JP2005030418A - 流路切替器 - Google Patents
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Abstract
【課題】ガスの導通管のマニホールド化が容易に行なえ、コンパクト化が図れ、かつ、組立工数を低減する。
【解決手段】流体を流す複数の導通管が接続されるステータ部と、ステータ部に対して回転可能に密接配置された円盤状の回動部と、この回動部を回転させるモータを備え、このモータによって回動部を回転制御することにより、複数の動通管に流れる流体の出入を切替える。
【選択図】 図3
【解決手段】流体を流す複数の導通管が接続されるステータ部と、ステータ部に対して回転可能に密接配置された円盤状の回動部と、この回動部を回転させるモータを備え、このモータによって回動部を回転制御することにより、複数の動通管に流れる流体の出入を切替える。
【選択図】 図3
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は流路切替器に係り、特にPSA方式ガス分離装置におけるガス流路の切替え機構に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
空気を原料として酸素又は窒素を分離し、それを製品ガスとして利用するPSA方式ガス分離装置が実用化されている。最近ではとりわけ、家庭用の医療酸素濃縮装置やポータブル式の酸素濃縮装置の用途が拡大している。
一般に、従来から周知のPSA方式酸素濃縮は、例えば特開昭59−199503号公報(特許文献1)に開示されているように、2つの吸着筒に原料である空気を導入し、各々の吸着筒で加圧工程と吸着工程を順次繰り返して製品ガスを得る。この酸素濃縮装置には、複数の吸着筒の間、及び吸着筒と製品タンクの間を連結する配管にバルブを取り付け、このバルブにより吸着筒へのガスの吸入や排出、及び製品タンクへの供給を制御している。従来、この種のガス分離装置では、ガスの流路の切替えやバルブの開閉のために多くの電磁弁が用いられている。
【0003】
近年、とりわけ医療用酸素濃縮装置の分野では、騒音に対する厳しい静音化の要求があり、装置の個々の構成部品や機構部に静音化が求められている。しかしながら、従来のPSA方式の医療用酸素濃縮装置においては電磁弁で流路を開閉する時に、可動鉄心や弁体、スプール等が高速で移動して弁座や鉄心にぶつかるために騒音が発生すると言う問題があった。
【0004】
そのため、衝撃音の発生しない酸素分離装置が望まれる。この要求に応える酸素濃縮装置として、例えば、特表2003−516209号公報(特許文献2)に開示のように、複数吸着筒をロータ部に組み付けこれをステータに対して回転させ、ロータとステータとの間にガス流路を切替える構成が提案されている。これによれば、電磁弁を使用せず、ロータとステータにより複数の吸着筒を回転するように制御しているので、騒音の低減が図れる。
また、特許第3269626号公報(特許文献3)には、製品保持タンク9内に複数の吸着器カラム22をほぼ円周上に配置すると共に、そのブロック中心部位置に回転弁分配器10を配置し、モータ11によって分配器10のロータを回転することにより吸着器カラムに対する流体の流れを制御する技術が開示されている。
【0005】
【特許文献1】
特開 昭59−199503号公報
【特許文献2】
特表 2003−516209号公報
【特許文献3】
特許第3269626号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献2の技術によれば、重量のある吸着筒をロータ部に取り付けて、このロータ部を機械的に回転させるので、装置自体が大型化し、また重量なロータを回転させるには精巧な機械部を必要とし、それらの部品も高価になる。
上記特許文献3の技術によれば、複数の吸着器カラム22の配置によって、回転弁分配器10の機械的な配置位置が決まってしまうので、例えば医療用の酸素濃縮装置に適用することを仮定すると、実装、構造上の規制が生じる。また、タンク9に対する流体の出入口も一方向でないので、完全なマニホールド化を達成するには課題が多い。
また、医療用酸素濃縮装置の普及を考慮すると、静音化の要求だけでなく、更に、装置のコスト低減、及び組立工数の低減が求められる。
本発明の目的は、ガスの導通管のマニホールド化が容易に行え、コンパクト化が図れ、組立工数の低減ができる流路切替器を提供することにある。
本発明の他の目的は、電磁弁などの衝撃音の発生を無くし、静粛化を図ったPSAガス分離装置のガス流路切替器を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る流路切替器は、複数の貫通孔が形成され、流体を流す複数の導通管がこれらの貫通孔に対応して接続されるステータ部と、ステータ部に密接して移動可能に配置される移動部材と、移動部材を駆動する駆動手段とを有し、複数の導通管に対する流体の流れが複数種の流路のパターンを形成するように駆動手段で移動部材を移動させるように構成される。
複数の導通管の他端は、前記移動部材に面する側と反対側のステータ部の面に纏められて接続される。導通管はステータ部材の一方の面にまとめて接続されるので、マニホールド化が容易である。
【0008】
好ましい例では、この移動部材は円盤状の部材であり、駆動手段はモータであり、円盤状部材をモータにより回転駆動する。
この円盤状部材には、好ましくは、中心軸を含んで分割された複数の領域を備え、各領域には、前記複数の導通管に対応する数の孔と、複数種の流路のパターンを形成するために各流路パターンに関連する孔を連絡する連通溝の如き連通構造を有する固有の流路パターンを形成して成る。
【0009】
