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

• 研究課題/領域番号: 14580540
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 原子力学
• 研究機関: 茨城大学
• 研究代表者: 神永 文人 茨城大学, 工学部, 教授 (80114015)
• 研究分担者: 松村 邦仁 茨城大学, 工学部, 助手 (00291287)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 3,600千円 (直接経費: 3,600千円); 2004年度: 500千円 (直接経費: 500千円); 2003年度: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円); 2002年度: 1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
• キーワード: 二相熱サイフォン / 沸騰熱伝達 / 最大熱流束 / 凝縮熱伝達 / 崩壊熱除去 / 静的幾器 / 静的機器 / 沸騰熱伝導 / パッシブ

研究概要

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、新しい静的な除熱機器を開発するための基礎データを得ることを目的としている。この熱サイフォンの場合、管内では沸騰気泡による自立的振動流れが生じ、この流れによって、通常の単管型熱サイフォンに比べ、管内での最大熱輸送量と加熱部および凝縮部の伝熱特性がどのように変化するかについて明らかにすることを具体的な目的とした。
ループ型熱サイフォンは、単管の場合と比較して、いずれの場合も、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は、作動流体によらず最大熱流束は単管型に比べ3〜4倍となり、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ほとんど無く、エタノールの場合は、逆に熱伝達が促進されることが明らかとなった。非凝縮性ガスを含む場合、自立的振動流れによる凝縮熱伝達劣化の改善と最大熱輸送量の増加を期待したが、改善は見られず、熱伝達率は単管とほとんど変わらず、水が作動流体の場合は少し劣化した。最大熱輸送量は作動流体によらずループ型のほうが減少し、減少割合は水で大きくなった。崩壊熱除去系への適用の観点からは、熱サイフォン内での熱伝達に関しては本研究により見通しを得ることができたが、非凝縮性ガスの影響は複雑でまだ明らかでなく、実用上はこの影響の解明がぜひとも必要である。