(57)【要約】【課題】高圧容器と低圧容器との間の流体の流動期間中の衝撃を減少させる方法を提供する。【解決手段】方法は高圧容器と低圧容器との間に導管を設け、高圧容器から導管に沿った流体の流動によって生じる第２の容器内の圧力の変化率を最小にするステップを含んでいる。この最小にするステップは予め定められた期間にわたって第１の容器と第２の容器との間の流体の流速を制御するステップを含んでいる。
2006526501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の容器と第２の容器との間の流体の流動中の衝撃を減少させる方法において、
前記第１の容器と前記第２の容器との間に導管を設け、
前記第１の容器から前記導管に沿った前記流体の流動によって生じる前記第２の容器内の圧力の変化率を最小にするステップを含んでおり、
前記変化率を最小にするステップは予め定められた期間にわたって前記第１の容器と前記第２の容器との間の流体の流速を制御するステップを含んでいる方法。
【請求項２】
流速を制御するステップにおいて、
前記導管に弁を設け、
前記弁のパルス動作による開放と閉鎖を行うように前記弁を制御して予め定められた期間にわたって予め定められた流速プロフィールを得るステップを含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記流速を制御するステップは、前記導管中に流動制限器を設けて前記予め定められた期間にわたって予め定められた流速プロフィールを得るステップを含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項４】
第１の容器から第２の容器へ前記ガスを誘導し、
前記第１の容器と前記第２の容器との間の前記流動において予め定められた流速プロフィールを得るステップを含んでおり、
前記流速プロフィールを得るステップは第１の弁を交互に開放および閉鎖することにより第１のパルスを流動体へ導入するステップを含んでいるガスの流動を制御する方法。
【請求項５】
前記第１の弁はピストン弁である請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記流速プロフィールを得るステップは更に、前記第１の容器と前記第２の容器との間に第１の多孔性流動制御コンポーネントを位置させて前記第１のパルスと前記多孔性流動制御コンポーネントの流動制限効果との組合せによって前記予め定められた流速プロフィールを実現させるステップを含んでいる請求項４記載の方法。
【請求項７】
前記第１の多孔性流動制御コンポーネントは流速と圧力差との間で直線的な関係を有している請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記第１の多孔性流動制御コンポーネントは焼結された金属の粉末から作られている請求項６記載の方法。
【請求項９】
更に、前記予め定められた流速プロフィールを一定の流速に設定するステップを含んでいる請求項４記載の方法。
【請求項１０】
更に、前記予め定められた流速プロフィールを時間の経過と共に増加する流速に設定するステップを含んでいる請求項４記載の方法。
【請求項１１】
更に、前記予め定められた流速プロフィールを時間の経過と共に減少する流速に設定するステップを含んでいる請求項４記載の方法。
【請求項１２】
前記誘導するステップの終了に割当てられた時間の期間が全体的に前記誘導するステップを行うために使用されるように前記予め定められた流速プロフィールが設定される請求項４記載の方法。
【請求項１３】
前記流速プロフィールを得るステップは交互に第２の弁を開閉することにより前記第１の容器と前記第２の容器との間の流体の流動に対して第２のパルス動作を導入するステップを含んでおり、前記第１のパルス動作と前記第２のパルス動作との組合せによって前記予め定められた流速プロフィールを実現する請求項４記載の方法。
【請求項１４】
前記流速プロフィールを得るステップは更に、前記第１の容器と前記第２の容器との間に第２の多孔性流動制御コンポーネントを配置するステップを含んでおり、前記第１のパルスと前記第２のパルスと前記第２の流動制御コンポーネントの流動制限効果との組合せによって前記予め定められた流速プロフィールを実現する請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
