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論文

Experimental examination of heat removal limitation of screw cooling tube at high pressure and temperature conditions

江里 幸一郎; 鈴木 哲; 大楽 正幸; 秋場 真人

Fusion Engineering and Design, 81(1-7), p.347 - 354, 2006/02

 被引用回数:12 パーセンタイル:63.28(Nuclear Science & Technology)

核融合炉高熱流束機器用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。これまでの室温における実験の結果、フィン形状M10ピッチ1.5mmで最も高い限界熱流束が得られている。本研究では、同形状を有するスクリュウ管の熱伝達係数(HTC)とさらに高温のITERダイバータ冷却条件に相当する4MPa・100$$^{circ}$$Cにおける片側加熱条件における限界熱流束(CHF)実験結果を報告する。熱伝達実験の供試体は無酸素銅製スクリュウ管に、管壁温度測定用の熱電対を埋設したものである。HTCの評価は、実験で得られた壁温度の周方向分布と数値解析を比較することにより行った。解析では冷却面のHTCとして強制対流域における平滑円管のHTCの3倍までを仮定した。実験で得られた壁温は2倍のHTCを適用した場合とほぼ同じであることから、スクリュウ管が平滑管に比べて約2倍の熱伝達係数を持つことを示している。限界熱流束実験の結果、ITERダイバータの設計値である26MW/m$$^{2}$$のCHFを得るのに必要な流束は4MPa・入口温度100$$^{circ}$$Cにおいて約4.5m/sであり、室温(40$$^{circ}$$C)の場合と比較して約20%の減少が生じることを明らかにした。

論文

Critical heat flux testing on screw cooling tube made of RAFM-steel F82H for divertor application

江里 幸一郎; 鈴木 哲; 大楽 正幸; 秋場 真人

Fusion Engineering and Design, 75-79, p.313 - 318, 2005/11

 被引用回数:9 パーセンタイル:53.35(Nuclear Science & Technology)

発電実証プラント用ダイバータへの適用性を調べるため、冷却面にねじ加工を施したF82H製スクリュウ管の入射限界熱流束(ICHF)実験を実施した。F82Hは低放射化フェライト鋼の1種であり、設計が進められている発電実証プラントにおける構造材候補となっている。本スクリュウ管のねじ形状はM10ピッチ1.5mmであり、F82H製円管,純銅製円管の内表面に加工されている。F82H製スクリュウ管のICHFは、純銅製管の値と比較して40-50%に低減した。例えば、冷却水条件1MPa・室温・4m/sにおいて、純銅製管では25MW/m$$^{2}$$であるのに対し、F82H製管のICHFは13MW/m$$^{2}$$であった。しかしながら、このICHF値は発電実証プラントダイバータの設計値(13MW/m$$^{2}$$)を上回るものであり、F28Hスクリュウ管がダイバータ冷却への適用できる可能性があることを示す。ICHF減少の原因を調べるため壁面の熱伝導解析を行ったところ、F82H製スクリュウ管ではその低熱伝導率のため入射した熱流束が伝熱面において集中していることがわかった。これらのことから、実機適用の場合高熱伝導材であるタングステンなどで被覆させ入射熱流束の集中を緩和させることが有効であると考えられる。

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:6 パーセンタイル:40.92(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

High heat load test of CFC divertor target plate with screw tube for JT-60 superconducting modification

正木 圭; 谷口 正樹; 三代 康彦; 櫻井 真治; 佐藤 和義; 江里 幸一郎; 玉井 広史; 逆井 章; 松川 誠; 石田 真一; et al.

Fusion Engineering and Design, 61-62, p.171 - 176, 2002/11

 被引用回数:19 パーセンタイル:74.88(Nuclear Science & Technology)

