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論文

Thermal fatigue experiment of screw cooling tube under one-sided heating condition

江里 幸一郎; 鈴木 哲; 佐藤 和義; 秋場 真人

Journal of Nuclear Materials, 329-333(1), p.820 - 824, 2004/08

 被引用回数:5 パーセンタイル:36.97(Materials Science, Multidisciplinary)

核融合炉用高熱流束機器用高性能冷却管開発の一環として、冷却内面に三角フィンを加工した冷却管を提案している。この冷却管では、三角フィンを簡単なねじ切り加工で形成しており、スクリュウ管と呼ばれる。本研究では、これまでの実験の結果、最も高い限界熱流束が得られたM10ピッチ1.5のスクリュウ管の熱疲労実験を実施した結果を報告する。供試体は銅合金(CuCrZr)熱シンクにネジを切った冷却管を用い、ダイバータ形状を模擬した熱シンクには1.5mm幅のスリット加工を施している。熱疲労試験は原研にある電子ビーム照射装置で、核融合炉条件を模擬した片側からの熱負荷条件(20及び30$$rm MW/m^2$$,10秒加熱・10秒冷却)で実施した。冷却管スリット部からの水漏れは熱負荷$$rm MW/m^2$$条件で約4500サイクル、30$$rm MW/m^2$$条件で約1400サイクルにて発生した。これらの疲労寿命は有限要素解析結果をもとにしたManson-Coffin則による寿命評価とよく一致している。断面観察の結果、疲労亀裂はスリット部外側加熱側から生じ、管断面を冷却面側へ進展していることが判明した。本冷却管をダイバータに適用する際に懸念されていた冷却管内面のネジ谷からの亀裂発生がないことを実験的・解析的に示した。

論文

ガス加熱型水蒸気改質器の伝熱特性

武田 哲明; 大橋 弘史; 稲垣 嘉之

日本機械学会2003年度年次大会講演論文集, Vol.3, p.17 - 18, 2003/08

高温ガス炉に接続する水素製造システムにおいて、ヘリウムガス加熱型の水蒸気改質器反応管外側の伝熱促進が水素製造量に及ぼす影響と内管を加熱,外管を断熱した環状流路の熱伝達について検討した。その結果、内管加熱外管断熱の環状流路内に気体が流れる場合の伝熱量は、加熱壁面温度が150$$^{circ}$$C程度でも熱放射により対向壁が加熱される影響は無視できず、流路全体としての気体への伝熱量を求める場合は対向壁が加熱される影響を評価する必要がある。

報告書

シビアアクシデントの伝熱流動現象における素過程に関する研究; 狭隘流路での沸騰熱伝達, 原子力基礎研究 H10-027-4 (委託研究)

神永 文人*

JAERI-Tech 2002-012, 68 Pages, 2002/03

JAERI-Tech-2002-012.pdf:2.45MB

シビアアクシデント時の伝熱現象における1つの素過程として、溶融炉心の長期の冷却特性に対して重要な事象である狭隘流路内の低流量条件下での沸騰熱伝達の解明を行った。自然循環条件下での実験と解析の結果、水を使用した結果とエタノールの一部の結果では、沸騰熱伝達に対する管径の影響が明確に現れ、細い管ほどまた圧力が高いほど熱伝達率が増加し、その値はプール沸騰の場合と比べかなり大きくなることが示された。また流動様式が環状流に遷移し、液膜の蒸発熱伝達が支配的であると仮定して解析すると、熱伝達を良く評価できることが示された。強制循環条件下での実験と解析の結果、ウエーバ数が伝熱様式に重要な影響があることが示された。ウエーバ数が0.15より小さい循環条件(質量流束62kg/m$$^{2}$$s以上)では、従来の強制循環での沸騰熱伝達とほぼ類似の特性を持つ。また、今回の実験範囲である低質量流束条件であっても、細管であるため対流熱伝達率は大きくなる。そのため、低熱流束領域では対流の効果が大きくなり、見かけ上、沸騰熱伝達が促進される。この場合、限界熱流束は甲藤のL領域相関で予測できる。一方、ウエーバ数が0.2より大きい循環条件(質量流束53kg/m$$^{2}$$s以下)では、沸騰熱伝達はより促進され、その促進は熱伝達様式が環状流での液膜蒸発熱伝達に遷移するためであることが示された。ただ、限界熱流束は甲藤のL領域相関式よりかなり小さくなる。その原因は、ウエーバ数が大きいため、液膜が伝熱面から剥離しやすくなり、小さな流量変動で、位置的,時間的にドライな状態が伝熱面に形成されやすくなるためである。したがって、低流量での狭隘流路内沸騰熱伝達評価には、実際に流路を流れる流量の考慮が最も重要であることが示唆された。

論文

マイクロカプセル化相変化物質スラリーを用いた加熱水平円柱まわりの自然対流熱伝達

久保 真治; 秋野 詔夫; 田中 周*; 長島 昭*

日本機械学会論文集,B, 64(625), p.3013 - 3020, 1998/09

大きな融解凝固潜熱を有する相変化物質をマイクロカプセル化した物質(MCPCM)を低粘性の搬送流体中に分散しスラリー状にする(MCPCMスラリー)ことによって、常時流動性を維持させ、かつ、大きな熱量を保持する熱媒体を試作した。この熱媒体を容器内に注入し、水平円柱を用いて加熱して自然対流熱伝達実験を行った。その結果、純水と比較したMCPCMスラリー(純水にMCPCMを低濃度:$$<$$5%添加)の熱伝達率は、相変化が生じる条件レベルでは、数十%程度増加したが、相変化が生じない条件では減少した。純水にMCPCMを添加する効果による熱伝達率の増加率は、MCPCM濃度を上げるに従って増加し、また、境膜温度差を小さくするに従って増加した。

報告書

核熱利用水蒸気改質プロセスの性能向上

羽田 一彦

JAERI-Research 96-054, 28 Pages, 1996/10

JAERI-Research-96-054.pdf:1.01MB

高温核熱利用方式は、熱源の温度が約950$$^{circ}$$Cと低いこと、熱輸送媒体が約4MPaに加圧されたヘリウムガスであることに起因し、化学反応条件が不利なため、非核熱方式、とりわけ化石燃料燃焼方式に比べ、エネルギ生産プロセスとして性能が劣っていた。そこで、水蒸気改質プロセスについて、非核熱方式に競合しうる性能を達成するための工夫を考案した。この結果、10MWの熱源により約3800Nm$$^{3}$$/hの水素収率を達成でき、化石燃料燃焼方式に競合できる見通しを得るとともに、反応管長さを約9mとコンパクトにすることができ、継ぎ目無し管としての製作が可能になった。

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