更に、非同期的に前記第１及び第２の弁を開閉するステップを含んでいる請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
更に、同期的に前記第１及び第２の弁を開閉するステップを含んでいる請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
前記ガスを第１の容器から第２の容器へ導き、
前記第１の容器と前記第２の容器との間の流動において予め定められた流速プロフィールを得るステップを含んでおり、
この流速プロフィールを得るステップは前記第１の容器と前記第２の容器との間の流動体中に流動制限器を設け、その流動制限器は流速と圧力差との間で直線的な関係を有しているガスの流動の制御方法。
【請求項１８】
前記流速プロフィールを得るステップは更に、前記第１の弁を交互に開閉することにより前記流動に対して第１のパルス動作を導入するステップを含んでおり、前記第１のパルス動作と前記流動制限器の流動制限効果との組合せによって前記予め定められた流速プロフィールを実現させている請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の弁はピストン弁である請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記流動制限器は多孔性である請求項１７記載の方法。
【請求項２１】
前記流動制限器は焼結された金属の粉末から作られている請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
更に、前記予め定められた流速プロフィールを一定の流速に設定するステップを含んでいる請求項１７記載の方法。
【請求項２３】
更に、前記予め定められた流速プロフィールを時間の経過と共に増加する流速に設定するステップを含んでいる請求項１７記載の方法。
【請求項２４】
更に、前記予め定められた流速プロフィールを時間の経過と共に減少する流速に設定するステップを含んでいる請求項１７記載の方法。
【請求項２５】
前記ガスを導くステップの終了に割当てられた期間が全部前記ガスを導くステップを行うために使用されるように前記予め定められた流速プロフィールが設定される請求項１７記載の方法。
【請求項２６】
前記流速プロフィールを得るステップは前記第２の弁を交互に開閉することにより前記第１の容器と前記第２の容器との間の前記流体の流動に対して第２のパルス動作を導入するステップを含んでおり、前記第１のパルス動作と前記第２のパルス動作と前記流動制限器の流動制限効果の組合せによって前記予め定められた流速プロフィールを実現する請求項１８記載の方法。
【請求項２７】
前記流速プロフィールを得るステップは更に、前記第１の容器と前記第２の容器との間に第２の流動制限器を配置するステップを含んでおり、前記流動制限器と前記第２の流動制限器との流動制限効果の組合せによって前記予め定められた流速プロフィールを実現する請求項１７記載の方法。
【請求項２８】
更に、非同期的に前記第１及び第２の弁を開閉するステップを含んでいる請求項２６記載の方法。
【請求項２９】
更に、同期的に前記第１及び第２の弁を開閉するステップを含んでいる請求項２６記載の方法。
【請求項３０】
それぞれガス処理材料を含んでいる第１の容器および第２の容器と、
前記第１の容器と前記第２の容器とを接続して前記第１の容器と前記第２の容器との間にガスの連通を行うマニホルドと、
前記第１の容器と前記マニホルドとの間に設けられた第１のマニホルドアセンブリとを具備しており、前記第１のマニホルドアセンブリは、
第１のピストン弁と、
第１の多孔性流動制限器とを含んでいるガス処理アセンブリ。
【請求項３１】
前記流動制限器は流速と圧力差との間で直線的な関係を有している請求項３０記載のアセンブリ。
【請求項３２】
前記流動制限器は焼結された金属の粉末から作られている請求項３０記載のアセンブリ。
【請求項３３】
更に、前記第２の容器と前記マニホルドとの間に設けられた第２のマニホルドアセンブリを具備し、この第２のマニホルドアセンブリは第２のピストン弁を含んでいる請求項３０記載のアセンブリ。
【請求項３４】
前記第２のマニホルドアセンブリは第２の多孔性流動制限器を含んでいる請求項３３記載のアセンブリ。
【請求項３５】
前記ガス処理材料は吸着剤である請求項３０記載のアセンブリ。
【請求項３６】
第１の容器および第２の容器と、
前記第１の容器と前記第２の容器とを接続して前記第１の容器と前記第２の容器との間にガスの連通を行うマニホルドと、
