NO329808B1 - Vekselventiltetning - Google Patents

Abstract

Omstillingsventil som nytter en dreibar tetning passende for bruk i en regenerativ termisk oksideringsanordning (10) og oksideringsanordning (10) inkludert omstillingsventilen (20). Ventilen (20) i henhold til nærværende oppfinnelse oppviser utmerkede tetningsegenskaper og minimaliserer slitasje. Ventilen (20) har en tetningsplate (100) som definerer to kamre, der hvert kammer er en strømport (25) som fører til en av to regenerative skikt i oksideringsanordningen (10). Ventilen (20) omfatter også en omstillbar strømfordeler (50) som sørger for alternerende kanalisering av prosessgassinntak og prosessgassutløp til hver halvdel av tetningsplaten. Ventilen virker i to modi, nemlig en stasjonær modus og en ventilbevegelsesmodus. I den stasjonære modus brukes en tett gasstetning for å minimalisere eller unngå lekkasje av prosessgass. Gasstetningen tetter også under ventilbevegelse.

Description

Bakgrunn for oppfinnelsen

Regenerative termiske oksideringsanordninger blir vanligvis brukt til å destruere flyktige organiske sammensetninger (Volatile Organic Compounds - VOS) i ut-strømninger med høye strømvolumer og lave konsentrasjoner fra industrielle an-legg og kraftverk. Slike oksideringsanordninger krever typisk høye oksiderings-temperaturer for å oppnå høy VOC-destruering. For å oppnå høy varmegjennvin-ningseffektivitet, blir den «skitne» prosessgassen som skal behandles forvarmet før oksidering. En varmevekslerkolonne vil typisk forefinnes for å forvarme disse gas-sene. Kolonnen blir vanligvis pakket med et varmevekslermateriale som har god termisk og mekanisk stabilitet og tilstrekkelig termisk masse. Under drift blir prosessgassen ført gjennom en forhåndsoppvarmet varmevekslerkolonne, som i sin tur varmer opp prosessgassen til en temperatur som nærmer seg eller oppnår sin VOC-oksideringstemperatur. Denne forvarmede prosessgassen blir så ført inn i en forbrenningssone der eventuell ufullstendig VOC-oksidering vanligvis blir fullført. Den behandlede, nå «rene» gassen blir så ført ut av forbrenningssonen og tilbake gjennom varmeveksler-kolonnen, eller gjennom en annen varmevekslerkolonne. Idet den varme oksiderte gassen fortsetter gjennom denne kolonnen, overfører gassen sin varme til varmevekslermediet i denne kolonnen, hvilket avkjøler gassen og for-varmer varmevekslermediet, slik at en ny mengde prosessgass kan bli forvarmet forut for oksideringsbehandlingen. Vanligvis har en regenerativ termisk oksideringsanordning minst to varmevekslerkolonner, som annen hver gang mottar prosessgass og behandlet gass. Denne prosessen blir utført kontinuerlig og tillater at et stort prosessgassvolum kan behandles effektivt.

Virkningsgraden for en regenerativ oksideringsanordning lar seg optimalisere ved å øke destrueringseffektiviteten av VOC og ved å redusere driftskostnader og kapitalkostnader. Hvordan man kan øke destrueringseffektiviteten av VOC er behandlet i litteraturen, ved hjelp av for eksempel slike midler som forbedrede oksiderings-systemer og rensesystemer (f.eks. fellekamre), og tre eller flere varmevekslere for å ta seg av den ubehandlede gassmengden inne i oksideringsanordningen under omkobling. Driftskostnader kan reduseres ved å øke varmegjenvinningseffektivi-teten, og ved å redusere trykkfallet i oksideringsanordningen. Driftskostnader og kapitalkostnader kan reduseres ved å konstruere oksideringsanordningen riktig og ved å velge passende fyllmateriale for varmeoverføring.

Et viktig element i en effektiv oksideringsanordning er ventilmekanismen som brukes til å vende strømmen av prosessgass fra en varmevekslerkolonne til en annen. Eventuell lekkasje av ubehandlet prosessgass gjennom ventilsystemet vil redusere virkningsgraden i apparatet. I tillegg kan forstyrrelser og fluktuasjoner i trykk og/eller strøm i systemet være en følge av ventilomstilling, og dette er uønsket. Ventilslitasje er også problematisk, spesielt i betraktning av den høye frekvensen av ventilomkoblinger i regenerative oksideringsoperasjoner.

En konvensjonell konstruksjon med to kolonner gjør bruk av et par tallerkenventiler, en tilknyttet en første varmevekslerkolonne, en annen tilknyttet en annen varmevekslerkolonne. Selv om tallerkenventiler oppviser rask aktivering mens ventilene omstilles i løpet av en syklus, vil det uvilkårlig forekomme lekkasje av ubehandlet prosessgass via ventilene. I løpet av en syklus i et tokammers oksideringsanordning for eksempel, er det et tidspunkt hvor både inntaksventilen(e) og utløps-ventilen(e) er delvis åpne. I denne tilstanden er det ingen hindring for strømning av prosessgass, og denne strømmen flyter direkte fra inntaket til utløpet uten å bli prosessert. Fordi det også er kanalføringer forbundet med ventilsystemet, vil volumet av ubehandlet gass både innenfor tallerkenventilhuset og innenfor den tilknyttede kanalføringen, representere et potensielt lekkasjevolum. Fordi lekkasje av ubehandlet prosessgass over ventilene tillater at gass kan slippe ut fra anordningen i ubehandlet stand, vil slik lekkasje i betydelig grad redusere destrueringseffekten av anordningen. I tillegg vil konvensjonelle ventilkonstruksjoner føre til en trykk-bølge under omstilling, hvilket forsterker dette lekkasjepotensialet.

