JP4886415B2 - 内部漏洩抑制システムを有する回転弁 - Google Patents

Description

本発明は、内部漏洩抑制システムを有する回転弁に関する。

回転弁が、反復可能な循環プロセス段階において１つまたは複数のプロセスソースから１つまたは複数のプロセス仕向先に流体を送るために、プロセス工業で広く使用されている。回転シーケンス弁とも呼ばれるこの弁は、圧力または温度スイング吸着によるガス分離と、濃度スイング吸着による液体分離と、ガスまたは液体クロマトグラフィーと、再生触媒プロセスと、空気圧式または液圧式の逐次制御システム（ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｏｒ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ）と、他の循環プロセスとのような、循環プロセスまた反復プロセスで使用されている。広範に使用されているタイプの回転弁は、固定子内のポートと回転子内のポートとが予め決められた循環シーケンスにおいて整合または遮断されるように、平らなポート付き回転子が平らなポート付きの固定子上で同中心に回転する平らな円形の形状を有する。封止は、典型的には、平らな固定子面の上を滑動する平らな回転子面の直接的な接触によって実現される。嵌合表面における過剰な漏洩を防止するために、これらの平らな表面の製造には高い精度が要求される。典型的には、金属、炭素、または、セラミックのような堅固な材料が回転子と固定子とのために使用されるが、部品の摩耗、または、温度差によって引き起こされる歪みがこれらの表面の形状の変化を生じさせ、これによってこれらの表面の間に形成されたシールを介した漏洩を生じさせる可能性がある。

平らな回転円形シール構成を有する回転弁が、供給段階と均圧段階と除圧段階とパージ段階と昇圧段階とを含む重複する循環段階で動作する複数の並列の吸着剤床を使用する圧力スイング吸着（ＰＳＡ）システムにおいて特に有用である。典型的な用途では、複数のポートを有する固定子が、供給ガス管路と廃棄ガス管路とを複数の吸着剤床の供給端に連結するために、および、さらには、吸着剤床の製品端を製品管路に連結するために、および、均圧のために各対の床の製品端を互いに連結するために使用される。所望のＰＳＡプロセスのサイクル段階のためのガス流を方向付けるために、回転子が回転するのに応じて固定子面上の穴が回転子面内の穴と逐次的に整合するように、複数のポートを有する回転子が固定子上で封止可能な形で回転する。

典型的なＰＳＡサイクルでは、回転弁の内部通路が、ＰＳＡサイクルが進行するのに応じて異なる圧力にある。異なる圧力にあるポートの間に漏洩がある場合には、相互汚染が生じる可能性があり、この相互汚染は、製品の純度と製品の回収とのようなＰＳＡ性能パラメータを低下させる可能性がある。床の製品端における汚染物が製品の純度に悪影響を与える可能性があるので、床の製品端に連結されている弁ポート間の内部漏洩が望ましくない。ＰＳＡサイクルが真空中での再生段階とパージ段階とを含む時には、弁の封止面を介した圧力差、特に、床の供給端と製品端とを連結する回転子ポートと固定子ポートとの間の圧力差が、これらのポートの間に漏洩が生じる場合に、動作上の様々な問題の原因となる可能性がある。

本発明の目的は、ＰＳＡ性能に対する弁間漏洩（ｉｎｔｒａ−ｖａｌｖｅ ｌｅａｋａｇｅ）の影響を減少させる改良された回転弁を提供することである。

これらの問題は、後述されておりかつ後述の特許請求項によって定義されている本発明の具体例によって解決されている。
本発明の実施態様が、
（ａ）回転子面に対して垂直な軸線を中心として回転可能な回転子面を有する回転子であって、この回転子面は複数の穴を有し、および、この回転子は、この複数の穴の少なくとも１対の穴を互いに連結する少なくとも１つの通路を含む回転子と、
（ｂ）外側周縁を有する平らな回転弁シールを形成するように回転子面と封止状に接触している固定子面を有する固定子であって、この固定子面は、回転子が回転するのに応じて少なくとも２つの穴が回転子面内の穴と逐次的に整合するようになっている複数の穴を有し、固定子面内の各々の穴は固定子を貫通するそれぞれの通路に連結されており、および、固定子を貫通する通路の少なくとも１つは、真空ポンプに直接的に連結されている固定子真空通路である固定子と、
（ｃ）封止弁室であって、回転子を取り囲みかつ平らな回転弁シールの外側周縁を取り囲んで回転弁と封止弁室とを取り囲む外側大気から平らな回転弁シールを隔離する封止弁室と、
（ｄ）この封止弁室に連結されている真空孔通路
とを備える回転弁に関する。

真空孔通路は、封止弁室を固定子真空通路に連結するために固定子内に配置されてもよい。この封止弁室は外壁によって取り囲まれてもよく、および、真空孔通路はこの外壁内に配置されておりかつこの外壁を貫通してもよい。真空孔通路は真空ポンプに連結されてもよい。回転子は、固定子真空通路と連続的に整合する弓形の真空溝を有してよく、および、この真空孔通路は回転子内に配置されており、かつ、その弓形の真空溝を封止弁室と連結する。

回転弁は、さらに、回転子を駆動するようになっている回転可能な駆動軸を備えてよい。この駆動軸は、典型的には、固定子の中を同軸に通過し、および、その駆動軸と固定子とに接触する形で軸シールによって回転可能に封止されてよい。

この実施態様の回転弁は、さらに、
（ｅ）回転子面に対して垂直な軸線を中心として回転可能な回転子面を有する追加の回転子であって、この追加の回転子の回転子面は複数の穴を有し、および、この追加の回転子は、複数の穴の少なくとも１対の穴を互いに連結する少なくとも１つの通路を含む追加の回転子と、
（ｆ）外側周縁を有する追加の平らな回転弁シールを形成するように（ｅ）の回転子面と封止状に接触している固定子面を有する追加の固定子であって、この固定子面は、追加の回転子が回転するのに応じて少なくとも２つの穴が（ｅ）の回転子面内の穴と逐次的に整合するようになっている複数の穴を有し、および、この固定子面内の各々の穴はこの固定子を貫通するそれぞれの通路に連結されており、および、追加の回転子と追加の固定子は（ａ）の回転子と（ｂ）の固定子とに対して同軸に配置されている追加の固定子
とを備え、
追加の平らな回転弁シールの外側周縁は、封止弁室に隣接している。

真空孔通路は（ｂ）の固定子の中に配置されていてよく、および、封止弁室を（ｂ）の固定子真空通路と連結してもよい。その封止弁室は外壁によって取り囲まれてよく、および、真空孔通路は外壁内に配置されかつ外壁を貫通してよい。この真空孔通路は真空ポンプに連結されてもよい。（ａ）の回転子は、固定子真空通路と連続的に整合する弓形の真空溝を有してもよく、および、真空孔通路は、封止弁室に弓形の真空溝を連結するように回転子内に配置されてもよい。

封止弁室は、（ｂ）の固定子の軸方向に延びる円周の長さ部分によって、または、（ｆ）の追加の固定子の軸方向に延びる円周の長さ部分によって、または、（ｂ）と固定子と（ｆ）の追加の固定子との軸方向に延びる円周の長さ部分によって部分的に形成されてよい。封止弁室は、（ｂ）の固定子の軸方向に延びる円周の長さ部分によって形成されてよく、および、（ｂ）の固定子の軸方向に延びる円周の長さ部分は、（ａ）の回転子と（ｅ）の追加の回転子との周りを軸方向に延び、そして（ｆ）の追加の固定子と封止可能な形で接触してよい。

封止弁室は、（ｆ）の追加の固定子の軸方向に延びる円周の長さ部分によって形成されてよく、および、（ｆ）の追加の固定子の軸方向に延びる円周の長さ部分は、（ａ）の回転子と（ｅ）の追加の回転子との周囲を軸方向に延び、そして（ｂ）の固定子と封止可能な形で接触していてよい。

回転弁は、さらに、（ａ）の回転子と（ｅ）の追加の回転子とを駆動するようになっている回転可能な駆動軸を備えてもよい。この駆動軸は、（ｂ）の固定子または（ｆ）の追加の固定子のどちらかの中を同軸に通過してもよく、および、その駆動軸と（ｂ）の固定子または（ｆ）の追加の固定子とにそれぞれに接触している軸シールによって回転可能な形で封止されてもよい。

