(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ吸着剤を収容するとともに気体入口及び気体出口を有する一対の吸着容器を備え、前記一対の吸着容器の気体出口間を連通する連通流路上には、前記一対の吸着容器の気体出口間での圧力差によって自律的に開閉弁動作する流体駆動弁が設けられ、前記一対の吸着容器のいずれか一方を吸着側吸着容器として該気体入口に原料気体を供給するとともに該気体出口から排出される製品流体を外部に供給し、いずれか他方を再生側吸着容器として該気体出口に前記連通流路を介して前記製品流体の一部を供給するとともに該気体入口から排出される再生済流体を外部に放出し、前記再生側吸着容器の気体入口から排出される再生済流体の外部への放出を停止した後に吸着側吸着容器と再生側吸着容器とを切り替える吸着分離装置において、
前記流体駆動弁は、
それぞれ流体が供給される第１ポート及び第２ポートと、
前記第１ポートと前記第２ポートとを連通する流路と、
前記流路上に設けられた弁室と、
前記弁室の内周面に摺接して、該弁室を前記第１ポート側と前記第２ポート側とに区画するとともに、前記第１ポートと前記弁室との連通を遮断する第１位置と、前記第２ポートと前記弁室との連通を遮断する第２位置との間で変位可能な弁体と、
前記弁室の内周壁に穿設されて、前記弁体が前記第１位置と第２位置との中間位置にあるときに、前記弁室を介して前記第１ポートと前記第２ポートとを連通させる供給流路と、
前記弁体を前記弁室内で保持する弁位置制御手段とを備え、
前記弁位置制御手段は、前記第１ポートに供給される流体の第１圧力と前記第２ポートに供給される流体の第２圧力との圧力差が所定の境界値以内のときには、前記中間位置に前記弁体を保持して前記弁室及び供給流路を介して前記第１ポートと前記第２ポートとを連通させ、前記第１圧力が第２圧力よりも前記境界値を超える圧力差だけ大きなときには、前記弁体を第２位置に保持して前記第１ポートと前記第２ポートとの連通を遮断するとともに、前記第２圧力が第１圧力よりも前記境界値を超える圧力差だけ大きなときには、前記弁体を第１位置に保持して前記第１ポートと前記第２ポートとの連通を遮断し、
前記流体駆動弁の前記弁体の中心軸線は、前記流路の中心軸線と一致するように配置され、
前記流体駆動弁の弁体の中心軸線上には、該中心軸線方向に貫通して、前記弁体の位置に関係なく両ポート間を連通するオリフィスが設けられており、
前記弁位置制御手段は、前記弁体を前記第１位置と第２位置との間で弾性的に保持するとともに、前記弁体を保持する位置を前記第１位置と第２位置との間で変位可能な弾性保持手段であり、
前記弾性保持手段は、前記弁体をその変位方向に対向するように付勢する一対のコイルばねであることを特徴とする吸着分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば原料空気の水分を乾燥剤に吸着させて乾燥空気を生成する除湿装置等の吸着分離装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば空気から窒素を取り除いた富酸素化空気を得るために、吸着容器に収容された吸着剤に対し窒素を吸着及び分離させる圧力スイング吸着法を用いた吸着分離装置が実用化されている。このように装置としては、例えば、特開平４−１１９１９号公報に開示された装置がある。
【０００３】
図７に示すように、この吸着分離装置７０は、吸着剤が収容された一対の吸着塔７１ａ，７１ｂを備え、この各吸着塔７１ａ，７１ｂに対し交互に吸着を行わせる一方、吸着させてない方の吸着塔７１ａ，７１ｂの吸着剤を再生することで連続的に富酸素化空気を製造する。
【０００４】
例えば、吸着塔７１ａで吸着させるには、吸着塔７１ａに対し空気供給源から原料空気を高圧で供給し、その吸着剤に原料空気中の窒素を吸着させることで富酸素化された製品空気を生成して外部に供給する。一方、吸着を行っている吸着塔７１ａで生成される製品空気の一部を、吸着を行っていない吸着塔７１ｂに供給して大気中に放出させることで、吸着塔７１ｂ内の吸着剤に吸着されている窒素を除去する。
【０００５】
吸着塔７１ｂの吸着剤の再生が完了すると、それまで吸着を行っている吸着塔７１ａへの原料空気の供給を停止し、代わって再生が完了した吸着塔７１ｂに原料空気を供給する。一方、それまで吸着を行っていた吸着塔７１ａに吸着塔７１ｂで生成する製品空気の一部を供給することでその吸着剤を再生する。
【０００６】
このような工程を行うため、上記の吸着分離装置には、一対の電磁二方弁（以下、電磁弁という。）７２ａ，７２ｂ及び三方型チェック弁７３と、オリフィス７４と、三方型チェック弁７５とが設けられている。そして、各電磁二方弁７２ａ，７２ｂは次のように制御され、各チェック弁７３，７５及びオリフィス７４は次のように動作する。
【０００７】
例えば、吸着塔７１ａに吸着を行わせるためには、電磁弁７２ａを閉弁状態としたままで電磁弁７２ｂを開弁状態とする。すると、空気供給源から供給される原料空気によってチェック弁７３が動作し、この原料空気が吸着塔７１ａに導入されて製品空気とされ、外部に供給される。この製品空気によってチェック弁７５が作動し、製品空気を外部に供給する一方で、製品空気が吸着塔７１ｂ側に供給されないようにする。このとき、吸着塔７１ａで生成される製品空気の一部が、オリフィス７４を通じて吸着塔７１ｂの空気出口側に供給される。そして、吸着塔７１ｂを逆向きに通過して大気に放出される。
