(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁箱内に、弁箱外に通じる弁室を形成し、該弁室内に、固定シートと、固定シート上に摺接回転する弁体を配し、前記シートには、シート中心と、シート中心から離れて同一円周上の複数個所に、弁箱外に導かれる通孔を設け、弁体は、中心部に半円突出部を有し、該突出部両端と周縁間に、直径線に合わせて端縁を形成してなり、弁体の摺動面側に、シート中心の通孔と同一円周上の通孔とを連通させる凹部を設け、該凹部回りに形成される摺動面のうち、凹部から弁体両端縁に掛けての摺動面で同一円周上の通孔を開閉するようにし、外部回転駆動軸に連結されるカップリングを、弁箱に回転自在に支持し、該カップリングをバネの付勢下に弁体中心部に結合したことを特徴とするロータリー弁。
【請求項２】
固定シート及び弁体をセラミック材で構成したことを特徴とする請求項１記載のロータリー弁。
【請求項３】
弁室を圧縮空気供給源に接続し、固定シートの同一円周上の通孔を、複数の吸着媒体を収容した吸着筒に振り分け接続し、シート中心の通孔を排気口としたことを特徴とする請求項１又は２記載のロータリー弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は酸素濃縮装置に適用されるロータリー弁に関するものであり、さらに詳しくは、吸着筒内に充填した吸着媒体に空気を接触させて空気中の窒素を吸着媒体に吸着させて除去し、酸素の濃縮ガスを製造する酸素濃縮装置用ロータリー弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、空気中に含まれる窒素を除去して酸素の濃縮ガスを製造する酸素濃縮装置として、合成ゼオライト等からなる窒素吸着媒体を充填した２つの吸着筒を用い、一方の吸着筒に圧縮空気を供給して酸素濃化ガスを生成させる吸着工程と、他方の吸着筒は内部を大気開放して窒素の脱着を行わしめる減圧工程を、交互に切り替え操作して酸素の濃縮ガスを連続的に得る装置が実用されている。
【０００３】
この場合の両方の吸着筒は、それぞれに所定の圧力で空気を供給する空気供給管路と、酸素の濃縮ガスを取り出すガス取出し管路と、空気の供給を遮断した状態で吸着筒の内部を大気開放する脱着ガス排出管路が接続され、これらの管路に対し、２つの吸着筒を、吸着工程と減圧工程に所定の周期で切り替え制御するために、多くの電磁弁が使用され、これらの電磁弁はタイマー、リレー、シーケンサー等で複雑に制御される。さらに、多くの電気結線や配管継手が必要であり、修理メンテナンスは困難を極め、組立て工数も多く必要である。また、電磁弁開閉によって吸着筒への急激な空気突入や急激排気が生じ、吸着材の微粉化や騒音の原因になる。また、周波数の違いにより、空気供給源のコンプレッサーの吐出量が変化するため、電磁弁群の制御時間を変更する必要がある。
【０００４】
そこで、このような制御時間等の変更を必要としない先行技術として、特開平１１−１９２４１０号公報に開示されているものは、複数のカム駆動バルブを、共通のバルブ収容ケース内に一列に並んだ状態で配置し、それらのカム駆動バルフを、共通の回転軸に取り付けられて互いに一体的に回転するカム群によって駆動するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記する工程切替え機構を構成するカム駆動バルブは、個々に弁体を有し、それぞれが独立的にバルブ機能を発揮する構成のため、部品点数が多く、複雑な構造になっている。
【０００６】
そこで、本発明は、部品点数を軽減して構成を簡略化し、酸素濃縮装置に適用して電磁弁群、電気制御部等をなくし、電気配線は実質２本の電線と、最小限の配管だけで済み、メンテナンスを容易にし、かつ組立て作業も容易なロータリー弁を提供することを目的としたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のロータリー弁は、弁箱内に、弁箱外に通じる弁室を形成し、該弁室内に、固定シートと、固定シート上に摺接回転する弁体を配し、前記シートには、シート中心と、シート中心から離れて同一円周上の複数個所に、弁箱外に導かれる通孔を設け、弁体は、中心部に半円突出部を有し、該突出部両端と周縁間に、直径線に合わせて端縁を形成してなり、弁体の摺動面側に、シート中心の通孔と同一円周上の通孔とを連通させる凹部を設け、該凹部回りに形成される摺動面のうち、凹部から弁体両端縁に掛けての摺動面で同一円周上の通孔を開閉するようにし、外部回転駆動軸に連結されるカップリングを、弁箱に回転自在に支持し、該カップリングをバネの付勢下に弁体中心部に結合したことを特徴とする。
