電磁弁および４ポート切り替え弁機構
【課題】流れ方向を切り替え可能に弁体の開口部を通過する流体の圧力損失が小さい電磁弁およびこの電磁弁を用いた４ポート切り替え弁機構を提供する。
【解決手段】電磁弁１０は、開口部４０を有する弁座３８と、開口部４０を閉塞しまたは開放する上弁体部４２ａおよび下弁体部４２ｂからなる弁体４２を備え、下弁体部４２ｂは突起状部に形成されるとともに、突起状部が平面視で開口部４０を覆う大きさに形成され、突起状部の外周に、弁座３８に当接して開口部４０を閉塞することができる周回突起４２を備える。突起状部は鏡面加工される。上弁体部４２ａおよび下弁体部４２ｂの間に断熱層４４が設けられる。筺体部１４は、弁座３８を介して、流体が切り替え可能に流入または流出するポートに連通する上部室３０および下部室３２を備える。弁体４２を下方に付勢するバネ４９と、プランジャ２０を保持する永久磁石２４が設けられる。
【解決手段】電磁弁１０は、開口部４０を有する弁座３８と、開口部４０を閉塞しまたは開放する上弁体部４２ａおよび下弁体部４２ｂからなる弁体４２を備え、下弁体部４２ｂは突起状部に形成されるとともに、突起状部が平面視で開口部４０を覆う大きさに形成され、突起状部の外周に、弁座３８に当接して開口部４０を閉塞することができる周回突起４２を備える。突起状部は鏡面加工される。上弁体部４２ａおよび下弁体部４２ｂの間に断熱層４４が設けられる。筺体部１４は、弁座３８を介して、流体が切り替え可能に流入または流出するポートに連通する上部室３０および下部室３２を備える。弁体４２を下方に付勢するバネ４９と、プランジャ２０を保持する永久磁石２４が設けられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁弁および４ポート切り替え弁機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気的駆動弁は、電磁弁(ソレノイドバルブ)と電動弁に大別される。電磁弁は、ソレノイドの磁力を用いてプランジャを吸引、付勢して弁を開閉する。電動弁は、ソレノイドの磁力に代えて電動機によってプランジャを付勢する。この構造の違いから、電磁弁は電動弁に比べて応答速度が速いことが特徴である。現在、使用される電気的駆動弁の大半は電磁弁である。
【０００３】
電磁弁の開閉構造には、平面的に配置された２つの室から上方に向けて２つの開口部が形成される弁座を弁体のダイアフラムが変位して閉塞または開放するものと（例えば特許文献１参照）、平面的にあるいは上下に配置された２つの室が開口部を有する弁座で仕切られ、弁体が弁座に当接して弁座を閉塞し、あるいは突起状の弁体が開口部に挿入されて弁座を閉塞し、弁体が開口部から離間して弁座を開放するものがある（例えば特許文献２参照）。
これらいずれの開閉構造を有する電磁弁においても、通常、流体の入り口ポートに接続される室と流体の出口ポートに接続される室は定まっており、このため、このような一方通行の流路によって定められる流動条件を前提とした弁構造となっている。したがって、流体の流れ方向を逆にして電磁弁を用いると、流動抵抗の増加や流動の乱れ等を著しく生じるおそれがある。
【０００４】
ところで、本出願人は、可動コア（プランジャ）の外周に真空断熱層を形成した断熱機能付き電磁弁を提案している（特許文献３参照）。この電磁弁によれば、流体の熱がソレノイドに移動して磁気抵抗の増加を来たす不具合が軽減され、消費エネルギの増加を避けることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２３９３７４号公報
【特許文献２】特開２００２−１４７６４２号公報
【特許文献３】特開２００４−１５０６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
解決しようとする問題点は、流体の流れ方向を切り替えて電磁弁を使用しようとすると、弁の開閉構造の部分で流動状態が大きく変化することによる不具合を生じる点である。この不具合は、比較的多量の気体を取り扱うときに顕著となる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る電磁弁は、
流体の通路となる開口部を有する弁座と、該開口部を閉塞しまたは開放する弁体を備え、
該弁体の該弁座に対向する側が突起状部に形成されるとともに、平面視で該開口部を覆う大きさに形成され、該突起状部の外周に、該弁座に当接して該開口部を閉塞することができる周回突起を備え、
該弁座を介して、流体が切り替え可能に流入または流出するポートに連通する上部室および下部室を備えてなることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る電磁弁は、好ましくは、前記突起状部が鏡面加工されてなることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る電磁弁は、好ましくは、前記開口部の開口面積が３００〜６０００ｍｍ２であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る電磁弁は、好ましくは、前記流体が気体であり、該気体が流動するときの前記上部室と前記下部室の内部圧力差が２０ｋＰａ以下に設定されることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る電磁弁は、好ましくは、
前記弁体に接続され、該弁体を昇降するプランジャを備え、該プランジャと該弁体の前記突起状部の間に断熱層が設けられ、該プランジャの該弁体との接続部分が中空筒状に形成されてなることを特徴とする。
このとき、好ましくは、前記弁体が、前記突起状部を含む下弁体部および上弁体部の二体で構成され、該下弁体部および該上弁体部の間に前記断熱層が設けられてなることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る電磁弁は、好ましくは、前記弁体を下動時に付勢するバネと、前記プランジャの上部の外周に設けられ、通電により該プランジャを吸引して上動させる第一のソレノイドおよび通電により該プランジャを釈放して下動させる第二のソレノイドと、該プランジャの外周に設けられる永久磁石を備えてなることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る４ポート切り替え弁機構は、上記の電磁弁を平面視で２行２列に４つ配設してなり、それぞれの電磁弁に少なくとも３つのポートを設けるとともに隣り合う電磁弁のポートに接続して、４つの流入または流出ポートを構成し、該電磁弁の開閉操作によって該４つの流出または流入ポートの流路を切り替えて２流路を構成することができることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る電磁弁は、流体の通路となる開口部を有する弁座と、開口部を閉塞しまたは開放する弁体を備え、弁体の弁座に対向する側が突起状部に形成されるとともに、平面視で開口部を覆う大きさに形成され、突起状部の外周に、弁座に当接して開口部を閉塞することができる周回突起を備え、弁座を介して、流体が切り替え可能に流入または流出するポートに連通する上部室および下部室を備えてなるため、流れ方向を切り替え可能に弁体の開口部を通過する流体の圧力損失が小さい。
