JP2003028322A - 酸素濃縮装置用ロータリー弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 部品点数を軽減して弁構成を簡略化し、酸素
濃縮装置に適用して電気配線及び配管を簡単にしてメン
テナンスを容易にするロータリー弁を提供する。 【解決手段】 弁箱１外通じる弁室３内に、固定シート
５と、固定シート上で摺接回転する略扇形状の弁体６を
配し、前記シートには、シート中心と、シート中心から
離れて同一円周上の複数個所に、弁箱外に導かれる通孔
７、８、９を設け、弁体の摺動面側に、シート中心の通
孔７と同一円周上の通孔８、９を連通させる凹部１２を
設け、弁体の摺接面の一部６ｂでシートの同一円周上の
通孔８、９を開閉するようにし、外部回転駆動軸に連結
されるカップリング１３をバネ１５の付勢下に弁体中心
部に結合した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は酸素濃縮装置に適用
されるロータリー弁に関するものであり、さらに詳しく
は、吸着筒内に充填した吸着媒体に空気を接触させて空
気中の窒素を吸着媒体に吸着させて除去し、酸素の濃縮
ガスを製造する酸素濃縮装置用ロータリー弁に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、空気中に含まれる窒素を除去
して酸素の濃縮ガスを製造する酸素濃縮装置として、合
成ゼオライト等からなる窒素吸着媒体を充填した２つの
吸着筒を用い、一方の吸着筒に圧縮空気を供給して酸素
濃化ガスを生成させる吸着工程と、他方の吸着筒は内部
を大気開放して窒素の脱着を行わしめる減圧工程を、交
互に切り替え操作して酸素の濃縮ガスを連続的に得る装
置が実用されている。

【０００３】この場合の両方の吸着筒は、それぞれに所
定の圧力で空気を供給する空気供給管路と、酸素の濃縮
ガスを取り出すガス取出し管路と、空気の供給を遮断し
た状態で吸着筒の内部を大気開放する脱着ガス排出管路
が接続され、これらの管路に対し、２つの吸着筒を、吸
着工程と減圧工程に所定の周期で切り替え制御するため
に、多くの電磁弁が使用され、これらの電磁弁はタイマ
ー、リレー、シーケンサー等で複雑に制御される。さら
に、多くの電気結線や配管継手が必要であり、修理メン
テナンスは困難を極め、組立て工数も多く必要である。
また、電磁弁開閉によって吸着筒への急激な空気突入や
急激排気が生じ、吸着材の微粉化や騒音の原因になる。
また、周波数の違いにより、空気供給源のコンプレッサ
ーの吐出量が変化するため、電磁弁群の制御時間を変更
する必要がある。

【０００４】そこで、このような制御時間等の変更を必
要としない先行技術として、特開平１１−１９２４１０
号公報に開示されているものは、複数のカム駆動バルブ
を、共通のバルブ収容ケース内に一列に並んだ状態で配
置し、それらのカム駆動バルフを、共通の回転軸に取り
付けられて互いに一体的に回転するカム群によって駆動
するようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記す
る工程切替え機構を構成するカム駆動バルブは、個々に
弁体を有し、それぞれが独立的にバルブ機能を発揮する
構成のため、部品点数が多く、複雑な構造になってい
る。

【０００６】そこで、本発明は、部品点数を軽減して構
成を簡略化し、酸素濃縮装置に適用して電磁弁群、電気
制御部等をなくし、電気配線は実質２本の電線と、最小
限の配管だけで済み、メンテナンスを容易にし、かつ組
立て作業も容易なロータリー弁を提供することを目的と
したものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のロータリー弁は、弁箱内に、弁箱外に通じ
る弁室を形成し、該弁室内に、固定シートと、固定シー
ト上に摺接回転する弁体を配し、前記シートには、シー
ト中心と、シート中心から離れて同一円周上の複数個所
に、弁箱外に導かれる通孔を設け、弁体は、中心部に半
円突出部を有し、該突出部両端と周縁間に、直径線に合
わせて端縁を形成してなり、弁体の摺動面側に、シート
中心の通孔と同一円周上の通孔とを連通させる凹部を設
け、該凹部回りに形成される摺動面のうち、凹部から弁
体両端縁に掛けての摺動面で同一円周上の通孔を開閉す
るようにし、外部回転駆動軸に連結されるカップリング
を、弁箱に回転自在に支持し、該カップリングをバネの
付勢下に弁体中心部に結合したことを特徴とする。

【０００８】ここで、本発明に係るロータリー弁の主要
構成部品とされる固定シート及び弁体をセラミック材で
構成し、また、ロータリー弁はモーターに組み付け、モ
ーターの駆動軸をカップリングに連結する。弁室を圧縮
空気供給源に接続し、固定シートの同一円周上の通孔
を、複数の吸着媒体を収容した吸着筒に振り分け接続
し、シート中心の通孔を排気口にして使用に供する。

