JPS5881422A - 空気吸着分離法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は吸着剤を用いて空気中の窒素を選択吸着させ
、酸素を分離濃縮する方法に関するもので、混合ガ優で
ある空気中の酸素・窒素の分離手段として吸着剤を用い
加圧吸着工程と減圧脱着工程を交互に繰り返すことによ
り、吸着しやすい成分と吸着し難い成分とを分離する方
法は従来より種々提案され公知されている。

しかしながら従来よりの公知されているこれらの吸着剤
を用いる空気・の吸着分離装置において、吸着剤を充填
した分離容器は通常加圧・減圧のみで操作される。これ
゛らの公知の方法では本来の吸着剤の本っ全吸着能力を
有効に利用されずにいる。又全吸着能力を有効に利用し
ようとすれば、何等かの付加的装置を必要とし、その運
転操作にかな抄の手数を要する。

本発明の０酌は普通の粗空気から直接に吸着剤を用いて
加圧吸着・減圧脱着の操作にて高濃度の有効成分ガスを
製造する工程中の加圧・減圧の工程操作中に特別な付加
的装置を用いることなく同時に冷却吸着・加熱脱着の機
能を与えしかも簡単にしてかつ低コストの高純度の有効
成分ガスを製造する工業的方法を提供するものである。

この発明の原理を第１図を参照して説明する。

現在市販されている吸着剤は、主として天然ゼオライト
を処理加工し安価に供給されており。

その種類によりガスに対する選択吸着性が若干異なるが
、第１図は一般的な市販ゼオライト吸着剤のガス吸着性
能を示す、吸着剤の酸素ガス・窒素ガスの吸着等温曲線
図である。縦軸はガス吸着量を示し、横□軸はガス圧力
を示す。実線は窒素ガスを表し、破線は酸素ガスを表す
ものであり、温度は両ガスの上位の曲線は０℃の場合で
あり１両ガスの下位の曲線は２５℃の場合である。両ガ
スの比較でわが・るように吸着圧力を一定とした場合の
両ガスの吸着比すなわち。

Ｎ２７０２はか表り大きく２両ガスの濃ｒや分離にすぐ
れた選択性を発揮する吸着剤の特性を利用する分離技術
は公知の通りである。。

第１図の吸着等温曲線図で示す通り、ガス吸着量は温度
を一定とした場合圧力の関数となる。

用カ一定の時は吸着剤学位量当り、°ガス温度０℃の場
合が吸着量が多く、ガス温度２５℃の場合は相対的に吸
着量は少くなることがわかる。

空気の吸着分離の際のガス（空気）温度が非常に大角〈
吸着能力に影響することが第１図より明らかである。す
なわうガス（空気）温度が低い場合が吸着し易くなり、
又ガス温度が高い場合の方が吸着剤より脱ガスし易すい
ことが判明する。

これらのことは一定圧力下での吸着剤の温度条件による
吸着特性である。

以上第１図の説明で述べた如く、吸着剤の吸着特性から
して加圧吸着・減圧脱着を主とする空気の吸着分離法の
場合でも加圧吸着工程の時は出来得るだけガス（空気）
温度を低温度とし又減圧脱着工程の時はガス（窒素）温
度を吸着工程時より高温側にした操作方法が吸着・脱着
の両工程の全体としてみた場合に、吸着量／吸着剤の比
が大きくなり、もっとも有利な加圧・減圧による分離方
法であることが第１図より明確に判明する。

従来□より公知の吸着剤を利用する空気を原料とした加
圧吸着・減圧脱着による酸素（又は愉素）の製造法にお
いては１通常原料である粗空気は絶対湿度の水分を含ん
でおり、吸着帯へ装入する場合、空気圧縮機を利用し加
圧し吸着操作を行うが、この際に加圧による圧縮熱で空
気温度は上昇する。又窒素吸着目的のために原料空気中
の水分の除去が前処理として必要であり。

吸湿剤をもちいる。主としてシリカゲル・アルミナ・塩
化リチュム等が利用される。化学除湿による凝縮熱でさ
らに装入空気の温度は上昇するし、さらに窒素吸着に伴
う吸着剤の発熱で吸着環境は悪くなる。加圧操作による
吸着工程は原料空気の温度上ｌ″過程なり、前述の吸着
剤の温度特性からして不利であり、吸着剤の吸着能力を
有効に利用しえない。

