(57)【要約】【課題】円筒面を気密な摺動面として、摺動面からの漏れを抑えつつ構造が簡素な、圧力スイング式ガス分離装置用のロータリバルブを提供する。【解決手段】円筒内周面を有する弁室が形成された弁箱と、弁室の内面と密着摺動しつつ１軸を中心に回転自在に配設された円柱形状の弁体とからなり、弁室には、給気ポート、排気ポート、第１の抽気ポート、第２の抽気ポートが開口し、弁体の円柱外面に形成された凹部で弁体と弁室内壁との間に、空隙となる第１および第２の凹陥部とを備え、第１の凹陥部と第２の凹陥部は、弁箱の円筒内周面と弁体の円柱外周面との摺動合わせ面で気密に分離されており、第１の抽気ポートに対する給気ポートと排気ポートとの開閉のタイミングと、第２の抽気ポートに対する給気ポートと排気ポートとの開閉のタイミングが、弁体回転の１８０度の位相差で一致したことを特徴とする圧力スイング式ガス分離装置用のロータリバルブ。【選択図】図２
2008221173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二成分以上のガスを含む混合ガスのうち少なくとも一つのガス成分（以下「選択ガス成分」という。）よりも残りのガス成分（以下「残ガス成分」という。）を選択的に吸着し得る吸着剤を充填した２つの吸着塔（以下「第１の吸着塔」「第２の吸着塔」という。）を備えた圧力スイング式ガス分離装置において、各吸着塔に混合ガスを加圧供給または各吸着塔から残ガス成分を排気する為の流路の切り替えに用いられるロータリバルブであって、円筒内周面を有する弁室が形成された弁箱と、弁室の内面と密着摺動しつつ１軸を中心に回転自在に配設された円柱形状の弁体とからなり、弁箱には、一端が弁室内面に給気ポートとして開口し、混合ガスが給気される給気流路に接続される給気接続口と、一端が弁室内面に排気ポートとして開口し、残ガス成分を排出する排気流路に接続される排気接続口と、一端が弁室の円筒内周面に第１の抽気ポートとして開口し、第１の吸着塔に連通する第１の抽気流路が接続される第１の抽気接続口と、一端が弁室の円筒内周面に第２の抽気ポートとして開口し、第２の吸着塔に連通する第２の抽気流路が接続される第２の抽気接続口とを備え、弁体の円柱外面または、弁体の円柱外面および弁室に形成された凹部で弁体と弁室内壁との間に、空隙となる第１および第２の凹陥部とを備え、第１の凹陥部と第２の凹陥部は、弁箱内においては、弁体の回転角度にかかわらず、弁箱の円筒内周面と弁体の円柱外周面との摺動合わせ面で気密に分離されており、弁体の回転角が第１の角度範囲の位置にあるときは、第１の凹陥部により給気ポートと第１の抽気ポートとが連通され、弁体の回転角が第２の角度範囲の位置にあるときは、第１の凹陥部により給気ポートと第２の抽気ポートとが連通され、弁体の回転角が第３の角度範囲の位置にあるときは、第２の凹陥部により排気ポートと第１の抽気ポートとが連通され、弁体の回転角が第４の角度範囲の位置にあるときは、第２の凹陥部により排気ポートと第２の抽気ポートとが連通され、第１の角度範囲と第３の角度範囲は重複せず、第２の角度範囲と第４の角度範囲は重複せず、第１の角度範囲と第２の角度範囲の大きさは等しく、第１の角度範囲と第２の角度範囲の位置の位相差は、弁体回転の１８０度の位相差とし、第３の角度範囲と第４の角度範囲の大きさは等しく、第３の角度範囲と第４の角度範囲の位置の位相差は、弁体回転の１８０度の位相差としたことを特徴とするロータリバルブ。
【請求項２】
第１の角度範囲の大きさを２００度以上２３０度以下としたことを特徴とする請求項１に記載のロータリバルブ。
【請求項３】
二成分以上のガスを含む混合ガスのうち少なくとも一つの選択ガス成分よりも残ガス成分を選択的に吸着し得る吸着剤を充填した第１の吸着塔および第２の吸着塔を備えた圧力スイング式ガス分離装置において、各吸着塔に混合ガスを加圧供給または各吸着塔から残ガス成分を排気する為の流路の切り替えに用いられるロータリバルブであって、円筒内周面を有する弁室が形成された弁箱と、弁室の内面と密着摺動しつつ１軸を中心に回転自在に配設された円柱形状の弁体とからなり、弁箱には、一端が弁室内面に給気ポートとして開口し、混合ガスが供給される給気流路に接続される給気接続口と、一端が弁室内面に排気ポートとして開口し、残ガス成分を排出する排気流路に接続される排気接続口と、一端が弁室の円筒内周面に第１の抽気ポートとして開口し、第１の吸着塔に連通する第１の抽気流路が接続される第１の抽気接続口と、一端が弁室の円筒内周面に第２の抽気ポートとして開口し、第２の吸着塔に連通する第２の抽気流路が接続される第２の抽気接続口とを備え、給気ポートと排気ポートは、弁体の回転軸を法線とする同一の平面上になく、第１の抽気ポートと第２の抽気ポートは、弁体の回転軸方向において給気ポートと排気ポートの間に位置し、第１の抽気ポートと第２の抽気ポートは、弁体の回転軸を法線とする同一平面上にあって弁体回転方向に関して１８０度の角度で対向配置し、給気ポート、排気ポート、第１の抽気ポート、第２の抽気ポートは独立配置しており、弁体の円柱外周面には、給気ポートに対向する円周上位置に無端円周溝形状の第１の円周溝と、排気ポートに対向する円周上位置に無端円周溝形状の第２の円周溝と、第１の抽気ポートと第２の抽気ポートの回転通過する円周上の対峙位置に円周方向に直列に形成した第１の有端溝と第２の有端溝と、第１の円周溝と第１の有端溝とを導通する第１の切欠きと、第２の円周溝と第２の有端溝とを導通する第２の切欠きとを備え、第１の円周溝、第１の切欠き、第１の有端溝で第１の凹陥部を構成し、第２の円周溝、第２の切欠き、第２の有端溝で第２の凹陥部を構成し、第１の有端溝と第２の有端溝を分離する弁体の円柱外周面のうち、第１または第２の抽気ポートが回転通過する円周面と重なる部分の面形状を、弁体の回転軸を法線とする平面上へ投影した時に生じる円弧を含んだ扇形の頂点の角度を「有端溝分離円弧頂角度」とし、第１または第２の抽気ポートの弁室円筒内周面上の開口部面形状のうち、第１または第２の有端溝が回転通過する円周面と重なる部分の面形状を、弁体の回転軸を法線とする平面上へ投影した時に生じる円弧を含んだ扇形の頂点の角度を「ポート円弧頂角度」とし、２つの有端溝分離円弧頂角度は等しくし、第１と第２の抽気ポートのポート円弧頂角度は等しくし、有端溝分離円弧頂角度は、第１または第２の抽気ポートのポート円弧長角度と同等以上としたことを特徴とするロータリバルブ。
【請求項４】
第１または第２の有端溝の弁体円柱外周面上の開口部面形状のうち、第１または第２の抽気ポートが回転通過する円周面と重なる部分の面形状を、弁体の回転軸を法線とする平面上へ投影した時に生じる円弧を含んだ扇形の頂点の角度を「有端溝円弧頂角度」とし、第１の有端溝の有端溝円弧頂角度と、第１または第２の抽気ポートのポート円弧頂角度との和は、２００度以上２３０度以下としたことを特徴とする請求項３に記載のロータリバルブ。
【請求項５】
