CN1646206A - 用于压力变动吸附的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
一种压力变动吸附系统包括一个具有一开口的压力容器(20)和一个阀多歧接头(10)，该阀多歧接头包括一本体，该本体具有一个流体连接于所述开口的第一腔。所述本体包括一条通路(4)和一条通道(2)，通路(4)将通道(2)连接于所述腔(1)。阀多歧接头(10)包括一个设置在通路(4)内的阀(31)。所述阀(31)被构制成有选择地允许和限制在所述通道(2)和所述腔(1)之间通过所述通路(4)的流动。
Description
相关申请的相互对照
本申请涉及2002年4月9日提交的题为“用于压力变动吸附的改进的方法和设备”的临时申请第60/370,702号。该申请的内容结合在本文中用作参考。
技术领域
本发明涉及用于压力变动吸附系统的阀组件。
背景技术
压力变动吸附(PSA)是一种用于分馏气体混合物以提供至少一种净化的产品气体和残余副产品混合物的技术。PSA已成功地用于从其它气体分离氢气、从空气分离氧气和氮气，从天然气分离氦气等。
早期PSA系统一般使用并联运行的四个吸附容器。这种PSA系统的一个实例在授予Wagner的美国专利第3,430,418号中描述。后来对Wagner的方法的改进增加了一个附加的压力平衡步骤，而保留了四个吸附床(见授予Batta的美国专利第3,564,816号)其后对七个或更多的床增加了甚至更多的压力平衡步骤(见授予Fuderer等人的美国专利第3,986,849号)。这种压力平衡数量和吸附容器数量的增加被进行以提高产品的回收和吸附生产率。不幸的是，性能的提高也伴随着操作这种系统所需要的阀的数目的相应的增加。例如，Wagner的系统使用了至少31个阀，Batta的系统使用了至少33个阀。Fuderer等人的系统使用了至少44个阀。
吸附容器及PSA系统中阀的数目的增加不利地增加制造及运行成本。已经有人提出许多改进的循环，使PSA系统中使用的吸附床和/或阀的数目更为经济。在授予McCombs的美国专利第3,738,087号中描述了这种系统的一个出色的实例，在授予McCombs的美国专利第4,194,890号中描述了一种更后的方法。这些专利描述了具有少至两个吸附容器的PSA系统，但是，产品的连续供应通常是不可能的，或者，只有在降低的压力下才能够实现。另外，一般认为这些种类的循环提供低的产品气体回收及在给定的输送条件下的吸附利用。在授予Stcker的美国专利第4,761,165号和授予Duhayer等人的美国专利第6,146,450号中描述了比Wagner，Batta及Fuderer等人的专利更为复杂的具有更少阀的循环或至少更为简单的管系布置(Plumbing arrangements)，同时保持其高的性能。
已有人提供了几种PSA系统，这些系统为了降低复杂度通过组合以前方法的许多阀的功能，通过旋转阀装置的实施而降低了机械复杂度。这种系统的实例包括授予Sayder的美国专利第4,272,265号，授予Rabenau等人的美国专利第4,925,464号及授予Keefer等人的美国专利第6,063,161号，在每种情形中都采用了带有阀功能的一个或多个旋转组件以替代一个或多个独立的阀。虽然这些方法与传统的独立阀管系相比较有利地降低了管系的复杂度，但是，它们具有几个不合乎需要的特点。首先，它们固定了各种PSA循环步骤的相对持续时间，因而不能对流动状态作出反应，以便借助进料成份、温度、压力或流动速率的可变性使操作最佳化。Keefer等人描述了在其旋转阀增设特殊的次级阀，以便精细调整PSA循环，这样就不利地增加了复杂度，并且在操作中不能调节。第二，所有的旋转阀都依靠滑动密封表面来使净化的产品与不纯的进气或废气分开。Keefer等人的确精心构想了克服这种对于产品纯度潜在局限所需要的机械步骤。与简单的没有滑动的接触式密封件相比，滑动密封件更难于保养，提供的密封较差且更容易由于颗粒的污染而损坏。最后，旋转阀装置使很复杂的循环难于执行，这是由于对这种执行来说，旋转阀的孔道布置很复杂。因此，这些阀主要用于执行简单的循环，与本专业最先进的循环相比较，具有相对较低的产品回收和吸附利用。
在本专业的许多PSA循环中存在的一个附加特征是采用借助净化的产品气体的吸附容器的逆流吹风。在早期的循环如Batta或Fuderer等人的循环中，这是通过提供一个独立的产品气体多歧接头完成的，该多歧接头通过压力调节阀或节流装置保持在低压下，为了每个吸附容器设有一个独立的控制阀。在授予McCombs的美国专利第4,194,890号中描述了这种方法的一个实例。这种简化的方法的缺点在于，产品气体通过容器的流动不能被独立地控制，与传统方法相比，这可导致产品回收的下降。使用定比控制阀的第二种改进方法是由Stcker提出的。虽然产品供应阀的定比控制方法相对于现有技术确实有利地减少了管道连接，并提供了在循环中某些阶段完全停止流动的能力，但是，定比阀可能的缺陷是比截止阀可靠性低而成本高。
