Boiling heat transfer characteristics of a sulfuric-acid flow in thermochemical iodine-sulfur cycle

熱化学ISプロセスにおける硫酸の沸騰伝熱特性

野口 弘喜  ; 寺田 敦彦  ; 小貫 薫; 日野 竜太郎

Noguchi, Hiroki; Terada, Atsuhiko; Onuki, Kaoru; Hino, Ryutaro

硫酸蒸発器は熱化学法ISプロセスの主要機器の一つであり本器を設計するためには硫酸沸騰熱伝達率が必要となる。しかしながら実測値の報告例が無いため、これまで提案さている様々な熱伝達率予測式の適用性を実験的に確認する必要があった。そこで、ISプロセスで使用する濃度の硫酸(90wt%)を用いた沸騰熱伝達率測定試験を行なった。その結果、一般に広く使用されているNishikawa-Fujitaの式による予測値は実測値の半分程度であることが分かった。この式に代わり、二成分系沸騰熱伝達率予測式として知られているStephan-Krnerの式の適用を試みた。実験定数を最適化して本式を用いれば、実験結果を15%の精度で予測可能であることを明らかにした。これにより硫酸沸騰熱伝達率の予測式としてStephan-Krnerの式が適用可能なことをその実験定数および予測精度とともに示した。

The Japan Atomic Energy Agency has been conducting research and development on the thermo-chemical iodine-sulfur (IS) process, which is one of the most attractive water-splitting hydrogen production methods that uses nuclear thermal energy. The sulfuric acid decomposer is one of the key components of the IS process. The boiling heat transfer coefficients of sulfuric acid solutions are required to design the sulfuric acid decomposer. These coefficients were measured in aqueous solutions where the mole fraction of HO ranged from 0.17 to 0.37 (heat flux range from 16.9 kW/m to 5.6 kW/m) and compared with the empirical correlations formulated for binary mixtures. A combination of the Stephan-Krner correlation, using the empirical constant A = 2.00, and the Nishikawa-Fujita correlation was used to predict the experimental results with an accuracy of 10%.