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論文

Experimental investigation of reaction behavior between carbon dioxide and liquid sodium

宮原信哉; 石川浩康; 吉澤善男*

Nuclear Engineering and Design, 241(5), p.1319 - 1328, 2011/05

https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2010.08.006

被引用回数：13 パーセンタイル：69.64(Nuclear Science & Technology)

ナトリウム(Na)と二酸化炭素(CO $_{2}$ )との熱交換器における伝熱管破損の結果を理解するため、CO $_{2}$ とNaプールとの反応挙動を実験的に研究した。実験は基礎実験と伝熱管破損を模擬した実証試験の二種類行った。これらの実験結果から、ある閾温度以上で発熱反応が発生すること、反応に伴う温度や圧力上昇、プール中の固体の反応生成物の挙動等のNaとCO $_{2}$ との熱交換器における伝熱管破損事故の結果を評価するために必要となる有益で不可欠な情報を得た。

論文

Reaction behavior of carbon dioxide with liquid sodium pool

宮原信哉; 石川浩康; 吉澤善男*

Proceedings of 17th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-17) (CD-ROM), 8 Pages, 2009/06

ナトリウム/炭酸ガス(CO $_{2}$ )熱交換器における伝熱管破損事象を調べるため、CO $_{2}$ と液体ナトリウムプールとの反応挙動を実験的に研究した。実験は2種類実施し、1つは約15gの液体ナトリウムプールを流動するCO $_{2}$ に晒しておもに反応が開始する熱化学条件と反応生成物の化学組成に関する情報を得た。実験では、ビデオカメラを用いて目視観察を行い、ナトリウムプールとその表面近傍の温度変化を熱電対で測定した。もう一つの実験では、熱交換器内のバウンダリー破損を模擬して約200gの液体ナトリウムプール中にCO $_{2}$ を注入した。実験中のナトリウム温度とカバーガス温度は熱電対で測定した。これらの実験から、反応はある閾値温度を超えると起こることを明らかにし、温度上昇や圧力上昇、プール中の固体反応生成物の挙動等のナトリウム/ CO $_{2}$ 熱交換器における伝熱管破損事故の影響評価に有益で不可欠な情報を得た。

論文

ナトリウム/二酸化炭素反応に関する試験研究

石川浩康; 宮原信哉; 吉澤善男*

日本原子力学会和文論文誌, 7(4), p.452 - 461, 2008/12

https://doi.org/10.3327/taesj.J07.054

ナトリウム(Na)冷却高速炉システムの新概念として「超臨界CO $_{2}$ ガスタービン発電高速炉」が検討されている。この概念においてはNa/水反応を排除できるものの、プラント概念の成立性を検討するためにはNaと二酸化炭素(CO $_{2}$ )が接触した場合の事象、すなわち熱交換器伝熱管が破損しCO $_{2}$ がNa側に漏えいした場合のプラントへの影響を把握する必要がある。本研究においてはNa/CO $_{2}$ 反応を基礎的に把握するために15g程度のNaを取り扱え、熱電対による温度変化が測定できる装置を用いた。個体の反応生成物はX線回折及び化学分析により定性・定量分析し、気体の反応生成物はガスクロマトグラフにより定性・定量分析した。実験の結果、Na温度が570 $^{circ}$ Cより低い場合には反応がNaプール表面だけで停止し、580 $^{circ}$ Cより高い場合にはCO $_{2}$ 供給直後から火炎を伴い継続的に反応することが観察された。

論文

Experimental Study of Sodium - Carbon Dioxide Reaction

石川浩康; 宮原信哉; 吉澤善男*

Proceedings of 2005 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '05) (CD-ROM), P. 5688, 2005/05

1次冷却材にナトリウム(Na)、2次冷却材に超臨界炭酸ガス(CO2)を用いたガスタービン発電高速炉を検討している。この場合、従来のNa冷却型高速炉におけるNa -水反応は排除できるものの、1次系-2次系間の熱交換器伝熱管破損時のNa-CO2反応による影響を把握する必要がある。Na-CO2反応に関しては、一般にほとんど調査されていないことから、反応挙動に関する実験研究を開始した。Na温度を主なパラメータとした実験を11回実施した。これらの実験結果からCO2と液体Naとの反応が生じることが判明した。ただし、Naの初期温度が600 $^{circ}C$ より低い場合には、少量の発煙が発生し、プール表面が反応するだけに止まり、Na温度の上昇は見られなかった。Naの初期温度が615 $^{circ}C$ より高い場合には連続的に反応が生じ、橙色火炎とエアロゾルが発生した。火炎付近の熱電対の最高温度は、約850 $^{circ}C$ であった。