本发明的发明人已经确定，上述各专利中描述的压力变动吸附系统都没有提出与使用单独连接的阀的传统结构有基本机械差别的结构。本发明人已经确定，采用独立连接的阀是很不合乎需要的，这是由于每个阀需要至少两个管路连接。这些连接往往是使用昂贵的接头形成的，或者通过焊接来保证产品的纯度或防止有毒的或可燃的工艺气体的泄漏。这种接头的增设不利地增加了制造成本，增大了包装系统的体积并且由于泄露的可能性而降低了安全性和可靠性。
管系的增加，以及包装所需的附属体积，由于需要提供对吸附容器的机械支承而更加复杂了。管系及阀，由于其相对大的质量，可对压力容器施加相当大的力，除非所有结构都精心设计及受到良好的支承。这种支承的提供可引起系统的质量、体积及制造成本的不利的增加。另外，吸附容器承受压应力周期性引起的疲劳失效，如果不进一步增加其重量以补偿高的局部应力，固有地很难提供结构支承。
发明内容
在清除与上述吸附容器(PSA)系统有关的问题的努力中，本发明提供一种可靠的、有成本效益的压力变动吸附，这将在下面详述。
本发明有利地提供PSA的改进的机械设备，与传统方式相比，它可降低机械复杂度，而不管所使用的吸附床的数量或基础循环的复杂度如何。本发明可降低机械复杂度而不牺牲独立控制阀功能的操作便在运行中使系统的控制最佳化的能力。另外，本发明可降低机械复杂度而无需滑动密封或旋转阀。
另外，本发明有利地提供一种改进的方法，用于借助纯净的产品气体对吸附容器进行逆流吹风，以及使用具有通断功能的单一的控制阀的并流(co-current)产品输送。本发明也提供一种用于实施产品气流控制的改进的方法的新颖设备。
本发明有利地提供一种新颖设备，用于直接对于吸附容器增设(manifolding)独立控制阀。
本发明提出，新颖的多歧接头设备(manifolding apparatus)也可以有利地用作要安装传感器、检修孔、通风阀、安全阀和其它为了利于PSA循环工作的而设置的其它辅助构件的位置。本发明也提出，新颖的多歧接头设备可用于具体支承吸附容器。本发明进一步有利地提出，结构支承可适应容器的热及压力循环而不致在容器上施加有害的弯矩。
本发明有利地提供一种改进的设备，它可以用来实施四床的压力变动吸附，只使用16个具有通断功能的控制阀进行两个压力平衡及逆流产品换气。
附图说明
参阅下面的具体对照附图的详细说明，可容易地理解本发明更全面的评价及其附随的优点。
图1表示按照本发明的阀多歧接头，无法直接看到的特征用虚线表示，
图2表示带有按照本发明的两个多歧接头组件的吸附容器；
图3表示使用本发明的多歧接头特征用于操纵四吸附容器压力变动吸附循环的设备；
图4表示装有三个阀且具有一螺柱固定凸缘特征的本发明的一个替代多歧接头设备；
图5a表示一个吸附容器，它带有安装在支承结构上的两个多歧接头组件，图5b和5c是图5a的放大区域；
图6a和6b是流体流动图，表示使用一个控制阀控制产品输送和逆流换气的改进的方法；
图7，8和9表示用于实施图6b所示方法的设备的一个实施例的横剖图，其中阀设备以三个不同的操作方式表示。
具体实施方式
下面对照附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，具有基本相同的功能和布置的构件用相同的附图标记表示，并且只在必要时才进行重复的描述。
图1表示本发明的阀多歧接头10的三维立体图。阀多歧接头10设有至少一个送气腔(plenum cavity)，该送气腔与一个吸附容器20(见图2)连通。多歧接头10还设有至少一条流体通道2，该流体通道具有至少一个流体进口3。送气腔1通过内部通道或流体通路4与流体通道2连通。应注意的是、多歧接头10包括一条或多条通道2，所述通道借助一条或多条通路4连接于一个或多个送气腔1。基于本说明书的描述，本专业技术人员显然可理角各种不同的构造。
通过通路4的流体流量可有利地借助安装在阀口5上的、放置在阀座6上的一个阀控制。在阀1的多歧接头中设有一个阀，该阀具有一个与阀口5基本同心的座。通常称为活塞阀、柱塞阀、针阀及球形阀的那些种类的阀具有这种线性关系。虽然其它种类的阀也可用作本发明的多歧接头，但是，推荐使用具有与阀口同心的座的阀。特别推荐整个阀体以整体方式安装的阀。这种阀的实例是柱塞阀、活塞阀、针阀及某种类型的球形阀。特别推荐使用活塞阀。
从图1可以看出，在阀多歧接头10内可设有一条以上流体通道2。实际上，在阀多歧接头10的阀体内可设有任意数目的流体通道。另外，每条流体通道可设有一个或多个流体口3，并且每条流体通道可设有附加特征或口以接纳传感器、仪表、压力安全阀或其它认为对PSA循环的运行必要的配件。另外，多歧接头的其它区域可设有这种直接与送气腔1或压力容器20的内部连通的特征。也许需要设置用于保养从阀座下面组装的阀如许多种球形阀的检修口。
如图1所示的阀多歧接头10可以通过铸造，机加工、粉末治全、锻造或任何本专业公知的方法的组合来制造。另外，阀多歧接头10可以是适于所述循环的工作条件的任何材料的。
