JP4431490B2 - 弁及び弁を備えた再生式熱酸化装置用の高温シールエア - Google Patents

Description

再生式熱酸化装置は、産業用設備及び発電設備から出る高流量で低濃度の排出物内の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を破壊するのに従来から使用されている。このような酸化装置では、高いＶＯＣ破壊を実現するために、一般的に高い酸化温度を必要とする。高い熱回収効率を実現するために、処理対象の「汚染」処理ガスは、酸化前に事前加熱される。このガスを事前加熱するために、通常、熱交換器コラムが設けられている。コラムには、普通は、良好な熱的及び機械的安定性と十分な熱質量を有する熱交換材料が詰められている。作動時、処理ガスは、予め加熱された熱交換器コラムを通して供給され、コラムが、処理ガスを、そのＶＯＣ酸化温度に近いか又はそれを達する温度に加熱する。この事前加熱された処理ガスは、次いで燃焼ゾーンへ送られ、不完全なＶＯＣ酸化があればそこで酸化が完了する。処理されて「清浄」になったガスは、その後、燃焼ゾーンの外へ出され、熱交換器コラム又は第２熱交換コラムを通して逆に流される。高温で酸化されたガスは、このコラムを通って流れる間に、その熱をそのコラム内の熱交換媒体へ伝達し、ガス自体は冷却され、熱交換媒体が事前加熱されるので、別のバッチの処理ガスを酸化処理の前に事前加熱できるようになる。通常、再生式熱酸化装置は、少なくとも２つの熱交換器コラムを有しており、処理ガスと処理済みガスを交互に受け入れる。このプロセスが継続して実行され、大量の処理ガスを能率的に処理できるようになる。

再生酸化装置の性能は、ＶＯＣ破壊効率を上げ、運転及び資本経費を下げることによって最適化できる。ＶＯＣ破壊効率を上げる技術については、文献にあるように、例えば、改良型酸化システム及び掃気システム（例えば、閉じ込め室）のような手段と、切替の間に酸化装置内の未処理のガスを扱う３つ以上の熱交換器とを使って取り組んできた。運転経費は、熱回収効率を上げ、酸化装置の圧力降下を減じることによって下げることができる。運転及び資本経費は、酸化装置を適切に設計し、適切な熱伝達充填材料を選択することによって下げることができる。

能率的酸化装置の重要な要件は、１つの熱交換コラムから別の熱交換コラムへの処理ガスの流れを切替えるのに用いられる弁の作動である。弁システム通して未処理の処理ガスが漏れると、装置の効率が下がることになる。また、弁の切替の間にシステム内の圧力及び／又は流れに乱れ及び変動が生じることもあり、これは望ましくない。弁の摩耗は、特に、再生式熱酸化装置では弁切替頻度が高い点を考えると、問題である。

或る従来型の２コラム設計では、米国特許第６，２６１，０９２号に開示されている改良型のシールを有する単一の切替弁を用いており、その開示を、参考文献としてここに援用する。弁は２つの室を画定するシールプレートを有しており、各室が、酸化装置の２つの再生ベッドの内の１つに繋がる流れポートである。弁は、更に、出入りする処理ガスの経路をシールプレートの各半分に対して交互に指定する切替式流れ分配器を含んでいる。弁は、静止モードと弁運動モードの２つのモードの間で作動する。静止モードでは、密封ガスシールを用いて、処理ガスの漏れを最小にするか、又は防いでいる。ガスシールは、弁の運動の間もシールする。付帯するバッフルが、切替の間に、弁を通って未処理の処理ガスが漏れるのを最小にするか、又は無くする。従来使用されている２つ又は４つの弁ではなく、単一の弁を使用すると、シールを必要とする面積が大幅に少なくなる。切替式流れ分配器のジオメトリによって、流れ分配器を熱交換ベッド近くに配置することができるようになるので、処理ガスが通過する距離と方向転換の数が減少する。このことによって、弁の切替の間に捕捉される未処理のガスの量が減少する。処理ガスは、吸入サイクルで、排出サイクルと同じ弁ポートを通過するので、熱交換ベッドへのガス分配は改善される。圧力変動を最小に抑えた弁の切替、優れたシール性、及び、切替の間のバイパスを最小にし又は無くすることが、再生式熱酸化装置で実現される。切替の間のバイパスを排除することについては、切替の間にシステム内の或る量の未処理ガスを保管するのに用いられている従来型の閉じ込め室を省けるので、相当な経費節減になる。

シールエアは、このような流れ制御弁が、流れを、例えば再生熱及び触媒酸化装置に出入りさせる能力を高めるのに用いられる。このことは、弁の着座面に向けられる正又は負に加減圧されたガスを使用することによって達成される。一般的に、シール用に使用される空気は、周囲温度、又は周囲温度近くの外部空気である。正圧ガスを使用しているシステムでは、このシールエアの冷却効果が、弁座上に、処理ガスの流れの中の凝結性又は粘着性の粒子による堆積を引き起こすこともある。このことは、処理ガス内に凝結性粒子の存在するのが当たり前のグラフィックアート用途では、特に問題である。

