JP2024517291A - 圧力スイング吸着装置およびその回転弁 - Google Patents
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Abstract
本発明は、弁体および弁スリーブを含む回転弁に関し、前記弁体には、第１の流路群、第２の流路群および第３の流路群が備えられ、前記第１の流路群、前記第２の流路群および前記第３の流路群のポートが前記弁体の表面に設けられており；前記弁スリーブは、同軸的かつ密閉的に前記弁体の外側につけられており、前記弁スリーブは複数の貫通孔が均一に開かれており、各々の貫通孔の内端には、前記弁スリーブの内壁に沿って上下に延びる縦溝が備えられており、前記縦溝は、垂直方向に沿って、前記第１の流路群、前記第２の流路群および前記第３の流路群のポートとそれぞれ連通する３つの部分に分けられており、前記第１の流路群は作動状態にあり、切換弁が前記貫通孔に備えられており、前記切換弁は前記第２の流路群および前記第３の流路群のうちの一方の群を作動状態に切り換える。本発明はまた、圧力スイング吸着装置と、圧力スイング吸着装置を用いてガス混合物から吸着性のより弱い成分を回収する方法とを開示する。
Description
〔技術分野〕
本発明は、圧力スイング吸着分離の技術分野に関し、特に、圧力スイング吸着装置およびその回転弁に関する。
本発明は、圧力スイング吸着分離の技術分野に関し、特に、圧力スイング吸着装置およびその回転弁に関する。
〔背景技術〕
水素エネルギー源の需要の増加に伴い、水素精製技術がより求められている。従来の圧力スイング吸着技術は、プログラム制御弁群によって制限され、吸着サイクルが長く（一般に、１回の吸着、均圧、脱着、加圧サイクルが１０分間）、設置面積が大きいなどの欠点がある。特に、水素燃料補給ステーションのような小型化された水素供給の場合には、水素精製装置の統合性がより求められる。
水素エネルギー源の需要の増加に伴い、水素精製技術がより求められている。従来の圧力スイング吸着技術は、プログラム制御弁群によって制限され、吸着サイクルが長く（一般に、１回の吸着、均圧、脱着、加圧サイクルが１０分間）、設置面積が大きいなどの欠点がある。特に、水素燃料補給ステーションのような小型化された水素供給の場合には、水素精製装置の統合性がより求められる。
特許文献ＣＮ１０１１３９０８８Ａは、回転モレキュラーシーブ小型圧力スイング吸着酸素発生器の設計概念を提案している。しかし、この解決策は、分子篩が充填された塔の回転を必要とし、装置の拡大および操作上の柔軟性を制限する。実際、この特許文献で提案されている回転構造は、圧力スイング吸着プロセスを実現できないことを、分析によって見出すことができる。
特許文献ＣＮ１０１４４６３６１Ａは、回転子と固定子とを有する回転弁を開示しており、回転弁は、回転子と固定子との間の接触を提供するために少なくとも１つの圧縮ばねを利用する。ばねは、回転子と固定子とを分離する圧力に抵抗するように構成され、回転子と固定子との間の漏れを防止しながら、弁内で回転子を回転させるのに必要なトルクの量を低減する。回転部として回転弁を使用する場合には、吸着塔の回転を必要としないが、メンテナンスおよび交換時には、操作をシャットダウンする必要があるので、一般に非長期的なプロジェクトにのみ使用される。
一方、長期的なプロジェクトでは、回転部品が長期間作動して摩耗し、ガス漏れの問題を引き起こす場合があり、このとき、交換のためにシャットダウンする必要がよくある；また一方では、原料ガスが変動する可能性があり、原料ガスの重い成分が増加するとき、吸着剤床層の完全な脱着を達成するために、内部ガスパージ工程または製品ガスパージ工程でさえ追加する必要がある。原料ガスの組成が良好である場合には、追加の再生工程を加える必要はない。従来の回転弁を用いる圧力スイング吸着装置は、原料ガスの適応性が悪く、プロセス調整範囲が限られているなどの問題があり、長期的なプロジェクトに適用することは困難である。
この「背景技術」の欄に開示された情報は、本発明の一般的な背景技術の理解を促進するためのものに過ぎず、該情報が当業者に周知の先行技術を構成する如何なる形態においても、承認または示唆として解釈されるべきではない。
〔先行技術文献〕
〔特許文献〕
〔特許文献１〕ＣＮ１０１１３９０８８Ａ
〔特許文献２〕ＣＮ１０１４４６３６１Ａ
〔発明の概要〕
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的の１つは、従来技術の回転弁および圧力スイング吸着装置において、操作上の柔軟性を欠如し、原料ガス変動に適応できないなどの問題を改善するために、圧力スイング吸着装置およびその回転弁を提供することである。
〔特許文献〕
〔特許文献１〕ＣＮ１０１１３９０８８Ａ
〔特許文献２〕ＣＮ１０１４４６３６１Ａ
〔発明の概要〕
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的の１つは、従来技術の回転弁および圧力スイング吸着装置において、操作上の柔軟性を欠如し、原料ガス変動に適応できないなどの問題を改善するために、圧力スイング吸着装置およびその回転弁を提供することである。
本発明の別の目的は、従来技術の回転弁のメンテナンスおよび交換の不便さや、長期的なプロジェクトに適さないなどの問題を改善するために、圧力スイング吸着装置およびその回転弁を提供することである。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様によれば、本発明は、以下を含む回転弁を提供する：
弁体および弁スリーブを含む回転弁であって、
前記弁体には、第１の流路群、第２の流路群および第３の流路群が備えられ、前記第１の流路群、前記第２の流路群および前記第３の流路群のポートは、前記弁体の表面に設けられており；かつ
前記弁スリーブは、同軸的かつ密閉的に前記弁体の外側につけられており、前記弁スリーブは、複数の貫通孔が均一に開かれており、各々の貫通孔の内端には、前記弁スリーブの内壁に沿って上下に延びる縦溝が備えられており、前記縦溝は、垂直方向に沿って、前記第１の流路群、前記第２の流路群および前記第３の流路群のポートとそれぞれ連通する３つの部分に分けられており、前記第１の流路群は作動状態にあり、切換弁が前記貫通孔に備えられており、前記切換弁は前記第２の流路群および前記第３の流路群のうちの一方の群を作動状態に切り換え、
前記弁体は前記弁スリーブに対して回転軸を中心に回転し、その結果、前記複数の貫通孔は、所定の組み合わせの方法によって、作動状態にある前記第２の流路群および前記第３の流路群のうちの一方の群、ならびに前記第１の流路群のポートと連通して、異なるプロセスシーケンスを達成し、各々の貫通孔は、最多で、前記第１の流路群、前記第２の流路群または前記第３の流路群のうちの一方の群のポートと連通する、回転弁。
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様によれば、本発明は、以下を含む回転弁を提供する：
弁体および弁スリーブを含む回転弁であって、
前記弁体には、第１の流路群、第２の流路群および第３の流路群が備えられ、前記第１の流路群、前記第２の流路群および前記第３の流路群のポートは、前記弁体の表面に設けられており；かつ
前記弁スリーブは、同軸的かつ密閉的に前記弁体の外側につけられており、前記弁スリーブは、複数の貫通孔が均一に開かれており、各々の貫通孔の内端には、前記弁スリーブの内壁に沿って上下に延びる縦溝が備えられており、前記縦溝は、垂直方向に沿って、前記第１の流路群、前記第２の流路群および前記第３の流路群のポートとそれぞれ連通する３つの部分に分けられており、前記第１の流路群は作動状態にあり、切換弁が前記貫通孔に備えられており、前記切換弁は前記第２の流路群および前記第３の流路群のうちの一方の群を作動状態に切り換え、
前記弁体は前記弁スリーブに対して回転軸を中心に回転し、その結果、前記複数の貫通孔は、所定の組み合わせの方法によって、作動状態にある前記第２の流路群および前記第３の流路群のうちの一方の群、ならびに前記第１の流路群のポートと連通して、異なるプロセスシーケンスを達成し、各々の貫通孔は、最多で、前記第１の流路群、前記第２の流路群または前記第３の流路群のうちの一方の群のポートと連通する、回転弁。
好ましくは、前記第２の流路群は複数の流路を含み、前記第３の流路群は複数の流路を含む。
好ましくは、前記弁体は、少なくとも２つの弁ブロックから構成され、前記少なくとも２つの弁ブロックは、お互いに着脱可能に接続されており、前記第２の流路群および前記第３の流路群は、異なる弁ブロックに配置されている。
好ましくは、前記第２の流路群および前記第３の流路群は、同一または異なるプロセスシーケンスに対応する。
好ましくは、前記第１の流路群のうちの一方のポートは、前記弁体の上面の中心に位置し、前記第１の流路群のうちの他方のポートは、前記弁体の側壁に位置し、かつ、前記弁体の外側壁に沿って水平に延びる円弧状溝が備えられている。
本発明の第２の態様によれば、本発明は、以下を含む圧力スイング吸着装置を提供する：
原料ガス弁、製品ガス弁および複数の吸着塔を含む圧力スイング吸着装置であって、
前記原料ガス弁は、請求項１に記載の回転弁であり、前記原料ガス弁のポートは、上面の中心に配置された供給ポートと、底面の中心に配置された排出ポートとを含み；
前記製品ガス弁は、請求項１に記載の回転弁であり、前記製品ガス弁のポートは、上面の中心に配置された製品ガスポートを含み、前記製品ガス弁の弁体と、前記原料ガス弁の弁体とが、所定のシーケンスに従って同期回転し；かつ
前記複数の吸着塔は、底部ガス管および頂部ガス管を有し、前記底部ガス管は、前記原料ガス弁の貫通孔とそれぞれ連通し、前記頂部ガス管は、前記製品ガス弁の貫通孔とそれぞれ連通する、圧力スイング吸着装置。
原料ガス弁、製品ガス弁および複数の吸着塔を含む圧力スイング吸着装置であって、
前記原料ガス弁は、請求項１に記載の回転弁であり、前記原料ガス弁のポートは、上面の中心に配置された供給ポートと、底面の中心に配置された排出ポートとを含み；
前記製品ガス弁は、請求項１に記載の回転弁であり、前記製品ガス弁のポートは、上面の中心に配置された製品ガスポートを含み、前記製品ガス弁の弁体と、前記原料ガス弁の弁体とが、所定のシーケンスに従って同期回転し；かつ
前記複数の吸着塔は、底部ガス管および頂部ガス管を有し、前記底部ガス管は、前記原料ガス弁の貫通孔とそれぞれ連通し、前記頂部ガス管は、前記製品ガス弁の貫通孔とそれぞれ連通する、圧力スイング吸着装置。