Et tilsvarende lekkasjepotensial eksisterer ved konvensjonelle dreieventilsystemer. Dessuten vil slike dreieventilsystemer typisk omfatte mange interne sammenføy-ninger, som kan føre til lekkasje over tid, og som er kostbare å montere og vedli-keholde. I U.S. Pat. No. 5,871,349 for eksempel, er det i figur 1 vist en oksideringsanordning med tolv kamre med tolv metallvegger som hver kan utgjøre et svakt punkt når det gjelder lekkasje.

Det vil derfor være ønskelig å fremskaffe en regenerativ termisk oksideringsanordning som er like enkelt og kostnadseffektivt som en tokammeranordning og som har den jevne styringen og høye VOC-fjerningsgraden som et roterende ventil-system, uten å ha disses mangler.

Det vil videre være ønskelig å fremskaffe en ventil som har forbedrede tetningsegenskaper for å redusere slitasje.

Sammenfatning av oppfinnelsen

Problemene ved kjent teknikk er overvunnet ved nærværende oppfinnelse, som viser en forbedret tetning for en enkelt omstillingsventil. Ventilen i henhold til nærværende oppfinnelse oppviser fremragende tetningskarakteristikker og minimaliserer slitasje. Ventilen har en tetningsplate som definerer to kamre, der hvert kammer er en strømport som fører til en av to regenerative underlag av oksideringsanordningen. Ventilen omfatter også en omstillende strømfordeler som sørger for avvekslende kanalisering av inntaksprosessgass og utløpsprosessgass til hver halvdel av tetningsplaten. Ventilen virker i 2 modi: en stasjonær modus og en ventilbevegelsesmodus. I stasjonær modus brukes en tett gasstetning for å minimalisere eller unngå prosessgasslekkasje. Gasstetningen tetter også under ventilbevegelse. Ventilen har en kompakt konstruksjon, slik at en unngår kanaler som typisk er på-krevd i konvensjonelle konstruksjoner. Dette gir mindre volum som prosessgassen kan oppta under sykling, hvilket fører til mindre gjenværende ubehandlet skitten prosessgass under sykling. Tilknyttede ledeplater minimaliserer eller eliminerer lekkasje av ubehandlet prosessgass over ventilen under omstilling. Bruk av én enkelt ventil fremfor de to eller fire som vanligvis blir brukt, reduserer betydelig det area-let som krever tetning. Geometrien av den omstillende strømfordeleren reduserer avstanden og antallet vendinger prosessgassen gjennomgår, fordi strømfordeleren kan plasseres nær varmevekslersjiktene. Dette reduserer volumet av innestengt, ubehandlet gass under ventilomstilling. Fordi prosessgassen passerer gjennom de samme ventilportene i inntakssyklusen som i utløpssyklusen, blir fordelingen av gass til varmevekslersjiktene forbedret.

Ventilomstilling med minimale trykkfluktuasjoner, utmerket tetning og minimal eller ingen passering under omstilling, blir oppnådd i anvendelser av regenerativ termal oksidering. I betraktning av eliminering av passering under omstilling kan en eliminere de konvensjonelle fellekamrene som brukes til å lagre volumet av ubehandlet gass i systemet under omstilling, og derved spare betydelige kostnader.

Kort beskrivelse av tegningsfigurene

Figur 1 er en perspektivskisse av en regenerativ termisk oksideringsanordning i henhold til én utførelse av nærværende oppfinnelse. Figur 2 er en eksplodert perspektivskisse av en del av en termisk oksideringsanordning i henhold til én utførelse av nærværende oppfinnelse. Figur 3 er en perspektivskisse av kaldflateplenum i henhold til nærværende oppfinnelse. Figur 4 er en bunn-perspektivskisse av ventilportene i henhold til nærværende oppfinnelse. Figur 5 er en perspektivskisse av strømfordeler-omstillingsventilen i henhold til nærværende oppfinnelse. Figur 5A er et tverrsnitt av strømfordeler-omstillingsventilen i henhold til nærværende oppfinnelse. Figur 6 er en perspektivskisse av drivmekanismen for omstillingsventilen i henhold til nærværende oppfinnelse. Figur 7A, 7B, 7C og 7D er skjematiske tegninger av strømningen gjennom omstillingsventilen i henhold til nærværende oppfinnelse. Figur 8 er en perspektivskisse av en del av strømfordeleren i henhold til nærværende oppfinnelse. Figur 9 viser tetningsplaten i henhold til nærværende oppfinnelse, sett ovenfra.

Figur 9A er et tverrsnitt av en del av tetningsplaten på figur 9.

Figur 10 er en perspektivskisse av akselen i strømfordeleren i henhold til nærværende oppfinnelse. Figur 11 viser et tverrsnitt av den roterende porten i henhold til nærværende oppfinnelse. Figur 11A er en perspektivskisse av festeringen i henhold til nærværende oppfinnelse. Figur 11B viser et tverrsnitt av festeringen i henhold til nærværende oppfinnelse. Figur 11C er en perspektivskisse av monteringsringen i henhold til nærværende oppfinnelse. Figur 11D viser et tverrsnitt av monteringsringen i henhold til nærværende oppfinnelse. Figur 11E er en perspektivskisse av platelagerbuen i henhold til nærværende oppfinnelse. Figur 11F viser et tverrsnitt av platelagerbuen i henhold til nærværende oppfinnelse. Figur 11G er en perspektivskisse av tetningsringen i henhold til nærværende oppfinnelse. Figur 11H viser et tverrsnitt av tetningsringen i henhold til nærværende oppfinnelse. Figur 111 viser et tverrsnitt av utsparingen i tetningsringen i henhold til nærværende oppfinnelse. Figur 12 viser et tverrsnitt av den nedre delen av drivakselen i henhold til nærværende oppfinnelse. Figur 13 viser et tverrsnitt av festeringen og monteringsringen for den forbedrede tetningen i henhold til nærværende oppfinnelse. Figur 14 er en perspektivskisse av festeringen og monteringsringen for den forbedrede tetningen i henhold til nærværende oppfinnelse. Figur 14A viser et tverrsnitt av den roterende porten i henhold til en alternativ utfø-relse av nærværende oppfinnelse. Figur 14B viser et tverrsnitt av den roterende porten i henhold til en annen alternativ utførelse av nærværende oppfinnelse.

