JP5058423B2 - 切換弁及びその切換弁を含んでいる再生式熱酸化装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【従来技術】
再生式熱酸化装置は、一般に、工場や発電所からの高流量低濃度排気中の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を分解するのに使用されている。このような酸化装置では、ＶＯＣの分解を高めるために、通常、高い酸化温度を必要とする。熱回収効率を上げるために、処理すべき「汚れた」処理ガスは酸化に先立ち予熱される。これらのガスを予熱するために、通常は熱交換コラムが設けられている。コラムには通常、熱的及び機械的安定性に優れ熱質量の高い熱交換材が詰め込まれている。作動時、処理ガスは前もって加熱された熱交換コラムを通して供給されるので、この熱交換コラムによって、処理ガスはＶＯＣ酸化温度に近い又はその酸化温度にまで加熱される。この予熱された処理ガスは、その後、燃焼域に導かれ、通常はここで未酸化ＶＯＣの酸化が完了する。処理されて「清浄になった」ガスは、燃焼域から出て、熱交換コラムを逆に戻り、又は、第２の熱交換コラムを通って排出される。熱せられた酸化ガスは、連続してこのコラムを通る際に自身の熱をそのコラム内の熱交換媒体に伝達するので、ガスは冷却され熱交換媒体は予熱されることになり、別バッチの処理ガスを酸化処理に先立ち予熱できるようになっている。通常、再生式熱酸化装置は、処理ガスと処理済みガスを交互に通す少なくとも２つの熱交換コラムを有している。この処理は継続的に行われ、大量の処理ガスが効率的に処理できるようになっている。
【０００２】
再生式酸化装置の性能は、ＶＯＣ分解効率を上げ、運転コスト及び資本コストを下げることにより最適化できる。ＶＯＣ分解効率を上げる技術は、例えば改良された酸化システム及びパージシステム（例えば、閉じ込め室）などの手段、及び切換の際に酸化装置内の未処理ガスを処置するために３つ又はそれ以上の熱交換器を用いる技術が文献に紹介されている。運転コストは、熱回収効率を上げ、酸化装置前後での圧力低下を抑えることにより下げることができる。運転及び資本コストは、酸化装置を正しく設計し、適切な熱伝達充填材を選択することにより下げることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
酸化装置の効率に関わる重要な要素の１つは、処理ガスの流れを１つの熱交換コラムから別のコラムに切り換える際の弁操作である。弁システムを通して未処理の処理ガスが漏れると、装置の効率が低下する。更に、弁切換時にはシステム内の圧力及び／又は流れの障害及び変動が発生することもあり、望ましくない。特に再生式熱酸化装置では弁切換の頻度が高いことを考えると、弁の磨耗もまた問題である。
【０００４】
従来の２コラム式設計は、１対のポペット弁を使って、一方を第１の熱交換コラムに対応付け、もう一方を第２の熱交換コラムに対応付けて使用している。ポペット弁は作動が迅速ではあるが、サイクルの間に切り換えられるので、未処理の処理ガスが弁を通って漏れるのは避けることができない。例えば、２室式の酸化装置では、１サイクルの間に、吸気弁と排気弁の両方が部分的に開いている時点が存在する。この時点では、処理ガスの流れへの抵抗は無く、この流れは処理されることなく直接入口から出口まで進んでしまう。弁システムには配管も付帯しているので、ポペット弁ハウジングと付帯する配管の両方の中の未処理ガス量を合わせたものが、予想される漏れの量となる。未処理ガスが弁を通って漏れるのを放っておくとガスは装置から未処理のまま排気されることになるので、このような漏れは装置の分解効率を実質的に下げることになる。更に、従来の弁設計では、切換の際に圧力サージが発生し、この漏れを増幅させてしまう結果になりかねない。
【０００５】
従来の回転弁システムにも同様の漏れが発生する可能性がある。更に、このような回転弁システムは、通常は、時間が経つと漏れが発生する多数の内部仕切りを備えており、且つ製造及び維持に費用がかかる。例えば、米国特許第５，８７１，３４９号の中で、図１は１２枚の金属壁を有する１２個の室を備えた酸化装置を表しているが、その１つ１つが漏れに関しては弱点となりかねない。
【０００６】
従って、２室式装置の単純性と費用効率、及び回転弁システムの制御の円滑さと高いＶＯＣ除去性能を兼ね備え、更にそれぞれの欠点を持たない再生式熱酸化装置を提供することが望まれている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