弁体に形成された第１または第２の有端溝を構成する立ち上がり面と弁体の円柱外周面との交線形状のうち、第１または第２の抽気ポートと第１または第２の有端溝との流路の有効面の面積が変化する開閉工程において、流路の有効面を構成する境界の線形状を「有端溝端部形状」とし、第１および／または第２の有端溝の有端溝端部形状が、弁体の回転軸と平行な直線としたことを特徴とする請求項３または４に記載のロータリバルブ。
【請求項６】
弁室に円筒内端面を有する弁箱にあっては、弁箱の円筒内端面と弁体の円柱外端面の間に第１の空間および／または第２の空間を形成し、第１の空間と第１の有端溝とを導通する第１の切欠きを形成し、さらに／または、第２の空間と第２の有端溝とを導通する第２の切欠きを形成し、第１の凹陥部が第１の空間と第１の切欠きと第１の有端溝で構成され、さらに／または、第２の凹陥部が第２の空間と第２の切欠きと第２の有端溝で構成され、給気ポートと排気ポートは弁体の回転角度に係わらずそれぞれ第１と第２の空間と常時連通する位置に形成したことを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載のロータリバルブ。
【請求項７】
第１の切欠きの円周方向の長さが第１の有端溝の円周方向の長さと同程度に形成され、第１の切欠きが第１の有端溝を内包する形態となり、第１の切欠きと第１の円周溝で第１の凹陥部が構成され、さらに／または、第２の切欠きの円周方向の長さが第２の有端溝の円周方向の長さと同程度に形成され、第２の切欠きが第２の有端溝を内包する形態となり、第２の切欠きと第２の円周溝で第２の凹陥部が構成されたことを特徴とする請求項３から６のいずれかに記載のロータリバルブ。
【請求項８】
圧力スイング式ガス分離装置であって、２つの吸着塔を持ち、第１の吸着塔の一端には混合ガス給気と残ガス排気のための第１の抽気流路を持ち、第２の吸着塔の一端には混合ガス給気と残ガス排気のための第２の抽気流路を持ち、第１の抽気流路は第１の抽気接続口と接続され、第２の抽気流路は第２の抽気接続口と接続され、２つの吸着塔の他端には選択ガスを取り出すための流路を持つ、請求項１から７のいずれかに記載のロータリバルブを搭載したことを特徴とする圧力スイング式ガス分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力スイング式ガス分離装置用の回転式バルブおよび圧力スイング式ガス分離装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固有のガス分子を選択的に吸着することができるゼオライトなどの吸着剤を充填した複数の吸着塔に対して、周期的に原料ガスを給気し、残ガスを排出することで圧力変動を生じせしめ、不要なガス成分を吸着し、有用なガス成分を優先的に流出する圧力スイング式ガス分離装置においては、各吸着塔への原料ガスの給気や排気のための流路開閉、切替え機構として、通常、電気的制御を伴う複数の電磁バルブなどが利用されている。
【０００３】
また、複雑な電気的制御を必要とせず、平坦部を摺動面として平坦部に各ポートを形成し、所定のタイミングで各吸着塔への原料ガスの給気と不要なガスの排気を繰り返すことを実現した回転式バルブ装置がある。（例えば、特許文献１、特許文献２）
【０００４】
また、円柱型または円筒型の回転弁体表面の主に円周面に複数の溝または切欠きを形成し、弁箱の内面に複数のポートを形成し、所定のタイミングでバルブの開閉や切替えを実現した回転式バルブ装置がある。（例えば、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６）
【特許文献１】特開２００５−８３５１６号公報
【特許文献２】特開２００３−２８３２２号公報
【特許文献３】特開昭６２−２５１５８２号公報
【特許文献４】特開昭５９−１６６７６９号公報
【特許文献５】実開昭５８−６００６６号公報
【特許文献６】実開昭４８−５１１９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電気的制御を伴う複数の電磁バルブを使用したガス分離装置においては、ガス流量や濃度を監視しながらきめ細かな制御ができ選択ガスの濃度や流量は十分であるが、電磁バルブ作動騒音の問題、バルブ制御系の構成が複雑、高い装置製造コスト、大きな装置サイズ、難メンテナンス性などの点で欠点がある。
【０００６】
特許文献１によるバルブ装置は、平坦な摺動面にかかる面圧を一定に保ち、ガスの漏れを抑制する構造を特徴としているが、互いに向き合う摺動面どうしを押さえバネなどで押圧する必要があり、構造が複雑である。バネ押圧による摺動面の磨耗も問題となる。
【０００７】
特許文献１によるバルブ装置は、ポート形状の半径方向の形状は直線とし、ポート開閉遷移工程での開度に対する開口度を大きくし流路の有効面積の確保に努めているが、その角部は製作加工の都合上フィレットＲが形成されており、バルブ摺動面の半径方向寸法の拡大を招いている。
【０００８】
特許文献２によるバルブ装置は、固定シートの平坦部に対して扇形回転弁体の平坦部をバネにより押し付け、流体の漏洩を防ぐ方法であり、回転中心となる扇形回転弁体の頂角部分にある回転中心部分をバネで押さえる構造となっているため、固定シートと扇形回転弁体との面圧に不均衡が生じる。これにより流体の漏れなどの不具合が生じ易い。流体の漏れを防ぐために固定シートや扇型回転弁体の平坦摺動面の面粗さ向上させると今度は固定シートと扇型回転弁体が固着してしまう不具合が生じる。
【０００９】
また、漏れ防止のためのバネ押圧による接触摺動面の耐磨耗性の問題から、固定シートと扇形回転弁体に高価なセラミック材を使用しなければならず、コスト高である。さらに構成部品も多く、機構が複雑なためコスト高やメンテナンス性に問題がある。
【００１０】
特許文献２によるバルブ装置は、排気ポートに連通する扇形回転弁体の凹陥部の端部形状は円弧形状になっており、排気開始工程において急激に残ガス成分を排気させるには不都合である。排気開始工程において急激に残ガス成分を排出させるには、コストをかけてセラミック材料の平坦部に半径方向に直線形状となる角溝形状を形成するか、扇形回転弁体の半径寸法を拡大し凹陥部の溝幅を大きくすることになる。扇形回転弁体の半径寸法を拡大した場合、摺動面の面圧が更に不均衡となり、ガスの漏れを防止するためにスプリングの強度を上げ、部品の耐摩耗性を向上させるなど、さらに高コストとなり不具合も生じ易くなる。
【００１１】
特許文献１および２によるバルブ装置は、圧力スイング式ガス分離装置に使用するコンプレッサーや吸着塔などを仕様変更することに伴い、バルブ内の流体の圧力が変更される場合、漏れ防止のためのバネ強度などを変更する必要があり、バルブの汎用性が低く、設計変更や試作・試験などのコスト増や開発期間延長が生じる。
【００１２】
例えば、特許文献３、特許文献５の発明は、それぞれ発明の使途に適用するように形状、構成を定めており、本願発明とは異なる発明であり、圧力スイング式ガス分離装置に適用することは不可能である。
【００１３】