前記第１の容器からマニホルドに沿ったガスの流動により生じる前記第２の容器内の圧力の変化率を最小にする第１の最小化手段とを具備しており、
前記第１の最小化手段は予め定められた期間にわたって前記第１の容器と前記第２の容器との間のガスの流速を制御するように構成されているガス処理アセンブリ。
【請求項３７】
前記第１の最小化手段は予め定められた期間にわたって予め定められた流速プロフィールを得るためにガス流の流速を制御する請求項３６記載のアセンブリ。
【請求項３８】
前記第１の最小化手段は第１のパルス動作を前記ガス流中へ導入することによってガス流の流速を制御する請求項３６記載のアセンブリ。
【請求項３９】
更に、前記ガスの流動により生じる前記第２の容器内の圧力の変化率を最小にする第２の最小化手段を具備し、前記第２の最小化手段は第２のパルス動作を前記ガス流中へ導入することによりガス流の流速を制御する請求項３８記載のアセンブリ。
【請求項４０】
前記第１の最小化手段は流速と圧力差との間の直線的な関係に従って前記ガス流の流動を制限することによって前記ガス流の流速を制御する請求項３６記載のアセンブリ。
【請求項４１】
前記予め定められた流速プロフィールは一定の流速に設定される請求項３７記載のアセンブリ。
【請求項４２】
更に、前記予め定められた流速プロフィールは時間の経過と共に増加する流速に設定される請求項３７記載のアセンブリ。
【請求項４３】
更に、前記予め定められた流速プロフィールは時間の経過と共に減少する流速に設定されるステップを含んでいる請求項３７記載の方法。
【請求項４４】
前記第１の最小化手段は前記ガス流の流速を制御して前記第１の容器の内部圧力が前記第２の容器の内部圧力よりも高いレベルに維持させている請求項３６記載のアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に流体処理システムに関し、特に、圧力スイング吸着システムにおける流動制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力スイング吸着（ＰＳＡ）はガスの純化のために通常使用されるプロセスである。他の応用の中で、ＰＳＡは空気から酸素と窒素を分離し、天然ガスから純粋なヘリウムを分離し、“改質”ガスの混合物からの水素を純化するために使用されている。最も効率的なＰＳＡプロセスは（ベッドとも呼ばれる）多数の容器を使用し、これは連続的に高圧で生成物を発生するために複数の段階を通して反応する。
【０００３】
典型的なＰＳＡサイクルは生成ステップを含んでおり、このステップではガスは高圧で容器へ流れ、生成物種がコラムを通過している間にある種のガスが吸着される。生成ステップ後、圧力等化ステップが高圧容器の空洞スペースに存在する生成ガスをシステムの他の容器へ転送するために使用される。これらの圧力等化ステップはシステム中の圧力エネルギを保持し、生成物の回復を改良する。１つの容器中の生成ガスはまた別の容器を洗浄するためにも使用されることができる。洗浄ガスを与える容器からの純粋な生成物は、低圧力で洗浄されている容器を通って一掃され、そのプロセスにおいて生成ステップ中に吸着されている汚染物質ガスを取除き、除去し、したがって容器を清掃する。別の容器を清掃するために容器に洗浄ガスが与えられた後、それは容器中の圧力が幾らかの汚染物質のガスを取除くために急激に減少される“ブローダウン”処理を受ける。容器はその後、他の容器からのガスで洗浄され、再度加圧される。吸着剤ベッドはその後、その圧力スイングサイクルを終了し、再度ガスの生成を開始する準備を行う。多数の圧力スイングサイクルは２以上の吸着剤ベッドの使用によって行われており、それら全ては前述のステップの幾つかの変形を使用している。
【０００４】
ＰＳＡサイクルの全てのステップでは、容器へおよび容器からのガスの流速を制御し、各容器内に良好な流動体の分配を行うことが重要である。容器中の流速の制御は吸着及び拡散動力学を生成率とバランスさせ、容器内の吸着剤粒子の流動化および圧力の衝撃を防止することが必要とされている。さらに、全てのＰＳＡプロセスで最も重要な流動に関連する要素の１つは洗浄対供給比である。この比率は典型的に、使用される洗浄ガスの実際の容積対供給ガスの実際の容積として規定されている。洗浄対供給比は生成物の純度および生成物の回復の両者に影響し、洗浄対供給比が高い程、多くのガスがベッドの清掃に使用され、それ故生成物の純度は生成物の回復を犠牲にして増加されることを示している。
【０００５】
