JPH0335538B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は一つの流体を多方向に分配し、かつ多
方向からの流体を集合させる回転弁に関するもの
である。このような回転弁は、例えば多数の吸着
室から成る擬似移動床による吸着分離装置におけ
る吸着室への流体の分配と吸着室からの流体の集
合を同時に行うために用いられる。

＜従来の技術＞ 上記擬似移動床による吸着分離技術は特公昭42
−15681号公報および特公昭49−27569号公報に代
表的に示されているが、以下に簡単に説明する。

上記吸着分離装置は基本的には脱着帯、濃縮
帯、および吸着帯の３帯から成つており、各帯は
各々吸着剤を充てんし、かつ連続的に連結された
１つ以上の吸着室で構成されている。

各帯の機能は次のとおりである。

吸着帯：流体混合物を吸着剤と接触させ、強吸着
成分を選択的に吸着させるとともに、弱吸着成
分および後述の脱着剤を含むラフイネートを抜
き出す。

濃縮帯：吸着帯で強吸着成分を選択的に吸着した
吸着剤を脱着帯から抜き出されるエクストラク
トおよび／または高純度の強吸着成分に接着さ
せ、吸着剤上の強吸着成分の純度を向上させ
る。

脱着帯：吸着剤上に濃縮された強吸着成分を脱着
剤で追い出し、強吸着成分および脱着剤を含む
エクストラクトを抜き出す。

上記各帯の操作を連続して繰返し、見掛上脱着
剤が流体の流れとは向流方向に移動させる擬似移
動床による吸着分離のシステムの例を第２図にし
たがつて説明する。

吸着剤が充てんされた複数個の吸着室２から９
が連結管１０から１７によつて連続的に連結され
循環路を形成している。吸着室からの流体の抜き
出しおよび吸着室への流体の供給は吸着空間を結
ぶ連結管１０から１７と回転弁１００を連結して
いる連結管１８から２５を通して行われ、回転弁
１００が一定時間ごとに一定角度を回転すること
により回転弁内の流体の供給管（脱着剤の供給管
２６、原料混合物の供給管２８）および抜き出し
管（エクストラクトの抜き出し管２７、ラフイネ
ートの抜き出し管２９）が吸着室に沿つて順次移
行し、下方向への流体の流れに対し、見掛上、上
方向への吸着剤が移動する擬似移動床による吸着
分離が実施される。第２図の状態における各吸着
室は吸着室２，３が脱着帯、吸着室４，５が濃縮
帯、吸着室６，７が吸着帯を、それぞれ構成して
おり、吸着室８，９は脱着剤を回収し、脱着帯に
循環するための役割を演じている。

本発明は第２図で説明したような機能をもつ回
転弁の改良に関するものである。

上記技術を実施するための回転弁は特開昭58−
134286号公報により公知である。この回転弁につ
いて、第３図から第７図によつて説明する。

第３図は公知の回転弁を回転軸に沿つて切り開
いた断面図、第４図は第３図におけるＹ−Ｙ矢視
図、第５図は第３図におけるＺ−Ｚ矢視図、第６
図は第３図におけるY′−Y′矢視図、第７図は第
３図におけるZ′−Z′矢視図であり、回転弁１００
は、その円筒９０内に回転子４０、第１の円盤４
１、および第２の円盤４２を備えている。円盤４
１，４２は円筒９０に固定されている。、回転子
４０は第１の円盤４１と第２の円盤４２の間に位
置し、回転軸３９によつて一定時間ごとに間欠的
に一定角度づつ回転するようになつている。

また、第２の円盤４２と円筒９０との間にコイ
ル状のスプリング９１を回転軸３９とほぼ同心状
に設けて回転子４０と第２の円盤４２とを第１の
円盤４１側に押圧し、これらの接触面から流体の
漏れるのを防止するようにしている。さらに、第
２の円盤４２に回転軸３９の通る貫通孔９２を設
けている。

上記回転子４０の端面４０ａ（第１の円盤４１
の端面４１ａと接触する側の端面）に回転軸３９
と同心状に環状溝５０および５１を設け、内側の
環状溝５０に連通する開孔部６０を第１の円盤４
１に設ける。また、外側の環状溝５１に連通する
開孔部６１を第１の円盤４１に設けている。そし
て、開孔部６０に原料混合物の供給管２８が連結
し、また、開孔部６１にラフイネートの抜き出し
管２９が連結する。

