静的崩壊熱除去系での利用を目指した二相熱サイフォンの高度化

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14580540
• Research Institution: Ibaraki University
• Principal Investigator: 神永 文人 茨城大学, 工学部, 教授 (80114015)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松村 邦仁 茨城大学, 工学部, 助手 (00291287)
• Keywords: 二相熱サイフォン / 沸騰熱伝導 / 最大熱流束 / 凝縮熱伝達 / 崩壊熱除去 / 静的機器

Research Abstract

本研究は、原子炉の崩壊熱除去系へ適用するための二相熱サイフォンの高度化として、最大熱輸送量の増加と非凝縮性ガスの影響を出来るだけ小さくすることを目指し、2本の単管熱サイフォンを並べループ状とした熱サイフォンの伝熱性能を実験的に調べ、新しいパッシブな除熱機器を開発することを目的としている。この形状の熱サイフォンの場合、管内では沸騰気泡による大局的な自立的振動流れが生じることが予想され、この流れによって、通常の単管型熱サイフォンに比べ最大熱輸送量がどの程度向上するか、加熱部の温度分布がどの程度均一化されるか、加熱部熱伝達は変化するか、振動が凝縮熱伝達に悪影響を与えないか、非凝縮性ガスの凝縮熱伝達に与える影響がどの程度緩和されるかについて明らかにする。本年度は、ループ状二相熱サイフォンを製作し、その熱伝達特性全般にわたって、物性値の大きく異なる2種類の作動流体(水およびエタノール)を使用して実験的に調べるとともに、性能比較のため一般的な単管型熱サイフォンの実験も行い、以下の知見を得た。
ループ型熱サイフォンは、単管の場合と比較して、蒸発部温度分布はより均温になり、その熱伝達率はほぼ同じとなった。非凝縮性ガスを含まない場合、最大熱流束は単管型に比べほぼ3倍の値が得られ、最大熱輸送量に関しては顕著な高度化が図れることが明らかとなった振動が凝縮熱伝達に与える影響は、作動流体が水の場合は無視でき、一方エタノールの場合は、熱伝達が促進される方に作用する。自立的振動流れにより、非凝縮性ガスによる凝縮熱伝達劣化の改善を期待したが、劣化の改善は見られず、熱伝達率は単管と比べ悪化した。また、ガスを含む場合、最大熱流束は含まない場合の30%まで減少した。この減少の原因については、今後の課題として残った。