JPS6097019A - ガスの分離と合成の方法及びその装置 - Google Patents

ガスの分離と合成の方法及びその装置

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Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 一発ｊ目と釈對− 此の発明は、広く云えばガス又はペーパー状で行われる
分離及び触媒的化学反応に関し、特定の応用例を例示す
れば、廃熱回収に関連するガス分（３０） 離又は精製、燃焼用の酸素を既に圧縮し、予熱した状態
で作り出すこと、天然ガスの精製及び圧縮、水素同位元
素の分離、アンモニヤ又はメタノールの合成及びメタン
のスチーム改質がある。
先行技術 圧力スイング吸着によるガス分離は、混合がスを、その
中の易吸着性成分に働く吸着床に反復通して行われる。
此処で“スイング“という言葉は、圧力を周期的に変え
ること指す。がスの全圧力、即ちガス分圧の合計は、第
１の方向へ流れる間は増大し、逆方向に流れる間に減小
する。周知のＡ？ラメトリックポンプによる分離原理に
依れば、劣吸着性成分は全週期第１の方向へ移動し、他
方易吸着性成分は逆方向へ移動する。
圧力スイング吸着によるガス分離の従来法は、加圧した
ガスを方向弁を用いてコントロールしながら２つ又はそ
れ以上の吸着床へ交互に送る、他方他の床は生成ガスの
一部による逆流で低圧下にパージされる。此の従来法は
、供給ガスの圧縮エネルギーの多くが弁によって放散さ
れるので、機械的エネルギーを低効率で利用する欠点が
ある。
圧力スイング吸着ガス分離に対するもうひとつの通称名
は、′熱なし吸着“である。これは本発明で開示される
処の熱源又はヒートシンク（ｈｅａｔｓｉｎｋｓ）を熱
的に結合して圧力スイング吸着装置を改良する場合の好
ましい結果を否定するように思われる。
従来のガス分離プロセス（圧力スイング吸着、冷凍熱部
、膜透過を含めて）は機械的エネルギーで付勢されてい
る。空気分離のだめの多エネルギー消費性は、例えば固
体燃料のガス化のような、高温を利用するプロセスで酸
素濃縮空気を使用することに対する主な明害となってい
る。撥熱利用の効率よい空気分離プロセスが上記の阻害
を除くであろう。
成る二次的な熱的不良結果が従来の圧力スイング吸着ガ
ス分離装置では現われる。判；に外気との熱交換不良な
、吸着床を用いる装置の場合に現われる。悪結果は例え
ば吸着潜熱の蓄積及び放散が、圧力スイングに拮抗作用
する吸着床の温度スイングを生起することである。吸着
は高圧及び／又は低温で増大し、反対に低圧及び／又は
高温で低下する。
単−床の圧力スイング吸着床に関する装置の例は、米国
特許第３１２１６２５（ブロートン）、米国特許第３１
６４４５４　（ウィルソン）、米国特許４１９４８９２
　（ジョンズ他）、米国特許４２０７０８４　（ガード
ナー）及び米国特許４３５４８５９　（ケラー他）に示
されている。これらの例の多くは、機械的容量置換手段
を吸着床の一端又は両端に設けて、床内に周期的な流れ
と圧力変化を起こしている。ケラ−特許は機械的な容量
置換手段を吸着床の両端に設け、２つの容積置換手段は
不均等として、更に両者の間に特定の範囲の位相角度（
ｐｈａｓｅ　ａｎｇｌ・）を設けて用いることを述べて
いる。しかしどの例をとっても熱力学的再生機構乃至ヒ
ートポングサイクルを本願発明のように、圧力スイング
吸着グロセスに一体的に結合すること企画していない。
“復熱式パラメトリックポンゾ“として知られて（３３
） いる温度スイング＠着分熱プロセスはウィルヘルム氏に
よって液相分離の応用例について報告されている（Ｒ，
Ｈ，Ｗｉｌｈａｌｍ、Ａ、Ｗ、Ｒｌｃｅ及びＡ、Ｒ，Ｂ
ｅｎａｄｅｌｉｕｓ、Ｉｎｄ書Ｅｎｇ、Ｃｈｅｍ。
Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｇ　５，１４１．（１９６６）
）。
混合流体が冷却端と加熱端の間に強制的な温度勾配をつ
けて、吸着床中を周期的に往復流する。混合流体の熱容
量は、吸着材ペレットの熱サイクルを果す７ヒめ、吸着
材の熱容量に対して大きいものであった。
本発明は、熱的作用を結合して圧力スイング吸着分離を
行わせるため、オープンサイクル（ｏｐｅｎｃｙｃｌｅ
）として作用するように改変されたスターリングサイク
ル又は他の熱力学的再生サイクルへ、混合ガスを流すも
のと考えることが出来る。これは、クローズした作用容
室（ｗｏｒｋｌｎｇ　ｖｏｌｕｍｅ）をガス反応流体で
満たす従来のスターリングサイクル機とは、対照的であ
る。作用容室は熱及び冷空間を包含し、その容量は、位
相（ｐｈａｓｅ）　の外を往復動する機械的容量置換手
段によって変化（３４） する。熱再生器は流路の中にちって、熱空間と冷空間を
結んでいる。従来のスターリング機では、作用流体（ｗ
ｏｒｋｉｎｇ　ｆｌｕｉｄ）　の熱容量は、再生器の熱
容量に対して小さくシ、再生器の各点における温度スイ
ングが最小になるようにすることが４吐しいことでちっ
た。再生器の温度スイングは、再生器に非等温条件を生
じ、従来のスターリング型、１１誠に不可避な低能率を
もたらした。
容１置換手役の相外往復動は、再生器を通して作用流体
の周期的な流れを生起させる。周期的な圧力変化は熱又
は冷空間の各々へ流入するガスの加熱冷却を交互に行う
こと及び全反応容量を変化させることに関連している。
もし熱空間の容量変化が冷空間の容量変化に対して先行
する相をもっておれば、スターリング機はエンジンであ
る。反対に、熱空間の容量変化が冷空間の容量変化に比
べて後行するならば、スターリング機はヒートポンプ又
は冷凍機である。この種の機械の例としては、熱圧縮機
、プイルミール（Ｖｕｉｌｌｅｕｍｉ＠ｒ）熱付勢冷凍
機及びギフオード−マクマホン（Ｃ１ｆｆｎｒｄ−Ｊ！
ｃＭａｈｏｎ）ＦＥ力付勢冷凍機がある。。
極低温冷凍機として作動するスターリング型機械は、θ
着古生材料の熱容量が作用流体であるヘリウムガスの熱
容量に比べて非常に大きくなる極低温度では、機械性能
が低下する。米国特許３２６２、７７　（ネスビット）
に開示されている様に、有効熱容量は再生材料中に吸着
されているヘリウムの存在によって向上するので、固体
吸着材は２０度に以下で作動する熱再生器の性能を改良
することが出来る。ネスビット氏が考えた安定作＠争件
下では、吸着されたヘリウム相は、がス分離や精製プロ
セスの要求条件と違って、殆ど静止（ｓｔａｔｉｃ）シ
ている。周期的に吸着、脱着が、かなりの速度で行われ
ると吸着潜熱を放出、吸収することになり、スターリン
グ型冷凍機の熱的再生性能を低下させる。ネスビツ！？
許を成功的に害施する条件（ｄ１再生器中の吸着剤に与
える温度スイング効果を阻止することで、周期的な圧力
スイング吸着と脱着を事実上打消し合わせることであり
、更に液体ヘリウムを吸着剤細孔に毛細管凝縮させ、吸
着質で満たされた細孔からの脱着を抑止する圧力ヒステ
リシス効果を生ぜしめることで抑制する。
高速の反応操作は周期的吸脱着を抑える傾向をもつであ
ろう。
ブライトンの特許では、急速な解離を行うガス、例えば
四酸化窒素を反応流体として用いること、またスターリ
ング・クローズドサイクルエンジンが米国特許３３７０
４２０　（ジョンソン）で提案されている。解離と再結
合反応が熱空間でのガス容量を増加させ、エンジンの作
用効率を改良する。
解離したガスを作用流体として使用するスターリングエ
ンジンの再生器の中に触媒を置くことが米国特許３８７
１１７９（ブライド）で提案され、高効率のクローズド
・スターリングエンジンにおいて反応速度を高めること
を目的としている。これらの発明では、正方向反応は、
反応生成物がエンジン中の空間に留置されるので、各サ
イクルにおいて逆反応によって正確に打消される。反応
平衡を破る手段がないので、これらの発明は化学合（３
７） 成プロセスに応用することは出来ない。従ってこれ迄、
発熱型化学合成反応から熱を回収し、吸熱型反応に熱を
供給する、他方反応中のガスをスターリングエンジンの
作用流体として使用する目的に、クローズド・スターリ
ングサイクルを採用することは出来なかった。
化学プロセス工業の基本的な問題として、例えば反応生
成物を除去すること及び触媒床から発生する反応熱を除
くことがある。高温にすれば反応速度は向上するが、発
熱反応の平衡をより低い変化率の方へ動かす、これらの
問題及び従来の解決策は化学プロセス上重要である。
アンモニヤ合成の例によって説明する。この反応は発熱
反応で下記の通シ ３Ｈ１＋Ｎｔ→２ＮＨ３ この反応は、鉄触媒で促進されるが、２００気圧、７５
０度にの圧力と温度が代表的な反応の生起する条件であ
る。水素と窒素ガスは厳しく精製される（アンモニヤ合
成系では非反応性であるアルゴン、メタンの様な不活性
ガスは少量でも除去（３８） しておく）そして反応圧力に圧縮する。生成物を除去し
更に触媒層上の合成反応を平衡状態から外すために、反
応中のガス及び生成アンモニヤの混合物を、高温の触媒
層と低温のアンモニヤ分離器／コンデンサーの間を循環
する。この循環には循環コンプレッサーと復熱式熱交換
器を必要とする。
発熱反応から触媒を過度に加熱することを防止するため
、温度コントロールを、低温の供給ガスを吹き込んで冷
却するか、又は外部へ除熱するための熱交換を行って、
実施する。アンモニヤ合成に対するブライトン（Ｂｒａ
ｙｔｏｎ）サイクルがスタービンによる熱回収方法は、
米国特許４２２４２９９（パーパー他）及び４２７３７
４３　（バーパー他）に開示されている。合成系が非常
に高圧で操業されていなければ、冷凍プラントが合成系
の冷却端で液体アンモニヤを凝縮させるのに必要である
。合成系に蓄積した不活性分をパージし、此のノ千−ジ
ガスから価値ある水素を回収する手段が用意される。触
媒化学反応の生産性及び選択性を改良するために、供給
組成を周期的に変えたり、塩度を同期化することで周期
的な操業をすることが多くの研究で努力された。例えば
、（Ａ、Ｋ。
ジエイン氏のウォータールー大学、在トロント、の学位
論文）では、数分の周期で強制的に供給ガスの組成を周
期化することでアンモニヤ合成反応の生産性を高めるこ
とが述べられている。しかしニッケル触媒を用いたエチ
レン水添反応では、反力と流量をパルス化することは、
ベイカー氏他（Ａ。ペイカー、Ｗ、リヒヤルツ、　Ｃｈ
ｅｒｉ、　Ｉｎｇ。
Ｔｅｃｈ、　４８．１２０３．　（１９７６））で試験
されたが、触媒の生産性は一定操業に比べて低下した。
又多くの場合、周期的反応条件の変化は実験室条件では
、反応の生産性や選択性を改良するが、周期的反応条件
の変化に基く週期的現象を広範囲に探索出来るフルスケ
ール反応器が必要となる問題が残る。
幾つかの触媒反応については、正常な平衡制約を越えて
、移動させるために、クロマトグラフが有効であるとと
か、連続的に流れるキャリヤーがス（これは第２の反応
ガスであってもよいが）の存在下に触媒層を通って、脈
動化された供給反応ガスが移動する間、逆反広が生成物
の分解のために抑えられている場合について、発見され
た。クロマトグラフ反応器は、米国特許２９７６１３２
（デンビデイ９モルガン）とカナダ特許、ｇ　６３１８
８２（マギー）に開示されている。アンガー氏とリンカ
−氏は、（Ｂ。アンガー、Ｒ。リンカ−Ｉ　ｎｄ、　Ｅ
ｎｇ、　Ｃｈｅｍ、　、　Ｆｕｎｄａｍ、　；１！’；
、２２６　（１９７６））は、アンモニヤ合或は、窒素
を、水素をキャリヤーガスとして、吸着剤を混合した触
媒の充填１を通して、脈動化することに鋭って、比較的
低圧で平衡を越えて高変化率へなし得ることを発見し友
。
しかしこれらのクロマトグラフ反応器には、供給ノ４ル
ス間の間隔のための触媒の低生妾性及びキャリヤーガス
の中に希薄に生成物が混合すること等の大きな制限がち
る１ クローズドサイクルのスターリング機構、エネルギーを
熱的及び機械的形態の間で変換するだめの装置としてだ
け発展されて来たのであって、スターリング機の内部で
は、圧力、温度、速度が時間と部位よって連続的に変化
するという内部的複（４１） 帷性が、本発明の開示するように、作用流体成分間のガ
ス分離又は化学反応にとって有効であることは、これ迄
知られていなかった。
発明の要約 本発明は、ガス分離及びガス状化学反応の収率を改善し
、同時に従来技術のプロセスに含まれるエネルギー消費
性と複雑性を解消することの出来るガス分離及びガス状
化学反応のための方法と装置を提供し、先行技術の雅点
と不利益を軽減するものである。更に本発明の装置は、
比較的簡単な装置でちって、ガス流に対する機械的バル
ブ、熱移動プロセス及び高圧ガスを低圧へスロットル（
ｔｈｒｏｔｔｌｅ）機構を著しく軽減している。従って
プラントの建設と維持を簡単化する特徴を有する。更に
、本発明は、吸着床に望ましい流れと圧力特性をもたら
すことが知られている周知のスターリングサイクル又は
類（ＪＪの熱的再生サイクルを利用するものである。更
に、本発明はがス分報を向上するために、スターリング
サイクル機で認められている温度勾配を利用する。
（４２） 本発明は、吸着床に圧力スイングをかけて、スターリン
グサイクル機によって発生する瀉吠勾配又は熱的傾斜を
維持する熱再生器を、咳床に重畳した（ｓｕｐｅｒ−Ｉ
ｍｐｏｓｅ）形でガス分離を行う様改良したプロセスと
考えることが出来る。他言すれば、スターリングサイク
ル機の熱再生器と共働させるため、スターリングサイク
ルの中に１つ又は２以上のガスを吸着する吸着床を設け
るに当り、通常はクローズドされているスターリングサ
イクルに、ガスの出入を許す出入口を設ける改良を加え
たプロセスと本発明を考えることが出来る１゜本発明の
プロセスの適用は、混合ガス中の第１の成分は、易吸着
性であり、第２の成分は劣吸着性である両成分を分離す
ることである。プロセスのステップは、先づ吸着材を内
臓している吸着層中にガス流路を形成している作用容室
に混合ガスを導入すること、そして流路の両端間をンテ
スが往復流するように、ガス流路に沿って混合ガスの流
れ方向を周期的に反転さ亡ること。
本発明のプロセスは、作用（２）室の中で圧力の上下限
の範囲で混合ガスの全圧を周期的に変え、同時に吸着床
に関係する周期的な圧力変化と流れの反転の間の位相関
係を適正に保つ、即ちガス流がある方向の時に、ガスの
第１成分が優先的に吸着され、吸着床にか＼る圧力が増
加するにつれて固定化され、次いで圧力が減少し流れが
反転すると第１成分は優先的に脱着する様にする。本発
明の方法は第１ガスの分圧が犬となった第１部分を吸着
床のひとつの端部の近傍から゛取シ出すこと、そして、
吸着床の対向端部の近傍から第１ガス成分を失った第２
ガス部分を取り出すことを包含する。
本発明プロセスは、吸着床と組合った熱再生器をガス流
路中に設けて、吸着剤／再生器結合体を作シ出すこと、
更に此の再生結合体の両端近傍に第１及び第２の空間を
設けることに特徴がある。此の２つの空間は、違った温
度にあり、結合床を熱的勾配状態におく　（ｅｘｐｏｓ
ｅ）。本発明の方法は、再生結合床と第１．第２の空間
を通過させ、ガス流を流路に沿って移動させて、ガス流
に温度、圧力、方向の周期的反転を起こし、ガス分離を
促進し、他方熱的エネルギーと機械的エネルギーの間の
転換を果すことを包含する。
本発明の装置は、第１及び第２空間を包含する内部的作
用（容）室を具備した本体（ｂｏｄｙ）、第１空間と第
２空間を内部的に結ぶガス流路、上記空間の間の流路中
に設けた吸着材内蔵の吸着床の作用による混合ガスの成
分への分離のためのものである。本発明の装置は混合ガ
スを作用（容）室へ導く入口手段、吸着床の対向端から
ガスを放出する出口手段及び第１、第２空間゛に連らな
る容量置換手段を有し、往復動手段は容量置換手段と共
