(57)【要約】  本発明は、浄化ユニットの寿命を伸ばしつつ、空気を浄化するために単一のユニットの中で、一連のオペレーションを使用する空気浄化システムを提供する。空気は、液体を削除するために粗いウォータートラップを通過する。その後、半乾燥した空気（それは通常水蒸気の3000ppm未満である）は、吸着カラム（150（1）-（3））を通過し、浄化プロセスでの残りの湿気およびすべての二酸化炭素を削除する。吸着カラムを通す前の空気を乾燥させることは、空気浄化の効率を非常に高め、酸化触媒（200）および吸着カラム（150（1）-（3））の両方の寿命を伸ばす。本発明は、さらに酸化触媒ユニット（200）を通す前、および後の2回、吸着カラム（150（1）-（3））を通って空気浄化させる。およそ300℃に加熱された酸化触媒（200）は、一酸化炭素と炭化水素をその後、新たにH2OおよびCO2に変換させ、第二方向の気流あるいは降流の第二吸着カラムによる2回目の通過により除去される。その後、空気のフローは、浄化した空気からの再生用空気の供給を促進させている3番目の吸着カラムに転じられる。
2005515053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素と酸素との比率を保持する空気の浄化方法であって、
第一方向の気流において、第一吸着カラムを通して半浄化させ、
前記半浄化した空気を酸化触媒に通し、該酸化触媒として、パラジウム触媒または白金触媒を含む酸化触媒を用いて、炭化水素、一酸化炭素を二酸化炭素と水とに変換させ、
この酸化された半浄化の空気を第二方向の気流において、第二吸着カラムを通して前記酸化された半浄化の空気の不純物を除去し、
浄化空気を作ることを特徴とする空気の浄化方法。
【請求項２】
第一吸着カラムによる工程の前に、さらに気流をウォータートラップに通過させて、水蒸気を10,000ppm未満に半乾燥させる第一段の水分除去工程を備える 請求項１記載の空気の浄化方法。
【請求項３】
前記第一段の水分除去工程の前に、さらに空気を圧縮する工程を備える請求項２記載の空気の浄化方法。
【請求項４】
前記浄化空気が排気と第三吸着カラムとの気流を有し、該気流が前記第三吸着カラムの再生空気の供給となる請求項１記載の空気の浄化方法。
【請求項５】
前記再生空気の供給の気流が第三吸着カラムの外から排気口へと出る気流を備えている請求項４記載の空気の浄化方法。
【請求項６】
前記第一方向の気流と第二方向の気流とを交代させ、前記吸着カラムの少なくとも一つが気流を有さないか、もしくは、前記再生空気の供給による気流を有するかの何れかで、且つ、他の吸着カラムが第二方向の気流において酸化され半浄化された空気の気流を有する請求項４記載の空気の浄化方法。
【請求項７】
前記第三吸着カラムを加熱し、該加熱が前記第三吸着カラムにおける熱再生を促進する請求項４記載の空気の浄化方法。
【請求項８】
前記加熱は、前記第三吸着カラムを通る前記再生空気の供給の気流を加熱する請求項７記載の空気の浄化方法。
【請求項９】
窒素と酸素との比率を保持する空気の浄化方法であって、
捕集した前記空気から第一段の水分除去工程を行い、該除去工程により結果物として半乾燥空気を得、該半乾燥空気の水蒸気を10,000ppm未満とし、
前記半乾燥空気を第一方向の気流において、第一吸着カラムに流して、乾燥された空気の半浄化が行われ、前記乾燥された空気が前記第一吸着カラムを通ることで、半浄化空気の水分と二酸化炭素とを除去し、
前記半浄化空気を酸化触媒を通過させ、前記半浄化空気中の炭化水素、一酸化炭素を二酸化炭素と水とに変換させて、結果、酸化された半浄化空気とし、
該酸化された半浄化空気を第二方向の気流において、第二吸着カラムに流して、
該第二吸着カラムの気流により、残留している二酸化炭素、水、窒素酸化物を前記半浄化空気から除去し、不純物が10ppb未満の浄化空気を作る空気の浄化方法。
【請求項１０】
前記浄化空気が排気と第三吸着カラムとの気流を有し、前記第三吸着カラムに導入される前記気流が熱再生を促進する請求項９記載の空気の浄化方法。
【請求項１１】
第三吸着カラムの外から排気口へと出る再汚染された空気の気流を有する請求項１０記載の空気の浄化方法。
【請求項１２】
前記気流方向を第一吸着カラム、第二吸着カラムおよび第三吸着カラムにおいて切り替え、常に、少なくともこれら吸着カラムのいずれか一つが、気流を有さない、もしくは、浄化空気を流している状態とし、少なくとも一つの吸着カラムを酸化された半浄化空気を流す状態とし、少なくとも一つの吸着カラムを半乾燥空気を流す状態とする請求項１０記載の空気の浄化方法。