先行技術に付帯する上記の問題点は、単一の切換弁及びその切換弁を備えた再生式熱酸化装置を提供する本発明により解消できた。本発明の弁は、シール性に優れ、磨耗を最小限にしている。本弁は２つの室を画定するシールプレートを有し、各室は酸化装置の２つの再生式ベッドの一方に到るフローポートとなっている。弁は、更に、シールプレートの各半分に対して吸気処理ガスと排気処理ガスのチャネルを交互に切り換える切換フロー分配器を含んでいる。弁は２つのモード、即ち、静止モードと弁作動モードで作動する。静止モードでは、気密シールを使って処理ガス漏れを最小限にし、又は防止する。気密シールは弁作動時もシールする。本弁はコンパクト設計なので、従来設計では通常必要とされた配管が不要になった。このため、サイクル中に処理ガスの占める容積が小さくなり、サイクル中に未処理のまま残る汚れた処理ガスの減量につながる。バッフル機構を設けることにより、切換時に弁を通って未処理の処理ガスが漏れるのを最小限にするか、又はなくすことができる。従来の様に弁を２つ又は４つ用いるのではなく、弁を１つだけ使用するので、シールの必要な区域は大幅に減っている。切換フロー分配器は熱交換ベッドに近接して配置できるので、切換フロー分配器の寸法形状により、処理ガスの通る距離と回転の回数が減じている。これにより弁切換時に閉じ込められる未処理ガスの量が減る。処理ガスは吸気サイクルと排気サイクルで同じ弁のポートを通過するので、熱交換ベッドへのガス配分が改善される。
【０００８】
圧力変動を最小限にし、シール能力に優れ、切換時のバイパスを最小限に又は全く無くした弁切換を実現する。切換時にバイパスを無くすという観点から、切換時にシステム内に処理ガスを貯留するのに使われる従来の閉じ込め室は不要となるので、相当な費用を節約できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１及び２は、フレーム１２上に支えられた２室型再生式熱酸化装置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を有し、その中には第１及び第２熱交換器室があり、それぞれ中央に配置された燃焼域に連通している。燃焼域にはバーナー（図示せず）が設けられており、バーナーに燃焼空気を供給するために燃焼送風機がフレーム１２上に支持されている。燃焼域には、通常は大気につながる排気筒１６と流体連通しているバイパス出口１４が備えられている。制御室１１は装置の制御部を収納しており、フレーム１２上に配置されているのが望ましい。この制御室１１の反対側には、処理ガスを酸化装置１０に押し込むためのファン（図示せず）がフレーム１２上に支持されている。ハウジング１５は、オペレータがハウジング１５内へアクセスするための１つ又は複数のアクセスドア１８を有する上方室又は屋根１７を含んでいる。当業者には理解頂けようが、酸化装置に関する上記記述は説明を目的としたものであり、本発明の範囲内で他の様式に設計することもでき、例えば、酸化装置の室は２室より多くても少なくてもよいし、水平配置の室を備えた酸化装置でも、触媒式酸化装置であってもよい。
【００１０】
コールドフェースプレナム２０は、図２を見ると最も分かり易いが、ハウジング１５の基部を形成している。適した支持格子１９がコールドフェースプレナム２０上に設けられ、各熱交換コラム内の熱交換マトリクスを支持しているが、これについては後に詳しく説明する。図示の実施形態では、両熱交換室は隔壁２１により分離されており、この隔壁は断熱性であるのが望ましい。また、図示の実施形態では、熱交換ベッドを通る流れは垂直であり、即ち処理ガスはコールドフェースプレナム２０内に配置された弁ポートからベッド入り、上方に（屋根１７に向かって）流れて第１ベッドに至り、第１ベッドと連通している燃焼域に入った後、燃焼域を出て第２室に入り、ここでコールドフェースプレナム２０に向かって第２室を下向きに流れる。しかしながら、当業者には理解頂けようが、熱交換コラムが互いに向かい合い中央に配置されている燃焼域を介して分離されているような水平配置を含め、他の配置であってもよい。
【００１１】