【０００８】
そして、吸着塔７１ｂの再生が完了した時点で電磁弁７２ｂを閉じると、吸着塔７１ｂ側から導入される製品空気によって吸着塔７１ｂ内での製品空気の圧力が上昇する。吸着塔７１ｂ内の圧力が十分に上昇した時点で電磁弁７２ａを開弁すると、チェック弁７３が切り替わり、これまで吸着を行っていた吸着塔７１ａに代わって再生された吸着塔７１ｂに原料空気が供給される。このとき、吸着塔７１ｂ内の圧力が十分に高くなっているので、高圧で供給された原料空気の吸着塔７１ｂ内での圧力が一時的に低下することがない。このため、再生された吸着塔７１ｂの吸着剤によって原料空気から窒素が効率良く吸着され、富酸素化された製品空気が連続して外部に供給される。
【０００９】
さらに、この吸着分離装置７０では、電磁二方弁からなる均圧制御弁７６がオリフィス７４と並列に設けられている。この均圧制御弁７６は、上記工程で吸着側の吸着塔と再生側の吸着塔とを切り替えるときに、電磁弁７２ｂを閉じた時点から電磁弁７２ａを開く時点までの間だけ開弁状態とされ、吸着塔７１ａ側から製品空気の一部が一次的に多量に吸着塔７１ｂ側に供給されるようにする。このことにより、再生が完了した吸着塔７１ｂ内の圧力を迅速に上昇させ、それまで吸着が行っていることで吸着効率が徐々に低下しつつある吸着塔７１ａで吸着する期間が短縮されるようにする。そして、製品空気中の酸素濃度が低下し難いようにし、良質の製品空気が安定的に供給されるようにする。尚、各電磁弁７２ａ，７２ｂ及び均圧制御弁７６の切替は、予め設定された吸着時間に従いタイマを用いて行われている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように外部から制御される電磁式の均圧制御弁７６を設けると、電磁弁の数が多くなり、各電磁弁７２ａ，７２ｂ及び均圧制御弁７６を制御する制御装置を含めた装置全体のコストが上昇し、また、装置全体の信頼性が低下する問題があった。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、吸着と再生とを交互に行わせるための一対の吸着容器を備え、吸着と再生との切替時には、吸着側の吸着容器で生成する製品気体の一部を、再生側の吸着容器に対し一次的に多量に供給することで、再生側の吸着容器内の圧力を急速に上昇された状態で、吸着と再生とを行わせる吸着容器を切り替える吸着分離装置において、外部から制御を必要とする電磁弁を用いることなく、吸着と再生との切替時に吸着側の吸着容器側から再生側吸着容器側に製品気体の一部を一次的に多量に供給することができる吸着分離装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、それぞれ吸着剤を収容するとともに気体入口及び気体出口を有する一対の吸着容器を備え、前記一対の吸着容器の気体出口間を連通する連通流路上には、前記一対の吸着容器の気体出口間での圧力差によって自律的に開閉弁動作する流体駆動弁が設けられ、前記一対の吸着容器のいずれか一方を吸着側吸着容器として該気体入口に原料気体を供給するとともに該気体出口から排出される製品流体を外部に供給し、いずれか他方を再生側吸着容器として該気体出口に前記連通流路を介して前記製品流体の一部を供給するとともに該気体入口から排出される再生済流体を外部に放出し、前記再生側吸着容器の気体入口から排出される再生済流体の外部への放出を停止した後に吸着側吸着容器と再生側吸着容器とを切り替える吸着分離装置において、前記流体駆動弁は、それぞれ流体が供給される第１ポート及び第２ポートと、前記第１ポートと前記第２ポートとを連通する流路と、前記流路上に設けられた弁室と、前記弁室の内周面に摺接して、該弁室を前記第１ポート側と前記第２ポート側とに区画するとともに、前記第１ポートと前記弁室との連通を遮断する第１位置と、前記第２ポートと前記弁室との連通を遮断する第２位置との間で変位可能な弁体と、前記弁室の内周壁に穿設されて、前記弁体が前記第１位置と第２位置との中間位置にあるときに、前記弁室を介して前記第１ポートと前記第２ポートとを連通させる供給流路と、前記弁体を前記弁室内で保持する弁位置制御手段とを備え、前記弁位置制御手段は、前記第１ポートに供給される流体の第１圧力と前記第２ポートに供給される流体の第２圧力との圧力差が所定の境界値以内のときには、前記中間位置に前記弁体を保持して前記弁室及び供給流路を介して前記第１ポートと前記第２ポートとを連通させ、前記第１圧力が第２圧力よりも前記境界値を超える圧力差だけ大きなときには、前記弁体を第２位置に保持して前記第１ポートと前記第２ポートとの連通を遮断するとともに、前記第２圧力が第１圧力よりも前記境界値を超える圧力差だけ大きなときには、前記弁体を第１位置に保持して前記第１ポートと前記第２ポートとの連通を遮断し、前記流体駆動弁の前記弁体の中心軸線は、前記流路の中心軸線と一致するように配置され、前記流体駆動弁の弁体の中心軸線上には、該中心軸線方向に貫通して、前記弁体の位置に関係なく両ポート間を連通するオリフィスが設けられており、前記弁位置制御手段は、前記弁体を前記第１位置と第２位置との間で弾性的に保持するとともに、前記弁体を保持する位置を前記第１位置と第２位置との間で変位可能な弾性保持手段であり、前記弾性保持手段は、前記弁体をその変位方向に対向するように付勢する一対のコイルばねであることを特徴とする。