従って、このような酸化装置では物質の凝結を低減又は取り除くことが望ましい。
米国特許第６，２６１，０９２号 米国特許出願第０９／８４９，７８５号

先行技術の問題は、切替弁のためのガスシールと、切替弁を備えている再生式熱酸化装置とを提供する本発明が克服している。本発明のシールは、シールガスで冷却した場合には凝結する恐れのある物質の凝結を最小にするか又は無くすために、十分に高温のガス、望ましくは空気、を利用している。或る好適な実施形態では、シールガスは、再生式熱酸化装置からの排気との熱交換によって加熱されるので、有害な凝結に対して費用効果に優れた解決法を提供している。シールガスを加熱するための熱交換器の戦略的な配置は、熱交換器を既存の装置に組み込む際の小型の構造と簡単さを考慮している。

以下の説明の大部分は、米国特許第６，２６１，０９２号の切替弁に関わる高温シールガスの使用について述べているが、本発明は、特定の弁に限定されるものではなく、熱源を含むどの様な弁システムにも利用できるものと理解頂きたい。

‘０９２号特許に開示されている弁については精通していることを前提とする。簡単に言えば、図１及び図２は、図示の通りフレーム１２に支持されている２室式の再生式熱酸化装置１０（触媒式又は非触媒式）を示している。酸化装置１０は、ハウジング１５を備えており、中には、中央に配置されている燃焼ゾーンと連通している第１及び第２熱交換器室がある。燃焼ゾーンにはバーナー（図示せず）が付設され、燃焼空気をバーナーへ供給するため、燃焼ブロワがフレーム１２に支持されている。燃焼ゾーンは、一般的には大気に繋がっている排気煙突１６と流体連通しているバイパス出口１４を含んでいる。制御キャビネット１１は、装置の制御部を収容しており、フレーム１２上に配置されているのが望ましい。制御キャビネット１１の反対側には、処理ガスを酸化装置１０内へ送るためのファン（図示せず）がフレーム１２に支持されている。ハウジング１５は、オペレーターがハウジング１５へ接近できるようにする１つ又は複数のアクセスドア１８を有する上部室又はルーフ１７を含んでいる。当業者には理解頂けるように、酸化装置に関する上記記述は説明のみを目的にしており、２つ以上又は以下の室を有する酸化装置、水平方向に向いた室を備えた酸化装置、及び触媒式酸化装置を含む、本発明の範囲内にある他の設計でもよい。図２を見ると良く分かるように、低温面プレナム２０は、ハウジング１５の基板を形成している。適切な支持格子１９が低温面プレナム２０上に設けられ、以下に詳細に論じるように、各熱交換コラム内の熱交換マトリックスを支持している。図示の実施形態では、熱交換室は分離壁２１で分離されており、分離壁は断熱されているのが望ましい。更に、図示の実施形態では、熱交換ベッドを通過する流れは垂直であり、処理ガスは、低温面プレナム２０内に配置されている弁ポートからベッドに入り、第１ベッドへと上方向に（ルーフ１７に向かって）流れ、第１ベッドと連通している燃焼ゾーンに入り、燃焼ゾーンから流出して、第２室へ流入し、そこで下方向に第２ベッドを通過して、低温面プレナム２０に向かって流れる。しかしながら、当業者には理解頂けるように、熱交換コラムが互いに向き合っており、中央に配置されている燃焼ゾーンで分離されているような、水平配置を含む他の向きでも適している。

図３は、弁ポート２５を底から見た図である。プレート２８は、２つの向かい合う対称形の開口部２９Ａと２９Ｂを有しており、両開口部は、バッフル２６（図２）と共に、弁ポート２５を画定している。各弁ポート２５には随意の回転羽根２７が配置されている。各回転羽根２７は、プレート２８に固定されている第１端部と、第１端部から間隔を空けて設けられ各側部でバッフル２４に固定されている第２端部と有している。各回転羽根２７は、その第１端部からその第２端部に向かって拡がっており、上方向に或る角度が付けられ、その後、図４に示すように、２７Ａで水平方向に平らになっている。回転羽根２７は、弁ポートから出る処理ガスの流れが、弁ポートから離れるように向ける働きをし、作動の間に低温面プレナムを横切る分配を支援する。低温面プレナム２０への均一な分配は、熱交換効率を最適にするために、熱交換媒体に亘って確実に均一に分配されるの支援をする。

