JP2014185800A - 相変化二相流模擬試験装置および相変化二相流模擬試験方法 - Google Patents

Abstract

【課題】相変化する気液二相流を扱う供試体を適切に試験する。
【解決手段】低沸点流体に高密度気体を混合して模擬気液二相流を生成する気液混合器７と、供試体１０に模擬気液二相流を供給する模擬気液二相流供給配管１４とを備えている。模擬気液二相流は、高温高圧雰囲気で扱われる対象気液二相流を低温低圧雰囲気で供試体１０により扱われる。低温低圧雰囲気の温度が取る試験温度範囲は、高温高圧雰囲気の温度より低い。低温低圧雰囲気の圧力が取る試験圧力範囲は、高温高圧雰囲気の圧力より低い。高温高圧雰囲気での対象気液二相流の気相の物性は、低温低圧雰囲気での高密度気体の物性に実質的に同等である。試験圧力範囲での低沸点流体の沸点は、試験温度範囲に含まれている。このような相変化二相流模擬試験装置１は、模擬気液二相流が供試体１０で相変化することにより、供試体１０を適切に試験することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、相変化二相流模擬試験装置および相変化二相流模擬試験方法に関し、特に、気液二相流を扱う供試体を試験するときに利用される相変化二相流模擬試験装置および相変化二相流模擬試験方法に関する。

高温高圧雰囲気で高温流体から低温流体に熱を伝熱させる熱交換器が知られている。その熱交換器は、高温流体または低温流体の物性値と概ね同等である物性値を低温低圧雰囲気で有する模擬流体を用いて、低温低圧雰囲気で試験される（たとえば、特許文献１〜３参照）。

特許第４８６３４１４号公報 特開２０１０−２７１０７４号公報 特許第５１０１０１２号公報

その熱交換器は、適切に、かつ、容易に試験されることが望まれている。

本発明の課題は、気液二相流を扱う供試体を適切に、かつ、容易に試験する相変化二相流模擬試験装置および相変化二相流模擬試験方法を提供することにある。

本発明による相変化二相流模擬試験装置は、低沸点流体にその低沸点流体と異なる物質からなる高密度気体を混合することにより模擬気液二相流を生成する気液混合器と、供試体にその模擬気液二相流を供給する模擬気液二相流供給配管とを備えている。その供試体は、低温低圧雰囲気でその模擬気液二相流を扱う。その模擬気液二相流は、高温高圧雰囲気で扱われる対象気液二相流を模擬している。その低温低圧雰囲気の温度が取る試験温度範囲は、その高温高圧雰囲気の温度より低い。その低温低圧雰囲気の圧力が取る試験圧力範囲は、その高温高圧雰囲気の圧力より低い。このとき、高温高圧雰囲気におけるその対象気液二相流の気相の密度、表面張力及び粘度は、その低温低圧雰囲気におけるその高密度気体の密度、表面張力及び粘度にそれぞれ実質的に同等である。その試験圧力範囲におけるその低沸点流体の沸点は、その試験温度範囲に含まれている。

このような模擬気液二相流は、低沸点流体と高密度気体とが混合されていることにより、供試体で適切に相変化し、供試体で相変化する対象気液二相流を適切に模擬することができる。このため、このような相変化二相流模擬試験装置は、模擬気液二相流が対象気液二相流を適切に模擬することにより、供試体を適切に試験することができる。このような相変化二相流模擬試験装置は、さらに、模擬気液二相流が低温低圧雰囲気で高温高圧雰囲気の対象気液二相流を適切に模擬することにより、供試体を容易に取り扱うことができ、供試体を容易に試験することができる。

その高密度気体は、六フッ化硫黄である。このとき、模擬気液二相流の気相は、高温高圧雰囲気における対象気液二相流の気相を低温低圧雰囲気で適切に再現することができる。このため、このような模擬気液二相流は、対象気液二相流を適切に再現することができ、このような相変化二相流模擬試験装置は、供試体を適切に試験することができる。

