炭化硼素ペレットと被覆管間の熱伝達率の測定に関する研究(4)

A Study on gap heat transfer between boron carbide pellet and cladding (IV)

佐藤 千之助*; 神永 文人*

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本報告は高速増殖炉(FBR)の制御材として用いられる炭化硼素(B4C)ペレットとひの被覆管との間のギャップ熱伝達についての研究成果を述べたものである。本年度は、昨年度までに得られた結果を再検討するとともに、これまでの実験データの誤差の原因となっていた、被覆管内におけるペレットの偏心と上下方向への熱の散逸をできるだけ少なくし、加えて伝熱利用の評価をより正確に行える環状ギャップを持つ実験装置を新たに製作し、ギャップ幅0.5mmでのギャップ熱伝達の計測をB4Cペレットの表面温度で600の範囲まで行った。さらに、放射伝熱量の評価計算に必要なB4Cとステンレスの放射率に計測と、ギャップ内の伝熱量の周方向分布に帯するB4Cペレットの偏心の影響を有限要素法を用いて数値的に評価した。その結果、B4Cとステンレス被覆管の放射率はそれぞれ、0.85と0.25であること、B4Cペレット偏心による周方向の伝熱量は、0.5mmの初期ギャップ幅が偏心によって最小幅位置で0.125mmになった場合、、25%の範囲に分布することが分かった。さらに、ギャップ幅が0.5mm程度で、ギャップガスがヘリウムである場合、ギャップ部の熱伝達はガスの熱伝導とB4Cペレットと被覆管の間の熱放射により予測できることが明らかにされた。

The purpose of this study is to investigate gap heat transfer between a boron carbide pellet (BC) and a cladding in a control rod of the Fast Breeder Reactor. The present report describes discussions of the experimental data obtained previously and results of the following two experiments and one analytical calculation. The first experiment was performed to measure conductances of an annular gap between the BC pellet and the cladding. The test piece used a sheath heater to obtain an accurate heat transfer rate and ceramic spacers to minimize an axial heat dissipation and an eccentric effect. The gap width was 0.5 mm and the test range was up to 600C on a surface temperature of the BC pellet. The second experiment was to measure an emissivity of radiative heat of the BC and the stainless steel materials. The analytical calculation was made by the finite element method to evaluate an eccentric effect on a circumferential profile of the heat transfer rate. The results were summarized as follows. The emissivities of the BC and the stainless were 0.85 and 0.25, respectively. When the minimum gap width was 0.125 mm due to the eccentricity of the BC and the cladding, heat transfer rates in the circumferential direction distributed within 25%. If the gap width is around 0.5 mm and the gap is charged with helium gas, the gap conductance can be predicted by thermal conductance and radiation.