(57)【要約】【課題】【解決手段】開口を有する圧力容器（２０）と、開口に連通しているキャビティを備える本体を有するバルブマニホールド（１０）と、を具備する圧力揺動吸着システム。この本体は、パス（４）及びチャンネル（２）をさらに有し、パス（４）は、チャンネル（２）をキャビティ（１）に接続している。バルブマニホールド（１０）は、パス（４）内に設けられているバルブ（３１）をさらに有する。このバルブ（３１）は、チャンネル（２）とキャビティ（１）との間のパス（４）を介する流れを選択的に許容あるいは制限するように形成されている。
2005522315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの圧力容器を有する圧力揺動吸着システムのためのバルブマニホールドであって、
第１のキャビティ、第１のパス及び第１のチャンネルを有し、前記第１のキャビティは前記少なくとも１つの圧力容器に連通するように形成されており、前記第１のパスは前記第１のチャンネルを前記第１のキャビティに接続している、本体と、
前記第１のパス内に設けられ、前記第１のチャンネルと前記第１のキャビティとの間の前記第１のパスを介する流れを選択的に許容あるいは制限するように形成されている第１のバルブと、
を具備するバルブマニホールド。
【請求項２】
前記本体は、第２のパスと第２のチャンネルとを有し、前記第２のパスは、前記第２のチャンネルを前記第１のキャビティに接続しており、
このバルブマニホールドは、前記第２のパス内に設けられている第２のバルブをさらに具備し、前記第２のバルブは、前記第２のチャンネルと前記第１のキャビティとの間の流れを選択的に許容あるいは制限するように形成されている、
請求項１のバルブマニホールド。
【請求項３】
前記第１のチャンネルと前記第２のチャンネルとは、前記第１のキャビティへの並列な流体接続を与えるように形成されている、
請求項２のバルブマニホールド。
【請求項４】
前記第１のチャンネルと前記第２のチャンネルとは、前記第１のキャビティの同じ側に接続されている、
請求項２のバルブマニホールド。
【請求項５】
前記本体は、前記第１のチャンネルを前記第１のキャビティに接続している第２のパスを有し、
このバルブマニホールドは、前記第２のパス内に設けられている第２のバルブをさらに具備し、前記第２のバルブは、流体が前記第１のチャンネルと前記第１のキャビティとの間を前記第２のパスを介して流れるのを選択的に許容あるいは制限するように形成されている、
請求項１のバルブマニホールド。
【請求項６】
前記本体は、第２のチャンネルと第３のパスとを有し、前記第３のパスは、前記第２のチャンネルを前記第１のキャビティに接続しており、
このバルブマニホールドは、前記第３のパス内に設けられている第３のバルブさらに具備し、前記第３のバルブは、流体が前記第２のチャンネルと前記第１のキャビティとの間を前記第３のパスを介して流れるのを選択的に許容あるいは制限するように形成されている、
請求項５のバルブマニホールド。
【請求項７】
前記本体の第２のキャビティと、第２のバルブとをさらに具備し、
前記第２のキャビティは、別の圧力容器に連通するように形成されており、
前記本体は、前記第１のチャンネルを前記第２のキャビティに接続している第２のパスを有し、
前記第２のパス内の前記第２のバルブは、前記第１のチャンネルと前記第２のキャビティとの間の流れを選択的に許容あるいは制限するように形成されている、
請求項１のバルブマニホールド。
【請求項８】
前記本体は、第２のチャンネル、第３のパス及び第４のパスを有し、前記第３のパスは、前記第２のチャンネルを前記第１のキャビティに接続しており、前記第４のパスは、前記第２のチャンネルを前記第２のキャビティに接続しており、
このバルブマニホールドは、前記第３のパス内に設けられている第３のバルブをさらに具備し、前記第３のバルブは、前記第２のチャンネルと前記第１のキャビティとの間の流れを選択的に許容あるいは制限するように形成されており、
このバルブマニホールドは、前記第４のパス内に設けられている第４のバルブをさらに具備し、前記第４のバルブは、前記第２のチャンネルと前記第２のキャビティとの間の流れを選択的に許容あるいは制限するように形成されている、
請求項７のバルブマニホールド。
【請求項９】
前記第１のチャンネルと前記第２のチャンネルとは、前記第１のキャビティと前記第２のキャビティとの間に並列な流体接続を与えるように形成されている、請求項８のバルブマニホールド。
【請求項１０】
前記第１のバルブは、前記第１のチャンネルに沿う流れを制限しないように形成されている、請求項１のバルブマニホールド。
【請求項１１】
前記第１のバルブは、前記キャビティ内の流れを制限しないように形成されている、請求項１のバルブマニホールド。
【請求項１２】
前記本体は、前記キャビティに接続されているセンサーポートをさらに有する、請求項１のバルブマニホールド。
【請求項１３】
前記本体は、前記第１のパスに接続されているセンサーポートをさらに有する、請求項１のバルブマニホールド。
【請求項１４】
前記本体は、前記第１のチャンネルに接続されているセンサーポートをさらに有する、請求項１のバルブマニホールド。
【請求項１５】
このバルブマニホールドは、前記少なくとも１つの圧力容器に固定されるように形成されており、
このバルブマニホールドは、支持構造体に接続されるように形成されているピンジャーナルを有する装着ボスさらに具備する、
請求項１のバルブマニホールド。
【請求項１６】
前記第１のパスは、前記第１のバルブが受け入れられるバルブポートとバルブシートとを有する、請求項１のバルブマニホールド。
【請求項１７】
前記バルブシートは、前記バルブポートと同心的である、請求項１６のバルブマニホールド。
【請求項１８】
前記第１のバルブは、前記第１のチャンネルが前記第１のキャビティからシールされている、前記第１のパス内のバルブシートとのシールされた接触位置と、前記バルブシートとの非接触位置との間で選択的に駆動されるように形成されているバルブシールを有し、前記第１のバルブは、制量オリフィスを備える第２のシール部材をさらに有する、請求項１のバルブマニホールド。
【請求項１９】
前記第１のバルブは、
逆止バルブと、
前記逆止バルブと並列に設けられている制量オリフィスと、
前記逆止バルブ及び前記制量オリフィスと直列に設けられているオンオフバルブと、
を有する、
請求項１のバルブマニホールド。
【請求項２０】
前記逆止バルブは、前記オンオフバルブをその中に収容するように形成されているシールカップを有し、
前記制量オリフィスは、前記シールカップを通って設けられており、
前記シールカップは、前記第１のパス内に設けられているバルブシートに向かってばねにより付勢されている、
請求項１９のバルブマニホールド。
【請求項２１】
前記第１のバルブは、前記オンオフバルブを直線的に駆動して前記第１のパス内に設けられているバルブシートと接触させ、接触を解除するように形成されている動力装置を有する、請求項１９のバルブマニホールド。
【請求項２２】
少なくとも１つの圧力容器を有する圧力揺動吸着システムのバルブマニホールドであって、
