JP2003501246A

JP2003501246A - 回転圧力スイング吸着装置

Info

Publication number: JP2003501246A
Application number: JP2001502946A
Authority: JP
Inventors: ジェイコナーデニス; ジードマンデヴィッド; イェツィオロウスキーレ; ジーキーファーボウイ; ラリッシュベリンダ; マクリーンクリストファー; ショウイアン
Original assignee: クェストエアーテクノロジーズインコーポレイテッド
Priority date: 1999-06-09
Filing date: 2000-06-09
Publication date: 2003-01-14
Also published as: ATE291954T1; CA2274286A1; DE60019114T2; DE60019114D1

Abstract

(57)【要約】圧力スイング吸着（ＰＳＡ）によるガスの分離は回転圧力スイング吸着モジュール内の第１弁手段、及び第２弁手段に協働する複数個の吸着体を有する装置内で行われ、圧力スイング吸着サイクルはこのサイクルの一層高い圧力と、一層低い圧力との間の多数の中間圧力レベルによって特徴づけられる。ガスの流れは流れと圧力とのほぼ定常状態下で、一層高い圧力レベル、及び一層低い圧力レベルと共に、中間圧力レベルで、圧力スイング吸着モジュールに入り、又は出る。この圧力スイング吸着モジュールは積層シート吸着体を含んでいてステータ内で回転するロータを具え、ロータとステータとの間に開口する弁面によって、ロータ内の吸着体に入ったり、出たりする流れのタイミングを制御している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】発明の分野本発明は圧力スイング吸着によって行うガス分離、また特別な適用として空気
からの酸素、又は窒素の分離、及び水素の精製に関するものである。特殊な用途
は有効でコンパクトな機械装置が必要になる酸素の濃縮のための自動車用燃料電
池動力装置である。

【０００２】発明の背景吸着ベッド上に圧力の周期的な変動と、流れの逆転とを組み合わせることによ
り、混合気体の中の吸着が容易でない成分に対し、一層吸着が容易な成分を吸着
ベッドが選択的に吸着することによって、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）によるガ
スの分離が行われる。吸着ベッドの第１端から第２端まで第１方向への流れの期
間中、全体の圧力を上昇させ、反対方向への流れの期間中、全体の圧力を低下さ
せる。このサイクルを繰り返すことにより、吸着が困難な成分が第１方向に濃縮
されると共に、一層容易に吸着される成分が反対方向に濃縮される。

【０００３】次に、一層容易に吸着される成分が少なく、吸着が困難な成分に富む「軽」生
成物をベッドの第２端から送出する。一層強力に吸着する成分に富む「重」生成
物をベッドの第１端から排出する。窒素選択ゼオライト吸着剤を使用しての酸素
の分離、及び水素の精製の重要な例におけるように、通常、軽生成物は圧力スイ
ング吸着により精製すべき希望する生成物であり、重生成物は廃棄物であること
が多い。窒素選択ゼオライト吸着剤を使用して窒素の分離を行う例では、重生成
物は希望する生成物である。通常、供給ガスをベッドの第１端に収容し、ベッド
の圧力が一層高い作動圧力まで上昇した時、ベッドの第２端から第２生成物を送
出すると共に、サイクルの低圧に相当する一層低い圧力で、ベッドの第１端から
、この第２生成物を排出する。

【０００４】圧力スイング吸着によってガスを分離するための従来のプロセスは２種類、又
はそれ以上の種類の吸着剤ベッドを並列に使用し、各吸着剤ベッドの各端部に方
向弁を設け、ベッドを交互の順序で、圧力源と、低圧側とに連結し、作動圧力と
流れの方向とを変化させている。この従来の圧力スイング吸着プロセスは加える
エネルギーを有効に使用することができない。それは、吸着剤ベッドを一層高い
圧力と一層低い圧力との間に吸着剤ベッドを切り換えている間、大きな圧力差に
わたり、弁を通ずる膨張が非可逆的なためである。

【０００５】発明の開示本発明は圧力スイング吸着プロセス、及び真空スイング吸着プロセスを高い頻
度で行い得るようにし、エネルギー効率が高く、安価でコンパクトな装置を提供
する。また本発明は特に空気の分離に適用することができる。

【０００６】本発明は一層吸着が容易な成分と、一層吸着が困難な成分とを含むガス混合物
の圧力スイング吸着を行い、増大する圧力の許で吸着材料により供給ガス混合物
から一層吸着が容易な成分を優先的に吸着し、一層吸着が容易な成分に富む重生
成物ガスをガス混合物から分離すると共に、一層吸着が困難な成分に富み一層吸
着が容易な成分が無くなった軽生成物をガス混合物から分離する。この装置は１
個、又は多数の並列する圧力スイング吸着モジュールに協働する遠心圧縮機を有
する。各圧力スイング吸着モジュールは複数個の吸着体を具え、各吸着体は流路
の第１端と第２端との間で吸着材料に接触する流路を有する。

【０００７】更に、各圧力スイング吸着モジュールは吸着体の第１端に供給ガスを収容する
と共に、吸着体の第１端から重生成物ガスを排出するよう、これ等の吸着体に協
働する第１弁手段を有する。また、各圧力スイング吸着モジュールは吸着体の第
２端から軽生成物を送出し、吸着体の第２端から軽還流ガスを引き出し、吸着体
の第２端に軽還流ガスを復帰させるよう、これ等の吸着体に協働する第２弁手段
を有する。「軽還流」の語は第２弁手段を介して吸着体の第２端から（吸着が困
難な成分に富む）軽ガスを引き出し、圧力の降下に続いて、第２弁手段を介して
一層低圧で他の吸着体に上記の軽ガスを復帰させることを意味する。第１弁手段
、及び第２弁手段は各吸着体内に順次、行われる圧力スイング吸着サイクルの工
程を画成するように作動すると共に、吸着体と圧縮機との間の特定の全圧力レベ
ルで流れのタイミングを制御する。

【０００８】本発明の圧力スイング吸着プロセスは各吸着体内の圧力スイング吸着サイクル
を確立し、各サイクル内で、圧力スイング吸着サイクルの一層高い圧力と一層低
い圧力との間に、各吸着体内の全作動圧力を繰り返し変動させる。また、この圧
力スイング吸着サイクルによって一層高い圧力と一層低い圧力との間で複数個の
中間圧力を生ぜしめる。一般に、この装置の圧縮機は供給ガス遠心圧縮機と、第
２生成物ガス排出装置とを有する。この排出装置は一層低い圧力が少なくとも大
気圧である時は、エキスパンダ（例えばラジアルインフロータービン）である。
この排出装置は一層低い圧力が大気圧以下である時は、真空ポンプである。軽還
流ガスエキスパンダを軽還流圧力降下からエネルギーを回収するために設けても
よく、例えば軽生成物圧縮機を駆動するために使用してもよい。

【０００９】本発明においては、数個の工程で、吸着体の供給加圧のため別々の中間圧力で
、また軽生成物の生産のため、一層高い圧力で、供給圧縮機は供給ガスを第１弁
手段に供給する。通常、数個のステージで、吸着体の向流ブローダウンのための
別々の中間圧力で、及び一層低い圧力で、排出装置は第２生成物ガスを第１弁手
段から受け取る。軽還流エキスパンダは数個の別々の軽還流ステージで、圧力降
下を行い、次に一組の別々の中間圧力レベルで第２弁手段から吸引を行い、膨張
後、一層低い一組の別々の中間圧力レベルで第２弁手段にこの吸引したガスを復
帰させることができる。熱的に増大したエネルギの回収のため、まさに膨張しよ
うとするガスの流れを加熱するため、熱交換器を設けてもよい。

【００１０】各圧力レベルにおいて、圧縮機に入り、又は圧縮機から出る流れるガス流の圧
力、及び速度をほぼ均一にするため、各圧力スイング吸着スイングモジュールは
いかなる瞬間においても圧力スイング吸着サイクルの各工程を受けさせる数個の
吸着体にとって十分に多数の吸着体を有するのが好適である。加圧工程、及びブ
ローダウン工程中、この工程を通過する数個の吸着体はこれ等吸着体が既に受け
た前の工程の圧力レベルから圧力等化を絞ることによって、各工程の称呼圧力レ
ベルまで順次、順応して、集中して接近する。工程の称呼圧力レベルにおける圧
縮機によって、流れは加圧工程で吸着体に与えられ、又はブローダウン工程で回
収される。従って、各吸着体は圧力、及び流れの大きな周期的変化を受けるにも
拘らず、この工程を通過する数個の吸着体から平均化させることによって、各中
間圧力レベルにおいて圧縮機によって生ずる流れ、及び圧力の脈動は最小になる
。

【００１１】機械的に簡単な圧力スイング吸着モジュールに非常に多くの吸着体を設ける好
適な方法はロータ内に角度離間した素子としてこれ等の吸着体を設置することで
あり、これ等吸着体の対向面は開口しているステータのシ−ル面を横切って掛合
していて、第１弁手段、及び第２弁手段になっている。それぞれ第１弁面、及び
第２弁面にそれぞれ希望する圧力レベル（一層高い、一層低い、及び中間の圧力
レベル）を受け入れるよう適切な角度間隔を有する十分な数のポートを設けるこ
とにより、希望する圧力スイング吸着サイクルを達成することができる。本発明
は高頻度の作動に適する広い表面積の平行路を有する吸着体を提供するが、これ
等の吸着体は吸着剤を支持する層状の薄いシートから成り、フローチャネルを確
立するため、これ等のシートの間にスペーサを有し、環状円筒容器の容積を充填
するよう、これ等の吸着体は設置されており、この環状容器の軸線の周りに吸着
体を角度離間し、これ等吸着体内に圧力スイング吸着スイングを導入するずれた
位置に、上記の吸着体の角度離間距離を対応させる。本発明のこの態様は圧力ス
イング吸着プロセスの弁機能を生ずるよう容器を回転させる場合に限定すること
なく、回転多数ポート弁を回転することによって圧力スイングサイクルを制御す
る多数の吸着体を収容する非回転容器の場合に限定することなく、有効に適用す
ることができる。好適な実施例では、円筒容器がロータであり、第１弁面、及び
第２弁面に掛合してロータが回転することによって弁機能を生ずる。

【００１２】各圧力スイング吸着モジュール内に一層少ない数の吸着体を使用すると、流れ
、及び圧力の過度の脈動から圧縮機の各ステージを隔離するためにサージ吸着体
室が必要になる。十分に大きいサージ吸着体室を設けた場合は、圧縮機によって
生ずる流れ、及び圧力の脈動はここでも最少になる。

【００１３】吸着体の構造は目標とすべき３つの主要な最高レベルを有する。１）吸着媒体内に選択的な吸着を生ずる微孔。２）フローチャネルからほぼミクロン大の吸着媒体への接近を可能にする粗孔
隙。この粗孔隙と隣接するフローチャネルとの間の平衡が崩れるのが常に最も少
なくなるよう物質移動抵抗が最小であるのが望ましい。３）吸着媒体間のフローチャネル。このプロセスによってこのフローチャネル
に沿い濃度勾配が確立される。