好ましくは、前記製品ガス弁の前記第１の流路群は製品ガス通路であり、前記製品ガス通路のうちの一方のポートは前記製品ガスポートであり、他方のポートは前記製品ガス弁の前記弁体の側壁に位置し、かつ、前記製品ガス弁の前記弁体の外側壁に沿って水平に延びる第１の円弧状溝が備えられ、前記第１の円弧状溝は、対応する吸着塔の前記製品ガスが、前記製品ガスポートと、前記第１の円弧状溝と位置合わせした前記貫通孔との間を流れるように導くために使用され；
前記製品ガス弁の前記第２の流路群は第１の均圧通路であり、前記第１の均圧通路の両方のポートは、前記製品ガス弁の前記弁体の側壁に配置され、前記第１の均圧通路は、前記製品ガスが、前記第１の均圧通路の２つのポートと位置合わせした２つの貫通孔の間を流れるように導くために使用され；かつ
前記製品ガス弁の前記第３の流路群は第２の均圧通路であり、前記第２の均圧通路の両方のポートは、前記製品ガス弁の前記弁体の側壁に設置され、前記第２の均圧通路は、前記製品ガスが、前記第２の均圧通路の２つのポートと位置合わせした２つの貫通孔の間を流れるように導くために使用される。
前記製品ガス弁の前記第２の流路群は第１の均圧通路であり、前記第１の均圧通路の両方のポートは、前記製品ガス弁の前記弁体の側壁に配置され、前記第１の均圧通路は、前記製品ガスが、前記第１の均圧通路の２つのポートと位置合わせした２つの貫通孔の間を流れるように導くために使用され；かつ
前記製品ガス弁の前記第３の流路群は第２の均圧通路であり、前記第２の均圧通路の両方のポートは、前記製品ガス弁の前記弁体の側壁に設置され、前記第２の均圧通路は、前記製品ガスが、前記第２の均圧通路の２つのポートと位置合わせした２つの貫通孔の間を流れるように導くために使用される。
好ましくは、前記第１の均圧通路の数は、２～１０であり、隣接する第１の均圧通路の間の角度は、１０°～４５°であり；前記第２の均圧通路の数は、２～１０であり、前記隣接する第２の均圧通路の間の角度は、１０°～４５°であり；前記第１の均圧通路の配置は、前記第２の均圧通路の配置と同一または異なる。
好ましくは、前記製品ガス弁の前記弁体は、上部弁ブロック、中部弁ブロックおよび下部弁ブロックからなり、前記製品ガス通路は、前記中部弁ブロックに配置され、かつ、前記上部弁ブロックを貫通し、前記第１の均圧通路および前記第２の均圧通路は、それぞれ前記上部弁ブロックおよび前記下部弁ブロックに配置され、前記上部弁ブロックおよび前記下部弁ブロックは、前記中部弁ブロックに着脱可能に接続されている。
好ましくは、前記原料ガス弁の前記第１の流路群は原料ガス通路であり、前記原料ガス通路のうちの一方のポートは前記供給ポートであり、他方のポートは、前記弁体の側壁に位置し、かつ、前記原料ガス弁の前記弁体の外側壁に沿って水平に延びる第２の円弧状溝を備え、前記第２の円弧状溝は、供給ガス流を前記第２の円弧状溝と位置合わせした前記貫通孔に導くために使用され、前記第２の円弧状溝は、前記第１の円弧状溝と同じラジアンを有し、かつ、前記第１の円弧状溝に対して垂直に対向し；
前記原料ガス弁の前記第２の流路群は第１の排気通路であり、前記第１の排気通路のうちの一方のポートは前記排出ポートであり、他方のポートは前記原料ガス弁の前記弁体の側壁に位置する第１の排気ガス入口であり、前記第１の排気通路は、前記第１の排気ガス入口と位置合わせした前記貫通孔から前記排出ポートへと排気ガスを導くために使用され；かつ
前記原料ガス弁の前記第３の流路群は、前記第１の排気通路とＦ字型を形成する第２の排気通路であり、前記第２の排気通路の一方のポートは前記排出ポートであり、他方のポートは、前記原料ガス弁の前記弁体の側壁に位置する第２の排気ガス入口であり、前記第２の排気通路は、前記第２の排気ガス入口と位置合わせした前記貫通孔から前記排出ポートへと前記排気ガスを導くために使用されている。
前記原料ガス弁の前記第２の流路群は第１の排気通路であり、前記第１の排気通路のうちの一方のポートは前記排出ポートであり、他方のポートは前記原料ガス弁の前記弁体の側壁に位置する第１の排気ガス入口であり、前記第１の排気通路は、前記第１の排気ガス入口と位置合わせした前記貫通孔から前記排出ポートへと排気ガスを導くために使用され；かつ
前記原料ガス弁の前記第３の流路群は、前記第１の排気通路とＦ字型を形成する第２の排気通路であり、前記第２の排気通路の一方のポートは前記排出ポートであり、他方のポートは、前記原料ガス弁の前記弁体の側壁に位置する第２の排気ガス入口であり、前記第２の排気通路は、前記第２の排気ガス入口と位置合わせした前記貫通孔から前記排出ポートへと前記排気ガスを導くために使用されている。
好ましくは、前記第１の排気ガス入口および／または前記第２の排気ガス入口には、前記原料ガス弁の前記弁体の外側壁に沿って水平に延びる第３の円弧状溝が備えられ、前記第３の円弧状溝は、前記第３の円弧状溝と位置合わせした前記貫通孔から排出ポートへと前記排気ガスを導くために使用されている。
好ましくは、前記第１の円弧状溝および前記第２の円弧状溝のラジアンは、π／６～５π／６である。
好ましくは、前記吸着塔の数は４以上である。
好ましくは、前記所定のシーケンスは、圧力スイング吸着のプロセスシーケンスである。
好ましくは、前記製品ガス弁の前記弁体および前記原料ガス弁の前記弁体は、一定の速度または段階的に変化する速度で回転する。
本発明の第３の態様によれば、本発明は、上述の圧力スイング吸着装置を用いて、ガス混合物から吸着性のより弱い成分を回収する方法を提供し、複数の吸着塔は、第１の吸着塔、第２の吸着塔、第３の吸着塔および第４の吸着塔を含み、前記方法は、第１のプロセスシーケンスおよび第２のプロセスシーケンスのうちの１つで選択的に作動され得る。
好ましくは、前記第１のプロセスシーケンスは、以下のシーケンスを含む：
シーケンス１：前記第１の吸着塔は吸着工程にあり、前記第２の吸着塔は第１の加圧工程にあり、前記第３の吸着塔は逆排出再生工程にあり、前記第４の吸着塔は第１の減圧工程にあり；
シーケンス２：前記第１の吸着塔は前記吸着工程にあり、前記第２の吸着塔は何れの操作も行わずにカットアウト状態にあり、前記第３の吸着塔はパージ再生工程にあり、前記第４の吸着塔はパージ工程にあり；
シーケンス３：前記第１の吸着塔は吸着工程＋加圧工程にあり、前記第２の吸着塔は吸着準備加圧工程にあり、前記第３の吸着塔は第２の加圧工程にあり、前記第４の吸着塔は第２の減圧工程にあり；
シーケンス４：前記第１の吸着塔は前記第１の減圧工程にあり、前記第２の吸着塔は前記吸着工程にあり、前記第３の吸着塔は前記第１の加圧工程にあり、前記第４の吸着塔は前記逆排出再生工程にあり；
シーケンス５：前記第２の吸着塔は前記吸着工程にあり、前記第３の吸着塔は何れの操作も行わずにカットアウト状態にあり、前記第４の吸着塔は前記パージ再生工程にあり、前記第１の吸着塔は前記パージ工程にあり；
シーケンス６：前記第１の吸着塔は前記第２の減圧工程にあり、前記第２の吸着塔は前記吸着工程＋加圧工程にあり、前記第３の吸着塔は前記吸着準備加圧工程にあり、前記第４の吸着塔は前記第２の加圧工程にあり；
シーケンス７：前記第１の吸着塔は前記逆排出再生工程にあり、前記第２の吸着塔は前記第１の減圧工程にあり、前記第３の吸着塔は前記吸着工程にあり、前記第４の吸着塔は前記第１の加圧工程にあり；
シーケンス８：前記第３の吸着塔は前記吸着工程にあり、前記第４の吸着塔は何れの操作も行わずにカットアウト状態にあり、前記第１の吸着塔は前記パージ再生工程にあり、前記第２の吸着塔は前記パージ工程にあり；
シーケンス９：前記第１の吸着塔は前記第２の加圧工程にあり、前記第２の吸着塔は前記第２の減圧工程にあり、前記第３の吸着塔は前記吸着工程＋加圧工程にあり、前記第４の吸着塔は前記吸着準備加圧工程にあり；
シーケンス１０：前記第１の吸着塔は前記第１の加圧工程にあり、前記第２の吸着塔は前記逆排出再生工程にあり、前記第３の吸着塔は前記第１の減圧工程にあり、前記第４の吸着塔は前記吸着工程にあり；
シーケンス１１：前記第４の吸着塔は前記吸着工程にあり、前記第１の吸着塔は何れの操作も行わずにカットアウト状態にあり、前記第２の吸着塔は前記パージ再生工程にあり、前記第３の吸着塔は前記パージ工程にあり；
シーケンス１２：前記第１の吸着塔は前記吸着準備加圧工程にあり、前記第２の吸着塔は前記第２の加圧工程にあり、前記第３の吸着塔は前記第２の減圧工程にあり、前記第４の吸着塔は吸着工程＋加圧工程にある。
シーケンス１：前記第１の吸着塔は吸着工程にあり、前記第２の吸着塔は第１の加圧工程にあり、前記第３の吸着塔は逆排出再生工程にあり、前記第４の吸着塔は第１の減圧工程にあり；
シーケンス２：前記第１の吸着塔は前記吸着工程にあり、前記第２の吸着塔は何れの操作も行わずにカットアウト状態にあり、前記第３の吸着塔はパージ再生工程にあり、前記第４の吸着塔はパージ工程にあり；
シーケンス３：前記第１の吸着塔は吸着工程＋加圧工程にあり、前記第２の吸着塔は吸着準備加圧工程にあり、前記第３の吸着塔は第２の加圧工程にあり、前記第４の吸着塔は第２の減圧工程にあり；
シーケンス４：前記第１の吸着塔は前記第１の減圧工程にあり、前記第２の吸着塔は前記吸着工程にあり、前記第３の吸着塔は前記第１の加圧工程にあり、前記第４の吸着塔は前記逆排出再生工程にあり；
シーケンス５：前記第２の吸着塔は前記吸着工程にあり、前記第３の吸着塔は何れの操作も行わずにカットアウト状態にあり、前記第４の吸着塔は前記パージ再生工程にあり、前記第１の吸着塔は前記パージ工程にあり；
シーケンス６：前記第１の吸着塔は前記第２の減圧工程にあり、前記第２の吸着塔は前記吸着工程＋加圧工程にあり、前記第３の吸着塔は前記吸着準備加圧工程にあり、前記第４の吸着塔は前記第２の加圧工程にあり；
シーケンス７：前記第１の吸着塔は前記逆排出再生工程にあり、前記第２の吸着塔は前記第１の減圧工程にあり、前記第３の吸着塔は前記吸着工程にあり、前記第４の吸着塔は前記第１の加圧工程にあり；
シーケンス８：前記第３の吸着塔は前記吸着工程にあり、前記第４の吸着塔は何れの操作も行わずにカットアウト状態にあり、前記第１の吸着塔は前記パージ再生工程にあり、前記第２の吸着塔は前記パージ工程にあり；
シーケンス９：前記第１の吸着塔は前記第２の加圧工程にあり、前記第２の吸着塔は前記第２の減圧工程にあり、前記第３の吸着塔は前記吸着工程＋加圧工程にあり、前記第４の吸着塔は前記吸着準備加圧工程にあり；
シーケンス１０：前記第１の吸着塔は前記第１の加圧工程にあり、前記第２の吸着塔は前記逆排出再生工程にあり、前記第３の吸着塔は前記第１の減圧工程にあり、前記第４の吸着塔は前記吸着工程にあり；
シーケンス１１：前記第４の吸着塔は前記吸着工程にあり、前記第１の吸着塔は何れの操作も行わずにカットアウト状態にあり、前記第２の吸着塔は前記パージ再生工程にあり、前記第３の吸着塔は前記パージ工程にあり；
シーケンス１２：前記第１の吸着塔は前記吸着準備加圧工程にあり、前記第２の吸着塔は前記第２の加圧工程にあり、前記第３の吸着塔は前記第２の減圧工程にあり、前記第４の吸着塔は吸着工程＋加圧工程にある。