一例では、この円盤状部材は、孔が形成された孔板部材と、孔を連絡するための溝が形成された導通板部材と、これらの部材を密閉して覆う蓋板部材を有して構成される。
【0010】
上記孔板部材の孔の断面積をそれぞれの流路パターンに応じて変更されて形成される。
【0011】
この流路切替器の好ましい適用例は、PSAガス分離装置であり、上記流路パターンは、PSAの動作サイクルの各工程に対応して形成され、円盤状部材が1回転することで、PSAの動作サイクルの各工程が少なくとも1回完了するように制御される。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の一実施例によるPSAガス分離装置の概略的な構成を示すフローシート図である。
図1において、PSA方式ガス分離装置は、吸着剤を充填した2つの吸着筒21,22と、製品タンク23と、吸着筒21,22に混合ガスを供給するための空気ポンプ9と、ガス流路切替器1、及びこれらの空気ポンプ9、吸着筒21,22の出口と入口、及び製品タンク23の入口を接続してガスを流通する導通管5を備えて備えて構成される。
【0013】
矢印Xは混合ガスの供給方向、Yは製品ガスの取り出し方向、Zは排気ガスの排出方向を示す。例えば、空気から窒素を吸着して濃縮酸素を発生するためには、吸着剤として結晶ゼオライトを充填する。
吸着筒21,22などの機構部に接続された複数の導通管5の他端はまとめて、ガス流路切替器1に設けられたガスポート部3に接続されている。このガスポート部3の詳細な構成については後述する。
【0014】
ガスポート部3に密接してガス導通部4が回転可能に配置され、ガス導通部4にはモータ8の回転軸81が連結される。よって8が回転すると、ガス導通部4は、ガスポート部3に密着して回転される。このガス導通部4に形成された導通パターン、及びこのガス導通部4の回転の位置によってガスの流れが切替えられる。即ちこれによりPSA方式のガス分離の動作工程が切り替わる。
なお、図面では省略してあるが、PSAガス分離装置には、コンピュータによってPSA方式によるガス分離の各工程の時間を正確に実行するために、モータ8の回転制御、及びPSAガス分離装置の全動作を制御する制御部を備えている。
ガス流路切替器1の構成および動作の詳細なついては、図2以降を参照してさらに詳細に説明する。
上記の説明から、従来のPSAガス分離装置で使用されていたような、ガスを流通させる導通管にバルブや電磁弁が設けられていないことが理解されよう。
【0015】
【実施例】
図2及び図3にガス流路切替器1の構成を示す。
ガス流路切替器1は主な構造部として、モータ8、ガス導通部4、ガスポート部3から構成される。
モータ8の回転軸81は、円盤状のガス導通部4の中心孔40に固定され、ガス導通部4を回転駆動する。ガス導通部4は、複数の円板状の部材41〜45が接着されて構成される。その詳細は図5、図6を参照して後述する。
ガスポート部3はブロック状の部材であり、ガス導通部4に対してステータとして機能する。ガスポート部3は、7つの貫通孔31〜37が形成され、各々の貫通孔31〜37に対応して7本の導通管51〜57が連結される。即ち、空気ポンプ9の出口▲1▼,排気口▲2▼、2つの吸着筒21,22の入口▲3▼、▲4▼、出口▲5▼、▲6▼及び製品タンク23の入口▲7▼にそれぞれ接続された導通管51〜57の他端は、それぞれ継ぎ手50を介して、ガスポート部3の貫通孔31〜37にそれぞれ対応してガス取り出し面302側に接続される。
【0016】
このようにガスポート部3の一方の面302に導通管31〜37を集合させてガスの出入口を纏めているので、マニホールド化が容易になる。
また、上述のステータ部と移動部材は密接して移動するため磨耗し易い。そのため両者間の耐磨耗性を考慮し、これらの材料として、金属、樹脂、セラミックスなどを使うことが好ましい。
図4に、導通管とガスポート部3の接続の様子を示す断面図を示す。ガスポート部3のガス導通部4に面したスライド面301側には、貫通孔31〜37の周辺に形成された溝303内にOリング304が嵌め込まれており、ガス導通部4との間で密着状態を形成する。
【0017】
次に図5を参照して、ガス導通部4の構成について説明する。
ガス導通部4は、ガスの流路の切替え制御を行う機構部であり、円板状の部材41〜45より構成される。即ち、蓋板41、導通板42、区切板43、導通板44、孔板45が接着剤で接合されて構成される。
蓋板41は、流路の密閉状態を確保するために、上側より導通板42を覆う。導通板42〜孔板45は、中心孔40を中心にして、同角度で8つ領域A〜Hに区分される。それぞれ領域A〜Hは、PSA法によるガス分離のための動作サイクルに対応して、それぞれ固有のガスの流路を形成するように流路パターンが形成される。それら8つの固有の流路を形成するために、導通板42〜孔板45の領域A〜Hには、特有の形状の孔421,422,431,441,451や、それら孔の配置から成る導通パターンが形成される。
【0018】
孔板45において、8つの各導通パターンに応じて各孔に対する流量を制限するために、孔451の径を変えることができる。また連通管がクロスする場合は区切板43と導通板44の組みを、複数組み重ねてガス連通管を立体化することにより複雑な流路が構築できる。
ここで、図6を参照して、PSA方式によるガス分離のための動作工程について説明する。
【0019】
このガス分離装置においてはね1サイクルが8つの工程から構成される。例えば、吸着筒21に着目すれば、A:吸着、B:吸着パージ、C:上部均圧、D:上下均圧、E:減圧、F:パージ(再生)、G:上部均圧、H:上下均圧、の8工程から成る。これら8工程において、吸着筒21,22、及び空気ポンプ9、製品タンク23の出入口▲1▼〜▲7▼の間で、それぞれガスの出入りの制御が行われる。