働して、全圧力の周期的変化とガスの流れの周期的反転
を実行する。又往復動手段は、ガス圧力の周期的変化と
吸着床を通るガス流の方向の間の位相関係（ｐｈａｓｅ
　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ）を；吸着床を過ぎてから
流路の一端迄の圧力低減領域の流れは第１の易吸着性成
分に富み、吸着床を過ぎてから流路の対向端へ至る圧力
増大領域の逆流は第１の易吸着性成分に欠けているよう
に保つ。本発明の装置は更に吸着床と組合った熱再生器
によって吸着剤／（４５） 再生帰結合体を形成し、これが流路に沿って流れるガス
流のためのスペースのがかに設けられていることで特徴
づけられる。２つの空間は違った温度にあシ再生器結合
体を熱勾配状態におき、ガス流に温度、圧力、流れ方向
の周期的反転を起こさせ、更に上記のガスの第１部分、
第２部分への分離を促進する。
本発明の方法は、ガスを含む内部作用（容）室が第１、
第２空間を包含し、熱再生器を雨空間の間に設けた改良
スターリングサイクル機を運転することに関する。第１
と第２の空間は違った温度にあり、再生器を温度勾配状
態におく。又本発明の方法はがス流の方向が流路の両端
の間で往復法するように流路に沿ってガス流の方向を周
期的に反転させることを包含する。又本発明の方法は、
熱再生器に関連して周期的圧力変化と周期的流れの反転
の間に相関停が保たれるように作用（容）室の中の上限
と下限圧力の間でガス圧力を周期的に変えることを包含
する。本発明の方法は２つの空間の間に吸着剤を内蔵し
、熱再生器と組合つ゛た吸着床を（４６） 設け、吸着剤／再生器結合体を形成することを特徴とす
る。本発明の方法は、作用（容）室へ、易吸着性の第１
成分と劣ｇ＆着性の第２成分を含有する混合ガスを導入
することを包含する。同時に、再生器結合体について周
期的圧力変化と周期的流れの反転の間の位相関係を保つ
ことによって、第１成分は、ある方向へのガス流の有す
る圧力の増大のため、優先的に吸着剤に吸着され固定化
される。
本発明の方法は、再生結合体の一端からガス第１成分に
富んだ第１ガス部分を取り出し、再生結合体の他端から
ガス第１成分を欠いた第２ガス部分を取シ出すことを包
含する。
本発明の装置は、改良スターリングサイクル機械に類似
し、第１、第２空間を包含する内部的作用的）室を具備
する本体、第１空間と第２空間の間を内部的に結合する
ガス流路及び第１、第２空間の間の流路に設けた熱再生
器を包含する。第１空間と第２空間は違つ／こ温度にあ
シ再生器を熱勾配状態におく、又本発明の装置は第１空
間と第２空間に各々連通する第１と第２の容量置換手段
を包含する。往復動手段は第１．第２の容量置換手段と
共働し、第１と第２容量置換手段と同一頻度で往復動し
、全圧力とガス流方向の周期的変化を果すようにする。
往復動手段は、ガス圧力の周期的変化と再生器を通すガ
ス流の方向の間の位相角度（ｐｈａｓｅ　ａｎｇｌｅ）
　を決める。本発明の装置は、吸着剤を含有する吸着床
とこれに組合う熱再生器によって第１空間と第２空間の
間に吸着剤／再生器結合体を形成することに特徴を有す
る。又ガスは易吸着性の第１ガス成分と劣吸着性の第２
ガス成分から成る混合ガスである。本発明の装置は、混
合ガスを作用（容）室に導入する入口手段と再生器結合
体の対向側端部からガスを放出する手段を包含する。往
復動手段はガス流に圧力と流れ方向の周期的変化を起し
、再生器結合体を過ぎてからガス流路の一端に至る迄は
、第１ガス部分（ｆｒａｅｔ　１ｏｎ）　の低圧の流れ
で、易吸着成分に富み、出口パルプ手段によって放出さ
れる。又再生器を過ぎてから流路の反対端へ至る迄は、
第２ガス部分の高圧の流れで、易吸着成分に欠けている
。そして第２ガス部分は他の出口パルプ手段で流路から
外へ放出される。
上記から判るように、本発明は、熱勾配状態においた熱
再生器を利用するスターリングサイクル又は類似の熱力
学的再生サイクルへガス相分離プロセスを直接結合する
ことを成し遂げているのである。ガス分離は実質的に、
吸着剤／再生器を結合体の二重作用によって完遂される
。明細書中の“再生器結合体“という大葉は、上記の通
シ吸着剤／再生器の結合体を指す。吸着剤／再生器結合
体の二重作用は、選択的に吸着されたガス成分と周期的
圧力スイングによる再生器中の空隙スペースで発生する
局部的圧縮熱の両方に対して共通の貯蔵機能を持ってい
る。
易吸着性ガス成分に富み、ある熱温度にあるガスは、再
生器結合体の一端に到着し、他方劣吸着性成分に富んだ
ガスは、再生器の他端に到着する。
熱と易吸着性ガス成分の実質的移動方向は同一であり、
劣吸着性ガス成分は逆方向へ移動する。熱と機械的又は
圧縮エネルギーの間の変換が行われ（４９） る。
本発明のスターリング型機械は熱付勢エンジン又はヒー
トポンプ乃至冷凍機として役立てることが出来る。エン
ジンとして作用するときは、それはガス分離の働きをす
るに加えて有効な機械的乃至圧縮仕事をすることが出来
る。ヒートポンプ乃至冷凍機として作用するときは、ガ
ス分離を行うと共に有効な加熱又は冷却作用を果す。
前記のように、従来のスターリングエンジンには、熱再
生器の各点で非等温条件の故に起る非能率には不可避の
原因があった。これが従来の熱再生器の温度スイングと
なっていたが、本発明のエンジンの場合には、温度スイ
ングは軽減乃至除去され、放出される吸着熱（又は吸収
される脱着熱）は、鴫生器の各点にお−て殆ど等温条件
となることに寄与する。これは、周期的な熱の発生が、
従来のスターリングエンジン冷凍機で起っていた通常の
温度スイングを抑える能力を有する故である。
これは本発明のエンジン部分の有するユニークな利点で
あシ、ヒートポンプ又は冷凍機の場合には、（５０） 此の利点は認められない。この場合には、望ましくない
温度スイングを減少するための手段が必要である。
本発明はガス相反応へ適用出来るが、その多くは触媒に
よって促進される。発熱反応の場合には、反応熱は、内
部的にスターリングエンジンの運転を補助する。或いは
、十分な熱がスターリングエンジンに供給され、エンジ
ンと反応の両方を促進する。吸熱反応の場合には、スタ
ーリングエンジンゾが反応熱を内部的に供給する。成る
場合には、触媒を用いると触媒の生産性は圧力スイング
操作によって向上する。又、温度及びガス組成が周期的
に変ることの２次的効果を考えると、本発明の装置は、
触媒及び吸着床においてガスの圧力、流れ、組成を周期
的に変えている、従って成る触媒反応の生産性、変換率
及び選択率を改良するため、これらの条件変更を検討す
るには非常に好都合である。
化学的ガス相反応の分野では、本発明は触媒又は非触媒
反応と吸着床及びスターリング熱力学サイクルを一体化
したものである。吸着床は反応体と生成体を分離し、反
応を高反応率の方向へ動かす１、他方スターリングサイ
クルは発熱反応の熱を除去するか有効に利用する、又吸
熱反応には熱を供給する。発熱反応は先行相容量置換に
関係づけられた空間で生起し、吸熱反応は遅行相容量置
換に関係づけられた空間で生起する。
以下、添付図面に基いて詳細に本発明の好適な方法と装
置の幾つかを説明するが、本発明は記述し、例示した方
法と装置以外のものも表現する可能性を有するものであ
る。
詳細な開示 第１図 スターリングサイクル機１０には、付勢シリンダー１２
中を往復動する単動ピストン１１と容量置換用シリンダ
ー１４中を往復動する複動置換ピストン１３がちシ、付
勢シリンダー１２は、高圧ピストンシール１６でシール
された可変容量１５を閉持する。
移動置換用ピストン１３は、置換シリンダー１４の断面
積に対して小さな断面積を有する置換ロッド１７によっ
て駆動される。置換ロッド１７は高圧グランドシール１
８でシールされる。置換ピストン１３は置換シリンダー
１４の内容積を、グランドシール１Ｂの側の可変容量１
９と可変容量２０に分ける。可変容ｉ′１ｇは導管手段
２１によって可変容量１５へ連らなっている。可変容量
２０は膨張容量又はスターリング機の第１空間であり、
他方可変容量１５と１９の和が圧縮容量又は機械の第２
空間である。ピストン１３と１１は、各々、第１容量置
換手段と第２容量置換手段となり、第１空間２０及び第
２空間（１５及び１９）に接している。
可変容量２０は導管手段２４によって温度Ｔ１に保たれ
た第１熱交換器２５へ連らなっている。
そして第１熱交換器２５は導管手段２８によって熱再生
器２７へ連らなっている。可変容量１９は導管手段３０
によって温度Ｔ、に保たれた第２の熱交換器３２へ連ら
なっている。温度Ｔ、は多くの場合環境温度である。第
２熱交換器３２は導管（５３） 手段３３で熱再生器２７へ連らなっている。そして明ら
かに膨張容室又は第１空間、即ち容−１１ｒｔ２０及び
導管２４．２８の内部のガスは略温度Ｔ１に保たれ、他
方圧縮容室又は第２空間、即ち容量１５及び１９及び導
管３０，３３の内部のガスは略温度Ｔ２に維持される。
Ｔ１とＴ、の間の温度乃至熱的勾配は導管２８と３３へ
の結合部の間で再生器２７を通って維持されることは理
解出来るであろう。空間１５．１９及び２０．導管、関
連の熱交換器及び熱再生器が作用（容）室（ｗｏｒｋｉ
ｎｇｖｏｌｕｍｅ　）を含む装置内の流路を形成する。
熱交換器２５．３２は、シリンダーとは別に設けられて
いるが、従来のスターリングサイクル機の設計に従って
熱交換器のシリンダー壁内に埋め込むことも可能である
。
往復動手段３５はピストン１１と１３のロッド３６と１
７を結んで両ピストンが同一頻度で往復動し、膨張容室
の増大（縮小）が圧縮容室の増大（縮小）となるような
適正な相関係を保つ様にする。従って置換ピストン１３
の上昇運動は、圧力（５４） ピストン１１の上昇となる。スターリング機は、熱交換
器２５から熱交換板３２へ熱を移動する仕事をする。即
ち膨張空間から圧縮空間への実質的な熱の移動がある。
もしＴＩがＴ、より太きければ、再生器の第１端部４１
及び第２端部４２は各々、比較的熱い空間及び比較的冷
い空間に関連づけられている。この場合は機械がエンジ
ンとして働き、付勢ピストン１１に仕事を供与する。反
対にＴ、がＴ１よシ高いならば、端部４１と４２は比較
的冷い空間と熱い空間に関連づけられて、機械は付勢ピ
ストン１１から仕事を受容して、ヒートポンプ又は耐凍
機として働く。
従来のスターリングエンジンでは、その再生器に細かな
材料を詰め熱容量を高め表面積を拡大していた、そして
高能率熱伝導、低流体抵抗をもって再生器を通過するガ
スから熱を吸着し、貯蔵する様なって１／−１ｆＣ０本
発明ではその目的を達成するため、再生器２Ｔには吸着
剤３４が詰められ、ガス中の劣吸看性第２成分に対して
易ｅＣ着性第１成分を優先的に吸着する、そして、作用
圧力と温度の範囲で、圧力と温度は、ガス流反転と共に
、後記するように、周期的に変化する。
再生器は、表面吸着、バルク吸収、脱着のような収着機
能を果す収着剤の吸着床を包含する。吸着桐料は非吸着
材料と混合してもよいし、異種の吸着材料やその混合物
を、違った温度レベルで作用する４ＬＪに再生器内の区
域に分けて使用してもよい。或は、回生器内の材料をす
べて吸着剤として全体で蓄熱を行わせることも出来る。
第８図によって説明するように特定の用途については、
吸着剤の一部に混合ガスの反応に対する触媒作用持たせ
ることも出来る。又特にヒートポンプ乃至冷凍機の場合
には、固体制料の熱容量は反応流体の熱容量に対して大
きくなくて杜ならない。再生器と吸着床は共同して吸着
剤／再生器２７内を形成する、しかし本明細書では特に
断りなければ“再生器“　“吸着床“　“床“及び“再
生器２７内“という大葉を互摸して用いる。
吸着剤又は触媒の床（ｂｅｄ）は、ペレットを積み上げ
た床、樟維状又は粒子状材料であって熱容量を高ぐする
ため金属材料を混合したものであってもよい。又晒着剤
又は触媒材料は多複平行流路を有する均一レンガ集合体
で、周知のハニカム触媒支持体に類似の形態にしてもよ
い。吸着剤又は触媒材料に１１金属支持物又は触媒管壁
反応器でよく実施されるように金属熱交換表面に薄層で
結合させてもよい父母型材（ｍａｔｒｉｘ）に保有され
ている液体であってもよい。スターリング機再生器は、
高熱容量、すぐれた熱交換性のある広い内部面積、低圧
力ドロップ、低死点容積、熱冷端間の低熱伝導性という
相互不一致の性能目標を調和して達成するため各種の改
変を採用する。米国特許３２６２７７（ネスビット）に
関連して前記した圧力ヒステリシス問題を避けるため、
もし本発明が飽和圧力に近い蒸気で使用される場合、吸
着剤は細穴構造でおると共に毛管凝縮を避ける得る特グ
１ミを有するように選択すべきである。
本発明のスターリング機の作用流体は混合ガスで、他成
分よシ吸着剤３４に易吸着性の第１成分を含有するよう
なものである。混合ガスは入ロバ（５７） ルブ３９及び逆止弁４０を具備した入口導管３７を通し
て再生器２７へ導入される。第１及び第２出口バルブ４
３．４６は導管３３．２８へ各々通じている第１、第２
の出口導管４５．４８の中に設けられる。
スターリング機内の圧力は、混合ガスが再生器２７内を
導管２Ｂに向って、即ち膨張容室へ向って流れている間
、比較的高いので、混合ガス中の第１成分は優先的に吸
着される。ガスが導管３３に向って、即ち圧縮容室に向
って再生器２Ｔ内を流れている間ガス圧力は低下する、
それは第１成分がｉ＋ラメトリックに圧縮空間へ送られ
るからである。第１ガス部分又は第１成分に富む生成物
は床端４２の近傍の出口パルプ４３を通して導管３３か
ら外へ放出される。他方第２ガス部分又は第１成分に欠
けた生成物は、床端４１の近傍の出口パルプ４６を通し
て導管２８から放出される。第２ガス部分から再生器２
７への熱回収は所望により導管４８へ連らなる熱交換器
５０によって行うことが出来る。
（５８） 多くのガス精製への適用では、ガスの導入を図示のよう
に再生器２７の中間で行うことが望ま１２い。入ロパル
ブ３９から入った供給ガスは再生器２７の中の熱交換器
５２を通力、更に所望の供給注入点５４で逆止弁４０を
通る。出口バルブ４３及び逆止弁４０の位置は、スター
リング機の内部死点容積の全体を最小にするように定め
る。
もしパルプ４３．４６が開時、最小圧力像下の方向弁で
あれば、それらは圧力が内部と外部の導管をはさんで本
質的に・９ランスしている時だけ開く様にすべきである
。それは、・９ランスが悪い場合には、機械は作用せず
圧力スイングは発生しない。上記の制約条件に従って、
パルプは使用要求及び最適性能に沿って、パッチ、セミ
バッチ、連続方式で作動させることが出来る。もしバル
ブ４３と４６が高圧時において、開であれば、機械はそ
のガス流の圧縮時には仕事を供与するが、機械的仕事の
供与量（ｏｕｔｐｕｔ）は、対応して低下する。
バルブ制御手段５Ｔは供給ガスの適正なシーケンス導入
を行い、装置から生成ガスを分画して地出す（ｒｅｍｏ
ｖａｌ）ために設ける。破線で示し適切な結合は示して
いないが、必要ならばセンサーを設け、ガス濃度が導管
３３．２８で所望の濃度になった時だけ開く様にプログ
ラム化することが出来る。
もし出口バルブ４３がｊ」Σサイクル圧力時に開ならば
、装置から出る第１生成物分画は、高度に第１成分に富
んだものとなる。同様に、もし出口バルブ４６が最大サ
イクル圧力時に開ならば、装置から出る第２生成物分画
は高度に第１成分に欠けたものである。従って出口バル
ブ４６は、出口導管４８の圧力を外部調節する制御を受
ける簡単な逆止弁であればよい。又、入ロパルブ３９は
、入口導管３７の圧力を内部調節する制御を受ける簡単
な逆止弁であ才ｌげよい。出口バルブ４３は最小サイク
ル圧力時にピストン手段で開き、出口導管４５中の圧力
を外部制御する流量コントロールを受けて固定した相で
