WO2024033326A1 - Doppelklappenarmatur für einen direct-air-capture-reaktor - Google Patents

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double
drum
reactor
cable
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Branislav Zlatkov
Oliver Tappe
Timo HILLE
Marc Rüggeberg
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Volkswagen Ag
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    • F16K15/036—Dual valve members with hinges crossing the flow line substantially diametrical
    • F16K15/038—Dual valve members with hinges crossing the flow line substantially diametrical having a common hinge

Definitions

  • the invention relates to a double flap valve for a direct air capture reactor, a corresponding direct air capture reactor and a direct air capture system.
  • Direct air capture is a process for extracting carbon dioxide (CO2) directly from the ambient air.
  • CO2 carbon dioxide
  • large volumes of air are passed through a direct air capture reactor (up to 10,000 m 3 /h flow volume per m 3 reactor volume) in order to reversibly bind carbon dioxide from the ambient air to a CO2 absorbent, for example through chemisorption.
  • the bound CO2 can then be released by changing the pressure and temperature conditions in the reactor and pumped out for further use. Since the reactor is exposed to both negative pressure and excess pressure in the different process steps, special requirements arise for the valve systems with regard to the stability of the vacuum and the kickback effect of the valve.
  • an adjustable and controllable flow through the reactor is required, in particular to make the absorption step, in which the air is brought into contact with a sorbent, more efficient by varying air circulation in the reactor.
  • EP 3 151 947 B1 describes, in the context of a DAC process, a vacuum chamber with at least one circular closure lid, which allows gas to circulate through the vacuum chamber in an open position in order to contact an adsorber and which, in a closed position, the interior of the chamber seals up to a negative pressure of ⁇ 500 mbar.
  • This one-piece design of the circular closure lid has the disadvantage that the opening process always results in the same flow of adsorber material in the vacuum chamber (reactor) and this leads to uneven utilization of the adsorber.
  • the invention is based on the object of providing a valve that is stable to excess and negative pressure and can be flexibly controlled, which enables variable flow through a DAC reactor.
  • the tasks are completely or at least partially solved by a double flap valve for a direct air capture reactor with the features of the first independent claim. Further preferred embodiments of the invention result from the remaining features mentioned in the subclaims.
  • the double flap valve according to the invention for a direct air capture reactor comprises a valve housing with a flap frame which is flush with the inner wall of the valve housing.
  • the double flap fitting comprises a first flap and a second flap, which are enclosed in a gas-tight manner in the flap frame in a closed position and which are pivotally mounted in such a way that the distance between the center of the surface of the first flap and the center of the surface of the second flap is reduced in an opening process.
  • the double flap fitting comprises a spring element which is connected to at least one of the first flap and the second flap, wherein the spring element is biased in the closed position of at least one of the first flap and the second flap and its spring force is applied to at least one of the first flap and the second flap Direction of the closed position acts.
  • the double flap fitting also includes an adjustable swivel drive device which is connected to at least one of the first flap and second flap in order to swivel them.
  • the double flap valve according to the invention ensures, on the one hand, high stability and improved sealing in negative-pressure and positive-pressure operation of the direct air capture reactor.
  • the adjustable swivel drive device enables the flaps to be opened simultaneously and sequentially. This has the advantage that the flow through the reactor can be varied in order to ensure a more balanced contact formation between the air and the C ⁇ 2 absorbent (and/or C ⁇ 2 adsorber) in the reactor in the direct air capture process.
  • the flap frame serves as a gas-tight enclosure for the first and second flaps in the closed position.
  • Enclosing the flaps means, on the one hand, that the flaps with the flap frame in the closed position form a gas-tight barrier for the gas flow through the fitting housing and, on the other hand, that the flaps rest in the flap frame and therefore cannot be pivoted beyond the plane in which the frame is located the fitting housing is embedded.
  • the flap frame causes, starting from the plane in which the flaps lie in the closed position, that the first flap and the second flap can only be pivoted on one side and on the same side of the frame.
  • the flap frame can have a web which symmetrically divides the frame opening of the flap frame.
  • the flap frame is therefore designed as a double frame.
  • the flap frame therefore preferably comprises a first subframe and a second subframe, with the first flap being enclosed in the first subframe and the second flap in the second subframe in a gas-tight manner in a closed position.
  • first flap and the second flap are pivotally connected to a (fixed) axle, the axle being mounted in the fitting housing or in the flap frame.
  • the first flap and the second flap can therefore each be pivotally connected to a separate (fixed) axis.
  • the first flap and the second flap are pivotally connected to the same (fixed) axis.
  • the axis is preferably arranged in the Y, Z mirror plane of the flap frame.
  • an axis is understood to be a non-rotatable (fixed) linear element (elongated cylinder) which serves to support the pivoting flaps.
  • the flaps are pivotally connected to the axle and pivot about the longitudinal axis of rotation of the axle.