又減圧脱着操作の場合は２通常減圧のために真空ポンプ
を利用し、加圧時気流の逆方向へ減圧排気するが吸着帯
に存在する熱は排気と共に急速に失なわれ、温度低下す
る吸着剤に吸着した窒素ガスの脱気に必要な活賦再生温
度も失なわれ、又蒸発潜熱が必要な吸着剤からの吸着水
分の除去、脱着の為に高真空条件下の長い脱着工程時間
を必要とする。

減圧操作による脱着工程の吸着帯は温度降下過程となり
、やはり前述の吸着剤の吸着特性からして不利であり、
吸着能力を有効に利用し得々いのみか脱着操作に高真空
条件の機種と短時間操作の為に能力の大きな減圧設備を
必要とし。

有効成分量当りの消費動力を大角くする。

以上を要約すると、従来公知の方法は吸着操作は加圧加
熱工程であり、脱着操作は減圧冷却工程である。このこ
とは圧力変化の度合が水分とガス温度に直接影響して吸
着能力に対して。

逆因子としてはたらくことになる。吸着剤の吸着特性か
らみた場合、望ましい操作条件は次のように考えてさし
つかえない。即ち吸着工程は加圧・冷却型であり、脱着
工程は減圧加熱型が望ましい条件である。

しかし望ましい条件で操作を行なうとすれば。

特別な冷却及び加熱の付加的設備が必要となり。

複雑で大型になり、必ずしも有利ではない。その理由は
公知の方法では吸着剤が通常多孔質の粒体であることか
ら熱伝導性が非常に悪く、急速な加熱及び冷却が困難で
あるからである。

以上述べたことは従来公知の方法の基礎的欠点を指摘し
たものである。本発明は圧力と吸着量との関係の中にあ
る熱挙動による吸着・脱着に対する欠点を特別な装置を
必要としないで解決する工業的利用が可能々提案である
。

さらに本発明は装置は小型で大容量の分離能力をもつこ
とが可能な提案をするし、又その必要性を次に述べる。

吸着圧力を高くすれば吸着量が増加して装置の能力アッ
プとコンパクト化が可能なことは判明しているが、吸着
圧力の上昇の度合は送入空気温度に直接影響するので従
来の方法では圧力上昇の度６合の割には吸着量は増加し
ない。その効果を動力消費の面から検討すると１通常の
空気圧縮は圧力と空気量は比例するが、圧力と消費動力
は二倍の関係にあり、加圧効果は、消費動力／有効成分
量からするとマイナスである。

しかし公知の実際装置の大型化、すなわち吸着剤充填量
の多いものは線速度（１，Ｖ）は大きくする必要があり
、したがって圧力損失も増加するために装入圧力も高く
なることはさけられない。それには高い吸着性能ケもつ
吸着剤の利用方法と充填量を多くしても圧力損失を増加
させない方法が必要である。

又従来の公知の分離装置の場合は、吸着剤の粒子内鉱散
速度の影響から分離ガスの平衡到達時間が比較的に長い
めで、一定時間内に吸着・脱着操作を多数回行なうこと
は実行しがたいものと考えられた装置である。

もし吸着や脱着のときに平衡に到達する時間が瞬間的で
あるならば、吸着帯は極く小型です、み、２つの吸着帯
を一定時間内に吸着・脱着操作を交互に多数回行うこと
で大容量の分離能力をもたせることが可能であるしその
ような装置が必要であり、又要求される。

本発明の原理を第２図で説明する。伝熱板■を介して吸
着・脱着の両操作の流路は完全に分離し、加圧した高温
吸着気流と減圧された低温脱゛着気流の両気流は隣り合
っていて、１枚の伝熱板■を双方の気流が共有するよう
にしだ流路である各流路に充填した粒状の吸着剤の間隙
を温度差のある両気流は対流して乱流効果を起して流れ
ることで、伝熱板■６′５ｃ介して伝熱交換をして脱着
側は加熱され、吸着側は冷却させる作用原理であり、そ
れにより前述の吸着剤の吸着特性を有効に利用して吸着
能力全増加させ、１回の吸着操作で得られる有効成分量
を増大させる。

又両気流の隔壁である伝熱板■は高圧と低圧をそれぞれ
に受ける面をもつが伝熱板■の間隙の流路に充填した吸
着剛力が間隔を一定に保つ役割をするので、伝熱板■に
特別に保護的な工〜夫を必要としない又使用する板厚は
薄くすることができ熱貫流も向上する。又充填した粒状
吸着剤は気流に乱流を起すことで伝熱板■に乱流効果を
起すような加工は不要で平滑な伝熱面のままでよい。

