凝縮液膜の波状化を利用した汚染ガス除去の促進メカニズムの解明

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650219
• Research Institution: Toyama National College of Technology
• Principal Investigator: 寺西 恒宣 富山工業高等専門学校, 機械工学科, 助教授 (20141880)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 瀧本 昭 金沢大学, 自然科学研究科, 教授 (20019780) ; 鎌倉 勝善 富山工業高等専門学校, 物質工学科, 教授 (40042832)
• Keywords: 凝縮 / 液膜 / 波状化 / 汚染ガス / 除去 / 促進

Research Abstract

本研究は、凝縮およびミスト化を利用したガス吸収法による排ガス処理の高性能化として、凝縮液膜の波状化・乱流化ならびに流動不安定化による凝縮伝熱の促進法を提案し、その基礎メカニズムの解明と最適設計・運転条件を提供することを目的とする。具体的には、強制対流凝縮を対象に凝縮熱伝達率やガス吸収速度に及ぼす凝縮液膜の波状化やフラッディング現象の影響など基礎メカニズムを解明し、それと関連する排熱回収高率、ガス吸収効率、動力損失(圧力損失)を総合評価することによりシステムの最適設計・運転条件を明らかにする。
本年度は、鉛直冷却管内を上向きあるいは下向きに流れる空気-水混合蒸気の管内強制対流凝縮実験装置を設計・製作し、凝縮液膜の動挙動の観察および凝縮速度、圧力損失の測定を行った。さらに、これら凝縮液膜の動挙動と凝縮伝熱特性に及ぼす操作条件(蒸気濃度・温度、速度、気流方向)や装置寸法(冷却管長さ、内径)の影響について検討を行った。その結果、上向き流の場合、気流せん断力により液膜流の不安定波状流あるいは上昇液膜流が出現し凝縮速度が向上すること、および操作条件と装置寸法との関係において凝縮伝熱促進効果には最適値が存在することが明らかにされた。また、提案した方式の実用化には凝縮伝熱促進のみではなく系全体のエネルギー効率についての検討が必要であることから、上向き流において液膜を上昇させるために消費するエネルギーとして単位面積あたりのポンプ動力を圧力損失の測定結果から求め凝縮伝熱促進量と比較した結果、凝縮熱伝達の大幅な向上に対してポンプ動力はかなり小さいオーダーであることが明らかにされた。

Research Products

• [Publications] 瀧本昭: "液膜の波状化による凝縮伝熱の促進(液膜の様相と熱伝達)"日本伝熱シンポジウム講演論文集. 37. 635-634 (2000)
• [Publications] 寺西恒宣: "管内強制対流凝縮熱伝達に及ぼす気流方向の影響"富山工業高等専門学校紀要. 35. (2001)
• [Publications] 寺西恒宣: "液膜の波状化による凝縮伝熱の促進(寸法効果)"日本伝熱シンポジウム講演論文集. 38. (2001)