本発明の別の実施態様が、
（ａ）回転子面に対して垂直な軸線を中心として回転可能な回転子面を有する第１の回転子であって、この回転子面は複数の穴を有し、および、この第１の回転子は、この複数の穴の少なくとも１対の穴を互いに連結する少なくとも１つの通路を含む第１の回転子と、
（ｂ）外側周縁を有する第１の平らな回転弁シールを形成するように第１の回転子の回転子面と封止状に接触している固定子面を有する第１の固定子であって、この第１の固定子の固定子面は、第１の回転子が回転するのに応じて少なくとも２つの穴が第１の回転子の回転子面内の穴と逐次的に整合するようになっている複数の穴を有し、および、第１の固定子の固定子面内の各々の穴は第１の固定子を貫通するそれぞれの通路に連結されている第１の固定子と、
（ｃ）回転子面に対して垂直な軸線を中心として回転可能な回転子面を有する第２の回転子であって、この第２の回転子の回転子面は複数の穴を有し、および、この第２の回転子は、この複数の穴の少なくとも１対の穴を互いに連結する少なくとも１つの通路を含む第２の回転子と、
（ｄ）外側周縁を有する第２の平らな回転弁シールを形成するように第２の回転子の回転子面と封止状に接触している固定子面を有する第２の固定子であって、この第２の固定子面は、第２の回転子が回転するのに応じて少なくとも２つの穴が第２の回転子面内の穴と逐次的に整合するようになっている複数の穴を有し、および、第２の固定子の固定子面内の各々の穴は第２の固定子を貫通するそれぞれの通路に連結されており、および、第２の回転子と第２の固定子は第１の回転子と第１の固定子とに対して同軸に配置されている第２の固定子と、
（ｅ）封止弁室であって、回転子を取り囲みかつ第１の平らな回転弁シールの外側周縁と第２の平らな回転弁シールの外側周縁とを取り囲んで回転弁と封止弁室とを取り囲む外側大気から第１および第２の回転弁シールの外側周縁を隔離する封止弁室と、
（ｆ）封止弁室に連結されている真空孔通路
とを備える回転弁に関する。

第１の固定子を貫通する通路の少なくとも１つは、真空ポンプに直接的に連結されている固定子真空通路であってよく、この真空孔通路は、封止弁室を第１の固定子内の固定子真空通路に連結するように第１の固定子内に配置されてよい。封止弁室は外壁によって取り囲まれてよく、および、真空孔通路はこの外壁内に配置されかつ外壁を貫通してよい。真空孔通路は真空ポンプに連結されてよい。

第１の回転子は、真空ポンプに連結されている固定子真空通路と連続的に整合する弓形の真空溝を有してよく、および、この真空孔通路は第１の回転子内に配置されており、かつ、その弓形の真空溝を封止弁室と連結する。この封止弁室は、第１の固定子の軸方向に延びる円周の長さ部分によって、または、第２の固定子の軸方向に延びる円周の長さ部分によって、または、第１の固定子と第２の固定子との軸方向に延びる円周の長さ部分によって部分的に形成されてよい。封止弁室は、第１の固定子の軸方向に延びる円周の長さ部分によって形成されてよく、および、第１の固定子の軸方向に延びる円周の長さ部分は、第１の回転子と第２の回転子との周りを軸方向に延び、そして第２の固定子と封止可能な形で接触していてよい。

封止弁室は、第２の固定子の軸方向に延びる円周の長さ部分によって形成されてよく、および、第２の固定子の軸方向に延びる円周の長さ部分は、第１の回転子と第２の回転子との周りを軸方向に延び、そして第１の固定子と封止可能な形で接触していてよい。回転弁は、さらに、第１の回転子と第２の回転子とを駆動するようになっている回転可能な駆動軸を備えてもよい。この駆動軸は、第１の固定子または第２の固定子のどちらかの中を同軸に通過してもよく、および、その駆動軸と第１の固定子または第２の固定子とにそれぞれに接触している軸シールによって回転可能な形で封止されてもよい。

本発明の代案の実施態様が、
（ａ）回転子面に対して垂直な軸線を中心として回転可能な回転子面を有する回転子であって、この回転子面は複数の穴を有し、および、この回転子は、この複数の穴の中の少なくとも１対の穴を互いに連結する少なくとも１つの通路を含む回転子と、
（ｂ）外側周縁を有する平らな回転弁シールを形成するように回転子面と封止状に接触している固定子面を有する固定子であって、この固定子面は、回転子が回転するのに応じて少なくとも２つの穴が回転子面内の穴と逐次的に整合するようになっている複数の穴を有し、固定子面内の各々の穴は固定子を貫通するそれぞれの通路に連結されている固定子と、
（ｃ）回転子を取り囲みかつ平らな回転弁シールの外側周縁を取り囲む封止弁室と、封止弁室を外側大気から分離する壁と、
（ｄ）この封止弁室に連結されている真空孔通路
とを備え、
固定子を貫通する通路はどれも、封止弁室と流動連通していない
回転弁に関する。

真空孔通路は、封止弁室の壁の中に配置されかつこの壁を貫通してよく、および、この真空孔通路は真空ポンプに連結されてもよい。回転子は、真空ポンプに連結されている固定子真空通路と連続的に整合する弓形の真空溝を有してよく、および、この真空孔通路は回転子内に配置されており、かつ、その弓形の真空溝を封止弁室に連結する。

本発明の別の代案の実施態様が、回転弁を動作させる方法を含み、この方法は、
（ａ）回転弁を提供することであって、
（１）回転子面に対して垂直な軸線を中心として回転可能な回転子面を有する回転子であって、この回転子面は複数の穴を有し、および、この回転子は、この複数の穴の中の少なくとも１対の穴を互いに連結する少なくとも１つの通路を含む回転子と、
（２）外側周縁を有する平らな回転弁シールを形成するように回転子面と封止状に接触している固定子面を有する固定子であって、この固定子面は、回転子が回転するのに応じて少なくとも２つの穴が回転子面内の穴と逐次的に整合するようになっている複数の穴を有し、固定子面内の各々の穴は固定子を貫通するそれぞれの通路に連結されており、および、固定子を貫通する通路の少なくとも１つは、真空ポンプに直接的に連結されている固定子真空通路である固定子と、
（３）封止弁室であって、回転子を取り囲みかつ平らな回転弁シールの外側周縁を取り囲んで回転弁と封止弁室とを取り囲む外側大気から平らな回転弁シールを隔離する封止弁室と、
（４）この封止弁室に連結されている真空孔通路
とを備える回転弁を提供することと、
（ｂ）固定子と封止状に接触している状態で回転子を回転させることと、固定子を貫通するすべての通路の中の最低圧力に実質的に等しい値またはこの最低圧力よりも低い値に、封止弁室内の圧力を維持すること
とを含む。

本発明の関連の実施態様は、回転弁を動作させる方法を含み、この方法は、
（ａ）回転弁を提供することであって、
（１）回転子面に対して垂直な軸線を中心として回転可能な回転子面を有する回転子であって、この回転子面は複数の穴を有し、および、この回転子は、この複数の穴の中の少なくとも１対の穴を互いに連結する少なくとも１つの通路を含む回転子と、
（２）外側周縁を有する平らな回転弁シールを形成するように回転子面と封止状に接触している固定子面を有する固定子であって、この固定子面は、回転子が回転するのに応じて少なくとも２つの穴が回転子面内の穴と逐次的に整合するようになっている複数の穴を有し、固定子面内の各々の穴はこの固定子を貫通するそれぞれの通路に連結されている固定子と、
（３）回転子を取り囲みかつ平らな回転弁シールの外側周縁を取り囲む封止弁室と、封止弁室を外側大気から分離する壁と、
（４）この封止弁室に連結されている真空孔通路
とを備え、
および、固定子を通過する通路はいずれも、封止弁室と流動連通していない
回転弁を提供することと、
（ｂ）固定子と封止状に接触している状態で回転子を回転させることと、固定子を貫通するすべての通路の中の最低圧力に実質的に等しい値またはこの最低圧力よりも低い値に、封止弁室内の圧力を維持すること
とを含む。

本発明の別の関連の実施態様が、回転弁を動作させる方法に関し、この方法は、
（ａ）回転弁を提供することであって、
（１）回転子面に対して垂直な軸線を中心として回転可能な回転子面を有する第１の回転子であって、この回転子面は複数の穴を有し、および、この第１の回転子は、この複数の穴の少なくとも１対の穴を互いに連結する少なくとも１つの通路を含む第１の回転子と、
（２）外側周縁を有する第１の平らな回転弁シールを形成するように第１の回転子の回転子面と封止状に接触している固定子面を有する第１の固定子であって、この第１の固定子の固定子面は、第１の回転子が回転するのに応じて少なくとも２つの穴がこの第１の回転子の回転子面内の穴と逐次的に整合するようになっている複数の穴を有し、および、この第１の固定子の固定子面内の各々の穴はこの第１の固定子を貫通するそれぞれの通路に連結されている第１の固定子と、
（３）回転子面に対して垂直な軸線を中心として回転可能な回転子面を有する第２の回転子であって、この第２の回転子の回転子面は複数の穴を有し、および、この第２の回転子は、この複数の穴の少なくとも１対の穴を互いに連結する少なくとも１つの通路を含む第２の回転子と、
（４）外側周縁を有する第２の平らな回転弁シールを形成するように第２の回転子の回転子面と封止状に接触している固定子面を有する第２の固定子であって、この第２の固定子面は、第２の回転子が回転するのに応じて第２の回転子面内の穴と逐次的に整合するようになっている複数の穴を有し、および、第２の固定子の固定子面内の各々の穴は第２の固定子を貫通するそれぞれの通路に連結されており、および、第２の回転子と第２の固定子は第１の回転子と第１の固定子とに対して同軸に配置されている第２の固定子と、
（５）封止弁室であって、回転子を取り囲みかつ第１の平らな回転弁シールの外側周縁と第２の平らな回転弁シールの外側周縁とを取り囲んで回転弁と封止弁室とを取り囲む外側大気から第１および第２の回転弁シールの外側周縁を隔離する封止弁室と、
（６）封止弁室に連結されている真空孔通路
とを備える回転弁を提供することと、
（ｂ）第１および第２の固定子と封止状に接触している状態で第１および第２の回転子を回転させることと、第１の固定子と第２の固定子とを貫通するすべての通路の中の最低圧力に実質的に等しい値またはこの最低圧力よりも低い値に、封止弁室内の圧力を維持すること
とを含む。