【００１４】ゼオライトモレキュラシーブ吸着剤を使用する圧力スイング吸着ガス分離にお
いては、ゼオライト結晶構造によって微孔を画成する分子の大きさの顕著な精密
に組織化した構造が通常の技術で確立している。この微孔はほぼナノメータの大
きさであり、１ミクロン、又は数ミクロンのゼオライト微結晶の代表的な大きさ
まで、この微孔は組織化されている。

【００１５】従来の圧力スイング吸着技術では、ゼオライト微結晶を非晶質の粗孔隙の構造
に凝集し、吸着剤ペレット、又はビードを形成する。粗孔隙は微結晶間を相互に
連結するキャビティの多少ともランダムな網状組織によって設けられ、粘結剤が
空隙を埋めている。生じている粗孔隙は非常に曲がりくねっていて、その曲がり
は粗孔隙の有効長さを通常３倍にしており、これに対応して質量移動拡散抵抗を
増大させる欠点がある。

【００１６】通常、吸着剤ビードは１ミリメータ、又は数ミリメータの大きさで形成され、
吸着剤収容容器内に装入されパックされたベッドを形成している。フローチャネ
ルはビード間の空隙の部分によって設けられ、通常１メートル程度の長さを有す
る。パックされたベッドのランダムな組立は流れとしての混合現象と共に、ビー
ドの周りで分割し、再結合し、その結果、軸線方向に分散し、これにより、分離
プロセスによって生じた集中波面の鮮明さを低下させる。また、パックされたベ
ッドはフローチャネル内で、もともと大きな圧力降下がある。

【００１７】ゼオライトモレキュラシーブに基づく先行技術の吸着剤ビードはゼオライト結
晶格子の微孔の大きさでは理想的に組織化されているが、その構造は粗孔隙（ビ
ード組織）、及びフローチャネル（吸着体組織）の大きさにおいては満足すべき
ものでない。粒状ビードのパックされたベッドは圧力降下と流動化拘束とを受け
易く、そのため、１ｍｍ直径より小さい小径のビードでの作動を実行不可能にし
てしまう。比較的大きなビードの質量移動粗孔隙拡散抵抗は粗孔隙の湾曲率によ
って一層悪化し、毎分ほぼ１０サイクル以上の圧力スイング吸着サイクルの頻度
での効率の良い持続する作動を不可能にしてしまう。

【００１８】吸着剤媒体、及びフローチャネルの改善された組織は吸着剤を「吸着剤シート
」の形で支持することである。吸着剤シートは（複合補強部を有する吸着剤とし
て、又は吸着剤をコーティングした不活性シート、又は箔としての）薄いシート
であり、隣接する対をなすシートの間に平行なチャネルとして、スペーサによっ
て生じたフローチャネルを有する。この「吸着剤積層体」の形態はパックされた
ベッドとは異なり、著しく圧力降下が少なく、パックされたベッドに生ずる流動
化の問題もない。今日まで試験した実験用吸着体において、吸着剤シートは１０
０〜１７５ミクロンの厚さの範囲内にある。実験用吸着体の隣接する吸着剤シー
ト間のチャネル幅は吸着剤シートの厚さの５０％〜１００％の範囲内にあった。

【００１９】ゼオライト微結晶のミクロ寸法と積層体のマクロ寸法との間に相当する粗孔隙
の網状組織の中間の大きさの構造を組織化する課題が残っている。この課題は通
常の粘結剤によって結合したゼオライト微結晶の非結晶構造によって得られる非
常に曲がった粗孔隙の網状組織を改良することである。ゼオライト吸着剤ペレッ
トにおける代表的な湾曲率は３〜４の程度である。吸着剤シートの外面に対し斜
めのまっすぐな孔の平行な束の中に粗孔隙を真っ直ぐにすることによって、湾曲
率１の理想的な結果が得られ、通常、質量移動を制御している粗孔隙拡散抵抗を
著しく減少させる。粗孔隙拡散時定数は湾曲率に比例し、吸着剤特性寸法（ペレ
ット直径、又は積層吸着剤シート厚さ）に逆比例するから、湾曲率の１／４の減
少は特性寸法における１／２の減少に等しい。従って、同一のサイクル周波数に
おける等しい粗孔隙質量移動抵抗の場合、吸着剤特性寸法を増大すれば吸着剤フ
ローチャネル表面積を減少させ、従って、吸着剤製作コストを減少させ、またフ
ローチャネルにおける圧力降下を減少させることができる。代案として、特性寸
法を同一に保持し、減少した湾曲性、及び減少した粗孔隙抵抗を利用してサイク
ル周波数を増大させることができる。このようにして、吸着剤の容積を減少させ
、吸着剤の設置コストを減少させることができる。

【００２０】従って、本発明の重要な態様は圧力スイング吸着用吸着体を高い周波数で行う
ように改良するため粗孔隙チャネルを配列することである。本発明のこの態様で
は、吸着体によってフローチャネルと、粗孔吸着材料の壁との間を接触させるが
、粗孔チャネルはほぼ直線状で、この壁に対し斜めである。この壁を吸着剤ペレ
ットの表面にしてもよく、又は平行な隣接する吸着剤シートの間のフローチャネ
ルに接触する吸着剤シートの表面にするのが一層好適である。

【００２１】本発明の他の態様によれば、本発明回転モジュールは吸着材料に加わる圧力
の増大を受けて、それぞれ一層容易に吸着される成分、及び一層吸着されにくい
成分を含むガス混合物の圧力スイング吸着分離を行う回転モジュールにおいて、
前記回転モジュールは回転軸線を有するステータ、及びロータを具え、前記ステ
ータ、及びロータは前記回転軸線に共に中心を占める第１回転弁面と第２回転弁
面とを横切って流体連通して相互に掛合しており、前記ステータは前記第１回転
弁面の角度セクタ内のこの第１回転弁面にそれぞれ開口する複数個の第１機能隔
室と、前記第２回転弁面の角度セクタ内のこの第２回転弁面にそれぞれ開口する
複数個の第２機能隔室とを有し、前記ロータは角度的に離間された複数個の吸着
体素子を有し、前記吸着体素子の吸着材料は隣接する吸着剤シート間にスペーサ
によって画成されたフローチャネルに接触する層になった吸着剤シート内に支持
されており、各前記フローチャネルは第１孔によって前記第１弁面に連通する第
１端と、第２孔によって前記第２弁面に連通する第２端との間に流れの方向に延
在しており、前記回転モジュールは一層高い圧力で前記第１機能隔室の１個に前
記ガス混合物を供給するための手段と、一層低い圧力で前記１個の第１機能隔室
から一層容易に吸着される成分に富んだガスを排出するための手段と、ほぼ前記
一層高い圧力で前記第２機能隔室の１個から一層吸着されにくい成分に富むガス
を送出するための手段とに協働しており、前記機能隔室は前記一層高い圧力と一
層低い圧力との間の複数個の増大する圧力を前記吸着体素子に受けされるための
複数個の加圧隔室を有すると共に、更に前記機能隔室は前記一層高い圧力と一層
低い圧力との間の複数個の降下する圧力を前記吸着体素子に受けさせるための複
数個のブローダウン隔室を有し、各前記第１孔を各前記第１機能隔室の前記角度
セクタ内に順次合致させるように前記ロータを回転させることによって各前記第
１孔を前記第１機能隔室に流体連通するように開放させると共に、各前記第２孔
を各前記第２機能隔室の前記角度セクタ内に順次合致させるように前記ロータを
回転させることによって各前記第２孔を前記第２機能隔室に流体連通するよう開
放させて、各前記吸着体素子内の圧力を一層高い圧力と一層低い圧力との間に周
期的に変動させるため、前記ロータを回転させる手段を有することを特徴とする
。

【００２２】本発明の他の態様によれば、本発明吸着体素子は吸着材料を流体混合物に接触
させる吸着体素子において、吸着材料と支持材料とから成る層状のシートから吸
着体素子を形成し、隣接する対のシートの間にあって前記シートに平行な流れの
方向にフローチャネルを生ぜしめるため前記シート間にスペーサを設け、これ等
スペーサによって生じた前記フローチャネルに沿い前記吸着体素子を通じて前記
流れの方向に流路を画成する第１端と第２端とを前記吸着体素子が有し、複数個
の類似の吸着体素子を含む環状円筒容器内の環状セクタを前記吸着体素子が占め
、容器内の前記吸着体素子の相対角度位置に従う相対位相で、前記容器内の各前
記吸着体素子を圧力スイング吸着サイクルの許で作動させることを特徴とする。

【００２３】本発明の他の態様によれば、圧力スイングに使用する本発明吸着構造は吸着材
料に接触する少なくとも１個の流体フローチャネルと、前記フローチャネルにほ
ぼ垂直である粗孔隙のチャネルが貫入している壁であって、前記フローチャネル
を画成している前記吸着材料の少なくとも１個の壁とを具えることを特徴とする
。

【００２４】本発明の他の目的、及び利点は以下の本発明の好適な実施例の説明により明ら
かになるであろう。

【００２５】好適な実施例の詳細な説明図１は並列の複数個の「Ｎ」個の共同する吸着体３を有する吸着組立体２を具
える基本圧力スイング吸着装置１を示す。各吸着体３はその第１端５と第２端６
との間に流路４を有し、この流路に吸着材料が接触する。これ等吸着体に、第１
弁手段７、及び第２弁手段８を協働させる。矢印９は図１に示すように、第１弁
手段、及び第２弁手段のポートに連結されている吸着体の進行の方向を示す。本
発明の好適な実施例におけるように、回転吸着体の場合には、吸着体ロータ２を
その回転軸線の周りに、３６０の部分に展開して図１に示す。従って、この回転
によって、吸着体を矢印９の方向に前進させ、図２のサイクルを受けさせる。

【００２６】ロータ２の展開図の左手の端縁１３は３６０度回転後には右手の端縁１４に復
帰する。また、本発明の範囲内において、単一のロータ２内に、「Ｎ」個の吸着
体の「Ｍ」個のグループの整数倍を設けることができる。その場合の端縁１３か
ら端縁１４までの角度の拡がりは３６０／Ｍである。この構造は第１弁手段、及
び第２弁手段への流体連結が非常に複雑になる欠点があるが、（同一の圧力スイ
ング吸着のサイクル周波数についてＭの係数だけ）回転速度が遅くなり、圧力が
対称になり、応力分布が有利になる利点がある。「Ｍ」＝２の場合、図１は本発
明によるロータの１８０度の各側面を示している。

【００２７】図２はサイクル期間「Ｔ」にわたり、各「Ｎ」個の吸着体が順次受ける圧力ス
イング吸着サイクルを示す。連続する吸着体におけるサイクルはＴ／Ｎの時間間
隔で位相がずれている。図２では、垂直軸線１０は吸着体内の作動圧力と、第１
、及び第２隔室内の圧力とを示している。吸着体の素子内の流れに起因する圧力
降下をここでは省略している。圧力スイング吸着プロセスの一層高い作動圧力、
及び一層低い作動圧力はそれぞれ点線１１、１２によって示されている。