【００１４】
請求項１の連通流路上に設けられた流体駆動弁によれば、第１ポートに供給される気体の第１圧力と、第２ポートに供給される気体の第２圧力との圧力差が所定の境界値以内であるときには両ポート間が連通され、圧力が高い方のポートから低い方のポートに気体が供給される。一方、圧力差が境界値を超えるときには両ポート間の連通が遮断され、圧力が高い方のポートから低い方のポートに気体が供給されない。
【００１６】
また、第１圧力と第２圧力との圧力差が境界値以内であるときには、弁位置制御手段が弁体を第１位置と第２位置との中間に保持する。このため、供給流路を介して両ポート間が連通される。一方、第１圧力が第２圧力よりも境界値を超える圧力差だけ大きなときには、弁位置制御手段が弁体を第２位置に保持する。このため、供給流路を介しての両ポート間の連通が弁体によって遮断される。同様に、第２圧力が第１圧力よりも境界値を超える圧力差だけ大きなときには、弁位置制御手段が弁体を第１位置に保持する。このため、供給流路を介しての両ポート間の連通が弁体によって遮断される。従って、各ポートにそれぞれ気体を供給する２つの圧力領域間の圧力差によって自律的に開閉弁動作し、圧力差が所定の境界値以内のときには開弁して、圧力が高い方の圧力領域から低い方の圧力領域に気体を供給する。一方、圧力差が境界値を超えるときには閉弁して、圧力が高い方の圧力領域から低い方の圧力領域に気体が供給されないようにする。
さらに、第１圧力及び第２圧力の圧力差と境界値との大小に関係なく、圧力が高い方の圧力領域から低い方の圧力領域にオリフィスによって流量制限された気体が供給される。従って、圧力が高い方の圧力領域から低い方の圧力領域に流量制限された気体を常時供給したいときに、流体駆動弁が設けられた流路と並列に別の流路を両気体出口間に設け、この流路上にオリフィスを設ける必要がない。
請求項１に記載の吸着分離装置によれば、一対の吸着容器のいずれか一方の吸着側吸着容器の気体入口に原料気体を供給すると、その気体出口から排出される製品流体が外部に供給される。この製品流体の一部が連通流路を介して再生側吸着容器の気体出口に供給され、その気体入口から排出された後に外部に放出される。このとき、再生側吸着容器の気体出口側の圧力が相対的に低くなるため、両吸着容器の気体出口間の圧力差が大きくなる。すると、この大きな圧力差によって弁位置制御手段が動作して両気体出口間の連通を遮断するため、オリフィスによって流量制限された製品気体のみが再生側吸着容器に供給される。従って、吸着側吸着容器に供給される原料気体から製品気体が生成されるとともに、連通流路を介して供給される製品気体によって再生側吸着容器が再生されているときには、再生に必要な流量の製品気体のみが再生側吸着容器に供給される。吸着を行わせる吸着容器と、再生する吸着容器とを切り替えるために、再生側吸着容器の気体入口から排出される再生済気体の外部への放出を停止すると、吸着側吸着容器からオリフィスを介して再生側吸着容器の気体出口に供給される製品気体によって再生側吸着容器内の圧力が上昇する。すると、両吸着容器の気体出口間の圧力差が相対的に小さくなり、この圧力差によって弁位置態制御手段が動作して両気体出口間を連通させる。従って、吸着側及び再生側吸着容器を切り替える前には、吸着側吸着容器で製品気体が生成され続ける一方で再生側吸着容器の再生が停止され、供給流路が供給する製品気体によって再生側吸着容器内の圧力が急激に高められる。そして、それまで吸着側であった吸着容器に換わってそれまで再生側であった吸着容器の気体入口に原料気体が供給され、吸着側であった吸着容器が新たに再生される。このとき、新たな吸着側吸着容器内の圧力が高められているので、原料気体から良質の製品気体が生成される。
【００１８】
また、弾性保持手段が、第１位置と第２位置との間で弁体を弾性的に保持し、圧力差に応じた位置に弁体を変位させる。従って、簡単な機構によって弁体の位置を制御することができるため、より高い信頼性を得ることができる。
【００２０】
さらに、一対のコイルばねが弁体を第１位置と第２位置との間に弾性的に保持し、圧力差に応じて互いに収縮及び伸張変形することで、圧力差に応じた位置に弁体を変位させる。従って、一対のコイルばねからなるより簡単な機構で弁体の位置を制御することができるため、より一層高い信頼性を得ることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の吸着分離装置を除湿装置に具体化した一実施形態を図１〜図６に従って説明する。
【００３０】
本実施形態の除湿装置１０は、空気供給源Ｓ１から供給される原料空気から水分を吸着して乾燥空気を生成し、この乾燥空気を乾燥空気供給領域Ｓ２に供給する。空気供給源Ｓ１は原料空気を大気圧よりも高いある第１圧力Ｐ１で供給し、乾燥空気供給領域Ｓ２は第１圧力Ｐ１よりも低いある第２圧力Ｐ２となる。即ち、本実施形態では、原料空気が原料気体であり、乾燥空気が製品気体である。
