(57)【要約】【課題】安価で効率的に特定気体に対する吸着、放出を実施する。【解決手段】特定気体を吸着する吸着物質５を収納した容器４と、容器内に振動を印加するための振動発生装置６と、容器内に特定気体を含む原気体を供給する経路に設けられた供給バルブ３と、容器から特定気体の含有率が低下した原気体を外部装置へ取出す出力バルブ１１と、容器から特定気体の含有率が上昇した原気体を排出するための排気バルブ１３ａ、１３ｂとを備えている。そして、出力バルブ及び排気バルブを閉じた状態で供給バルブを介して原気体を容器内に供給してから所定の吸着期間経過後に出力バルブを所定の出力期間だけ開き、その後、出力バルブ及び供給バルブを閉じると共に排気バルブを所定の放出期間だけ開く。また、吸着期間Ｔ２振動発生装置へ吸着促進の周波数域を指定すると共に放出期間Ｔ４振動発生装置へ放出促進の周波数域を指定する。【選択図】　　図１
2004089774.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定気体を吸着する吸着物質を収納した容器に吸着すべき特定気体又はこの特定気体を含む原気体を注入して容器内の気圧を上昇させることによって、前記特定気体を前記吸着物質に吸着させる気体の吸着方法において、
前記容器内の特定気体又は原気体に予め定められた吸着促進の周波数域の振動を印加して、前記特定気体の前記吸着物質に対する吸着を促進することを特徴とする気体の吸着方法。
【請求項２】
前記容器内の特定気体又は原気体に印加する振動の吸着促進の周波数域は、前記吸着物質の物理特性及び吸着させる特定気体の種別に応じて設定されることを特徴とする請求項１記載の気体の吸着方法。
【請求項３】
前記容器内の特定気体又は原気体に、騒音又は機械的振動又は流体的振動として印加されている振動のうち吸着を阻害する周波数の振動を検出して、この検出した振動の位相を反転して前記容器内の特定気体又は原気体に印加して、前記吸着を阻害する振動と相殺することを特徴とする請求項１又は２記載の気体の吸着方法。
【請求項４】
特定気体が吸着された吸着物質を収納した容器内の気圧を低下させることによって、前記吸着物質に吸着された特定気体を放出させる気体の放出方法において、
前記容器内の特定気体に予め定められた放出促進の周波数域の振動を印加して、前記特定気体の前記吸着物質からの放出を促進することを特徴とする気体の放出方法。
【請求項５】
前記容器内の特定気体に印加する振動の放出促進の周波数域は、前記吸着物質の物理特性及び放出させる気体の種別に応じて設定されることを特徴とする請求項４記載の気体の放出方法。
【請求項６】
前記容器内の特定気体に騒音又は機械的振動又は流体的振動として印加されている振動のうち放出を阻害する周波数の振動を検出して、この検出した振動の位相を反転して前記容器内の特定気体に印加して、前記放出を阻害する振動と相殺することを特徴とする請求項４又は５記載の気体の放出方法。
【請求項７】
特定気体を吸着する吸着物質を収納した容器に吸着すべき特定気体又はこの特定気体を含む原気体を注入して容器内の気圧を上昇させることによって、前記特定気体を前記吸着物質に吸着させる気体の吸着装置において、
前記容器内の特定気体又は原気体に予め定められた吸着促進の周波数域の振動を印加して、前記特定気体の前記吸着物質に対する吸着を促進することを特徴とする気体の吸着装置。
【請求項８】
特定気体が吸着された吸着物質を収納した容器内の気圧を低下させることによって、前記吸着物質に吸着された気体を放出させる気体の放出装置において、
前記容器内の特定気体に予め定められた放出促進の周波数域の振動を印加して、前記特定気体の前記吸着物質からの放出を促進することを特徴とする気体の放出装置。
【請求項９】
原気体中に含まれる特定気体を吸着放出する吸着物質を収納した容器と、
この容器内の特定気体に対して指定された周波数域の振動を印加するための振動発生装置と、
前記容器内に前記特定気体を含む原気体を供給する経路に設けられた供給バルブと、
前記容器から特定気体の含有率が低下した原気体を外部装置へ取出す経路に設けられた出力バルブと、
前記容器から特定気体の含有率が上昇した原気体を排出するための排気バルブと、
前記出力バルブ及び排気バルブを閉じた状態で前記供給バルブを介して前記原気体を前記容器内に供給してから所定の吸着期間経過後に前記出力バルブを所定の出力期間だけ開き、その後、出力バルブ及び供給バルブを閉じると共に排気バルブを所定の放出期間だけ開くバルブ制御手段と、
前記吸着期間前記振動発生装置へ吸着促進の周波数域を指定すると共に前記放出期間前記振動発生装置へ放出促進の周波数域を指定する周波数域制御手段と
を備えた気体の分離濃縮装置。
【請求項１０】
