(57)【要約】  第一の開口部から第二の開口部へと、そして部材によって支持された及び無水のレベルより多い初期の水分含量を有する水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）を通過する二酸化炭素（ＣＯ２）を含む空気の流れを可能にする、第一の開口部及び第二の開口部を有する部材を包含するＣＯ２除去システム。１つの実施例において、ＬｉＯＨ吸着剤の密度はおよそ１．０ｇ/ｃｍ３の最大値である。
2007526822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の開口部から第二の開口部へと通過させるための二酸化炭素（ＣＯ２）を含む気体流を可能にする第一の開口部及び第二の開口部を有する部材；及び
前記部材によって支持され及び無水のレベルより上の初期の水分含量を有する水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）吸着剤：
を含む、ＣＯ２除去システム。
【請求項２】
ＬｉＯＨが粒子として構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記部材が少なくとも１つのシートの中に構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
少なくとも１つのシートが、第一の面と第二の面を有し、それらの面の少なくとも１つの面が、複数の突出部を含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
初期の水分含量が突出部を持つシートの１つの面に最初に吸収される、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
少なくとも１つのシートがカートリッジとして構成される、請求項３に記載のシステム。
【請求項７】
前記部材がキャニスターであり、そして空気がキャニスターを通して方向を持って流れる、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記ＬｉＯＨ吸着剤の初期の水分含量が無水のレベルと重量あたりおよそ１０パーセントの間である、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記ＬｉＯＨ吸着剤の初期の水分含量が重量あたりおよそ１０パーセントとおよそ２０パーセントの間である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記ＬｉＯＨ吸着剤の初期の水分含量が重量あたりおよそ２０パーセントとおよそ４３パーセントの間である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
ＬｉＯＨ吸着剤の初期の水分含量が重量あたりおよそ３６パーセントとおよそ４３パーセントの間である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記ＬｉＯＨ吸着剤の初期の水分含量が無水のレベルと重量あたりおよそ４３パーセントの間である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
ＬｉＯＨ吸着剤の密度がおよそ１．０ｇ/ｃｍ３より小さい、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
ＣＯ２除去システムが自給式呼吸器である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
自給式呼吸器が水中呼吸器具として構成される、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
自給式呼吸器が医療器具において使うために採用される、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
自給式呼吸器がファーストレスポンダー器具において使うために採用される、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１８】
自給式呼吸器が消火活動器具において使うために採用される、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１９】
自給式呼吸器が化学的、生物学的、放射性物質用、及び核（ＣＢＲＮ）の用途の器具において使うために採用される、請求項１４に記載のシステム。
【請求項２０】
自給式呼吸器が宇宙服において使うために採用される、請求項１４に記載のシステム。
【請求項２１】
ＣＯ２除去システムが気体洗浄装置システムである、請求項１に記載のシステム。
【請求項２２】
さらにヘッドカバーを包含する、請求項１に記載のシステム。
【請求項２３】
さらにマウスピースを含有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項２４】
前記ＬｉＯＨ吸着剤が不織シートの素材に入れられた粉末の形状である、請求項１に記載のシステム。
【請求項２５】
その素材が気体透過性である、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
無水のレベルより上の初期の水分含量を有し、ＣＯ２の除去のための水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）吸着剤：
を含む物品。
【請求項２７】
前記ＬｉＯＨ吸着剤の密度がおよそ１．０ｇ/ｃｍ３より小さい、請求項２６に記載の物品。
【請求項２８】
前記ＬｉＯＨ吸着剤の初期の水分含量が無水のレベルと重量あたりおよそ１０パーセントの間である、請求項２６に記載の物品。
【請求項２９】
前記ＬｉＯＨ吸着剤の初期の水分含量が重量あたりおよそ１０パーセントとおよそ２０パーセントの間である、請求項２６に記載の物品。
【請求項３０】
前記ＬｉＯＨ吸着剤の初期の水分含量が重量あたりおよそ２０パーセントとおよそ４３パーセントの間である、請求項２６に記載の物品。
【請求項３１】
前記ＬｉＯＨ吸着剤の初期の水分含量が重量あたりおよそ３６パーセントとおよそ４３パーセントの間である、請求項２６に記載の物品。
【請求項３２】
前記ＬｉＯＨ吸着剤の初期の水分含量が重量あたりおよそ４３パーセントより少ない、請求項２６に記載の物品。
【請求項３３】
前記ＬｉＯＨ吸着剤を包む気体透過性の素材をさらに包含する、請求項２６に記載の物品。
【請求項３４】
前記ＬｉＯＨ吸着剤が粒子の形をしている、請求項２６に記載の物品。
【請求項３５】
前記ＬｉＯＨ吸着剤が含まれるキャニスターをさらに包含する、請求項３４に記載の物品。
【請求項３６】
前記ＬｉＯＨ吸着剤がポリマーからなるシートの中に構成される、請求項２６に記載の物品。
【請求項３７】
シートが第一の面及び第二の面を含み、それらの面の少なくとも１つの面が構造上の突出部を有する、請求項３６に記載の物品。
【請求項３８】
前記ＬｉＯＨ吸着剤がポリマーを含む、請求項２６に記載の物品。
【請求項３９】
二酸化炭素を含む気流を有する場所において、無水のレベルより多い水分含量を有し予め水和されたＬｉＯＨ吸着剤を含むこと；及び
予め水和されたＬｉＯＨ吸着剤で二酸化炭素を除去すること：
を包含する、二酸化炭素を除去する方法。
【請求項４０】
前記予め水和されたＬｉＯＨ吸着剤を含むこと、が、粒子の形をした予め水和されたＬｉＯＨ吸着剤を含むことを包含する、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記予め水和されたＬｉＯＨ吸着剤を含むこと、が、およそ１．０ｇ/ｃｍ３より低い密度を有する予め水和されたＬｉＯＨ吸着剤を含むことを包含する、請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
前記予め水和されたＬｉＯＨ吸着剤を含むこと、が、無水のレベルと重量あたりおよそ１０パーセントの間の水分含量を持つ予め水和されたＬｉＯＨ吸着剤を含むことを包含する、請求項３９に記載の方法。
【請求項４３】
前記予め水和されたＬｉＯＨ吸着剤を含むこと、が、重量あたりおよそ１０パーセントとおよそ２０パーセントの間の水分含量を持つ予め水和されたＬｉＯＨ吸着剤を含むことを包含する、請求項３９に記載の方法。
【請求項４４】
前記予め水和されたＬｉＯＨ吸着剤を含むこと、が、重量あたりおよそ２０パーセントとおよそ４３パーセントの間の水分含量を持つ予め水和されたＬｉＯＨ吸着剤を含むことを包含する、請求項３９に記載の方法。
【請求項４５】