第３図は、伝熱板の具体的な実施、例の正面図である。

伝熱板■は熱伝導性のよい材質で適当な板厚の平板状で
ある。平板の片面の外端全周にバッキング■を備え、−
吉例の上下に流路口・αｌがあり、穴口周囲はバッキン
グｉがとりまく対象側の上下に連通口０′＠′がある。

同穴口付近に吸着剤の移動防止のスレリーン■ｌが設け
である。バッキング■の内周とスクリーンΦ〆で囲った
平板の面が一方の伝熱面となる。この伝熱面に吸着剤＠
全バッキング■の厚さとほぼ同じくして吸着剤を均一に
充填させン連通口■より粒状の吸着剤０の充填された間
隙を通り。

連通口′６）′に連絡する伝熱面に平行した流路を後述
する。組み合わせによゆ形成することを目的とした伝熱
板■をもつ単位吸着帯の実施例の正面図である。

、以下本発明の原理は第３図実施例の単位吸着帯を有効
に組み合わせ、吸着帯群を形成させることで可能なこと
を述べる。第３図の単位吸着帯を上下を交互に逆にして
重ね合わせると、伝熱板＋、ｉ＋にもうけた流路口りｄ
と連通口のｌは交互に位置が入替り、吸着・脱着の操作
に′必要な２系統の気流回路が交互に隣合ってバッキン
グ■を介して気密に構成される。このようにして重ね合
わせ配列した適当な数゛の単位吸着帯群を両端に設けた
伝熱面に平行な２箇のフレームの間で適当な方法で締付
けることで加圧・減圧の２操作で本発明の指示する原理
を利用する吸着分離部が形成される。　。

第４図は第３図の単蔽吸着帯を組み合わせ配列して吸着
帯群を形成した装置め実施例の操作系統図である。２系
統の第１吸着系と第２味着系が各８箇の単位吸着帯をそ
れぞれ３並列と５並列にして２段直列に配列し、１枚の
通路口のある′壁板ｄを加えた吸着帯群を両端のフレー
ムΦとフレームｌの間に締付は形成した吸着分離部と分
離した成品ガスの貯留タンク■と減圧下にある真空タン
ク［相］と２系統の気流回路を制御する三方向パルプ０
■■と逆止弁■とそれらの間を連絡する配管で操作系統
は構成されている。

図中の断面部は吸着帯群を形成する単位吸着帯の■伝熱
板■吸着剤充填部■バッキングを表す。

Ｃ及び■“は伝熱に寄与しない隔壁板となる。符号ａｂ
ｃは三方向パルプ■■■の流れ方向を示す姿勢図であり
、これをもちいて各パルプの操作を説明する。

吸着・脱着の２系統の操作には、各パルプ姿勢はｎはす
、■はす、■はａとして、空気圧縮機（図面には記載、
せず）より加圧した粗空気は導管Ｏバルブ■をへ・て第
１吸着系の並列した単位吸着帯へ分配され、さらに後段
の単位吸着帯の並列部に達する。系はパルプ■は閑にあ
るから系全体は加圧され、窒素分は吸着され酸素と分離
する。一方の第２吸着系は真空ポンプ（図面に記載せず
）より導管［相］にて連結した真空タンク［相］より同
時に減圧されており、導管［相］よりイ（ルブ■をへて
第２吸着系の各吸着帯に吸着した窒素分を減圧脱着させ
て系外へ排気するととを同時に行う。それにより加圧昇
熱した第１吸着系と減圧冷却された第２吸着系の間や温
度差を生じ、多数の伝熱板■を介して両系の加圧減圧操
作中に伝熱交換が瞬時に行なわれる。

次に第１吸着系はｈａ圧下での窒素吸着が平衡になった
時にパルプ■はｂとし１分離した高濃度酸素ガスは逆Ｉ
Ｅ弁■をへて貯留タンク■へ導入させながら第１吸着系
の出口端において目的成分である酸素濃度が急に低下す
る破過寸前になった時にパルプ■はＣとなるように操作
し。