【０００９】このように構成した本発明に係るロータリ
ー弁によれば、圧縮空気供給源から弁室に供給される空
気圧力で、弁体には、固定シートとの摺動面に押しつけ
られる推力が働き、カップリング側からのバネの付勢力
と相俟ってシール性を高める。 弁体が回転して弁室に
開放されるシートの同一円周上の通孔からは吸着筒に圧
縮空気が供給されて吸着媒体に窒素を吸着させる吸着工
程を行う。一方、弁体下で凹部に開放されるシートの同
一円周上の通孔からは吸着筒内の空気が凹部を経てシー
ト中心の通孔から排気される減圧工程を行う。

【００１０】こうして、ロータリー弁の回転に伴い、シ
ートの同一円周上の通孔は徐々に開かれ、また、徐々に
閉じられるので、吸着筒に対して急激な圧縮空気の供給
や、吸着筒からの急激な排気は生じず、滑らかな圧力移
行を行い、吸着筒内における吸着媒体の揺動をなくし、
排気音を低減する効果がある。さらに、複数の吸着筒に
振り分けられたシートの同一円周上の２つの通孔が、弁
体の回転により同時的に開閉されるタイミングが生じて
弁室内に通じることから、この時に、吸着行程を終えた
吸着筒から減圧工程を終えた吸着筒への圧力移行をする
均圧工程が生じ、この均圧工程が弁体の１回転中に２度
あって酸素の濃縮ガスの圧力変動を少なくし、減圧排気
時の騒音を低減する効果がある。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。図１は本発明に係るロータリ
ー弁の断面図、図２は固定シートの平面図、図３は弁体
の平面図である。

【００１２】図１において、ロータリー弁Ａの弁箱１
は、上半体１ａ及び下半体１ｂに分割可能にできてい
て、上半体１ａと下半体１ｂはＯ-リング２を介装して
結合され、弁箱１内に弁室３を形成している。

【００１３】弁室３は通孔４を介して弁箱１外に連通
し、弁室３内に、固定シート５と、この固定シート５上
に摺接回転する弁体６を配している。固定シート５と弁
体６はともにセラミック材でできていて、両者の摺動面
は鏡面仕上げになっている。

【００１４】前記固定シート５には、図２に示すよう
に、シート中心と、シート中心から離れてシート５の同
一円周上で対向する２個所に、弁箱１外に導かれる通孔
７，８，９を設けている。実施の形態では、これらの通
孔７，８、９のシート側及び弁箱側の通孔接続部に、そ
れぞれＯ-リング１０を介装して気密性を高めている。

【００１５】前記弁体６は、図３に示すように、中心部
に半円突出部６ａを有し、この突出部６ａの両側端から
周縁との間に、直径線に合わせて端縁１１を形成して弁
体６全体を略扇形状に構成し、弁体６の摺動面側に、シ
ート中心の通孔７と同一円周上の通孔８、９のどちらか
１つと連通させる凹部１２を設け、この凹部１２回りを
弁体６の摺動面とし、このうち、凹部１２から端縁１１
に掛けての摺動面６ｂでシート５の同一円周上の通孔
８、９を開閉するようにしている。

【００１６】また、弁体６の上部中心部には、モーター
の駆動軸（図示せず）に連結されるカップリング１３を
結合している。このカップリング１３は、弁箱１に対
し、弁室３側からスラストベアリング１４を介装して回
転自在に支持し、カップリング１３下端をバネ１５の付
勢下に弁体中心部の設けた結合部１６に嵌合させて結合
している。

【００１７】図４は本発明に係るロータリー弁を適用し
た酸素濃縮装置の概略構成図である。

【００１８】図４に示すように、ロータリー弁Ａは、専
用のモーターＡ′に回転可能に組み付けられ、ロータリ
ー弁Ａの弁室３は、通孔４を介して圧縮空気供給源（図
示せず）に接続する。固定シート５の同一円周上の通孔
８、９を、管路を介して２つの吸着媒体を収容した吸着
筒Ｂ、Ｃの一方の端部に接続する。固定シート５の中心
の通孔７は、サイレンサーＤに接続して排気口とする。
また、２つの吸着体収容筒Ｂ、Ｃの他方の端部には、固
定オリフィスＥを介して酸素の濃縮ガスが取り出される
ようにする。

【００１９】上記構成において、図４及び図５を参照し
ながら作用を説明する。

【００２０】モーターＡ′により弁体６が固定シート５
上に回転し、図５（ａ）に示す位置にある状態では、弁
体６の外にあって弁室３に開放される通孔８を介して吸
着筒Ｂに圧縮空気が供給されて吸着工程を行う。一方、
弁体６の下にあって凹部１２に開放される通孔９から
は、吸着筒Ｃ内の空気が凹部１２を経てシート中心の通
孔７から排気されて減圧工程を行う。