さらに、第１の円盤４１には上記環状溝５１の
外側に位置して複数（図示の場合、８個）の開孔
部７０から７７を設ける。これらの開孔部７０か
ら７７は回転軸３９と同心状をなす円周上に等間
隔に配設される。そして、開孔部７０，７１，７
２，７３，７４，７５，７６，７７には連結管１
８，１９，２０，２１，２２，２３，２４，２５
が、それぞれ連結する（第４図参照）。また、第
１の円盤４１の中心には回転軸３９と同軸に開孔
部６２を設け、この開孔部６２にエクストラクト
の抜き出し管２７が連結する。

他方、上記第２の円盤４２の端面４２ａ（回転
子４０の端面４０ｂと接触する側の面）に回転軸
３９と同心状に環状溝５２を設ける。また、第２
の円盤４２には前記環状溝５２に連通する開孔部
７８を設け、この開孔部７８に外殻９０を貫通し
て脱着剤の供給管２６が連絡する。

上記回転子４０には、さらに、複数の連通孔を
設ける。すなわち、回転子４０には、第３図から
第７図に示す状態において、上記内側の環状溝５
０と第１の円盤の開孔部７４とを連通するコ字形
状の連通孔８０と、第１の円盤における開孔部６
２，７２を連通するコ字形状の連通孔８２（第６
図参照）と、外側の環状溝５１と第１の円盤の開
孔部７６とを連通するコ字形状の連通孔８１（第
６図参照）と、第１の円盤の開孔部７０と第２の
円盤に設けた環状溝５２とを連通する連通孔８５
とを設ける。

しかして、第３図から第７図に示す状態におい
ては、回転弁１００内に、流体の通過する四つの
通路が形成される。すなわち、 (a) 開孔部７８−環状溝５２−連通孔８５−開孔
部７０による通路Ａ、 (b) 開孔部７２−連通孔８２−開孔部６２による
通路Ｂ、 (c) 開孔部６０−環状溝５０−連通孔８０−開孔
部７４による通路Ｃ、 (d) 開孔部７６−連通孔８１−環状溝５１−開孔
部６１による通路Ｄ、 が上記四つの通路である。

そこで、上記回転子４０を矢印（第２図および
第３図参照）の方向に1/8回転させると、上記通
路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが、それぞれ切替り、下記のよ
うな通路が新たに形成される。

(a) 開孔部７８−環状溝５２−連通孔８５−開孔
部７１による通路、 (b) 開孔部７３−連通孔８２−開孔部６２による
通路、 (c) 開孔部６０−環状溝５０−連通孔８０−開孔
部７５による通路、 (d) 開孔部７７−連通孔８１−環状溝５１−開孔
部６１による通路。

以下、同様にして、回転子４０を矢印の方向に
間欠的に1/8回転させると、その都度回転弁内の
通路が切替わり吸着室２から８に対する流体の供
給および抜出しが順次移行し、下方向への流体の
流れに対し、見掛上、上方向への吸着剤が移動す
る擬似移動床による吸着分離が実施される。

そして、これらを効率よく繰返すために、回転
子と円盤との接触面から流体の漏れるのを極力少
なくする努力がはらわれる。すなわち前述のスプ
リング９１をより強力に回転子４０と第２の円盤
４２とを第１の円盤４１側に押圧する。

＜発明が解決しようとする問題点＞ しかしながら、かかる従来の回転弁は実用上ま
だ不十分な点がある。すなわち、第２の円盤と外
殻との間にコイル状のスプリングを回転軸とほぼ
同心状に設けて回転子と第２の円盤とを第１の円
盤側に押圧し、これらの接触面から流体の漏れる
のを防止するようにしているのであるが、それで
もなお漏れが防ぎきれないのが実情である。

その原因としてまず第１の問題点は接触面の大
気圧開放構造があげられる。例えば、吸着剤の充
てんされた吸着室１室につき内部圧損２Kg／cm²の
吸着室８室を流体が通過する場合、圧力損失が累
積されるため第２図に示す連結管１８には通常18
Kg／cm²以上の圧力を加えることになり、仮に18
Kg／cm²の圧力を加えた場合一巡後の連結管１７に
は２Kg／cm²が加わつている。したがつて第４図に
示す回転弁の開孔部７０，７１，７２，７３，７
４，７５，７６，７７には18、16、14、12、10、
８、６、４Kg／cm²の各圧力が発生していることに
なる。これは回転しながらその接触面で流体の漏
れるのを防ぐという主旨からははなはだ不都合で
あり可能なかぎりより低圧にしたい圧力である。
しかしながら、このような擬似移動床による吸着
分離において液流形成のため流体の加圧は不可欠
である。