【請求項１３】
ウォータートラップによって水を除去する前記工程を有する請求項９記載の空気の浄化方法。
【請求項１４】
第一吸着カラムの気流が半乾燥空気を冷却し、該冷却により前記第一吸着カラムでの空気の浄化を促進させる請求項９記載の空気の浄化方法。
【請求項１５】
第二吸着カラムの気流が酸化された半浄化空気を冷却し、該冷却により前記第二吸着カラムでの空気の浄化を促進させる請求項９記載の空気の浄化方法。
【請求項１６】
加熱された酸化触媒の気流を有する請求項９記載の空気の浄化方法。
【請求項１７】
前記加熱が、２００〜４００℃の温度である請求項１６記載の空気の浄化方法。
【請求項１８】
空気の浄化方法であって、
期間Ｔの間に、第一方向の気流において第一吸着カラムを未浄化空気が流れ、結果、半浄化空気の流れとなり、
該半浄化空気が酸化触媒に流れ、結果、酸化された半浄化空気となり、
該酸化された半浄化空気が第二方向の気流において、第二吸着カラムを流れ、この浄化空気が第三吸着カラムに流れ、
期間Ｔ＋１単位時間の間に、第一方向の気流において前記第三吸着カラムを未浄化空気が流れ、
前記第一吸着カラムが前記第二吸着カラムに接続された供給源から浄化空気を受け取り、
期間Ｔ＋２単位時間の間に、前記第一吸着カラムには、第二方向の気流において前記酸化された半浄化空気が流れ、
前記第二吸着カラムには、浄化空気が流れることにより構成された空気の浄化方法。
【請求項１９】
期間Ｔ＋３単位時間の間に、第一方向の気流において第一吸着カラムを未浄化空気が流れ、結果、半浄化空気の流れとなり、
該半浄化空気が酸化触媒に導入され、結果、酸化された半浄化空気となり、
該酸化された半浄化空気が第二方向の気流において、第二吸着カラムを流れ、この浄化空気が第三吸着カラムに流れる動作をさらに備えて構成された請求項１８記載の空気の浄化方法。
【請求項２０】
期間Ｔ＋２単位時間と期間Ｔ＋３単位時間との間に、第二吸着カラムが気流を有さない待機状態となる請求項１９記載の空気の浄化方法。
【請求項２１】
期間Ｔ＋１単位時間と期間T+2単位時間との間に、第一吸着カラムが気流を有さない待機状態となる請求項１８記載の空気の浄化方法。
【請求項２２】
期間Ｔの際に前記第三吸着カラムを熱再生を促進するために加熱する請求項１８記載の空気の浄化方法。
【請求項２３】
前記第三吸着カラムの加熱は、前記浄化空気の加熱を含む請求項１８記載の空気の浄化方法。
【請求項２４】
期間Ｔは、前記単位時間未満である請求項１８記載の空気の浄化方法。
【請求項２５】
空気の浄化システムであって、
吸気部、排気部、配管、前記吸気部に接続されるコンプレッサー、前記コンプレッサーに接続され空気から水分の除去を行うウォータートラップ、複数の吸着カラム、酸化触媒ユニットを備え
前記ウォータートラップから第一の前記吸着カラムセット、酸化触媒ユニットを通り、第二の前記吸着カラムセット、付随設備、排出口へと配管を前記空気が通る空気の浄化システム。
【請求項２６】
少なくとも水分と二酸化炭素とを除去する第一の前記吸着カラムセットを気流が流れ、酸化触媒ユニットで炭化水素と一酸化炭素とが二酸化炭素と水とに変換され、少なくとも二酸化炭素と水と窒素酸化物とを除去する第二の前記吸着カラムセットを流れる気流を備える請求項２５記載の空気の浄化システム。
【請求項２７】
さらに前記吸気部からの空気を圧縮するためのコンプレッサーを備える請求項２５記載の空気の浄化システム。
【請求項２８】
少なくとも前記吸着カラムに加熱ユニットを備えた請求項２５記載の空気の浄化システム。
【請求項２９】
前記加熱ユニットは、熱勾配を有する請求項２８記載の空気の浄化システム。
【請求項３０】
少なくとも一つの前記吸着カラムセットには冷却ユニットが備えられている請求項２５記載の空気の浄化システム。
【請求項３１】
前記冷却ユニットは、ガス／ガスまたはガス／空気の熱交換器である請求項３０記載の空気の浄化システム。
【請求項３２】
少なくとも一つの前記吸着カラムセットが、外部シェル、分子ふるい、ニッケル触媒および前記吸着カラムの両端部の第一接続部と第二接続部との両方に備えられたフィルターを有している請求項２５記載の空気の浄化システム。
【請求項３３】
少なくとも一つの前記吸着カラムセットが前記第一接続部に近接した第一端部に冷却ユニットを有する請求項３２記載の空気の浄化システム。
【請求項３４】
少なくとも一つの前記吸着カラムセットが前記第二接続部に近接した第二端部に加熱ユニットを有する請求項３２記載の空気の浄化システム。
【請求項３５】
