Development of a thermal-hydraulics experimental system for high Tc superconductors cooled by liquid hydrogen

液体水素冷却高温超伝導の熱流動特性試験装置の開発

達本 衡輝; 白井 康之*; 塩津 正博*; 畑 幸一*; 小林 弘明*; 成尾 芳博*; 稲谷 芳文*; 加藤 崇; 二川 正敏  ; 木下 勝弘*

Tatsumoto, Hideki; Shirai, Yasuyuki*; Shiotsu, Masahiro*; Hata, Koichi*; Kobayashi, Hiroaki*; Naruo, Yoshihiro*; Inatani, Yoshifumi*; Kato, Takashi; Futakawa, Masatoshi; Kinoshita, Katsuhiro*

液体水素の熱流動特性に関する知見は中性子源用モデレータの設計に不可欠であるが、実験環境の制約や安全性の配慮のため十分にデータが取れない状況であった。本研究では、水素に対する安全性を考慮に入れた液体水素冷却特性試験装置を開発した。本装置では、メインタンクとサブタンクを連結する輸送配管の一端に円管ヒータを設置した特徴を有し、流調弁の開度を調整することにより、安定な強制対流が発生できる。水素防爆の観点から、実験装置から安全距離を十分確保した制御室で、遠隔により計測・制御するという条件も満足させ、初めての低温試験を実施し、設計どおりの性能を確認することができた。さらに、0.7MPa, 21Kの条件下で、流速を変化させ、世界に先駆け、液体水素の強制対流熱伝達を測定することに成功した。

A thermal-hydraulics experimental system of liquid hydrogen was developed in order to investigate the forced flow heat transfer characteristics in the various cooling channels for wide ranges of subcoolings, flow velocities, and pressures up to supercritical. Forced flow through the channel is produced by adjusting the pressure difference between the tanks and the valve opening. The mass flow rate is measured from the weight change of the main tank. For the explosion protection, electrical equipments are covered with a nitrogen gas blanket layer and a remote control system has been established. The first cryogenic performance tests have confirmed that the experimental system has satisfied with the required performances. The forced convection heat transfer characteristics have been successfully measured at the pressure of 0.7 MPa for various flow velocities.