Detaljert beskrivelse

Pa de to første figurene 1 og 2 vises en tokamret regenerativ termisk oksideringsanordning 10 (katalytisk eller ikke-katalytisk), montert på en ramme 12 som vist. Oksideringsanordningen 10 inkluderer en kapsling 15 der det finnes et første og annet varmevekslerkammer i kommunikasjon med en sentralt plassert forbrenningssone. En brenner (ikke vist) kan tilknyttes til forbrenningssonen, og en for-brenningsvifte kan festes på rammen 12 for å tilføre forbrenningsluft til brenneren. Forbrenningssonen inkluderer et forbikoblingsuttak 14 i fluidkommunikasjon med utslippskolonnen 16, som typisk fører ut i friluft. Et styrekabinett 11 huser styrean-ordningene for apparatet og er også fortrinnsvis plassert på rammen 12. Overfor styrekabinettet 11 finnes en vifte (ikke vist) festet på rammen 12 for å drive prosessgassen inn i oksideringsanordningen 10. Kapslingen 15 inkluderer et toppkam-mer eller tak 17 med én eller flere adgangsdører 18 som gir operatøren adgang til kapslingen 15 innvendig. Fagpersoner vil være klar over at foregående beskrivelse av oksideringsanordningen gjelder som en illustrasjon, idet andre konstruksjoner er godt innenfor omfanget av nærværende oppfinnelse, inkludert oksiderings-anordninger med flere eller færre enn 2 kamre, oksideringsanordninger med horisontalt orientert(e) kammer/kamre, samt katalytiske oksiderings-anordninger.

Et kaldflateplenum 20 danner basis for kapslingen 15 slik det best fremgår av figur 2. Et passende støttegitter 19 finnes på kaldflateplenumet 20 og støtter varme-vekslermatrisen i hver varmevekslerkolonne som nærmere beskrevet nedenfor. I den viste utførelsen er varmevekslerkamrene adskilt med skillevegger 21 som fortrinnsvis er isolert. Videre vil, i den viste utførelsen, strømning gjennom varmevekslersjiktene være vertikal, prosessgassen kommer inn til varmevekslersjiktene fra ventilportene plassert i kaldflateplenumet 20, strømmer oppover (mot taket 17) inn i et første sjikt, entrer forbrenningssonen i kommunikasjon med det første sjiktet, strømmer ut av forbrenningssonen og inn i et annet kammer der den strømmer nedover gjennom et annet sjikt mot kaldflateplenumet 20. Fagpersoner vil imidlertid være klar over at andre orienteringer er passende, inkludert et horisontalt ar-rangement, slik som et der varmevekslerkolonnene vender mot hverandre og er adskilt av en sentralt plassert forbrenningssone.

Med henvisning til figur 3 vil nå detaljene om kaldflateplenumet bli gjennomgått. Plenumet 20 har et gulv 23 som fortrinnsvis heller nedover fra ytterveggene 20A, 20B mot ventilportene 25A-25F for å assistere ved gasstrømfordeling. Montert på gulvet 23 finnes et antall ledeplater 24 for oppdeling, samt kammerdelere 124A, 124D, 124E og 124H. Delerledeplatene 24 skiller ventilportene 25A-25F, og bidrar til å redusere trykkfluktuasjoner under ventilomstilling. Kammerdelerne skiller varmevekslerkamrene. Kammerdelere 124A og 124D samt 124E og 124H kan henholdsvis være koblet sammen med hverandre eller være adskilt. Ventilport 25A er definert mellom kammerdeler 124A og ledeplate 24B, ventilport 25B er definert mellom ledeplater 24B og 24C, ventilport 25C er definert mellom ledeplate 24C og kammerdeler 124D, ventilport 25D er definert mellom kammerdeler 124E og ledeplate 24F, ventilport 25E er definert mellom ledeplater 24F og 24G, og ventilport 25F er definert mellom ledeplate 24G og kammerdeler 124H. Antallet delerledeplater er en funksjon av antallet ventilporter. I den foretrukne utførelsen som er vist, finnes seks ventilporter 25A-25F, selv om flere eller færre kunne brukes. Eksem-pelvis vil, i en utførelse der bare fire ventilporter brukes, bare én delerledeplate være nødvendig. Uansett antallet ventilporter og tilhørende delerledeplater bør ventilportene fortrinnsvis være likeformede for symmetriens skyld.

Høyden av ledeplatene er fortrinnsvis slik at oppsidene av ledeplatene sammen definerer et jevnt horisontalt plan. I den viste utførelsen er den delen av ledeplatene som er lengst fra ventilportene kortest, for å tilpasses gulvet 23 i kaldflateplenumet som er skrånende som forklart ovenfor. Det jevne horisontale planet som er dannet på denne måten, passer for å bære varmevekslermediene i hver varmevekslerkolonne som nærmere beskrevet nedenfor. I den viste utførelsen med seks ventilporter, er ledeplatene 24B, 24C, 24F og 24G fortrinnsvis vinklet om lag 45 grader mot den langsgående senterlinjen L-L i kaldflateplenumet 20 der de rager ut fra ventilportene 25, og de fortsetter stort sett parallelt med den langsgående senterlinjen L-L der de fortsetter mot ytterveggene, henholdsvis 20A og 20B. Ledeplatene 24A, 24D, 24E og 24H er fortrinnsvis vinklet om lag 22,5 grader mot den tverrgående senterlinjen H-H i kaldflateplenumet 20 der de rager ut fra ventilportene 25, og de fortsetter stort sett parallelt med den tverrgående senterlinjen H-H der de fortsetter mot ytterveggene, henholdsvis 20C og 20D.