その低沸点流体は、フレオン（登録商標）などに例示されるフッ化炭化水素またはアンモニアである。このとき、模擬気液二相流の液相は、高温高圧雰囲気における対象気液二相流の液相を低温低圧雰囲気で適切に再現することができる。このため、このような模擬気液二相流は、対象気液二相流を適切に再現することができ、このような相変化二相流模擬試験装置は、供試体を適切に試験することができる。

本発明による相変化二相流模擬試験装置は、その供試体によりその模擬気液二相流から生成される廃気液二相流を凝縮することにより、凝縮後模擬気液二相流を生成する凝縮器と、その凝縮後模擬気液二相流を気相と液相とに気液分離する貯蔵タンクと、その液相をその気液混合器に供給するポンプと、その気相をその気液混合器に供給するブロアとをさらに備えている。このとき、その気液混合器は、その気相とその液相とを混合することによりその模擬気液二相流を生成する。

このような相変化二相流模擬試験装置は、供試体から排出される廃気液二相流を再利用しない他の相変化二相流模擬試験装置に比較して、気液二相流をより高効率に利用することができ、供試体を容易に試験することができる。このような相変化二相流模擬試験装置は、さらに、廃気液二相流をより適切に気液分離することができ、模擬気液二相流をより適切に生成することができる。

本発明による相変化二相流模擬試験装置は、その供試体によりその模擬気液二相流から生成される廃気液二相流を気相と液相とに気液分離する貯蔵タンクと、その液相をその気液混合器に供給するポンプと、その気相をその気液混合器に供給するブロアと、その模擬気液二相流の液相の一部を沸騰させることにより沸騰模擬気液二相流を生成するヒーターをさらに備えている。このとき、その気液混合器は、その気相とその液相とを混合することによりその模擬気液二相流を生成する。その模擬気液二相流供給配管は、その沸騰模擬気液二相流をその供試体に供給する。

このような相変化二相流模擬試験装置は、供試体から排出される廃気液二相流を再利用しない他の相変化二相流模擬試験装置に比較して、気液二相流をより高効率に利用することができ、供試体を容易に試験することができる。このような相変化二相流模擬試験装置は、さらに、供試体で凝縮する廃気液二相流をより適切に生成することができ、供試体を適切に試験することができる。

本発明による相変化二相流模擬試験装置は、その供試体の内部に設けられるヒーターをさらに備えている。そのヒーターは、その模擬気液二相流を加熱することによりその廃気液二相流を生成する。このような相変化二相流模擬試験装置は、供試体で沸騰する気液二相流をより適切に生成することができ、供試体を適切に試験することができる。

本発明による相変化二相流模擬試験方法は、低沸点流体にその低沸点流体と異なる物質からなる高密度気体を混合することにより模擬気液二相流を生成すること、供試体にその模擬気液二相流を供給することを備えている。その供試体は、低温低圧雰囲気でその模擬気液二相流を扱う。その模擬気液二相流は、高温高圧雰囲気で扱われる対象気液二相流を模擬している。その低温低圧雰囲気の温度が取る試験温度範囲は、その高温高圧雰囲気の温度より低い。その低温低圧雰囲気の圧力が取る試験圧力範囲は、その高温高圧雰囲気の圧力より低い。このとき、高温高圧雰囲気におけるその対象気液二相流の気相の密度、表面張力及び粘度は、その低温低圧雰囲気におけるその高密度気体の密度、表面張力及び粘度にそれぞれ実質的に同等である。その試験圧力範囲におけるその低沸点流体の沸点は、その試験温度範囲に含まれている。

このような模擬気液二相流は、低沸点流体と高密度気体とが混合されていることにより、供試体で適切に相変化し、供試体で相変化する対象気液二相流を適切に模擬することができる。このため、このような相変化二相流模擬試験方法は、模擬気液二相流が対象気液二相流を適切に模擬することにより、供試体を適切に試験することができる。このような相変化二相流模擬試験方法は、さらに、模擬気液二相流が低温低圧雰囲気で高温高圧雰囲気の対象気液二相流を適切に模擬することにより、供試体を容易に取り扱うことができ、供試体を容易に試験することができる。