前記予め水和されたＬｉＯＨ吸着剤を含むこと、が、重量あたりおよそ３６パーセントとおよそ４３パーセントの間の水分含量を持つ予め水和されたＬｉＯＨ吸着剤を含むことを包含する、請求項３９に記載の方法。
【請求項４６】
前記予め水和されたＬｉＯＨ吸着剤を含むこと、が、重量あたりおよそ４３パーセントより少ない水分含量を持つ予め水和されたＬｉＯＨ吸着剤を含むことを包含する、請求項３９に記載の方法。
【請求項４７】
第一の開口部及び第二の開口部を有するキャニスターの中にＬｉＯＨ吸着剤を入れることをさらに包含する、請求項３９に記載の方法。
【請求項４８】
前記予め水和されたＬｉＯＨ吸着剤を含むこと、が、ＬｉＯＨ吸着剤を有する少なくとも１つのシートを含むことを包含する、請求項３９に記載の方法。
【請求項４９】
システムに取り込まれるように構成されたキャニスターの中に少なくとも１枚のＬｉＯＨ吸着剤のシートを含むことをさらに包含する、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記少なくとも１枚のシートが第一の面及び第二の面を有する少なくとも１枚のシートを含むことを包含し、少なくとも１つの構造上の特徴がシートの１つの面に形成される、請求項４８に記載の方法。
【請求項５１】
前記少なくとも１枚のシートがカートリッジの形をした少なくとも１枚のシートを含むことを包含する、そしてさらに少なくとも１枚のシートの表面を横切るように空気の流れを向かわせることを包含する、請求項４８に記載の方法。
【請求項５２】
無水の水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）吸着剤を形成し；そして
予め水和されたＬｉＯＨ吸着剤を形成するために無水ＬｉＯＨ吸着剤へ水を添加すること：
さらに包含する、請求項３９に記載の方法。
【請求項５３】
前記予め水和されたＬｉＯＨ吸着剤を含むこと、が、二酸化炭素を有する空気を流すシステム中において予め水和されたＬｉＯＨを含むことを包含する、請求項３９に記載の方法。
【請求項５４】
無水のＬｉＯＨの場合より低い発熱反応の温度を生成する予め水和されたＬｉＯＨ吸着剤を含むことをさらに包含する、請求項３９に記載の方法。
【請求項５５】
無水のＬｉＯＨ吸着剤の場合よりも高いＣＯ２除去速度を有する予め水和されたＬｉＯＨ吸着剤を含むことを包含する、請求項３９に記載の方法。
【請求項５６】
無水のＬｉＯＨ吸着剤の場合より大きいＣＯ２除去の最大容量を有する予め水和されたＬｉＯＨ吸着剤を含むことを包含する、請求項３９に記載の方法。
【請求項５７】
ポリマー、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、該ポリマーを溶解する潤滑油を組み合わせて第一のＬｉＯＨ吸着剤を形成すること；
第一のＬｉＯＨ吸着剤を使用する構造を形成させること；
溶媒を使用する構造を持ったＬｉＯＨ吸着剤から潤滑油を抽出して第二のＬｉＯＨ吸着剤を形成させること；
第二のＬｉＯＨ吸着剤から溶媒を除去して第三のＬｉＯＨ吸着剤を形成させること；及び
第三のＬｉＯＨ吸着剤を水和して無水のレベルより多い水分含量を有する第四のＬｉＯＨ吸着剤を形成させること：
を包含する、ＣＯ２除去システムにおける使用のための二酸化炭素の吸着剤を処理する方法。
【請求項５８】
前記組み合わせが、第三のＬｉＯＨ吸着剤がおよそ１．０ｇ/ｃｍ３より低くなるようにポリマー、ＬｉＯＨ、及び潤滑油の量を組み合わせることを包含する、請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
前記水和が、第四のＬｉＯＨ吸着剤が無水のレベルと重量あたりおよそ１０パーセントの間の水分含量を有するように第三のＬｉＯＨ吸着剤に水を添加することを包含する、請求項５７に記載の方法。
【請求項６０】
前記水和が、第四のＬｉＯＨ吸着剤が重量あたりおよそ１０パーセントとおよそ２０パーセントの間の水分含量を有するように第三のＬｉＯＨ吸着剤に水を添加することを包含する、請求項５７に記載の方法。
【請求項６１】
前記水和が、第四のＬｉＯＨ吸着剤が重量あたりおよそ２０パーセントとおよそ４３パーセントの間の水分含量を有するように第三のＬｉＯＨ吸着剤に水を添加することを包含する、請求項５７に記載の方法。
【請求項６２】
前記水和が、第四のＬｉＯＨ吸着剤が重量あたりおよそ３６パーセントとおよそ４３パーセントの間の水分含量を有するように第三のＬｉＯＨ吸着剤に水を添加することを包含する、請求項５７に記載の方法。
【請求項６３】
前記水和が、第四のＬｉＯＨ吸着剤が重量あたりおよそ４３パーセントより少ない水分含量を有するように第三のＬｉＯＨ吸着剤に水を添加することを包含する、請求項５７に記載の方法。
【請求項６４】
前記形成が、第一の面及び第二の面を有する構造を形成させることをさらに包含し、それらの面の少なくとも１つの面が、少なくとも１つの突出部を含む、請求項５７に記載の方法。
【請求項６５】
前記水和が少なくとも１つの突出部を持つ構造の面において行われる、請求項６４に記載の方法。
【請求項６６】
前記水和が超音波スプレー噴霧器を使用して行われる、請求項５７に記載の方法。
【請求項６７】
前記水和が水蒸気を使用して行われる、請求項５７に記載の方法。
【請求項６８】
第四のＬｉＯＨ吸着剤が使われる場合の応用に記載のポリマー及びＬｉＯＨと組み合わされた潤滑油の量を調節することをさらに包含する、請求項５７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連した出願に対する相互参照）
この出願は、２００４年１月２８日に提出された、アメリカ仮特許出願シリアル番号６０/５３９，３４３からの優先権を主張し、その全体の教示は、ここに参考のために示される。
【０００２】
水中呼吸器は、使用者の吐いた息の一部又は全てを保持し及び再利用する装置である。身体的な力を発揮する場合でさえも、人は吸い込んだ酸素の一部分のみを使用する。水中呼吸器は系内の未使用な酸素を再循環させ、そして着用者によって消費された酸素を補充する。これは、伝統的な自給式呼吸器（ＳＣＢＡ）道具を用いることができるよりもずっと長く持続する、非常に小さい酸素のタンクを可能にする。典型的な水中呼吸器システムの３つの主な構成部材は、気体供給/酸素調節、カウンターラング、二酸化炭素除去システムを含む。
【背景技術】
【０００３】
二酸化炭素除去システムは、二酸化炭素ＣＯ２（ＣＯ２）の圧力を正常なレベルに調節する。ＣＯ２の安全な圧力レベルでの調節は比較的行うことは容易であり、そしてソーダ石灰及び無水水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）などの化学的な吸着剤を満たしたキャニスターを通して吐き出された気体を通過させることによって達成される。いくつかの製造会社がこのような吸着剤を作り、そしてそれら特有の特別な混合物を使用する。例えば、Ｗ．Ｒ．Ｇｒａｃｅ＆Ｃｏ．によって製造されたＳＯＤＡＳＯＲＢ（登録商標）は、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、及び水酸化カリウムの混合物からなる。粒状のＬｉＯＨ吸着剤が、吸着剤の用量と重さが最小限のレベルに調節されて、典型的に海中、宇宙、及び緊急のＣＯ２除去装備に使われる。
【０００４】
吸着剤は典型的に、一般に直径０．０４から０．２５インチ（１．０から６．５ｍｍ）の間のサイズの小さな粒状の形態である。粒は排出されたガスが通過するキャニスターに入れられる。より小さい粒は、単位重量あたりのより大きい表面積を可能にするが、人はあまりに大きい抵抗なしにこのキャニスターを通して「呼吸」しなければならないので、より大きい吸着粒子が、これらの粒子の周りの気体の流れを可能にし、そして比較的小さい圧力低下でキャニスターを通るように採用される。従って、現在の吸着剤のキャニスターの１つの限界は、小さい圧力低下及びその代わりに呼吸の容易さを得るために必要な比較的大きな吸着粒子のサイズである。加えて、動力を備えた又は強制的な空気システムは典型的に小さいシステム圧力の低下の必要性を有し、そして結果として、小さい吸着圧力の低下が必要とされる。エアフロー、気体の流れ、又は空気又は気体の流れは、物体の周りの空気の動きとして定義され、拡散は含まない。エアフローは、強制空気（例えば、ファン又は人の呼吸を介した）又は受動的なもの（例えば、熱対流）であるかもしれない。
【０００５】
