(57)【要約】活性吸着剤としてゼオライトを使用して、吸着剤積層体を、種々のシート支持体と共に組み立てた。これらの吸着剤積層体は、１分あたり少なくとも１５０サイクルの高ＰＳＡサイクル頻度において酸素濃縮のために連続して操作された。適当な吸着剤積層体の製造方法を記載する。この方法は、液体懸濁剤、吸着剤およびバインダーを含むスラリーを形成することを一般的に含む。積層体はスラリーを支持体材料に塗布することによりまたは支持体材料をスラリーと混合することにより製造される。前記スラリーは、ロールコーター、スプリットロールコーター、電気泳動堆積等、種々の方法を使用して支持体材料に塗布される。支持体材料を吸着剤スラリーと混合することによる積層体製造の一方法は、小孔ワイヤ上にスラリーを堆積し、スラリー材料を水抜きし、セラミック吸着剤ペーパーを形成するために材料を加圧することを含む。積層体を互いに離間するためにスペーサーを吸着剤積層体上に形成する。スペーサーの寸法は均一にすることも可能であり、また積層体の第１端から第２端へ高くする等、積層体に沿って変化させることも可能である。ガス貫通孔は積層体上に形成可能である。積層体は互いに隣り合い、隣り合った本体間に流路を規定し、これにより流路を通るガス流の一部は孔を通って流れ、吸着剤構造体における圧力の均一化を容易にする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
高頻度ＰＳＡ法のための吸着剤積層体の製造方法であって、
液体懸濁剤、吸着剤およびバインダーを含むスラリーを形成すること；
前記スラリーを支持体材料に塗布することによりまたは支持体材料をスラリーと混合することにより積層体を製造すること；
を含んで構成される製造方法。
【請求項２】
前記スラリーが電気泳動堆積を使用して支持体材料に塗布される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記材料が支持体材料に塗布され、さらに
前記スラリーを粉砕して粉砕スラリーを形成すること；および
前記粉砕スラリーを支持体材料に塗布すること；
を含んで構成される、請求項１記載の製造方法。
【請求項４】
前記スラリーが
ゼオライト、および
コロイダルシリカ基バインダー
を含んで構成される、請求項３記載の製造方法。
【請求項５】
前記ゼオライトがイオン交換Ｘ、Ａまたはカバザイト型ゼオライトからなる群から選択される、請求項４記載の製造方法。
【請求項６】
前記ゼオライトがリチウム交換ゼオライトである、請求項４記載の製造方法。
【請求項７】
前記シリカ基バインダーがルドックスＨＳ３０またはルドックスＨＳ４０である、請求項４記載の製造方法。
【請求項８】
前記スラリーが低級アルキルアルコールをさらに含む、請求項３記載の製造方法。
【請求項９】
前記低級アルキルアルコールがイソプロピルアルコールである、請求項８記載の製造方法。
【請求項１０】
支持体材料が前記スラリーと混合され、かつ前記スラリーが高分子量ポリビニルアルコールをさらに含む、請求項１記載の製造方法。
【請求項１１】
前記スラリーが２００ｃｐｓより高い、粉砕前の初期粘度を有し、かつ粉砕後の粘度が１５０ｃｐｓより低い、請求項３記載の製造方法。
【請求項１２】
吸着剤材料がインサイツで形成される、請求項１記載の製造方法。
【請求項１３】
前記バインダーを仮焼して吸着剤を活性化するために積層体を焼成することをさらに含んで構成される、請求項１記載の製造方法。
【請求項１４】
積層体上にスペーサー形成することを含んで構成される、請求項１記載の製造方法。
【請求項１５】
スペーサーの寸法が変化する、請求項１４記載の製造方法。
【請求項１６】
前記積層体が第１端部および第２端部を有し、かつ前記スペーサーの高さが前記第１端部から第２端部へ増加する、請求項１４記載の製造方法。
【請求項１７】
複数の積層体を形成すること；
前記積層体に少なくとも１つの孔を形成すること；および
前記吸着剤本体を積み重ねて隣り合う本体間に流路を有する吸着剤構造体を形成すること；
をさらに含んで構成され、
これにより前記流路を通って流れるガスの一部が前記孔を通って流れ、吸着剤構造体の圧力均一化を促進する、請求項１記載の製造方法。
【請求項１８】
前記複数の積層体の少なくとも１部がスペーサーを有する、請求項１７記載の製造方法。
【請求項１９】
前記スラリーが前記支持体材料の片面にのみ塗布される、請求項１記載の製造方法。
【請求項２０】
前記支持体材料が２つの主要な平面を有し、かつスラリーが両平面に塗布される、請求項１記載の製造方法。
【請求項２１】
前記スラリー材料がロールコーターを使用して前記支持体材料に塗布される、請求項１記載の製造方法。
【請求項２２】
前記ロールコーターがスプリットロールコーターである、請求項２０記載の製造方法。
【請求項２３】
前記スラリーが支持体材料に塗布され、かつ前記スラリーが水、イソプロピルアルコール、ルドックス、オウダーロック、およびゼオライトを含む、請求項１記載の製造方法。
【請求項２４】
前記支持体材料が、ガラス繊維、セラミック繊維、スクリム、ステンレススチール、金属箔、金属メッシュ、炭素繊維、セルロース材料、重合性材料、およびこれらの材料の組み合わせからなる群から選択される、請求項３記載の製造方法。
【請求項２５】
前記支持体材料が金属メッシュであり、前記スラリーが前記金属メッシュに電気泳動堆積により塗布され、かつ前記金属メッシュが前記スラリー材料の堆積前に表面処理される、請求項１記載の製造方法。
【請求項２６】
前記金属メッシュが酸化、陽極酸化、テクスチャリング、およびこれらの組み合わせにより表面処理される、請求項２５記載の製造方法。
【請求項２７】
前記スラリーが支持体材料を混合されてなり、かつコロイダルシリカ、セラミック繊維、ガラス繊維およびゼオライトを含む、請求項１記載の製造方法。
【請求項２８】
前記スラリーを小孔のあるワイヤに堆積すること、前記スラリー材料を水抜きすること、および前記材料を加圧してセラミック吸着剤ペーパーを形成すること、をさらに含んで構成される請求項２７記載の製造方法。
【請求項２９】
反応性バインダーを前記小孔のあるワイヤ上の前記スラリー材料に塗布すること、をさらに含んで構成される、請求項２８記載の製造方法。
【請求項３０】
前記反応性バインダーがアルギナート基バインダーである、請求項２９記載の製造方法。
【請求項３１】
前記スラリーが水和マグネシウムアルミニウムシリケートをさらに含む、請求項１記載の製造方法。
【請求項３２】
前記スラリーがアタパルジャイトを含む、請求項３１記載の製造方法。
【請求項３３】
吸着剤材料を塗布された少なくとも２つの積層体から構成されるモノリシック吸着剤積層体構造体であって、積層体の少なくとも片面にスペーサーを有し、積層体の少なくとも一部が換気孔を有する、構造体。
【請求項３４】
前記スペーサーがセラミック材料から形成される、請求項３３記載の構造体。
【請求項３５】
前記スペーサーが約１０マイクロメーターから約３００マイクロメーターの高さを有する、請求項３３記載の構造体。
【請求項３６】
前記スペーサーが約７５マイクロメーターから約１７５マイクロメーターの高さを有する、請求項３３記載の構造体。
【請求項３７】
前記積層体シートが、ガラス繊維、粉砕ガラス繊維、ガラス繊維クロス、繊維ガラス、繊維ガラススクリム、セラミック繊維、ステンレススチール、金属箔、金属メッシュ、炭素繊維、セルロース材料、重合性材料、およびこれらの材料の組み合わせからなる群から選択される支持体材料から製造される、請求項３３記載の構造体。
【請求項３８】
前記吸着剤材料がリチウム交換ゼオライトである、請求項３３記載の構造体。
【請求項３９】
種々の幾何学的パターンに形成される、請求項３３記載の構造体。
【請求項４０】
前記スペーサーが略同じサイズである、請求項３３記載の構造体。
【請求項４１】
前記スペーサーが第１端部から第２端部へ高さが増加する、請求項３４記載の構造体。
【請求項４２】
複数の積層体を有するモノリシック吸着剤構造体から構成される吸着体であって、少なくとも１枚のシートが吸着剤材料を塗布され、かつ少なくとも片面にスペーサーを有し、積層体の少なくとも一部が貫流孔を有する、吸着体。
【請求項４３】
ガス流路に沿って直列に、積み重ねられたまたは他の配列の、２つ以上のモノリスを含んで構成される、請求項４２記載の吸着体。
【請求項４４】
回転床吸着体を含んで構成される、請求項４２記載の吸着体。
【請求項４５】
支持体シートを提供すること；
前記支持体シートを吸着剤材料で略コーティングすること；
前記支持体シートに複数のスペーサーを形成すること；および
吸着剤材料およびその上にスペーサーを有する前記支持体シートをモノリシック構造体に形成すること；
を含んで構成されるモノリシック吸着剤構造体を製造する方法。
【請求項４６】
複数の支持体シートを提供すること；
前記複数の支持体シートを吸着剤材料でコーティングすること；
スペーサーを前記複数の支持体シートの少なくとも一部上に形成すること；
前記スペーサーの少なくとも一部上に接着剤材料を配置すること；
前記複数の支持体シートを積み重ねること；
およびこれらを接合してモノリシック構造体を形成すること；
を含んで構成される請求項４５記載の方法。
【請求項４７】
所望の流体流路を提供するために、前記スペーサーが所定の幾何学的印刷に付されたスペーサーである、請求項４２記載の吸着体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は米国仮出願、６０／２６０，０７７、６０／２６１，５４８、６０／２８５，５２７のより早い出願日の利益を要求し、前記各出願を参照して本出願に取り込む。
本発明は、圧力変動吸着法に対して有益である積層体および吸着装置成分に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス分離は、より低い容易性で吸着される成分に比べてより高い容易性で吸着される成分を優先的に吸着する吸着剤にガス混合物を流すことにより達成可能である。このような方法の例としては温度変動吸着（ＴＳＡ）および圧力変動吸着（ＰＳＡ）を包含する。圧力変動吸着は一般に吸着性材料に対するガス混合物の協調的圧力サイクルを含む。全圧は吸着床を通る第１方向の流れの間隔の間に上昇され、逆方向の流れの間隔の間に減少される。サイクルを繰り返すにつれて、より低い容易性で吸着される成分は第１方向で濃縮され、より高い容易性で吸着される成分は逆方向で濃縮される。
【０００３】
本分野の初期の研究では、ミルトンの米国特許第２，８８２，２４３号明細書および第２，８８２，２４４号明細書がＡ型およびＸ型ゼオライトの調製ならびにガス混合物から成分を分離するためのこれらの材料の使用について記載している。この分野の他の研究では、ガス分離法のための吸着剤として小さくかつ均一な大きさの結晶を有するゼオライトを使用することが重要であると認めた。コスティンコの米国特許第４，４４３，４２２号明細書には、１．７ミクロン未満の平均粒径のＡ型ゼオライトおよび２．２ミクロン未満の平均粒径のＸゼオライトが開示されており、さらに、ゼオライト調製の分野では特許文献の詳細な纏めを提供している。
【０００４】
市販のガス分離および化学的ガス反応器装置は典型的に流体流れに接触する結晶を保持するために顆粒またはペレットの形態を使用する。多くの場合、付加的な利益は、収納容器体積、重量、コスト、圧力低下および高堅牢性を減少させることにより実現される。体積の減少は流体速度を高め、吸着粒子上の流れ力を高め、装置長さにわたる流体圧力低下を高め、かつ流体と吸着剤間の物質移動に対する有効時間を低下する。
【０００５】
硬く、低い流体抵抗の、高表面積の吸着剤担体に対して開発された必要性により、顆粒吸着剤床の限定が克服される。
担持された吸着材料はＴＳＡ法における使用について知られている。例えば、吸着材料を塗布される波形材料はＴＳＡ法における使用について知られている。堆積したまたはねじ状にまいた吸着剤含浸シート材料等の硬い、高表面積吸着性構造は比較的低いサイクル頻度で操作するＰＳＡ装置における使用について知られている。このような吸着剤構造の例としては、キーファーの米国特許第４，７０２，９０３号、第４，８０１，３０８号、および５，０８２，４７３号明細書に開示されており、参照して本明細書に取り込む。キーファーの米国特許第４，８０１，３０８号明細書は吸着性シートを含む吸着性構造のＰＳＡ装置を開示する。吸着性シートは回転型圧力変動吸着装置において使用するのに適している。例えばキーファー等の米国特許第６，０５１，０５０号明細書は円周に空間を有する複数の吸着剤構造であって、各々が複数の吸着シートを有する構造を受容するのに適したローターを有する回転圧力変動吸着装置を開示する。
【０００６】
米国特許第５，０８２，４７３号明細書に概説されるように、圧力変動吸着（ＰＳＡ）によるガス分離は積層平行通路吸着体を使用して有利に行われる。これらの「吸着性積層体」吸着体は高表面積かつ比較的低い圧力低下をもたらす。薄い吸着性シートは、隣りあったシート間の隙間高さを規定するスペーサーにより分離され、こうして隣り合ったシートの各対間の流路を規定する。
【発明の開示】
【０００７】
ＰＳＡ法の発達につれて、コンパクトな装置および市販用途にて現在使用されているよりもかなり高い頻度のサイクルで作動する装置に対する必要性が増した。既知の吸着剤構造が不適当であることが明らかになった。例えば、医療用酸素の生成に使用されるようなコンパクトな装置は既知の構造に比較してかなり重量を低下した吸着剤構造を要求する。これらのコンパクトな装置は許容できる純度のガスを生成しつつ高生産性および高効率でなければならない。流路不一致が多すぎる場合、生産性およびガス純度が含まれる。一流路が隣り合うガス流路より大きい場合、早期生成品漏出が生じる場合があり、許容不可能な純度レベルに生成品ガスの純度を下げる。さらに、５０サイクル／分より高いサイクル頻度で作動する装置はより高い流路均一性を要求し、これまで要求されて来たより圧力低下が少ないことが求められる。床を横切って圧力低下が多すぎる場合、１００サイクル／分（ｃｐｍ）より高いオーダー等のより高いサイクル頻度は容易には達成されない。サイクル頻度が着実に高くなるにつれて、これらのより高い頻度で作動可能な新規な吸着剤構造に対する必要性が高まる。