その高密度気体は、六フッ化硫黄である。このとき、模擬気液二相流の気相は、高温高圧雰囲気における対象気液二相流の気相を低温低圧雰囲気で適切に再現することができる。このため、このような模擬気液二相流は、対象気液二相流を適切に再現することができ、このような相変化二相流模擬試験方法は、供試体を適切に試験することができる。

その低沸点流体は、フレオン（登録商標）などに例示されるフッ化炭化水素またはアンモニアである。このとき、模擬気液二相流の液相は、高温高圧雰囲気における対象気液二相流の液相を低温低圧雰囲気で適切に再現することができる。このため、このような模擬気液二相流は、対象気液二相流を適切に再現することができ、このような相変化二相流模擬試験装置は、供試体を適切に試験することができる。

本発明による相変化二相流模擬試験方法は、その供試体によりその模擬気液二相流から生成される廃気液二相流を凝縮することにより、凝縮後模擬気液二相流を生成すること、その凝縮後模擬気液二相流を気相と液相とに気液分離することとをさらに備えている。このとき、その模擬気液二相流は、その気相とその液相とが混合されることにより生成される。

このような相変化二相流模擬試験方法は、供試体から排出される廃気液二相流を再利用しない他の相変化二相流模擬試験方法に比較して、気液二相流をより高効率に利用することができ、供試体を容易に試験することができる。このような相変化二相流模擬試験方法は、さらに、廃気液二相流をより適切に気液分離することができ、模擬気液二相流をより適切に生成することができる。

本発明による相変化二相流模擬試験方法は、その供試体によりその模擬気液二相流から生成される廃気液二相流を気相と液相とに気液分離することをさらに備えている。このとき、その模擬気液二相流は、その気相とその液相とが混合され、その液相の一部が沸騰することにより生成される。

このような相変化二相流模擬試験方法は、供試体から排出される廃気液二相流を再利用しない他の相変化二相流模擬試験方法に比較して、気液二相流をより高効率に利用することができ、供試体を容易に試験することができる。このような相変化二相流模擬試験方法は、さらに、供試体で凝縮する廃気液二相流をより適切に生成することができ、供試体を適切に試験することができる。

本発明による相変化二相流模擬試験装置および相変化二相流模擬試験方法は、低温低圧雰囲気で相変化する模擬気液二相流を利用することにより、高温高圧雰囲気で相変化する対象気液二相流を扱う供試体を適切に、かつ、容易に試験することができる。

相変化二相流模擬試験装置を示すブロック図である。 供試体を示す部分断面図である。 供試体を示す横断面図である。 伝熱管を示す縦断面図である。

図面を参照して、相変化二相流模擬試験装置の実施の形態が以下に記載される。その相変化二相流模擬試験装置１は、図１に示されているように、供試体１０を試験するときに利用され、貯蔵タンク２とブロア３とポンプ５と加圧用配管６と気液混合器７と凝縮器８とを備えている。貯蔵タンク２は、内部に貯留空間を形成する容器に形成されている。貯蔵タンク２は、低沸点流体と高密度気体とが混合された混合流体をその貯留空間に貯留する。貯蔵タンク２は、さらに、その混合流体を低沸点流体と高密度気体とに気液分離する。

その低沸点流体は、フレオン（登録商標）から形成され、大気圧での沸点が常温である液体のフッ化炭化水素から形成されている。その高密度気体は、六フッ化硫黄ＳＦ_６から形成されている。

ブロア３は、貯蔵タンク２により分離された高密度気体を加圧することにより、高密度気体を気液混合器７に供給する。ポンプ５は、貯蔵タンク２により分離された低沸点流体を加圧することにより、その低沸点流体を気液混合器７に供給する。加圧用配管６は、貯蔵タンク２の貯留空間の圧力に基づいて、ポンプ５により加圧された低沸点流体の一部を貯蔵タンク２に供給する。

気液混合器７は、ポンプ５から供給された低沸点流体とブロア３から供給された高密度気体とを所定の混合比で混合することにより模擬気液二相流を生成する。気液混合器７は、その模擬気液二相流を供試体１０に供給する。

