JP2021020179A - 吸着器 - Google Patents

Abstract

【課題】吸着器の吸着性能を低下させずに、吸着器内の吸着材の総量を低減する。【解決手段】吸着器は、中心軸に沿って伸びる内部空間を形成する空間形成部と、空間形成部において、中心軸の一端側に形成されたガス流入口と、空間形成部において、中心軸の他端側に形成されたガス流出口と、内部空間に充填され、ガス流入口から流入した混合ガスに含まれる１以上の特定のガスを吸着可能な吸着材と、を備え、中心軸及び中心軸の近傍における吸着材の充填長さは、内部空間の外周部における吸着材の充填長さよりも長い。【選択図】図１

Description

本発明は、吸着器に関する。

特定のガスを吸着する吸着材を有する吸着器が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された吸着器では、吸着器内に配置された吸着材が、複数の成分を含む混合ガスから特定のガスを吸着する。この吸着器は、円柱状の内部空間を有している。特許文献１に記載の吸着器では、吸着器の内部空間に層状に離間して配置された複数の領域が形成されており、各領域には吸着材が充填されている。

特開２０１３−４９０１６号公報

しかしながら、特許文献１に記載された吸着器では、内部空間に吸着材が充填された複数の領域が配置されるため、吸着器の構造が複雑になる。また、ガス流入口近傍に位置する吸着材の吸着量と、ガス流出口近傍に位置する吸着材の吸着量とに差が生じるおそれがある。さらに、吸着器内に吸着材が充填されていない空間が存在するため、吸着器の大きさに対して吸着性能が低下するおそれがある。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、吸着器の吸着性能を低下させずに、吸着器内の吸着材の総量を低減することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現できる。

（１）本発明の一形態によれば、吸着器が提供される。この吸着器は、中心軸に沿って伸びる内部空間を形成する空間形成部と、前記空間形成部において、前記中心軸の一端側に形成されたガス流入口と、前記空間形成部において、前記中心軸の他端側に形成されたガス流出口と、前記内部空間に充填され、前記ガス流入口から流入した混合ガスに含まれる１以上の特定のガスを吸着可能な吸着材と、を備え、前記中心軸及び前記中心軸の近傍における前記吸着材の充填長さは、前記内部空間の外周部における前記吸着材の充填長さよりも長い。

一般に、ガス流入口側において、外周部に充填された吸着材は、吸着器外へと吸着熱を逃すことができるため、中心軸近傍に充填された吸着材よりも特定のガスの吸着能力が高くなる。換言すれば、中心軸近傍の吸着材の充填長さと、外周部の吸着材の充填長さとが同じである場合、ガス流出口側において、中心軸近傍で吸着されなかった特定のガスが、外周部よりも先に吸着材から漏れ始める。この構成によれば、中心軸近傍の吸着材の充填長さが、外周部の吸着材の充填長さよりも長い。すなわち、外周部には、中心軸近傍よりも少ない吸着材が充填されている。そのため、特定のガスの吸着能力が相対的に高い外周部においては、吸着材の充填長さを相対的に短くすることにより、吸着性能を維持した上で、吸着材の充填量を低減することができる。すなわち、本構成によれば、吸着器の吸着性能を低下させずに、吸着器内に充填される吸着材の総量を低減できる。また、本構成の吸着器が、吸着と脱離とを繰り返すガス分離システムに用いられた場合には、吸着する特定のガスの全量を低下させずに吸着材の総量を低減しているため、ガス分離システムの高効率化を実現できる。

（２）上記態様の吸着器において、前記中心軸の近傍は、前記中心軸に直交する横断面において、前記中心軸から前記空間形成部の内側面までの５０％未満の範囲であり、前記内部空間の外周部は、前記横断面における残余の範囲であってもよい。
吸着器に混合ガスが供給されると、吸着材における特定のガスの吸着分布は、ガス流出口側に対して凸な放物線として進行する。この構成によれば、吸着材の中心軸近傍は、中心軸から空間形成部の内側面までの距離の５０％未満の範囲とされるため、ガス流出口からの特定のガスが漏れを抑制しつつ、吸着材の総量を低減できる。

（３）上記態様の吸着器において、前記吸着材の前記充填長さは、対象範囲内に含まれる前記吸着材の、前記中心軸に沿った前記一端側から前記他端側までの長さの平均値であってもよい。
この構成によれば、中心軸近傍および外周部における各充填長さは、対象範囲内に含まれる一部分の長さではなく、吸着材内の全体を流れる特定のガスの流れを考慮した長さの平均値である。これにより、一部分の長さで各充填長さを決定していた場合と比較して、吸着材の吸着分布がより調整される。その結果、吸着器の吸着性能を低下させずに、吸着材の総量をより低減できる。