【００２８】水平軸線１５は点１６、１７の間の時間間隔によって定まる圧力スイング吸着
サイクル周期の場合の時間を示す。時間１６、１７では、吸着体３内の作動圧力
は圧力１８である。吸着体３の第１端５を第１弁手段７によって、第１中間供給
圧力２１で、第１供給手段２０に開く際、時間１６から出発して、このサイクル
は開始される。この吸着体の圧力は時間１７での圧力１８から第１中間供給圧力
２１まで上昇する。更に進行すると、次に、第１端１５を第２中間供給圧力２３
で、第２供給手段２２に開く。この吸収体の圧力は第２中間供給圧力まで上昇す
る。

【００２９】次に、第１端５を圧力スイング吸着プロセスの一層高い圧力で、第３供給手段
２４に開く。この吸着体の圧力が実質的に一層高い作動圧力まで一旦上昇してし
まうと、吸着体の第２端６を第２弁手段によって軽生成物送出導管２５に開き、
精製軽生成物を送出する。供給ガスを依然として第３供給手段から吸着体３の第
１端に供給しながら、次に、第２端６を軽生成物送出導管２５に対し閉じ、導管
２９により、第１軽還流圧力降下手段３０に「軽還流」ガスを送出するため、第
２端６を開く。（この「軽還流」ガスは第２生成ガスと同様、容易に吸着されな
い成分に富む。）この軽還流圧力降下手段は導入口ヒータ、又は絞りオリフィス
のような任意の熱交換器を有するエキスパンダにすることができる。供給手段の
全部、又は若干を供給圧縮ステージにしてもよい。この供給手段の一つを空気浄
化装置、又は空気分離装置のための周囲の大気のような外部の供給源にしてもよ
い。

【００３０】次に吸着体３の第１端５を第１弁手段により閉じると共に、第２端６を第２弁
手段により、順次、開き、（ａ）導管３３によって軽還流ガスを第２軽還流圧力
降下手段３４に送出しながら、吸着体圧力を第１コーカレントブローダウン圧力
３２まで降下させ、（ｂ）導管３７によって軽還流ガスを第３軽還流圧力降下手
段３８に送出しながら、吸着体の圧力を第２コーカレントブローダウン圧力３６
まで降下させ、（ｃ）導管４１によって軽還流ガスを第４軽還流圧力降下手段４
２に送出しながら、吸着体の圧力を第３コーカレントブローダウン圧力４０まで
降下させる。次に、向流ブローダウン工程に続く軽還流復帰工程になるまで、或
る期間にわたり、第２端６を閉じる。

【００３１】軽還流圧力降下手段を膨張エネルギーの回収のための機械的膨張ステージにし
てもよく、又は非可逆圧力降下のための制限オリフィス、または絞り弁にしても
よい。

【００３２】（図２に示すように）最終的な軽還流送出工程後、第２端６を閉じる時か、又
は軽還流送出工程がまだ続いている間より一層早く、第１端５を第１排出手段４
６に対して開き、吸着体圧力を第１向流ブローダウン中間圧力４８まで低下させ
ると共に、（一層強力に吸着する成分に富む）「重」ガスを第１排出手段に解放
する。次に第１端５を第２排出手段５０に対して開き、吸着体の圧力を第２向流
ブローダウン中間圧力５２まで低下させると共に、「重」ガスを解放する。次に
、第１端５を第３排出手段５４に対し開き、吸着体の圧力を圧力スイング吸着プ
ロセスの一層低い圧力１２まで低下させると共に、「重」ガスを解放する。一旦
、吸着体の圧力が上記の一層低い圧力にほぼ達すると共に、第１端５を第３排出
手段５４に対し開放すると、第２端６を開いて、導管５５により、第４軽還流圧
力降下手段４２から（パージガスのような）第４軽還流ガスを受け入れる。これ
により、一層多くの重ガスを第３排出手段に移動させる。

【００３３】第１排出手段、第２排出手段、及び第３排出手段からの重ガスは合体して重生
成物５６として送出される。これ等排出手段の全部、又は若干は機械的排出装置
ステージとしてもよく、また代案として、圧力を減少させなければならない場合
には、膨張ステージとしてもよく、圧力を大気圧まで増大させなければならない
場合には、真空ポンプステージにしてもよく、又は上昇した圧力で、第２生成物
の排出を行う必要がある場合には、排出圧縮ステージにしてもよい。例えば、周
囲の大気圧のような外部のシンクに通気することによって、排出手段を設けても
よい。

【００３４】次に、第１端５を閉じた後、吸着体を軽還流ガスによって再加圧する。続けて
、第２端６を開き、（ａ）導管５９によって、軽還流ガスを第３軽還流圧力降下
手段３８から受け取り、吸着体の圧力を第１軽還流加圧圧力６０まで上昇させ、
（ｂ）導管６１によって、第２軽還流圧力降下手段３４から軽還流ガスを受け取
り、吸着体の圧力を第２軽還流加圧圧力６２まで上昇させ、（ｃ）導管６３によ
って、第１軽還流圧力降下手段３０から軽還流ガスを受け取り、吸着体の圧力を
第３軽還流加圧圧力６４まで上昇させる。軽還流加圧のための軽還流の復帰がな
お続いている間に、供給加圧が既に開始されていなければ、第３軽還流加圧工程
が終了するや否や、時間１７の後、このプロセスは次のサイクルのための供給加
圧を開始する。

【００３５】導管７０によって任意のサージ吸着体室７１を通じて、各供給手段（例えば２
０）から、供給隔室７２に供給流を送出する。この供給隔室７２は第１弁手段７
の供給ポート７３に開いている。供給隔室７２は数個の吸着体に対し同時に開い
ていてもよく、各吸着体が供給隔室７２に開いている際、圧力の徐々の絞り平衡
化を行うよう、制限入口７４を有することができる。

【００３６】第１弁手段７の排出ポート８３に開いている排出隔室８２から、導管８０によ
って、任意のサージ吸着体室８１を通じて、排出流を各排出手段（例えば４６）
に送出する。排出隔室８２を数個の吸収体に対して、同時に開いてもよく、各吸
着体を排出隔室８２に対し開放する際、圧力の徐々の絞り平衡化を行うよう、排
出隔室８２は制限入口８４を有することができる。

【００３７】第２弁手段８内の軽生成物ポート８８に開いている軽生成物出口隔室８７から
、任意のサージ吸着体室８６を通じて、軽生成物送出導管２５に、軽生成物を送
出する。

【００３８】第２弁手段８内の軽還流出口ポート９３に開いている軽還流出口隔室９２から
、導管９０により、任意のサージ吸着体室９１を通じて、各軽還流圧力降下手段
（例えば３４）に、軽還流を送出する。軽還流出口隔室９２を数個の吸着体に対
して、同時に開放していてもよく、各吸着体が軽還流出口隔室９２に対し開いて
いる際、徐々の絞り平衡化を生ずるよう、軽還流出口隔室９２は制限入口９４を
有していてもよい。

【００３９】第２弁手段８内の軽還流入口ポート９８に開口している軽還流入口隔室９７に
、導管９５によって、各軽還流圧力降下手段（例えば３４）から、任意のサージ
吸着体室９６を通じて、軽還流を送出する。軽還流出口隔室９７は数個の吸着体
に対し、同時に開いていてもよく、各吸着体が軽還流入口隔室９７に開いている
際、徐々の絞り平衡化を行うよう、制限入口９９を軽還流出口隔室９７は有する
ことができる。

【００４０】第１弁手段、及び第２弁手段の隔室内で絞ることによって、又は吸着体の第１
端、及び第２端におけるポートを絞ることによって、各加圧工程、又は各圧力ブ
ローダウン工程における圧力変動割合を制限することができ、その結果、図２に
示すような代表的な圧力波形を生ずる。過剰に急激な圧力変更割合は吸着体に機
械的応力を加えると共に、吸着体内の集中波面の軸線方向の伝播を増大させる傾
向がある流れの過渡的な現像を生ぜしめる。サイクルの各工程を同時に通過する
複数個の吸着体を有することにより、及び／又は第１弁手段、及び第２弁手段に
連結する導管内にサージ吸着体を設けることにより、流れ、及び圧力の脈動を最
小にする。

【００４１】供給加圧、向流ブローダウン排出、又は軽還流の各主要な工程において、一層
多い、又は一層少ない中間ステージを有することによって、図２に示すサイクル
を一般化させることができる。更に、空気分離、又は空気浄化の用途においては
、供給加圧のステージ（代表的には第１ステージ）はサイクルの中間圧力として
の大気圧との等化によって遂行される。同様に、向流ブローダウンのステージは
サイクルの中間圧力としての大気圧との等化によって遂行される。

【００４２】図３図３は多段、又はスプリット流遠心圧縮機１０１、及び多段、又はスプリット
流排出真空ポンプ１０２を有するVPSA（真空圧スイング吸着）用空気分離システ
ム１００の単純化した線図である。この回転吸着体モジュール１０３は吸着体ロ
ータ２と、第１弁ステータ１０４、及び第２弁ステータ１０５を具えるステータ
組立体とを有する。ロータ２は図３に示すようなラジアルフロー、又はアキシャ
ルフローの形態にすることができる。

【００４３】ロータ２は「Ｎ」個の吸着体３を有しており、この場合の流路は吸着体の第１
端５と第２端６との間に半径方向に指向している。吸着体の第１端５は第１弁ス
テータ１０８に対するシ−ル面１０７に対し、孔１０６によって開放しており、
第１弁ステータ１０８は第１弁手段７を画成するポート１０９を有する。第１弁
ステータ１０８はポート１０９によって、シ−ル面１０７に流体連通している複
数個の機能隔室を有し、これ等の機能隔室には第１加圧供給隔室１１１、第２加
圧供給隔室１１２、一層高い圧力にある生産供給隔室１１３、第１向流ブローダ
ウン排出隔室１１４、第２向流ブローダウン排出隔室１１５、及び実質的に一層
低い圧力にあるパージ排出隔室１１６を含む。

【００４４】吸着体の第２端６は第２弁ステータ１０５に対するシ−ル面１１９に対し、孔
１１８によって開いており、第２弁ステータ１０５は第２弁手段８を画成してい
る開口１２０を有する。第２弁ステータ１０５は実質的に一層高い圧力にある軽
生成物送出隔室１２１、この隔室１２１の単に下流端である第１軽還流出口隔室
１２２、第２軽還流出口隔室１２３、第３軽還流出口隔室１２４、第４軽還流出
口隔室１２５、実質的に一層低い圧力でのパージのための第４軽還流復帰隔室１
２６、第３軽還流復帰隔室１２７、第２軽還流復帰隔室１２８、及び第１軽還流
復帰隔室１２９を有し、これ等各隔室はポート１２０によってシ−ル面１１９に
流体連通している。第１、及び第２の弁ステータ内のこれ等隔室に連通するポー
トの角度間隔は図２のサイクルと同様に、圧力スイング吸着サイクル工程のタイ
ミングを決定している。