高いＣＯ２除去速度は、許容可能なＣＯ２レベルを調節する間、ＳＣＢＡのサイズ及び重量を減少させることを必要とされる。一度、許容可能なＣＯ２レベルが超えてしまうと、吸着カートリッジは取り替えられる。０．５パーセントのＣＯ２排気濃度が、典型的に取り替えの時点を定義するのに用いられる。ＣＯ２除去の最大容量は、除去されたＣＯ２の全体量、使われた時間の長さ（すなわち、存続期間）、又は除去されたＣＯ２の全体量及び存続期間の両方として定義することができる。粒子のサイズを小さくすることで、除去速度を上げることができる（Ｄａｖｉｓ  １９７８）。しかしながら、粒子のサイズを小さくすることは、圧力低下の増大をもたらす。システムのデザインは、たいていＣＯ２除去速度、システムの圧力低下、ＣＯ２除去の最大容量、及びシステムのサイズの間の妥協点に影響を及ぼす。
【０００６】
ＬｉＯＨは、以下の様式によってＣＯ２の除去のために機能する。ＣＯ２と無水のＬｉＯＨとの反応は、自給式呼吸器に使われる場合、水蒸気の形で吐き出す気体によって供給される水の存在を必要とする（Ｗａｎｇ）。ＬｉＯＨは水蒸気と結合し、水酸化リチウム一水和物（２ＬｉＯＨ＊Ｈ２Ｏ）を形成し、そして高度に発熱性である（すなわち、熱を生ずる）。ＬｉＯＨと水の反応は化学式（１）に記載される：
化学式（１）：２ＬｉＯＨ（固体）＋２Ｈ２Ｏ（気体）→２ＬｉＯＨ＊Ｈ２Ｏ（固体）、−２９．０４ｋｃａｌ/２モルＬｉＯＨのエネルギーを生産する。
【０００７】
化学式（１）の発熱性の一水和物反応は、ＣＯ２との吸熱反応（すなわち、熱を吸収する）に必要な熱を提供し、そして化学式（２）に記載される：
化学式（２）：２ＬｉＯＨ＊Ｈ２Ｏ（固体）→Ｌｉ２ＣＯ３（固体）＋３Ｈ２Ｏ（気体）、＋７．６５ｋｃａｌ/モルＣＯ２のエネルギーを吸収する。
【０００８】
全体の反応は化学式（３）に与えられ、そしてまた発熱性である：
化学式（３）：２ＬｉＯＨ（固体）＋ＣＯ２（気体）→Ｌｉ２ＣＯ３（固体）＋水（気体）、−２１．３９ｋｃａｌ/モルＣＯ２のエネルギーを生産する。
【０００９】
ＬｉＯＨは無水（すなわち、実質的に水がない）であるから、ＣＯ２との反応に必要な水の最初のソースは、入ってくる気体流中の水蒸気である。入ってくる気体流中の水蒸気のソースは、環境の水蒸気（すなわち、環境の湿度）、及び/又は人の呼吸由来の蒸気を含む。Ｄａｖｉｓは、無水ＬｉＯＨ粒子のＣＯ２除去効率が乾燥条件下ではすぐに低下することを示した。
【００１０】
水は、ＬｉＯＨとＣＯ２の間の反応に必要であるが、あまりに大量の水蒸気は、反応に対して有害であることが示されている。無水ＬｉＯＨ粒子のＣＯ２除去効率は、湿度が適切な湿度レベルにまで上がった場合に改善する（Ｄａｖｉｓ  １９７８）。このレベルより上では、ＣＯ２除去効率は低下する。適切な湿度レベルの存在は、ＬｉＯＨ粒子のための適切な操作上の水含量が存在することを示す。
【００１１】
無水ＬｉＯＨがＣＯ２反応をするのに無水であることが必要である一方、予め水和された多孔性ＬｉＯＨ粒子（すなわち、ＬｉＯＨ粒子が無水のレベルより上の初期の水含量を有する）の使用がまた、Ｄａｖｉｓによって研究された（１９８０）。この研究において、湿潤の、及び無水のＬｉＯＨ粒子との間で反応性における有意な違いはないと結論された。ＣＯ２除去の利点がなければ、粒子の予備的な水和は、ただ望ましくない吸着の重量を増やすのみである。Ｗａｎｇは、ＣＯ２吸着の最大容量は、一般的に、部分的に水和した（例えば、重量あたり５．４５パーセントの水）ＬｉＯＨ粒子についてはおよそ１０パーセント小さいことを示した。これらの研究は、ＬｉＯＨ粒子の予備的な水和は利点を与えず、そしてＣＯ２の除去及び吸着重量について有害ですらあるかもしれないことを示す。
【００１２】
要約すれば、水はＣＯ２除去反応のために重要であるが、Ｗａｎｇ、Ｄａｖｉｓ、及び他者は、水蒸気の形の水のみが有用であり、そしてあまりにも多量の水は、水蒸気の形であっても、ＬｉＯＨとＣＯ２の反応に有害であることを示した。ＬｉＯＨの予備的な水和は、良くても効果的ではなく、そして最悪の場合は有害であることが示された。
【００１３】
化学式（１）に示されたように、無水ＬｉＯＨへの水の添加は、熱を産み出す発熱反応をもたらす。加えて、化学式（３）に記載された反応における全体の反応は、熱の発生を示す。なぜなら、化学式（１）に記載された反応において発せられた熱は、化学式（２）に記載された反応において吸収された熱より３．８倍高く、熱の発生がＬｉＯＨと水の反応によって優勢である。一般に、ＣＯ２の除去に対するＬｉＯＨの使用は、大量のＣＯ２を除去するために効果的に作用するが、初期の反応の後は比較的急速に悪化する（図１９、点Ａ及びＢの間を参照）。
【００１４】
発生した熱の全量についての主な原動力は、水と反応したＬｉＯＨの全量に相当する。海中のＣＯ２除去システムなどの閉じた系においては、熱の発生は、華氏１６０度もの吸着剤の排気温度をもたらしうる。吸着剤の表面温度は、さらに高い。この熱の生成のレベルは、消防士によって使われる救助フード（頭巾）などの閉じた系のためには過剰な呼吸温度をもたらし、ほとんどの応用において有害である。吸着剤のシステムの排気温度を下げるための１つの手法は、ＣＯ２除去システムの下流にモレキュラーシーヴを用いることを含むが、重量の付加、サイズ、コスト、及び呼吸の抵抗などのために問題である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
（発明の要約）
本発明の本質は、無水のレベルより大きい初期の水含量を有する水酸化リチウム吸着剤からなる二酸化炭素吸着性化合物を提供する。予め水和した二酸化炭素吸着剤又は化合物は、より長い期間の間ＣＯ２の除去のより高い速度を提供し、そしてより低い温度を産み出す。予め水和した二酸化炭素吸着剤化合物は、予め水和したＬｉＯＨ粒子が無水のＬｉＯＨ粒子と同じ又はそれより悪く機能したことを示す予備的な研究とは反対に反応する。この違い及び予期せぬ結果の１つの理由は、ＬｉＯＨ吸着剤の密度である。１つの実施例において、ＬｉＯＨ吸着剤の密度は、１．０ｇ/ｃｍ３又はそれより低い。
【００１６】
１つの実施例において、本発明の本質は、空気の流れを可能にする第一の開口部及び第二の開口部を有する部分を含む、及び上記の部分によって支持された水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）を含む、及び無水のレベルより大きい初期の水含量を有する、ＣＯ２除去システムを含む。１つの実施例において、ＬｉＯＨ吸着剤の密度は、およそ１．０ｇ/ｃｍ３の最大量である。
【００１７】
別の実施例において、二酸化炭素を除去するための方法は、二酸化炭素とともにした気流を有する箇所において、予め水和したＬｉＯＨ吸着剤を含むことによって行われるかもしれない。二酸化炭素は、予め水和したＬｉＯＨ吸着剤によって除去される。
【００１８】
本発明の方法及び装置のより完全な理解は、図を伴うことと連動して、詳細な説明を参照することによって、得られるかもしれない。
（図面の詳細な説明）
ＬｉＯＨは、水中呼吸器システムに使われる二酸化炭素除去システムにおける使用のために、たくさんの異なった無水の形を生産するために処理されるかもしれない。無水のＬｉＯＨの異なった形は、無水の粉末及び粒子を含む。粉末及び粒子は、例えば、気体透過性の入れ物に詰められた粉末、気体透過性の入れ物に詰められた粒子、及び粉末がシートを形成したものなどを含む、二酸化炭素除去システムにおける使用のためのたくさんの異なった生産物を形成するために使われるかもしれない。気体透過性の入れ物及びシートは、ＳＣＵＢＡ（スキューバ）システムなどの水への応用のために防水性であるかもしれない。
【００１９】
本発明の本質に従って、及び従来のＬｉＯＨ研究とは逆に、ＣＯ２除去は、（ｉ）従来使用されていたものより低い密度を有する無水のＬｉＯＨ生産物の使用、及び（ｉｉ）無水ＬｉＯＨ生産物を予備的に水和すること、によって、より長い期間にわたって改善されるかもしれない。加えて、本発明の本質は、熱生成の減少を提供する。
【００２０】