【０００８】
高性能吸着剤積層体は、吸着剤層間の流路が均一な厚さになるように、高精度で製造される必要がある。これが狭い濃度フロントを維持するのに役立ち、その結果、生成品の高生産性および回収が高純度で達成できる。これにより、支持体上に塗布された吸着剤層の厚さおよび流路を規定するスペーサーの高さの両方を高精度および整合性で確立される必要がある。本発明は必要な正確さを達成する吸着剤積層体構造を提供する。
【０００９】
活性吸着剤としてゼオライトを使用して、吸着剤積層体を種々のシート支持体で組み立てた。これらの吸着剤積層体は、１０サイクル以上／分、一般に５０サイクル／分より高く、好ましくは、少なくとも１５０サイクル／分、より好ましくは２００サイクル／分、さらに好ましくは約３００サイクル以上／分等の高ＰＳＡサイクル頻度で酸素濃縮のために首尾よく作動された。
高頻度ＰＳＡ法のための適当な吸着剤積層体を製造する方法を記載する。この方法は一般に、液体懸濁剤、吸着剤および結合剤を含有するスラリーを形成する工程を含む。開示されたスラリーは典型的に、吸着剤、およびコロイダルシリカ基結合体、コロイダルアルミナ、コロイダルジルコニアおよびコロイダル材料の混合物等の一般にゲルを形成可能な一つ以上のコロイダル材料を含む。吸着剤をインサイツで（in situ）形成可能である。スラリーは水基、有機基、または有機材料を含む水性混合物であることが可能である。
【００１０】
積層体は支持体材料にスラリーを塗布することによりまたは支持体材料をスラリーと混合することにより得られる。シート等の２つの主要な平面を有する支持体材料では、吸着剤組成物を支持体材料の片面または両面に塗布してもよい。スラリーはトランスファーロール、ロールコーター、スプリットロールコーター、スプレイコーター、シーケスターローラー(sequester roller)、流しニップコーター(flooded nip coater)等種々の方法を使用して支持体に塗布可能である。また、吸着材料組成物は、ディップコーティング、電気泳動堆積、およびペーパーコーティングおよび他の産業について知られているようなコーティング材料について知られた他の方法により支持体材料に塗布可能である。電気泳動堆積を使用して吸着性材料組成物を非処理支持体に、例えばグラファイト等の処理材料の塗布等、このような支持体を処理することにより塗布可能である。
【００１１】
支持体材料に塗布されたスラリーについて、前記方法は、粉砕スライリーを形成するためにスラリーを粉砕する工程、およびその後、粉砕スラリーを支持体材料に塗布する工程を含む。２００ｃｐｓより大きい粉砕前の初期粘度から１５０ｃｐｓより低い粉砕前の第２粘度まで、スラリーを粉砕する態様を開示する。中間性スラリーを粉砕することにより支持体に塗布される吸着性材料の密度が増大する。リチウム交換ゼオライトについて、現在の態様では約３から約３．３マイクロメーターの初期粒径のゼオライトを使用し、このようなゼオライトを約２．５〜約２．８マイクロメーターの粒径に粉砕した。
【００１２】
支持体材料に塗布するために特別に開示したスラリーは、水、イソプロピルアルコール、ルドックス（Ludox：コロイダルシリカバインダー）、オウダーロック（Odorlok）等の天然のゼオライト製品、および他の所望のゼオライトを含む。支持体材料を、非制限的にガラス繊維、セラミック繊維、スクリム、ステンレススチール、金属箔、金属メッシュ、炭素繊維、セルロース誘導材料、重合性材料、およびこれらの材料の組み合わせを含む処理材料および非処理材料からなる群から選択した。金属メッシュ支持体材料について、スラリーは電気泳動堆積による金属メッシュに有利に塗布される。金属メッシュはスラリーの堆積前に酸化、陽極酸化、織り目形成、これらの組み合わせにより表面処理してもよい。
【００１３】
積層体は支持体材料を吸着性スラリー組成物と混合することにより作ることができる。このような場合には、開示のスラリーは、コロイダルシリカ、セラミック繊維、ガラス繊維、およびゼオライト等のゲルを一般的に形成可能であるコロイダル材料を典型的に含む。このような積層体を作る一方法は、小孔性ワイヤにスラリーを堆積すること、スラリー材料を水抜きすること、およびセラミック吸着ペーパーを形成するために材料を加圧することを含む。アルギナートバインダー等の反応性バインダーは小孔性ワイヤにスラリー材料を塗布可能である。
【００１４】
吸着性層に塗布した後、吸着剤は典型的に、吸着性分離が生じる吸着剤材料において細かい微小孔構造を有するマクロ細孔性であり、マクロ細孔を有する粗い構造では流路から微小孔へわたる拡散性および対流性が高められる。流路の片側または両側の吸着剤層の厚さはＰＳＡ法の有効機能に対して充分である必要がある。
【００１５】
吸着性構造体の寸法は変わってもよい。しかし、典型的な開示吸着性積層体は約１センチメートルから約１メートルの流路長さを有し、より典型的には約５ｃｍから約３０ｃｍである。流路隙間高さは５０〜２５０ミクロンであり、吸着性コーティング厚さはシートの片側または両側で５０〜３００ミクロンである。これらの寸法の吸着性積層体は少なくとも１５０サイクル／分までのＰＳＡサイクル頻度で作動する装置において使用されてきた。流路長さはサイクル速度に相関されうる。約２０〜約４０サイクル／分のような低いサイクル速度では、流路長さ１メートルであり得る。４０サイクル／分より高いサイクル速度では、流路長さは典型的に低下し、約５ｃｍから約３０ｃｍで変わってもよい。本発明では、吸着性コーティングが、３００サイクル／分以上のサイクル頻度に対して使用されるより薄いコーティングに関して５〜１００ミクロンの厚さであり、より好ましくは約２５〜６０ミクロンの厚さであってもよいことを検討する。
【００１６】
スペーサーを吸着性積層体上に形成して一積層体から別の積層体に隙間を作ることができる。スペーサーの寸法は均一であっても、また積層体の第１端から第２端の高さが増加する等、積層体に沿って変えてもよい。ガス換気孔を積層体に形成することができ、流体流れと拡散の両方が隣り合う流路間で生じることが可能であり、これにより、吸着構造の圧力均等化を容易にする。換気孔は典型的に流路構造と寸法の不均一性を補償するために役立つ。
【００１７】
少なくとも２つの積層体を有し、スペーサーとおそらく換気孔を有する吸着体素子をも開示する。吸着体素子は積み重ねて、あるいはガス流れ通路に沿って直列に配置することができる。本発明において開示した積層体および／または１つまたはそれ以上の吸着体素子をＰＳＡ法、および装置、詳しくは高サイクル頻度で操作する回転ＰＳＡ装置において使用する。このようなＰＳＡ装置は燃料電池等の他の装置と組み合わせることが可能である。
【００１８】
Ｉ．導入
選択ガス吸着により操作するガス分離装置には、ガス吸着を達成するためにガス混合物が流れることが可能である吸着剤構造体が必要である。単数または複数種の吸着性材料を含むスラリーを使用してこれらの吸着体構造、すなわち本発明で積層体または吸着体素子という構造体を形成可能である。スラリーを支持体材料と組み合わせるか、または支持体材料に塗布して、吸着性積層体または素子を形成する。スラリー材料、このような材料を含むスラリーをつくる方法、およびスラリーを使用して積層体または吸着体素子をつくる方法を以下により詳細に記載する。
【００１９】
ＩＩ．定義
１．「支持体」  支持体は材料であって、その材料にまたはその材料周りに吸着性材料を塗布して吸着性構造体を形成する材料である。
２．「積層体」  積層体は支持体および少なくとも１種の吸着性材料およびおそらく、触媒等の他の材料から形成される構造体であり、ガス混合物がガス吸着、分離および／または気相化学反応のために流れることができる構造体である。
３．「吸着体素子」  吸着体素子は複数の積層体から、またはらせん状に巻回した積層体等の細長い積層体から形成される構造体である。
４．「ＰＳＡ装置」  ＰＳＡ装置は処理流体および少なくとも１種の吸着性材料を含み、ＰＳＡ工程が処理流体および少なくとも１種の吸着体を用いて起こることが可能な装置である。
５．「スペーサー」  スペーサーは吸着性積層体間の分離を規定する構造体または材料である。使用可能なスペーサーの型は、非制限的に、寸法が正確な：プラスチック、金属、ガラスまたは炭素メッシュ；プラスチックフィルムまたは金属箔；プラスチック、金属、ガラス、セラミックまたは炭素繊維および糸；セラミックピラー；プラスチック、ガラス、セラミック、または金属球、卵形、またはディスク；またはこれらの組み合わせからなってもよい。
【００２０】
ＩＩＩ．スラリー組成物
開示のスラリーは一般に固体材料を懸濁するために液体、バインダー、および吸着剤、および／またはゼオライト等の触媒材料を一般に含む。
１．液体
水、極性有機液体、およびこれらの混合物はスラリー固体を懸濁するために役立つ。水は適当なスラリーを形成するために役立つ主要な液体である。必ずではないが、有機材料は処方およびコーティング工程を助け、バインダー材料と相互作用してバインダーの結合活性を促進し、これにより吸着体材料を保持するためのより強力なマトリックスの形成を促進する。
多数の種々の有機材料を任意に使用することが可能であり、開示の態様ではアルコールを使用した。本発明で低級アルコールという１０以下の炭素原子数の脂肪族アルコールが特に有益である。最も典型的には、脂肪族アルコールは低級アルキルアルコールである。開示の態様ではイソプロピルアルコールを一般に使用した。
【００２１】
２．バインダー
バインダーの選択は選択された特定の吸着性材料に依存し、順に、吸着性材料は吸着性積層体を有する装置が行う仕事に依存する。バインダーとして機能可能でありおよび／またはゲルを形成するコロイダル材料は有利に使用される。このようなコロイダル材料としては、非制限的に、コロイダルシリカ基バインダー、コロイダルアルミナ、コロイダルジルコニア、およびコロイダル材料の混合物を例示できる。「コロイダルシリカ」は約１から約１００ナノメーターの範囲の粒子サイズの分離した非晶質二酸化珪素の安定な分散をいう。約５〜約４０ナノメーターの平均粒径および約２００ｍ２／ｇより広い平均表面積、典型的には約２２０〜２３０ｍ２／ｇの範囲の平均表面積のコロイダルシリカを開示の態様では使用した。適切なコロイダルシリカ材料を、アルミナを使用して表面改質することにより、表面改質することが可能である。コロイダルシリカは、エカケミカルズ、グレースデイビソン、ナルコ等、多くの会社から市販されている。
【００２２】
ルドックスは開示の態様において使用されたコロイダルシリカバインダーの一例である。ルドックルはＨＳ３０およびＨＳ４０を含む多くの処方により得ることが可能である。ルドックスは単独使用が可能であり、オウダーロック等の他の材料と組み合わせて使用することも可能である。ゼオライト−化学物質安全性データシート：ＭＳＤＳ（カナダ）によると、オウダーロックは約１４％のアルミナ、３％の酸化カルシウム、１％の酸化マグネシウム、約４％の結晶性シリカを含み、残部は不活性成分である。オウダーロックはゼオライト粒子間を明らかに架橋し、バインダーとしてコロイダルシリカ単独使用の処方に比較して生成した積層体の強度を付与する。
【００２３】
積層体の強度は、付加的な強度増加剤を使用することによりさらに高めることが可能である。アタパルジャイトとして知られるパリゴルスカイト等のクレイ材料は水和珪酸アルミニウムマグネシウムであり、単独または他のバインダーと共に使用可能である。パリゴルスカイトは特に吸着剤を受容するのに役立つ開口結晶構造を有する。
無機バインダーは不活性であるが、ゼオライトが最低限度に不活性な材料と共に自己結合するために、ゼオライト吸着剤と共に使用したクレー等のある無機バインダーはカオリンバインダーからゼオライトにその場で（インサイツで）転化される。活性炭微粒子を結合するために使用される有機バインダーは熱分解して有益な炭素質吸着剤を形成する。
【００２４】
３．吸着剤および触媒
実質的にいかなる材料をも本発明を実施するために使用することが可能である。特定の吸着剤材料の選択は第１には所望の機能、例えば混合物中の窒素等のあるガス対他のガスの優先的な吸着、および第２に利用性およびコスト等の他の因子に依存する。適切な吸着材料はしばしばゼオライトであり、これは［ＳｉＯ４］４−および［ＡｌＯ４］５−四面体単位から構成される高結晶性アルミノ珪酸塩材料である。ゼオライトは典型的に酸素ブリッジにより結合されたＳｉおよびＡｌおよび全体的に負電荷を有し、Ｎａ＋、Ｋ＋、およびＣａ２＋等の正電荷のカウンターイオンを必要とする。ゼオライトは親水性ゼオライト（例えば、空気分離および水素精製に使用される、適切にイオン交換されたＸ、Ａまたはカバザイト（chabazite）型ゼオライト）または疎水性ゼオライト（例えば、湿気から有機蒸気を分離するために使用される、Ｙ、珪酸含有ゼオライト、珪酸塩、またはシリカライト）であってもよい。
【００２５】
混合物からガスを吸着分離するために有益なゼオライトが知られており、特許その他の文献に開示されている。例えば：
米国特許第２，８８２，２４４号明細書は硝酸亜鉛を使用したナトリウムＸ−ゼオライトからの亜鉛Ｘ−ゼオライトのイオン交換および直接合成を開示する；
米国特許第３，１４０，９３３号明細書は窒素−酸素分離に役立つリチウムＸ−ゼオライトを報告した；
米国特許第４，４８１，０１８号明細書は種々の多価陽イオン（特に、アルカリ土類元素マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、およびバリウム）Ｘ−ゼオライトおよびフォージャサイトを開示し、約１対１．２のオーダーの低珪素対アルミニウム比を有することが知られている；