また、本発明に係る４ポート切り替え弁機構は、上記の電磁弁を平面視で２行２列に４つ配設してなり、それぞれの電磁弁に少なくとも３つのポートを設けるとともに隣り合う電磁弁のポートに接続して、４つの流入または流出ポートを構成し、電磁弁の開閉操作によって４つの流出または流入ポートの流路を切り替えて２流路を構成することができるこため、上記の電磁弁の効果を好適に奏することができるとともに、機構内部で２流路の流体の混合を生じるおそれが少ない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は本実施の形態例に係る電磁弁の弁閉止状態における断面構造を示す図である。
【図２】図２は４ポート切り替え弁機構の作動状態を説明するための平面図である。
【図３】図３は４ポート切り替え弁機構の図３とは異なる作動状態を説明するための平面図である。
【図４】図４は４ポート自動流路切換機構が用いられる低露点空気発生装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施の形態（以下、本実施の形態例という。）について、図を参照して、以下に説明する。
【００１７】
まず、本実施の形態例に係る電磁弁について、図１を参照して説明する。
【００１８】
図１に例示する本実施の形態例に係る電磁弁１０は、駆動部１２と、駆動部１２によって駆動される弁および弁の上下動によって連通されまたは連通が遮断される上下室を含む筺体部１４で構成される。駆動部１２は断熱層１３を介して筺体部１４に取り付けられる。
【００１９】
駆動部１２は、ケーシング１６の中に、２段のソレノイド（第二のソレノイド）１８ａおよびソレノイド（第一のソレノイド）１８ｂと、ソレノイド１８ａ、１８ｂによって囲まれる、プランジャ（可動鉄片。移動コアということもある。）２０およびコア（移動コアに対して固定コアということもある。）２２を有する。駆動部１２は、さらに、ソレノイド１８ｂの下方に、プランジャ２０を囲む、例えばフェライト磁石からなる永久磁石２４を有する。
ケーシング１６は、例えば冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）材料で形成される。ソレノイド１８ａ、１８ｂは、例えば銅コイルで形成される。プランジャ２０は、例えば磁性ステンレス材料で中空円筒状に形成される。コア２２は、例えば磁性ステンレスで形成される。
駆動部１２と筺体部１４の間にソレノイド１８ａ、１８ｂや永久磁石２４等を支持するグランド２６が設けられる。グランド２６と永久磁石２４の間に例えばセラミックファイバーペーパー製の断熱層２８が設けられる。グランド２６は、グランド上部２６ａ及びグランド上部２６ａの下方に内嵌めされるグランド下部２６ｂで構成され、プランジャ２０の下部が挿通される。
【００２０】
筺体部１４は、例えば直方体状に形成される。筺体部１４は、上部室３０および下部室３２の２室で構成され、２室は中央に円形の開口部２９ａを有する仕切り壁２９で仕切られる。筺体部１４は、電磁弁１０の使用条件に応じて適宜断熱施工される。
上部室３０および下部室３２は、それぞれポート３４、３６に連通する。仕切り壁２９の上面および開口部２９ａの内部を覆って例えばＦＫＭ(フッ素ゴム)材料で形成されるパッキンが設けられ、弁座３８とされる。弁座３８は、上部室３０および下部室３２の間の流体の通路となる円形の開口部４０を有する。
プランジャ２０の下部は筺体部１４に進入し、下端部が例えばＳＵＳ３０４材料で形成される弁体４２に固着される。弁体４２は、上弁体部４２ａと下弁体部４２ｂの二体構造であり、上弁体部４２ａおよび下弁体部４２ｂの間に例えばセラミックファイバーペーパー製の断熱層４４が設けられる。プランジャ２０の下端部は下弁体部４２ｂの中央に係止される。プランジャ２０は、弁体４２との接続部分が中空筒状部２１に形成される。中空筒状部２１を含む係止構造部分は、空間２３を残した状態で、例えばＳＵＳ３０４材料製のキャップで閉塞される。
下弁体部４２ｂ、言い換えれば弁体４２の弁座３８に対向する側は、キャップ４６の部分を除いて、突起状部に形成される。突起状部は、流体の流動状態の乱れを小さくすることができるものである限り、球の一部を切り取った湾曲面形状、放物面形状、あるいは円錐・角錐等の錐形状その他の適宜の形状とすることができる。
下弁体部４２ｂの突起状部は、平面視で開口部４０を覆う大きさに形成される。下弁体部４２ｂは、突起状部の外周に、弁座３８に当接して開口部４０を閉塞することができる周回突起４８を備える。開口部４０の開口面積は、下弁体部４２ｂの形状に相応して、３００〜６０００ｍｍ２であることが好ましい。また、開口部４０の開口径：周回突起４８の径（周回突起４８の頂点の軌跡で形成される円の直径）＝１：１．１〜１：１．３であることが好ましい。突起状部は、鏡面加工されることが好ましい。
上弁体部４２ａに下端部を係止し、上端部をグランド下部２６ｂに当接して、例えばグランド下部２６ｂを巻回するコイルバネからなるバネ４９が設けられる。
なお、図１に現れる各種のシール部材や部品の係止構造の説明は省く。
【００２１】
上記のように構成される電磁弁１０は、以下のように作用する。
ソレノイド１８ａ、１８ｂは、いわゆるラッチ式ソレノイド弁であり、ソレノイド１８ｂに通電することでプランジャ２０を吸引、上動し、ソレノイド１８ａに通電することでプランジャ２０を釈放して、下動する。
プランジャ２０および弁体４２の自重、バネ４９の付勢力ならびに永久磁石２４の吸引力に勝る力でソレノイド１８ｂに吸引されてプランジャ２０が上動することで、図１に示すように弁座３８の開口部４０を閉止していた弁体４２は、プランジャ２０とともに上動し、弁座３８の開口部４０を瞬時に開放する。上動したプランジャ２０はソレノイド１８ｂの通電を停止しても、プランジャ２０および弁体４２の自重ならびにバネ４９の付勢力に勝る永久磁石２４の吸引力によって上動位置に確実に保持される。したがって、プランジャ２０が上動位置にある間はソレノイド１８ｂへの通電を続けることが不要であり、省エネルギが実現される。
一方、プランジャ２０および弁体４２の自重およびバネ４９の付勢力に助けられ、永久磁石２４の吸引力のみに勝る吸引力でソレノイド１８ａに釈放されてプランジャ２０が下動することで、弁体４２は、弁座３８の開口部４０を瞬時に閉止する。下動したプランジャ２０はソレノイド１８ａの通電を停止してもプランジャ２０および弁体４２の自重、バネ４９の付勢力ならびに永久磁石２４の吸引力によって下動位置に確実に保持される。したがって、プランジャ２０が下動位置にある間はソレノイド１８ａへの通電が不要である。
【００２２】
開口部４０の開放状態において、例えばポート３６から下部室３２に流入した流体は開口部４０を介して上部室３０に流入し、ポート３４から流出する。このとき、開口部４０が大きいため、またこれにより開口部４０を通過する流体の流動状態の乱れが小さいため、開口部４０を通過する流体の圧力損失が小さい。
上部室３０に流入した流体は弁体４２に衝突するが、下弁体部４２ｂが突起状部に形成され、かつ鏡面加工されているため、流体の流動状態の乱れが小さく、流体の圧力損失が小さい。