図４及び図４Ａは、処理ガス入口４８と処理ガス出口４９を有するマニホルド５１内に収納されている流れ分配器５０を示している（要素４８が出口で、要素４９が入口でもよいが、上記実施形態では説明のためこの様にしている）。流れ分配器５０は、駆動機構に連結されている、望ましくは中空の円筒形駆動軸５２（図４Ａ、図６）を含んでいる。駆動軸５２には、円錐台形の部材５３が連結されている。部材５３は、２つの相対するパイ型のシール面５５、５６で形成されている連結プレートを含んでおり、各シール面は、円形外縁部５４で接続されており、駆動軸５２から外方向に４５°の角度で伸張し、２つのシール面５５、５６と外縁部５４で画定される空所が、第１ガス経路又は通路６０を形成するようになっている。同様に、第２ガス経路又は通路６１は、第１通路と反対側のシール面５５、５６と、３つの傾斜面、即ち、向かい合う傾斜側面プレート５７Ａ、５７Ｂ及び中央傾斜側面プレート５７Ｃとによって画定される。

傾斜側面プレート５７は、通路６０と通路６１を分離している。これらの通路６０、６１の上部は、プレート２８の対称な開口部２９Ａ、２９Ｂの形状と一致するように設計されており、組み立てられた状態では、各通路６０、６１は、各開口部２９Ａ、２９Ｂと整列する。流れ分配器５０の向きに関係なく何れの所与の時間でも、通路６１は入口４８とだけ流体連通し、通路６０はプレナム４７を介して出口４９とだけ流体連通している。従って、入口４８を通ってマニホルド５１に入る処理ガスは、通路６１だけに流れ、弁ポート２５から通路６０へ入る処理ガスは、プレナム４７を介して出口４９だけを通って流れる。

シールプレート１００（図６）は、弁ポート２５（図３）を画定しているプレート２８に連結されている。以下に詳細に論じるが、流れ分配器５０の上面とシールプレート１００の間に、エアシールを用いるのが望ましい。流れ分配器は、駆動軸５２によって、固定プレート２８に対して垂直軸回りに回転可能である。そのような回転によって、シール面５５、５６は、開口部２９Ａ、２９Ｂの部分と整列位置、及び整列が遮断される位置へと動かされる。

最初に図４、６、７を参照しながら、弁をシールするための方法について論じる。流れ分配器５０は、流れ分配器が動く際の磨耗を最小にするか、又は無くすために、空気のクッションの上に載っている。当業者には理解頂けるように、空気以外の気体を用いてもよいが、空気が適切なので、ここでは分かり易くするため空気を使って説明する。空気のクッションは、弁をシールするだけでなく、流れ分配器の運動の摩擦を無くすか、又は実質的に無くすことになる。ファンなどの様な加圧送出システムは、燃焼空気を燃焼ゾーンのバーナーへ供給するのに用いられるファンと同じでも異なってもよいが、適切な配管（図示せず）とプレナム６４を通して、流れ分配器５０の駆動軸５２へ空気を供給する。図７を見ると良く分かるように、空気は、駆動機構７０に連結されている駆動軸５２の基板８２の上方で、駆動軸５２の本体に形成されている１つ又は複数の窓８１を通して、配管から駆動軸５２内へと移動する。窓は１８、軸５２の回りに対称的に配置され、均等化のために等しい大きさになっているのが望ましいが、窓８１の正確な場所は特に限定されるものではない。加圧された空気は、図５の矢印で示しているように、軸を上向きに流れ、以下に詳細に論じるが、その一部は、環状の回転ポート９０に配置されているリングシールと連通している１つ又は複数の半径方向管８３に入り、リングシールに空気を供給する。半径方向管８３に入らない空気の部分は、駆動軸５２を上がり続けて経路９４に達し、経路９４は、空気を、半円部分９５と、パイ型ウェッジ５５、５６で画定される部分とを有するチャネル内に配る。流れ分配器５０の連結表面、具体的にはパイ型ウェッジ５５、５６と環状外縁部５４の表面には、図４に示しているように、複数の孔９６が形成されている。チャネル９５からの加圧された空気は、図５に矢印で示すように、これらの孔９６を通ってチャネル９５から抜け出し、流れ分配器５０の上面と、図６に示している固定シールプレート１００の間に空気のクッションを作る。シールプレート１００は、流れ分配器５０の上面５４の幅に相当する幅を有する環状外縁部１０２と、形状が流れ分配器５０のパイ型ウェッジ５５、５６に相当する一対のパイ型要素１０５、１０６とを含んでいる。シールプレート１００は、弁ポートのプレート２８（図３）と合わされ（連結されて）いる。孔１０４には、流れ分配器５０に連結されているシャフトピン５９（図５）が入る。流れ分配器に相対している環状外縁部１０２の裏側には、流れ分配器５０の連結表面の孔９６と整列する１つ又は複数の環状溝９９（図６Ａ）が設けられている。２列の同心の溝９９と対応する２列の孔９６があるのが望ましい。この様にすると、溝９９によって、空気が上面５４の孔９６から抜け出して、連結表面５４とシールプレート１００の環状外縁部１０２の間に空気のクッションを形成し易くなる。更に、パイ型部分５５、５６の孔９６を抜け出た空気は、パイ型部分５５、５６とシールプレート１００のパイ型部分１０５、１０６の間に空気のクッションを形成する。これらの空気のクッションは、浄化されていない処理ガスが漏れて、清浄な処理ガスの流れに入るのを最小にするか、又は防ぐ。流れ分配器５０とシールプレート１００の両方の比較的大きいパイ型ウェッジは、浄化されていないガスが漏れる際には横断しなければならない、流れ分配器５０の上部に亘る長い経路を作り出している。作動中の大部分の時間、流れ分配器は静止しているので、全ての弁連結表面の間に、貫通できない空気のクッションが作られる。流れ分配器を動かす必要がある場合には、弁をシールするのに用いられている空気のクッションは、流れ分配器５０とシールプレート１００の間に、高い接点圧力が生じて摩擦が発生するのを防ぐ働きもする。

