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上澤 伸一郎; 柴田 光彦; 吉田 啓之
混相流, 37(1), p.55 - 64, 2023/03
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。
堀口 直樹; 吉田 啓之; 阿部 豊*
Journal of Nuclear Science and Technology, 56(3), p.278 - 290, 2019/03
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Nuclear Science & Technology)ベンチュリスクラバは微小なエアロゾル粒子を除去するものであり、原子力発電所におけるフィルタ付ベントシステムの構成機器として導入されている。核分裂生成物を含むエアロゾル粒子は、ベンチュリスクラバ内に形成される液滴との衝突により除去されると考えられるが、運用時に想定され得る超高流速条件での液滴データが不足している。本研究は、超高流速条件でのベンチュリスクラバ内の液滴径データの取得とそれによる液滴径評価式の適用性確認を目的とした。まず、超高速微小液滴を観察するため、高解像度高撮影速度の光学系を開発した。続いて水-空気系の模擬試験により可視化計測し、液滴径分布とザウター平均径(SMD)を取得した。既存評価式による予測値と実験値を比較し、気相流速82-250m/sの範囲において抜山-棚沢の式がSMDを良い精度で予測できることを明らかにした。
上澤 伸一郎; 堀口 直樹; 柴田 光彦; 吉田 啓之
日本機械学会論文集(インターネット), 84(859), p.17-00392_1 - 17-00392_10, 2018/03
フィルタ付ベントシステムの1つとして、ベンチュリスクラバがある。日本国内では、福島第一原子力発電所事故後の新規制基準の施行以降、ベンチュリスクラバの導入が複数の原子力発電所で進められている。この性能は既存試験にて確認されているものの、Luangdilokらのヘッダを含むマルチベンチュリスクラバの数値解析(Luangdilok, et al., 2009)によれば、既存試験で確認された運転条件範囲を事故時には逸脱する可能性が示唆されている。また放射性物質の除去性能がベンチュリ管内の水-蒸気二相流挙動に大きく影響されると考えられているものの、実験的にベンチュリ管内の流動様式や供給されたスクラビング水の挙動については十分に検証されていない。本研究では、ベンチュリスクラバ内の二相流挙動を明らかにするため、ベンチュリ管内の水-蒸気ならびに水-空気の二相流挙動可視化実験を実施した。その結果、ベンチュリ管内に流入するガス流量の増加に伴い、スクラビング水の供給流量が非線形的に低下し、最終的には停止することが空気実験と蒸気実験ともに確認された。また、ベンチュリ管内の可視化計測によって、実機のベンチュリスクラバで想定されている、スクラビング水の供給孔からの微小液滴の噴霧が本実験条件範囲では確認されなかったことや、ベンチュリ管拡大部に液膜が生成し、その液膜流から間欠的に噴霧が生成するなど、実機では想定されていない流動現象が明らかにされた。
上澤 伸一郎; 堀口 直樹; 柴田 光彦; 吉田 啓之
第22回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集(USB Flash Drive), 6 Pages, 2017/06
フィルタ付ベントシステムの1つとして、ベンチュリスクラバがある。日本国内では、福島第一原子力発電所事故後の新規制基準の施行以降、ベンチュリスクラバの導入が複数の原子力発電所で進められている。この性能は既存試験にて確認されているものの、近年の報告によれば、事故時には、既存試験で確認された運転条件範囲を逸脱する可能性が示唆されている。また放射性物質の除去性能がベンチュリ管内の水-蒸気二相流挙動に大きく影響されると考えられているものの、実験的にベンチュリ管内の水-蒸気二相流挙動を確認した例は少ない。本研究では、ベンチュリスクラバ内の二相流挙動を明らかにするため、ベンチュリ管内の水-蒸気ならびに水-空気の二相流挙動可視化実験を実施した。その結果、ベンチュリ管の縮小部のガス流速が増加するにつれて、縮小部の圧力が増加することで、スクラビング水の供給量は減少し、最終的に停止することが確認された。また、ベンチュリ管内の二相流挙動を可視化したところ、実機のベンチュリスクラバで想定される水供給口からの噴霧は確認されず、水供給口下流以降に形成された液膜流からの断続的な噴霧が確認された。このようにベンチュリスクラバ内の二相流挙動は実機で想定される二相流挙動とは異なることが示唆された。
堀口 直樹; 吉田 啓之; 上澤 伸一郎; 阿部 豊*
第22回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集(USB Flash Drive), 4 Pages, 2017/06
ベンチュリスクラバは原子力発電所におけるフィルタ付ベントシステムの構成機器として導入されており、核分裂生成物を含む微小なエアロゾルを除去する役割がある。しかしながら、ベントシステムの運用時に想定されうる全ての圧力条件範囲において除染性能を予測する手法はない。そこで、本研究は、機構論的な流動解析コードをベースとした除染性能解析手法を構築し、これによって実環境で想定される流動及び除染性能に関する知見を得ることを目的とした。解析の結果、ベンチュリスクラバの入口圧力が下がるにつれ、ベンチュリスクラバ喉部での流入する気相の速度は抑制されること、自吸される液相速度は変化すること、除染係数は増減傾向となることがわかった。またエアロゾル径が大きくなるにつれ除染係数が増加することがわかった。
