JP7164807B2 - 濃縮ガス供給装置用のロータリー弁 - Google Patents
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Description
弁箱と、
前記弁箱内に回転自在に設けられた弁体と、を備え、
前記弁箱に、
加圧空気を流入させる吸気ポートと、吸着筒からの脱着ガスを排出させる排気ポートと、複数の前記吸着筒のそれぞれに接続される吸着筒ポートを含む複数の吸着筒用流路と、が形成され、
前記弁体に、
当該弁体の回転中における所定のタイミングで前記吸気ポートと前記各吸着筒用流路とを接続する吸気接続流路と、前記排気ポートと前記各吸着筒用流路とを接続する排気接続流路と、が形成され、
前記吸気接続流路が、
前記弁体の回転軸心に沿って形成されかつ前記吸気ポートに連通する第1縦流路と、前記第1縦流路と前記各吸着筒用流路とを接続しかつ前記回転軸心方向において互いに異なる位置に配置された複数の第1横流路と、を有し、
前記排気接続流路が、
前記第1縦流路と前記回転軸心方向において異なる位置に前記回転軸心に沿って形成されかつ前記排気ポートに連通する第2縦流路と、前記第2縦流路と前記各吸着筒用流路とを接続しかつ前記回転軸心方向において互いに異なる位置に配置された複数の第2横流路と、を有している。
このような構成によって、吸気接続流路の第1縦流路と排気接続流路の第2縦流路との双方を、吸着筒用流路に簡単な構成で接続することができる。
前記第1横流路及び前記第2横流路が、前記各吸着筒用流路との連通時間に応じた周方向の長さを有する連通溝を含む。
以上のように、弁体を一定速度で回転させることで、第1横流路及び第2横流路をそれぞれ吸着筒用流路に適切に連通させることができる。
前記弁体に、当該弁体の回転中における所定のタイミングで前記各大気開放用流路と前記各吸着筒用流路とを互いに連通させる連通流路が形成されている。
このような構成によって、コンプレッサ又は真空ポンプによって吸着筒を加圧又は減圧する前に、大気開放用ポートおよび連通流路を用いて吸着筒を大気圧まで増圧又は減圧することができる。
このような構成によって、コンプレッサ又は真空ポンプによって吸着筒を加圧又は減圧する前に、大気開放用ポートを用いて吸着筒を大気圧まで増圧又は減圧することができる。
このような構成によって、互いに回転軸心方向に関して異なる位置に配置される吸気接続流路と排気接続流路とに、それぞれ吸気ポートと排気ポートとを容易に連通させることができる。
このような構成によって、吸着筒ポートを含む複数の吸着筒用流路を形成するためのスペースを弁箱に十分確保することができる。
図1は、第1の実施形態に係るロータリー弁(制御弁)が適用された濃縮ガス供給装置の説明図である。
本実施形態の濃縮ガス供給装置Aは、酸素濃縮装置であり、3筒の吸着筒1a,1b,1cと、コンプレッサ2と、真空ポンプ3と、酸素タンク4と、ロータリー弁(制御弁)30とを備えた、VPSA方式の酸素濃縮装置である。参照符号1a,1b及び1cは、それぞれ第1の吸着筒、第2の吸着筒及び第3の吸着筒を示している。
つぎに前述した構成を備えた酸素濃縮装置Aの操作例について、図2及び図3を参照しつつ説明する。図2は、図1に示される酸素濃縮装置Aにおける弁の開通期間及び各吸着筒の圧力変動ないし変化を示す図であり、図3は、図2の部分図であって、第1の吸着筒1aの1サイクルの圧力変化と開閉弁及び逆止弁(以下、「開閉弁等」ともいう)の開通状態を示す図である。図2及び図3において、左側から右側に時間が経過している。また、図2において、上側の図は、各開閉弁等の開通期間を示しており、下側の図は、各吸着筒内部の圧力の変化を示している。吸着筒内の圧力は、負圧状態から加圧状態までの間で変化する。
吸着筒1a内の圧力が上昇して、所定の圧力以上になると、当該吸着筒1aの出口側(酸素タンク側)の管路12aに設けられた逆止弁17aが開状態になる。逆止弁17aは時点t1で開状態になっている。逆止弁17aが開状態になると、吸着筒1a内の酸素濃縮ガスは、管路7を経て酸素タンク4内に供給される。逆止弁17aが開通している状態では、コンプレッサ2から吸着筒1a内に加圧空気が供給されていても、当該吸着筒1aの出口側が開放されているので吸着筒1a内の圧力は一定である。