加圧された空気は、処理ガスを、弁が用いられている装置へ送っているファンとは異なるファンから送られ、従ってシールエアの圧力は、出入りする処理ガスの圧力よりも高く、正圧シールを形成するのが望ましい。

図７と図１４を見れば良く分かるように、流れ分配器５０は回転ポートを含んでいる。流れ分配器５０の円錐台部分５３は、外側リングシールとして機能する環状の円筒形壁１１０の回りを回転する。壁１１０は、壁１１０の中心合わせを行い、それをマニホルド５１に留める（図４も参照）のに使用される外側環状フランジ１１１を含んでいる。Ｅ字型の内側リングシール部材１１６（金属製であるのが望ましい）は、流れ分配器５０に連結されており、中には一対の間隔を空けて配置されている平行な溝１１５Ａ、１１５Ｂが形成されているいる。図示のように、ピストンリング１１２Ａが溝１１５Ａ内に配置され、ピストンリング１１２Ｂが溝１１５Ｂ内に配置される。各ピストンリング１１２は、外側リングシール壁１１０に対して押し付けられ、流れ分配器５０が回転するときも静止状態に留まる。加圧された空気（又はガス）は、図１４に矢印で示しているように半径方向管８３を通り、各半径方向管８３と連通している穴８４を通過し、ピストンリング１１２Ａと１１２Ｂの間のチャネル１１９へ、並びに各ピストンリング１１２と内側リングシール１１６の間の空隙へと流入する。流れ分配器が、固定円筒形壁１１０（及びピストンリング１１２Ａ、１１２Ｂ）に対して回転する際には、チャネル１１９内の空気は、２つのピストンリング１１２Ａと１１２Ｂの間の空間を加圧し、連続する摩擦の無いシールを作る。ピストンリング１１２と内側ピストンシール１１６の間の空隙、及び、内側ピストンシール１１６と壁１１０の間の空隙は、熱成長又は他の要因による駆動軸５２の運動（軸方向又は他の方向）を全て吸収する。当業者には理解頂けるように、二重ピストンリングシールを図示しているが、シール性を上げるために３つ以上のピストンリングを使用することもできる。シールするには、正の圧力でも負の圧力でも使用することができる。

図１５は、駆動軸５２に加圧された空気を送っているプレナム６４が、駆動軸５２に対してどの様にシールされているかを示している。シールは、シールが加圧されず、プレナム６４の上下の各シールに用いるのに必要なピストンリングが１つのだけであることを除けば、先に論じた回転ポートと同様の方式である。例えば、プレナム６４の上方のシールを使って、中に中央溝をくり抜くことにより、Ｃ字型内側リングシール２１６を形成する。外側リングシールとして機能する固定環状円筒形壁２１０は、壁２１０の中心合わせを行い、それをプレナム６４に留めるのに用いられる外側環状フランジ２１１を含んでいる。固定ピストンリング２１２は、Ｃ字型内側リングシール２１６内に形成されている溝の中に配置され、壁２１０に押し付けられている。ピストンリング２１２とＣ字型内側シール２１６の溝の間の空隙、並びにＣ字型内側シール２１６と外側円筒形壁２１０の間の空隙は、熱膨張などによる駆動軸５２の動きを全て吸収する。同様の円筒形壁３１０、Ｃ字型内側シール３１６及びピストンリング３１２が、図１５に示すように、プレナム６４の反対側にも用いられている。