米国特許第４，５５７，７３６号明細書は２成分系イオン交換Ｘゼオライトを生成するために幾つかの二価陽イオンを用いて利用可能なイオン部位のイオン交換によるＸゼオライトを改質することを開示している。２成分系イオン交換は窒素吸着容量がより高く、窒素吸着熱が低く、空気分離に対する窒素選択性が良好なカルシウムおよびストロンチウムを含む；
米国特許第４，８５９，２１７号明細書に開示されるように、Ｘ−ゼオライトはリチウムでイオン交換可能であり、改良された窒素選択性吸着剤を提供し、これによると、８８％より高い交換にてリチウム陽イオンでＸ−ゼオライトを交換する場合に窒素吸着剤の改良が達成されることが述べられている。Ｘゼオライトの塩基性ナトリウムまたはナトリウムカリウム形態を従来のイオン交換手順および４から１２倍の化学量論的過剰のリチウム塩を使用して交換した；
アルカリ土類金属を用いたゼオライトの多重陽イオン交換が米国特許第４，９６４，８８９号明細書に開示される；
米国特許第４，８８０，４４３号明細書、発明の名称「二次的酸素精製器を使用した分子ふるい酸素濃縮器」は、炭素分子ふるい床に結合した５ＡＭＧゼオライトを有するゼオライト分子ふるい床を使用することが開示されている。
【００２６】
米国特許第４，９２５，４６０号明細書はリチウム含有ゼオライトカバザイトを開示する。
米国特許第５，２５８，０５８号明細書、発明の名称「二価陽イオン交換リチウムＸゼオライトを用いた窒素吸着」は、クール（Kuhl）(「低シリカフォージャサイトの結晶」ゼオライト7:451(1987))の方法によりナトリウム、カリウムＬＳＸゼオライトを作ることを開示している。リチウムＬＳＸゼオライトを、６．３倍等価過剰量の２．２ＭＬｉＣｌを用いて１００℃における５回の静的交換を使用してナトリウム、カリウムＬＳＸゼオライト粉末のイオン交換により調製した。ナトリウムＬＳＸゼオライトを、４．２倍等価過剰量の１．１ＭＮａＣｌを用いて１００℃における３回の静的交換を使用してナトリウム、カリウムＬＳＸゼオライトのイオン交換により調製した。種々の交換レベルのＭ２＋、リチウムＬＳＸゼオライトを、初期に調製したリチウムＬＳＸゼオライト粉末の別のサンプルをｐＨ５．６と７．０の間で化学量論量の０．１ＮＭ２＋塩ナトリウムに添加して室温で約４時間攪拌することにより調製した。
【００２７】
米国特許第５，１７４，９７９号、第５，２５８，０５８号、第５，４１３，６２５号、第５，４１７，９５７号、第５，４１９，８９１号、第５，１５２，８１３号および第５，４６４，４６７号明細書には、２成分系リチウム−およびアルカリ土類−交換Ｘゼオライトを開示している；
ＥＰＡ０６８５４２９およびＥＰＡ０６８５４３０はリチウム含有ゼオライトＥＭＴを開示する；
英国特許第１，５８０，９２８号明細書は低シリカＸゼオライト（「ＬＳＸ」：ここでＬＳＸは参考にてＳｉ／Ａｌ＝１を有するＸゼイオライトである）の製法を開示する。この方法はナトリウム、カリウム、アルミネート、シリケートの混合水溶液を調製すること、この混合物を５０℃未満で結晶化すること、またはこの混合物を５０℃以下でエージングすること、その後６０℃〜１００℃の範囲の温度で同じものを結晶化することを含む；
【００２８】
アルカリ金属交換ゼイライトの特性および使用をディー．バートメフ（Ｄ．Ｂａｒｔｈｏｍｅｕｆ）による「塩基性触媒：吸着および触媒における特性および使用」Catalysis Reviews, Science and engineering, (1996) 38巻、N4、p.521発行、を検討する。ゼオライトの陽イオン交換も、必要に応じて加熱して、塩基性ゼオライトを所望の陽イオンの塩と緊密に固体状態で接触させた場合に生じる。このことは、Ｋａｒｇｅによる[Ｈ．Ｇ．Karge:「ゼオライトの固体状態反応」表面科学および触媒における研究、１０５Ｃ．Elsevier (Amsterdam)(1996)、「Progress in Zeolite and Microporous materials」(H. Chon, S.-K. Ihm およびY．S．Uh(出版)p1901−1948)に詳細に議論されている。ゼオライトナトリウムＹおよび金属塩化物（リチウム塩化物およびカリウム塩化物を含む）間の固体状態イオン交換がBorbely等による（G.borbely, H. K. Beyer, L.Radics, P. Sandor, およびH.G.karge: Zeolites(1989)9、428−431]に開示する;
【００２９】
Gunter およびH.Kuhlによる「Crystallization of Low-Silica Faujasite」Zeolites (1987)7、p451は水にアルミン酸ナトリウムを溶解し、ＮａＯＨおよびＫＯＨを添加する。珪酸ナトリウムを残りの水で希釈し、急速にＮａＡｌＯ２−ＮａＯＨ−ＫＯＨ溶液に添加する。その後、ゲル化した混合物を老化した；そして
イオン交換ゼオライトをBreckの包括的な論文(Donald W.Breck:「Zeolite Molecular Sieves」Pub. Wiley, ニューヨーク、1973年)の８章の長さで議論している。ゼオライトの従来のイオン交換は、ゼオライトを、粉末または塊の形態で、バッチ式または連続式の方法を使用して、導入されるべき陽イオンの塩の水溶液に接触させることを実施する。これらの方法によると、Break の７章に詳細に記載されており、最近になってTownsendによる[R.P.Townsend:「Ion Exchange in Zeolites」Surface Science and Catalysisの研究、Elsevier(Amsterdam)(1991)]で検討された。
【００３０】
吸着剤を高い操作温度（例えば、約２５０℃から約８００℃）で二酸化炭素について選択できる。当業界で知られた適切なこのような吸着剤には、アルカリ促進材料が含まれる。例示したアルカリ促進材料はＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓ、Ｒｂ等のアルカリ金属および／またはＣａ、Ｓｔ、およびＢａ等のアルカリ土類金属の陽イオンを含む材料を含む。材料は典型的には水酸化物、炭酸塩、重炭酸塩、酢酸塩、リン酸塩、硝酸塩、またはアルカリまたはアルカリ土類金属の有機酸塩化合物として提供できる。このような化合物はアルミナ等の適当な基体に堆積させることが可能である。特定の材料の例としては、炭酸カリウムを用いて含浸されたアルミナおよび炭酸カリウムを用いて促進されたヒドロタルサイトを含む。
混合イオン吸着剤を使用可能である。適当な混合イオン吸着剤の例として、非制限的に、銀および銅を含有するリチウム基ゼオイトを含む。これらはYang等による国際特許出願PCT/US99/29666、国際公開番号WO00/40332に開示されているおり、参照して本発明に取り込む。
【００３１】
乾燥剤
Kumar(AP)による米国特許第４，７１１，６４５、「Removal of water and CO2 from atmospheric air」は圧力変動吸着法について活性アルミナ、ゼオライト（１３Ｘ、５Ａ、Ｎａモルデン沸石）の使用を開示している。
GhoshによるTK「Solid Dessicant Dehumidification System」,Stud. Surf. Sci. Catal., 120(1988)巻、p.879は温度変動法、および特にSiO2、活性アルミナ、13X、およびH2O除去のための疎水性ゼオライトを開示している。
【００３２】
ＶＯＣ
Grime(Ransburg Corp.)による米国特許第５，９６８，２３５号明細書、「Method for VOC Abatement」はVOC除去のためのアルミノ珪酸塩ゲルを開示している。
【００３３】
空気予備精製
圧力および温度変動吸着法のための、Rege, USによる「Sorbents for Air Purification in Air Separation」Chem. Eng. Sci., 55(2000), p4827-4838 13X, AA,斜ブチロル沸石(clinoptilolite) (K.Ca)。
Komarneni(Gas Res. Inst.)による米国特許第５，０５２，１８８号明細書、「Dessicant material for use in gas fired cooling and dehumidifying Equipment」は、Ｈ２Ｏ除去のためのＹ型ゼオライトを開示している。
Dunne(UOP)による米国特許第６６７，５６０号明細書、「水除去のためのＣｅ交換ゼオライトＹ」
Sircar(Ap)、米国特許第４，７０２，７４９号明細書、「活性化炭素の表面酸化のための技術」、これは圧力および温度変動吸着のために１３Ｘおよび活性アルミナを使用することを議論している。
Jain (BOC)による米国特許第５，２３２，４７４号明細書、「空気の予備精製」は空気からＣＯ２、Ｈ２Ｏを分離するために活性アルミナを使用することを議論している。
Bulow、米国特許第５，５８７，００３号明細書、クライノタイロライト、は圧力変動吸着法について空気からＣＯ２を除去することが議論されている。
【００３４】
水素分離および精製
Golden(AP)、米国特許第５，８９７，６８６号明細書は１３Ｘ（１ｓｔ）、３Ａ（２ｎｄ）を使用した圧力変動吸着に対する「Ｈ２、ＣＯ２およびＣＯからのＣＯ２の除去」を開示する。
ＣＯおよびオレフィン分離
Pearce(BPケミカルズ)、米国特許第４，７１７，３９８号明細書は、ＣｕＹ，Ｓｉ／Ａｌ１．５−３．０ゼオライトを開示する。
Ｈａｙ（１’Air Liquid）、米国特許第３，７８９，１０６号明細書は、Ｃｕモルデナイトについて議論する。
Golden(Air Products)、米国特許第５，１７５，１３７号明細書は活性アルミナ、炭素上のＣｕについて議論する。
Xie(Peking Univ.)、米国特許第４，９１７，７１１号明細書はゼイライト、アルミナ、シリカ、活性炭素について議論する。
Kruerke(Union Carbide)、米国特許第３，４９７，４６２号明細書はＣｕ（Ｉ）ゼオライトの合成を議論する。
ＣＯ２除去
Kumar(BOC)、米国特許第５，９８０，６１１号明細書は、ＣＯ２除去のためのＳｉ／Ａｌ＞１．５ゼオライトについて議論する。
Ojo(BOC)、米国特許第５，５３１，８０８号明細書、「ＬＳＸゼオライトを使用したガス流れからのＣＯ２の除去」は多くの異なる陽イオンについて議論する。
【００３５】
ＣＯ除去
Oigo、米国特許第４，７６５，８０８号明細書はＮ２に対してＣＯ除去するためのＢａＸを議論する。
ＣＯ２精製
Chue,K.T.Ind.Eng.Chem.Res.,1995,34,591-598はＣＯ２回収に対して活性炭素対１３Ｘについて議論する。
Ｓｎ活性化炭素によるＰＳＡにおけるＣＯ除去
Iyuke, S.E.Chem.Eng.Sci.55(2000)4745-4755。
カバザイト
Ｃoe(AP)、米国特許第４，９２５，４６０号明細書はリチウムカバザイトを議論する。
Maroulis、米国特許第４，７４７，８５４号明細書はＣａ，Ｍｇ、Ｎｉ，Ｎａを含む陽イオン交換材料について議論し、Ｃａ，Ｘ，Ｃａ，モルデナイトおよびＣａ，カバザイトを比較する。
Coe、米国特許第４，７３２，５８４号明細書はＣａカバザイトおよび塊状分離よりもしろ精製について議論する。
【００３６】
水性ガスシフト
ＸまたはＹゼイライト内で安定化されるルテニウム複合体は従来の銅基触媒より高い水性ガスシフト触媒活性をもたらすことが知られている［Ｊ．Ｊ．Ｖｅｒｄｏｎｃｋ，Ｐ．Ａ．Ｊａｃｏｂｓ，Ｊ．Ｂ．Ｕｙｔｔｅｒｈｏｖｅｎ「フォージャサイト型ゼオライトにおいて不均質化されたルテニウム複合体による触媒：水性ガスシフト反応」Ｊ．Ｃ．Ｓ．Ｃｈｅｍ  Ｃｏｍｍ．，ｐ１８１−１８２、１９７９］。当業界で知られている他の水性ガスシフト触媒はセリアおよび遷移金属カーバイド上に担持された白金を含む。鉄−クロム触媒はより高温で産業的水性ガスシフト反応に対して使用される。Keefer等の米国特許出願、「燃料電池に水素を供給するためのシステムおよびプロセス」２００１年、１０月２６日出願、参照により本発明に取り込む。
【００３７】
水素精製
Ｓｉｒｃａｒ，Ｓ．およびＧｏｌｄｅｎ，Ｔ．Ｃ．−「圧力変動吸着による水素精製」Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  Ｓｃｉ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌ，３５（５），ｐ．６６７−６８７，２０００，これは５Ａおよび活性炭素を議論する。
Ｓｉｒｃａｒ，Ｓ．およびＧｏｌｄｅｎ，Ｔ．Ｃ．Ｓｅｐ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．，３５巻。Ｎｏ．５発行、ｐ．６６７（２０００）、これは圧力変動吸着法に対する標準吸着を参照する。
吸着および触媒を分離強化反応器（Separation Enhanced reactors:SER）において使用可能である。ＳＥＲシステムの例としては、蒸気メタン改質およびアンモニア合成を例示できる。蒸気メタン改質を使用して天然ガスから水素を生成する。蒸気改質触媒（例えば、アルミナに担持された白金族金属またはニッケル）および高温二酸化炭素吸着剤はリアクター／吸着体に担持される。Ｊ．Ｒ．Ｈｕｆｔｏｎ，Ｓ．Ｇ．ＭａｙｏｒｇａおよびＳ．Ｓｉｒｃａｒによる「水素生成に対する吸着強化反応法」ａＩＣｈＥＪ４５，２４８（１９９９）により開発されたように、二酸化炭素吸着剤は炭酸カリウム促進ヒドロタルサイトまたは別の高蒸気分圧下で有効な高温二酸化炭素吸着剤に基づかせてもよい。
【００３８】
アンモニア合成の例では、反応体は水素および窒素であり、これらが反応してアンモニアを生成する。ベンチスケールの装置は米国特許第４，７０２，９０３号明細書の機械的態様における単一顆粒吸着材料を用いて作動される。吸着材料は、低減した鉄触媒３０１、１３−Ｘゼオライト、吸着剤としてシリカゲルを装填される。