前記酸化触媒ユニットが、吸気部に接続させた大粒子スクリーン、酸化触媒、排気部に接続させた焼結金属フィルター、および加熱手段を備えている請求項２５記載の空気の浄化システム。
【請求項３６】
さらに気流をコントロールするためのバルブセットを備える請求項２５記載の空気の浄化システム。
【請求項３７】
前記バルブセットが４方バルブである請求項３６記載の空気の浄化システム。
【請求項３８】
さらに前記バルブセットの開閉を行うためのバルブコントロールユニットを備えた請求項３６記載の空気の浄化システム。
【請求項３９】
前記バルブコントロールユニットが、
気流を前記第一方向の気流において前記第一吸着カラムに流すコントロール手段、
気流を前記第二方向の気流において前記第二吸着カラムに流すコントロール手段、
前記第二吸着カラムからの再生気流を第三吸着カラムに流すコントロール手段、
を備えている請求項３８記載の空気の浄化システム。
【請求項４０】
さらに再生空気供給を備える請求項２５記載の空気の浄化システム。
【請求項４１】
第二の前記吸着カラムセットから排出された前記浄化空気を第三の前記吸着カラムセットに流し、前記浄化空気の気流が再生空気供給となるよう配管を備えた請求項２５記載の空気の浄化システム。
【請求項４２】
さらに再生排気口を備え、前記再生空気供給の気流が第三の前記吸着カラムセットを通り、前記再生排気口から排出される請求項４１記載の空気の浄化システム。
【請求項４３】
さらに加熱ユニットを備え、該加熱ユニットにより前記第三吸着ユニットでの熱再生を促進させる請求項４２記載の空気の浄化システム。
【請求項４４】
前記吸着カラムセットは少なくとも3つのカラムを備え、
前記システムが運転中は、常に、
前記吸着カラムセットの第三カラムが再生し、この第三吸着カラムに浄化空気による再生供給の気流を通すことで前記再生を、促進し、
前記第三吸着カラムがさらに加熱ユニットを備え、該加熱ユニットが熱再生を促進する
請求項２５記載の空気の浄化システム。
【請求項４５】
さらに再生供給取入口および再生排気口を備え、前記吸着カラムセットの全てが加熱ユニットを備え、加熱による熱再生が可能となっている請求項２５記載の空気の浄化システム。
【請求項４６】
前記吸着カラムセットは少なくとも３つのカラムを備え、空気浄化の間、前記吸着カラムセットの前記第一カラムが第一方向の気流において空気浄化を行い、この第一気流での空気浄化が少なくとも空気から窒素酸化物を除去する請求項２５記載の空気の浄化システム。
【請求項４７】
前記吸着カラムセットは少なくとも３つのカラムを備え、空気浄化の間、前記吸着カラムセットの前記第二カラムが第二方向の気流において空気浄化を行い、この第二気流での空気浄化が少なくとも空気から水蒸気、二酸化炭素および窒素酸化物を除去する請求項２５記載の空気の浄化システム。
【請求項４８】
前記酸化触媒ユニットは、およそ３００℃に保たれている請求項２５記載の空気の浄化システム。
【請求項４９】
前記酸化触媒ユニットは、パラジウムからなる触媒を含有する請求項２５記載の空気の浄化システム。
【請求項５０】
前記酸化触媒ユニットは、白金からなる触媒を含有する請求項２５記載の空気の浄化システム。
【請求項５１】
前記吸着カラムセットの一つはニッケル触媒を含有する請求項２５記載の空気の浄化システム。
【請求項５２】
前記ニッケル触媒が５２５６ニッケル触媒である請求項５１記載の空気の浄化システム。
【請求項５３】
一つの前記吸着カラムセットが分子ふるいを備える請求項２５記載の空気の浄化システム。
【請求項５４】
前記分子ふるいがBAYLITH（登録商標）のものである請求項５３記載の空気の浄化システム。
【請求項５５】
前記分子ふるいがＵＯＰ（登録商標）のＷＥ−Ｇ５９２である請求項５３記載の空気の浄化システム。
【請求項５６】
空気の浄化システムであって、
吸気部、排気部、配管、前記吸気部に接続されるコンプレッサー、前記コンプレッサーに接続されるウォータートラップであって、空気から水分の除去を行うウォータートラップ、複数の吸着カラム、酸化触媒ユニットを備え
第一の前記吸着カラムセットに至る前に前記ウォータートラップを通り、第一吸着カラムの装置寿命を延ばす空気の浄化システム。
【請求項５７】
前記吸着ユニットが第一接続部、該第一接続部に接続された大粒子スクリーン、分子ふるい、ニッケル触媒、第二接続部に接続された焼結金属フィルターを含む請求項５６に記載のシステム。
【請求項５８】
前記分子ふるいがＵＯＰタイプ ＷＥ−Ｇ５９２またはＢＡＹＬＩＴＨである請求項５７に記載のシステム。
【請求項５９】