キャビティ、パス及びチャンネルを有し、前記キャビティは前記少なくとも１つの圧力容器に連通するように形成されており、前記パスは前記チャンネルを前記キャビティに接続している、本体と、
流体が前記チャンネルと前記キャビティとの間を流れるのを選択的に許容あるいは制限するための手段と、
を具備するバルブマニホールド。
【請求項２３】
第１の開口を有する第１の圧力容器と、
第１のバルブマニホールドと、を具備し、
前記第１のバルブマニホールドは、
第１のキャビティ、第１のパス及び第１のチャンネルを有し、前記第１のキャビティは前記第１の圧力容器の前記第１の開口に連通しており、前記第１のパスは前記第１のチャンネルを前記第１のキャビティに接続している、第１の本体と、
前記第１のパス内に設けられ、前記第１のチャンネルと前記第１のキャビティとの間の前記第１のパスを介する流れを選択的に許容あるいは制限するように形成されている第１のバルブと、を有する、
圧力揺動吸着システム。
【請求項２４】
前記第１の本体は、第２のパスと第２のチャンネルとを有し、前記第２のパスは、前記第２のチャンネルを前記第１のキャビティに接続しており、
前記第１のバルブマニホールドは、前記第２のパス内に設けられている第２のバルブをさらに具備し、前記第２のバルブは、流体が前記第２のチャンネルと前記第１のキャビティとの間を流れるのを選択的に許容あるいは制限するように形成されている、
請求項２３の圧力揺動吸着システム。
【請求項２５】
前記第１のチャンネルと前記第２のチャンネルとは、前記第１のキャビティへの並列な流体接続を与えるように形成されている、
請求項２４の圧力揺動吸着システム。
【請求項２６】
前記第１のチャンネルと前記第２のチャンネルとは、前記第１のキャビティの同じ側に接続されている、
請求項２４の圧力揺動吸着システム。
【請求項２７】
前記第１の本体は、前記第１のチャンネルを前記第１のキャビティに接続している第２のパスを有し、
前記第１のバルブマニホールドは、前記第２のパス内に設けられている第２のバルブをさらに具備し、前記第２のバルブは、流体が前記第１のチャンネルと前記第１のキャビティとの間の前記第２のパスを介して流れるのを選択的に許容あるいは制限するように形成されている、
請求項２３の圧力揺動吸着システム。
【請求項２８】
前記第１の本体は、第２のチャンネルと第３のパスとを有し、前記第３のパスは、前記第２のチャンネルを前記第１のキャビティに接続しており、
前記第１のバルブマニホールドは、前記第３のパス内に設けられている第３のバルブさらに有し、前記第３のバルブは、流体が前記第２のチャンネルと前記第１のキャビティとの間の前記第３のパスを介して流れるのを選択的に許容あるいは制限するように形成されている、
請求項２７の圧力揺動吸着システム。
【請求項２９】
第２の開口を有する第２の圧力容器をさらに具備し、
前記第１のバルブマニホールドは、
前記第１の本体の第２のキャビティと、第２のバルブとをさらに有し、
前記第２のキャビティは、第２の圧力容器の第２の開口に連通されており、前記第１の本体は、前記第１のチャンネルを前記第２のキャビティに接続している第２のパスを有し、
前記第２のバルブは、前記第２のパス内に設けられ、前記第１のチャンネルと前記第２のキャビティとの間の流れを選択的に許容あるいは制限するように形成されている、
請求項２３の圧力揺動吸着システム。
【請求項３０】
前記第１の本体は、第２のチャンネル、第３のパス及び第４のパスを有し、前記第３のパスは、前記第２のチャンネルを前記第１のキャビティに接続しており、前記第４のパスは、前記第２のチャンネルを前記第２のキャビティに接続しており、
前記第１のバルブマニホールドは、前記第３のパス内に設けられている第３のバルブをさらに有し、前記第３のバルブは、前記第２のチャンネルと前記第１のキャビティとの間の流れを選択的に許容あるいは制限するように形成されており、
前記第１のバルブマニホールドは、前記第４のパス内に設けられている第４のバルブをさらに有し、前記第４のバルブは、前記第２のチャンネルと前記第２のキャビティとの間の流れを選択的に許容あるいは制限するように形成されている、
請求項２９の圧力揺動吸着システム。
【請求項３１】
前記第１のチャンネルと前記第２のチャンネルとは、前記第１のキャビティと前記第２のキャビティとの間に並列な流体接続を与えるように形成されている、請求項３０の圧力揺動吸着システム。
【請求項３２】
前記第１のバルブは、前記第１のキャビティに沿う流れを制限しないように形成されており、
前記第１のバルブは、前記第１のチャンネルに沿う流れを制限しないように形成されており、
前記第２のバルブは、前記第２のキャビティに沿う流れを制限しないように形成されており、
前記第２のバルブは、前記第１のチャンネルに沿う流れを制限しないように形成されている、
請求項２９の圧力揺動吸着システム。
【請求項３３】
第２の開口を有する第２の圧力容器と、
第２のバルブマニホールドと、をさらに具備し、
前記第２のバルブマニホールドは、
第２のキャビティ、第２のパス及び第２のチャンネルを有し、前記第２のキャビティは、前記第２の圧力容器の前記第２の開口に連通しており、前記第２のパスは、前記第２のチャンネルを前記第２のキャビティに接続しており、前記第２のチャンネルは、前記第１のチャンネルと連通している、第２の本体と、
前記第２のパス内に設けられ、前記第２のチャンネルと前記第２のキャビティとの間の前記第２のパスを介する流れを選択的に許容あるいは制限するように形成されている第２のバルブと、を有する、
請求項２３の圧力揺動吸着システム。
【請求項３４】
前記第１の本体は、第３のチャンネルと第３のパスとを有し、前記第３のパスは、前記第３のチャンネルを前記第１のキャビティに接続しており、
前記第１のバルブマニホールドは、前記第３のパス内に設けられている第３のバルブをさらに有し、前記第３のバルブは、前記第３のチャンネルと前記第１のキャビティとの間の流れを選択的に許容あるいは制限するように形成されており、
前記第２の本体は、第４のチャンネルと第４のパスとを有し、前記第４のパスは、前記第４のチャンネルを前記第２のキャビティに接続しており、前記第４のチャンネルは、前記第３のチャンネルと連通しており、
前記第２のバルブマニホールドは、前記第４のパス内に設けられている第４のバルブをさらに有し、前記第４のバルブは、前記第４のチャンネルと前記第２のキャビティとの間の流れを選択的に許容あるいは制限するように形成されている、
請求項３３の圧力揺動吸着システム。
【請求項３５】
前記第１のチャンネルと前記第２のチャンネルとの間の流体接続と、前記第３のチャンネルと前記第４のチャンネルとの間の流体接続とは、前記第１のキャビティと前記第２のキャビティとの間に並列な流体接続を与えるように形成されている、請求項３４の圧力揺動吸着システム。
【請求項３６】
前記第１のバルブは、前記第１のキャビティに沿う流れを制限しないように形成されており、
前記第１のバルブは、前記第１のチャンネルに沿う流れを制限しないように形成されており、
前記第２のバルブは、前記第２のキャビティに沿う流れを制限しないように形成されており、
前記第２のバルブは、前記第２のチャンネルに沿う流れを制限しないように形成されている、
請求項３３の圧力揺動吸着システム。
【請求項３７】
第３の開口を有する第３の圧力容器と、