第１と第２の吸着系を両端にて連通させる。連通ずるこ
とで両系の差圧で第１吸着系内の成品ガスとして取出し
たあとの残余の富酸素ガスを第２吸着系へ導入させて両
系の聞辛均圧にすると共に第２吸着系の減圧脱着した残
窒素ガスを掃気して真空夕／り［相］へ導入させ、導管
＠をへて貞４ポンプにより系外へ排気する」又この場合
製品ガスの酸素が低濃度でよい場合は連通させるパルプ
■をＣとする操作は省略できる。

さらに第２吸着系が掃気が完了と共に各バαプの姿勢を
０はａ、■はす、■はｂに操作し第１吸着系と第７２吸
着系の吸着と脱着の操作は入替り伝熱板を介する伝熱方
向も逆転する。以下この切替え操作を反復する。貯留タ
ンク０の酸素ガスは導管ｑ）をへて目的に使用される。

本実゛絢例の如く前段の並列数を少なく後段の並列数を
多くすることで前段を水分・炭酸ガスの吸着口゛的の吸
着剤を充填し粗空気の前処理と１、　！後段は窒素吸着
目的とすることで前処理機能を吸着帯群に組み込むこと
ができる。

次にこの発明の特徴と効果を具体的に述べる。

従来公知の吸着剤を利用する吸着分離法は種々試み−ら
れているが、それらの方法は吸着剤の吸着特性からして
温度と吸着量の関係にて不利な分離力法である。しかる
に本発明はそのような不適当々原因を追求した結果前述
のような発明構成により、吸着と脱着の両操作問に生ず
る温度差を利用して特別な付加的設備を設けずに両操作
問で伝熱交換を行い、温度により吸着量の差をもつ吸着
特性を利用して吸着能力を増加させ、１回の吸着操作で
得られる有効成分量を増大させることで、公知の方法よ
り比較的僅少な吸着剤量で短時間操作と少々い消費動力
で高濃度の成品ガス全吸着分離する。