各▲1▼〜▲7▼の間の流路の形成関係を矢印で示している。例えば、吸着工程Aでは、▲1▼から▲3▼へガスが流れ、▲4▼から▲2▼へ流れ、かつ▲5▼から▲7▼へ流れることを示している。このような流路を形成するために、ガス導通部4がモータ8により回転されて、領域Aがガスポート部3の対応する位置に停止する。そしてこの工程Aを形成するように▲1▼〜▲7▼の配置関係が形成されるのである。
【0020】
同様にして、工程Bでは、ガス導通部4の領域Bがガスポート部3の位置に来るように回転して停止する。これにより、▲1▼が▲3▼に連絡し、▲4▼が▲2▼に連絡し、▲5▼が▲6▼と▲7▼に連絡するように形成される。
パージ工程B、Fで、▲5▼▲6▼間に流れるパージガス量は大変重要であり、孔板45に開ける孔の断面積は他と違って決定される。
【0021】
すなわち、吸着筒内の吸着剤再生工程ではパージとして流入させる製品ガスであるパージガスの量は装置性能に大きい影響を与える。その工程の導通パターンに流れるガス量を、ガス流路の断面積で管理して余分なガスを流さないようすることが好ましい。また同じく再生時に吸着筒内を低圧にするガス放出回路の通路断面積は大きくするなどPSA動作工程ごとにガス導通部4の孔板45の孔径を的確に設定して、孔の断面積を各工程の導通パターンごと調整することが好ましい。
なお、PSAの動作サイクルにおける各工程の時間的長さは、ガス導通部4が各工程のサイクルで止まっている時間で決定されるのが好ましい。
【0022】
このようにしてガス導通部4が1/8ずつ回転することで、8工程の夫々の工程が切替えられ、最終的に1回転することでPSAガス分離の1サイクルが完了する。図7に、図6に示した各工程A〜Hにおける各孔の連結関係を模式的にしめす。孔を結ぶ太線が流路の連結関係を示している。
以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は上記の実施例に限定されずに、種々変形して実施し得る。
【0023】
例えば、図6に示すPSAガス分離は、1動作サイクルが8工程から成るものであるが、この8工程は酸素収率を高めるという利点がある一方で、複雑な工程なので工程数を減らしたい場合がある。例えば、吸着(パージ含む)工程、均圧工程、パージ(再生)工程、均圧工程の4工程から成るPSAガス分離の場合には、図6のB,D,F,Hの4工程を行なえばよい。
【0024】
そのため、他の工程A,C,E,Gは不要となり、ガス導通部4の円板上に配置するパターン数も4工程分で済む。従って、ガス導通部4の円板全体を45°ずつ等分して、導通パターンを配置すると、円板の半分(180°分)でPSA動作の1サイクル分となる4工程が完了する。このため、残りの半円で更に1サイクル分(4工程)の導通パターンを配置できる。その結果、ガス導通部4が1回転することで、PSA動作2サイクル分のガス分離が行えることになる。
なお、PSA動作1サイクルが4工程から成る場合、上述の様にガス導通部4の円板を1/8等分しないで、90°ずつ1/4等分してもよい。
【0025】
図8に、他の実施例によるPSAガス分離装置のフローシートを示す。
この実施例は製品ガスである酸素の発生量を多くするために、吸着筒を3個にした例である。図1に示した例と同様に、これら3個の吸着筒21,22,24の入口▲3▼、▲4▼、▲8▼と、出口▲5▼、▲6▼、▲9▼に対して接続された導通管5の他端を、それぞれガスポート部3に接続する。
その結果、PSA動作工程とガス導通部のパターンの関係は、図9に示すように、1動作サイクルが工程AからIまでの9工程になり、各工程における流路形成は▲1▼から▲9▼を接続するパターンとなる。尚、各工程における流路の形成関係の見方は、図6と同様である。
【0026】
この実施例におけるPSA工程は、9工程でガス導通部4の円板部材(図5に対応するもの)にはそれらに対応して9個のパターンが形成される。そして、ガス導通部4は1/9ずつ回転制御され、各工程で図9に示す工程時間だけ停止する。ところで、図2及び図3の実施例では、ガスポート部3のガス導通部4に対面する部分の大きさは、円板状ガス導通部4のほぼ1/8と小さく、円板状ガス導通部4はその半径側の一部(1/8)にしかガスポート部3に接触していない。このため、円板状ガス導通部4が回転している時、円板状部材4は半径側の一部のみがガスポート部3と接触し、円板状部材4の他の部分は接触していないため、ガス導通部4の回転にアンバランスが生じる心配がある。
【0027】
その一対策として、ガスポート部3のガス導通部4に対面する側の大きさを、例えば、ガス導通部4の大きさと同じ大きさになるように構成することができる。そして、図6の▲1▼〜▲7▼で示す孔の内、▲1▼〜▲4▼に対応するブロック(第1ブロック)と、▲5▼〜▲7▼に対応するブロック(第2ブロック)の2つのブロックに分割し、これらのブロックをお互いに離れた位置に配置するようにすることができる。
【0028】
これらのブロックに属する孔はお互いに独立したガス流路の関係にあるので、第1ブロックに対応する第1のガスポート部310に対して、第2ブロックに対応する第2のガスポート部320の位置を、ガス導通部4の回転中心軸40を中心として一定角(例えば180度)ずらした位置即ち対角の位置に設ける。一方、これら第1及び第2のガスポート部の対角的な配置に対応して、ガス導通部4上の流路のパターンも同じ角度(180度)ずらして配置することにより、ガスポート部3に円板状のガス導通部4をバランス良く、均等に接触させることができる。
【0029】
図10に、更に他の実施例によるPSAガス分離装置のフローシートを示す。