洗浄対供給比を増加し、生成物の回復を維持する１つの方法は、洗浄されている容器中の圧力を減少させることである。圧力の減少は汚染物質の平衡表面濃度を減少し、同じモル数の洗浄ガスに対して洗浄された容器中でより多量の交換を行う。それ故、高い回復度で良好な生成物純度を得るために洗浄容器中に低い圧力を維持することが有効である。洗浄ガスを与える容器は高圧にあるので、この容器から洗浄されている容器への流動を制御するための手段が取られないならば、洗浄ステップは高い初期圧力を有し、それ故効率が減少する。
【０００６】
幾つかのＰＳＡシステムは比例弁、圧力調節弁または手動調節可能な弁を使用して、洗浄ガスを与える容器と洗浄されている容器との間の流動を絞る。したがって、ガスは洗浄される容器に入る前に圧力を減少される。調節可能な弁はＰＳＡシステムに対して、さらに費用を付加し、これらは性能を最適化するために多くの調節を必要とする。調節可能な弁の調節は、弁のリフトの小さい変化が流速に大きな変化をもたらすので、特に水素のような低分子量の生成ガスでは困難であり、時間を浪費する。
【０００７】
ＰＳＡシステムで使用される圧力減少弁がない場合には、洗浄ガスを提供する容器中のガスは急速に洗浄される容器へ流れ、容器は、通常１以上の流体の衝撃を通して膨張し、結果として容器の鉛管により絞られる。これは残念ながら、２つの容器の圧力を平衡させ、それによって２つの別々の望ましくない現象を生じる。第１に、洗浄される容器中の結果的な高圧は吸着された不純物の脱着の熱力学的に実行可能な程度を限定し、したがって洗浄ガスのモル当り得られる脱着量を減少する。第２に、洗浄ガスを提供する容器の圧力の急激な減少は特に吸着した不純物の不所望な突然の脱着を起こし、これは洗浄されている容器へ送られることを避けることができない。これらの不純物は洗浄されている容器の臨界的な生成物出口端部近くで吸着され、その後の生成ステップ期間中に解放され、したがって生成物の純度を著しく減少させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
それ故、洗浄ガスを提供する容器がその内容を洗浄されている容器へ迅速に放出することを可能にすることは望ましくない。同様に、幾つかのＰＳＡシステムで記載されている圧力調節弁を使用することはこれらはシステムに対して複雑性を付加するので望ましくない。絞り弁は圧力調節弁よりも複雑ではないが、それもまた各ＰＳＡシステムの微細な程度の調節を必要とするので望ましくない。この調節は、プロセスが時間を浪費する試験および較正を要するので、連続して生成されるＰＳＡシステムでは不都合である。水素は非常に低い粘度と非常に高い音速を有するので、これらの問題は水素純化ＰＳＡシステムでは特に複雑になる。これらのシステムは他のガスに関して流動体の絞りを行うために非常に小さいオリフィスサイズを必要とする。このような小さいオリフィスは吸着剤の微粉による詰まりと喉部の腐食及びその後の調節におけるドリフトを受ける。これらの問題は、絞りのために必要なノズルサイズが単一の吸着分子よりも小さくなり、通常の技術により製造可能ではないほどに小さいので、特に水素が一日当り１トンよりも少ないＰＳＡシステム処理では重大である。
【０００９】
オリフィスを通過する流動体を使用するこのような絞り装置の別の欠点は、伝送される流動量が洗浄ステップの開始からその終了まで急激に変化することである。これはオリフィスを通る流動の性質によるものであり、そのため限定速度は圧力差の２乗に比例する。したがって流速は洗浄を行う容器の圧力が高いときの時間ステップの開始と、圧力が非常に低いときの時間ステップの終了との間で劇的に低下する。この流速における急速な変化は洗浄されている容器中の不都合な圧力増加と洗浄を行う容器中の不純物の脱着との両者を生成する。さらに、脱着運動が比較的遅いならば、多くの洗浄ガスは洗浄ステップの非常に早期に容器を通過するので、洗浄されている容器から吸着された不純物類を除去する洗浄ステップの効力を減少させる可能性がある。
【００１０】
特にコンパクトなＰＳＡシステムが望まれるとき、絞りまたは圧力調節弁を接続するために複雑な流体マニホルドが必要とされるので、これらの挑戦は妥協される。このようなマニホルドは残念ながらＰＳＡシステムの生成に必要とされる製造および組立て時間を増加させる欠点がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