次に図３を見ながら、コールドフェースプレナム２０の詳細について論じる。プレナム２０はフロア２３を有しており、このフロア２３は、ガス流分配を支援するため、外壁２０Ａ、２０Ｂから弁ポート２５に向かって下向きに傾斜しているのが望ましい。フロア２３上には、複数の仕切りバッフル２４と、室仕切り１２４が支持されている。仕切りバッフル２４は、各弁ポート２５を分離し、弁切換時の圧力変動を低減させる助けとなっている。室仕切り１２４は、熱交換室を分離している。室仕切り１２４Ａと１２４Ｄ、及び１２４Ｅと１２４Ｈは、それぞれ互いに連接していても分離していてもよい。弁ポート２５Ａは室仕切り１２４Ａとバッフル２４Ｂの間に画定され、弁ポート２５Ｂはバッフル２４Ｂとバッフル２４Ｃの間に画定され、弁ポート２５Ｃはバッフル２４Ｃと室仕切り１２４Ｄの間に画定され、弁ポート２５Ｄは室仕切り１２４Ｅとバッフル２４Ｆの間に画定され、弁ポート２５Ｅはバッフル２４Ｆとバッフル２４Ｇの間に画定され、弁ポート２５Ｆはバッフル２４Ｇと室仕切り１２４Ｈの間に画定されている。仕切りバッフル２４の個数は弁ポート２５の個数の関数である。図示の好適な実施形態では、弁ポート２５は６個であるが、それより多くても少なくてもよい。例えば、弁ポートを４個しか使用しない実施形態では、仕切りバッフルは１個しか必要ない。弁ポート及び対応する仕切りバッフルの個数に関わらず、弁ポートは対称で同じ形状をしているのが望ましい。
【００１２】
バッフルの高さは、各バッフルの最上面が全体として水平レベル面を形成するようになっているのが望ましい。図示の実施形態では、弁ポートから最も遠いバッフルの部分が最も低く、先に述べたように傾斜したコールドフェースプレナムのフロア２３に沿うようになっている。こうして作り出された水平面は、後に詳しく説明するように、各熱交換コラム内の熱交換媒体を支えるのに適している。図示の６弁ポートの実施形態では、バッフル２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｆ及び２４Ｇは、それぞれ、弁ポート２５を出る際にはコールドフェースプレナム２０の縦方向中心線Ｌ−Ｌに対して約４５度の角度で伸張し、続いて外壁２０Ａ及び２０Ｂに向かって縦方向中心線Ｌ−Ｌと実質的に平行に伸張しているのが望ましい。バッフル２４Ａ、２４Ｄ、２４Ｅ及び２４Ｈは、それぞれ、弁ポート２５を出る際にはコールドフェースプレナム２０の横方向中心線Ｈ−Ｈに対して約２２．５度の角度で伸張し、続いて外壁２０Ｃ及び２０Ｄに向かって横方向中心線Ｈ−Ｈと実質的に平行に伸張しているのが望ましい。
【００１３】
コールドフェースプレナム２０のバッフル２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｆ、２４Ｇ、並びに壁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄは、バッフル２５の上面により規定される水平面より僅かに下を伸張するリップ２６を有している。リップ２６は、随意的なコールドフェースサポートグリッド１９（図２）を受けてこれを支えており、このサポートグリッド１９は各コラム内の熱交換媒体を支持している。熱交換媒体がセラミックサドル、球体、又は他の形状の無作為に詰め込まれた媒体を含んでいる場合、バッフル２４は更に高く伸張し、媒体を分離してもよい。しかしながら、従来の回転弁設計のように、バッフル間を完全にシールする必要はない。
【００１４】
図４は、下から見た弁ポート２５の図である。プレート２８は、２つの相対する対称形の開口部２９Ａと２９Ｂを有し、バッフル２６により弁ポート２５が画定されている。各弁ポート２５には随意的な回転羽２７が設置される。各回転羽２７は、プレート２８に固定された第１端部と、第１端部から離れ各側でバッフル２４に固定された第２端部（図３が最も分かりやすい）を有している。各回転羽２７は、図３及び図４に示すように、その第１端部から第２端部に向かって幅が広くなり、ある角度で上向きに角度が付けられ、その後２７Ａで平らにされ水平となっている。回転羽２７は、弁ポートから出てくる処理ガスの流れを弁ポートから遠ざけ、作動時にコールドフェースプレナム内に分散されるのを支援する役目をする。コールドフェースプレナム２０内へ均一に分配ができれば、熱交換媒体内での一様な分配が保証され、熱交換効率の最適化が図れる。
【００１５】