【０００８】
ここで、本発明に係るロータリー弁の主要構成部品とされる固定シート及び弁体をセラミック材で構成し、また、ロータリー弁はモーターに組み付け、モーターの駆動軸をカップリングに連結する。弁室を圧縮空気供給源に接続し、固定シートの同一円周上の通孔を、複数の吸着媒体を収容した吸着筒に振り分け接続し、シート中心の通孔を排気口にして使用に供する。
【０００９】
このように構成した本発明に係るロータリー弁によれば、圧縮空気供給源から弁室に供給される空気圧力で、弁体には、固定シートとの摺動面に押しつけられる推力が働き、カップリング側からのバネの付勢力と相俟ってシール性を高める。  弁体が回転して弁室に開放されるシートの同一円周上の通孔からは吸着筒に圧縮空気が供給されて吸着媒体に窒素を吸着させる吸着工程を行う。一方、弁体下で凹部に開放されるシートの同一円周上の通孔からは吸着筒内の空気が凹部を経てシート中心の通孔から排気される減圧工程を行う。
【００１０】
こうして、ロータリー弁の回転に伴い、シートの同一円周上の通孔は徐々に開かれ、また、徐々に閉じられるので、吸着筒に対して急激な圧縮空気の供給や、吸着筒からの急激な排気は生じず、滑らかな圧力移行を行い、吸着筒内における吸着媒体の揺動をなくし、排気音を低減する効果がある。さらに、複数の吸着筒に振り分けられたシートの同一円周上の２つの通孔が、弁体の回転により同時的に開閉されるタイミングが生じて２つの通孔が弁室内に通じることから、この時に、吸着行程を終えた吸着筒から減圧工程を終えた吸着筒への圧力移行をする均圧工程が生じ、この均圧工程が弁体の１回転中に２度あって酸素の濃縮ガスの圧力変動を少なくし、減圧排気時の騒音を低減する効果がある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１は本発明に係るロータリー弁の断面図、図２は固定シートの平面図、図３は弁体の平面図である。
【００１２】
図１において、ロータリー弁Ａの弁箱１は、上半体１ａ及び下半体１ｂに分割可能にできていて、上半体１ａと下半体１ｂはＯ-リング２を介装して結合され、弁箱１内に弁室３を形成している。
【００１３】
弁室３は通孔４を介して弁箱１外に連通し、弁室３内に、固定シート５と、この固定シート５上に摺接回転する弁体６を配している。固定シート５と弁体６はともにセラミック材でできていて、両者の摺動面は鏡面仕上げになっている。
【００１４】
前記固定シート５には、図２に示すように、シート中心と、シート中心から離れてシート５の同一円周上で対向する２個所に、弁箱１外に導かれる通孔７，８，９を設けている。実施の形態では、これらの通孔７，８、９のシート側及び弁箱側の通孔接続部に、それぞれＯ-リング１０を介装して気密性を高めている。
【００１５】
前記弁体６は、図３に示すように、中心部に半円突出部６ａを有し、この突出部６ａの両側端から周縁との間に、直径線に合わせて端縁１１を形成して弁体６全体を略扇形状に構成し、弁体６の摺動面側に、シート中心の通孔７と同一円周上の通孔８、９のどちらか１つと連通させる凹部１２を設け、この凹部１２回りを弁体６の摺動面とし、このうち、凹部１２から端縁１１に掛けての摺動面６ｂでシート５の同一円周上の通孔８、９を開閉するようにしている。
【００１６】
具体的には、弁体６が回転してそれまで弁室３に開かれていた通孔８に、弁体６の先行する端縁１１が差し掛かり、通孔８を閉じ始める直前では、通孔８と同一円周上にあるもう一方の通孔９は弁体６の摺動面６ｂで閉じられて弁室６には現れていないが、ここから弁体６が回転して弁体６の先行する端縁１１が通孔８上に移動してきて通孔８を閉じ始めると、弁体６の後行の端縁１１が通孔９上に移動してきて通孔９を弁室８に開き始める。つまり、弁体６の直径線に合わせて形成した同一円周上にある２つの通孔８、９が同時に弁室８に開かれたものとなる。
【００１７】
また、弁体６の上部中心部には、モーターの駆動軸（図示せず）に連結されるカップリング１３を結合している。このカップリング１３は、弁箱１に対し、弁室３側からスラストベアリング１４を介装して回転自在に支持し、カップリング１３下端をバネ１５の付勢下に弁体中心部の設けた結合部１６に嵌合させて結合している。
【００１８】
図４は本発明に係るロータリー弁を適用した酸素濃縮装置の概略構成図である。
【００１９】