前記振動発生装置は、音響装置、カルマン渦による振動装置、機械的振動板による振動装置、ピエゾフィルム及びピエゾ効果を用いた振動装置のうちのいずれか一つの装置、又はこれらを組み合わせた装置、あるいは共振装置を組み合わせた装置であることを特徴とする請求項９記載の気体の分離濃縮装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、容器に収納された吸着物質に対して容器内の圧力を上昇又は低下させることによって、この吸着物質に対して特定気体を吸着又は放出させる気体の吸着方法、気体の放出方法、気体の吸着装置、気体の放出装置、及び気体の分離濃縮装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
純度がさほど要求されない大量の酸素を安価に製造する手法の一つとして、空気中に２０％程度含まれる酸素の濃度を増加する手法がある。この手法を採用した酸素製造装置においては、吸着物質を収納した容器内にコンプレッサーで圧縮された空気を導入し、吸着物質で空気中に大量に含まれる窒素を吸着させることによって容器内に導入された空気中の酸素濃度を相対的に増加させる。具体的には、容器内の圧力が増加すると、時間経過と共に容器内に存在する空気に含まれる窒素が大量に吸着物質に吸着する。その結果、空気中の酸素濃度が相対的に増加する。
【０００３】
この酸素濃度が増加した空気を容器外へ取出す。その後、容器内と外気と連通することにより、容器内の圧力を低下させる。すると、吸着物質に吸着された窒素が放出して容器内に戻り、その後容器外へ排気される。酸素濃度が増加した空気を再度コンプレッサーで圧縮して、容器内へ導入することにより、さらに酸素濃度を増加することができる。そして、このようにして、得られた酸素濃度が増加した空気を例えば冷却して液化酸素を製造する。
【０００４】
なお、吸着する気体の種別に応じて吸着物質の種別や物理的特性が異なる。例えば、窒素分子を効率的に吸着する吸着物質として、天然又は合成のゼオライト（沸石）が実用化されている。
【０００５】
また、この吸着物質が存在する環境（容器内）の気圧を上昇することによって、この吸着物質に特定の気体を吸着させて貯蔵でき、必要な時に、吸着物質が存在する環境（容器内）の気圧を減圧することにより、この貯蔵された特定の気体を取出すことができる気体貯蔵装置を構築することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように、特定気体を効率的に吸着物質に吸着させ、吸着物質に吸着された特定気体を効率的に放出させるためには、この吸着物質が存在する環境（容器）の気圧を大きく変化させるとともに、ある程度以上の吸着時間及び放出時間が必要である。
【０００７】
上述したように、酸素製造装置で安価で効率的に高濃度の酸素を大量に製造するためには、コンプレッサーの電力料金の節減や、吸着期間（時間）及び放出期間（時間）の短縮を図る必要があった。このような課題を解消する一つの手法として、吸着物質を大量に使用することが考えられるが、吸着物質を大量に使用すると、吸着物質の材料費が上昇するとともに設備費が上昇する。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、少ない費用で、従来の吸着物質の量や材料を変更することなく、設備の維持費（ランニングコスト）を節減でき、安価で効率的に特定気体に対する吸着、放出が実施できる気体の吸着方法、気体の放出方法、気体の吸着装置、気体の放出装置、及び気体の分離濃縮装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記の課題を解決するために行った検討の結果、吸着物質を収納した容器内の気体に特定の周波数域の振動を印加することによって、吸着物質に対する特定気体の吸着及び放出の促進を図ることができることを見出した。
【００１０】
そこで、本発明は、特定気体を吸着する吸着物質を収納した容器に吸着すべき特定気体又はこの特定気体を含む原気体を注入して容器内の気圧を上昇させることによって、特定気体を吸着物質に吸着させる気体の吸着方法において、容器内の特定気体又は原気体に予め定められた吸着促進の周波数域の振動を印加して、特定気体の前記吸着物質に対する吸着を促進する。
【００１１】
また別の発明は、上述した気体の吸着方法において、容器内の特定気体又は原気体に印加する振動の吸着促進の周波数域は、吸着物質の物理特性及び吸着させる特定気体の種別に応じて設定される。
【００１２】
また別の発明は、上述した気体の吸着方法において、容器内の特定気体又は原気体に、騒音又は機械的振動又は流体的振動として印加されている振動のうち吸着を阻害する周波数の振動を検出して、この検出した振動の位相を反転して容器内の特定気体又は原気体に印加して、吸着を阻害する振動と相殺する。
【００１３】
さらに別の発明は、特定気体が吸着された吸着物質を収納した容器内の気圧を低下させることによって、吸着物質に吸着された特定気体を放出させる気体の放出方法において、容器内の特定気体に予め定められた放出促進の周波数域の振動を印加して、特定気体の吸着物質からの放出を促進する。
【００１４】
また別の発明は、上述した気体の放出方法において、容器内の特定気体に印加する振動の放出促進の周波数域は、吸着物質の物理特性及び放出させる気体の種別に応じて設定される。