図５及び５Ａは、処理ガス吸気口４８と処理ガス排気口４９（４８が排気口で４９が吸気口でもよいが、説明の便宜上このようにする）を有するマニホールド５１内に配置されたフロー分配器５０を示している。フロー分配器５０は、以下に詳細に論じる駆動機構に連結された、好ましくは中空円筒状の駆動シャフト５２（図５Ａ、１０）を含んでいる。駆動シャフト５２には、円錐台形部材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で形成された係合プレートを有しており、両係合プレートは円形の外縁部５４により接続され、駆動シャフト５２から角度４５度で外向きに伸びて、２つのシール面５５、５６と外縁部５４により画定される中空部分が第１ガス経路即ち通路６０を規定している。同様に、第２のガス経路即ち通路６１は、シール面５５、５６の第１通路の反対側と、３枚の角度が付けられたサイドプレート即ち両側の傾斜サイドプレート５７Ａ、５７Ｂと中央の傾斜プレート５７Ｃ、により画定されている。角度が付けられたサイドプレート５７によって、通路６０と通路６１が分離される。これらの通路６０、６１の頂部は、プレート２８の対称形の開口部２９Ａ、２９Ｂの形状と整合し、組立てられた状態では、各通路６０、６１が各開口部２９Ａ、２９Ｂと整列するように設計されている。何時でも、フロー分配器５０の向きに関わらず、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とだけ流体連通する。従って、入口４８を通ってマニホールド５１に入ってくる処理ガスは通路６１だけを通って流れ、弁ポート２５から通路６０に入ってく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ようになっている。
【００１６】
シールプレート１００（図９）は、弁ポート２５を画定しているプレート２８（図４）に連結される。フロー分配器５０の頂面とシールプレート１００との間には気密シールを用いるのが望ましく、これについては後に詳しく論じる。フロー分配器は、静止プレート２８に対して、駆動シャフト５２を介して垂直軸周りに回転可能である。この回転により、シール面５５、５６は、開口部２９Ａ、２９Ｂの部分と遮断整列状態に入ったりその状態から脱したりするが、これについては後に論じる。
【００１７】
次に図６は、フロー分配器５０を駆動するのに適した駆動機構を示している。駆動機構７０は、基部７１を有し、フレーム１２（図１）上に支えられている。基部７１には１対のラックサポート７３Ａ、７３Ｂとシリンダサポート７４が連結されている。シリンダ７５Ａ、７５Ｂは、シリンダサポート７４に支持され、各ラック７６Ａ、７６Ｂを作動させる。各ラックには、平歯車７７上の直歯７７Ａの形状に対応する複数の溝が設けられている。フロー分配器５０の駆動シャフト５２は、平歯車７７に連結されている。シリンダ７５Ａ、７５Ｂが作動するとこれに取り付けられている各ラック７６が移動し、これによって平歯車７７が回転運動して、駆動シャフト５２及びそれに取り付けられているフロー分配器５０が垂直軸周りに回転する。ラック＆ピニオンは、駆動軸５２を前後１８０度回転させるように設計するのが望ましい。しかしながら、当業者には理解頂けるように、フロー分配器の全３６０度回転を実現する駆動機構を含め、本発明の範囲内で、他にも設計のやり様がある。他の適した駆動機構としては、油圧アクチュエータや割出し器が挙げられる。
【００１８】
図７Ａ−７Ｄは、吸気口と排気口を２つずつ有する弁の典型的な切換サイクル中の流れの方向を概略的に示している。この線図で、室Ａは２室式酸化装置の吸気室、室Ｂは排気室である。図７Ａは、弁が全開の静止位置を示している。従って、弁ポート２５Ａと２５Ｂは全開吸気モードにあり、弁ポート２５Ｃと２５Ｄは全開排気モードにある。処理ガスは、弁ポート２５Ａ及び２５Ｂを通って室Ａに入り、室Ａ内の熱交換媒体を通って流れ、そこで加熱され、室Ａと連通している燃焼域を通って流れ、そこでまだ酸化されていない揮発性成分が酸化され、次いで燃焼域と連通している室Ｂを通って流れて冷却され、その後、弁ポート２５Ｃと２５Ｄを出て排気筒開口部に入って、例えば大気中に放出される。この作動モードの期間は、通常は約１乃至４分で、３分が望ましい。
【００１９】
図７Ｂは、モード変更の開始状態を示しており、ここでは６０°の弁回転が起き、これには一般的に約０．５乃至２秒間かかる。図示の位置では、弁ポート２５Ｂは閉じ、従って室Ａに出入りする流れはこの弁ポートの通過を遮られ、また弁ポート２５Ｃは閉じ、従って室Ｂに出入りする流れはこの弁ポートの通過を遮られる。弁ポート２５Ａと２５Ｄは開いたままである。
【００２０】
フロー分配器が続いて更に６０°回転すると、図７Ｃに示すように今度は弁ポート２５Ａと２５Ｄが遮断される。しかしながら、弁ポート２５Ｂはこの時点で開くが排気モードであるため、処理ガスは室Ａからポート２５Ｂを通過して排気筒などに流れることしかできない。同様に、弁ポート２５Ｃはこの時点で開くが吸気モードにあるため、処理ガスは（図７Ａの排気モードの場合のように室Ｂを出ることはできず）室Ｂに入ることしかできない。