凝縮器８は、供試体１０から排出された廃模擬気液二相流を冷却することにより、その廃模擬気液二相流の気相の一部を凝縮させる。凝縮器８は、その気相の一部を凝縮させることにより、凝縮後模擬気液二相流を生成する。

図２は、供試体１０を示している。供試体１０は、蒸発器であり、圧力容器１１と伝熱管群１２とを備えている。圧力容器１１は、内部を外部から隔離する容器に形成されている。伝熱管群１２は、複数の伝熱管から形成され、圧力容器１１の内部に配置されている。

供試体１０は、さらに、模擬気液二相流供給配管１４と模擬気液二相流排出配管１５と蒸気供給配管１６と廃温水排出配管１７とを備えている。模擬気液二相流供給配管１４は、気液混合器７により生成される模擬気液二相流を供試体１０に供給する流路を形成している。模擬気液二相流排出配管１５は、供試体１０から廃模擬気液二相流を排出する流路を形成している。蒸気供給配管１６は、図示されていない外部装置により生成される高温の加熱用流体を供給する流路を形成している。廃温水排出配管１７は、供試体１０から廃加熱用流体を排出する流路を形成している。

供試体１０は、図３に示されるように、沸騰二相流流路１９を形成している。沸騰二相流流路１９は、圧力容器１１と伝熱管群１２との間に形成され、すなわち、圧力容器１１の内部のうちの伝熱管群１２の複数の伝熱管の外側に形成されている。沸騰二相流流路１９は、蒸気供給配管１６により形成される流路に接続され、廃温水排出配管１７により形成される流路に接続されている。

図４は、伝熱管群１２が備える複数の伝熱管のうちの任意の伝熱管を示している。その伝熱管２１は、屈曲した管から形成され、凝縮流流路２２を形成している。伝熱管２１は、一端が蒸気供給配管１６に接続され、他端が廃温水排出配管１７に接続されている。すなわち、凝縮流流路２２は、蒸気供給配管１６により形成される流路に接続され、廃温水排出配管１７により形成される流路に接続されている。

相変化二相流模擬試験装置は、さらに、図示されていない複数のセンサを備えている。その複数のセンサは、複数の物理量に対応している。その複数の物理量は、その模擬気液二相流の温度、その廃模擬気液二相流の温度、その模擬気液二相流の流量、その廃模擬気液二相流の流量、沸騰二相流流路１９の圧力、模擬気液二相流供給配管１４の内部の圧力、模擬気液二相流排出配管１５の内部の圧力を含んでいる。その複数のセンサのうちのある物理量に対応するセンサは、供試体１０が廃模擬気液二相流を生成しているときに、その物理量を測定する。

供試体１０は、水から水蒸気を生成する熱交換器から形成され、または、その熱交換器を模擬している。すなわち、供試体１０は、熱交換器として利用されるときに、伝熱管群１２の凝縮流流路２２に供給される高温の蒸気の熱を用いて伝熱管群１２を加熱し、伝熱管群１２によりその高温の蒸気を冷却することにより廃温水を生成する。その廃温水は、その高温の蒸気の一部が凝縮された水を含有している。供試体１０は、さらに、沸騰二相流流路１９に供給される気液二相流に伝熱管群１２の熱を伝熱することにより、その気液二相流を高温高圧雰囲気で加熱する。その気液二相流は、液相が水から形成され、気相が水蒸気から形成されている。供試体１０は、その気液二相流を高温高圧雰囲気で加熱することにより、その気液二相流から廃気液二相流を生成する。その高温高圧雰囲気の温度が取り得る実機温度範囲は、２８０℃を含み、その高温高圧雰囲気の圧力が取り得る実機圧力範囲は、６ＭＰａを含んでいる。このため、その気液二相流は、沸騰二相流流路１９を流れることにより、液相が沸騰する。その廃気液二相流に気相が占める割合は、その気液二相流に気相が占める割合より大きい。