ついで第２の問題点として接触面の面圧がたえ
ず一定であることがあげられる。静止していると
きも回転しているときも強力なスプリングで押圧
を続けながら回転子を回転させれば回転子や円盤
の接触面が早期に損耗し漏れが発生する。この場
合も可能なかぎり接触面の面圧は低圧にしたい圧
力である。しかしながら、接触面の面圧を低圧に
すると漏れが防ぎきれない。

＜問題点を解決するための手段＞ そこで本発明者らは上記の欠点を克服すべく改
良された回転弁を提供することを目的として鋭意
研究した結果本発明に到達した。

すなわち本発明の回転弁は加圧された流体の通
過する通路をもつ回転弁であつて、該回転弁内の
通路の一部を備えかつ回転不能の複数の円盤およ
び該円盤の間に回転自在に配設した通路切替用の
小径の回転子を円筒内に設けた回転弁において、
前記円盤を前記円筒内側面に密着状にかつ前記円
盤の少なくとも１つが前記円筒内を微小往復可能
に設けるとともに、前記円筒の前記回転子間で形
成されかつ加圧によつて前記円盤の少なくとも１
つと前記回転子の密着を弱める中空円柱状の空間
を圧力室とし、さらに前記円筒の末端開口部分を
閉じることにより前記円盤と前記円筒間で形成さ
れる中空円柱状の空間および／または円柱状の空
間を圧力室とすることを特徴とする。

以下、本発明を図面により説明する。

第１図は本発明の回転弁の一態様を示す断面図
である。第１図におけるＹ−Ｙ矢視図、Ｚ−Ｚ矢
視図、Y′−Y′矢視図、Z′−Z′矢視図は第４図、第
５図、第６図、第７図と同じであるので、以下、
第４図から第７図も参照して説明する。

回転弁１００は円筒９０内に円盤４１，４２お
よび回転子４０を設けて構成される。円盤４１，
４２には各々回転弁内の通路の一部、すなわち開
孔部６０〜６２，７０〜７８、環状溝５２が設け
られ、それらは回転子４０に設けられた環状溝５
０，５１および連通孔８０〜８２および８５とそ
れぞれ連通可能となつている。

回転子４０は円盤４１，４２の間に設けられ、
回転軸３９に連結され、回転軸３９によつて定時
間毎に間欠的に回転自在に配設されている。回転
軸３９の一端は回転子４０に連結し、他端は駆動
源に連結する。回転軸３９の駆動源側の円筒の末
端開口部分は、隔壁１０１により閉じて設けられ
る。

円盤４１，４２は円筒９０の内側面に密着状に
かつ円盤４２が円筒内を微小往復可能に設けるこ
とが必要である。すなわち円盤４２が円筒内をピ
ストンのように円盤４２側面と円筒９０内側面と
の間の密着状態を保ちつつ、回転軸の長手方向に
沿つて微小に動くことが可能なようにゴムＯリン
グ１０４を介して設ける。

かくして円盤４２、円筒９０および隔壁１０１
により形成される中空円柱状の空間は密封性の高
い空間となり、これを圧力室１０２とする。圧力
室１０２には圧力調節口１０５が設けられ、圧力
調節口１０５を介して圧力源に連結されている。
圧力室１０２にはオイルが満たされ油圧により、
圧力調整を行ない、圧力を瞬時に変更可能となつ
ている。

回転子４０は円盤４１，４２よりも小径に構成
する。回転子４０と円筒９０によつて中空円柱状
の空間が形成される。この空間は円盤４１，４２
の側面が、ゴムＯリング１０４により、円筒９０
の密着状にシールして設けられているため、密封
性の高い空間となり、これを圧力室１０３とす
る。圧力室１０３には排出口１０６が設けられて
いる。圧力室１０３は吸着室２〜９を流れる流体
の混合液で満たされている。