エタノール脱水は３Ａ（カリウムＡゼオライト）を使用して達成可能である。
ゼオライトもVelley Forge、PAの、ゼオリスト（Zeolyst）等の給源から市販により利用可能である。
ゼオライト以外の材料を単独で使用し、または組み合わせて積層体およびスラリー材料を含む吸着体素子を形成可能である。例えば、吸着材料はアルミナゲルまたは炭素繊維を含む活性炭であってもよい。吸着材料は触媒的に活性であることができ、あるいは、触媒混合物を含むでもよい。さらに、吸着材料は、支持体に被覆後等、積層体形成後、その場所で有益な吸着剤に転化する前躯体（例えば、メタカオリン）であってもよい。
吸着剤材料は典型的には微細に分割された、好ましくは狭い粒径分布、実質的に均一な粒径分布の粒子として使用される。粒子は一般的には粒径が１０ミクロンより。より典型的には５ミクロンより小さい。粒径は好ましくは適当なマクロ細孔的拡散を提供するように選択される。
【００３９】
４．付加的な材料
上記の材料に加えてさらに材料を記載のスラリーに添加可能である。このような材料の一例として、高分子量ポリビニルアルコール等の、水溶性高分子量の重合性有機材料がある。支持体にスラリーを添加する場合とは逆に、高分子量材料は、支持体材料をスラリーに添加する場合に典型的に使用される。これらの高分子材料をスラリーに添加して積層体グリーンの強度（すなわち、焼結前の強度）を改良する。
さらに、凝集剤を使用して、開示のスラリーを形成可能である。支持体材料スラリーに添加する場合に凝集剤は一般的に使用される。有益な凝集材料の一例として、コロイダルシリカ等のバインダー材料と組み合わせて使用する場合にカチオンデンプンがある。
【００４０】
電気泳動堆積（ＥＰＤ）に対して、例えば、直径約０．１ミクロンから約５ミクロンおよび長さ約１ミクロンから約１５０の、長鎖重合性繊維を一端を正に帯電し、他端を負に帯電し、懸濁液に添加し、被覆されるべき積層シートに正常な電界方向にて配向させる。コーティングに入るこれらの繊維は多かれ少なかれ基体に直角に優先的に配向する。繊維はコーティング中でランダムに位置されるが、ほぼ規則的な（例えば六角形）パターンに繊維を位置させるためのテンプレートにより確立された静電界勾配によりガイドされる。次の、吸着剤コーティングの焼結際、これらの繊維は蒸発、熱分解、または燃焼により除去され、所望の開口した真っ直ぐなマクロ細孔を規定する。繊維をテンプレートによりコーティング内規則的に配列して位置させた場合、コラム状に配列したマクロ細孔を、好ましくはほぼ等しい間隔で規定する。
【００４１】
ＩＶ．開示したスラリーの材料の相対的な量
１．コーティング支持体のためのスラリー
支持体材料に塗布されるスラリーに対して、本発明の一目的は支持体に塗布される吸着材料量（すなわち、支持体の単位面積あたりのゼオライト塊により決定される密度）を増加することである。このためには、スラリーに添加することが可能であるゼオライト量を増加することが必要となる。開示した発明は、既知の組成物にくらべ支持体に塗布可能な吸着剤材料量を大いに増加した。
このようなスラリーの開示された態様における典型的な固体−液体割合は約４０重量％の液体／６０重量％の固体である。開示した積層体のある態様を形成するために支持体に塗布した２リットルのスラリー組成物の一例を以下の表１に示す。
【００４２】
【表１】
2005501688.tif 000002
【００４３】
２．支持体材料を含有するスライリー
支持体材料含有スラリー支持体材料に塗布されるスラリーに比べてスラリーに添加される吸着剤材料の量について一般に濃度がより低い。例えば、添加された支持体材料についての開示された態様では約２０重量％より低い固体、一般に１０重量％以下の固体、および典型的に約２重量％から約１０重量％の固体を含有する。
表２は、混合される支持体材料が有する一例としてのスラリーを形成するために添加される乾燥材料の相対量を示している。セラミック繊維は約１０ミクロンより小さい、典型的には約３ミクロンから約６ミクロンの平均直径を有する。ガラス繊維は比較的長い繊維であり、典型的な平均長さが約１２ミリメーターより長く、好ましくは約５０ミリメーターより短い。粉砕ガラス繊維は約２０ミクロンより小さい繊維経を有し、一般的に約１０〜約１５ミクロンの範囲の直径を有する。
【表２】
2005501688.tif 000003
【００４４】
Ｖ．スラリー形成
開示の発明にかかるスラリーは高剪断ミキサーで調製された。材料を混合する順序は変えることができ、混合順序は、形成されたスラリーの有効性に重要ではない。
全非吸着材料を添加して、均一混合物を形成する。その後、連続して混合しながらゆっくり吸着材料をこの均一な混合物に添加する。吸着材料を添加するにつれて、混合物の粘度は増加する。このようにして形成されたスラリー（本発明では中間スラリーという）の粘度は、２５℃で約２３０センチポアズ（ｃｐｓ）であり、混合速度は、ブルックフィールド粘度計による測定において約１００ｒｐｍである。
【００４５】
ボールミルまたはジャーミルを使用して中間スラリーの粒径分布を変える。スラリーの一部をセラミックロック等のミル粉砕剤含有容器に入れ、ジャーをジャーミルに入れる。ジャーミルにより中間スラリーの処理時間が、ジャー中のスラリー量、粉砕石の大きさ、スラリーの初期粘度、ジャー回転速度等、多くの因子に依存して変わる。工程の作動態様では、スラリー成分を約１０分から約３日の時間湿式ミル粉砕し、典型的な粉砕時間は約４から約２４時間である。中間スラリーを粉砕することによりスラリー粘度は２５℃で約２００ｃｐｓより大きい第１粘度、典型的には約２３０ｃｐｓから約１４０ｃｐｓ等の約１５０ｃｐｓより小さい第２粘度に下がる。
スラリーを粉砕することにより、支持体材料に塗布されるスラリーに対する幾つかの重要な利点がもたらされる。中間スラリーの平均粒径分布を変えることにより、積層体上の吸着剤の密度が増加する。さらに、中間体スラリーの平均粒径分布を変えることにより、強度がより高く、粉塵化傾向が低下したより良好な積層体をもたらす。
【００４６】
ＶＩ．吸着性支持体材料
開示したスラリーを塗布して積層体を形成可能であり、スラリーに添加して積層体を形成可能であり、その後、ガス分離またはガス相反応装置において有益であるいかなる材料をも支持体材料として使用可能である。このような材料としては非制限的にガラス繊維、粉砕したガラウ繊維、ガラス繊維クロス、繊維ガラス、繊維ガラススクリム、セラミック繊維、金属性織化ワイヤメッシュ、エキスパンデッドメタル、エンボス加工金属、非制限的に表面処理金属を含む表面処理材料、金属箔、金属メッシュ、炭素繊維、セルロース性材料、重合性材料、およびこれらの材料の組み合わせを含む。コーディエライト（cordiorite）等の押出またはその他のモノリス構造を使用可能である。被覆支持体は典型的に２つの主な対向面を持っており、これらの面の片方または両方を被覆可能である。図１を参照する。図１は二面コーティング２および一面コーティング４の両方を示す。例示の両態様に対する支持体６はステンレススチールワイヤメッシュである。二面コーティング２は、図１Ａにおいて吸着剤層厚さＸを有する。一面コーティングは図１Ｂにおいて吸着剤層厚さＹを有する。支持体シートはあらかじめサイズに作ったシートでも、あるいは連続シート材料から作ってもよい。基体厚さプラス塗布吸着剤または他の材料（乾燥剤、触媒等）は典型的に約１０マイクロメーターから約５００マイクロメーター、より典型的には約１５０マイクロメーターから約３００マイクロメーターの範囲である。
【００４７】
金属メッシュ支持体は高温容量の所望の温度特性および伝導性をもたらし、ＰＳＡサイクルを「等温化（isothermalize）」し、より断熱条件下で行われる場合に処理を低下させる温度変動を減少する。
金属箔は高精度の厚さ寸法制御下で製造させる。このため、必要な良好な接着性を有し、正確に制御された厚さの薄い吸着剤層を有する金属箔を被覆する方法の必要性がある。これを実施するための一方法としては電気泳動堆積がある。
金属箔は非制限的にアルミニウム、スチール、ニッケル、ステンレススチール、またはこれらの合金から構成されることができる。箔上への電気泳動吸着剤コーティングの接着のために、金属箔表面を酸化し、好ましい濡れ性および接合特性のために粗くすることが好ましい。酸化コーティングは空気または酸素を入れた炉中で加熱することにより実施できる。これは、アルミニウムチューブ上へのスリップコーティングゼオライトスラリーに対するDunne(米国特許出願第５，２６０，２４３号明細書)により開示されている。米国特許第４，２７９，７８２号、第４，３３１，６３１号明細書においてＣｈａｐｍａｎ等により開示されているように、箔はアルミニウムコーティング、フェライトステンレス鋼、の金属ピーリングにより形成でき、アルミナウィスカーが実質的に酸化フィルムを覆うように処理される。
【００４８】
アルミニウム箔の酸化表面形成のための好ましいアプローチは、約１から２ミクロン厚さ、約０．２から１．５ミクロン間隔の規則的な孔の稠密な六角形コラム状配列を有するアルミナ層形成のための酸化条件下における陽極酸化による。Ｆｕｒｎｅａｕｘ等（米国特許第４，６８７，５５１号明細書）に開示されたように、孔スペースは印加電圧に比例し、２００Ｖの電圧の陽極酸化で約０．５ミクロンであるであろう。陽極孔構造は優れた接着性を提供し、陽極フィルム孔の六角形パターン上にマクロ細孔の所望の規則的なコラム状の配向を形成するためのテンプレートとして有益に作用できる。電気泳動コーティング工程の間、六角形テンプレートパターンは所望のコラム状配列を有する孔の好ましい分布を作るために形成されるコーティングにおける静電界を乱す。
【００４９】
基体表面を微構造化する他の方法を使用可能である。例えば、フォトリソグラフマスクは堆積下でのコーティングにおける静電界を同様に乱す規則的なパターンを確立できる。このような方法を使用して、パターンにおいて配向し、最終的な積層体表面に対して正常であるマクロ細孔を有する吸着剤コーティングの堆積を達成するためのテンプレートパターンを提供できる。これにより、高頻度作動条件下で優れた物質移動に対する強い要求として非蛇行性のマクロ細孔ネットワークの実現を達成する。
積層体シートは、ＰＳＡ工程内で、流れ方向における積層体吸着材料の長さに等しい幅の金属基体上に形成される。基体をサイズに合わせる前には、基体幅は整数倍の吸着材料長さでもよい。シートコーティングは、取り付け後の将来的流れ方向に直角な方法に適用されることが望ましく、この結果、横のコーティング不規則性は流路に等しく分配されるであろう。金属箔のロールを、ＥＰＤ浴を連続して通過させることによる等して、被覆した後、約１５０℃から約８００℃の温度で乾燥および必要な場合は焼結してもよい。ロールは積層体吸着材料に組み立てられるのに適当なサイズのシートにカットしてもよい。
【００５０】
あるいは、積層体吸着材料は流れ方向に直角に搭載される複数のストリップから組み立てることができ、この幅は積層体吸着材料の搭載流れ方向長さに対して僅かである。こうして、吸着材料を介する流路は、吸着材料の供給端から製品端まで通過する際に、複数のこれらのストリップを横切る。ストリップは種々の吸着材料および／または触媒から有利に調製される。ＰＳＡ法等の方法には、流路の長さに沿って種々のゾーンにおいて種々の吸着剤および／または触媒を有する層状吸着材料が必要である。例えば、供給端における第１ストリップの吸着剤はアルミナまたは他の乾燥剤であってもよい。製品端に向かう吸着剤ストリップはより選択的な吸着剤を使用してもよく、その機能は過度の湿度により損なわれる。ストリップは各吸着材料に対して別の浴においてＥＰＤにより個々に被覆された金属箔リボンに基づいてもよい。
【００５１】
ＶＩＩ．積層体形成法
一般的に、処理速度は、部分的に種々の表面抵抗のために物質移動抵抗を示す。積層体は、（ａ）表面：体積比を高くし、（ｂ）活性吸着剤／触媒を担持する均一な最小厚さ構造を作ることにより、これらの抵抗を最小にするために使用される。
【００５２】
１．コーティング支持体材料
Ａ．ロールコーティング
図２は、支持体材料の片面または両面に、開示したスラリー組成物を塗布するために使用することができるロールコーターを示す。図２を参照して、コーティングシステム１０は吸着剤スラリーを受容するための容器１２を有する。ローラー１４はモーター（図示せず）により付勢される軸１６により支持されかつ軸１６周りに回転し、ローラーの一部がスラリー１８内にあるように位置付けされる。支持体材料２０の移動ウェブはスラリー１８に浸漬することにより濡れるローラー１４の表面２２を横切って動く。この方法では、支持体材料２０の移動ウェブの片面は吸着剤スラリー１８で被覆される。金属メッシュ、ファイバーガラス、またはこれらの組み合わせ等、支持体材料２０が多孔性である場合、支持体の片面を塗布することは支持体の両側にスラリー材料を塗布することになる。しかし、支持体材料の全てが多孔性ではない。非多孔性支持体材料の片側のみを被覆する場合、非被覆面は被覆側面から他側面への間隔を開けるためのスペーサーとして機能できる。あるいは移動ウェブ２０の別の側は、ローラー１４を越えて支持体材料の対向側を通過させることにより、同じスラリー材料１８または異なるスラリー材料で被覆できる。
【００５３】
図３は、支持体材料の異なる区域に異なるコーティング組成物を適用するために使用可能であるスプリットロールコーターシステム３０を示す。スプリットロールコーターシステム３０の図示した態様は第１吸着剤組成物３６を受容するための第１区域３４を有する容器３２を有する。容器３２は、第２吸着組成物４０を受容するための第２区域３８を有し、第２吸着組成物４０は第１スラリー組成物３６と同じかまたは異なる。一般に、スプリットロールコーターシステム３０は２つの異なるスラリー組成物を支持体に塗布するために使用される。２種類の異なるスラリー組成物を使用した場合、区域３４および３８を壁またはバッフル４２により互いに分離して吸着剤組成物３６および４０が混合すること