好ましくは、前記第２のプロセスシーケンスは、以下のシーケンスを含む：
シーケンス１：前記第１の吸着塔は吸着工程にあり、前記第２の吸着塔は第１の加圧工程にあり、前記第３の吸着塔は逆排出再生工程にあり、前記第４の吸着塔は第１の減圧工程にあり；
シーケンス２：前記第１の吸着塔は前記吸着工程にあり、前記第２の吸着塔、前記第３の吸着塔および前記第４の吸着塔は、何れの操作も行わずに全てがカットアウト状態にあり；
シーケンス３：前記第１の吸着塔は吸着工程＋加圧工程にあり、前記第２の吸着塔は吸着準備加圧工程にあり、前記第３の吸着塔は第２の加圧工程にあり、前記第４の吸着塔は第２の減圧工程にあり；
シーケンス４：前記第１の吸着塔は前記第１の減圧工程にあり、前記第２の吸着塔は前記吸着工程にあり、前記第３の吸着塔は前記第１の加圧工程にあり、前記第４の吸着塔は逆排出再生工程にあり；
シーケンス５：前記第２の吸着塔は前記吸着工程にあり、前記第１の吸着塔、前記第３の吸着塔および前記第４の吸着塔は何れの操作も行わずに全てがカットアウト状態にあり；
シーケンス６：前記第１の吸着塔は前記第２の減圧工程にあり、前記第２の吸着塔は前記吸着工程＋加圧工程にあり、前記第３の吸着塔は前記吸着準備加圧工程にあり、前記第４の吸着塔は前記第２の加圧工程にあり；
シーケンス７：前記第１の吸着塔は前記逆排出再生工程にあり、前記第２の吸着塔は前記第１の減圧工程にあり、前記第３の吸着塔は前記吸着工程にあり、前記第４の吸着塔は前記第１の加圧工程にあり；
シーケンス８：前記第３の吸着塔は前記吸着工程にあり、前記第１の吸着塔、前記第２の吸着塔および前記第４の吸着塔は何れの操作も行わずに全てがカットアウト状態にあり；
シーケンス９：前記第１の吸着塔は前記第２の加圧工程にあり、前記第２の吸着塔は前記第２の減圧工程にあり、前記第３の吸着塔は前記吸着工程＋加圧工程にあり、前記第４の吸着塔は前記吸着準備加圧工程にあり；
シーケンス１０：前記第１の吸着塔は前記第１の加圧工程にあり、前記第２の吸着塔は前記逆排出再生工程にあり、前記第３の吸着塔は前記第１の減圧工程にあり、前記第４の吸着塔は前記吸着工程にあり；
シーケンス１１：前記第４の吸着塔は前記吸着工程にあり、前記第１の吸着塔、前記第２の吸着塔および前記第３の吸着塔は何れの操作も行わずに全てがカットアウト状態にあり；
シーケンス１２：前記第１の吸着塔は前記吸着準備加圧工程にあり、前記第２の吸着塔は前記第２の加圧工程にあり、前記第３の吸着塔は前記第２の減圧工程にあり、前記第４の吸着塔は前記吸着工程＋加圧工程にある。
シーケンス１：前記第１の吸着塔は吸着工程にあり、前記第２の吸着塔は第１の加圧工程にあり、前記第３の吸着塔は逆排出再生工程にあり、前記第４の吸着塔は第１の減圧工程にあり；
シーケンス２：前記第１の吸着塔は前記吸着工程にあり、前記第２の吸着塔、前記第３の吸着塔および前記第４の吸着塔は、何れの操作も行わずに全てがカットアウト状態にあり；
シーケンス３：前記第１の吸着塔は吸着工程＋加圧工程にあり、前記第２の吸着塔は吸着準備加圧工程にあり、前記第３の吸着塔は第２の加圧工程にあり、前記第４の吸着塔は第２の減圧工程にあり；
シーケンス４：前記第１の吸着塔は前記第１の減圧工程にあり、前記第２の吸着塔は前記吸着工程にあり、前記第３の吸着塔は前記第１の加圧工程にあり、前記第４の吸着塔は逆排出再生工程にあり；
シーケンス５：前記第２の吸着塔は前記吸着工程にあり、前記第１の吸着塔、前記第３の吸着塔および前記第４の吸着塔は何れの操作も行わずに全てがカットアウト状態にあり；
シーケンス６：前記第１の吸着塔は前記第２の減圧工程にあり、前記第２の吸着塔は前記吸着工程＋加圧工程にあり、前記第３の吸着塔は前記吸着準備加圧工程にあり、前記第４の吸着塔は前記第２の加圧工程にあり；
シーケンス７：前記第１の吸着塔は前記逆排出再生工程にあり、前記第２の吸着塔は前記第１の減圧工程にあり、前記第３の吸着塔は前記吸着工程にあり、前記第４の吸着塔は前記第１の加圧工程にあり；
シーケンス８：前記第３の吸着塔は前記吸着工程にあり、前記第１の吸着塔、前記第２の吸着塔および前記第４の吸着塔は何れの操作も行わずに全てがカットアウト状態にあり；
シーケンス９：前記第１の吸着塔は前記第２の加圧工程にあり、前記第２の吸着塔は前記第２の減圧工程にあり、前記第３の吸着塔は前記吸着工程＋加圧工程にあり、前記第４の吸着塔は前記吸着準備加圧工程にあり；
シーケンス１０：前記第１の吸着塔は前記第１の加圧工程にあり、前記第２の吸着塔は前記逆排出再生工程にあり、前記第３の吸着塔は前記第１の減圧工程にあり、前記第４の吸着塔は前記吸着工程にあり；
シーケンス１１：前記第４の吸着塔は前記吸着工程にあり、前記第１の吸着塔、前記第２の吸着塔および前記第３の吸着塔は何れの操作も行わずに全てがカットアウト状態にあり；
シーケンス１２：前記第１の吸着塔は前記吸着準備加圧工程にあり、前記第２の吸着塔は前記第２の加圧工程にあり、前記第３の吸着塔は前記第２の減圧工程にあり、前記第４の吸着塔は前記吸着工程＋加圧工程にある。
〔発明の効果〕
従来技術と比較して、本発明は、以下の有益な作用のうちの１つ以上を有する：
１．本発明は、回転弁の弁体を弁スリーブ構造設計および流路レイアウトと整合させることによって、流路群の作動状態を切り換えることができ、これにより、異なるシーケンスプロセスのオンライン切り換えを実現し、現場での原料ガス変動によるプロセス条件の改善要求に応え、生産の柔軟性を向上することができる；また、流路群が摩耗した時に迅速に他の流路群に切り換えて、装置の寿命を延ばすことができる。
従来技術と比較して、本発明は、以下の有益な作用のうちの１つ以上を有する：
１．本発明は、回転弁の弁体を弁スリーブ構造設計および流路レイアウトと整合させることによって、流路群の作動状態を切り換えることができ、これにより、異なるシーケンスプロセスのオンライン切り換えを実現し、現場での原料ガス変動によるプロセス条件の改善要求に応え、生産の柔軟性を向上することができる；また、流路群が摩耗した時に迅速に他の流路群に切り換えて、装置の寿命を延ばすことができる。
２．回転弁の分割設計を、作動状態を切り換えることができる流路群のレイアウトと整合させることにより、弁ブロック（および対応する流路群）のオンライン交換およびメンテナンスを実現することができ、回転弁のオンライン作動率を保証し、生産効率を改善し、長期的なプロジェクトに特に適している。
３．本発明の圧力スイング吸着装置は、複数の従来の圧力スイング吸着のプログラム制御された弁群の代わりに、高度に統合された回転弁設計を採用し、このことが１吸着サイクル１０秒～１０分である圧力スイング吸着プロセスを実現可能にし、これにより、材料消費を節約することができ；同時に、本発明の圧力スイング吸着装置では、回転弁の弁体のみが回転部材であり、吸着塔および他のパイプが固定して配置され、装置統合の問題をさらに解決する。
上記の説明は、本発明の技術案の概要に過ぎない。本発明の技術的手段をよりよく理解し、明細書の文脈に従って実施するために、ならびに、本発明の上記および他の目的、技術的特徴および利点をより理解しやすくするために、１つ以上の好ましい実施形態を以下に列挙し、添付の図面を参照しながら、詳細に説明する。
〔図面の簡単な説明〕
〔図１〕図１は、本発明に係る圧力スイング吸着装置の断面構造模式図である。
〔図１〕図１は、本発明に係る圧力スイング吸着装置の断面構造模式図である。
〔図２〕図２は、本発明の一実施形態に係る第１のプロセスシーケンスにおける製品ガス弁の弁体の流路配置の模式図である。
〔図３〕図３は、本発明の一実施形態に係る第２のプロセスシーケンスにおける製品ガス弁の弁体の流路配置の模式図である。
〔図４〕図４は、本発明の一実施形態に係る第１のプロセスシーケンスにおける原料ガス弁の弁体の流路配置の模式図である。
〔図５〕図５は、本発明の一実施形態に係る第２のプロセスシーケンスにおける原料ガス弁の弁体の流路配置の模式図である。
〔図６〕図６は、本発明の一実施形態に係る圧力スイング吸着装置の作動プロセスの模式図であり、圧力スイング吸着装置が第１のプロセスシーケンスに切り換えられ、製品ガス弁および原料ガス弁の弁スリーブ構造が図示されていない。
〔図７〕図７は、本発明の一実施形態に係る圧力スイング吸着装置の作動プロセスの模式図であり、圧力スイング吸着装置が第２のプロセスシーケンスに切り換えられ、製品ガス弁および原料ガス弁の弁スリーブ構造が図示されていない。
〔図８〕図８は、本発明の一実施形態に係る圧力スイング吸着装置の遠近斜視構造模式図である。
〔発明を実施するための形態〕
本発明の具体的な実施形態を、添付の図面を参照しながら、以下に詳細に説明するが、本発明の保護範囲は該具体的な実施形態によって限定されないと理解されたい。
本発明の具体的な実施形態を、添付の図面を参照しながら、以下に詳細に説明するが、本発明の保護範囲は該具体的な実施形態によって限定されないと理解されたい。
特に明記しない限り、本明細書および特許請求の範囲を通して、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、または、その変形である「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」または「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」などは、記載された要素または構成部分を含むが、他の要素または他の構成部分を排除するものではないと理解されたい。
本明細書では、説明の便宜上、空間的な相対語である「下（ｂｅｌｏｗ）」、「下方（ｂｅｎｅａｔｈ）」、「下（ｌｏｗｅｒ）」、「上（ｏｎ）」、「上（ａｂｏｖｅ）」、「上（ｕｐｐｅｒ）」などを用いて、１つの要素または特徴と、図中の別の要素または特徴との関係を記述してもよい。空間的な相対語は、図に示される方位に加えて、使用または作動中の物体の異なる方位を包含することが意図されることを理解されたい。例えば、図中の物体がひっくり返された場合には、別の要素または特徴の「下（ｂｅｌｏｗ）」または「下方（ｂｅｎｅａｔｈ）」にあると説明される要素は、要素または特徴の「上（ａｂｏｖｅ）」にあるとされることになる。したがって、例示的な用語「下（ｂｅｌｏｗ）」は、下および上の両方の方位を包含することができる。物体は他の方向に向けられてもよく（９０度回転されてもよく、他の方向に向けられてもよく）、本明細書で使用される空間的な相対語はそれに応じて解釈されるべきである。
本明細書では、用語「第１の」、「第２の」などは、２つの異なる要素または部分を区別するために使用され、特定の位置または相対関係を限定するために使用されない。換言すれば、いくつかの実施形態では、用語「第１の」、「第２の」などは、また、お互いに交換され得る。