第３のバルブマニホールドと、をさらに具備し、
前記第３のバルブマニホールドは、
第３のキャビティ、第３のパス及び第３のチャンネルを有し、前記第３のキャビティは、前記第３の圧力容器の前記第３の開口に連通しており、前記第３のパスは前記第３のチャンネルを前記第３のキャビティに接続しており、前記第３のチャンネルは、前記第１のチャンネル及び第２のチャンネルと連通している、第３の本体と、
前記第３のパス内に設けられ、前記第３のチャンネルと前記第３のキャビティとの間の前記第３のパスを介する流れを選択的に許容あるいは制限するように形成されている第３のバルブと、を有する、
請求項３３の圧力揺動吸着システム。
【請求項３８】
前記第１のバルブは、前記第１のキャビティに沿う流れを制限しないように形成されており、
前記第１のバルブは、前記第１のチャンネルに沿う流れを制限しないように形成されており、
前記第２のバルブは、前記第２のキャビティに沿う流れを制限しないように形成されており、
前記第２のバルブは、前記第２のチャンネルに沿う流れを制限しないように形成されており、
前記第３のバルブは、前記第３のキャビティに沿う流れを制限しないように形成されており、
前記第３のバルブは、前記第３のチャンネルに沿う流れを制限しないように形成されている、
請求項３７の圧力揺動吸着システム。
【請求項３９】
前記第１のバルブは、前記第１のチャンネルに沿う流れを制限しないように形成されている、請求項２３の圧力揺動吸着システム。
【請求項４０】
前記第１のバルブは、前記第１のキャビティ内の流れを制限しないように形成されている、請求項２３の圧力揺動吸着システム。
【請求項４１】
前記第１の本体は、前記第１のキャビティに接続されているセンサーポートをさらに有する、請求項２３の圧力揺動吸着システム。
【請求項４２】
前記第１の本体は、前記第１のパスに接続されているセンサーポートをさらに有する、請求項２３の圧力揺動吸着システム。
【請求項４３】
前記第１の本体は、前記第１のチャンネルに接続されているセンサーポートをさらに有する、請求項２３の圧力揺動吸着システム。
【請求項４４】
前記第１のバルブマニホールドは、前記第１の圧力容器に固定されるように形成されており、
前記第１のバルブマニホールドは、支持構造体に接続されるように形成されているピンジャーナルを有する第１の装着ボスさらに具備する、
請求項２３の圧力揺動吸着システム。
【請求項４５】
前記第１の圧力容器は、第２の開口を有し、
この圧力揺動吸着システムは、第２のバルブマニホールドをさらに具備し、
前記第２のバルブマニホールドは、
第２のキャビティ、第２のパス及び第２のチャンネルを有し、前記第２のキャビティは前記第１の圧力容器の前記第２の開口に連通しており、前記第２のパスは、前記第２のチャンネルを前記第２のキャビティに接続しており、前記第２のチャンネルは、前記第１のチャンネルと連通している、第２の本体と、
前記第２のパス内に設けられ、前記第２のチャンネルと前記第２のキャビティとの間の前記第２のパスを介する流れを選択的に許容あるいは制限するように形成されている第２のバルブと、を有する、
請求項２３の圧力揺動吸着システム。
【請求項４６】
前記第１のバルブマニホールドは、前記第１の圧力容器に固定されており、
前記第１のバルブマニホールドは、支持構造体に回転可能に接続されるように形成されているピンジャーナルを有する第１の装着ボスさらに有し、
前記第２のバルブマニホールドは、前記第１の圧力容器に固定されており、
前記第２のバルブマニホールドは、支持構造体に回転可能に接続されるように形成されているリンクに回転可能に接続されているピンジャーナルを有する第２の装着ボスさらに有する、
請求項４５の圧力揺動吸着システム。
【請求項４７】
前記第１のパスは、前記第１のバルブが受け入れられるバルブポートとバルブシートとを有する、請求項２３の圧力揺動吸着システム。
【請求項４８】
前記バルブシートは、前記バルブポートと同心的である、請求項４７の圧力揺動吸着システム。
【請求項４９】
前記第１のバルブは、前記第１のチャンネルが前記第１のキャビティからシールされている、前記第１のパス内のバルブシートとのシールされた接触位置と、前記バルブシートとの非接触位置との間で選択的に駆動されるように形成されているバルブシールを有し、前記第１のバルブは、制量オリフィスを備える第２のシール部材をさらに有する、請求項２３の圧力揺動吸着システム。
【請求項５０】
第１のバルブは、
逆止バルブと、
前記逆止バルブと並列に設けられている制量オリフィスと、
前記逆止バルブ及び前記制量オリフィスと直列に設けられているオンオフバルブと、を有する、
請求項２３の圧力揺動吸着システム。
【請求項５１】
前記逆止バルブは、前記オンオフバルブをその中に収容するように形成されているシールカップを有し、
前記制量オリフィスは、前記シールカップを通って設けられており、
前記シールカップは、前記第１のパス内に設けられているバルブシートに向かってばねにより付勢されている、
請求項５０の圧力揺動吸着システム。
【請求項５２】
前記第１のバルブは、前記オンオフバルブを直線的に駆動して前記第１のパス内に設けられているバルブシートと接触させ、接触を解除するように形成されている動力装置を有する、請求項５０の圧力揺動吸着システム。
【請求項５３】
開口を有する圧力容器と、
バルブマニホールドと、を具備し、
前記バルブマニホールドは、
キャビティ、パス及びチャンネルを有し、前記キャビティは前記圧力容器の前記開口に連通しており、前記パスは前記チャンネルを前記キャビティに接続している、本体と、
流体が前記チャンネルと前記キャビティとの間を流れるのを選択的に許容あるいは制限するための手段と、を有する、
圧力揺動吸着システム。
【請求項５４】
バルブマニホールドにキャビティ、パス及びチャンネルを与えることを具備し、前記キャビティは圧力容器の開口に連通され、前記パスは前記チャンネルを前記キャビティに接続させ、前記バルブマニホールドは、前記パス内に設けられているバルブを有し、前記バルブは、前記チャンネルと前記キャビティとの間の前記パスを介する流れを選択的に許容あるいは制限するように形成され、前記バルブは、逆止バルブと、前記逆止バルブと並列に設けられる制量オリフィスと、前記逆止バルブ及び前記制量オリフィスと直列に設けられるオンオフバルブと、を有し、
生成ガスは、吸着段階中、前記圧力容器から前記逆止バルブ、前記制量オリフィス及び前記オンオフバルブを介して流出し、
生成ガスは、逆流段階中、前記オンオフバルブ及び前記制量オリフィスを介して前記圧力容器に流入し、
前記圧力容器からの及び前記圧力容器への流れは、前記オンオフバルブが閉じられているときには止められる、
圧力揺動吸着の実施の方法。
【請求項５５】
前記バルブマニホールドは、前記キャビティから、別の圧力容器に接続されている前記チャンネルへの流体の流れを制御するように形成されている少なくとも２つのバルブを有する、請求項５４の方法。
【請求項５６】
前記逆止バルブは、前記オンオフバルブをその中に収容するように形成されるシールカップを有し、
前記制量オリフィスは、前記シールカップを通って設けられ、
前記シールカップは、前記第１のパス内に設けられるバルブシートに向かってばねにより付勢される、