【００２１】
フロー分配器が最後の６０°回転した状態を図７Ｄに示している。室Ａはここで全開排気モードになり、室Ｂは全開吸気モードになる。従って、弁ポート２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄは全て全開となり、フロー分配器は静止する。流れを再度反転させるときには、フロー分配器を今までと逆の方向に１８０°回転させて図７Ａの位置に戻すのが望ましいが、先の回転と同じ方向に引き続き１８０°回転させても、これも本発明の範囲に含まれる。
【００２２】
図３の６弁式ポートシステムも同じように作動する。この場合、各弁ポートは６０°ではなくて４５°となる。図３の弁ポート２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃが吸気モードで全開しており、弁ポート２５Ｄ、２５Ｅ、２５Ｆが排気モードで全開しているとすれば、サイクルの第１段階は弁の４５°（時計方向）回転であり、これにより弁ポート２５Ｃへの流れと弁ポート２５Ｆからの流れが遮断される。弁ポート２５Ａと２５Ｂは吸気開弁位置のままであり、弁ポート２５Ｄと２５Ｅは排気開弁位置のままである。フロー分配器が時計回りに更に４５°回転すると、弁ポート２５Ｃは今度は開弁排気位置となるが、弁ポート２５Ｂは遮断され、弁ポート２５Ａは開弁吸気位置のままである。同様に、弁ポート２５Ｆは今度は開弁吸気位置となるが、弁ポート２５Ｅは遮断され、弁ポート２５Ｄは開弁排気位置のままである。フロー分配器が引き続き更に４５°回転すると、弁ポート２５Ｃと２５Ｂはこの時点で開弁排気位置になるが、弁ポート２４Ａは遮断される。同様に、弁ポート２５Ｆと２５Ｅはこの時点で開弁吸気位置になるが、弁ポート２５Ｆは遮断される。最終的な位置では、フロー分配器は更に４５度回転して停止に到るが、ここでは、弁ポート２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃは全て開弁排気位置となり、弁ポート２５Ｄ、２５Ｅ、２５Ｆは全て開弁吸気位置になる。
【００２３】
以上の説明から分かるように、本発明が従来の回転弁に優る１つの本質的に有利な点は、このフロー分配器が殆どの時間静止しているということである。フロー分配器は、吸気サイクルから排気サイクルへの切換時にのみ動き、室Ａ又は室Ｂの一方が吸気モードで残りの一方が排気モードにある間に数分間静止状態となるのに比較して、その動きはたった数秒（大抵は合計で約０．５乃至４秒）しか続かない。対照的に、従来の回転弁の多くは常に動いており、これは装置の各種構成要素の磨耗を加速し、漏れの原因となる。本発明の更なる利点は、弁自体及び室（室仕切り１２４Ｅと１２４Ｄの間と、仕切り１２４Ｈと１２４Ａの間（図３）の空間８０）の両方における、まだ清浄化されていない処理ガスから既に清浄化されたガスを分離する広い物理的空間と、室仕切り１２４Ｅ、１２４Ｈ及び１２４Ａ、１２４Ｄにより形成される二重壁である。また、本弁には作動システムが１つしかないため、多数の作動システムが協働せねばならない先行技術とは違って、動きが速くても遅くても良好に機能する。より具体的には、先行技術では、例えば、１つのポペット弁がもう一つの弁に比較して反応が遅ければ、処理ガスの漏れ又は損失、或いは大きな圧力パルスが発生しかねない。
【００２４】
本発明の別の利点は、切換動作中に存在する抵抗である。上記ポペット弁機構のような従来の弁機構では、流れに対する抵抗は両方の弁が部分的に開いているとき（即ち一方が閉じようとし他方が開こうとしているとき）はゼロに近づく。その結果、単位時間当たりのガスの流れが実際には増加し、切換時に部分的に開いている両方の弁を通るガスの漏れが増幅される。対照的に、本発明のフロー誘導器は一度に一部だけを閉じることにより吸気口（又は排気口）を徐々に閉じるので、切換時に抵抗がゼロに落ちることはなく、実質的には抵抗が増すので、切換時に弁ポートを通る処理ガスの流れが制限され漏れが最小限になる。
【００２５】