【００３１】
除湿装置１０は、一対の乾燥剤筒１１，１２、一対の供給用電磁二方弁１３，１４、一対の放出用電磁二方弁１５，１６、一対のチェック弁１７，１８及び急速充填弁１９等から構成されている。本実施形態では、各乾燥剤筒１１，１２がそれぞれ吸着容器である。又、急速充填弁１９が流体駆動弁としての方向制御弁及び連通状態制御手段である。尚、本実施形態の除湿装置１０において、急速充填弁１９を除く構成は従来と同様のものであって、新規な構成の急速充填弁１９を設けた構成が新規である。
【００３２】
各乾燥剤筒１１，１２には、例えば活性アルミナ等の乾燥剤が収容されている。各乾燥剤筒１１，１２には、空気供給源Ｓ１から供給される原料空気を導入するための空気入口１１ａ，１２ａ（気体入口）と、乾燥剤によって水分が吸着された製品空気を外部に排出するための空気出口１１ｂ，１２ｂ（気体出口）とが設けられている。各乾燥剤筒１１，１２は、空気供給源Ｓ１と乾燥空気供給領域Ｓ２との間に並列に設けられた一対の管路２０ａ，２０ｂ上に１つずつ設けられている。
【００３３】
各供給用二方弁１３，１４は、それぞれ管路２０ａ，２０ｂ上において空気供給源Ｓ１と各乾燥剤筒１１，１２の空気入口１１ａ，１２ａとの間に１つずつ設けられている。各供給用二方弁１３，１４は、同一の構成であって図示しない２つのポートを備え、図示しない制御装置から供給される駆動信号によって開弁状態と閉弁状態とに切替動作する。そして、開弁状態では両ポート間を連通させて空気供給源Ｓ１と乾燥剤筒１１、あるいは、空気供給源Ｓ１と乾燥剤筒１２とを連通させる。反対に、閉弁状態では両ポート間の連通を遮断して空気供給源Ｓ１と乾燥剤筒１１、あるいは、空気供給源Ｓ１と乾燥剤筒１２との連通を遮断する。
【００３４】
放出用二方弁１５は、乾燥剤筒１１の空気入口１１ａと、第１圧力Ｐ１よりも低い第３圧力Ｐ３の大気領域Ｓ３とを連絡する管路２１ａに設けられている。同様に、放出用二方弁１６は、乾燥剤筒１２の空気入口１２ａと、大気領域Ｓ３とを連絡する管路２１ｂ上に設けられている。各放出用二方弁１５，１６は同一の構成であって図示しない２つのポートを備え、前記制御装置から供給される駆動信号によって開弁状態と閉弁状態とに切替動作する。そして、開弁状態では両ポート間を連通させて、乾燥剤筒１１と大気領域Ｓ３、あるいは、乾燥剤筒１２と大気領域Ｓ３とを連通させる。反対に、閉弁状態では両ポート間の連通を遮断し、乾燥剤筒１１と大気領域Ｓ３、あるいは、乾燥剤筒１２と大気領域Ｓ３とを連通を遮断する。尚、各放出用二方弁１５，１６と大気領域Ｓ３との間には、サイレンサ２２が設けられている。
【００３５】
チェック弁１７は、管路２０ａ上において、乾燥剤筒１１の空気出口１１ｂと乾燥空気供給領域Ｓ２との間に設けられている。また、チェック弁１８は、管路２０ｂ上において、乾燥剤筒１２の空気出口１２ｂと乾燥空気供給領域Ｓ２との間に設けられている。各チェック弁１７，１８は共に２ポート型逆止弁であって、一方の向きに気体を通過させ、その反対向きには気体を通過させない。そして、乾燥剤筒１１から乾燥空気供給領域Ｓ２、あるいは、乾燥剤筒１２から乾燥空気供給領域Ｓ２への空気の供給を許容し、反対に、乾燥空気供給領域Ｓ２から乾燥剤筒１１、あるいは、乾燥空気供給領域Ｓ２から乾燥剤筒１２側への乾燥空気の流入を禁止する。
【００３６】
急速充填弁１９は、両乾燥剤筒１１，１２の空気出口１１ｂ，１２ｂ同士を連通する管路２３（連通流路）上に設けられている。急速充填弁１９は、外部からの制御によらず自律的に開閉弁動作する方向制御弁であって、乾燥剤筒１１の空気出口１１ｂとチェック弁１７との間にある乾燥空気の圧力である圧力Ｐａ（第１圧力）と、乾燥剤筒１２の空気出口１２ｂとチェック弁１８との間にある乾燥空気の圧力である圧力Ｐｂ（第２圧力）との圧力差ΔＰ＝Ｐａ−Ｐｂによって開閉弁動作する。そして、圧力差ΔＰの大きさ｜ΔＰ｜が予め設定されているある境界値ＰT を超えるときには、閉弁状態となって両乾燥剤筒１１，１２の空気出口１１ｂ，１２ｂ同士の連通を遮断する。そして、圧力が高い方から低い方に乾燥空気が供給されないようする。一方、圧力差ΔＰの大きさ｜ΔＰ｜が境界値ＰT 以下であるときには、開弁状態となって両乾燥剤筒１１，１２の空気出口１１ｂ，１２ｂ同士を連通させる。そして、圧力が高い方から圧力が低い方に乾燥空気が供給されるようにする。
【００３７】
次に、急速充填弁１９の構成について詳述する。
図１，２に示すように、急速充填弁１９はブロック状のハウジング３０を備え、このハウジング３０内には一本の流路３１が設けられ、この流路３１の両端は外部に連通されている。ハウジング３０は、それぞれ流路３１の一部が形成された第１ブロック３２及び第２ブロック３３がパッキン３４を介在した状態で合体されたものである。流路３１は円柱状に延びるように形成され、その中心軸線方向での両端がハウジング３０の外面にそれぞれ開口されている。ハウジング３０には流路３１に対し外部から連通するための第１ポート３５と第２ポート３６とが設けられている。
【００３８】