【００１５】
また別の発明は、上述した気体の放出方法において、容器内の特定気体に騒音又は機械的振動又は流体的振動として印加されている振動のうち放出を阻害する周波数の振動を検出して、この検出した振動の位相を反転して容器内の特定気体に印加して、放出を阻害する振動と相殺する。
【００１６】
このように構成された気体の吸着方法及び気体の放出方法の動作原理を説明する。
先ず、気体の吸着方法においては、吸着物質が収納された容器内の気体に予め定められた吸着促進の周波数域の例えば音波等の振動を印加することによって、この気体が、印加された振動の吸着促進の周波数に応じて吸着物質の気体を吸着する場所の表面等で流体の振動により、微細な乱れを生起する。この乱れが、吸着物質の隙間を層流となって流れる気体の各分子が吸着物質の気体を吸着する場所の表面等において捕獲（トラップ）されやすくなり、吸着が促進されると考えられる。
【００１７】
また、気体の放出方法においては、吸着物質が収納された容器内の気体に予め定められた放出促進の周波数域の例えば音波等の振動を印加することによって、一旦吸着物質に捕獲（トラップ）された分子が振動によって解放されやすくなり、放出が促進されると考えられる。
【００１８】
このように、同一の気体を同一の吸着物質に対する吸着を促進する振動の周波数域すなわち吸着促進の周波数域と、吸着物質に対する放出を促進する振動の周波数域すなわち放出促進の周波数域との２種類の周波数域が存在する。
【００１９】
このことは、気体を吸着物質に対して吸着動作期間中に放出促進の周波数域の振動が雑振動として混入した場合、吸着物質に対する吸着動作が阻害されることになる。そこで、本発明においては、この吸着を阻害する振動を検出して、この検出した振動の位相を反転して容器内の気体に印加して、吸着を阻害する振動と相殺することによって、結果的に、吸着を阻害する振動を低減でき、さらに吸着促進を図ることができる。
【００２０】
同様に、放出動作期間中に吸着促進の周波数域の振動が雑振動として混入した場合、吸着物質からの気体の放出動作が阻害されることになる。そこで、この吸着を阻害する振動を検出して、この検出した振動の位相を反転して容器内の気体に印加して、放出を阻害する振動と相殺することによって、結果的に、放出を阻害する振動を低減でき、さらに放出促進を図ることができる。
【００２１】
一般に、容器内の気体圧力の変化量を大きくすると吸着物質に対する特定気体の吸着量及び放出量は増大する。また、吸着期間（時間）及び放出期間（時間）を長くすると特定気体の吸着量及び放出量は増大する。
【００２２】
振動を印加することにより吸着又は放出が促進されることは特定気体の吸着量及び放出量が増大することを意味するので、容器内の気体圧力の変化量を小さく、かつ吸着期間（時間）及び放出期間（時間）を短縮しても、振動を印加しない状態と同程度の吸着量及び放出量を得ることが可能である。
【００２３】
したがって、容器内の気圧を加圧、減圧するためのエネルギーを小さくでき、かつ吸着期間（時間）及び放出期間（時間）を短縮でき、設備の維持費（ランニングコスト）を節減でき、安価で効率的に特定気体に対する吸着、放出を実施できる。
【００２４】
また、別の発明は、特定気体を吸着する吸着物質を収納した容器に吸着すべき特定気体又はこの特定気体を含む原気体を注入して容器内の気圧を上昇させることによって、特定気体を前記吸着物質に吸着させる気体の吸着装置において、容器内の特定気体又は原気体に予め定められた吸着促進の周波数域の振動を印加して、特定気体の吸着物質に対する吸着を促進するようにしている。
【００２５】
さらに、別の発明は、特定気体が吸着された吸着物質を収納した容器内の気圧を低下させることによって、吸着物質に吸着された気体を放出させる気体の放出装置において、容器内の特定気体に予め定められた放出促進の周波数域の振動を印加して、特定気体の吸着物質からの放出を促進するようにしている。
【００２６】
このように構成された気体の吸着装置及び気体の放出装置においても、先に説明した気体の吸着方法及び気体の放出方法とほぼ同様の作用効果を奏することが可能である。
【００２７】
さらに別の発明は、原気体に含まれる特定気体以外の気体の濃度を上昇させる気体の分離濃縮装置である。そして、この気体の分離濃縮装置は、
原気体中に含まれる特定気体を吸着放出する吸着物質を収納した容器と、この容器内の特定気体に対して指定された周波数域の振動を印加するための振動発生装置と、容器内に特定気体を含む原気体を供給する経路に設けられた供給バルブと、容器から特定気体の含有率が低下した原気体を外部装置へ取出す経路に設けられた出力バルブと、容器から特定気体の含有率が上昇した原気体を排出するための排気バルブと、出力バルブ及び排気バルブを閉じた状態で供給バルブを介して原気体を容器内に供給してから所定の吸着期間経過後に出力バルブを所定の出力期間だけ開き、その後、出力バルブ及び供給バルブを閉じると共に排気バルブを所定の放出期間だけ開くバルブ制御手段と、吸着期間振動発生装置へ吸着促進の周波数域を指定すると共に放出期間振動発生装置へ放出促進の周波数域を指定する周波数域制御手段とを備えている。