【００２１】この状態から弁体６が回転し、図５（ｂ）
に示す位置にくる段階において、シート５の同一円周上
の通孔８は徐々に閉じられ、もう１つの通孔９は凹部１
２側から徐々に閉じられ、一旦は、弁体６の摺動面６ａ
で完全に閉じられた後、徐々に弁体６が離れて弁室３に
開かれ、ここで２つの吸着筒Ｂ、Ｃに接続した通孔８、
９が同時的に開閉されるタイミングが生じ、吸着行程を
終えた吸着筒Ｂから減圧工程を終えた吸着筒Ｃへの圧力
移行をする均圧工程を生じる。この均圧工程によって濃
縮ガスの圧力変動を少なくし、また、吸着筒Ｂ、Ｃに対
して急激な空気の供給や排気が生じず、滑らかな圧力移
行を行い、吸着筒Ｂ、Ｃ内の吸着媒体の揺動をなくし、
排気音を低減する。

【００２２】引き続き、弁体６が回転し、図５（ｃ）に
示す位置にある状態では、弁体６の外にあって弁室３に
開放される通孔９を介して吸着筒Ｃに圧縮空気が供給さ
れて吸着工程を行う。一方、弁体６の下にあって凹部１
２に開放される通孔８からは、吸着筒Ｂ内の空気が凹部
１２を経てシート中心の通孔７から排気されて減圧工程
を行うことにより、吸着工程と減圧工程が切り替えられ
る。

【００２３】なお、上記の実施の形態では、２つの吸着
筒Ｂ、Ｃを制御するロータリー弁構成について説明した
が、固定シート６に設ける同一円周上の通孔８、９の他
に、図６に示すように、通孔８、９の間に９０度位相さ
せて２つの通孔８ａ、９ａを追加的に設けると、これら
４つの通孔８、９、８ａ、９ａを用いて４つの吸着筒の
制御を１台のロータリー弁で行うことができる。こうし
て酸素発生能力を向上させたり、吸着媒体を収容した吸
着筒の容積の半減化させたりすることができる。

【００２４】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、本発明によれば、酸素濃縮装置の吸着媒体を収
容した吸着筒に対する吸着工程と減圧工程の交互の切り
替えが、弁室内における弁体の回転により適切に行われ
るので、弁構成として部品点数を軽減して構造を簡素化
でき、電気配線も２本の電線と最小限の配管で済み、メ
ンテナンスを容易にする。また、弁室に供給される空気
圧力により弁体と固定シートとのシール性を高めるの
で、酸素濃縮装置の大型化を可能にする。さらに、弁体
の回転により吸着工程を終えた吸着筒から減圧工程を終
えた吸着筒への圧力移行で、均圧工程を生じるので、酸
素の濃縮ガスの圧力変動を少なくし、減圧排気時の騒音
も低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示すロータリー弁の縦断
面図である。

【図２】ロータリー弁を構成する固定シートの平面図で
ある。

【図３】ロータリー弁を構成する弁体の平面図である。

【図４】本発明に係るロータリー弁を適用した酸素濃縮
装置の概略構成図である。

【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はロータリー弁を動作
を説明するための動作説明図である。

【図６】他の実施の形態を示すロータリー弁を構成する
弁体の平面図である。

【符号の説明】

１ 弁箱 １ａ 上半体 １ｂ 下半体 ２ Ｏ-リング ３ 弁室 ４ 通孔 ５ 固定シート ６ 弁体 ６ａ 半円突出部 ６ｂ 摺動面 ７ 通孔 ８ 通孔 ９ 通孔 １０ Ｏ-リング １１ 弁体の端縁 １２ 凹部 １３ カップリング １４ スラストベアリング １５ バネ １６ 結合部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁箱内に、弁箱外に通じる弁室を形成
   し、該弁室内に、固定シートと、固定シート上に摺接回
   転する弁体を配し、前記シートには、シート中心と、シ
   ート中心から離れて同一円周上の複数個所に、弁箱外に
   導かれる通孔を設け、弁体は、中心部に半円突出部を有
   し、該突出部両端と周縁間に、直径線に合わせて端縁を
   形成してなり、弁体の摺動面側に、シート中心の通孔と
   同一円周上の通孔とを連通させる凹部を設け、該凹部回
   りに形成される摺動面のうち、凹部から弁体両端縁に掛
   けての摺動面で同一円周上の通孔を開閉するようにし、
   外部回転駆動軸に連結されるカップリングを、弁箱に回
   転自在に支持し、該カップリングをバネの付勢下に弁体
   中心部に結合したことを特徴とするロータリー弁。
2. 【請求項２】 固定シート及び弁体をセラミック材で構
   成したことを特徴とする請求項１記載のロータリー弁。
3. 【請求項３】 弁室を圧縮空気供給源に接続し、固定シ
   ートの同一円周上の通孔を、複数の吸着媒体を収容した
   吸着筒に振り分け接続し、シート中心の通孔を排気口と
   したことを特徴とする請求項１又は２記載のロータリー
   弁。