例えば、特許文献４、特許文献６の発明は、溝やポートの配置、開閉タイミングなどを請求範囲で明確にしておらず図例・実施例を読み解いても、圧力スイング式ガス分離装置に適用して所定の性能を発揮させるために溝やポートの配置、開閉タイミングなどを想到することは不可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
円柱外周面、円柱外端面、有端溝円弧頂角度、有端溝分離円弧頂角度、有端溝端部形状の箇所など主として弁体に関連する形状指定などの説明を図３に示す。円筒内周面、円筒内端面、ポート円弧頂角度など主として弁箱に関連する形状指定などの説明を図４に示す。
【００１５】
課題を解決するために、本発明は、下記する１）から７）に記載の各構成を有するロータリバルブおよび、下記する８）に記載の圧力スイング式ガス分離装置を提供する。
【００１６】
１）二成分以上のガスを含む混合ガスのうち少なくとも一つのガス成分（以下「選択ガス成分」という。）よりも残りのガス成分（以下「残ガス成分」という。）を選択的に吸着し得る吸着剤を充填した２つの吸着塔（以下「第１の吸着塔」「第２の吸着塔」という。）を備えた圧力スイング式ガス分離装置において、各吸着塔に混合ガスを加圧供給または各吸着塔から残ガス成分を排気する為の流路の切り替えに用いられるロータリバルブであって、円筒内周面を有する弁室が形成された弁箱と、弁室の内面と密着摺動しつつ１軸を中心に回転自在に配設された円柱形状の弁体とからなり、弁箱には、一端が弁室内面に給気ポートとして開口し、混合ガスが給気される給気流路に接続される給気接続口と、一端が弁室内面に排気ポートとして開口し、残ガス成分を排出する排気流路に接続される排気接続口と、一端が弁室の円筒内周面に第１の抽気ポートとして開口し、第１の吸着塔に連通する第１の抽気流路が接続される第１の抽気接続口と、一端が弁室の円筒内周面に第２の抽気ポートとして開口し、第２の吸着塔に連通する第２の抽気流路が接続される第２の抽気接続口とを備え、弁体の円柱外面または、弁体の円柱外面および弁室に形成された凹部で弁体と弁室内壁との間に、空隙となる第１および第２の凹陥部とを備え、第１の凹陥部と第２の凹陥部は、弁箱内においては、弁体の回転角度にかかわらず、弁箱の円筒内周面と弁体の円柱外周面との摺動合わせ面で気密に分離されており、弁体の回転角が第１の角度範囲の位置にあるときは、第１の凹陥部により給気ポートと第１の抽気ポートとが連通され、弁体の回転角が第２の角度範囲の位置にあるときは、第１の凹陥部により給気ポートと第２の抽気ポートとが連通され、弁体の回転角が第３の角度範囲の位置にあるときは、第２の凹陥部により排気ポートと第１の抽気ポートとが連通され、弁体の回転角が第４の角度範囲の位置にあるときは、第２の凹陥部により排気ポートと第２の抽気ポートとが連通され、第１の角度範囲と第３の角度範囲は重複せず、第２の角度範囲と第４の角度範囲は重複せず、第１の角度範囲と第２の角度範囲の大きさは等しく、第１の角度範囲と第２の角度範囲の位置の位相差は、弁体回転の１８０度の位相差とし、第３の角度範囲と第４の角度範囲の大きさは等しく、第３の角度範囲と第４の角度範囲の位置の位相差は、弁体回転の１８０度の位相差としたことを第１の特徴とするロータリバルブ。
【００１７】
２）第１の角度範囲の大きさを２００度以上２３０度以下としたことを第２の特徴とする上記１）に記載のロータリバルブ。
【００１８】
３）二成分以上のガスを含む混合ガスのうち少なくとも一つの選択ガス成分よりも残ガス成分を選択的に吸着し得る吸着剤を充填した第１の吸着塔および第２の吸着塔を備えた圧力スイング式ガス分離装置において、各吸着塔に混合ガスを加圧供給または各吸着塔から残ガス成分を排気する為の流路の切り替えに用いられるロータリバルブであって、円筒内周面を有する弁室が形成された弁箱と、弁室の内面と密着摺動しつつ１軸を中心に回転自在に配設された円柱形状の弁体とからなり、弁箱には、一端が弁室内面に給気ポートとして開口し、混合ガスが供給される給気流路に接続される給気接続口と、一端が弁室内面に排気ポートとして開口し、残ガス成分を排出する排気流路に接続される排気接続口と、一端が弁室の円筒内周面に第１の抽気ポートとして開口し、第１の吸着塔に連通する第１の抽気流路が接続される第１の抽気接続口と、一端が弁室の円筒内周面に第２の抽気ポートとして開口し、第２の吸着塔に連通する第２の抽気流路が接続される第２の抽気接続口とを備え、給気ポートと排気ポートは、弁体の回転軸を法線とする同一の平面上になく、第１の抽気ポートと第２の抽気ポートは、弁体の回転軸方向において給気ポートと排気ポートの間に位置し、第１の抽気ポートと第２の抽気ポートは、弁体の回転軸を法線とする同一平面上にあって弁体回転方向に関して１８０度の角度で対向配置し、給気ポート、排気ポート、第１の抽気ポート、第２の抽気ポートは独立配置しており、弁体の円柱外周面には、給気ポートに対向する円周上位置に無端円周溝形状の第１の円周溝と、排気ポートに対向する円周上位置に無端円周溝形状の第２の円周溝と、第１の抽気ポートと第２の抽気ポートの回転通過する円周上の対峙位置に円周方向に直列に形成した第１の有端溝と第２の有端溝と、第１の円周溝と第１の有端溝とを導通する第１の切欠きと、第２の円周溝と第２の有端溝とを導通する第２の切欠きとを備え、第１の円周溝、第１の切欠き、第１の有端溝で第１の凹陥部を構成し、第２の円周溝、第２の切欠き、第２の有端溝で第２の凹陥部を構成し、第１の有端溝と第２の有端溝を分離する弁体の円柱外周面のうち、第１または第２の抽気ポートが回転通過する円周面と重なる部分の面形状を、弁体の回転軸を法線とする平面上へ投影した時に生じる円弧を含んだ扇形の頂点の角度を「有端溝分離円弧頂角度」とし、第１または第２の抽気ポートの弁室円筒内周面上の開口部面形状のうち、第１または第２の有端溝が回転通過する円周面と重なる部分の面形状を、弁体の回転軸を法線とする平面上へ投影した時に生じる円弧を含んだ扇形の頂点の角度を「ポート円弧頂角度」とし、２つの有端溝分離円弧頂角度は等しくし、第１と第２の抽気ポートのポート円弧頂角度は等しくし、有端溝分離円弧頂角度は、第１または第２の抽気ポートのポート円弧長角度と同等以上としたことを第３の特徴とするロータリバルブ。
【００１９】
４）第１または第２の有端溝の弁体円柱外周面上の開口部面形状のうち、第１または第２の抽気ポートが回転通過する円周面と重なる部分の面形状を、弁体の回転軸を法線とする平面上へ投影した時に生じる円弧を含んだ扇形の頂点の角度を「有端溝円弧頂角度」とし、第１の有端溝の有端溝円弧頂角度と、第１または第２の抽気ポートのポート円弧頂角度との和は、２００度以上２３０度以下としたことを第４の特徴とする上記３）に記載のロータリバルブ。
【００２０】
５）弁体に形成された第１または第２の有端溝を構成する立ち上がり面と弁体の円柱外周面との交線形状のうち、第１または第２の抽気ポートと第１または第２の有端溝との流路の有効面の面積が変化する開閉工程において、流路の有効面を構成する境界の線形状を「有端溝端部形状」とし、第１および／または第２の有端溝の有端溝端部形状が、弁体の回転軸と平行な直線としたことを第５の特徴とする上記３）または４）に記載のロータリバルブ。
【００２１】