請求項５４の方法。
【請求項５７】
前記オンオフバルブは、直線的に駆動されて前記パス内に設けられるバルブシートと接触され、接触を解除される、請求項５４の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力揺動吸着システムのためのバルブ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力揺動吸着（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ，ＰＳＡ）は、ガス混合物を分別して少なくとも１つの純化生成ガスと残留副生成混合物とを与えるのに用いられる技術である。ＰＳＡは、特に、水素を他のガスから、酸素や窒素を空気から、ヘリウムを天然ガスから分離するのによく用いられている。
【０００３】
初期のＰＳＡシステムは、一般的に、並列に作動される４つの吸着容器を用いている。このようなＰＳＡシステムの例が、ワグナー（Ｗａｇｎｅｒ）の米国特許３，４３０，４１８号に示されている。後のワグナーのプロセスへの改良では、４つの吸着ベッドのままで１つの追加の圧力平衡ステップが加えられており（ベッタ（Ｂａｔｔａ）の米国特許３，５６４，８１６号参照）、続いて、７以上のベッドにさらに多くの圧力平衡ステップが加えられている（ファーダー（Ｆｕｄｅｒｅｒ）等の米国特許３，９８６，８４９号参照）。このような圧力平衡の回数及び吸着容器の個数の増加は、生成収率（ｐｒｏｄｕｃｔ  ｒｅｃｏｖｅｒｙ）及び吸着生成率（ａｄｓｏｒｂｅｎｔ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）の増大を実現している。あいにく、性能の増大は、システムを作動させるのに必要なバルブの個数の対応した増大も伴っている。例えば、ワグナーのシステムは、少なくとも３１個のバルブを用いており、ベッタのシステムは、少なくとも３３個のバルブを用いており、ファーダー等のシステムは、少なくとも４４個のバルブを用いている。
【０００４】
ＰＳＡシステムにおける吸着容器及びバルブの個数の増大は、望ましくないことに、製造及び運用コストを増大させる。ＰＳＡシステムにおいて用いられるベッド及び／又はバルブの個数を節約する多くの革新的なサイクルが、提案されている。このようなシステムの優れた例が、マッコム（ＭｃＣｏｍｂｓ）の米国特許３，７３８，０８７号に示されており、同様に後のマッコム（ＭｃＣｏｍｂｓ）の米国特許４，１９４，８９０号に示されているプロセスである。これら特許は、２個ほどに少ない吸着容器を用いるＰＳＡシステムを開示しているが、生成物を継続的に提供することは、普通不可能であり、又は、減衰された生成圧力においてのみ達成され得る。さらに、この種類のサイクルは、通常、所与の供給状態のセットにおいて、比較的少ない生成ガス収率及び吸着利用率（ａｄｓｏｒｂｅｎｔ  ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ）を与えるものと理解される。ワグナー、ベッタ、ファーダー等のサイクルの高い性能を維持しつつ、これらよりも少ないバルブあるいは少なくともより簡単な配管配置を用いて、これらよりも複雑なサイクルを提供する意図が、ストッカー（Ｓｔｏｃｋｅｒ）の米国特許４，７６１，１６５号、デュハヤー（Ｄｕｈａｙｅｒ）の米国特許６，１４６，４５０号に示されている。
【０００５】
多数のバルブの機能を組み合わせることにより、ロータリーバルブ配置を実現することによって、初期のプロセスから機械的な複雑さを減少させて、複雑さを減少させる幾つかのＰＳＡシステムが提示されている。このようなシステムの例は、セイダー（Ｓａｙｄｅｒ）の米国特許４，２７２，２６５号、ラベナ（Ｒａｂｅｎａｕ）等の米国特許４，９２５，４６４号、及び、ケーファー（Ｋｅｅｆｅｒ）等の米国特許６，０６３，１６１号を含んでいる。各事例では、１以上の独立なバルブに代わって、複数のバルブ機能を有する１以上の回転装置の使用がなされている。これら方法は、好ましいことに、従来の手法で配管された独立な複数のバルブと比較して、配管の複雑性を減少しているが、これらは、複数の望ましくない特徴を有する。第１に、これらは、様々なＰＳＡサイクルのステップの相対的な継続時間を固定するため、流れの状態の変化に応答して、供給材料の組成、温度、圧力及び流量を変化させて作動を最適化することができない。ケーファー等は、ＰＳＡサイクルを適切に調整するために、基本的なロータリーバルブに特別な第２のバルブを追加することを開示しているが、これは、望ましくないことに、複雑さを増大させ、作動中の調節を不可能にする。第２に、全てのロータリーバルブは、不純な供給又は排気ガスから純化生成物を分離するのに摺動シール面に依っている。事実、ケーファー等は、生成物の純度についての潜在的な限界を克服するのに必要な精密な機械的ステップを教示している。摺動シールは、摺動しない簡単な接触シールよりも、メンテナンスが難しく、より悪いシールを与え、粒子汚染による損傷の影響を受けやすい。最後に、ロータリーバルブの配置は、実行するのに必要とされるロータリーバルブポートの配置の複雑さのため、実行するのが困難な非常に複雑なサイクルをもたらす。従って、これらバルブは、主に、当該技術分野で教示されている最も進んだサイクルと比較して、比較的低い生成収率及び吸着利用率を有する簡単なサイクルを実現するのに用いられる。
【０００６】
従来技術の多くのＰＳＡサイクルに存するさらなる特徴は、純化生成ガスを用いた吸着容器の逆流ブローダウンの使用である。ベッタ又はファーダー等のサイクルのような初期のサイクルにおいては、これは、各吸着容器に与えられている独立な駆動バルブを用い、圧力調節バルブ又はスロットル装置を介して低圧に保持される独立な生成ガスマニホールドを与えることにより達成されている。代わって、幾つかの簡単なサイクルは、生成マニホールドを各容器に接続する流量制御バルブを与えられている。この方法の一例が、マッコムの米国特許４，１９４，８９０号に示されている。この単純化された方法は、容器を通る生成ガスの流れが独立に制御できないという欠点を有し、伝統的な方法に比較して、生成収率の減少を招来する。比例制御されるバルブを用いた第２の改良されたアプローチが、ストッカーによって教示されている。生成物供給バルブを比例制御するこの方法は、望ましいことに、従来技術に比して配管の接続の個数を減少し、サイクルの幾つかのステージで流れを完全に停止することができるが、比例バルブは、オンオフバルブよりも低い信頼性と高いコストという欠点を招き得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の発明者は、上述した特許で開示されている圧力揺動吸着システムのいずれも、分離されて配管されたバルブを用いる従来の構成からの根本的な機械的変化を教示するものではないと判断している。本発明者は、独立に接続されたバルブの使用は、各バルブが少なくとも２つの配管接続を必要とするため、非常に望ましくないと判断している。これら接続は、しばしば、生成物を純粋状態に保持する、及び／又は、有毒又は可燃性のプロセスガスのリークを防ぐように、高価なフィッテングを用いて又は溶接によってなされる。このフィッテングの増殖は、好ましくないことに、製造費用を増大し、パッケージシステムの体積を増大し、リークの可能性により安全性、信頼性を減少する。