さらに酸化触媒ユニットを備え、該酸化触媒ユニットが白金もしくはパラジウムの群からなる触媒を含有する請求項５６に記載のシステム。
【請求項６０】
空気の流れを方向付ける配管、複数の吸着カラム、酸化触媒ユニットからなり、
前記配管を通り、第一の前記吸着カラムセットに至り、
この第一の吸着カラムセットから前記酸化触媒ユニットに至り、
該酸化触媒ユニットから第二の前記吸着カラムセットに至る気流を備える空気の浄化システム。
【請求項６１】
複数の前記吸着カラムセットが加熱手段を有する請求項６０に記載の空気の浄化システム。
【請求項６２】
複数の前記吸着カラムセットが冷却手段を有する請求項６０に記載の空気の浄化システム。
【請求項６３】
前記吸着カラムセットは、少なくとも3つのカラムを有し、空気浄化の間、前記吸着カラムの第三カラムが熱再生する請求項６０に記載の空気の浄化システム。
【請求項６４】
空気浄化の間、前記吸着カラムセットの前記第一カラムが昇流において浄化し、この昇流での浄化が空気中から不純物を取り除くものである請求項６３に記載の空気の浄化システム。
【請求項６５】
空気浄化の間、前記吸着カラムセットの前記第二カラムが降流において浄化し、該降流での浄化が空気中から不純物を取り除くものである請求項６４に記載の空気の浄化システム。
【請求項６６】
さらに浄化された空気を得るための再生空気供給を含み、前記浄化空気が熱再生第三吸着カラムに供給される請求項６５に記載の空気の浄化システム。
【請求項６７】
さらに水分除去工程前に捕集した空気を圧縮する工程を行う請求項９に記載の空気の浄化方法。
【請求項６８】
分子ふるいと焼結ニッケル触媒とを含有する吸着カラムの寿命を延ばす方法であって、ウォータートラップを用いて圧縮乾燥された空気を、前記吸着カラムを通して前記圧縮乾燥させた気流とする吸着カラムの寿命を延ばす方法。
【請求項６９】
酸化触媒ユニットの寿命を延ばす方法であって、該酸化触媒ユニットがパラジウムまたは白金からなる触媒を含み、空気浄化に使用される酸化触媒ユニットであり、空気からウォータートラップを用いて水分を除去し、乾燥空気とし、該乾燥空気を前記酸化触媒ユニットに流す前にニッケル触媒と分子ふるいとを備えるユニットにより不純物の除去を行う酸化触媒ユニットの寿命を延ばす方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスの分離、再合成を伴わず、不純物が１ppbまで浄化された、実質上の標準空気と同様の窒素、酸素比を有する空気の排出を行う、再生式フィルターを備えた空気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
この発明は、2001年10月31日に「AIR PURIFICATION SYSTEM AND METHOD FOR MAINTAINING NITROGEN、AND OXYGEN RATIOS WITH REGENERATIVE PURIFICATION UNITS」（Rabellino他）として、仮出願された60/335,193番に35 U.S.C. sctn.119（e）に基づく優先権を伴って出願するものであり、それは、すべての目的に鑑みてここに包含される。
【０００３】
浄化された空気は、分析機器のゼロ調整、分析機器の酸化ガスおよび放射分析のための稀釈空気のような様々な用途に求められている。標準空気の質としてますます低い基準が求められることから、「ゼロ」、酸化ガス、稀釈空気の質の改善が求められている。
【０００４】
図1は従来技術の空気浄化を概略化して示したものである。浄化された空気は、現在は主として純粋な酸素および窒素の両方を供給する企業により有限量のボンベ詰めの状態で利用可能である。空気浄化プロセスは、単一のガスの浄化に対して、通常はるかに高価で、エネルギーも多く用いられる。なぜならば、空気を窒素および酸素の成分に分けて、別々に浄化し、次いで、再配合してボンベ詰めされるためである。そのような従来のシステムは図2に示され、ここでは、空気の浄化のために高いエネルギーコスト、金銭的コストを生じている。図3は従来技術である圧力振動吸着を表わし、詳細は後述する。図4は薄膜フィルタ方法を示しており、当業者によく知られたものである。図3および4の中で描かれた方法は両方とも、それぞれ、浄化された空気の窒素と酸素との比率に影響するため、上述の目的には使用することができないものである。
【０００５】