６）弁室に円筒内端面を有する弁箱にあっては、弁箱の円筒内端面と弁体の円柱外端面の間に第１の空間および／または第２の空間を形成し、第１の空間と第１の有端溝とを導通する第１の切欠きを形成し、さらに／または、第２の空間と第２の有端溝とを導通する第２の切欠きを形成し、第１の凹陥部が第１の空間と第１の切欠きと第１の有端溝で構成され、さらに／または、第２の凹陥部が第２の空間と第２の切欠きと第２の有端溝で構成され、給気ポートと排気ポートは弁体の回転角度に係わらずそれぞれ第１と第２の空間と常時連通する位置に形成したことを第６の特徴とする上記３）から５）のいずれかに記載のロータリバルブ。
【００２２】
７）第１の切欠きの円周方向の長さが第１の有端溝の円周方向の長さと同程度に形成され、第１の切欠きが第１の有端溝を内包する形態となり、第１の切欠きと第１の円周溝で第１の凹陥部が構成され、さらに／または、第２の切欠きの円周方向の長さが第２の有端溝の円周方向の長さと同程度に形成され、第２の切欠きが第２の有端溝を内包する形態となり、第２の切欠きと第２の円周溝で第２の凹陥部が構成されたことを第７の特徴とする上記３）から６）のいずれかに記載のロータリバルブ。
【００２３】
８）圧力スイング式ガス分離装置であって、２つの吸着塔を持ち、第１の吸着塔の一端には混合ガス給気と残ガス排気のための第１の抽気流路を持ち、第２の吸着塔の一端には混合ガス給気と残ガス排気のための第２の抽気流路を持ち、第１の抽気流路は第１の抽気接続口と接続され、第２の抽気流路は第２の抽気接続口と接続され、２つの吸着塔の他端には選択ガスを取り出すための流路を持つ、上記１）から７）のいずれかに記載のロータリバルブを搭載したことを特徴とする圧力スイング式ガス分離装置。
【００２４】
第１または第３の特徴による作用は、第１の凹陥部により給気ポートと第１の抽気ポートが連通された弁体の回転角度範囲にあるときは、第１の吸着塔へ混合ガスが加圧供給される。続いて第２の凹陥部により排気ポートと第１の抽気ポートが連通された弁体の回転角度範囲にあるときは、第１の吸着塔から残ガス成分が吸着塔内の残圧により排気される。
【００２５】
第１または第３の特徴による作用は、第１の凹陥部により給気ポートと第２の抽気ポートが連通された弁体の回転角度範囲にあるときは、第２の吸着塔へ混合ガスが加圧供給される。続いて第２の凹陥部により排気ポートと第２の抽気ポートが連通された弁体の回転角度範囲にあるときは、第２の吸着塔から残ガス成分が吸着塔内の残圧により排気される。
【００２６】
第１または第３の特徴による作用は、第１の吸着塔への混合ガス供給のタイミングおよび残ガス排気のタイミングが、第２の吸着塔へ混合ガス供給のタイミングおよび残ガス排気のタイミングと、弁体の回転位相差１８０度で一致していることである。
【００２７】
第１または第３の特徴による作用は、弁体は弁室に収容され、弁室の内壁面を密着摺動するため、給気口から混合ガスが加圧給気されても、その圧力により弁室内壁と弁体との間に空隙が生じることはなく、常に摺動面の気密性は保たれることである。
【００２８】
第１または第３の特徴による作用は、それぞれの吸着塔への給排気作用を等しくすることと、第１の凹陥部と第２の凹陥部どうしが、抽気ポートなどの開口部分から短絡的に連通せず、給気ポートからの混合ガスが直接排気ポートへ流れ込むことを防止することである。
【００２９】
第２または第４の特徴による作用は、第１の凹陥部により第１または第２の抽気ポートと給気ポートが連通される角度範囲が特定され、吸着塔に加圧給気される混合ガスの給気量が特定され、吸着塔内の内部圧力は吸着剤の最良の特性が発揮できる圧力に達し、吸着剤と残ガスの吸着反応時間を確保することであり、また、第１の凹幹部により給気ポートと第１の抽気ポートが連通する工程と、給気ポートと第２の抽気ポートが連通する工程が重なる工程が特定され、２つの抽気接続口に接続されたそれぞれの吸着塔に同時に給気ポートが連通することで２つの吸着塔に同時に混合ガスが加圧供給され、２つの吸着塔の内部圧力を均圧にする工程（以下「均圧工程」という。）が適切に行われることである。
【００３０】
図１２に第１および第２の抽気ポートに対する給気ポートと排気ポートの開閉タイミングを示す。第１の抽気ポートが給気ポートと連通している角度範囲を第１の角度範囲とし、第２の抽気ポートが給気ポートと連通している角度範囲を第２の角度範囲とし、第１の抽気ポートが排気ポートと連通している角度範囲を第３の角度範囲とし、第２の抽気ポートが排気ポートと連通している角度範囲を第４の角度範囲とし、第１の抽気ポートと第２の抽気ポートが同時に給気ポートと連通している角度範囲を均圧区間としている。給気ポートおよび排気ポートの開度が変化する工程は、ポートの形状により実際は直線にならない場合があるが、本図では簡易的に直線で示している。
【００３１】
図１４に示すとおり、第１の角度範囲の大きさ（＝第２の角度範囲の大きさ）を変化させたときの選択ガス成分の濃度は、第２の特徴では第１の角度範囲の大きさの値、第４の特徴では第１の有端溝の有端溝円弧頂角度と第１の抽気ポートのポート円弧頂角度（＝第２の抽気ポートのポート円弧頂角度）の和の値が、２００度以上２３０度以下の範囲で高い値となる。より好ましくは２１０度付近で８９％を超える高い濃度を達成する。
【００３２】
第５の特徴による作用は、第１または第２の抽気ポートと第１または第２の有端溝との流路の有効面積が変化する開閉工程における、第１または第２の抽気ポートと第１または第２の有端溝との流路の有効面積の増加率または減少率の勾配を大きし、給排気の開始終了時の給気流量、排気流量を増大させることである。（参考：図９、１０、１１、１３）
【００３３】
第６の特徴による作用は、第１または第２の円周溝の代替となる空間を弁体の円柱最端部に形成することで、本発明のロータリバルブの弁体回転軸方向の小型化が図られ、給気ポートまたは排気ポートの開口形成場所の自由度が増すことである。
【００３４】
第７の特徴による作用は、第１または第２の切欠きの円周方向の長さがそれぞれ第１または第２の有端溝の円周方向の長さまで拡大形成されており、流路抵抗の低減と、弁体製作時の加工の簡略化が図られることである。本特徴によると、有端溝と切欠きを形状的に区別できない場合が生じ、有端溝の記載を切欠きに、有端溝分離円弧頂角度の記載を切欠き分離円弧頂角度に、有端溝円弧頂角度の記載を切欠き円弧頂角度に、有端溝端部形状の記載を切欠き端部形状に置き換えることで整合させる。
【００３５】
本発明には、上記ロータリバルブを直列に組み合わせたことを特徴とするものも含まれ、さらには、直列の間に形成され隣り合う第１の円周溝または第２の円周溝どうしを共有することを特徴とするものも含まれる。
【００３６】
通常の運転中の使用法では、弁体を一定速度で回転させるモーターを使用することがコストの面で好ましい。
【００３７】
