JP3244814B2 - 回転バルブ式連続ガス分離装置 - Google Patents

回転バルブ式連続ガス分離装置

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  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、回転バルブを有し吸着
剤によって連続的にガス中から特定ガスを分離する装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】空気から酸素ガスや窒素ガスを分離した
り、或いは大気中から地球環境に悪影響を与える炭酸ガ
ス、窒素酸化物又は硫黄酸化物を分離して回収するなど
のため、吸着剤へのガスの流れを回転バルブで切り換え
つゝ連続的にガス分離を行う回転バルブ式連続ガス分離
装置が用いられる。
【0003】図6〜図9は、本出願人が先に平成3年特
許願第195378号によって出願した回転バルブ式連
続ガス回収装置を示している。図6において、1は固定
式吸着器を示している。2は固定式吸着器1の一端面と
接する円板状の上部回転弁、3は同吸着器の他の端面と
接する円板状の下部回転弁で、これらの弁は、駆動軸4
によって、同じ速度で回転される。
【0004】上部回転弁2の上には、原料ガス及び特定
ガス通過用ベローズ5,6が取付けられた回転しない可
動円板弁7が設置してあり、上部回転弁2と接する吸着
器1の一端面及び可動円板弁7の一端面が離れないよう
予荷重用バネ8が取付けてある。
【0005】同様に、下部回転弁3側にも、回転しない
可動円板弁9、製品ガス及びパージガス通過用ベローズ
10,11並びに予荷重用バネ12が取付けてある。な
お、固定式吸着器1の内部構造は、図9(図6のG−G
断面)に示すとおり、複数の区画室13が設けてあり、
その中に吸着剤14が充填されている。
【0006】原料ガスは、原料ガス通過用ベローズ5か
ら、可動円板弁7の原料ガス用全周溝15を経て上部回
転弁2の原料ガス用ポート16に導かれ、そして吸着器
1の区画室13に入り、吸着剤14に原料ガス中の特定
ガスが吸着され、残りの製品ガスは製品ガス通過用ベロ
ーズ10を経て外へ取り出される。次に、吸着剤14に
吸着された特定ガスは、真空ポンプによるガス通過用ベ
ローズ6からの真空引きによって、吸着剤14から脱離
し、パージガス通過用ベローズ11から流入するパージ
ガスと共に上部回転弁2の特定ガス用ポート17から、
可動円板弁7の特定ガス全周溝18を経てガス通過用ベ
ローズ6を通り回収される。
【0007】ここで、上部回転弁2に設けてある原料ガ
ス用ポート16と特定ガス用ポート17の形状は、図8
(図6のF−F断面)に示すとおり、区画室13をいく
つか合わせた扇形をしている。そして、原料ガス用ポー
ト16と特定ガス用ポート17は、円周方向に180度
の位相差を設けることで、吸着器1の区画室13が原料
ガスの供給と特定ガスの真空排気処理を同時に受けない
ようになっている。
【0008】また、これらのポート16,17は、半径
方向にもオフセットされており、図7(図6のE−E断
面)に示す可動円板7の外径側に設けた原料ガス用全周
溝15が原料ガス用ポート16と半径位置で重なり、ま
た、内径側に設けた特定ガス用全周溝18が特定ガス用
ポート17と半径位置で重なる。
【0009】この結果、上部回転弁2が回転すること
で、区画室13に流れるガスの切替えが行なわれ、連続
して原料ガスを供給し、特定ガスを回収することができ
る。なお、製品ガス、パージガスが流れる下部側の回転
弁3及び可動円板弁9についてもガス切替え機構は上部
側のそれと全く同じである。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本回転バルブ式連続ガ
ス分離装置で重要なことは、回転弁部分のガスシール性
である。すなわち、隣り合う区画室で圧力の独立性(機
密性)を保たなければ、吸着時の加圧と脱離時の減圧の
圧力切り換えができなくなり、性能低下を生じる。ま
た、回転バルブ式連続ガス分離装置で電力消費の大部分
を占める真空ポンプの負荷が増大(電力消費のアップ)
し、ランニングコストの上昇につながる。
【0011】このため、従来回転バルブ式連続ガス分離
装置で、ガスシール性を向上させるには、弁板の加工精
度を良くする必要があるが、原料ガス量が多量になると
弁板サイズ(直径)も比例して大径化するため、加工精
度確保には工数増加と専用工作機購入による製作コスト
アップが伴う。
【0012】また、大径化した弁板は、輸送コストも嵩
むことになる。従って、弁板サイズは、可能な限り小さ
くする必要があるが、ガスが弁板ポートを通過する際の
平均流速に騒音面からの制約があるため、現状方式で
は、弁板サイズを小さくすることができない。
【0013】本発明は、回転弁を大径化せずに弁面積を
大きくとれるようにした回転バルブ式連続ガス分離装置
を提供することを課題としている。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記した課題
