材料もかなり腐蝕されることが示された。

論文

高温ガス炉

川崎 幸三

原子力年鑑2003年版, p.150 - 158, 2002/00

高温ガス炉開発をはじめとする高温工学試験研究について、平成13年4月から14年5月頃までの活動状況を中心にまとめた。本稿は、高温ガス炉開発の意義,高温工学試験研究炉(HTTR)の状況,出力上昇試験,所内関連部門の活動及び海外における高温ガス炉開発の動向と国際協力について記述している。

論文

Use of fusion energy as a heat for various applications

小西 哲之

Fusion Engineering and Design, 58-59, p.1103 - 1107, 2001/11

 被引用回数:5 パーセンタイル:58.98(Nuclear Science & Technology)

核融合炉の電力以外の多目的利用について検討した。核分裂炉と異なり、ブランケットがプラズマと独立に設計できることから、ブランケット構造材にODSフェライト鋼を使用することで超臨界水や過熱水蒸気などの一般の工業熱源に多く使われる400~500度のプロセススチームが発生でき、各種化学工業への利用が考えられる。ことに温室効果ガスの低減が地球環境問題から重視されており、将来のエネルギー需給においては分散電源や水素など合成燃料の比率が高まると想定されているため、核融合炉はこのような社会では水素製造により、燃料電池などの分散電源や輸送用燃料の供給に寄与することが重要と考えられる。核融合は、多目的熱利用により送配電網の完備していない社会へも導入が可能であり、核拡散抵抗性を生かして発展途上国での利用可能性がある。

論文

高温ガス炉

萩原 正紀

原子力年鑑2001/2002年版, p.164 - 170, 2001/11

高温ガス炉開発をはじめとする高温工学試験研究について、平成12年4月から13年5月頃までの活動状況を中心にまとめた。本稿は、高温ガス炉開発の意義、高温工学試験研究炉(HTTR)の状況,出力上昇試験,所内関連部門の活動及び海外における高温ガス炉開発の動向と国際協力について記述している。

論文

Activities of design studies on innovative small and medium LWRs in JAERI

岩村 公道; 落合 政昭

Proceedings of 1st Asian Specialist Meeting of Future Small-Sized LWR Development, p.7_1 - 7_9, 2001/00

原研では、持続可能性,エネルギー利用の多様化等の革新的原子炉の目的を達成するため、2種類の中小型軽水炉の研究開発を実施中である。一つは、受動安全性を具備した低減速スペクトル炉で、炉心は中性子の減速を抑えるためMOX燃料稠密炉心から構成され、電気出力は330MW,運転サイクル26ヶ月,転換比1.01,負のボイド反応度係数,60GWd/tの燃焼度を達成した。もうひとつは地域熱供給や海水脱塩等を目指した分散型小型炉で、改良舶用炉MRXをバージに搭載して熱と電気の供給を行う設計と、需要地の地下に立地して熱供給を行う小型炉の設計を実施した。

論文

高温ガス炉

藤川 正剛

原子力年鑑2000/2001年版, p.209 - 214, 2000/10

高温ガス炉の開発をはじめとする高温工学試験研究について、平成11年4月から12年5月頃までの活動状況を中心にまとめた。本稿は、高温ガス炉開発の意義・高温工学試験研究炉(HTTR)の状況、出力上昇試験、所内関連部門の活動及び海外における高温ガス炉開発の国際協力について記述している。

報告書

高温工学専門部会評価結果報告書

研究評価委員会

JAERI-Review 2000-020, 28 Pages, 2000/09

JAERI-Review-2000-020.pdf:2.43MB

研究評価委員会は、「日本原子力研究所における研究開発評価の基本指針」等に基づき、高温工学専門部会を設置し、高温工学試験研究炉開発部及び核熱利用研究部の研究開発課題について、平成12年度からの5年間の計画事前評価を実施した。高温工学専門部会は平成11年12月27日に開催された。評価は、事前に提出された評価用資料及び専門部会における被評価者の説明に基づき、研究評価委員会によって定められた評価項目、評価の視点、評価の基準に従って行われた。同専門部会がとりまとめた評価結果は、研究評価委員会で審議され、妥当と判断された。本報告書はその評価結果である。

論文

Research and development of hydrogen production systems with HTGR in Japan

宮本 喜晟; 塩沢 周策; 小川 益郎; 稲垣 嘉之; 片西 昌司; 西原 哲夫; 清水 三郎

Hydrogen Energy Progress 13 (Proceedings of the 13th World Hydrogen Energy Conference), p.297 - 302, 2000/06

高温ガス炉の核熱を発電以外の用途において利用するための研究開発の一環として、高温ガス炉の高温のヘリウムガスの熱により液化天然ガスから水素を製造するシステムの開発を進めている。将来はHTTRに接続して、システムの安全性、安定性、水素製造能力等を実証する予定であるが、現在はそれに先立って1/30規模の炉外試験装置により、諸特性の把握を行うことにしており、装置の製作を進めている。炉外試験では、システムの運転開始及び停止の手法を確立すること、水素製造システムにおけるヘリウム温度等の変化が原子炉に外乱として伝わらないようシステム内で十分抑えられることを確認すること、天然ガスの水蒸気改質反応が起こる水蒸気開発器等の高温機器の諸特性の把握等を目的として、試験を行う予定である。