一方、開口部４０の開放状態において、流体の流れ方向の切り替えにより、例えばポート３４から上部室３０に流入した流体は開口部４０を介して下部室３２に流入し、ポート３６から流出する。このとき、開口部４０が大きいため、またこれにより開口部４０を通過する流体の流動状態の乱れが小さいため、開口部４０を通過する流体の圧力損失が小さい。
上部室３０から下部室３２に移動する流体は弁体４２に接するが、下弁体部４２ｂが突起状部に形成され、かつ鏡面加工されているため、流体の流動状態の乱れが小さく、流体の圧力損失が小さい。
すなわち、本実施の形態例に係る電磁弁１０は、流れ方向を切り替え可能に弁体３８の開口部４０を通過する流体の圧力損失が小さい。
【００２３】
例えば温度の高い流体が電磁弁１０を通過するとき、流体の輻射熱や熱伝導によって、弁体４２が受けた熱がプランジャ２０を介してソレノイド１８ａ、１８ｂに伝搬する等し、これにより、ソレノイド１８ａ、１８ｂの吸引力を低下させるおそれがある。しかし、電磁弁１０は、下弁体部４２ｂが鏡面加工されているため、輻射による下弁体部４２ｂの受熱、昇温は軽減され、また、プランジャ２０が中空円筒部２１を有するため、プランジャ２０によるソレノイド１８ａ、１８ｂへの伝熱が軽減され、また、グランド２６が受けた熱は断熱層２８によって遮断される。また、駆動部１２と筺体部１４の間に設けた断熱層１３によっても上部室３０からソレノイド１８ａ、１８ｂへの伝熱が遮断される。なお、弁体４２およびプランジャ２０の接続構造によっては、一体的に形成した弁体４２とプランジャ２０の間に断熱層４４を設けてもよい。
また、弁体４２が開口部４２を閉止した状態において、上部室３０および下部室３２において流体がそれぞれの室に設けられる複数のポートのうちの１つから各室３０、３２に流入、流出して流動する場合、上部室３０および下部室３２のそれぞれにおいて流動する異なる流体間の熱移動は弁体４２によって効率的に遮断される。
【００２４】
本実施の形態例に係る電磁弁１０に流通する流体が気体（ガスを含む）であり、さらにまた、気体が流動するときの上部室３４と下部室３２の内部圧力差が２０ｋＰａ以下に設定されると、電磁弁１０の効果をより顕著に発揮することができる。また、流動する気体の圧力は、常圧（大気の圧力に近い圧力）であると、好ましい。
【００２５】
つぎに、本実施の形態例に係る４ポート切り替え弁機構について、図２〜図４を参照して説明する。
図２および図３は、相互に異なる作動状態を説明するための４ポート切り替え弁機構の平面図であり、図４は、４ポート切り替え弁機構を用いたプロセスの一例を説明するための図である。
【００２６】
４ポート切り替え弁機構５０は、４つの本実施の形態例に係る電磁弁１０で構成される。
以下、４ポート切り替え弁機構５０を４ポート自動流路切換機構５０という。
４ポート自動流路切換機構５０の４つの電磁弁５２ａ〜５２ｄは平面視で２行２列に配設される。電磁弁５２ａ〜５２ｄはそれぞれ少なくとも３つのポートを有する。電磁弁５２ａ〜５２ｄがそれぞれ例えば４つのポートを有する場合、各ポートの接続関係を調整することにより、４ポート自動流路切換機構５０の４つのポートの位置関係を適宜変更することができる。
電磁弁５２ａ〜５２ｄの筺体部５４ａ〜５４ｄには、上室（上部室）および下室（下部室）に、それぞれ合計３つの流体の出入り口となるポート部（ポート）５６ａ〜５６ｄ、５８ａ〜５８ｄ、６０ａ〜６０ｄが設けられる。これらの各ポート部５６ａ〜５６ｄ、５８ａ〜５８ｄ、６０ａ〜６０ｄは、４つの電磁弁５２ａ〜５２ｄを組み合わせて一体化したときに図２および図３に示すような接続構造となるように、それぞれの電磁弁５２ａ〜５２ｄごとに異なる室および壁位置に設けられる。
すなわち、電磁弁５２ａについては、２つのポート部５６ａ、５８ａは筺体部５４ａの下室の直交する壁位置に設けられ（以下、下室のポートであることを示すために、１Ｆの記号を付す。）、ポート部６０ａは上室のポート部５６ａと斜め上方の対向する壁位置に設けられる（以下、上室のポートであることを示すために、２Ｆの記号を付す。）。ポート部５６ａは４ポート自動流路切換機構５０のひとつの開放端（ポート 流出・流入口）となる。
電磁弁５２ｂについては、電磁弁５２ａの下室と向き合う下室の壁位置にポート部５６ｂが設けられポート部５８ａと接続されるとともに、上室の直交する壁位置にポート部５８ｂ、６０ｂが設けられる。ポート部５８ｂは４ポート自動流路切換機構５０の他のひとつの開放端となる。
電磁弁５２ｃについては、電磁弁５２ｂ上室と向き合う上室の壁位置にポート部５６ｃが設けられポート部６０ｂと接続されるとともに、下室の直交する壁位置にポート部５８ｃ、６０ｃが設けられる。ポート部５８ｃは４ポート自動流路切換機構５０の他のひとつの開放端となる。
電磁弁２３ｄについては、電磁弁５２ｃの下室と向き合う下室の壁位置にポート部５６ｄが設けられポート部６０ｃと接続されるとともに、電磁弁５２ａの上室と対向する上室の壁位置およびこれと直行する位置に、それぞれポート部５８ｄ、６０ｄが設けられる。ポート部５８ｄはポート部６０ａと接続される。ポート部５４ｄは４ポート自動流路切換機構５０の他のひとつの開放端となる。
すなわち、４ポート切り替え弁機構５０は、２種の流体の流路を画成する４つのポート部５６ａ、５８ｂ、５８ｃ、６０ｄを備える。
【００２７】
図２は、４ポート自動流路切換機構５０の電磁弁５２ａ、５２ｃを開とし、電磁弁５２ｂ、５２ｄを閉とした状態を示す。なお、４ポート自動流路切換機構５０の作用の理解の便宜のために、図２および図３において、各電磁弁について開の状態のものにＯ、閉の状態のものにＳの符号をそれぞれ付す。
電磁弁５２ａの下室のポート部５６ａから流入した流体は、電磁弁５２ａが開であるため、上室に流入し、ポート部６０ａ、５８ｄを介して電磁弁５２ｄの上室に流入する。なお、電磁弁５２ｂは閉の状態であるため、電磁弁５２ａの下室と電磁弁５２ｂの下室がポート部５８ａ、５６ｂを介して連通状態であっても、電磁弁５２ｂの下室の流体と上室の流体は完全に遮断され、両室の流体が混合することはない。電磁弁５２ｄの上室に流入した流体は、電磁弁５２ｄが閉であるため、上室のポート部５４ｄから流出する。
一方、電磁弁５２ｂの上室のポート部５８ｂから流入した流体は、電磁弁５２ｂが閉であるため、上室のポート部６０ｂおよび電磁弁５２ｃの上室のポート部５６ｃを介して電磁弁５２ｃの上室に流入する。上室に流入した流体は、電磁弁５２ｃが開であるため、下室に流入し、ポート部５８ｃから流体が流出する。なお、電磁弁５２ｄは閉の状態であるため、電磁弁５２ｃの下室と電磁弁５２ｄの下室がポート部６０ｃ、５６ｄを介して連通状態であっても、電磁弁５２ｄの下室の流体と上室の流体は完全に遮断され、両室の流体が混合することはない。
これにより、４ポート自動流路切換機構５０は、ポート部５６ａから流入してポート部５４ｄから流出する１つの流体の流路と、ポート部５８ｂから流入してポート部５８ｃから流出する他の１つの流体の流路を画成する。
【００２８】