【００４５】この実施例では、環状ロータ２の外側半径、及び内側半径によって、シ−ル面
１０７、１１９をそれぞれ画成している。シ−ル面における機能隔室間の流体シ
−ルは間隙シ−ルによって達成される。隔壁１３１によって、第１、及び第２の
弁ステータに取り付けられたスリッパ１３０としてこの間隙シ−ルを設けている
。隔壁１３１は隣接する隔室間の静的なシ−ルとなる。スリッパ１３０は狭いシ
−ル間隙を有してシ−ル面に掛合し、各圧力変動工程における吸着体と機能隔室
との間のガスの流れを絞る作用をし、各吸着体はこの吸着体に対し正に開こうと
する次の機能隔室の圧力に平滑に等しくなる。機能隔室に加えて、若干の間隙シ
−ルスリッパの背後に、静圧バランス隔室（例えば１３２、１３３）を設ける。
機能隔室として使用されていない第１、及び第２の弁ステータの角度セクタ内に
静圧バランス隔室を配置し、これにより、間隙スリッパの背後の制御された圧力
分布を生ぜしめ、過剰な接触圧力を生ずることなく、従って過剰な摩擦力を生ず
ることなく、確実なシ−ル掛合を維持する。

【００４６】この装置１００は供給空気導入口フィルタ１４０を有し、このフィルタ１４０
から、任意の除湿器１４１、及び導管１４２を通じて、供給空気を供給圧縮機導
入口１４３に運ぶ。この実施例では、第１中間供給加圧圧力をほぼ大気圧になる
よう選択し、従って、導管１４２も第１供給加圧隔室１１１に連通する。供給圧
縮機１０１は導管１４５、及び任意の除湿器１４６によって隔室１１２に連通し
ていて、第２中間供給加圧圧力にある第１排出ポート１４４と、導管１４８、及
び任意の除湿器１４９によって隔室１１３に連通しているサイクル圧力の実質的
に一層高い圧力にある第２排出ポート１４７とを有する。

【００４７】排出真空ポンプ１０２は排出隔室１１６に流体連通して、サイクルのほぼ一層
低い圧力にある第１導入口ポート１５０と、隔室１１５に流体連通して、第２向
流ブローダウン圧力にある第２導入口ポート１５２と、隔室１１４に流体連通し
て、第１向流ブローダウン圧力にある第３導入口ポート１５４とを有する。真空
ポンプ１０２は一層容易に吸着される成分に富む第２生成ガスとしての結合され
た排出向流ブローダウンガスをほぼ大気圧まで圧縮し、第２生成ガスを排出ポー
ト１５６から排出する。

【００４８】エネルギーの回収を行わず、軽還流圧力降下を任意に行う場合には、図示のよ
うに、軽還流出口隔室、及び復帰隔室１２２、１２９の間、１２３、１２８の間
、１２４、１２７の間、及び１２５、１２６の間に、それぞれ絞り弁１６０によ
って、４個の各軽還流ステージのための圧力降下を行う。アクチュエータ手段１
６５を設けて、絞り弁のオリフィスを調整する。

【００４９】図４、図５、図６、及び図７図４は特に一層規模の小さい酸素発生に適するアキシャルフロー回転圧力スイ
ング吸着モジュール２００を示す。吸着体３内の流路は軸線２０１に平行である
。吸着体内の流れが半径方向であるか、軸線方向であるかに関係なく、プロセス
隔室、及び機能隔室の工程はなお同一の角度関係にある。図５、図６、及び図７
はそれぞれ矢印２０２−２０３、２０４−２０５、及び２０６−２０７によって
、それぞれ画成される平面に沿うモジュール２００の断面図である。図４は一層
高い圧力の隔室１１３、１２１、及び一層低い圧力の隔室１２６、１１７を通る
モジュール２００の軸線断面である。吸着体ロータ２は「Ｎ」個の吸着体３を吸
着体ホイール２０８内に有し、第１弁ステータ１０３と第２弁ステータ１０５と
の間で回転する。矢印２１１によって示すように、圧縮供給空気を隔室１１３に
供給すると共に、矢印２１２によって示すように、窒素に富む排出ガスを隔室１
１７から排出する。

【００５０】ロータ２の両端において、円周シ−ル２１５、２１６が第１シ−ル面１０７を
限定し、円周シ−ル２１７、２１８が第２シ−ル面１１９を限定している。これ
等のシ−ル面は平坦なディスクである。また、これ等の円周シ−ルは機能隔室間
のシ−ル面内の間隙スリッパ１３０の端部を画成している。第１弁ステータ、及
び第２弁ステータに一体に組み立てられて、ハウジング２２５内にある軸受２２
０によってロータ２を支持している。ロータ２の外側リムに摩擦掛合、歯車掛合
、又はベルト掛合しているリム駆動モータ２３０によってロータ２を駆動する。

【００５１】エネルギーの回収を行う軽還流圧力降下の選択を示し、スプリット流軽還流エ
キスパンダ２４０を設け、エネルギー回収を行いながら、４個の軽還流ステージ
の圧力降下を行う。図示のように、それぞれ軽還流出口隔室、及び復帰隔室１２
２、１２９の間、１２３、１２８の間、１２４、１２７の間、及び１２５、１２
６の間の各４個の軽還流ステージのため、圧力降下を行う。

【００５２】駆動軸２４６によって、軽還流エキスパンダ２４０を軽生成物圧力ブースタ圧
縮機２４５に連結する。圧縮機２４５は導管２５から軽生成物を受け取り、（圧
力スイング吸着サイクルの一層高い圧力よりも高い送出圧力まで圧縮された）軽
生成物を送出導管２５０に送出する。軽還流、及び軽生成物は共に、ほぼ同一の
純度の濃縮酸素流であるから、エキスパンダ２４０、及び軽生成物圧縮機２４５
を単一のハウジング内に密封してもよい。別個の駆動モータを持たない「ターボ
圧縮機」酸素ブースタのこの形態は有利であり、これは、外部のモータや対応す
る軸のシ−ルを必要とせず、生成酸素の有効な昇圧が可能であり、また、非常に
高い軸速度で作動するように設計した時、非常にコンパクトにすることができる
からである。

【００５３】図５は図４におけるように、多段、又はスプリットストリーム供給圧縮機１０
１に、及び多段、又はスプリットストリーム向流ブローダウンエキスパンダ２６
０に流体連結されたセクション２０２〜２０３における図３の実施例のモジュー
ル２００の第１弁面を示す。

【００５４】矢印２７０は吸着体ロータ２による回転方向を示す。供給隔室、及び排出隔室
に開口している弁面１０７の開口区域は機能隔室に対応する円周シ−ル２１５、
２１６の間の明るい角度セグメント１１１〜２１７によって示される。機能隔室
間の弁面１０７のほぼ閉じた区域は間隙スリッパ１３０であるハッチの扇形部２
７５、２７６によって示される。代表的な閉じた扇形部２７５は隔室１１４への
開放と、隔室１１５への開放との間に、吸着体のための変換を行う。スリッパと
シ−ル面との間のテーパ付きの間隙チャネルによって徐々に開くことができ、新
たな隔室に吸着体を開放しながら、吸着体のゆるやかな圧力の等化を達成する。
吸着体の他端から加圧、又は減圧を行いつつある時、吸着体の一端への、又は一
端からの流れを実質的に閉じるため、著しく一層広い閉じた扇形部（例えば２７
６）を設ける。

【００５５】図６は図５におけるようにスプリット流軽還流エキスパンダ２４０、及び軽生
成物ブースタ圧縮機２４５に流体連結されたセクション２０４〜２０５における
図３の実施例のモジュール２００の第２弁面を示す。流体シ−ルの原理、及び代
案は図５のものに類似する。同様の原理、及び代案は円筒面、又はディスク面に
それぞれシ−ルしているラジアルフロー、及びアキシャルフローの幾何学的形状
に適用される。

【００５６】図７はセクション２０６〜２０７における図４の実施例の吸着体ホイールの形
態を示す。図７のこの吸着体の形態は係属中の米国特許出願第08/995906 号に示
すラジアルフローの幾何学形状に類似する。この場合、「Ｎ」＝７２である。吸
着体ホイール２０８の外壁２８０と内壁２８１との間に吸着体３は取り付けられ
ている。各吸着体は吸着剤シート２８２の長方形の平坦パックから成り、この場
合、軸線方向の流れのチャネルを画成するため、シート間にスペーサ２８３を有
している。セパレータ２８４は吸着体の間の空隙を充填するように、また吸着体
間の漏洩を防止するように、吸着体間に設けられる。

【００５７】吸着剤シートは好適な実施例ではガラス繊維、金属箔、又はワイヤメッシュで
ある補強材料を有し、この補強材料に適切な結合剤で吸着材料を取り付けている
。濃縮酸素を生産するための空気の分離の場合には、代表的な吸着剤はＸ、Ａ、
又は斜方沸石形のゼオライトであり、通常、リチウム、カルシウム、ストロンチ
ュウム、マグネシウム、及び／又はその他の陽イオンで交換され、及びこの分野
で良く知られているように珪素とアルミニウムとの比を最適にしている。ゼオラ
イト結晶は吸着剤シートマトリックス内でシリカ、粘土、及びその他の粘結剤で
、又は自己粘結力で結合している。

【００５８】補強材料上に結合剤成分と共にゼオライト結晶のスラリーを塗布することによ
り、満足な吸着剤シートが作られている。成功した例としては不織ガラス繊維ス
クリム、織った金属織物、及び膨張アルミニウム箔がある。スペーサは隆起した
パターンで吸着剤シートに印刷し、又はエンボス加工して設けるか、隣接して対
をなす吸着剤シートの間に織物スペーサを設置することによって設ける。代わり
の満足なスペーサとしては織った金属スクリーン、不織ガラス繊維スクリム、及
び写真平板パターンに流路をエッチングした金属箔として設けている。

【００５９】代表的な経験的なシート厚さは１５０ミクロン、スペーサの高さは１００〜１
５０ミクロンの範囲であった。また吸着体のフローチャネル長さは約２０ｃｍで
あった。Ｘ形ゼオライトを使用すれば、毎分、３０〜１５０サイクルの範囲内の
圧力スイング吸着サイクル周波数で、空気から酸素を分離するのに優れた性能が
達成された。

【００６０】図８図８はロータ２０８の代案の形態を示し、ここでも吸着体３はスペーサ付きの
長方形の吸着剤シートのパックで形成されているが、この場合のシートは平坦で
はなく、弧状に湾曲している。この円形に湾曲した吸着体のパックの間の空隙は
セパレータ２８４によって、充填されている。このような円形に湾曲した吸着体
パックは円筒マンドレルに螺旋状に、スペーサと共に吸着剤シートを螺旋状のロ
ールになるよう巻き付け、次にこの螺旋状のロールを縦方向に切り、希望するパ
ックを得るようにしている。例えばひだ付き技術により円形湾曲でなく、螺旋状
に吸着体パックを形成することにより、又は２個から４個までの同一の角度セク
タが希望する螺旋形を画成しているような形状の非円形マンドレル上に形成され
た螺旋形ロールを縦方向に切ることによって、パッキング密度を一層改善するこ
とができる。