【００２８】
このように構成された気体の分離濃縮装置においては、吸着物質を収納した容器内において供給された原気体に含まれる特定気体は吸着期間内に吸着物質に吸着される。そして、この特定気体が吸着され、特定気体以外の気体の含有率が上昇した原気体が外部装置へ取出される。その後、放出期間の間、排気バルブを開放して容器内の気圧を低下させて、吸着物質に吸着されている特定気体を放出させる。
【００２９】
この吸着期間に吸着促進の周波数域の音波が容器内に印加され、放出期間に放出促進の周波数域の音波が容器内に印加される。よって、特定気体と分離された特定気体以外の気体の濃度が上昇した原気体が得られる。
【００３０】
また、上述した振動発生装置として、音響装置、カルマン渦による振動装置、機械的振動板による振動装置、ピエゾフィルム及びピエゾ効果を用いた振動装置、又はこれらを組み合わせた装置、あるいは共振装置を組み合わせた装置等が推奨される。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態を図面を用いて説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の気体の吸着方法及び気体の放出方法が適用された第１実施形態の気体の分離濃縮装置の概略構成を示す模式図である。この第１実施形態の気体の分離濃縮装置においては、原気体としての空気中に存在する特定気体としての窒素を吸着物質に吸着させることによって、結果的に酸素の含有率が高い空気を取出して、例えば液体酸素製造装置等の酸素使用設備へ供給する。
【００３２】
図１において、コンプレッサー１は大気中の空気ａを取込んで例えば４０ｋＰａまで圧縮して、供給導管２及び供給バルブ３を介して円筒形状の容器４へ供給する。コンプレッサー１から供給される空気ａの圧力は例えば４０ｋＰａに維持されている。高圧に耐える容器４内には、吸着物質５が複数層に亘って収納されている。この実施形態装置においては、特定気体としての空気中の窒素（窒素分子Ｎ２）を主に吸着するゼオライト（沸石）を吸着物質５として採用している。
【００３３】
この容器４内における上方位置に振動発生装置の一種である音響装置としてのスピーカ６が配設されている。このスピーカ６の下面と上面とを同一気圧に維持してスピーカ６の破損を防止するために、スピーカ６の下面と上面とを連通する連通管７が設けられている。
【００３４】
容器４の側壁の上部位置に導管８の一端が取付けられ、導管８の他端は、酸素使用設備１２に接続された出力管９と、窒素使用設備４６に接続された排気管１０ａと、大気に連通する排気管１０ｂとに分岐されている。出力管９には出力バルブ１１が取付けられ、排気管１０ａには排気バルブ１３ａが取付けられ、他方の排気管１０ｂには排気バルブ１３ｂが取付けられている。
【００３５】
そして、供給バルブ３（Ｖ１）、排気バルブ１３ａ（Ｖ２）、排気バルブ１３ｂ（Ｖ４）、出力バルブ１１（Ｖ３）は、それぞれ電磁バルブで構成されており、各バルブ３、１３ａ、１３ｂ、１１の開閉はバルブ開閉駆動部１４で一括して制御される。各バルブ３、１３ａ、１３ｂ、１１は通電されたときのみ開き、通電されない状態では閉鎖状態を維持する。また、コンプレッサー１は、コンプレッサー駆動部１５からの駆動信号にて駆動制御される。
【００３６】
信号発生器１６は、コンピュータからなる制御装置１７からの指示に基づいて、吸着促進の周波数域内の一つの周波数Ｆ１である１ｋＨｚの信号、又は放出促進の周波数域内の一つの周波数Ｆ２である３００Ｈｚの信号を生成して、増幅器１８へ送出する。なお、吸着促進の１ｋＨｚの周波数Ｆ１及び放出促進の３００Ｈｚの周波数Ｆ２は実験的に求めた値である。増幅器１８は、入力された各信号を増幅してそれぞれ音波信号として、スピーカ６へ印加する。スピーカ６は、印加された１ｋＨｚの音波信号又は３００Ｈｚの音波信号を、それぞれ、１ｋＨｚの振動としての音波又は３００Ｈｚの振動としての音波として出力する。
【００３７】
前記コンピュータからなる制御装置１７は、信号発生器１６へ周波数Ｆ１、Ｆ２の出力指示を送出するとともに、バルブ開閉駆動部１４へ各バルブ３、１３ａ、１３ｂ、１１に対する開閉信号を送出する。さらに、制御装置１７はコンプレッサー駆動部１５を介してコンプレッサー１を運転制御する。
【００３８】
そして、制御装置１７は、図２に示すタイムチャートに従って、各バルブ３、１３ａ、１３ｂ、１１を開閉制御し、容器４内に印加する音波の印加タイミング及び音波の周波数を制御する。
【００３９】
制御装置１７は、電源投入されると、コンプレッサー駆動部１５を介してコンプレッサー１を起動して、コンプレッサー１から供給管２へ供給される空気ａの圧力を例えば４０ｋＰａに維持させておく。この状態においては、各バルブ３、１３ａ、１３ｂ、１１は閉鎖状態を維持している。また、この状態においては、容器４内の圧力は大気圧（＝９．８ｋＰａ）である。
【００４０】