（４）上記形態の吸着器において、さらに、前記内部空間に配置されて、前記中心軸及び前記中心軸の近傍における前記吸着材の充填長さを、前記外周部における前記吸着材の充填長さよりも長くした状態で前記吸着材を保持する保持部材を備えてもよい。
この構成によれば、粒状として提供されることが多い吸着材の充填に際して、保持部材を利用して吸着材が充填される位置を規制することにより、中心軸の近傍における充填長さと、外周部における充填長さとをそれぞれ調整できる。

（５）上記形態の吸着器において、前記内部空間のうち、前記ガス流入口側と、前記ガス流出口側との少なくとも一方には、前記中心軸に沿った方向において前記吸着材が充填されていない空間が形成されていてもよい。
この構成によれば、同じ大きさの吸着器を用いた場合でも、吸着材が充填されていない空間を利用して吸着材の各充填長さをそれぞれ調整できる。

（６）上記態様の吸着器において、前記中心軸及び前記中心軸の近傍における前記吸着材は、前記外周部における前記吸着材よりも、前記中心軸に沿って前記ガス流入口側に延びていてもよい。
この構成によれば、ガス流入口側の外周部の吸着材を減らすことにより、中心軸の近傍における充填長さと、外周部における充填長さとをそれぞれ調整できる。

（７）上記態様の吸着器において、前記中心軸及び前記中心軸の近傍における前記吸着材は、前記外周部における前記吸着材よりも、前記中心軸に沿って前記ガス流出口側に延びていてもよい。
この構成によれば、ガス流出口側の外周部の吸着材を減らすことにより、中心軸の近傍における充填長さと、外周部における充填長さとをそれぞれ調整できる。

（８）上記形態の吸着器において、前記吸着材は、温度スイング吸着法によって前記特定のガスを吸着してもよい。
温度スイング吸着法は、吸着材の加熱と冷却とを繰り返すことによって、吸着材に対する特定のガスの吸着と分離とを行う。ガス分離吸着システムでは吸着材の総量がシステムの効率に特に影響するため、この構成の吸着器をガス吸着分離システムに用いた場合には、ガス吸着分離システムのより高い効率化を実現できる。

（９）上記形態の吸着器において、前記空間形成部は、前記中心軸を中心とする円形または楕円形の横断面を有する柱状の前記内部空間を形成してもよい。
この構成によれば、内部空間の内径よりも小さい長さを一辺とする複数の吸着材が内部空間に充填された場合に、各吸着材間にガスが適度に流れるための空間が形成される。これにより、吸着器を用いたガス分離の吸着性能が向上する。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、吸着器、ガス分離装置、ガス吸着装置、およびこれらを備える装置およびシステム、およびガス吸着方法、ガス分離方法、およびこれらシステムや方法を実行するためのコンピュータプログラム、このコンピュータプログラムを配布するためのサーバ装置、コンピュータプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等の形態で実現することができる。

本発明の実施形態としての吸着器の概略斜視図である。 吸着器における二酸化炭素の吸着量分布の説明図である。 比較例の吸着器における二酸化炭素の吸着量分布の説明図である。 吸着材利用率の説明するためのグラフである。 変形例の吸着器の概略斜視図である。

＜実施形態＞
図１は、本発明の実施形態としての吸着器１０の概略斜視図である。本実施形態の吸着器１０は、二酸化炭素（ＣＯ₂）を含む混合ガスＧＳから、二酸化炭素を分離する装置である。図１には、吸着器１０の一部が中心軸ＯＬを通る断面として示された概略の斜視図が示されている。図１に示されるように、吸着器１０は、中心軸ＯＬに沿って円柱状の内部空間ＳＰ０を形成する空間形成部２と、空間形成部２において中心軸ＯＬの下端側に形成されたガス流入口３と、空間形成部２において中心軸ＯＬの上端側に形成されたガス流出口４と、内部空間ＳＰ０の一部に充填された複数の吸着材１と、内部空間ＳＰ０内における複数の吸着材１の位置を固定する下側メッシュ（保持部材）５および上側メッシュ（保持部材）６と、を備えている。なお、本実施形態では、便宜上、中心軸ＯＬに沿う一端を上端とし、他端を下端として説明するが、中心軸ＯＬに沿う方向は上下方向にかかわらず、例えば左右方向であってもよい。以降では、下側メッシュ５および上側メッシュ６を合わせて単に「メッシュ５，６」とも呼ぶ。