本発明の最後の実施態様が、真空スイング吸着システムを動作させる方法に関し、このシステムは、
（ａ）真空スイング吸着システムを提供することであって、
（１）吸着剤材料を各々が収容しかつ供給入口と製品出口とを各々が有する複数の吸着剤容器と、
（２）入口と出口とを有する真空ポンプと、
（３）回転弁であって、
（３ａ）回転子面に対して垂直な軸線を中心として回転可能な回転子面を有する回転子であって、この回転子面は複数の穴を有し、および、この回転子は、この複数の穴の中の少なくとも１対の穴を互いに連結する少なくとも１つの通路を含む回転子と、
（３ｂ）外側周縁を有する平らな回転弁シールを形成するように回転子面と封止状に接触している固定子面を有する固定子であって、この固定子面は、回転子が回転するのに応じて少なくとも２つの穴が回転子面内の穴と逐次的に整合するようになっている複数の穴を有し、固定子面内の各々の穴は固定子を貫通するそれぞれの通路に連結されている固定子と、
（３ｃ）回転子を取り囲みかつ平らな回転弁シールの外側周縁を取り囲む封止弁室と、封止弁室を外側大気から分離する壁と、
（３ｄ）封止弁室と真空ポンプの入口とに対して流動連通している真空孔通路
とを備え、
固定子を貫通する通路の１つの通路が複数の吸着剤容器の１つの吸着剤容器の供給入口に連結されており、および、固定子を貫通する通路の中の別の通路が真空ポンプの入口と流動連通している
回転弁
とを含む真空スイング吸着システムを提供することと、
（ｂ）供給ガス混合物を真空スイング吸着システムの中に送り込むことと、超大気圧で製品を供給および形成することと、選択された準大気圧への排気と、超大気圧への昇圧とを少なくとも含む逐次的な段階において各々の吸着剤容器を動作させること
であって、
（ｂ）の逐次的な段階中に、封止弁室内の圧力が、選択された準大気圧に等しい圧力または選択された準大気圧よりも低い圧力に維持されること
とを含む。

本発明の実施形態が、回転弁を使用し、かつ、吸着剤床の最低圧力が大気圧よりも低いサイクルを使用して動作する圧力スイング吸着（ＰＳＡ）システムの動作に対応する。このサイクルは一般的に真空スイング吸着（ＶＳＡ）サイクルと呼ばれ、および、ＶＳＡシステムで使用される。本発明の実施形態は、回転弁とＶＳＡシステムとを取り囲む大気中の含有成分による吸着剤の汚染を防止する、改良された回転弁設計を実現する。回転弁ＰＳＡシステムに関する従来技術は、製品の汚染の原因となる弁の漏洩を防止する方法を開示しているが、ＶＳＡシステムに関する本発明の実施形態によって対処される吸着剤汚染の問題を考慮していない。

回転弁は、１つまたは複数の固定子と、この１つまたは複数の固定子との封止可能なスライド回転運動の形でその弁内で回転する１つまたは複数の回転子と、循環的な形で固定子の選択されたポートの間に様々なガス流路を形成するための１つまたは複数の回転子内の複数のポートとを有する弁である。この弁は、反復可能な循環プロセス段階の形で１つまたは複数のプロセス仕向先に１つまたは複数のプロセスソースからの流体を送るために、あらゆるプロセスにおいて使用される。

平らな円形の形状構成を有する回転弁が、固定子内のポートと回転子の内のポートとが予め決められた循環シーケンスで整合または遮断されるように、平らなポート付き固定子の上で同軸に回転する平らなポート付きの回転子を使用する。このタイプの弁における封止は、平らな固定子面上をスライドする平らな回転子面の直接的な接触によって実現される。嵌合表面における過剰な漏洩を防止するために、これらの平らな表面の製造には高度の精度が要求される。時間の経過に伴った固定子と回転子の摩耗と、回転子−固定子境界面の中に入る埃やゴミの微粒子と、温度差を原因とする変形とが、回転子表面および／または固定子表面の形状の変化の原因となり、これによって表面間に形成されているシールを介した漏洩を生じさせる可能性がある。封止境界面を介したこうした漏洩が生じる場合には、より高圧状態にある回転弁通路からのガスが、より低圧状態にある通路の中に移動し、これによってより低圧の通路の中のガスを汚染する可能性がある。１つまたは複数の通路が弁の回転中に真空状態に維持される場合には、ガスが周囲大気からより低圧の通路の中に漏洩し、この通路内のガスを汚染することがある。

回転弁は、供給段階と、均圧段階と、再生段階と、昇圧段階とを含む重複循環段階において動作する複数の並列吸着剤床を使用する圧力スイング吸着（ＰＳＡ）システムにおいて特に有用である。再生は、準大気圧における排気およびパージ段階を含んでよく、および、この条件において動作する吸着システムは、典型的には、真空スイング吸着（ＶＳＡ）システムと呼ばれる。固定子内の複数のポートが供給ガス管路と廃棄ガス管路とを複数の吸着剤床の供給端に連結し、および、均圧のために各対の床の製品端を互いに連結する。回転子が固定子に対して相対的に回転するのに応じて、固定子面上の穴が、回転子面の穴と逐次的に整合して、所望のＰＳＡプロセスサイクル段階のためのガス流を送る。

例えば、ゼオライト吸着剤を使用して空気から窒素を選択的に吸着することによって酸素を生産するためのＶＳＡシステムでは、各吸着剤床内の圧力がサイクルの一部分に関して大気圧よりも低いだろう。回転弁がＶＳＡシステムで使用される時には、その弁内での供給通路から均圧通路またはパージ通路への加圧された湿り空気供給または大気空気の漏洩が、床の圧力が準大気圧である時に、吸着剤床の製品端を水で汚染する可能性がある。ＶＳＡシステムが連続的に動作するので、数週間または数ヶ月の期間にわたって生じるこのタイプの僅かな漏洩でさえも、吸着剤床の製品端において供給空気中の湿気が蓄積することを可能にし、これによって窒素に対するその吸着剤床の吸着容量を減少させ、一方、このことはＶＳＡシステムの性能を低下させるだろう。

この問題は、回転子が、各々の回転弁シールの外側周縁に隣接している内側体積を有する封止弁室によって回転子が部分的または全体的に取り囲まれている本発明の実施形態によって対処される。この封止弁室は定義されている通りであり、および、任意の形状構成の内側体積を備え、この内側体積は各々の回転弁シールの周縁を取り囲み、かつ、回転弁と封止弁室アセンブリとを取り囲む外側大気から各々の回転弁シールを隔離する。回転弁は、封止弁室の内部の圧力がその回転弁のすべての内側通路の中の最低圧力に概ね等しいかまたはこの最低圧力よりも低い圧力に維持されることが可能であるように設計されている。このことが、回転弁内の漏洩ガスが、回転弁内の最低圧の通路の中に移動するのでなく、封止弁室の中に移動することを引き起こす。ＶＳＡシステムでは、このことが漏洩ガスが吸着剤床の製品端に移動することを防止する。この最低圧力が真空ポンプによって生じさせられる準大気圧であってもよい。術語「概ね等しい」は、封止弁室の内部の絶対圧力が、弁通路内の最高圧力と最低圧力との間の差の１０％以下だけ、弁の内側通路内の最低の圧力から異なるということを意味する。

この開示では、真空通路は、準大気圧領域と流動連通しているあらゆる通路として定義される。この準大気圧領域は、真空ポンプまたは真空ブロアによって発生させられるだろう。真空孔通路は、回転弁の任意の部分を通って延びる準大気圧にある通路として定義され、および、封止弁室内の圧力を、回転弁の内側通路内の最低圧力に概ね等しいかまたはこの最低圧力よりも低い準大気圧に維持するようになっている。真空孔通路は、真空ポンプの入口と流動連通している。

第１および第２の領域に対して使用される術語「流動連通している」は、ガスが連結配管および／または中間領域を経由して第１の領域から第２の領域に流れることが可能であるということを意味する。第１および第２の領域に対して使用される術語「連結されている」は、ガスが連結配管を経由して第１の領域から第２の領域に流れることが可能であるということを意味する。