したがって、本発明はＰＳＡシステムのような流体処理アセンブリにおけるガスの流動を制御する廉価で効率的な方法を有効に提供する。
【００１２】
本発明の第１の特徴によれば、第１の容器と第２の容器との間の流体の流動中の衝撃を減少する方法が提供される。この方法は第１の容器と第２の容器との間に導管を設け、第１の容器から導管に沿った流体の流動によって生じる第２の容器内の圧力変化率を最小にするステップを含んでいる。この最小にするステップはまた予め定められた期間にわたって第１の容器と第２の容器との間の流体の流速を制御するステップも含んでいる。
【００１３】
本発明の別の特徴によれば、ガス流の制御方法が提供される。この方法は、第１の容器からのガスを第２の容器へ誘導し、第１の容器と第２の容器との間の流動において予め定められた流速プロフィールを得るステップを含んでおり、このプロフィールを得るステップは第１の弁を交互に開き、閉じることにより第１のパルスを流動中へ導入するステップを含んでいる。
【００１４】
本発明の更に別の特徴によれば、ガス流の制御方法が提供される。この方法は、第１の容器からのガスを第２の容器へ誘導し、第１の容器と第２の容器との間の流動において予め定められた流速プロフィールを獲得するステップを含んでおり、この獲得するステップは第１の容器と第２の容器との間の流動体中に流動制限器を設け、この流動制限器は流速と圧力差との間の直線関係を示している。
【００１５】
本発明の更に別の特徴によれば、ガス処理アセンブリが提供される。このアセンブリはそれぞれガス処理材料を含んでいる第１の容器と第２の容器と、その第１の容器と第２の容器を接続して第１の容器と第２の容器との間にガスの連通を行うマニホルドと、第１の容器とマニホルドとの間に設けられた第１のマニホルドとを含んでいる。マニホルドアセンブリは第１のピストン弁と、第１の多孔性流動制限器とを含んでいる。
【００１６】
本発明の更に別の特徴によれば、ガス処理アセンブリが提供される。このアセンブリは第１の容器と第２の容器と、その第１の容器と第２の容器を接続して第１の容器と第２の容器との間にガスの連通を行うマニホルドと、第１の容器からマニホルドに沿ったガスの流動により生じる第２の容器内の圧力変化率を最小にする第１の手段とを含んでいる。第１の最小化手段は予め定められた期間にわたって第１の容器と第２の容器との間のガスの流速を制御する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明で実行され、その一部を構成する添付図面は本発明の好ましい実施形態を示しており、前述の一般的な説明および以下の好ましい実施形態の詳細な説明と共に、本発明の原理を説明するものである。  
図面を参照すると、同一の参照符号の指示は幾つかの図面を通して同一または対応する部分を識別し、本発明の幾つかの実施形態を次に説明する。
【００１８】
図１は容器10と20を示し、それらは処理アセンブリ１Ａの一部分である。各容器10および20は例えば吸着剤のような流体処理材料を含むことができる。この説明では、処理アセンブリ１ＡはＰＳＡプロセスで使用されるとして記述されているが、処理アセンブリ１Ａは代わりに種々の流体処理用でも使用されることができる。例えば処理アセンブリ１Ａはそれに含まれる流体処理コンポーネントの機能にしたがって、流体をガスの形態または液体の形態で処理するために使用されることができる。さらに処理アセンブリ１Ａは例えば高圧ガスの調節のような広範囲の動作条件で使用されることができる。
【００１９】
容器10はポート12および14を含み、容器20はポート22および24を含んでいる。ポート12および14はそれぞれ導管16および18を通して弁10Aおよび10Bに接続されている。ポート22および24はそれぞれ導管26および28を通して弁20Aおよび20Bに接続されている。弁10Aおよび20Aはソースマニホルドまたは廃棄マニホルドに接続されることができ、弁10Bおよび20Bは生成物マニホルドに接続されることができる。容器10および20は弁10Cが設けられているマニホルド100により共に接続され、この弁10Cは流動制御コンポーネントとして動作する。ＰＳＡサイクルステップ中、弁10Cが開いた状態であるとき、流体は容器10と20の間を流れる。弁10Cが閉じた状態であるとき、流体がマニホルド100を通して容器10と20の間を流れることはできない。
【００２０】