（ｉｎ　ｆｉｘ＠ｄ　ｐｈａｓｅ）機械的に作動される
ものでよい。
再生器の中央部で供給がスを注入することは、第１．第
２画成分の高度の精製を促進し得る。画成分の性質と目
標分離度に応じて、供給混合＞’７スを成る場合には（
例、空気の脱湿）、膨張容室の近傍で注入し、他の場合
（例、窒素の生産を行わず２と気から酸素を分離する）
には、圧縮容室の近傍で注入するのが更に都合よい。
スターリングサイクル機の基本的ノやラメ−ターは次の
通りである： （１）絶対温度Ｔ１とＴ、の比率； （２）圧縮及び膨張容室での容量置換の比率；（３）膨
張容室での正味の容量置換が圧縮容室での容を置換より
大きい（０乃至１８０°）ことに依る相差角Ｗ　（ｐｂ
ａｓｅ　ａｎｇｌｅ）０（４）反応容室内の全死点容積
の置換容積に対する比率。死点容積とけシリンダーの隙
間空間、導管、再生器の不充填部分（ｖｏｉｔｌａｇｅ
）、吸着剤の空隙を云う。
上記の７母ラメ−ターは、広範囲に変シ得るが、重要な
作用特性を決定する。例えば （６１） ／、）　轡械内部のフ食大、！・圧力の最小圧力に対す
る比率（ｂ）　再生器内の各点におけるガス流速度と圧
力との１川の相関係。
＜Ｃ）　再生器内でのガス粒子の周期的移動距離の再生
器の長さに対する比率。
此処で指摘すべきことは、第１図のスターリング機の往
復動手段３５又はざストン、駆動ｆ４構は詳細に記して
ないが、多くのスターリング用クランク機構及び自由ジ
ストンの形状は先行技術中に示されており、又それらは
本発明の実施において使用１〜得る３、同様に圧縮及び
膨張容室のに艮手段の他の代替手段は多数知られている
。例えばダイヤフラム又は液体ピスト〕／。付勢及びｔ
’ｔ、　喚作用ピストンは１つのシリンダーに収めても
よい３．圧縮及び膨張シリンダーを分離して設けること
で加ＩＥ及び置換作用ジストンと同等の作用をなすこと
が出来ろ。
圧縮及び膨張シリンダーを複合して多シリンダ−、復動
スターリング機とすること、が出来為。又再生器を置換
タイプの機械の置換ピストンの内部（６２） に設けるようにすることが出来る。本発明の目的に対し
ては、上記及び他の先行技術スターリング機の種々な改
変は同等である。
スターリングサイクルは、明らかに圧力とガス速度の両
方について周期的に変えることを包含しているが、圧力
スイング吸着分離のための好ましい範囲が本当に利用し
得るものかについては、全く明らかとは云えない。本発
明の一般的な論理的基礎は１圧力差のある（ｗｉ　ｔｈ
　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｅｘｔｒｅｍｅｓ）再生器のどの
地点にあっても流れ方向を相関づける定理（理想的なス
ターリング機で等温膨張と圧縮で完全な熱交換を抵抗な
しで行う）に見出される。周期圧力の最大値で、流れの
方向は再生器内のすべての点で圧縮容室から膨張容室へ
向うであろう。周期圧力の最小値で、流れ方向は膨張容
室から圧縮容室へ向うであろう。此の定理は理想スター
リングサイクル機について、温度比率、容量置換比率、
置換位相角度及び死点容積比率のすべてのパラメーター
について正しいのである。
従って、周期を完成する間に移動される熱量、即ち正味
熱量と優先的に吸着されたガス成分は、本発明の圧縮容
室即ち第２空間へ移動され、他方易吸着性ガス成分は、
膨張容室、即ち第１空間へ移動される。客室と空間の関
係は既に記した位相関係によって決定される。
作用 既に述べたように、スターリングサイクル機１０は、エ
ンジンとして、付勢ピストン１１から正味の仕事を取シ
出すこと、及び／又は再生器から放出されたガスから圧
縮仕事の一部を取シ出すことに役立てることが出来る。
又、ヒートポンプ又は冷凍機として、ピストン１１から
仕事を吸収する作用をさせることが出来る。上記の何れ
の態様で作用する場合でも、往復動手段３５は、吸着床
に関連する周期的圧力変化と周期的な流の反転の間の相
関係に調和を保ち、置換ピストン１３、即ち第１容量置
換手段によって置換されたガスの容積は付勢ピストン１
１、即ち第２容量置換手段によって置換されたガス容積
を上廻る（ｌｅａｄ）様にする。従って、容量置換手段
は、圧力と流れの反転の間の相関係を、第１空間、即ち
床の第１端近傍の周期的ガス容量置換が、第２空間即ち
床の反対端４２近傍の周期的ガス容量置換に対して先行
°　する置換相角度を有する様に調和する。これによシ
、全圧力の周期的変化と床を通る流れの反転が起夛、減
圧下に床を通ってガスの流路の一端へ向う第１のガス部
分（ｆｒａｃｔｉｏｎ）は第１の易吸着性成分に富み、
他方、増圧下に床を通って流路の反対端へ向う第２ｉｆ
ス部分は第１の易吸着性成分に欠けたものとなる。これ
は、ガス流が成る方向であるとき、第１成分は吸着床に
加わる増圧によシ優先的に吸着され固定化される。そし
て圧力が減小し、流れが反転する時第１成分は優先的に
脱着される。易吸着性の第１成分に富んだ第１ガス部分
は床の一端から取）出され、他方易吸着性の第１成分に
欠けた第２ガス部分は床の反対端から取シ出される。
本発明の装置がエンジンとして或はヒートポンプ又は冷
凍機として作用している時は、圧力と流れの周期の相は
、圧力が圧力サイクルの最大点で（６５） あれば、ガス流の方向は膨張容室、即ち可変容量２０へ
向っている。同様に、圧力が最小点であれば、ガス流の
方向は圧縮容室、即ち可変容量１５゜１９へ向っている
。又、スターリングエンジン又はポンプは完結周期（ｃ
ｏｍｐｌｅｔｅ　ｅｙｃｌａ）で成る特定の方向へ熱を
移動させる手段と考えることが出来る。これは熱の正味
の移動と天われる。本発明では、熱の正味の移動は優先
的に吸着した成分が流れる方向へ向って起っていること
、即ち圧縮容室、可変容室１５．１９の方向へ動いてい
ることが発見された。
要約すれば、本発明は熱と優先的吸着された成分を１つ
の方向へ移動させる、他方易吸着性のガス成分を温度又
は熱勾配を通って反対方向へ移動させるという二重の仕
事をしているのである。もし熱がよシ低い温度の方向に
移動するのでおれば、装置はエンジンとして作用する。
もし熱がよシ高い温度の方向へ移動しておれば、装置は
ヒートポンプ又は冷凍機である。プロセス的に云えば、
方法は、圧力が周期の略最大でおる時に、易吸着性（６
６） 成分に欠けた第２ガス部分を作用（容）室から除去する
こと及び圧力が周期の略最小である時、易吸着性成分に
富んだ第１ガス部分を除去することを包含している。第
１成分に富んだガス第１部分は第２空間近傍の再生器結
合体の第２端から除去される。第１成分に欠けたガス第
２部分は、第１空間近傍の再生器結合体の第１端から除
去される。
実際には、吸着剤の吸着選択性は運動速度の効果によっ
て改変されることがある。平衡選択性が支配する場合に
は、好ましくは、圧力変化は吸着剤を通る際に起る速度
変化に略同相であるべきである。再生器／吸着床中の等
温膨張及び圧縮プロセスという理想化された場合では、
完全な熱移動、阻害効果は無く、低圧力比で、相角度が
約９０度にある。温度比率と置換比率との間には、次の
様な重要な関係がある。第１と第２の容量置換手段即ち
置換手段１３と付勢ピストン１１は個別の往復運動の大
きさをもっておシ、第１及び第２空間に関連している。
第１と第２の容量置換手段の置換の大きさの比率は、温
度をケルビンで示す時の熱再化器の一端の高い温度の、
反対端の低い温度に対する比率に略同−でるる。スター
リングエンジン再生器の違つ７′ｃ部分の流れは、圧縮
性効果のため同相ではないので、圧力スイングの最適相
は再生器中のｇ＆着剤の分布に影響される。吸着選択性
が速度効果（ｒａｔｅ　ｅｆｆａｃｔｓ）に強く影響さ
えしる場合には、実質的に異相関係にする方が最善の性
能をもたらす。異相関係にする方が最善の性能をもたら
す。異相化は吸着剤の細大中での波伝播の遅れによって
起ること、及びこれらの効果は吸着剤構造によっては、
高いガス流条件下で起ることを記述すべきである。過剰
に高速度では、ガス分離は悪くなる。
吸着剤の吸着容量及び選択性は一般に周期圧力比率を高
くすることで改善される。スノーリング周期圧力比率は
位相角度、容量置換の比率、ケルビン温度で示した温度
比率、死点容積の置換容量に対する比率、及び本発明の
吸着作用容量に対づ−る比率に影響される。圧力比率は
、膨張と圧縮置換の間の位相角度が小さい程、又死点容
積の置換容量に対する比率、吸着剤作用容量が低い程、
高くなる。
従来のスターリングエンジンの設計では、高能率と高出
力（ｐｏｗｅｒ　ｄｅｎｓｉｔｙ）　、従って高作動速
度が望まれていた。効果的熱交換と流れ阻害による損失
の防止を達成するため死点容積は実質的にあってはなら
ない。圧縮と膨張置換の間の位相角度は通常略９０度で
、能率と出力を有利にする。
本発明では作動速度の限界は、吸着剤材料の高度の多孔
性及び機械強度における制約によっで決まる。従って、
本発明に基いて設計されたスターリング機は、多くの場
合、比較的低速機であって、１分間当＃）２−３回の回
転を行う程度で作動される。機械力をとシ出Ｔ機械では
、位相角反は３０に乃至′、５０度である。
一°２図から第４図 熱再生器内及び吸着剤近傍の混合ガスの主な特徴につい
て述べる。
第２図では、グラフの横軸は、吸着剤／再生器結合体２
７．３４を通って膨張容室、空間２０か（６９） ら圧縮容室、空間１５．１０へ向うガス流路を直線で示
す。グラフの縦軸は、混合ガス２成分のモル分率で示す
混合ガス組成を示す。混合ガス中の易又は強吸着性成分
６８は圧縮空間の方向へ濃度が上ってお）、他方劣又は
弱吸着性成分６９は膨張空間の方向へ濃度が上っている
。濃度を示す波曲縁７０は２成分の領域の間に存在し、
・クルジがス（ｂｕｌｋ　ｇｍｓ）　の流れとなって、
周期的に同一方向へ移動する。流れは、圧縮空間へ向う
時のガス流は矢印Ｔ２で示し、膨張空間へ向う時のガス
流は矢印７３で示す。波曲縁の速度は、吸着選択性に依
存する大きさだけバルクガスの流れより低い。理想的に
は、波曲縁は鎖線で示す限界位置７５．７６の間を動き
、再生器床の端を越えて波曲縁に“破れ“が生じない様
にする。その理由については後述する。
第３図では、グラフの憤軸は第２図の場合と同じ、縦軸
はガス温度を示す。従ってこの図は再生器の膨張容室の
近傍温度Ｔ、とエンジンの圧縮容室の近傍温度Ｔ２で示
した簡単化した温度変化図（７０） である。矢印ｌ′１３と８４は各々、周期中の最小と最
大、ｒ′Ｅ力の瞬間流れの方向を示す。最小圧力の瞬間
に（−Ｔ１流れは矢印ｌ′１３の通−ｈ圧縮空間１５，
１タノ方向へ向っている。従来のスターリングエンジン
では、ガスは強制対流によって再生材料ｋ・加温する傾
向をどり、破線１１！６で示すよう（（温度上昇スイン
グをつくる。本発明では、此の塩度スイング（・し最小
圧力で誘起されろ脱着を増加する傾向となるが、一部は
、脱着潜熱で起こされる冷却によって打消される。反対
（Ｃ１圧力最大の瞬間には、８４で示す流れＶｔ圧縮空
間２０の方向へ向い、圧力スイングによって誘起される
吸着は、：ａ”、！　１９　ａ　７で示される床の温度
低下スイングによって増強されるが、とれＴ７を吸着潜
浄〜によって打消されｔ〕い３゜先行技術中のスターリ
ングエンジンでは、温度スイング効果は、第３図の破線
８６．８７で示す様になり、前記のような本発明におけ
る吸着潜熱に関連する補償効果はなく、効率損失となる
。従って本発明エンジンは、吸着プロセスの効果同上の
みでなく、熱力学的効率の向上の効果をｆＬ供する。
矢印８８は正味の熱移動の方向を示す。
第４図は、同様なヒートポンプの場合の温度変化図であ
って、膨張空間２０のＴ１は、圧縮空間１５．１９のＴ
２より低い温度である場合を示す。
従来のスターリング・ヒートポンプでは、破線で示す温
度上昇スイング９１と対応の温度低下スイング９２があ
る。温度上昇スイングは、矢印９４で示す方向に、最大
圧力時に起り、これは所望の吸着を阻害する。温度スイ
ングの大きさは、圧力スイングで誘起される吸着で潜熱
の放出により更に増加する。従って、ヒートポンプの場
合には、温度スイングはガス分離効果や熱力学的効率に
は不利益となる。故にヒートポンプ再生器に大きな熱容
量を持たせて実際の温度スイングを最小にすることが望
ましい。矢印８８は正味の熱移動の方向を示す。
ガス成分の間の吸着選択性は本発明の作用に影響を与え
る。′優先的に“と（八つ比の大葉は、第２成分に比べ
て易吸着性の成分を相称するもので、第１成分の吸着モ
ル？＃度がその第１成分の分圧の変化に俵って比較的強
く変化するものを云う、他方第２成分の吸着モル濃度は
第２成分の分圧の変化に依って比較的弱く変化する。ト
記は圧力、温度、ガス組成及び吸着床の特定の部分を通
る周期的速度の範囲で生起する。比の定義は、吸着床の
平均的条件下での静的な容量（ｓｔａｔｉｃ　ｃａｐｍ
ｃｉｔｙ）とは違って、圧力スイングの下でガスの種類
による吸脱着に選択性のあることを示す。
ガス成分の間の吸着選択性が高く、また／或は吸着床の
容量が大きい場合には、濃度液前縁の速度は、ガス速度
の小部分である。その時には比較的短い吸着床で良い分
離が送酸出来、再生器を越えても波縁に“破れ“は生じ
ない。濃度液前縁の有限の幅（ｆｌｎｊｔｅ　ｗｉｄｔ
ｈ）は、設計最適化の中で考慮しなくてはならない。
ガス成分間の吸着選択性が低く、吸着床の熱容量が大き
い場合、濃度液前縁の速度はガス流速に近くなる。破れ
現象を避け、最小にするには、圧縮と膨張置換の間の位
相角度を比較的小さくすると共に／又は達成可卵な圧力
比率を低下させるよ（７３） うに（再生器内の）死点容積を大きくすればよい。
吸着容緊を低下させることで（例えば非嘔着剤材料を混
合したり、吸着剤コーチングを薄くすることに依９）、
機械がガス分離を副次的な仕事と［７て、従来のスター
リング機械の作動特性に近くなることが望ましい。
第１図に示した具体例を特定の用途に応用ｔ７た実施例
を次に述べる。
例１ 空気からの酸素の分離を、たとえば分子ふるい１３Ｍの
ような、酸素より慴素の方をよく吸着するゼオ２・イト
を用いて行なう。空気は大口弁３９から導入する。酸素
に富んだ気体成分が出口弁４６から得られる一方、９素
に富む成分が出口弁４３から得らｈる。温ｅ　Ｔ　２　
を環境温度とし、温Ｗ　Ｔ　ｓ　’が温度Ｔ、より高い
温度であるように熱を熱交換器２５に与えると、この機
械はスターリングエンジンとなシ、損失分を考慮に入れ
ても機械的な仕事を供与することとなる。高塩度下で働
く吸着材を用いて、十分な吸着負荷と選択性を完遂（７
４） するには、比較的高い平均作用圧力を採用するととが必
要となる。従って、大口弁３ｇを入って来る空気は既に
圧縮されているべきである。
逆に、も［、、熱交＃Ｉ器２５が環境温度よシ低くけれ
ば、すなわち温度Ｔ、が温度Ｔ、」：りも１贋針れば、
機械は冷凍兼脱水兼空気分離７０ランドに結合せしめ得
る。冷凍機は、熱漏洩を包含する冷却り：荷が機械の冷
却能力と見合うまで温度ＴＩを切境ｇＡ度以下に積罹的
に減少せしめる。熱拒否（ｒａｊｅｅｔｉｏｎ）潟Ｆ　
Ｔ　２　と再生器２７内の供給注入点５４の位置とけ、
供給注入点における温度がｏ℃以上であるように設定し
て、再生器内で氷結が生ずるのを防市する。このように
して、水、二酸化炭素および窒素は装置の暖かい部分に
おいて出目弁４３へ向うにつれて濃縮する一方、酸素は
冷たい端部において出目弁４６へと＃縮する。
この場合、エンジンの場合よシもはるかに低い平均作用
圧力で作動するようにするのが清当である。何故ならば
、吸着負荷は良好な選択性を得るため（（は充分飽和点
以下に維持しなければならないからであ不。空気を大気
圧で機械に導入すれば、０′ＩＴ′乃至マイナス７５℃
の範囲の温度において良好か分離を達成することができ
る。
第１図の実施例の簡Ｊ＄な変形例にあっては、機械１０