空気ａの圧力が４０ｋＰａに維持された状態において、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間Ｔ１だけ供給バルブ３を開放する。その結果、４０ｋＰａの空気ａが容器４内に充填され、容器４内の圧力は９．８ｋＰａから４０ｋＰａの初期圧力まで上昇する。また、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの吸着期間Ｔ２だけ、信号発生器１６を駆動して、吸着促進の周波数Ｆ１（＝１ｋＨｚ）の音波を容器４内の気体（空気）に印加する。したがって、この吸着期間Ｔ２に容器４内の空気ａに含まれる窒素（窒素分子）の一部がゼオライト（沸石）からなる吸着物質５に吸着される。この結果、容器４内の空気ａに含まれる窒素の含有率が低下するので、相対的に容器４内の空気ａに含まれる酸素の含有率が上昇する。
【００４１】
吸着期間Ｔ２が終了した時刻ｔ３から時刻ｔ４までの出力期間Ｔ３だけ出力バルブ１１を開放する。その結果、酸素の含有率が高い空気、すなわち酸素濃縮された空気が出力管９を介して、酸素使用設備１２へ出力される。
【００４２】
次に、出力期間Ｔ３が終了した時刻ｔ４から時刻ｔ５まで排気バルブ１３ａを開放して、容器４内と低圧状態の窒素使用設備４６内とを連通させ、容器４内の気圧を低下させる。さらに、出力期間Ｔ３が終了した時刻ｔ４から時刻ｔ５までの放出期間Ｔ４だけ信号発生器１６を駆動して、放出促進の周波数Ｆ２（＝３００Ｈｚ）の音波を容器４内の気体（空気）に印加する。したがって、この放出期間Ｔ４に容器４内の吸着物質５に吸着された状態の特定気体である窒素（窒素分子）が放出されて、排気バルブ１３ａを介して窒素使用設備４６内へ出力（排気）される。
【００４３】
放出期間Ｔ４が終了した時刻ｔ５から時刻ｔ６までの期間Ｔ５だけ、排気バルブ１３ｂ及び供給バルブ３を開放して、高圧の空気ａを容器４内へ供給して、この容器４内に残留している吸着物質５から放出された窒素を大量に含む空気を排気バルブ１３ｂを介して大気へ排気する。
【００４４】
以上で、容器４への空気取込から、酸素濃縮された空気の取出し、分離された窒素の取出し、及び残留空気の排出に至る一つのシーケンス処理が終了したので、時刻ｔ７以降、次のシーケンス処理を実施する。
【００４５】
このように構成された第１実施形態の気体の分離濃縮装置においては、吸着物質５を収納した容器４内においてコンプレッサー１から供給バルブ３を介して供給された高圧の空気に含まれる特定気体である窒素の一部は吸着期間Ｔ２内に吸着物質５に吸着される。この吸着期間Ｔ２において吸着促進の周波数Ｆ１（＝１ｋＨｚ）の音波が印加されているので、より大量の窒素が吸着物質５に吸着される。
【００４６】
そして、この窒素の一部が吸着され、窒素以外の気体である酸素の含有率が上昇した空気が出力バルブ１１を介して酸素使用設備１２へ送出される。
【００４７】
その後、放出期間Ｔ４の間、排気バルブ１３ａが開放され、容器４内の気圧が低下するので、吸着物質５に吸着されている窒素が放出して容器４外の窒素使用設備４６へ排出される。この放出期間Ｔ４内に放出促進の周波数Ｆ２（＝３００Ｈｚ）の音波が印加されているので、より大量の窒素が吸着物質５から放出される。
【００４８】
（第２実施形態）
図３は本発明の第２実施形態に係わる気体の分離濃縮装置の概略構成を示す模式図である。図１に示すの第１実施形態の気体の分離濃縮装置と同一部分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明を省略する。
【００４９】
この第２実施形態の気体の分離濃縮装置においては、容器４内には、吸着促進又は放出促進のための振動としての音波を印加するためのスピーカ６の他に、吸着阻害又は放出阻害の音波を相殺するため振動としての音波を印加するためのスピーカ２５が設けられている。
【００５０】
さらに、吸着物質５が収納された容器４の内壁にこの容器４の気体に印加されている騒音を含めた広い周波数領域を有する振動としての音波を検出するマイク２０が取付けられている。このマイク２０で検出された広い周波数領域を有する音信号は信号抽出器２２へ入力される。
【００５１】
この信号抽出器２２は、入力された音信号のうちのコンピュータからなる制御装置１７ａから指定された、吸着を阻害する音波の周波数Ｆ２（＝３００Ｈｚ）、又は放出を阻害する音波の周波数Ｆ１（＝１ｋＨｚ）を有する信号成分を阻害信号として抽出して、次の位相反転部２３へ送出する。位相反転部２３は、入力された阻害信号の位相を１８０°反転して増幅器２４へ送出する。
【００５２】
増幅器２４は、入力された位相反転された阻害信号の信号レベルをマイク２０で検出された阻害信号の信号レベルに調整して、スピーカ２５へ送出する。スピーカ２５は、入力された位相反転された阻害信号を音波に変換して、容器４内へ印加する。
その結果、容器４内の存在している阻害音は、スピーカ２５から印加された１８０°位相反転された阻害音と相殺される。
【００５３】