かくてこの発明は、前記の改良吸着分離法を行うに当た
り従来公知の円筒分離塔容器の多塔式以上の装置効果を
提供する。

すなわち前述の標準化した単位吸着帯をもって適当な並
列数と直列数を組み合わせ配列すれば、吸着分離装置に
望まれる種々の要求条件にフレキシブルに対応でき志。

たとえば大容量装置の場合、単位吸着帯の並列数を増す
ことで圧力損失を増加させずに装置能力を増大させるこ
とである。

又単位吸着帯を重ね合わせ集積し配列することによりム
ダな空間のない機能の充実した箱型の形状となり、小型
コンパクト化が可能である。

この方法は従来公知の方法より必要な空間容積と設置ス
ペースを数分の−にすることになる。

従来方法にみる多くの配管群やバルブ群も節約される。

又大容１装置でも工場で完成させて車載輸送が可能であ
り、さらにその経済化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明に用いる市販吸着剤の酸素ガ
ス・窒素ガスの吸着等温曲線図である。 第２図は本発明の原理と作用を説明する一部を拡大した
断面図を示す。第３図はこの発明の実施例を示すもので
単位吸着帯の正面図である。 第４図は操作系統を示す実施例である。符号ａ。 口□ ｂ、　ｃは三方向パルプの操作を示す姿勢図である。 手続補正書（自発） 昭和、ｆ７ｆ：　’７月ノ４日 特許庁長官　　　　　　　　　　殿 ノ、事件の表示　　昭和Ｘ年特許願オノ８１９５３号２
、発明の名称　　空気吸着分離法 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 郵便番号　　　７５５ ４、補正の対象 願書、明細書 ５、補正の内容 （１）願書９発明の名称の項「空気吸着分離法」を「空
気吸着分離装置」と訂正 （２）明細書を全文訂正 明　　　　細　　　　書 １、発明の名称　　空気吸着分離装置 ２、特許請求の範囲 １、吸着剤を用いて加圧吸着、減圧脱着の工程を交互に
反復することにより、吸着しゃすい成分と吸着し難い成
分に分離する気体の吸着分離装置において、該装置が、
相互に伝熱可能な隔壁で離隔され、該隔壁間の間隙に吸
着剤が充填された複数の吸着・脱着室からなり、かつ互
に隣り合う該室が互に異った工程（吸着に対して脱着、
脱着に対して吸着）で作動する配列に組合わされている
ことを特徴とする空気吸着分離装置。 ２、　加圧吸着工程で発生する熱を前記隔壁を通″して
減圧脱着室へ伝熱せしめて、１互に熱の授受を行わしめ
て、加圧吸着過程での温度上昇、減圧脱着過程での温度
降下を互に交互連続的に相殺抑制せしめること゛を特徴
とする特徴請求の範囲オノ項に記載の空気吸着分離装置
。 ３、吸着剤と伝熱板を１対として構成した単位吸着帯を
重ね合わせて才系統の流路をもつ様に組合わせると共に
、これらを並列および直列に配置して単位吸着帯群を形
成させることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
の空気吸着分離装置。 ３、発明の詳細な説明 本発明は吸着剤を用いて空気中の窒素−を選択吸着させ
、酸素を分離濃縮する装置に関するものである。空気中
の酸素・窒素の分離手段として吸着剤を用いて吸着しや
すい成分と吸着し難い成分とを分離する方法は従来より
種々提案され既に公知の技術になっている。 しかしながら従来より公知の吸着剤を用いる空気の吸着
分離装置では、吸着剤を充填した分離容器は通常加圧・
減圧のみで操作される。このためにこれらの公知の方法
では１本来の吸着剤のもつ全吸着能力は有効に利用され
ていない。又全吸着能力を有効に利用しようとすれば、
何等かの付加的装置を必要とし、その運転操作にかなり
の手数を要する。 本発明の目的は普通の粗空気から吸着剤を用いて直接加
圧吸着・減圧脱着の操作で高濃度の有効成分ガスを製造
する工程において、該加圧吸着・減圧脱着の操作を特別
な付加的装置を用いることなく同じ装置で同時に冷却吸
着・加熱脱着の機能を与え、しかも簡単にしてかつ低コ
ストの高純度の有効成分ガスを製造する工業的方法を提
供するものである。 本発明の原理をオノ図を参考にして説明する。 現在市販されている吸着剤は、主として天然ゼオライト
を処理加工したもので安価に供給されており、その種類
によりガスに対する選択吸着性は若干異なるが、第１図
は一般的な市販ゼオライト吸着剤のガス吸着性能を示す
、吸着剤の酸素５ガス・窒素ガスの吸着等温曲線図であ
る。縦軸はガス吸着量を示し、横軸はガス圧力を示す。 実線は窒素ガスを表し、破線は酸素ガスを表すものであ