シールするための別の実施形態を、図１８−１８Ｉに示しているが、これは同時係属中の米国特許出願第０９／８４９，７８５号に示されているもので、同開示を参考文献としてここに援用する。図１８に示すように、望ましくは炭素鋼で作られているリテイニングリングシール６６４は、回転式アッセンブリ５３に取り付けられている。リテイニングシールリング６６４は、図１８の斜視図に示すように割りリングで、図１８Ｂに示す断面を有しているのが望ましい。リングを割ると、取り付け取り外しが容易になる。リテイニングシールリング６６４は、袋ねじ１４０で回転式アッセンブリ５３に取り付けることができ、リング６６４を取り付けるのに適切な他の手段を使用してもよい。回転式アッセンブリは、リテイニングリングシールを適所に適切に配置するための溝を含んでいるのが望ましい。

リテイニングシールリング６６４の反対側には取り付けリング０９１があり、図１８Ｃ及び１８Ｄに良く分かるように示している。取り付けリング０９１も袋ねじ１４０’で回転式アッセンブリ５３に連結されており、取り付けリング０９１を適切に配置するための溝が、回転式アッセンブリ内に形成されている。

回転式アッセンブリが垂直軸回りに回転する図示の実施形態では、シールリング６５８は、取り付けリング０９１に対して滑動する際に、その重量が磨耗の原因となる恐れがある。この磨耗を低減又は無くすために、取り付けリング６６３には、その円周に沿って舌状部４０１が形成されており、それも図１８Ｄを見れば良く分かるように、中央に配置されているのが望ましい。随意のプレート支持弧状材６６３は、形状と場所が舌状部４０１に対応する溝４０２を有しており（図１８Ｅ、１８Ｆ）、図１８に示すように、組み立て時には、取り付けリング０９１の上に着座する。プレート支持弧状材６６３は、ベアリングとして機能し易いように、シールリング６５８とは異なる材料で作られているのが望ましい。適切な材料は、青銅、セラミック、又は、シールリング６５８の材料として使用されている金属とは異なる他の金属である。

リテイニングシールリング６６４と弧状材６６３との間に、シールリング６５８が配置されている。図１８Ｇと図１８Ｈに示しているように、シールリング６５８は、その円周全体に半径方向スロット４０３が形成されている。シールリング６５８の一端では、半径方向スロット４０３が外周の半円形状で終結しているので、図１８に示すように、シールリング６５８がリングシールハウジング６５９に当接すると、分配溝１４５ができる。代わりに、２つ以上の半径方向スロット４０３を使用することもできる。図示の実施形態では、リングシール６５８には、半径方向スロット４０３と連通し、これに直交する孔４０４も形成されている。この孔４０４を加圧することによって釣合が作り出され、シールリング６５８が、自重によって下方向に動くことがないようになる。弁の向きが、１８０°回転させた場合のように異なる場合は、孔４０４を、シールリング６５８の上側部分に形成することができる。代わりに、上側部分又は下側部分、或いはその両方に２つ以上の孔４０４を用いてもよい。例えば、向きを９０度回転させた場合、釣合は必要ない。シールリング６５８は静止したままで、ハウジングも静止しているので、シール６５８は丸くなくてもよく、楕円形及び八角形を含む他の形状も適している。リングシール６５８は、単一部片で作ってもよいし、２つ以上の部片であってもよい。

リングシール６５８は、リングシールハウジング６５９に押し付けられており、流れ分配器５０（及びシールリング６６４、プレート支持材６６３及び取り付けリング０９１）が回転しても、静止したままである。加圧された空気（又はガス）は、図１８の矢印で示すように、半径方向の管８３を通り、半径方向スロット４０３と孔４０４、更にシールリング６５８とハウジング６５９の間の分配溝１４５、リテイニングリングシール６６４とハウジング６５９の間の空隙、及び弧状材６６３とハウジング６５９の間の空隙、取付リング０９１とハウジング６５９の間の空隙へと流れる。流れ分配器５０が固定ハウジング６５９（及び固定シールリング６５８）に対して回転する際には、これらの空隙内の空気はこれらの空間を加圧し、連続する無摩擦シールを作り出す。分配溝１４５は、リングシール６５８の外側表面を、外側の穴壁と接触する２つのゾーンと中心の圧力ゾーンの、３つのゾーンに分割している。

単一のシールリングアッセンブリを使用することによって、二重のピストンリングシールを押したり引いたりして引き離す力を無くすことができる。更に、部品点数が減るので節約でき、単一のリングをより大きな断面で作ることができるので、寸法的に安定した構成要素で作ることができる。リングは、簡単に装着、交換ができるように、２つ割りにすることもできる。分割部の凹み穴４０５（図１８Ｉ）に圧縮ばね又は他の付勢手段を配置して、リングの外向きの力を孔に加えることもできる。