图1所示的阀多歧接头10具有两条平行的流体通道2，其中两条流体通道2都设在送气腔1的相同侧。流体通道2可以设置在相对于送气腔1的任何利于适当发挥通路及阀功能的位置上，流体通道2的位置可以由整个吸附床封装(packaging)、PSA循环构造、阀通路、结构支承或其它因素来确定。
图1的阀多歧接头10具有两条平行的流体通道，这两条流体通道平行地连通于一个公共送气腔1，该送气腔与吸附容器20连通。因此，这种阀多歧接头形成了一种能够适当执行在Wagner、Batta、Fuderer等人及Stcker的专利的PSA循环中所述的吸附床进口功能的构造。但是，本发明的阀多歧接头10显然每个吸附容器只需要4个相互连接来完成该项任务而不是传统结构中所需要的至少7个连接。另外，本发明的阀多歧接头10的内部容积，与现有技术的传统的管连接相比较，有利地得以减小。这种容积的减小可改善PSA循环中的产品回收。
图1的阀多歧接头10设有至少一个安装凸起部12。安装凸起部12能够在低应力区域中连接于吸附容器，因而比其它支承方法，容器壁可制得更薄，这是有利的。安装凸起部可设置在结构中以维修用阀通路，封装的紧凑性、多歧接头制造的方便性及其它考虑因素为基础来考虑认为是方便的任何位置上。
图1的阀多歧接头10最好设有用于将多歧接头10连接在吸附容器20上的安装装置11。在图1中，安装装置11适于通过焊接、铜焊、软焊、粘接来连接。
图2表示在每个端部上设有本发明的多歧接头10的一个吸附容器20。多歧接头10可通过焊接、铜焊、软焊、粘接或通过其它类似手段来安装。或者，多歧接头10也可以借助螺栓固定的凸缘、螺纹连接、闩锁连接、弹簧环或借助各种其它非永久装置来连接。这种可卸式连接有利地比永久连接能够更容易地检查吸附剂或被卸除，但是也可能不利地增加容器的尺寸、重量及制造成本，因而并不明确地推荐两者中的任一种方法。
如图所示，图2的吸附容器设有在接合部23上连接于一圆筒形部分22的圆盖21。这个实施例并不是想以任何方式来限制本发明。吸附容器20可以具有任何横截面形状。结合部23可以借助焊接、铜焊、粘接或其它方法来形成，或者可以设有凸缘或其它可卸式连接。另外，整个吸附容器20可以通过型锻、锻造、铸造、丝缠绕(filament winding)，或者借助其它类似的手段制成一个整体。吸附容器也可以机械地连接于其它的吸附容器、缓冲罐、中间吸附容器、结构或其它特征以形成一个复合容器。因此，吸附容器的形成并不以任何方式限制本发明的实施。
图3表示构成一个PSA系统的四个吸附容器20。在图3中，每个阀多歧接头10设有两个阀31。每条流体通道可借助流体连接件32连接于所有其它容器。流体连接件可以是如图所示的刚性管，或者也可以是柔顺的、挠性管路。实际上，相互连接的流体连接件的功能的形成并不以任何方式限制本发明的实施，可以根据有关工艺条件加以选择。另外，流体连接件可以永久地或通过可卸式连接方式连接于多歧接头10。
从附图可以看出，每条流体通道与流体连接件组合起来构成在阀和每个吸附容器的送气腔之间的连续的流体流路。因此，在PSA循环中不同点上工作的容器之间预期有流体互换的任何循环都可采用本发明的多歧接头。如果需要这样的话，多个多歧接头可结合成一个或多个较大的多歧接头，与两个或更多个独立的吸附容器连通。这种组合多歧接头可以完全消除流体连接件32。组合多歧接头可以通过铸造、模制、机加工及其它技术或技术的组合来制造。由于组合多歧接头的实际范围涉及到吸附容器的尺寸，因而多歧接头的优选的表现形式取决于每个系统的详细的可行性和经济性。因此，对于相对较大容器直径的系统可优选独立的多歧接头，而对小直径的容器可优选与两个或更多个容器连通的组合多歧接头。
因此，本发明特别预期带有组合多歧接头和容器的PSA系统，所有组合多歧接头和容器可被形成一个单一构件或形成许多功能构件，其中独立的阀件与吸附容器连通，实质上执行在PSA循环的不同阶段中用于流体互换的容器间预期平行连接的任何PSA循环，虽然图3表示带有气压传动的活塞阀，但是，这里也预期其它类型的阀。阀可以按照气动方式、电磁方式、液压方式或通过凸轮轴、齿轮系的机械驱动或其它装置来启动。在带有许多吸附容器连通的组合多歧接头的小型系统中可优选直接的机械启动；这种系统可通过机械传动，使其具有紧密的机械公差以实现成功的操作。优选运动轴线平行于阀口的阀，特别优选运动轴线与阀口及阀座同心的阀。
图4表示本发明多歧接头的另一实施例，它适于实施带有使用产品气体的逆流换气或吹风的循环如Wagner、Batta、Fuderer等人的循环。在本发明的这个实施例中，一条或多条流体通道2与一个第一阀口5连通，以便在PSA循环的吸附阶段中供应纯的产品，并与一个第二阀口41连通。以便控制来自产品多歧接头的逆流换气或吹风。在图4中，阀口5和41被画成具有相同的尺寸；但是，这两个阀口也可以具有不同的尺寸，以便接受不同尺寸和/或类型的阀，从而实现适当的产品流量性能。图4的实施例可有利地采用活塞阀，所述活塞阀带有可调的行程止动器，行程止动器用于调节活塞阀的流量特性，以便实现适当的PSA循环性能。
