2015 Fiscal Year Annual Research Report
ガス濃縮用吸着筒内の水分吸着量を小型NMRコイルで計測する装置と解析モデルの開発
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25289044
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
小川 邦康 慶應義塾大学, 理工学部, 准教授 (50272703)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ガス濃縮筒 / 水分吸着 / NMR計測 / 解析モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
「圧力スウィング吸着法」（PSAと呼ぶ）を用いたガス濃縮器では、ゼオライトなどのガス吸着層に水分が吸着することによってガス吸着性能が大幅に低下する。本研究では、筒内水分量の短時間・空間分布計測が可能となり、吸着性能の劣化を時系列的に評価することを目的として、供給ガスにPSA操作時にゼオライト吸着筒内に水分が吸着されていく様子を小型NMRコイルとNMR（核磁気共鳴）法を組み合わせて計測する。
PSA 操作時の小型NMR コイルによるゼオライト吸着筒内の水分分布の時系列計測を行うために、複数の小型NMRコイルを吸着筒内に挿入し、多点のNMR信号を同時に計測できるシステムを構築した。
小型酸素濃縮器のゼオライト充填層に吸着した水分量を時系列で計測するために４個の小型NMRコイルを充填層に挿入して、NMR信号を取得した。小型NMRコイルであれば0.5 ～1 wt%という低い水分量でも定量的に計測できることが分かった。
PSA開始から10時間程度で空気供給側から5 mmの位置のゼオライトは20 wt%の水分量となった。23 mmよりも中央側では5ヵ月後でも1～1.5 wt%程度と低い値のままであった。
上記の実験結果を理論と比較して検討するために、数値解析を行った。この解析では、酸素・窒素の質量保存式、拡張Langmuirの吸着式、吸着時の発熱・吸熱を含むゼオライトのエネルギー方程式、流動仕事を含むガスのエネルギー方程式、ガスの流速の式を連立して、ゼオライト充てん層内の酸素・窒素濃度、ガス流速、ガス温度、ゼオライト温度を算出した。この解析により、ガスのエネルギー方程式では移流項とガス付着の際のエンタルピー移行が大きく、ゼオライトのエネルギー方程式ではガスの付着による吸着熱が最も大きいことが分かった。また、ゼオライト温度は下流ほど高く、10000時間程度で定常状態に近づくことが分かった。
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| Research Progress Status |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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