図１５は、駆動軸５２に加圧された空気を送っているプレナム６４が、駆動軸５２に対してどの様にシールされているかを示している。シールは、シールが加圧されず、プレナム６４の上下の各シールに用いるのに必要なピストンリングが１つのだけであることを除けば、先に論じた回転ポートと同様の方式である。例えば、プレナム６４の上方のシールを使って、中に中央溝をくり抜くことにより、Ｃ字型内側リングシール２１６を形成する。外側リングシールとして機能する固定環状円筒形壁２１０は、壁２１０の中心合わせを行い、それをプレナム６４に留めるのに用いられる外側環状フランジ２１１を含んでいる。固定ピストンリング２１２は、Ｃ字型内側リングシール２１６内に形成されている溝の中に配置され、壁２１０に押し付けられている。ピストンリング２１２とＣ字型内側シール２１６の溝の間の空隙、並びにＣ字型内側シール２１６と外側円筒形壁２１０の間の空隙は、熱膨張などによる駆動軸５２の動きを全て吸収する。同様の円筒形壁３１０、Ｃ字型内側シール３１６及びピストンリング３１２が、図１５に示すように、プレナム６４の反対側にも用いられている。

次に、図８と図９は、シールエアを加熱するための好適な実施形態を示している。普通はマニホルド５１内に収容されているプレナム６４の窓１１０Ａに入り、窓８１（図７）を通って軸５２へと流入した低温の空気は、今度は熱交換器１１２へと方向転換させられる。特に図９と図１２に示すように、低温の空気の流れを方向転換する好適な方法は、プレナム６４内に配置されているバッフル１１５を使うやり方である。バッフル１１５は、プレナム６４の床からプレナム６４の天井まで伸張しており、プレナム６４を、熱交換器入口区画１１６と熱交換器出口区画１１７に分離している。窓１１０Ａ（図９）は、完全に熱交換器入口区画１１６内に配置されているので、この窓１１０Ａからプレナム６４へと流れる低温の空気は、入口区画１１６内だけに存在し、（スロット１１１ａ、１１ｂを通して）熱交換器１１２の入口へ押し出され、そこで、処理ガスを凝結可能に冷却するのを最小化するか、又は防げるだけの温度に加熱される。適切な温度は、処理ガスの露点を上回る、一般的には華氏約１５０°から約２５０°の温度である。加熱されたシールエアは、バッフルの反対側で熱交換器を出て、（スロット１１１ｃ、１１ｄを通して）プレナム６４の熱交換器出口部分１１７へ入り、プレナム６４の出口区画１１７と流体連通している駆動軸５２へ加熱された状態で入る。入口区画１１６は駆動軸５２と直接に流体連通していないので、窓１１０Ａから入った加熱されていないシールエアは、熱交換器を通過して始めて駆動軸５２へ入ることができる。駆動軸５２は、加熱されたシールエアをシール面へ送る流体導管として働く。

熱交換器１１２は、熱交換器１１２を取り巻く大気が高温の排気であるように、出口プレナム４７内に配置されているのが望ましい。そうすると、シールエアは熱伝導で加熱されるので、シールエアを加熱する予備の熱源は必要ない。高温の排気の温度は高いので、熱交換器１１２は、低温のシールエアが熱交換器１１２を通って流れるときにその空気を加熱できる温度まで加熱される。この様に、本発明は、先に浪費された熱（エネルギー）を捕捉し、システムに負担を掛けたり追加エネルギー源を必要とすることなく、シールエアを加熱する。図１０と図１１に示している、プレナム４７前方の熱交換器１１２の具体的な位置は、図１２に示しているように、プレナム６４の側壁に、簡単に（プレナム６４と熱交換器の間に流体連通を形成できるだけの）熱交換入口及び出口穴又はスロット１１１を形成することによって、プレナム６４と容易に連通させることができるので、既存の設備を容易に改造できる都合の良い場所である。更に、熱交換器１１２のこの場所は、閉じ込め室のような他の酸化装置周辺装置と干渉するようなことはない。代わりに、熱交換器１１２を、プレナム４７の内周付近に、流れ分配器５０の回りに配置することもできる。

別の実施形態では、熱交換器を省き、適量の高温の排気を、シールエアと直接混ぜ合わせてその温度を上昇させることもできる。代わりに、熱交換器を、循環している排気の一部と組み合わせて使用し、シールエアと直接混ぜ合わせてシールエアの加熱を補うこともできる。

図１３は、本発明で使用するのに適した熱交換器１１２の或る好適な実施形態を示している。複数の管１１２（図では１０本）は、排出プレナム６４内に配置して伝導性のある構成に組立られている。好適な構成は、図示のように実質的にＣ字型である。熱交換器１１２の入口端１２３と熱交換器１１２の出口端１２４の間の空隙は、プレナム６４を受け入れるのに十分である。組立易くするため、熱交換器１１２は、２つの同一の部品で形成され、組立後は中央支持フランジ１２９で一体に保持されるのが望ましい。シールエアを適切な温度に加熱するには、効率４０−５０％の熱交換器で十分なことが分かっている。