そして、制御部１７ａは、第１実施形態の気体の分離濃縮装置における制御装置１７と同様に、図２に示すタイムチャートに従って、各バルブ３、１３ａ、１３ｂ、１１を開閉制御し、信号発生器１６及びスピーカ６を用いて容器４内に印加する音波の印加タイミング及び音波の周波数を制御する。
【００５４】
さらに、この第２実施形態の気体の分離濃縮装置における制御装置１７ａは、図２のタイムチャートにおける時刻ｔ１から時刻ｔ３までの窒素を吸着物質５に吸着させている吸着期間Ｔ２において、吸着を阻害する音波の周波数Ｆ２（＝３００Ｈｚ）を信号抽出部２２へ印加する。したがって、この吸着期間Ｔ２において容器４内の空気に雑音として印加されている吸着を阻害する音波は相殺されて、そのレベルは大幅に低下する。よって、吸着期間Ｔ２において、窒素が吸着物質５により効率的に吸着される。
【００５５】
さらに、制御装置１７ａは、図２のタイムチャートにおける時刻ｔ４から時刻ｔ５までの窒素を吸着物質５から放出させている放出期間Ｔ４において、放出を阻害する音波の周波数Ｆ１（＝１ｋＨｚ）を信号抽出部２２へ印加する。したがって、この放出期間Ｔ４において容器４内の空気に雑音として印加されている放出を阻害する音波は相殺されて、そのレベルは大幅に低下する。よって、放出期間Ｔ４において、窒素が吸着物質５からより効率的に放出される。
【００５６】
（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態に係わる気体の分離濃縮装置の概略構成を示す模式図である。図１に示す第１実施形態の気体の分離濃縮装置と同一部分には同一符号を付して重複する部分の詳細説明を省略する。
【００５７】
この第３実施形態の気体の分離濃縮装置においては、容器４内には、吸着促進又は放出促進のための音波を印加するためのスピーカ６の代わりに、複数層に亘って収納された各吸着物質５の隣接位置に、それぞれピエゾフィルム４５が配設されている。各ピエゾフィルム４５には、第１実施形態の気体の分離濃縮装置と同様に、信号発生器１６から、吸着促進の周波数Ｆ１である１ｋＨｚの信号、又は放出促進の周波数Ｆ２である３００Ｈｚの信号が、増幅器４６で増幅されて印加される。
【００５８】
各ピエゾフィルム４５は、信号が印加されると、信号が有する周波数で振動するので、吸着促進の周波数Ｆ１（＝１ｋＨｚ）の振動、又は放出促進の周波数Ｆ２（＝３００Ｈｚ）の振動を容器４内の気体（空気）に印加する。各振動を印加する期間（タイミング）は、図１に示すの第１実施形態の気体の分離濃縮装置と同じである。
【００５９】
したがって、図１に示す第１実施形態の気体の分離濃縮装置とほぼ同様の作用効果を奏することが可能である。
【００６０】
なお、本発明は上述した第１、第２、第３実施形態に限定するものではない。第１、第２、第３実施形態の気体の分離濃縮装置においては、特定気体としての窒素を吸収物質５に吸着させる気体の吸着装置と、特定気体としての窒素を吸収物質５から放出させる気体の放出装置とを１台の気体の分離濃縮装置に組込んだが、気体の吸着装置と気体の放出装置とを個別の装置として分離することも可能である。
【００６１】
さらに、第１、第２、第３実施形態の気体の分離濃縮装置においては、特定気体として窒素を採用し、吸収物質５としてゼオライトを採用したが、特にこの組合せに限定されることはない。吸着目標の特定気体が定まれば、この特定気体を吸着する物理的特性を有した吸着物質５を採用すればよい。この場合、吸着を促進する音波（振動）の周波数Ｆ１、及び放出を促進する音波（振動）の周波数Ｆ２を実験的に求めればよい。
【００６２】
例えば、二酸化炭素（ＣＯ２）やメタンに対しては吸着物質として活性炭を採用し、水や水素（Ｈ２）に対してはゼオライト以外の吸着物質としてシリカゲルやカーボンナノチューブや水素吸着金属粉末等を採用すればよい。
【００６３】
さらに、第１、第２、第３実施形態の気体の分離濃縮装置においては、特定気体として窒素を採用し、原気体として空気を採用した。しかし、原気体として、高炉ガス、コークス炉ガス等の排ガスを採用し、この排ガスから、水素（Ｈ２）、炭酸ガス（ＣＯ２）、アルコール分等の回収（濃縮）を図ることができる。
【００６４】
（確認試験）
発明者は、上述した各実施形態の効果を確認するために、図５に示す実験装置を用いて、吸着物質に対する気体の吸着実験、及び吸着物質からの気体の放出実験を実施した。
【００６５】
この実験装置においては、ゼオライトからなる吸着物質３１を収納した容器３２内の上部位置に振動ととしての音波を与えるためのスピーカ３３が取付けられている。このスピーカ３３は発振器３４から増幅器３５を介して入力された音波信号を音波に変換して容器３２内の気体（窒素Ｎ２単体又は窒素を含有する空気）に振動を印加する。さらに、吸着物質３１を収納しないサブタンク３５及び高圧の窒素又は空気が充填されたガスボンベ３６が設けられている。
【００６６】