回転弁１００内を流通する流体は加圧されてい
るため、圧力室１０３内に円盤と回転子の接触面
から若干量漏れ出る。その漏れ液により圧力室１
０３は絶えず加圧状態に保持される。圧力室１０
３を加圧することによつて円盤４１と円盤４２を
押し広げる方向に力がかかり、円盤４１と回転子
４０間に密着および円盤４２と回転子４０間の密
着を弱める方向に力が加えられる。圧力室１０３
の圧力をほぼ一定値に保つため、排出口１０６を
介して、圧力計、リリーフ弁（ともに図示せず）
が連結され、リリーフ弁の自動開閉により圧力室
１０３の圧力が調整できる。圧力室１０３内の混
合液が開孔部内に逆流することを防止するため
に、圧力室１０３の圧力は、回転弁内の開孔部に
流通または到達する流体のうち圧損が累積して最
も低い圧力の流体と同じ圧力またはそれ以下の圧
力に調整することが必要である。例えば、吸着室
１室につき内部圧損２Kg／cm²の吸着室を流体が通
過する場合、連結管１８に18Kg／cm²の圧力を加え
た場合、回転弁の開孔部に流通または到達する流
体のうち最も低い圧力の流体は連結管２５を通過
する４Kg／cm²の圧力の流体であるので、圧力室１
０３はそれより若干低圧の3.5Kg／cm²の圧力に調
整し維持する。

円盤４１に設けられた開孔部は回転軸３９と同
心状をなす円周上に等間隔に配設される。そし
て、開孔部７０，７１，７２，７３，７４，７
５，７６，７７には連結管１８，１９，２０，２
１，２２，２３，２４，２５が、それぞれ連結す
る（第２図参照）。また、第１の円盤４１の中心
には回転軸３９と同軸に開孔部６２を設け、この
開孔部６２にエクストラクトの抜出し管２７が連
結する。

他方、上記第２の円盤４２の端面４２ａ（回転
子４０の端面４０ｂと接続する側の面）に回転軸
３９と同心状に環状溝５２を設ける。また、第２
の円盤４２には前記環状溝５２に連通する開孔部
７８を設け、この開孔部７８に外殻９０を貫通し
て脱着剤の供給管２６が連絡する。

上記回転子４０には、さらに、複数の連通孔を
設ける。すなわち、回転子４０には第１図および
第４図から第７図に示す状態において、上記内側
の環状溝５０と第１の円盤の開孔部７４とを連通
するコ字形状の連通孔８０と、第１の円盤におけ
る開孔部６２，７２を連通するコ字形状の連通孔
８２（第６図参照）と、外側の環状溝５１と第１
の円盤の開孔部７６とを連通するコ字形状の連通
孔８１（第６図参照）と、第１の円盤の開孔部７
０と第２の円盤に設けた環状溝５２とを連通する
連通孔８５とを設ける。

しかして、第１図および第３図から第７図に示
す状態においては、回転弁１００内に、流体の通
過する四つの通路が形成される。すなわち、 (a) 開孔部７８−環状溝５２−連通孔８５−開孔
部７０による通路Ａ、 (b) 開孔部７２−連通孔８２−開孔部６２による
通路Ｂ、 (c) 開孔部６０−環状溝５０−連通孔８０−開孔
部７４による通路Ｃ、 (d) 開孔部７６−連通孔８１−環状溝５１−開孔
部６１による通路Ｄ、 が上記四つの通路である。この四つの通路が形成
されている間、圧力室１０２を加圧状態（例えば
14Kg／cm²）に保持する。

次いで、上記回転子４０を矢印（第１図および
第２図参照）の方向に1/8回転させると、上記通
路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが、それぞれ切替る。この回転
の間のみ、圧力室１０２の加圧状態を緩和し、
（例えば10Kg／cm²）、回転子４０の回転をし易くす
る。

回転が終了して新たに別の四つの通路が形成さ
れると同時に圧力室１０２の加圧状態を回転前と
同程度に強化し（例えば14Kg／cm²）、静止時の漏
れを防止する。このように、通路の形成と回転を
順次繰返し、その都度、圧力室１０２の圧力を瞬
時に変更せしめることにより、有効に流体の漏れ
を防止しながら回転子を回転せしめることができ
る。

本発明の回転弁の材質は特に限定されないが、
回転子自身または回転子の接触面は自己潤滑性を
有する材質が良い。これに適する材質としては、
例えばテフロン、テフロン含浸ガラス綿、弗化炭
化黒鉛、ポリアセタール樹脂、ポリアミドイミド
樹脂、またはナイロンあるいはポリエステル樹脂
も含まれる。さらにはセラミツク類で回転子およ
び／または円盤をつくつてもよい。

上述説明においては、円筒の末端開口部分を隔
壁１０１により閉じて設けることにより隔壁１０
１、円盤４２および円筒９０間で形成される中空
円柱状の空間を圧力室１０２とする場合について
説明したが、第８図に示すように隔壁１０１を使
用せず、円筒の末端開口部分をそれ自身でシール
可能に設けて形成される中空円柱状の空間を圧力
室としたものも本発明の範囲に含まれる。