本明細書で使用される不定冠詞「ａ」と「ａｎ」は、明細書と特許請求項とに説明されている本発明の実施形態におけるあらゆる特徴に適用される時に、１つまたは複数を意味する。「ａ」と「ａｎ」の使用は、限定が特に言及されない限り、単一の特徴に意味を限定しない。単数または複数の名詞または名詞句に先行する定冠詞「ｔｈｅ」は、１つまたは複数の特定の指定された特徴を意味し、および、それが使用される文脈に基づいている単数または複数の内包を有するだろう。形容詞「ａｎｙ」は、量の種類を問わず、１つ、幾つか、または、すべてを意味する。

１つまたは複数の固定子は、封止弁室が回転弁の一体的部分として形成されるように設計されてよく、または、この代わりに、封止弁室は、回転弁を部分的または全体的に取り囲む別個の構造であってもよい。封止弁室は、詳細に後述する異なるタイプの回転弁を有する様々な実施形態において使用されてよい。

一実施形態では、回転弁は、単一の固定子に回転可能に封着されている単一の回転子を使用し、および、この回転子は、複数の穴を有する平らな回転子面を有し、かつ、複数の穴の少なくとも１対の穴を互いに連結する少なくとも１つの通路を有する。固定子は、外側周縁を有する平らな回転弁シールを形成するように回転子面と封止状に接触している面を有し、および、固定子面は、回転子が回転するのに応じて回転子面内の穴と逐次的に整合するようになっている複数の穴を有する。固定子面内の各々の穴は固定子を貫通するそれぞれの通路に連結されており、および、固定子を貫通する通路の少なくとも１つが、真空ポンプに直接的に連結されている固定子真空通路である。ＰＳＡまたはＶＳＡプロセスサイクルの諸段階中に必要に応じて回転弁がガスを送る時に、吸着剤床へのガスの流れと、吸着剤床からのガスの流れと、吸着剤床の相互間のガスの流れとを可能にするために、固定子を通る他の通路が１群の吸着剤床の供給端と製品端とに連結されてよい。この実施形態では、封止弁室は、平らな回転弁シールの外側周縁が封止弁室の内側体積に隣接してるように、固定子に着脱自在に封着されている弁室ハウジングによって形成されている。回転子は、封止弁室によって取り囲まれており、および、回転子のための駆動軸が、弁室ハウジング内に位置した軸シールアセンブリを貫通して延びる。

真空孔通路が任意の方法のいずれかによって封止弁室に連結されてよい。１つの方法では、真空孔通路は固定子を貫通して延び、および、封止弁室の内側体積を固定子真空通路に連結する。別の方法では、真空孔通路は弁室ハウジング内に配置されており、かつ、弁室ハウジングの壁を貫通して延び、および、真空孔通路は真空ポンプに連結されている。別の方法では、回転子は、固定子真空通路と連続的に整合する弓形の真空溝を有し、および、真空孔通路は回転子を貫通して延び、および、この弓形の真空溝を封止弁室の内側体積に連結する。

第２の実施形態では、回転弁は、外側周縁を各々が有する２つの平らな回転弁シールを形成する２つの固定子と２つの回転子とを使用する。第１の回転子は固定子面に対して垂直な軸線を中心として回転可能である回転子面を有し、回転子面は複数の穴を有し、および、第１の回転子は、複数の穴の少なくとも１つの対の穴を互いに連結する少なくとも１つの通路を含む。第１の固定子は、外側周縁を有する第１の平らな回転弁シールを形成するように第１の回転子の回転子面と封止状に接触している固定子面を有する。第１の固定子の固定子面は、第１の回転子が回転する時に第１の回転子の回転子面内の穴と逐次的に整合するようになっている複数の穴を有し、および、第１の固定子の固定子面内の各々の穴は、第１の回転子を貫通するそれぞれの通路に連結されている。

この実施形態の第２の回転子は、回転子面に対して垂直な軸線を中心として回転可能である回転子面を有し、第２の回転子の回転子面は複数の穴を有し、および、第２の回転子は、複数の穴の少なくとも１つの対の穴を互いに連結する少なくとも１つの通路を含む。第２の固定子は、外側周縁を有する第２の平らな回転弁シールを形成するように第２の回転子の回転子面と封止状に接触している固定子面を有し、および、第２の固定子の固定子面は、第２の回転子が回転するのに応じて第２の回転子の回転子面内の穴と逐次的に整合するようになっている複数の穴を有する。第２の固定子の固定子面内の各々の穴は、第２の固定子を貫通するそれぞれの通路に連結されており、および、第２の回転子と第２の固定子は第１の回転子および第１の固定子に対して同軸に配置されている。

この実施形態は、第１の平らな回転弁シールの外側周縁と第２の平らな回転弁シールの外側周縁とに隣接している内側体積を有する封止弁室を含み、および、真空孔通路がその封止弁室に連結されている。両方の回転子は封止弁室の中に同軸に配置されており、および、さらに詳細に後述するように、封止弁室の壁の中に配置されているかまたは一方の固定子の中に配置されている軸シールアセンブリを貫通する駆動軸によって駆動される。この実施形態では、封止弁室は、そのように形成されている封止弁室の中に両方の回転子が位置しているように、第２の固定子に着脱自在に封着されている第１の固定子の軸方向に延びる円周の長さ部分によって形成されてもよい。あるいは、封止弁室は、そのように形成されている封止弁室の中に両方の回転子が位置しているように、第１の固定子に着脱自在に封着されている第２の固定子の軸方向に延びる円周の長さ部分によって形成されてもよい。封止弁室の別の変型が、両方の回転子の周りに封止弁室を形成するように互いに着脱自在に封着されている第１および第２の固定子の両方の軸方向に延びる円周の長さ部分によって形成されてもよい。封止弁室のこれらの代案の形状構成のすべてにおいて、各々の平らな回転弁シールの外側周縁は、封止弁室の内部に隣接しており、すなわち、封止弁室の内部によって取り囲まれている。

真空孔通路は、この実施形態において幾つかの方法のいずれかによって封止弁室に連結されてよい。１つの方法では、第１の固定子を貫通する通路の少なくとも１つが、真空ポンプに直接的に連結されている固定子真空通路であり、および、真空孔通路は第１の固定子を貫通して延びて、封止弁室の内側体積を第１の固定子内の固定子真空通路と連結する。別の方法では、封止弁室は外壁によって部分的に取り囲まれており、および、真空孔通路は外壁の中に配置されており、かつ、その外壁を貫通し、および、真空孔通路は真空ポンプに連結されている。別の方法では、第１の回転子は、固定子真空通路と連続的に整合する弓形の真空溝を有し、および、真空孔通路は第１の回転子を貫通して延びて、その弓形の真空溝を封止弁室の内側体積に連結する。

封止弁室は、その封止弁室によって取り囲まれている任意の数の回転子を有する回転弁に対して使用可能である。この封止弁室は弁と一体化されていてもよく、および、上述した固定子の一方または両方の長さ部分によって形成されてもよい。あるいは、この代わりに、封止弁室は、回転弁全体を取り囲む別個の構造すなわちエンクロージャであってもよく、および、回転弁に出入りする管路と回転子駆動軸とが、周囲の大気から弁室を隔離するための適切なシールを伴って、その構造すなわちエンクロージャを貫通する。

上述の回転弁の上記実施形態のいずれもが、任意の所望の数の複数の吸着剤床を使用するガス混合物の分離のためのＶＳＡシステムにおいて使用されてよく、および、任意の所望のＶＳＡプロセスサイクルにおいて動作させられてよい。ＶＳＡプロセスサイクルは、超大気圧下での製品の供給／生産と、準大気圧への排気と、超大気圧への昇圧との反復的な逐次的段階を少なくとも含む。これらの実施形態は、例えば、ゼオライト吸着剤を使用して空気から窒素を選択的に吸着することによる、ＶＳＡによる酸素の生産のために使用されてよい。

本発明の例示的な実施形態が、図１の２回転子／２固定子型の回転弁によって示されている。この特定の弁は、４つの吸着剤床とＶＳＡサイクルとを使用する、空気からの酸素の回収のためのＶＳＡシステムで使用されてよく、このＶＳＡシステムでは、各々の床が、（１）製品の供給／生産の段階と、（２）製品の供給／生産と製品昇圧ガスの供給の段階と、（３）圧力の均圧降下の段階と、（４）パージの供給の段階と、（５）排気の段階と、（６）パージの受け入れの段階と、（７）圧力の均圧上昇の段階と、（８）製品昇圧ガスの受け入れの段階とを経過して進行する。

図１の回転弁１の主要部分は供給回転子４と製品回転子５とであり、これらの両方は、供給ハウジング部材２と製品ハウジング部材３とによって形成されている封止弁室内に配置されている。封止弁室はハウジング２とハウジング３とによって形成されており、および、これらのハウジングは互いに嵌合し、および、ハウジングシール１７によって周囲大気から封止されている。ハウジング２とハウジング３はそれぞれに供給固定子と製品固定子との不可欠な部品であり、および、対応する床の供給端ポート（すなわち、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ）と床の製品端ポート（すなわち、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｂ）との軸線が同一の半径方向位置にあり、かつ、互いに同軸に整合しているように、特徴（図示されていない）によって割出しされている。