堀口 直樹; 吉田 啓之; 中尾 泰大*; 金子 暁子*; 阿部 豊*
Proceedings of 10th Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-10) (USB Flash Drive), 7 Pages, 2016/11
The filtered venting system is used to realize the venting of the high pressure contaminated gas from the PCV to the outside of the nuclear power plant with suppressing the release of the radioactive materials. To operate the filtered venting system effectively, it is important to evaluate the decontamination performance of this system. The Venturi scrubber is the main component of the systems, and decontamination performance is affected by the hydrodynamic behavior in the Venturi scrubber. In this study, to develop the decontamination performance evaluation method of the filtered venting system, numerical simulation method to predict hydrodynamic behavior in the Venturi scrubber has been developed. In this paper, experimental observation under adiabatic (air-water) condition was conducted, and a numerical simulation code with one-dimensional two-fluid model was developed based on experimental results. In addition, numerical results were validated by comparing with experimental results. As the results, it was confirmed that it has the capability to evaluate the parameters with following accuracy, superficial gas velocity with +30%, the static pressure in throat part with 
10%, superficial liquid velocity with 80%, droplet diameter with 30% and the droplet ratio with -50%.
堀口 直樹; 吉田 啓之; 金子 暁子*; 阿部 豊*
Proceedings of 22nd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-22) (DVD-ROM), 6 Pages, 2014/07
原子炉における炉心溶融を伴うシビアアクシデント時において、放射性物質の拡散を抑制し、かつ格納容器の保護のため除熱および減圧するための手段としてフィルタードベントがある。本研究は、ベンチュリースクラバーを用いたフィルタードベントの作動特性を明らかにすることを目的として、実験ならびに解析を行っている。これまでの研究により、単一ベンチュリースクラバーにおいて、気相流入量がある一定以上になった場合、自吸停止に至る可能性を明らかにした。本報告は、可視化計測により得られたベンチュリースクラバー内部流動のフローパターンを圧力分布の結果と比較することで、自吸停止(作動限界)に対する気液二相流動の影響を検討した結果について報告する。
林 巧; 中村 博文; 岩井 保則; 河村 繕範; 磯部 兼嗣; 山田 正行; 鈴木 卓美; 倉田 理江; 枝尾 祐希; Perevezentsev, A.*
no journal, ,
日本は、ITERのトリチウム除去系(DS)の50%の調達分担の責任を負っており、現在DSの設計支援、性能実証試験等の活動を行っている。DSは通常時および異常時においてITER施設から排出される空気からトリチウムを除去し、環境へのトリチウム排出量を抑制する安全上の要となるシステムであり、大きく分けて3つの除去システム(トカマク複合建屋除去系、ホットセル施設除去系およびグローブボックス除去系)からなる。基本的に触媒酸化-水分吸着方式を適用するが、ITER-DSでは水分吸着に従来の乾燥塔ではなく、長期運転時の故障確率の低減の観点から、水-水蒸気向流交換法による湿式スクラバ塔(SC法)を採用する。一般に、SC法は産業利用実績を有するが、トリチウム除去系への採用実績は無く、ITERタスクを受け、単体での性能実証試験(1/4規模: 350m