図１に示されるように、内部空間ＳＰ０は、吸着材１が充填された充填空間ＳＰ１と、下側メッシュ５を介して充填空間ＳＰ１に隣接する下側空間ＳＰ２と、上側メッシュ６を介して充填空間ＳＰ１に隣接する上側空間ＳＰ３とを備えている。空間形成部２は、充填空間ＳＰ１，下側空間ＳＰ２，および上側空間ＳＰ３の内側面を形成する。下側空間ＳＰ２および上側空間ＳＰ３には、吸着材１が充填されていない。内部空間ＳＰ０は、中心軸ＯＬを中心とする半径Ｒ１の略円柱状の空間である。空間形成部２の下端側は、ガス流入口３によって開放され、空間形成部２の上端側は、ガス流出口４によって開放されている。本実施形態の吸着材１のそれぞれは、図１に示されるように球状の形状を有する。各吸着材１は、同じ材料のゼオライトで形成されている。吸着材１は、ガス流入口３から流入した混合ガスＧＳに含まれる二酸化炭素を吸着する。吸着材１は、二酸化炭素の吸着時に発熱し、所定温度を超えると二酸化炭素の吸着能力が悪化する。そのため、吸着材１の吸着能力を上げるためには、混合ガスＧＳ供給時の吸着材１が所定温度以下に維持されることが好ましい。本実施形態の吸着器１０には、ガス流入口３から混合ガスＧＳが供給され、二酸化炭素が吸着された後の排出ガスがガス流出口４から排出される。混合ガスＧＳには、二酸化炭素以外のガスとして窒素などが含まれている。

図１に示されるように、各吸着材１の下端側の位置は、下側メッシュ５により規制され、各吸着材１の上端側の位置は、上側メッシュ６により規制されている。図１では、充填空間ＳＰ１における中層部分の図示を、簡略化したハッチングで示している。

下側メッシュ５および上側メッシュ６は、同じ材質および同じ形状を有しており、中心軸ＯＬの横断面を中心として線対称に配置されている。下側メッシュ５および上側メッシュ６は、網状の材質で形成され、内部空間ＳＰ０内を通る気体の流れを妨げない状態で吸着材１を保持している。以降では、上側メッシュ６の形状について説明し、下側メッシュ５の説明を省略する。

図１に示されるように、上側メッシュ６は、中心軸ＯＬの横断面に平行な平面６１と、平面６１と空間形成部２とを接続する斜面６２とを備えている。平面６１は、中心軸ＯＬから半径ｒ１の円形状の平面である。斜面６２は、中心軸ＯＬから半径ｒ１離れた位置から空間形成部２まで、中心軸ＯＬから離れるにつれて、中心軸ＯＬに沿ってガス流出口４から遠ざかる方向に一定勾配で下る斜面である。なお、半径ｒ１は、半径Ｒ１の４５％の長さであり、半径Ｒ１の５０％未満の長さである。

中心軸ＯＬの横断面を中心として下側メッシュ５が上側メッシュ６と線対称であるため、図１に示されるように、下側メッシュ５の平面５１と平面６１との中心軸ＯＬに沿った長さＬ１は、下側メッシュ５の斜面５２と空間形成部２の接続位置と、平面６１と空間形成部２の接続位置との中心軸ＯＬに沿った長さＬ２よりも長い。ここで、本実施形態では、中心軸ＯＬに沿った断面において、平面５１上の各位置と、平面６１上の各位置との中心軸ＯＬに沿った長さの平均値を、中心軸ＯＬ、及び、中心軸ＯＬから半径ｒ１までの中心軸ＯＬの近傍における吸着材１の充填長さＬ_INと定義する。また、中心軸ＯＬに沿った断面において、斜面５２上の各位置と、斜面６２上の各位置との中心軸ＯＬに沿った長さの平均値を、充填空間ＳＰ１の外周部における吸着材１の充填長さＬ_OUTとして定義する。平面５１および平面６１は中心軸ＯＬの横断面であるため、吸着材１の充填長さＬ_INは、長さＬ１である。一方で、斜面５２および斜面６２は、中心軸ＯＬから離れるにつれて一定勾配で中心側へと近づくため、吸着材１の充填長さＬ_OUTは、長さ（Ｌ１＋Ｌ２）／２である。そのため、充填長さＬ_INは、充填長さＬ_OUTよりも長い。なお、本実施形態における充填長さＬ_OUTを有する外周部は、中心軸ＯＬから半径ｒ１までの中心軸ＯＬ近傍を除いた残余の範囲である。