相変化二相流模擬試験方法の実施の形態は、相変化二相流模擬試験装置１を用いて実行される。ブロア３は、貯蔵タンク２により分離された高密度気体を加圧し、その加圧された高密度気体を気液混合器７に供給する。ポンプ５は、貯蔵タンク２により分離された低沸点流体を加圧し、その加圧された低沸点流体を気液混合器７に供給する。気液混合器７は、ポンプ５から供給された低沸点流体とブロア３から供給された高密度気体とが所定の混合比で混合することにより模擬気液二相流を生成する。模擬気液二相流供給配管１４は、気液混合器７により生成された模擬気液二相流を供試体１０に供給する。

供試体１０は、蒸気供給配管１６から供給された高温の加熱用流体を伝熱管群１２の凝縮流流路２２に流すことにより、伝熱管群１２を加熱する。供試体１０は、さらに伝熱管群１２によりその加熱用流体を冷却することにより、廃加熱用流体を生成する。

供試体１０は、さらに、模擬気液二相流供給配管１４から供給された模擬気液二相流を沸騰二相流流路１９に流すことによりその模擬気液二相流を低温低圧雰囲気で伝熱管群１２に接触させ、低温低圧雰囲気で模擬気液二相流を加熱する。その低温低圧雰囲気の圧力が取り得る試験圧力範囲は、たとえば、大気圧以上であり、１０気圧以下である。その低温低圧雰囲気の温度が取り得る試験温度範囲は、低沸点流体として例えばアンモニアを使う場合、その試験圧力範囲における低沸点流体の沸点２０℃を含み、０℃〜２７℃程度とする。このため、その模擬気液二相流は、低温低圧雰囲気で加熱されることにより、液相が沸騰する。供試体１０は、その模擬気液二相流の液相を沸騰させることにより、その模擬気液二相流から廃模擬気液二相流を生成する。すなわち、その廃模擬気液二相流の気相は、低沸点流体と高密度気体とを含有し、低沸点流体の蒸気と高密度気体とが混合した混合ガスから形成されている。その廃模擬気液二相流の液相は、模擬気液二相流供給配管１４から供給された模擬気液二相流の一部から形成されている。

ユーザは、供試体１０によりその模擬気液二相流から廃模擬気液二相流が生成されているときに、複数のセンサを用いて複数の物理量をそれぞれ測定する。ユーザは、その測定された複数の物理量に基づいて、沸騰二相流流路１９を流れる模擬気液二相流の挙動を解析し、供試体１０の挙動を解析する。ユーザは、さらに、その解析された模擬気液二相流の挙動と供試体１０の挙動とに基づいて、高温高圧雰囲気における対象気液二相流の挙動を解析し、沸騰二相流流路１９に高温高圧雰囲気が生成されるときの供試体１０の挙動を解析する。

このような模擬気液二相流は、低温低圧雰囲気で液相が沸騰し、供試体１０が熱交換器として利用されているときに沸騰二相流流路１９を高温高圧雰囲気で流れる水（対象気液二相流）を適切に再現することができる。このため、このような相変化二相流模擬試験方法によれば、相変化二相流模擬試験装置１は、供試体１０が熱交換器として利用されているときに沸騰二相流流路１９を流れる対象気液二相流の挙動を模擬気液二相流に適切に再現させることにより、供試体１０を適切に試験することができる。

低温低圧雰囲気で利用されるセンサは、一般的に、高温高圧雰囲気で利用されるセンサに比較して、より安価であり、より容易に利用されることができる。供試体１０は、内部に高温高圧雰囲気を生成するときに、様々な手当てをする必要がある。このような相変化二相流模擬試験方法によれば、相変化二相流模擬試験装置１は、さらに、高温高圧雰囲気における対象気液二相流の挙動を模擬気液二相流に低温低圧雰囲気で再現させることにより、安価であるセンサを利用することができ、供試体１０にその手当てをする必要がない。このため、このため、このような相変化二相流模擬試験方法によれば、相変化二相流模擬試験装置１は、供試体１０を容易に試験することができる。

このとき、供試体１０は、２つの流体の熱交換と異なる手段で模擬気液二相流を加熱する他の供試体に置換されることができる。その供試体としては、電熱器により沸騰二相流流路１９を加熱する供試体が例示される。このような供試体も、既述の実施の形態における供試体１０と同様にして、相変化二相流模擬試験装置１により容易に試験されることができる。