無水ＬｉＯＨとは、実質的に水を含んでいないＬｉＯＨを表す。ある組成物において、多孔性の無水ＬｉＯＨ粉末は、９９．０パーセントのＬｉＯＨ及び０．６パーセントのＬｉ２ＣＯ３という特性を有する。これは、０．４パーセントまでの残りの不純物（Ｈ２Ｏ、ＣａＯ、など）のレベルを設定する。従って、多孔性の無水ＬｉＯＨ粉末の水分含量は、０．４パーセントの最大値である。軍事用及びその他の仕様は、特定の応用及び/又はシステムのために使われるかもしれないＬｉＯＨの初期の水分含量を限定する。例えば、ＭＩＬ−Ｌ−２０２１３Ｅ（ＳＨ）という、軍事仕様の水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）は、技術区域３．８．２において、（海軍の潜水艦において使用される粒子状ＬｉＯＨの）含水率が重量あたり０．５０パーセントを超えないものであるように規定されている。ＳＤ−Ｌ−００２４Ｂという、一般仕様の、閉鎖環境下におけるＣＯ２除去のために使われる水酸化リチウムのためのＮＡＳＡ−ＪＳＣの規格は、区域３．５．２での含水率が、（宇宙船、宇宙ステーション、宇宙服、緊急用呼吸器、及び他の宇宙で使われる閉鎖循環空気系において使われる粒子状ＬｉＯＨの）多くのサンプルにおいて、重量あたり１．０パーセントを超えないものであるように規定されている。無水ＬｉＯＨは、それゆえ、技術的に理解されているように、無水ＬｉＯＨを生産する製造工程の後に残ったもの以外、実質的に水を含まない。ＬｉＯＨの特異的な無水のレベルは、製造工程、組成、及び形態に依存して変化するかもしれない一方で、無水ＬｉＯＨの水のパーセンテージは、技術的に理解されているように、低いパーセンテージである。
【００２１】
（ＬｉＯＨ吸着剤の密度）
ＬｉＯＨ吸着剤は、０．０４インチの最小寸法を持つＬｉＯＨを含むいずれかの吸着剤として定義される。この最小寸法は、吸着剤を埋め込むことのできる２つの平行なプレートの最小距離として表すことができる。
【００２２】
ＬｉＯＨ吸着剤はたくさんの形態を取ることができ、中でも最も知られているのは粒子状である。粒子にはたくさんの形があり、球状、半球状、角柱状、円筒形、半円筒形、及びランダムなどを含み、しかしそれらに限定されない。他のＬｉＯＨ吸着剤の形は、本願に引用して援用され、及び大部分はシート状のＬｉＯＨについて記載されうる、ＭｃＫｅｎｎａ（アメリカ特許５，９６４，２２１）及びＨｏｃｈｂｅｒｇ（アメリカ特許５，１６５，３９９）に記載されたものを含み、しかしそれらに限定されない。シート状において、最小寸法は、間の気流を与えるための区別方法を含むか又は含まないかもしれない、シートの全体の厚さに相当する。他の形態は、気流の溝が吸着剤に直接に鋳造される、押し出しの形態を含み、しかしそれらに限定されない。
【００２３】
ＬｉＯＨ吸着剤密度（すなわち、ＬｉＯＨ吸着剤の密度）は、ＬｉＯＨ吸着剤の質量をＬｉＯＨ吸着剤の体積で割ったものである。ＬｉＯＨ吸着剤の体積は、ＬｉＯＨ吸着剤の周りの気流の溝の体積を含まない。同様に、ＬｉＯＨ吸着剤の質量は、ＬｉＯＨではない組成物を含まない。加えて、密度の計算は、無水ＬｉＯＨ吸着剤の質量を用いてなされる。その場合、もしＬｉＯＨ吸着剤がＬｉＯＨ一水和物の形で水を含むならば、その時はＬｉＯＨ吸着剤の質量は、密度を計算する前に水の重量を差し引くことによって決定する。
【００２４】
異なったＬｉＯＨ吸着剤の形態のＬｉＯＨ吸着剤の密度は、作られた工程に応じて計算される。例えば、多孔性の無水水酸化リチウム粒子を作る工程の場合は、水酸化リチウム一水和物を計算に用いる（例えば、アメリカ特許２，６２９，６５２を参照）。結晶の水酸化リチウム一水和物は、高圧で一つの塊へと型押しされる。その塊は、その後、望みの大きさの粒子へと粉砕され、きれいな粒子が選別される。結果として生じた粒子は、粒子の空隙構造を作り出すために、水を失う無水の条件に達するまで加熱される。粒子の空隙率は、表面積を増加させ、そして粒子の内部構造へＣＯ２及び水の蒸気の拡散のための経路を提供する。多孔性の無水ＬｉＯＨ粒子を作るための他の従来型の方法は、ＬｉＯＨ粒子を直接形成し、そしてその後、無水の条件を作り出すために乾燥させる。多孔性の無水ＬｉＯＨ粒子のＬｉＯＨ吸着剤密度は、１．０ｇ/ｃｍ３である。
【００２５】
（無水ＬｉＯＨを用いた生産）
本発明の本質は、ＣＯ２の吸着速度と吸着するＣＯ２の量を改善させ、及び反応熱を減少させる、１．０ｇ/ｃｍ３より低いＬｉＯＨ吸着剤密度と結びつく、無水及び一水和物のＬｉＯＨを含む気体吸着システムを提供する。本発明の本質は、より効果的かつ長く持続するＣＯ２の除去を提供するので、ＣＯ２フィルターは、従来のＣＯ２フィルターより小さくなるかもしれない。
【００２６】
気体からＣＯ２を除去するメカニズムは、選択された特定の素材に依存するので、この明細書における「吸着」という言葉の使用は、吸着、吸収、化学吸着などを含むことを意味する。図１Ａ及び１Ｂにおいて、一般に１００ａと示された、改善された気体吸着キャニスター装置は、気体の入り口である１０６及び出口である１０８を有する、中空のキャニスター本体１０４を定義する壁１０２ａで構成される。キャニスター１００ａは、長方形又は円筒形などのいずれの形をも取りうる。キャニスター１００ａは、グラスファイバーで補強したプラスチックなどの、硬い素材からなるかもしれない。図２及び３に表されたように、キャニスター１００ａの内部の中空部分は、任意的に防水性であり、及び吸着素材を含む、多孔性かつ空気透過性のシート２００ａを含む。これらのシート２００ａは、気流の方向に対して平行に並び、そして実質的にキャニスター１００ａの長さにわたっているかもしれない。息として吐かれた気体は、気体吸着キャニスター１００ａの入り口１０６を通り、シート２００ａの間の、空間または分割する仕切り２０４を通り、そして出口１０８を通って出て行く。息として吐かれた気体流は、これらの吸着シート２００ａを通過するので、一部の気体はシート２００ａへと拡散し、そしてその中に含まれる吸着剤（例えば、ＬｉＯＨ）と反応し、又は吸着剤によって吸着される。シートは気流に対して平行に並べられるので、制御された、及びより低い圧力低下は、シート２００ａを通過した均一な流れと同様に制御され、その結果、効果的な吸着、及びシート２００ａに含まれた吸着剤の均一な消耗が可能になる。
【００２７】
図２に示されたように、キャニスター１００ａは、任意的に多孔性かつ疎水性である、複数の空気透過性な吸着シート２００ａを含む。シート２００ａは、気体が実質的にシート２００ａに対して平行に流れるように並べられるかもしれない。この実施例において、キャニスター本体１０４は、長方形の横断面を有する。シート２００ａは、分割する仕切り２０４によって、お互いに離れて間隔を開けられる。図３は、分割する仕切り２０４がシート２００ａの間に位置づけられる、吸着シート２００ａ及び分割する仕切り２０４を描写する。
【００２８】
分割する仕切り２０４及びシート２００ａは、キャニスター内でずっと、気流に対して並行な位置に保持される。分割する仕切り２０４及びシート２００ａは、直接的にキャニスターの壁１０２ａに結合している、非直接的にキャニスターの壁１０２ａに結合したフレーム又は他の装置の使用によって結合している、又はキャニスター１００ａの内部形状によってある箇所に保持される。
【００２９】
図４は、長方形のキャニスター本体１０４が、「ひだの付いた」及び分割する仕切り２０４によって離れて距離をおいたひだの付いたシートの部分であるシート２００ａを含む、図１Ｂの線２−２に沿った別の実施例を示す。
【００３０】
図５に記載されたように、別の実施例において、キャニスター１００ｂは、円形又は円筒状の形を有するかもしれない。キャニスター１００ｂは、それ自身にドーナツ状の形を与える、中央における空間５０２を有し、又はキャニスター１０２ｂは中空でないものであるかもしれない。描写された実施例において、シート２００ｂは、らせん状にされている（すなわち、継続的ならせんに、又は同心円に配置された輪又はらせんを分けるように、配置されている）。円筒状のキャニスター１０２ｂを通った空気流は、図５に示されたように底から上面に、及びらせん状の吸着シート表面に対して平行に流れる。空気流は、末端のプレート５０４及び５０６を通る。図６は、シートが中心の周りに巻き付けられた「らせん」構造における、キャニスター１０２ｂ内に配置された吸着シート２００ｂを持つ、図５の円筒状のキャニスター１０２ｂの上面図を示す。図７は、らせん状に位置づけられたシート２００ｂの間に位置づけられた、分割する仕切り２０４を示す。
【００３１】
キャニスターを通した息として吐かれた気体の流速は、吸着シートの間の全体の空間によって制御される。従って、より大きい横断面積、又はより厚い分割手段を持つキャニスターは、吸着シートを通過した気流の速度を減少させる効果を有するだろう。この速度は、特定の応用及び吸着素材のための望ましい吸着速度を達成するために、キャニスターの長さと合わせなければならない。ＬｉＯＨがシート状又は粒子状の構造のいずれを取っていようとも、ＬｉＯＨはキャニスターによって支持される。もしキャニスターが使われなければ（すなわち、カートリッジのみ）、その時はＬｉＯＨはカートリッジによって支持されると考えられる。
【００３２】
