| 研究概要 |
酸素運搬能を持ったガスキャリア液を使用したガスキャリア液循環型酸素濃縮装置には、ガス交換モジュールとして人工肺が用いられており、このモジュール内のガスキャリア液の流動状態が装置の効率に強く影響する。今回、解析対象モジュールをSarns5796(3M、東京)とし、汎用有限要素法解析ソフトANSYS(ANSYS Inc.,U.S.A.)によるコンピュータシミュレーションでガス交換モジュール内の流体流動状態を計算した。これにより、ガス交換モジュールを精度よく構造解析する方法を確立し、システムの最適化を図った。
はじめに、モジュールの至適設計として、入口形状をx、y、z方向それぞれに1.75倍、1/2倍したモデル、出口位置を上端から101.75mm、199.3mmずらしたモデル、出口位置を中央にずらし出口流路部を6.65mm、9.9mmに変更したモデルを解析した。また、流体の流動状態の最適化として、ガスキャリア液溶媒の物性としてシリコンオイル、エタノール、DMSOそれぞれでスケールアップ時の必要膜面積を比較し、さらに流体流量を1-10L/minと変更し必要膜面積を算出することで最適流量を考察した。
至適設計の結果、入口形状をz方向に1.75倍したモデル形状において圧力損失が5%減少し、境膜物質移動係数が11%増加した。流体流動状態の最適化として、シリコンオイル、エタノール、DMSOそれぞれの物性で算出した必要膜面積は同じ値となり、ガスキャリア液の物性は必要膜面積に影響を与えないことがわかった。また最適な流体流量は5L/minのとき、必要膜面積の減少が小さくなり最適流量であることがわかった。以上より、本シミュレーションの解析手法は妥当性を示せ、またガス交換モジュールの至適化、流体流動状態の最適化という目的が達成できた。
|