弁10Cは図４に示されているようにピストン弁として構成されることができる。その代わりに、弁10Cは比較的低い粘度と高い音速のガス（例えば水素）の流動中にパルスを発生するように正確に制御されることのできる技術で知られている任意の他のコンポーネントとして構成されることができる。弁10Cは空気圧またはソレノイドにより、或いはパルスで弁を付勢するための技術で知られている任意の他の手段によって付勢されることができる。
【００２１】
ＰＳＡサイクル中、容器10は第１の上昇された圧力で洗浄ガスを供給するステップを開始し、そのとき容器20は第２のそれより低い圧力下である。弁10Cは最初は閉じられている。容器10が洗浄ガスを容器20に供給する洗浄ステップ中、弁10Aを通って容器10への流動は許容されず、また流体は弁10Bを通ることを許容されない。弁20Bを通る容器20への流動は許容されないが、洗浄ガスは弁20Aを通ることを拒否される。洗浄ステップ中に弁10Cが開かれるとき、ガスは弁10Cを通って容器10から容器20へ流れ、弁20Aから外に流れ、廃棄される。このガスの流速はこの流路中の流体摩擦により支配され、通常初期状態では極めて高く、その後、容器10の圧力の減少と共に減少される。
【００２２】
容器20を出てゆく流体の摩擦は通常、容器20内に上昇された圧力を発生し、これは容器20の初期圧力と容器10の初期圧力との間の中間である。容器を出てゆく流体が臨界状態、即ち音速に近づくならば、圧力の上昇は非常に劇的であり、容器10と20は実際に、基本的に同一の中間圧力に到達する可能性がある。
【００２３】
本発明の１特徴では、弁10Cは洗浄ステップ中に容器10から容器20への流体流のパルスを入れるために交互に開閉される。パルスの周波数と継続期間はＰＳＡサイクルの洗浄期間中の基本的に一定の流速か、または時間的に順次上昇或いは下降する流速のような任意のその他の流速プロフィールで伝送するように変化されることができる。弁10Cの付勢は弁10Cを動作するためのプログラムを実行するコンピュータ処理装置により制御されることができ、それによって予め定められた付勢パターンが実現される。
【００２４】
前述の流動制御方法は多くの重要な利点を与える。第１に、パルスの周波数及び継続期間は容器20内の平均圧力が最小レベルで維持されるように有効に選択されることができる。第２に、行われる洗浄の程度は洗浄ステップに与えられた総時間量とは無関係にされる。したがって、ＰＳＡサイクルが適切な長さの洗浄ステップが必要とされ、少量の洗浄ガスだけが洗浄ステップ中に２つの容器間で転送されるならば、ガスの転送期間は有効に制御されることができる。例えば１つの容器から別の容器へ洗浄ガスを誘導するステップに割当てられた総時間期間は弁10Cの制御によってガス転送を行うために使用されることができる。この説明の目的に対して、“１つの容器から別の容器へ洗浄ガスを誘導するステップに割当てられた総時間期間”は技術で認識されているように、流体処理ステップの性能が最小のランプアップおよびランプダウン時間を有するそのステップに割当てられた総時間期間を占める状態を指している。
【００２５】
最後に、本発明の第１の実施形態はＰＳＡ装置中に付加的な装置を必要とせず、有効に、装置の寸法、重量、複雑性、製造価格を減少させる。
【００２６】
図２は容器10、20、30を示しており、これらは処理アセンブリ１Ｂの一部分であり、流体マニホルド100を通して連通している。限定ではない例として、流体マニホルド100は全体を本発明の参考文献とする米国特許出願第10/269,064号明細書に記載されている並列流体マニホルドとして構成されることができる。容器10、20、30にはそれぞれ弁10C、20C、30Cが設けられ、それぞれ流体マニホルド100と対応する容器との間の流動を制御する。弁10C、20C、30Cは図１の実施形態の弁10Cと同じように構成されている。容器30はポート32と34を含み、これらはそれぞれ導管36と38によって弁30Aと30Bに接続されている。
【００２７】
ＰＳＡサイクル中、洗浄ステップが開始されたとき、容器10は（図１のように）洗浄ガスを容器20に供給し、容器30をマニホルド100に接続している弁30Cは通常、閉じた状態である。弁10A、10B、20A、20Bの流動状態は前述した通りである。洗浄ステップ中、弁10Cと弁20Cの両者は完全に開かれることができる。しかしながらこのような状態は本発明の背景技術で説明した問題を生じる。
【００２８】