【０００８】
増殖された配管、及び、配管に伴うパッケージングに必要とされるボリューム（ｖｏｌｕｍｅ）は、吸着容器に機械的な支持を与える必要性によってさらに複雑化される。配管及びバルブは、その比較的重い重量により、全てが注意深く設計され，充分に支持されない限り、圧力容器に相当な力を及ぼし得る。このような支持を与えることは、不利なことに、システムの質量、体積、製造コストを増大する。さらに、吸着容器は、圧力による応力の周期的な性質のために疲労による損傷に曝され、吸着容器の重量をさらに増大させて局所的な高い応力を相殺することがなければ、構造的に支持することは本質的に困難である。
【０００９】
上述した他の圧力揺動吸着（ＰＳＡ）システムに関する問題を除去する意図で、本発明は、以下に述べるように、信頼性があり、費用効果性が高い圧力揺動吸着システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、好ましくは、使用される吸着ベッドの個数又は基礎となるサイクルの複雑さに関係なく、従来の方法と比較して機械的な複雑さを減少させる、ＰＳＡのための改良された機械的装置を与える。この発明は、作動中に、バルブ機能の作動を独立的に制御してシステムの制御を最適化させる能力を乱すことなく、機械的な複雑さを減少させる。さらに、この発明は、摺動シール又はロータリーバルブを必要とせず、機械的な複雑さを減少させる。
【００１１】
加えて、本発明は、好ましくは、オンオフ機能を有する１つの駆動バルブを用いて、並流による生成物の供給に加えて、純粋な生成ガスを用いた吸着容器の逆流ブローダウンを与える改良された方法を提供する。この発明は、また、生成ガス流の制御の改良された方法を実施するための新規な装置を提供する。
【００１２】
本発明は、好ましくは、独立に駆動されるバルブを吸着容器に直接、マニホールディングするための新規な装置を提供する。
本発明は、ＰＳＡサイクルの作動に有効だと考えられるセンサー、供給ポート、排出バルブ、安全バルブ、その他の補助部材の装着場所も、好ましくは、提供し得る新規なマニホールド装置を提供する。この発明は、また、吸着容器を物理的に支持するのに用いられ得る新規なマニホールド装置を提供する。この発明は、さらに、好ましくは、容器に有害な曲げモーメントを負荷することなしに、容器の熱及び圧力の周期に適応する構造的な支持を与える。
【００１３】
本発明は、好ましくは、オンオフ機能を有する６０個の駆動バルブのみを用いる、逆流生成物パージ及び２つの圧力平衡化を含む、４個のベッドのＰＳＡを実施するのに用いられ得る改良された装置を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明のさらに完全な評価と本発明に付随する効果とが、以下の詳細な説明を参照し、特に添付した図面と組み合わせて考えられるときに、容易に明らかになるであろう。
本発明の実施形態は、添付した図面を参照して以下で説明されるだろう。以下の詳細な説明では、実質的に同じ機能や形態を有する構成要素は、同じ参照符号を付され、繰り返しとなる説明は必要な場合にのみなされるだろう。
【００１５】
図１は、本発明のバルブマニホールド１０の三次元斜視図である。バルブマニホールド１０は、少なくとも１つのプレナムキャビティ１を有し、このキャビティ１は、吸着容器２０（図２参照）と連通している。マニホールド１０は、少なくとも１つの流体チャンネル２をさらに有し、流体チャンネル２は、少なくとも１つの流体入口ポート３を有する。プレナムキャビティ１は、内部ギャラリー又は流体パス４を介して流体チャンネル２と連通している。マニホールド１０は、１以上のチャンネル２を有し、チャンネル２は、１以上のパス４によって１以上のキャビティ１に連通している。様々な異なった形態が、ここで説明される技術に基づいて、当業者にとって容易に明らかになるだろう。
【００１６】
ギャラリー４を介した流体の流れは、好ましくは、バルブポート５に装着され、バルブシート６に設置されているバルブによって制御され得る。図１のマニホールドでは、バルブポート５とほぼ同心的なシートを有するバルブが設けられている。ピストン、プランジャ、ニードル、グローブと通常称されるタイプのバルブは、このような直線的な関係を有する。他のタイプのバルブが本発明のマニホールドと共に用いられ得るが、バルブポートと同心的なシートを有するバルブが好ましい。バルブ本体の全体が一体的に固着されているバルブが特に好ましい。このようなバルブの例が、プランジャバルブ、ニードルバルブ、及び、ある種のタイプのグローブバルブである。ピストンタイプのバルブが特に好ましい。
【００１７】
図１から理解され得るように、１以上の流体チャンネル２は、バルブマニホールド１０に含まれ得る。実際、幾つの流体チャンネルであっても、バルブマニホールド１０のバルブ本体に含まれ得る。さらに、各流体チャンネルは、１以上の流体ポート３を有し得、そして、各流体チャンネルは、センサー、器機、圧力安全バルブ、又は、ＰＳＡサイクルの作動に必要と考えられる他の装置を収容する、追加の部分やポートを与えられ得る。加えて、マニホールドの他の領域は、プレナム１とあるいは圧力容器２０の内部と直接連通されている、このような収容部分を与えられ得る。多くのタイプのグルーブバルブのように、バルブシートの下方から形成され、バルブを補助するアクセスポートを与えることが望ましいであろう。
【００１８】
図１に示されるバルブマニホールド１０は、鋳造、機械加工、粉末治金、鍛造、又は、当該技術分野で知られているプロセスを組み合わせて製造され得る。さらに、バルブマニホールド１０は、問題となるサイクルの作動状況に適合するいかなる材料からも形成され得る。
【００１９】
図１は、並列な２つの流体チャンネル２を有するバルブマニホールド１０を示しており、両方のチャンネル２は、プレナム１の同じ側に設けられている。流体チャンネル２は、適切なギャラリー及びバルブの機能を促進する、プレナム１に対するいかなる位置にも設けられ得る。流体チャンネル２の位置は、吸着ベッドのパッケージ、ＰＳＡサイクルの形態、バルブへのアクセス、構造的な支持、その他のファクターの全てによって決定され得る。
【００２０】
図１のバルブマニホールド１０は、吸着容器２０と連通されている共通のプレナムキャビティ１に並列に接続されている並列な２つの流体チャンネル２を有する。従って、バルブマニホールドは、ワグナー、ベッタ、ファーダー等及びストッカーの特許のＰＳＡサイクルで示されている吸着ベッドの入口の機能を適切に実現する配置を提供する。しかしながら、本発明のバルブマニホールド１０は、従来の構成で要求される少なくとも７つの接続に代わって、この課題を実現するために吸着容器毎に４つのみの相互接続を必要とすることが明らかである。さらに、本発明のバルブマニホールド１０の容積は、好ましいことに、当該技術分野の従来のパイプ接続と比較して減少される。この体積の減少は、ＰＳＡサイクルの生成収率を向上する。
【００２１】