例えば、ニュージャージー州マリーヒルのBOCに譲渡された、Deng他の発明米国特許5,931,022番とその中での引用からは、複数のアルミナ熱浄化ユニットを180℃に同調して保つことで再生させる方法が示されている。しかし、それは空気から二酸化炭素を取り除く方法を示しているに過ぎず、このシステムは制限されたものである。また、このシステムは、不純物除去のための圧力振動吸着方法（以下PSA）が記載されている。上述のように、PSAは空気の浄化のために、より能動的に二酸化炭素を除去することから、空気は窒素レベルを減少させる危険性に曝されるという欠点を持っている。窒素レベルの減少は、窒素、酸素比率を変化させてしまい、結果的に浄化された空気の、調整、分析、希釈などといった用途への適正を低下させる。実際のPSAの方法の詳細は、ガス浄化の当業者によく知られており、ここに詳述する必要はない。
【０００６】
必要なことは、空気をその構成ガスに分けるエネルギーとコストとを用いずに空気の浄化を行うシステムである。また、さらに、調整および他の目的に使用することができる、窒素、酸素比率を保って空気を浄化するシステムが必要である。
【０００７】
さらに、浄化システムが浄化ユニットあるいは吸着カラムが自動的に自己再生し、浄化ユニットを取り替える必要のないものであることが、望ましく、コスト効果的であるといえる。
【０００８】
加えて、空気浄化が中断することのない運転を可能とすべく吸着ユニットは、移動されることなしに再生する能力を有することが好ましい。最後に、浄化がより効率的に実行され、吸着ユニットおよび酸化触媒ユニットの寿命が延長されるように、空気は浄化される前に処理されることが好ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、N2とO2との比率が不変で、H2、硫黄混合物、水、二酸化炭素、総炭化水素（THC）およびNOXが、１ppb未満となるよう除去される浄化空気を供給する、単一ユニットを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の浄化システムは空気を浄化するために、単一のユニットの中で、一連の運転が行われる。空気は、設備あるいは内蔵のオイルレスコンプレッサーのいずれかから供給することができる。圧縮空気は液体を除去するために粗いウォータートラップを通過する。その後、通常水蒸気が3000ppm未満である半乾燥した空気は、この浄化プロセスにおいては、吸着カラムで残りの水分およびすべての二酸化炭素が除去される。吸着カラムを通る前の空気の乾燥は、空気浄化の効率を非常に高め、酸化触媒および吸着カラムの両方の寿命を伸ばす。
【００１１】
本発明においては、空気は、酸化触媒ユニットの通過前と、通過後との２回、吸着カラムを通って浄化される。二重の吸着プロセスは、好ましい実施形態において2つの異なる「方向の気流」、あるいはそれぞれ「昇流」「降流」として記述している。およそ300℃に熱された酸化触媒は、一酸化炭素と炭化水素をH2OおよびCO2に変換する。新しく変換されたH2OおよびCO2は、第二の気流、または、降流における、第二の吸着カラム通過により取り除かれる。本発明においては、昇流において水分と二酸化炭素とを除去し、さらに、酸化触媒の寿命を著しく改善するために吸着カラムが使用され、また、吸着カラムは、降流における空気浄化によりCO2、水およびNOXをさらに除去する。
【００１２】
更に、本発明は、一つの吸着ユニットが昇流にて空気浄化を行い、他のものが降流にて空気浄化を行っている間に、一つの吸着ユニットが再生されるといったような、空気の流れを転回させるようコントロールすることで、吸着ユニットを交代方式で熱再生させることをも示している。このプロセスは、結果的に吸着ユニットのメンテナンスの必要性を減少させたシステムをもたらすこととなる。降流の吸着カラムからの浄化された空気は、排出口と再生用と両方に向けられる。浄化された空気の内、再生用のものは、再生する吸着カラムを通って「後方へ」流れるようにされる。吸着カラム加熱され、低圧下における再生のための状態とされる。その後、再汚染された空気は、再生排気口を通りによってシステムから流し出される。
【００１３】
「第方向の気流」と「昇流」との表現は、交換可能で、通常は、吸着カラムでの酸化触媒ユニットへの流れを意味し、「第2方向の気流」、「降流」との表現は、酸化触媒ユニットからの空気の流れを意味する。このように、これらは、好ましい実施形態において発明の動作を記述し、そして、上向き、下向き、西、正面から遠方になどのような絶対的な方角への空気の流れに関する物であると限定して解されるべきではなく、異なる吸着カラムの空気の流れを酸化触媒ユニットに対して比較することのみを意味している。