つぎに、図３に示すように、４ポート自動流路切換機構５０の電磁弁５２ａ、５２ｃを閉とし、電磁弁５２ｂ、５２ｄを開とすると、電磁弁５２ａのポート部５６ａから流入する流体は電磁弁５２ｂのポート部５８ｂから流出し、電磁弁５２ｄのポート部６０ｄから流入する流体は電磁弁５２ｃのポート部５８ｃから流出し、両流体は４ポート自動流路切換機構５０の内部で混合を生じることがない。
【００２９】
以上説明した４つの電磁弁５２ａ〜５２ｄを組み合わせて一体化した４ポート自動流路切換機構５０は、例えば低露点空気発生装置で好適に用いることができる。
図４に概略構成を示す低露点空気発生装置６２は、水分凝縮ユニット６４と、温度スイング吸着ユニット６６と、低露点空気供給ユニット６８を備える。図４中、各機器間をつなぐ各線は空気ダクトおよびその中の空気の流れを示し、そのうち、実線は処理空気または低露点空気の流れを、破線は再生用空気の流れを、それぞれ示す。なお、各機器および空気ダクトは、適宜断熱材で覆われる。
【００３０】
水分凝縮ユニット１２は水分凝縮除去機構を備え、処理空気を冷却、除湿する。
温度スイング吸着ユニット６６は、２系列の吸着剤部６６ａ、６６ｂを有する。吸着剤部６６ａ、６６ｂには適宜の水分吸着剤が装填される。２系列の吸着剤部６６ａ、６６ｂは、ひとつの系列が水分吸着工程用の吸着剤部（図４では吸着剤部６６ａ）であり、他のひとつの水分脱着工程用の吸着剤部（図４では吸着剤部６６ｂ）である。２系列の吸着剤部６６ａ、６６ｂは、水分吸着工程用と水分脱着工程用を切り替え可能に設けられる。
また、温度スイング吸着ユニット６６は、再生用空気供給部７０を有する。再生用空気供給部７０に供給する空気（図４中、矢印Ｂで示す。）は、外気であってもよく、また、水分吸着工程用に供する吸着剤部６６ａから流出する温度スイング吸着後の空気の一部であってもよく、また、低露点空気供給ユニット６４の昇圧前の温度スイング吸着後の空気の一部であってもよい。これにより、吸着剤部（図４では吸着剤部６６ｂ）に吸着された水分を脱着し、再生された吸着剤部が水分吸着工程用に供される。
低露点空気供給ユニット６８は、温度調整機構と昇圧機構を備え、温度スイング吸着後の空気の温度を調整するとともにさらに供給に必要な圧力に昇圧して供給先に供給する。
【００３１】
低露点空気発生装置６２は、本実施の形態例の第一および第二の４ポート自動流路切換機構５０ａ、５０ｂを有し、接続される各ユニット間を流通する空気の流路を切り替える。なお、図４中、４ポート自動流路切換機構５０ａ、５０ｂの４つの電磁弁について、開の状態のものを○、閉の状態のものを●で示す。
図２と対照して説明すると、４ポート自動流路切換機構５０ａにおいて、水分凝縮ユニット６４から流出する処理空気は、ポート部５６ａから４ポート自動流路切換機構５０ａに流入し、ポート部６０ｄから流出し、吸着剤部６６ａに流入する。一方、吸着剤部６６ｂから流出する再生用空気の排ガスは、ポート部５８ｂから４ポート自動流路切換機構５０ａに流入し、ポート部５８ｃから流出して外部に放出され、または例えば熱源として再生用空気供給部７０に流入する。
吸着剤部が切り替えられて、吸着剤部６６ｂが水分吸着工程用に供される場合、図３と対照して説明すると、水分凝縮ユニット６４から流出する処理空気は、ポート部５６ａから４ポート自動流路切換機構５０ａに流入し、ポート部５８ｂから流出し、吸着剤部６６ｂに流入する。一方、吸着剤部６６ａから流出する再生用空気の排ガスは、ポート部６０ｄから４ポート自動流路切換機構５０ａに流入し、ポート部５８ｃから流出して外部に放出され、または例えば熱源として再生用空気供給部７０に流入する。
第二の４ポート自動流路切換機構５０ｂについては、説明を省略する。
４ポート自動流路切換機構５０ａ、５０ｂは、速い応答速度で流路切り替え動作し、また４ポート自動流路切換機構５０ａ、５０ｂの内部での異種流体の混合を防ぐ高いシール性を有し、また、４ポート自動流路切換機構５０ａ、５０ｂの内部を通過する流体の圧力損失が小さく、また、４ポート自動流路切換機構５０ａ、５０ｂの内部での２つの流体間の熱移動も少ない。
【００３２】
本実施の形態例に係る４ポート切り替え弁機構は、以上説明した低露点空気発生装置に限らず、例えば空気清浄化装置を始めとする、空気の発生、調整、再生及び循環等の制御システムに広く適用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１０、５２ａ〜５２ｄ 電磁弁
１２ 駆動部
１３、２８、４４ 断熱層
１４、５４ａ〜５４ｄ 筺体部
１６ ケーシング
１８ａ、１８ｂ ソレノイド
２０ プランジャ
２１ 中空筒状部
２２ コア
２３ 空間
２４ 永久磁石
２６ グランド
２６ａ グランド上部
２６ｂ グランド下部
２９ 仕切り壁
３０ 上部室
３２ 下部室
３４、３６、５６ａ〜５６ｄ、５８ａ〜５８ｄ、６０ａ〜６０ｄ ポート
３８ 弁座
４０ 開口部
４２ａ 上弁体部
４２ｂ 下弁体部
４８ 周回突起
４９ バネ
５０ ４ポート切り替え弁機構
６２ 低露点空気発生装置
６４ 水分凝縮ユニット
６６ 温度スイング吸着ユニット
６８ 低露点空気供給ユニット
６６ａ、６６ｂ 吸着剤部
７０ 再生用空気供給部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁弁および４ポート切り替え弁機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気的駆動弁は、電磁弁(ソレノイドバルブ)と電動弁に大別される。電磁弁は、ソレノイドの磁力を用いてプランジャを吸引、付勢して弁を開閉する。電動弁は、ソレノイドの磁力に代えて電動機によってプランジャを付勢する。この構造の違いから、電磁弁は電動弁に比べて応答速度が速いことが特徴である。現在、使用される電気的駆動弁の大半は電磁弁である。
【０００３】
電磁弁の開閉構造には、平面的に配置された２つの室から上方に向けて２つの開口部が形成される弁座を弁体のダイアフラムが変位して閉塞または開放するものと（例えば特許文献１参照）、平面的にあるいは上下に配置された２つの室が開口部を有する弁座で仕切られ、弁体が弁座に当接して弁座を閉塞し、あるいは突起状の弁体が開口部に挿入されて弁座を閉塞し、弁体が開口部から離間して弁座を開放するものがある（例えば特許文献２参照）。
これらいずれの開閉構造を有する電磁弁においても、通常、流体の入り口ポートに接続される室と流体の出口ポートに接続される室は定まっており、このため、このような一方通行の流路によって定められる流動条件を前提とした弁構造となっている。したがって、流体の流れ方向を逆にして電磁弁を用いると、流動抵抗の増加や流動の乱れ等を著しく生じるおそれがある。
【０００４】
ところで、本出願人は、可動コア（プランジャ）の外周に真空断熱層を形成した断熱機能付き電磁弁を提案している（特許文献３参照）。この電磁弁によれば、流体の熱がソレノイドに移動して磁気抵抗の増加を来たす不具合が軽減され、消費エネルギの増加を避けることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２３９３７４号公報
【特許文献２】特開２００２−１４７６４２号公報
【特許文献３】特開２００４−１５０６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