ユーザは、貯蔵タンク２の内部の圧力が所定の圧力より小さいときに、加圧用配管６を操作することにより、ポンプ５により加圧された低沸点流体を貯蔵タンク２に供給し、貯蔵タンク２の貯留空間の気圧を所定の圧力まで上昇させる。このような動作によれば、相変化二相流模擬試験装置１は、貯蔵タンク２の内部の圧力が所定の圧力以上になるように維持され、貯蔵タンク２により気液分離された高密度気体がブロア３により適切に気液混合器７に供給されることができ、貯蔵タンク２により気液分離された低沸点流体がポンプ５により適切に気液混合器７に供給されることができる。このため、相変化二相流模擬試験装置１は、気液混合器７が模擬気液二相流を適切に生成することができ、供試体１０を適切に試験することができる。

なお、加圧用配管６は、他の加圧用配管に置換されることもできる。その加圧用配管は、貯蔵タンク２の内部の圧力を測定する圧力センサを備え、その測定された圧力が所定の圧力より小さいときに、ポンプ５により加圧された低沸点流体を貯蔵タンク２に供給し、貯蔵タンク２の貯留空間の気圧を所定の圧力まで上昇させる。このような加圧用配管が利用される相変化二相流模擬試験装置も、既述の実施の形態における相変化二相流模擬試験装置１と同様にして、気液混合器７が模擬気液二相流を適切に生成することができ、供試体１０を適切に試験することができる。

凝縮器８は、供試体１０から排出された廃模擬気液二相流を冷却することにより、その廃模擬気液二相流の気相の一部を凝縮させる。凝縮器８は、その気相の一部を凝縮させることにより、凝縮後模擬気液二相流を生成する。凝縮器８は、その凝縮後模擬気液二相流を貯蔵タンク２に貯留する。貯蔵タンク２は、その凝縮後模擬気液二相流を気液分離することにより、低沸点流体と高密度気体とを生成する。

このような動作によれば、相変化二相流模擬試験装置１は、供試体１０から排出された廃模擬気液二相流を再利用することにより、供試体１０から排出された廃模擬気液二相流を再利用しない他の相変化二相流模擬試験装置に比較して、より少量の低沸点流体と高密度気体とを用いて供試体１０を試験することができる。このため、相変化二相流模擬試験装置１は、供試体１０を容易に試験することができる。

なお、相変化二相流模擬試験装置１は、低沸点流体と高密度気体とから形成される模擬気液二相流を供試体１０から貯蔵タンク２へ供給する流路を省略することができる。その流路が省略された相変化二相流模擬試験装置は、貯蔵タンク２に貯留された低沸点流体と高密度気体とだけで十分に供試体１０を試験することができるときに利用される。このような相変化二相流模擬試験装置も、既述の実施の形態における相変化二相流模擬試験装置１と同様にして、供試体１０を適切に、かつ、容易に試験することができる。

なお、相変化二相流模擬試験装置１は、伝熱管２１の内部に設けられるヒーターをさらに備えることもできる。このとき、相変化二相流模擬試験装置１は、そのヒーターを用いて、沸騰二相流流路１９を流れる模擬気液二相流を加熱する。このため、相変化二相流模擬試験装置１は、伝熱管２１の凝縮流流路２２に高温の蒸気を流さないで供試体１０を試験することができ、供試体１０を容易に適切に試験することができる。

相変化二相流模擬試験装置の実施の他の形態は、既述の実施の形態における相変化二相流模擬試験装置１がヒーターをさらに備えている。そのヒーターは、気液混合器７により生成された模擬気液二相流を加熱することによりその模擬気液二相流の液相を沸騰させる。そのヒーターは、その模擬気液二相流の液相を沸騰させることにより、模擬加熱用流体を生成し、その生成された模擬加熱用流体を供試体１０に供給する。このとき、蒸気供給配管１６は、その模擬加熱用流体を伝熱管群１２の凝縮流流路２２に供給する。供試体１０は、その模擬加熱用流体を高温高圧雰囲気で伝熱管群１２の凝縮流流路２２に流すことにより、その模擬加熱用流体を冷却し、その模擬加熱用流体の気相を凝縮させる。供試体１０は、その模擬加熱用流体の気相を凝縮させることにより、その模擬加熱用流体から廃模擬加熱用流体を生成する。廃温水排出配管１６は、凝縮流流路２２により生成された廃模擬加熱用流体を凝縮器８に排出する。凝縮器８は、廃模擬加熱用流体を冷却することにより、廃模擬加熱用流体をさらに凝縮させ、その凝縮された廃模擬加熱用流体を貯蔵タンク２に貯蔵する。