ハウジング３０の内部には、流路３１を第１ポート３５側の第１流路３７と、第２ポート側の第２流路３８とに分割する弁室３９が設けられている。弁室３９は円柱状に形成され、その中心軸線が流路３１の中心軸線に一致するように配置されている。弁室３９には、その中心軸線方向での各端壁に、それぞれ円環状の弁座４０ａ，４０ｂが形成されている。尚、第１流路３７と弁室３９の半分は第１ブロック３２に形成され、第２流路３８と弁室３９の残りの半分は第２ブロック３３に形成されている。そして、両ブロック３２，３３間に設けられたパッキン３４によって弁室３９が密封されている。
【００３９】
弁室３９には、該弁室３９を第１流路３７側と第２流路３８側とに区画する弁体４１が設けられている。弁体４１は、円盤状の基部４１ａと、その中心軸線方向での両面中央部から同軸線方向に延出された円柱状の嵌合部４１ｂとからなり、その中心軸線が両流路３７，３８の中心軸線に一致するように配置されている。弁体４１の基部４１ａには、その各端面にそれぞれ円環状のパッキン４２が固定されている。
【００４０】
図４に示すように、弁体４１は、第１流路３７側に設けられたパッキン４２が弁座４０ａに環状に当接する第１位置のときに、第１流路３７と弁室３９との連通を遮断する。一方、図５に示すように、弁体４１は、第２流路３８側に設けられたパッキン４２が弁座４０ｂに環状に当接する第２位置のときに、第２流路３８と弁室３９との連通を遮断する。そして、弁体４１には、第１位置と第２位置との間で変位可能となっている。
【００４１】
又、図１，４，５に示すように、弁体４１には、第１流路３７と第２流路３８とを、弁室３９での弁体４１の変位位置に関係なく連通するオリフィス４３が、弁体４１をその中心軸線方向に貫通するように形成されている。オリフィス４３は、両乾燥剤筒１１，１２の空気出口１１ｂ，１２ｂ同士を管路２３を介して常時連通する。そして、空気出口１１ｂ，１２ｂ間で、圧力が高い方から低い方に管路２３を介して空気を移動させるとともにその流量を制限する。
【００４２】
また、図１，２に示すように、弁室３９の周壁には、略半円形の断面形状で弁室３９の中心軸線方向に延びる４つの供給流路４４が、同中心軸線回りに等角度間隔に設けられている。各供給流路４４は、弁体４１が第１位置と第２位置との中間位置にあるときには弁室３９を介して両流路３７，３８を連通する。各供給流路４４は、オリフィス４３だけの流路断面積よりも十分に大きな流路断面積で両流路３７，３８間を連通させるように形成されている。一方、各供給流路４４は、弁体４１が第１位置にあるときには、両流路３７，３８間を連通する状態が弁体４１によって遮断される。また、弁体４１が第２位置にあるときには、両流路３７，３８間を連通する状態が弁体４１によって遮断される。
【００４３】
第１流路３７内には、弁室３９内で弁体４１を保持するための第１コイルスプリング４５が設けられている。第１コイルスプリング４５は、第１流路３７の第１ポート３５側に設けられた嵌合部３７ａと、弁体４１の嵌合部４１ｂとの間に、弁体４１を第２流路３８側に付勢するように支持されている。
【００４４】
同様に、第２流路３８内には、第１コイルスプリング４５と協動して弁体４１を保持するための第２コイルスプリング４６が設けられている。第２コイルスプリング４６は、第１コイルスプリング４５と同一の構成であって、第２流路３８の第２ポート３６側に設けられた嵌合部３８ａと、弁体４１の嵌合部４１ｂとの間に、弁体４１を第１流路３７側に付勢するように支持されている。即ち、両コイルスプリング４５，４６は弁体４１をその変位方向に対向するように付勢するように設けられている。本実施形態では、第１コイルスプリング４５及び第２コイルスプリング４６が弁位置制御手段及び弾性保持手段を構成する。
【００４５】
各コイルスプリング４５，４６は、第１流路３７内での空気の圧力（即ち、圧力Ｐａ）と第２流路３８内での空気の圧力（即ち、圧力Ｐｂ）との圧力差（即ち、圧力差ΔＰ）に応じて交互に弾性的に伸張及び圧縮変形する。そして、この圧力差ΔＰが、予め設定された境界値ＰT 以内のときには、第１位置と第２位置との中間に弁体４１を弾性的に保持する。一方、圧力差ΔＰが境界値ＰT を超え、圧力Ｐａが圧力Ｐｂよりも大きなときには、この圧力差ΔＰによって第２コイルスプリング４６が圧縮変形するとともに第１コイルスプリング４５が伸張変形し、前記弁体４１を第２位置まで移動させて保持する。反対に、圧力差ΔＰが境界値ＰT を超え、圧力Ｐａが圧力Ｐｂよりも小さいときには、この圧力差ΔＰによって第１コイルスプリング４５が伸張変形するとともに第２コイルスプリング４６が圧縮変形し、弁体４１を第１位置まで移動させて保持する。なお、境界値ＰT は、両コイルスプリング４５，４６のばね定数、弁体４１の受圧面積等によって予め設定される。
【００４６】
このように構成された急速充填弁１９は、乾燥剤筒１１の空気出口１１ｂ側の乾燥空気の圧力Ｐａと、乾燥剤筒１２の空気出口１２ｂ側の乾燥空気の圧力Ｐｂとの圧力差ΔＰに応じて自律的に閉弁又は開弁動作する。そして、急速充填弁１９は、圧力差ΔＰと境界値ＰT との大小関係に関係なく、両流路３７，３８間をオリフィス４３を介して連通させる。また、圧力差ΔＰが境界値ＰT を超えるときには、図４又は図５に示すように、圧力Ｐａと圧力Ｐｂの大小関係に関係なく、各供給流路４４を介しての両流路３７，３８間の連通を遮断する。一方、圧力差ΔＰが境界値ＰT 以下のときには、図１に示すように、オリフィス４３に加え、各供給流路４４を介して両流路３７，３８間を連通する。