図２は、吸着器１０における二酸化炭素の吸着量分布の説明図である。図２には、混合ガスＧＳが吸着器１０内に供給された始めた所定時間後において、吸着材１の各部における二酸化炭素の吸着量の分布が、ハッチングの濃淡によって示されている。なお、ハッチングが濃い部分がより多くの二酸化炭素を吸着している状態を示している。図２に示されるように、充填空間ＳＰ１内の吸着材１のうち、ガス流入口３側に近いほど吸着材１の吸着量が多くなっている。さらに、ガス流入口３側では、外周側の吸着材１ほど吸着量が多くなっている。これは、空間形成部２の内側面近傍の吸着材１は、空間形成部２の外へと吸着熱を逃がすことができるため、温度が下がり、吸着能力が高くなるからである。

外周部の吸着材１の吸着能力が高くなる一方で、中心軸ＯＬ近傍の吸着材１は、外周部と比較すると、空間形成部２の外へと吸着熱を逃しづらい。そのため、中心軸ＯＬ近傍の吸着材１の吸着能力は、外周部よりも低くなる。その結果、例えば横断面ＣＳ１に着目すると、外周部よりも中心軸ＯＬ近傍の吸着材１の吸着量が多くなっている。これは、中心軸ＯＬ近傍の吸着材１は、ガス流入口３側の中心軸ＯＬ近傍の吸着材１で吸着されなかった二酸化炭素が、ガス流出口４側の吸着材１によって吸着されるためである。

図３は、比較例の吸着器１０ｚにおける二酸化炭素の吸着量分布の説明図である。比較例の吸着器１０ｚでは、実施形態の吸着器１０と比較して、下側メッシュ５ｚおよび上側メッシュ６ｚの形状が異なる。そのため、第１実施形態と比較して、充填空間ＳＰ１ｚ，下側空間ＳＰ２ｚ，および上側空間ＳＰ３ｚの形状も異なる。下側メッシュ５ｚおよび上側メッシュ６ｚは、同じ形状を有しており、中心軸ＯＬの横断面である。上側メッシュ６ｚから下側メッシュ５ｚまでの中心軸ＯＬに沿った長さは、第１実施形態の吸着材１の充填長さＬ_INと同じで長さＬ１である。そのため、比較例の吸着器１０ｚにおいて吸着材１が充填される充填空間ＳＰ１ｚの容積は、実施形態の充填空間ＳＰ１よりも大きい。すなわち、比較例の吸着器１０ｚには、実施形態よりも多くの吸着材１が充填されている。

図３には、図２と同じように、混合ガスＧＳが吸着器１０ｚ内に供給された始めた所定時間後において、二酸化炭素の吸着量分布がハッチングによって示されている。図３に示されるように、比較例の吸着器１０ｚは、実施形態の吸着器１０では充填されていない入口側外周部ＡＲ１および出口側外周部ＡＲ２にも吸着材１が充填されている。入口側外周部ＡＲ１が存在するため、比較例の吸着量分布は、実施形態の吸着量分布よりも、吸着材１内を進行していない。特に、比較例の吸着器１０ｚのガス流出口４側において、中心軸ＯＬ近傍の吸着材１の吸着量と、の吸着材１の吸着量とを比較すると、出口側外周部ＡＲ２で二酸化炭素を吸着していない吸着材１が多く残っている。そのため、この状態で混合ガスＧＳが吸着器１０ｚ内に供給され続けると、出口側外周部ＡＲ２の吸着材１の一部が二酸化炭素をあまり吸着していない状態で、中心軸ＯＬ付近からの二酸化炭素がガス流出口４から漏れ出す。

図４は、吸着材利用率Ｋの説明するためのグラフである。本実施形態では、吸着器１０，１０ｚ内の吸着材１が吸着可能な二酸化炭素の全量に対して、実際に吸着材１が吸着している二酸化炭素の量の割合を吸着材利用率Ｋとして定義する。この場合に、吸着材利用率Ｋが１００％になるときには、吸着器１０，１０ｚ内における吸着材１の吸着量が飽和している状態である。この状態で吸着器１０，１０ｚに混合ガスＧＳが供給されると、混合ガスＧＳ中の二酸化炭素濃度Ｄ１と、ガス流出口４からの排出される二酸化炭素の出口濃度（ＣＯ₂出口濃度）とが同じになる。本実施形態では、二酸化炭素が吸着器１０から漏れ出さない範囲で吸着材利用率Ｋを最大化するように、吸着器１０内に混合ガスＧＳが供給される。すなわち、吸着器１０から二酸化炭素が漏れ出す寸前まで、吸着器１０に混合ガスＧＳが供給される。