図１４は、軸５２に加圧された空気を供給するプレナム６４が、駆動軸５２に対してどの様にシールされているかを示している。プレナム６４の上下の各シールに使用するのに必要なピストンリングは１つだけである。例えば、プレナム６４の上方のシールを使って、中に中央溝をくり抜くことにより、Ｃ字型内側リングシール２１６を形成する。外側リングシールとして機能する固定環状円筒形壁２１０は、壁２１０の中心合わせを行い、それをプレナム６４に留めるのに用いられる外側環状フランジ２１１を含んでいる。固定ピストンリング２１２は、Ｃ字型内側リングシール２１６内に形成されている溝の中に配置され、壁２１０に押し付けられている。ピストンリング２１２とＣ字型内側シール２１６の溝の間の空隙、並びにＣ字型内側シール２１６と外側円筒形壁２１０の間の空隙は、熱膨張などによる駆動軸５２の動きを全て吸収する。同様の円筒形壁３１０、Ｃ字型内側シール３１６及びピストンリング３１２が、図１５に示すように、プレナム６４の反対側にも用いられている。

作動時、第１のモードでは、未処理の（「汚染」）処理ガスは、入口４８へ入り、流れ分配器５０の経路６１を通って、このモードで経路６１と開放連通している各弁ポート２５へと流入する。その後、未処理の処理ガスは、低温面プレナム２０に支持されている高温の熱交換媒体を通って上昇し、燃焼ゾーンを通過し、そこで処理され、浄化されたガスは、第２コラム内の低温の熱交換媒体を通って流れ下り、経路６０と連通している弁ポート２５を通り、プレナム４７と出口４９から出る間に冷却される。低温の熱交換媒体が比較的高温になり、高温の熱交換媒体が比較的低温になると、駆動機構を起動させて、駆動軸５２と流れ分配器５０を回転させることによって、サイクルを逆転させる。この第２のモードでは、未処理の処理ガスは、この場合も入口４８に入り、流れ分配器５０の経路６１を通るが、この経路は、今度は、以前は経路６０とだけ流体連通していた異なる弁ポート２５と連通しているので、未処理の処理ガスを、現在高温になっている熱交換コラムへ送り、次いで燃焼ゾーンに通して、そこで処理ガスが処理される。浄化されたガスは、他方のコラム内の現在低温になっている熱交換媒体を通って流れ下り、今は経路６０と連通している弁ポート２５を通過し、プレナム４７と出口４９から出る間に冷却される。このサイクルは、必要に応じて、一般的には１−４分毎に繰り返される。プレナム４７内の高温の排出ガスは、熱交換器１１２を取り巻き、その熱の幾らかを熱交換器へ移し、それによって熱交換器１１２内を循環するシールエアを加熱する。

先に述べたように、本発明は、ポペット弁及びバタフライ弁を含む他の型式の弁システムにも利用できる。重要な構成要素は、弁と、シールガスを送るブロワ又は他の装置と、高温の排気流れの中の熱交換器と、熱交換器からシール面までの導管である。例えば、図１６に示す４つのポペット弁２００、２０１、２０２、２０３を使用している２ベッド式再生式熱酸化装置では、２つの出口弁は既に温まっており、凝結は一般的に問題ないので、コラム入口の２つの弁だけに、加熱されたシールエアが必要である。シールエア・ブロワ２１０は、排気煙突２１６内のような排気流れ内に配置されている熱交換器２１２を通して、シールエアを供給する。熱交換器２１２の出口は、適切な送出導管を通して弁のシーる面と流体連通している。オン／オフ弁２２０、２２１は、ポペット弁が開位置にあるときには各ポペット弁へのシールエアの流れを停止し、ポペット弁が閉じてシール位置にあるときには流れるように、各導管内に配置されている。

図１７を見ればよく分かるように、ポペット弁のポペットディスク２３０は、シリンダ２３２を使って弁を伸縮させる軸２３１に連結されている。２つのシートを有する環状プレナム２４０は、図示のように、加熱されたシールエアと流体連通している。弁が閉じ位置にあるときは、加熱されたシールエアはプレナムへ流れ、効果的なシールを形成する。

同様に、図１９と図２０は、本発明をバタフライ弁３３０へ適用した例を示している。中空ブレード３３１の空洞は、ブレード３３１を回転させて弁ハウジング３４０の弁シート３３５とシール関係に入れたり出したりするために回転作動装置３４４に連結されている中空軸３３２と流体連通している。軸３３２は、更に、加熱されたシールエアの供給源と流体連通している。ブレード３３１は、弁が閉位置にあるときに、弁シート３３５と整列してシールされたインタフェースを作る複数のシールポート３４１を、ブレードの周辺部回りに含んでいる。加熱されたシールエアは、軸３３２から出てブレード３３１へ流入し、シールポート３４１を出て弁シート３３５に当る。