図１のバルブマニホールド１０は、少なくとも１つの装着ボス１２を有する。この装着ボス１２は、応力の小さな領域における吸着容器への接続を可能にし、このため、好ましいことに、容器の壁を他の支持方法よりも薄くすることが可能となる。装着ボスは、供給のためのバルブのアクセス、パッケージングのコンパクトさ、マニホールドの製造の容易さ、その他のファクターについての考慮に基づいて考えられる配置に適切ないかなる位置にも配置され得る。
【００２２】
図１のバルブマニホールド１０は、好ましくは、マニホールド１０を圧力容器２０に結合するのに用いられる固定手段１１を有する。図１において、固定手段１１は、溶接、ろう付け、はんだ付け、又は、接着接合によって結合するのによく適している。
図２は、両端に本発明のマニホールド１０が設けられている吸着容器２０を示している。マニホールド１０は、溶接、ろう付け、はんだ付け、接着接合、又は、他の同様の方法によって固定され得る。代わって、マニホールド１０は、ボルト締めフランジ、ねじ止め接続、ブリーチブロック接続、スナップリング、又は、様々な他の恒久的でない手段によって容器に結合され得る。このような着脱可能な接続は、好ましいことに、吸着容器２０が恒久的な接続よりも容易に点検され、及び／又は、取り外されることを可能にするが、望ましくないことに、容器のサイズや重量、製造コストを増大もさせ得、このため、どちらかの方法が明らかに好ましいということはない。
【００２３】
図２の吸着容器は、ドーム２１がジョイント２３でシリンダセクション２２に接続されているように描かれている。本実施形態は、本発明をいかなる点でも限定することを意図するものではない。容器２０は、いかなる断面形状を有していてもよい。ジョイント２３は、溶接、ろう付け、接着接合、若しくは、他の方法によって形成され得、又は、フランジ、若しくは、他の着脱可能なコネクタを有し得る。さらに、容器２０全体は、スエージング、鍛造、鋳造、フィラメントワインディング、又は、他の同様な手段によって単体で形成され得る。吸着容器は、また、他の吸着容器、サージタンク、中間吸着容器、構造体、又は、複合容器を形成する他の部分に機械的に接続され得る。このように、吸着容器の形態は、いかなる点でも本発明の実施形態を限定するものではない。
【００２４】
図３は、ＰＳＡシステムを形成する４つの吸着容器２０を示す。図３において、各バルブマニホールド１０は、２つのバルブ３１を有する。各流体チャンネルは、流体コネクタ３２を介して全ての他の容器と連通され得る。流体コネクタ３２は、ここで示されるような剛性パイプであり得、又は、柔軟な可撓性のあるチューブであり得る。実際、相互接続流体コネクタの機能的な態様は、いかなる点でも本発明の実施形態を限定するものではなく、問題となるプロセスの状態に基づいて選択され得る。さらに、流体コネクタは、恒久的に、又は、着脱自在なコネクタを介してマニホールド１０に結合され得る。
【００２５】
図を参照することにより、各流体チャンネルは、流体コネクタ３２を用いて結合され、バルブと各吸着容器のプレナムとの間の連続的な流体パスを形成していることが理解され得る。このように、ＰＳＡサイクルの異なる段階で作動され、複数の容器間の流体の交換を意図するいかなるサイクルであっても、本発明のマニホールドを用いて実施され得る。望ましい場合には、マニホールドは、２以上の個々の吸着容器と連通される１以上の比較的大きなマニホールドに組み込まれ得る。このような一体化されたマニホールドは、流体コネクタ３２を完全に除去し得る。一体化されたマニホールドは、鋳造、モールディング、機械加工、及び、他の技術、並びに、技術の組合せによって製造され得る。一体化されたマニホールドの物理的な大きさは吸着容器のサイズに関連しているため、マニホールドの好ましい形態（ｍａｎｉｆｅｓｔａｔｉｏｎ）は、各システムの詳細な実現可能性及び経済性に左右される。このため、独立なマニホールドは，比較的大きな容器直径のシステムに好ましいものであり得、２以上の容器に連通している一体化されたマニホールドは、小さな径の容器に好ましいものであり得る。
【００２６】
従って、本発明は、一体化されたマニホールド及び容器を有するＰＳＡシステムを特に意図しており、マニホールド及び容器の全ては、１つの部材あるいは多くの部材のどちらかで形成され得、ここで、独立なバルブ要素は、ＰＳＡサイクルの異なったフェーズ中、流体を交換するような複数の容器間の並列な接続を実施する、あらゆるＰＳＡサイクルを事実上実行するように吸着容器と接続されている。図３は、空気圧を用いるピストンバルブを示しているが、他のタイプのバルブもここで意図されている。バルブは、空気圧により、電磁気的に、油圧により、若しくは、カムシャフト、ギア列による機械的な駆動、又は、その他の手段によって駆動され得る。直接的な機械的駆動は、多くの吸着容器と接続されている一体化されたマニホールドを用いる小さなシステムにおいて好ましいものであり得る。このようなシステムは、機械的な駆動による適切な作動を行うために必要な精密な機械的公差を実現するのに適している。回転軸がバルブポートに平行なバルブが好ましい。回転軸がバルブポート及びバルブシートと同心的なバルブが特に好ましい。
【００２７】
図４は、ワグナー、ベッタ、又は、ファーダー等と同様な生成ガスを用いる逆流パージ、又は、ブローダウンを伴うサイクルを実施するのによく適する、本発明のマニホールドの別の実施形態を示している。この本発明の実施形態では、１以上の流体チャンネル２は、ＰＳＡサイクルの吸着ステージ中に純粋な生成物を供給するための第１のバルブポート５と、生成マニホールドからの逆流パージ又はブローダウンガスの制御のための第２のバルブポート４１とに連通している。図４において、これらポート５，４１は、等しいディメンジョンで示されている。しかしながら、代わって、２つのポートは、適切な生成物の流れの性能を達成するために、異なったサイズ及び／又はタイプのバルブを収容するような異なったディメンジョンを有し得る。図４の実施形態は、好ましくは、バルブの移動及び停止を調節できるピストンバルブを用い、このピストンバルブは、適切なＰＳＡサイクル性能を達成するようにピストンバルブの流れ特性を調節するのに用いられ得る。
【００２８】
図４は、また、ＰＳＡシステムの作動及びメンテナンスに使用されるセンサーを収容するのに用いられ得るセンサーポート４６を示している。図４に示されているセンサーポート４６はプレナムキャビティ１に接続されている。しかしながら、センサーポートは、ＰＳＡシステムで行われる特定の測定に応じて、チャンネル２、及び／又は、パス４にも接続され得る。
【００２９】
図４のバルブマニホールドは、ボルト締めフランジインターフェース４２も有している。フランジインターフェース４２は、ボルト又はステッドのようなねじ接続によってバルブマニホールドを容器２０に接続している。このような接続は、望ましいことに、バルブマニホールドの交換を容易にし、吸着容器の点検及び交換を容易にする。ボルト締めフランジが図４に示されているが、全体によるねじ止め接続、ブリーチブロック接続、スナップリング、及び、他の同様な手段のような、他のタイプの着脱可能な接続が発明者によって意図されている。
【００３０】