ガスボンベ３６から窒素単体又は窒素を含有する空気が減圧弁３７で減圧されて、バルブ３８を介してサブタンク３５へ供給され、サブタンク３５からバルブ３９を介して容器３２へ供給される。容器３２内の窒素単体又は窒素を含有する空気はバルブ３９、４０を介して大気中に排気される。容器３２内及びサブタンク３５内の圧力はそれぞれ圧力計４１、４２で測定される。さらに、容器３２内及びサブタンク３５内の温度はそれぞれ温度計４３、４４で測定される。
【００６７】
このような構成の試験装置において、次の測定条件で容器３２内における気体（窒素）の吸着物質３１（ゼオライト）に対する吸着量及び放出量の計時変化の測定を実施した。
【００６８】
被吸着気体（ガスボンベに充填）…純度９９．９９％の窒素、空気中の窒素
印加音波の周波数…印加無し、２０Ｈｚ、３００Ｈｚ、１ｋＨｚ、２０ｋＨｚ
目標初期圧力…１８ｋＰａ、３０ｋＰａ、４８ｋＰａ、６０ｋＰａ
吸着物質の充填率…８０％（体積比）
吸着測定時間…４０分（２４００秒）
放出測定時間…２０分（１２００秒）
そして、上述した測定条件毎に次の手順で測定を実施した。
【００６９】
（１）各バルブ３８、３９、４０を閉じる
（２）ガスボンベ３６の減圧弁３７を一つの測定条件の圧力に設定
（３）バルブ３８を開けて被吸着気体（窒素又は空気）をガスボンベ３６からサブタンク３５に導入
（４）サブタンク３８内の圧力が安定したことの確認後バルブ３８を閉じる
（５）発振器３４を起動して、測定条件の周波数の音波の印加を開始する
（６）容器３２内の圧力、及び温度の計測を開始する
（７）バルブ３９を５秒間開放して、容器３２内に被吸着気体（窒素又は空気）を供給した後、バルブ３９を閉じる
（８）吸着試験験時間（２４００秒）の終了後、各バルブ３９、４０を開放して容器３２及びサブタンク３５内の圧力を大気圧まで低下させる
（９）放出試験時間（１２００秒）経過後、各バルブ３９、４０を閉鎖する
（１０）音波の印加を停止する。
【００７０】
次に、測定された容器３２内の圧力Ｐから吸着物質３１に吸着された被吸着気体（窒素）の吸着量Ｑの算出方法を説明する。密閉された容器３２内で窒素が吸着されると、容器３２内の圧力Ｐが吸着量Ｑに対応する分だけ低下するので、その圧力低下分から吸着量Ｑを算出することが可能である。吸着開始時点（時間ｔ＝０）の圧力（初期圧力）をＰ（０）、時間ｔ経過後の圧力をＰ（ｔ）とすると、時間ｔ経過後の吸着量Ｑ（ｔ）は下式で示される。
【００７１】
Ｑ（ｔ）＝［Ｐ（０）―Ｐ（ｔ）］ｖ／ＲＴ　ｍｏｌ
となる。ここで、ｖ：被吸着気体の容積、Ｒ：気体定数（＝８．３１４３Ｊ／（Ｋ・ｍｏｌ））、Ｔ：温度である。
【００７２】
以下、測定結果を図面を用いて説明する。
図６は、初期圧力Ｐ（０）が約４８ｋＰａ、吸着物質３１の容器３２に対する充填率が８０％における印加振動（音波）の印加周波数条件（印加無し、２０Ｈｚ、３００Ｈｚ、１ｋＨｚ、２０ｋＨｚ）をパラメータとした、吸着時の容器３２内の圧力Ｐ（ｔ）の期間変化を示す図である。印加無しを含めて何れの印加周波数条件においても、吸着開始直後から約１０秒間は圧力が大きく減少し、それ以降は、ほぼ一定の割合で減少する。図７は、図６の吸着直後から２００秒間を拡大したグラフである。
【００７３】
この圧力低下分から、前述した変換式を用いて算出した窒素の吸着量Ｑ（ｔ）の時間変化特性を図８及び図９に示す。この吸着量Ｑ（ｔ）の時間変化特性でも理解できるように、吸着開始直後は、非常に吸着量Ｑが大きいが、約２０秒経過以降は、ほぼ一定の割合で増加している。
【００７４】
表１に単位時間当たりの吸着量（吸着速度）の推移を示す。
【００７５】
【表１】
2004089774.tif 000003
【００７６】
この表１からも理解できるように、例えば、振動（音波）を印加しない場合、吸着開始後１０秒経過した時点では単位時間当たりの吸着量Ｑは４．１４×１０−２ｃｃ／ｓｅｃ／ｃｃであるのに対し、１８００〜２４００秒経過した時点では単位時間当たりの吸着量Ｑは４．０７×１０−４ｃｃ／ｓｅｃ／ｃｃと２桁低下する。印加する振動（音波）の周波数に関しては、２０Ｈｚ、３０００Ｈｚの低い周波数域では吸着量を減少させる効果を、１ｋＨｚ、２０ｋＨｚの高い周波数域では吸着量を増加させる効果を示している。
【００７７】
容器３２に最初に供給する被吸収気体（窒素）の初期圧力Ｐ（０）を１８ｋＰａ、３０ｋＰａ、４８ｋＰａ、６０ｋＰａに変更した場合における各吸着量Ｑを計測した結果を図１０に示す。この図１０においては、最も吸着を促進する効果のある周波数Ｆ１（＝１ｋＨｚ）の振動（音波）を印加した場合と、最も吸着を抑制する効果のある周波数Ｆ２（＝３００Ｈｚ）の振動（音波）を印加した場合とを、振動（音波）を印加しない場合と共に示す。
【００７８】
図１１は、吸着終了後に、バルブ４０を開放して、容器３２及びサブタンク３５内の圧力を大気圧まで低下させる放出期間において、吸着物質３１から放出された被吸収気体（窒素）の積算放出量の測定された時間変化を示す図である。この図でも理解できるように、周波数Ｆ２（＝３００Ｈｚ）の振動（音波）を印加した場合は、振動（音波）を印加しない場合に比較して、被吸収気体（窒素）を吸着物質３１から放出させる効果を３倍以上に大きく促進できることが確認できた。
【００７９】