Ledeplatene 24B, 24C, 24F og 24G samt veggene 20A, 20B, 20C og 20D på kaldflateplenumet 20 inkluderer fortrinnsvis en leppe 26 som rager litt lavere enn det horisontale planet som er definert av oversiden av ledeplatene. Leppen 26 gir plass til og bærer et valgfritt gitter 19 for feste av kaldflateplenumet (figur 2), hvilket i sin tur bærer varmevekslermediet i hver kolonne. I tilfelle varmevekslermediet inkluderer tilfeldig pakkede medier slik som keramiske sadler, kuler eller andre former, kan ledeplatene rage høyere for å adskille mediene. Perfekt tetning mellom ledeplatene er imidlertid ikke nødvendig slik det er i konvensjonelle konstruksjoner med roterende ventil.

Figur 4 viser ventilportene 25A, 25B og 25C sett fra bunnen. Plate 28 har to motstående symmetriske åpninger 29A og 29B, som sammen med ledeplatene 24 definerer ventilportene. Plassert i hver ventilport 25 finnes en valgfri vendefinne 27.

Hver vendefinne 27 har en første ende festet til platen 28 og en annen ende i avstand fra den første og festet til ledeplaten 24 på hver side (vises best på figur 3). Hver vendefinne 27 vider seg ut fra sin første ende mot sin annen ende, og er vinklet oppover i en vinkel før den flater ut horisontalt ved 27A som vist på figurene 3 og 4. Vendefinnene 27 virker slik at de dirigerer strømmen av prosessgass som kommer ut fra ventilportene vekk fra ventilportene for å assistere med fordelingen over kaldflateplenumet under driften. Jevn fordeling inn til kaldflateplenumet 20 hjelper til å sikre jevn fordeling gjennom varmevekslermediene for optimal utveks-lingseffektivitet.

Figur 5 og 5A viser strømfordeleren 50 i en manifold 51 som har et gassinntak 48 og et prosessgassutløp 49 (selv om element 48 kunne være utløpet og 49 inntaket, vil førstnevnte utførelse bli brukt her). Strømfordeleren 50 inkluderer en fortrinnsvis hul sylindrisk drivaksel 52 (figurene 5A, 10) som er koblet til en drivmekanisme nærmere beskrevet nedenfor. Koblet til drivakselen 52 er et delvis frusto-konisk formet ledd eller frusto-konisk seksjon 53. Leddet 53 inkluderer en tilpasset plate formet av to motsatte kakeformede tetningsflater 55, 56, som hver er forbundet med sirkulær ytterkant 54 og som rager utover fra drivakselen 52 i en vinkel på 45 grader, slik at tomrommet definert av de to tetningsflåtene 55, 56 og ytterkanten 54 definerer en første gassvei eller passasje 60. Tilsvarende er en annen gassvei eller passasje 61 definert av tetningsflatene 55, 56 motstående til den første passasjen, og tre vinklede sideplater, nemlig motsatt vinklede sideplater 57A, 57B og sentrale vinklede sideplater 57C. De vinklede sideplatene 57A, 57B skiller passasjen 60 fra passasjen 61. Den øverste av disse passasjene 60, 61 er konstruert slik at den passer sammen med konfigurasjonen av symmetriske åpninger 29A, 29B i platen 28, og i den sammenstilte betingelsen er hver passasje 60, 61 på linje med de respektive åpningene 29A, 29B. Passasjen 61 er i fluid kommunikasjon med kun inntak 48, og passasjen 60 er i fluid kommunikasjon med kun inntak 49 via plenum 47, uansett orienteringen til strømfordeleren 50 til enhver tid. Slik vil prosessgass som kommer inn i manifolden 51 via inntaket 48, strømme gjennom kun passasje 61, og prosessgass som kommer inn i passasje 60 fra ventilportene 25 strømme kun gjennom utløp 49 via plenum 47.

En tetningsplate 100 (figur 9) er koblet til platen 28 som definerer ventilportene 25 (figur 4). Fortrinnsvis brukes en lufttett tetning mellom øvre flate av strømfordele-ren 50 og tetningsplaten 100, som beskrevet nærmere nedenfor. Strømfordeleren er dreibar om en vertikal akse, via drivakselen 52, i forhold til det stillestående pla ten 28. Slik rotasjon beveger tetningsflatene 55, 56 inn i og ut av sperreinnstilling i forhold til deler av åpningene 29A, 29B som beskrevet nedenfor.