を解決するため、従来円板形状をしていた回転弁を円筒
状(中空円柱)にすることで外径サイズを小さくする。
この時、ガス通過必要ポート面積は、円筒高さを高く
し、ポート形状を縦長にすることで確保する。
【0015】回転弁が中空円柱形状となるため、吸着器
区画室につながる開口面は吸着器の軸中心方向に向け同
開口面と中空円柱回転弁の一面が接するようにする。も
ちろん、円板状の非回転弁も中空円柱回転弁の中に納ま
る円柱形状の円柱弁になる。また、本発明では、吸着器
の前記開口面、中空円柱回転弁、および円柱弁を円錐形
に形成した構成をも採用する。
【0016】
【作用】本発明による回転バルブ式連続ガス分離装置で
は前記したように回転円板に代わって円筒状の回転弁を
採用して回転弁の開口面積を円筒の高さ方向にとれるの
で、回転円板に比べ回転弁部分の外径サイズが大幅に小
さくなる。従って、同弁体製作時の加工精度が向上し、
ガスシール性能のアップが図れる。これは、真空ポンプ
容器のコンパクト化を可能にし消費電力軽減の作用があ
る。
【0017】また、本発明によって回転弁を円錐形に形
成したものではシール面の密着嵌合が容易でガスシール
性を容易に且つ良好に保つことができる。ガスの吸着及
び脱離は従来の装置と同様に行われる。
【0018】
【実施例】以下、本発明による回転バルブ式連続ガス分
離装置を図示した実施例に基づいて具体的に説明する。
図1において1は吸着器で、固定脚28によって固定さ
れている。吸着器1の内部は、図4の断面図に示すよう
に従来のものと同様に放射方向に仕切られた複数個の区
画室を有している。吸着器1の中央の円筒部分は上下を
目ざら27で仕切られ、その間に吸着剤14が収納さ
れ、円筒部分の上下のガス通路となる円錐部分にはセラ
ミックボール25が収納されている。このセラミックボ
ール25はガス流れを均一化させる働きをする。吸着器
1の中心軸0−0の方に面した円錐部分の内面には目ざ
ら26が配設されている。なお、目ざら26,27はパ
ンチプレート、金網等の多孔板で形成される。
【0019】図1中上部の中空円柱弁21は駆動モータ
29からの動力によって歯車30で回転される。この上
部の中空円柱弁21の外面は、吸着器1の中心軸0−0
方向に向いた上部の開口座22の内面と接している。ま
た、同弁21の内面は、上部のガス供給・排気円柱弁2
0の外面とも接している。同弁20は、上部の中空円柱
弁21の回転につれ回らない様、回り止めピン19が取
付けられている。
【0020】なお、上部の中空円柱弁21及びこの弁2
1の内、外面と接する開口座22とガス供給・排気円柱
弁20を共に円錐形とし、予荷重用スプリング8との組
合せで、それぞれの接触面隙間を小さくする作用をもた
せている。
【0021】原料ガスは、上部のガス供給・排気円柱弁
20内から原料ガス用円周溝15を経由して、上部の中
空円柱弁21の原料ガスポート16に導かれ、同ポート
16と連通状態になっている吸着器区画室13とつなが
っている上部の開口座22の開口23に入り、吸着剤1
4が充填された区画室13へと進む。
【0022】一方、吸着剤に捕捉された特定ガスを吸着
剤から脱離するため、真空ポンプによって上部ガス供給
・排気円柱弁20を通して真空引きされ、脱離した特定
ガスは、上部の開口座22の開口23を通過して上部の
中空円柱弁21の特定ガス用ポート17を通り、上部の
ガス供給・排気円柱弁20の特ガス用全周溝18を経て
同弁20内の特定ガス用穴から回収される。
【0023】ここに、原料ガス用ポート16と特定ガス
用ポート17は、円周方向に180度の位相差が設けて
あり、かつ、高さ方向に位置を変えてあるため、原料ガ
ス通過工程と特定ガス真空引き工程は吸着器1内のそれ
ぞれ異なる区画室に対して行われる。従って、上部の中
空円柱21を回転することで、区画室へのガス切替えが
自動的に行われ、連続的ガス回収が可能になる。
【0024】なお、下部側の中空円柱弁32は、上部の
中空円柱弁21の回転と同速度で回転し製品ガスとパー
ジガスのガス切替えを行うものであり、その部材構成、
ガス切替え機構は、上述のそれとほぼ同じで製品ガスポ
ート35とパージガスポート37は円周方向に180度
の位相差がついている。以上本発明を図示した実施例に
基づいて具体的に説明したが、本発明はこの実施例によ
って何らの限定を受けるものではなく、本発明の範囲内
において種々変更を加えてよいことはいうまでもない。
【0025】例えば図示した装置では、回転中空円柱体
21,32は内外面とも傾斜されて円錐形となってお
り、それらの内外面と接触する吸着器の開口座22,3
3と円柱弁20,31の面も傾斜して形成されている
が、中空円柱弁21,32のいづれか一方又は両方の内
面又は外面の少なくともいづれか一方を中心軸0−0に
平行な面をもつ中空円柱体とし、その面に接触する吸着
器の開口座22,33や円柱弁20,31の面も中心軸
0−0に平行な面をもつものとしてもよい。
【0026】また、図示したものでは、ガス供給・排気
円柱弁32の製品ガス用全周溝34とパージガス用全周