弁をシールするための好適な方法について、先ず図５、８、及び９を参照しながら説明する。フロー分配器５０は、フロー分配器が動く際の磨耗を最小限にするか又は無くすために、空気のクッションに載せられている。当業者には理解頂けるように、空気以外の気体を使用してもよいが、空気が望ましいので本願では説明の便宜上空気とする。空気のクッションは弁をシールするだけでなく、結果的にフロー分配器が摩擦無しで又は実質的に摩擦無しで動くことになる。ファンなどの加圧送出システム、これは燃焼域バーナーに燃焼空気を供給するために使用されるファンと同じでも異なっていてもよいが、そのような加圧送出システムが、適した配管（図示せず）とプレナム６４を介してフロー分配器５０の駆動シャフト５２に空気を供給する。図８を見ると最も分かり易いが、空気は、配管から、駆動シャフト５２本体の、駆動機構７０に連結されている駆動シャフト５２の基部８２の上方に形成された１つ又は複数の孔８１を通って、駆動シャフト５２内に流れ込む。この孔８１の厳密な位置は格別限定されるわけではないが、孔１８は、均一性の点でシャフト５２周りに対称的に配置され、同じ寸法であるのが望ましい。加圧された空気は、図８の矢印で示すようにシャフト内を上に向かって流れ、一部は、環状の回転ポート９０に配置されている１つ又は複数のピストンリングシールに連通して供給する１つ又は複数の放射状ダクト８３に流れ込むが、このシールについては後に詳しく説明する。放射状のダクト８３に流れ込まない空気の一部は、通路９４に達するまで駆動シャフト５２内を引き続き上に流れ、この通路９４により、半環状部９５とパイ型ウェッジ５５、５６により画定される部分とを有する流路内に空気が分配される。
【００２６】
フロー分配器５０の係合面、具体的にはパイ型ウェッジ５５、５６と環状外縁部５４の係合面には、図５に示すように複数の孔９６が形成されている。流路９５からの加圧された空気は、図８の矢印で示すように流路９５からこの孔９６を通って出てきて、フロー分配器５０の頂面と図９の固定シールプレート１００との間に空気のクッションを作り出す。シールプレート１００は、フロー分配器５０の頂面５４の幅に対応した幅を有する環状外縁部１０２と、フロー分配器５０の１対のパイ型ウェッジ５５、５６に対応する形状をした１対のパイ型要素１０５、１０６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４）と整合し連結されている。孔１０４には、フロー分配器５０に取り付けられているシャフトピン５９（図８）が入る。フロー分配器に面する環状外縁部１０２の下面には、フロー分配器５０の係合面の孔９６と整列する１つ又は複数の環状溝９９（図９Ａ）が設けられている。溝９９は同心の２列で、対応する孔９６も２列であるのが望ましい。こうして、溝９９は、頂面５４の孔９６から出てくる空気が、係合面５４とシールプレート１００の環状外縁部１０２との間に空気のクッションを形成するのを助ける。更に、パイ型部５５、５６の孔９６から出てくる空気は、パイ型部５５、５６とシールプレート１００のパイ型部１０５、１０６との間に空気のクッションを形成する。これら空気のクッションは、清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り込むのを最小限にし、又は防止する。フロー分配器５０及びシールプレート１００双方のパイ型ウェッジは比較的大きいので、清浄化されていないガスが漏れを引き起こそうとしても、その際に横断しなければならないフロー分散器５０の頂面を横切る経路は長いものとなっている。フロー分散器は作動中殆どの時間は静止しているので、通り抜け不能な空気のクッションが全ての弁係合面同士の間に作り出される。フロー分配器を動かす必要がある時には、弁をシールするのに使用されている空気のクッションが、今度は、高い接触圧によってフロー分配器５０とシールプレート１００との間に磨耗の生じることがないように機能する。
【００２７】
加圧された空気は、弁が使用されている装置に処理ガスを送り出すファンとは別のファンから送り出し、シール用の空気の圧力を処理ガスの吸排気圧よりも高くして、正圧シールを形成するようにしているのが望ましい。
【００２８】
フロー分配器５０は、図１０及び１１で最もよく分かるように、回転ポートを有している。フロー分配器５０の円錐台形部５３は、外リングシールとして機能する円筒壁１１０に沿って回転する。壁１１０は、マニホールド５１に対して壁１１０を中心合わせしてクランプする（これも図５を参照）のに使用される外環状フランジ１１１を含んでいる。Ｅ字型の内リングシール１１６（金属製が望ましい）は、フロー分散器５０に連結され、平行に離間した１対の溝１１５Ａ、１１５Ｂが中に形成されている。図示のように、ピストンリング１１２Ａが溝１１５Ａ内に着座し、ピストンリング１１２Ｂが溝１１５Ｂ内に着座している。