Med henvisning til figur 6 er det vist en passende drivmekanisme for å drive strøm-fordeleren 50. Drivmekanismen 70 inkluderer en basis 71 og blir understøttet av ramme 12 (figur 1). Koblet til basis 71 er et par tannstangstøtter 73A, 73B og en sy Understøtte 74. Sylindre 75A, 75B blir støttet av sylinderstøtte 74, og aktiverer henholdsvis tannstang 76A, 76B. Hver tannstang har et antall riller som har en form som tilsvarer tennene 77A på tannhjulet 77. Drivakselen 52 på strømfordele-ren 50 er koblet til tannhjulet 77. Aktivering av sylindrene 75A, 75B fører til bevegelse av respektive tannstang 76A, 76B som er festet til disse, hvilket i sin tur fører til roterende bevegelse av tannhjulet 77, som dreier drivakselen 52 og strømforde-leren 50 festet til denne, om en vertikal akse. Fortrinnsvis vil tannstangmekanis-men være konstruert for å gi en frem- og tilbakegående, 180-graders roterende bevegelse av drivakselen 52. Fagpersoner vil imidlertid innse at andre konstruksjoner ligger innenfor omfanget av nærværende oppfinnelse, inkludert en drivmekanisme der full 360-graders rotasjon av strømfordeleren blir oppnådd. Andre passende drivmekanismer inkluderer hydrauliske aktuatorer og registre. Figurene 7A-7D illustrerer skjematisk strømretningen i løpet av en typisk omstil-lingssyklus for en ventil med to inntaksporter og to utløpsporter. I disse diagram-mene er kammer A inntakskammeret og kammer B utløpskammeret i en to-kolonners oksideringsanordning. Figur 7A viser ventilen i sin helt åpne, stasjonære stilling. Følgelig er ventilportene 25A og 25B i helt åpen inntaksmodus, og ventilportene 25C og 25D er i helt åpen utløpsmodus. Prosessgassen kommer inn i kammer A gjennom ventilportene 25A og 25B, strømmer gjennom varmevekslermediet i kammer A, der den blir oppvarmet, strømmer gjennom en forbrenningssone i kommunikasjon med kammer A der eventuelle flyktige komponenter som ennå ikke er oksidert blir oksidert, blir avkjølt idet den strømmer gjennom kammer B i kommunikasjon med forbrenningssonen, og strømmer så ut av ventilportene 25C og 25D inn i en utløpskolonne som åpner til friluft, for eksempel. Typisk varighet for denne virkemodusen er fra om lag 1 til om lag 4 minutter, med om lag 3 minutter som det foretrukne. Figur 7B viser begynnelsen på en modusendring, der en ventildreiing på 60 grader finner sted, hvilket vanligvis tar fra om lag 0,5 til om lag 2 sekunder. I den viste stillingen er ventilport 25B stengt, og strøm til eller fra kammer A er følgelig sperret gjennom denne porten, og ventilport 25C er stengt, og strøm til eller fra kammer B er følgelig sperret gjennom denne porten. Ventilporter 25A og 25D er fortsatt åpne.

Som dreiing av strømfordeleren fortsetter ytterligere 60 grader, viser figur 7 at

ventilporter 25A og 25D nå er stengt. Ventilport 25B er imidlertid nå åpen, men er i utløpsmodus og tillater bare prosessgass fra kammer A å strømme ut gjennom port 25B og inn i en utløpskolonne eller lignende. Tilsvarende er ventilport 25C nå åpen, men er i inntaksmodus og tillater bare prosessgass å strømme inn i kammer B (og ikke ut av kammer B slik tilfellet var i utløpsmodus på figur 7A).

Den endelige 60-graders dreiingen av strømfordeleren er illustrert på figur 7D. Kammer A er nå i helt åpen utløpsmodus, og kammer B i helt åpen inntaksmodus. Dermed er ventilportene 25A, 25B, 25C og 25D alle helt åpne, og strømfordeleren er i stillstand. Når strømmen igjen skal reverseres, vil strømfordeleren fortrinnsvis gå tilbake til stillingen på figur 7A ved å dreie 180 grader tilbake fra den retningen den kom, selv om en fortsatt dreiing på 180 grader i samme retning som forrige dreiing ligger innenfor omfanget av nærværende oppfinnelse.

Portsystemet med seks ventiler på figur 3 ville virke på tilsvarende måte. Altså vil hver ventilport være 45 grader i stedet for 60 grader. Antar vi at ventilportene 25A, 25B og 25C på figur 3 er i inntaksmodus og helt åpne, og ventilportene 25D, 25E og 25F er i utløpsmodus og helt åpne, er første trinn i syklusen en ventildreiing på 45 grader (medurs), som sperrer strøm til ventilport 25C og fra ventilport 25F. Ventilporter 25A og 25B er fortsatt åpen i inntaksposisjon, og ventilporter 25D og 25E er fortsatt åpen i utløpsposisjon. Ved at strømfordeleren roterer ytterligere 45 grader medurs, er ventilport 25C nå åpen i utløpsposisjon, ventilport 25B er stengt, og ventilport 25A er fortsatt i åpen inntaksposisjon. Tilsvarende er ventilport 25F nå i åpen inntaksposisjon, ventilport 25E er stengt, og ventilport 25D er fortsatt i åpen utløpsposisjon. Når strømfordeleren fortsetter ytterligere 45 grader, er ventilportene 25C og 25B nå i åpen utløpsposisjon, og ventilport 25A er stengt. Tilsvarende er ventilport 25F og 25E nå i åpen inntaksposisjon, og ventilport 25F er stengt. I sin endelige posisjon har strømfordeleren dreid ytterligere 45 grader og er stoppet, der alle ventilportene 25A, 25B og 25C er i åpen utløpsposisjon, og alle ventilportene 25D, 25E og 25F er i åpen inntaksposisjon.

Som det vil fremgå av det foregående er én vesentlig fordel ved nærværende oppfinnelse fremfor konvensjonelle dreieventiler at den aktuelle strømfordeleren er stasjonær det meste av tiden. Den beveger seg kun under overgangen mellom inn tak og utløp, og dette momentet varer bare noen sekunder (vanligvis en samlet tid på fra om lag 0,5 til om lag 5 sekunder), sammenlignet med minutter når den er stasjonær mens ett kammer A eller B er i inntaksmodus og det andre er i utløps-modus. Derimot er mange av de konvensjonelle dreieventilene i stadig bevegelse, noe som akselererer slitasje av de forskjellige komponentene i apparatet og kan føre til lekkasje. En ytterligere gevinst ved nærværende oppfinnelse er det store fysiske volumet som skiller gassen som er blitt renset fra prosessgassen som ennå ikke er renset, både i selve ventilen og i kammeret (volumet 80 (figur 3) mellom kammerskilleveggene 124E og 124D, og skilleveggene 124H og 124A), og den doble veggen som dannes av kammerskilleveggene 124E, 124H og 124A, 124D. Videre, fordi ventilen bare har ett aktiveringssystem, vil ventilen virke bra enten den beveger seg hurtig eller langsomt, i motsetning til tidligere teknikk der flere aktive-ringssystemer må samarbeide. Nærmere beskrevet, når det gjelder tidligere teknikk, dersom for eksempel én tallerkenventil er etterhengende i forhold til en annen, vil det kunne oppstå lekkasje eller tap av prosesstrøm, eller det kunne dannes en stor trykkpuls.