图4也画出一个传感器口46，它可用来接受一个在PSA系统的运行和保养中使用的传感器。图4中所示的传感器口46连接于送气腔1。但是，传感器口也连接于流体通道2和/或通路4，这取决于在PSA系统中进行的具体测量。
图4的阀多歧接头也体现出一个螺栓固定的凸缘界面42，凸缘界面42通过螺纹连接如螺栓或双头螺栓将阀多歧接头连接于吸附容器20。这种连接有利于阀多歧接头的拆卸，从而有利于吸附剂的检查或更换。虽然在图中画出的是螺栓固定的凸缘，但是，本发明也可采用其它类型的可卸式连接如组合式螺纹连接、闩锁连接、弹簧环及其它类似的装置。
在图4中画出的一个附加优选特征是一个带有销轴颈43的结构支承凸起部。销轴颈43提供了一种通过销连接支承容器的手段。连接件如销轴颈43支承负荷而非力矩。通过提供在吸附容器20每端上的销连接，容器可以借助一个或多个架或杆式连接(bar linkages)安装在一个支承结构上。容器的一端最好借助销连接安装在支承结构上，而容器的第二端借助架或杆式连接安装，因此，吸附容器20(见图2和3)构成一个三杆联动构件。
图5a，5b和5c表示一个吸附容器20，该吸附容器在其两端具有阀多歧接头10，图5b表示吸附容器20一端的放大图，其中一阀多歧接头10通过一销轴颈43连接于一个刚性联杆48，联杆49连接于一个支承结构47。销轴颈43借助销49a可转动地连接于支承结构47。图5c表示吸附容器20的相反端的放大图，其中一阀多歧接头10借助一个销轴颈直接连接于支承结构47。图5c中的多歧接头10通过销49c可转动地连接于支承结构47。因此，图5a、5b和5c中所示的吸附容器20构成了一个三杆联动构件。
三杆联动构件能够通过容器转动适应容器长度的改变。这种连接类型可提供超过通过焊接或螺栓固定的刚性支承的若干优点。首先，这种优选的三杆联动安装方式可适应由于容器压力和/或温度循环造成的容器长度的改变。这种长度的改变是PSA系统中不能避免的，并且在容器和刚性支承装置中不利地产生反作用负荷。本发明的这种三杆结构支承的第二个优点在于，在容器和支承件之间不传递力矩。因此，由于容器重量、风力负荷、地震或其它因素施加在容器和/或结构上的负荷不会导致容器或多歧接头的弯曲。这种构造有利地减小了容器和多歧接头上的应力，减小了容器和多歧接头所需的强度和刚度，并且简化了容器、多歧接头和支承结构的设计。
图6a是表示在Wagner、Batta和Fuderer等人的方法中来自吸附容器产品端的净化的、加压的产品气体的控制的流体流动图。在PSA循环的吸附阶段中，净化的产品从PSA容器的产品端通过导管51及通过一个阀52流至一个出口53。图中阀52是一个单通道、常闭、气驱动的阀，但是，也可采用其它类型的阀。在已经构想的吸附阶段后的PSA方法的其它阶段中，常常发生的情形是，净化的产品气本可以有利地用来在一个逆流流动步骤中净化吸附容器，在现有技术中，这通常是采用压力调节器54将产品压力调至中间压力，然后使这种经过调节的气流通过一个第二阀55而完成的，在这种系统中，每个容器设有两个相应于图6a中的阀52和55的两个阀，该系统设有一个调节阀54。在现有技术的系统中三个阀的设置不利地增加了管路的复杂度和成本，也增加了控制系统的复杂度，控制系统必须设置驱动这些阀的额外的能力。Stcker通过提供一个单一的调节阀解决了这种关于复杂度的问题，但是，调节阀比截止阀要贵得多，因而对于系统来说是不利的，因为阀的成本很高。
图6b表示本发明的一种替代的产品气动流动控制系统，在这种改进的方法中的吸附阶段中，产品气体流过进口51及一个与计量孔57并联的止回阀56。然后，产品通过被启动的截止阀58流至产品出口53。在图中止回阀被画成一个弹簧复位阀，不过也可以采用任何类型的止回阀。在循环的逆流流动阶段中，截止阀58被打开，产品多歧接头中的产品气体从点53通过打开的截止阀58、通过计量孔57并通过点51流入吸附容器，该吸附容器处于比产品多歧接头低的压力下。止回阀56不允许逆向流动，因而逆流气体的流动速率可由计量孔57完全控制。在这种组件的第三工作状态中，截止阀58被关闭，各吸附容器之间不发生流动，这与其相对的压力无关。
止回阀56和计量孔57的功能可被组合在一个单一构件如流动控制阀中。流动控制阀和截止阀的组合比其它系统可提供较小的启动复杂度、较少的相互连接及较低的成都市本。用一个固定的孔来替代图6b中所示的可变孔的特征，可实现进一步的简化。
本发明的改进的产品流动控制可以有利地与本发明的多歧接头设备组合起来而形成一种高度简化了的控制产品气体流动的设备，在这种构造中，使用相同类型的截止阀，但是，在流体通道2和送气腔1之间必须设置一个止回阀，它与吸附容器20连通，在现有技术中公知若干类型适当的紧凑的止回阀，包括片簧式阀及筒式阀。图7表示包括止回阀的一个特别优选的实施例的本发明的阀多歧接头组件的剖面图，如图7的剖面图所示，截止阀31被插入阀口5中。以简化形式表示的阀杆及密封件61与阀座62接触。在这个位置上，阀密封件和阀座可防止在流体通道2和送气腔1之间通过内部通路4的流动，本发明特别优选的止回阀包括一个密封杯63及一个密封弹簧64，所述密封杯回绕阀座61，所述密封弹簧将密封杯偏压在座的区域上。