【００４７】
次に、以上のように構成された除湿装置１０の動作について説明する。
制御装置は、予め設定された吸着時間Ｔ毎に、両乾燥剤筒１１，１２のうちから吸着させる側の一方の乾燥剤筒１１（又は１２）に対し原料空気を供給して乾燥空気を生成させるとともに、再生させる側の他方の乾燥剤筒１２（又は１１）を通して乾燥空気の一部を放出させて乾燥剤を再生するように各供給用二方弁１３，１４及び放出用二方弁１５，１６を制御する。さらに、制御装置は、その吸着時間Ｔが終了した時点で、原料空気が供給された乾燥剤筒１１（又は１２）を新たに再生し、再生された乾燥剤筒１２（又は１１）に新たに吸着させる。
【００４８】
この制御内容について詳述する。
図６に示すように、１回の吸着時間Ｔにおいて、その開始時点ｔ１から一定の吸着・再生時間Ｔａが経過した時点ｔ２までの間は、例えば供給用二方弁１３を開弁状態とし、放出用二方弁１６を開弁状態とする第１供給制御を行う。この第１供給制御により、吸着側とする乾燥剤筒１１の空気入口１１ａを空気供給源Ｓ１に連通させ、再生側とする乾燥剤筒１２の空気入口１２ａを大気領域Ｓ３に連通させる。尚、詳細には、開始時点ｔ１よりも少しの時間Ｔｂだけ遅れた時点ｔ３に放出用二方弁１６を開弁状態とする。
【００４９】
このような第１供給制御により、除湿装置１０は、吸着・再生時間Ｔａ中に、空気供給源Ｓ１から吸着側の乾燥剤筒１１に原料空気を供給させ、供給された原料空気中の水分をその乾燥剤に吸着させた乾燥空気を生成して乾燥空気供給領域Ｓ２に供給する。
【００５０】
一方、吸着側の乾燥剤筒１１の空気出口１１ｂから排出される乾燥空気の一部を、急速充填弁１９に設けられたオリフィス４３を通じて再生側の乾燥剤筒１２にその空気出口１２ｂから導入させ、その乾燥剤を再生させて空気入口１２ａから大気領域Ｓ３に放出させる。
【００５１】
このとき、吸着側の乾燥剤筒１１の空気出口１１ｂから排出される乾燥空気の圧力Ｐａ（吸着側圧力）と、再生側の乾燥剤筒１２の空気出口１２ｂから導入される乾燥空気の圧力Ｐｂ（再生側圧力）との圧力差ΔＰ（＝Ｐａ−Ｐｂ）が境界値ＰT を超え、図５に示すように、急速充填弁１９が閉弁状態となる。そして、両乾燥剤筒１１，１２の空気出口１１ｂ，１２ｂ間が、オリフィス４３のみを介して連通される。
【００５２】
詳述すると、図６に示すように、吸着・再生時間Ｔａの間は、吸着側の圧力Ｐａがほぼ第１圧力Ｐ１となり、再生側の圧力Ｐｂがほぼ大気圧Ｐ０となる。このため、その圧力差ΔＰが境界値ＰT を超え、図５に示すように、弁体４１が両コイルスプリング４５，４６の弾性保持力に抗して中間位置から第２位置に移動する。すると、両流路３７，３８間の連通が遮断され、急速充填弁１９が閉弁状態となる。その結果、各供給流路４４を介しての、両乾燥剤筒１１，１２の空気出口１１ｂ，１２ｂ間の連通が遮断される。
【００５３】
従って、吸着・再生時間Ｔａ中は、空気供給源Ｓ１から供給される原料空気がこのとき吸着側である乾燥剤筒１１によって乾燥空気とされ、乾燥空気供給領域Ｓ２に供給される。一方、乾燥剤筒１１の空気出口１１ｂから再生側の乾燥剤筒１２の空気出口１２ｂへ、オリフィス４３によって流量制限された乾燥空気が供給され、乾燥剤筒１２の乾燥剤が再生される。
【００５４】
次に、制御装置は、吸着・再生時間Ｔａの終了時点ｔ２から吸着時間Ｔの終了時点ｔ４までの間に設定された吸着・切替時間Ｔｃの間は、供給用二方弁１３を開弁状態としたままで、放出用二方弁１６を閉弁状態とする第２供給制御を行う。この第２供給制御により、吸着側の乾燥剤筒１１の空気入口１１ａを空気供給源Ｓ１に連通させ、同じく空気出口１１ｂを乾燥空気供給領域Ｓ２に連通させたままで、再生側の乾燥剤筒１２の空気入口１２ａの大気領域Ｓ３に対する連通を遮断する。
【００５５】
このような第２供給制御により、除湿装置１０は、吸着・切替時間Ｔｃ中に、空気供給源Ｓ１から吸着側の乾燥剤筒１１に原料空気を供給するとともに乾燥剤筒１１で生成される乾燥空気を乾燥空気供給領域Ｓ２に供給したままで、再生側の乾燥剤筒１２から大気領域Ｓ３への空気の放出を停止する。このため、吸着側の乾燥剤筒１１からオリフィス４３を介して供給される乾燥空気によって再生側の乾燥剤筒１２内の圧力（ほぼ圧力Ｐｂに等しい。）が上昇する。
【００５６】
このとき、吸着側の乾燥剤筒１１から排出される乾燥空気の圧力Ｐａと、オリフィス４３を介して供給される乾燥空気によって上昇した再生側の乾燥剤筒１２の空気出口１２ｂ側の圧力Ｐｂとの圧力差ΔＰが境界値ＰT 以下となり、図１に示すように、急速充填弁１９が開弁状態となる。そして、両乾燥剤筒１１，１２の空気出口１１ｂ，１２ｂ間が、オリフィス４３に加え、各供給流路４４を介して連通する。
【００５７】
詳述すると、図６に示すように、吸着・再生時間Ｔａが終了した時点ｔ２から乾燥剤筒１２側の圧力Ｐｂが上昇し、少し遅れた時点ｔ５で、乾燥剤筒１１側の圧力Ｐａと圧力Ｐｂとの圧力差ΔＰが境界値ＰT 以下となる。このため、弁体４１が両コイルスプリング４５，４６の弾性保持力によって第２位置から第１位置側に徐々に移動し、第１流路３７と第２流路３８とが各供給流路４４を介して連通される。その結果、急速充填弁１９が閉弁状態から徐々に開弁状態となり、各供給流路４４を介して両乾燥剤筒１１，１２間が連通される。