論文

Research and development of HTTR hydrogen production systems in JAERI

塩沢 周策; 小川 益郎; 稲垣 嘉之; 片西 昌司; 武田 哲明; 西原 哲夫; 清水 三郎; 大橋 弘史; 宮本 喜晟

Proceedings of 12th Pacific Basin Nuclear Conference (PBNC 2000) (CD-ROM), 10 Pages, 2000/01

特会委託研究として進めているHTTR水素製造システムの設計、炉外技術開発試験、要素技術開発試験(水素透過試験,触媒管健全性試験等)、熱化学法ISプロセス閉サイクル試験等の研究開発課題の選択、進め方、現状、今後の計画について報告する。水素の潜在的需要について概観し、核熱による水素製造が重要であることを示す。また、研究開発の効率的推進を図るため、水素製造コストの概算値から、水蒸気改質ではエネルギー費、資本費、原料費がほぼ同じ割合を占め、それぞれ対応する研究課題である高効率化、熱利用施設の非原子力級化、高転化率化に関する研究をほぼ均等に進めること、一方ISプロセスではエネルギー費が水素製造コストの70~80%を占めることから、閉サイクル試験及び高効率化に関する研究課題が材料研究課題に比べ水素製造コストに大きく影響することを示した。

報告書

HTTR水素製造システムの炉外技術開発試験;水蒸気改質器の構造の製作上の技術課題(受託研究)

稲垣 嘉之; 大内 義弘; 藤崎 勝夫; 加藤 道雄; 宇野 久男; 林 光二; 会田 秀樹

JAERI-Tech 99-074, p.63 - 0, 1999/10

JAERI-Tech-99-074.pdf:3.0MB

HTTR熱利用系として、天然ガスの水蒸気改質(反応式:CH$$_{4}$$+H$$_{2}$$O=3H$$_{2}$$+CO)による水素製造システムが計画されている。HTTRと水蒸気改質システムの接続の前に、安全性及び制御性の実証、水素製造性能の確認等を目的として、HTTR水銀製造システムの1/30スケールモデルである炉外技術開発試験装置の製作を進めている。炉外技術開発試験装置は、中間熱交換器から下流の主要機器を模擬したもので、原子炉の代わりに電気ヒーターを使用して110Nm$$^{3}$$/hの水素を製造する能力を有する。水蒸気改質器は、水蒸気改質により水素を製造する主要な機器である。炉外技術開発試験装置の水蒸気改質の製作においては、ヘリウムガスからの熱の有効利用並びにコンパクトな構造を目指して、バイヨネット型触媒管の採用、触媒管外表面に設けた直交フィンによるヘリウムガスの伝熱促進等の工夫を行った。また、伝熱促進を行うためには触媒管の肉厚を10mm程度にする必要があるため、触媒管の設計においては、ヘリウムガスとプロセスガスの全圧を考慮する全圧設計ではなく、両者の差圧をもとに触媒管の肉厚を定める差圧設計を適用した。この設計方法は、高圧ガス保安協会より初めて認可された。また、水蒸気改質器は可燃性ガスと電気ヒーターを内蔵することから防爆構造とした。本報告書は、炉外技術開発試験装置の水蒸気改質器の構造、触媒管差圧設計及び防爆構造の認可にかかわる内容について述べたものである。

論文

高温ガス炉

藤川 正剛; 萩原 正紀

原子力年鑑1999/2000年版, p.173 - 177, 1999/00

高温ガス炉開発をはじめとする高温工学試験研究について、平成10年4月から11年5月頃までの活動状況を中心にまとめた。本稿は、高温ガス炉開発の意義、高温工学試験研究炉(HTTR)の状況、初臨界、所内関連部門の活動及び海外における高温ガス炉開発の動向と国際協力について記述している。

報告書

多孔質セラミックス蓄熱体の試作及び熱物性と温度特性に関する研究; 蓄熱媒体としてNa$$_{2}$$CO$$_{3}$$,MgCl$$_{2}$$,CaCl$$_{2}$$の混合塩を用いた場合

椎名 保顕

JAERI-Tech 98-056, 64 Pages, 1998/12

JAERI-Tech-98-056.pdf:2.36MB

固液相変化蓄熱を利用した高温高密度の蓄熱技術開発の基礎研究として、多孔質セラミックスに溶融塩を含浸させたセラミックス蓄熱体を試作し、強度、熱物性、温度特性を調べた。多孔質セラミックスとしては熱衝撃に強いZrO$$_{2}$$を用い、蓄熱物体としてはNa$$_{2}$$CO$$_{3}$$,MgCl$$_{2}$$,CaCl$$_{2}$$の混合塩を用いた。実験の結果、使用した溶融塩は空気中の水分を吸収し、変質したり、融解・凝固のくり返しにより蒸発し質量減少を生ずる可能性があるため、密閉雰囲気中で使用する必要があることが示された。また、温度変動域を適切に選択すると、雰囲気温度が変動しても蓄熱体中心温度の変動を小さく抑えることができるため、熱負荷変動吸収のために蓄熱体を利用できる可能性があることが示された。

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