向流交換とは

向流交換は、流体間で熱または化学物質が移動する非常に効率的な自然発生現象です。 このプロセスは、熱の場合は導電性表面、化学交換の場合は部分透過膜を通して行われます。 向流交換では、ドナー液とレシピエント液は常に反対方向に流れます。これは、プロセスにその効率と名前の両方を与える特徴です。 向流交換は、哺乳類の腎臓、鳥の肺、魚のえらなどの多くの生物学的システムで見られ、一般的に使用される工業用化学物質および熱伝達システムです。 同様のシステムは同時交換プロセスであり、これは効果が低く、同じ方向に流れる流体間の移動を特徴としています。

流れる流体間での熱エネルギーまたは懸濁物質の交換は、自然界および業界の両方で一般的な現象です。 これらの電流交換は、同時および向流の2つのグループに分けることができます。 両方とも、それぞれ導電性表面または半透膜を介して、隣接する容器を流れる流体間で熱または懸濁化学物質を交換することを伴います。 流体が共有領域を流れると、熱と化学物質が自然に高濃度領域から低濃度領域に流れ、平衡に達します。 元素移動のこの特性により、向流交換法が2つのうちより効果的になります。

魚のえらの酸素移動のプロセスは、向流交換の利点の良い例です。 酸素に乏しい血液が酸素に富む水の反対の流れに出会うと、酸素は水から血流に拡散し始めます。 これにより、水中の酸素濃度が低下し、血液中の酸素濃度が上昇します。 流れの方向が反対であるという事実により、血液は常に酸素濃度の高い水の上を流れ、流れが分岐するまで交換が続けられます。 しかし、並行流では、2つの流体が同じ方向に流れ、濃度間の関係がすぐに平衡に達し、それによって交換が効果的に停止します。

つまり、並行バリアントとは異なり、向流交換システムは、効率を高めるために関連する要素を完全な交換エリアに転送し続けます。 通常、この効率により、ドナーフローと同じ熱または化学物質の濃度でレシピエントフローがシステムを出る場合、100％の転送値が可能になります。 ただし、同時交換については言えません。平均転送値は50％の領域で実行されます。 これにより、向流交換法は、再生熱交換や腎および肺機能を含む生物学的伝達法などの産業プロセスに適したものになります。