図４に示すように、ロータリー弁Ａは、専用のモーターＡ′に回転可能に組み付けられ、ロータリー弁Ａの弁室３は、通孔４を介して圧縮空気供給源（図示せず）に接続する。固定シート５の同一円周上の通孔８、９を、管路を介して２つの吸着媒体を収容した吸着筒Ｂ、Ｃの一方の端部に接続する。固定シート５の中心の通孔７は、サイレンサーＤに接続して排気口とする。また、２つの吸着体収容筒Ｂ、Ｃの他方の端部には、固定オリフィスＥを介して酸素の濃縮ガスが取り出されるようにする。
【００２０】
上記構成において、図４及び図５を参照しながら作用を説明する。
【００２１】
モーターＡ′により弁体６が固定シート５上に回転し、図５（ａ）に示す位置にある状態では、弁体６の外にあって弁室３に開放される通孔８を介して吸着筒Ｂに圧縮空気が供給されて吸着工程を行う。一方、弁体３の下にあって凹部１２に開放される通孔９からは、吸着筒Ｃ内の空気が凹部１２を経てシート中心の通孔７から排気されて減圧工程を行う。
【００２２】
この状態から弁体６が回転し、図５（ｂ）に示す位置にくる段階において、シート５の同一円周上の通孔８は徐々に閉じられ、もう１つの通孔９は凹部１２側から徐々に閉じられ、通孔９は一旦は、弁体６の摺動面６ｂで完全に閉じられた後、徐々に弁体６が離れて弁室３に開かれる。ここで２つの吸着筒Ｂ、Ｃに接続した通孔８、９が同時的に開閉されるタイミングが生じ、吸着行程を終えた吸着筒Ｂから減圧工程を終えた吸着筒Ｃへの圧力移行をする均圧工程を生じる。この均圧工程によって濃縮ガスの圧力変動を少なくし、また、吸着筒Ｂ、Ｃに対して急激な空気の供給や排気が生じず、滑らかな圧力移行を行い、吸着筒Ｂ、Ｃ内の吸着媒体の揺動をなくし、排気音を低減する。
【００２３】
引き続き、弁体６が回転し、図５（ｃ）に示す位置にある状態では、弁体６の外にあって弁室３に開放される通孔９を介して吸着筒Ｃに圧縮空気が供給されて吸着工程を行う。一方、弁体３の下にあって凹部１２に開放される通孔８からは、吸着筒Ｂ内の空気が凹部１２を経てシート中心の通孔７から排気されて減圧工程を行うことにより、吸着工程と減圧工程が切り替えられる。
【００２４】
なお、上記の実施の形態では、２つの吸着筒Ｂ、Ｃを制御するロータリー弁構成について説明したが、固定シート６に設ける同一円周上の通孔８、９の他に、図６に示すように、通孔８、９の間に９０度位相させて２つの通孔８ａ、９ａを追加的に設けると、これら４つの通孔８、９、８ａ、９ａを用いて４つの吸着筒の制御を１台のロータリー弁で行うことができる。こうして酸素発生能力を向上させたり、吸着媒体を収容した吸着筒の容積の半減化させたりすることができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、本発明によれば、酸素濃縮装置の吸着媒体を収容した吸着筒に対する吸着工程と減圧工程の交互の切り替えが、弁室内における弁体の回転により適切に行われるので、弁構成として部品点数を軽減して構造を簡素化でき、電気配線も２本の電線と最小限の配管で済み、メンテナンスを容易にする。また、弁室に供給される空気圧力により弁体と固定シートとのシール性を高めるので、酸素濃縮装置の大型化を可能にする。さらに、弁体の回転により吸着工程を終えた吸着筒から減圧工程を終えた吸着筒への圧力移行で、均圧工程を生じるので、酸素の濃縮ガスの圧力変動を少なくし、減圧排気時の騒音も低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すロータリー弁の縦断面図である。
【図２】ロータリー弁を構成する固定シートの平面図である。
【図３】ロータリー弁を構成する弁体の平面図である。
【図４】本発明に係るロータリー弁を適用した酸素濃縮装置の概略構成図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はロータリー弁を動作を説明するための動作説明図である。
【図６】他の実施の形態を示すロータリー弁を構成する弁体の平面図である。
【符号の説明】
１  弁箱
１ａ  上半体
１ｂ  下半体
２  Ｏ-リング
３  弁室
４  通孔
５  固定シート
６  弁体
６ａ  半円突出部
６ｂ  摺動面
７  通孔
８  通孔
９  通孔
１０  Ｏ-リング
１１  弁体の端縁
１２  凹部
１３  カップリング
１４  スラストベアリング
１５  バネ
１６  結合部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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