图8表示图7所示多歧接头的另一横剖图，包括在吸附步骤中本发明的止回阀，加压的、净化的产品气体从送风腔1通过通路4流入流体通道2。在这种结构中，截止阀密封组件61已被阀驱动器抬起，密封杯63已被流体压力抬离了座的区域62。密封弹簧64被压力压缩。密封弹簧的选择决定组件的流动阻力，因此，决定了通过组件的压力降。具有低刚度的密封弹簧被优选以便使止回阀组件具有低的压力降。
图9表示图7和8所示多歧接头的另一横剖面图，包括处于PSA循环的逆流流动步骤中的本发明的止回阀。在该步骤中，在流体通道2中的产品压力高于送气腔1内的压力，因此，不存在反抗弹簧64将密封杯63抬离座的区域62的压力。截止阀密封件61被其驱动器抬离座的区域。一个流量计量孔65设置在密封杯63中，以便使产品能够从流体通道2流至送气腔1。流量计量孔65可形成一个或多个口的形状，如图7-9所示，或者，流量计量孔也可以通过在阀杆和密封杯之间形成间隙或通过在密封杯和座的区域的接合部提供间隙、孔或其它特征而构成。按照本发明，上述构造的任何组合也可用作流量计量孔。图示的特别优选的止回阀实施例具有的特别优点是只使用两个零件，每个零件具有简单的形状并易于制造。
应注意的是，本发明的阀被构制成并不限制沿通道的流动，并不限制在腔内的流动。这些阀被构制成只是控制腔和流道之间通过通路的流体的流动。因此，如果任意的阀失效，那么，如果需要的话，沿通道的流动及在腔中的流动可以被维持。
使用上述各实施例中的任一个与Wagner、Batta、Fuderer等人的技术方案及其它的PSA系统相比较，本发明的用于控制产品流动的方法可有利地减少控制阀的数量，这阀数量的减少可降低成本和复杂度，同时提高可靠性，也可减少PSA控制系统的复杂度。
本发明的多歧接头设备在许多方面重大地改善了PSA系统。首先，在一定的操作条件下的产品回收被增加，这是由于在阀之间的管路和多歧接头中手死容积显著减少的缘故。第二，阀组件的机械复杂度被降低，相应地降低了制造的难度及泄漏的可能性。第三，阀门及管路的质量及容积的减少降低了PSA系统的占地区域及质量，导致作用在吸附容器的机械负荷及对支承结构的需要的减少。另外，多歧接头组件提供一种结构支承装置，其采用了销连接，这样可消除支承结构和吸附容器之间的力矩，力矩的消除有利地减少了容器上的应力，从而降低了为实现足够的寿命所需的容器用料量。
本发明的多歧接头设备组合了用于一个以上的容器的流动导管特征和阀口设置，这种多歧接头设备的使用与其它系统相比较可进一步降低总体复杂度、容量及质量。另外，这种组合多歧接头使得通过机械装置如凸轮轴或齿轮系的阀驱动成为可行的方案，从而进一步降低了控制系统的复杂度及成本，在本发明的采用带有密封件和座之间的线性运动的阀的多歧接头设备优选实施例中，可提供上述优点，同时消除了在旋转阀系统中采用的滑动密封件，滑动密封件的消除有利于改善产品回收及纯度，以及可提高可靠性，另外，如果阀门是独立驱动的，本发明的PSA系统对于在工作中改变输送条件是可以最佳化的。
当本发明的改进的产品流动控制方法与本发明的多歧接头设备被组合起来时，PSA系统被进一步改善。这些改善包括减少了控制阀的使用，降低了控制系统的复杂度，增加了可靠性，显著降低了系统的制造复杂度及成本。
本发明的方法及设备的最突出的特征是其可广泛应用在几乎所有的PSA系统上，另外，本发明的方法及设备可有利地应用在任何生产能力的PSA系统中，2000年6月29日提交的美国临时申请第60/214,737号、2000年6月7日提交的美国专利申请第09/588,575号、2000年8月21日提交的美国专利申请第09/642,008号、2001年8月14日提交的美国专利申请09/928,437号、2002年3月15日提交的美国专利申请第10/097,745号及由Franklin D.Lomax，Jr与本申请同时提交的题为“具有降低的复杂度的高回收PSA循环及设备”的专利申请中的每一篇的全部公开内容被结合在本文中以其全文用作参考。
应当注意的是，这里图示和描述的典型实施例用来闸述本发明的优选实施例，并不是用来以任何方式限制权利要求书的范围。
按照上述技术内容可对本发明进行许多修改和变化，因此，本发明显然可以按照与这里具体描述的不同方式来实施而并不超出权利要求书的范围。
Claims (57)
1.一种用于具有至少一个压力容器的压力变动吸附系统的阀多歧接头，所述阀多歧接头包括：
一个本体，该本体具有一个第一腔、一条第一通路和一条第一通道，所述第一腔适于流体连接于所述至少一个压力容器，所述第一通路将所述第一通道连接于所述第一腔；以及
一个设置在所述第一通路内的第一阀，所述第一阀被构制成有选择地允许和限制在所述第一通道和所述第一腔之间通过所述第一通路的流动。
2.如权利要求1所述的阀多歧接头，其特征在于：
所述本体具有一条第二通路和一条第二通道，所述第二通路将所述第二通道连接于所述第一腔；以及
所述阀多歧接头包括一个设置在所述第二通路内的第二阀，所述第二阀被构制成有选择地允许和限制所述第二通道和所述第一腔之间的流体流动。