【００６１】図９図９は図３のラジアルフローロータ２の拡大図を示す。吸着体３は半径方向隔
壁３０１の間の台形角度セクタ内に含まれている。隔壁３０１は外側ロータシェ
ル３０３、及び内側ロータシェル３０４に取り付けられている。外側シェル３０
３はシ−ル面１０７に掛合し、吸着体３の第１端５に連通する孔１０６を形成さ
れている。内側シェル３０４はシ−ル面１１９に掛合し、吸着体３の第２端６に
連通する孔１１８を形成されている。この幾何学形状の重要な利点は流路の第１
端から第２端まで吸着体をテーパにしていることで、これにより、供給流の速度
を低下させ、第１端５に隣接する圧力降下を減少させている。

【００６２】図１０〜図１２図１０、及び図１１は図９のロータ用の積層セクタ吸着体を示し、この場合の
吸着剤シートはロータの軸線に垂直である。平坦吸着剤シート３１０をスペーサ
３１１によって分離し、第１端５と第２端６との間にフローチャネル３１２を画
成する。シート３１０はその端縁３２０で隔壁３０１間の吸着体３の台形形状に
合致している。図１１では半径スペーサ３２５によって半径方向のテーパチャネ
ル３１２を画成している。スペーサ３２５を吸着剤シートに印刷してもよく、ス
ペーサの構造を図１６に示す構造にしてもよい。代案としての図１７、又は図２
１〜図２３に基づくスペーサの幾何学形状は、テーパにすることによって、台形
にすることにより必要となる半径方向の流れのパターン、即ちラジアルフローパ
ターンに適合させることができる。図１２は図９のラジアルフローロータの軸線
部分を示し、このロータは図１０の扇形の吸着体を有し、圧力抑制壁３３０、３
３１間に吸着剤シートを設置している。

【００６３】図１３図１３は図９のロータのための代案の積層セクタ吸着体を示し、ロータの軸線
に平行な半径方向平面内に吸着剤シートを有する。長方形吸着剤シート３４１、
及び／又はチャネル３４２を画成しているスペーサをテーパにし、吸着剤シート
と、隣接するチャネルとの組合せにより一定の角度幅を有するようにする。

【００６４】図１４、及び図１５図１４、及び１５は代案としてのラジアルフロー吸着体ホイールの形態を示し
、完全な環状ディスクとして吸着剤シートを設け、圧力抑制壁３４０間に、これ
等吸着剤シートを設置している。図１１におけるように、半径方向スペーサ３２
５がフローチャネル３１２を画成している。図１５のスペーサは隣接するチャネ
ル間の横方向の流れを実質的に防止しており、従って、非常に狭い吸着体を画成
している。

【００６５】図１６、及び図１７図１６、及び図１７は図１４の帯域３５０からの吸着剤積層スペーサの形態の
詳細を示す。図１６においては、吸着剤シート３１０の両側部のうちの一方にカ
レンダー作用を加え、又は印刷することにより、スペーサ突条３３１を形成して
いる。圧縮強さと安定性とを得るため、隣接するシート間にスペーサ３３１を整
列して設けるのが好適である。

【００６６】図１７においては、良好に接着するよう表面を陽極酸化処理した支持アルミニ
ウム箔３６１の両面にコーティング層３６０として吸着剤を加える。スペーサ３
６２はコーティングした箔に印刷し、又はエンボス加工している。

【００６７】図１８図１８はラジアルフロー形態における吸着体の第１端と第２端との間で選択さ
れた吸着剤の成層状態を示す。本発明のアキシャルフローの実施例に、同様の軸
線方向の層を加えることができる。吸着体の第１端５から第２端６まで、吸着体
の第１帯域４０１、第２帯域４０２、及び第３帯域４０３に流路が貫通する。第
１帯域の吸着剤はアルミニウムゲル、又はシリカゲルにしてもよく、水蒸気の除
去のため、１３−Ｘゼオライトにしてもよい。

【００６８】空気の分離の場合、最も有効に大量の窒素を除去するため、第２帯域の吸着剤
はリチウムを大量に交換した低シリカのＸゼオライトにすることができる。窒素
の濃度が低くとも、最も有効に窒素を除去するため、第３帯域の吸着剤はマグネ
シウム、カルシウム、又はストロンチュウムを交換した斜方沸石、又は低シリカ
ゼオライトＸ、又はゼオライトＡであるのが有利である。

【００６９】合成ガスから水素を分離する場合、第２帯域の吸着剤は大量の炭酸ガスを有効
に除去するため、１３−Ｘゼオライトにすることができる。第３帯域の吸着剤は
炭酸ガス、及び窒素を有効に除去するため、カルシウム、又はストロンチューム
交換斜方沸石、又は低シリカＸゼオライトにするのが有利である。

【００７０】吸着体素子の第１端と第２端との間の異なる吸着剤組成物の帯域は、吸着体素
子の組立て前に、異なる組成物のバンド内に吸着剤シートにコーティングを施す
ことにより、又はそれぞれの組成物の別個のシートから吸着体素子を組み立てる
ことにより、設けることができ、流路に沿って流れるガスは第１端と第２端との
間にそれぞれの組成物をコーティングした種々のシートに出合う。

【００７１】図１９、及び図２０図１９、及び図２０は代案の螺旋状に巻いたアキシャルフロー積層吸着体モジ
ュールを示す。図１９に示したボス４１１の周りに１個、又は数個の積層シート
を巻き付けた螺旋状に巻いた吸着体ホイールの図１９の形態はアキシャルフロー
のみに適する。非常に多くの吸着剤シート片を急な螺旋状に巻いた図２０の形態
はアキシャルフロー、又はラジアルフローの実施例の両方に対して、原理的に使
用可能である。これ等の各形状は図１６のスペーサ３３１のようなリブ付きスペ
ーサを使用することができ、フローチャネルを横方向の流れに対して分離し、第
１弁面、及び第２弁面に別個に開かれている近くのフローチャネルに対して、各
フローチャネルを独立した吸着体にすることができる。

【００７２】図１９の螺旋形吸着体モジュールは円筒形圧力シェル４１０内に含まれ、中心
コア４１１の周りに巻き付けられている。スペーサ４１４によって、螺旋ロール
の隣接する吸着剤シート４１２、４１３を分離し、フローチャネルを画成する。
ロールの角度離間するセクタとして、モジュール内に複数個の別個の吸着体を画
成するため、これ等吸着体の相対角位置に従って、位相をずらしたそれぞれの圧
力スイング吸着サイクルにより、これ等吸着体を作動させる場合、これ等吸着体
の間の境界に通る（隣接する吸着体セクタ間の）横方向の流れを若干のスペーサ
によって完全に阻止する必要がある。従って、隣接する吸着体（その１つは端縁
４５２、４５３間にある）間の境界帯域の半径方向に延びる端縁４５１、４５２
の間に、これ等チャネルは完全に一杯になっている。図１９は単一円筒容器４１
０内の等しい角度セクタを占めている１６個の別個の吸着体を有する実施例を示
している。本発明のこの態様は容器４１０を回転して弁機能を生ぜしめるケース
に制限なく有効に適用することができ、多数ポート弁を回転させることによって
圧力スイングサイクルを制御する多数吸着体を含む非回転容器４１０のケースに
も代案として適用することができる。

【００７３】図２０の多片螺旋吸着体モジュールはフローチャネルを画成するスペーサ４２
２によって分離される螺旋ロールの隣接する螺旋状に湾曲する吸着剤シート層４
２０、４２１を有する。

【００７４】図２１、図２２、及び図２３図２１、図２２、及び図２３は例えば図７、図８、及び図１３の実施例の横方
向の流れを防止するための隔室化を必要としない吸着体、又は吸着体セクション
に使用される代案のスペーサを示す。流れの方向は矢印５０１によって示される
。図２１においては、隆起したスペーサ５０５を印刷によって加え、スペーサの
間に流路５１０を画成する。図２２、及び図２３においては、ワイヤスクリーン
の織ったスペーサを使用している。図２２のメッシュはワイヤ５２０の斜めの織
物である。図２３のメッシュはオランダ織りであり、微細な安定化ワイヤ５３１
、５３２と、これに交差する一層重い縦スペーサワイヤ５３３とを有する。この
安定化ワイヤの若干、又は全ては、吸着活性化中に燃えるポリマ繊維に置き換え
てもよい。

【００７５】図２４図２４は図９のロータのための代案としての積層セクタ吸着体の角度的に狭い
部分を示し、ロータの軸線に平行な吸着剤シートのグループと、半径方向に異な
る幅の吸着剤シートを交差させることによって設けた半径方向テーパ部とを有す
る。吸着剤シート６０１、６０２、６０３、６０４、６０５、６０６は隣接する
対のシート間に、印刷されたスペーサ６１０を有し、第１端５と第２端６との間
に半径方向にフローチャネルを形成する。スペーサ６１０は図２１に示すような
パターンに印刷されている。吸着剤シート（６０１、６０２、６０３、６０４）
の若干は第１端と第２端との間に、半径方向の全距離に延在し、他の吸着剤シー
ト（６０５、６０６）は半径方向の距離のそれぞれ異なる長さの一部のみに、第
１端５から第２端まで延在する。従って、シート６０６は半径方向に延在する幅
の約３分の１しかなく、シート６０５は他のシート６０１〜６０４のように半径
方向に延在する幅の３分の２しかない。吸着剤シートの堆積体は第２端における
よりも第１端において一層厚いから、半径方向の幅が減少するようにシートの小
部分を適切に選択することによって、堆積吸着剤シートをテーパにし、第１端と
第２端との間でほぼ一定の角度幅を有するようにする。

【００７６】この実施例では、シート６０６、６０５の終端部６１１、６１２の周りに撓む
ように、これ等シートは可撓性であり、これによりシートの終端部に隣接するチ
ャネル圧力抵抗を最小にし、流れの分布の乱れを最少にすることができる。

【００７７】図２５図２５はゼオライトをコーティングされたアルミニウム箔のストリップから組
み立てられた２個の隣接する吸着剤シート７０１、７０２の詳細な一部分を示し
、これ等ストリップを堆積し、隣接するストリップ間に粗孔隙のチャネルを画成
する。この粗孔隙のチャネルはほぼ直線状で、主フローチャネルに接触する吸着
剤シートの表面に対し斜めである。