解決しようとする問題点は、流体の流れ方向を切り替えて電磁弁を使用しようとすると、弁の開閉構造の部分で流動状態が大きく変化することによる不具合を生じる点である。この不具合は、比較的多量の気体を取り扱うときに顕著となる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る電磁弁は、
流体の通路となる開口部を有する弁座と、該開口部を閉塞しまたは開放する弁体を備え、
該弁体の該弁座に対向する側が突起状部に形成されるとともに、平面視で該開口部を覆う大きさに形成され、該突起状部の外周に、該弁座に当接して該開口部を閉塞することができる周回突起を備え、
該弁座を介して、流体が切り替え可能に流入または流出するポートに連通する上部室および下部室を備えてなることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る電磁弁は、好ましくは、前記突起状部が鏡面加工されてなることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る電磁弁は、好ましくは、前記開口部の開口面積が３００〜６０００ｍｍ２であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る電磁弁は、好ましくは、前記流体が気体であり、該気体が流動するときの前記上部室と前記下部室の内部圧力差が２０ｋＰａ以下に設定されることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る電磁弁は、好ましくは、
前記弁体に接続され、該弁体を昇降するプランジャを備え、該プランジャと該弁体の前記突起状部の間に断熱層が設けられ、該プランジャの該弁体との接続部分が中空筒状に形成されてなることを特徴とする。
このとき、好ましくは、前記弁体が、前記突起状部を含む下弁体部および上弁体部の二体で構成され、該下弁体部および該上弁体部の間に前記断熱層が設けられてなることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る電磁弁は、好ましくは、前記弁体を下動時に付勢するバネと、前記プランジャの上部の外周に設けられ、通電により該プランジャを吸引して上動させる第一のソレノイドおよび通電により該プランジャを釈放して下動させる第二のソレノイドと、該プランジャの外周に設けられる永久磁石を備えてなることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る４ポート切り替え弁機構は、上記の電磁弁を平面視で２行２列に４つ配設してなり、それぞれの電磁弁に少なくとも３つのポートを設けるとともに隣り合う電磁弁のポートに接続して、４つの流入または流出ポートを構成し、該電磁弁の開閉操作によって該４つの流出または流入ポートの流路を切り替えて２流路を構成することができることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る電磁弁は、流体の通路となる開口部を有する弁座と、開口部を閉塞しまたは開放する弁体を備え、弁体の弁座に対向する側が突起状部に形成されるとともに、平面視で開口部を覆う大きさに形成され、突起状部の外周に、弁座に当接して開口部を閉塞することができる周回突起を備え、弁座を介して、流体が切り替え可能に流入または流出するポートに連通する上部室および下部室を備えてなるため、流れ方向を切り替え可能に弁体の開口部を通過する流体の圧力損失が小さい。
また、本発明に係る４ポート切り替え弁機構は、上記の電磁弁を平面視で２行２列に４つ配設してなり、それぞれの電磁弁に少なくとも３つのポートを設けるとともに隣り合う電磁弁のポートに接続して、４つの流入または流出ポートを構成し、電磁弁の開閉操作によって４つの流出または流入ポートの流路を切り替えて２流路を構成することができるこため、上記の電磁弁の効果を好適に奏することができるとともに、機構内部で２流路の流体の混合を生じるおそれが少ない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は本実施の形態例に係る電磁弁の弁閉止状態における断面構造を示す図である。
【図２】図２は４ポート切り替え弁機構の作動状態を説明するための平面図である。
【図３】図３は４ポート切り替え弁機構の図３とは異なる作動状態を説明するための平面図である。
【図４】図４は４ポート自動流路切換機構が用いられる低露点空気発生装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施の形態（以下、本実施の形態例という。）について、図を参照して、以下に説明する。
【００１７】
まず、本実施の形態例に係る電磁弁について、図１を参照して説明する。
【００１８】
図１に例示する本実施の形態例に係る電磁弁１０は、駆動部１２と、駆動部１２によって駆動される弁および弁の上下動によって連通されまたは連通が遮断される上下室を含む筺体部１４で構成される。駆動部１２は断熱層１３を介して筺体部１４に取り付けられる。
【００１９】
駆動部１２は、ケーシング１６の中に、２段のソレノイド（第二のソレノイド）１８ａおよびソレノイド（第一のソレノイド）１８ｂと、ソレノイド１８ａ、１８ｂによって囲まれる、プランジャ（可動鉄片。移動コアということもある。）２０およびコア（移動コアに対して固定コアということもある。）２２を有する。駆動部１２は、さらに、ソレノイド１８ｂの下方に、プランジャ２０を囲む、例えばフェライト磁石からなる永久磁石２４を有する。
ケーシング１６は、例えば冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）材料で形成される。ソレノイド１８ａ、１８ｂは、例えば銅コイルで形成される。プランジャ２０は、例えば磁性ステンレス材料で中空円筒状に形成される。コア２２は、例えば磁性ステンレスで形成される。
駆動部１２と筺体部１４の間にソレノイド１８ａ、１８ｂや永久磁石２４等を支持するグランド２６が設けられる。グランド２６と永久磁石２４の間に例えばセラミックファイバーペーパー製の断熱層２８が設けられる。グランド２６は、グランド上部２６ａ及びグランド上部２６ａの下方に内嵌めされるグランド下部２６ｂで構成され、プランジャ２０の下部が挿通される。
【００２０】
筺体部１４は、例えば直方体状に形成される。筺体部１４は、上部室３０および下部室３２の２室で構成され、２室は中央に円形の開口部２９ａを有する仕切り壁２９で仕切られる。筺体部１４は、電磁弁１０の使用条件に応じて適宜断熱施工される。
上部室３０および下部室３２は、それぞれポート３４、３６に連通する。仕切り壁２９の上面および開口部２９ａの内部を覆って例えばＦＫＭ(フッ素ゴム)材料で形成されるパッキンが設けられ、弁座３８とされる。弁座３８は、上部室３０および下部室３２の間の流体の通路となる円形の開口部４０を有する。