を防止する。
【００５４】
第１ローラー４４は区域３４に配置される。第２ローラー４６は区域３８に配置される。ローラー４４および４６を支持して共通軸４８周りに回転可能である。あるいは、ローラー４２および４４を支持して別々の軸まわりに回転可能である。連続シート形状等の支持体材料５０はローラー４４および４６の表面５２および５４を横切って動き、これらの表面にはそれぞれ吸着剤組成物３６および４０が付いており、その組成物は、組成物を通ってローラーの回転により付着する。
支持体材料にスラリー組成物を塗布するために吸着剤組成物をヘッドボックス６０に圧送可能である。図４はヘッドボックス６０の一態様を示す。図５はこのヘッドボックスの分解図である。移動支持体材料（図示せず）をスラリー組成物に接触するために動かす。これにより、支持体材料の少なくとも片面を吸着材料で塗布する。軸６４はスプリットロールコーター３０等のロールコーターを駆動する。容器３２は上記した。ポンプ（図示せず）は吸着剤スラリー組成物を容器３２に運ぶ。容器３２は、容器３２からスラリー材料をスラリー受容器（図示せず）にスロット６８を介して排出するためのオーバーフローチャンバー６６ａ、６６ｂを有する。計量ブレード７０を使用してロールコーター３０上スラリー量を適正に一定に保つ。ヘッドボックス６０はドクターブレード７２を有し、その上を支持体材料が通過する。ドクターブレード７２を使用して過剰のスラリー材料を支持体材料から除去する。
【００５５】
支持体を吸着材料で塗布した後、支持体材料上で組成物を乾燥して固化し、強力に硬化させる。乾燥は適当な方法で達成可能である。例えば、対流加熱であり、加熱、ＩＲ加熱、マイクロ波加熱、およびこれらの方法の組み合わせを含む。
【００５６】
Ｂ．電気泳動堆積
スラリー組成物を、２０００年４月２０日出願、発明の名称「吸着剤積層体構造」、Ｂｏｗｉｅ  Ｋｅｅｆｅｒ等の先行カナダ国特許出願第２，３０６，３１１号明細書に記載された方法を使用して電気泳動で硬い支持体材料に塗布してもよい。これを参照して本発明に取り込む。
ＥＰＤは、金属基体に均一な厚さの高品質コーティングを塗布するための方法である。この方法は、導電性基体に有機および無機粒子コーティングを塗布するために使用可能である。産業的材料の電気泳動堆積のための方法の例として、金属酸化物コーティングの堆積に対するＥｍｉｌｉａｎｉ等（米国特許第５，４１５，７４８号明細書）；自動車触媒コンバーター用ステンレススチールホイルへのアルミナ触媒支持体の堆積に対するＦｒｉｅｍａｎ等（米国特許第５，５９１，６９１号、第５，６０４，１７４号、第５，７９５，４５６号明細書）；溶融カーボネート燃料電池電解質およびバインダーに対するＡｐｐｌｅｂｙ（米国特許第４，５５５，４５３号明細書）がある。
【００５７】
一般に、ＥＰＤは、適当な有機または無機バインダー、分散剤、界面活性剤、消泡剤、高分子電解質等と共に、水性または非水性懸濁液でスラリーを形成する。ＥＰＤは、電極としての金属箔を、対向電極を有する浴中の懸濁液に接触させることにより実施される。箔は、それぞれ正または負の懸濁吸着剤粒子の電荷に応じて、陽極または陰極である。水性ＥＰＤでは、酸性ｐＨは典型的に陰極堆積に対して使用され、アルカリｐＨは陽極積に使用される。
【００５８】
２．支持体材料と吸着剤および／または触媒スラリーとの混合
積層体を、支持体材料を開示したスラリー組成物と混合することにより形成可能である。例えば、セラミックペーパー積層体は、先ず薄いスラリーを形成して作ることができる。例えば、１０重量％未満の固体が、吸着剤および／または触媒材料（例えば、前記固体の約５０〜９０重量％）；セラミック繊維（一般的に、前記固体の約２５重量％まで）；ガラス繊維（前記固体の約２〜約２０重量％）；およびコロイダルシリカバインダー（前記固体の約２〜約２５重量％）；および所望の有機バインダー（前記固体の約１０重量％まで）を含む。陽イオンデンプン等の凝集剤はスラリー内でコロイダルシリカおよび繊維がフロックとして凝集するのに充分な量でスラリーに任意に添加可能である。
【００５９】
その後、凝集スラリーは積層体に形成される。セラミックペーパーのような積層体を形成する一方法は凝集スラリーを小孔のあるワイヤ上に堆積し、その後組成物を排水することである。さらに、排水はプレスローラーおよび／または所望のドクターブレードを使用することにより達成される。ワイヤ上の組成物は真空下で排水できる。その後、この方法で形成されたセラミックペーパーを乾燥し、さらに加熱プレスロールを使用して押圧してもよい。
【００６０】
付加的な硬化剤を、小孔性ワイヤ上に一旦堆積した材料に適用可能である。例えば、アルギン酸ナトリウム等の反応性バインダーをスラリーに添加可能であり、および／またはワイヤ上に堆積した後、スプレー等によりスラリー材料に適用可能である。硬化剤を、バインダーを活性化するために必要な反応を開始するために使用できる。例えば、アルギン酸基バインダーを使用する場合、陽イオン溶液をグリーンペーパー（バインダー硬化前のペーパー）に適用して、次にアルギネートバインダーに適用できる。
【００６１】
ＶＩＩＩ．流路およびスペーサー
ガス流路は吸着体素子に形成され、素子を通ってガスが流れることができる。一般に、ガス流路は、低流路抵抗をもたらし、これは比較的高表面積と結びつく。流路長は物質移動ゾーンを画成するのに充分であり、少なくとも流体速度および表面積対流路体積比の関数である。流路は、流路での圧力低下を最小にするために配置されるのが好ましい。多くの態様において、吸着体素子の第１端における流路に入る流体流れ分画は、第２端を出て再合流するまで、第１端において別の流路に入る他の流体分画とは連通しない。実質的に全流路が充分に利用されることを確実にするために流路の均一性が重要であり、かつ物質移動ゾーンが略等しく含まれることが重要であると認められる。スペーサーの態様を示す以下の方法により、一組の溝を有するスペーサーを作る方法が提供され、ここで寸法が略均一な流路が形成される。
【００６２】
ガス流路は、互いに隣り合う流孔を有する吸着剤シートを配置し、その後、ガス流路を画成するようにシートの配列を互い違いに配列することにより確立される。この態様は、図２６に例示され、互いに隣り合って配置された第１吸着剤シート８０２および第２吸着剤シート８０４を有する構造８００を示す。各吸着剤シート８０２、８０４は、孔を画成する。示された孔は略四角であるが、適正な操作には必ずしも四角である必要はなく、そのかわりに、このような孔は非制限的に、ラインまたはスロット、丸孔、長方形孔等を含む幾何学的形であってもよい。
【００６３】
吸着剤シート８０２および８０４は略等しい。吸着剤シート８０２および８０４は吸着剤シート間にスペーサーを設ける必要性なく、ガス流路を規定するために配置される。例示の態様では、シート８０２を先ず配置し、その後、シート８０４をシート８０２に対して反転して移動させる。この配列により、その構造をとおるガス流路を規定する。
【００６４】
隣り合う積層体間に平行な流路を形成するスペーサーにより流路は確立される。吸着材料の隣り合う吸着剤シート間の流路幅は吸着剤シート厚さの約２５〜約２００％の範囲である。この形状は、ペレットを充填した吸着材料よりずっと圧力低下が小さく、充填した吸着材料の流動化の問題を回避する。吸着剤シートの厚さは典型的に約５０から約４００マイクロメーターであり、積み重ねまたは巻き取りに充分対応可能である。スペーサーシステムは、吸着剤シートの隣り合ったシート間の流路の均一性を低下する非抑制的なゆがみまたは歪みに対して必要な安定性を提供する。
【００６５】
スペーサーは、セラミックまたは金属等、弾性的に変形可能な材料から作ることができ、適当な方法を使用して積層体シートに適用し、導入し、あるいは一体に形成してもよい。例えば、セラミックスペーサーを使用する場合、ある厚さおよび面積のセラミックスラリーを積層体シートに供給し、スラリーを硬化してスペーサーを形成することによりスペーサーを積層体シートに適用できる。特定の態様では、スペーサーはスクリーンまたはステンシル印刷に類似した方法を使用して適用される。ステンシルを積層体シート上に置き、スラリーを、注ぐか、ブラッシングするか、スクリーン印刷（ドクターブレードを使用することによる等）か、スプレーするかによって、ステンシル上に適用する。ステンシルは積層体シート上に配置されて、セラミックスラリーを受容するための孔を規定し、これらの孔は積層体シートトップ面にウェルを形成する。積層体シートに適用されたスラリーはウェルに集まる。こうして、スペーサーは、ステンシル内の孔のパターンにより、積層体シートの第１表面に配置する。このことは、図６に複数の積層体シート９０を関して示されている。スラリーを硬化すると、スペーサー９２は、図６ａに示すように、積層体シート９０の第１表面９４に結合する。
【００６６】
スペーサーは適当な寸法および形状であることでき、非制限的に、丸、涙滴形、二重涙滴形、カラム状、星形、球形等を含む。スペーサーの厚さまたは高さは積層体シート間の空間を決定し、スペーサーの厚さは典型的に数マイクロメーターから数ミリメーターの範囲にある。特別な態様では約５０から１５０マイクロメーター等、約１０〜２５０マイクロメーターの厚さを有するスペーサーを使用する。スペーサーは、数マイクロメーターから数センチメーターの幅または直径の範囲であり得る。幾つかの態様では、スペーサーの幅または直径は、ミリメーターの範囲であり、例えば、約１〜１０ミリメーター、または一般には約２〜８ミリメーター、典型的には約３〜５ミリメーターである。特別な態様では、全スペーサーは同じサイズであり、あるいはスペーサーは積層体シートまたは吸着体素子にわたってサイズが異なってもよい。
【００６７】
スペーサーはランダムにあるいは秩序化されたパターンの積層体シートの第１表面に配置される。例えば、スペーサーは、隣り合う各スペーサー間距離が略等しい秩序化された格子状に配置されてもよい。あるいは、スペーサーは、一連の同心円状、略直線状、または他の所望のパターンで配置されてもよい。
スペーサーをセラミックまたは他のスラリーを使用して積層体シート上に形成する場合、スペーサーを固化および／または硬化し、すなわち、乾燥させて隆起構造体を形成し、これを使用して、積層体シートは互いに分離される。スペーサーの硬化中熱を適用してもよいが、スペーサー上に温風または熱風を吹きつけることにより、またはＩＲ、対流熱、誘導熱等を使用することにより、スペーサーを室温で固化および／または硬化してもよい。さらに、所望の場合、圧力をスペーサーに適用して、硬化を助けてもよい。
【００６８】
スペーサーを、削る、ロールプレス、ニップロール、カレンダーまたは摩耗により、特定の形状に改変できる。スペーサーを削るか摩耗する場合、高さガイドを使用して、削りや摩耗を制御し、より均一なスペーサー高さを提供する。例えば、積層体シート上のスペーサーのパターンに一致した孔のパターンを有する上記ステンシルより僅かに厚さの少ない第２ステンシルを、積層体シートの頂部に置いてもよい。その後、スペーサーを第２ステンシルの表面まで削り下げるか摩耗させて低くする。
【００６９】
スペーサーは、（流路に平行な）ボスまたはリッジの隆起したパターンをエンポス加工することにより形成でき、その結果、これらのボスまたはリッジ上のコーティングがスペーサーを確立する。その後、積層体アセンブリは、例えば、他面が平面であるが片面がエンボス加工された２枚の箔から各シートを形成されることによる、はめ込み形のギザギサが入れ子形になることを回避して構成される。あるいは、金属層の隆起パターンは、金属箔を電気鋳造またはエッチングすることにより形成してもよい。あるいは、螺旋状積層体を、スペーサーが入れ子にならないように形成してもよい。
【００７０】
あるいは、スペーサーは、隆起パターンを作るために、堆積工程の間の一部間でマスキングすることによりその工程において形成してもよい。
以下に記載の好ましい態様では、スペーサーは積層体間に搭載される別の組み立てられたアセンブリとして形成される。
図７は両面にフォトリソグラフマスクを用いて金属箔をエッチングすることにより形成されるスペーサー１０１を示す。流路１０２、１０３はオープン領域を作るために両側から同時にエッチングすることにより作られ、流路間の全厚さスペーサーリブ１０４は両側でマスクにより規定される。横のストラット１０５は、他側をマスクして片側からのみストラットをエッチングすることにより間隔をおいて形成される。スペーサーのエッジ１０６は、例えば、シートとスペーサーを交互に重ねて積層体スタックで接合することにより、搭載用に適当な幅を残し、両側からのマスキングにより規定される。
【００７１】
図８はスペーサー１０を示し、これは幾つかの方法で組み立てることができる。例えば、スペーサー１１０を、（１）金属箔をエッチングし、ローリングによりストラット１０５の厚さを減じ、（２）互いに横切って横に延びる薄箔ストリップの拡散接合により、（３）熱可塑性モールドにより、作ることができる。
図９〜１２は吸着剤積層体構造３００を示す。典型的なシート３０１および３０２は吸着剤ストリップ、例えば３０４および３０５を有し、例えば３０８の基体リボンの両側に、ＥＰＤコーティング３０６および３０７等のコーティングを形成される。リボンは矢印３１０で示される流れ方向の幅「ｗ」を有する。
【００７２】