はスターリング冷凍ザイクルを用いて低温で圧力スイン
グ分離を行なうことが可能となる。
この変形例では、導管２４．２８に作用している熱交換
器２５および再生器の中の熱交換器５ｏの両方が不用と
なる。膨張容室２ｏと関連する製雪の部分、導管２４お
よび２８、および再生器２７の第１の端部４１は、破線
で外郭を示す絶縁ジャケット６０内にあシ、環境から冷
たい機械部分への熱伝達を減少せ［７めている。外的な
冷凍負荷はなく、機械の冷たい部分への熱漏洩はこの熱
絶縁ジャケットで最小にされている。この変形例は低い
温度において最も効率よく吸収分離を行なうのに特に好
適である。機械の膨張容室を充分冷たく紺持するように
冷凍中に質す機械的仕事は分離のための圧縮仕事を減す
ることで相殺される。ここでは有利な吸着材の吸着力と
選択性が低圧低温下で発揮される。低い温度Ｔ１け導管
２４および２Ｂおよび近傍の空間で得られ、−例を以下
に示す各種の物質の分離に用いることができる。
例２ 作用流体が空気である場合、前述の改良した機械では出
口弁４６から冷たい酸素に富んだ空気を得ることができ
る。これは冷却負荷を示す。もし吸着材が酸素および窒
素の分離に全く選択性がなく、水を強く吸収する性質の
ものであると、この機械は冷たい脱水空気を供給するも
のとなシ、無着霜空気冷却機として用いることができる
。
この装置は明かに、多くの気体または蒸気相分離に好適
である。この中には従来の圧力スイング吸収の分野のす
べてが包含される。気体分離プロセスは熱力学的転換、
即ち冷凍との組合せサイクルで行なわれる。本発明は気
体分離プロセスからのエネルギ回収に充分な見通しと大
きな適合性とを与えるものである。
一％１３ 水素はスターリングサイクル機械にとって好適（７７） な作用流体である。何故ならば、その％微的な熱移転特
性および低粘性ゆえである。重い水素の同素体（重水素
および放射性トリチウム）は、環境温度または高温にお
ける水素化物形成金属および低温におけるゼオライトを
包含する多くの物質において通常の水素とけ異なった吸
収を示すことが知られている。スターリングエンジンま
たは冷却機械は水素を作用流体として用いて痕跡量の同
位元素を濃縮することができる。原子カプラントでは、
本発明による二重機能スターリング機械をヘリウムを作
用流体として、トリチウム汚染原子炉冷却材ヘリウムの
濃縮に用いることができる。トリチウムの回収は安全性
の理由から重要であり、また将来の融合反応炉ではトリ
チウムの燃料としての価値から重要となろう。適当な同
位元素選択性の吸着材を用れば、天然の水素に含まれる
重水素もまた本発明を用いたスターリングサイクルエン
ジンまたは冷却機械で濃縮することができる。
このようなエンジンまたは冷却機械を直並列に多段分離
プラントとしてカスケード接続することに（７８） より大規模施設として高濃縮率を達成することができよ
う。
代替装置および等価装置 第５図 本発明の第２の主要な実施例１０２は熱圧縮機として作
用するものである。これはスターリングサイクルという
よりもむしろ間知のエリクソンサイクルとして作用する
熱力学サイクルを有するものである。この実施例と第１
図に示した実施例との間の主要な差異は付４／！−ぎス
トン１１とこれに関連するｆストンシリンダー１２とが
なくなっていることにある。これはこのエンジンは機械
的な仕事で１はなく圧縮仕事を供与するものである故で
ある。本発明のその他の特徴は一基本的には第１図の実
施例と同様であシ、以下に簡単に述べる。
置換シリンダ１０４は複動置換ピストンまたは手段１０
６を有する１、とのビス）／１０６は置換ピストンロッ
ド１０８に装架したものであり、置換ピストンロッド１
０８は高圧シーＡｌｅ！］で密封され、かつシリンダー
１０４の横断面積より小さい棺断面稍を有する。ピスト
ンロッド１０８は往復装置１１０で往復動せしめられる
。置換ピストン１０６はシリンダ１０４を第１の壁間す
なわち膨張容室１１１と、第２の空間すなわち圧縮容室
１１３どに分割する。導管１１５は第１の９間１１１か
ら熱交換ＱｂＦ、ｐ　１１７を辿って熱再生器１１９の
第１の端部１１８へ延びている。熱再生器は、吸着側材
料１２０を収容し、第１図の結合再生器と基本的には同
様な吸着材／再生器結合体である。
この再生器Ｊｒ、ｆ熱交喚器１２１を有し、この熱交換
器は逆止弁１２３から出口導管１２５へ延びる。
出口導管１２５は第１の端部１１８から気体成分を出す
。入口溝ｆ１２６け逆止弁である外部および内部弁１２
８および１２９、熱交換器１３０および熱再生器内への
放出奢たは注入点１３２を有し、装置へ供給気体混合物
を放出する点を決定している。導管１３４はこの熱再生
器の反対側すなわち第２の端部１３３から熱交換器１３
６内を通シ第２の空間１１３すなわち圧縮容室にｉ■に
通する。
出ロ尋管’１３８１’′ｆ：第２の端部１３３と連う飽
し、出口弁１３９を有する。この出口弁１３９は弁制御
装置１４０を介して制御され、所望により気体成分を放
出するように開かれる。
第１の実施例と比較すると、上述の第１および第２の容
量置換装置は第１の複動置換ピストンまたは手段１０６
に結合され、これにより第１および第２の置換装置の間
の位相角が１８０度であることがわかる。これは、圧縮
容室および膨張容室が殆んど同じで、１８０度位相を異
ならしめたものであることとなる。この機械はＴＩがＴ
２よシも高い場合エンジンとして作用する一方、Ｔ！が
Ｔ１より高い場合にはヒートポンプまたは冷凍機として
作用する。付勢ピストンがないので、再生器結合体１１
９，１２０内で成分の一方が位相を変えない限シ、最も
適当であ石圧力比だけが高温度比で達成されるのである
。このエンジンの作動に当って圧力変化と再生器内にお
ける流れとの間には実質的な位相差が存在して、装置が
停止してもはや有効な仕事をしなくなった時、即ち供給
ゼロの限界において９０度に位相が近付く。この位（８
１） 相差は好適な作動モードでは減小する。すなわち好適な
作動モードにおいては、出目弁１３９が、サイクル中最
も低い圧力である量制御装置１４０で開かれる。圧力と
再生密流れとの間の位相差はさらに、圧力比を減すると
いう犠牲のもとに、供給生産を増大せしめることによ勺
減することができる。実際、このプロセスは、分離され
た気体成分の少なくとも一部分をプロセスに導入した供
給気体混合物の圧力よりも高い圧力で供給することによ
り、比較的高温のスペースに供給した熱の一部を圧縮の
仕事に変換することを包含する。
例４ 第５図の実施例は極度に学純であるという利点を有する
。この実施例の適用は高度に吸着された汚染分を、同様
に圧縮すべき気体から除去する場合に好適であろう。た
とえば、油井天然ガスの圧縮を硫化水素、水および二酸
化炭素の除去と組合せて行ない、これら汚染分を除去す
ると共に天然ガス自体も適度の圧力比に圧縮するのであ
る。この目的の実施例においては、装置を動かす熱源は
（８２） 廃ガスを燃焼させることで与えられる。
再生器における圧力と流れとの間の実質的な位相シフト
のため、この実施例は、吸着選択性が速度効果で支配さ
れる分離の場合に好適に用いることができよう。何故な
らば再生器の流れは圧力変化の時間的割合と大略同じで
おるからである。
第５図の実施例１０２の単純彦改変例としては、逆止弁
１２３および１２８を、破線で示した制御装置１４０で
制御される正作動の二方弁で、置き換えたものがあげら
れる。この置換装置はギフオード・マクマホン冷却機械
とほとんど同様に動作する。この装置では、温度Ｔ！は
環境温度であり、この温度Ｔｔは温度Ｔ、よシも高い温
度である。
この装置は、ムロ導管１２６０大口弁または外部弁１２
８を介して導入される加圧気体混合物の圧縮エネルギで
作動する。弁１２８は、置換ピストン１０６が衝程の外
部部分にまで伸長して、圧縮空間１１３が最大体積とな
シ圧力が可成シ低くなった時に、開放され、他方出目弁
１３９は閉じられる。導９１２６から入って来る供給気
体混合物は、弁１２３が制御装置によって開かれて容易
に吸収される成分が少なくなった生成気体部分を放出す
るまで、圧縮空間１１３中に既に存在する気体を圧縮す
る。導管′１２５内の圧力は導管１２６内の供給圧力よ
シもわずかに低い。大口弁１２Ｂが閉じ、置換ピストン
１０６がその衝程の底部にまで後退し、圧縮空間１１３
から気体を再生器１１９を介して空間１１１へ流す。こ
の際再生器で冷却され、その結果圧力降下を生じている
。次いで出目弁１３９が開放感れ、更に圧力が降下し、
吸収され易い気体成分に富む気体が取出される。
この系路内の圧力が最小レベルに減すると、弁１３９が
閉じられ、置換ピストン１０６が後退して再生器を介し
て空間１１３からガスを空間１１１へ移す。これにより
暖められるので当初の圧力に上昇してサイクルが完成さ
れるのである。
このギフオード・マクマホン冷却機械は、高い圧力比を
外部から与えることができるという大きな利点を有する
が、他の実施例とは異なり熱効率が比較的低いという欠
点を有する。これは不可逆的な気体塵ザのためである。
第６図 本発明の第３の実施例１４８は、単一の作用容室内にふ
たつの同様な置換ピストンと再生器、との組合せを有す
るものである。ふたつの置換ビアトンは位相をずらして
作動する。この装置は、相互に供た第１および第２の部
分１５０および１５１を包含し、各々に流路をそなえた
ものである。これらの部分はそれぞれ第５図の実施例の
流路部分に似たもので、第１および第２の置・換シリン
ダ１５３および１５４を有する。これら置換シリンダに
はそれぞれ第１および第２の複動移動ピストン１５５お
よび１５６が設けられる。置換ピストン１５５および１
５６はそれぞれロッド１５９および１６０を有する。こ
れらのロッドは往復動装置１６２と協動して等しい周期
数ではあるが位相をずらして各シリンダ内でピストンを
往復動せしめる。第１のピストン１５５はシリンダ１５
３を第１の空間、すなわち膨張スペース１６３と第２の
空間、すなわち圧縮スペース１６５に分割する。
（８５） 置換ピストン１５６はシリンダ１５４を第１の空間すな
わち膨張スペース１６８と第２の空間すなわち圧縮スペ
ース１７０とに分割する。接続導管１７２は圧縮スペー
ス１６５および１７０を相互接続して実施例１４８全体
の圧力を均等化している。
第１の熱再生器１７５は、２つの端部１Ｔ４゜１８０に
おいて導管１７６および１７７によってそれぞれ第１の
シリンダ１５３の膨張スペースおよび圧縮スペースに接
続されている。温度Ｔ１およびＴ、の熱交換器１７Ｂお
よび１７９はそれぞれ導管１７６および１７７と連通し
て隣接スペースをこれら熱交換器の有する温度に維持す
る。逆止入口弁１８２によ多制御される入口導管１８１
は気体の供給混合物を、圧縮スペース１６５に連通ずる
熱再生器１７５の第２の端部１８０に供給する。逆止出
口弁１８４で制御される出口導管１８３は気体混合物か
ら分離した気体成分を第１の端部から放出する。機械的
に操作される出口弁１８８により制御される出口導管１
８７は第２の（８６） 端部からもうひとつの気体成分を放出する。再生器１７
５は吸着性材料を収容しておシ、このようにして本発明
による吸着材／再生型結合体となっている。この装置の
第１の部分１５０け第５図の熱圧縮型実施例１０２に全
く似ているが、再生器内に熱交換器がないことだけが違
う。
これと反対に、流路の第２の部分１５１は第２の熱再生
器１９０を有し、この第２の熱再生器は非吸着性の蓄熱
材料を収容している。すなわち再生器１９０は基本的に
は従来型のものであって、結合型の再生器ではないので
ある。従って、第２の部分１５１は気体分離機能を全く
有しておらず、その代りに第１の部分と第２の部分との
位相角への適当な接続を与えるものである。これは、再
生密結合体１７５，１８９を流れる流れに対し所望の位
相関係にある所望の圧力変動を得ること、および第５図
の単一の熱圧縮器の使用に伴い通常は比較的低い圧力比
を改善することにある。第２の部分１５１は導管１９２
および１９３を有し、これらの導管は再生器１９０をシ
リンダ１５４の第１の空間すなわち膨張スペース１６８
および第２の空間すなわち圧縮スペース１７０にそれぞ
れ相互接続する。温度がＴ３およびＴ２である熱交換器
１９５および１９６はそれぞれ導管１９２および１９３
と連通して各々のスペース１６８および１７０を所要温
度に維持する。
再生器１７５および１９０の両方は、隣接熱交換器に由
来してそれぞれ熱勾配状態におかれることは明かである
。
好適には、置換シリン／１５６は置換シリンダ１５３よ
シも大きい移動２ストンを有するものとし、第２の部分
１５１からの圧力変動が第１の部分１５０の中の流れよ
りも優勢であるようにする。
これは、よシ高い圧力比を得ることを可能にし、かつ温
度変化とサイクル効率の両方に関して設計の自由度を増
加させることとなる。置換ピストン１５６が一杯に延び
た時、圧力はスペース１７０に引き入れられる気体を冷
却することによシ減しられる。同様に、ピストン１５６
が一杯に後退した時、圧力はスペース１６８に引き入れ
られる気体を加熱することによシ増加せしめられる。
熱圧縮機として作動する時、温度Ｔ１は温度Ｔ。
に等しい。これら温度Ｔ１およびＴ８はいずれも温度Ｔ
！よりも高い。温度Ｔ、は普通は環境温度である。この
ようにしてこれら熱勾配は等しい上限ｍ肚と等しい下限
温度を有するものとなる。第５図の簡単な熱圧縮器と比
較すると、第６図の実施例１４８は、吸着材／再生型結
合体１７５゜１８９をこえる気体流れと圧力スイングと
の間の最適位相関係を得るのにはるかに大きなＭ通性を
有する。この実施例は第１図について既述の実施例に比
べて吸収性の強くない気体の分離にさらに好適である。
要約するに、流路の第１の部分１５０を熱圧縮機として
考えると、前述の第１および第２の容量置換手段は第１
の複動置換ピストン１５５に結合され、これによシ第１
および第２の容量置換手段の間の位相角は１８０度とな
る。置換シリンダ１５３は再生密結合体１７５，１８９
の２つの対向端部に連通しかつ置換ピストン１５５と協
動しく８９） て、ピストン１５５が第１および第２のスペースを分離
する。再生密結合体１７５．１８９は第１および第２の
温度Ｔ１およびＴｔによυ定められる熱勾配を有する。
この熱勾配において作用容室となる第１のスペースは温
度Ｔ１であシ、第２のスペースは温度Ｔ２である。第２
の部分１５１において、第２の熱再生器１９０は第２の
置換シリンダ１５４０両端に連通し、第２の温度Ｔ、お
よび第３の温度Ｉｌｌ、（ここで第３の温度は第１の温
度Ｔ、に等しいものとする）によシ画成される第２の熱
勾配にさらされる。このようにして各部分の再生器の熱
勾配は等しいものとなる。
例５ 上述の熱圧縮機の実施例の興味ある適用例は、炉、ガス
化炉または高温度エンジンサイクルにおける燃焼用に、
予熱され圧縮された酸素に富む空気を生産することであ
る。燃焼熱まだは廃熱の若干は熱交換器１７８および１
９５に力えられる。
空気は逆止入口弁１８２および入口導管１８１を介して
供給され、酸素の少ない空気が出口弁１８８（９０） を介して環境温度で釈放される。出口弁１８８は最小サ
イクル圧力の間隔で開放される。高温の圧縮酸素は出口
導管１８３の逆止弁１８４を介し燃焼炉またはその他の
負荷へ供給される。
第６図の実施例の別の適用としては、低温と環境温度と
の間で作動する変型ブイユミール（Ｖｕｌｌｌｓｕｍｉ
ｅｒ）サイクル冷却機械としての作動があげしれる。こ
の改変例においては装置内における圧力スイングは熱圧
縮によって発生せしめられる。
プイユミール冷凍機またはヒートポンプとして作動する
時は、大きい方の置換ピストン１５６は、熱圧縮機とし
て作動する再生器１９０と協動して、再生器１７５に圧