図４に示されているさらなる好ましい部分は、ピンジャーナル４３を有する構造的な支持ボスである。ピンジャーナル４３は、ピン接続により容器を支持する手段を与える。ピンジャーナル４３のようなコネクタは、重量を支持するが、モーメントは支持しない。吸着容器２０の各端部にピン接続を与えることにより、容器は、１以上のヨーク、又は、バー・リンクによって支持構造体に接続され得る。好ましくは、容器の一端部は、ピン接続によって支持構造体に接続されるだろうし、容器の第２の端部は、ヨーク、又は、バー・リンクによって接続されるだろう。従って、容器２０は、３つのバー・リンクにおける１つの要素を形成している（図２及び３参照）。
【００３１】
図５ａ、５ｂ、５ｃは、バルブマニホールド１０を有する吸着容器２０を示し、バルブマニホールド１０は吸着容器２０の両端部に装着されている。図５ｂは、容器２０の一端部の拡大図を示し、図中、バルブマニホールド１０は、ピンジャーナル４３によって剛性リンク４８に接続されており、リンク４９は、支持構造体４７に接続されている。ピンジャーナル４３は、ピン４９ａによってリンク４８に回転可能に接続されており、リンク４８は、ピン４９ｃによって支持構造体４７に回転可能に接続されている。図５ｃは、容器２０の反対側の端部の拡大図を示し、図中、バルブマニホールド１０は、ピンジャーナル４３によって支持構造体４７に直接接続されている。図５ｃのマニホールド１０は、ピン４９ｃによって支持構造体４７に回転可能に接続されている。従って、図５ａ、５ｂ、５ｃに示される吸着容器２０は、３つのバー・リンクにおける１つの要素を形成している。
【００３２】
３つのバー・リンクは、容器の回動による容器の長さの変化に適応し得る。このタイプの接続は、溶接又はボルト締めによる剛性の支持よりも優れた利点を提供する。第１に、好ましい３つのバー・リンクによる装着は、容器の圧力及び温度のサイクルによって生じる容器の長さの変化に適応する。このような長さの変化は、ＰＳＡシステムでは回避することができず、望ましくないことに、容器及び剛性の支持手段において反動負荷を生成する。第２に、本発明の３つのバーによる構造的支持の利点は、容器と支持体との間でモーメントを伝達しないことである。このため、容器質量、風圧、地震、又は、その他のファクターによる、容器及び／又は構造体に位置する負荷の結果、容器又はマニホールドが曲がることはない。この形態は、望ましいことに、容器及びマニホールドへの応力を減少し、容器とマニホールドとの両方の必要とされる強度及び耐性を減少させ、容器、マニホールド、及び、支持構造体の設計を単純化させる。
【００３３】
図６ａは、ワグナー、ベッタ、及び、ファーダー等のプロセスにおける、吸着容器の生成端部からの、純化され、加圧された生成ガスの制御を示す流体の流れの模式図である。ＰＳＡサイクルの吸着ステージ中、純化生成物は、ＰＳＡ容器の生成端部から、導管５１を介し、バルブ５２を通じて出口５３まで流れる。バルブ５２は、常時閉の空気駆動バルブとして、一通りの方法でここでは示されているが、別のタイプのバルブが用いられ得る。吸着段階が完了した後のＰＳＡプロセスの他の段階中、純化生成ガスが、好ましいことに、逆流段階で吸着容器を浄化するのに用いられ得る場合がしばしばある。当該技術分野では、これは、普通、圧力レギュレーター５４を用いて生成圧力を中間圧力まで調整し、この調整されたガス流を第２のバルブ５５を介して加えることによって達成される。この種のシステムでは、各容器は、図６ａのバルブ５２，５５に対応する２つのバルブを有し、また、このシステムは、１つの調整バルブ５４を有する。当該技術分野のシステムでこれらバルブを提供することは、配管の複雑さ及び高価さを増大し、また、制御システムの複雑さを増大し、制御システムは、これらバルブを駆動する余分な機能を与えられなければならない。この複雑さの問題は、１つの調節バルブを与えることで、ストッカーによって注意が払われている。しかしながら、調節バルブはオンオフバルブよりもずっと高価であり、このためバルブのコストが重要となるシステムでは望ましいものではない。
【００３４】
図６ｂは、本発明の別の生成ガス流制御システムを示す。改良された方法における吸着段階中、生成ガスは、入口５１を通り、制量オリフィス５７と並列な逆止バルブ５６を通って流れる。そして、生成物は、駆動されたオンオフバルブ５８を通って生成物出口５３に流れる。逆止バルブは、模式図では、ばね逆止バルブとして示されているが、あらゆるタイプの逆止バルブが用いられ得る。サイクルの逆流ステップ中、オンオフバルブ５８は開いており、生成マニホールドの生成ガスは、ポイント５３から、開いているオンオフバルブ５８を通り、制量オリフィス５７を通り、ポイント５１を介して、生成マニホールドよりも低圧である吸着容器中へと流れる。逆止バルブ５６は逆流を許さず、逆流ガスの流量は、制量オリフィス５７によって完全に制御され得る。この装置の第３の作動段階では、オンオフバルブ５８は閉じられ、複数の吸着容器間の流れは、それらの相対的な圧力にかかわらず生じない。
【００３５】
逆止バルブ５６及び制量オリフィス５７の機能は、流れ制御バルブのような１つの部材に組み合わされ得る。流れ制御バルブとオンオフバルブとの組合せは、他のシステムよりも小さな駆動の複雑さ、少ない相互接続、少ないコストを提供する。図６ｂに示される可変オリフィス部を固定オリフィスに代えることにより、さらなる単純化がなされる。
【００３６】
本発明の改良された生成物流制御方法は、好ましいことに、本発明のマニホールド装置と組み合わされて、生成ガス流の制御のための充分に単純化された装置を形成し得る。このような形態では、同様なタイプのオンオフバルブが用いられるが、逆止バルブは、流体チャンネル２と、吸着容器２０と接続されているプレナム１との間に介在されなければならない。リードバルブ及びカートリッジバルブを含む、幾つかのタイプの適切でコンパクトな逆止バルブが、当該技術分野で知られている。図７は、逆止バルブの特に好ましい実施形態を含む、本発明のバルブマニホールド装置の断面図を示す。図７の断面図で示されるように、オンオフバルブ３１は、バルブポート５に挿入される。バルブステム及びシール６１は、ここでは単純化した形態で示されており、バルブシール６２と接触している。この位置で、バルブシールおよびシートは、流体チャンネル２とプレナム１との間の内部ギャラリー４を介する流れを妨げる。本発明の特に好ましい逆止バルブは、バルブシール６１を収容するシールカップ６３と、シールカップをシート領域に付勢するシールばね６４とを有する。
【００３７】
図８は、図７に示されるマニホールドの別の断面図であり、加圧され、純化された生成ガスが、プレナム１からギャラリー４を介して流体チャンネル２に流れる吸着ステップ中の本発明の逆止バルブが描写されている。この配置で、オンオフバルブシール装置６１は、バルブアクチュエータによって引き上げられており、シールカップ６３は、流体の圧力によってシート領域６２から引き上げられている。シールばね６４は、圧力によって圧縮されている。シールばねの選択により、装置の流れの抵抗が決定され、そして、圧力は、装置を介して降下する。低い剛性を有するシールばねは、低い圧力降下を逆止バルブ装置に与えるのに適している。
【００３８】