3.如权利要求2所述的阀多歧接头，其特征在于：所述第一通道和所述第二通道被构制成至所述第一腔的平行的流动连接。
4.如权利要求2所述的阀多歧接头，其特征在于：所述第一通道和所述第二通道连接于所述第一腔的相同侧。
5.如权利要求1所述的阀多歧接头，其特征在于：
所述本体具有一条将所述第一通道连接于所述第一腔的第二通路；以及
所述阀多歧接头还包括一个设置在所述第二通路内的第二阀，所述第二阀被构制成有选择地允许和限制在所述第一通道和所述第一腔之间通过所述第二通路的流体流动。
6.如权利要求5所述的阀多歧接头，其特征在于：
所述本体具有一条第二通道和一条第三通路，所述第三通路将所述第二通道连接于所述第一腔；以及
所述阀多歧接头还包括一个设置在所述第三通路内的第三阀，所述第三阀被构制成有选择地允许和限制在所述第二通道和所述第一腔之间通过所述第三通路的流体流动。
7.如权利要求1所述的阀多歧接头，其特征在于还包括：
一个在所述本体内的、适于流体连接于另一压力容器的第二腔，所述本体具有将所述第一通道连接于所述第二腔的一条第二通路；以及
一个设置在所述第二通路内的第二阀，所述第二阀被构制成有选择地允许和限制在所述第一通道和所述第二腔之间的流动。
8.如权利要求7所述的阀多歧接头，其特征在于：
所述本体具有一条第三通路和一条第四通路，所述第三通路将所述第二通道连接于所述第一腔，所述第四通路将所述第二通道连接于所述第二腔；
所述阀多歧接头还包括一个设置在所述第三通路内的第三阀，所述第三阀被构制成有选择地允许和限制在所述第二通道和所述第一腔之间的流动；以及
所述阀多歧接头还包括一个设置在所述第四通路内的第四阀，所述第四阀被构制成有选择地允许和限制在所述第二通道和所述第二腔之间的流动。
9.如权利要求8所述的阀多歧接头，其特征在于：所述第一通道和所述第二通道被构制成提供一个在所述第一腔和第二腔之间的平行流动连接。
10.如权利要求1所述的阀多歧接头，其特征在于：所述第一阀被构制成不限制沿所述第一通道的流动。
11.如权利要求1所述的阀多歧接头，其特征在于：所述第一阀被构制成不限制在所述腔内的流动。
12.如权利要求1所述的阀多歧接头，其特征在于：所述本体还包括一个连接于所述腔的传感器口。
13.如权利要求1所述的阀多歧接头，其特征在于：所述本体还包括一个连接于所述第一通路的传感器口。
14.如权利要求1所述的阀多歧接头，其特征在于：所述本体还包括一个连接于所述第一通道的传感器口。
15.如权利要求1所述的阀多歧接头，其特征在于：
所述阀多歧接头适于刚性地连接于所述至少一个压力容器；以及
所述阀多歧接头还包括一个安装凸起部，该安装凸起部具有一个适用于连接于一支承结构的销轴颈。
16.如权利要求1所述的阀多歧接头，其特征在于：所述第一通路包括一个阀座和一个接纳所述第一阀的阀口。
17.如权利要求16所述的阀多歧接头，其特征在于：所述阀座与所述阀口同心。
18.如权利要求1所述的阀多歧接头，其特征在于：所述第一阀包括一个阀密封料，该阀密封料被构制成有选择地在一个与所述第一通路内的一个阀座密封接触的位置和一个与所述阀座不接触的位置之间被驱动，在所述密封接触的位置上，所述第一通道被密封于所述第一腔，所述第一阀还包括一个具有一计量孔的副密封构件。
19.如权利要求1所述的阀多歧接头，其特征在于所述第一阀包括：
一个止回阀；
一个与所述止回阀并联设置的计量孔；以及
一个与所述止回阀和所述计量孔串联设置的截止阀。
20.如权利要求19所述的阀多歧接头，其特征在于：
所述止回阀包括一个密封杯，该密封杯被构制成在其内接纳所述截止阀；
所述计量孔穿过所述密封杯设置；以及
所述密封杯被弹簧偏压向一个设置在所述第一通路内的一个阀座。
21.如权利要求19所述的阀多歧接头，其特征在于：所述第一阀包括一个动力装置，该动力装置被构制成线性驱动所述截止阀以移入或移出与设置在所述第一通路内的一个阀座的接触。
22.一种用于具有至少一个压力容器的压力变动吸附系统的阀多歧接头，所述阀多歧接头包括：
一个本体，该本体具有一个腔、一条通路和一条通道，所述腔适于流体连接于所述至少一个压力容器，所述通路将所述通道连接于所述腔；以及
用于有选择地允许和限制在所述流体通道和所述腔之间的流体流动的装置。
23.一种压力变动吸附系统，该系统包括：
一个具有一第一开口的第一压力容器；以及
一个第一阀多歧接头，该第一阀多歧接头包括：
一个第一本体，该第一本体具有一个第一腔、一条第一通路和一条第一通道，所述第一腔被流体连接于所述第一压力容器的所述第一开口；所述第一通路将所述第一通道连接于所述第一腔；以及
一设置在所述第一通路内的第一阀，所述第一阀被构制成有选择地允许和限制在所述第一通道和所述第一腔之间通过所述第一通路的流动。
24.如权利要求23所述的压力变动吸附系统，其特征在于：
所述第一本体具有一条第二通路和一条第二通道，所述第二通路将所述第二通道连接于所述第一腔；以及