第１または第２の切欠きの大きさは、なるべく大きいほうが、流路抵抗が軽減できて良いが、回転摺動面の配置のバランスなどを考慮し大きい切欠きを形成しない場合は、第１または第２の抽気ポートと第１または第２の凹陥部との開き始めの工程に多くの流量確保がバルブの性能として強く期待されることから、流路抵抗や回転摺動面の配置のバランスなどを考慮して、第１または第２の有端溝と第１または第２の抽気ポートとが開き初めとなる端部に第１または第２の切欠きを形成したり、さらに複数個の切欠きを形成しても良い。
【００３８】
給気ポートと排気ポートの形成場所は、それぞれ第１の円周溝と第２の円周溝に対して常時連通する位置であれば、特定しない。
【００３９】
第１および第２の凹陥部を十分に大きく形成し、流路抵抗をできるだけ小さくすることが好ましい。凹幹部を十分に大きく形成しない場合は、第１の抽気ポートに対する給気ポートまたは排気ポートとの間の流路抵抗と、第２の抽気ポートに対する給気ポートまたは排気ポートとの間の流路抵抗が等しくならず、第１と第２の吸着塔内のガス濃度分布のバランスにわずかな差異が生じることもあり得る。この場合、給気ポートに対して弁体の回転角度方向に１８０度対向した位置に２つ目の給気ポート、または、排気ポートに対して弁体の回転角度方向に１８０度対向した位置に２つ目の排気ポートを形成しても良い。
【発明の効果】
【００４０】
第１または第３の特徴による効果は、電磁バルブなどのアクチュエータを使用した場合に比べて、電磁バルブなどの作動音が発生せず大幅な低騒音化が図られ、多数の電磁バルブやその制御装置が不要で、圧力スイング式ガス分離装置は小型化、軽量化し、駆動部品が減少することで故障率は下がり、機構が簡便なためメンテナンスは容易となることである。
【００４１】
第１または第３の特徴による効果は、特許文献１または特許文献２などに示される発明と比較して、本発明では給気口から混合ガスが加圧給気されても弁室内壁と弁体との間の摺動面の気密は保たれるため、圧力スイング式ガス分離装置の分離性能を維持することが容易になる。
また、流体ガスの漏れ、摺動部品の固着などの不具合発生は低減し、摺動面を押圧する機構が不要でバルブを構成する基本的部品点数は約１／３に減少し、バルブの摺動部の材料として安価な一般鋼材などの選定が可能となり、メンテナンスにかかるコストや材料コストや加工コストなどの総コストの低減、小型化が図られることである。
また、圧力スイング式ガス分離装置の仕様の変更などによりバルブ内の圧力や流量を変化させたとしても、摺動面を押圧するバネの強度を変更する必要が無く、摺動面の気密が保たれる。
【００４２】
第１または第３の特徴による効果は、第１および第２の吸着塔に対する混合ガスの給気と残ガスの排気が同等にバランスされ、選択ガスの濃度を高いレベルで安定化させることである。また、コンプレッサーや送風機などのガス供給機からの混合ガスを無駄なく使用でき、選択ガス成分の高濃度化と流量の増大が図られ、また、ガス供給機の仕様の最適化が図られることである。
【００４３】
第２または第４の特徴による効果は、最適な吸着塔内の圧力、吸着に必要な時間、適切な均圧工程の時間が確保されることで、吸着塔内の理想的な選択ガスと残ガス成分の濃度分布が実現でき、選択ガス成分と残ガス成分の分離が促進され、選択ガス成分の高濃度化と流量の増大が図られることである。
【００４４】
第５の特徴による効果は、第１または第２の抽気ポートと第１の有端溝との開度に対する流路の有効面積の立上がり立下り勾配を大きくできることで、抽気接続口に接続される吸着塔に対して、より多くの混合ガスを供給することができ、吸着に最適な吸着塔内圧力まで短時間であげることができ、吸着に必要な時間を十分に確保することができ、第１または第２の抽気ポートと第２の有端溝との開度に対する流路の有効面積の立上がり立下り勾配を大きくできることで、排気に必要な時間を十分に確保し、吸着塔内圧力を急激に低下させることにより、吸着剤から残ガス成分が効果的に放出されことにより、選択ガス成分の高濃度化と流量の増大が図られることである。
【００４５】
特に、ゼオライトなどの吸着剤の吸着、脱着特性により、混合ガス供給開始時にはなるべく早く供給し急速に吸着塔内部圧力を上昇させ、さらに残ガス排気開始時になるべく早く排気し急激に吸着塔内部圧力を降下させることが選択ガスの高濃度化、大流量化に大きく影響を与えるものであり、第５の特徴の効果は、圧力スイング式ガス分離装置に適用するロータリバルブとして重要である。
【００４６】
弁体の円柱外周面で第１の有端溝と第２の有端溝を気密に分離する本発明によれば、弁体加工時にフラットエンドミル工具を使用することで、コスト増を伴わずにかつバルブ寸法の拡大を伴わずに第５の特徴を実現できる。
【００４７】
第６の特徴による効果は、ロータリバルブの弁体回転軸方向の小型化が図られ、給気ポートまたは排気ポートの開口場所の自由度が増すため、圧力スイング式ガス分離装置にロータリバルブを組み込む場合の、バルブ本体の配置自由度、配管自由度が向上することである。
【００４８】
第７の特徴による効果は、切欠きによる流路抵抗を軽減することで、吸着塔への給気効率、吸着塔からの排気効率を向上させるとともに、給気騒音・排気騒音の低減と弁体の軽量化に役立つ。また、切欠きおよび有端溝の加工時の工具交換工程を低減し、工具の加工移動経路も簡略化でき、加工コストの低減に役立つ。
【００４９】
本発明のロータリバルブ搭載した圧力スイング式ガス分離装置は、機構が簡便でガスの漏れなどの不具合は容易に生ぜず、選択ガスの十分な濃度、流量が確保され、小型化、軽量化が達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
本発明の実施の形態を図１、２に基づいて説明する。また、ロータリバルブを組み込んだ圧力スイング式ガス分離装置の構成図を図５に示す。
【００５１】
本形態におけるロータリバルブの構成部品は、円筒内周面を有する弁箱１００と円筒内周面に沿って回転可能に配置された円柱形状の弁体１０１である。
【００５２】
弁体の円柱外周面には、無端溝形状である円周溝として第１の円周溝２００と第２の円周溝２０４を形成し、第１の円周溝と第２の円周溝に挟まれる位置の同一円周上に円周方向に第１の有端溝２０２と第２の有端溝２０６を直列に形成し、第１の円周溝２００と第１の有端溝２０２は、弁体の円柱外周面に形成された第１の切欠き２０１で導通し、第１の円周溝２００と第１の有端溝２０２と第１の切欠き２０１で第１の凹陥部２０３を形成し、第２の円周溝２０４と第２の有端溝２０６は、弁体の円柱外周面に形成された第２切欠き２０５で導通し、第２の円周溝２０４と第２の有端溝２０６と第２の切欠き２０５で第２の凹陥部２０７を形成している。
【００５３】
弁箱の円筒内周面には、第１の凹陥部２０３と常時連通するために、第１の円周溝２００に対応した位置に給気ポート１０２を形成し、第２の凹陥部２０７と常時連通するために、第２の円周溝２０４に対応した位置に排気ポート１０３を形成し、第１の有端溝２０２および第２の有端溝２０６が直列に並ぶ円周上で１８０度に対向する位置に、第１の抽気ポート１０４および第２の抽気ポート１０５を形成している。
【００５４】