【００５８】
従って、吸着・切替時間Ｔｃ中には、空気供給源Ｓ１から供給される原料空気がこのとき吸着側である乾燥剤筒１１によって乾燥空気とされ、乾燥空気供給領域Ｓ２に供給される。一方、乾燥剤筒１１の空気出口１１ｂ側から再生側の乾燥剤筒１２の空気出口１２ｂ側へオリフィス４３によって流量制限された乾燥空気に加え、各供給流路４４を介して乾燥空気が多量に供給される。その結果、再生側の乾燥剤筒１２内の圧力が、吸着側の乾燥剤筒１１内の圧力まで急速に上昇する。
【００５９】
次に、制御装置は、この吸着時間Ｔの終了時点ｔ４には、この吸着時間Ｔで再生側であった乾燥剤筒１２を新たに吸着側とし、同じく吸着側であった乾燥剤筒１１を新たに再生側として再び第１供給制御を行う第３供給制御を行う。即ち、供給用二方弁１３を閉弁し、供給用二方弁１４を開弁する。すると、この吸着時間Ｔの間に再生された乾燥剤筒１２によって吸着が行われ、一方、吸着を行った乾燥剤筒１１の乾燥剤が再生される。
【００６０】
次に、以上詳述した本実施形態によって得られる効果を列挙する。
（１）  両乾燥剤筒１１，１２の空気出口１１ｂ，１２ｂ間を連通する管路２３上に設けた急速充填弁１９が、両乾燥剤筒１１，１２での乾燥空気の圧力差ΔＰに応じて自律的に開閉弁動作する。そして、再生側の乾燥剤筒１２の空気出口１２ｂの大気領域Ｓ３に対する連通が遮断されると、境界値ＰT 以下となった圧力差ΔＰによって開弁し、吸着側の乾燥剤筒１１から乾燥空気を再生側の乾燥剤筒１２側に一次的に多量に供給する。
【００６１】
従って、外部から制御を必要とする電磁弁を用いることなく、吸着と再生とを切り替えるときに、吸着側の乾燥剤筒１１（１２）側から再生側の乾燥剤筒１２（１１）側に乾燥空気を一次的に多量に供給することができる。このことにより、再生側の乾燥剤筒１２（１１）の再生が完了した時点からその内部の圧力が十分に上昇するまでに要する時間を短縮し、吸着効率が低下していく吸着側の乾燥剤筒１１（１２）で乾燥空気が生成される時間を短縮して、生成される乾燥空気の乾燥度が低下する状態を抑制することができる。その結果、各電磁弁１３〜１６を制御する制御装置を含めた装置全体のコスト上昇を招かず、また、装置全体の信頼性を低下させることなしに、良質の乾燥空気を安定的に供給することができる。
【００６２】
（２）  急速充填弁１９の弁体４１に設けられたオリフィス４３が、両乾燥剤筒１１，１２の空気出口１１ｂ，１２ｂ間を連通する。従って、両乾燥剤筒１１，１２の空気出口１１ｂ，１２ｂ間をオリフィスを介して連通するための管路（連通流路）を、急速充填弁１９が設けられた管路２３と別に設ける必要がない。
その結果、除湿装置１０の構成を簡素化することができる。
【００６３】
また、弁室３９を迂回して両流路３７，３８を連通するようにハウジング内に流路が設けられ、この流路内にオリフィスが設けられた構成に比較して、ハウジングの大型化を招かない。
【００６４】
（３）  一対のコイルスプリング４５，４６が吸着側の圧力Ｐａと再生側の圧力Ｐｂとの圧力差ΔＰに応じて弾性変形し、圧力差ΔＰに応じた位置に弁体４１を保持する。このことによって、急速充填弁１９が、圧力差ΔＰに応じて閉弁状態又は開弁状態に動作する。従って、急速充填弁１９を簡単な機構とすることができ、その信頼性をより高くすることができる。
【００６５】
次に、上記実施形態以外の実施形態を列挙する。
【００６６】
・  前記一実施形態で、弁体をその変位方向に対向するように付勢する一対のコイルばねは、両コイルスプリング４５，４６の代わりに、弁体を第１流路３７側に引っ張り付勢する第１引っ張りコイルばねと、同じく第２流路３８側に引っ張り付勢する第２引っ張りコイルばねであってもよい。この場合にも、前記一実施形態の（１）〜（３）に記載した各効果を得ることができる。
【００７０】
・  前記一実施形態で、一対の供給用二方弁１３，１４と、一対の放出用電磁二方弁１５，１６とからなる構成を、従来のように、空気供給源Ｓ１から各乾燥剤筒１１，１２に供給する原料空気を切り替えるための三方型チェック弁と、乾燥剤筒１１，１２の内の再生側となる方の空気入口を大気に連通させるための一対の電磁二方弁とからなる構成とする。このような構成でも、前記一実施形態の（１）〜（３）に記載した各効果を得ることができる。
【００７１】
・  前記一実施形態で、一対の二方型のチェック弁１７，１８からなる構成を、従来のように、三方型のチェック弁とした構成とする。このような構成でも、前記一実施形態の（１）〜（３）に記載した各効果を得ることができる。
【００７２】
・  前記一実施形態で、連通流路は、管路２３でなく、除湿装置本体のハウジング内に設けられた流路であってもよい。
・  方向制御弁は、圧力差ΔＰによって自律的に開閉弁動作し、両吸着容器間を連通する流路を連通又は連通遮断するものであればよく、前記一実施形態の形態に限定されない。
【００７３】
・  除湿装置の一対の各乾燥剤筒は、それぞれ複数の乾燥剤筒が並列接続されたものであってもよい。
・  本発明を実施する吸着分離装置は、除湿装置１０に限らず、原料空気から窒素を吸着分離して富酸素化空気を生成する装置、原料空気から酸素を吸着分離して富窒素化空気を生成する装置、原料水素から不純物を吸着分離して精製水素を生成する装置等に実施してもよい。