力を課する。小さい方の移動ピストン１５５は正確に位
相を定めた流れをしいて、温度Ｔ、の熱交換器１７８で
冷却効果を得る。この改変例においては、温度Ｔｓは温
度Ｔ、よシも高く、温度Ｔ１は温度Ｔ！よシも低い。往
復動装置１６２は、ビ２、トン１５６がおおよそ９０度
の位相角だけピストン１５５に先行するように変吏しで
ある。冷凍効果は一部に熱交換器１７Ｂの冷却負荷とし
て、また一部は逆止出口弁１８４から放出される冷たい
圧縮気体となる。
これ１でに記述の実施例を比較すれば明らかであるよう
に、入口および出口弁の変更設四１の選択、および特に
図示はしないが再生器結合体１７５における供給注入場
所の選定、熱回収コイルの設計選択などは本発明の範囲
内において認められるとζろてあシ、また図示の特定の
実施例の４１！ｉ徴を入れ変えることもできよう。
要約するに、第６図の実施例の冷凍用の改変例は、主と
して再生器に課する熱勾配において熱圧縮機の実施例と
は異なっている。吸着材１８９を有する第１の部分の再
生器結合体１７５は第１および第２の温度で画成される
熱勾配を有し、この場合第１の温度は第２の温度よυ低
く、第２の温度は環境温度に近い温度である。しかしな
が、ら、流路の第２の部分は第２の熱再生器１９０（吸
着剤なし）を有し、第２の温度Ｔ、と第３の温度Ｔ３で
定まる第２の熱勾配を画成している。上述の場合第３の
温度Ｔ３は環境温度以上に上昇している。
ゐ↓３の温肚にろるこの装置へ熱を供給する各種の熱源
が用意されてｔ＞シ、これによジ置換ピストンおよび往
復動装置を、冷凍機能と共に気体分離が容易に行なえる
ように駆動するのである。
ふ（７図 本発明の第４の実施例２０１は気体分離のだめのもので
ちり、直並列に結合して複雑なプロセスの多段分離系を
提供するようにすることもで゛きる。
さらに、第８図について記述するように、これまで述べ
た実施例と同様に、この実施例も化学反応のために適用
することもできる。この第・１の実施例は単一のスター
リングサイクル機械内でエンジンを冷凍機と直結するこ
とを示すものである。この実施例のひとつの具体的な用
途は高温の圧縮酸漿を高温燃煩プロセスへ供給すること
であって、この場合機械は燃焼プロセスからの廃熱だけ
で動かされる。このようにして従来の空気分離プロセス
で必要であったコスト高の機械的エネルギを用いなくて
もよ＜ｔ：るのである。
実施例２０１は、外部および内部シリンダ部分（９３） ２０５および２０６を有する段付移動シリンダ２０３を
包含する。シリンダ部分２０５けシリンダ部分２０６よ
シも直径が小さい７段付移動ピストン２０８は内部およ
び外部シリンダ部分と補形をなし、かつ移動ピストンロ
ッド２０９を有する。移動置換ピストンロッドは符番２
１０のところでシールされている。付勢ピストン２１２
は付勢シリンダ２１４内で往復動可能であって、導管２
１６は付勢シリンダの可変体積部分２１５を内部シリン
ダ部分２０６と相互連絡する。付勢ぎス）ｙ２１２ｉ！
：ピストン日ツド２１９を有し、このピストンロッド２
１９はピストンロッド２０９．！：同様に往復動装置２
２１と協動する。この往復動装置２２１はピストン２１
２と置換ピストン２０８とをその各シリンダ内で往復動
せしめる。その周期数は同様であるが位相はずれている
。ピストン２０８はシリンダ２０３の内部容量を、外部
シリンダ部分内の可変容量部分２２５と、内部シリンダ
部分２０６の下部部分に隣接する可変容量部分２２７と
、これら内部および外部シリンダ部分を（９４） つなぐ置換シリンダの部分の第３の可変容量部分２２９
とに分割している。）邪１図について述べた、スターリ
ングエンジン実施例の場合と同様に、可変部分２２５は
膨張容室神たは第１のスペースであ勺、可変部分２１５
および２２７の和は俵械の圧縮容室と；ｔす、こ１１を
第２のスペースと呼ぶ。
第３の可変部分２２９吐たけスペースは中間導管？３１
と連通ずる。この中間温？？２３１は内部および外部部
分にかかる移動シリンダの中間部分２３２に隣接して接
続しである。
実施例２０１は導管２３３を包含する。この導管２３３
ζ寸第１のスペース２２５から熱交換器２３５を通り、
＠着材床２３９を有する熱再生器２３Ｂの第１の端部へ
と延びている。この熱再生器は前述の１こうに吸着材／
再生器結合体を形成している１、更に此の結合体からの
流路は、導管２４０となり、この導管は熱交換器２４１
を通る。この熱交換器を経て、導管２４０は、可変容室
まだは第２のス４−ス２２７へ至シ、再生器結合体２３
８の対向端と連通ずる。
大口弁２４５を有する入口導管２４３は供給気体を熱再
生器／吸着材床の内部へ供給する。出口導管２４８およ
び２４７は出口弁２５０および２５１をそなえており、
それぞれ再生器結合体の対向する第２の端部２５２およ
び第１の端部２４９と連通している。
段付移動ピストン２０８を除いては上述の構造は第１図
について述べたスターリングサイクル機関と似ている。
実施例２０１は第３のスペース２２９と、再生器結合体
２３８．２３９の結合体中間部分２５３と連通する中間
導管２３１を具備していることで主として違ってる。再
生器結合体は中間部分２５３を有する。この中間部分２
５３は再生器の両端間の中間部分を指し、第１および第
２の部分２５５および２５６は、再生器の第１および第
２の端部と中間部分との間を称する。作動においては、
往復動装置２２１が置換ピストン２０８および付勢ピス
トン２１２を往復動させて容量置換装置として機能せし
め、置換ピストン２０８は前述のように付勢ピストン２
１２を先行する。これは流れの周期的な反転と、吸着材
床にかがる圧力の変動をもたらす。置換装置はまた第３
のスペース２２９とも連通してこの第３のスペースト中
間部分との間に気体の流れの方向逆転を周期的に起こす
。
置換ピストン２０８は部分的に直径が異なるので、再生
器内の１ｓ２０部分２５６内の全体的（ｍａｓｓ）流れ
は第１の部分２５５内の全体的流れよりも大きい。
置換ピストン２０Ｂは単一のピストンとして機能してい
るので、容積置換は第１および第３のスペースに関して
同位相に行われる。特定の適用例では、熱又換器２３５
は高い温度Ｔ、に加熱され、熱交換器２４１は環境温度
Ｔ、にある。絶縁ジャケット２５９が中間導管２３１に
隣接する流路の部分、中間部分２５３および内部および
外部シリンダ部分２０５および２０６の隣接部分に延在
している。この絶縁ジャケットは外部から装置内への熱
の流れを減少せしめ、このようにして中間導管の近傍の
低温を以丁のように達成せしめるので（９７） ある。
この装置は冷凍機部分を有する。この冷凍機部分は、導
管２３１および２４０、第２の再生型部分２５６および
置換シリンダの関連部分を包含する下部流路である。こ
れは従来のスターリングサイクルヒートポンゾまたは冷
凍機と似ており、低温は導管２３１で発生し、熱はスペ
ース２２９からスペース２２７へと移されるのである。
導管２３３および２３１、および関連する第１の再生型
部分２５５を包含する上部流路はスターリングエンジン
として機能して、このエンジンの動力となる熱は熱交換
器２３５で与えられる。上部流路よりも下部流路におい
て多量の気体の流れがあるので、スペース２２９から熱
交換器２４１へ熱の正味の移動が生じて冷凍効果を生む
のである。再生器の各部分はそれぞれの温度勾配状態に
おかれており、中間部分２５３の近くでは低温、再生型
床の上下端近くでは高温となる。
再生器結合体の部分２５６は、減圧下で酸素および窒素
を選択分離し、他方水と二酸化炭素とは（９８） 室床に富んだ空気と共に出口導管２４８へと排出する作
用で冷却されｚ０再生器の部分２５５は隣接する冷却部
分２５６により中間部分２５３を仲介して冷却され、そ
の熱端へ向けて酸素を移動せしめ、同時に冷端へ向けて
窒素を分離する。供給する機種的エネルギは少なくとも
装置の動力を助勢する。
再生器の両部会は２段階プロセスによる酸素と０素の分
離に貢献する。この２段階プロセスでは、中間再生器部
分２５３における容量置換は、第１の再生器部分２５５
における容量置換と同位相である。第１図の実施例と同
様に圧力と流れとの間の位相関係の逆転は、再生型結合
体の第１の端部近傍の周期的気体移動が、再生器結合体
の第２の端部近傍の周期的気体移動に対して先行する移
動位相であるように行なわれる。いくつかの適用例にお
いては、中間部分２５３とその関係する導管に隣接して
絶縁を施して、中間再生器および関係する導管に隣接す
るところの温度を再生器の両端における温度よシも低め
るのである。
！」予１ 本発明の第５の実施例２６６け特に、スターリングサイ
クル機械の内部に設けた反応区域において気体相反応を
行うに適した例である。再生器内の吸着材材料はこの反
応の少なくともひとつの生成物を分離し７てこの反応の
干ｉｊ′ｆｆをくずし反応生成率または転換率を増大せ
しめる。発熱反応の場合には反応よシ生じた熱を少なく
とも部分的に利用し７てスターリングエンジンを駆動す
ることができる。吸熱反応の場合には、反応にょジ吸収
または要求された熱は、スターリングサイクル冷凍機ま
たはヒートポンプとして作動する装置の熱端がら移入さ
れる。
この第５の実施例２６６は、変形スターリングサイクル
機械に似ておシ、図示しない本体を包含する。この本体
は作用容室部分を有し、これは移動置換ピストン２６９
を有する置換シリンダ２６８と１移動付勢ピストン２７
２を有する伺勢シリンダ２７１とを包含する。移動ピス
トン２６９は置換シリンダを可変体積部分２７４および
２７５に分割する。付勢ピストン２７２は可変容量部分
２７７に連通する。導管２７６は容量部分２１５および
２７Ｔを相互連結する。前述の実施例と同様に、等情部
分２７４は膨張空間または第１のスペースと称せられる
。容量部分２７５および２７７の和は圧縮９間または第
２のスペースと称せられる。往復動装置２８１（その一
部分のみが示されている）は置換ピストン２６９，２７
２にそれぞれ接続したロッド２７９．２８０ど協動して
、膨張空間の増大が圧縮空間の増大に先行するように位
相をずらせて、これらピストンを往復動せしめる。
＠着制材判２８３を包含して吸着材／再生器結合体を生
ずるように作用する熱再生器２８２は、導管２８４およ
び２８５を介して移動シリンダ２６８の第１および第２
のスペースに連通された端部２７３および２７６を有す
る。熱交換器２８６および２８７はＮｐＭ２８４および
２８５に作用して、それぞれ温度ＴＩおよびＴ、に維持
せしめる。
入口導管２９０はその入口端部から順に、ガス浄（１０
１） 化器２９１、圧縮機２９３、第１の逆止入口弁２９５、
熱再生器を有する熱交換器２９６、第２の逆止弁２９８
へ連らなる。この第２の逆止弁２９８は導管２８４と連
ら奉るが、この導管２８４が再生器２８２の第１の端部
２７３ヘバイパスで供給可能となっている。所望により
、圧縮機２９３は接続部３００を介して往復動装置２８
１に結合せしめることができる。これを破線で示す。こ
のようにし−ＣＢ：、縮機２９３を少なくとも部分的に
スターリングエンジンからの動力で駆動するのである。
付勢シリンダ２７１け逆転位置で示してらシ、これによ
〕液体相の生成物分離の機能をよく例示している。この
付勢シリンダ２７１の下部部分は液体分離器３０２とし
て作用し、ここに液体取出弁３０４を有する。この液体
取出弁ａ　０４　＋ｉ周期的に開（〆）て液体反応生成
物上除去する。パージ弁３０６が分離器３０２の上方に
あり、これが周期的に開いて、ビス）・器内にたまりが
ちな不活性Ｉスを放出する。反応生成物が液化されない
適用例（１０２） の場合または不活性ガスが問題とならない適用例の場合
には、前述の第１図の付勢シリンダおよび付勢ピストン
を第８図に示すものの代りに用いることができよう。
実施例２６６の主要な特徴は、作用容量部分の反応領域
内に２種類またはそれ以上の種類の気体の反応を行わせ
ることおよび１種類またはそれ以上の種類の反応成分の
取出しを可能にして反応変換率を高める手段をそなえて
いることである。多くの気体相の化学反応は触媒の使用
によって強められるので、多くの場合化学反応が生ずる
反応領域に触媒を配することが好適である。たとえば、
もし気体相反応が発熱反応であるならば、触媒は装置の
高温度部分、たとえば膨張空間または第１のスペース２
７４内の二重ハツチ３０８で示す部分に配置するのが最
適である。もし気体相反応が吸熱反応であるならば、触
媒は装置の第２のスペース２７５内に配設するのが最良
である。反応のために隔離されたス被−スが所望よって
与えられ為ならば、触媒は再生器のいずれかの端部、ま
たは適当な温度の流路中に配置することもできる。
反応領域は通常、可変容量スペースと関連し、このスイ
ースで発生した熱を除去するが、または反応のための熱
を与えることができる。
例６ 発熱反応による実施例２６６の特に有利な適用例は鉄助
触媒上で窒素と水素とを反応せしめるアンモニアの合成
である。この反応においては、再再器結合体２８２，２
８３は、好適には水素および窒素よりもアンモニアを優
先的に吸着する吸着材、たとえば分子ふるい１３Ｘのよ
うなゼオライトを含有するものとする。正しい割合の水
素および窒素の供給ガスを入口導管２９０から供給し、
浄化器２９１によってわずかな不活性ガスたとえばアル
ゴンおよびメタン以外のものについて浄化し、最後に圧
縮材２９３で約１２０気圧の反応圧力に圧縮する。この
圧縮した供給気体は大口弁２９５を介して熱交換器２９
６に供給され、ここでこの供給気体を約４５０℃の合成
温度Ｔ、に加熱する。この予熱供給気体は逆止弁２９８
を介してスターリングエンジンの導管２８４へ注入され
、熱交換器２８６を通過させる。この熱交換器は開始加
熱器として作用する。
膨張空間部分２７４内の触媒は反応の速度をはやめて、
製品であるアンモニアガスを装置の第２の端部または冷
端に向けて、すなわち再生器の冷端に向けて導管２８５
を介して圧力スイング吸着によシ輸送する。導管２８５
ではこの方゛スが圧縮空間２７５内で、熱交換器２８７
で除熱することによって、凝縮させる。液体アンモニア
は分離器３０２内に凝縮し、ここから取出弁３０４を介
して高圧期間中に除去されるのである。低圧期間中に分
離器内に残る液体アンモニアがあるとすれば、これは蒸
発せしめられ、システム内における圧力スイングの幅を
減少せしめることとなる。これと逆に、自由に動ける液
体アンモニア（ガス混合物中の滴として）が再生器の冷
端にあることは圧力スイングの幅を増大せしめることと
なる。
再生器２８２内のゼオライト吸着材は水素または窒素よ
シもアンモニアに対しはるかに高い親和（１０５） 性を有する。しかしながら、アルゴンおよびメタンを含
む不活性ガスは水素よシも優勢に吸着される。水素は温
端２７３に隣接する反応領域へと吸い上げられる。ここ
で濃度勾配が再生器を横切って確立される。すなわち窒
素および不活性ガスは冷端に向って濃くなってゆき、冷
端ではアンモニアも濃縮され液化される。不活性ガスが
多くなシすぎることはパージ弁３０６を周期的に開くこ
とでさけることができる。パージ弁３０６は、たまった
不活性ガスを含む窒素に富んだ混合物を分離器３０２か
ら逃す。
スターリングエンジン装置における周期的な圧力変化は
１２０気圧から２００気圧までの範囲であると予想され
る。この場合供給気体注入圧力は１２０気圧である一方
、平均圧力は１６０気圧であるので、このエンジンは、
実際にはそれ自体の周期的圧力領域内で供給気体圧縮の
最終段階を行なっている。
この１６０気圧の比較的低い合成ループ圧力では、従来
のアンモニア合成プラントは補助的な冷（１０６） 凍なしには満足な液体アンモニア凝縮を得ることができ
ない。本発明においては、低い方の温度Ｔ。
は通常の環境温度に対応し、アンモニアはこの装置内で
濃縮されるので冷凍を要しない。圧力スイング吸着装置