また、同様に、本実施形態では、第1の吸着筒1a、第2の吸着筒1b、第3の吸着筒1cの順に開閉弁15a,15b,15cが開状態になっている。換言すれば、第1の吸着筒1a、第2の吸着筒1b、第3の吸着筒1cの順に真空ポンプ3で吸着筒内の気体が吸気されている。
次にロータリー30の具体的な構造について詳細に説明する。図4は、ロータリー弁の斜視図、図5は、ロータリー弁の正面図、図6は、ロータリー弁の平面図である。また、図7は、ロータリー弁の断面斜視図である。
ロータリー弁30は、弁箱31と、弁体61とを備えている。
弁箱31は、多角柱形状に形成されている。弁箱31の中心には円筒形状の収容孔32が形成されている。本実施形態の弁箱は正八角柱であり、外周には8つの平面33a~33hが形成されている。
図5に示すように、弁箱31の外周の一つの平面(第7の平面)33gには、吸気ポート34と、排気ポート35とが開口している。吸気ポート34は、弁箱31の一端部(上端部)に形成され、排気ポート35は、弁箱31の他端部(下端部)に形成されている。また、吸気ポート34及び排気ポート35は、第1の平面33aから収容孔32まで径方向に貫通して形成されている。
第1~第3大気開放用ポート45,46,47は、それぞれが開口する平面から収容孔32までの間を貫通して形成されている。第1~第3大気開放用ポート45,46,47には、それぞれ管路を接続するための継手45a,46a,47aが取り付けられている。図1に示すように、第1~第3大気開放用ポート45,46,47には、大気開放用の連通管8a,8b,8cが接続される。この第1~第3大気開放用ポート45,46,47は、弁箱31に形成された第1~第3大気開放用流路56,57,58の一部を構成している。この第1~第3大気開放用流路56,57,58については、後述する。
図8は、ロータリー弁30の弁体61の正面図である。
弁体61は、略円柱形状に形成されている。弁体61は、弁箱31の収容孔32に挿入されている。弁体61の上端及び下端は、それぞれ弁箱31の上端部及び下端部に取り付けられた転がり軸受59(図7参照)によって自身の中心(回転軸心)O周りに回転自在に支持されている。
弁体61には、吸気接続流路67と、排気接続流路68とが形成されている。
吸気接続流路67は、前述した吸気ポート34と、第1~第3吸着筒用流路41,42,43とを連通させるための流路であり、排気接続流路68は、排気ポート35と、第1~第3吸着筒用流路41,42,43とを連通させるための流路である。吸気接続流路67は、弁体61の上部側に形成され、排気接続流路68は、弁体61の下部側に形成されている。
吸気接続流路67は、第1縦流路71と、複数の第1横流路72a,72b,72cとを有する。第1縦流路71は、弁体61の上部側において弁体61の中心(回転軸心)O上に形成された流路である。第1縦流路71は、上位6箇所の開閉部13a,13b,13c、21a,21b,21cにわたる長さで形成されている。弁体61の吸気部64における周溝64aは、周方向の1個所で第1縦流路71に接続されており、第1縦流路71と吸気ポート34とは常に連通している。
排気接続流路68は、第2縦流路74と、複数の第2横流路75a,75b,75cとを有する。
第2縦流路74は、弁体61の下部側において弁体61の中心(回転軸心)O上に形成された流路である。したがって、第2縦流路74は、第1縦流路71と同心状に形成され、第1縦流路71とは回転軸心方向に異なる位置に形成されている。第2縦流路74は、下位3箇所の開閉部15a,15b,15cにわたる長さで形成されている。弁体61の排気部65における周溝65aは、周方向の1個所で第2縦流路74に接続されており、第2縦流路74と排気ポート35とは常に連通している。
(第1吸着筒用流路41と吸気及び排気接続流路67,68との連通)
図9に示すように、弁箱31の第1吸着筒用流路41は、第3縦流路48と、複数の第3横流路49とを有する。第3縦流路48は、弁体61の回転軸心O方向に沿って(平行に)形成されている。また第3縦流路48は、回転軸心O方向に関して、第1縦流路71と第2縦流路74とに跨る範囲で形成されている。第1吸着筒ポート36は、回転軸心Oを横切る方向に第1の平面33aから第3縦流路48までを貫通して形成されている。また、第1吸着筒ポート36は、回転軸心O方向に関して、第1吸気側開閉部13aと同一位置に配置されている。