【００７４】
以下、前述した各実施形態から把握される技術的思想をその効果とともに記載する。
（１）  前記弾性保持手段は、ばね部材（第１コイルスプリング４５、第２コイルスプリング４６）からなることを特徴とする方向制御弁。このような構成によれば、方向制御弁をより一層簡単な構成とすることができる。
【００７６】
（２） 前記原料気体は原料空気であり、前記製品気体は、前記原料空気から水が吸着された乾燥空気であることを特徴とする吸着分離装置。
【００７７】
（３）それぞれ吸着剤が収容され、気体入口及び気体出口を供えた一対の吸着容器と、両吸着容器の内で吸着を行わせる吸着側吸着容器の気体入口を、原料気体を第１圧力で供給する気体供給源（空気供給源Ｓ１）に連通させ、その気体出口を、第１圧力よりも低い第２圧力の製品供給領域（乾燥空気供給領域Ｓ２）に連通させる一方、両吸着容器の内で再生を行わせる再生側吸着容器の気体入口を、第１圧力よりも低い第３圧力の気体放出領域（大気領域Ｓ３）に連通させ、その気体出口を、前記製品供給領域に対して連通遮断する第１供給制御と、前記第１供給制御における制御状態から、前記吸着側吸着容器の気体入口を気体供給源に連通させ、その気体出口を製品供給領域に連通させ、前記再生側吸着容器の気体出口を製品供給領域に対して連通遮断したままで、再生側吸着容器の気体入口を気体放出領域に対して連通遮断する第２供給制御と、前記第２供給制御における制御状態から、前記再生側吸着容器を新たに吸気側吸着容器とし、前記吸着側吸着容器を新たに再生側吸着容器として再び前記第１供給制御を行わせる第３供給制御とを行うための供給制御手段（供給用電磁二方弁１３，１４、放出用電磁二方弁１５，１６、チェック弁１７，１８）と、前記両吸着容器の気体出口間を連通する連通流路上に設けられた絞り（オリフィス４３）とを備えた吸着分離装置において、前記両吸着容器の気体出口間を連通する流路上に前記絞りと並列に設けられ、該両気体出口間の圧力差に応じて両気体出口間の連通状態を調節する方向制御弁（急速充填弁１９）を備え、該方向制御弁は、前記第１供給制御時には、前記吸着側吸着容器がその気体出口から排出する製品気体の吸着側圧力（Ｐａ又はＰｂ）と、前記再生側吸着容器にその気体出口から導入される製品気体の再生側圧力（Ｐｂ又はＰａ）との圧力差によって両吸着容器の気体出口間の連通を遮断し、前記第２供給制御時には、吸着側吸着容器から前記絞りを介して供給される製品気体によって上昇した再生側圧力と吸着側圧力との圧力差によって両吸着容器の気体出口間を連通させることを特徴とする吸着分離装置。
【００７８】
【発明の効果】
互いに連通可能な２つの気体圧力領域間の圧力差によって動作し、この圧力差がある境界値を超えるときには気体圧力領域間の連通を遮断して気体の移動を禁止する一方、この圧力差が境界値以下のときには両気体圧力領域間を連通させて圧力が高い方から低い方へ気体を移動させることができる流体駆動弁を備えた吸着分離装置を提供することができる。
【００７９】
吸着と再生とを交互に行わせるための一対の吸着容器を備えた吸着分離装置において、外部から制御を必要とする電磁弁を用いることなく、吸着と再生との切替時に吸着側の吸着容器側から再生側の吸着容器側に製品気体の一部を一次的に多量に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施形態の急速充填弁を示す概略断面図。
【図２】  （ａ）は図１におけるＡ−Ａ線概略断面図、（ｂ）は同じくＢ−Ｂ線概略断面図。
【図３】  除湿装置を示す模式構成図。
【図４】  弁体が第１位置に配置された急速充填弁を示す概略断面図。
【図５】  弁体が第２位置に配置された急速充填弁を示す概略断面図。
【図６】  各電磁二方弁と急速充填弁の動作タイミングを示すタイムチャート。
【図７】  従来の吸着分離装置を示す模式構成図。
【符号の説明】
１０…吸着分離装置としての除湿装置、１１…吸着容器としての乾燥剤筒、１２…同じく乾燥剤筒、１１ａ，１２ａ…気体入口としての空気入口、１１ｂ，１２ｂ…気体出口としての空気出口、１３，１４…供給制御手段を構成する供給用電磁二方弁、１５，１６…同じく放出用電磁二方弁、１７，１８…同じくチェック弁、１９…流体駆動弁である方向制御弁及び連通状態制御手段としての急速充填弁、２３…連通流路としての管路、３１…流路、３５…第１ポート、３６…第２ポート、３９…弁室、４１…弁体、４３…絞りとしてのオリフィス、４４…供給流路、４５…弁位置制御手段及び弾性保持手段を構成するばね部材としての第１コイルスプリング、４６…同じく第２コイルスプリング、Ｐａ…第１圧力、吸着側又は再生側圧力、Ｐｂ…第２圧力、吸着側又は再生側圧力、ＰT …境界値、Ｓ１…気体供給源としての空気供給源、Ｓ２…製品供給領域としての乾燥空気供給領域、Ｓ３…気体放出領域としての大気領域、ΔＰ…圧力差。
【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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【図７】
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