En annen fordel ved nærværende oppfinnelse er motstanden som foreligger under en omstillingsoperasjon. I konvensjonell ventiloperasjon slik som tallerkenventilen nevnt ovenfor, vil strøm ni ngsmotstanden nærme seg null idet begge ventiler er delvis åpne (dvs. når den ene er i ferd med å stenge og den andre er i ferd med å åpne). Som resultat kan gasstrømmen per tidsenhet faktisk øke, og derved ytterligere forverre lekkasjen av gass via begge de delvis åpne ventilene under omstil-lingen. I kontrast til dette, ved at strømstyringen i nærværende oppfinnelse gradvis stenger et inntak (eller et utløp) ved å stenge bare deler av gangen, går motstanden ikke ned til null under en omstilling, men blir faktisk større, slik at strømmen av prosessgass over ventilportene blir hindret under omstilling og lekkasje blir mi-nimalisert.

Den foretrukne fremgangsmåten for å tette ventilen vil nå bli gjennomgått først med henvisning til figurene 5, 8 og 9. Strømfordeleren 50 hviler på en luftpute for å minimalisere eller eliminere slitasje når strømfordeleren beveger seg. Fagpersoner vil være klar over at andre gasser enn luft kunne brukes, selv om luft foretrekkes og vil bli referert her for illustrasjonsformål. En pute av luft ikke bare tetter ventilen, den fører også til friksjonsfri eller tilnærmet friksjonsfri bevegelse av strømfor-deleren. Et tilførselssystem under trykk, slik som en vifte eller lignende, som kan være den samme som eller en annen enn viften som brukes til å tilføre forbrenningsluft til brenneren i forbrenningssonen, tilfører luft til drivakselen 52 i strømfor- deleren 50 via passende kanaler (ikke vist) og plenum 64. Alternativt kunne det brukes negativt trykk. Som det best fremgår av figur 8 (som viser et positivt trykk-system), beveger luften seg fra kanalene inn i drivakselen 52 ovenfor basisen 82 av drivakselen 52 som er koblet til drivmekanismen 70. Den nøyaktige plasseringen av åpningen(e) 18 er ikke spesielt begrenset, selv om åpningene 18 fortrinnsvis er plassert symmetrisk om akselen 52 og er av samme størrelse så de er like. Luften under trykk strømmer opp akselen som anvist med pilene på figur 8, og en del entrer én eller flere radielle kanaler 83 som kommuniserer med og mater en ringpak-ning plassert på den ringformede dreieporten 90 som forklart nærmere nedenfor. En del av luften som ikke entrer de radielle kanalene 83 fortsetter opp drivakselen 52 inntil den når passasjene 94, som fordeler luften i en kanal som har en halvsir-kelformet del 95 og en del definert av de kakeformede kilene eller tetningsflatene 55, 56. Strømmen i et system med negativt trykk vil være det motsatte.

Den motstående overflaten av strømfordeleren 50, spesielt de motstående overfla-tene av kakeformede kiler 55, 67 og ytre ringformede kant 54, er utformet med et antall åpninger 96 som vist på figur 5. Luften under trykk fra kanal 95 unnslipper fra kanal 95 gjennom disse åpningene 96 som vist med pilene på figur 8, og danner en pute av luft mellom toppflaten av strømfordeleren 50 og en stasjonær tetningsplate 100 vist på figur 9. Tetningsplaten 100 inkluderer en ringformet ytre kant 102 med en bredde som tilsvarer bredden av toppflaten eller ytterkanten 54 av strøm-fordeleren 50, og et par kakeformede elementer 105, 106 med tilsvarende form som de kakeformede kilene 55, 56 av strømfordeleren 50. Den passer mot (og er koblet til) plate 28 (figur 4) i ventilporten. Åpningen 104 tar imot akselpinne 59 (figur 8) koblet til strømfordeleren 50. Undersiden av den ringformede ytterkanten 102 som vender mot strømfordeleren inkluderer én eller flere ringformede riller 99 (figur 9A) som jevnstilles med åpningene 96 i sammenpassende overflaten på strømfordeleren 50. Det finnes fortrinnsvis to konsentriske rekker med riller 99 og to motsvarende rekker av åpninger 96. Slik bidrar rillene 99 til å få luften som kommer ut av åpningene 96 i toppoverflaten 54 eller den ytre ringformede kanten til å danne en pute av luft mellom den sammenpassende overflaten 54 og den ringformede ytterkanten 102 på tetningsplaten 100. I tillegg danner luften som kommer ut av åpningene 96 i de kakeformede delene eller tetningsflatene 55, 56 en pute av luft mellom de kakeformede delene 55, 56 og de kakeformede delene eller elementene 105, 106 på tetningsplaten 100. Disse putene av luft minimaliserer eller hindrer lekkasje av prosessgassen som ikke er blitt renset, inn i strømmen av ren prosessgass. De relativt store, kakeformede kilene både på strømfordeleren 50 og tetningsplaten 100 gir en lang vei tvers over toppen av strømfordeleren 50 som urenset gass vil måtte passere for å føre til lekkasje. Siden strømfordeleren er stasjonær mesteparten av tiden under drift, blir det dannet en ugjennomtrengelig pute av luft mellom alle sammenpassende ventiloverflater. Når strømfordeleren må bevege seg, vil puten av luft som brukes til å tette ventilen nå også funksjonere slik at eventuelle høye kontakttrykk blir hindret i å danne slitasje mellom strømfordele-ren 50 og tetningsplaten 100.