本発明の本質はまた、湿った及び乾いた環境における使用者からの吸着剤の単離を提供する、気体吸着シート２００ａを提供する。シート２００ａは、内部に吸着粒子を含むように、及び吸着粒子が放出しない、振動、空気、及び水にさらされることに抵抗するように、構築される。シート２００ａの様々な実施例は、図８、９、１０、１１、及び１７Ａから１７Ｅ、及び下記に示される。
【００３３】
図８に示された１つの実施例において、シート２００ａは、ＬｉＯＨ粒子８０６が本願に引用して援用するＭｏｒｔｉｍｅｒ，Ｊｒ．によって発表されたアメリカ特許番号４，９８５，２９６によって教示されたようにＰＴＦＥ構造の空隙に存在するような、微小繊維８０４と連結した節８０２の微小構造を有する膨張した多孔性のＰＴＦＥシートで満たされた吸着剤で形成される。このシート２００ａは、水忌避性及び/又は空気透過性であるかもしれない。理想的には、ＬｉＯＨ粒子８０６は、シート２００ａ中に含まれた活性素材の量を最大にするように、粒子の間の利用可能な空間をできるだけ多く満たすために、お互いに散らばった異なったサイズの粒子を持つ、多モードの（例えば、二重モード又は三重モード）様式にパックされる。この手法はまた、単一のシートへと満たされた吸着剤粒子の一以上の形式を可能にする。
【００３４】
シート２００ａ中に満たされた多孔性の膨張したポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）を使用することによって、多くの付加的な特徴がさらに与えられる。膨張したＰＴＦＥは、製造の間及びＣＯ２フィルターの寿命の間、吸着素材の毛羽立ちを効果的に減少させる、ほこりの立たない、かつ気体を除かせない不活性な素材である。加えて、この素材を加工することは、広いシート状に生産され、そしてその後、望みの構造へと切られ（又は切られ、そしてひだを付けられ）うる、比較的薄い素材を作る能力を含む。
【００３５】
ｅＰＴＦＥシートを満たしたＣＯ２吸着剤の特性は、他の支持するための繊維又は素材が構造上の完全性を維持するために必要とされない特性である。実際に、ｅＰＴＦＥシートを満たしたＣＯ２吸着剤は、乾燥条件下における収縮、ひだ付け、及び機械的な振動に抵抗するのみならず、ｅＰＴＦＥの疎水性は、直接的な液体の水の接触を受けた場合においてもＣＯ２吸着剤と水が絶対に混ざることない、ＣＯ２吸着剤の構造上の耐久性を提供する。従って、シート２００ａのこの実施例は、「腐食性の混合物（コースティック・カクテル）」の問題を予防するために理想的である。
【００３６】
シート２００ａの別の実施例は、満たされたｅＰＴＦＥシート２００ａが２つの気体透過性の膜９０２の間に包まれている、図９に示される。１つの実施例において、気体透過性の膜は、疎水性である。これらの外膜９０２は、水がシート内に含まれた吸着剤に到達するのを予防する一方で、吸着素材８０２がシート２００ａ内に含まれることを確実にするための、特別な保護を加える。膜９０２は、吸着粒子が呼吸の気体回路へと抜けるのを予防するための、高度な濾過効率を有する。これらの膜９０２は、疎水性であり及び高い微粒子の濾過効率を提供する、多孔性の膨張したポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）からなるかもしれない。加えて、ＰＴＦＥは、粘着性を維持し及び針穴のないのに、きわめて薄い寸法に形成されうるかもしれない、及び望みの幅に裂く又は切ることができる、広い幅へと作られうるかもしれない。膜が薄くなればなるほど、与えられた体積におけるフィルターの吸着速度は大きくなる。従って、これらの外膜９０２は、非常に薄く、及びいずれの構造上の完全性を加えるために使われる必要がなく、しか単に濾過及び疎水性のみを提供する必要があるかもしれない。外膜９０２は、熱可塑性の粘着性ポリマーによって、シート２００ａへと結合することができる。ｅＰＴＦＥのこれらの外側の層の付加的な保護とともに、より効果的な、しかし潜在的により有害なＣＯ２吸着剤の使用は、検討される。
【００３７】
シートの第三の実施例は、内部の仕切り１００２が、２つの疎水性かつ気体透過性な膜９０２によって囲まれるかもしれない吸着素材８０６によって包まれた、切り取り図１０に示される。
【００３８】
シート２００ａの第四の実施例は、内部の仕切り１００２が、２つの疎水性かつ気体透過性な膜９０２に結合し及び吸着素材８０６が内部の仕切り１００２部分の間の空隙に位置する、図１１に示される。
【００３９】
図１２から１５は、内部の仕切り１００２、吸着素材８０６、及び外膜９０２を有する、図１１のシート２００ａを作るための方法を図解する。図１２は、内部の仕切り１００２を描写する。次に、図１３において、内部の仕切り１００２は、ラミネーション処理によって、膜９０２に結合される。続いて、図１４において、吸着素材８０２は、内部の仕切り１００２の空の区画へと加えられる。その後、図１５において、第二の膜９０２が、内部の仕切り１００２の上面へとラミネートされ、その結果、吸着素材８０２を内部に包む。
【００４０】
図１６に示されたような別の実施例において、気体拡散パネル１６０２が、吸着シート２００ａの上流に取り付けられる。拡散パネル１６０２は、気体が吸着シート２００ａの間に均等に流れるように、キャニスター１００ａを通した気体の流れを再分配するために作用する。この気体の再分配は、拡散パネル１６０２を横切る圧力の低下のために起こる。拡散パネル１６０２は、焼結したプラスチック又は金属、織られた及び織られていない合成又は天然の繊維などの、いずれかの多孔性の素材から作り上げることができる、平らなシートからなるかもしれない。気体拡散パネル１６０２は、好ましくは、もし水がキャニスター１００ａに入った場合、水が有意な圧力を高めることなく拡散パネルを通して流れることができるであろう程度に、疎水性ではない。この拡散パネルの使用を通して、それぞれ個々のシート２００ａを通過する気体の流れの量は、拡散パネル１６０２の均一性によって主に決定される。このことは、均一な厚さを持つ分割する仕切り２０４を介した正確なシート２００ａの間隔に加えて、流れにおける優れた均一性、及び言い換えると、吸着反応、及びキャニスター１００ａの内部面積の利用を可能にする。
【００４１】
（ＬｉＯＨシートの構造）
ＬｉＯＨシートの鋳造された構造の様々な実施例は、図１７Ａから１７Ｅに図解される。分割する要素１７０２（又は「リブ」）を直接的に吸着素材の外へ鋳造することによって、吸着カートリッジを生産するのを容易にするのみならず、その自己分割的な特性のために、フィルター中の吸着剤の全量は１０から３０パーセントまで増加させることができる。
【００４２】
分割する要素１７０２を鋳造することはまた、リブ自体の高さと幅の比率を制御することにおいて役に立つ。鋳造された分割するリブに含まれた吸着素材の量は、吸着システムの全体の最大容量にはっきりと加えられるので、吸着剤がリブ中で消耗する速度もまた最適化することが望ましい。もしキャニスターを操作する環境条件が熱的に制約されるならば、体積比に対してより小さい表面積を有することが望ましく、そして従って、２対１（２：１）より大きいリブの幅に対する高さの比率が望ましい。もし操作の環境条件が拡散を制約するような吸着システムをもたらすならば、リブの幅は吸着シート自体とおよそ同じ厚さで作ることができる。時間曲線に対するＣＯ２の排出濃度の形を変化させるために、リブ中に含まれた吸着剤を使うことはまた、テストの条件に依存して可能である。
【００４３】
（ＬｉＯＨシートを形成するための工程）
図１８Ａは、押し出し成形、抽出、及び巻き上げを含む、無水ＬｉＯＨのシートを生産するための模範的な工程１８００のフローチャートである。工程は段階１８０２で開始する。段階１８０４で、押し出し工程は、押し出されたＬｉＯＨ化合物を形成するために、１７０℃の温度で動作するＭｅｇａ５０複合機などの押し出し成型機中で、ミネラルオイル、ポリエチレン粉末、及び無水水酸化リチウムを混合することによって行われるかもしれない。加熱した金型が、素材を平らなシートへと押し出すために使われるかもしれない。押し出されたＬｉＯＨ化合物は、平滑なカレンダーロールと溝の付いたカレンダーロールの間に挟まれるかもしれない。溝の付いたカレンダーロールは、長持ちするリブ構造のような突起部をシートに与え、それによってカートリッジ中の流路のための基礎を形成する。リブが付いたシートは、ポリエチレンの融点以下にまで冷やされ、そしてその後ロールへと巻き上げられるかもしれない。１つの模範的な押し出し成形された組成物は、６５．３パーセントのＬｉＯＨ、３３パーセントのオイル、及び１．７パーセントのポリエチレンの重量/重量パーセントである。下記の実施例１及び２は、模範的なリブの空間及び寸法、及び基本的なシートの厚さを表す。カレンダーロールの間の隙間の距離は、基本的なシートの厚さを制御する。カレンダーロールの溝の寸法及び空間は、リブの寸法及び空間を制御する。