【００７８】（例えば１００〜２５０ミクロン厚さの）吸着剤シートは約１２ミクロン厚さ
（煙草の包装箔に相当）のアルミニウム箔のストリップ７０３から組み立てる。
このシートの最終的な厚さに称呼上等しい幅のストリップになるよう、この箔を
縦に切る。ゼオライトが良好に接着するよう、このストリップを陽極酸化するの
が好適であり、このストリップの両面にコーティング層７０４をコーティングす
る。即ちほぼ４〜６ミクロン厚さのゼオライト結晶のフィルムのコーティング層
である。隔膜に微結晶ゼオライトフィルムを被着する技術で知られているように
、ゼオライト結晶はもとの位置で、ゼオライト合成溶液から成長する。しかし、
この場合にはゼオライトフィルムに貫通するピンホール、又は微小隙間を防止す
るように注意する必要はない。代案として、箔に加えたメタカオリンコーティン
グの変換によって、ゼオライトコーティングを形成してもよい。更に代案として
、ゼオライト結晶を別個に形成し、次に粘結剤（例えば粘土、又はシリカ）によ
って陽極酸化シートに取り付ける。次に、これ等ストリップを接触面７０５に相
互に堆積し、これ等の端縁をシート７０１のための平行縦支持部材７０６と、シ
ート７０２のための部材７０７とに接触させる。これ等部材はストリップに対し
斜めであり、構造的に完全になるようストリップを保持するため、平行縦支持部
材によって保持される堆積ストリップによって構成される吸着剤シートを形成す
る。

【００７９】縦支持部材上の堆積ストリップの端縁は吸着材料の壁を画成しており、この壁
はストリップから組み立てられた吸着剤シートの表面である。次にこれ等吸着剤
シートを堆積して平行通路吸着体を形成し、平行な縦支持部材はフローチャネル
を画成するスペーサ部材として役立つ。このフローチャネルは矢印７０８、７０
９によって示される流れの方向を有し、ストリップに対し斜めであり、隣接する
対の吸着剤シート間に存在する。各対の吸着剤シート７０１、７０２間で、平行
縦支持部材７０６は横方向に分離しており、開放フローチャネルを生じていると
共に、各シートを構成するゼオライトをコーティングしたストリップ７０４に、
支持部を提供している。接触面７０５上のゼオライト微結晶は実際上、隆起部の
みに掛合するから、これ等の面７０５は吸着材料の壁に貫入する狭いチャネルを
画成していて、フローチャネルからゼオライト微結晶に拡散接近するための粗孔
隙として役立つ。これ等の粗孔隙はほぼ直線状で、吸着体内の流れの方向、及び
壁の両方に対し斜めである。

【００８０】アルミニウムストリップ上のゼオライト結晶コーティングは粒状表面組織を有
し、従って、隣接するコーティングされたストリップの接触ゼオライト表面間に
十分な空隙が存在していて、十分な粗孔空隙と十分な連結とを生じており、フロ
ーチャネルから流体が直接接近することができる。隣接するストリップのゼオラ
イトフィルム間のこの空隙は基本粗孔チャネル７０５として役立ち、このチャネ
ルは殆ど曲がっておらず直線的であり、フローチャネルに接触する吸着剤シート
の表面に対し斜めである。

【００８１】本発明の好適な実施例のみを詳細に説明したが、本発明はこれ等の例に限定さ
れず、特許請求の範囲内で種々の変更を加えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明圧力スイング吸着装置の単純化した線図を示す。

【図２】本発明を適用する代表的な圧力スイング吸着サイクルを示す。

【図３】圧縮機、及び真空ポンプ排気装置を有する圧力スイング吸着により酸
素を生産するためのラジアルフロー回転モジュールを示す。

【図４】圧力スイング吸着により酸素を生産するアキシャルフロー回転モジュ
ールを示す。

【図５】図４の２０２−２０３に沿う断面図である。

【図６】図４の２０４−２０５に沿う断面図である。

【図７】図４の２０６−２０７に沿う断面図である。

【図８】湾曲吸着体を有する代案のロータを示す。

【図９】角度セクタとしての吸着体を有する図３のラジアルフローロータを示
す。

【図１０】ロータの軸線に垂直な吸着剤シートを有する図９のロータのための
積層セクタ吸着体を示す。

【図１１】図１０と同様の積層セクタ吸着体を示す。

【図１２】図１０の吸着体を使用する図９のロータの断面を示す。

【図１３】ロータの軸線に平行な吸着剤シートを有する図９のロータのための
代案の積層セクタ吸着体を示す。

【図１４】円形ディスクとして設けた吸着剤シートを有する代案のラジアルフ
ロー吸着体の形態を示す斜視図である。

【図１５】円形ディスクとして設けた吸着剤シートを有する代案のラジアルフ
ロー吸着体の形態を示す正面図である。

【図１６】吸着積層スペーサの形態の詳細を示す。

【図１７】図１６の代案の吸着積層スペーサの形態の詳細を示す。

【図１８】吸着体の第１端と第２端との間に選択された吸着剤の層を示す。

【図１９】代案としての螺旋状に巻いたアキシャルフロー積層吸着体を示す。

【図２０】螺旋状に湾曲した吸着剤シート層を示す。

【図２１】代案のスペーサを示す。

【図２２】他の代案のスペーサを示す。

【図２３】更に他の代案のスペーサを示す。

【図２４】ロータの軸線に平行な吸着剤シートと、半径方向に異なる幅の吸着
剤シートを点々と配置することによって設けたラジアルテーパとを有する図９の
ロータのための代案の積層セクタ吸着体を示す。