供給回転子４と製品回転子５は、供給ハウジングすなわち固定子２と、製品ハウジングすなわち固定子３と、シール１７とによって形成されている封止弁室の中で同軸に回転するようになっている。圧縮ばね６が回転子の間に配置されており、供給回転子４を固定子２の供給ハウジングに押し付け、および、製品回転子５を製品ハウジングすなわち固定子３に押し付ける。

駆動軸７は、供給ハウジングすなわち固定子２の中心を通って封止弁室内を軸方向に貫通し、および、時計回り方向に供給回転子４を回転させるようにモータ（図示されていない）によって駆動される。軸シール（図示されていない）が、供給ハウジングすなわち固定子２と軸７との間の隙間を通る弁の内部と大気との間の漏洩を防止する。正方形の端部３９または駆動軸の末端上の他の非円形の特徴が、駆動軸の回転運動を供給回転子４に伝達する。

供給回転子４は、供給回転子４の回転運動を製品回転子５に伝達するように嵌合突起１４ａ、１４ｂ（１４ｂはこの図には示されていない）と係合する駆動突起１３ａ、１３ｂを有する。これらの突起は、その運動を伝達するだけでなく、さらには、回転子の相互間の回転整合を維持し、その結果として、供給ハウジングすなわち固定子２内のポートが回転子によって遮蔽または遮蔽解除され、および、製品ハウジングすなわち固定子３内の適切なポートも同時に被覆または被覆解除される。この特定の突起構成は決定的に重要というわけではなく、および、例えばピンまたはソケットのような他の整合および同軸駆動の方法が採用可能である。この整合および駆動システムは、回転運動を一方の回転子から他方の回転子に伝達し、回転子部品の相互間の角整合を維持し、および、回転子がハウジングすなわち固定子に対して嵌合した状態を維持するように、回転子が互いに対して相対的に軸方向に移動することを可能にするようになっている。ばね６が、供給回転子面３７が固定子面３８に押し付けられるように、かつ、製品回転子面３５が製品ハウジングすなわち固定子３の面３６に対して押し付けられるように、ばね６がハウジングすなわち固定子に対して回転子を押し付ける。

次に、回転弁の動作を、（１）製品の供給／生産の段階と、（２）製品の供給／生産と製品昇圧ガスの供給の段階と、（３）圧力の均圧降下の段階と、（４）パージの供給の段階と、（５）排気の段階と、（６）パージの受け入れの段階と、（７）圧力の均圧上昇の段階と、（８）製品昇圧ガスの受け入れの段階という８つの段階を使用する典型的な４床式のＶＳＡプロセスを参照しながら説明する。

床の供給端は供給ハウジングすなわち固定子２に連結されており、および、床の製品端は製品ハウジングすなわち固定子３に連結されている。床の供給端と製品端（図示されていない）は弁の対応するポートに連結されており、すなわち、床の供給端はポート８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄに連結されており、および、床の対応する製品端はそれぞれにポート１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄに連結されている。

図３を参照すると、供給圧縮機からの空気が、供給ハウジングすなわち固定子２内の中央空洞１５に圧縮空気を送る供給ポート１８に連結されている。供給回転子４が１つの特定の動作位置にある時に、ハウジング内の空洞１５からの空気が回転子４内の中央空洞２１に流れる。次に図２と図４とを参照すると、供給回転子４内の通路２２が圧縮空気を供給回転子４内の弓形のスロットに送る。このスロットが供給ハウジングすなわち固定子２の中のポート９ａ−９ｄの１つの上方に位置している場合には、圧縮空気が、ポート９ａ−９ｄの１つと、これに対応する通路８ａ−８ｄの１つとの中を通って、吸着剤床の供給端に流れる。

同様の仕方で、真空ポンプの吸引ポートが供給ハウジングすなわち固定子２のポート１９に直接的に連結されており、および、このポートは供給ハウジング内の環状溝１６に連結されている。環状溝１６とポート１９に達する通路１６Ａとによって形成されている固定子真空通路が、真空ポンプに直接的に連結されており、このことは、固定子真空通路が封止弁室と流体連通していないということを意味する。供給回転子４内の弓形スロット２４の一部分が常にこの溝の上方に位置している。弓形スロット２４も供給ハウジングすなわち固定子２の中のポート９ａ−９ｄの１つの上方に位置している時には、床内のガスが、対応する回転弁連結箇所８ａ−８ｄと、対応するポート９ａ−９ｄと、弓形スロット２４と、環状通路１６と、最後にポート１９との中を通って流れ、このポート１９からガスが真空ポンプによって排出される。

どのように上述の段階の各々が２つの異なる弁位置で行われるかを示すことによって、吸着サイクルの弁動作を説明する。図６Ａと図６Ｂとを参照すると、上述したＶＳＡサイクルでは、製品の供給／生産の段階（１）に１つの床が存在し、圧力の均圧降下の段階（３）に１つの床が存在し、排気の段階（５）に１つの床が存在し、圧力の均圧上昇の段階（７）に１つの床が存在する。これらの段階の各々を次で詳細に説明する。

図６Ａと図６Ｂとに示されている位置に弁がある時には、弁ポート９ｃ、１１ｃに連結されている床が、製品の供給／生産の段階に存在する。上述したように、圧縮空気が供給ポート１８から弁ポート９ｃを通って床の供給端に流れる。床の頂部を離れる濃縮酸素製品が製品ハウジングすなわち固定子３の中のポート１１ｃの中に流れ込み、このポート１１ｃから、弓形スロット２５と通路３１とを通って中央空洞３４の中に流れ込み、および、製品ハウジングすなわち固定子３内のポート１２（図１および図２）から外に出て行く。

弁ポート９ｂ、１１ｂに連結されている床とポート９ｄ、１１ｄに連結されている床とが均圧段階を受けている。ポート９ｂ、１１ｂに連結されている床は製品を生産し終わったばかりであり、したがって高圧である。ポート９ｄ、１１ｄに連結されている床はパージ段階を完了したばかりであり、したがって低圧である。供給ハウジングすなわち固定子２内のポート９ｂ、９ｄは供給回転子４内のポートに全く整合しておらず、したがって、これらの床の供給端に出入りする流れは存在しない。しかし、床の頂部の相互間には連結がある。ガスは、より高圧の床の頂部から、ポート１１ｂを通って弓形のスロット３０の中に流れ込み、その次に、製品回転子５内の通路３３を通って弓形スロット２７に流れ、その次に弁ポート１１ｄの中に流れ込み、この弁ポート１１ｄから弁を出て、より低圧の床の中に流れ込む。

弁ポート９ａ、１１ａに連結されている床は排気を受けている。弁ポート１１ａが製品回転子５内のスロットに全く整合していないので、この床の製品端を出入りする流れは存在しない。しかし、この床は、上述した流路を通って真空ポンプにポート９ａを経由して供給端において連結されている。

図７Ａと図７Ｂは、回転子が図６Ａと図６Ｂとの位置から８分の１回転し終わった時の、より後の時点の弁を示す。図７Ａと図７Ｂのこの位置では、１つの床が製品の供給／生産および製品昇圧ガス段階（２）にあり、１つの床が受け入れ製品昇圧ガス段階（８）にあり、および、１つの床がパージ供給段階（４）にあり、および、別の床がパージ受け入れ段階（６）にある。

供給ポート１８から製品出口ポート１２への流路が依然として存在するので、弁ポート９ｃ、１１ｃに連結されている床は図６Ａと図６Ｂとの場合と同じ仕方で製品を生産している。しかし、床の製品端から得られる追加の流路が存在する。これは製品回転子５内の通路３２を通して生じ、このことが、製品が空洞３４から流れて、通路３２を通り、弓形スロット２６を通り、弁ポート１１ｄから外に流れ出すことを可能にし、および、この弁ポート１１ｄから製品が床の製品端に流れる。ポート９ｄを通って弁に連結されているこの床の供給端は、ポート９ｄが弓形スロット２３、２４のどちらにも整合していないので、出入りする流れを持たない。

弁ポート９ａ、１１ａに連結されている床がパージを受け入れており、および、ポート９ｂ、１１ｂに連結されている床がパージを供給している。ポート９ｂに連結されている床はその供給端に出入りする流れを持たないが、製品端ポート１１ｂからの流れが生じる可能性がある。このポートから、ガスが、弁ポート１１ｂと、弓形スロット２９と、通路３４と、弓形スロット２８とを通過して、弁ポート１１ａの中に流れ込み、この弁ポート１１ａは、パージを受け入れる床の製品端に連結されている。このようにしてパージ供給段階（４）が生じる。

弁ポート９ａ、１１ａに連結されている床が、上述したように製品端においてパージを受け入れている。供給端において、パージガスが、ポート９ａと、弓形スロット２４と、環状溝１６とを通って流れ、弁ポート１９から真空ポンプに流れ出し、こうしてパージ段階のための流れを実現する。