パルス弁10Cと20Cの同じ方法が図１のシステムで使用されたように、容器10から容器20への洗浄ガスの流動を制御するために使用されることができる。弁10Cと20Cの開閉は同期または非同期のいずれでもよく、非同期の開口の利点は本発明の弁パルス方法を使用して、流体マニホルド100の容積が圧力パルスを緩衝するために使用されることであり、そうなければ圧力パルスを受ける。
【００２９】
したがって、圧力パルスの大きさは、交互に容器10からの洗浄ガスでマニホルド100の容積を装填し、それから前記ガスを容器20へ排出することにより最小にされることができる。１例では、弁20Cと30Cは閉じられており、一方、容器10からの洗浄ガスは弁10Cからマニホルド100へ導かれる。所望量の全てのガスが容器10からマニホルド100へ転送されるとき、弁10Cは閉じられる。洗浄ガスを容器20へ導くために、図１の弁10Cの動作に関して説明したように弁20Cは交互に開閉され、パルスにされ計量されたガス流を容器20へ与える。別の例では、弁10Cおよび20Cは連続的に、同時に交互に（即ち同位相で）開閉され、洗浄ステップ中にパルスにされ計量された洗浄ガス流を容器10から容器20へ与える。弁10Cと20Cはまた洗浄ステップで連続的に反対位相で動作されることもでき、それによって弁10Cは弁20Cが閉じられたときに開かれ、その逆も行われる。さらに、弁10Cまたは弁20Cは連続的に開いた位置に維持され、他の弁は図１を参照して説明したように動作されることもできる。
【００３０】
圧力変化のバリエーションは弁の開口時間を僅かにオーバーラップすることによって得られ、したがって基本的に一定の速度の圧力減衰が実現される。
【００３１】
本発明の流動体制御方法の特別な利点は、ＰＳＡサイクルの所定のステップ中に、流体がマニホルドを通って第１の最高圧力における１以上の容器から１以上のそれより低い圧力における１以上の容器まで計量されることができることである。各容器間で転送される流体の流速及び流動比率は制御弁のパルスの継続期間と周波数を変化させることにより変化されることができる。既知のＰＳＡサイクルは流動が圧力等化および洗浄ステップ中に異なる容器間で転送されるという仮定下で設計されているが、本発明の流動体制御方法の使用によって更に複雑な流動分配を実行することが可能である。これは複雑な混合物を分別し、または１サイクル中に容器間で伝送されたガスの純度を調整するために有効に使用されることができる。
【００３２】
図３は流動制限コンポーネント11、21、31（以後、流動制限器と呼ぶ）を有する図２の容器を示している。各流動制限器11、21、31は流速と圧力差との間の直線的な関係、または代わりに流速と圧力差との間の予め定められた非線形の関係を有している。ほとんどの弁は、記述した流動制限器と対照的に、本質的に非線形である（例えばベルヌーイ流）。前述した洗浄ステップがこれらの流動制限器を使用して実行されるとき、多くの利点を実現することができる。第１に、通常の計量弁の高い非線形の流動状態が避けられるので、所望の流動プロフィールを得るために必要とされる弁パルスの数は有効に減少されることができる。これは弁のシール部材の寿命を延ばし、パルス動作中の弁の応答時間が限定ファクタであるならば、更に迅速なＰＳＡサイクルが所定の弁応答時間で実行されることを可能にする。流動制限素子の適切な選択は本発明の改良された圧力及び流動制御を行いながら、弁のパルス動作の必要性を完全になくすことができる。
【００３３】
差圧力と流速との間に直線的な関係を有する素子の１例は例えば焼結された金属ファイバまたは粉末を使用して作られている多孔性流動素子である。各流動制限器11、21、31は多孔性流動素子のように構成されることができる。紙、セラミック、またはポリマーのようなその他の材料から作られている多孔体もまた有効に使用されることができる。特定の好ましい多孔性流動制限器材料は例えばＭｏｔｔ社により市販されているような焼結された金属粉末から作られることができる。
【００３４】
図３は容器10、20、30とそれらの付随する制御弁10C、20C、30Cとの間に設けられている流動制限器11、21、31を含んでいる処理アセンブリ１Ｃを示している。例えば流動制限器11は容器10とその関連する制御弁10Cとの間に取り付けられている。流動制限器11は代わりに制御弁10Cと並列マニホルド100との間に位置されることができる。図１のシステムでは、流動制限器は容器10を容器20へ接続するマニホルド100の任意の箇所に位置されることができる。処理アセンブリ１Ｃの容器が並列マニホルド100を介して連通している図３の構成では、２つの容器間の流動は２つの流動制限器を通過する。したがって、容器10が洗浄ガスを容器20へ供給する場合には、そのガスは流動制限器11を通過し、その後流動制限器21を通過する。図１と類似するシステムでは、ただ１つの流動制限器が必要とされよう。図３に示されている例に対する代りのものとして、処理アセンブリ１Ｃは示されている例よりも多いか少ない制限器を含むことができ、所望の流動サイクルを生成するために任意の構造で流動制限器を含むことができる。