図６〜図１１は容器３１内に窒素のみを供給した場合の実験結果であるが、多成分系である空気の場合について、吸着実験を実施し、空気中の窒素の吸着量を計測した。その結果を窒素のみを供給した場合の実験結果との対比で図１２に示す。
【００８０】
すなわち、図１２は容器３２内の気体（窒素単体、又は空気）に印加する振動（音波）の周波数と窒素の吸着量との関係を示す図である。窒素単体の場合、２０Ｈｚ、３００Ｈｚの低周波数の振動（音波）の印加により窒素の吸着量が減少し、１ｋＨｚ、２０ｋＨｚの低周波数の振動（音波）の印加により窒素の吸着量が増加することが確認できる。多成分系である空気の場合においても、窒素のみの単一成分と同様の傾向を示していることが確認できる。
【００８１】
このように、単体又は空気中に含まれる被吸収気体（窒素）を吸着物質３１に吸着させる吸着期間に、吸着を促進する周波数Ｆ１（＝１ｋＨｚ）の振動（音波）を容器３２内の気体に印加することにより吸着を促進でき、被吸収気体（窒素）を吸着物質３１から放出させる放出期間に、放出を促進する周波数Ｆ２（＝３００Ｈｚ）の振動（音波）を容器３２内の気体に印加することにより放出を促進できることが確認できた。
【００８２】
図１３は、容器３２内の圧力Ｐと吸着量Ｑとの関係を示す図である。中央の実線で示す吸着量特性Ｙ１が振動（音波）を印加しない条件を示し、上側の破線で示す吸着量特性Ｙ２が吸着を促進する周波数Ｆ１（＝１ｋＨｚ）の振動（音波）を印加した条件を示し、下側の一点鎖線で示す吸着量特性Ｙ３が放出を促進する周波数Ｆ２（＝３００Ｈｚ）の振動（音波）を印加した条件を示す。容器３２内における大気圧Ｐ０から規定量の吸着量ＱＳを得るために必要な圧力上昇量を、振動（音波）を印加しない条件の圧力上昇量（ＰＳ―Ｐ０）に比較して、周波数Ｆ１（＝１ｋＨｚ）の振動（音波）を印加した条件の圧力上昇量（ＰＡ―Ｐ０）まで大幅に抑制できる。
【００８３】
同様に、容器３２内における規定量の放出量を得るために必要な圧力降下量を、振動（音波）を印加しない条件の圧力降下量に比較して、周波数Ｆ２（＝３００ｋＨｚ）の振動（音波）を印加した条件の圧力降下量まで大幅に抑制できる。
【００８４】
したがって、容器３２の必要な圧力変化量を小さくできるので、例えば図１、図３におけるコンプレッサー１の電力消費量を大幅に節減できる。発明者の試算では、振動（音波）を印加しない場合の初期圧力２０、４０、６０ｋＰａを、振動（音波）を印加する場合に必要な場合の初期圧力１３、３３、５４ｋＰａまで低下でき、電力消費量は、それぞれ、５４、２１、１１％低減できる。
また、初期圧力２０、４０、６０ｋＰａを変更しない場合は、得られる吸着量をそれぞれ、３３、１５、９％増加できる。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の気体の吸着方法、気体の放出方法、気体の吸着装置、気体の放出装置、及び気体の分離濃縮装置においては、少ない費用で、従来の吸着物質の量や材料を変更することなく、設備の維持費（ランニングコスト）を節減でき、安価で効率的に特定気体に対する吸着、放出が実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の気体の吸着方法及び気体の放出方法が適用された第１実施形態に係わる気体の分離濃縮装置の概略構成を示す模式図
【図２】同第１実施形態の気体の分離濃縮装置の動作を示すタイムチャート
【図３】本発明の第２実施形態に係わる気体の分離濃縮装置の概略構成を示す模式図
【図４】本発明の第３実施形態に係わる気体の分離濃縮装置の概略構成を示す模式図
【図５】本発明の効果を確認するための試験装置の概略構成を示す模式図
【図６】容器内の圧力の時間変化を実験的に求めた図
【図７】図６の要部を拡大して示す図
【図８】窒素の吸着量の時間変化を実験的に求めた図
【図９】図８の要部を拡大して示す図
【図１０】窒素の吸着量と初期圧力との関係を実験的に求めた図
【図１１】窒素の放出量の時間変化を実験的に求めた図
【図１２】窒素の吸着量と印加された振動（音波）の周波数との関係を実験的に求めた図
【図１３】容器３２内の圧力Ｐと吸着量Ｑとの関係を示す図
【符号の説明】
１…コンプレッサー
２…供給管
３…供給バルブ
４…容器
５…吸着物質
６、２５…スピーカ
７…連通管
９…出力管
１０ａ、１０ｂ…排気管
１１…出力管
１２…酸素使用設備
１３ａ、１３ｂ…排気バルブ
１４…バルブ開閉駆動部
１５…コンプレッサー駆動部
１６…信号発生部
１７、１７ａ…制御部
２０…マイク
２２…信号抽出部
２３…位相反転部
４５…ピエゾフィルム
４６…窒素使用設備
【図１】
2004089774.tif 000004
【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】
2004089774.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
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