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革新的核融合炉用高熱流束除熱体EVAPORONの開発

研究課題

研究課題/領域番号 08558051
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分展開研究
研究分野 核融合学
研究機関東北大学

研究代表者

戸田 三朗  東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60005387)

研究分担者 結城 和久  東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (90302182)
橋爪 秀利  東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (80198663)
石井 慶造  東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00134065)
勝村 幸博  東北大学, 工学部, 助手 (70241544)
研究期間 (年度) 1996 – 1998
研究課題ステータス 完了 (1998年度)
配分額 *注記
5,300千円 (直接経費: 5,300千円)
1998年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
1997年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
1996年度: 3,300千円 (直接経費: 3,300千円)
キーワードEVAPORON / 第一壁 / 高熱流束負荷 / 金属多孔質体 / 数値解析 / SIMPLE法
研究概要

多孔質体内での蒸発現象に注目した高熱除去装置EVAPORON(Evaporated-Fluid-Porous-Themodevice)の開発を進め、その性能試験を進めてきた。この多孔質内での蒸発を利用する、革新的除熱原理による高熱流束除熱体EVAPORONの構造は、片側を液体流に接し、他方を高負荷面に接続する金属多孔質体中で、浸透する液体が高負荷面側より伝熱する熱により蒸発し排出されていく体系を基本としており、除熱熱流束は浸透する液体冷却材流の完全蒸発による潜熱輸送となっている。研究を進めた結果、除熱能力として、すでに2MW/m^2が得られ、数値解析では、さらに1桁の性能向上が可能であると予測され、その性能は実証されつつある。3年間の研究の結果、EVAPORONの除熱性能に関し以下の知見を得た。
(1)蒸発・沸騰による高熱流束の熱吸収がおこなわれている領域は加熱面に接する極く薄い層内であり、そこでの温度分布が急激な変化を示している。
(2)高熱流束熱吸収の層が薄いことから、蒸発蒸気の流出に伴う高温固体面近傍流れは3次元的変化を示し、EVAPORONの除熱性能に大きな影響を持っている。
(3)1次元の熱バランスによる解析と2次元解析の結果、実験結果は数MW/m^2のレベルの高熱流束の除熱性能であったが、EVAPORONの高熱流束熱吸収層の設計、たとえば多孔質の空隙率を径方向・軸方向に分布させ、気液2相流動に対する流動抵抗・平均熱伝導等の最適化による傾斜機能材の開発を行うことで数10MW/m^2以上の高熱流束熱除去の高い可能性が確認できる。
(4)EVAPORONに対する溶融塩FLiBeの適用性を数値的に模索した結果、多孔質体の空隙率等を最適設定することで、高負荷環境下において十分な除熱性能を有することを確認した。
以上の知見およびEVAPORONによる蒸発・沸騰二相流冷却の核融合炉高熱流束機器への適用について、他の冷却方式との比較の中で、非常に高い可能性のあることを国際会議における講義の中で公表した。

報告書

(4件)
  • 1998 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1997 実績報告書
  • 1996 実績報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (21件)

