ソーレ効果を用いた水素混合ガスの成分分離デバイスの開発に関する基礎研究

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近年の水素利用技術に関連し,水素ガスあるいはその混合気において例外的に顕在化する温度による濃度分布形成(ソーレ効果)に注目し,それを利用して省エネ型の新しいガス分離デバイスを開発することを目的として、基礎的実験を行った。可燃性で危険性のある水素を試験ガスとして用いるため、実験には細心の注意を要し、そのため装置の詳細な検討を繰り返して装置を完成し、試験、データを収集した。基礎実験の概要を記すと、水素と窒素の混合ガスの成分分離を念頭に,先ず,水素,窒素それぞれのガス単独における伝熱と成分分離(ソーレ効果)について基礎的に調べるため,高さ5mm,幅15mm,長さ20mmの微小な矩形チャンネルを流路として,そこに試験ガスを流入させた.そして、上面を加熱,下面を冷却して鉛直方向に温度勾配を作り,ガス成分の分離度合いをガスクロマトグラフィにより測定した.実験パラメタは混合ガスの成分比率(水素と窒素の混合割合)である。その結果、ガス分離は必ずしも明瞭には生じないが、ソーレ効果によって確かに分離される傾向にあることが確認された。ソーレ効果が強いと、対流にもそれに応じた乱れ(ゆらぎ)が生じると予想される。その状況や挙動を見るため、ガス中に熱容量の小さな感温シートを置き、その温度を放射温度計で計測すること、またソーレ効果の強さ程度の測定は、ソーレ効果が無いとしたときの伝熱量(理論)に対する実際の伝熱量の比の形で評価することを計画し、実験装置もそれが可能になるよう工夫しているが、現段階では未だ結果が得られておらず、継続実験中である。