この例は、吸着筒21が1つである点が、図1を参照した実施例と相違する。空気ポンプ9は、加圧と真空機能を併せ持つものであり、この空気ポンプ9で吸着筒21を真空再生する。空気ポンプ9の大気取り込み口▲1▼、吸着筒21の排ガス大気放出口▲2▼、空気ポンプ9の出口▲3▼、空気ポンプ9の吸込口▲4▼、吸着筒21の入口▲5▼、吸着筒21の出口▲6▼、製品タンク23の入口▲7▼に、導通管5がそれぞれ接続される。これらの導通管5の他端は、ガス流路切替器1のガスポート部3に接続される。ここではPSA動作工程に関係して空気ポンプ9へのガス流入方法も切替えるのでガス流路切替器1に取入れている。
【0030】
図11は、図10に示した例におけるPSA動作工程とガス導通部3のパターンの関係を示す。この場合、PSA工程は、吸着工程と、吸着パージ(再生)工程の2工程から成る。このため、ガス導通部4の円板の導通パターンも2つでよいことになる。
【0031】
上記実施例はいずれも、ガス導通部4が円盤状の部材を接合して構成し、これにより装置のコンパクト化を図っている。これに対して、図12に示した例は、ステータとしてのガスポート部3に対して、ガス導通部4を4工程の動作サイクルから成る導通パターンを形成した長方形の部材を配置する。そしてこのガス導通部4の部材を工程の切替えの都度、矢印Wの方向にシフトするように移動することにより、各工程に対応した流路を形成することができる。
【0032】
本実施例によれば、従来のPSAガス分離装置のような電磁弁が無いので、衝撃音の発生が防止できる。さらに、電磁弁は吸着筒や製品タンクの入口、出口にそれぞれ配管の接続があり、また電磁弁を駆動するための配線が必要であり、そのための配管接続や配線接続のための工数がかかった。本実施例によれば、電磁弁を廃止したので、このような問題も無くなる。また、これら配管の継ぎ手や電磁弁、配線などの部品も不要となるので、コスト低減および信頼性の向上が図れる。
【0033】
また、特許文献2に記載のように、吸着筒を備えるロータを回転する機構を有する場合、装置が大型化し、しかもロータの駆動のために大きな容量のモータが必要となるが、本実施例の装置ではこのような事態が防げる。
【0034】
【発明の効果】
本発明によけば、ガスの導通管のマニホールド化が容易に行え、コンパクト化が図れ、組立工数の低減ができる。また、電磁弁を使用しないので、衝撃音の発生が防止できると共に、従来の装置に比べて部品点数が低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施例によるPSAガス分離装置のフローシートを示す図。
【図2】一実施例によるガス流路切替器1の構成を示す断面図。
【図3】一実施例によるガス流路切替器1の構成を示す分解斜視図。
【図4】一実施例によるガスポート部3の断面図。
【図5】一実施例によるガス導通部4の構成を示す分解斜視図。
【図6】一実施例によるPSA動作工程とガス導通部4のパターンの関係を示す図。
【図7】一実施例によるPSA動作工程におけるガス導通部4における孔板45の流路の形成関係を模式的に示す図。
【図8】他の実施例によるPSAガス分離装置のフローシートを示す図。
【図9】他の実施例によるPSA動作工程とガス導通部のパターンを示す図。
【図10】他の実施例によるPSAガス分離装置のフローシートを示す図。
【図11】他の実施例によるPSA動作工程とガス導通部のパターンを示す図。
【図12】他の実施例によるガス連通部4とガスポート部3の関係を示す図。
【符号の説明】
1 ガス流路切替器
21,22 吸着筒
23 製品タンク
3 ガスポート部
301 スライド面
302 ガス取出し面
303 溝
304 Oリング
31〜37 貫通孔
4 ガス導通部
40 中心孔
41〜45 円板部材
402 スライド面
5 導通管
50 継ぎ手
51〜57 導通管
8 モータ
81 軸
9 空気ポンプ
【発明の属する技術分野】
本発明は流路切替器に係り、特にPSA方式ガス分離装置におけるガス流路の切替え機構に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
空気を原料として酸素又は窒素を分離し、それを製品ガスとして利用するPSA方式ガス分離装置が実用化されている。最近ではとりわけ、家庭用の医療酸素濃縮装置やポータブル式の酸素濃縮装置の用途が拡大している。
一般に、従来から周知のPSA方式酸素濃縮は、例えば特開昭59−199503号公報(特許文献1)に開示されているように、2つの吸着筒に原料である空気を導入し、各々の吸着筒で加圧工程と吸着工程を順次繰り返して製品ガスを得る。この酸素濃縮装置には、複数の吸着筒の間、及び吸着筒と製品タンクの間を連結する配管にバルブを取り付け、このバルブにより吸着筒へのガスの吸入や排出、及び製品タンクへの供給を制御している。従来、この種のガス分離装置では、ガスの流路の切替えやバルブの開閉のために多くの電磁弁が用いられている。
【0003】
近年、とりわけ医療用酸素濃縮装置の分野では、騒音に対する厳しい静音化の要求があり、装置の個々の構成部品や機構部に静音化が求められている。しかしながら、従来のPSA方式の医療用酸素濃縮装置においては電磁弁で流路を開閉する時に、可動鉄心や弁体、スプール等が高速で移動して弁座や鉄心にぶつかるために騒音が発生すると言う問題があった。
【0004】
そのため、衝撃音の発生しない酸素分離装置が望まれる。この要求に応える酸素濃縮装置として、例えば、特表2003−516209号公報(特許文献2)に開示のように、複数吸着筒をロータ部に組み付けこれをステータに対して回転させ、ロータとステータとの間にガス流路を切替える構成が提案されている。これによれば、電磁弁を使用せず、ロータとステータにより複数の吸着筒を回転するように制御しているので、騒音の低減が図れる。