所述第一阀多歧接头还包括一个设置在所述第二通路内的第二阀，所述第二阀被构制成有选择地允许和限制在所述第二通道和所述第一腔之间的流体流动。
25.如权利要求24所述的压力变动吸附系统，其特征在于：所述第一通道和所述第二通道被构制成提供至所述第一腔的平行的流动连接。
26.如权利要求24所述的压力变动吸附系统，其特征在于：所述第一通道和所述第二通道被连接于所述第一腔的相同侧。
27.如权利要求23所述的压力变动吸附系统，其特征在于：
所述第一本体具有一条将所述第一通道连接于所述第一腔的第二通路；以及
所述第一阀多歧接头还包括一个设置在所述第二通路内的第二阀，所述第二阀被构制成有选择地允许和限制在所述第一通道和所述第一腔之间通过所述第二通路的流体流动。
28.如权利要求27所述的压力变动吸附系统，其特征在于：
所述第一本体具有一条第三通道和一条第三通路，所述第三通路将所述第三通道连接于所述第一腔；以及
所述第一阀多歧接头还包括一个设置在所述第三通路内的第三阀，所述第三阀被构制成有选择地允许和限制在所述第二通道和所述第一腔之间通过所述第三通路的流体流动。
29.如权利要求23所述的压力变动吸附系统，其特征在于还包括一个具有一第二开口的第二压力容器，其中所述第一阀多歧接头还包括：
一个在所述第一本体内、被流体连接于所述第二压力容器的所述第二开口的第二腔，所述第一本体具有一条将所述第一通道连接于所述第二腔的第二通路；以及
一个设置在所述第二通路内的第二阀，所述第二阀被构制成有选择地允许和限制在所述第一通道和所述第二腔之间的流动。
30.如权利要求29所述的压力变动吸附系统，其特征在于：
所述第一本体具有一条第二通道、一条第三通路和一条第四通路；所述第三通路将所述第二通道连接于所述第一腔，所述第四通路将所述第二通道连接于所述第二腔；
所述第一阀多歧接头还包括一个设置在所述第三通路内的第三阀，所述第三阀被构制成有选择地允许和限制在所述第二通道和所述第一腔之间的流动；以及
所述第一阀多歧接头还包括一个设置在所述第四通路内的第四阀，所述第四阀被构制成有选择地允许和限制在所述第二通道和所述第二腔之间的流动。
31.如权利要求30所述的压力变动吸附系统，其特征在于：所述第一通道和第二通道被构制成提供在所述第一腔和所述第二腔之间的平行流动连接。
32.如权利要求29所述的压力变动吸附系统，其特征在于：
所述第一阀被构制成不限制沿所述第一腔的流动；
所述第一阀被构制成不限制沿所述第一通道的流动；
所述第二阀被构制成不限制沿所述第二腔的流动；以及
所述第二阀被构制成不限制沿所述第一通道的流动。
33.如权利要求23所述的压力变动吸附系统，其特征在于还包括：
一个具有一第二开口的第二压力容器；以及
一个第二阀多歧接头，包括：
一个第二本体，该第二本体具有一个第二腔、一条第二通路和一条第二通道，所述第二腔被流体连接于所述第二压力容器的所述第二开口，所述第二通路将所述第二通道连接于所述第二腔，所述第二通道被流体连接于所述第一通道；以及
一个设置在所述第二通路内的第二阀，所述第二阀被构制成有选择地允许和限制在所述第二通道和所述第二腔之间通过所述第二通路的流动。
34.如权利要求33所述的压力变动吸附系统，其特征在于：
所述第一本体具有一条第三通道和一条第三通路，所述第三通路将所述第三通道连接于所述第一腔；
所述第一阀多歧接头还包括一个设置在所述第三通路内的第三阀，所述第三阀被构制成有选择地允许和限制在所述第三通道和所述第一腔之间的流动；
所述第二本体具有一条第四通道和一条第四通路，所述第四通路将所述第四通道连接于所述第二腔，所述第四通道被流体连接于所述第三通道；以及
所述第二阀多歧接头还包括一个设置在所述第四通路内的第四阀，所述第四阀被构制成有选择地允许和限制在所述第四通道和所述第二腔之间的流动。
35.如权利要求34所述的压力变动吸附系统，其特征在于：在所述第一和第二通道之间的所述流体连接，以及在所述第三和第四通道之间的所述流体连接被构制成在所述第一腔和所述第二腔之间的平行的流体连接。
36.如权利要求33所述的压力变动吸附系统，其特征在于：
所述第一阀被构制成不限制沿所述第一腔的流动；
所述第一阀被构制成不限制沿所述第一通道的流动；
所述第二阀被构制成不限制沿所述第二腔的流动；以及
所述第二阀被构制成不限制沿所述第二通道的流动。
37.如权利要求33所述的压力变动吸附系统，其特征在于还包括：
一个具有一第三开口的第三压力容器；以及
一个第三阀多歧接头，包括：
一个第三本体，该第三本体具有一个第三腔、一条第三通路和一条第三通道，所述第三腔被流体连接于所述第三压力容器的所述第三开口，所述第三通路将所述第三通道连接于所述第三腔，所述第三通道被流体连接于所述第一通道和所述第二通道；以及
一个设置在所述第三通路内的第三阀，所述第三阀被构制成有选择地允许和限制在所述第三通道和所述第三腔之间通过所述第三通路的流动。
38.如权利要求37所述的压力变动吸附系统，其特征在于：
所述第一阀被构制成不限制沿所述第一腔的流动；
所述第一阀被构制成不限制沿所述第一通道的流动；
所述第二阀被构制成不限制沿所述第二腔的流动；
