JP2004209263A - ロータリー弁を用いた酸素濃縮装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を軽減して構成を簡略化するとともに、騒音を低減することができる、ロータリー弁を用いた酸素濃縮装置を提供する。
【解決手段】弁箱１外に通じる弁室内に、固定シートと、固定シート上で摺接回転する略扇形状の弁体を配し、前記シートには、シート中心に、弁箱外に導かれる通孔７を設けるとともに、シート中心から離れて同一円周上の複数個所に、吸着筒Ｂ，Ｃに導かれる通孔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を連通させる凹部を設け、弁体の摺接面の一部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をバネの付勢下に弁体中心部に結合した。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロータリー弁を用いた酸素濃縮装置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、ロータリー弁を用いた酸素濃縮装置に関するものである。

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。

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。

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が提案されている（特許文献１参照）。このものは、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ブを、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。
特開平１１−１９２４１０号公報

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。また、上記騒音の問題も充分に解決されていない。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、部品点数を軽減して構成を簡略化するとともに、騒音を低減することができる、ロータリー弁を用いた酸素濃縮装置を提供することを目的としたものである。

上記の目的を達成するため、本発明のロータリー弁を用いた酸素濃縮装置は、下記（Ａ）のロータリー弁と、窒素を吸着する吸着媒体が収容された複数の吸着筒とを備え、各吸着筒が、上記ロータリー弁の下記固定シートの同一円周上の複数の通孔にそれぞれ接続されており、上記ロータリー弁の下記弁体の回転により、上記ロータリー弁の下記弁箱外の空気が下記弁室および上記通孔を介して一吸着筒に供給され、その供給された空気中の窒素が上記一吸着筒で吸着されて濃縮された酸素が取り出されるようになっているとともに、他の吸着筒内の圧力が上記通孔および下記弁体に設けられた凹部を介して下記固定シートの中心の通孔から減圧されるようになっているという構成をとる。
（Ａ）弁箱内に、弁箱外に通じる弁室を形成し、この弁室内に、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、この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、この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、このカップリングをバネの付勢下に弁体中心部に結合したロータリー弁。

すなわち、本発明のロータリー弁を用いた酸素濃縮装置は、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。

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。

本発明のロータリー弁を用いた酸素濃縮装置は、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。

つぎに、本発明の実施の形態を図面にもとづいて詳しく説明する。図１は本発明に係るロータリー弁を用いた酸素濃縮装置の概略構成図、図２は上記ロータリー弁の断面図、図３は固定シートの平面図、図４は弁体の平面図である。

図１は、本発明のロータリー弁を用いた酸素濃縮装置の一実施の形態を示している。この酸素濃縮装置におけるロータリー弁Ａは、専用のモーターＡ′が回転可能に組み付けられている。ロータリー弁Ａの弁室３（図２参照）には、通孔４を介して圧縮空気供給源（図示せず）が接続されている。固定シート５（図２参照）の同一円周上の通孔８，９には、管路を介して２つの吸着媒体を収容した吸着筒Ｂ，Ｃの一方の端部が接続されている。固定シート５の中心の通孔７は、サイレンサーＤが接続された排気口である。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が接続されており、その固定オリフィスＥを介して酸素の濃縮ガスが取り出されるようになっている。

上記ロータリー弁Ａについて、より詳しく説明すると、図２に示すように、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。

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。

前記固定シート５には、図３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。

前記弁体６は、図４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。

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。

上記構成において、図１および図５を参照しながら作用を説明する。

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。

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１２側から徐々に閉じられ、一旦は、弁体６の摺動面６ｂ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。

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１２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。

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。

本発明のロータリー弁を用いた酸素濃縮装置の一実施の形態を示す概略構成図である。 上記ロータリー弁の縦断面図である。 上記ロータリー弁を構成する固定シートの平面図である。 上記ロータリー弁を構成する弁体の平面図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は上記ロータリー弁の動作を説明するための動作説明図である。 他の実施の形態における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
７，８，９ 通孔
Ｂ，Ｃ 吸着筒

Claims (1)

1. 下記（Ａ）のロータリー弁と、窒素を吸着する吸着媒体が収容された複数の吸着筒とを備え、各吸着筒が、上記ロータリー弁の下記固定シートの同一円周上の複数の通孔にそれぞれ接続されており、上記ロータリー弁の下記弁体の回転により、上記ロータリー弁の下記弁箱外の空気が下記弁室および上記通孔を介して一吸着筒に供給され、その供給された空気中の窒素が上記一吸着筒で吸着されて濃縮された酸素が取り出されるようになっているとともに、他の吸着筒内の圧力が上記通孔および下記弁体に設けられた凹部を介して下記固定シートの中心の通孔から減圧されるようになっていることを特徴とするロータリー弁を用いた酸素濃縮装置。
   （Ａ）弁箱内に、弁箱外に通じる弁室を形成し、この弁室内に、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、この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、この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、このカップリングをバネの付勢下に弁体中心部に結合したロータリー弁。