  • the double flap fitting has a first shaft and a second shaft, the first flap being connected to the first shaft and the second flap being connected to the second shaft.
  • a shaft is understood as a rotatable linear element (elongated cylinder), which serves to transmit a rotary movement (e.g. the transfer of a rotary movement of an actuator into a pivoting movement of the flaps) or to experience a rotary movement (e.g. by pivoting the rotary movement on the shaft connected flaps).
  • the shaft can be rotatably mounted in the fitting housing or in the flap frame.
  • the shaft can also have teeth, a thread or the like in order to be set in rotation, for example via a driven gear transmission.
  • the pivoting angle of a flap is 0° in the closed position and is preferably a maximum of 90° in the open position, with the pivoting angle being infinitely adjustable between 0° and 90°.
  • the pivoting angle of the flaps in the open position is particularly preferably a maximum of 85°.
  • the pivot angle lies between the XY plane in which the flaps lie in the closed position and the surface of the corresponding flap facing the flap frame.
  • the first flap and/or the second flap has a sealing element which, in the closed position of both flaps, seals a part of the first flap against a part of the second flap in a gas-tight manner.
  • first flap and the second flap can each have a second sealing element, which seals the first flap and the second flap in a gas-tight manner against the flap frame in their respective closed position.
  • the flap frame can have a third sealing element which seals the first flap and the second flap in a gas-tight manner against the flap frame in their respective closed positions.
  • the controllable pivot drive device is a cable winch which comprises a drum and at least one cable, the drum being rotatably mounted in the fitting housing, and the cable being connected to the drum at its first end and to its second End is connected to one of the first flap or second flap.
  • the rope is preferably made of stainless steel to ensure power transmission.
  • the flaps can have locking elements, which are preferably attached in the outer region of the flaps facing away from the axis or shaft. This has the advantage that the lever forces are optimally utilized and the flaps can be opened with less effort (from the actuator).
  • the cable winch can have a first cable and a second cable, the first cable being connected to the drum and the first flap and the second cable being connected to the drum and the second flap.
  • the drum which is rotatably mounted in the fitting housing, has a first part of the drum and a second part of the drum, which are rotatably connected to one another via a controllable coupling unit, the controllable coupling unit being designed to reversibly connect the first part of the drum and to connect the second part of the drum to each other in a rotationally fixed manner.
  • the cable winch preferably has a first cable and a second cable, the first cable being connected to the first part of the drum and the first flap and the second cable being connected to the second part of the drum and the second flap.
  • the cable winch preferably comprises at least one controllable actuator which is connected to the rotatably mounted drum.
  • the actuator can be, for example, an electric motor that is designed to transmit torque to the drum in order to cause the rope to be wound up or unwound and thus the flap to pivot.
  • controllable pivot drive device has a gear transmission, a third shaft and an actuator, the first shaft and the second shaft being coupled to the gear transmission and the gear transmission being coupled to the actuator via the third shaft .
  • the gear transmission can include a controllable coupling element, which is designed to reversibly disengage one of the first or second shafts in order to be able to open and close the flaps independently of one another.
  • Two or more gears paired together form a gear transmission.
  • the gear transmission can be coupled to the shafts via teeth on the shaft.
  • first flap and the second flap are designed symmetrically.
  • the flap leaves are designed as a semicircle.
  • the fitting housing is preferably designed as a circular cylindrical hollow body.
  • the spring element can be a torsion spring or spiral spring.
  • the spring element has the advantageous effect that, due to the effect of spring force, the flaps remain securely in the closed position even when there is excess pressure in the DAC reactor and only open when there is a critical excess pressure.
  • the double flap fitting preferably comprises a spring element which is connected to the first flap and the second flap, the spring element being biased in the closed position of at least one of the first flap and the second flap and its spring force acting on the first flap and the second flap in the direction of the closed position works.
  • the spring element is a coil spring having a first end and a second end, the first end being connected to the first flap and the second end being connected to the second flap.
  • the spring element comprises two coil springs, each with a first end and a second end, the first end being connected to the axle (e.g. by inserting the first end into a hole in the axle) and the second end being connected to the first flap, and correspondingly, the second coil spring has its first end connected to the axle and its second end connected to the second flap.
  • the coil spring can be wound around the axis to which the first flap and the second flap are pivotally connected. This can also lead to an advantageous fixation of the flaps in the closed position.
  • controllable pivot drive device is connected to the first flap and the second flap so that they can pivot independently of one another.
  • a second aspect of the invention relates to a gas-tight sealable reactor for a direct air capture process.
  • the gas-tight sealable reactor comprises a reactor housing with an opening and the double flap fitting described above, which is connected to the reactor housing in communication with the opening.