図４に示されるように、吸着器１０のＣＯ₂出口濃度の挙動が曲線Ｃ１で表される場合に、吸着器１０から二酸化炭素が漏れ出す時刻Ｔ１における吸着材利用率Ｋ_T1は、下記式（１）のように表される。
Ｋ_T1＝Ａ／（Ａ＋Ｂ）・・・（１）
Ａ：時刻Ｔ１までの吸着材１が吸着した二酸化炭素の吸着量
Ｂ：時刻Ｔ１以降に吸着材１が吸着する二酸化炭素の吸着量
吸着材利用率Ｋを向上させることにより、吸着器１０内で利用されない吸着材１を減らすことができる。また、吸着材１が吸着した二酸化炭素を脱離するために吸着器１０を加熱する際に、吸着材利用率Ｋの高い方が余分な吸着材１を加熱する必要がなく、吸着器１０を含むシステム全体の消費エネルギーを小さくできる。

本実施形態の吸着器１０と比較例の吸着器１０ｚとでは、吸着材１が充填されている総量が異なるため、ＣＯ₂出口濃度の挙動が異なる。比較例の吸着器１０ｚでは、実施形態の吸着器１０と比較して、出口側外周部ＡＲ２（図３）における吸着材１の吸着量が小さい状態でガス流出口４から二酸化炭素が漏れ出す。そのため、比較例の吸着量Ｂは、本実施形態の吸着量Ｂ（図４）はよりも大きくなる。すなわち、本実施形態の吸着器１０における吸着材利用率Ｋ_T1は、比較例の吸着器１０ｚの吸着材利用率Ｋ_T1よりも高くなる。

一般に、図３および図４に示されるように、ガス流入口３側において、外周部に充填された吸着材１は、吸着器１０外へと吸着熱を逃すことができるため、中心軸ＯＬ近傍に充填された吸着材１よりも特定のガスの吸着能力が高くなる。換言すれば、例えば、中心軸ＯＬ近傍の吸着材１の充填長さＬ_INと、外周部の吸着材１の充填長さＬ_OUTとが同じである場合、ガス流出口４側において、中心軸ＯＬ近傍で吸着されなかった二酸化炭素が、外周部よりも先に吸着材１から漏れ始める。これに対して、本実施形態の吸着器１０では、中心軸ＯＬ近傍の充填長さＬ_INは、外周部の吸着材１の充填長さＬ_OUTよりも長い。すなわち、外周部には、中心軸ＯＬ近傍よりも少ない吸着材１が充填されている。そのため、二酸化炭素の吸着能力が相対的に高い外周部においては、吸着材１の充填長さＬ_OUTを相対的に短くすることにより、吸着器１０の吸着性能を維持した上で、吸着材１の充填量を低減することができる。すなわち、吸着器１０の吸着性能を低下させずに、吸着材利用率Ｋ_T1を向上させることができる。また、吸着器１０が、吸着と脱離とを繰り返すガス分離システムに用いられた場合には、吸着する二酸化炭素の全量を低下させずに吸着材１の総量を低減しているため、ガス分離システムの高効率化を実現できる。

図３および図４に示されるように、吸着材１における吸着分布は、ガス流出口４側に対して凸な放物線として進行する。この点、本実施形態の中心軸ＯＬ近傍は、中心軸ＯＬから空間形成部２までの距離の４５％と５０％未満とされているため、ガス流出口４からの二酸化炭素の漏れを抑制しつつ、吸着材１の総量を低減できる。

また、本実施形態の吸着材１の充填長さＬ_INは、中心軸ＯＬ近傍に含まれる吸着材１の中心軸ＯＬに沿ったガス流入口３側の端部からガス流出口４側の端部までの長さの平均値（長さＬ１）である。また、吸着材１の充填長さＬ_OUTは、外周部に含まれる吸着材１の中心軸ＯＬに沿ったガス流入口３側の端部からガス流出口４側の端部までの長さの平均値（長さ（Ｌ１＋Ｌ２）／２）である。すなわち、本実施形態の各充填長さＬ_IN，Ｌ_OUTは、対象範囲内に含まれる一部分の長さではなく、吸着材１内の全体を流れる二酸化炭素の流れを考慮した長さの平均値である。これにより、一部分の長さで充填長さＬ_IN，Ｌ_OUTを決定していた場合と比較して、吸着材１の吸着分布がより調整される。その結果、吸着器１０の吸着性能を低下させずに、吸着材の総量をより低減できる。