【００４４】
段階１８０６で、抽出工程は、液体と液体での抽出を行うために、ヘキサンなどの溶媒を用いて、ロール中のオイルを除去するために使われるかもしれない。オイル抽出工程の間、ロールは液体ヘキサンで満たされる。ロールは華氏２５０度にまで加熱され、そしてヘキサンが除去されるまで真空乾燥される。ロールは室温にまで冷やされ、そしてＣＯ２のない環境下で保存される。
【００４５】
段階１８０８で、巻き上げ工程は、シートをカートリッジへと巻き上げるために使われる巻き取り機を含むかもしれない。１つの実施例において、巻き取り機は、巻き取ったシートを望みのカートリッジ長へと寸法を決定するためのスリッターを含む。この点において、カートリッジは、水中呼吸器又は気体洗浄機システムに含まれ、及び気体中のＣＯ２の除去に使われるかもしれない、無水ＬｉＯＨからなるシートであると考えられる。
【００４６】
シートはポリエチレンの芯へと巻き上げられるかもしれない。熱可塑性のフィルムは、芯に結合し、そしてシートは、カートリッジの巻き上げを始めるために、フィルムと芯の間に挟まれる。巻き上げは、望みのカートリッジの直径に達した時点で止められる。カートリッジの末端は、（ｉ）シートの２つの外膜の間に熱可塑性のフィルムを挿入する、（ｉｉ）フィルムをそれ自体の周りに巻き上げる、及び（ｉｉｉ）フィルムをそれ自体に結合させる、ことによって処理を終了させるかもしれない。
【００４７】
反応の化学は、ＬｉＯＨのカートリッジ及び多孔性の無水ＬｉＯＨ粒子にとって同じであるから、同様の熱生成及び温度効果が、ＣＯ２除去の間に観測されうる。
【００４８】
ＣＯ２吸着システムの付加的な形は、長方形のカートリッジ、垂直に吊されたシート（保護的なカバーを持つか又は持たない）、及びフード内のシートに覆われたパネルを含む。吸着素材の付加的な形は、ＰＥに代わってＰＴＦＥを使用することを含む。吸着表面上の多孔性かつ防水性のＰＴＦＥ膜もまた、用いられるかもしれない。
【００４９】
ＬｉＯＨシートを生産するための別の実施例は、押し出し成形の工程から粒子を生産することを含む。押し出し成形の工程は、押し出し成形機中でミネラルオイル、ポリエチレン粉末、及び無水ＬｉＯＨを混合することを含む。素材は、射出成形機へと導入され、粒子形へと形成される。形は、球形、半球形、円筒形、半円筒形、角柱形などの、いずれの幾何学的な形でありうる。ランダムな形は、おそらく、洗浄した素材のシート又はブロックの粉砕によって、望みのサイズへと作られる。粒子のサイズは、圧力の低下、ＣＯ２除去速度、システムの体積、及びＣＯ２除去の最大容量の、応用における必要性によって決定される。粒子は、ポリエチレンの融点以下にまで冷やされ、そしてその後、選別用のトレイへと回収される。模範的に押し出し成形された組成物は、６５．３パーセントのＬｉＯＨ、３３パーセントのオイル、及び１．７パーセントのポリエチレンの、重量/重量パーセントであるかもしれない。
【００５０】
抽出の工程は、液体対液体の抽出をもたらすように、ヘキサンを用いることによって、粒子中のオイルを除去する。オイル抽出工程の間、粒子は、液体ヘキサンで飽和されている。粒子は、華氏２５０度にまで加熱され、そしてヘキサンが除去されるまで真空乾燥される。粒子は、室温にまで冷やされ、そしてＣＯ２のない環境下に保存される。
【００５１】
予め水和した多孔性の無水ＬｉＯＨ粒子についての以前の研究は、性能上の有益性はない、又はマイナスであることを示したが、より低いＬｉＯＨ吸着剤密度を有するＬｉＯＨ吸着剤の予備的な水和は、向上したＣＯ２除去性能をもたらすために試みられた。本発明の本質は、予め水和されたＬｉＯＨ吸着剤を採用する一方で、ＬｉＯＨ吸着剤の密度は、ＬｉＯＨ吸着剤のＣＯ２除去性能に影響する。一般的に言えば、予め水和されたＬｉＯＨとは、使用する前に無水のレベル以上に再水和された、いずれかの形の無水ＬｉＯＨである。空隙構造及び多孔性の無水ＬｉＯＨ粒子の全空隙体積は、ＬｉＯＨ＊Ｈ２Ｏからの水の除去によって直接的にもたらされる。多孔性の無水ＬｉＯＨ粒子のＬｉＯＨ吸着剤密度は、１．０ｇ/ｃｍ３である。この密度で、ＬｉＯＨ粒子の予備的な水和は、能力を向上させない。しかしながら、シートなどの他の形におけるＬｉＯＨは、ＬｉＯＨ粒子内の多孔性構造に加えて、シートの内部の粒子の間に空間を有する。吸着シート内のＬｉＯＨ粒子の間のこの空間は、粒子のそれより低いＬｉＯＨ吸着剤密度をもたらす。より低いＬｉＯＨ吸着剤密度によるＬｉＯＨ量の欠失は、カートリッジ（例えば、巻き込んだシート）内へのＬｉＯＨの効果的なパッキングから得られた密度の増加によって、それ以上に埋め合わせされる。多孔性の無水ＬｉＯＨのより低い密度は、向上したＣＯ２除去性能を有するためのＬｉＯＨの予備的な水和の工程を可能にする。
【００５２】
１．０ｇ/ｃｍ３より低いＬｉＯＨ吸着剤密度のＬｉＯＨ粒子の水和は、コンベヤーベルト上にＬｉＯＨを置き、そしてＬｉＯＨ粒子に水をスプレーすることによって行われる。スプレーシステムは、素材の幅の至る所に水のきれいな霧を分配する、超音波のスプレーヘッドを含むかもしれない。水の決められた流れは、一定に固定され、そしてラインスピードコントローラーが、コンベヤーベルトの速度を制御する。コンベヤーベルトの速度は、初期の含水率、目標の含水率、量/面積で表されるコンベヤーベルトの粒子密度、及び水の決められた流れの組み合わせによって決定される。コンベヤーベルトは、スプレーされていない表面を露出させるために揺らされ、そして多数のスプレーがＬｉＯＨ粒子の外部表面を水でより均等にコートするために使われるかもしれない。ＬｉＯＨ粒子は、包装する前に、ＣＯ２のない環境下で冷やされる。
【００５３】
図１８Ｂは、無水ＬｉＯＨのシートを水和することを含む、無水ＬｉＯＨシートを生産するための模範的な工程のフローチャートである。段階１８０２、１８０４、１８０６、及び１８０８は、無水ＬｉＯＨシートを生産するための処理段階を表し、図１８Ａに表されたものと同じ又は同様であるかもしれない。段階１８１２で、無水ＬｉＯＨシートが水和されるかもしれない。水和は、様々な水和手法によって行われるかもしれない。１つの実施例において、巻き取り機は、水の供給のために任意的なスプレーシステムを含み、そして水和したシートをカートリッジへと巻くシステムを持つかもしれない。スプレーシステムは、ロールの幅の至る所に水のきれいな霧を分配する、超音波のスプレーヘッドを含むかもしれない。水の決められた流れは、一定に保たれ、そしてラインスピードコントローラーがシートの速度を制御するかもしれない。シートの速度は、初期の含水率、目標の含水率、量/面積におけるシートの重量、及び水の決められた流れなどの、多くの異なったパラメーターによって決定されるかもしれない。
【００５４】
ＣＯ２吸着剤のリブの着いたシートのために、水和が、シートがカートリッジに巻かれる前に、行われるかもしれない。水和は、典型的に、シートのリブの付いた側（上を向いた側）の表面へと液体の水を均一に加えることによって為される。シートの巻き上げは、水を接触させ、そして２つの方向から、すなわちリブの付いた側及び構造を取っていない又は平滑な側へと、シートに水を貫通させる。リブは、水を保持する溝を形成し、そしてシートが芯へと巻き上げられた時に、水が絞り出されるのを防ぐ。別の方法として、水は、シートの平滑な側にアプライされるかもしれない。水は、例えば、超音波スプレー式霧吹きの使用によって、又は水スプレーノズルの使用によって、均一にアプライされるかもしれない。供給される水の量は、スプレーシステムへの全ての水の流れ、及びシートがスプレーシステムの下を通過する時の速度によって、制御される。
【００５５】
水和はまた、ＣＯ２を含まない気体の流れを用いた水蒸気の添加によっても行われるかもしれない。ＣＯ２を含まない窒素ガスは、霧又は加熱した水浴を通して泡立たせたものを用いることによって、加湿されうる。シートの重量増加をモニターすること、及び望みの水和レベルが達成された時にシートを除去することが、水和の量の制御を与える。窒素のコストを減らすために、シートのいくつかの束が、連続して置かれ、及び/又は、窒素ガスが再循環される。
【００５６】
最終的な水和レベルは、水和の前にシートの含水率を測定することによって、より正確に達成され、それは典型的に約１パーセント以下である。含水率を測定するために、モイスチャーバランスが用いられるかもしれない。シートの形をしていない吸着剤は、上記の方法の変化を用いることによって水和することができる。
【００５７】