【００３５】
流動制限器により与えられる流動抵抗量は所定のＰＳＡサイクルステップ中の適切な流体の流速を確実にするために当業者に明白な技術を使用して選択されることができる。所望の流速に応じて、関心のあるＰＳＡサイクルステップの所望のパルス周波数と、所望の長さ、広範囲の規準が開発されることができる。
【００３６】
図４はマニホルドアセンブリ40の断面図であり、それは流動制限器11、弁10Cおよびポート14に接続される導管18の一部分を含んでいる。マニホルドアセンブリ40は全体を本発明の参考文献とする米国特許出願第10/269,067号明細書に記載されているＰＳＡ流動マニホルドとして構成されることができる。マニホルドアセンブリ40は弁チャンバ42と流体接続されている流体マニホルド100の一部を含んでおり、弁チャンバ42は弁10Cを取付け、この弁10Cはピストン弁として構成され、ステム44とシール表面41を含んでいる。ステム44は孔45に沿って直線的に延在するように構成されている。弁10Cは開口された位置で示されており、シール表面41は弁シート46との密封接触部から引っ込められた状態である。弁シート46と（容器10と連通する）流体導管18との間には多孔性の流動制限器11が挿入されている。流動制限器11は肩部43に対して保持リング48により位置を保持されている。保持リング48はねじ山、接着剤、圧入、または当業者に明白な任意の他の手段により固定されることができる。代わりに保持リング48はスナップリングとして構成されてもよい。保持リング48は多孔性流動制限器11が検査または交換のために取外しができるようにされることが好ましい。
【００３７】
流動制限器11と保持リング48は、ピストン弁10Cが自由に付勢され、シール表面41をシート46と密封接触し、または接触を外すように動かすことができる。流体マニホルド100と導管18との間の流動は前述の方法に従って流動制限器11により制限される。任意の吸着剤の微粉またはその他の粒子が流動体中に混入されたならば、それらは流動制限器11の表面に付着される。流動体がＰＳＡサイクル中に流動制限器11を通って逆流されるとき、堆積された粒子は流体圧力により流動制限器11の表面から排出される。したがって流動制限器11は粒子による詰まりに対して高い耐性がある。同様に、流動制限器11の表面上で凝縮形態であるならば、これは次の逆流ステップで洗浄されるであろう。
【００３８】
任意の所望の数のＰＳＡ容器が図４の流体マニホルド100に接続されることができることに注意すべきである。各容器はそれぞれの固有の関連する流動導体18および、その弁、シート、流動制限器の固有の組合せを有している。結果的な装置はその後、本発明の流動制御特性から利益が得られるサイクルステップを含んだ２以上の吸着剤の容器間で任意のＰＳＡサイクルを実行するために有効に使用されることができる。このようなＰＳＡサイクルステップの重要な１例は１つの容器から別の容器への洗浄ガスの提供である。
【００３９】
本発明はその技術的範囲または本質的な特徴から逸脱せずに他の特定の形態で実施されることができることが当業者により認識されるであろう。ここで開示された本発明の実施形態はそれ故、全て例示であり、限定ではないと考えられよう。本発明の技術的範囲は前述の説明ではなく特許請求の範囲によって示されており、その意味及び範囲ならびに均等の範囲内に入る全ての変更は本発明の技術的範囲に含まれることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の例示的な実施形態にしたがった処理アセンブリの概略図。
【図２】本発明の別の実施形態にしたがった処理アセンブリの概略図。
【図３】本発明の別の実施形態にしたがった流動制限コンポーネントを含んでいる処理アセンブリの概略図。
【図４】図３のマニホルドアセンブリの断面図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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