弁が回転するのに応じて、連続床が循環的な仕方で同一のプロセス段階を受け、したがって、任意の時点で、１つの床が製品を生産しており、これと同時に、他の床が様々な再生の段階にある。

上述のプロセスでは、吸着剤床が、排気段階（５）の開始直後の時点から均圧上昇段階（７）の終了時点付近まで大気よりも低い圧力にある。弁内の準大気圧のポートと生産回転子を取り囲む大気との間に何らかの漏洩が存在する場合には、この大気からのガスがその床の製品端の中に引き込まれるだろう。例えば、弁ハウジングが封止されておらず、かつ、大気に対して開放されている場合には、大気空気が低圧の床の製品端の中に吸い込まれる可能性がある。さらに、弁が封止されることになっていた場合にさえ、弁の供給端からの供給空気（弁内に含まれている最高の圧力）が弁の内部に漏洩する可能性がある。この場合に、この空気は、サイクルの低圧部分中に床の製品端の中に吸い込まれる可能性がある。

ガスが製品弁の超大気圧ポートから準大気圧ポートに漏洩することがあり得るが、このガスが、アルミナのような水選択性の吸着剤を含む床の供給端を通過することによってすでに乾燥させられているので、このことは床の中の分子ふるい（ゼオライト）吸着剤の損傷を生じさせない。このタイプの漏洩を防止する方法が、上述の従来技術において開示されている。このタイプの漏洩がこのプロセスの効率に対して有害である可能性があるが、このタイプの漏洩は、所望の成分すなわち窒素を吸着する吸着剤の能力を劣化させないだろう。

本発明の実施形態は、床の製品端の中の吸着剤が湿気の多い大気空気と接触する時に生じるより重大な問題を解決する。この吸着剤は水に対して非常に強力な親和性を有し、その結果として水が分子ふるいをいったん汚染すると、そのプロセスのパージ段階によって水を除去することが不可能であり、および、水が分子ふるいに結合したまま残留し、窒素の吸着を妨げる。この問題は従来技術では解決されていない。

吸着システムが連続的に動作するので、数週間または数ヶ月の期間にわたる僅かな漏洩さえもが、最終的には、その吸着システムの能力の許容不可能な損失の原因となるのに十分な湿気が吸着剤床の中に入ることを引き起こす可能性がある。上述したように、この問題に対する１つの解決策が、弁内のあらゆる弁漏洩物が床の製品端の中に入って吸着剤に損傷を与える可能性がある前に、弁内の弁漏洩物が取り除かれるように環境が生じさせられる、本発明の実施形態によって実現される。これは、
１． 弁室を気密にするように弁室を封止することであって、これは、シール１７と、加圧された供給空気が駆動軸７に沿って漏洩して外に出て行くことを防止する軸シール（図示されていない）とを使用することによって実現されることと、
２． 封止弁室の内部に小さな穴すなわち真空孔通路を設けること
とによって実現されるだろう。

一実施形態では、このことは、図１と図２に示されている弓形の真空スロット２４から真空孔通路２０によって実現される。あるいは、これは、図３に示されている製品ハウジングすなわち固定子３の壁の中の真空孔通路２０ａによって実現されてもよい。別の代案では、これは、図３に示されている供給ハウジングすなわち固定子２の中の真空孔通路２０ｂによって実現されてもよい。弁が動作している時に、封止弁室内のあらゆるガスが最低圧の箇所に向かって流れるだろう。このプロセスでは、これは常に真空ポンプの吸引である。

真空ポンプ吸引に対する内側の弁からの流路を故意に実現することによって、供給回転子からの供給空気のあらゆる漏洩が、封止弁室内に累積して、上述した床の製品端を汚染することが可能である前に、供給回転子からの供給空気のあらゆる漏洩が真空ポンプ吸引によって連続的に排気されるだろう。上述の真空孔通路２０、２０ａ、２０ｂに対する別の通路が採用可能であり、および、封止弁室内に所望の低圧を維持することと同じ結果を生じさせるだろう。

上述の実施形態を、８サイクル段階を用いる４床式のＶＳＡ空気分離プロセスに関して説明してきたが、上述の原理は、回転弁ＶＳＡシステムを取り囲む空気中に存在する成分による吸着剤の汚染を防止するために、任意の数の床とサイクル段階とを用いてあらゆるガス混合物を分離するＶＳＡシステムに関しても使用されてよい。例えば、空気以外のガス混合物を分離するためのＶＳＡシステムが、周囲空気中の酸素によって汚染される可能性がある吸着剤を使用することが可能である。本発明の実施形態によって実現される回転弁がこの汚染を防止することが可能である。

したがって、本発明の全般的な実施形態が、複数の床連結箇所（供給端と製品端）と加圧供給空気と真空排気物または排出連結箇所とを有する回転弁を含む。この回転弁の本体が気密であるように封止されており、および、封止弁室が真空ポンプ吸引圧力または真空ポンプ吸引圧力の付近の圧力に維持される。封止は、Ｏリング、ガスケット、または、弁ハウジング部品の間の接合部の封止コンパウンドを使用することによって実現されてよい。必要に応じて、フランジ付きの連結箇所が使用されてもよい。

この回転弁は、適切な吸着プロセスサイクルを実現するために吸着剤床と供給管路と製品管路と排気物放出または排気管路とに対してポートが循環的に連結されるＶＳＡガス分離プロセスにおいて使用されてよい。（１）弁内のすべての回転シールの周縁が封止弁室内に封入されており、および、（２）バッファ室の内側体積内の圧力が固定子を通過するあらゆる通路の中の最低圧力に概ね等しい圧力またはこの最低圧力よりも低い圧力に維持される、上述の有利な特徴が、任意の数の回転子と固定子とを有する回転弁に適用されてよい。この弁は、反復可能な循環プロセス段階において１つまたは複数のプロセスソースから１つまたは複数のプロセス仕向先に流体を送るために任意のプロセスにおいて使用されてよい。

本発明の実施形態による回転弁の斜視分解組立図である。 断面が軸線と固定子ポート８ａ、８ｃと交差する、アセンブリされた形態での図１の回転弁の軸方向断面Ａ−Ａの図である。 断面が図面の平面内にありかつ軸線と固定子供給ポート１８と交差する、アセンブリされた形態での図１の回転弁の軸方向断面図である。 供給固定子に対する供給回転子の選択された相対的位置に関する、図２の断面Ｅ−Ｅによって示されている、アセンブリされた形態での図１の回転弁の半径方向断面図である。 製品固定子に対する製品回転子の選択された相対的位置に関する、図２の断面Ｄ−Ｄによって示されている、アセンブリされた形態での図１の回転弁の断面図である。 供給固定子に対する供給回転子の別の相対的位置を示す、図４の変更された図である。 製品固定子に対する製品回転子の別の相対的位置を示す、図５の変更された図である。 供給固定子に対する供給回転子の別の相対的位置を示す、図６Ａの変更された図である。 製品固定子に対する製品回転子の別の相対的位置を示す、図６Ｂの変更された図である。

符号の説明

１ 回転弁
２ 供給ハウジング部材
３ 製品ハウジング部材
４ 供給回転子
５ 製品回転子
６ 圧縮ばね
７ 駆動軸
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ 床供給端ポート
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ 床製品端ポート
１３ａ、１３ｂ 駆動突起
１４ａ、１４ｂ 嵌合突起
１７ シール

Claims (35)