図10に示すように、弁箱31の第2吸着筒用流路42は、第1吸着筒用流路41と同様に、第3縦流路50と、複数の第3横流路51とを有する。第3縦流路50は、弁体61の回転軸心O方向に沿って形成されている。また第3縦流路50は、第1縦流路71と第2縦流路74とに跨る範囲で形成されている。第2吸着筒ポート37は、回転軸心Oを横切る方向に第2の平面33cから第3縦流路50までを貫通して形成されている。また、第2吸着筒ポート37は、回転軸心O方向に関して、第2吸気側開閉部13bの位置に配置されている。
図11に示すように、弁箱31の第3吸着筒用流路43は、第1及び第2吸着筒用流路41,42と同様に、第3縦流路52と、複数の第3横流路53とを有する。第3縦流路52は、弁体61の回転軸心O方向に沿って形成されている。また第3縦流路52は、第1縦流路71と第2縦流路74とに跨る範囲で形成されている。第3吸着筒ポート38は、回転軸心Oを横切る方向に第3の平面33eから第3縦流路52までを貫通して形成されている。また、第3吸着筒ポート38は、回転軸心O方向に関して、第3吸気側開閉部13cの位置に配置されている。
図9~図11に示すように、弁体61は、弁箱31内において一定速度で回転し、図2に示す1サイクルで1回転する。そして、弁体61の吸気接続流路67における第1横流路72a,72b,72cが、第1~第3吸着筒用流路41,42,43における吸気側第3横流路49a,51a,53aと連通している間、吸気ポート34と第1~第3吸着筒ポート36,37,38とが接続され、コンプレッサ2からの圧縮空気が第1~第3の吸着筒1a,1b,1cに供給される。
図13(e)は、図5のE-E線断面図であり、図13(f)は、図5のF-F線断面図、図13(g)は、図5のG-G線断面図である。
弁箱31に形成された大気開放用流路56,57,58は、前述した第1~第3大気開放用ポート45,46,47と、第1~第3吸着筒用流路41,42,43における第3縦流路48,50,52と収容孔32との間で貫通して形成された第4横流路54a,54b,54cとを備えている。
図12は、図2のαの時点における図5のA-A線、B-B線、C-C線、D-D線の各断面図、図13は、図2のαの時点における図5のE-E線、F-F線、G-G線の各断面図、図14は、図2のαの時点における図5のH-H線、I-I線、J-J線、K-K線の各断面図である。
図12(a)は吸気部64を示す。弁箱31の吸気ポート34は、弁体61の吸気部64における周溝64aを介して弁体61の第1縦流路71に連通している。
図12(b)は第1吸気側開閉部13aを示す。弁体61は、吸気接続流路67の第1横流路72aが第1吸着筒用流路41に連通し始めている。第1横流路72aの連通溝72a1は、図2に示す第1吸気側開閉部13aの開通期間に応じた周方向の長さを有している。
図12(d)は、第3吸気側開閉部13cを示す。吸気接続流路67の第1横流路72cが第3吸着筒用流路43との連通を終えたところであり、第3吸気側開閉部13cは閉じた状態にある。
図13(f)は、第2大気開放開閉部21bを示す。第2大気開放用ポート46と、第2吸着筒用流路42とは、吸気側及び排気側の第2連通流路77b1,77b2のいずれによっても連通していないので、第2の吸着筒1bも大気に開放されていない。
図14(i)は、第2排気側開閉部15bを示す。弁体61の排気接続流路68の第2横流路75bが、第2吸着筒用流路42に連通しているので、第2排気側開閉部15bは開いた状態にある。
図15(c)は、第2吸気側開閉部13bを示し、弁体61の吸気接続流路67の第1横流路72bが、第2吸着筒用流路42に接続され、第2吸気側開閉部13bが開いた状態となる。
図15(j)は、第3排気側開閉部15cを示し、弁体61の排気接続流路68の第2横流路75cが、第3吸着筒用流路43に連通し、第3排気側開閉部15cが開いた状態にある。