は、アンモニアをエンジンの膨張空間部分から非常に急
速に取出して反応の平衡状態をくずし、触媒による生産
性を高めるのである。
アンモニア合成においては、所望の欠品すなわちアンモ
ニアは吸着されて反応領域から取シ去られ、液化されて
液体として取シ出される。他の反応においては、もし付
随反応によって望ましくない付随生成物が形成されると
、この付随反応は、付随生成物が反応領域を去るのをさ
またげられるので、結果的に抑制され、このようにして
付随反応は平衡状態を維持する。この種の反応の例を例
７にあげる。いずれの場訃においても本発明のプロセス
は化学反応領域を、反応領域に隣接したところで行なわ
れる気体分離手段と組合せることを特徴とするもので、
気体混合物は少なくともひとつの反応成分と、少なくと
もひとつの反応生成物とを包含し、そのうちのひとつが
吸着材材料に優勢に吸着されるのである。
例７ 本発明を吸熱反応に適用する可能性を、メタンの水蒸気
分解による合成ガス製造という重要な例によシ説明する
。
主反応は次のとお夛である。
ＣＨ４＋Ｈ！Ｏ→ＣＯ＋　３　Ｈｚ 従来法においては、供給するメタンおよび水蒸気を、ニ
ッケル触媒上を９００℃、３０気圧という典型的な条件
下で流していた。この触媒上に炭素が沈着するのを妨げ
かつ反応を一方の側へすすめるには多量の過剰水蒸気が
必要である。反応の吸熱のための熱は、触媒を含有する
高合金管を外部から加熱することで与えられる。このよ
うに苛酷な応力を与えられる触媒管は非常に高価である
。
エネルギコストが高いことはまた管壁における温度降下
の問題と関連し、多量の過剰の水蒸気が必要である。ま
た、二酸化炭素が付随反応における付随生成物として生
成され、これによシ所望の主反応の変換率を低下せしめ
る。
水蒸気分解に適用された本発明においては、第８図のヒ
ートポング実施例が、おそらくは３００℃の尚初温度Ｔ
□から約９００℃の分解温度Ｔ！へ低位の熱を移送する
のに用いられる。従って反応領はスターリング機械の第
２のスペース２７５と関連している。付勢ピストンおよ
び駆動手段は高温をさけるために第１のスペースに関連
する冷却器領域内に配置する一方、所要の位相差を維持
する。変換率を高めるには、メタンと水とをスペース２
７５の反応領域に集中せしめると共に、反応生成物であ
る一酸化炭素および水素を反応領域から取シ去ることが
望ましい。
この反応の反応成分、主反応生成物、附随反応生成物を
シリカゲルまたはアルミナダル吸着材の上に次のような
吸着の順で得ることができる。
水 二酸化炭素 メタン 一酸化炭素 （１０９） 水素 このようにして水蒸気は第２のスペース２７５内に集め
られ、一方水素および一酸化炭素は分離せしめられて第
１のスペース２７４へ輸送される。
これは反応成分から反応生成物を所望どおシ分離せしめ
ることとなる。付随反応生成物である一酸化炭素とス被
−ス２７５内の反応領域に集中せしめられ、これによシ
この付随反応は禁止せしめられる。これは、本発明によ
シ反応の選択性を達成する能力を例証する。すなわち望
んでいない反応生成物は反応領域に捕捉しておき、所望
の反応生成物は直ちに反応領域から取シ出すのである。
触媒上の一酸化炭素の高い分圧は炭素の付着を抑制する
。吸着係数は高温においては減するので、この装置は次
に続くメタノール合成に都合のよいように、−酸化炭素
と共に二酸化炭素を生産するように設計することもでき
る。
吸熱のだめの熱はスターリングサイクル作用流体として
反応気体によって直接に反応領域へ与えられるので、高
い応力を加えられた触媒管を介しくｉｉｏ） て熱交換を行なう必要がなくなる。化学当量以上の過剰
な水蒸気を供給するというエネルギの負担もさけること
ができ、このプロセスでは比較的低品位の熱を使用でき
る。
此のよシ複雑な反応は、パラメトリックな（ｐａｒａｍ
ｅｔｒｉｃ）’Ｇポンプ作用で、所望の生成物を高変換
率にするため化学平衡から離して所望の反応を維持する
ため、反応区域から所望の生成物を除去する点に特徴が
ある。
成る重要な効果が、スターリングエンジン内部の非平衡
触媒反応の作用の中で発生する。補助逆止弁又は循環ブ
ロアーを触媒を通るガス流の方向を一定化するために用
いないと、触媒床は逆流と脈動圧の領域の下にある。此
の領域は触媒からの物質移動及び熱移動に有利である。
脈動圧は触媒細孔に強制呼吸を発生させ、結果的に混合
を改良する。
もし反応物が生成物よシも容易に又は迅速に吸着される
ならば、圧力スイングツ臂ラメトリックポンプ作用は触
媒細孔中へ反応物を浸透させることを阻止するようにな
シ、反応速度は低下する。これはベーカー氏によってエ
チレンの水素添加について得られた結果の合理的な説明
である。反対にもし反応物が、生成物よシも遅く吸着さ
れるならば、生成物は圧力スイング・ぐラメトリックポ
ンプ作用で触媒内部からよ〕迅速に除去される。そして
反応物の浸透と反応速度は上昇する。アンモニヤと水素
は共に鉄触媒上に吸着され、他方窒素は低い。上記の作
用はアンモニヤ合成の場合に有利である。
・ジエン氏の論文は、アンモニヤ合成の速度は供給ガス
の組成を周期的に変えることで向上出来ることを示した
。
本発明では、水素と窒素の不均一な混合物は圧力スイン
グ吸着によシ再生器結合体の中で得られている。窒素は
アンモニヤに比べて吸着され難いので、窒素の濃度減前
縁の特徴的速度は、アンモニヤのそれよりも早い。従っ
て、機械は、窒素の濃度波の少くとも１部が破れて触媒
の方へ入る様援設計することが出来る。触媒への供給組
成を週期化することは窒素濃度を変えることで成る程度
達成される。更に供給組成の周期化は、本発明では、供
給成分を時間的に及び／又は場所的に分離して注入する
ことでも向上できる。クロマトグラフ的な有利な効果は
、アンモニヤに対しで扁容量の吸オＩ剤を、ア／ガ゛−
及びリンカ−氏の提案のように触媒に混合することで達
成される。従来のアンモニヤ合成プラントでは、供給組
成の周期化は、合成系のガス流の大部分は再循環されて
いるので実行できないと思われる。
第８図の具体例に多くの改変を加えることは本発明では
許容されることは明らかである。例えば供給７′スは、
熱交換器２９６を有しない再生器結合体２８２の第２又
は冷端に直接注入することが出来る。この手段は触媒上
の反応物組成のコントロールを困難にするが、他方微量
の二酸化炭素、−酸化炭素及び水という汚染物が、ツク
ラメトリックポンプ作用でアンモニヤ及びノ４−ジガス
排出物中に濃縮され、触媒を保瀕する結果となる利益が
ある。
（１］、３） 適当に選択した触媒を用いると、第８図の具体例は、メ
タノール合成及び他の多くの化学反応に適用し得る。重
要な例は、−酸化炭素と水素から行う炭化水素の合成で
あるフィッシャートロピッシュ反応である。この場合、
第８図の具体例は、吸着剤への吸着性の相対的な能力差
に基いて、生成物の間の選択性に有利な影響を与える得
る。発熱及び吸熱反応の両方が既記の改変を加えること
で本発明に基くスターリングサイクル機の内部で実行し
得る。
本発明は、明らかに広範囲の化学反応へ適用し得るもの
で、既記のすべての具体例で本発明は記述し得るもので
あったが、多くの具体例又はそれらの結合は既記のもの
に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
第１図は、低温圧力スイング吸着装置にスターリングサ
イクル冷凍を付加した改変を包含するスターリングサイ
クル圧力スイング吸着装置の概要図である。 第２図は、第１図の具体例の吸着剤／再生粘結（１１４
） 合体周りの領域でのガス組成、温度を、２成分混合体に
ついて、更に組成波形についてグラフ形式の概略図で示
しだもの。 第３図は、第１図の具体例の再生器結合体周りで、等温
膨張、圧縮を仮定した場合のスターリングサイクルエン
ジンの温度変化図。 第４図は、スターリングサイクル・ヒート？ングの例に
ついて第３図に類似の温度変化を示す図。 第５図は、単一置換手段熱圧縮機付き圧力スイング吸着
装置の概要図。 第６図は、熱的に結合した双置換手段圧力スイング吸着
装置。 第７図は、熱源により付勢されるが、吸着剤／再生量結
合体の一部は冷却するガス分離装置。 第８図は、本発明に基く改良されたガス合成装置の概要
図。 代理人　三　宅　正　夫 （１１５） ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、　５ ＦＩＧ、７ ＦＩＧ、８ 手続補正書（自発） 昭和５９年１１月３０日 特許庁長官　志賀　学　殿 １、事件の表示 昭和５９年　特　許　願第２０６４．９７号２、発明の
名称　ガスの分離と合成の方法及びその装置３、補正を
する者 事件との関係　特許出願人 ４・代　理　人〒１００ ５、　補正命令の日付　自発 ６、　補正により増加する発明の数　０７、補正の対象
　明細書のタイプ印書（内容に変更なし）並びに優先権
証明書及びその訳文 手続補正書（自発） 昭和５９年１１月３０日 特許庁長官　志賀　字数 １、事件の表示 昭和５９年特　許　願第２０６４９７号２、発明の名称
　ガスの分離と合成の方法及びその装置３、　補正をす
る者 事件との関係　特許出願人 ４、代　理　人〒１００ ５、　補正命令の日付　自発 ６、　補正により増加する発明の数　０７、補正の対象 明細書のｌ！ｊｑの詳麹な説明Ｊ＆、Ｅ’丁１！ｌ１ｍ
１　／１＄％／＋ｉ’ｌＪ　＃　ｋｌ’１４８、補正の
内容 （１）−徊′細書第２頁、１７７行 目異った温に」を「異った温度に」に訂正する。 （２）同４１頁２０行目〜同４２頁１行目「内部的複雑
性」を「内部的流体特性の複雑性」Ｋ訂正する。 （３）同６３頁６行目〜７行目 「好ましい範囲」を「好ましい流体特性」に訂正する。 ↓ （４）　同第６９頁、６行〜７行目 「実質的にあってはならない。Ｊを「通常の場合存在す
る。」に訂正する。 （５）　同第７３頁、５行目 「の範囲で」を「とい５流体特性について」に訂正する
。 （６）　同第７５頁、４行目 「低くければ、」を「低げれば、」に訂正する。 （７）同第７５頁、５行目 「低くければ、」を「低ければ」に訂正する。 ｌす１ （８）　同第１０２頁、４行目 「連らる」を「連す、トキ」に訂正する。 （９）　同第１０６頁、１７７行 目圧力領域内」を「圧力特性の領域内」に訂正する。 （１０）同第１１１頁、５行目 「パラメトリックな」を「パラメトリック」に訂正する
。 （１１）同第１１１頁、１４４行 目動圧の領域」を「動圧の支配する領域」に訂正する。 （１２）同第１１２頁、２００行 目週」を「周」に訂正する。 （１３）同明細書第１１５頁、１６６行目次に下記を加
入する。 「図中、 １０・・・分離装置、　１１・・・第２容量置換手段、
１３・・・第１容量置換手段、 １５・・・第２内部作用室、 １９・・・第２内部作用室、 ２０・・・第１内部作用室、 ２４・・・流路、　２７・・・熱再生器、２８・・・流
路、　３４・・・吸着剤、３５・・・往復手段、　３７
・・・導入手段、４１・・・第２再生器結合体、 ４２・・・第１再生器結合体、 ４３・・・排出バルブ手段、 ４５・・・排出パイプ ４６・・・排出バルブ手段、 ４８・・・排出ｉ＋イブ、５７・・・制御手段、１０２
・・・分離装置、１０４・・・置換用シリンダー、１０
６・・・第１容量置換手段、 １１０・・・往復動手段、 １１１・・・第１内部作用室、 １１３・・・第２内部作用室、 １１８・・・第２再生器結合体、 １１９・・・熱再生器、１２０・・・吸着剤、１２３・
・・排出バルブ手段、 １２５・・・排出パイプ、 １２６・・・導入手段、 １３３・・・第１再生器結合体、 １３８・・・排出パイプ、 １３９・・・排出バルブ手段、 １４０・・・制御手段、１４８・・・分離装置、１５０
・・・流路、　１５１・・・流路、１５３・・・置換用
シリンダー、 １５４・・・置換用シリンダー、 １５５・・・置換手段、１５６・・・第２容量置換手段
、１６２・・・往復動手段、 １６３・・・第１内部作用室、 １６５・・・第２内部作用室、 １６８・・・第１内部作用室、 １７２・・・導管手段、１７４・・・第２再生器結合体
、１７５・・・熱再生器、１８０・・・第１再生器結合
体、１８１・・・導入手段、１８３・・・排出パイプ、
１８４・・・排出バルブ手段、 １８７・・・排出ノ９イブ、 １８Ｂ・・・排出バルブ手段、 １８９・・・吸着剤、１９０・・・熱再生器、２０１・
・・分離装置、２０８・・・第１容量置換手段、２１２
・・・第２容量置換手段、 ２１５・・・第２内部作用室、 ２２１・・・往復動手段、 ２２５・・・第１内部作用室、 ２２９・・・第３内部作用室、 ２３１・・・導入手段、２３８・・・熱再生器、２３９
・・・吸着剤、　２４３・・・導入手段、２４７・・・
排出パイプ、 ２４８・・・排出ノ臂イブ、 ２５０・・・排出バルブ手段、 ２５１・・・排出バルブ手段、 ２５２・・・第１再生器結合体、 ２５３・・・中間再生器 ２５５・・・第２再生器結合体、 ２５６・・・再生器、　２５９・・・断熱手段、２６６
・・・分離装置、２６９・・・第１容量置換手段、２７
２・・・第２容量置換手段、 ２７３・・・第２再生器結合体、 ２７４・・・第１内部作用室（反応域）２７５・・・第
２内部作用室、 ２１６・・・第１再生器結合体、 ２７７・・・第２内部作用室。 ２８１・・・往復動手段、 ２８２・・・熱再生器、２８３・・・吸着剤２８４・・
・排出ノ臂イブ、 ２８５・・・排出パイプ、 ２９０・・・導入手段、３０２・・・凝縮手段、３０８
・・・触媒胤」

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、易吸着性の第１の成分と、劣吸着性の第２の成分と
    を含むガス混合体を成分へ分離する方法であって、その
    方法は、吸着床内の吸着剤３４．１２０，１８９，２３
    ９，２８３でガス流路を形成している作用室にガス混合
    体を導入３７．１２６，１８１，２４３．２９ＯＬ、流
    路に沿ったガス混合体の流動方向を周期的に反転して流
    動方向を流路の両対向端間で変更し、ガス混合体の全圧
    力を作用室の上限と下限の圧力限界の間で周期的に変化
    させ、それと同時に吸着床の周期的な圧力変化と周期的
    な流れの反転との間の位相関係を調和させ、それによっ
    て圧力増加によってガスが１つの方向に７２流れるとき
    にはガス第１成分は吸着床上に優先的に吸着、固定され
    、他方第１の成分が圧力減少によりｆｉれが反転７３し
    たときに優先的に脱着されるようにすることと、吸着床
    の一端４２゜１３３．１８０，２５２．２７６の近傍か
    ら第１の成分が濃縮された第１の部分を取出すことと、
    吸着床の対向端４１，１１８，１７４゜２５５．２７３
    の近傍から第１の成分が希薄化された第２の部分を取出
    すことにおいて、（、）上記流路には吸着床と組合った
    熱再生器２７゜１１９．１７５，２３８．２８２を設け
    て吸着剤／再生器結合体３４．２７　：１２０．１１９
    ：１　Ｂ９，１７５　：２３９，２３８　：２Ｂ３゜２
    ８２を形成し、吸着剤／再生器結合体を通過して流路に
    沿って流動する流れを形成し、（ｂ）上記流路中には、
    再生密結合体の両対向端の近傍に第１２０，１１１，１
    ６３，２２５゜２７４と第２１５．１９：１１３，１６
    ５：２０８．２１５；２７５，２７７の空間を設け、そ
    れら空間は異った潟に保って、再生密結合体を温度勾配
    状態におき、ガスの流れを上記空間を通して一連に再生
    密結合体に送シ、ガスの流れを周期的な温度の反転に従
    わせるとともに、圧力と流動方向の周期的な反転に従わ