1. 回転弁であって、
   （ａ）回転子面に対して垂直な軸線を中心として回転可能な回転子面を有する回転子であって、前記回転子面は複数の穴を有し、および、この回転子は前記複数の穴の少なくとも１対の穴を互いに連結する少なくとも１つの通路を含む回転子と、
   （ｂ）外側周縁を有する平らな回転弁シールを形成するように前記回転子面と封止状に接触している固定子面を有する固定子であって、前記固定子面は、前記回転子が回転するのに応じて少なくとも２つの穴が前記回転子面内の穴と逐次的に整合するようになっている複数の穴を有し、前記固定子面内の各々の穴はこの固定子を貫通するそれぞれの通路に連結されており、および、この固定子を貫通する前記通路の少なくとも１つは、真空ポンプに直接的に連結されている固定子真空通路である固定子と、
   （ｃ）封止弁室であって、前記回転子を取り囲みかつ前記平らな回転弁シールの前記外側周縁を取り囲んで前記回転弁と前記封止弁室とを取り囲む外側大気から前記平らな回転弁シールを隔離する封止弁室と、
   （ｄ）前記封止弁室に連結されている真空孔通路と、
   を備える回転弁。
2. 前記真空孔通路は前記固定子内に配置されており、および、前記封止弁室を前記固定子真空通路に連結する請求項１に記載の回転弁。
3. 前記封止弁室は外壁によって取り囲まれており、および、前記真空孔通路は前記外壁内に配置されておりかつ前記外壁を貫通する請求項１に記載の回転弁。
4. 前記真空孔通路は前記真空ポンプに連結されている請求項３に記載の回転弁。
5. 前記回転子は、前記固定子真空通路と連続的に整合する弓形の真空溝を有し、および、前記真空孔通路は前記回転子内に配置されており、かつ、前記弓形の真空溝を前記封止弁室と連結する請求項１に記載の回転弁。
6. 前記回転子を駆動するようになっている回転可能な駆動軸をさらに備える請求項１に記載の回転弁。
7. 前記駆動軸は前記固定子の中を同軸に通過し、および、前記駆動軸と前記固定子とに接触する形で軸シールによって回転可能に封止されている請求項６に記載の回転弁。
8. （ｅ）前記回転子面に対して垂直な軸線を中心として回転可能な回転子面を有する追加の回転子であって、この追加の回転子の前記回転子面は複数の穴を有し、および、この追加の回転子は前記複数の穴の少なくとも１対の穴を互いに連結する少なくとも１つの通路を含む追加の回転子と、
   （ｆ）外側周縁を有する追加の平らな回転弁シールを形成するように（ｅ）の前記回転子面と封止状に接触している固定子面を有する追加の固定子であって、前記固定子面は、前記追加の回転子が回転するのに応じて少なくとも２つの穴が（ｅ）の前記回転子面内の穴と逐次的に整合するようになっている複数の穴を有し、および、前記固定子面内の各々の穴は前記固定子を貫通するそれぞれの通路に連結されており、および、前記追加の回転子とこの追加の固定子は（ａ）の前記回転子と（ｂ）の前記固定子とに対して同軸に配置されている追加の固定子と、
   をさらに備え、
   前記追加の平らな回転弁シールの前記外側周縁は前記封止弁室に隣接している
   請求項１に記載の回転弁。
9. 前記真空孔通路は（ｂ）の前記固定子の中に配置されており、および、前記封止弁室を（ｂ）の前記固定子真空通路と連結する請求項８に記載の回転弁。
10. 前記封止弁室は外壁によって取り囲まれており、および、前記真空孔通路は前記外壁内に配置されかつ前記外壁を貫通する請求項８に記載の回転弁。
11. 前記真空孔通路は前記真空ポンプに連結されている請求項１０に記載の回転弁。
12. （ａ）の前記回転子は、前記固定子真空通路と連続的に整合する弓形の真空溝を有し、および、前記真空孔通路は前記回転子内に配置されており、かつ、前記封止弁室に前記弓形の真空溝を連結する請求項８に記載の回転弁。
13. 前記封止弁室は、（ｂ）の前記固定子の軸方向に延びる円周の長さ部分によって、または、（ｆ）の前記追加の固定子の軸方向に延びる円周の長さ部分によって、または、（ｂ）の前記固定子と（ｆ）の前記追加の固定子との軸方向に延びる円周の長さ部分によって部分的に形成されている請求項８に記載の回転弁。
14. 前記封止弁室は、（ｂ）の前記固定子の軸方向に延びる円周の長さ部分によって形成されており、および、（ｂ）の前記固定子の軸方向に延びる円周の長さ部分は、（ａ）の前記回転子と（ｅ）の前記追加の回転子との周りを軸方向に延び、そして（ｆ）の前記追加の固定子と封止可能な形で接触している請求項１３に記載の回転弁。
15. 前記封止弁室は、（ｆ）の前記追加の固定子の軸方向に延びる円周の長さ部分によって形成されており、および、（ｆ）の前記追加の固定子の軸方向に延びる円周の長さ部分は、（ａ）の前記回転子と（ｅ）の前記追加の回転子との周りを軸方向に延び、そして（ｂ）の前記固定子と封止可能な形で接触している請求項１３に記載の回転弁。
16. （ａ）の前記回転子と（ｅ）の前記追加の回転子とを駆動するようになっている回転可能な駆動軸をさらに備える請求項８に記載の回転弁。
17. 前記駆動軸は、（ｂ）の前記固定子または（ｆ）の前記追加の固定子のどちらかの中を通って同軸に通過し、および、前記駆動軸と（ｂ）の前記固定子または（ｆ）の前記追加の固定子とにそれぞれに接触している軸シールによって回転可能に封止されている請求項１６に記載の回転弁。
18. 回転弁であって、
    （ａ）回転子面に対して垂直な軸線を中心として回転可能な回転子面を有する第１の回転子であって、前記回転子面は複数の穴を有し、および、この第１の回転子は、前記複数の穴の少なくとも１対の穴を互いに連結する少なくとも１つの通路を含む第１の回転子と、
    （ｂ）外側周縁を有する第１の平らな回転弁シールを形成するように前記第１の回転子の前記回転子面と封止状に接触している固定子面を有する第１の固定子であって、この第１の固定子の前記固定子面は、前記第１の回転子が回転するのに応じて少なくとも２つの穴が前記第１の回転子の前記回転子面内の穴と逐次的に整合するようになっている複数の穴を有し、および、前記第１の固定子の前記固定子面内の各々の穴は前記第１の固定子を貫通するそれぞれの通路に連結されている第１の固定子と、
    （ｃ）回転子面に対して垂直な軸線を中心として回転可能な回転子面を有する第２の回転子であって、この第２の回転子の前記回転子面は複数の穴を有し、および、この第２の回転子は、前記複数の穴の少なくとも１対の穴を互いに連結する少なくとも１つの通路を含む第２の回転子と、
    （ｄ）外側周縁を有する第２の平らな回転弁シールを形成するように前記第２の回転子の前記回転子面と封止状に接触している固定子面を有する第２の固定子であって、この第２の固定子面は、前記第２の回転子が回転するのに応じて少なくとも２つの穴が前記第２の回転子面内の穴と逐次的に整合するようになっている複数の穴を有し、および、この第２の固定子の前記固定子面内の各々の穴はこの第２の固定子を貫通するそれぞれの通路に連結されており、および、前記第２の回転子とこの第２の固定子は前記第１の回転子と前記第１の固定子とに対して同軸に配置されている第２の固定子と、
    （ｅ）封止弁室であって、前記回転子を取り囲みかつ前記第１の平らな回転弁シールの前記外側周縁と前記第２の平らな回転弁シールの前記外側周縁とを取り囲んで前記回転弁と前記封止弁室とを取り囲む外側大気から前記第１および第２の回転弁シールの前記外側周縁を隔離する封止弁室と、
    （ｆ）前記封止弁室に連結されている真空孔通路
    とを備える回転弁。
19. 前記第１の固定子を貫通する前記通路の少なくとも１つは、真空ポンプに直接的に連結されている固定子真空通路であり、および、前記真空孔通路は、前記第１の固定子内に配置されており、かつ、前記封止弁室を前記第１の固定子内の前記固定子真空通路に連結する請求項１８に記載の回転弁。
20. 前記封止弁室は外壁によって取り囲まれており、および、前記真空孔通路は前記外壁内に配置されておりかつ前記外壁を貫通する請求項１８に記載の回転弁。
21. 前記真空孔通路は前記真空ポンプに連結されている請求項２０に記載の回転弁。
22. 前記第１の回転子は、真空ポンプに連結されている固定子真空通路と連続的に整合する弓形の真空溝を有し、および、前記真空孔通路は前記第１の回転子内に配置されており、かつ、前記弓形の真空溝を前記封止弁室と連結する請求項１８に記載の回転弁。
23. 前記封止弁室は、前記第１の固定子の軸方向に延びる円周の長さ部分によって、または、前記第２の固定子の軸方向に延びる円周の長さ部分によって、または、前記第１の固定子と前記第２の固定子との軸方向に延びる円周の長さ部分によって部分的に形成されている請求項２２に記載の回転弁。
24. 前記封止弁室は、前記第１の固定子の軸方向に延びる円周の長さ部分によって形成されており、および、前記第１の固定子の軸方向に延びる円周の長さ部分は、前記第１の回転子と前記第２の回転子との周りを軸方向に延び、そして前記第２の固定子と封止可能な形で接触している請求項２３に記載の回転弁。
25. 前記封止弁室は、前記第２の固定子の軸方向に延びる円周の長さ部分によって形成されており、および、前記第２の固定子の軸方向に延びる円周の長さ部分は、前記第１の回転子と前記第２の回転子との周りを軸方向に延び、そして前記第１の固定子と封止可能な形で接触している請求項２３に記載の回転弁。
26. 前記第１の回転子と前記第２の回転子とを駆動するようになっている回転可能な駆動軸をさらに備える請求項１８に記載の回転弁。