また、本実施形態のメッシュ５，６は、中心軸ＯＬ近傍の吸着材１の充填長さＬ_INを外周部の吸着材１の充填長さＬ_OUTよりも長くした状態で保持している。このため、例えば上述した球状のように粒状として提供されることが多い吸着材１の充填に際して、メッシュ５，６などを利用して吸着材１が充填される位置を規制することにより、中心軸ＯＬ近傍における充填長さＬ_INと外周部における充填長さＬ_OUTとをそれぞれ調整できる。

また、本実施形態の内部空間ＳＰ０は、ガス流入口３側およびガス流出口４側に、吸着材１が充填されていない下側空間ＳＰ２と上側空間ＳＰ３とを含んでいる。そのため、同じ大きさの吸着器１０を用いた場合でも、下側空間ＳＰ２および上側空間ＳＰ３を利用して吸着材１の充填長さＬ_IN，Ｌ_OUTをそれぞれ調整できる。

また、本実施形態の中心部の吸着材１は、図１に示されるように、外周部の吸着材１よりも中心軸ＯＬに沿ってガス流出口４側に延びている。そのため、本実施形態の吸着器１０では、ガス流出口４側の外周部の吸着材１を減らすことにより、中心軸ＯＬ近傍における充填長さＬ_INと、外周部における充填長さＬ_OUTとをそれぞれ調整できる。

また、本実施形態の中心部の吸着材１は、図１に示されるように、外周部の吸着材１よりも中心軸ＯＬに沿ってガス流入口３側に延びている。そのため、本実施形態の吸着器１０では、ガス流入口３側の外周部の吸着材１を減らすことにより、中心軸ＯＬ近傍における充填長さＬ_INと、外周部における充填長さＬ_OUTとをそれぞれ調整できる。

また、本実施形態の吸着材１は、温度スイング吸着法によって二酸化炭素を吸着する。温度スイング吸着法は、吸着器１０内の吸着材１の加熱と冷却とを繰り返すことによって、吸着材１に対する二酸化炭素の吸着と分離とを行う。ガス吸着分離システムでは吸着材１の総量がシステムの効率に特に影響するため、温度スイング吸着法を行うガス吸着分離システムに吸着器１０を用いた場合に、ガス吸着分離システムのより高い効率化を実現できる。

また、本実施形態の空間形成部２は、中心軸ＯＬを中心とする円柱状の内部空間ＳＰ０を形成している。そのため、内部空間ＳＰ０の半径Ｒ１よりも小さい長さを一辺とする球状など複数の吸着材１が充填された場合に、各吸着材１間にガスが適度に流れるための空間が形成される。これにより、吸着器１０を用いたガス分離の吸着性能が向上する。

＜実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

［変形例１］
上記実施形態における吸着器１０の構成および形状等については、種々変形可能である。例えば、吸着器１０において空間形成部２とメッシュ５，６によって形成される充填空間ＳＰ１は、中心軸ＯＬを中心とする略円柱状の形状でなくてもよい。内部空間ＳＰ０は、特定の点を中心とする球状の空間でもよく、この場合には、特定の点を通る直線の軸を中心軸ＯＬとみなしてもよい。また、中心軸ＯＬは、直線状ではなく、曲線であってもよい。内部空間ＳＰ０は、曲線状の中心軸ＯＬを中心として、中心軸ＯＬの各位置において異なる横断面を有していてもよい。この場合の横断面は、例えば、正方形の断面形状を有し、ガス流入口３からガス流出口４に向かって面積が徐々に小さくなってもよい。

ガス流入口３およびガス流出口４の形状および位置についても種々変形可能である。図１に示されるように、ガス流入口３およびガス流出口４は、中心軸ＯＬを中心とする円柱状の形状であったが、例えば、中心軸ＯＬからずれた位置に形成されていてもよい。また、ガス流入口３およびガス流出口４は、互いに異なる形状（例えば円形と矩形）であってもいいし、円柱状ではなくて下側空間ＳＰ２および上側空間ＳＰ３に貫通する単なる孔であってもよい。