スプレーの後、スプレーされた素材は、ＣＯ２のない環境下で室温にまで冷やされる。この時期の間（例えば、およそ３０分又はそれ以下）に水和したＬｉＯＨを扱う場合において、スプレーされたＬｉＯＨ化合物は、水が化合物を水和させるような場所に置かれる。工程は、段階１８１０で終了する。
【００５８】
予め水和された無水ＬｉＯＨを製造するための工程はまた、ＬｉＯＨを詰めるための方法（詰められた押し出された網（又はＰＴＦＥ繊維）のオプション）を含むかもしれない。詰める方法は、押し出された網（例えば、Ｄｅｌｓｔａｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓによって作られたＮａｔｌｅｘ（登録商標）、それは０．００６から０．２００インチの厚さであり、隙間は最小２００ミクロン及び最大２．５インチである。）の表面に対して薄膜を被された、多孔性の膜（例えば、ＰＴＦＥ膜）を含む。隙間には、無水ＬｉＯＨ粉末が詰められる。別の方法として、ＰＴＦＥ繊維には、本願に参考のために示す、Ｈｏｃｈｂｅｒｇに対するアメリカ特許５，１６５，３９９に概要が示された工程を用いて為されたように、ＬｉＯＨ粉末が詰められるかもしれない。
【００５９】
詰め込みの後、シートは水でスプレーされる。スプレーシステムは、素材の幅の至る所に水のきれいな霧を分配する、超音波のスプレーヘッドを含むかもしれない。水の決められた流れは、一定に保持され、そしてラインスピードコントローラーが、シートの速度を制御する。シートの速度は、初期の含水率、目標とする含水率、ＬｉＯＨ量/面積におけるシートの重さ、及び水の決められた流れを含む、多数のパラメーター又はその組み合わせによって決定されるかもしれない。多孔性の膜の第二の層は、ＬｉＯＨ粉末が包まれるように、シートの上表面へと薄膜を被せられる。
【００６０】
シートは、円筒形へと巻かれるか又はパネルとして使われるかもしれない。押し出された網は、満たされたシートの層の間に流路を与えるように、満たされたシートの層の間のスペーサーとして使われるかもしれない。この構造は、粒子の間に多孔性構造を与え、そして標準的なＬｉＯＨ粒子のそれより低いＬｉＯＨ吸着剤密度をそれに相当するように結果としてもたらす。工程１８００ｂは、段階１８１０で終了する。
【００６１】
スプレーを用いたＬｉＯＨの予備的な水和に加えて、予備的な水和は、水蒸気を用いることによって行われるかもしれない。窒素又は他のＣＯ２を含まない気体をバブリングさせることによって、重量あたり３０から３３パーセントの含水率が、１から２時間で達成されるかもしれない。より高い含水率は、さらす時間を増やすことによって達成されるかもしれない。温度の上昇は、この水蒸気による水和時間を減らすと予想される。加えて、５又は１０パーセント以下の小さいの水の水和レベルは、５分間以内、水蒸気にさらすことによって達成されるかもしれない。
【００６２】
図１９は、カートリッジに巻き入れられたシートの形の模範的な無水ＬｉＯＨ、及びカートリッジに巻き入れられたシートの形の予め水和したＬｉＯＨ吸着剤についての、ＣＯ２除去速度のグラフである。無水ＬｉＯＨシートは、直径６．５インチ及び長さ１２インチの寸法を有するキャニスター内に入れられる。無水ＬｉＯＨカートリッジについてのＣＯ２の除去の速度は、毎分１０リットルのＣＯ２より大きい除去でスタートするが、１５分後（点Ａ）、ＣＯ２の除去の速度は急激に低下し、およそ３０分後（点Ｂ）では毎分４リットルになる。およそ１時間後（点Ｃ）では、ＣＯ２の除去速度は、およそ毎分３リットルであり、そしておよそ２時間後（点Ｄ）までその速度のままである。４時間後（点Ｅ）、ＣＯ２の除去の速度は、毎分約２．２５リットルになる。
【００６３】
無水ＬｉＯＨカートリッジと同じ寸法を有し、重量あたり７パーセント（７％）の水で予め水和したＬｉＯＨカートリッジもまた、毎分１０リットルより大きいＣＯ２の除去の速度でスタートする。しかしながら、１５分でむしろ不意に低下し、ＣＯ２の除去の速度は、ＣＯ２除去工程へと、およそ４５分（点Ｆ）で毎分８．５リットルにまで実質的に直線的に低下する。より急激な除去速度の低下は、およそ４５分（点Ｆ）で始まり、そしてちょうど１時間後（点Ｇ）に毎分５リットルに達する。この点において、勾配はゆるやかになり、そして３時間後（点Ｈ）で、予め水和したＬｉＯＨシートのＣＯ２の除去の速度は、無水のＬｉＯＨカートリッジのそれより、およそ２時間遅れた値である。およそ４時間後（点Ｉ）では、ＣＯ２の除去の速度は、毎分約２．５リットルであり、無水のＬｉＯＨシートの値よりわずかに大きい。
【００６４】
全体として、図１９における曲線の比較は、予め水和したＬｉＯＨカートリッジが、無水のＬｉＯＨカートリッジより高いＣＯ２除去速度を維持し、そしてより長い持続時間である。より高い及びより長いＣＯ２除去速度は、異なった予備的に水和したＬｉＯＨ化合物（例えば、より高い又はより低い密度）を用いることによって、及び異なった水和レベル（例えば、より高い水和レベル）を与えることによって、示されるかもしれない。
【００６５】
（予備的な水和と熱生成）
水和は、化学式（１）から（３）によって示されたように、ＬｉＯＨの温度の上昇をもたらす。水和工程の後、ＬｉＯＨ吸着剤は冷やされる。吸着剤中の無水のＬｉＯＨの量を減らすことは、使用の間に生成する熱の量を減らす。逆に、ＬｉＯＨの量を増やすことは、使用の間に生成する熱の量を増やす。
【００６６】
使用において熱生成がない（すなわち、温度の上昇がない）場合が、ＣＯ２とＬｉＯＨの反応を示す化学式（２）において必要とされる熱の量と、化学式（１）で生成する熱の量を合わせることによって得られる。２つの反応段階で列記された反応の熱を用いることは、使用の間のゼロの正味の熱生成をもたらす重量あたり（水の量/湿潤質量）３６パーセントの水を必要とする。ＬｉＯＨ水和の化学量論的な量は、重量あたりおよそ４３パーセントの水で起こる。３６と４３パーセントの予備的な水和の間において、系は、その温度を減少させる吸熱的なものになる。４３パーセントより上の予備的な水和は、固体のＬｉＯＨがそのような水和のレベルでは溶解し始めるから望ましくなく、それによって、カートリッジ自体の固体の形及び特性を失うことをもたらす。
【００６７】
（予め水和したＬｉＯＨの操作の他の条件）
図２０は、予備的な水和の異なったレベルを有する、無水ＬｉＯＨからなる多数のＣＯ２吸着カートリッジのグラフである。ＣＯ２吸着剤カートリッジが入っているキャニスターは、直径３  ７/１６インチ、長さ２．５インチのサイズである。ＣＯ２吸着カートリッジは、様々な水のレベル、すなわち重量あたり０、１．９、４．７、９及び１６．５パーセントの水で、予め水和された。これらのレベルで予め水和することによって、結果は、比較の目的のためにグラフ上に見られるかもしれない。上記のように、予備的な水和のレベルの増加は、排出する温度の減少をもたらす。予備的な水和のレベルの増加はまた、ＣＯ２除去速度の増大をもたらす。このことは、ＣＯ２除去速度が最低限のレベルより大きく維持されている場合に、より長い持続時間を与える。
【００６８】
図２１は、０．５、０．７３７、及び０．８パーセントのＣＯ２での交換時点までのＣＯ２の持続時間を表した、模範的なＣＯ２吸着カートリッジのグラフである。交換時点は、技術的に理解されているように、安全なＣＯ２レベルを確認してＣＯ２吸着カートリッジを交換するために、様々な軍事用又は民間用の仕様書によって定義される。図２２は、交換時点に達するまでに除去された全ＣＯ２を表す。それぞれの場合において、ＬｉＯＨシートの予備的な水和の増加は、持続時間及び全ＣＯ２除去を増加させる。予め水和したシートについてのＣＯ２除去速度の増加は、多孔性の粒子の予備的な水和又は高い湿度での使用の結果と対照的である。加えて、水和した及び水和していないサンプルの間の圧力低下は、実質的に違いがなかった。
【００６９】
（システム必要条件によって決定された予備的な水和のレベル）
ＣＯ２を除去するために効果的な予め水和したＬｉＯＨを含む、数多くの異なったＳＣＢＡ及び気体洗浄装置システムが存在する。しかしながら、これらのシステムは、その機能、操作、及び動力学において、幅広く変化するかもしれない。例えば、緊急救助システムは、緊張の多い状況において使われ、及び短い持続時間（例えば、１５分）の間に高い温度の環境下において使われるかもしれないのに対して、ＳＣＵＢＡシステムは、低い緊張の状況下において使われ、及び中程度の時間（例えば、１から２時間）の間に冷たい温度の環境下において使われるかもしれない。緊急救助システムは、それゆえ、軽量で最小限の熱生成をするＣＯ２除去システムとして構成されるべきであり、ＳＣＵＢＡシステムは、より重く、より熱を生成するものとして構成され、及び緊急救助システムのためのＣＯ２除去システムよりも長く持続するかもしれない。気体洗浄装置などの他のタイプのシステムは、より寛大な温度及び重量の必要条件などの、異なった必要条件を有するかもしれない。表１は、特異的なシステムの応用に記載のＣＯ２除去システムのための、模範的な構成上のガイドラインを提供するチャートである。構成は、特異的なシステム必要条件及び操作上の必要条件に依存して変化するかもしれないことは、理解するべきである。