図１は、本発明に係る圧力スイング吸着装置を示し、該圧力スイング吸着装置は、製品ガス弁５０と、原料ガス弁６０とを含み、製品ガス弁５０の弁体５１と、原料ガス弁６０の弁体６１とは、所定のシーケンスに従って同軸的に同期して回転される。本実施形態の圧力スイング吸着装置は、４つの吸着塔１０、２０、３０および４０が備えられている。これに対応して、製品ガス弁５０および原料ガス弁６０は、それぞれ４つの貫通孔を有する。圧力スイング吸着装置は、本発明の範囲から逸脱することなく、吸着塔の数が製品ガス弁５０および原料ガス弁６０の貫通孔の数に対応する限り、任意の数の吸着塔を備えることができることを理解されたい。
実施形態１
図１～３に示すように、製品ガス弁５０は、本発明の実施形態１に係る回転弁であり、製品ガス弁５０は、弁体５１および弁スリーブ５２を含む。弁体５１は、弁スリーブ５２の内部空洞に収容されている。弁体５１は円筒構造であり、弁体５１には、第１の流路群、第２の流路群および第３の流路群の３つの流路群が備えられている。第１の流路群、第２の流路群、および第３の流路群のポートは、弁体５１の表面上に配置されている。弁スリーブ５２は、同軸的かつ密閉的に弁体５１の外側につけられている。弁スリーブ５２には、複数の貫通孔５２０が均一に開かれている。各々の貫通孔５２０の内端には、弁スリーブの内壁に沿って上下に延びる縦溝５２１が備えられている。縦溝５２１は、第１の流路群、第２の流路群および第３の流路群のそれぞれのポートに対応して、垂直方向に沿って３つの部分に分けられる。弁体５１および弁スリーブ５２の内部空洞は、楕円形断面を有する円柱形状、円錐形状、または回転弁の回転軸に垂直な円形断面を有する任意の他の形状とすることができることを理解されたい。弁体５１と、弁スリーブ５２の内部空洞との間には、パッキン、Ｏ－リング、ガスケット、または弁体５１と弁スリーブ５２との間にガスが流れるのを防止するのに適した他のエラストマー材料（図示せず）などのシール部材が収容されている。パッキン、Ｏ－リング、ガスケットまたは他のエラストマー材料は、この材料と弁体５１の外面および／または弁スリーブ５２の内部空洞の内面との間の気密摺動接触を可能にする低摩擦係数を有するべきである。
図１～３に示すように、製品ガス弁５０は、本発明の実施形態１に係る回転弁であり、製品ガス弁５０は、弁体５１および弁スリーブ５２を含む。弁体５１は、弁スリーブ５２の内部空洞に収容されている。弁体５１は円筒構造であり、弁体５１には、第１の流路群、第２の流路群および第３の流路群の３つの流路群が備えられている。第１の流路群、第２の流路群、および第３の流路群のポートは、弁体５１の表面上に配置されている。弁スリーブ５２は、同軸的かつ密閉的に弁体５１の外側につけられている。弁スリーブ５２には、複数の貫通孔５２０が均一に開かれている。各々の貫通孔５２０の内端には、弁スリーブの内壁に沿って上下に延びる縦溝５２１が備えられている。縦溝５２１は、第１の流路群、第２の流路群および第３の流路群のそれぞれのポートに対応して、垂直方向に沿って３つの部分に分けられる。弁体５１および弁スリーブ５２の内部空洞は、楕円形断面を有する円柱形状、円錐形状、または回転弁の回転軸に垂直な円形断面を有する任意の他の形状とすることができることを理解されたい。弁体５１と、弁スリーブ５２の内部空洞との間には、パッキン、Ｏ－リング、ガスケット、または弁体５１と弁スリーブ５２との間にガスが流れるのを防止するのに適した他のエラストマー材料（図示せず）などのシール部材が収容されている。パッキン、Ｏ－リング、ガスケットまたは他のエラストマー材料は、この材料と弁体５１の外面および／または弁スリーブ５２の内部空洞の内面との間の気密摺動接触を可能にする低摩擦係数を有するべきである。
貫通孔５２０には切換弁５２２が備えられており、切換弁５２２は第２の流路群および第３の流路群のうちの一方を作動状態に切り換える。弁体５１は弁スリーブ５２に対して軸回りに回転可能であり、これにより、複数の貫通孔５２０が、作動状態にある第２の流路群および第３の流路群のポートと連通し、プロセス作動モードが変更される。各々の貫通孔５２０は、最多で、弁体５１の１つのポートと連通する。
製品ガス弁５０の３つの流路群は、１つの常開流路群（第１の流路群）と、２つの切換流路群（第２の流路群および第３の流路群）とを含む。第１の流路群は、製品ガス通路５３１を含む。製品ガス通路５３１の２つのポートは、それぞれ、弁体５１の上面の中心に位置する製品ガスポート５３１１と、弁体５１の側壁に位置するポート５３１２とである。ポート５３１２には、弁体の外側壁に沿って水平に延びる第１の円弧状溝５３１３が備えられている。第２の流路群は３つの第１の均圧通路５４１、５４２および５４３を含み、第１の均圧通路５４１、５４２および５４３のポートは全て、弁体５１の側壁に位置し；第３の流路群は２つの第２の均圧通路５５１および５５２を含み、第２の均圧通路５５１および５５２のポートは全て、弁体５１の側壁に位置する。この実施形態では、２つの切換流路群は、異なるプロセスシーケンスに対応する。本発明は、開示された特定の流路群に限定されないことを理解されたい。当業者は、必要に応じて、流路群の任意の適切な数および構造を選択することができる。
本実施形態では、弁体５１が上部弁ブロック５１１と、中部弁ブロック５１２と、下部弁ブロック５１３とからなる。製品ガス通路５３１は、中部弁ブロック５１２内に配置され、かつ、上部弁ブロック５１１を上方に通過する。第１の均圧通路５４１、５４２および５４３は上部弁ブロック５１１に配置され、第２の均圧通路５５１および５５２は下部弁ブロック５１３に配置される。上部弁ブロック５１１および下部弁ブロック５１３の両方は着脱可能である。中部弁ブロック５１２および下部弁ブロック５１３内の第３の流路群が作動状態になるように切換弁５２２が切り換えられた後、上部弁ブロック５１１は分解されてもよく；上部弁ブロック５１１および中部弁ブロック５１２内の第２の流路群が作動状態になるように切換弁５２２が切り換えられた後、下部弁ブロック５１３は分解されてもよい。上部弁ブロック５１１または下部弁ブロック５１３が分解されたかどうかに関わらず、製品ガス通路５３１は作動状態を維持することができ、これにより、シャットダウンする必要はない。
実施形態２
図１、図４および図５に示すように、原料ガス弁６０は、本発明の実施形態２に係る回転弁であり、原料ガス弁６０は、弁体６１と、弁スリーブ６２とを含む。弁体６１は、弁スリーブ６２の内部空洞に収容されている。弁体６１は円筒構造であり、弁体６１には、第１の流路群、第２の流路群および第３の流路群の３つの流路群が備えられている。第１の流路群、第２の流路群および第３の流路群のポートは、弁体６１の表面に配置されている。弁スリーブ６２は、同軸的かつ密閉的に弁体６１の外側につけられている。弁スリーブ６２には、複数の貫通孔６２０が均一に開かれている。各々の貫通孔６２０の内端には、弁スリーブの内壁に沿って上下に延びる縦溝６２１が備えられている。縦溝６２１は、第１の流路群、第２の流路群および第３の流路群のそれぞれのポートに対応して、垂直方向に沿って３つの部分に分けられる。弁体６１および弁スリーブ６２の内部空洞は、楕円形の断面を有する円柱形状、円錐形状、または回転弁の回転軸に垂直な円形の断面を有する任意の他の形状であってもよいことを理解されたい。弁体６１と弁スリーブ６２の内部空洞との間には、パッキン、Ｏ－リング、ガスケット、または弁体６１と弁スリーブ６２との間にガスが流れるのを防止するのに適した他のエラストマー材料（図示せず）などのシール部材が収容される。パッキン、Ｏ－リング、ガスケットまたは他のエラストマー材料は、この材料と、弁体６１の外面および／または弁スリーブ６２の内部空洞の内面との間の気密摺動接触を可能にする低摩擦係数を有するべきである。
図１、図４および図５に示すように、原料ガス弁６０は、本発明の実施形態２に係る回転弁であり、原料ガス弁６０は、弁体６１と、弁スリーブ６２とを含む。弁体６１は、弁スリーブ６２の内部空洞に収容されている。弁体６１は円筒構造であり、弁体６１には、第１の流路群、第２の流路群および第３の流路群の３つの流路群が備えられている。第１の流路群、第２の流路群および第３の流路群のポートは、弁体６１の表面に配置されている。弁スリーブ６２は、同軸的かつ密閉的に弁体６１の外側につけられている。弁スリーブ６２には、複数の貫通孔６２０が均一に開かれている。各々の貫通孔６２０の内端には、弁スリーブの内壁に沿って上下に延びる縦溝６２１が備えられている。縦溝６２１は、第１の流路群、第２の流路群および第３の流路群のそれぞれのポートに対応して、垂直方向に沿って３つの部分に分けられる。弁体６１および弁スリーブ６２の内部空洞は、楕円形の断面を有する円柱形状、円錐形状、または回転弁の回転軸に垂直な円形の断面を有する任意の他の形状であってもよいことを理解されたい。弁体６１と弁スリーブ６２の内部空洞との間には、パッキン、Ｏ－リング、ガスケット、または弁体６１と弁スリーブ６２との間にガスが流れるのを防止するのに適した他のエラストマー材料（図示せず）などのシール部材が収容される。パッキン、Ｏ－リング、ガスケットまたは他のエラストマー材料は、この材料と、弁体６１の外面および／または弁スリーブ６２の内部空洞の内面との間の気密摺動接触を可能にする低摩擦係数を有するべきである。
貫通孔６２０には切換弁６２２が備えられており、切換弁６２２は第２の流路群および第３の流路群のうちの一方を作動状態に切り換える。弁体６１は弁スリーブ６２に対して軸回りに回転可能であり、これにより、複数の貫通孔６２０が、作動状態にある第２の流路群および第３の流路群のうちの１つの群のポートと連通し、プロセス作動モードが変更される。各々の貫通孔６２０は、最多で、弁体６１の１つのポートと連通する。
原料ガス弁６０の３つの流路群は、１つの常開流路群（第１の流路群）と、２つの切換流路群（第２の流路群および第３の流路群）とを含む。第１の流路群は、原料ガス通路６３１を含む。原料ガス通路６３１の２つのポートは、それぞれ、弁体６１の上面の中心に位置する供給ポート６３１１と、弁体６１の側壁に位置するポート６３１２とである。ポート６３１２には、弁体の外側壁に沿って水平に延びる第２の円弧状溝６３１３が備えられている。第２の流路群は第１の排気通路６４１を含み、第１の排気通路６４１の２つのポートは、それぞれ、弁体６１の底面の中心に位置する排出ポート６４１１と、弁体６１の側壁に位置する第１の排気ガス入口６４１２とである。第１の排気ガス入口６４１２には、弁体の外側壁に沿って水平に延びる第３の円弧状溝６４１３が備えられている。第３の流路群は、第１の排気通路６４１とＦ形状を形成する第２の排気通路６４２を含む。第２の排気通路６４２の２つのポートは、それぞれ、弁体６１の底面の中心に位置する排出ポート６４１１と、弁体６１の側壁に位置する第２の排気ガス入口６４２２とである。この実施形態では、２つの切換流路群は、異なるプロセスシーケンスに対応する。本発明は、開示された特定の流路群に限定されないことを理解されたい。当業者は、必要に応じて、流路群の任意の適切な数および構造を選択することができる。