図１０はシート３０１および３０２の隣り合った対の間の、各流路３２１において使用された、織ったワイヤメッシュスペーサー３２０を示す。開示のスペーサー３２０はリボンシートよりむしろ連続したスペーサーとして使用し得ることが理解できるが、記載の態様の各シートは、多重リボンまたはストリップ３０４および３０５から構成される。スペーサー３２０は第１および第２ワイヤから構成される。第１および第２ワイヤは同じ直径を有し、または実質的に異なる直径であってもよい。ワイヤ直径の種々の構成を採用でき、その後、ＰＳＡ装置で試験される。例示の態様は、流体流れ方向の流れ制限を最小にするより大きい直径を有する流路規定ワイヤを好ましく有する直径のワイヤを使用した。図１０を参照して、スペーサー３２０は第１の直線でより大きい直径のワイヤ、例えば３３１および３３２から構成され、これらはそれ自体がスペーサーである。第１ワイヤ３３１、３３２は距離「ｘ」の間隔で離れて固定され、好ましくはより小径の直径を有する第２のワイヤ３３４および３３５の一対３３３により距離「ｙ」の等しい間隔で横方向に離間する。距離「ｘ」は距離「ｇ」だけリボン幅「ｗ」より大きく、距離「ｇ」は流路に沿って隣り合うリボン間の隙間３３６を規定する。距離「ｇ」は、第２ワイヤ３３４および３３５の直径の２倍より僅かに大きく、その結果、吸着リボンに干渉することなく、第１ワイヤ３３１まわりに巻回する第２ワイヤに対する自由な隙間を提供する。各対のリボン間の隙間３３６は、流れの偏在または許容偏差の事象におけるチャンネリングを最小にするために圧力平衡および流れ再配分に対する全流路間の換気を提供する。
【００７３】
ＩＸ．吸着体素子
積層体シートを一緒に結合し、吸着体素子を形成する。開示した態様では、接着剤を使用して積層体シートを一緒に結合する。接着剤は、次の高温操作に耐えるために、スペーサーを製造するために使用される同じ材料等のセラミック材料である。このような態様では、セラミック材料は接着剤材料を形成するために希釈される。接着剤をスペーサーの頂部に塗布するかあるいは積層体シートの第２表面等の積層体シートに塗布される。スペーサーの頂部に接着剤を塗布する場合、接着剤はスペーサーの全部に塗布されるかまたはスペーサーの適当な部分に塗布される。接着剤をスペーサーの一部に塗布する場合、接着剤はスペーサーの所定部分にランダムにまたは規則的な方法で塗布される。接着剤を塗布するスペーサーの一部は、使用される接着剤のタイプおよび接合強度、積層体上のスペーサーの数、およびスペーサーのサイズおよび表面積等、幾つかの因子に依存する。接着剤を隣り合う積層体シートの第２表面に塗布する場合、シートの全表面領域、または表面領域のある部分のみを接着剤で被覆する。
【００７４】
積層体シートは接着剤を使用して一緒に接合される必要はない。例えば、金属メッシュおよび螺旋状巻回積層体の両方とも圧縮力により所定位置に保持され得る。
吸着体素子はシート等、種々の積層体から形成できる。例えば、積み重ね吸着体素子は典型的に約２から約５０００シートを有し、より典型的には約５０〜約５００シートである。シートは互いに順次（すなわち、第１および第２シートが一緒に接合されて構造体を形成し、各付加的なシートは個々にこの構造体に付加される。）あるいは群で接合される。例えば、幾つかのシートは互いに隣り合って配置され、同時に一緒に接合される。さらに、２つ以上の群の積層体シートは一緒に接合され、吸着体素子を形成する。
【００７５】
例示的な吸着体素子は、シートの積み重ねを形成するために一緒に結合される個々の積層体シートから形成できる。この吸着体素子すなわちブリックは最終用途の要求に一致するために変更または加工できる。例えば、ブリックを切断してより小さい断片のサイズまたは幾何学的な形にしてもよい。付加的に、ブリックまたは断片はモールドされる。
平面的な吸着剤層を上記のように、個々のプレサイズ化シートまたは所望のサイズおよび形に切断可能に、形成可能である。あるいは、吸着剤層を連続シート上に形成できる。これらの開示の態様を使用して、種々の異なる幾何学体および吸着体素子を作ることができる。
【００７６】
例えば、図１３Ａは円筒状または丸いモールド２００を示し、これのまわり、または上に、スペーサー２０４により離間された複数の吸着剤シート２０２ａ−２０２ｃが形成される。四角、三角、八角、卵形、波形、または他の所望の幾何学的形等、他の形のモールドを使用してもよい。スペーサー２０４を有するこのような第１吸着剤シート２０２ａはモールド２００の外部表面２０６に隣り合って配置される。接着剤材料はスペーサーの全部または一部に、あるいは第２吸着剤シート２０２ｂ上に適用される。第２吸着剤シート２０２ｂはモールド２００まわりかつ第１吸着剤シート２０２ａのスペーサーの頂部に配置される。この工程を継続して所望の多数の吸着剤シート層を提供する。スペーサー２０４（図１３Ｂ）を有するまたは持たない付加的な吸着剤シート２０７を完全な構造体の頂部のモールドまわりに配置してもよい。吸着体素子２０８は図１３Ｂに示されたように、各層をこの構造体に付加した後に続いて、または２以上の層をこの構造体に付加した直後に、モールドまわりの適所に所望の全吸着剤層を配置し、完全な構造体を硬化することにより形成できる。この固化および／または硬化段階は熱を使用して実施できる。
【００７７】
また、螺旋状吸着剤素子を図１４Ａに示したように形成可能である。開示された螺旋状の態様４００を、吸着剤材料で被覆し、そこに配置された複数のスペーサー２０２を有する支持体材料の連続シート４１０を螺旋状に巻回することにより形成した。接着剤材料をスペーサー２０２の幾つかまたは全部に、または選択的にシート材料４１０に配置し、その後連続シートを巻回し、接着剤を硬化する。螺旋状配置の吸着体素子を形成した後、この構造体内のスペーサーを、コアの外部表面から隣り合う螺旋体を分割するライン上の、支持体材料により分離された別のものの頂部に典型的に一列に配置する。隣り合った巻回体の他のスペーサー配置も可能である。例えば、隣り合った巻回上のスペーサーからオフセットされる第１巻回の複数のスペーサー、または螺旋状に配置された吸着体素子を通る断面において選択されたスペーサーパターンを形成する複数のスペーサーである。
【００７８】
らせん状配置吸着体素子を形成し、その後、それ自体で使用可能であり、他の吸着体素子と積み重ねることができ、または別の複数に分割した螺旋状巻回ミクロ吸着体を形成するのに使用できる。螺旋状配置を他の所望の形状に図１４Ｂに示すように切断可能である。この支持体材料に流れバリヤーを置くことにより同じ効果を達成可能である。バリヤー材料は支持体および／または接着剤を形成するために使用されるのと同じ材料であり得る。バリヤーを形成するために、連続シートを巻回するように、セラミックまたは他の材料を加工方向を横切るライン上に配置する。
【００７９】
図１４Ａおよび１４Ｂに示された螺旋状に巻回された積層体は、断面図である図１４Ｃに示された収納チャンバー４１２等の、収納チャンバーに典型的に含まれる。図１４Ｃはマンドレル４１６まわりに巻かれた積層体４１４を示す。螺旋状に巻回された積層体の作業態様は、積層体の第１および第２端部に適用された圧力差の結果としてマンドレル４１６の動きを制約することなく使用された。結果的に、支持体からの吸着材料の摩耗による等、積層体が機械的に劣化した。機械的劣化は、図１４Ｃおよび１４Ｄで記載したように、収納チャンバーでマンドレル４１６の動きを制約することにより略排除された。
【００８０】
例示の収納チャンバー４１２およびマンドレル４１６の作業態様は、ステンレススチールから作られ、付加的な材料、特に金属および金属合金から作ることができ、セラミック材料および重合体材料等の付加的な材料で可能である。積層体４１４を形成するのに使用される吸着材料は収納バンバー４１２に挿入された後に活性化される。このような場合、収納チャンバー４１２およびマンドレル４１６の両方は吸着剤の活性化温度、例えば約２５０℃以上の温度等、に充分に耐えられる必要がある。より低い温度で活性化できる吸着材料に対して、収納チャンバー４１２およびマンドレル４１６を形成するために使用される材料は金属、金属合金、セラミック等以外であってもよい。
【００８１】
図１４Ｃは、図１４Ｄに詳細に示したスパイダー４１８の使用をさらに示す。図１４Ｄを参照し、スパイダー４１８は単一の装置であり、金属またはステンレススチール等の合金から典型的に形成され、外側リング４２０および内側リング４２２および複数のスポーク４２４を有する。スポーク４２４は流路４２６を通る複数の流れを規定する。左側から進んで、図１４Ｃは組み立てた積層体収納チャンバー４１２はリテイナーディスク４２８および金属メッシュフィルター等のフィルター４３０を含む。ボルト４３２等のファスナーを使用してスパイダー４１８、ワイヤリテイナーディスク４２８およびフィルター４３０をマンドレル４１６に結合する。リテイナーディスク４２８およびフィルター４３０については任意であり、スパイダー４１８は単独で使用可能である。示された態様では、ねじ込みマンドレル４１６を有し、これはボルト４３２を受容し、これらの成分をマンドレルに固定する。例示の態様では、収納チャンバー４１２の両端は同じ構成であり、スパイダー４１８、ワイヤリテイナーディスク４２８およびフィルター４３０を有する。あるいは、単一スパイダーを装置の一端部で使用でき、複数の巻回積層体は軸の動きを回避するために螺旋状に巻回した積層体間に位置する１つ以上のスパイダーを有する収納チャンバーを含むことができる。さらに別の態様として、単数または複数の螺旋状巻回積層体を収納チャンバーに入れ、巻回物の軸の動きを防止するために単数または複数の積層体まわりにチャンバーを変形するために収納チャンバーに略均一な同心圧縮力を適用する。積層体の動きをさらに防止するために、および収納チャンバー４１２からのガス流れを防止するために、セラミック材料等の材料のビード（図示せず）を収納チャンバーの内周まわりに配置してもよい。ショルダービルトインチャンバー４１２（図示せず）等、固定に他の方法を使用することができる。収納チャンバーを組み立てる場合、フィルターリング４２８はこのビードに接触する。
【００８２】
当業者は種々の収納法を使用して螺旋状巻回積層体に組み合わせることができることを理解できるであろう。例えば、種々の構造のスパイダーを使用可能である。片方および好ましくは両方の相対的な軸動きを防止するために、螺旋状積層体およびマンドレルを支持し、かつ積層体中に流体流れ分布させるこのような構造が適している。
【００８３】
図１５Ａおよび１５Ｂは吸着体素子の別の態様を示し、これは、積み重ねにおいて、互いに隣り合った複数の積層体シート４５２ａ〜４５２ｅを配置することによって形成できる。シート４５２のそれぞれはその表面に付着した複数のスペーサー４５４を含む。しかし、開示した他の態様と対照的に、スペーサー４５４は均一な高さではない。スペーサーの高さはシートの第１端４５６からシートの第２端４５８に向かって増加する。複数のこのようなシート４５２を積み重ね、他の開示の態様におけるように結合される。すなわち、接着剤をいくつかのまたは全部のスペーサー４５４上に載置することにより、または、シート４５２の底部表面の一部分の幾つかまたは全ての上に接着剤を載置することによる。その後、積み重ねを一緒に結合し、図１５Ｂに示したように、放射状に延びる吸着体素子を形成する（スペーサーは図示せず）。供給ガスは典型的に吸着体素子を収容するＰＳＡ装置に導入され、支持体層の第２端部に隣り合う吸着剤層に至る。すなわち、この領域でスペーサーは最も高くなっている。生成品は第１端から回収される。
【００８４】
自動車に搭載された反応器またはＰＳＡ装置等、いくつかの適用において、振動や衝撃の負荷は固定した市場的適用におけるよりずっと頻繁であり厳しい。積層体およびスペーサーを使用することにより、ビーズまたはペレットを詰めた吸着体より丈夫な構造を提供し、大きさ、重さ、コスト、圧力低下を超えた付加的な利益を提供する。
【００８５】
Ｘ．換気孔
図１６および図１７は複数の積層体５０２を含む吸着体素子５００を示す。積層体５０２はスペーサー（図示せず）等により分離され、流路５０４を隣り合う積層体間に形成する。流路５０４間に流れ連通が可能である複数の換気孔５０６を吸着体素子５００に規定する。Ｘ方向またはＹ方向の流路５０４を通ってガス混合物は流れるので、ガス混合物の少なくとも一部は流路を横切って圧力差または濃度差がある場合にＺ方向の換気孔を通って流れる。Ｚ方向のこのような流れは流れの混合を強め、吸着体素子５００を通る圧力、成分濃度、流れ領域を均一化させる。流路間にガス流れを生じる換気孔を有する吸着剤構造は、このような孔がない吸着剤構造に比べてガス吸着分離における生産性および回収が高まる。換気孔はランダムであっても、例えばＺ方向等特定の方向に配列していても、千鳥状でもよい。作業態様では、Ｚ方向に配列した孔は換気孔のない態様に比べて非常に改良された結果を提供する。
【００８６】
特定の態様について使用される換気孔の量は換気孔がある特定の構造の表面積量について述べることができる。換気孔は、吸着体素子の物理的構造が圧力および濃度差が生じるのを防止するために充分には制御されないために必要とされるに過ぎない。完全なシステムにおいては、換気孔は使用されず、換気孔面積は０％であろう。しかし、完全なシステムは、全くではないにしても、容易には達成されない。換気孔は略等しい流路の工程における要件を減少するために使用される。結果として、開示されたある態様の孔５０６の合計面積は積層体の全面積の約１％〜約３％が好ましかった。孔は等しい間隔でＸおよびＹ方向に廃列されるか、あるいは孔５０６は千鳥状のパターンで配列される。孔５０６の配列について要件はないことが理解されるはずである。
【００８７】
孔５０６は適当な方法で積層体５０２に形成できる。例えば、孔５０６は積層体にドリルまたはパンチにより形成される。あるいは、積層体５０２が吸着材料のスラリーを支持体に塗布することにより形成される場合には、孔５０６は圧縮流体で吸着剤シートを通る気泡形成することにより形成できる。テンプレートを使用して孔を形成できる。
２つ以上の別の吸着体素子を配置して、流路に沿って直列に配置した吸着体素子を提供することができる。
【００８８】
ＸＩ．活性化積層体および／または吸着体素子
上記のようにして製造された積層体および吸着体素子は使用の前に付加的な処理を行う必要がある。例えば、積層体を加熱して、非本質的な揮発性材料を揮発させる。加熱方法の例としては、コンベクション、インダクション、マイクロ波、ＩＲ、真空補助加熱等を含む。連続的な工程が開発され、これにより、材料の連続的なシートが連続的なオーブンを通って運ばれる。積層体を傾斜加熱スケジュールに付し、非本質的な材料の揮発により熱的ダメージをさける。しばしば、材料を運ぶためにパージガスを使用し、吸着材料から遊離され、処理は容易になる。