各ピストンリング１１２は、外リングシール壁１１０に向けて付勢されており、フロー分配器５０が回転しても静止したままである。加圧空気（又はガス）は、図１１の矢印で示すように放射状ダクト８３内を流れ、各放射状ダクト８３と連通している孔８４を通って、ピストンリング１１２Ａ、１１２Ｂの間の流路１１９並びに各ピストンリング１１２と内リングシール１１６との間の隙間に流れ込む。フロー分配器が固定円筒壁１１０（及びピストンリング１１２Ａ、１１２Ｂ）に対して回転すると、流路１１９内の空気は２つのピストン１１２Ａ、１１２Ｂの間の空間を加圧して、継続的且つ摩擦のないシールを作り出す。ピストンリング１１２と内ピストンシール１１６との間の隙間、及び内ピストンシール１１６と壁１１０との隙間８５は、熱膨張又は他の要因による駆動シャフト５２のどのような動き（軸方向又は他の方向）でも吸収する。当業者には理解頂けるように、２重ピストンリングシールを示しているが、シール効果を上げるために３個又はそれ以上のピストンリングを使用してもよい。シールには正圧又は負圧何れを使ってもよい。
【００２９】
図１２は、加圧空気を駆動シャフト５２に供給するプレナム６４が、駆動シャフト５２に対してどのようにシールされているかを示している。本シールは、加圧されていない点を除けば、先に説明した回転ポートと同じ様式であり、プレナム６４の上下の各シール毎に１つのピストンリングしか必要としない。例えば、プレナム６４上側のシールとして使う場合、Ｃ字型内リングシール２１６は、中央溝をくりぬくことにより形成される。外リングシールとして機能する固定円筒壁２１０は、プレナム６４に対して壁２１０を中心決めしクランプするために使用される外環状フランジ２１１を含んでいる。固定ピストンリング２１２は、Ｃ字型内リングシール２１６に形成された溝内に着座し、壁２１０に対して付勢されている。ピストンリング２１２とＣ字型内シール２１６の内腔との間の隙間、並びにＣ字型内シール２１６と外部円筒壁２１０との間の隙間は、熱膨張などに起因する駆動シャフトのどのような動きでも吸収する。同様の円筒壁３１０、Ｃ字型内シール３１６、及びピストンリング３１２が、図１２に示すようにプレナム６４の反対側にも使用されている。
【００３０】
作動時、第１のモードでは、未処理の（汚れた）処理ガスは、吸気口４８に流れ込み、フロー分配器５０の通路６１を通り、このモードのときに開いて通路６１と連通状態にある各弁ポート２５に流れ込む。未処理の処理ガスは、その後、コールドフェースプレナム２０により支持されている高温の熱交換媒体内を上に流れ、燃焼域を通ってそこで処理され、次に、今や清浄になったガスは、第２コラム内の低温の熱交換媒体内を下に流れながら冷却され、通路６０と連通している弁ポート２５を通って、プレナム４７と出口４９を通って排気される。低温であった熱交換媒体が比較的高温になり高温であった熱交換媒体が比較的低温になると、駆動機構７０を作動させて駆動シャフト５２とフロー分配器５０を回転させることにより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吸気口４８に流れ込み、フロー分配器５０の通路６１を通るが、今回この通路は、前には通路６０としか流体連通していなかった別の弁ポート２５と連通しているので、未処理の処理ガスは今や高温となっている熱交換コラムに導かれ、燃焼域を通過し、ここで処理ガスが処理される。次に、清浄になったガスは、今や低温となっている別のコラムの熱交換媒体内を下に向けて流れながら冷却され、今回通路６０と連通している弁ポート２５を通過し、プレナム４７及び出口４９を通って排気される。このサイクルは必要に応じ、通常は１−４分毎に繰り返される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のある実施形態に係る再生式熱酸化装置の斜視図である。
【図２】 本発明のある実施形態に係る再生式熱酸化装置の一部を示す斜視分解組立図である。
【図３】 本発明に係るコールドフェースプレナムの斜視図である。
【図４】 本発明に係る弁ポートの底部斜視図である。
【図５】 図５は、本発明に係るフロー分配器切換弁の斜視図であり、図５Ａは、その横断面図である。
【図６】 本発明に係る切換弁駆動機構の斜視図である。
【図７】 図７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄは、それぞれ、本発明に係る切換弁を通る流れの概略図である。
【図８】 本発明に係るフロー分配器の一部を示す斜視図である。