また、特許第3269626号公報(特許文献3)には、製品保持タンク9内に複数の吸着器カラム22をほぼ円周上に配置すると共に、そのブロック中心部位置に回転弁分配器10を配置し、モータ11によって分配器10のロータを回転することにより吸着器カラムに対する流体の流れを制御する技術が開示されている。
【0005】
【特許文献1】
特開 昭59−199503号公報
【特許文献2】
特表 2003−516209号公報
【特許文献3】
特許第3269626号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献2の技術によれば、重量のある吸着筒をロータ部に取り付けて、このロータ部を機械的に回転させるので、装置自体が大型化し、また重量なロータを回転させるには精巧な機械部を必要とし、それらの部品も高価になる。
上記特許文献3の技術によれば、複数の吸着器カラム22の配置によって、回転弁分配器10の機械的な配置位置が決まってしまうので、例えば医療用の酸素濃縮装置に適用することを仮定すると、実装、構造上の規制が生じる。また、タンク9に対する流体の出入口も一方向でないので、完全なマニホールド化を達成するには課題が多い。
また、医療用酸素濃縮装置の普及を考慮すると、静音化の要求だけでなく、更に、装置のコスト低減、及び組立工数の低減が求められる。
本発明の目的は、ガスの導通管のマニホールド化が容易に行え、コンパクト化が図れ、組立工数の低減ができる流路切替器を提供することにある。
本発明の他の目的は、電磁弁などの衝撃音の発生を無くし、静粛化を図ったPSAガス分離装置のガス流路切替器を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る流路切替器は、複数の貫通孔が形成され、流体を流す複数の導通管がこれらの貫通孔に対応して接続されるステータ部と、ステータ部に密接して移動可能に配置される移動部材と、移動部材を駆動する駆動手段とを有し、複数の導通管に対する流体の流れが複数種の流路のパターンを形成するように駆動手段で移動部材を移動させるように構成される。
複数の導通管の他端は、前記移動部材に面する側と反対側のステータ部の面に纏められて接続される。導通管はステータ部材の一方の面にまとめて接続されるので、マニホールド化が容易である。
【0008】
好ましい例では、この移動部材は円盤状の部材であり、駆動手段はモータであり、円盤状部材をモータにより回転駆動する。
この円盤状部材には、好ましくは、中心軸を含んで分割された複数の領域を備え、各領域には、前記複数の導通管に対応する数の孔と、複数種の流路のパターンを形成するために各流路パターンに関連する孔を連絡する連通溝の如き連通構造を有する固有の流路パターンを形成して成る。
【0009】
一例では、この円盤状部材は、孔が形成された孔板部材と、孔を連絡するための溝が形成された導通板部材と、これらの部材を密閉して覆う蓋板部材を有して構成される。
【0010】
上記孔板部材の孔の断面積をそれぞれの流路パターンに応じて変更されて形成される。
【0011】
この流路切替器の好ましい適用例は、PSAガス分離装置であり、上記流路パターンは、PSAの動作サイクルの各工程に対応して形成され、円盤状部材が1回転することで、PSAの動作サイクルの各工程が少なくとも1回完了するように制御される。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の一実施例によるPSAガス分離装置の概略的な構成を示すフローシート図である。
図1において、PSA方式ガス分離装置は、吸着剤を充填した2つの吸着筒21,22と、製品タンク23と、吸着筒21,22に混合ガスを供給するための空気ポンプ9と、ガス流路切替器1、及びこれらの空気ポンプ9、吸着筒21,22の出口と入口、及び製品タンク23の入口を接続してガスを流通する導通管5を備えて備えて構成される。
【0013】
矢印Xは混合ガスの供給方向、Yは製品ガスの取り出し方向、Zは排気ガスの排出方向を示す。例えば、空気から窒素を吸着して濃縮酸素を発生するためには、吸着剤として結晶ゼオライトを充填する。
吸着筒21,22などの機構部に接続された複数の導通管5の他端はまとめて、ガス流路切替器1に設けられたガスポート部3に接続されている。このガスポート部3の詳細な構成については後述する。
【0014】
ガスポート部3に密接してガス導通部4が回転可能に配置され、ガス導通部4にはモータ8の回転軸81が連結される。よって8が回転すると、ガス導通部4は、ガスポート部3に密着して回転される。このガス導通部4に形成された導通パターン、及びこのガス導通部4の回転の位置によってガスの流れが切替えられる。即ちこれによりPSA方式のガス分離の動作工程が切り替わる。
なお、図面では省略してあるが、PSAガス分離装置には、コンピュータによってPSA方式によるガス分離の各工程の時間を正確に実行するために、モータ8の回転制御、及びPSAガス分離装置の全動作を制御する制御部を備えている。
ガス流路切替器1の構成および動作の詳細なついては、図2以降を参照してさらに詳細に説明する。
上記の説明から、従来のPSAガス分離装置で使用されていたような、ガスを流通させる導通管にバルブや電磁弁が設けられていないことが理解されよう。
【0015】
【実施例】
図2及び図3にガス流路切替器1の構成を示す。
ガス流路切替器1は主な構造部として、モータ8、ガス導通部4、ガスポート部3から構成される。
モータ8の回転軸81は、円盤状のガス導通部4の中心孔40に固定され、ガス導通部4を回転駆動する。ガス導通部4は、複数の円板状の部材41〜45が接着されて構成される。その詳細は図5、図6を参照して後述する。