/h)を実施して平成25年度ITER機構に報告した。これらを踏まえ、現在、予備設計評価(平成26年度7月)の準備支援を実施しつつ、コスト低減及び工程遅延防止の観点から、ITER機構と共同調達活動を行う案を検討であり、本稿では、これらのDS調達の現状を報告する。
吉田 啓之; 上澤 伸一郎; 堀口 直樹; 阿部 豊*
no journal, ,
フィルタードベントのための機器の一つである、ベンチュリースクラバー(VS)においては、内外の圧力差により吸引した水によりVS内に気液二相流を形成し、効率的な除染を可能とする。したがって、VSの作動特性を把握するためには、気液二相流の影響を含め、VS内に形成される圧力分布を評価する必要がある。本報告では、圧力分布の解析的な評価の第一段階として、詳細二相流解析コードTPFITにより、気相単相を流動させたVS内に形成される圧力分布を評価し、実験と比較した。その結果、低気相流量の場合は喉部で圧力が最低となり、出口に向かって圧力が回復する結果が得られた。また、高気相流量の場合は、喉部よりも下流において圧力が最大となり、喉部の圧力は出口圧力と同等となった。これらの傾向は、実験結果と定性的,定量的に一致しており、TPFITの気相単相条件におけるVS内圧力分布評価に対する適用性を確認することができた。
堀口 直樹; 吉田 啓之; 金川 哲也*; 金子 暁子*; 阿部 豊*
no journal, ,
フィルタードベントのための機器の一つにベンチュリースクラバー(以下、VS)がある。フィルタードベント時に想定される汚染ガスの流入量は大きな幅を持ち、VSの喉部で音速に達する高速気流となる可能性がある。このような高速気流条件下においては、VS内部の気液二相流動の複雑化が示されており、これにより内部圧力分布が変化する。そこで本報告では、VS内可視化計測と圧力分布計測を行った。その結果、比較的低気相流量の場合、喉部で圧力が最低となるが、高気相流量においては、拡大部において圧力が最低となった。これらの結果から、高気相流量の場合、VS内部で超音速流が生じていることを確認することができた。また、低気相流量では、VS内部の二相流のクオリティは低く、拡大部における圧力変動が大きくなっており、二相流の影響により圧力分布が影響を受けることを確認することができた。
堀口 直樹; 吉田 啓之; 金川 哲也*; 金子 暁子*; 阿部 豊*
no journal, ,
本研究では、フィルター付きベントシステムのための機器の一つである、マルチベンチュリースクラバーシステム(MVSS)の性能評価手法の構築を目的として、可視化観測実験や詳細二相流解析などを実施している。本報では、本評価手法構築の一環として、MVSSの構成機器の一つである、自吸式ベンチュリースクラバー(以下、VS)について、VS内で生成される液滴径評価に対する、既存の評価手法である、抜山-棚沢の式及び臨界We数理論の適用性を、可視化観測実験を行うことにより取得した液滴径計測結果により検討した。その結果、測定された液滴径は、抜山-棚沢の式と概ね一致することを確認した。
堀口 直樹; 吉田 啓之; 中尾 泰大*; 金川 哲也*; 金子 暁子*; 阿部 豊*
no journal, ,
本研究では、フィルター付きベントシステムのための機器の一つである、ベンチュリースクラバーの性能評価手法の構築及びこれに必要な評価式の構築を目的として、ベンチュリースクラバー内部流動の可視化計測実験や詳細な数値解析を実施している。本報では、二流体モデル解析コードACE-3Dを用いた1次元解析の妥当性を、詳細二相流解析コードTPFITを用いた3次元解析の結果及び既報の実験の結果との比較により検討した。その結果、多次元性に起因する差異は見られるものの、高気相流速の場合に発生する、衝撃波による急激な圧力上昇などを含めて、一次元解析により流れ方向の圧力分布が概ね妥当に予測できることを確認した。
中尾 泰大*; 吉田 啓之; 堀口 直樹; 金子 暁子*; 阿部 豊*
no journal, ,
本研究では、フィルター付きベントシステムのための機器の一つである、ベンチュリースクラバーの性能評価手法の構築およびこれに必要な評価式の構築を目的として、ベンチュリースクラバー内部流動の可視化計測実験や詳細な数値解析を実施している。本報告では、放射性物質の捕集性能評価に重要な気液界面積の評価モデルの構築のため、出口部での可視化観測およびサンプリングによって液滴および液膜量を評価した。その結果、流入する液流量に対して、生成される液膜の量は80
90%程度であることを確認した。
堀口 直樹; 吉田 啓之; 中尾 泰大*; 金川 哲也*; 金子 暁子*; 阿部 豊*
no journal, ,
本研究では、フィルタードベント除染性能評価手法開発の一環として、フィルタードベントのための機器を構成する、ベンチュリースクラバー(VS)の性能評価手法及び、これに必要な評価式の構築を目的とした流動の可視化計測実験や詳細な数値解析等を実施している。除染性能を評価する上では、流量などのマクロな情報に加え、液滴径や液滴の速度などの詳細な情報の取得も必要とされる。本報では、VS出口での流路断面内液滴の可視化観察を、高速度ビデオカメラやレーザー光源な等を用いて行い、画像処理により液滴径の分布を取得した。その結果、液滴径の最頻値が7.5