Fortrinnsvis blir trykkluften levert fra en vifte som skiller seg fra den som leverer prosessgassen til apparatet der ventilen brukes, slik at trykket av tetningsluften er høyere enn prosessgasstrykket i inntak eller utløp, hvorved det oppstår en positiv tetning. Som anført ovenfor kunne det imidlertid bli brukt et system med negativt trykk.

Strømfordeleren 50 inkluderer en dreibar port 90 slik det best fremgår av figurene 10 og 11. Den frusto-koniske seksjonen 53 av strømfordeleren 50 dreier om en ringformet vegg eller ringtetningskapsling 659 som funksjonerer som en ytre ringtetning. Kapslingen 659 inkluderer en ytre ringformet flens 111 som nyttes til å sentrere kapslingen 659 og feste den til manifold 51 (se også figur 5A).

Med henvisning til figur 11 viser denne detaljer i en utførelse av det forbedrede tetningssystemet i henhold til nærværende oppfinnelse. Festeringtetningen 664, fortrinnsvis laget av karbonstål, er vist festet til roterende sammenstilling eller frusto-konisk seksjon 53. Holdetetningsring 664 er fortrinnsvis en splittet ring som vist i perspektiv på figur 11A, og har et tverrsnitt som vist på figur 11B. Splitting av ringen letter installering og fjerning. Figur 13 viser holdetetningsring 664 festet til den roterende sammenstillingen eller frusto-koniske seksjonen 53 med en hodeskrue 140. Andre passende festemåter for ringen 664 kunne brukes. Fortrinnsvis inkluderer den roterende sammenstillingen en rille 700 (figur 13) for å posisjonere holdetetningsringen korrekt.

Overfor holdetetningsringen 664 er en monteringsring 091, som vises best på figur 11C, 11D, 13 og 14. Monteringsringen 091 er også koblet til roterende sammenstilling 53 med hodeskrue 140', og en rille for å posisjonere monteringsringen 091 korrekt er dannet i den roterende sammenstillingen.

I den viste utførelsen, der den roterende sammenstillingen dreier seg rundt en vertikal akse, kan vekten av tetningsringen 658 føre til slitasje idet den glir mot monteringsringen 091. For å redusere eller eliminere denne slitasjen, er monterings ringen 091 formet med en tunge 401 formet langs omkretsen, fortrinnsvis sentralt plassert slik det best vises på figur 11D. En valgfri platebærende bue 663 har en rille 402 (figurene 11E, 11F) som tilsvarer formen og plasseringen til tungen 401 og sitter over monteringsringen 091 ved sammenstillingen, som vist på figur 11. Den platebærende buen 663 er fortrinnsvis laget av et materiale ulikt tetningsringen 658 for bedre å virke som et lager. Passende materialer inkluderer bronse, kera-mikk eller annet metall ulikt metallet som brukes som materiale for tetningsringen 658.

Plassert mellom holdetetningsringen 664 og buen 663 er tetningsringen 658. Som vist på figurene 11G og 11H, har tetningsringen 658 en radiell slisse 403 dannet rundt hele omkretsen. I den ene kanten av tetningsringen 658 slutter den radielle slissen 403 i en cirkumferensiell semisirkulær konfigurasjon, slik at en fordelingsril-le 145 blir dannet når tetningsringen 658 butter mot tetningsringkapslingen 659, som vist på figur 11. Alternativt kunne flere enn én radiell rille 403 brukes. I den viste utførelsen har tetningsringen 658 også et hull 404 dannet i sammenheng med og på tvers av radiell rille 403. Ved å sette dette hullet 404 under trykk blir det dannet en motvekt hvorved tetningsringen 658 blir hindret i å bevege seg nedover som følge av sin egen vekt. Dersom orienteringen av ventilen var annerledes, slik som rotert 180 grader, kunne hullet 404 bli dannet i den øvre delen av tetningsringen 658. Alternativt kunne det brukes flere en ett hull 404 i øvre eller nedre del eller i begge. Dersom orienteringen ble dreid 90 grader for eksempel, ville det ikke være nødvendig med noen motvekt. Fordi tetningsring 658 forblir stasjonær og kapslingen er stasjonær, trenger tetningen 658 ikke være rund, andre former inkludert oval og oktagonal er også passende. Tetningsring 658 kan være tilvirket av ett stykke, eller kunne være ett eller to stykker.

Tetningsringen 658 presser mot tetningsringkapsling 659 og forblir stasjonær også når strømfordeleren 50 (og tetningsring 664, platebærerbue 663 og monteringsring 091) dreier seg. Luft (eller gass) under trykk flyter gjennom de radielle rillene 83, som vist ved pilene på figur 11, og inn i den radielle slissen 403 og hullet 404 samt i fordelingsrillen 145 mellom tetningsringen 658 og kapslingen 659, gapet mellom holdetetningsring-tetning 664 og kapsling 659, samt gapene mellom buen 663 og kapsling 659 og monteringsring 091 og kapsling 659. Idet strømfordeleren dreier i forhold til stasjonær kapsling 659 (og den stasjonære tetningsringen 658), vil luften i disse gapene danne trykk i disse rommene og danne en kontinuerlig og friksjonsfri tetning. Fordelingsrillen 145 deler den ytre overflaten på tetningsringen 658 i tre soner, med to i kontakt med det ytre hullet, og en sentral trykksone.