【図２５】粗孔隙チャネルはほぼ直線状であるが、主フローチャネルに接触す
る吸着剤シートの表面に対して斜めになっていて、隣接するストリップ間に粗孔
隙チャネルを画成するよう堆積されたアルミ箔のゼオライトをコーティングした
ストリップから組み立てられた代案の積層セクタ吸着体を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者デヴィッドジードマンカナダ国ブリティッシュコロンビアヴィー４エヌ２アール５デルタベイビュードライヴ 927 (72)発明者レイェツィオロウスキーカナダ国ブリティッシュコロンビアヴィー３イー２ズィー９コキットラムダイアモンドクレセント 2580 (72)発明者ボウイジーキーファーカナダ国ブリティッシュコロンビアヴィー６アール２エム１ヴァンクーヴァーウエストイレヴンスアヴェニュー 4324 (72)発明者ベリンダラリッシュカナダ国ブリティッシュコロンビアヴィー６エム２ジー５ヴァンクーヴァーウエストフォーティフォースアヴェニュー 307−2121 (72)発明者クリストファーマクリーンカナダ国ブリティッシュコロンビアヴィー６アール２エル８ヴァンクーヴァーウエストイレヴンスアヴェニュー 4297 (72)発明者イアンショウカナダ国ブリティッシュコロンビアヴィー７エイ３シー６リッチモンドアナヒムドライヴ 10611 Ｆターム(参考） 4D012 BA02 CA05 CA06 CA07 CC04 CD07 CF03 CG01 CG02 CK05 CK06 CK08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸着材料に加わる圧力の増大を受けて、それぞれ一層容易に吸着
される成分、及び一層吸着されにくい成分を含むガス混合物の圧力スイング吸着
分離を行う回転モジュールにおいて、前記回転モジュールは回転軸線を有するス
テータ、及びロータを具え、前記ステータ、及びロータは前記回転軸線に共に中
心を占める第１回転弁面と第２回転弁面とを横切って流体連通して相互に掛合し
ており、前記ステータは前記第１回転弁面の角度セクタ内のこの第１回転弁面に
それぞれ開口する複数個の第１機能隔室と、前記第２回転弁面の角度セクタ内の
この第２回転弁面にそれぞれ開口する複数個の第２機能隔室とを有し、前記ロー
タは角度的に離間された複数個の吸着体素子を有し、前記吸着体素子の吸着材料
は隣接する吸着剤シート間にスペーサによって画成されたフローチャネルに接触
する層になった吸着剤シート内に支持されており、各前記フローチャネルは第１
孔によって前記第１弁面に連通する第１端と、第２孔によって前記第２弁面に連
通する第２端との間に流れの方向に延在しており、前記回転モジュールは一層高
い圧力で前記第１機能隔室の１個に前記ガス混合物を供給するための手段と、一
層低い圧力で前記１個の第１機能隔室から一層容易に吸着される成分に富んだガ
スを排出するための手段と、ほぼ前記一層高い圧力で前記第２機能隔室の１個か
ら一層吸着されにくい成分に富むガスを送出するための手段とに協働しており、
前記機能隔室は前記一層高い圧力と一層低い圧力との間の複数個の増大する圧力
を前記吸着体素子に受けされるための複数個の加圧隔室を有すると共に、更に前
記機能隔室は前記一層高い圧力と一層低い圧力との間の複数個の降下する圧力を
前記吸着体素子に受けさせるための複数個のブローダウン隔室を有し、各前記第
１孔を各前記第１機能隔室の前記角度セクタ内に順次合致させるように前記ロー
タを回転させることによって各前記第１孔を前記第１機能隔室に流体連通するよ
うに開放させると共に、各前記第２孔を各前記第２機能隔室の前記角度セクタ内
に順次合致させるように前記ロータを回転させることによって各前記第２孔を前
記第２機能隔室に流体連通するよう開放させて、各前記吸着体素子内の圧力を一
層高い圧力と一層低い圧力との間に周期的に変動させるため、前記ロータを回転
させる手段を有することを特徴とする回転モジュール。
【請求項２】各前記吸着体素子は複数個の吸着剤シートで形成されており、各
前記吸着剤シートは補強材料と、この補強材料内に被着された吸着材料と、この
吸着材料を取り付ける粘結剤と、前記フローチャネルを生ずるようそれぞれ隣接
する吸着剤シートの対の間に設けたスペーサとを有する請求項１の回転モジュー
ル。
【請求項３】ミネラル繊維マトリックス、又はガラス繊維マトリックス、金属
ワイヤマトリックス、又は金属箔から前記補強材料を選択した請求項２の回転モ
ジュール。
【請求項４】前記吸着材料がゼオライト微結晶から成る請求項２の回転モジュ
ール。
【請求項５】前記ロータは前記吸着体素子を含む環状容積を有し、前記流れの
方向は前記回転軸線に対し軸線方向であり、前記第１ロータ面は前記ロータの円
形環状端面であり、前記第２ロータ面は前記ロータの円形環状端面であり、これ
等第１ロータ面、及び第２ロータ面は前記回転軸線に対しほぼ垂直である請求項
１の回転モジュール。
【請求項６】前記吸着体素子が吸着剤シートの平坦な堆積体から形成されてお
り、各吸着体素子の前記シートは前記回転軸線に平行でほぼ半径方向に配列され
ており、前記シートは前記吸着体素子の間に設置されたセパレータを有している
請求項５の回転モジュール。
【請求項７】前記吸着体素子が吸着剤シートの湾曲した堆積体から形成されて
おり、各吸着体素子の前記シートは前記回転軸線に平行に、ほぼ半径方向に螺旋
状に配列されており、前記ロータの前記環状容積を実質的に充填するよう前記シ
ートの前記堆積体を螺旋状に設置させた請求項５の回転モジュール。
【請求項８】前記ロータは前記環状容積に対して内部にあって前記回転軸線に
同軸の円筒心部を有し、前記吸着剤シート間の前記スペーサの少なくとも若干は
前記流れの方向に対し横方向の流体の流れに対し実質的に不透過性のスペーサセ
パレータであり、これ等スペーサセパレータによって画成されこれ等スペーサセ
パレータ間にあるフローチャネルの前記第１端と第２端との間の全長に前記スペ
ーサセパレータがほぼ延在しており、前記環状容積を実質的に充填する螺旋形ロ
ールを形成するようマンドレルとしての前記円筒心部の周りに均一に離間して前
記スペーサセパレータと共に少なくとも１個の吸着剤シートを螺旋状に巻き付け
ることによって、前記吸着体素子を形成し、前記流れの方向に対し横方向の流体
の流れに対し実質的に不透過性の若干のスペーサセパレータによって別々の角度
的に離間する吸着体素子を画成している請求項５の回転モジュール。
【請求項９】前記ロータは前記環状容積に対して内部にあって前記回転軸線に
同軸の円筒心部を有し、前記吸着剤シートは前記回転軸線に平行で前記心部から
ほぼ半径方向に螺旋状に湾曲した方向に延在しており、間にアキシャルフローチ
ャネルを画成するよう各隣接する対の前記吸着剤シート間にスペーサを設け、前
記吸着剤シートの間の前記スペーサの少なくとも若干は前記流れの方向に対し横
方向の流体の流れに対し実質的に不透過性のスペーサセパレータであり、これ等
スペーサセパレータによって画成されこれ等スペーサセパレータ間にあるフロー
チャネルの前記第１端と第２端との間の全長に前記スペーサセパレータがほぼ延
在しており、各隣接する対のスペーサセパレータの間、及び隣接する対の吸着剤
シートの間の前記フローチャネルによって各吸着体素子を画成しており、各対の
吸着剤シートの間のスペーサセパレータの数によって定まるフローチャネルの数
を乗じた吸着剤シートの数に吸着体素子の数が等しく、前記ロータの前記環状容
積を実質的に充填するよう前記吸着剤シートが前記スペーサ上に螺旋状に設置さ
れている請求項５の回転モジュール。
【請求項１０】前記ロータは前記吸着体素子を含む環状容積を有し、前記流れ
の方向は前記回転軸線に対しほぼ半径方向であり、前記第１ロータ面は前記ロー
タの円筒外面であり、前記第２ロータ面は前記ロータの円筒内面である請求項１
の回転モジュール。
【請求項１１】前記吸着体素子は吸着剤シートの平坦な堆積体から形成されて
おり、各吸着体素子の前記シートは前記回転軸線に平行でほぼ半径方向に配列さ
れた平面内にあり、前記吸着体素子の間に設置されたセパレータを有している請
求項１０の回転モジュール。
【請求項１２】前記吸着体素子は吸着剤シートの湾曲した堆積体から形成され
ており、各吸着体素子の前記シートは前記回転軸線に平行にほぼ半径方向に螺旋
状に配列されており、前記ロータの前記環状容積を実質的に充填するよう前記堆
積体は螺旋状に設置されている請求項１０の回転モジュール。
【請求項１３】前記吸着体素子は吸着剤シートの平坦な堆積体から形成されて
おり、各吸着体素子の前記シートは前記回転軸線に垂直でほぼ半径方向に配列さ
れた平面内にあり、前記スペーサは隣接するシート間にほぼ半径方向に配列する
フローチャネルを画成している請求項１０の回転モジュール。
【請求項１４】前記回転軸線に対し別個の台形角度セクタ内に前記吸着体素子
を設け、隣接する角度セクタ間に流体不透過性隔壁を設けた請求項１３の回転モ
ジュール。
【請求項１５】前記台形角度セクタ内の前記吸着剤シート間の前記スペーサの
少なくとも若干は前記ラジアルフローの方向に横方向の流体の流れに対し実質的
に不透過性のスペーサセパレータであり、これ等スペーサセパレータによって画
成されこれ等スペーサセパレータ間にあるフローチャネルの前記第１端と第２端
との間の全長に前記スペーサセパレータがほぼ延在しており、角度的に離間した
複数個の別個の吸着体素子を内部に画成するよう前記環状セクタ内に別々の吸着
体素子を隣接する吸着剤シート層間の各対の隣接するスペーサセパレータが画成
している請求項１４の回転モジュール。
【請求項１６】前記吸着体素子を外部で組み立て、活性化し、次に設置する前
に非活性化するのを防止するためアルミニウム箔内に真空パックし、使用前に前
記吸着体素子の第１端、及び第２端から前記アルミニウム箔を除去するよう構成
した請求項１４の回転モジュール。
【請求項１７】ラジアルフローの方向を画成するスペーサを有する円形環状デ
ィスクとして前記吸着剤シートを設け、隣接するシート間に半径方向に配列する
フローチャネルを画成するスペーサと共に前記回転軸線に同心に前記シートを堆
積し、前記吸着剤シートの間の前記スペーサの少なくとも若干は前記ラジアルフ
ローの方向に横方向の流体の流れに対して実質的に不透過性のスペーサセパレー
タであり、これ等スペーサセパレータによって画成されこれ等スペーサセパレー
タの間にある前記フローチャネルの第１端と第２端との間の全長にこれ等スペー
サセパレータは延在しており、前記吸着体素子は前記環状容積をほぼ充填してお
り、隣接する吸着剤シート層間の各対の隣接するスペーサセパレータは別々の吸
着体素子を画成している請求項１３の回転モジュール。
【請求項１８】前記吸着剤シートは前記回転軸線に平行であり、ほぼ半径方向
に指向し螺旋状に湾曲した前記吸着体素子は各隣接する対の螺旋状に湾曲する吸
着剤シートによって形成されており、前記スペーサはその間にフローチャネルを
画成するよう形成されており、各吸着体素子は隣接する対の吸着剤シートの間の
フローチャネルによって限界を定められており、別々の角度的な間隔における吸
着体素子の数は吸着剤シートの数に等しく、前記ロータの前記環状容積をほぼ充
填するよう前記吸着体素子は螺旋状に設置されている請求項９の回転モジュール
。
【請求項１９】前記吸着体素子を外部で組み立て、活性化し、次に設置する前
に非活性化するのを防止するためアルミニウム箔内に真空パックし、使用前に前
記吸着体素子の第１端、及び第２端から前記アルミニウム箔を除去するよう構成
した請求項１３の回転モジュール。
【請求項２０】前記吸着体素子の前記第１端における一層高い高さから前記第
２端における一層低い高さまで前記スペーサをテーパにし、前記吸着体素子の角
度幅を半径方向に一定にした請求項１３の回転モジュール。
【請求項２１】前記吸着体素子の前記第１端における一層厚い厚さから前記第
２端における一層薄い厚さまで前記吸着剤シートをテーパにし、前記吸着体素子
の角度幅を半径方向に一定にした請求項１３の回転モジュール。
【請求項２２】前記流れの方向に延びる平行な突条のパターンになるよう前記
シートに印刷し、又はカレンダ加工を加えることによって各吸着剤シートに前記
スペーサを形成し、隣接する突条間にフローチャネルを画成している請求項１の
回転モジュール。
【請求項２３】隆起した突起の互い違いのパターンになるよう前記シートに印
刷し、又はカレンダ加工を加えることにより前記スペーサを各吸着剤シートに形
成し、前記隆起した突起の間に流れの方向に延びる前記フローチャネルを画成し
た請求項１の回転モジュール。
【請求項２４】隣接して対をなす吸着剤シートの間に織ったメッシュとしてス
ペーサを設け、吸着剤シートの間に流れの方向に延びる前記フローチャネルを画
成する請求項１の回転モジュール。
【請求項２５】隣接して対をなす吸着剤シートの間に流れの方向に延びる縦部
材として前記スペーサを設け、これ等縦部材の間にフローチャネルを画成し、隣
接する縦部材に間隔を生ぜしめて維持するようこれ等隣接する縦部材を相互に連
結するブレース部材を設け、前記フローチャネル内の流れを過剰に阻害しないよ
う前記ブレース部材を前記フローチャネルの高さより狭くした請求項１の回転モ
ジュール。
【請求項２６】ワイヤ、又は金属ストリップとして前記縦部材を設け、織った
メッシュとして前記スペーサを構成するよう前記ブレース部材がオランダ織りの