プランジャ２０の下部は筺体部１４に進入し、下端部が例えばＳＵＳ３０４材料で形成される弁体４２に固着される。弁体４２は、上弁体部４２ａと下弁体部４２ｂの二体構造であり、上弁体部４２ａおよび下弁体部４２ｂの間に例えばセラミックファイバーペーパー製の断熱層４４が設けられる。プランジャ２０の下端部は下弁体部４２ｂの中央に係止される。プランジャ２０は、弁体４２との接続部分が中空筒状部２１に形成される。中空筒状部２１を含む係止構造部分は、空間２３を残した状態で、例えばＳＵＳ３０４材料製のキャップで閉塞される。
下弁体部４２ｂ、言い換えれば弁体４２の弁座３８に対向する側は、キャップ４６の部分を除いて、突起状部に形成される。突起状部は、流体の流動状態の乱れを小さくすることができるものである限り、球の一部を切り取った湾曲面形状、放物面形状、あるいは円錐・角錐等の錐形状その他の適宜の形状とすることができる。
下弁体部４２ｂの突起状部は、平面視で開口部４０を覆う大きさに形成される。下弁体部４２ｂは、突起状部の外周に、弁座３８に当接して開口部４０を閉塞することができる周回突起４８を備える。開口部４０の開口面積は、下弁体部４２ｂの形状に相応して、３００〜６０００ｍｍ２であることが好ましい。また、開口部４０の開口径：周回突起４８の径（周回突起４８の頂点の軌跡で形成される円の直径）＝１：１．１〜１：１．３であることが好ましい。突起状部は、鏡面加工されることが好ましい。
上弁体部４２ａに下端部を係止し、上端部をグランド下部２６ｂに当接して、例えばグランド下部２６ｂを巻回するコイルバネからなるバネ４９が設けられる。
なお、図１に現れる各種のシール部材や部品の係止構造の説明は省く。
【００２１】
上記のように構成される電磁弁１０は、以下のように作用する。
ソレノイド１８ａ、１８ｂは、いわゆるラッチ式ソレノイド弁であり、ソレノイド１８ｂに通電することでプランジャ２０を吸引、上動し、ソレノイド１８ａに通電することでプランジャ２０を釈放して、下動する。
プランジャ２０および弁体４２の自重、バネ４９の付勢力ならびに永久磁石２４の吸引力に勝る力でソレノイド１８ｂに吸引されてプランジャ２０が上動することで、図１に示すように弁座３８の開口部４０を閉止していた弁体４２は、プランジャ２０とともに上動し、弁座３８の開口部４０を瞬時に開放する。上動したプランジャ２０はソレノイド１８ｂの通電を停止しても、プランジャ２０および弁体４２の自重ならびにバネ４９の付勢力に勝る永久磁石２４の吸引力によって上動位置に確実に保持される。したがって、プランジャ２０が上動位置にある間はソレノイド１８ｂへの通電を続けることが不要であり、省エネルギが実現される。
一方、プランジャ２０および弁体４２の自重およびバネ４９の付勢力に助けられ、永久磁石２４の吸引力のみに勝る吸引力でソレノイド１８ａに釈放されてプランジャ２０が下動することで、弁体４２は、弁座３８の開口部４０を瞬時に閉止する。下動したプランジャ２０はソレノイド１８ａの通電を停止してもプランジャ２０および弁体４２の自重、バネ４９の付勢力ならびに永久磁石２４の吸引力によって下動位置に確実に保持される。したがって、プランジャ２０が下動位置にある間はソレノイド１８ａへの通電が不要である。
【００２２】
開口部４０の開放状態において、例えばポート３６から下部室３２に流入した流体は開口部４０を介して上部室３０に流入し、ポート３４から流出する。このとき、開口部４０が大きいため、またこれにより開口部４０を通過する流体の流動状態の乱れが小さいため、開口部４０を通過する流体の圧力損失が小さい。
上部室３０に流入した流体は弁体４２に衝突するが、下弁体部４２ｂが突起状部に形成され、かつ鏡面加工されているため、流体の流動状態の乱れが小さく、流体の圧力損失が小さい。
一方、開口部４０の開放状態において、流体の流れ方向の切り替えにより、例えばポート３４から上部室３０に流入した流体は開口部４０を介して下部室３２に流入し、ポート３６から流出する。このとき、開口部４０が大きいため、またこれにより開口部４０を通過する流体の流動状態の乱れが小さいため、開口部４０を通過する流体の圧力損失が小さい。
上部室３０から下部室３２に移動する流体は弁体４２に接するが、下弁体部４２ｂが突起状部に形成され、かつ鏡面加工されているため、流体の流動状態の乱れが小さく、流体の圧力損失が小さい。
すなわち、本実施の形態例に係る電磁弁１０は、流れ方向を切り替え可能に弁体３８の開口部４０を通過する流体の圧力損失が小さい。
【００２３】
例えば温度の高い流体が電磁弁１０を通過するとき、流体の輻射熱や熱伝導によって、弁体４２が受けた熱がプランジャ２０を介してソレノイド１８ａ、１８ｂに伝搬する等し、これにより、ソレノイド１８ａ、１８ｂの吸引力を低下させるおそれがある。しかし、電磁弁１０は、下弁体部４２ｂが鏡面加工されているため、輻射による下弁体部４２ｂの受熱、昇温は軽減され、また、プランジャ２０が中空円筒部２１を有するため、プランジャ２０によるソレノイド１８ａ、１８ｂへの伝熱が軽減され、また、グランド２６が受けた熱は断熱層２８によって遮断される。また、駆動部１２と筺体部１４の間に設けた断熱層１３によっても上部室３０からソレノイド１８ａ、１８ｂへの伝熱が遮断される。なお、弁体４２およびプランジャ２０の接続構造によっては、一体的に形成した弁体４２とプランジャ２０の間に断熱層４４を設けてもよい。
また、弁体４２が開口部４２を閉止した状態において、上部室３０および下部室３２において流体がそれぞれの室に設けられる複数のポートのうちの１つから各室３０、３２に流入、流出して流動する場合、上部室３０および下部室３２のそれぞれにおいて流動する異なる流体間の熱移動は弁体４２によって効率的に遮断される。
【００２４】
本実施の形態例に係る電磁弁１０に流通する流体が気体（ガスを含む）であり、さらにまた、気体が流動するときの上部室３４と下部室３２の内部圧力差が２０ｋＰａ以下に設定されると、電磁弁１０の効果をより顕著に発揮することができる。また、流動する気体の圧力は、常圧（大気の圧力に近い圧力）であると、好ましい。
【００２５】
つぎに、本実施の形態例に係る４ポート切り替え弁機構について、図２〜図４を参照して説明する。
図２および図３は、相互に異なる作動状態を説明するための４ポート切り替え弁機構の平面図であり、図４は、４ポート切り替え弁機構を用いたプロセスの一例を説明するための図である。
【００２６】
４ポート切り替え弁機構５０は、４つの本実施の形態例に係る電磁弁１０で構成される。
以下、４ポート切り替え弁機構５０を４ポート自動流路切換機構５０という。
４ポート自動流路切換機構５０の４つの電磁弁５２ａ〜５２ｄは平面視で２行２列に配設される。電磁弁５２ａ〜５２ｄはそれぞれ少なくとも３つのポートを有する。電磁弁５２ａ〜５２ｄがそれぞれ例えば４つのポートを有する場合、各ポートの接続関係を調整することにより、４ポート自動流路切換機構５０の４つのポートの位置関係を適宜変更することができる。
電磁弁５２ａ〜５２ｄの筺体部５４ａ〜５４ｄには、上室（上部室）および下室（下部室）に、それぞれ合計３つの流体の出入り口となるポート部（ポート）５６ａ〜５６ｄ、５８ａ〜５８ｄ、６０ａ〜６０ｄが設けられる。これらの各ポート部５６ａ〜５６ｄ、５８ａ〜５８ｄ、６０ａ〜６０ｄは、４つの電磁弁５２ａ〜５２ｄを組み合わせて一体化したときに図２および図３に示すような接続構造となるように、それぞれの電磁弁５２ａ〜５２ｄごとに異なる室および壁位置に設けられる。