    せることによって、ガス混合体の第１．第２部分への分
    離を促進し他方ではガス混合体の中の熱エネルギーと圧
    縮エネルギーの間の転換を達成する、ことを特徴とする
    ガス混合体の成分への分離方法。 ２、　ガス流路を包含する内部作用室が第１２０゜１１
    １．１６３，２２５，２７４と第２１５゜１９；１１３
    ：１６５：２０Ｂ、２１５：２７５．２７７の空間と雨
    空間の間に配置された熱再生器２７，１１９，１７５，
    ２３８゜２８２の中で形成され、上記第１と第２の空間
    の間の再生器は異った温度間の温度勾配状態におかれ、
    さらにガスの流動方向を流路に沿って周期的に反転して
    流動方向が流路の両対向端間で変るようにし、またガス
    の圧力を作用室内の上限と下限の圧力限界の間で周期的
    に変化させ、熱再生器において周期的な圧力変化と周期
    的な流動反転との間に位相関係が存在するようにしたこ
    とおいて、 （ａ）雨空間の間に吸着剤３４，１２０，１８９゜２３
    ９．２８３を収容する吸着床を設け、熱再生器と組合っ
    た吸着剤／再生器の結合体を形成し くｂ）上記作用室には、易吸着性の第１成分と劣吸着性
    の第２の成分とを含むガス混合体を導入３７．１２６，
    １８１，２４３．２９ＯＬ、（ｃ）同時に、再生密結合
    体に関する周期的な圧力変化と周期的な流れの反転との
    間の位相関係を調和させることにより、上記ガスが一つ
    の方向７２に流れるときには圧力の増加によって吸着床
    に第１の成分を優先的に吸着、固定し、他方流動方向が
    反転７３したときは圧力の減少によって第１の成分を優
    先的に脱着させ、 （ｄ）再生密結合体の一端４２，１３３．１８０゜２５
    ２．２７６から第１の成分について濃縮された第１の部
    分を取出し、再生密結合体の対向端４１，１１８，１７
    ４，２５５，２７３）から第１の成分について稀釈され
    た第２の部分を取出し、 （、）ガス混合体の中の熱エネルギーと圧縮エネルギー
    の間の転換が達成される。 ことを特徴とする改良スターリングサイクル機の運転方
    法。 ３、　（ａ）第１の空間２０，１１１，１６３，２２５
    ゜２７４に関連する第１の周期的ガス容量置換作用と第
    ２の空間１５，１９：１１３：１６５：２０８．２１５
    ：２７５，２７７に関連する第２の周期的ガス容量置換
    作用によって周期的な圧力変化と周期的な流れの反転と
    を発生させ、それによって第１の周期的ガスの容量置換
    は第２の周期的ガスの容量置換に対して先行する位相角
    を有するようにし、 （ｂ）第１の空間から第２の空間へ熱を移送し、それに
    よって第１の空間は第１の温度Ｔ、を呈臥第２の空間は
    第２の温度Ｔ２を呈し、 （ｃ）さらに、第１のガス成分が濃縮された第１のガス
    の部分を第２の空間に隣位する再生密結合体の第２の端
    部４２，１３３，１８０，２５２゜２７６の近傍から取
    出し、第１の成分が稀釈された第２のガスの部分を第１
    の空間に隣位する再生密結合体の第１の端部４１．１１
    ８，１７４゜２５５．２７３の近傍から取出す、 ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ｔ　ｆｃは第２
    項に記載の方法。 ４、（ａ）優先的に吸着されるガス成分は希薄化された
    第２のガスの部分を、圧力がそのサイクルでのほぼ最大
    値のときに取出し、 （ｂ）優先的に吸着される成分が濃縮された第１のガス
    の部分を、圧力がそのサイクルでのほぼ最小値のときに
    取出すことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
    ２項に記載の方法。 ５、　（ａ）作用室において周期的な流動方向の反転と
    圧力の変化を発生させるために、第１１３，１０８゜１
    ５５．２０８，２６９と第２１１，１０６゜１５６．２
    １２，２７２の容量置換手段を往復動させて第１２０．
    １１１，１６３，２２５゜２７４と第２１５，１９；１
    １３；１６５；２０Ｂ、２１５，２７５，２７７の空間
    をそれぞれ第１と第２の往復動の機構で関連式ぜ、その
    ときの１を換の大きさの割合はケルビン度で表現された
    ときの高温Ｔ１と低温Ｔ、との割合とほぼ等しく、そし
    て第１の容量置換手段は第２の容量置換手段に対して約
    ９０度の先行する位相角を有する、 ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に
    記載の方法。 Ｇ、　（ａ）吸着床３４，１２０，１８９，２３９，２
    ８３゜は熱再生器２７，１１９，１７５，２３８゜２８
    ２を収容する室の物理的な内部に位置させ再生密結合体
    が一体物となる、 ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に
    記載の方法。 ７、　再生密結合体が第１２０，１１１，１６３゜２２
    ．５，２７４と第２１５，１９：１１３：１６５：２０
    ８，２１５；２７５，２７７の空間に関してそれぞれ第
    １　４１，１１８，１７４．２５５．２７３と第２　４
    ２，１３３，１８０゜２５２．２７６の端部を有するも
    のであって、ざらに、 （、）第１の空間を第２の空間よシも高温に維持し、（
    ｂ）よシ容易に吸着される第１の成分が濃ｉされた第１
    のガスの部分を吸着床の第２の端部の近傍から取出し、
    第１の成分が稀釈された第２のガスの部分を吸着床の第
    １の端部の近傍から取出し、 （ｃ）第１の空間に供給される熱の一部を機械的な仕事
    または圧縮の仕事に転換してエンジンサイクルとして作
    動するようにした、 ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に
    記載の方法。 ８、再生密結合体２７，３４；１１９，１２０；１７５
    ．１８９　；２３８，２３９　：２８２゜２８３が第１
    と第２の空間に関してそれぞれ第１と第２の端部を有す
    るものであって、さらに、（、）第２の空間を第１の空
    間よシも高温に維持しくｂ）該結合体の第２の端部の近
    傍から、より容易に吸着される第１の成分が濃縮された
    第１のガスの部分を取出し、結合体の第１の端部の近傍
    から第１の成分が稀釈された第２のガスの部分を取出し
    、 （ｃ）第１の空間から第２の空間へ熱を移送してヒート
    チンプのサイクルまたは冷凍サイクルとして作動するよ
    うにした、 ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に
    記載の方法。 ９、　（ａ）第１の空間２０と、再生密結合体の第１の
    端部４１および該第１の空間と第１の端部との間に存在
    する流路の一部分２４．２８とを断熱６０して該結合体
    の第１の端部において低温を達成しガスの分離を容易に
    した、ことを特徴とする特許請求の範囲第８項に記載の
    方法。 １０、（ａ）圧力と流動の反転の間の位相関係を調和さ
    せ、それによって再生密結合体１１９，１２０：１７５
    ．１８９の第１の端部１１Ｂ、１７４の近傍に第１の周
    期的なガスの容量置換を発生させ再生密結合体の対向側
    の第２の端部１３３゜１８０の近傍に発生させられる第
    ２の周期的なガスの容量置換に対して１８０°の先行す
    る移動位相角をもち、作用容量を実質上一定に維持す（
    ９） るようにし、 （ｂ）本プロセスに導入されるときのガス混合体の圧力
    に比べて高圧を有する少くともひとつの分離されたガス
    の部分を比較的高温の空間１１１゜１６３に送給するこ
    とによって熱の一部を圧縮仕事に転換させ、それによっ
    て熱−圧縮のサイクルを作動させるようにした、 ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のガス混
    合体の成分の分離方法。 １１、（ａ）装置の第１の部分１５０の流路において、
    圧力と流動の反転の間の位相関係を調和させ、それによ
    って再生密結合体の第１の端部１７４の近傍に第１の周
    期的なガス容量置換を発生させ、該結合体の対向側の第
    ２の端部の近傍に発生させられる第２の周期的なガス容
    量置換に対して１８００の先行する移動位相角をもち、
    第１の部分の作用容量を実質上一定に維持するようにし
    、 （ｂ）装置の第２の部分１５１の流路において、第２の
    熱再生器１９０を備え、流路の第２の部分（１０） 内に周期的に流動方向の反転を発生させ、それによって
    、流動方向が第２０流路の対向端の間で変化するように
    し、かつ、第２の再生器が温度勾配を受けて上限と下限
    の圧力限界の間でガスの圧力を周期的に変化させ、以上
    によって、第２の部分の中に第２の位相関係が存在する
    ようにし、この第２の部分の中では第２の再生器１９０
    の第１の端部の近傍で発生させられた第１の周期的なガ
    ス容量置換が第２の再生器の対向側の第２の端部の近傍
    で発生させられる第２の周期的なガス容量置換に対して
    １８０°の先行する移動位相角をもち、第２の作用容量
    を実質上一定に維持するようにし、 （１）本装置の第１と第２の部分１５０，１５１を連通
    させ、装置の第１と第２の部分の流動方向反転と圧力変
    化の間の位相関係を所望に保持させ、それによって熱−
    圧縮機として使用するためによシ大きな自由度と圧力差
    を与えるようにした、 ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のガス混
    合体の成分の分離方法。 １２、（ａ）装置の第２の部分１５１に、第１の部分１
    ５０よシも大きなガス容積の反転を与え、それによって
    第２の部分からの圧力変化が第１の部分よシも卓越する
    ようにした、 特許請求の範囲第１１項に記載の分離方法。 １３、（ａ）第ｉの部分１５０（ｒ）再生密結合体ＩＴ
    ５゜１８９の中と第２の部分１５１の熱再生器１９０の
    中とに、実質的に等しい高温Ｔ１　ｅ　’ｒ、と実質的
    に等しい低温Ｔ、とを有する実質的に等しい温度勾配を
    つくシ、各部分の第１の空間１６３゜１６８を高温状態
    とし、位相関係を高めた熱−圧縮機として作動させるよ
    うにした、特許請求の範囲第１１項又は第１２項に記載
    の分離方法。 １４、（ａ）装置の第１の部分１５０の流路に、再生密
    結合体１７５，１８９について上限Ｔ１と下限Ｔ２の温
    度差を有する温度勾配を与え、第１の空間１６３を低温
    状態とし、 （ｂ）装置の第２の部分１５１において、第２の再生器
    １９０に第２の温度勾配を与え、第１の空間１６８が第
    １の部分の高温Ｔ１より高い第３の温度Ｔ３となシ、プ
    イユミール冷凍機またはヒートポンプとしても作動し、
    低温におけるガス分離を達成させるようにした、 特許請求の範囲第１１項又は第１２項に記載の分離方法
    。 １５、　（ａ）再生密結合体２３８，２３９の対向する
    第１と第２の端部２４９，２５２の間に中間部分２５３
    を設け、結合体の第１と第２の部分２５５゜２５６を該
    中間部分と対向する第１と第２の端部の間に延在させ、 （ｂ）中間部分において流動方向を周期的に反転させ、
    第１と第２の部分を通過する流れを周期的に変化させる
    、ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項
    に記載の方法 １６、（ＩＬ）結合体の中間部分２５３の流れの周期的
    な反転を再生密結合体２３８，２３９の第１の端部２４
    ９において流れの周期的な反転に位相を揃えて維持し、 （ｂ）中間部分２５３の流動方向を周期的に反転しく１
    ３） それによって第１の結合体部分２５５を通るよシも第２
    の結合体の部分２５６を通してより多くのガスを循環さ
    せることにより結合体の中間部分と第１と第２の部分に
    おける熱の流れが中間部分における正味の熱の収得又は
    損失となるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
    第１５項に記載の方法。 ｔ７．（ａ）周期的な流れの反転の間の位相関係を調和
    させ、再生密結合体２３８．２３９の第１の端部２４９
    の近傍の周期的なガスの容量置換が、再生密結合体の＠
    ２の端部の近傍の周期的なガスの容量置換に対して先行
    する移動の位相角を有するようにし、 （ｂ）中間部分２５３に連通する導管２３１の近傍に断
    熱手段２５９を設け、中間部分に連通ずる導管の近傍の
    温度が再生密結合体の両端部２３９゜２５２の温度よシ
    も低いようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１
    ６項に記載の方法。 １８、　（ａ）反応域において化学反応を起こさせ、反
    応域ではガス混合体は少くとも１つの反応物と少く・（
    １４） とも一つの反応生成物を含み、そのうちの−っは吸着剤
    の中で優先的に吸着され、 （ｂ）反応物と生成物とは吸着剤によってパラメトリッ
    クなポンプ作用で分離され、反応をよシ高い転換に向っ
    て促進移動し、 （ｃ）反応域における熱を移送し、反応域の温度を制御
    する、 ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に
    記載の方法。 １９、（ａ）反応域において化学反応を起こさせ、反応
    域ではガス混合体は少くとも１つの反応物と、少くとも
    １つの望ましい化学反応の望ましい生成物と、少くとも
    １つの副反応による望ましくない生成物とを含み、その
    生成物の１つは吸着剤の中で優先的に吸着され、 （ｂ）ノやラメトリックなポンプ作用によって反応域か
    ら望ましい生成物を移送して望ましい反応を非平衡に維
    持し、望ましい生成物への高度の転換を助成し、 （ｃ）ノやラメトリックなポンプ作用によって反応域の
    中の望ましくない生成物をトラップさせて平衡に近い望
    ましくない反応を遅らせ、望ましくない生成物への転換
    を減少させる、 ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に
    記載の方法。 ２０、　（ｍ）反応域２７４に触媒３０Ｂを設けて反応
    の速度を高めることを特徴とする特許請求の範囲第１８
    項または＠　’−１＝　、９項に記載の方法。 ２１、（１）化学反応は発熱性であって反応熱を発生し
    、（ｂ）反応域を第１の空間２７４の近傍に位置亡せ、
    反応熱が第１の空間の熱を増大させ、熱エンジンとして
    の運転を助成することを特徴とする特許請求の範囲第１
    ８項または第１９項に記載の方法。 ２２、　（ａ）化学反応は吸熱性であって反応熱を吸収
    し、（ｂ）反応域を第２の空間２７５の近傍に位置させ
    、反応に要する熱が第１の空間から移送される、ことを