  • [文献書誌] S.Toda,S.Ebara and H.Hashizume: "Fundamental Study on High Heat Flux Removal System using Evaporated Fluid in Metal Porous Media"Heat Transfer 1998.Proceedings of 11th IHTC. 4. 503-508 (1998)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Toda,W.S.Hsu.H.Hashizume and T.Kawaguchi: "Unsteady Heat Transfer of Steam Flow with Condensation in Porous Media"Heat Transfer 1998.Proceedings of 11th IHTC. 6. 463-468 (1998)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.HNakadate and S.Toda and H.Hashizume: "Molecular Dynamics Study of Heat and Mass Transfer for Disruption Erosion"Heat Transfer 1998.Proceedings of 11th IHTC. 4. 271-275 (1998)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.R.Nematollahi and S.Toda and H.Hashizume: "Characteristic Phenomena of Subcooled Boiling Flow Instability"6^<th>International Conference on Nuclear Engineering ICONE-6. (To be published). (1998)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Toda, S.Ebara and H.Hashizume: "Fundamental Study on High Heat Flux Removal System using Evaporated Fluid in Metal Porous Media"Heat Transfer 1998. Proceedings of 11th IHTC. 4. 503-508 (1998)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Toda, W.S. Hsu. H.Hashizume and T.Kawaguchi: "Unsteady Heat Transfer of Steam Flow with Condensation in Porous Media"Heat Transfer 1998. Proceedings of 11th IHTC. 6. 463-468 (1998)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Nakadate and S.Toda and H.Hashizume: "Molecular Dynamics Study of Heat and Mass Transfer for Disruption Erosion"Heat Transfer 1998. Proceedings of 11th IHTC. 4. 271-275 (1998)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.R.Nematollahi and S.Toda and H.Hashizume: "Characteristic Phenomena of Subcooled Boiling Flow Instability"6ィイD1thィエD1 International Conference on Nuclear Engineering ICONE-6. (To be published). (1998)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1998 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Toda,S.Ebara and H.Hashizume: "Fundamental Study on High Heat Flux Removal System using Evaporated Fluid in Meta1 Porous Media" Heat Transfer 1998.Proceedings of 11th IHTC. 4. 503-508 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] S.Toda,W.S.Hsu.H.Hashizume and T.Kawaguchi: "Unsteady Heat Transfer of Steam Flow with Condensation in Porous Media" Heat Transfer 1998.Proceedings of 11th IHTC. 6. 463-468 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] H.Nakadate and S.Toda and H.Hashizume: "Moleculer Dynamics Study of Heat and Mass Transfer for Disruption Erosion" Heat Transfer 1998.Proceedings of 11th IHTC. 4. 271-275 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] M.R.Nematollahi and S.Toda and H.Hashizume: "Characteristic Phenomena of Subcooled Boiling Flow Instability" 6^<th> Internationa1 Conference on Nuclear Engineering ICONE-6. (To be published). (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] S.Toda: "Advanced Researches of Thermal-Hydraulics under High Heat Load in Fusion Reactors" Eighth International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal-Hydraulics,Kyoto. 2. 942-957 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] H, Nakadate, S.Toda and H.Hashizume.: "Molecular Dynamics Study on Surface Melting and Evaporation under High Energy Particle Flux" International Symposium on Advances in Computational Heat Transfer,Cesme. (to be published). (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] T.Kumazawa, S.Ebara, H.Hashizume and S.Toda: "Gas Entrainment Induced by Vortex Behind a Obstacle" Eighth International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal-Hydraulics,Kyoto. 3. 1742-1746 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] A.Jinzu, H.Hayakawa, H.Hashizume and S.Toda: "Experimental Research of Water Ingress Event into a Vacuum Vessel of a Nuclear Fusion Reactor" Eighth International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal-Hydraulics,Kyoto. 3. 1311-1328 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] S.Toda, H.Nakadate and H.Hashizume: "A New Approach of Molecular Dynamics Method with a divided Time Interval" Proceedings of the Tenth International Conference for Numerical Methos Thermal Problems,Swansea. 283-289 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] S. Toda et al.: "Transient Thermal Behavious of Steam Flow with Condensation and Evaporation in Porous Media" Proceedings of Japan U. S. Seminar on Two-Phase Flow Dynamics. 2. 147-154 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] K. Ishii: "High energy -ray Production from Be, C and Al targents with 65 MeV 3He bombardment" Physical Review. C. 2429-2434 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] H. Hashizume and S. Toda: "Three Dimensional Evaluation of Current Distribution in Twisted Superconductor" IEEE Trasactions on Magnetics. 32. 1152-1155 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] Y. Katsumura et al.: "Numerical Analysis of Fluid Flow with Free Surface and Phase Change under Electromagnetic Force" IEEE Trasactions on Magnetics. 32. 1002-1005 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書

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公開日: 1996-04-01   更新日: 2016-04-21  

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