すなわち、電磁弁５２ａについては、２つのポート部５６ａ、５８ａは筺体部５４ａの下室の直交する壁位置に設けられ（以下、下室のポートであることを示すために、１Ｆの記号を付す。）、ポート部６０ａは上室のポート部５６ａと斜め上方の対向する壁位置に設けられる（以下、上室のポートであることを示すために、２Ｆの記号を付す。）。ポート部５６ａは４ポート自動流路切換機構５０のひとつの開放端（ポート 流出・流入口）となる。
電磁弁５２ｂについては、電磁弁５２ａの下室と向き合う下室の壁位置にポート部５６ｂが設けられポート部５８ａと接続されるとともに、上室の直交する壁位置にポート部５８ｂ、６０ｂが設けられる。ポート部５８ｂは４ポート自動流路切換機構５０の他のひとつの開放端となる。
電磁弁５２ｃについては、電磁弁５２ｂ上室と向き合う上室の壁位置にポート部５６ｃが設けられポート部６０ｂと接続されるとともに、下室の直交する壁位置にポート部５８ｃ、６０ｃが設けられる。ポート部５８ｃは４ポート自動流路切換機構５０の他のひとつの開放端となる。
電磁弁２３ｄについては、電磁弁５２ｃの下室と向き合う下室の壁位置にポート部５６ｄが設けられポート部６０ｃと接続されるとともに、電磁弁５２ａの上室と対向する上室の壁位置およびこれと直行する位置に、それぞれポート部５８ｄ、６０ｄが設けられる。ポート部５８ｄはポート部６０ａと接続される。ポート部５４ｄは４ポート自動流路切換機構５０の他のひとつの開放端となる。
すなわち、４ポート切り替え弁機構５０は、２種の流体の流路を画成する４つのポート部５６ａ、５８ｂ、５８ｃ、６０ｄを備える。
【００２７】
図２は、４ポート自動流路切換機構５０の電磁弁５２ａ、５２ｃを開とし、電磁弁５２ｂ、５２ｄを閉とした状態を示す。なお、４ポート自動流路切換機構５０の作用の理解の便宜のために、図２および図３において、各電磁弁について開の状態のものにＯ、閉の状態のものにＳの符号をそれぞれ付す。
電磁弁５２ａの下室のポート部５６ａから流入した流体は、電磁弁５２ａが開であるため、上室に流入し、ポート部６０ａ、５８ｄを介して電磁弁５２ｄの上室に流入する。なお、電磁弁５２ｂは閉の状態であるため、電磁弁５２ａの下室と電磁弁５２ｂの下室がポート部５８ａ、５６ｂを介して連通状態であっても、電磁弁５２ｂの下室の流体と上室の流体は完全に遮断され、両室の流体が混合することはない。電磁弁５２ｄの上室に流入した流体は、電磁弁５２ｄが閉であるため、上室のポート部５４ｄから流出する。
一方、電磁弁５２ｂの上室のポート部５８ｂから流入した流体は、電磁弁５２ｂが閉であるため、上室のポート部６０ｂおよび電磁弁５２ｃの上室のポート部５６ｃを介して電磁弁５２ｃの上室に流入する。上室に流入した流体は、電磁弁５２ｃが開であるため、下室に流入し、ポート部５８ｃから流体が流出する。なお、電磁弁５２ｄは閉の状態であるため、電磁弁５２ｃの下室と電磁弁５２ｄの下室がポート部６０ｃ、５６ｄを介して連通状態であっても、電磁弁５２ｄの下室の流体と上室の流体は完全に遮断され、両室の流体が混合することはない。
これにより、４ポート自動流路切換機構５０は、ポート部５６ａから流入してポート部５４ｄから流出する１つの流体の流路と、ポート部５８ｂから流入してポート部５８ｃから流出する他の１つの流体の流路を画成する。
【００２８】
つぎに、図３に示すように、４ポート自動流路切換機構５０の電磁弁５２ａ、５２ｃを閉とし、電磁弁５２ｂ、５２ｄを開とすると、電磁弁５２ａのポート部５６ａから流入する流体は電磁弁５２ｂのポート部５８ｂから流出し、電磁弁５２ｄのポート部６０ｄから流入する流体は電磁弁５２ｃのポート部５８ｃから流出し、両流体は４ポート自動流路切換機構５０の内部で混合を生じることがない。
【００２９】
以上説明した４つの電磁弁５２ａ〜５２ｄを組み合わせて一体化した４ポート自動流路切換機構５０は、例えば低露点空気発生装置で好適に用いることができる。
図４に概略構成を示す低露点空気発生装置６２は、水分凝縮ユニット６４と、温度スイング吸着ユニット６６と、低露点空気供給ユニット６８を備える。図４中、各機器間をつなぐ各線は空気ダクトおよびその中の空気の流れを示し、そのうち、実線は処理空気または低露点空気の流れを、破線は再生用空気の流れを、それぞれ示す。なお、各機器および空気ダクトは、適宜断熱材で覆われる。
【００３０】
水分凝縮ユニット１２は水分凝縮除去機構を備え、処理空気を冷却、除湿する。
温度スイング吸着ユニット６６は、２系列の吸着剤部６６ａ、６６ｂを有する。吸着剤部６６ａ、６６ｂには適宜の水分吸着剤が装填される。２系列の吸着剤部６６ａ、６６ｂは、ひとつの系列が水分吸着工程用の吸着剤部（図４では吸着剤部６６ａ）であり、他のひとつの水分脱着工程用の吸着剤部（図４では吸着剤部６６ｂ）である。２系列の吸着剤部６６ａ、６６ｂは、水分吸着工程用と水分脱着工程用を切り替え可能に設けられる。
また、温度スイング吸着ユニット６６は、再生用空気供給部７０を有する。再生用空気供給部７０に供給する空気（図４中、矢印Ｂで示す。）は、外気であってもよく、また、水分吸着工程用に供する吸着剤部６６ａから流出する温度スイング吸着後の空気の一部であってもよく、また、低露点空気供給ユニット６４の昇圧前の温度スイング吸着後の空気の一部であってもよい。これにより、吸着剤部（図４では吸着剤部６６ｂ）に吸着された水分を脱着し、再生された吸着剤部が水分吸着工程用に供される。
低露点空気供給ユニット６８は、温度調整機構と昇圧機構を備え、温度スイング吸着後の空気の温度を調整するとともにさらに供給に必要な圧力に昇圧して供給先に供給する。
【００３１】
低露点空気発生装置６２は、本実施の形態例の第一および第二の４ポート自動流路切換機構５０ａ、５０ｂを有し、接続される各ユニット間を流通する空気の流路を切り替える。なお、図４中、４ポート自動流路切換機構５０ａ、５０ｂの４つの電磁弁について、開の状態のものを○、閉の状態のものを●で示す。
図２と対照して説明すると、４ポート自動流路切換機構５０ａにおいて、水分凝縮ユニット６４から流出する処理空気は、ポート部５６ａから４ポート自動流路切換機構５０ａに流入し、ポート部６０ｄから流出し、吸着剤部６６ａに流入する。一方、吸着剤部６６ｂから流出する再生用空気の排ガスは、ポート部５８ｂから４ポート自動流路切換機構５０ａに流入し、ポート部５８ｃから流出して外部に放出され、または例えば熱源として再生用空気供給部７０に流入する。
吸着剤部が切り替えられて、吸着剤部６６ｂが水分吸着工程用に供される場合、図３と対照して説明すると、水分凝縮ユニット６４から流出する処理空気は、ポート部５６ａから４ポート自動流路切換機構５０ａに流入し、ポート部５８ｂから流出し、吸着剤部６６ｂに流入する。一方、吸着剤部６６ａから流出する再生用空気の排ガスは、ポート部６０ｄから４ポート自動流路切換機構５０ａに流入し、ポート部５８ｃから流出して外部に放出され、または例えば熱源として再生用空気供給部７０に流入する。
第二の４ポート自動流路切換機構５０ｂについては、説明を省略する。
４ポート自動流路切換機構５０ａ、５０ｂは、速い応答速度で流路切り替え動作し、また４ポート自動流路切換機構５０ａ、５０ｂの内部での異種流体の混合を防ぐ高いシール性を有し、また、４ポート自動流路切換機構５０ａ、５０ｂの内部を通過する流体の圧力損失が小さく、また、４ポート自動流路切換機構５０ａ、５０ｂの内部での２つの流体間の熱移動も少ない。