ガスポート部3はブロック状の部材であり、ガス導通部4に対してステータとして機能する。ガスポート部3は、7つの貫通孔31〜37が形成され、各々の貫通孔31〜37に対応して7本の導通管51〜57が連結される。即ち、空気ポンプ9の出口▲1▼,排気口▲2▼、2つの吸着筒21,22の入口▲3▼、▲4▼、出口▲5▼、▲6▼及び製品タンク23の入口▲7▼にそれぞれ接続された導通管51〜57の他端は、それぞれ継ぎ手50を介して、ガスポート部3の貫通孔31〜37にそれぞれ対応してガス取り出し面302側に接続される。
【0016】
このようにガスポート部3の一方の面302に導通管31〜37を集合させてガスの出入口を纏めているので、マニホールド化が容易になる。
また、上述のステータ部と移動部材は密接して移動するため磨耗し易い。そのため両者間の耐磨耗性を考慮し、これらの材料として、金属、樹脂、セラミックスなどを使うことが好ましい。
図4に、導通管とガスポート部3の接続の様子を示す断面図を示す。ガスポート部3のガス導通部4に面したスライド面301側には、貫通孔31〜37の周辺に形成された溝303内にOリング304が嵌め込まれており、ガス導通部4との間で密着状態を形成する。
【0017】
次に図5を参照して、ガス導通部4の構成について説明する。
ガス導通部4は、ガスの流路の切替え制御を行う機構部であり、円板状の部材41〜45より構成される。即ち、蓋板41、導通板42、区切板43、導通板44、孔板45が接着剤で接合されて構成される。
蓋板41は、流路の密閉状態を確保するために、上側より導通板42を覆う。導通板42〜孔板45は、中心孔40を中心にして、同角度で8つ領域A〜Hに区分される。それぞれ領域A〜Hは、PSA法によるガス分離のための動作サイクルに対応して、それぞれ固有のガスの流路を形成するように流路パターンが形成される。それら8つの固有の流路を形成するために、導通板42〜孔板45の領域A〜Hには、特有の形状の孔421,422,431,441,451や、それら孔の配置から成る導通パターンが形成される。
【0018】
孔板45において、8つの各導通パターンに応じて各孔に対する流量を制限するために、孔451の径を変えることができる。また連通管がクロスする場合は区切板43と導通板44の組みを、複数組み重ねてガス連通管を立体化することにより複雑な流路が構築できる。
ここで、図6を参照して、PSA方式によるガス分離のための動作工程について説明する。
【0019】
このガス分離装置においてはね1サイクルが8つの工程から構成される。例えば、吸着筒21に着目すれば、A:吸着、B:吸着パージ、C:上部均圧、D:上下均圧、E:減圧、F:パージ(再生)、G:上部均圧、H:上下均圧、の8工程から成る。これら8工程において、吸着筒21,22、及び空気ポンプ9、製品タンク23の出入口▲1▼〜▲7▼の間で、それぞれガスの出入りの制御が行われる。
各▲1▼〜▲7▼の間の流路の形成関係を矢印で示している。例えば、吸着工程Aでは、▲1▼から▲3▼へガスが流れ、▲4▼から▲2▼へ流れ、かつ▲5▼から▲7▼へ流れることを示している。このような流路を形成するために、ガス導通部4がモータ8により回転されて、領域Aがガスポート部3の対応する位置に停止する。そしてこの工程Aを形成するように▲1▼〜▲7▼の配置関係が形成されるのである。
【0020】
同様にして、工程Bでは、ガス導通部4の領域Bがガスポート部3の位置に来るように回転して停止する。これにより、▲1▼が▲3▼に連絡し、▲4▼が▲2▼に連絡し、▲5▼が▲6▼と▲7▼に連絡するように形成される。
パージ工程B、Fで、▲5▼▲6▼間に流れるパージガス量は大変重要であり、孔板45に開ける孔の断面積は他と違って決定される。
【0021】
すなわち、吸着筒内の吸着剤再生工程ではパージとして流入させる製品ガスであるパージガスの量は装置性能に大きい影響を与える。その工程の導通パターンに流れるガス量を、ガス流路の断面積で管理して余分なガスを流さないようすることが好ましい。また同じく再生時に吸着筒内を低圧にするガス放出回路の通路断面積は大きくするなどPSA動作工程ごとにガス導通部4の孔板45の孔径を的確に設定して、孔の断面積を各工程の導通パターンごと調整することが好ましい。
なお、PSAの動作サイクルにおける各工程の時間的長さは、ガス導通部4が各工程のサイクルで止まっている時間で決定されるのが好ましい。
【0022】
このようにしてガス導通部4が1/8ずつ回転することで、8工程の夫々の工程が切替えられ、最終的に1回転することでPSAガス分離の1サイクルが完了する。図7に、図6に示した各工程A〜Hにおける各孔の連結関係を模式的にしめす。孔を結ぶ太線が流路の連結関係を示している。
以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は上記の実施例に限定されずに、種々変形して実施し得る。
【0023】
例えば、図6に示すPSAガス分離は、1動作サイクルが8工程から成るものであるが、この8工程は酸素収率を高めるという利点がある一方で、複雑な工程なので工程数を減らしたい場合がある。例えば、吸着(パージ含む)工程、均圧工程、パージ(再生)工程、均圧工程の4工程から成るPSAガス分離の場合には、図6のB,D,F,Hの4工程を行なえばよい。
【0024】
そのため、他の工程A,C,E,Gは不要となり、ガス導通部4の円板上に配置するパターン数も4工程分で済む。従って、ガス導通部4の円板全体を45°ずつ等分して、導通パターンを配置すると、円板の半分(180°分)でPSA動作の1サイクル分となる4工程が完了する。このため、残りの半円で更に1サイクル分(4工程)の導通パターンを配置できる。その結果、ガス導通部4が1回転することで、PSA動作2サイクル分のガス分離が行えることになる。
なお、PSA動作1サイクルが4工程から成る場合、上述の様にガス導通部4の円板を1/8等分しないで、90°ずつ1/4等分してもよい。
【0025】