図１～図８を参照すると、圧力スイング吸着装置は、製品ガス弁５０と、原料ガス弁６０と、４つの吸着塔１０、２０、３０および４０とを含む。吸着塔１０、２０、３０および４０の底部ガス管１１、２１、３１および４１は、それぞれ原料ガス弁６０の貫通孔６２０と連通し、頂部ガス管１２、２２、３２および４２は、それぞれ製品ガス弁５０の貫通孔５２０と連通している。製品ガス弁５０の製品ガスポート５３１１は、製品回収管７０に接続され、原料ガス弁６０の供給ポート６３１１は、原料ガス供給管８０と連通し、排出ポート６４１１は排気ガス回収管９０と連通する。第１の円弧状溝５３１３および第２の円弧状溝６３１３は、同じラジアンを有し、上下方向に厳密に対向する。
本実施形態では、第１の円弧状溝５３１３および第２の円弧状溝６３１３のラジアンは両方ともπ／２であり、第３の円弧状溝６４１３のラジアンはπ／６である。製品ガス弁５０の第１の均圧通路５４１の２つのポートの間の角度は１８０°であり、第１の均圧通路５４２の２つのポートの間の角度は９０°であり、第１の均圧通路５４３の２つのポートの間の角度は９０°であり、隣接する第１の均圧通路の間の角度は３０°であり；第２の均圧通路５５１の２つのポートの間の角度は１８０°であり、第２の均圧通路５５２の２つのポートの間の角度は９０°であり、隣接する第２の均圧通路の間の角度は６０°である。第１の円弧状溝５３１３、第２の円弧状溝６３１３および第３の円弧状溝６４１３のラジアン、ならびに製品ガス弁５０のそれぞれの第１の均圧通路５４１、５４２、５４３および第２の均圧通路５５１、５５２の２つのポートの間の角度は、本発明の範囲から逸脱することなく、任意の他の適切な値をとることができることを理解されたい。当業者は、吸着塔の特定の数および特定のプロセスシーケンスの要件に従って適切な値を選択することができる。
この実施形態では、第１の円弧状溝５３１３は、少なくとも１つの吸着塔の製品ガスが、製品ガスポート５３１１と、第１の円弧状溝５３１３と位置合わせした貫通孔５２０との間を流れるように導くために使用され；第１の均圧通路５４１、５４２および５４３は、製品ガスが、第１の均圧通路５４１、５４２および５４３の２つのポートと位置合わせした２つの貫通孔５２０の間を流れるように導くために使用され；第２の均圧通路５５１および５５２は、製品ガスが、第２の均圧通路５５１および５５２の２つのポートと位置合わせした２つの貫通孔５２０の間を流れるように導くために使用される。
本実施形態では、第２の円弧状溝６３１３は、原料ガス流を、第２の円弧状溝６３１３と位置合わせした貫通孔６２０に導くために使用され；第１の排気通路６４１は、第１の排気ガス入口６４１２と位置合わせした貫通孔６２０から排出ポート６４１１へと排気ガスを導くために使用され；第２の排気通路６４２は、第２の排気ガス入口６４２２と位置合わせした貫通孔６２０から排出ポート６４１１へと排気ガスを導くために使用され；第３の円弧状溝６４１３は、第３の円弧状溝６４１３と位置合わせした貫通孔６２０から排出ポート６４１１へと排気ガスを導くために使用される。
本実施形態の圧力スイング吸着装置は、第１のプロセスシーケンスおよび第２のプロセスシーケンスの２つの圧力スイング吸着プロセスシーケンスを実現することができる。作動プロセス中、製品ガス弁５０の弁体５１および原料ガス弁６０の弁体６１のみが同期回転し、他の成分は全て固定している。
以下、図６および表１を参照して、第１のプロセスシーケンスを用いた本実施形態の圧力スイング吸着装置の作動プロセスについて説明する。
製品ガス弁５０の切換弁５２２は、製品ガス通路５３１および第１の均圧通路５４１、５４２および５４３を作動状態にし、原料ガス弁６０の切換弁６２２は、原料ガス通路６３１および第１の排気通路６４１を作動状態にする。各々の吸着塔は、第１のプロセスシーケンスの１つのプロセスサイクルにおいて、吸着、第１の均圧化、パージ再生、第２の均圧化、逆排出再生（または向流再生）、および加圧の工程を経る。製品ガス弁５０の弁体５１および原料ガス弁６０の弁体６１は、右回りに３０°のシーケンス間隔で同期回転する。
工程１－吸着工程：原料ガスを工程１にある吸着塔の底部ガス管に導入し、吸着性のより強い成分を吸着剤によって除去し、吸着性のより弱い成分を吸着塔の頂部ガス管から製品ガスとして抽出する。これらの製品ガスの全ては、最終製品ガスであり、選択可能な最終製品ガス回収タンクに送られ、そこから下流のユーザに送られる。
工程２－吸着工程＋加圧工程：原料ガスを工程２にある吸着塔の底部ガス管に続けて導入し、吸着性のより強い成分を吸着剤によって除去し、吸着性のより弱い成分を製品ガスとして吸着塔の頂部ガス管を通過させる。製品ガスの一部は、選択可能な最終製品ガス回収タンクの最終製品ガスに送られ、そこから下流のユーザに送られ、製品ガスの他の部分は加圧工程にある別の吸着塔の頂部ガス管に導入される（工程１０）。
工程３－第１の減圧工程：工程３にある吸着塔の頂部ガス管から減圧ガスを抽出することによって、吸着塔内の圧力が第１の中間圧力に低下するまで、工程２の圧力から吸着塔を減圧し、減圧ガスが第１の加圧工程（工程９）にある吸着塔の頂部ガス管に導入される。すなわち、工程３は、吸収工程後の吸着塔の圧力を第１の中間圧力まで減圧する第１の減圧工程である。
工程４－パージ工程：吸着塔の頂部ガス管からパージガスを抽出することによって、吸着塔内の圧力が第２の中間圧力に低下するまで、第１の中間圧力から吸着塔を減圧し、パージガスは、パージ再生（工程７）にある吸着塔の頂部ガス管に向流で導入される。すなわち、工程４は、パージ再生（工程７）にある吸着塔にパージガスを導入するパージ工程である。
工程５－第２の減圧工程：工程５にある吸着塔の頂部ガス管から減圧ガスを抽出することによって、吸着塔内の圧力が第３の中間圧力に低下するまで、第２の中間圧力から吸着塔を減圧し、第２の加圧工程（工程８）にある吸着塔の頂部ガス管に減圧ガスが導入される。すなわち、工程５は、吸着塔を第２の中間圧力から第３の中間圧力まで減圧する第２の減圧工程である。
工程６－逆排出再生工程：工程６にある吸着塔の底部ガス管は、第１の排気通路６４１と連通し、吸着塔内の逆排出排気ガスを上から下に排出し、吸着塔の逆排出再生工程を実現する。
工程７－パージ再生工程：工程７にある吸着塔の頂部ガス管にパージガスを導入することによって、吸着塔の底部ガス管が第３の円弧状溝６４１３を介して第１の排気通路６４１と連通し、排気ガスが上から下にパージされて吸着塔から排出され、それによって吸着塔のパージ再生工程が行われ、パージ工程（工程４）にある吸着塔の頂部ガス管からパージガスが供給される。
工程８－第２の加圧工程：工程８にある吸着塔の頂部ガス管に加圧ガスを導入することによって、吸着塔が第３の中間圧力から、第１の中間圧力以下である第４の中間圧力まで加圧され、第２の減圧工程（工程５）にある吸着塔の製品端部から加圧ガスが供給される。
工程９－第１の加圧工程：工程９にある吸着塔の頂部ガス管に加圧ガスを導入することによって、吸着塔が第４の中間圧力から加圧され、第１の減圧工程（工程３）にある吸着塔の製品端部から加圧ガスが供給される。
工程１０－吸着準備加圧工程：工程１０にある吸着塔の頂部ガス管に製品ガスを導入することによって、吸着塔が加圧され、工程２にある吸着塔の頂部ガス管から製品ガスが供給される。この工程の終了時に、吸着塔は、工程１を開始する準備ができている。工程１～１０のサイクルを繰り返す。一実施例では、吸着性のより強い成分は窒素ガスであり、吸着性のより弱い成分は酸素ガスである。別の実施例では、吸着性のより強い成分は窒素ガスであり、吸着性のより弱い成分は水素ガスである。本発明は、任意の他の適切なガス混合物を分離するために使用され得ることを理解されたい。
シーケンス１：吸着塔１０は工程１にあり；吸着塔２０は工程９にあり；吸着塔３０は工程６にあり；吸着塔４０は工程３にある。原料ガスは、供給ポート６３１１から原料ガス弁６０に入り、第２の円弧状溝６３１３および底部ガス管１１を通って吸着塔１０の底部に入る。原料ガスが吸着塔１０内の吸着剤床を下から上へ通過した後、不純物は床内に吸着され、精製品ガスは、頂部ガス管１２を介して貫通孔に入り、第１の円弧状溝５３１３の導きの下製品ガス弁５０の製品ガス通路５３１に入り、排出される。吸着塔１０は吸着工程にある。吸着塔２０の頂部ガス管２２および吸着塔４０の頂部ガス管４２は、第１の均圧通路５４１を介して連通し、吸着塔２０および吸着塔４０は、第１の均圧工程を行う。吸着塔３０の底部ガス管３１は第１の排気通路６４１と連通し、吸着塔３０内の逆排出排気ガスは上から下に排出され、吸着塔３０の逆排出再生工程を実現する。
シーケンス２：吸着塔１０は工程１にあり；吸着塔２０は何れの操作も行わずにカットアウト状態にあり；吸着塔３０は工程６にあり；吸着塔４０は工程３にある。吸着塔１０は依然として吸着工程にある。吸着塔３０の頂部ガス管３２および吸着塔４０の頂部ガス管４２は第１の均圧通路５４３を介して連通し、吸着塔３０の底部ガス管３１は、第３の円弧状溝６４１３を介して第１の排気通路６４１と連通している。パージ排気ガスは上から下に吸着塔３０から排出され、吸着塔４０は吸着塔３０のパージ再生工程を行う。
シーケンス３：吸着塔１０は工程２にあり；吸着塔２０は工程９にあり；吸着塔３０は工程６にあり；吸着塔４０は工程３にある。吸着塔１０は依然として吸着工程にある。同時に、吸着塔１０の頂部ガス管１２は、第１の円弧状溝５３１３を介して吸着塔２０の頂部ガス管２２と連通し、吸着塔１０は吸着塔２０を加圧する。このプロセスでは、吸着塔２０は吸着圧力まで加圧され、原料ガスを受け入れる準備ができている。吸着塔３０の頂部管３２は、第１の均圧通路５４２を介して吸着塔４０の頂部管４２と連通し、吸着塔３０および吸着塔４０は、第２の均圧工程を行う。
シーケンス４：吸着塔１０は工程３にあり；吸着塔２０は工程１にあり；吸着塔３０は工程９にあり；吸着塔４０は工程６にある。原料ガスは供給ポート６３１１から原料ガス弁６０に入り、第２の円弧状溝６３１３および底部ガス管２１を通って吸着塔２０の底部に入る。原料ガスが吸着塔２０内の吸着剤床を下から上へ通過した後、不純物は床内に吸着され、精製品ガスは第１の円弧状溝５３１３から頂部ガス管２２を通って製品ガス弁５０に入り、製品ガス通路５３１から排出される。吸着塔２０は吸着工程にある。吸着塔３０の頂部ガス管３２および吸着塔１０の頂部ガス管１２は、第１の均圧通路５４１を介して連通し、吸着塔３０および吸着塔１０は第１の均圧工程を行う。吸着塔４０の底部ガス管４１は第１の排気通路６４１と連通し、吸着塔４０内の逆排出排気ガスは、上から下に排出され、吸着塔４０の逆排出再生工程を実現する。
