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論文

Flushing phenomena and flow structure by microwave heating

藤田 峻也*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 長南 史記*; 湯浅 朋久*; 八巻 辰徳*; 瀬川 智臣; 山田 美一

Proceedings of 25th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-25) (CD-ROM), 8 Pages, 2017/07

核燃料サイクルにおける使用済み燃料の再処理の転換工程においてマイクロ波加熱脱硝法が使用されている。マイクロ波加熱では沸騰現象を伴うことから、突沸及び噴き零れを避ける運転条件を十分に把握する必要がある。マイクロ波加熱時の突沸現象を明らかにするため、突沸の発生について高速度カメラによる詳細な観察を実施した結果、マイクロ波照射により加熱が進行し単一気泡による突沸に至るケース、気泡の生成と停止が間欠的に起こり、最終的に単一気泡による突沸に至るケース、気泡生成を伴わず蒸発が進行するケースの3種類に分類できることを明らかにした。また、突沸を引き起こす単一気泡周辺の流れ構造の可視化に成功した。さらに、液体表面の微小気泡を観察し、その生成と成長に対する必要熱量とマイクロ波加熱に伴う放出熱量との比較評価を行い、突沸と微小気泡との関係性を明らかにした。

論文

The Criteria of flushing phenomena under microwave heating

八巻 辰徳*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 瀬川 智臣; 川口 浩一; 山田 美一; 藤井 寛一*

Journal of Nuclear Science and Technology, 52(2), p.241 - 250, 2015/02

 被引用回数:3 パーセンタイル:62.98(Nuclear Science & Technology)

日本ではマイクロ波加熱脱硝(MH)法により、使用済み燃料から回収したU-Pu混合硝酸溶液からU-Pu混合酸化物(MOX)粉末が得られる。このMH法によって得られたMOX粉末はFBR用MOX燃料として利用される。MH法では沸騰現象が伴うことから、将来に向けた量産規模の脱硝技術開発には、突沸及び噴きこぼれを避ける運転条件を把握する必要がある。そこで本研究では、マイクロ波加熱時の沸騰現象の解明を目的とし、解明への第一ステップとして蒸留水を用いた実験を実施した。突沸は単一気泡の発生がトリガーとなって突沸に発生に至ることが観測された。また、突沸現象の発生限界は、液体に吸収される熱量と液面から放出される熱量に相関することが明らかとなった。

口頭

Study on flushing phenomena by microwave heating

八巻 辰徳*; 金子 暁子*; 阿部 豊*; 瀬川 智臣; 川口 浩一; 山田 美一; 鈴木 政浩; 藤井 寛一*

no journal, , 

核燃料サイクルにおける脱硝転換工程では、マイクロ波加熱直接脱硝法により使用済み燃料の再処理溶液(硝酸プルトニウム・ウラン混合溶液)からMOX(UO$$_{2}$$+PuO$$_{2}$$)原料粉末を製造している。従来の平皿容器に比べて高速・大容量が期待された円筒容器では、マイクロ波加熱時に突沸による噴き零れ現象が発生したことから、これらマイクロ波加熱時の突沸及び噴き零れのメカニズムを解明するために研究を行った。容器直径と初期液位の関係を調べた結果、マグネトロン出力が一定の場合、容器の直径が小さく、液位が高いほど突沸が発生しやすいことがわかった。また、突沸直前は過加熱状態にあることを確認した。

口頭

マイクロ波加熱による突沸現象に関する研究

八巻 辰徳*; 金子 暁子*; 阿部 豊*; 瀬川 智臣; 川口 浩一; 山田 美一

no journal, , 

日本では原子炉の使用済燃料の再処理施設の脱硝転換工程にマイクロ波加熱脱硝法が採用されている。脱硝転換工程のスケールアップを検討するにあたり、脱硝容器形状の最適化のため、加熱脱硝時に生じる溶液の沸騰現象の可視化観測を実施した。容器直径,初期液位,マグネトロン出力が突沸の発生に及ぼす影響を評価し、突沸の発生機構やその支配因子を明らかにした。

口頭

マイクロ波加熱における過渡沸騰現象に及ぼす誘電特性の影響

八巻 辰徳*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 金川 哲也*; 北澤 敏秀*; 瀬川 智臣; 川口 浩一; 山田 美一

no journal, , 

マイクロ波加熱脱硝法の量産規模での実用化のためには、マイクロ波加熱時の突沸や吹き零れといった過渡沸騰現象を防止しつつ、容器形状やマイクロ波出力の設計条件を最適化する必要がある。再処理溶液を模擬したイオン性溶液を用い、KCl濃度をパラメータとしてKCl水溶液の沸騰挙動及び対流挙動を測定した結果、KCl濃度が増加するに従い、突沸が発生しにくくなり、対流挙動に渦構造が形成され、乱れが大きくなることがわかった。また、KCl寒天の温度分布を観測結果から、水寒天では主に中心部が加熱される一方、KCl寒天では周辺部が加熱されており、水とKCl溶液の誘電特性の違いが突沸の発生条件及び沸騰挙動に大きく影響することが明らかとなった。

口頭

マイクロ波加熱における過渡沸騰現象の発生限界と発生機構

八巻 辰徳*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 金川 哲也*; 北澤 敏秀*; 瀬川 智臣; 川口 浩一; 山田 美一

no journal, , 

再処理施設の脱硝転換工程では、マイクロ波加熱脱硝法によって使用済燃料から回収された硝酸ウラン,プルトニウム混合溶液をMOX原料粉末に転換する。本研究は、突沸・吹き零れといった過渡沸騰現象を防止し、最適な設計条件を把握するため、突沸現象の発生限界及び発生機構を解明することを目的とする。蒸留水の吸収熱量と液面から放出される熱量との相関性を評価することにより、突沸の発生限界を明らかとした。

口頭

マイクロ波による突沸現象の発生機構

藤田 峻也*; 阿部 豊*; 金子 暁子*; 長南 史記*; 湯浅 朋久*; 八巻 辰徳*; 瀬川 智臣; 山田 美一

no journal, , 

核燃料サイクルの再処理工程において、マイクロ波加熱脱硝法が使用されている。マイクロ波加熱では沸騰現象を伴うことから、突沸及び吹き零れを避ける運転条件を十分に把握する必要がある。マイクロ波加熱時に生じる溶液の突沸現象の発生機構の解明を目的とし、核生成時の詳細観測を行い、突沸現象前後における熱量の関係から突沸現象の発生機構の考察を行った。気泡生成・成長に必要な熱量と突沸により放出された熱量を比較した結果、両者は概ね等しい値であることを確認した。突沸現象とは過熱液相から微小気泡が瞬時に無数に発生・成長することにより、水が急激に噴き出される現象であると考えられる。

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