【００１４】
「分子ふるい」という表現は、総括的な分子ふるいに当てはまるように意図しているが、商標あるいは型式に注意が払われる場合はそのことを示す。
【００１５】
「浄化ユニット」との表現は、発明の好ましい実施形態の中で手段として用いられた吸着カラムユニットのための総括的な用語であり、詳細は後述する。
【００１６】
「第一流接続」という表現は、一般に吸着カラムの取入口を指し、本発明の好ましい実施形態においては、吸着ユニットは複数方向の流れを受け入れることから、この構成を指し示すためのより一般的な表現として用いられている。同様に、「第二流接続」という表現は、通常、吸着カラム上の流出を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図1-4は、先行技術に関して上記で論じたものである。図5は、本発明の好ましい実施形態のハウジングであるサンプル・キャビネット・ユニット10を示している。今図6を参照して、詳細な本発明の実施形態における停止状態を示す。空気浄化システム100は、空気浄化管101、吸気102および排気104により構成され、さらに、コンプレッサー106とウォータートラップ110を任意に付加されている。さらに、以下に詳細に示す3つのタイプの吸着カラムユニット150（昇流−u）、150（降流−d）および150（再生／s−r）、A150（1）、B 150（2）およびC 150（3）が少なくとも備えられており、これらには空気から不純物を取り除くための分子ふるいが含まれている。図6として、カラムA150（1）は、昇流（150u）で吸着し、Bカラム150（2）は、降流（150d）で吸着し、そしてカラムC150（3）は待機モード（150ｓ）あるいは再生（150r）のいずれかであることを示す。しかしながら、どのカラムも交代で昇流、降流のどちらかを吸着することができるか、または、再生することができ、それは詳細に後述する。
【００１８】
さらに詳細を後述する酸化触媒ユニット200が空気浄化システム100に含まれている。酸化触媒ユニット200は、好ましい実施形態においては、COと炭化水素とを水と二酸化炭素とに変更するための好ましい温度であるおよそ300℃に保たれる。気流は、好ましくは４方バルブとされる、システム100の全体にわたる配管101に接続される一連のバルブ115（n）によってコントロールされる。本発明はさらに再生空気取入口180および再生空気排出口182を含む。当業者に認められ得ることであるが、他のタイプのバルブも浄化システム100の特定の態様に関し適用可能である。
【００１９】
図7を参照して、運転状態の空気浄化システム100の好ましい実施形態を示す。空気は、吸気口102の中に通され、付加コンプレッサー106を通過し、ウォータートラップ110を通る。ウォータートラップ110は、空気を標準の湿度、例えば、相対湿度１０〜１００％で吸気し、通常5000ppm未満の水蒸気で、本発明のための「半乾燥」空気を排出空気として生成する。
【００２０】
この「半乾燥」空気はおよそ5000ppm未満の水蒸気で、ウォータートラップ110を通過し、排出される。その後、乾燥した空気は第一の４方バルブ115（1）に導入され、「半乾燥」空気を第一の昇流吸着カラム150uへと導入させる。このことは、吸着カラムA 150（1）、B 150（2）あるいはC 150（3）でも同じであるが、図７では吸着カラムA150（1）について示す。吸着ユニットA 150（1）を通り抜ける昇流空気は、残りの水分、二酸化炭素および他の不純物を取り除かれる。吸着ユニットA 150（1）を出た空気は４方バルブ115（4）を通り抜けた、酸化触媒ユニット200に向けられる。第一浄化ユニット150（1）を通す前に空気を乾かすことは、浄化ユニットの寿命を伸ばす効果を奏する。
【００２１】
酸化触媒200 を通過した半浄化乾燥空気は、炭化水素と一酸化炭素とが変換されて生じた二酸化炭素と水とを含んでいる。酸化触媒ユニット200を通過し空気は、４方バルブ115（2）により吸着ユニットB 150（2）150（d）に向けられ降流を通る。そして、NOXと同様に新たな二酸化炭素および水のための浄化、すなわち浄化空気の産出が行われる。そして、浄化された空気は４方バルブ115（5）を通り再生供給バルブ180に向けられる。しかしながら、ほとんどの、浄化された空気は排出流104とされる。第三の吸着カラム150（3）150（s/r）は停止状態で、気流を受け取らない。
【００２２】
