Study on Flow Boiling Heat Transfer and Critical Heat flux of Seawater with Deposited Sea Salt

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K06216
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 小泉 安郎 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力基礎工学研究センター, 客員研究員 (20215156)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 劉 維 九州大学, 工学研究院, 准教授 (70446417) ; 上澤 伸一郎 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力基礎工学研究センター, 研究職 (80737073)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 流動沸騰熱伝達 / 限界熱流束 / 海水 / 塩 / 福島原子力発電所事故 / 熱工学

Outline of Annual Research Achievements

出口圧力0.1 MPa下、流動沸騰熱伝達実験を行う。水平テスト流路は巾10 mm、長さ316 mm、流路高さ1.0 mm～10.0 mmで可変、伝熱面は流路底面長さ50 mmとする。人工海水を1 %～30 %の範囲で濃度を変えて実験を行う。これにより、塩析出物を伴う場合の流動沸騰熱伝達と限界熱流束整理式の導出を図る。
平成29年度は先ず、既設の純水用流動沸騰熱伝達実験装置の耐腐食性向上を実施した。大気開放タンクから試験液は循環ポンプにより送り出され、流量計を経由し、補助タンクで試験部入り口圧力飽和温度近くまで昇温されて試験部入り口に至り、試験部を出てタンクへ戻る。
次に、テスト部の制作を行った。伝熱面テスト部は銅製で逆T字型をしている。ベース部には400 W加熱ヒーター6本を差し込む。逆T字の縦棒部分には、高さ方向3箇所、流れ方向4箇所、計12箇所に熱電対を設置する。銅製伝熱面の巾は10 mm、流れ方向長さは50 mmである。この銅製伝熱面テスト部を下方からガラスエポキシ製流路底面板に伝熱面が流路底面と同一平面になるよう差し込む。この流路底面板の上に、厚さ1.0 mmのステンレス板を載せる。ステンレス板中央には、巾10 mm、長さ316 mmのスリットが開けられている。ステンレス板の上に透明ポリカーボネイト製流路上面板を載せ、流路底面板とこの流路上面板をボルト-ナットで固定し、試験部は完成する。ステンレス板のスリット部が高さ1.0 mm、10 mm、長さ316 mmの試験部流路になる。伝熱面熱流束は縦方向3本の熱電対測定値から算出する。また、伝熱面表面温度は縦方向熱電対測定値を外挿して求める。試験部入り口と出口で試験液温度と圧力を、また、試験部入り口出口間圧力損失を測定する。
テスト部完成後装置に組み込み、通水試験を行い、問題無く流動することを確認した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究は順調に進んでいる。
実験では既設のテストループを一部改造して使用することにしていた。本研究では海水を試験対象流体としており、耐腐食性をあげておく必要があった。このため、既設ループで腐食に対して弱い部分の手直しをし、この問題を解消した。次いで、試験で使う試験部の設計と作成を行った。完成したテスト部を試験ループに取り付け、試験通水を行い、問題無いことを確認した。平成30年度に入り次第実験を開始できる体制が整った。

Strategy for Future Research Activity

準備の整った装置、試験体を用いて、実験を実施する。
(1) 先ず、装置の特性を確認する実験を行う。純水を用いて、常温水の水単相流圧力損失実験を行う。次いで、純水常温水の水単相流熱伝達実験を行う。これらを確認した後、純水を用いて、試験部入り口条件を飽和温度近くまで昇温した状態にし、沸騰流熱伝達実験を行い、沸騰二相流の圧力損失特性、沸騰熱伝達特性、限界熱流束の把握を行う。
(2) 装置特性確認後、試験流体に人工海水を用いて流動沸騰熱伝達ならびに限界熱流束測定実験を行う。人工海水は市販の人工海水用粉末を純水に溶かして生成する。人工海水用粉末は、真水に溶かした場合に天然海水中の主要組成を模擬できるよう調整されている。天然海水のNaCl重量割合は3.5 %である。このNaCl濃度を基本指標として、NaCl重量割合が1～30 wt%の範囲で実験は行う
(3) 先ず作成した試験部の流路高さは1 mmである。流路高さを2 mm、5 mm及び10 mmの装置を作成し、同様に人工海水を用いて流動沸騰熱伝達ならびに限界熱流束測定実験を行い、流路口径の違いが減少に及ぼす影響を把握する。試験部流路高さ変更は試験部に挟み込むスリット付きステンレス板厚さを変える事により容易に行える。
(4) 以上を基に、塩析出物を伴う場合の流動沸騰熱伝達と限界熱流束整理式の導出を図る。

Causes of Carryover

（理由）
試験部を、当初流路高さを変えて4体作成する予定であったが、とりあえず流路間隙が1 mmのテスト部のみを作成し、流路高さを変えた試験部作成を次年度以降に行うことに変更したことによる。
（使用計画）
流路高さを2 mm、5 mm、10 mmと変えた試験部の作成を行う。29年度未使用繰越経費と30年度経費を合算して、これら試験部の作成と、また、実験実施のための物品費・消耗品、調査旅費、成果発表旅費、報告書作成費に当てる。