高密度液体金属の二相流自然循環MHD発電特性に関する基礎研究

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04452328
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 斉藤 正樹 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 助教授 (30215561)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤家 洋一 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 教授 (10028996)
• Keywords: 高密度液体金属 / 二相流自然循環 / MHD発電 / エリクソンサイクル / サイクル効率 / 気液スリップ比 / ボイド率 / 鉛・ビスマス系低融点合金

Research Abstract

1.二相流自然循環特性に及ぼす単相流下降部におけるMHD発電負荷の影響
前年度製作した二相流自然循環ループの単相流下降部にMHD発電負荷を模擬した流動抵抗(オリフィス)を組み込んだ二相流自然循環実験を実施し、以下の知見を得た。ループ全体の管摩擦損失等が負荷による流動抵抗に比べ無視できる場合、二相流上昇部における平均ボイド率(α)は、二相流上昇部と単相流下降部での密度差による浮力と負荷による抗力がバランスするように定まり、液相の見かけの流速(U_<10>)と管内径(D)で定義されるフルード数(Fr=U_<10>^2/gD)によって、次式で表される。
α=C_0Fr (C_0:定数)
2.本システムの各種原子炉プラントへの適用性
本システムの各種原子炉プラントへの適用性を調べるため、高密度液体金属として鉛・ビスマス系合金を、熱力学的作動流体としに凝縮系(水、水銀、カリウム)または非凝縮系(アルゴンガス)を用いた場合のサイクル解析を実施し、以下の知見を得た。(1)軽水炉、高速炉の温度領域では、凝縮系サイクルは従来の水蒸気タービンサイクルに比べ、サイクル効率において十分競合できる可能性をもつ。(2)1000℃以上の高温熱源に対し、凝縮系においては、カリウム、水銀、水を用いた多段サイクルを適用した場合、約60%のサイクル効率が達成される可能性がある。一方、非凝縮系のアルゴンガスを適用した場合、凝縮系多段サイクルに比べ少し低下するが、約50%のサイクル効率が達成される可能性をもつ。また、非凝縮系の場合、高温から低温まで単一のサイクルを構成することができ、システムの簡素化が可能である。