【００３２】
本実施の形態例に係る４ポート切り替え弁機構は、以上説明した低露点空気発生装置に限らず、例えば空気清浄化装置を始めとする、空気の発生、調整、再生及び循環等の制御システムに広く適用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１０、５２ａ〜５２ｄ 電磁弁
１２ 駆動部
１３、２８、４４ 断熱層
１４、５４ａ〜５４ｄ 筺体部
１６ ケーシング
１８ａ、１８ｂ ソレノイド
２０ プランジャ
２１ 中空筒状部
２２ コア
２３ 空間
２４ 永久磁石
２６ グランド
２６ａ グランド上部
２６ｂ グランド下部
２９ 仕切り壁
３０ 上部室
３２ 下部室
３４、３６、５６ａ〜５６ｄ、５８ａ〜５８ｄ、６０ａ〜６０ｄ ポート
３８ 弁座
４０ 開口部
４２ａ 上弁体部
４２ｂ 下弁体部
４８ 周回突起
４９ バネ
５０ ４ポート切り替え弁機構
６２ 低露点空気発生装置
６４ 水分凝縮ユニット
６６ 温度スイング吸着ユニット
６８ 低露点空気供給ユニット
６６ａ、６６ｂ 吸着剤部
７０ 再生用空気供給部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の通路となる開口部を有する弁座と、該開口部を閉塞しまたは開放する弁体を備え、
該弁体の該弁座に対向する側が突起状部に形成されるとともに、平面視で該開口部を覆う大きさに形成され、該突起状部の外周に、該弁座に当接して該開口部を閉塞することができる周回突起を備え、
該弁座を介して、流体が切り替え可能に流入または流出するポートに連通する上部室および下部室を備えてなることを特徴とする電磁弁。
【請求項２】
前記突起状部が鏡面加工されてなることを特徴とする請求項１記載の電磁弁。
【請求項３】
前記開口部の開口面積が３００〜６０００ｍｍ２であることを特徴とする請求項１記載の電磁弁。
【請求項４】
前記流体が気体であり、該気体が流動するときの前記上部室と前記下部室の内部圧力差が２０ｋＰａ以下に設定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電磁弁。
【請求項５】
前記弁体に接続され、該弁体を昇降するプランジャを備え、
該プランジャと該弁体の前記突起状部の間に断熱層が設けられ、
該プランジャの該弁体との接続部分が中空筒状に形成されてなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電磁弁。
【請求項６】
前記弁体が、前記突起状部を含む下弁体部および上弁体部の二体で構成され、該下弁体部および該上弁体部の間に前記断熱層が設けられてなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電磁弁。
【請求項７】
前記弁体を下動時に付勢するバネと、前記プランジャの上部の外周に設けられ、通電により該プランジャを吸引して上動させる第一のソレノイドおよび通電により該プランジャを釈放して下動させる第二のソレノイドと、該プランジャの外周に設けられる永久磁石を備えてなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電磁弁。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の電磁弁を平面視で２行２列に４つ配設してなり、
それぞれの電磁弁に少なくとも３つのポートを設けるとともに隣り合う電磁弁のポートに接続して、４つの流入または流出ポートを構成し、該電磁弁の開閉操作によって該４つの流出または流入ポートの流路を切り替えて２流路を構成することができることを特徴とする４ポート切り替え弁機構。
【請求項１】
流体の通路となる開口部を有する弁座と、該開口部を閉塞しまたは開放する弁体を備え、
該弁体の該弁座に対向する側が突起状部に形成されるとともに、平面視で該開口部を覆う大きさに形成され、該突起状部の外周に、該弁座に当接して該開口部を閉塞することができる周回突起を備え、
該弁座を介して、流体が切り替え可能に流入または流出するポートに連通する上部室および下部室を備えてなることを特徴とする電磁弁。
【請求項２】
前記突起状部が鏡面加工されてなることを特徴とする請求項１記載の電磁弁。
【請求項３】
前記開口部の開口面積が３００〜６０００ｍｍ２であることを特徴とする請求項１記載の電磁弁。
【請求項４】
前記流体が気体であり、該気体が流動するときの前記上部室と前記下部室の内部圧力差が２０ｋＰａ以下に設定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電磁弁。
【請求項５】
前記弁体に接続され、該弁体を昇降するプランジャを備え、
該プランジャと該弁体の前記突起状部の間に断熱層が設けられ、
該プランジャの該弁体との接続部分が中空筒状に形成されてなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電磁弁。
【請求項６】
前記弁体が、前記突起状部を含む下弁体部および上弁体部の二体で構成され、該下弁体部および該上弁体部の間に前記断熱層が設けられてなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電磁弁。
【請求項７】
前記弁体を下動時に付勢するバネと、前記プランジャの上部の外周に設けられ、通電により該プランジャを吸引して上動させる第一のソレノイドおよび通電により該プランジャを釈放して下動させる第二のソレノイドと、該プランジャの外周に設けられる永久磁石を備えてなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電磁弁。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の電磁弁を平面視で２行２列に４つ配設してなり、
それぞれの電磁弁に少なくとも３つのポートを設けるとともに隣り合う電磁弁のポートに接続して、４つの流入または流出ポートを構成し、該電磁弁の開閉操作によって該４つの流出または流入ポートの流路を切り替えて２流路を構成することができることを特徴とする４ポート切り替え弁機構。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１２２５５０（Ｐ２０１２−１２２５５０Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７４１５６（Ｐ２０１０−２７４１５６）
【出願日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【出願人】（５９４１８５０９７）伸和コントロールズ株式会社 (13)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【出願人】（５９４１８５０９７）伸和コントロールズ株式会社 (13)
【Ｆターム（参考）】
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