また、第９図および第１０図に示すように円柱
状の空間を圧力室１０２とするものおよび圧力室
１０２を２個有するものも本発明の範囲に含まれ
る。

＜作用＞ 本発明においては、円筒９０内に円盤４１，４
２をピストン状に回転子４０を間に挟んで挿入す
る構成としたので、円筒９０の一方の圧力室１０
２へ油圧シリンダのように流体を押込めて円盤４
２を加圧できる。

このため、円盤４１，４２と回転子４０との接
触面の面圧が均一に加わるようになつて、流体の
漏れに対する不安を大巾に解消できる。また、加
圧の度合いもスプリングよりも飛躍的に迅速かつ
容易に調整でき、回転子を間欠回転する際に回転
中のみ低圧、それ以外は高圧にすることも瞬時に
行うことさえできる。

さらに、小径と回転子４０と円筒９０間で中空
円柱状の圧力室１０３を設ける構成としたので圧
力室１０３を使用流体と同一のもので満たして加
圧すれば、接触面からにじみ出ようとする流体の
漏れを効果的に阻止することができる。

また、円盤４１，４２内の複数の連通路がそれ
ぞれ圧力が少しづつ異なる場合、しかもそれらを
流れる流体が混じり合わないようにするには、圧
力室１０３を最も低い流通路の圧力に設定するだ
けでも、接触面からにじみ出ようとする流体の漏
れを効率的に阻止することができると同時に連通
路間の流体の混合も防ぐことができる。

＜実施例＞ 以下、実施例をもつて本発明を具体的に説明す
る。

実施例 １ 第１図において円盤４１，４２の直径をともに
420mm、回転子４０の直径を365mm、円盤４１，４
２の開孔部と連通路の共通の中心円直径を300mm、
開孔径および連通路直径を40mmとして回転子４０
の中心円径上に８個等配して設けた。

８個の連通路に流体を36.4m³／ｈ流した。最初
の連通路を通る流体の圧力は18Kg／cm²で、次々に
２Kg／cm²の圧損を生じながら最後の連通路を通る
流体の圧力は４Kg／cm²となつた。そこで円筒９０
と回転子４０の圧力室１０３にリリーフ弁を接続
して3.5Kg／cm²が常時加わるように圧力を調整し
た。また、圧力室１０２には、油圧により、回転
子の回転時には10Kg／cm²に静止時には14Kg／cm²に
瞬時に圧力変更が可能なように圧力調整装置に連
結させた。その結果、流量36.4m³／ｈで流体を流
通させた場合、漏れ量は14.2ml／ｈでありほぼ漏
れが防止できた。

一方、第３図に記載された従来の大気圧開放型
の回転弁を用いると、流量3.2m³／ｈで流体を流
通させた場合の漏れ量は1500ml／ｈであつた。す
なわち、本発明の回転弁を使用することにより漏
れ量を1/1200に減少することができた。

＜発明の効果＞ 本発明の回転弁によれば、回転子のスムーズな
回転を阻害することなくかつ円盤と回転子の接触
面の損傷も生じることなく、円盤と回転子の接触
面からの流体の漏れをほとんど完全に防止するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の回転弁の一態様を示す断面
図、第２図は吸着分離装置の概略図、第３図は従
来の回転弁の断面図、第４図は第１図および第３
図のＹ−Ｙ矢視図、第５図は第１図および第３図
のＺ−Ｚ矢視図、第６図は第１図および第３図の
Y′−Y′矢視図、第７図は第１図および第３図の
Z′−Z′矢視図、第８図〜第１０図はそれぞれ本発
明の回転弁の他の態様を示す断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 加圧された流体の通過する通路をもつ回転弁
   であつて、該回転弁内の通路の一部を備えかつ回
   転不能の複数の円盤および該円盤の間に回転自在
   に配設した通路切替用の小径の回転子を円筒内に
   設けた回転弁において、前記円盤を前記円筒内側
   面に密着状にかつ前記円盤の少なくとも１つが前
   記円筒内を微小往復可能に設けるとともに、前記
   円筒と前記回転子間で形成されかつ加圧によつて
   前記円盤の少なくとも１つと前記回転子の密着を
   弱める中空円柱状の空間を圧力室とし、さらに前
   記円筒の末端開口部分を閉じることにより、前記
   円盤と前記円筒間で形成される中空円柱状の空間
   および／または円柱状の空間を圧力室とすること
   を特徴とする回転弁。