【００７０】
ＣＯ２吸着システムは、圧力低下、ＣＯ２の吸気口及び排気口での濃度、全体の流れ、吸気口及び排気口の温度、持続時間、及び全体のＣＯ２除去量などを含み、しかしそれらに限定されない、幅広い範囲の設計上の必要条件を有する。従って、単一の設計は、全てのＣＯ２吸着システムのために機能しない。熱生成の必要とされる量、望みの呼吸温度、必要とされるＣＯ２除去速度、必要とされるＣＯ２除去の最大容量は、望みの予備的な水和の量及び無水ＬｉＯＨ吸着剤構造の構成を決定するための、キャニスターの寸法の必要条件と組み合わされる。圧力低下、ＣＯ２除去速度、及びＣＯ２除去の最大容量を含む、他の操作上のパラメーターは、もしＣＯ２除去システムにＬｉＯＨシートを使用するのであれば、リブの高さ、リブの幅、リブの間隔、基礎となるシートの厚さ、及びオイルの含量/空隙率の選択によって、調節されるかもしれない。カートリッジキャニスターの寸法及びカートリッジの重量の必要条件は、全体のカートリッジの寸法を決定するために、使われるかもしれない。
【００７１】
【表１】
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【００７２】
上記の予備的な水和のガイドラインのために、予備的な水和のガイドラインの説明は、模範的な予備的な水和のレベルを提供する。しかしながら、これらのレベルは概算であり、そして表１に書かれたレベルは、システムの必要条件及び使用の状況（例えば、環境）の変化につれて変化するものとして、理解されるべきである。
【００７３】
一般に、高いＣＯ２除去速度は、冷たい温度における場合を除いて、予備的な水和を好む。高い温度は、高い予備的な水和を好む。低い湿度レベルは、温かい温度については高い予備的な水和を好み、そして冷たい温度については低い予備的な水和を好む。注意：消極的な吸着剤の適用は、しばしば、より高い吸着剤の温度を維持するために、過剰な水和の熱を必要とされ、そしてそれゆえ、温かい環境においてでも、高い湿度、及び高いＣＯ２除去速度、低い予備的な水和のレベルが、選択されるかもしれない。
【００７４】
２つの模範的なＬｉＯＨカートリッジは、下記に与えられる。これらのＬｉＯＨカートリッジは、ある操作条件において操作する特異的なＣＯ２除去システムのために、構成される。
【実施例１】
【００７５】
カートリッジへと巻き上げられた、予め水和したＬｉＯＨ吸着シートは、７％（重量/重量）の含水率を達成するために、シートの表面のリブの付いた側へと水をスプレーすることによって、以下の構成要素から作られるかもしれない。
【００７６】
ＬｉＯＨ吸着剤密度０．７１ｇ/ｃｍ３、２．５パーセントのポリエチレン、０．０２５インチのリブの高さ、０．０６０インチのリブの幅、０．１２０インチの流路の幅、０．０７０インチのシートの厚さ、水を加える前の密度１３４ｇ/ｆｔ２、カートリッジの長さ１２インチ、カートリッジの直径６−１/２インチ、シートは中心の栓とともに直径１/２インチのポリエチレン芯に巻きつけられた。
【実施例２】
【００７７】
ＬｉＯＨのＣＯ２カートリッジは、０、１．９、４．７、９及び１６．５パーセントの水重量/湿重量のレベルでシートの表面のリブの付いた側へと水をスプレーすることによって、以下の構成要素から作られるかもしれない。
【００７８】
０．５９と０．６６ｇ/ｃｍ３の間のＬｉＯＨ吸着剤密度、２．５パーセントのポリエチレン、０．０３２インチのリブの高さ、０．０６０インチのリブの幅、０．１２０インチの流路の幅、０．０５０インチのシートの厚さ、水を加える前の密度９４ｇ/ｆｔ２、カートリッジの長さ２．５インチ、カートリッジの直径３  ７/１６インチ、シートは中心の栓とともに直径１/２インチのポリエチレン芯に巻きつけられた。
【００７９】
実施例１についての吸着剤ＬｉＯＨ密度は、０．７１ｇ/ｃｍ３である。実施例２についてのＬｉＯＨ吸着剤の密度は、０．５９から０．６６ｇ/ｃｍ３の間である。アメリカ海軍の潜水艦についてのシートの形でのＬｉＯＨ吸着剤密度は、典型的に０．８１ｇ/ｃｍ３である。本発明の本質に従って、ＣＯ２吸着剤（シート）のためのＬｉＯＨ吸着剤密度は、押し出し成形の段階で使われたオイルの量によって制御されるかもしれない。抽出段階でのオイルの除去は、吸着シートの内にあるＬｉＯＨ粉末粒子の間に空隙をもたらす。従って、より高いオイルのレベルは、シート内のより高い空隙のレベルをもたらし、そして続いて、より低いＬｉＯＨ吸着剤密度をもたらす。この密度が変化する工程を用いることによって、ＬｉＯＨ吸着剤密度は、０．５４ｇ/ｃｍ３の低さから、及び０．８５ｇ/ｃｍ３の高さにまで、生産されるかもしれない。この範囲外の吸着剤ＬｉＯＨ密度を獲得することは、達成可能である。
【００８０】
本発明に記載された革新的なコンセプトは、幅広い範囲の応用にわたって、改変され、及び変化させることができる。従って、特許を受ける題目の範囲は、議論された特異的かつ模範的な教示のいずれかに限定されないものであるべきであり、ただし代わりに以下の請求項によって定義される。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１Ａ】本発明の四角形をした気体吸着キャニスターの透視図である。
【図１Ｂ】図１Ａの実施例の側面図である。
【図２】図１Ｂの線２−２に沿って取られた、並行に並んだシートの横断面図である。
【図３】図２に示された横断面の部分の拡大である。
【図４】ひだが付いたシートを有する、本発明のキャニスターの横断面図である。
【図５】キャニスターが円筒型であり、そしてシートがらせん状である、本発明の吸着キャニスターの斜め上４５°からの透視図である。
【図６】キャニスター内のシートがらせん状の構造である、図５の吸着キャニスターの横断面の上面図である。
【図７】分かれた様式によって隔てられたシートを示す図６に示された横断面の円形の領域の拡大である。
【図８】シートが中にカプセル状に包まれた吸着粒子とともに広げられたポリテトラフルオロエチレンの形をなしている、本発明の吸着シートの横断面図である。
【図９】図８のシートが外膜によって囲まれている、本発明の吸着シートの横断面図である。
【図１０】吸着素材が内部の仕切りに結合し、そして外膜が吸着粒子に結合している、本発明の吸着シートの横断面図である。
【図１１】外膜が内部の仕切りに結合し、そして仕切り上の隙間が吸着素材を含む、本発明の吸着シートの横断面図である。
【図１２】図１１のシートを形成するための方法の斜め上４５°からの正面図である。
【図１３】図１１のシートを形成するための方法の斜め上４５°からの正面図である。
【図１４】図１１のシートを形成するための方法の斜め上４５°からの正面図である。
【図１５】図１１のシートを形成するための方法の斜め上４５°からの正面図である。
【図１６】図１のキャニスターの破断図であり、そしてキャニスターの横断面の至る所に均等に気流を再分配する拡散パネルを描写する。
【図１７Ａ−１７Ｅ】ＬｉＯＨシートの鋳造の構造の様々な実施例の図解である。
【図１８Ａ】押し出し成形、抽出、及び巻き上げを含む、無水ＬｉＯＨのシートを生産するための模範的な工程のフローチャートである。
【図１８Ｂ】無水ＬｉＯＨのシートの水和を含む、無水ＬｉＯＨのシートを生産するための模範的な工程のフローチャートである。
【図１９】模範的な無水ＬｉＯＨシート又はカートリッジ及び予め水和させたシートについてのＣＯ２除去速度のグラフである。
【図２０】予備水和の異なったレベルを有する無水ＬｉＯＨからなる多数のＣＯ２吸着カートリッジのグラフである。
【図２１】交換時点についてのＣＯ２持続時間を示した、模範的なＣＯ２吸着カートリッジのグラフである。
【図２２】交換時点に達するまでの、除去したＣＯ２の全量を示す。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１７Ｄ】
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【図１７Ｅ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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