Development of ITER divertor vertical target with annular flow concept,1; Thermal-hydraulic characteristics of annular swirl tube

同軸冷却管を用いたITER垂直ターゲットの開発,1; 同軸スワール管の熱流動特性

江里 幸一郎; 大楽 正幸; 谷口 正樹; 佐藤 和義; 鈴木 哲; 秋場 真人; Ibbott, C.*; Tivey, R.*

Ezato, Koichiro; Dairaku, Masayuki; Taniguchi, Masaki; Sato, Kazuyoshi; Suzuki, Satoshi; Akiba, Masato; Ibbott, C.*; Tivey, R.*

核融合炉内プラズマ対向機器用高性能冷却管開発の一環として、ねじりフィン付き同軸2重管(同軸スワール管)の限界熱流束(CHF)及び圧力損失の測定実験を行った。本冷却管は外管及び外壁にねじりフィン加工が施してある内管から構成される。冷却水はまず内管に供給され、端部のエンドプラグで外管と内管間の環状流路へ折り返し流れ、高熱流束を受ける外管を冷却する。この冷却構造により、プラズマ対向機器端部で問題となる冷却水折返用曲管を必要としない設計を可能とした。本冷却管では、高熱流束を除去するために環状流路にねじりフィンを導入し旋回流を発生させているが、このような流れの熱流動データはこれまで、ほとんど測定されていない。本実験の結果、本同軸スワール管のCHFは同外径寸法のスワール管と同等であることを確認できた。このとき、ITERダイバータ冷却に必要なCHF値()を得るのに必要な冷却水の最小軸流速は7.1m/secであった。また、原研が開発したスワール管の熱伝達相関式が同軸スワール管に適用可能であることを示した。端部の折り返し部の圧力損失は、外管内径と同半径の半球状エンドプラグで最小となることが確認され、環状旋回流部の圧力損失及び管摩擦係数を評価した。

Thermal hydraulic tests measuring critical heat flux CHF and pressure drop of an annular tube with twisted fin, "annular swirl tube", have been. This tube consists of two concentric tubes, the outer tube and the inner tube with a twisted fin on its outer surface. Cooling water flows inside of the inner tube first, and then returns into an annulus with a swirl flow at an end-return of the cooling tube. The CHF testing shows the no degradation of CHF of the annular swirl tube in comparison with the conventional swirl tube. A minimum axial velocity of 7.1m/sec is required for 28MW/m, the ITER design value. Applicability of the JAERI's correlation for the heat transfer to the annular swirl tube is also demonstrated by the comparison of the experimental results with those of the numerical analyses. The friction factor correlation for the annular flow with the twisted fins is made for the hydraulic designing of the vertical target. The least pressure drop at the end-return is obtained by using the hemispherical end-plug. Its radius is the same as that of ID of the outer cooling tube.