図８に本発明の好ましい実施形態として示されるように、吸着カラム・ユニットA 150（1）150（r）、B 150（2）150（d）およびC 150（3）150（u）は、各々、加熱手段250（1）、250（2）および250（3）と冷却手段350（1）、350（2）、そして350（3）とをそれぞれ含んでいる。このような加熱、冷却手段は、熱ブランケット、温度勾配型加熱機、ガス／ガスまたはガス／空気熱交換器のような熱交換器によるものとし得る。このような構成は、設置される環境に反映してなされることが当業者には十分理解でき、ここでの詳細な説明は必要としない。さらに、図8は、付加的なコントロールユニット500と、好ましいくはソレノイド・バルブで構成されるバルブ・オペレーション・ユニット520とを含んでいる。そのようなコントロール構造は、一般にその技術の習熟者に良く知られており、要すれば、種々の電気的、機械的、圧力コントロールが設置状況に基づき適用させ得る。
【００２３】
システム100の操作は、図7の中で描かれたものと同様に行われる。しかしながら、ウォータートラップ110から４方バルブ115（3）に送られる半乾燥空気は、吸着カラムC150（3）/150（u）に昇流として導入される。空気は、吸着カラム150（3）において、上述された、空気補助ガス浄化の当業者に良く知られた冷却手段350（3）により冷却される。加熱手段250（3）は、好ましい実施形態において、昇流での浄化の間停止しているか、他の実施形態において、酸化触媒ユニット200を熱することを容易にすべく半浄化された空気を熱している。
【００２４】
半浄化された空気は ４方バルブ115（6）に導入され、酸化触媒ユニット200に流れ、上記に詳述したように動作する。酸化された半浄化された空気は、酸化触媒ユニット200を離れ、４方バルブ115（2）により、降流での浄化のため吸着カラムB150（2）/150（d）の方角に向けられる。ガスは吸着カラムB150（2）に導入され、残留する不純物の除去を促進させる冷却手段350（2）により冷却される。空気は浄化された空気として吸着カラム150（2）/150（d）を離れ、排出口104および再生供給180の両方へ流される。
【００２５】
更に、図8では、再生供給180からの浄化された気流が、４方バルブ115（4）に導入され、運転中の能動的加熱ユニットを備えた吸着ユニットA150（1）/150（r）を通り抜けることが示されている。吸着ユニットA 150（1）に蓄えられた不純物は、浄化された空気に対して放出され、４方バルブ115（1）を通って、再生排出口182から出てゆくこととなる。加熱ユニット250（1）は、さらに浄化された空気と別に吸着カラム150（1）の熱による再生を促進する。好ましい実施形態では、再生を促進するために再生するカラム150（1）の圧力が調節される。吸着カラムの加熱再生のプロセスは、当業者に十分理解でき、ここに詳述される必要はない。
【００２６】
図9は、7つのサンプル期間による浄化、待機、再生サイクルを好ましい実施形態として示す表である。本発明は、次のような動作を行わせるものである。即ち、一つのカラムは、昇流モードで水、二酸化炭素および他の不純物を常に除去・浄化し、また、もう一つのカラムは、降流で水、二酸化炭素およびNOXを常に除去・浄化している。好ましくは、一つの吸着カラムは常に、再生、あるいは浄化のための待機中である。カラムは、再生した後、作動および他の浄化ユニットとの交代前に待機モードとしてもよい。
【００２７】
図9の中で描かれた表では、ｔが1の時、吸着カラムA 150（1）が昇流モードで浄化し、吸着カラムB 150（2）は、降流モードで浄化し、吸着カラムC 150（3）は、待機モードである。この状態は、図7によって表わされている。ｔが2の時、カラムC140は昇流で空気を浄化し始め、カラムA150（1）が再生し始め、一方、カラムB150（2）は降流で空気の浄化行っている。ｔが3の時、カラムA150（1）はスタンバイ・モードとなり、カラムB150（2）は降流で浄化し、カラムC 150（3）は昇流で浄化している。ｔが4の時、カラムB150（2）は再生を始め、一方、カラムＡ150（1）は降流のモードで浄化し始める。吸着カラムがすべて再生されるまで、サイクルを継続させる。
【００２８】
このような期間（ｔ）は、コントロールサイクルを代表するもので、これらの期間を限定して定めるものではないことが当業者において理解できる。期間（ｔ）は、各々等価であり、前記コントロールサイクルは、例を目的に示したもので、発明の環境に依り定められるものである。
【００２９】