上記実施形態のロータリー弁30は、図9~図11に示すように、弁箱31と、弁箱31内に回転自在に設けられた弁体61と、を備えている。弁箱31には、加圧空気を流入させる吸気ポート34と、吸着筒1a,1b,1cからの脱着ガスを排出させる排気ポート35と、複数の吸着筒1a,1b,1cのそれぞれに接続される吸着筒ポート36,37,38を含む複数の吸着筒用流路41,42,43とが形成される。弁体61には、当該弁体61の回転中における所定のタイミングで吸気ポート34と各吸着筒用流路41,42,43とを接続する吸気接続流路67と、排気ポート35と各吸着筒用流路41,42,43とを接続する排気接続流路68とが形成される。そして、吸気接続流路67は、弁体61の回転軸心Oに沿って形成されかつ吸気ポート34に連通する第1縦流路71と、第1縦流路71と各吸着筒用流路41,42,43とを接続しかつ弁体61の回転軸心O方向において互いに異なる位置に配置された複数の第1横流路72a,72b,72cと、を有している。さらに、排気接続流路68は、第1縦流路71と回転軸心O方向において異なる位置に回転軸心Oに沿って形成されかつ排気ポート35に連通する第2縦流路74と、第2縦流路74と各吸着筒用流路41,42,43とを接続しかつ回転軸心O方向において互いに異なる位置に配置された複数の第2横流路75a,75b,75cとを有している。
図16は、第2の実施形態に係るロータリー弁(制御弁)が適用された濃縮ガス供給装置の説明図である。
本実施形態のロータリー弁30は、大気開放用ポート45,46,47を備えているが、大気開放開閉部21a,21b,21cとしての機能を備えておらず、大気開放用ポート45,46,47に接続される連通管8a,8b,8cにそれぞれ開閉弁21a,21b,21cが別途設けられている。
本実施形態のロータリー弁30は、図10に示す第1の実施形態に係るロータリー弁30と比べると、大気開放開閉部21a,21b,21cに相当する部分がなく、弁体61には、吸気側開閉部13a,13b,13cと排気側開閉部15a,15b,15cとの6つの開閉部が弁体61の回転軸心O方向に並べて設けられている。そして、第2大気開放用ポート46は、第2吸着筒用流路42の第3縦流路50に接続されている。第1大気開放用ポート45及び第3大気開放用ポート47については、図示しないが、それぞれ第1吸着筒用流路41の第3縦流路48と、第3吸着筒用流路43の第3縦流路52とに接続される。
その他の構成は、第1の実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
図18は、第3の実施形態に係るロータリー弁(制御弁)が適用された濃縮ガス供給装置の説明図である。
本実施形態のロータリー弁30は、大気開放用ポートを備えていない。したがって、大気開放に用いられる連通路8a,8b,8cは、管路11a,11b,11cから直接分岐している。
ロータリー弁30は、第2の実施形態と同様に、図10に示す第1の実施形態のロータリー弁30と比べると、大気開放開閉部21a,21b,21cに相当する部分がなく、弁体61には、吸気側開閉部13a,13b,13cと排気側開閉部15a,15b,15cとの6つの開閉部が弁体61の回転軸心O方向に並べて設けられている。
その他の構成は、第1の実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
本開示は前述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内において種々の変更が可能である。
例えば、前述した実施形態では、3つの吸着筒を備えた酸素濃縮装置としているが、吸着筒の数は3以上の複数であればよく、例えば4つの吸着筒を備えていてもよい。
また、本開示の濃縮ガス供給装置は、酸素濃縮装置に限らず、酸素以外のガス(例えば、窒素)を濃縮して供給する装置であってもよい。
1b:第2の吸着筒
1c:第3吸着筒
30:ロータリー弁(制御弁)
31:弁箱
34:吸気ポート
35:排気ポート
36:第1吸着筒ポート
37:第2吸着筒ポート
38:第3吸着筒ポート
41:第1吸着筒用流路
42:第2吸着筒用流路
43:第3吸着筒用流路
45:第1大気開放用ポート
46:第2大気開放用ポート
47:第3大気開放用ポート
48,50,52:第3縦流路
49,51,53:第3横流路
56:第1大気開放用流路
57:第2大気開放用流路
58:第3大気開放用流路
61:弁体