口頭

超臨界CO $_{2}$ ガスタービン発電高速炉の開発,6; Na-CO $_{2}$ 反応挙動実験,2

石川浩康; 宮原信哉; 吉澤善男

no journal, ,

1次冷却材にナトリウム(Na)、2次冷却材に超臨界炭酸ガス(CO $_{2}$ )を用いたガスタービン発電高速炉を検討している。この場合、従来のNa冷却型高速炉におけるNa/水反応は排除できるものの、1次系-2次系間の熱交換器伝熱管破損時のNa/CO $_{2}$ 反応による影響を把握する必要がある。実験では、Naを1-5gオーダで扱う装置を用いて、Na/CO $_{2}$ 反応時の温度変化を熱電対を用いて測定した。実験から得られたNa/CO $_{2}$ 反応による固体反応生成物は、X線回折(XRD)及び化学分析により分析し、排気ガスの一部はガスクロマトグラフィにより分析した。実験結果からCO $_{2}$ と液体Naとの反応が生じることが判明した。

口頭

ナトリウム/二酸化炭素反応挙動実験

石川浩康; 宮原信哉; 吉澤善男*

no journal, ,

新型原子力発電プラントの概念として1次冷却材にナトリウム,2次冷却材に超臨界二酸化炭素(CO $_{2}$ )を有する高速炉が検討されている。この炉型の場合、従来の高速炉のような水蒸気タービンを有していないことからNa/水反応事故事象を排除できるものの、1次系と2次系の間に設置する熱交換器伝熱管が破損した場合のNa/CO $_{2}$ 反応による影響を安全設計に反映させる必要がある。本研究においては、カップ式バーナーを応用した数gの液体金属Naを扱える装置を用いてNa/CO $_{2}$ 反応挙動を確認するための基礎的な実験を行い、燃焼現象としての反応の様相,反応生成物等に関する実験結果を得られたので、これらを報告する。

口頭

ナトリウム-炭酸ガス反応挙動実験,3

石川浩康; 宮原信哉; 吉澤善男*

no journal, ,

1次冷却材にナトリウム(Na)、2次冷却材に超臨界二酸化炭素(CO $_{2}$ )を用いたガスタービン発電高速炉における、Na-CO $_{2}$ 熱交換器伝熱管破損時の炭酸ガスとナトリウムの反応挙動を把握するための実験研究成果を報告する。

口頭

ナトリウム/二酸化炭素反応挙動実験,2; ナトリウムプール中への二酸化炭素注入実験

石川浩康; 宮原信哉; 吉澤善男*

no journal, ,

1次冷却材にNa, 2次冷却材に超臨界状態の二酸化炭素(CO $_{2}$ )を用いたガスタービン発電を有する高速炉プラントが検討されている。熱交換器伝熱管破損時のNa/CO $_{2}$ 反応によるプラントへの影響を把握するため、前年度においてはNa/CO $_{2}$ 反応挙動を把握するための研究として液体金属Naプール表面に等温のCO $_{2}$ を吹きつける実験を実施し、570-580 $^{circ}$ Cを境界としてCO $_{2}$ 供給直後にNaプール表面だけで反応が停止する現象とCO $_{2}$ 供給直後から橙色火炎及びエアロゾル発生を伴う継続反応が観察されたことを報告した。これらの実験はNa/CO $_{2}$ 反応挙動を視覚的に把握するために好都合であったものの、実際のプラントにおいて想定される事象は、Naプール中にCO $_{2}$ が噴出するものであり、現象に相違がある可能性が考えられた。そこで前報の結果を踏まえつつ、想定事象に沿ったNaプール中へのCO $_{2}$ 注入実験を実施した。その結果、Na温度が300 $^{circ}$ Cの場合でも反応が生じ、反応熱による温度上昇が認められた。なお、CO $_{2}$ の注入時間が数十秒経つと、反応生成物である炭酸ナトリウム(Na $_{2}$ CO $_{3}$ )が固体として生成するためにノズル近傍のNaが流動性を失い、CO $_{2}$ がNaと反応するよりも早くカバーガス空間へ放出されるようになる。