り。 実線・破線共上位に位置する曲線は０°Ｃの場合であり
、下位の曲線は２５°Ｃの場合である。両ガスの比較で
わかるように吸着圧力を一定、とした場合の両ガスの吸
着比すなわち、Ｎ２１０２はかなり大きくなっており１
両ガスの濃縮や分離に吸着剤がすぐれた選択性を発揮す
ることを示している。 第１図の吸着等温曲線図で示す通り、ガス吸着量は温度
を一定とした場合圧力の関数となる。 圧カ一定の時は吸着剤単位量当たり、ガス温度θ°Ｃの
場合が吸着量が多く、ガス温度２５°Ｃの場合は相対的
に吸着量は少なくなることがわかる。吸着能力には吸着
分離の際のガス（空気）温度が非常に大きく影響するｌ
ことが牙１図より明らかである。すなわちガス（空気）
温度が低い場合が吸着し易くなり、又ガス温度が高い場
合の方が吸着剤より脱ガスし易いことが判明する。 以上オノ図の説明で述べた如く、吸着剤の吸着特性から
して加圧吸着・減圧脱着を夫とする空気の吸着分離法の
場合でも加圧吸着工程の時は出来得るだけガス（空気）
温度を低温とし、又減圧脱着工程の時はガス（窒素）温
度を吸着工程時より高温側にした操作方法が、吸着量／
吸着剤の比が大きくなり、もつとも有利な加圧・減圧に
よる分離方法であることがオノ図より明確に判明する。 従来より公知の吸着剤を利用する。空気を原料とした加
圧吸着・減圧脱着による酸素（又は窒素）の製造法にお
いては９通常、原料の粗空気を吸着帯へ装入する場合、
空気圧縮機を利用し加圧し吸着操作を行うが、この際に
加圧による圧縮熱で空気温度は上昇する。又粗空気は絶
対湿度の水分を含んでいるので前処理として空気中の水
分の除去が必要であり、このために通常束としてシリカ
ゲル・アルミナ・塩化リチーム等の化学除湿剤が用いら
れ、この化学除湿による凝縮熱でさらに装入空気の温度
は上昇する。またさらに窒素吸着の際の吸着剤の発熱に
よっても温度は上昇し、吸着環境は益々悪化する。加圧
操作による吸着工程は。 原料空気の温度上昇につながり、前述の吸着剤の温度特
性からして不利であり、吸着剤の吸着能力を有効に利用
しえない。 又減圧脱着操作の場合は１本来脱着工程は温度が高い方
が望ましいが通常減圧のために真空ポンプを利用され、
加圧時とは逆方向へ減圧排気されるが、脱着工程に有効
に働く、吸着帯に存在する熱はこの排気によって急速に
失なわれ、また吸着剤から吸着水を除去する際の蒸発潜
熱によっても失われ、このために脱着工程の時間はより
長時間になってくる。 減圧操作による脱着工程は温度降下過程であり。 やはり前述の吸着剤の吸着特性からして不利であり、吸
着能力を有効に利用し得ないのみか脱着操作に高真空条
件の機種と短時間操作の為に能力の大きな減圧設備を必
要とし、有効成分量当たりの消費動力を大きくする。 以上を要約すると、従来公知の方法は吸着操作は加圧加
熱工程であり、脱着操作は減圧冷却工程である。このこ
とは圧力変化の度合が水分とガス温度に直接影響して吸
着能力に対して、マイナス要因としてはたらくことにな
る。吸着剤の吸着特性からみた場合、望ましい操作条件
は次のように考えてさしつかえない。即ち吸着工程は加
圧・冷却型であり、脱着工程は減圧加熱型が望ましい条
件である。 しかし望ましい条件で操作を行うとすれば、特別な冷却
および加熱の付加的設備が必要となり。 複雑で大型になり、必ずしも有利ではない。その理由は
、公知の方法では、吸着剤が通常多孔質の粒体であるこ
とから熱伝導性が非常に悪く、急速な加熱および冷却が
困難であるからである。 以上述べたことは従来公知の方法の基礎的欠点を指摘し
たものである。本発明は圧力と吸着量との関係の中にあ
る熱挙動による吸着・脱着に対する上記欠点を特別な装
置を必要としないで解決せんとするものである。 さらに本発明は、小型でしかも大容量の分離能力をもつ
ことが可能な装置を提供せんとするものである。 吸着圧力を高くすれば吸着量が増加して装置の能力アッ
プとコンパクト化が可能なことは判明しているが、吸着
圧力の上昇の度合は送入空気温度に直接影響するので従
来の方法では圧力上昇の度合の割には吸）着量は増加し
ない。その効果を動力消費の面から検討すると１通常の
空気圧縮は圧力と空気量は比例するが、圧力と消費動力
は二俄の関係にあり、従って加圧効果は、消費動力／有
効成分量からするとマイナスである。しかし公知の実際
の大型装置、すなわち吸着剤充填量・の多いものは、線
速度（ＬＶ）を大きくする必要があり、したがって圧力
損失も増加するために、装入圧力も高くなることはさけ
られない。それには高い吸着性能をもつ吸着剤の利用方
法と充填量を多くしても圧力損失を増加させない方法が