    特徴とする特許請求の範囲第１８項または第１９項に記
    載の方法。 ２３、（ａ）反応生成物の少くとも１つを装置の冷却部
    分２７７で液化させ、生成物の分離を容易にさせる、こ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１８項１たけ第１９項
    に記載の方法。 ２４、　（ａ）再生器結合体２７，３４：１１９，１２
    ０：２８２．２８３の内部の熱を導入３γ、１２６゜２
    ９０手段または排出４８，１２５手段の何れかの方へ移
    送する、ことを特徴とする特許請求の範囲第１項またけ
    第２項に記載の方法。 ２５、易吸着性の第１の成分と、劣吸着性の第２の成分
    とを含むガス混合体の成分を吸着剤３４゜１２０．１８
    ９，２３９，２８３によって分離する装置であって、そ
    の装置１０，１０２゜１４８．２０１，２６６は第１２
    ０，１１１゜１６３．２２５，２７４と第２１５，１９
    ：１１３．１６５　：２１５，２２７　：２７５゜２７
    ７の空間を有する内部作用室を包含する本体と、第１と
    第２の空間を相互に連結する流路と、吸着剤を収容し７
    雨空間の間の流路中に設けられた吸着床と、ガス混合体
    を作用室に導く導入手段３７，１２６，１８１，２４３
    ，２９０（１７） と、吸着床の対向両端部４１，４２；１１Ｂ。 １３３；１７４．１８０；２５５，２５６：２７３゜２
    ７６の近傍からガスを填シ出す排出手段４５゜４８；１
    ２５．１３８；１Ｂ３．１８７；２４７゜２４８：２８
    ４，２８５と、第１と第２の空間に関連する容量゛置換
    手段１３，１１；１０６；１５５．１５６：２０Ｂ、２
    １２：２６９，２７２゜と容量置換手段と協働して全圧
    力の周期的変化とガスの流動方向の周期的反転を起し、
    ガスの圧力の周期的な変化と吸着床上のガスの流動方向
    の間の位相関係を決定し、それによって一方の方向に向
    い７３　吸着床を通過する減圧された流れは第１の易吸
    着性成分について濃縮され、他方対向する空間に向い７
    ２吸着床を通過する昇圧された反方向の流れは第１の易
    吸着性成分について稀釈されるようになる振力手段３５
    ゜１１０．１６２，２２１，２８１とを含むことにおい
    て、 （ａ）吸着床と組合った熱再生器２７，１１９゜１７５
    ．２３８，２８２が直空間の間の流路内（１８） に配置された吸着剤／再生器結合体２γ、３４；１１９
    ．１２０　：１７５．１８９　：２３８．２３９；２Ｂ
    ２，２８３を形成し、流路に沿って通過する流れを受け
    、 （ｂ）第１と第２の空間は異った温度ＴＩｏＴ２　とな
    って再生器結合体を温度勾配状態におき、それによって
    、ガスの流れを周期的な温度の反転に従わせるとともに
    圧力と流動方向の周期的な反転に従わせ、さらにガス混
    合体を第１の成分について濃縮された第１の部分と、第
    ２の成分について濃縮された第２の部分とに分離させる
    のを容易にさせるようにした、ことを特徴とするガス混
    合体の成分の分離装置。 ２６、スターリング循環機に類似する装置１０゜１０２
    ．１４８，２０１．２６６であって、その装置は第１　
    ２０，１１１，１６３，２２５゜２７４と第２　１５，
    １９；１１３：１６５：２１５．２２７：２７５．２７
    ７の空間を有する内部作用室を有する本体と、第１と第
    ２の空間を相互に連結するガスの流路と、第１と第２の
    空間の間で流路中に設けられ、その第１と第２の空間は
    異った温度Ｔｌｅ”！　と娯れで温度勾配状態におかれ
    、熱再生器２７．’１１９゜１７５．２３８．２ｆｓ２
    と、前記第１と第２の空間とそれぞれ連通する第１１３
    ，１０６゜１５５．２０８，２６９と第２　１１，１０
    ６゜１５６．２１２，２７２の容量置換手段と、第１と
    第２の朴′ｆ置換手段と協働し、該容量置換手段が同一
    の周期で往復動してガスの全圧力と流動方向の周期的変
    化を発生させる仕復動手段を含み、該往復動手段はさら
    にガスの中の圧力と再生器中のガスの流動方向の周期的
    変化の間の位相角を決定するようにしたものにおいて、
    （、）吸着剤３４，１２０，１８９，２３９，２８３を
    収容する吸着床が熱再生器と組合って、第１と第２の空
    間の間に配置された吸着剤／再住器結合体２７，３４；
    １１９，１２０；ｉ７５゜１８９；２３Ｂ、２３９：２
    １３２，２８３′！ｉｌ−形成し、 （ｂ）処理するガス混合体は、易吸着性の第１０成分と
    、劣吸着性の第２の成分からなるものであり、 （ｃ）ガス混合体を作用室に専く導入手段３７゜１２６
    、’１８１，２４３，２９０と吸着床結合体の対同両端
    からガスの部分を排出する１、ｊト出手段４５．４ａ：
    １２５．１３８：１８３．１８７；２４’ｌ、２４１３
    ；２８４ｐ　２８５と、（、ｉ）ガスの流れに従って圧
    力と流動方向を周期的に反転し、一方の空間に向かう７
    ３再生器結合体を通過する第ｌの部分の減圧され／ξ流
    れは、易吸着性の第１の成分について濃縮され、こり兆
    １部分ね−１つの排出バルブ手段を通して排出゛され、
    反対の空間に向かいγ２再生器粘合体を７１ｈ　７Ｊす
    る第２の部分の昇圧された流れは易吸着性の第１の成分
    について希薄化され、その第２の部分は他のシト出バル
    ブ乎段を通して取出される、ことを特徴とする装置。 ２７、　（ａ）容量直換装置は第１　１３，１０６，１
    ５５゜２０８．２１；９と第２　１１，１００，１５ｔ
    ｉ＋２１２．２７２の容ｆ＆［換手段を包含し、それ　
    。 （２１） ぞれ、第１とｐｌ　２の空間に関連されてしり、（ｂ）
    往復動手段３５，１１０，１６２，２２１゜２８１は第
    １と第２の容量置換手段と協働し、該手段は同一の周期
    で往復動じ、第１の容１置換手段によって移動されたガ
    スの容積は第２の容ｉｔ像手段によって移動されたがス
    の容積を０度と１８０度の間の位相角だけ先行する、こ
    とを特徴とする特許請求の範囲第２５項′または第２６
    蚤に記載の装置。 ２８、　（ａ）制御手段５７．１４０が排出パルプ手段
    ４３゜４６　：１２３　；１３９　；１　Ｂ４．１８８
    　：２５０゜２５１と協働するように設置され、それに
    よって、易吸着性成分が希薄化された第２のガスの部分
    が第１の空間の近傍から取出され、そのときの圧力はそ
    のサイクルでのほぼ最大値であり、易吸着性成分が濃、
    酪された第１のガスの部分は第２の空間の近傍から取出
    され、そのときの圧力はそのサイクルでのほぼ最小値で
    ある、特許請求の範１７１１：！第２７項に記載の装置
    。 ２９、　（＆）補助の熱交換器５０，１２１．２９１３
    が再生（２２） 粘結合体２７．３４　：１１９．１２０　；２Ｂ２゜２
    ８３の中に配置され、再生器結合体とガスの間の熱移動
    を導入手段または排出手段のどちらかへ移送するように
    なっている、ことを特徴とする特許請求の範囲第２５項
    または第２６項に記載の装置。 ３０、　（ａ）往復動手段３５は容量置換手段１１．１
    ３と協働し、第１の空間２０から第２の空間１５゜１９
    へ熱がポンプ送りされ、 （ｂ）断熱手段６０が第１の空間に関連して第１の空間
    の温度を下げることができ、低い温度でガスが分離する
    ようにした、ことを特徴とする特許請求の範囲第２５項
    または第２６項に記載の装置。 ３１、（ａ）第１の空間２０，２２５，２７４の温度Ｔ
    １を第２の空間１５，１９：２１５．２２７：２７５．
    ２７７の温度Ｔ、よシも高温に維持する手段と （ｂ）仕事を転換する手段１１，２１２．２７２が第１
    と第２の空間と協働し、高温における熱を一部機械的仕
    事または圧縮作用に転換してエンジンとしても作動でき
    るようにした、 ことを特徴とする特許請求の範囲第２５項または第２６
    項に記載の装置。 ３２４ａ）容量置換手段が複動の置換手段１０６，１５
    ５であり、第１と第２のガスの容量置換の間の位相角が
    １８０度であり、 （ｂ）置換用シリンダー１０４，１５３が吸着床の両対
    向端１１８，１３３；１Ｆ４．１８０および複動の置換
    手段と関連して、複動の置換装置が第１　１１１．１６
    ３と第２１１３．１６５の空間を分離しておシ、 （ｃ）第１の空間１１１．１６３の温度Ｔ、が第２の空
    間１１３，１６５の温度Ｔ、よりも高温であり、熱−圧
    縮機として作動する、 ことを特徴とする特許請求の範囲第２５項に記載のガス
    混合体の成分の分離装置。 ３３、（ａ）再生器結合体１７５，１８９の温度勾配は
    第１１６３と第２１６５の空間にそれぞれ関連して第１
    Ｔ、と第２Ｔｔの温度で規制されてお飢再生器結合体と
    前記置換用シリンダーとは流路の第１部分１５０であり
    、 （ｂ）流路の第２部分１５１は第２の複動の置換手段１
    ５６と第２の置換用シリンダー１５４を有し、その第２
    の複動の置換手段は第２の置換用シリンダー内で往復運
    動可能であ）、 （ｃ）第２の熱再生器１９０は第２の置換用シリンダー
    の両対向端と関連し、第２の温度Ｔ２と第３の温度Ｔ３
    で規制される第２の温度勾配状態におかれ、第３の温度
    は実質上は第１の温度に等しく、 （ｄ）導管手段１７２は流路の第１と第２の部分１５０
    ．１５１を相互に連結し、第１と第２０腹動の置換手段
    は往復動手段と協働して再生機結合体を通過した周期的
    な圧力の変化とガスの流れの反転を調和する位相角で変
    動させ、ガス成分の分離を改良する、ことを特徴とする
    特許請求の範囲第３２項に記載の分離装置。 ３４、　（ａ）再生器結合体の温度勾配は第１１６３と
    第２１６５の空間にそれぞれ関連して第１Ｔ、と第（２
    ５） ２Ｔ２の温度で規制されておシ、第２の温度は環境温度
    に近く、 （ｂ）流路の第２の部分１５１は第２０複動の置換手段
    １５６と第２の置換用シリンダー１５４を有し、その第
    ２の複動の置換手段は第２の置換用シリンダー内で往復
    運動可能であ勺、（ｃ）第２の熱再生器１９０は第２の
    置換用シリンダーの両対向端と連通し、第２の温度Ｔ２
    と第３の温、Ｖ　Ｔ　ｓで規制される第２の温度勾配状
    態にあり、第３の温度は大気温度以上に高められており
    、 （ｄ）ｉ１３の温度で装置に熱１９５を供給する手段に
    よって置換と往復動の手段を駆動し７、ガスの分離と冷
    凍の両機能を達成させるようにした、ことを特徴とする
    特許請求の範囲第３２項に記載の分前装置。 ３５、（ａ）第２の複動の置換手段１５６は第１の複動
    の置換手段１５５より大きい移動量を有し、作用室内の
    ガスの流れと圧力変化を支配するようにした、ことを特
    徴とする特許請求の範囲第３３（２６） 項または第３４項に記載の分離装置。 ３６．　（ａ）吸着剤／再生器結合体２３８，２３９は
    再生量結合体の舘１２４９と第２２５６の対向する端部
    間に配置される中間部分２５３を有し、第１２５５と第
    ２２５６再生器部分はそれぞれ中間部分と第１と第２の
    端部との間に存在して （ｂ）作用室は第３の空間２２９を有し、中間導管２３
    １を通じて再生器の中間部分と連通し、そして、容量置
    換手段２０８が第３の空間で作動して第３の空間と中間
    部分の間のガスの流動方向の周期的反転を生成させる、
    ことを特徴とする特許請求の＠門弟２５項または第２６
    項に記載の装置。 ３７、（ａ）往復動手段２２１は容を置換手段２０８と
    協働し、第３の空間２２９と中間再生器部分２５３の間
    の流れを周期的に反転し、第１の空間２２５と第１の再
    生器部分２５５の間の流れの周期的な反転と位相を揃え
    、 （ｂ）容量置換手段２０Ｂは第１、第２２２５゜２２７
    と第３２２９の空間に作用して、第２のＦ！生生部部分
    ２５６通るガスの流れが第１の再生器の部分２５５を通
    るものよシも大きくなる、ことを特徴とする特許請求の
    範囲第３６項に記載の装置。 ３８、　（ａ）往得動手段２２１は容量置換手段２０８
    と協働し、再生量結合体２３８，２３９の第１の端部２
    ４９の近傍の周期的なガスの容量゛１■換が再生器の第
    ２の端部２５２の近傍の司期的なガスの容量置換に関し
    て先行する移動位相角を有しくｂ）中間部分２５３と中
    間導管２３１の近傍の断熱手段２５９は中間部分と中間
    導管の近傍の温度が再生量結合体の両端部における温度
    に比べて低下していること、を特徴とする特許請求の範
    囲第３７項に記載の装置。 ３９、　（ａ）作用室内に存在する、少くとも１つの反
    応物と少くとも１つの反応生成物を含むガス混合体を、
    反応域２７４で化学反応させる手段を有し、（ｂ）再生
    量結合体２８２．２０３が生成物の少くとも１・りを吸
    着し、生成物の少くとも一部分をガス混合体から分離し
    、反５を非平衡へ移動し、高転（ｇｌを違我させる、こ
    とを特徴とする特許請求の範囲第２５項プ／ヒは１３２
    ６項に記載の装置。 ４０、反応域？７４に触媒３０８を設置して反応の速度
    を高める、ことを特徴とする特許請求の範囲第３９項に
    記載の装置。 ４１、　（ａ）化学反応は発熱性でｐ＞す、（ｂ）　、
    反応域は作用室の第１の空間２８４の近傍に設けられ、
    第１の空間に熱を供給し、反応熱の１部を機械的エネル
    ＪｐＩｃ転換するようにしブζ。 ！群ｒ？ｆ請求の範囲第３９項に記載の装置。 ４２、　（ａ）化学反応ｉ、Ｉ　ｒ＆熱性でろｌノ、（
    １，）反応域を第２の空間２７５内に位置させ、反応に
    要する熱が第１の空間から第２の空間ヘヒートポンプ作
    用によって移送される、ことを特徴とする特許請求の範
    囲第３９項に記載の装置。 ＋３．＃ｉ縮手段３０２が本装置の第２の空間２７５と
    関連し、反応生成物の少くとも１つを液化させ、生成物
    の分熱を容易にさぜる、ことを特徴とする特許請求の範
    囲第３９項に記載の装置。 （２９） ４４、　（ａ）容量置換手段は第１と第２の容量置換手
    段を含み、第１と第２の手段は、同一の周期で、約９０
    度の移動位相角を生ずる往復動振幅で往復動し、第１と
    第２の置換手段はそれぞれ第１と第２の空間と連通して
    おり、 （ｂ）第１と第２の置換手段の移動振幅の割合はケルビ
    ン度で表現されたときの雨空間の高温と低温の割合とほ
    ぼ等しい、ことを特徴とする特許請求の範囲第２５項ま
    たは第２６項に記載の装置。 ４５、　（ａ）再生量結合体は吸着剤３４，１２０，１
    ８９゜２３９．２８３を収容するチャンバーを有し、熱
    再生器２７，１１９，１７５．２３８，２８２と一体で
    ある、ことを特徴とする特許請求の範囲第２５項または
    第２６項に記載の装置。
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