弁箱の外面には、給気ポート１０２の他端として、コンプレッサーや送風機などと接続するための給気接続口１０６を形成し、排気ポート１０３の他端として排気チャンバーなどと接続するための排気接続口１０７を形成し、第１の抽気ポート１０４の他端として第１の抽気接続口１０８には第１の抽気流路１５２をとおして第１の吸着塔１５０と接続し、第２の抽気ポート１０５の他端として第２の抽気接続口１０９には第２の抽気流路１５３をとおして第２の吸着塔１５１と接続している。
【００５５】
第１の有端溝２０２の有端溝円弧頂角度３２４は約１８０度とし、２つの有端溝を分離する有端溝分離円弧頂角度（３２２、３２３）は等しい角度としそれぞれ約３２度とし、第１の抽気ポート１０４のポート円弧頂角度３０２と第２の抽気ポート１０５のポート円弧頂角度３０３は等しい角度としそれぞれ約３０度としている。
【００５６】
弁体の回転に伴い、第１の有端溝と第２の有端溝とが、第１の抽気ポートまたは第２の抽気ポートをまたいでバルブ内で直接的に短絡することがないように、かつ第１の有端溝または第２の有端溝の有端溝円弧頂角度を十分に確保する上で、有端溝分離円弧頂角度は、ポート円弧頂角度と同等以上、ポート円弧頂角度に１０度を加算した角度以下が適切である。
【００５７】
抽気ポートのポート円弧頂角度は約３０度とし、有端溝円弧頂角度は約１８０度としているので、第１の角度範囲の大きさ（＝第２の角度範囲の大きさ）は約２１０度であり、弁体の回転角度が約３０度の範囲で均圧工程が行われる。
【００５８】
第１の有端溝２０２と第２の有端溝２０６の有端溝端部形状１２は、弁体の回転軸に平行な直線形状としている。
【００５９】
図９、１０、１１に抽気ポート７の形状と有端溝端部形状１２の違いによる抽気ポートと有端溝との流路の有効面積の違いを示す。図１３に抽気ポートと有端溝の開度変化に対する流路の有効面積の変化を示す。
【００６０】
丸穴形状の抽気ポートに対して有端溝端部形状が円弧形状の場合（図９）に比べて有端溝端部形状が弁体の回転軸と平行な直線形状の場合（図１０）では、抽気ポートと有端溝の開度が２５％のとき流路の有効面積は３４％大きく、開度が５０％のとき有効面積は２７％大きく、開度が７５％のとき有効面積は１７％大きくなる。
弁箱の製作コストの増加を許容すれば、図１１に示すように抽気ポートを四角穴形状にすれば、より効果的である。
【００６１】
本形態では、抽気ポートのポート円弧頂角度の確保とロータリバルブの弁体回転軸方向の寸法の制約から、抽気ポートは長穴形状とし、有端溝端部形状は弁体の回転軸と平行な直線形状としている。
【００６２】
第１および第２の抽気ポートが１８０度の角度で対向する位置に形成されており、ポート円弧頂角度が等しく設定されているので、第１の抽気ポートに対する第１および第２の有端溝の開閉タイミングが、第２の抽気ポートに対する第１および第２の有端溝との開閉タイミングに対して、弁体回転の１８０度の位相差で一致し、２つの吸着塔に対し給排気が同等に作用し、選択ガスが安定して高濃度となり、かつ大流量が確保される。
【００６３】
弁体の円柱外周面の両端部には、気密の向上を目的にＯリングなどを配置してもよい。
【００６４】
本形態では、モータ駆動軸からの回転運動を伝達するためのカップリング部品を弁体内部に配設しており、構造上の制約から切欠きを有端溝の円周方向の長さと同程度に切欠きを大きく形成することは適用していない。
【実施例１】
【００６５】
弁箱が円筒内周面と１つの円筒内端面を有する場合の実施例を図６に示す。
【００６６】
弁箱は円筒内端面を有することで、無端円周溝形状の第１の円周溝の機能代替として、弁箱の円筒内端面と弁体の円柱外端面の間に第１の空間２０８を形成しており、第１の空間２０８と第１の切欠き２０１と第１の有端溝２０２で第１の凹陥部２０３を構成している。
【００６７】
給気ポート１０２は、第１の空間２０８に対応した位置で、弁箱の円筒内周面または円筒内端面に形成する。最良の形態に比べて本実施例の方法は、弁体の回転軸方向のロータリバルブの大きさは減少し、給気流路の配管自由度が増し、弁体の製造加工コストが減少し、弁箱の製造加工コストが増大する。
【００６８】
第１および第２の抽気ポートと給気ポートとの間の流路損失が等しくならず、第１と第２の吸着塔内のガスの濃度分布のバランスにわずかな差異が生じる場合は、給気ポートを円筒内端面の中心に形成しても良い。
【００６９】
本例を更に発展させた例として、第２の円周溝側に弁箱の円筒内端面を有する場合もあり、さらに、弁箱が２つの円筒内端面を有する場合は、第１および第２の円周溝の機能代替として、弁箱の一方の円筒内端面と弁体の一方の円柱外端面の間に第１の空間を形成し、弁箱の他方の円筒内端面と弁体の他方の円柱外端面の間に第２の空間を形成する場合もある。
【００７０】
排気接続口には排気消音マフラや排気チャンバーが接続され、消音機能や過排気を防ぐための機能を付加するのが一般的であるが、このような機能が不要であれば、さらに構造は簡単になり、第２の空間側の弁箱の円筒内端面は不要であり、第２の切欠きから直接残ガス成分を大気開放しても良い。
【００７１】
この場合、選択ガス成分の濃度を高く保つために、ロータリバルブ設計・試作時の排気チューニング作業が複雑となる。また、弁体および弁箱の製作加工費は低減し、回転軸方向の寸法の縮小に役立つが、第２の切欠き部分周辺摺動部への外部からのゴミ噛みこみや排気騒音などの問題が生じる。
【００７２】
弁体を回転するための駆動軸配置の関係から、排気側となる第２の空間または第２の切欠きをモーター駆動側に、より厳しく気密が要求される給気側となる第１の空間をモータ駆動側と反対側に形成するのが好ましく、また、摺動面の配置がアンバランスになる可能性があるため、切欠きの形成に当たっては、第１または第２の有端溝の両端に２個ずつの第１または第２の切欠き形成するなど、切欠きの数や配置に関して工夫が望まれる。
【実施例２】
【００７３】
第１の切欠き２０１および第２の切欠き２０５を大きく形成した場合の実施例を図７に示す。
【００７４】
有端溝の円周方向の長さと同等の大きさまで切欠きを大きく形成した場合、有端溝は、溝形状ではなく切り欠きに内包された一体的な形状となり、加工工程上または部品構成上、本例が実施可能であれば、有端溝と切欠きを別に加工する必要が無くなり、加工コストの低減に効果的であり、加工削除部分が大きくなり軽量化にも良く、流路抵抗も軽減される。
【実施例３】
【００７５】
第１の切欠き２０１を大きく形成し、弁箱の円筒外端面の中心に給気ポート１０２を形成した場合の実施例を図８に示す。
【００７６】
第１の有端溝の円周方向の長さと同等の大きさまで第１の切欠き２０１を形成し、給気ポート１０２を弁箱の円筒内端面上の中心に形成することで、第１の空間は省略でき、第１の切欠き２０１と給気ポート１０２が直接連通される。
【００７７】
平坦部を摺動面とする従来の回転式バルブでは、給気ポート近傍に漏れ防止のためのシール部材などが必要であったり、平坦部の平面度、平行度や表面粗さなどを向上させる必要があるが、本例では弁箱の円筒内周面と弁体の円柱外周面との摺動合わせ面で気密に分離されているので、弁箱の円筒内端面と弁体の円柱外端面でのシールは不要であり、弁箱の円筒内端面と弁体の円柱外端面の平面度、平行度や表面粗さ、弁箱の円筒内端面を弁体の円柱外端面の隙間などはバルブ性能に影響を与えない。