必要である。 又従来の公知の分離装置は、吸着剤の粒子内拡散速度の
影響から１分離ガスの平衡到達゛時間が比較的に長いの
で、一定時間内に吸着・脱着操作を多数回行うことは実
行しがたいものとして考えられた装置である。 もし吸着や脱着のときに平衡に到達する時間が瞬間的で
あるならば、吸着帯は極く小型ですみ。 ２つの吸着帯を一定時間内１に吸着・脱着操作を交互に
多数回行わせることで大容量の分離能力をもたせること
が可能である。本発明はこの様な考えにもとづいてなさ
れたものである。 本発明の原理を第２図で説明する。伝熱板■を介して吸
着・脱着の両操作の流路は完全に分離し。 加圧した高温吸着気流と減圧された低温脱着気流の両気
流は隣り合っていて、１枚の伝熱板■を双方め気流が共
有するようにしだ流路である各流路に充填した粒状の吸
着剤の間隙を温度差のある両気流は対流して乱流効果を
起こして流れることで。 伝熱板■を介して伝熱交換をして脱着側は加熱され、吸
着側は冷却させる作用原理であり、それにより前述の吸
着剤の吸着特性を有効に利用して吸着能力を増加させ、
１回の吸着操作で得ら、れる有効成分量を増大させる。 又両気流の隔壁である伝熱板のは高圧と低圧をそれぞれ
に受ける面をもつが伝熱板■の間隙の流路に充填した吸
着剤■が間隔を一定に保つ役割をするので、伝熱板■に
特別に保護的な工夫を必要としない。又使用す号板厚は
薄くすることができ熱質流も向上する。又充填した粒状
吸着剤は気流に乱流を喚起する効果が壱るので、伝熱板
のに乱流効果を起こすような加工は不要で平滑な伝熱面
のままでよい。 第３図は、伝熱板の具体的な実施例の正面図である。伝
熱板■は熱伝導性のよい材質でできてお゛り適当な板厚
の平板状のものである。平板の片面の外端全周にはバッ
キング■が付けられている。 ■、Φは流路口であり、これと反対側には９周囲をバッ
キング■で囲まれた連通口■、■′がある。■、０の穴
口付近には、吸着剤の移１防止のスクリーン■、［有］
が設けられである。バッキング■の内周とスクリーンの
、Ｃで囲った平板の面が一方の伝熱面となる。この伝熱
面に、バッキング■の厚さとほぼ同じく吸着剤■を均一
に充填させる。連通口０より粒状の吸着剤■の充填され
た間隙を通り、連通口［株］に抜ける。伝熱面に平行な
流路が形成される。 単位吸着帯は、伝熱板■を含めたこれらの組合わせより
なっている０ 次に第３図に示した単位吸着帯を有効に組合わせて吸着
帯群を形成させることによって本発明が実際的に可能に
なることを述べる。第３図の単位吸着帯を上下を交互に
逆にして重ね合わせると。 伝熱板■にもうけた流路口■、■′と連通口■、＠は交
互に位置が入替わり、吸着・脱着の操作に必要な２系統
の気流回路が交互に隣り合ってバッキング■を介して気
密に構成される。このようにして重ね合わせ配列した適
当な数の単位吸着帯群を両端に設けた伝熱面に平行な２
箇のフレームの間で適当な方法で締付けることで加圧・
減圧の２操作で本発明の指示する原理を利用する一着分
離部が形成される。 第４図は、第３図の単位吸着帯を組合わせ配列して吸着
帯群を形成した装置の実施例の操作系統図である。２系
統のオノ吸着系と第２吸着系が各８箇の単位吸着帯をそ
れぞれ３並列と５並列にして２段直列に配列し、１枚の
通路口のある壁板０を加えた吸着帯群を１両端のフレー
ム■とフレームσの間に締付けて形成させた吸着分離部
と１分離した成品ガスの貯留タンク■と、減圧下にある
真空タンク［株］と、２系統の気流回路を制御する三方
向バルブ■、■、■と、逆止弁■と、それらの間を連絡
する配管で、操作系統は構成されている。図中の断面部
は吸着帯群を形成する単位吸着帯の。 ■伝熱板、■吸着剤゛充填部、■バッキングを表ｔσお
よび■″は伝熱に寄与しない隔壁板となる。符号ａ、ｂ
、ｃは三方向パルプ■、■、■の流れ方向を示す姿勢図
であり、これをもちいて各パルプの操作を説明する。 吸着・脱着の２系統の操作で、各パルプ姿勢は。 ■はす、■けす、■はａとして、空気圧縮機（図面には
記載せず）より加圧した粗空気は導管■バルブのをへて
第１吸着系の並列した単位吸着帯へ分配され、さらに後
段の単位吸着帯の並列部に達する。しかしてパルプ■は
閑にあるので系全体は加圧され、窒素分は吸着され酸素
と分離される。 一方の第２吸、着系は真空ポンプ（図面に記載せず）よ
り導管Ｏにて連結した真空タンク［株］より同時に減圧
されており、導管Ｑよりパルプ■をへて第２吸着系の各
吸着帯に吸着した窒素分を減圧脱着させて系外へ排気す
ることを同時に行う。それにより加圧昇熱したオノ吸着