27. 前記駆動軸は、前記第１の固定子または前記第２の固定子のどちらかの中を通って同軸に通過し、および、前記駆動軸と前記第１の固定子または前記第２の固定子とにそれぞれに接触している軸シールによって回転可能な形で封止されている請求項２６に記載の回転弁。
28. 回転弁であって、
    （ａ）回転子面に対して垂直な軸線を中心として回転可能な回転子面を有する回転子であって、前記回転子面は複数の穴を有し、および、この回転子は前記複数の穴の少なくとも１対の穴を互いに連結する少なくとも１つの通路を含む回転子と、
    （ｂ）外側周縁を有する平らな回転弁シールを形成するように前記回転子面と封止状に接触している固定子面を有する固定子であって、前記固定子面は、前記回転子が回転するのに応じて少なくとも２つの穴が前記回転子面内の穴と逐次的に整合するようになっている複数の穴を有し、前記固定子面内の各々の穴はこの固定子を貫通するそれぞれの通路に連結されている固定子と、
    （ｃ）前記回転子を取り囲みかつ前記平らな回転弁シールの前記外側周縁を取り囲む封止弁室と、前記封止弁室を外側大気から分離する壁と、
    （ｄ）前記封止弁室に連結されている真空孔通路と、
    を備え、
    前記固定子を貫通する前記通路はどれも前記封止弁室と流動連通していない
    回転弁。
29. 前記真空孔通路は、前記封止弁室の前記壁の中に配置されており、かつ、前記壁を貫通する請求項２８に記載の回転弁。
30. 前記真空孔通路は真空ポンプに連結されている請求項２９に記載の回転弁。
31. 前記回転子は、真空ポンプに連結されている固定子真空通路と連続的に整合する弓形の真空溝を有し、および、前記真空孔通路は前記回転子内に配置されており、かつ、前記弓形の真空溝を前記封止弁室と連結する請求項２８に記載の回転弁。
32. 回転弁を動作させる方法であって、
    （ａ）回転弁を提供することであって、
    （１）回転子面に対して垂直な軸線を中心として回転可能な回転子面を有する回転子であって、前記回転子面は複数の穴を有し、および、この回転子は、前記複数の穴の少なくとも１対の穴を互いに連結する少なくとも１つの通路を含む回転子と、
    （２）外側周縁を有する平らな回転弁シールを形成するように前記回転子面と封止状に接触している固定子面を有する固定子であって、前記固定子面は、前記回転子が回転するのに応じて少なくとも２つの穴が前記回転子面内の穴と逐次的に整合するようになっている複数の穴を有し、前記固定子面内の各々の穴は前記固定子を貫通するそれぞれの通路に連結されており、および、この固定子を貫通する通路の少なくとも１つは、真空ポンプに直接的に連結されている固定子真空通路である固定子と、
    （３）封止弁室であって、前記回転子を取り囲みかつ前記平らな回転弁シールの前記外側周縁を取り囲んで前記回転弁と前記封止弁室とを取り囲む外側大気から前記平らな回転弁シールを隔離する封止弁室と、
    （４）前記封止弁室に連結されている真空孔通路
    とを備える回転弁を提供することと、
    （ｂ）前記固定子と封止状に接触している状態で前記回転子を回転させることと、前記固定子を貫通するすべての前記通路の中の最低圧力に実質的に等しい値または前記最低圧力よりも低い値に、前記封止弁室内の圧力を維持することと、
    を含む方法。
33. 回転弁を動作させる方法であって、
    （ａ）回転弁を提供することであって、
    （１）回転子面に対して垂直な軸線を中心として回転可能な回転子面を有する回転子であって、前記回転子面は複数の穴を有し、および、この回転子は前記複数の穴の少なくとも１対の穴を互いに連結する少なくとも１つの通路を含む回転子と、
    （２）外側周縁を有する平らな回転弁シールを形成するように前記回転子面と封止状に接触している固定子面を有する固定子であって、前記固定子面は、前記回転子が回転するのに応じて少なくとも２つの穴が前記回転子面内の穴と逐次的に整合するようになっている複数の穴を有し、前記固定子面内の各々の穴は前記固定子を貫通するそれぞれの通路に連結されている固定子と、
    （３）前記回転子を取り囲みかつ前記平らな回転弁シールの前記外側周縁を取り囲む封止弁室と、前記封止弁室を外側大気から分離する壁と、
    （４）前記封止弁室に連結されている真空孔通路と、
    を備え、
    前記固定子を貫通する前記通路はどれも前記封止弁室と流動連通していない
    回転弁を提供することと、
    （ｂ）前記固定子と封止状に接触している状態で前記回転子を回転させることと、前記固定子を貫通するすべての前記通路の中の最低圧力に実質的に等しい値または前記最低圧力よりも低い値に、前記封止弁室内の圧力を維持すること
    とを含む方法。
34. 回転弁を動作させる方法であって、
    （ａ）回転弁を提供することであって、
    （１）回転子面に対して垂直な軸線を中心として回転可能な回転子面を有する第１の回転子であって、前記回転子面は複数の穴を有し、および、この第１の回転子は前記複数の穴の少なくとも１対の穴を互いに連結する少なくとも１つの通路を含む第１の回転子と、
    （２）外側周縁を有する第１の平らな回転弁シールを形成するように前記第１の回転子の前記回転子面と封止状に接触している固定子面を有する第１の固定子であって、この第１の固定子の前記固定子面は、前記第１の回転子が回転するのに応じて少なくとも２つの穴が前記第１の回転子の回転子面内の穴と逐次的に整合するようになっている複数の穴を有し、および、この第１の固定子の前記固定子面内の各々の穴はこの第１の固定子を貫通するそれぞれの通路に連結されている第１の固定子と、
    （３）回転子面に対して垂直な軸線を中心として回転可能な回転子面を有する第２の回転子であって、この第２の回転子の前記回転子面は複数の穴を有し、および、この第２の回転子は前記複数の穴の少なくとも１対の穴を互いに連結する少なくとも１つの通路を含む第２の回転子と、
    （４）外側周縁を有する第２の平らな回転弁シールを形成するように前記第２の回転子の前記回転子面と封止状に接触している固定子面を有する第２の固定子であって、この第２の固定子面は、前記第２の回転子が回転するのに応じて前記第２の回転子面内の穴と逐次的に整合するようになっている複数の穴を有し、および、この第２の固定子の前記固定子面内の各々の穴はこの第２の固定子を貫通するそれぞれの通路に連結されており、および、前記第２の回転子とこの第２の固定子は前記第１の回転子と前記第１の固定子とに対して同軸に配置されている第２の固定子と、
    （５）封止弁室であって、前記回転子を取り囲みかつ前記第１の平らな回転弁シールの前記外側周縁と前記第２の平らな回転弁シールの前記外側周縁とを取り囲んで前記回転弁と前記封止弁室とを取り囲む外側大気から前記第１および第２の回転弁シールの前記外側周縁を隔離する封止弁室と、
    （６）前記封止弁室に連結されている真空孔通路と、
    を備える回転弁を提供することと、
    （ｂ）前記第１および第２の固定子と封止状に接触している状態で前記第１および第２の回転子をそれぞれに回転させることと、前記第１の固定子と前記第２の固定子とを貫通するすべての通路の中の最低圧力に実質的に等しい値または前記最低圧力よりも低い値に、前記封止弁室内の圧力を維持すること
    とを含む方法。
35. 真空スイング吸着システムを動作させる方法であって、
    （ａ）真空スイング吸着システムを提供することであって、
    （１）吸着剤材料を各々が収容しかつ供給入口と製品出口とを各々が有する複数の吸着剤容器と、
    （２）入口と出口とを有する真空ポンプと、
    （３）回転弁であって、
    （３ａ）回転子面に対して垂直な軸線を中心として回転可能な回転子面を有する回転子であって、前記回転子面は複数の穴を有し、および、この回転子は、前記複数の穴の少なくとも１対の穴を互いに連結する少なくとも１つの通路を含む回転子と、
    （３ｂ）外側周縁を有する平らな回転弁シールを形成するように前記回転子面と封止状に接触している固定子面を有する固定子であって、前記回転子が回転するのに応じて少なくとも２つの穴が前記回転子面内の穴と逐次的に整合するようになっている複数の穴を有し、前記固定子面内の各々の穴はこの固定子を貫通するそれぞれの通路に流動連通している固定子と、
    （３ｃ）前記回転子を取り囲みかつ前記平らな回転弁シールの前記外側周縁を取り囲む封止弁室と、前記封止弁室を外側大気から分離する壁と、
    （３ｄ）前記封止弁室と前記真空ポンプの入口とに対して流動連通している真空孔通路と、
    を備え、
    前記固定子を貫通する前記通路の１つが複数の吸着剤容器の１つの吸着剤容器の供給入口に連結されており、および、前記固定子を貫通する前記通路の別の通路が前記真空ポンプの入口に連結されている
    回転弁と
    を含む真空スイング吸着システムを提供することと、
    （ｂ）供給ガス混合物を前記真空スイング吸着システムの中に送り込むことと、超大気圧で製品を供給および形成することと、選択された準大気圧への排気と、超大気圧への昇圧とを少なくとも含む逐次的な段階において各々の前記吸着剤容器を動作させること
    であって、
    （ｂ）の前記逐次的段階中に、前記封止弁室内の圧力が、前記選択された準大気圧に等しい圧力または前記選択された準大気圧よりも低い圧力に維持される
    こと
    とを含む方法。

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