吸着材１の形状および材質についても種々変形可能である。二酸化炭素を吸着する吸着材１の材質は、ゼオライトではなく、多孔体にアミンを担持させた個体吸収材で形成されていてもよい。また、吸着材１として、当該固体吸収材で形成された吸着材と、ゼオライトで形成された吸着材とが混合されていてもよい。吸着材１の形状についても、球状以外でよく、例えば、立方体、球および立方体に所定の貫通孔が形成された形状であってもよい。また、吸着材１として、形状、大きさ、および材質が異なる複数の吸着材が混合されていてもよい。吸着材１は、吸着器１０に供給される混合ガスＧＳと、混合ガスＧＳから分離したいガスとの関係によって、周知技術を元に選択されればよい。すなわち、吸着材１は、二酸化炭素以外を吸着する材料が選択されてもよい。

［変形例２］
吸着材１が充填される充填空間ＳＰ１の形状については、種々変形可能である。上記実施形態の吸着器１０では、下側メッシュ５および上側メッシュ６が、斜面５２および斜面６２を有していたが、メッシュ５，６の一方のみが斜面を備えていてもよい。また、斜面５２および斜面６２は、一定勾配の斜面を有する必要はなく、例えば、放物線の斜面であってもよい。斜面５２および斜面６２は、吸着材１の充填長さＬ_INが充填長さＬ_OUTよりも長くなる範囲の形状であればよく、例えば、波状の斜面であってもよい。また、上記実施形態の吸着器１０において、比較例の吸着器１０ｚから取り除かれた入口側外周部ＡＲ１や出口側外周部ＡＲ２に、二酸化炭素を吸着しないその他の材料が充填されていてもよい。

また、メッシュ５，６がなく、ガス流入口３側およびガス流出口４側の吸着材１が接着剤によって固定されることにより、吸着材１が充填される充填空間ＳＰ１が形成されてもよい。また、メッシュ５，６がなく、空間形成部２におけるガス流入口３側およびガス流出口４側の両端部（下側空間ＳＰ２および上側空間ＳＰ３を含む空間）が、メッシュ５，６のような斜面５２および斜面６２を有する形状に形成されていてもよい。

上記実施形態の吸着器１０では、中心軸ＯＬから、半径Ｒ１の４５％の長さである半径ｒ１までの範囲を中心軸ＯＬの近傍としたが、中心軸ＯＬの近傍としては、半径Ｒ１の５０％以上であってもよい。例えば、半径Ｒ１の６５％であってもよいし、半径Ｒ１の３５％であってもよい。好ましくは、半径Ｒ１の５０％未満であり、半径Ｒ１の２９％以下だとより好ましい。より好ましい場合に、二酸化炭素の吸着量分布（図３，４）において、ガス流出口４側の分布の等高線を二次関数の放物線と近似すると仮定した場合に、吸着材利用率Ｋを低下させずに吸着材１の総量をより低減できる。

図５は、変形例の吸着器１０ａの概略斜視図である。図５に示される吸着器１０ａは、図３に示される比較例の吸着器１０ｚに対して、充填空間ＳＰ１ａの外周部の一部を切り欠いた切り欠きＣＴが形成された形状を有する。換言すると、変形例の下側空間ＳＰ２ａおよび上側空間ＳＰ３ａは、比較例の下側空間ＳＰ２ｚおよび上側空間ＳＰ３ｚと同じである。この変形例では、中心軸ＯＬ近傍の吸着材１ａの充填長さＬ_INとして、長さの平均値の代わりに、下側メッシュ５ａと中心軸ＯＬとの交差点と、上側メッシュ６ａと中心軸ＯＬとの交差点との間の距離を定義する。一方で、外周部の吸着材１ａの充填長さＬ_OUTとして、充填空間ＳＰ１ａを構成する外周面の中心軸ＯＬに沿った長さのうち、吸着材１ａが充填されている長さを定義する。そのため、変形例の吸着器１０ａにおける吸着材１ａの充填長さＬ_INは、長さＬ１である。変形例の吸着材１ａの充填長さＬ_OUTは、長さ（Ｌ３＋Ｌ４）である。図５に示されるように、変形例において、充填長さＬ_INは、充填長さＬ_OUTよりも長い。以上説明したように、充填長さＬ_OUTを短くするために形成される切り欠きＣＴなどは、必ずしも充填空間ＳＰ１の上端側や下端側に形成される必要はない。