シーケンス５：吸着塔１０は工程４にあり；吸着塔２０は工程１にあり；吸着塔３０は何れの操作も行わずにカットアウト状態にあり；吸着塔４０は工程７にある。吸着塔２０は依然として吸着工程にある。吸着塔１０の頂部ガス管１２および吸着塔４０の頂部ガス管４２は第１の均圧通路５４３を介して連通し、吸着塔４０の底部ガス管４１は、第３の円弧状溝６４１３を介して第１の排気通路６４１と連通している。パージ排気ガスは上から下に吸着塔４０から排出され、吸着塔１０は吸着塔４０のパージ再生工程を行う。
シーケンス６：吸着塔１０は工程５にあり；吸着塔２０は工程２にあり；吸着塔３０は工程１０にあり；吸着塔４０は工程８にある。吸着塔２０は依然として吸着工程にある。同時に、吸着塔２０の頂部ガス管２２は、第１の円弧状溝５３１３を介して吸着塔３０の頂部ガス管３２と連通し、吸着塔２０は吸着塔３０を加圧する。このプロセスでは、吸着塔３０が吸着圧力まで加圧され、原料ガスを受け入れる準備ができている。吸着塔１０の頂部管１２は、第１の均圧通路５４２を介して吸着塔４０の頂部管４２と連通し、吸着塔１０および吸着塔４０は、第２の均圧工程を行う。
シーケンス７：吸着塔１０は工程６にあり；吸着塔２０は工程３にあり；吸着塔３０は工程１にあり；吸着塔４０は工程９にある。原料ガスは供給ポート６３１１から原料ガス弁６０に入り、第２の円弧状溝６３１３および底部ガス管３１を通って吸着塔３０の底部に入る。原料ガスが吸着塔３０内の吸着剤床を下から上へ通過した後、不純物は床内に吸着され、精製品ガスは、頂部ガス管３２の貫通孔に入り、第１の円弧状溝５３１３の導きの下製品ガス弁５０の製品ガス通路５３１に入り、排出される。吸着塔３０は吸着工程にある。吸着塔２０の頂部ガス管２２および吸着塔４０の頂部ガス管４２は第１の均圧通路５４１を介して連通し、吸着塔２０および吸着塔４０は第１の均圧工程を行う。吸着塔１０の底部ガス管１１は第１の排気通路６４１と連通し、吸着塔１０内の逆排出排気ガスが上から下に排出され、吸着塔１０の逆排出再生工程を実現する。
シーケンス８：吸着塔１０は工程７にあり；吸着塔２０は工程４にあり；吸着塔３０は工程１にあり；吸着塔４０は、何れの操作も行わずにカットアウト状態にある。吸着塔３０は依然として吸着工程にある。吸着塔２０の頂部ガス管２２は、第１の均圧通路５４３を介して吸着塔１０の頂部ガス管１２と連通し、吸着塔１０の底部ガス管１１は、第３の円弧状溝６４１３を介して第１の排気通路６４１と連通している。パージ排気ガスは上から下に吸着塔１０から排出され、吸着塔２０は吸着塔１０のパージ再生工程を行う。
シーケンス９：吸着塔１０は工程８にあり；吸着塔２０は工程５にあり；吸着塔３０は工程２にあり；吸着塔４０は工程１０にある。吸着塔３０は依然として吸着工程にある。同時に、吸着塔３０の頂部ガス管３２は、第１の円弧状溝５３１３を介して吸着塔４０の頂部ガス管４２と連通し、吸着塔３０は、吸着塔４０を加圧する。このプロセスでは、吸着塔４０が吸着圧力まで加圧され、原料ガスを受け入れる準備ができている。吸着塔１０の頂部管１２は、第１の均圧通路５４２を介して吸着塔２０の頂部管２２と連通し、吸着塔１０および吸着塔２０は、第２の均圧工程を行う。
シーケンス１０：吸着塔１０は工程９にあり；吸着塔２０は工程６にあり；吸着塔３０は工程３にあり；吸着塔４０は工程１にある。原料ガスは供給ポート６３１１から原料ガス弁６０に入り、第２の円弧状溝６３１３および底部ガス管４１を通って吸着塔４０の底部に入る。原料ガスが吸着塔４０内の吸着剤床を下から上へ通過した後、不純物は床内に吸着され、精製品ガスは第１の円弧状溝５３１３を通って製品ガス弁５０に入り、製品ガス通路５３１から排出される。吸着塔４０は吸着工程にある。吸着塔３０の頂部ガス管３２および吸着塔１０の頂部ガス管１２は第１の均圧通路５４１を介して連通し、吸着塔３０および吸着塔１０は第１の均圧工程を行う。吸着塔２０の底部ガス管２１は第１の排気通路６４１と連通し、吸着塔２０内の逆排出排気ガスは上から下に排出され、吸着塔２０の逆排出再生工程を実現する。
シーケンス１１：吸着塔１０は何れの操作も行わずにカットアウト状態にあり；吸着塔２０は工程７にあり；吸着塔３０は工程４にあり；吸着塔４０は工程１にある。吸着塔４０は依然として吸着工程にある。吸着塔２０の頂部ガス管２２および吸着塔３０の頂部ガス管３２は第１の均圧通路５４３を介して連通し、吸着塔２０の底部ガス管２１は、第３の円弧状溝６４１３を介して第１の排気通路６４１と連通している。パージ排気ガスは上から下に吸着塔２０から排出され、吸着塔３０は吸着塔２０のパージ再生工程を行う。
シーケンス１２：吸着塔１０は工程１０にあり；吸着塔２０は工程８にあり；吸着塔３０は工程５にあり；吸着塔４０は工程２にある。吸着塔４０は依然として吸着工程にある。同時に、吸着塔４０の頂部ガス管４２は、第１の円弧状溝５３１３を介して吸着塔１０の頂部ガス管１２と連通し、吸着塔４０は吸着塔１０を加圧する。このプロセスでは、吸着塔１０が吸着圧力まで加圧され、原料ガスを受け入れる準備ができている。吸着塔２０の頂部管２２は、第１の均圧通路５４２を介して吸着塔３０の頂部管３２と連通し、吸着塔２０および吸着塔３０は、第２の均圧工程を行う。
以下、図７および表２を参照して、第２のプロセスシーケンスを用いた本実施形態の圧力スイング吸着装置の作動プロセスについて説明する。
製品ガス弁５０の切換弁５２２は、製品ガス通路５３１、ならびに第２の均圧通路５５１および５５２を作動状態とし、原料ガス弁６０の切換弁６２２は、原料ガス通路６３１および第２の排気通路６５１を作動状態とする。各々の吸着塔は、第２のプロセスシーケンスの１つのプロセスサイクルにおいて、吸着、第１の均圧化、第２の均圧化、逆排出再生および加圧の工程を経る。製品ガス弁５０の弁体５１および原料ガス弁６０の弁体６１は、右回りに３０°のシーケンス間隔で同期回転する。
工程１－吸着工程：原料ガスを工程１にある吸着塔の底部ガス管に導入し、吸着性のより強い成分を吸着剤によって除去し、吸着性のより弱い成分を吸着塔の頂部ガス管から製品ガスとして抽出する。これらの製品ガスの全ては最終製品ガスであり、選択可能な最終製品ガス回収タンクに送られ、そこから下流のユーザに送られる。
工程２－吸着工程＋加圧工程：原料ガスを工程２にある吸着塔の底部ガス管に続けて導入し、吸着性のより強い成分を吸着剤によって除去し、吸着性のより弱い成分を製品ガスとして吸着塔の頂部ガス管を通過させる。製品ガスの一部は、選択可能な最終製品ガス回収タンクの最終製品ガスに送られ、そこから下流のユーザに送られ、製品ガスの他の部分は加圧工程にある別の吸着塔の頂部ガス管に導入される（工程８）。
工程３－第１の減圧工程：工程３にある吸着塔の頂部ガス管から減圧ガスを抽出することによって、吸着塔内の圧力が第１の中間圧力に低下するまで、吸着塔は工程２の圧力から減圧され始め、減圧ガスが第１の加圧工程（工程７）にある吸着塔の頂部ガス管に導入される。すなわち、工程３は、吸収工程後の吸着塔の圧力を第１の中間圧力まで減圧する第１の減圧工程である。
工程４－第２の減圧工程：工程４にある吸着塔の頂部ガス管から減圧ガスを抽出することによって、吸着塔内の圧力が第３の中間圧力に低下するまで、吸着塔が第２の中間圧力から減圧され、減圧ガスが第２の加圧工程（工程６）にある吸着塔の頂部ガス管に導入される。すなわち、工程４は、吸着塔を第２の中間圧力から第３の中間圧力まで減圧する第２の減圧工程である。
工程５－逆排出再生工程：工程５にある吸着塔の底部ガス管は、第１の排気通路６４１と連通し、吸着塔内の逆排出排気ガスを上から下に排出し、吸着塔の逆排出再生工程を実現する。
工程６－第２の加圧工程：工程６にある吸着塔の頂部ガス管に加圧ガスを導入することによって、吸着塔が、第３の中間圧力から第１の中間圧力以下である第４の中間圧力まで加圧され、加圧ガスが第２の減圧工程（工程４）にある吸着塔の製品端部から供給される。
工程７－第１の加圧工程：工程７にある吸着塔の頂部ガス管に加圧ガスを導入することによって、吸着塔が第４の中間圧力から加圧され、加圧ガスが第１の減圧工程（工程３）にある吸着塔の製品端部から供給される。
工程８－吸着準備加圧工程：工程８にある吸着塔の頂部ガス管に製品ガスを導入することによって、吸着塔が加圧され、製品ガスが工程２にある吸着塔の頂部ガス管から供給される。この工程の終了時に、吸着塔は、工程１を開始する準備ができている。工程１～８のサイクルを繰り返す。一実施例では、吸着性のより強い成分は窒素ガスであり、吸着性のより弱い成分は酸素ガスである。別の実施例では、吸着性のより強い成分は窒素ガスであり、吸着性のより弱い成分は水素ガスである。本発明は、任意の他の適切なガス混合物を分離するために使用され得ることを理解されたい。
シーケンス１：吸着塔１０は工程１にあり；吸着塔２０は工程７にあり；吸着塔３０は工程５にあり；吸着塔４０は工程３にある。原料ガスは供給ポート６３１１から原料ガス弁６０に入り、第２の円弧状溝６３１３および底部ガス管１１を通って吸着塔１０の底部に入る。原料ガスが吸着塔１０内の吸着剤床を下から上へ通過した後、不純物は床内に吸着され、精製品ガスは、第１の円弧状溝５３１３を通って製品ガス弁５０に入り、製品ガス通路５３１から排出される。吸着塔１０は吸着工程にある。吸着塔２０の頂部ガス管２２および吸着塔４０の頂部ガス管４２は、第２の均圧通路５５１を介して連通し、吸着塔２０および吸着塔４０は第１の均圧工程を行う。吸着塔３０の底部ガス管３１は第２の排気通路６５１と連通し、吸着塔３０内の逆排出排気ガスは上から下に排出され、吸着塔３０の逆排出再生工程を実現する。
シーケンス２：吸着塔１０は工程１にある。吸着塔１０は依然として吸着工程にある。吸着塔２０、３０および４０は、何れの操作も行わずに全てがカットアウト状態にある。
シーケンス３：吸着塔１０は工程２にあり；吸着塔２０は工程８にあり；吸着塔３０は工程６にあり；吸着塔４０は工程４にある。吸着塔１０は依然として吸着工程にある。同時に、吸着塔１０の頂部ガス管１２は、第１の円弧状溝５３１３を介して吸着塔２０の頂部ガス管２２と連通し、吸着塔１０は吸着塔２０を加圧する。このプロセスでは、吸着塔２０が吸着圧力まで加圧され、原料ガスを受け入れる準備ができている。吸着塔３０の頂部管３２は、第２の均圧通路５５２を介して吸着塔４０の頂部管４２と連通し、吸着塔３０および吸着塔４０は、第２の均圧工程を行う。