日本原子力研究所では、JT-60改修計画として、臨界プラズマ条件クラスのプラズマを電流拡散時間よりも十分長く維持することが可能な超伝導トカマク装置を検討している。この改修装置のダイバータターゲット開発のため、高い熱除去効率が期待されるスクリュウ管を採用した直接冷却ダイバータターゲットの試験体を製作し、耐熱試験及び熱伝達特性の評価を行った。試験体構造は、直接M10ネジ穴(スクリュウ構造)を加工したCu-Cr-Zrのヒートシンクに無酸素銅(OFHC)間挿材を挟み、CFCタイルと一体で銀ロウ付けしたものである。熱負荷試験条件は、1MW/m$$^{2}$$~13MW/m$$^{2}$$で、それぞれ30秒間入射を行った。また、冷却水の流速は、4m/s(0.93MPa),5.6m/s(0.88MPa),8m/s(0.74MPa)と変化させた。試験体に取り付けた熱電対の温度とFEMの解析結果とを比較することにより、スクリュウ管の熱伝達係数を評価した。解析に用いた熱伝達係数は、評価式の確立した平滑管の2倍,3倍,4倍とした。その結果、上記3つの冷却条件において、スクリュウ管の熱伝達係数は、平滑管の約3倍となることがわかった。これは、スクリュウ管の1.5倍に相当する。熱サイクル試験では、10MW/m$$^{2}times$$15秒,1400回の照射においても熱電対の温度変化に異常は見られず、ロウ付け部の損傷もなかった。

論文

Critical heat flux in subcooled water flow of one-side-heated screw tubes

J.Boscary*; 荒木 政則; 鈴木 哲; 江里 幸一郎*; 秋場 真人

Fusion Technology, 35(3), p.289 - 296, 1999/05

片面加熱場におけるスクリュー冷却管の限界熱流束実験を行い、スクリューのピッチの影響を調べた。その結果、スクリューのピッチが1.5のとき最大の限界熱流速47MW/m$$^{2}$$が得られた。この値は従来のスワール管の約1.5倍に相当する。ピッチの減少とともに限界熱流束も減少する傾向を示すが、ピッチ1以下では、再び限界熱流束が増加してくることが判明した。これは、ピッチが細くなることにより、マイクロフィンに類似した効果が得られるためと推測される。

論文

Dimensional analysis of critical heat flux in subcooled water flow under one-side heating conditions for fusion application

J.Boscary*; 荒木 政則; J.Schlosser*; 秋場 真人; F.Escorbiac*

Fusion Engineering and Design, 43(2), p.147 - 171, 1998/00

 被引用回数:43 パーセンタイル:93.91(Nuclear Science & Technology)

核融合炉用冷却管としてITER等でも検討されているスワール管、スクリュー管、ハイパーベーパトロンについて限界熱流束データをまとめるとともに、解析的評価を実施した。特に炉設計に利用できるように、炉内条件と同じ片面加熱条件、サブクール流れ条件下のデータを収集し、相関式を示した。

報告書

Analysis of the JAERI critical heat flux data base for fusion application

J.Boscary*; 荒木 政則; 秋場 真人

JAERI-Research 97-053, 50 Pages, 1997/08

JAERI-Research-97-053.pdf:1.71MB

本報告はこれまで原研において核融合実験炉を模擬した伝熱流動条件-片面加熱場、高熱流束、水冷-の下で実施された限界熱流束(CHF)実験の結果をまとめたものである。平滑管、外部フィン付スワール管、スクリュウ管及びハイパーベイパートロンが供試された。外部フィン付スワール管とスクリュウ管の性能ははとんど等しく、供試された冷却管の中で最も高い限界熱流束を示した。実験条件の範囲内では、冷却水の質量流量がCHFに大きな影響を与え、冷却水の圧力はCHFにほとんど影響を与えないことがわかった。平滑管と外部フィン付スワール管のCHFは、CHF相関式であるTong75式によって$$pm$$20%の精度で予測可能であることが明らかになった。

論文

Critical-heat-flux experiment on the screw tube under one-sided-heating conditions

荒木 政則; 佐藤 和義; 鈴木 哲; 秋場 真人

Fusion Technology, 29, p.519 - 528, 1996/07

核融合実験炉用ダイバータ等の高熱流束受熱機器は、片面から高い熱負荷を受けるものであり、安定に除去することが必要である。このため、冷却管内面にネジを切り伝熱促進効果を持たせたスクリュー管を開発した。本管は、スワール管やハイパーベーパートロン等の冷却構造に比べ製作性に優れた構造であることを特徴としており、その限界性能を明らかにするために、片面強加熱条件下における限界熱流束実験を行った。この結果、スクリュー管は平滑円管に比べ、一定の流束下で約1.5倍、また、一定のポンプ動力下で約1.7倍の入射限界熱流束を持つことが明らかとなった。この性能は、同時に実施したスワール管の限界性能に匹敵するものであり、製作性の観点から、ダイバータ等のプラズマ対向機器用冷却構造として有望である。

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