【図９】 図９は、本発明に係るシールプレートの上面図であり、図９Ａは、その一部の横断面図である。
【図１０】 本発明に係るフロー分配器のシャフトの斜視図である。
【図１１】 本発明に係る回転ポートの横断面図である。
【図１２】 本発明に係る駆動シャフトの下部を示す横断面図である。

Claims (13)

1. ガスを処理するための再生式熱酸化装置において、
   燃焼域と、
   熱交換媒体が中に入っており前記燃焼域と連通している第１熱交換ベッドと、
   熱交換媒体が中に入っており前記燃焼域と連通している第２熱交換ベッドと、
   前記第１熱交換ベッドと前記第２熱交換ベッドの間で前記ガスの流れを交互に切り換えるための弁と、を備えており、前記弁は、
   前記第１熱交換ベッドと流体連通している第１弁ポート、及び前記第１弁ポートとは別で前記第２熱交換ベッドと流体連通している第２弁ポートと、
   吸気通路と排気通路を有するフロー分配器であって、前記第１及び第２弁ポートに関して、前記吸気通路に入ってくるガスが前記第１弁ポートを通って前記第１熱交換ベッドに流れ込み前記第２熱交換ベッドと前記第２弁ポートを通って前記排気通路から排出される第１位置と、前記第１通路に入ってくるガスが前記第２弁ポートを通って前記第２熱交換ベッドに流れ込み前記第１熱交換ベッドと前記第１弁ポートを通って前記排気通路から排出される第２位置との間を可動でさらに、前記第１位置と第２位置との間にあるとき、前記第１及び第２弁ポートの一部を通るガスの流れを遮断するための遮断部を備えていて、相対する２方向に回転自在である前記フロー分配器と、
   を備えている、再生式熱酸化装置。
2. 前記第１及び第２弁ポートを複数の室に分割するための少なくとも１つのバッフルを備えているコールドフェースプレナムを更に備えている、請求項１に記載の再生式熱酸化装置。
3. 前記各室は合同である、請求項２に記載の再生式熱酸化装置。
4. 前記フロー分配器は、マニホールド吸気口とマニホールド排気口を有しているマニホールド内に収容され、前記マニホールド吸気口は前記フロー分配器の前記第１通路と流体連通し、前記マニホールド排気口は前記フロー分配器の前記第２通路と流体連通している、請求項１に記載の再生式熱酸化装置。
5. 前記フロー分配器に連結された駆動シャフトと、
   前記駆動シャフトと流体連通し前記駆動シャフトから半径方向に伸びている少なくとも１つの放射状ダクトと、
   外リングシール、前記外リングシールから離間し複数の内腔を有する内リングシール、及び少なくとも１つのピストンリングとを備え、前記少なくとも１つのピストンリングは前記内リングシールの前記複数の内腔それぞれの中に配置され前記外リングシールに対して付勢されているような回転ポートと、を更に備えている、請求項１に記載の再生式熱酸化装置。
6. ガスが、前記駆動シャフトに流れ込み、前記少なくとも１つの放射状ダクトに流れ込み、前記少なくとも１つのピストンリングと前記内リングシールとの間に流れるようにする手段を更に備えている、請求項５に記載の再生式熱酸化装置。
7. シールプレートを更に備え、前記フロー分配器はガスが通って流れる複数の孔を有する係合面を更に備えていて、前記係合面と前記シールプレートとの間にガスのクッションを作り出している、請求項１に記載の再生式熱酸化装置。
8. 前記シールプレートは、前記複数の孔の幾つかと整列している少なくとも１つの環状溝を備えている、請求項７に記載の再生式熱酸化装置。
9. 前記フロー分配器を、前記第１位置と前記第２位置との間で動かすための駆動手段を更に備えている、請求項１に記載の再生式熱酸化装置。
10. 前記駆動手段は、前記フロー分配器に連結され複数の直歯を備えた歯車と、前記複数の直歯が係合する複数の溝を有する少なくとも１つのラックを備え、前記ラックが動くと前記歯車が対応して動き、前記フロー分配器を回転させるようになっている、請求項９に記載の再生式熱酸化装置。
11. 前記複数の弁ポートの各々は、前記フロー分配器が第１位置にある時前記吸気通路か前記排気通路の何れか一方に流体連通し、前記フロー分配器が第２位置にある時前記吸気通路か前記排気通路の何れか他方に流体連通することを特徴とする請求項１に記載の再生式熱酸化装置。
12. 前記遮断部は、前記フロー分配器が静止している時前記複数の弁ポートの各々にガスが流れるようにしてなることを特徴とする請求項１に記載の再生式熱酸化装置。
13. 前記フロー分配器は第１及び第２の相対する２方向に回転自在にしてなることを特徴とする請求項１に記載の再生式熱酸化装置。

Images