吸着材１の充填長さＬ_IN，Ｌ_OUTの定義については、種々変形可能である。充填長さＬ_IN，Ｌ_OUTとして、上記実施形態のように対象範囲内の平均値が採用されてもよいし、変形例（図５）のように中心軸ＯＬにおける中心や外周端面の長さが採用されてもよい。また、充填長さＬ_IN，Ｌ_OUTとして、中心軸ＯＬに沿った吸着器１０，１０ａの切断面において、下端に位置する各吸着材１の下面と、上端に位置する各吸着材１の上面との中心軸ＯＬに沿った距離の平均値が採用されてもよい。また、中心軸ＯＬから空間形成部２までの半径Ｒ１の割合を用いて、例えば、充填長さＬ_INは、中心軸ＯＬから半径Ｒ１の１０％離れた位置での中心軸ＯＬに沿った長さとし、充填長さＬ_OUTは、中心軸ＯＬから半径Ｒ１の９０％離れた位置での中心軸ＯＬに沿った長さとしてもよい。

上記実施形態の各吸着塔では、温度スイング吸着法（ＴＳＡ）を用いた二酸化炭素の分離が行われたが、温度スイング吸着法以外の方法によって分離が行われてもよい。例えば、圧力スイング法（Pressure Swing Adsorption：ＰＳＡ）、および、圧力および温度スイング吸着（pressure and temperature adsorption：ＰＴＳＡ）が用いられてもよい。

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。

１，１ａ…吸着材
２…空間形成部
３…ガス流入口
４…ガス流出口
５，５ａ，５ｚ…下側メッシュ（保持部材）
６，６ａ，６ｚ…上側メッシュ（保持部材）
１０，１０ａ，１０ｚ…吸着器
５１，６１…平面
５２，６２…斜面
ＡＲ１…入口側外周部
ＡＲ２…出口側外周部
Ａ，Ｂ…吸着量
Ｃ１…曲線
ＣＳ１…横断面
Ｄ１…二酸化炭素濃度
ＧＳ…混合ガス
Ｋ，Ｋ_T1…吸着材利用率
Ｌ１〜Ｌ４…長さ
Ｌ_IN，Ｌ_OUT…充填長さ
ＯＬ…中心軸
Ｒ１，ｒ１…半径
ＳＰ０，ＳＰ０ａ，ＳＰ０ｚ…内部空間
ＳＰ１，ＳＰ１ａ，ＳＰ１ｚ…充填空間
ＳＰ２，ＳＰ２ａ，ＳＰ２ｚ…下側空間
ＳＰ３，ＳＰ３ａ，ＳＰ３ｚ…上側空間
Ｔ１…時刻

Claims (9)

1. 吸着器であって、
   中心軸に沿って伸びる内部空間を形成する空間形成部と、
   前記空間形成部において、前記中心軸の一端側に形成されたガス流入口と、
   前記空間形成部において、前記中心軸の他端側に形成されたガス流出口と、
   前記内部空間に充填され、前記ガス流入口から流入した混合ガスに含まれる１以上の特定のガスを吸着可能な吸着材と、
   を備え、
   前記中心軸及び前記中心軸の近傍における前記吸着材の充填長さは、前記内部空間の外周部における前記吸着材の充填長さよりも長い、吸着器。
2. 請求項１に記載の吸着器であって、
   前記中心軸の近傍は、前記中心軸に直交する横断面において、前記中心軸から前記空間形成部の内側面までの５０％未満の範囲であり、
   前記内部空間の外周部は、前記横断面における残余の範囲である、吸着器。
3. 請求項１または請求項２に記載の吸着器であって、
   前記吸着材の前記充填長さは、対象範囲内に含まれる前記吸着材の、前記中心軸に沿った前記一端側から前記他端側までの長さの平均値である、吸着器。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の吸着器であって、さらに、
   前記内部空間に配置されて、前記中心軸及び前記中心軸の近傍における前記吸着材の充填長さを、前記外周部における前記吸着材の充填長さよりも長くした状態で前記吸着材を保持する保持部材を備える、吸着器。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の吸着器であって、
   前記内部空間のうち、前記ガス流入口側と、前記ガス流出口側との少なくとも一方には、前記中心軸に沿った方向において前記吸着材が充填されていない空間が形成されている、吸着器。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の吸着器であって、
   前記中心軸及び前記中心軸の近傍における前記吸着材は、前記外周部における前記吸着材よりも、前記中心軸に沿って前記ガス流入口側に延びている、吸着器。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の吸着器であって、
   前記中心軸及び前記中心軸の近傍における前記吸着材は、前記外周部における前記吸着材よりも、前記中心軸に沿って前記ガス流出口側に延びている、吸着器。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の吸着器であって、
   前記吸着材は、温度スイング吸着法によって前記特定のガスを吸着する、吸着器。
9. 請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の吸着器であって、
   前記空間形成部は、前記中心軸を中心とする円形または楕円形の横断面を有する柱状の前記内部空間を形成する、吸着器。

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