【００８９】
ＸＩＩ．実施例
以下の実施例は本発明の作業態様のある特徴を例示するために提供される。本発明の範囲は例示されたこれらの特徴に限定されない。
実施例１
この実施例は、本発明にしたがって製造された積層体上に換気孔があるときの効果に関する。孔は本発明に記載されたようにして形成された積層体に形成された。孔の全体の面積は積層体の面積のパーセントとして表される。これらの積層体は往復ＰＳＡ装置で試験し、無傷の、すなわち、孔のない積層体と、供給圧および排気圧等、同じ操作条件下で比較した。結果は以下に示す。
図１８は以下に記載の孔付き積層体を作るために使用されたテンプレートの一例の模式図である。
【００９０】
表３（コントロール）および表４（孔付き積層体）は９０％の酸素純度における、回収率対標準化生産性（体積／体積／時間）に関するデータを示し、圧縮空気を用いて積層体を通る気泡形成することにより形成した換気孔を有する本発明で記載したようにして形成した長方形の積層体対換気孔のない積層体の結果を比較する。コントロールはスペーサー／基体の厚さが０．６６であり、孔付きの積層体のスペーサー／基体の厚さは約０．６８であった。表３および４は特定の回収率における生産性が、孔付きシート対換気孔なし吸着シートについて増加したことを示す。
【表３】
2005501688.tif 000004
換気孔のないコントロール
【表４】
2005501688.tif 000005
換気孔のある積層体
【００９１】
表５〜７は、換気孔のないコントロールに比較して、圧縮空気で積層体を通る気泡形成により作ったランダムまたは配列した換気孔を有する長方形の積層体に対する９０％の酸素純度における回収率対生産性についてデータを提供する。孔を有する積層体は約０．９９％の合計換気孔面積を有した。表５〜７はＺ方向に配列された換気孔が１分あたり同じサイクルでコントロールに対して、回収率および生産性を非常に改良することを示す。
【００９２】
【表５】
2005501688.tif 000006
孔のないコントロール
【００９３】
【表６】
2005501688.tif 000007
ランダムな孔を有する積層体
【００９４】
【表７】
2005501688.tif 000008
Ｚ方向に配列された孔を有する積層体
【００９５】
表８〜１０は、換気孔のないコントロールに比較して、ｚ方向に配列しｙ方向に千鳥状であるかまたはｚおよびｙ両方向に配列した換気孔を有する高充填の繊維ガラス積層体に対する９０％の酸素純度における特性データを提供する。孔を有する積層体は約０．９７％の合計換気孔面積を有する。表８〜１０は特定の回収率における生産性が孔を有する積層体対換気孔のない積層体について減少したことを示す。
【００９６】
【表８】
2005501688.tif 000009
孔のないコントロール
【００９７】
【表９】
2005501688.tif 000010
Ｙ方向に配列した孔を有する積層体
【００９８】
【表１０】
2005501688.tif 000011
Ｙ方向に千鳥状の孔を有する積層体
【００９９】
表１１〜１５は、換気孔のないコントロールに比較して、換気孔を有する繊維ガラス積層体に対する９０％の酸素純度における特性データを提供する。換気孔を有する積層体は４つの異なる方法で積み重ねた。つまり、ｚ方向配列、ｚ方向千鳥状、一つ置きに換気孔のない績層体を有するｚ方向配列、および一つ置きに換気孔のない積層体を有するｚ方向千鳥状である。
表１１〜１５は、換気孔のないコントロールに比較して、換気孔のある前記積層体に対する回収率対生産性についてデータを提供する。表１１〜１５は、換気孔のないシートを一つ置きに有し、散在しｚ方向に配列した孔を有する積層体について、特定の回収率における生産性が減少したことを示す。他の積層体の組み合わせは特定の回収率における生産性が換気孔のない積層体に対して増加した。
類似の傾向が７０％の酸素純度において見られた。
【０１００】
【表１１】
2005501688.tif 000012
孔のないコントロール
【０１０１】
【表１２】
2005501688.tif 000013
Ｚ方向に配列した孔のある積層体
【０１０２】
【表１３】
2005501688.tif 000014
Ｚ方向に千鳥状の孔を有する積層体
【０１０３】
【表１４】
2005501688.tif 000015
Ｚ方向に配列し散在した孔を有する積層体
【０１０４】
【表１５】
2005501688.tif 000016
Ｚ方向に千鳥状の散在した孔を有する積層体
【０１０５】
実施例２
この実施例は吸着剤積層体および表１６に示したようなパックを使用して得た結果に関する。長方形吸着剤パックを本明細書に記載した方法を使用して製造した。長方形パックは、繊維ガラス基体に塗布した、活性化アルミナ乾燥剤およびリチウム交換ゼオライトを有する。実施例１に対比して、高さ１２５マイクロメーターの印刷したスペーサーを、金属メッシュスペーサーの代りに使用した。このパックを、表１６に記載のサイクル速度で操作して約３と１１プサイの間の供給圧を有する、固定床、回転バルブ試験装置で単一パックとして試験した。
【０１０６】
【表１６】
2005501688.tif 000017
【０１０７】
この実施例の長方形パックは他の積層体配置に比較して約半分の圧力低下を現した。さらに、ワイヤメッシュスペーサーの代りに印刷したスペーサーを使用することにより、パックの重量を低下し、大幅にコスト削減をもたらした。印刷したスペーサーは、金属メッシュスペーサーを使用して製造した非接合パックの代りに接合パックの形成を可能にする。接合パックを形成可能であり、所望の形に切断し、非接合パックに比較して、容易に細工できる。
【０１０８】
実施例３
この実施例は、吸着剤積層体および表１７に示す水素精製に対するこのようなパックを使用して得た結果に関する。螺旋状巻回吸着剤パックを本明細書に記載の方法を使用して製造した。この螺旋状巻回パックは活性アルミナ（ＡＡ）、３Ｘゼオライト、およびＳ２５ゼオライトを含む。メッシュ基体およびメッシュスペーサーの両方を使用してパックを製造した。この螺旋状巻回パックの８つの床を有する装置を軽産物還流を提供可能である回転床試験装置で同時に試験した。供給圧は約１００プサイであった。約７５％のＨ２を有する合成ガスの供給ガス組成を使用した研究の結果を表１７に示す。標準産業特性は約７５％〜約８５％の間の回収率値であり、約１５０ｖ／ｖ・ｈｏｕｒの生産性であった。
【０１０９】
【表１７】
2005501688.tif 000018
【０１１０】
実施例１〜３は、非制限的に、台形、長方形、螺旋状巻回構造等、種々の幾何学的な配置のパックが製造可能であることを示す。例えば、繊維ガラスおよび金属材料等の種々の基体を使用可能であり、これに吸着剤または吸着剤および／または乾燥剤を添加して積層体を形成可能である。スペーサーは、金属メッシュスペーサー、および印刷スペーサー等種々の方法を使用して製造可能であり、パック性能が維持される。このようなパックを、酸素および水素精製等、種々のガス分離処理に使用可能である。記載した台形および長方形パック等、比較的低圧における使用、または高圧用途用のケーシング内に含まれる、実施例３に記載した螺旋状巻回パック等、高圧用途に対して主に製造可能である。所望のパックを単独でまたは、同じ配置または異なる配置の多重パックと組み合わせて使用可能であり、周囲温度または比較的低い温度、または比較的高い温度に対して使用可能である。
【０１１１】
ＸＩＩＩ．模範的なＰＳＡ装置
本明細書に記載の積層体／吸着体素子は圧力変動吸着装置と有利に使用可能である。適当なＰＳＡ装置の例を図２６〜３０に示す。図１９は、特に、より小規模酸素生成に適した、回転ＰＳＡモジュール６００を示す。モジュール６００は吸着材ハウジング６０４における「Ｎ」の数の吸着体素子６０２を有する。
各吸着体素子６０２は、流路について第１端部６０６および第２端部６０８を有し、その間において窒素選択的吸着剤等の吸着剤に接触する。吸着体素子６０２は吸着材ハウジングの軸６０７周りの軸対称に配置される。ハウジング６０４は第１および第２機能体６０８および６０９について軸６０７周りに相対的な回転運動が可能であり、第１バルブ面６１０を横切って第１機能体６０８に連動し、これに供給空気を供給し、これから窒素濃縮空気を重生成物として回収し、第２バルブ面６１１を横切って第２機能体６０９に連動し、これら酸素濃縮空気を軽生成物として回収する。
【０１１２】
図１９〜２５に記載の態様において、吸着材ハウジング６０４は回転し、以下吸着剤ローター６０４という。一方、第１および第２機能体は固定であり、モジュールのステータアセンブリ６１２を一緒に構成する。第１機能体は以下第１バルブステータ６０８といい、第２機能体は第２バルブステータ６０９という。
図１９〜２５に示す態様では、吸着体素子を通る流路は軸６０７に平行であり、その結果、流れ方向は軸方向である。第１および第２バルブ面は軸６０７に垂直な平たい環状ディスクとして示される。より一般的には吸着体素子６０３の流れ方向は軸方向または半径方向であり、第１および第２バルブ面は軸６０７を中心とする回転形状である。処理工程および区画される機能区画は吸着材中半径または軸流れ方向にかかわらず同じ角度関係にある。
【０１１３】
図２０〜２５は、矢印６１２−６１３、６１４−６１５、および６１６−６１７により規定された平面におけるモジュール６０１の断面図である。各断面の矢印６２０はローター６０４の回転方向を示す。
図２０は、図１９の断面６１２−６１３を示し、吸着材ローターを横切る。ここで「Ｎ」は７２である。吸着体素子６０３は吸着材ホイール８０８の外壁６２１および内壁６２２の間に搭載される。各吸着材は軸方向に流路を規定するシート間のスペーサー６２４を有する、吸着材シート６２３の長方形平坦パック６０３を有する。セパレータ６２５は吸着材間に設けられ、隙間を満たし、吸着材間の漏れを防止する。吸着剤シートは本発明に記載した補強材料を有する。濃縮酸素を製造するための空気分離に対して、典型的な吸着剤はＸ、Ａまたはカバザイト型ゼオライトであり、典型的にはリチウム、カルシウム、ストロンチウム、マグネシウム、および／または他の陽イオンで交換され、最適化された珪素／アルミニウム比を有する。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、クレー、他のバインダーに結合するか、自己結合する。
【０１１４】
作業態様に対して、シート厚さは約１５０ミクロンであり、スペーサー高さは約１０〜約３００ミクロン、好ましくは約７５〜約１７５ミクロンであり、吸着材流路長さは約２０ｃｍである。Ｘ型ゼオライトを使用して、１分あたり３０〜１５０サイクルの範囲のＰＳＡサイクル頻度において、空気からの酸素分離において優れた特性を達成した。
図２１は矢印６１４−６１５および６１６−６１７により規定された平面におけるそれぞれ第１および第２バルブ面におけるローター６０４のポーティングを示す。吸着材ポート６３０は各吸着材の第１または第２端部からそれぞれ第１または第２バルブ面に直接に流体連通を提供する。
【０１１５】
図２２は、矢印６１４−６１５により規定された平面における、第１バルブ面６１０の第１ステータ６０８の第１ステータバルブ面７００を示す。流体関係は、入口フィルタ７０２から、窒素濃縮第２生成物を第２生成物配送導管７０４に配送する排気装置７０３まで供給空気を誘導する供給コンプレッサー７０１に示される。コンプレッサー７０１および排気装置７０３は駆動モーター７０５に結合される。
矢印２０は吸着材ローターによる回転方向を示す。外周シール７０６および７０７間の環状バルブ面において、供給および排気区画に至る第１ステータバルブ面７００の開口領域は、同じ参照番号７１１−７１６により示された機能区画に直接連通する第１機能ホートに対応するクリアーな角セグメント７１１−７１６により示される。機能区画間のバルブ面７００の略閉じた領域は、斜線領域７１８および７１９により示され、クリアランスのない、または好ましくは狭いクリアランスの、スリッパーであり、過度の漏れがなく、摩擦や摩耗を減少する。典型的な閉じた領域７１８は、区域７１４への開口、および区域７１５への開口間で、吸着材に対して移行をもたらす。スリッパーおよび封止面間の傾斜クリアランス流路は漸次の開口をもたらし、新しいコンパートメントに対して開口する吸着材の緩やかな圧力均等化を達成する。より広い閉じた領域（例えば７１９）は、加圧または放出が他端から実施される場合には、吸着体の一端にまたは一端からの略近接した流れに供される。
【０１１６】
供給コンプレッサーは、供給空気を供給加圧コンパートメント７１１および７１２および供給生成コンパートメント７１３に供給する。コンパートメント７１１および７１２は連続して作動圧が昇圧し、コンパートメント７１３はＰＳＡサイクルのより高い作動圧にある。コンプレッサー７０１はマルチステージまたは、各コンパートメントに適当な体積の供給流れを配送する分割流コンプレッサーシステムであり、コンパートメント７１１および７１２の中間圧力レベルを介して最終加圧に吸着材の加圧を達成し、コンパートメント７１３を介して生成する。分割流コンプレッサーシステムは段間配送ポートを有する多段コンプレッサーとして、または平行な複数のコンプレッサーまたは圧縮シリンダーとして、直列に設けられ、各々供給空気をコンパートメント７１１〜７１３の作動圧に配送する。あるいは、コンプレッサー７０１は全供給空気を、それぞれ中間圧における供給加圧コンパートメント７１１および７１２を供給するために該空気の一部を絞り、より高圧にして配送する。
【０１１７】
