ベンチュリ管における気泡微細化現象を用いた微粒子捕集技術の開発

Development of particle collection technique by using bubble breakup phenomenon in venturi tube

上澤 伸一郎  ; 柴田 光彦 ; 吉田 啓之  

Uesawa, Shinichiro; Shibata, Mitsuhiko; Yoshida, Hiroyuki

東京電力株式会社福島第一原子力発電所の廃炉工程において、放射性飛散微粒子の発生が指摘されており、その閉じ込め管理が課題となっている。エアロゾル粒子の捕集にはHigh Efficiency Particulate Air (HEPA)フィルタが用いられるが、HEPAフィルタの負荷を軽減するためにスクラバなどの前処理設備の適用が考えられる。スクラバでは、気液界面を介して気体から液体へ移動することによりエアロゾル粒子を除去する。捕集効率は気液界面積に依存するため、高い効率を得るためには気泡の微細化が必要となる。そこで本研究では、ベンチュリ管における気泡微細化現象に着目した新しい粒子捕集技術を開発し、その有用性を確認するため捕集性能評価試験を行った。その結果、ベンチュリ管を用いることにより、捕集性能が直管と比較して1,000倍以上向上し、その捕集効率がHEPAフィルタと同程度であることを確認した。また、関東ローム、SUS、オイルなどの様々な粒子に対して十分な捕集性能があることも確認できた。一方で、液体流量の増加とともに捕集効率は増加したものの、気相流量の増加とともに減少するなど、捕集効率が液相流量や気相流量に依存することが明らかとなった。この原因としては、流量により気泡微細化が活発もしくは抑制されるためと考えられる。本試験においても、気泡微細化現象のパラメータであるキャビテーション数と捕集効率に関係があることが確認されており、気泡微細化現象が捕集性能に大きく寄与していることが明らかとなった。

In decommissioning Fukushima Daiichi Nuclear Power Station, the issue is confinement of radioactive aerosols in the primary containment vessel. Although a High Efficiency Particulate Air (HEPA) filter is used to collect the aerosol particles, pretreatment equipment such as a scrubber may be applied to reduce the load of HEPA filters. In the scrubber, the aerosol particles are removed by moving from gas to liquid through gas-liquid interface. Since the collection efficiency (CE) depends on gas-liquid interfacial area, fine bubbles are necessary to obtain high collection efficiency. JAEA developed a new particle removal technique by using bubble breakup phenomenon in a Venturi tube. To confirm usefulness of the technique, we performed the CE measurements and observed gas-liquid two-phase flow in the Venturi tube. In comparison with a straight pipe type, the Venturi type can have removed particles more 1,000 than it. The CE is almost the same as a HEPA filter. In addition, the Venturi type has the enough CE as the pretreatment equipment for various materials of particles such as Kanto loam, SUS and oil. Besides, we clarified that the CE of the Venturi type depended on the gas and liquid flow rates. The CE increases with the increase of the liquid flow rate but decreases with the increase of the gas flow rate. This is because the CE is affected by the bubble breakup phenomenon in the Venturi tube. In the experiment, we confirmed that cavitation number which is the parameter of the bubble breakup was related to the CE of the Venturi type.