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

2002 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: ガス吸収 / 凝縮 / 熱伝達 / 促進 / 鉛直円管 / 対向流 / 波状 / 流れ方向

Research Abstract

微小粒子やCO_2などの各種汚染ガスを含む排ガスの分離・回収の高効率化は環境問題解決のためのキーテクノロジーである.その解決策の一つとしてミスト化を利用した凝縮式ガス吸収方式がある.この方式は溶質ガスを含む高温の湿り空気を冷却面と接触させ混合気中の水蒸気分子により凝縮液膜を形成し,同時に気流と液膜表面間のガス濃度差をポテンシャルとしてガス分子を拡散輸送するものである.液膜表面が凝縮により更新され常に高いガス濃度ポテンシャルが維持されることおよび液相内でのガス濃度分布の一様化が生じることにより,ガス吸収が気相内ガス拡散律速となり,液相内拡散律速の従来法である流下液膜方式に比べて数倍ガス吸収速度が促進されるとともに回収液の後処理も軽減できるところに大きな特徴がある.しかし,その一方では,ガス吸収速度が排ガス中に含まれる水蒸気の冷却面への凝縮速度に依存するためガス吸収量には限界がある.すなわち,さらなる本方式の効率向上には凝縮速度の促進法の追究が必要と言える.以上の観点から,本研究は,排ガス処理の特色ある新技術として凝縮およびミスト化を利用したガス吸収法の高性能化を目的に,凝縮液膜流と気流を対向させ,気流せん断力による凝縮液膜の波状化およびフラッディング現象と凝縮速度促進とそれに伴うガス吸収速度の促進のメカニズムについて追究を行った.その結果,汚染ガスとしてCO_2を供した検討では現象が非常に複雑なうえ吸収量測定に多くの問題が生じ,CO_2ガスの除去効率を明らかにするまでには至らなかったが,気流せん断力により液膜の不安定波状流あるいは上昇液膜流が出現し凝縮伝熱が促進されることが凝縮液の動挙動と関連づけて明らかにされた.また,液膜の波状化のために要したポンプ動力とそれによる伝熱促進量の比較から本方式がエネルギー効率の上からも有効であることが明らかにされた.さらに,液膜の波状化による凝縮伝熱の促進に及ぼす管寸法の影響が凝縮液の動挙動と関連づけて明らかにされるとともに促進比が最大となる条件が管寸法と操作条件の関係において存在す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)"第37回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 2. 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. 27-34 (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)"第38回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 2. 563-564 (2001)
• [Publications] 寺西 恒宣: "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)"Thermal Science and Engineering. 9・6. 39-45 (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)"日本冷凍空調学会論文集. 19・3. 237-244 (2002)
• [Publications] TSUNENOBU TERANISHI: "Effect of Flow Direction on Condensation Heat Transfer of Air-water Mixture Inside a Vertical Tube"Proceeding of The 6^<th> ASME-JSME Thermal Engineering Joint Conference. 1. 260 (2003)