JP6090294B2 - 気体濾過装置および気体濾過方法 - Google Patents
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Kn=L/D
クヌセン数Knは、数値が大きいほど気体が希薄であることを示す。気体の圧力を高くすると、クヌセン数は小さくなり熱遷移流の流速が減少する。熱遷移流の流速の低下は、質量流量を低下させる要因であるが、一方密度の上昇は質量流量を増加させる要因である。気体の分子径は、ほとんどが1nm以下であるので、細孔径を例えば0.3nm程度とし、大気圧での気体の平均自由行程を60nmとすれば、クヌセン数Knは約200となる。加圧して、クヌセン数Knが0.1程度となっても、密度の増加による効果が熱遷移流の流速低下の効果を上回り、質量流量が増加する。本発明においては、第1室および第2室を加圧することで、質量流量を増加させ、気体の濾過の速さを高めている。
M=γ1×MP(Kn)+γ2×p0×MT(Kn) ・・・(2)
γ1,γ2は定数
クヌセン数Knは、管路半径R0が一定であれば、圧力p0の関数(Kn=β×p0(βは定数))である。よって、質量流量Mは圧力p0のみの関数である。
M=γ2×p0×MT(Kn) ・・・(3)
p1/p2=(T1/T2)1/2
T1=250K、T2=500Kであり、初期状態ではp1,p2=20MPaであったので、定常状態では、第1空間52の圧力p1は16.7MPa、第2空間54の圧力p2は23.4MPaとなる。したがって、このときの熱遷移流は、多孔体膜50に隔てられた空間の間に6.7MPaの圧力差を与えたとき同等の流れを発生させることが分かる。上記の非特許文献1においては、圧力差を0.2〜0.3MPa(供給圧力0.3〜0.4MPa)として気体分離を行っており、これに比して熱遷移流による流れは、非常に大きなものであることが理解できる。
Claims (9)
- 混入物を含む第1の気体を収容する第1室と、
第1の気体を収容する第2室と、
第1室と第2室を隔て、第1の気体の分子径より大きく、かつ混入物の径より小さな径の細孔を有する多孔体膜と、
多孔体膜の第2室に対向する面の温度を、多孔体膜の第1室に対向する面の温度より高くする温度差生成装置と、
多孔体膜内において第1の気体に関するクヌセン数が0.1以上となる圧力の範囲で第1室の圧力と第2室の圧力を加圧する加圧装置と、
を有する、気体濾過装置。 - 前記混入物が第2の気体である、請求項1に記載の気体濾過装置。
- 前記混入物が第1の気体中の浮遊粒子である、請求項1に記載の気体濾過装置。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の気体濾過装置であって、加圧装置が、第1室の圧力と第2室の圧力を等しい状態に維持しつつ加圧を行う、気体濾過装置。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の気体濾過装置であって、
加圧装置が、混入物を含む第1の気体を第1室に供給する供給装置と、濾過された第1の気体を第2室から排出する排出装置を含む、
気体濾過装置。 - 多孔体膜により隔てられた第1室および第2室を形成するステップと、
第1室に混入物を含む第1の気体を収容し、第2室に第1の気体を収容するステップと、
多孔体膜内において第1の気体に関するクヌセン数が0.1以上となる圧力の範囲で第1室の圧力と第2室の圧力を加圧するステップと、
多孔体膜の第2室に対向する面の温度を、多孔体膜の第1室に対向する面の温度よりも高くして多孔体膜に熱遷移流を発生させるステップと、
を有し、
多孔体膜は、第1の気体の分子径より大きく、かつ混入物の径より小さな径の細孔を有する、気体濾過方法。 - 前記混入物が第2の気体である、請求項5に記載の気体濾過方法。
- 前記混入物が気体中の浮遊粒子である、請求項5に記載の気体濾過方法。
- 請求項6〜8のいずれか1項に記載の気体濾過方法であって、前記加圧するステップにおいて、第1室の圧力と第2室の圧力を互いに等しい状態に維持される、気体濾過方法。
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