同様に、排気装置７０３は窒素濃縮重生成ガスを、これらのコンパートメントの連続的に低下する作動圧にて、向流放出コンパートメント７１４および７１５から排気し、最終的にサイクルのより低圧にある排気コンパートメント７１６から排出する。コンプレッサー７０１に類似して、排気装置７０３は、より低圧に低下した適当な中間圧にて各流れを受容するために直列または並列のステージを有するマルチステージまたは分割流機器として提供されてもよい。
図２２の例示の態様において、より低圧は周囲圧であり、排気コンパートメント７１６は重生成物配送導管７０４に直接排気する。排気装置７０３は、向流放出コンパートメント７１４および７１５からモーター７０５を助けるためにエネルギー回収して圧力を低下させる。単純化のために、排気装置７０３は、コンパートメント７１４および７１５からの向流放出圧力減少手段としてオリフィスを絞ることにより、置き換えられる。
【０１１８】
ある好ましい態様では、ＰＳＡサイクルのより低圧は大気圧より低い。排気装置７０３は図２３に示すように、真空ポンプとして供される。再び、真空ポンプは、最も低い真空圧であるより低圧よりも高い作動圧にてこれらのコンパートメントから排気される向流放出流れを受容するために、直列または並列の別々のステージを有するマルチステージまたは分割流であってもよい。図２３では、コンパートメント７１４からの初期の向流放出流れが周囲圧にて、重生成物配送導管７０４に直接放出される。単純化のために、単一ステージ真空ポンプを使用した場合、コンパートメント７１５からの向流放出流れは真空ポンプの入口にてコンパートメント７１６からの流れを結合するためにオリフィスをより低圧に絞られるであろう。
【０１１９】
図２４および２５は、第２ステータバルブ面を、図１９の断面６１６−６１７で示す。バルブ面のオープンポートは軽生成物配送コンパートメント７２１；多数の軽還流出口コンパートメント７２２、７２３、７２４、および７２５；第２ステータ内の同じ数の軽還流戻りコンパートメント７２６、７２７、７２８、および７２９に直接連通する第２バルブ機能ポートである。第２バルブ機能ポートは外周シール７３１および７３２により規定された環状リング内にある。軽還流出口および戻りコンパートメントの各対は、それぞれバックフィルに対する供給のＰＳＡプロセス機能、全または分圧均等化、およびパージに対する共流放出に対する、軽還流圧力低下のステージを提供する。
【０１２０】
エネルギー回収を伴う軽還流圧力低下のオプションを示して、図１９および２４に分割流軽還流エクスパンダー７４０を示し、エネルギー回収を伴う４つの軽還流ステージの圧力低下をもたらす。軽還流エクスパンダーは、図に示すように、それぞれ軽還流出口および戻りコンパートメント７２２および７２９、７２３および７２８、７２４および７２７、および７２５および７２６間で、４つの軽還流ステージの各々に対して圧力低下を提供する。軽還流エクスパンダー７４０は駆動シャフト８４６により軽生成物ブースターコンプレッサー７４５を付勢し、酸素濃縮軽生成物を酸素配送導管７４７に配送し、ＰＳＡサイクルのより高い圧力を超えた配送圧力に圧縮する。軽還流圧力低下のオプションを示して、分割流軽還流エクスパンダー２４０はエネルギー回収を伴う４つの軽還流ステージの圧力低下を提供するために設けられる。軽還流エクスパンダーは、図に示すように、それぞれ軽還流出口および戻りコンパートメント７２２および７２９、７２３および７２８、７２４および７２７、および７２５および７２６間で、それぞれ４つの軽還流ステージの各々に対する圧力低下手段として機能する。
【０１２１】
軽還流エクスパンダー８４０を駆動シャフト８４６により軽生成物圧力ブースターコンプレッサー８４５に結合する。コンプレッサー８４５は導管６２５から軽生成物を受容し、軽生成物（ＰＳＡサイクルのより高い圧力を超えた配送圧力に圧縮した）を配送導管８５０に配送する。軽還流および軽生成物は両方とも略同じ純度の濃縮酸素流であるので、エクスパンダー７４０および軽生成物コンプレッサー７４５は単一のハウジング内に密封して閉じられ、図１９に示したように第２ステータと共に便利に一体化してもよい。生成物酸素の役立つ圧力上昇が外部モーターおよび対応するシャフトシールなしで達成でき、非常に高いシャフト速度における操作を設計した場合非常にコンパクトにできるので、分離駆動モーターのない「ターボコンプレッサー」酸素ブースターの配置は有利である。
【０１２２】
図２５は軽還流ステージの各々に対する圧力低下手段としてスロットルオリフィスを使用するより簡単な代替物を示す。
図１９に関し、圧縮供給空気は矢印７２５に示すように、コンパートメント７１３に供給され、窒素濃縮重生成物は矢印７２６で示すように、コンパートメント７１７から排気される。ローターは、第１ステーター６０８にあるローター駆動シャフト７６２のシャフトシール７６１を有する軸受け７６０により支持され、第１および第２バルブステーターと共に一体的に組み立てられる。吸着材ローターはローター駆動手段により、モーター７６３により駆動される。
【０１２３】
第２バルブ面６１１の外側周囲シール７３１を横切る漏れが濃縮酸素純度を低下させ、より重要なことは、窒素選択吸着剤を不活性にし得る吸着剤の第２端部に大気水分の侵入を可能にするので、バッファーシール７７０を設けて、シール７３１および７７１間のバッファーチャンバー７７１のより強力なシーリングを提供する。第２バルブ面の幾つかのゾーンの作動圧が大気圧より低い場合（真空ポンプを排気装置として使用する場合）でさえ、バッファーチャンバーを周囲圧より高いバッファー圧の乾燥濃縮酸素生成物で満たす。これにより、外への乾燥酸素の少量の漏れが起こり、湿気を帯びた空気はバッファーチャンバー内には漏れ入らない。漏れをさらに最小化し、シール摩擦トルクを減少するために、バッファーシール７７１は周囲シール７３１の直径よりかなり小径でシーリング面７７２を封止する。バッファーシール７７０は吸着材ローター６０４のローターエクステンション７７５および第２バルブステータ６０９のシーリング面７７２間を封止する。ローターエクステンション７７５は第２バルブステータ６０９の後部を包含し、バッファーチャンバー７７１を形成する。ステータハウジング部材７８０を第１バルブステータ６０８および第２バルブステータ６０９間の構造的連結をして設ける。
【０１２４】
図２７は、固定床システムを示し、吸着材８０３の供給端部は同調流れに対する回転バルブを使用する。軽生成物端部はＰＳＡプロセスに影響を与えるためにバルブ切替えを使用する。供給ガスを導管８１３を介して重バルブ８６７に移動させ、運動用シール８６０を介してモーター８６３により軸８６２周りに回転するローター体８６１に移動する。供給流はシール８６４に指向し、ステータハウジング８６５を介して吸着材８０３に指向する。排気ガスは吸着材８０３からステータハウジング８６５、シール８６４、ローター体８６１を介して指向する。流体は、ステータハウジング８６５と同調して第２ステータハウジング８６６により含まれ、導管８１７を介して引き出される。
【０１２５】
吸着材８０３の軽生成物端部は、供給端部バルブ８６７と同調して同期した圧力および流れサイクルを提供するために使用される方向バルブ８６８を有する従来的な導管として表され、生成物流体は生成物導管８４７により配送される。この図面は最も単純な２吸着材ＰＳＡのみを示し、回転供給バルブおよび軽生成物端部流体用の従来のバルブ配列を有する全ＰＳＡ配列を示していることに留意されたい。軽生成物端部システムは不浸透性の容器８７０に完全に収容され、流体密なシーリングが全境界を横切って達成される。このオプションでは、大気由来汚染物質はバルブステムアクチュエーターを横切ってプロセス内に入ることができず、これはプロセス収納シールである。制止バッファー空間（静止シーリングにより接合されたバルブ周りの空間）はバッファー流体で満たされることが好ましく、ポート８７１へのバッファー流体供給リーディングにより導入される。周囲圧を超えた正圧傾斜は好ましいオプションである。好ましくは、このバッファー流体は循環し、ポート８７２により取り出して新しくされる。
【０１２６】
一方バルブ８６９を使用して下流装置またはプロセスから入る汚染物質の逆流を最小化する。さらに、閉止バルブ８７４によるバッファー流体として生成物ガスを使用することが好ましいオプションであり、生成物流体がバルブ８７３を介して容器８７０に入ることができ、生成物が容器８７３から生成物導管８７５を介して引き出される。
図２８は回転ＰＳＡシステムを示し、吸着材８０３の軽生成物端部は圧力および流れサイクルを同期するために多重ポート回転分配器を使用する。軽バルブ８７８はモーター８８０により回転されるローター８７９を含み、運動用シール８８１は循環法における吸着材８０３に連通する。供給ガスは導管８１３中で方向バルブ８７６のセットに流れ、吸着材８０３の一つに指向され、生成物ガスはシール８８１を介して回収され、軽ローター８７９を介して生成物導管８４７に至り、運動用シール８８２を介して生成物ポート８８３に至る。運動用シール８８１および８８２はプロセス収納シールである、軽バルブハウジング８８４が封止されない配列において、それらは主要なシールであり、周囲からの汚染物質の侵入に対抗するための最小量である。一オプションにおいて、ハウジング８８４は、上記のように保護可能な静止バッファー空間を作るために封止される。別のオプシンでは、静止バッファーチャンバーがブランケットガス供給８８６に結合するガス抜き８８５を介してガス抜きできる。別の好ましいオプションでは、静止バッファーチャンバーがガス抜き８８７を介して、好ましくはガードトラップを介してガス抜きできることである。排気ガスは吸着材８０３から方向バルブ８７６および導管８１７を介して引き出される。
【０１２７】
吸着材８０３に結合し、軽バルブ８７８に結合した、重バルブ８６７等の図２７および２８に示された装置の組み合わせが回転ＰＳＡとして考えられ、本発明の利益を有する。システムは導管に結合した軽生成物端部バルブ８６８、吸着材８０３、第１端部バルブ８７８からなり、結合した導管は従来のＰＳＡからなり、本発明の利益を有すると考えられる。
本発明はある態様について説明した。本発明の範囲はこれらの記載した態様には限定されず、請求項によって決定される。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】両側に吸着剤を塗布した第１積層体（二面コーティング）および片面にのみ吸着剤材料を塗布した第２積層体（片面コーティング）を示す。
【図２】スラリー組成物を支持体材料に塗布するためのロールコーターを示す。
【図３】スラリー組成物を支持体材料に塗布するためのスプリットロールコーターを示す。
【図４】スラリー組成物を支持体材料に塗布するためのヘッドボックスの一態様を示す。
【図５】図４のヘッドボックスの分解図を示す。
【図６】図６Ａはスペーサーにより互いに離間して隣り合って配置された複数の積層体シートの側面図であり、図６Ｂは図６Ａの複数の積層体から形成される吸着体素子を示す。
【図７】金属箔の両側に配置されたリソグラフィックマスクを用いて前記箔をエッチングすることにより形成したスペーサーを示す。
【図８】スペーサーを示す。
【図９】流路平面の吸着剤積層体の一部を示す。
【図１０】図９の積層体のＡ−Ａ断面図である。
【図１１】図９の積層体のＢ−Ｂ断面図である。
【図１２】図９の積層体のＣ−Ｃ断面図である。
【図１３】図１３Ａはモールド周りに互いに隣り合ってかつ積層体シートが互いに複数のスペーサーにより離間して配置された複数の積層体シートの平面図であり、図１３Ｂは図１３Ａに示された複数の積層体から形成された吸着体素子を示す。
【図１４】図１４Ａは、吸着剤シートの同心環を互いに離間するために、スペーサーを載置して、同心的に巻回した連続吸着剤シートの平面図であり、図１４Ｂは螺旋的に巻回した連続した積層体シートを接合することにより形成した吸着体素子の断面図であり、また、図１４Ｃは螺旋的に巻回した積層体を収容するための収納チャンバーの断面図であり、図１４Ｄは、図１４Ｃの収納チャンバーと組み合わせて使用されるスパイダーの平面図である。
【図１５】図１５Ａはガス流の方向で高さが減少するスペーサーを間にもった複数の積層体シートの側面図であり、図１５Ｂは図１５Ａの複数の積層体シートを一緒に接合することにより形成した半径方向吸着体素子を示す。
【図１６】吸着剤シートにおいて規定した換気孔を示す本発明にしたがった吸着剤構造の側断面を示す。
【図１７】貫通する換気孔を有する図１６により示された一吸着剤シートの平面図である。
【図１８】本発明にしたがった換気孔を有する積層体を製造するために使用されたテンプレートの態様の平面図である。
【図１９】小規模酸素生成に特に適した回転圧力変動吸着装置の略図である。
【図２０】図２６の装置の６１２−６１３断面図である。
【図２１】６１４−６１５および６１６−６１７により規定された平面におけるローターのポーティングを示す。
【図２２】６１４−６１５により規定された平面におけるステータバルブ面および重生成物配送導管に直接排気する排気コンパートメントを示す。
【図２３】６１４−６１５により規定された平面におけるステータバルブ面および真空ポンプを有し周囲圧における逆流放出流を重生成物配送導管に直接放出する排気装置を示す。
【図２４】図２６の６１６−６１７断面におけるステータバルブ面およびエネルギー回収を伴う軽還流圧低下のためのスプリット流軽還流エクスパンダーを示す。
【図２５】６１６−６１７断面におけるステータバルブ面および圧力低下のためのスロットルオリフィスの使用を示す。
【図２６】貫通孔を有する２枚の吸着剤シートであって、構造体を通るガス流路を規定するために互いに相対的に千鳥状に配置された吸着剤シートの略図を示す。
【図２７】固定床回転ＰＳＡの断面図である。
【図２８】固定床回転ＰＳＡの断面図である。
【図２】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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