本発明の或る実施形態による再生式熱酸化装置の斜視図である。 本発明の或る実施形態による再生式熱酸化装置の一部分の分解斜視図である。 本発明で使用するのに適した弁の弁ポート形成部分の底部斜視図である。 本発明で使用するのに適した切替弁の流れ分配器形成部分の斜視図である。図４Ａは、図４の流れ分配器の断面図である。 図４の流れ分配器の一部分の斜視図である。 本発明で使用するのに適した弁のシールプレートの上面図である。図６Ａは、図６のシールプレートの一部分の断面図である。 図４の流れ分配器の軸の斜視図である。 本発明による出口ガスプレナム内に配置されている熱交換器の上面図である。 本発明による、分かり易くするために熱交換器を取り除いたシールガスプレナムの上面図である。 本発明によるガス出口プレナム及びシールガスプレナムの前面図である。 本発明の或る実施形態によるガス出口プレナム内の流れ分配器と熱交換器の断面図である。 本発明によるシールガスプレナム内のバッフルの斜視図である。 本発明による熱交換器の斜視図である。 本発明で使用するのに適した流れ分配器の回転ポートの断面図である。 本発明で使用するのに適した流れ分配器の駆動軸の下側部分の断面図である。 本発明の或る実施形態による、高温シールエアによるポペット弁を使用する再生式熱酸化装置の概略図である。 本発明の或る実施形態による、ポペット弁用の環状シールインタフェースの概略図である。 本発明で使用するのに適した弁の回転式ポートの断面図である。図１８Ａは、本発明で使用するのに適した弁をシールするためのリテイニングリングの斜視図である。図１８Ｂは、図１８Ａのリテイニングリングの断面図である。図１８Ｃは、本発明で使用するのに適した弁をシールするための取付リングの斜視図である。図１８Ｄは、図１８Ｃの取付リングの断面図である。図１８Ｅは、本発明で使用するのに適した弁用のプレート支持弧状材の斜視図である。図１８Ｆは、図１８Ｅのプレート支持弧状材の断面図である。図１８Ｇは、本発明で使用するのに適した弁用のシールリングの或る実施形態の斜視図である。図１８Ｈは、図１８Ｇのシールリングの断面図である。図１８Ｉは、図１８Ｇのシールリング内の凹部の断面図である。 本発明の或る実施形態による、高温のシールエアを使用しているバタフライ弁の断面図である。 図１９のバタフライ弁の上面図である。

Claims (11)

1. シールガスの供給源と、
   前記シールガスの温度より高い温度を有する高温ガスの供給源と、
   前記シールガスの供給源と流体連通している入口であって、前記シールガスが該入口に入り熱交換器を流れてからその出口から出ていくようにした入口と、前記出口とを有している、前記高温ガスによって加熱される熱交換器と、
   少なくとも１つのシール・インタフェースを含んでいる弁と、
   前記熱交換器の前記出口、及び前記少なくとも１つのシール・インタフェースと流体連通していて前記加熱されたシールガスを前記シール・インターフェースに送出する送出導管と、を備え、
   前記シール・インターフェースを含んでいる弁は、ガス入口と流体連通するようになっている第１経路と、ガス出口と流体連通するようになっている第２経路とを有する流れ分配器であって、前記ガス出口が前記高温ガスを収容するガス出口区画からなる流れ分配器を備えており、前記熱交換器は、前記高温ガスによって加熱されるように前記ガス出口区画内に配置されており、前記シールガスは、前記送出導管に入る前に前記加熱された熱交換器を通って流れる、弁アッセンブリ。
2. 前記シールガスは空気である、請求項１に記載の弁アッセンブリ。
3. 前記シールガスは、前記熱交換器内で華氏約１５０°から華氏約２５０°の温度まで加熱される、請求項１に記載の弁アッセンブリ。
4. 前記弁はポペット弁である、請求項１に記載の弁アッセンブリ。
5. 前記ポペット弁の位置に基づいて、前記シール・インタフェースへの前記シールガスの流れを制御するための少なくとも１つの送出導管弁を更に備えている、請求項４に記載の弁アッセンブリ。
6. 前記弁はバタフライ弁である、請求項１に記載の弁アッセンブリ。
7. 前記送出導管は、前記流れ分配器に連結されている中空軸を備えている、請求項１に記載の弁アッセンブリ。
8. 前記シールガスは空気である、請求項１に記載の弁アッセンブリ。
9. 前記シールガスの供給源と流体連通しているシールガスプレナムを更に備えており、前記シールガスプレナムは、前記熱交換器入口と流体連通している第１入口区画と、前記熱交換器出口と流体連通している第２区画とに分けられており、前記第２区画は前記送出導管と流体連通している、請求項１に記載の弁アッセンブリ。
10. 前記シールガスプレナムは、バッフルによって分けられている、請求項９に記載の弁アッセンブリ。
11. 前記シールガスは、前記熱交換器内で華氏約１５０°から華氏約２５０°の温度に加熱される、請求項１に記載の弁アッセンブリ。

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