系と減圧冷却された第２吸着系の間には温度差を生じ、
多数の伝熱板■を介して両系の加圧減圧操作中に伝熱交
換が瞬時に行われる。 次に第１吸着系は、加圧下での窒素吸着が平衡になった
時に、ベルブ■はｂとし１分離した高濃度酸素ガスは逆
止弁■をへて貯留タンク■へ導入させながら、第１吸着
系の出口端において目的成分である酸素濃度が急に低下
する破過寸前になった時にパルプ■はＣとなるように操
作し、オノと第２の吸着系を両端にて連通させる。連通
ずることで両系の差圧でオノ吸着系内の成品ガスとして
取出したあとの残余の富酸素ガスを第２吸着系へ導入さ
せて両系の間を均圧にすると共に第２吸着系の減圧脱着
した残窒素ガスを掃気して真空タンク［株］へ導入させ
、導管Ｏをへて真空ポンプにより糸外へ排気する。又こ
の場合製品ガスの酸素が低濃度でよい場合は連通させる
パイプ■をＣとする操作は省略できる。 さらに第２吸着系は掃気が完了と共に各パルプの姿勢を
■けａ、■はす、■はｂに操作し、オノ吸着系と第２吸
着系の吸着と脱着の操作は入替わり、伝熱板を介する伝
熱方向も逆転する。以下この切替え操作を反復する。貯
留夕／り■の酸素ガスは導管Ｑをへて目的に使用される
。 本実施例の如く前段の並列数を少なく後段の並列数を多
くすることで、前段で水分・炭酸ガスの吸着を目的とし
た吸着剤を充填し粗空気の前処理とし、後段は窒素吸着
を目的とすることで前処理機能を吸着帯群に組込むこと
ができる。 次にこの発明の特徴と効果を具体的に述べる。 従来公知の吸着剤を利用する吸着分離法は種々試みられ
ているが、それらの方法は吸着剤の吸着特性から考えて
、前記した様な温度と吸着量の関係があるので有利な分
離方法とはいえない。しかるに本発明は、そのような不
適当な原因を追求した結果、前述のような発明構成によ
り、吸着と脱着の両縁作問に生ずる温度差を利用して特
別な付加的設備を設けずに両縁作問で伝熱交換を行い、
温度に依存する吸着特性を逆に利用して吸着能力を増加
させ、１回の吸着操作で得られる有効成分量を増大させ
ることで、公知の方法より比較的僅少な吸着剤量で、短
時間操作と少ない消費動力で高濃度の成品ガスを吸着分
離する。 かくてこの発明は、前記の改良吸着分離法を行うに当た
り従来公知の円筒分離塔容器の多塔式以上の装置効果を
提供する。 すなわち前述の標準化した単位吸着帯をもって適当な並
列数と直列数を組合わせ配列すれば、吸着分離装置に望
まれる種々の要求条件にフレキシブルに対応できる。た
とえば大容量装置の場合。 単位吸着帯の並列数を増すことで圧力損失を増加させず
に装置能力を増大させることである。 又単位吸着帯を重ね合わせ集積し配列することによりム
ダな空間のない、省空間機能の充実した箱型の形状とな
り、小型コンパクト化が可能である。この方法は従来公
知の方法より必要な空間容積と設置スペースを数分の−
にすることになる。 従来方法にみる多くの配管群やパルプ、群も節約される
。又大容量装置でも工場で完成させて車載輸送が可能で
あり、さらにその経済化を図ることができる。 ４、図面の簡単な説明 第１図は１本発明の原理説明に用いる市販吸着剤の酸素
ガス・窒素ガスの吸着等温曲線図である。 第２図は１本発明の原理と作用を説明する。一部を拡大
した断面図を示す。 第３図は、この発明の実施例を示す゛もので単位吸着帯
の正面図である。 第４図は、操作系統を示す実施例である。符号ａ、ｂ、
ｃは三方向バルブの操作を示す姿勢図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｉｌ＋　　吸着剤を用いて加圧吸着・減圧脱着の操作を
   交互に反復することにより、吸着し易すい成分と吸着し
   難い成分とを分離する気体の吸着分離装置において高圧
   と低圧とをそれぞれに受ける面をもつ複数の伝熱体で隔
   壁を作り隔壁間の間隙に吸着剤を充填し、その間隙が交
   互に吸着・脱着の配列になるように組み合わせたことを
   特徴とする吸着分離装置。 （２）　　加圧吸着・減圧脱着の二操作を交互に反復す
   る吸着工程にて発生する熱を゛伝熱体を介して脱着工程
   を加熱すると同時に吸着工程を冷却する熱交換を交互連
   続的に行うこと１４Ｉ做とする特許請求の範囲ｌに記載
   の吸着分離装置。 （３）　　吸着剤と伝熱板を１対として構成した単位吸
   着帯を重ね合わせて２系統の流路もようじて組み合わせ
   て適当な並列数と直列数で単位吸着帯群を形成したこと
   を特徴とする特許請求の範囲】、２に記載の吸着分離装
   置。