67:吸気接続流路
68:排気接続流路
71:第1縦流路
72a,72b,72c:第1横流路
72a1,72b1,72c1:吸気側連通溝
74:第2縦流路
75a,75b,75c:第2横流路
75a1,75b1,75c1:排気側連通溝
77a1,77a2:第1連通流路
77b1,77b2:第2連通流路
77c1,77c2:第3連通流路
O:回転軸心
Claims (7)
- 弁箱(31)と、
前記弁箱(31)内に回転自在に設けられた弁体(61)と、を備え、
前記弁箱(31)に、
加圧空気を流入させる1つの吸気ポート(34)と、吸着筒(1a,1b,1c)からの脱着ガスを排出させる1つの排気ポート(35)と、複数の前記吸着筒(1a,1b,1c)のそれぞれに接続される吸着筒ポート(36,37,38)を含む複数の吸着筒用流路(41,42,43)と、が形成され、
前記弁体(61)に、
当該弁体(61)の回転中における所定のタイミングで前記吸気ポート(34)と前記各吸着筒用流路(41,42,43)とを接続する吸気接続流路(67)と、前記弁体(61)の回転中における所定のタイミングで前記排気ポート(35)と前記各吸着筒用流路(41,42,43)とを接続する排気接続流路(68)と、が形成され、
前記吸気接続流路(67)が、
前記弁体(61)の回転軸心(O)に沿って形成されかつ前記吸気ポート(34)に連通する1つの第1縦流路(71)と、1つの前記第1縦流路(71)と前記各吸着筒用流路(41,42,43)とを接続しかつ前記回転軸心(O)方向において互いに異なる位置に配置された複数の第1横流路(72a,72b,72c)と、を有し、
前記排気接続流路(68)が、
前記第1縦流路(71)と前記回転軸心(O)方向において異なる位置に前記回転軸心(O)に沿って形成されかつ前記排気ポート(35)に連通する1つの第2縦流路(74)と、1つの前記第2縦流路(74)と前記各吸着筒用流路(41,42,43)とを接続しかつ前記回転軸心(O)方向において互いに異なる位置に配置された複数の第2横流路(75a,75b,75c)と、を有している、濃縮ガス供給装置用のロータリー弁。 - 前記各吸着筒用流路(41,42,43)が、前記回転軸心(O)方向において前記第1縦流路(71)と前記第2縦流路(74)とに跨る範囲で形成された第3縦流路(48,50,52)と、前記第1、第2横流路(72a,72b,72c、75a,75b,75c)にそれぞれ接続される複数の第3横流路(49,51,53)とを有している、請求項1に記載の濃縮ガス供給装置用のロータリー弁。
- 前記弁体(61)が、一定速度で回転駆動されるものであり、
前記第1横流路(72a,72b,72c)及び前記第2横流路(75a,75b,75c)が、前記各吸着筒用流路(41,42,43)との連通時間に応じた周方向の長さを有する連通溝(72a1,72b1,72c1、75a1,75b1,75c1)を含む、請求項1又は2に記載の濃縮ガス供給装置用のロータリー弁。 - 前記弁箱(31)に、大気開放用ポート(45,46,47)を含む大気開放用流路(56,57,58)が複数形成され、
前記弁体(61)に、当該弁体(61)の回転中における所定のタイミングで前記各大気開放用流路(56,57,58)と前記各吸着筒用流路(41,42,43)とを互いに連通させる連通流路(77a1,77b1,77c1、77a2,77b2,77c2)が形成されている、請求項1~3のいずれか1項に記載の濃縮ガス供給装置用のロータリー弁。 - 前記弁箱(31)に、前記各吸着筒用流路(41,42,43)と連通する複数の大気開放用ポート(45,46,47)が形成されている、請求項1~3のいずれか1項に記載の濃縮ガス供給装置用のロータリー弁。
- 前記吸気ポート(34)と前記排気ポート(35)とが、前記回転軸心(O)方向に関して互いに異なる位置に配置される、請求項1~5のいずれか1項に記載の濃縮ガス供給装置用のロータリー弁。
- 複数の吸着筒ポート(36,37,38)が、前記回転軸心(O)を中心とする周方向に関して互いに異なる位置に配置されている、請求項1~6のいずれか1項に記載の濃縮ガス供給装置用のロータリー弁。
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