このような模擬加熱用流体は、供試体１０の凝縮流流路２２により高温高圧雰囲気で凝縮される高温高圧の水蒸気を低温低圧雰囲気で適切に再現することができる。このため、このような相変化二相流模擬試験装置は、このような模擬加熱用流体を用いることにより、既述の実施の形態における相変化二相流模擬試験装置１と同様にして、供試体１０を適切に、かつ、容易に試験することができる。

このとき、供試体１０は、２つの流体の熱交換と異なる手段で模擬気液二相流を冷却する他の供試体に置換されることができる。その供試体としては、ペルチェ効果により凝縮流流路２２を冷却する供試体が例示される。このような供試体も、既述の実施の形態における供試体１０と同様にして、このような相変化二相流模擬試験装置により容易に試験されることができる。

なお、このような相変化二相流模擬試験装置は、その模擬加熱用流体が供試体１０により十分に凝縮されるときに、凝縮器８を省略することができ、廃温水排出配管１６によりその模擬加熱用流体が供試体１０から貯蔵タンク２に供給されることができる。凝縮器８が省略された相変化二相流模擬試験装置も、既述の実施の形態における相変化二相流模擬試験装置と同様にして、供試体１０を適切に、かつ、容易に試験することができる。

なお、その低沸点流体は、物性が常温・常圧近傍で沸点を有するものである他の流体に置換されることができる。その流体としては、フロン類、ペンタン、アンモニア、等が例示される。その高密度気体は、物性が常温・常圧近傍で空気の数倍の密度を有するものである他の気体に置換されることができる。その気体としては、クリプトン、キセノンが例示される。このような高密度気体と低沸点流体とが混合されることにより生成される模擬気液二相流は、ある低温低圧雰囲気で液相が沸騰し、その低温低圧雰囲気における気相の属性が高温高圧雰囲気における対象気液二相流の気相の属性に概ね等しい。このとき、その低温低圧雰囲気の温度が取り得る試験温度範囲は、低沸点流体にアンモニアを用いる場合、例えば１０℃〜２７℃である。その低温低圧雰囲気の圧力が取り得る試験圧力範囲は、０．１ＭＰａ（ａｂｓ）〜１ＭＰａ（ａｂｓ）である。このため、このような高密度気体と低沸点流体とが利用される相変化二相流模擬試験装置も、既述の実施の形態における相変化二相流模擬試験装置と同様にして、供試体１０を適切に、かつ、容易に試験することができる。

１ ：相変化二相流模擬試験装置
２ ：貯蔵タンク
３ ：ブロア
５ ：ポンプ
６ ：加圧用配管
７ ：気液混合器
８ ：凝縮器
１０：供試体
１１：圧力容器
１２：伝熱管群
１４：模擬気液二相流供給配管
１５：模擬気液二相流排出配管
１６：蒸気供給配管
１７：廃温水排出配管
１９：沸騰二相流流路
２１：伝熱管
２２：凝縮流流路

Claims (11)