パターンに織った一層細いワイヤ、又は金属ストリップである請求項２５の回転
モジュール。
【請求項２７】前記吸着体素子が層になった吸着剤シートの形状の吸着材料の
堆積体から成り、隣接する対の吸着剤シート間の金属箔として前記スペーサを設
け、前記箔の両側において隣接する前記吸着剤シート上の前記吸着材料に接触し
流れの方向に延在するフローチャネルを画成するよう前記箔に隆起した折った突
条、又はエンボス突条、又は溝、又は小孔を形成した請求項１の回転モジュール
。
【請求項２８】前記箔の金属がアルミニウムである請求項２７の回転モジュー
ル。
【請求項２９】吸着材料の堆積体の終端部に前記スペーサを位置させ、前記堆
積体の終端部における前記スペーサを内側だけで吸着材料に接触させ、前記堆積
体内の中間位置における１対の吸着剤シート間のスペーサとして流れの抵抗を生
ずると共に、同一のフローチャネル容積を生ずるように前記終端部における前記
スペーサの形態を定め、全てのフローチャネルが前記吸着材料との接触、及び液
圧特性においてほぼ同一である請求項２７の回転モジュール。
【請求項３０】アルミニウム箔の両側に前記吸着材料をコーティングすること
により前記吸着剤シートを形成し、例外として、前記堆積体の終端部における前
記吸着剤シートは設置すべき内側の一側のみにコーティングを行い、全てのフロ
ーチャネルが両側の前記吸着材料に接触し、従って両側でほぼ同一の接触を行う
請求項２７の回転モジュール。
【請求項３１】吸着材料を流体混合物に接触させる吸着体素子において、吸着
材料と支持材料とから成る層状のシートから吸着体素子を形成し、隣接する対の
シートの間にあって前記シートに平行な流れの方向にフローチャネルを生ぜしめ
るため前記シート間にスペーサを設け、これ等スペーサによって生じた前記フロ
ーチャネルに沿い前記吸着体素子を通じて前記流れの方向に流路を画成する第１
端と第２端とを前記吸着体素子が有し、複数個の類似の吸着体素子を含む環状円
筒容器内の環状セクタを前記吸着体素子が占め、容器内の前記吸着体素子の相対
角度位置に従う相対位相で、前記容器内の各前記吸着体素子を圧力スイング吸着
サイクルの許で作動させることを特徴とする吸着体素子。
【請求項３２】各前記シートは前記吸着材料を被着した前記支持材料と、前記
吸着材料を前記支持材料に取り付ける粘結剤とを具える請求項３１の吸着体素子
。
【請求項３３】織ったガラス繊維スクリム、又は不織ガラス繊維スクリムのよ
うなミネラル繊維マトリックス、又はガラス繊維マトリックス、ワイヤメッシュ
スクリーンのような金属ワイヤマトリックス、又は陽極酸化アルミニウム箔のよ
うな金属箔から前記支持材料を選択した請求項３１の吸着体素子。
【請求項３４】前記吸着材料がゼオライト微結晶から成る請求項３１の吸着体
素子。
【請求項３５】前記シートの平坦な堆積体として形成した請求項３１の吸着体
素子。
【請求項３６】前記シートと前記堆積体とを長方形にした請求項３５の吸着体
素子。
【請求項３７】前記シートと前記堆積体とを台形にし、前記吸着体素子の前記
第１端における端縁を前記吸着体素子の第２端における端縁より一層広くし、前
記第１端から第２端までフローチャネルをテーパにした請求項３５の吸着体素子
。
【請求項３８】前記シートの湾曲した堆積体として形成した請求項３１の吸着
体素子。
【請求項３９】内部に同軸の円筒心部を有する環状容積内に、この心部からほ
ぼ半径方向、及び螺旋状に湾曲した方向に、前記心部に平行に前記シートを延在
させ、各隣接する前記シートの間にアキシャルフローチャネルを画成するようこ
れ等各隣接する前記シートの間にスペーサを設け、前記環状容積をほぼ充填する
よう前記スペーサに螺旋状に前記シートを設置させた請求項３１の吸着体素子。
【請求項４０】前記素子に前記シートを組み立てる前に前記シートを活性化し
、次に設置する前に非活性化するのを防止するため前記素子をアルミニウム箔内
に真空パックし、使用前に前記素子の前記第１端、及び第２端から前記アルミニ
ウム箔を除去するよう構成した請求項３１の吸着体素子。
【請求項４１】前記シートを組み立て、次に活性化し、設置する前に非活性化
するのを防止するため前記素子をアルミニウム箔内に真空パックし、使用前に前
記素子の前記第１端、及び第２端から前記アルミニウム箔を除去するよう構成し
た請求項３１の吸着体素子。
【請求項４２】ラジアルフローの方向を画成するスペーサを有する環状ディス
クとして前記シートを設け、これ等シートを前記スペーサと共に環状容積内に同
心に堆積して前記環状容積をほぼ充填し、前記環状容積の環状セクタ内に別々の
吸着体素子を限定するよう前記スペーサの少なくとも若干が横方向の流れに対し
不透過性である請求項３１の吸着体素子。
【請求項４３】前記吸着体素子の前記第１端における一層高い高さから前記第
２端における一層低い高さまで前記スペーサをテーパにし、前記フローチャネル
を同様にテーパにした請求項３１の吸着体素子。
【請求項４４】前記吸着体素子の前記第１端における一層厚い厚さから前記第
２端における一層薄い厚さまで前記シートをテーパにした請求項３１の吸着体素
子。
【請求項４５】前記流れの方向に延びる平行な突条のパターンになるよう前記
シートに印刷し、又はカレンダ加工を加えることによって各シートに前記スペー
サを形成し、隣接する突条の間にフローチャネルを画成した請求項３１の吸着体
素子。
【請求項４６】隆起した突起の互い違いのパターンになるよう前記シートに印
刷し、又はカレンダ加工を加えることにより前記スペーサを各吸着剤シートに形
成し、前記隆起した突起の間に流れの方向に延びる前記フローチャネルを画成し
た請求項３１の吸着体素子。
【請求項４７】隣接して対をなす前記吸着剤シートの間に織ったメッシュとし
てスペーサを設け、吸着剤シートの間に流れの方向に延びるフローチャネルを画
成した請求項３１の吸着体素子。
【請求項４８】隣接して対をなす前記シートの間に流れの方向に延びる縦部材
として前記スペーサを設け、これ等縦部材の間にフローチャネルを画成し、隣接
する縦部材に間隔を生ぜしめて維持するようこれ等隣接する縦部材を相互に連結
するブレース部材を設け、前記フローチャネル内の流れを過剰に阻害しないよう
前記ブレース部材を前記フローチャネルの高さより狭くした請求項３１の吸着体
素子。
【請求項４９】ワイヤ、又は金属ストリップとして前記縦部材を設け、織った
メッシュとして前記スペーサを生ずるよう前記ブレース部材がオランダ織りのパ
ターンに織った一層細いワイヤ、又は金属ストリップである請求項４８の吸着体
素子。
【請求項５０】隣接する対の前記シートの間に金属箔として前記スペーサを設
け、流れの方向に延在し、前記箔の両側の前記隣接シート上の前記吸着材料に接
触するフローチャネルを画成するよう隆起する折った突条、又はエンボス加工し
た突条、又は溝、又は小孔を前記箔に設けた請求項３１の吸着体素子。
【請求項５１】前記箔の金属がアルミニウムである請求項５２の吸着体素子。
【請求項５２】吸着材料の堆積体の終端部に前記スペーサを位置させ、前記堆
積体の終端部における前記スペーサを内側だけで吸着材料に接触させ、前記堆積
体内の中間位置における１対の吸着剤シート間のスペーサとして流れの抵抗を生
ずると共に、同一のフローチャネルの容積を生ずるように前記終端部における前
記スペーサの形態を定め、全てのフローチャネルが前記吸着材料との接触、及び
液圧特性においてほぼ同一であるようにし、前記吸着剤シートの堆積体として形
成された請求項５１の吸着体素子。
【請求項５３】アルミニウム箔の両側に前記吸着材料をコーティングすること
により前記シートを形成し、例外として、前記吸着体素子の終端部における前記
シートは設置すべき内側の一側のみにコーティングを行い、前記フローチャネル
が両側の前記吸着材料に接触し、従って両側でほぼ同一の接触を行う請求項３１
の吸着体素子。
【請求項５４】前記吸着材料は粗孔隙のチャネルを含む粗孔隙を有し、これ等
チャネルは前記フローチャネルに接触するシートの表面にほぼ垂直であり、ほぼ
直線状である請求項５５の吸着体素子。
【請求項５５】前記粗孔隙のチャネルは前記シートの両側から接近して、これ
等シートに貫通している請求項５４の吸着体素子。
【請求項５６】前記吸着材料の組成は前記第１端と第２端との間の前記フロー
チャネルに沿うそれぞれの多数の帯域内において相違するように選択されている
請求項３１の吸着体素子。
【請求項５７】低濃度の気体から有効に窒素を除去するため、リチウムイオン
で交換した低シリカＸゼオライトを有し前記第１端に一層近い帯域と、斜方沸石
で交換したマグネシウム、カルシウム、又はストロンチュウム、又は低シリカゼ
オライトＸ、又はゼオライトＡ、又はモルデン沸石の群から選択されたゼオライ
トを有し前記第２端に一層近い帯域との少なくとも２個の帯域を有し、空気の分
離に適用される請求項５６の吸着体素子。
【請求項５８】更に、アルミニウムゲル、シリカゲル、及び１３−Ｘから成る
群から選択された吸着剤を有し前記第１端に隣接する帯域を有する請求項５７の
吸着体素子。
【請求項５９】環状容積をほぼ充填する螺旋ロールを形成するよう円筒心部の
周りに均一に離間したスペーサセパレータと共に少なくとも１個の吸着剤シート
を螺旋状に巻き付けることによって前記環状容積内に形成された複数個の吸着体
の一つとしての吸着体素子であって、更に流れの方向に横方向の流体の流れに対
し実質的に不透過性である若干のスペーサセパレータによって画成された別々の
角度的に離間された吸着体素子を有する請求項３１の吸着体素子。
【請求項６０】直接結晶化することによって、前記ゼオライト微結晶を前記支
持材料に被着した請求項３４の吸着体素子。
【請求項６１】前記支持材料上の前記ゼオライト微結晶をその内部のメタカオ
リンからその位置で変換している請求項３４の吸着体素子。
【請求項６２】吸着材料に加わる圧力の増大を受けて、それぞれ一層容易に吸
着される成分、及び一層吸着されにくい成分を含むガス混合物の圧力スイング吸
着分離を行う回転モジュールにおいて、前記回転モジュールは回転軸線を有する
ステータ、及びロータを具え、前記ステータ、及びロータは前記回転軸線に共に
中心を占める第１回転弁面と第２回転弁面とを横切って流体連通して相互に掛合
しており、前記ステータは前記第１回転弁面の角度セクタ内のこの第１回転弁面
にそれぞれ開口する複数個の第１機能隔室と、前記第２回転弁面の角度セクタ内
のこの第２回転弁面にそれぞれ開口する複数個の第２機能隔室とを有し、前記ロ
ータは角度的に離間された複数個の吸着体素子を有し、各前記吸着体素子は角度
幅を有し、前記吸着体素子内の平行なフローチャネルの壁に吸着材料は支持され
ており、各前記フローチャネルは第１孔によって前記第１弁面に連通する第１端
と、第２孔によって前記第２弁面に連通する第２端との間に流れの方向に延在し
ており、各前記第１孔を各前記第１機能隔室の前記角度セクタ内に順次合致させ
るように前記ロータを回転させることによって各前記第１孔を前記第１機能隔室
に流体連通するように開放させると共に、各前記第２孔を各前記第２機能隔室の
前記角度セクタ内に順次合致させるように前記ロータを回転させることによって
各前記第２孔を前記第２機能隔室に流体連通するよう開放させて、各前記吸着体
素子内の圧力を一層高い圧力と一層低い圧力との間に周期的に変動させるため、
前記ロータを回転させる手段を有し、一層高い圧力で第１機能隔室にガス混合物
を供給する手段と、一層低い圧力で第１機能隔室から一層容易に吸着される成分
に富むガスを排出する手段と、ほぼ一層高い圧力で吸着されにくい成分に富むガ
スを第２機能隔室から送出する手段とを有し、更に、前記機能隔室も前記一層高
い圧力と一層低い圧力との間の複数個の増大する圧力と、複数個の降下する圧力
と、中間の圧力とをそれぞれ前記吸着体素子に受けさせるための複数個の加圧隔
室と、複数個のブローダウン隔室とを有することを特徴とする回転モジュール。
【請求項６３】各前記増大する圧力、又は各降下する圧力を多数の角度離間す
る吸着体素子に受けさせて、各前記中間圧力における流れと圧力とをほぼ定常状
態にする請求項６２の回転モジュール。
【請求項６４】前記吸着材料を吸着剤シート上に支持し、隣接する吸着剤シー
トの間のスペーサによって、平行な前記フローチャネルを画成し、前記吸着剤シ
ートの表面がフローチャネルの壁である請求項６２の回転モジュール。
【請求項６５】前記フローチャネルが互いにほぼ同一である請求項６２に記載
の回転モジュール。
【請求項６６】吸着材料に接触する少なくとも１個の流体フローチャネルと、前記フローチャネルにほぼ垂直である粗孔隙のチャネルが貫入している壁であ
って、前記フローチャネルを画成している前記吸着材料の少なくとも１個の壁と
を具えることを特徴とする圧力スイング装置に使用して適する吸着構造。
【請求項６７】前記粗孔隙のチャネルがほぼ直線状である請求項６６の吸着構
造。
【請求項６８】前記フローチャネルに対し横方向の吸着材料の複数個の平行な
層状のストリップでそれぞれ形成された吸着剤シートであって、前記フローチャ
ネルに接触し、前記フローチャネルに平行な吸着剤シートを有し、隣接するスト
リップ間に前記粗孔隙のチャネルを画成するよう前記ストリップを離間させた請
求項６７の吸着構造。
【請求項６９】前記吸着材料の層を加える支持材料を前記ストリップが具える
請求項６６に記載の吸着構造。