シーケンス４：吸着塔１０は工程３にあり；吸着塔２０は工程１にあり；吸着塔３０は工程７にあり；吸着塔４０は工程５にある。原料ガスは供給ポート６３１１から原料ガス弁６０に入り、第２の円弧状溝６３１３および底部ガス管２１を通って、吸着塔２０の底部に入る。原料ガスが吸着塔２０内の吸着剤床を下から上へ通過した後、不純物は床内に吸着され、精製品ガスは第１の円弧状溝５３１３を通って製品ガス弁５０に入り、製品ガス通路５３１から排出される。吸着塔２０は吸着工程にある。吸着塔３０の頂部ガス管３２および吸着塔１０の頂部ガス管１２は、第２の均圧通路５５１を介して連通し、吸着塔３０および吸着塔１０は、第１の均圧工程を行う。吸着塔４０の底部ガス管４１は第２の排気通路６５１と連通し、吸着塔４０内の逆排出排気ガスは、上から下に排出され、吸着塔４０の逆排出再生工程を実現する。
シーケンス５：吸着塔２０は工程１にある。吸着塔２０は依然として吸着工程にある。吸着塔１０、３０および４０は、何れの操作も行わずに全てがカットアウト状態にある。
シーケンス６：吸着塔１０は工程４にあり；吸着塔２０は工程２にあり；吸着塔３０は工程８にあり；吸着塔４０は工程６にある。吸着塔２０は依然として吸着工程にある。同時に、吸着塔２０の頂部ガス管２２は、第１の円弧状溝５３１３を介して吸着塔３０の頂部ガス管３２と連通し、吸着塔２０は吸着塔３０を加圧する。このプロセスでは、吸着塔３０が吸着圧力まで加圧され、原料ガスを受け入れることができる。吸着塔１０の頂部管１２は、第２の均圧通路５５２を介して吸着塔４０の頂部管４２と連通し、吸着塔１０および吸着塔４０は、第２の均圧工程を行う。
シーケンス７：吸着塔１０は工程５にあり；吸着塔２０は工程３にあり；吸着塔３０は工程１にあり；吸着塔４０は工程７にある。原料ガスは供給ポート６３１１から原料ガス弁６０に入り、第２の円弧状溝６３１３および底部ガス管３１を通って吸着塔３０の底部に入る。原料ガスが吸着塔３０内の吸着剤床を下から上へ通過した後、不純物が床内に吸着され、精製品ガスは、第１の円弧状溝５３１３を通って製品ガス弁５０に入り、製品ガス通路５３１から排出される。吸着塔３０は吸着工程にある。吸着塔２０の頂部ガス管２２および吸着塔４０の頂部ガス管４２は第２の均圧通路５５１を介して連通し、吸着塔２０および吸着塔４０は第１の均圧工程を行う。吸着塔１０の底部ガス管１１は第２の排気通路６５１と連通し、吸着塔１０内の逆排出排気ガスが上から下に排出され、吸着塔１０の逆排出再生工程を実現する。
シーケンス８：吸着塔３０は工程１にある。吸着塔３０は依然として吸着工程にある。吸着塔１０、２０および４０は、何れの操作も行わずに全てがカットアウト状態にある。
シーケンス９：吸着塔１０は工程６にあり；吸着塔２０は工程４にあり；吸着塔３０は工程２にあり；吸着塔４０は工程８にある。吸着塔３０は依然として吸着工程にある。同時に、吸着塔３０の頂部ガス管３２は、第１の円弧状溝５３１３を介して吸着塔４０の頂部ガス管４２と連通し、吸着塔３０は、吸着塔４０を加圧する。このプロセスでは、吸着塔４０が吸着圧力まで加圧され、原料ガスを受け入れる準備ができている。吸着塔１０の頂部管１２は、第２の均圧通路５５２を介して吸着塔２０の頂部管２２と連通し、吸着塔１０および吸着塔２０は、第２の均圧工程を行う。
シーケンス１０：吸着塔１０は工程７にあり；吸着塔２０は工程５にあり；吸着塔３０は工程３にあり；吸着塔４０は工程１にある。原料ガスは供給ポート６３１１から原料ガス弁６０に入り、第２の円弧状溝６３１３および底部ガス管４１を通って吸着塔４０の底部に入る。原料ガスが吸着塔４０内の吸着剤床を下から上へ通過した後、不純物が床内に吸着され、精製品ガスは第１の円弧状溝５３１３を通って製品ガス弁５０に入り、製品ガス通路５３１から排出される。吸着塔４０は吸着工程にある。吸着塔３０の頂部ガス管３２および吸着塔１０の頂部ガス管１２は、第２の均圧通路５５１を介して連通し、吸着塔３０および吸着塔１０は第１の均圧工程を行う。吸着塔２０の底部ガス管２１は第２の排気通路６５１と連通し、吸着塔２０内の逆排出排気ガスは、上から下に排出され、吸着塔２０の逆排出再生工程を実現する。
シーケンス１１：吸着塔４０は工程１にある。吸着塔４０は依然として吸着工程にある。吸着塔１０、２０および３０は、何れの操作も行わずに全てがカットアウト状態にある。
シーケンス１２：吸着塔１０は工程８にあり；吸着塔２０は工程６にあり；吸着塔３０は工程４にあり；吸着塔４０は工程２にある。吸着塔４０は依然として吸着工程にある。同時に、吸着塔４０の頂部ガス管４２は、第１の円弧状溝５３１３を介して吸着塔１０の頂部ガス管１２と連通し、吸着塔４０は、吸着塔１０を加圧する。このプロセスでは、吸着塔１０が吸着圧力まで加圧され、原料ガスを受け入れる準備ができている。吸着塔２０の頂部管２２は、第２の均圧通路５５２を介して吸着塔３０の頂部管３２と連通し、吸着塔２０および吸着塔３０は、第２の均圧工程を行う。
本実施形態の圧力スイング吸着装置は、実際のプロジェクトニーズに応じて適切なプロセスシーケンスに切り換えることができ、プロセスシーケンスは原料ガスの変動などの現場条件に応じて、シャットダウンすることなく、オンラインで切り換えることができ、これにより、生産の柔軟性を確保することができる。第２のプロセスシーケンスは、パージ工程および対応するパージ再生工程を有しない。原料ガスがより重い成分を有する場合には、それは第１のプロセスシーケンスに切り換えられ、原料ガス成分がより良好である（すなわち、より軽い成分である）場合には、それは第２のプロセスシーケンスに切り換えられる。特定のプロセスシーケンスに対応する製品ガス弁の弁ブロックを交換または修理する必要がある場合には、オンライン操作も実現することができ、このことは、回転弁のオンライン作動速度および生産効率を改善し、長期プロジェクトの連続作動を保証する。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で、本発明の技術案には種々の簡単な変更が可能であり、それぞれの具体的な技術的特徴を任意の適切な方法で組み合わせることができる。不必要な繰り返しを避けるために、本発明は種々の可能な組み合わせについてさらに説明しない。しかし、これらの簡単な変形および組み合わせは、本発明によって開示される内容であり、全て本発明の保護範囲に属するものである。
〔符号の説明〕
１０、２０、３０、４０ 吸着塔
１１、２１、３１、４１ 底部ガス管
１２、２２、３２、４２ 頂部ガス管
５０ 製品ガス弁
５１ 弁体
５１１ 上部弁ブロック
５１２ 中部弁ブロック
５１３ 下部弁ブロック
５２ 弁スリーブ
５２０ 貫通孔
５２１ 縦溝
５２２ 切換弁
５３１ 製品ガス通路
５３１１ 製品ガスポート
５３１２ ポート
５３１３ 第１の円弧状溝
５４１、５４２、５４３ 第１の均圧通路
５５１、５５２ 第２の均圧通路
６０ 原料ガス弁
６１ 弁体
６２ 弁スリーブ
６２０ 貫通孔
６２１ 縦溝
６２２ 切換弁
６３１ 原料ガス通路
６３１１ 供給ポート
６３１２ ポート
６３１３ 第２の円弧状溝
６４１ 第１の排気通路
６４１１ 排出ポート
６４１２ 第１の排気ガス入口
６４１３ 第３の円弧状溝
６４２ 第２の排気通路
６４２２ 第２の排気ガス入口
７０ 製品回収管
８０ 原料ガス供給管
９０ 排気ガス回収管
１０、２０、３０、４０ 吸着塔
１１、２１、３１、４１ 底部ガス管
１２、２２、３２、４２ 頂部ガス管
５０ 製品ガス弁
５１ 弁体
５１１ 上部弁ブロック
５１２ 中部弁ブロック
５１３ 下部弁ブロック
５２ 弁スリーブ
５２０ 貫通孔
５２１ 縦溝
５２２ 切換弁
５３１ 製品ガス通路
５３１１ 製品ガスポート
５３１２ ポート
５３１３ 第１の円弧状溝
５４１、５４２、５４３ 第１の均圧通路
５５１、５５２ 第２の均圧通路
６０ 原料ガス弁
６１ 弁体
６２ 弁スリーブ
６２０ 貫通孔
６２１ 縦溝
６２２ 切換弁
６３１ 原料ガス通路
６３１１ 供給ポート
６３１２ ポート
６３１３ 第２の円弧状溝
６４１ 第１の排気通路
６４１１ 排出ポート
６４１２ 第１の排気ガス入口
６４１３ 第３の円弧状溝
６４２ 第２の排気通路
６４２２ 第２の排気ガス入口
７０ 製品回収管
８０ 原料ガス供給管
９０ 排気ガス回収管
Claims (18)
- 弁体および弁スリーブを含む回転弁であって、
前記弁体には、第１の流路群、第２の流路群および第３の流路群が備えられ、前記第１の流路群、前記第２の流路群および前記第３の流路群のポートは、前記弁体の表面に設けられており；かつ
前記弁スリーブは、同軸的かつ密閉的に前記弁体の外側につけられており、前記弁スリーブは、複数の貫通孔が均一に開かれており、各々の貫通孔の内端には、前記弁スリーブの内壁に沿って上下に延びる縦溝が備えられており、前記縦溝は、垂直方向に沿って、前記第１の流路群、前記第２の流路群および前記第３の流路群のポートとそれぞれ連通する３つの部分に分けられており、前記第１の流路群は作動状態にあり、切換弁が前記貫通孔に備えられており、前記切換弁は前記第２の流路群および前記第３の流路群のうちの一方の群を作動状態に切り換え、
前記弁体は前記弁スリーブに対して回転軸を中心に回転し、その結果、前記複数の貫通孔は、所定の組み合わせの方法によって、作動状態にある前記第２の流路群および前記第３の流路群のうちの一方の群、ならびに前記第１の流路群のポートと連通して、異なるプロセスシーケンスを達成し、各々の貫通孔は、最多で、前記第１の流路群、前記第２の流路群または前記第３の流路群のうちの一方の群のポートと連通する、回転弁。 - 前記第２の流路群は複数の流路を含み、前記第３の流路群は複数の流路を含む、請求項１に記載の回転弁。
- 前記弁体は、少なくとも２つの弁ブロックから構成され、前記少なくとも２つの弁ブロックは、お互いに着脱可能に接続されており、前記第２の流路群および前記第３の流路群は、異なる弁ブロックに配置されている、請求項１に記載の回転弁。
- 前記第２の流路群および前記第３の流路群は、同一または異なるプロセスシーケンスに対応する、請求項１に記載の回転弁。
- 前記第１の流路群のうちの一方のポートは、前記弁体の上面の中心に位置し、前記第１の流路群のうちの他方のポートは、前記弁体の側壁に位置し、かつ、前記弁体の外側壁に沿って水平に延びる円弧状溝が備えられている、請求項１に記載の回転弁。
- 原料ガス弁、製品ガス弁および複数の吸着塔を含む圧力スイング吸着装置であって、
前記原料ガス弁は、請求項１に記載の回転弁であり、前記原料ガス弁のポートは、上面の中心に配置された供給ポートと、底面の中心に配置された排出ポートとを含み；
前記製品ガス弁は、請求項１に記載の回転弁であり、前記製品ガス弁のポートは、上面の中心に配置された製品ガスポートを含み、前記製品ガス弁の弁体と、前記原料ガス弁の弁体とが、所定のシーケンスに従って同期回転し；かつ