【実施例４】
【００７８】
図１４に、前記「発明を実施するための最良の形態」で示したロータリバルブを酸素濃縮用の圧力スイング式ガス分離装置に適用した場合の、第２の特徴では第１の角度範囲の大きさ（＝第２の角度範囲の大きさ）の値、第４の特徴では第１の有端溝の有端溝円弧頂角度と第１の抽気ポートのポート円弧頂角度（＝第２の抽気ポートのポート円弧頂角度）の和の値の変化に対する選択ガス（酸素ガス）の濃度変化のグラフを示す。
【００７９】
弁体回転モータの１回転中の回転速度を変化させることで第１の角度範囲を変更し、高濃度酸素ガス出口部分に設置した絞り弁を調整することで高濃度酸素ガスの流量設定を４リットル／分とし、第１の角度範囲の大きさが２００度から２３０度の範囲で約８８％以上の高い濃度を示し、約２１０度付近で最大濃度８９．１％を示した。
流量設定を３．５リットル／分とすると、本グラフの酸素濃度は全体的に上昇し、約２１０度付近で最大濃度は９１％を超えることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明により試作したロータリバルブを中小型の酸素濃縮用の圧力スイング式ガス分離装置に取り付け、従来品より高い性能を確認しており、工場や店舗でのオゾン発生用、病院や家庭での医療用の高濃度酸素の供給装置としてだけでなく、疲労回復や健康維持のための家庭用の酸素濃縮装置として利用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】ロータリバルブを示す正面図である。
【図２】ロータリバルブを示す側面図（弁箱のみ断面図としている）である。
【図３】主に弁体の形状を定める用語を説明するための模式図である。
【図４】主に弁箱の形状を定める用語を説明するための模式図である。
【図５】ロータリバルブを組み込んだ圧力スイング式ガス分離装置の構成図である。
【図６】ロータリバルブの実施例１を示す側面図（弁箱のみ断面図としている）である。
【図７】ロータリバルブの実施例２を示す側面図（弁箱のみ断面図としている）である。
【図８】ロータリバルブの実施例３を示す側面図（弁箱のみ断面図としている）である。
【図９】抽気ポート形状と有端溝端部形状の構成その１と流路の有効面積を示すための説明図である。
【図１０】抽気ポート形状と有端溝端部形状の構成その２と流路の有効面積を示すための説明図である。
【図１１】抽気ポート形状と有端溝端部形状の構成その３と流路の有効面積を示すための説明図である。
【図１２】第１および第２の抽気ポートと給気ポートおよび排気ポートの開閉タイミングを示すグラフである。
【図１３】抽気ポートと有端溝の開度の変化に対する流路の有効面積の変化を示すグラフである。
【図１４】第１の角度範囲の大きさ変化に対する選択ガス成分の濃度変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８２】
１      円柱外端面
２      円柱外周面
３      円筒内端面
４      円筒内周面
５      弁体の回転軸
６      弁体の回転軸を法線とした平面
７      ポート
９      ポート円弧頂角度
１０    弁体に形成された有端溝を構成する面
１１    １０と円柱外周面との交線形状
１２    １１の交線のうち、有端溝端部形状を示す部分
１３    有端溝円弧頂角度
１５    有端溝分離円弧頂角度
３０    有端溝の回転方向
３１    有端溝と抽気ポートの開度が２５％のときの流路の有効面積
３２    有端溝と抽気ポートの開度が５０％のときの流路の有効面積
３３    有端溝
１００  弁箱
１０１  弁体
１０２  給気ポート
１０３  排気ポート
１０４  第１の抽気ポート
１０５  第２の抽気ポート
１０６  給気接続口
１０７  排気接続口
１０８  第１の抽気接続口
１０９  第２の抽気接続口
１２０  モーター
１５０  第１の吸着塔
１５１  第２の吸着塔
１５２  第１の抽気流路
１５３  第２の抽気流路
１６０  混合ガスの供給
１６１  残ガスの排出
１６２  選択ガスの取り出し
２００  第１の円周溝
２０１  第１の切欠き
２０２  第１の有端溝
２０３  第１の凹陥部
２０４  第２の円周溝
２０５  第２の切欠き
２０６  第２の有端溝
２０７  第２の凹陥部
２０８  第１の空間
３０２  第１の抽気ポートのポート円弧頂角度
３０３  第２の抽気ポートのポート円弧頂角度
３２２  有端溝分離円弧頂角度      
３２３  有端溝分離円弧頂角度
３２４  第１の有端溝の有端溝円弧頂角度
３２５  第２の有端溝の有端溝円弧頂角度
【図１】
2008221173.tif 000003
【図２】
2008221173.tif 000004
【図３】
2008221173.tif 000005
【図４】
2008221173.tif 000006
【図５】
2008221173.tif 000007
【図６】
2008221173.tif 000008
【図７】
2008221173.tif 000009
【図８】
2008221173.tif 000010
【図９】
2008221173.tif 000011
【図１０】
2008221173.tif 000012
【図１１】
2008221173.tif 000013
【図１２】
2008221173.tif 000014
【図１３】
2008221173.tif 000015
【図１４】
2008221173.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成19年10月17日(2007.10.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二成分以上のガスを含む混合ガスのうち少なくとも一つのガス成分（以下「選択ガス成分」という。）よりも残りのガス成分（以下「残ガス成分」という。）を選択的に吸着し得る吸着剤を充填した２つの吸着塔（以下「第１の吸着塔」「第２の吸着塔」という。）