1. 低沸点流体に高密度気体を混合することにより模擬気液二相流を生成する気液混合器と、
   供試体に前記模擬気液二相流を供給する模擬気液二相流供給配管とを備え、
   前記供試体は、低温低圧雰囲気で前記模擬気液二相流を扱い、
   前記模擬気液二相流は、高温高圧雰囲気で扱われる対象気液二相流を模擬し、
   前記低温低圧雰囲気の温度が取る試験温度範囲は、前記高温高圧雰囲気の温度より低く、
   前記低温低圧雰囲気の圧力が取る試験圧力範囲は、前記高温高圧雰囲気の圧力より低く、
   前記高温高圧雰囲気における前記対象気液二相流の気相の密度、表面張力及び粘度は、前記低温低圧雰囲気における前記高密度気体の密度、表面張力及び粘度にそれぞれ実質的に同等であり、
   前記試験圧力範囲における前記低沸点流体の沸点は、前記試験温度範囲に含まれる相変化二相流模擬試験装置。
2. 前記高密度気体は、六フッ化硫黄である請求項１に記載される相変化二相流模擬試験装置。
3. 前記低沸点流体は、フッ化炭化水素またはアンモニアである請求項１〜請求項２のいずれか一項に記載される相変化二相流模擬試験装置。
4. 前記供試体により前記模擬気液二相流から生成される廃気液二相流を凝縮することにより、凝縮後模擬気液二相流を生成する凝縮器と、
   前記凝縮後模擬気液二相流を気相と液相とに気液分離する貯蔵タンクと、
   前記液相を前記気液混合器に供給するポンプと、
   前記気相を前記気液混合器に供給するブロアとをさらに備え、
   前記気液混合器は、前記気相と前記液相とを混合することにより前記模擬気液二相流を生成する請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載される相変化二相流模擬試験装置。
5. 前記供試体により前記模擬気液二相流から生成される廃気液二相流を気相と液相とに気液分離する貯蔵タンクと、
   前記液相を前記気液混合器に供給するポンプと、
   前記気相を前記気液混合器に供給するブロアと、
   前記模擬気液二相流の一部を沸騰させることにより沸騰模擬気液二相流を生成するヒーターとをさらに備え、
   前記気液混合器は、前記気相と前記液相とを混合することにより前記模擬気液二相流を生成し、
   前記模擬気液二相流供給配管は、前記沸騰模擬気液二相流を前記供試体に供給する請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載される相変化二相流模擬試験装置。
6. 前記供試体の内部に設けられるヒーターをさらに備え、
   前記ヒーターは、前記模擬気液二相流を加熱することにより前記廃気液二相流を生成する請求項４〜請求項５のいずれか一項に記載される相変化二相流模擬試験装置。
7. 低沸点流体に高密度気体を混合することにより模擬気液二相流を生成すること、
   供試体に前記模擬気液二相流を供給することを備え、
   前記供試体は、低温低圧雰囲気で前記模擬気液二相流を扱い、
   前記模擬気液二相流は、高温高圧雰囲気で扱われる対象気液二相流を模擬し、
   前記低温低圧雰囲気の温度が取る試験温度範囲は、前記高温高圧雰囲気の温度より低く、
   前記低温低圧雰囲気の圧力が取る試験圧力範囲は、前記高温高圧雰囲気の圧力より低く、
   前記高温高圧雰囲気における前記対象気液二相流の気相の密度、表面張力及び粘度は、前記低温低圧雰囲気における前記高密度気体の密度、表面張力及び粘度にそれぞれ実質的に同等であり、
   前記試験圧力範囲における前記低沸点流体の沸点は、前記試験温度範囲に含まれる相変化二相流模擬試験方法。
8. 前記高密度気体は、六フッ化硫黄である請求項７に記載される相変化二相流模擬試験方法。
9. 前記低沸点流体は、フッ化炭化水素またはアンモニアである請求項７〜請求項８のいずれか一項に記載される相変化二相流模擬試験方法。
10. 前記供試体により前記模擬気液二相流から生成される廃気液二相流を凝縮することにより、凝縮後模擬気液二相流を生成すること、
    前記凝縮後模擬気液二相流を気相と液相とに気液分離することとをさらに備え、
    前記模擬気液二相流は、前記気相と前記液相とが混合されることにより生成される請求項７〜請求項９のいずれか一項に記載される相変化二相流模擬試験方法。
11. 前記供試体により前記模擬気液二相流から生成される廃気液二相流を気相と液相とに気液分離することをさらに備え、
    前記模擬気液二相流は、前記気相と前記液相とが混合され、前記液相の一部が沸騰することにより生成される請求項７〜請求項９のいずれか一項に記載される相変化二相流模擬試験方法。

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