図8に、他の実施例によるPSAガス分離装置のフローシートを示す。
この実施例は製品ガスである酸素の発生量を多くするために、吸着筒を3個にした例である。図1に示した例と同様に、これら3個の吸着筒21,22,24の入口▲3▼、▲4▼、▲8▼と、出口▲5▼、▲6▼、▲9▼に対して接続された導通管5の他端を、それぞれガスポート部3に接続する。
その結果、PSA動作工程とガス導通部のパターンの関係は、図9に示すように、1動作サイクルが工程AからIまでの9工程になり、各工程における流路形成は▲1▼から▲9▼を接続するパターンとなる。尚、各工程における流路の形成関係の見方は、図6と同様である。
【0026】
この実施例におけるPSA工程は、9工程でガス導通部4の円板部材(図5に対応するもの)にはそれらに対応して9個のパターンが形成される。そして、ガス導通部4は1/9ずつ回転制御され、各工程で図9に示す工程時間だけ停止する。ところで、図2及び図3の実施例では、ガスポート部3のガス導通部4に対面する部分の大きさは、円板状ガス導通部4のほぼ1/8と小さく、円板状ガス導通部4はその半径側の一部(1/8)にしかガスポート部3に接触していない。このため、円板状ガス導通部4が回転している時、円板状部材4は半径側の一部のみがガスポート部3と接触し、円板状部材4の他の部分は接触していないため、ガス導通部4の回転にアンバランスが生じる心配がある。
【0027】
その一対策として、ガスポート部3のガス導通部4に対面する側の大きさを、例えば、ガス導通部4の大きさと同じ大きさになるように構成することができる。そして、図6の▲1▼〜▲7▼で示す孔の内、▲1▼〜▲4▼に対応するブロック(第1ブロック)と、▲5▼〜▲7▼に対応するブロック(第2ブロック)の2つのブロックに分割し、これらのブロックをお互いに離れた位置に配置するようにすることができる。
【0028】
これらのブロックに属する孔はお互いに独立したガス流路の関係にあるので、第1ブロックに対応する第1のガスポート部310に対して、第2ブロックに対応する第2のガスポート部320の位置を、ガス導通部4の回転中心軸40を中心として一定角(例えば180度)ずらした位置即ち対角の位置に設ける。一方、これら第1及び第2のガスポート部の対角的な配置に対応して、ガス導通部4上の流路のパターンも同じ角度(180度)ずらして配置することにより、ガスポート部3に円板状のガス導通部4をバランス良く、均等に接触させることができる。
【0029】
図10に、更に他の実施例によるPSAガス分離装置のフローシートを示す。
この例は、吸着筒21が1つである点が、図1を参照した実施例と相違する。空気ポンプ9は、加圧と真空機能を併せ持つものであり、この空気ポンプ9で吸着筒21を真空再生する。空気ポンプ9の大気取り込み口▲1▼、吸着筒21の排ガス大気放出口▲2▼、空気ポンプ9の出口▲3▼、空気ポンプ9の吸込口▲4▼、吸着筒21の入口▲5▼、吸着筒21の出口▲6▼、製品タンク23の入口▲7▼に、導通管5がそれぞれ接続される。これらの導通管5の他端は、ガス流路切替器1のガスポート部3に接続される。ここではPSA動作工程に関係して空気ポンプ9へのガス流入方法も切替えるのでガス流路切替器1に取入れている。
【0030】
図11は、図10に示した例におけるPSA動作工程とガス導通部3のパターンの関係を示す。この場合、PSA工程は、吸着工程と、吸着パージ(再生)工程の2工程から成る。このため、ガス導通部4の円板の導通パターンも2つでよいことになる。
【0031】
上記実施例はいずれも、ガス導通部4が円盤状の部材を接合して構成し、これにより装置のコンパクト化を図っている。これに対して、図12に示した例は、ステータとしてのガスポート部3に対して、ガス導通部4を4工程の動作サイクルから成る導通パターンを形成した長方形の部材を配置する。そしてこのガス導通部4の部材を工程の切替えの都度、矢印Wの方向にシフトするように移動することにより、各工程に対応した流路を形成することができる。
【0032】
本実施例によれば、従来のPSAガス分離装置のような電磁弁が無いので、衝撃音の発生が防止できる。さらに、電磁弁は吸着筒や製品タンクの入口、出口にそれぞれ配管の接続があり、また電磁弁を駆動するための配線が必要であり、そのための配管接続や配線接続のための工数がかかった。本実施例によれば、電磁弁を廃止したので、このような問題も無くなる。また、これら配管の継ぎ手や電磁弁、配線などの部品も不要となるので、コスト低減および信頼性の向上が図れる。
【0033】
また、特許文献2に記載のように、吸着筒を備えるロータを回転する機構を有する場合、装置が大型化し、しかもロータの駆動のために大きな容量のモータが必要となるが、本実施例の装置ではこのような事態が防げる。
【0034】
【発明の効果】
本発明によけば、ガスの導通管のマニホールド化が容易に行え、コンパクト化が図れ、組立工数の低減ができる。また、電磁弁を使用しないので、衝撃音の発生が防止できると共に、従来の装置に比べて部品点数が低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施例によるPSAガス分離装置のフローシートを示す図。
【図2】一実施例によるガス流路切替器1の構成を示す断面図。
【図3】一実施例によるガス流路切替器1の構成を示す分解斜視図。
【図4】一実施例によるガスポート部3の断面図。
【図5】一実施例によるガス導通部4の構成を示す分解斜視図。
【図6】一実施例によるPSA動作工程とガス導通部4のパターンの関係を示す図。
【図7】一実施例によるPSA動作工程におけるガス導通部4における孔板45の流路の形成関係を模式的に示す図。
【図8】他の実施例によるPSAガス分離装置のフローシートを示す図。
【図9】他の実施例によるPSA動作工程とガス導通部のパターンを示す図。