所述第二阀被构制成不限制沿所述第二通道的流动；
所述第三阀被构制成不限制沿所述第三腔的流动；以及所述第三阀被构制成不限制沿所述第三通道的流动。
39.如权利要求23所述的压力变动吸附系统，其特征在于：所述第一阀被构制成不限制沿所述第一通道的流动。
40.如权利要求23所述的压力变动吸附系统，其特征在于：所述第一阀被构制成不限制沿所述第一腔的流动。
41.如权利要求23所述的压力变动吸附系统，其特征在于：所述第一本体还包括一个连接于所述第一腔的传感器口。
42.如权利要求23所述的压力变动吸附系统，其特征在于：所述第一本体还包括一个连接于所述第一通路的传感器口。
43.如权利要求23所述的压力变动吸附系统，其特征在于：所述第一本体还包括一个连接于所述第一通道的传感器口。
44.如权利要求23所述的压力变动吸附系统，其特征在于：
所述第一阀多歧接头刚性地连接于所述第一压力容器；以及
所述第一阀多歧接头还包括一个第一安装凸起部，该第一安装凸起部具有一个适于连接于一个支承结构的销轴颈。
45.如权利要求23所述的压力变动吸附系统，其特征在于：所述第一压力容器具有一个第二开口，所述压力变动吸附系统还包括：
一个第二阀多歧接头，包括：
一个第二本体，该第二本体具有一个第二腔、一条第二通路和一条第二通道，所述第二腔被流体连接于所述第一压力容器的所述第二开口，所述第二通路将所述第二通道连接于所述第二腔，所述第二通道流体连接于所述第一通道；以及
一个设置在所述第二通路内的第二阀，所述第二阀被构制成有选择地允许和限制在所述第二通道和所述第二腔之间通过所述第二通路的流动。
46.如权利要求45所述的压力变动吸附系统，其特征在于：
所述第一阀多歧接头刚性地连接于所述第一压力容器；
所述第一阀多歧接头还包括一个第一安装凸起部，该第一安装凸起部具有一个适于枢轴式连接于一支承结构的销轴颈；
所述第二阀多歧接头刚性地连接于所述第一压力容器；以及
所述第二阀多歧接头还包括一个第二安装凸起部，该第二安装凸起部具有一个枢轴式连接于一联动装置的销轴颈，该联动装置适于枢轴式连接于一支承结构。
47.如权利要求23所述的压力变动吸附系统，其特征在于：所述第一通路包括一个阀座和一个接纳所述第一阀的阀口。
48.如权利要求47所述的压力变动吸附系统，其特征在于：所述阀座与所述阀口同心。
49.如权利要求23所述的压力变动吸附系统，其特征在于：所述第一阀包括一个阀密封件，该阀密封件被构制成有选择地在一个与所述第一通路内的一个阀座的密封接触位置和一个与所述阀座的不接触位置之间被驱动，在所述密封接触位置上，所述第一通道被密封于所述第一腔，所述第一阀还包括一个具有一计量孔的副密封构件。
50.如权利要求23所述的压力变动吸附系统，其特征在于所述第一阀包括：
一个止回阀；
一个与所述止回阀并联设置的计量孔；以及
一个与所述止回阀和所述计量孔串联设置的截止阀。
51.如权利要求50所述的压力变动吸附系统，其特征在于：
所述止回阀包括一个密封杯，该密封杯被构制成在其内接纳所述截止阀；
所述计量孔穿过所述密封杯设置；以及
所述密封杯被弹簧偏压向在所述第一通路内设置的一个阀座。
52.如权利要求50所述的压力变动吸附系统，其特征在于：所述第一阀包括一个动力装置，该动力装置被构制成线性地驱动所述截止阀移入及移出与所述第一通路内设置的一阀座的接触。
53.一种压力变动吸附系统，包括：
一个具有一开口的压力容器；以及
一个阀多歧接头，包括：
一个本体，该本体具有一个腔、一条通路和一条通道，所述腔被流体连接于所述压力容器的所述开口，所述通路将所述通道连接于所述腔；以及
用于有选择地允许和限制在所述通道和所述腔之间的流体流动。
54.一种进行压力变动吸附的方法，该方法包括以下步骤：
提供一个阀多歧接头、一个腔、一条通路和一条通道，所述腔被流体连接于吸附容器的一个开口，所述通路将所述通道连接于所述腔，其中所述阀多歧接头包括一个设置在所述通路内的阀，所述阀被构制成有选择地允许和限制在所述通道和所述腔之间通过所述通路的流动，所述阀包括一个止回阀，一个计量孔与所述止回阀并联设置，一个截止阀与所述止回阀和所述计量孔串联设置，
其中产品气体在吸附阶段中通过所述止回阀、所述计量孔和所述截止阀从吸附容器流出，
其中产品气体在逆流流动阶段中通过所述截止阀、所述计量孔流动并进入吸附容器，以及
其中当所述截止阀被闭合时向着和背离吸附容器的流动停止。
55.如权利要求54所述的方法，其特征在于：所述阀多歧接头包括至少两个阀，所述阀被构制成控制从所述腔向连接于另一吸附容器的通道的流体流动。
56.如权利要求54所述的方法，其特征在于：
所述止回阀包括一个密封杯，该密封杯被构制成在其内接纳所述截止阀；
所述计量孔穿过所述密封杯设置；以及
所述密封杯被弹簧偏压向设置在所述通路内的一个阀座。
57.如权利要求54所述的方法，其特征在于：所述截止阀被线性驱动移入和移出与设置在所述通路内的一阀座的接触。
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