Ved å bruke en enkelt tetningsringsammenstilling blir krefter som skyver eller trek-ker doble stempelringtetninger fra hverandre, eliminert. I tillegg oppnås en bespa-relse ved at antallet deler blir redusert, og en enkelt ring kan bli tilvirket med større tverrsnitt og kan derved bli laget av komponenter som er dimensjonelt mer stabile. Ringen kan deles i to halvdeler for å tillate lettere installering og utskifting. Komp-resjonsfjærer eller andre forspenningsmidler kan plasseres i utsparte hull 405 (figur 111) i delingen for å gi en utovervirkende kraft fra ringen til hullet. Figur 12 viser hvordan plenum 64 som mater akselen 52 med trykkluft er tettet mot drivakselen 52. Tetningen oppnås på en tilsvarende måte som den roterende porten beskrevet ovenfor, bortsett fra at tetningene ikke er under trykk og bare én stempelring trenger brukes for hver tetning ovenfor og under plenum 64. Med bruk av tetningen over plenum 64 som eksempel, blir en C-formet innerringtetning 216 dannet ved å frese en sentral rille i den. En stasjonær ringformet sylindrisk vegg 210 som virker som en ytre ringtetning, inkluderer en ytre ringformet flens 211 som brukes til å sentrere veggen 210 og feste den til plenum 64. En stasjonær stempelring 212 sitter i rillen som er dannet i den C-formede innerringtetningen 216 og presser mot veggen 210. Gapet mellom stempelringen 212 og løpet i den C-formede indre tetningen 216, samt gapet mellom den C-formede indre tetningen 216 og den ytre sylindriske veggen 210, tar opp eventuell bevegelse av drivakselen 52 som følge av termisk utvidelse eller lignende. En lignende sylindrisk vegg 310, C-formet innertetning 316 og stempelring 312 blir brukt på den motsatte siden av plenum 64, som vist på figur 12. Figur 14A illustrerer en alternativ utforming som inkluderer tillegg av fleksible tet-ninger 710, 711 montert enten på den dreibare sammenstillingen eller på den stasjonære tetningsringen. Denne utførelsen reduserer mengden av tetningsgass som kreves for å tette sammenstillingen. Figur 14B illustrerer en alternativ utforming der tetningsgassen bak tetningen er eliminert og i stedet blir rettet fra utsiden av sammenstillingen ved hjelp av en manifold 720 plassert omkring det ytre løpet i den stasjonære kapslingen som vist. I drift, i en første modus, strømmer ubehandlet («skitten») prosessgass inn i inntaket 48, gjennom passasjen 61 i strømfordeleren 50 og inn i de ventilportene 25 som måtte være i åpen kommunikasjon med passasjen 61 i denne modus. Den ubehandlede prosessgassen strømmer så opp gjennom det varme varmevekslermediet båret av kaldflateplenum 20 og gjennom forbrenningssonen der den blir behandlet, og den nå rene gassen blir så avkjølt idet den strømmer ned gjennom det kalde varmevekslermediet i en annen kolonne, gjennom ventilportene 25 i kommunikasjon med passasjen 60 og ut gjennom plenum 47 og utløp 49. Når først det kalde varmevekslermediet blir relativt varmt og det varme varmevekslermediet blir relativt kaldt, blir syklusen reversert ved å aktivere drivmekanismen 70 så den dreier drivakselen 52 og strømfordeleren 50. I denne annen modus strømmer atter ubehandlet prosessgass inn i inntaket 48, gjennom passasjen 61 i strømfordeleren 50, idet denne passasjen nå er i kommunikasjon med andre ventilporter 25 enn dem som før var bare i fluid kommunikasjon med passasje 60, og dirigerer derved den ubehandlede prosessgassen til den nå varme varmevekslerkolonnen og dernest gjennom forbrenningssonen der prosessgassen blir behandlet. Den rengjorte gassen blir så avkjølt idet den strømmer ned gjennom det nå kalde varmevekslermediet i den andre kolonnen, gjennom ventilportene 25 nå i kommunikasjon med passasje 60, og ut gjennom plenum 47 og 49. Denne syklusen gjentar seg etter behov, typisk hver 0,5 til 7 minutter.

Claims (5)

1. Ventil som omfatter: en dreibar indre kapsling (52) med en kanal (83), en stasjonær ytre kapslingsringtetning, en forspent ringtetning (658) mellom nevnte dreibare kapsling (52) og nevnte stasjonære ytre kapslingsringtetning, og en manifold omkring nevnte ytre kapslingsringtetning som tilfører gass under trykk via kanalen (83) omkring nevnte ringtetning (658) for å tilveiebringe en kontinuerlig og friksjonsløs tetning mellom den ytre ringtetning (659) og nevnte ringtetning (658) ved dreining av kapslingen (52).

2. Ventil i henhold til krav 1, hvor nevnte ventil i tillegg omfatter en monteringsring (091) koblet til nevnte dreibare kapsling og en holdering (664) på avstand fra nevnte monteringsring (091) og koblet til nevnte dreibare kapsling (52), og der nevnte ringtetning (658) er plassert mellom nevnte monteringsring (091) og nevnte holdering (664).

3. Ventil i henhold til krav 2 som i tillegg omfatter et lager (663) mellom nevnte ringtetning (658) og nevnte monteringsring (091).

4. Ventil i henhold til krav 3 der nevnte ringtetning (658) omfatter et løp (404) tilpasset til å motta gass fra nevnte kanal (83) slik at nevnte ringtetning (658) blir forspent mot bevegelse i retning av nevnte lager (663).

5. Ventil i henhold til krav 1, hvor den i tillegg omfatter: en første ventilport (25A, 25B) og en annen ventilport (25C, 25D) adskilt fra nevnte første ventilport, og en strømfordeler med en inntakspassasje (48) og en utløpspassasje (49), idet nevnte strømfordeler er bevegelig i forhold til nevnte første og andre ventilporter mellom en første posisjon der nevnte første ventilport er i fluidkommunikasjon med nevnte inntakspassasje og nevnte annen ventilport er i fluidkommunikasjon med nevnte utløpspassasje, og en andre posisjon der nevnte første ventilport er i fluidkommunikasjon med nevnte utløpspassasje og nevnte andre ventilport er i fluidkommunikasjon med nevnte inntakspassasje, idet nevnte strømfordeler omfatter en sperreflate (55, 56) som sperrer for strøm gjennom en første del av nevnte første ventilport og gjennom en andre del av nevnte andre ventilport når nevnte strømfordeler er mellom nevnte første og andre posisjon.