【図10】他の実施例によるPSAガス分離装置のフローシートを示す図。
【図11】他の実施例によるPSA動作工程とガス導通部のパターンを示す図。
【図12】他の実施例によるガス連通部4とガスポート部3の関係を示す図。
【符号の説明】
1 ガス流路切替器
21,22 吸着筒
23 製品タンク
3 ガスポート部
301 スライド面
302 ガス取出し面
303 溝
304 Oリング
31〜37 貫通孔
4 ガス導通部
40 中心孔
41〜45 円板部材
402 スライド面
5 導通管
50 継ぎ手
51〜57 導通管
8 モータ
81 軸
9 空気ポンプ
Claims (7)
- 複数の貫通孔が形成され、流体を流す複数の導通管がこれらの貫通孔に対応して接続されるステータ部と、該ステータ部に密接して移動可能に配置される移動部材と、該移動部材を駆動する駆動手段とを有し、該複数の導通管に対する流体の流れが複数種の流路のパターンを形成するように該駆動手段で該移動部材を移動させることを特徴とする流路切替器。
- 前記移動部材は円盤状の部材であり、該駆動手段はモータであり、該円盤状部材をモータにより回転駆動することを特徴とする請求項1記載の流路切替器。
- 複数の導通管の他端は、前記移動部材に面する側と反対側のステータ部の面に纏められて接続されることを特徴とする請求項1又は2記載の流路切替器。
- 前記円盤状部材には、中心軸を含んで分割された複数の領域を備え、各領域には、前記複数の導通管に対応する数の孔と、複数種の流路のパターンを形成するために各流路パターンに関連する孔を連絡する連通構造を有する固有の流路パターンを形成して成ることを特徴とする請求項3記載の流路切替器。
- 前記円盤状部材は、孔が形成された孔板部材と、孔を連絡するための溝が形成された導通板部材と、これらの部材を密閉して覆う蓋板部材を有して構成されることを特徴とする請求項2乃至4のいずれかに記載の流路切替器。
- 前記孔板部材の孔の断面積をそれぞれの流路パターンに応じて変更されて形成されることを特徴とする請求項5記載の流路切替器
- 前記流路パターンは、PSAの動作サイクルの各工程に対応して形成され、前記円盤状部材が1回転することで、PSAの動作サイクルの各工程が少なくとも1回完了することを特徴とする請求項2乃至6のいずれかに記載のPSAガス分離装置用のガス流路切替器。
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Cited By (6)
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JP2007506054A (ja) * | 2003-09-17 | 2007-03-15 | メトソ オートメイション ユーエスエー インコーポレイテッド | マルチポートバルブ組立体を用いて流体を処理するためのシステム及び方法 |
JP2012057755A (ja) * | 2010-09-10 | 2012-03-22 | Canon Anelva Corp | ロータリージョイント、及びスパッタリング装置 |
CN103690120A (zh) * | 2014-01-09 | 2014-04-02 | 任强 | 侧轴棱筒液控弹簧升降手压旋转拖把清洗甩干器 |
CN106763910A (zh) * | 2017-01-22 | 2017-05-31 | 成都赛普瑞兴科技有限公司 | 一种旋转装置及气体分离装置 |
CN110906044A (zh) * | 2019-12-02 | 2020-03-24 | 中国铝业股份有限公司 | 一种可译码的气动控制阀 |
CN113230823A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-08-10 | 成都联帮医疗科技股份有限公司 | 一种用于医用分子筛制氧系统多通道气流切换装置 |
-
2003
- 2003-07-07 JP JP2003192781A patent/JP2005030418A/ja active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007506054A (ja) * | 2003-09-17 | 2007-03-15 | メトソ オートメイション ユーエスエー インコーポレイテッド | マルチポートバルブ組立体を用いて流体を処理するためのシステム及び方法 |
JP2012057755A (ja) * | 2010-09-10 | 2012-03-22 | Canon Anelva Corp | ロータリージョイント、及びスパッタリング装置 |
CN103690120A (zh) * | 2014-01-09 | 2014-04-02 | 任强 | 侧轴棱筒液控弹簧升降手压旋转拖把清洗甩干器 |
CN106763910A (zh) * | 2017-01-22 | 2017-05-31 | 成都赛普瑞兴科技有限公司 | 一种旋转装置及气体分离装置 |
CN106763910B (zh) * | 2017-01-22 | 2023-08-11 | 成都赛普瑞兴科技有限公司 | 一种旋转装置及气体分离装置 |
CN110906044A (zh) * | 2019-12-02 | 2020-03-24 | 中国铝业股份有限公司 | 一种可译码的气动控制阀 |
CN113230823A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-08-10 | 成都联帮医疗科技股份有限公司 | 一种用于医用分子筛制氧系统多通道气流切换装置 |
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