前記複数の吸着塔は、底部ガス管および頂部ガス管を有し、前記底部ガス管は、前記原料ガス弁の貫通孔とそれぞれ連通し、前記頂部ガス管は、前記製品ガス弁の貫通孔とそれぞれ連通する、圧力スイング吸着装置。 - 前記製品ガス弁の前記第１の流路群は製品ガス通路であり、前記製品ガス通路のうちの一方のポートは前記製品ガスポートであり、他方のポートは前記製品ガス弁の前記弁体の側壁に位置し、かつ、前記製品ガス弁の前記弁体の外側壁に沿って水平に延びる第１の円弧状溝が備えられ、前記第１の円弧状溝は、対応する吸着塔の前記製品ガスが、前記製品ガスポートと、前記第１の円弧状溝と位置合わせした前記貫通孔との間を流れるように導くために使用され；
前記製品ガス弁の前記第２の流路群は第１の均圧通路であり、前記第１の均圧通路の両方のポートは、前記製品ガス弁の前記弁体の側壁に配置され、前記第１の均圧通路は、前記製品ガスが、前記第１の均圧通路の２つのポートと位置合わせした２つの貫通孔の間を流れるように導くために使用され；かつ
前記製品ガス弁の前記第３の流路群は第２の均圧通路であり、前記第２の均圧通路の両方のポートは、前記製品ガス弁の前記弁体の側壁に設置され、前記第２の均圧通路は、前記製品ガスが、前記第２の均圧通路の２つのポートと位置合わせした２つの貫通孔の間を流れるように導くために使用される、請求項６に記載の圧力スイング吸着装置。 - 前記第１の均圧通路の数は、２～１０であり、隣接する第１の均圧通路の間の角度は、１０°～４５°であり；前記第２の均圧通路の数は、２～１０であり、前記隣接する第２の均圧通路の間の角度は、１０°～４５°であり；前記第１の均圧通路の配置は、前記第２の均圧通路の配置と同一または異なる、請求項７に記載の圧力スイング吸着装置。
- 前記製品ガス弁の前記弁体は、上部弁ブロック、中部弁ブロックおよび下部弁ブロックからなり、前記製品ガス通路は、前記中部弁ブロックに配置され、かつ、前記上部弁ブロックを貫通し、前記第１の均圧通路および前記第２の均圧通路は、それぞれ前記上部弁ブロックおよび前記下部弁ブロックに配置され、前記上部弁ブロックおよび前記下部弁ブロックは、前記中部弁ブロックに着脱可能に接続されている、請求項７に記載の圧力スイング吸着装置。
- 前記原料ガス弁の前記第１の流路群は原料ガス通路であり、前記原料ガス通路のうちの一方のポートは前記供給ポートであり、他方のポートは、前記弁体の側壁に位置し、かつ、前記原料ガス弁の前記弁体の外側壁に沿って水平に延びる第２の円弧状溝を備え、前記第２の円弧状溝は、供給ガス流を前記第２の円弧状溝と位置合わせした前記貫通孔に導くために使用され、前記第２の円弧状溝は、前記第１の円弧状溝と同じラジアンを有し、かつ、前記第１の円弧状溝に対して垂直に対向し；
前記原料ガス弁の前記第２の流路群は第１の排気通路であり、前記第１の排気通路のうちの一方のポートは前記排出ポートであり、他方のポートは前記原料ガス弁の前記弁体の側壁に位置する第１の排気ガス入口であり、前記第１の排気通路は、前記第１の排気ガス入口と位置合わせした前記貫通孔から前記排出ポートへと排気ガスを導くために使用され；かつ
前記原料ガス弁の前記第３の流路群は、前記第１の排気通路とＦ字型を形成する第２の排気通路であり、前記第２の排気通路の一方のポートは前記排出ポートであり、他方のポートは、前記原料ガス弁の前記弁体の側壁に位置する第２の排気ガス入口であり、前記第２の排気通路は、前記第２の排気ガス入口と位置合わせした前記貫通孔から前記排出ポートへと前記排気ガスを導くために使用されている、請求項７に記載の圧力スイング吸着装置。 - 前記第１の排気ガス入口および／または前記第２の排気ガス入口には、前記原料ガス弁の前記弁体の外側壁に沿って水平に延びる第３の円弧状溝が備えられ、前記第３の円弧状溝は、前記第３の円弧状溝と位置合わせした前記貫通孔から排出ポートへと前記排気ガスを導くために使用されている、請求項１０に記載の圧力スイング吸着装置。
- 前記第１の円弧状溝および前記第２の円弧状溝のラジアンは、π／６～５π／６である、請求項１０に記載の圧力スイング吸着装置。
- 前記吸着塔の数は４以上である、請求項６に記載の圧力スイング吸着装置。
- 前記所定のシーケンスは、圧力スイング吸着のプロセスシーケンスである、請求項６に記載の圧力スイング吸着装置。
- 前記製品ガス弁の前記弁体および前記原料ガス弁の前記弁体は、一定の速度または段階的に変化する速度で回転する、請求項６に記載の圧力スイング吸着装置。
- 請求項１０に記載の圧力スイング吸着装置を用いて、ガス混合物から吸着性のより弱い成分を回収する方法であって、前記複数の吸着塔は、第１の吸着塔、第２の吸着塔、第３の吸着塔および第４の吸着塔を含み、前記方法は、第１のプロセスシーケンスおよび第２のプロセスシーケンスのうちの１つで選択的に作動され得る、方法。
- 前記原料ガス弁の前記切換弁が前記原料ガス弁の前記第２の流路群を作動状態にさせ、かつ、前記製品ガス弁の前記切換弁が前記製品ガス弁の前記第２の流路群を作動状態にさせる場合には、前記方法は、前記第１のプロセスシーケンスで作動し；
前記第１のプロセスシーケンスは、以下のシーケンスを含む：
シーケンス１：前記第１の吸着塔は吸着工程にあり、前記第２の吸着塔は第１の加圧工程にあり、前記第３の吸着塔は逆排出再生工程にあり、前記第４の吸着塔は第１の減圧工程にあり；
シーケンス２：前記第１の吸着塔は前記吸着工程にあり、前記第２の吸着塔は何れの操作も行わずにカットアウト状態にあり、前記第３の吸着塔はパージ再生工程にあり、前記第４の吸着塔はパージ工程にあり；
シーケンス３：前記第１の吸着塔は吸着工程＋加圧工程にあり、前記第２の吸着塔は吸着準備加圧工程にあり、前記第３の吸着塔は第２の加圧工程にあり、前記第４の吸着塔は第２の減圧工程にあり；
シーケンス４：前記第１の吸着塔は前記第１の減圧工程にあり、前記第２の吸着塔は前記吸着工程にあり、前記第３の吸着塔は前記第１の加圧工程にあり、前記第４の吸着塔は前記逆排出再生工程にあり；
シーケンス５：前記第２の吸着塔は前記吸着工程にあり、前記第３の吸着塔は何れの操作も行わずにカットアウト状態にあり、前記第４の吸着塔は前記パージ再生工程にあり、前記第１の吸着塔は前記パージ工程にあり；
シーケンス６：前記第１の吸着塔は前記第２の減圧工程にあり、前記第２の吸着塔は前記吸着工程＋加圧工程にあり、前記第３の吸着塔は前記吸着準備加圧工程にあり、前記第４の吸着塔は前記第２の加圧工程にあり；
シーケンス７：前記第１の吸着塔は前記逆排出再生工程にあり、前記第２の吸着塔は前記第１の減圧工程にあり、前記第３の吸着塔は前記吸着工程にあり、前記第４の吸着塔は前記第１の加圧工程にあり；
シーケンス８：前記第３の吸着塔は前記吸着工程にあり、前記第４の吸着塔は何れの操作も行わずにカットアウト状態にあり、前記第１の吸着塔は前記パージ再生工程にあり、前記第２の吸着塔は前記パージ工程にあり；
シーケンス９：前記第１の吸着塔は前記第２の加圧工程にあり、前記第２の吸着塔は前記第２の減圧工程にあり、前記第３の吸着塔は前記吸着工程＋加圧工程にあり、前記第４の吸着塔は前記吸着準備加圧工程にあり；
シーケンス１０：前記第１の吸着塔は前記第１の加圧工程にあり、前記第２の吸着塔は前記逆排出再生工程にあり、前記第３の吸着塔は前記第１の減圧工程にあり、前記第４の吸着塔は前記吸着工程にあり；
シーケンス１１：前記第４の吸着塔は前記吸着工程にあり、前記第１の吸着塔は何れの操作も行わずにカットアウト状態にあり、前記第２の吸着塔は前記パージ再生工程にあり、前記第３の吸着塔は前記パージ工程にあり；
シーケンス１２：前記第１の吸着塔は前記吸着準備加圧工程にあり、前記第２の吸着塔は前記第２の加圧工程にあり、前記第３の吸着塔は前記第２の減圧工程にあり、前記第４の吸着塔は吸着工程＋加圧工程にある、請求項１６に記載の方法。 - 前記原料ガス弁の前記切換弁が前記原料ガス弁の前記第３の流路群を作動状態にさせ、前記製品ガス弁の前記切換弁が前記製品ガス弁の前記第３の流路群を作動状態にさせる場合には、前記方法は、前記第２のプロセスシーケンスで作動し；
前記第２のプロセスシーケンスは、以下のシーケンスを含む：
シーケンス１：前記第１の吸着塔は吸着工程にあり、前記第２の吸着塔は第１の加圧工程にあり、前記第３の吸着塔は逆排出再生工程にあり、前記第４の吸着塔は第１の減圧工程にあり；
シーケンス２：前記第１の吸着塔は前記吸着工程にあり、前記第２の吸着塔、前記第３の吸着塔および前記第４の吸着塔は、何れの操作も行わずに全てがカットアウト状態にあり；
シーケンス３：前記第１の吸着塔は吸着工程＋加圧工程にあり、前記第２の吸着塔は吸着準備加圧工程にあり、前記第３の吸着塔は第２の加圧工程にあり、前記第４の吸着塔は第２の減圧工程にあり；
シーケンス４：前記第１の吸着塔は前記第１の減圧工程にあり、前記第２の吸着塔は前記吸着工程にあり、前記第３の吸着塔は前記第１の加圧工程にあり、前記第４の吸着塔は逆排出再生工程にあり；
シーケンス５：前記第２の吸着塔は前記吸着工程にあり、前記第１の吸着塔、前記第３の吸着塔および前記第４の吸着塔は何れの操作も行わずに全てがカットアウト状態にあり；
シーケンス６：前記第１の吸着塔は前記第２の減圧工程にあり、前記第２の吸着塔は前記吸着工程＋加圧工程にあり、前記第３の吸着塔は前記吸着準備加圧工程にあり、前記第４の吸着塔は前記第２の加圧工程にあり；
シーケンス７：前記第１の吸着塔は前記逆排出再生工程にあり、前記第２の吸着塔は前記第１の減圧工程にあり、前記第３の吸着塔は前記吸着工程にあり、前記第４の吸着塔は前記第１の加圧工程にあり；
シーケンス８：前記第３の吸着塔は前記吸着工程にあり、前記第１の吸着塔、前記第２の吸着塔および前記第４の吸着塔は何れの操作も行わずに全てがカットアウト状態にあり；
シーケンス９：前記第１の吸着塔は前記第２の加圧工程にあり、前記第２の吸着塔は前記第２の減圧工程にあり、前記第３の吸着塔は前記吸着工程＋加圧工程にあり、前記第４の吸着塔は前記吸着準備加圧工程にあり；
シーケンス１０：前記第１の吸着塔は前記第１の加圧工程にあり、前記第２の吸着塔は前記逆排出再生工程にあり、前記第３の吸着塔は前記第１の減圧工程にあり、前記第４の吸着塔は前記吸着工程にあり；
シーケンス１１：前記第４の吸着塔は前記吸着工程にあり、前記第１の吸着塔、前記第２の吸着塔および前記第３の吸着塔は何れの操作も行わずに全てがカットアウト状態にあり；
シーケンス１２：前記第１の吸着塔は前記吸着準備加圧工程にあり、前記第２の吸着塔は前記第２の加圧工程にあり、前記第３の吸着塔は前記第２の減圧工程にあり、前記第４の吸着塔は前記吸着工程＋加圧工程にある、請求項１６に記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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