を備えた圧力スイング式ガス分離装置において、各吸着塔に混合ガスを加圧供給または各吸着塔から残ガス成分を排気する為の流路の切り替えに用いられるロータリバルブであって、円筒内周面を有する弁室が形成された弁箱と、弁室の内面と密着摺動しつつ１軸を中心に回転自在に配設された円柱形状の弁体とからなり、弁箱には、一端が弁室内面に給気ポートとして開口し、混合ガスが給気される給気流路に接続される給気接続口と、一端が弁室内面に排気ポートとして開口し、残ガス成分を排出する排気流路に接続される排気接続口と、一端が弁室の円筒内周面に第１の抽気ポートとして開口し、第１の吸着塔に連通する第１の抽気流路が接続される第１の抽気接続口と、一端が弁室の円筒内周面に第２の抽気ポートとして開口し、第２の吸着塔に連通する第２の抽気流路が接続される第２の抽気接続口とを備え、弁体の円柱外面または、弁体の円柱外面および弁室に形成された凹部で弁体と弁室内壁との間に、空隙となる第１および第２の凹陥部とを備え、第１の抽気ポートと第２の抽気ポートの回転通過する円周上の対峙位置では、第１の凹陥部の一部と第２の凹陥部の一部は、同一円周上に円周方向に直列に配置し、第１の凹陥部と第２の凹陥部は、弁箱内においては、弁体の回転角度にかかわらず、弁箱の円筒内周面と弁体の円柱外周面との摺動合わせ面で気密に分離されており、弁体の回転角が第１の角度範囲の位置にあるときは、第１の凹陥部により給気ポートと第１の抽気ポートとが連通され、弁体の回転角が第２の角度範囲の位置にあるときは、第１の凹陥部により給気ポートと第２の抽気ポートとが連通され、弁体の回転角が第３の角度範囲の位置にあるときは、第２の凹陥部により排気ポートと第１の抽気ポートとが連通され、弁体の回転角が第４の角度範囲の位置にあるときは、第２の凹陥部により排気ポートと第２の抽気ポートとが連通され、第１の角度範囲と第３の角度範囲は重複せず、第２の角度範囲と第４の角度範囲は重複せず、第１の角度範囲と第２の角度範囲の大きさは等しく、第１の角度範囲と第２の角度範囲の位置の位相差は、弁体回転の１８０度の位相差とし、第３の角度範囲と第４の角度範囲の大きさは等しく、第３の角度範囲と第４の角度範囲の位置の位相差は、弁体回転の１８０度の位相差とし、第１の角度範囲の大きさを２００度以上２３０度以下としたことを特徴とするロータリバルブ。
【請求項２】
二成分以上のガスを含む混合ガスのうち少なくとも一つの選択ガス成分よりも残ガス成分を選択的に吸着し得る吸着剤を充填した第１の吸着塔および第２の吸着塔を備えた圧力スイング式ガス分離装置において、各吸着塔に混合ガスを加圧供給または各吸着塔から残ガス成分を排気する為の流路の切り替えに用いられるロータリバルブであって、円筒内周面を有する弁室が形成された弁箱と、弁室の内面と密着摺動しつつ１軸を中心に回転自在に配設された円柱形状の弁体とからなり、弁箱には、一端が弁室内面に給気ポートとして開口し、混合ガスが供給される給気流路に接続される給気接続口と、一端が弁室内面に排気ポートとして開口し、残ガス成分を排出する排気流路に接続される排気接続口と、一端が弁室の円筒内周面に第１の抽気ポートとして開口し、第１の吸着塔に連通する第１の抽気流路が接続される第１の抽気接続口と、一端が弁室の円筒内周面に第２の抽気ポートとして開口し、第２の吸着塔に連通する第２の抽気流路が接続される第２の抽気接続口とを備え、給気ポートと排気ポートは、弁体の回転軸を法線とする同一の平面上になく、第１の抽気ポートと第２の抽気ポートは、弁体の回転軸方向において給気ポートと排気ポートの間に位置し、第１の抽気ポートと第２の抽気ポートは、弁体の回転軸を法線とする同一平面上にあって弁体回転方向に関して１８０度の角度で対向配置し、給気ポート、排気ポート、第１の抽気ポート、第２の抽気ポートは独立配置しており、弁体の円柱外周面には、給気ポートに対向する円周上位置に無端円周溝形状の第１の円周溝と、排気ポートに対向する円周上位置に無端円周溝形状の第２の円周溝と、第１の抽気ポートと第２の抽気ポートの回転通過する円周上の対峙位置に円周方向に直列に形成した第１の有端溝と第２の有端溝と、第１の円周溝と第１の有端溝とを導通する第１の切欠きと、第２の円周溝と第２の有端溝とを導通する第２の切欠きとを備え、第１の円周溝、第１の切欠き、第１の有端溝で第１の凹陥部を構成し、第２の円周溝、第２の切欠き、第２の有端溝で第２の凹陥部を構成し、第１の有端溝と第２の有端溝を分離する弁体の円柱外周面のうち、第１または第２の抽気ポートが回転通過する円周面と重なる部分の面形状を、弁体の回転軸を法線とする平面上へ投影した時に生じる円弧を含んだ扇形の頂点の角度を「有端溝分離円弧頂角度」とし、第１または第２の抽気ポートの弁室円筒内周面上の開口部面形状のうち、第１または第２の有端溝が回転通過する円周面と重なる部分の面形状を、弁体の回転軸を法線とする平面上へ投影した時に生じる円弧を含んだ扇形の頂点の角度を「ポート円弧頂角度」とし、２つの有端溝分離円弧頂角度は等しくし、第１と第２の抽気ポートのポート円弧頂角度は等しくし、有端溝分離円弧頂角度は、第１または第２の抽気ポートのポート円弧長角度と同等以上とし、第１または第２の有端溝の弁体円柱外周面上の開口部面形状のうち、第１または第２の抽気ポートが回転通過する円周面と重なる部分の面形状を、弁体の回転軸を法線とする平面上へ投影した時に生じる円弧を含んだ扇形の頂点の角度を「有端溝円弧頂角度」とし、第１の有端溝の有端溝円弧頂角度と、第１または第２の抽気ポートのポート円弧頂角度との和は、２００度以上２３０度以下としたことを特徴とするロータリバルブ。
【請求項３】
弁体に形成された第１または第２の有端溝を構成する立ち上がり面と弁体の円柱外周面との交線形状のうち、第１または第２の抽気ポートと第１または第２の有端溝との流路の有効面の面積が変化する開閉工程において、流路の有効面を構成する境界の線形状を「有端溝端部形状」とし、第１および／または第２の有端溝の有端溝端部形状が、弁体の回転軸と平行な直線としたことを特徴とする請求項２に記載のロータリバルブ。
【請求項４】
弁室に円筒内端面を有する弁箱にあっては、弁箱の円筒内端面と弁体の円柱外端面の間に、第１および／または第２の円周溝の代替となる第１の空間および／または第２の空間を形成し、第１の空間と弁体の円柱外周面に形成した第１の有端溝とを導通する第１の切欠きを形成し、さらに／または、第２の空間と弁体の円柱外周面に形成した第２の有端溝とを導通する第２の切欠きを形成し、第１の凹陥部が第１の空間と第１の切欠きと第１の有端溝で構成され、さらに／または、第２の凹陥部が第２の空間と第２の切欠きと第２の有端溝で構成され、給気ポートと排気ポートは弁体の回転角度に係わらずそれぞれ第１と第２の空間と常時連通する位置に形成したことを特徴とする請求項２または３に記載のロータリバルブ。
【請求項５】
第１の切欠きの円周方向の長さが第１の有端溝の円周方向の長さと同程度に形成され、第１の切欠きが第１の有端溝を内包する形態となり、第１の切欠きと第１の円周溝で第１の凹陥部が構成され、さらに／または、第２の切欠きの円周方向の長さが第２の有端溝の円周方向の長さと同程度に形成され、第２の切欠きが第２の有端溝を内包する形態となり、第２の切欠きと第２の円周溝で第２の凹陥部が構成されたことを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載のロータリバルブ。
【請求項６】
圧力スイング式ガス分離装置であって、２つの吸着塔を持ち、第１の吸着塔の一端には混合ガス給気と残ガス排気のための第１の抽気流路を持ち、第２の吸着塔の一端には混合ガス給気と残ガス排気のための第２の抽気流路を持ち、第１の抽気流路は第１の抽気接続口と接続され、第２の抽気流路は第２の抽気接続口と接続され、２つの吸着塔の他端には選択ガスを取り出すための流路を持つ、請求項１から５のいずれかに記載のロータリバルブを搭載したことを特徴とする圧力スイング式ガス分離装置。