図10は、本発明の好ましい実施形態の中で用いられる再生可能な吸着カラム150（n）を示す。吸着カラム150（n）は外部のシェル151および絶縁体155を備えている。好ましい実施形態では、外部のシェルが304のステンレス（SST）で作られている。カラムは、さらに第一流接続152および大粒子スクリーン154を有し、それは、好ましくは、ほぼ0.05インチの目開きを有する。さらに、分子ふるい161を収容する、分子ふるいチャンバー160を備えている。好ましくは、分子ふるい161は、Baylithによって製造されたものであり、その仕様は、メーカーから利用可能に提供され、本発明に組み入れられる。別のサンプル分子ふるい161として、本現在の発明の他の実施形態では、UOPのタイプWE-G 592を用いており、その材料は、組み入れられる。
【００３０】
さらに吸着カラム150（n）には、吸着材181を保持する第一の吸着チャンバー180が備えられている。吸着材181は、好ましくは、Englehard製の5256ニッケル触媒を含んでいる。なお、他に当業者により知られている他の吸着材を有していてもよい。5256ニッケル触媒の技術的な仕様は、本発明に組み入れられる。さらに再生可能な吸着カラム150（n）には、好ましくはMott製10μｍのステンレスフィルター（詳細はメーカーより入手でき、本発明に組み入れられる）である、第二排出スクリーン190と、排出あるいは第二流れ接続192を含む。
【００３１】
図11に、本発明実施の酸化触媒ユニット200を示す。酸化触媒ユニット200は、昇流吸着カラム150（u）からの気流中の炭化水素および一酸化炭素を二酸化炭素と水蒸気とさせるべくおよそ300℃に通常維持される。酸化触媒ユニット200は、空気取入口212、排出口214、ユニット200を覆う加熱手段210からなる。空気取入口212の終端部には、およそ0.05インチの目開きを有する取入口スクリーン216を有する。ポート214で酸化触媒を出る空気は、さらに焼結金属230の10μｍフィルタを通り抜ける。ユニットは、好ましくは304ステンレスである、シェル201によってカバーされるが、他の素材のものでも良く、第2の層224で触媒チャンバー222を囲むように取り巻くことも可能である。酸化触媒220はチャンバー222に備えられる。
【００３２】
酸化触媒220は、パラジウム（Pd）またはプラチナ（Pt）をベースにした触媒で通常作られており、好ましい実施形態で使用される触媒に関する技術的仕様は、参照により本発明に組込まれる。そのような1つの触媒はイタリア、ミラノのSaesGettersによって製造されているが、当業者によれば、いくつかの異なるタイプの触媒を包含してもよいことが理解される。
【００３３】
明細書中で与えられた例は発明の範囲を限定するものではなく、当業者に理解されるように、発明の精神から外れない範囲において、様々な手段および構成要素の置換を行うことができる。含まれ得るが、制限を設けないものとして加熱装置、冷却装置、バルブ、配管、コントローラー、スクリーン、分子ふるい、ニッケル触媒、酸化触媒、コンプレッサー、ウォータートラップなどがある。 発明の範囲は、次の請求項により一層定義される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】空気浄化の従来技術を示すプロセス図である。
【図２】ガスを分離し、それらを再配合する従来技術を示すプロセス図である。
【図３】空気浄化用の従来技術の圧力振動吸着方法を示すプロセス図である。
【図４】空気浄化の従来技術の薄膜フィルタプロセスを示すプロセス図である。
【図５】本発明の容器を示す斜視図である。
【図６】本実施形態における停止状態を示す模式図である。
【図７】図６に示した本実施形態の一つのユニットが第一の流れ（昇流）において空気浄化を行い、また、一つのユニットが第二の流れ（降流）において空気浄化を行い、また、一つのユニットが停止状態にあることを示す模式図である。
【図８】図６に示した本実施形態の一つのユニットが昇流において空気浄化を行い、また、一つのユニットが降流において空気浄化を行い、また、一つのユニットが再生されている状態にあることを示す模式図である。
【図９】3ユニットを備えた本実施形態の吸着ユニットのサンプルフロー（再生サイクル）を示す図である。
【図１０】本実施形態の使用状態の空気浄化ユニットの図である。
【図１１】本実施形態の使用状態の酸化触媒ユニットの図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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