溝34は同一にして、製品ガスポート35から製品ガス
用全周溝34に流出して来る製品ガスの1部をパージガ
スポート37へ流してパージガスとして用いているが、
この全周溝を別々に設け製品ガスポート35以外からの
ガスをパージガスとして用いるようにしてもよい。
【0027】
【発明の効果】本発明による回転バルブ式連続ガス分離
装置では円筒状の回転弁を採用し、ガス通過に必要な開
口面積はその円筒の高さを大きくして確保できるので、
回転バルブ式ガス分離装置のもつ連続的ガス分離機能を
損なうことなく、ガス切替え弁体部をコンパクトにでき
る。このため、弁体加工精度が向上し、ガスシール性能
が向上する。また、製作コスト低下の効果、輸送コスト
低下の効果がある。
【0028】また、本発明によって回転弁を円錐形に形
成した構成を採用するとその円錐面によってガスシール
が良好に行われるので確実な性能向上を期することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例による装置の縦断面図。
【図2】図1のA−A線に沿う断面図。
【図3】図1のB−B線に沿う断面図。
【図4】図1のC−C線に沿う断面図。
【図5】図1のD−D線に沿う断面図。
【図6】従来の回転式ガス回収装置の縦断面図。
【図7】図6のE−E線に沿う断面図。
【図8】図6のF−F線に沿う断面図。
【図9】図6のG−G線に沿う断面図。
【符号の説明】
1 固定式吸着器 8 予荷重用ばね 12 予荷重用ばね 13 区画室 14 吸着剤 15 原料ガス用全周溝 16 原料ガス用ポート 17 特定ガス用ポート 18 特定ガス用全周溝 19 回り止めピン 20 ガス供給・排気円柱弁 21 中空円柱弁 22 開口座 23 開口 28 固定脚 31 ガス供給・排気円柱弁 32 中空円柱弁 33 開口座 34 製品ガス用全周溝 35 製品ガス用ポート 36 開口 37 パージガス用ポート 38 パージガス用孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石崎 安良 東京都千代田区丸の内二丁目5番1号 三菱重工業株式会社内 (72)発明者 篠田 正治 東京都千代田区丸の内二丁目5番1号 三菱重工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭54−101774(JP,A) 特開 平5−212235(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01D 53/04

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 放射方向に仕切られて吸着剤が充填され
    た複数個の区画室を内部に有し、同区画室に連通する開
    口(23),(36) をもつ面が中心軸(0-0) 方向に向けられて
    両端部に設けられ静置された筒状の吸着器(1) ;同吸着
    器(1) の一方の端部の前記開口(23)と連通する原料ガス
    用開口(16)と特定ガス用開口(17)とを有しその外面が前
    記吸着器(1) の一方の端部の前記開口(23)をもつ面に接
    触し前記中心軸(0-0) まわりに回転される第1の回転中
    空円柱弁(21);同第1の回転中空円柱弁(21)の原料ガス
    用開口(16)と連通可能な原料ガス用全周溝(15)と、前記
    第1の回転中空円柱弁(21)の特定ガス用開口(17)と連通
    可能な特定ガス用全周溝(18)とを有しその外面が前記第
    1の回転中空円柱弁(21)の内面に接触して静置された第
    1のガス供給・排気円柱弁(20);前記吸着器(1) の他方
    の端部の前記開口(36)と連通する製品ガス用開口(35)と
    パージガス用開口(37)とを有し、その外面が前記吸着器
    (1) の他方の端部の前記開口(36)をもつ面に接触し前記
    中心軸(0-0) まわりに回転される第2の回転中空円柱弁
    (32);および同第2の回転中空円柱弁(32)の製品ガス用
    開口(35)と連通可能な製品ガス用全周溝(34)と、前記第
    2の回転中空円柱弁(32)のパージガス用開口(37)と連通
    可能なパージガス用全周溝(34)とを有し、その外面が前
    記第2の回転中空円柱弁(32)の内面に接触して静置され
    た第2のガス供給・排気円柱弁(31);を備えたことを特
    徴とする回転バルブ式連続ガス分離装置。
  2. 【請求項2】 前記吸着器(1) の前記開口(23),(36) を
    もつ面、前記第1および第2の回転中空円柱弁(21),(3
    2) ならびに前記第1および第2のガス供給・排気円柱
    弁(20),(31) の少くともいづれかが円錐形に形成されて
    いることを特徴とする請求項1記載の回転バルブ式連続
    ガス回収装置。
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