図９は、図７及び図８に示されるマニホールドの別の断面図を示し、ＰＳＡサイクルの逆流ステップ中の本発明の逆止バルブが描写されている。このステップ中、流体チャンネル２中の生成圧力は、プレナム１内の圧力よりも高くなっている。このため、ばね６４に抗してシール領域６２からシールカップ６３を引き上げる圧力は存在しない。オンオフバルブシール６１は、アクチュエータによってシール領域から引き上げられる。流量制量オリフィス６５が、シールカップ６３に設けられ、チャンネル２からプレナム１への生成物の流れを可能にしている。流量制量オリフィス６５は、図７乃至９に示されるように１以上のポートの形態で形成され得、又は、流量制量オリフィスは、バルブステムとシールカップとの間にクリアランスを与えることによって、若しくは、シールカップとシール領域との連結部分に、ギャップ、ホール、その他の部分を与えることによって構成され得る。これら形態のいかなる組合せであっても、本発明に従い、流量制量オリフィスとして用いられ得る。ここで示される逆止バルブの特に好ましい実施形態は、単純な形状を有し、容易に製造され得る２つの部品のみを用いるという特有の利点を有する。
【００３９】
本発明のバルブは、チャンネルに沿う流れを規制せず、キャビティ内の流れを規制しないように形成されている点に言及しておきたい。バルブは、キャビティとチャンネルとの間のパスを介した流体の流れを単に制御するように形成されている。従って、与えられたバルブが機能しない場合には、チャンネルに沿う流れとキャビティ内の流れとは、所望ならば維持され得る。
【００４０】
上述した実施形態のいずれを用いても、生成物流を制御するための本発明の方法は、好ましいことに、ワグナー、ベッタ、ファーダー等の、及び、他のＰＳＡシステムに比べて、駆動されるバルブの個数を減少させる。このバルブの個数の減少は、信頼性を増大する一方で、コスト及び複雑さを減少させる。これは、また、ＰＳＡ制御システムの複雑さを減少させる。
【００４１】
本発明のマニホールド装置は、多くの点で、あらゆるＰＳＡシステムを充分に改良する。第１に、所与の作動状態における生成収率が、配管及びマニホールドにおける、バルブ間の無駄な体積の急激な減少により増大される。第２に、バルブ装置の機械的な複雑さが減少され、対応して製造の困難さ及びリークの可能性が減少する。第３に、バルブ及び配管の重量及び体積の減少は、ＰＳＡシステムのフットプリント及び重量を減少させ、結果として、吸着容器に与えられる機械的な負荷、及び、支持構造体の必要性を減少させる。さらに、マニホールド装置は、支持構造体と吸着容器との間のモーメントを除去する、ピン接続を用いた構造的な支持手段を与える。これらモーメントの除去は、好ましいことに、容器への応力を減少させ、結果として、適切な寿命を達成するために必要となる容器材料の処理を減少させる。
【００４２】
１以上の容器について流動導管部分とバルブポートとを結合する本発明のマニホールド装置の使用は、他のシステムと比較して、全体の複雑さ、体積、重量をさらに減少させ得る。加えて、このような一体化されたマニホールドは、適切なカムシャフト又はギア列のような機械的手段によるバルブの駆動を実現し、従って、制御システムの複雑さ及びコストをさらに減少する。シールとシートとの間で直線運動をするバルブを用いる、本発明のマニホールド装置の好ましい実施形態において、これら利点は、回転バルブシステムで用いられる摺動シールを除去する一方で提供される。摺動シールの除去は、改良された生成収率及び純度、増大された信頼性を容易に実現する。さらに、バルブが独立して駆動される場合には、本発明のＰＳＡシステムは、作動中の供給状態を変化させるのに最適であり得る。
【００４３】
本発明の改良された生成物流制御方法が、本発明のマニホールド装置と組み合わされるときには、ＰＳＡシステムはさらに改良される。これら改良は、駆動バルブの使用の減少、制御システムの複雑さの減少、信頼性の増大、システムの製造の複雑さ及びコストの劇的な減少を含む。
【００４４】
本発明の方法及び装置の最も顕著な特徴は、ほとんど全てのＰＳＡシステムに対する広い適用性である。さらに、装置と方法との両方が、好ましいことに、いかなる生成容量(ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｃａｐａｃｉｔｙ)のＰＳＡシステムにも適用され得る。２０００年６月２９日に出願された米国仮出願６０／２１４，７３７号、２０００年６月７日に出願された米国特許出願０９／５８８，５７５号、２０００年８月２１日に出願された米国特許出願０９／６４２，００８号、２００１年８月２１日に出願された米国特許出願０９／９２８，４３７号、２００２年３月１５日に出願された米国特許出願１０／０９７，７４５号、フランクリン・ディー・ローマックス・ジュニア（Ｆｒａｎｋｌｉｎ  Ｄ．  Ｌｏｍａｘ，Ｊｒ）によって出願された、名称が「複雑さが減少された高収率ＰＳＡサイクル及び装置（ＨＩＧＨ  ＲＥＣＯＶＥＲＹ  ＰＳＡ  ＣＹＣＬＥＳ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＷＩＴＨ  ＲＥＤＵＣＥＤ  ＣＯＭＰＬＥＸＩＴＹ）」である特許出願、の各々の開示の全てが、そっくりそのまま本明細書に記載されているものとして参照される。
【００４５】
ここで説明され描かれた例示的な実施形態は、本発明の好ましい実施形態として説明され、いかなる点でも特許請求の範囲を限定することを意図していないことが留意されるべきである。
本発明の多数の改良及び変形が、上述した教示の範囲で可能である。従って、添付した特許請求の範囲内で、本発明がここで特に示されたものとは異なったやり方で実施され得ることが理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】隠れた部分を破線によって示し、本発明に従うバルブマニホールドを示す。
【図２】本発明に従う２つのマニホールド装置を有する吸着容器を示す。
【図３】本発明のマニホールド部分を用いる、４つの圧力容器の圧力揺動吸着サイクルを作動させるための装置を示す。
【図４】３つのバルブを備え、ボルト締めフランジ部を有する、本発明の別のマニホールド装置を示す。
【図５ａ】支持構造体に装着されている２つのマニホールド装置を有する吸着容器を示す。
【図５ｂ】図５ａの拡大図である。
【図５ｃ】図５ａの拡大図である。
【図６ａ】１つの駆動バルブを用いて、生成物の供給及び逆流パージを制御する改良された方法の作動の原理を示す流れの模式図である。
【図６ｂ】１つの駆動バルブを用いて、生成物の供給及び逆流パージを制御する改良された方法の作動の原理を示す流れの模式図である。
【図７】図６ｂで示される方法を実施するのに用いられる装置の一実施形態の断面図を示し、バルブ装置が、３つの作動モードの１つのモードで示されている。
【図８】図６ｂで示される方法を実施するのに用いられる装置の一実施形態の断面図を示し、バルブ装置が、３つの作動モードの別の１つのモードで示されている。
【図９】図６ｂで示される方法を実施するのに用いられる装置の一実施形態の断面図を示し、バルブ装置が、３つの作動モードのさらに別の１つのモードで示されている。
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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