mであること、また、出口部においては、位置による違いは見られないことを確認した。
中尾 泰大*; 堀口 直樹; 吉田 啓之; 金川 哲也*; 金子 暁子*; 阿部 豊*
no journal, ,
本研究では、フィルター付きベントシステムのための機器の一つである、ベンチュリースクラバーの性能評価手法の構築およびこれに必要な評価式の構築を目的として、ベンチュリースクラバー内部流動の可視化計測実験や詳細な数値解析を実施している。本報告では、放射性物質の捕集性能評価に重要な気液界面積の評価モデルの構築のため、拡大部での可視化観測およびレーザー変位計を用いた液膜厚さ計測を行った。その結果、液膜厚さが時間的に変動すること、時間平均の液膜厚さは100mのオーダーであること、および流入する空気の量が増加するに従って時間平均液膜厚さが減少することを確認した。
堀口 直樹; 吉田 啓之; 中尾 泰大*; 金川 哲也*; 金子 暁子*; 阿部 豊*
no journal, ,
原子炉における炉心溶融を伴うシビアアクシデント時において、放射性物質の拡散を抑制し、かつ格納容器の保護のため除熱および減圧するための手段としてフィルタードベントがある。本研究は、ベンチュリースクラバー(VS)を用いたフィルタードベントの作動特性を明らかにすることを目的として、実験ならびに解析を行っている。これまでの研究により、比較的速い気相流速条件下では、既存のVS除染性能評価モデルで仮定されている自吸口近傍のみではなく、拡大部においても液滴が発生することが観察された。本報告では、VSにおける液滴発生のメカニズムの解明とモデル化に資するために取得した、拡大部における液滴発生の様子と液滴径の流路断面分布について報告する。
堀口 直樹; 吉田 啓之; 中尾 泰大*; 金子 暁子*; 阿部 豊*
no journal, ,
原子炉における炉心溶融を伴うシビアアクシデント時において、放射性物質の拡散を抑制し、かつ格納容器の保護のため除熱および減圧するための手段としてフィルタードベントがある。本研究は、ベンチュリースクラバー(VS)を用いたフィルタードベントの作動特性を明らかにすることを目的として、実験ならびに解析を行っている。これまでの研究により、比較的速い気相流速条件下では、既存のVS除染性能評価モデルで仮定されている自吸口近傍のみではなく、拡大部においても液滴が発生することが観察された。そこで本報告では、VSの拡大部を対象とした詳細な可視化試験を行った。その結果、拡大部では、複雑かつVSに特徴的な流れ場が形成されており、液膜(水)の滞留や逆流などを伴うことを明らかにした。また、この滞留などが発生している部分からは、自吸口部分とは異なるメカニズムにより液滴が発生することが想定されたため、観察結果を基に液滴の発生機構について検討した。
上澤 伸一郎; 堀口 直樹; 鈴木 貴行*; 柴田 光彦; 吉田 啓之
no journal, ,
フィルタ付ベントシステムの1つとして、ベンチュリスクラバがある。この性能は既存試験にて確認されているものの、近年の報告によれば、事故時には、既存試験で確認された運転条件範囲を逸脱する可能性が示唆されている。また放射性物質の除去性能がベンチュリスクラバ内の水-蒸気二相流挙動に大きく影響されると考えられているものの、実験的にベンチュリスクラバ内の水-蒸気二相流挙動を確認した例は少ない。本研究では、ベンチュリスクラバ内の二相流挙動を明らかにするため、ベンチュリスクラバ内の水-蒸気ならびに水-空気の二相流挙動可視化実験を実施した。その結果、自吸された水が喉部で管内に広がる様子が確認されたものの、下流の拡大部では液膜流が形成され、実機で想定される噴霧流とは異なっていた。ガス流速が大きくなると、喉部で自吸された水は管中心まで広がらず壁面に沿って流れてしまったが、喉部下流では間欠的に液膜から噴霧が形成される様子が確認された。この流動様式は想定されている水自吸口からの噴霧とは異なるものの、噴霧の生成という点では実機で想定された流動に近い。また、ベンチュリスクラバの縮小部のガス流速が増加するにつれて、水の自吸量は減少し、最終的に停止することが確認された。このようにガスの流速条件によって、ベンチュリスクラバ内の二相流挙動や水の自吸量が変化することから、ベンチュリスクラバの除染性能評価に対して、二相流の機構論的モデルに基づいた評価が必要と考えられる。
上澤 伸一郎; 堀口 直樹; 柴田 光彦; 吉田 啓之
no journal, ,
フィルタ付ベントシステムの1つであるベンチュリスクラバは、ベンチュリ喉部にある細孔からスクラビング水を自吸し、ガス流中に微小液滴として噴霧することで、放射性エアロゾル粒子を効率的に捕集できる装置である。本装置の性能は、実際に想定される条件のもとで、実機の同等の装置を用いて実施した定常試験により総合的に評価されている。しかし、その捕集機構については十分に把握されておらず、このため、試験条件の外挿性や、時間的に条件が変化する際の性能評価などに対して課題が残されている。そこで原子力機構では、ベンチュリスクラバ内の二相流挙動と捕集性能を、機構論的に予測できる解析手法の開発を進めている。本発表では、開発した数値解析手法について報告するとともに、妥当性検証データ取得のために実施したベンチュリスクラバ内の気液二相流挙動可視化試験について報告する。