  • the reactor further comprises means for generating a negative pressure in the reactor (e.g. a vacuum pump), means for adjusting the temperature in the reactor (e.g. an electrical heating element, heat exchanger) and means for separating carbon dioxide, the means for separating carbon dioxide being arranged within the reactor housing so that they are in contact with the gas introduced into the reactor housing through the double flap valve.
  • the agent for separating carbon dioxide is preferably a C ⁇ 2 absorbent.
  • the C ⁇ 2 absorbent can be a washing liquid that is suitable for absorbing carbon dioxide and releasing it again by reducing the pressure (vacuum) and/or by increasing the temperature in the reactor.
  • the washing liquid is preferably an alkaline aqueous solution comprising at least one amine selected from the group consisting of: diethanolamine, monoethanolamine, methyldiethanolamine, diisopropylamine, diisopropanolamine, diglycolamine, tetraethylenepentamine (TEPA), poly(allylamine) (PAA), poly(ethyleneimine) (PEI), ethylenediamine (EDA), diethylenetriamine (DETA), pentaethylenehexamine (PEHA) and aminopropyl (AP).
  • amine selected from the group consisting of: diethanolamine, monoethanolamine, methyldiethanolamine, diisopropylamine, diisopropanolamine, diglycolamine, tetraethylenepentamine (TEPA), poly(allylamine) (PAA), poly(ethyleneimine) (PEI), ethylenediamine (EDA), diethylenetriamine (DETA), pentaethylenehexamine (PEHA) and aminopropyl (AP).
  • the amine is selected from tetraethylenepentamine (TEPA), poly(allylamine) (PAA), poly(ethyleneimine) (PEI), ethylenediamine (EDA), diethylenetriamine (DETA), pentaethylenehexamine (PEHA) and aminopropyl (AP).
  • TEPA tetraethylenepentamine
  • PAA poly(allylamine)
  • PEI poly(ethyleneimine)
  • EDA ethylenediamine
  • DETA diethylenetriamine
  • PEHA pentaethylenehexamine
  • AP aminopropyl
  • the CCh absorbent may further comprise a chemical sorbent.
  • the means for separating carbon dioxide may comprise a CO2 adsorber material.
  • the CO2 adsorber material is preferably zeolites.
  • the CO2 adsorber material can also be a composite adsorbent.
  • Such composite adsorbents preferably comprise a carrier which is impregnated with at least one of the following substances selected from: K2CO3, a binary eutectic mixture (e.g. KNO3 and UNO3), NaNOs, Al2O3, ZrC>2, TiC>2, MnC>2, ZnO, one ionic liquid (IL), and an aqueous amine (e.g.
  • TEPA tetraethylenepentamine
  • PAA poly(allylamine)
  • PEI poly(ethyleneimine)
  • EDA ethylenediamine
  • DETA diethylenetriamine
  • PEHA pentaethylenehexamine
  • AP aminopropyl
  • the means for separating carbon dioxide can also include a CC>2 absorbent and a CO2 adsorber material.
  • a third aspect of the invention relates to a system for a direct air capture process, which comprises the gas-tight sealable reactor described above.
  • the plant can also include CCh utilization reactors.
  • FIG. 1 Schematic cross section of a double flap valve according to the invention
  • FIG. 2 Schematic cross section of another according to the invention
  • Double flap fitting 10 with flap frame 11 and the first flap (22.1) and the second flap 22.2 A) in the fully open position of both flaps; B) in the closed position of both flaps.
  • the fitting housing 21, the spring element 24, axles 25 or shafts 31.1/31.2 are not shown.
  • Fitting housing 21 of a double flap fitting 10 according to the invention: first flap 22.1 and second flap 22.2 shown in the closed position. Also shown is the helical spring attached to the end of the flaps and wound around an axis 25 as a spring element 24. In addition, an actuator 26 operated cable winch with a drum 27, first cable 28.1 and second cable 28.2 is shown as a pivot drive device, as well as locking elements 42 for fastening the cables the flaps.
  • Fitting housing 21 of a double flap fitting 10 according to the invention:
  • Fitting housing 21 of a further double flap fitting 10 according to the invention:
  • the first part of the drum 27.1 and the second part of the drum 27.2 are here (reversibly) rotatably connected to one another via the controllable coupling unit 40, so that the second flap is opened independently of the first flap by means of the second part of the drum 27.2, the second rope 28.2 and the actuator 26 becomes.
  • Fitting housing 21 of another double flap fitting 10 according to the invention in the closed position The first flap 22.1 and second flap 22.2 are each connected in a rotationally fixed manner to a rotatably mounted shaft 30.1/30.2.
  • the power is transmitted from the actuator 26 through a third shaft 32 via a gear transmission 31 to the first and second shafts 30.1/30.2.
  • the spring element 24 is not shown.
  • FIG. 1 illustrates in a schematic cross section the different opening positions (Fig. 1A, C, D) and closed positions (Fig. 1B) of an embodiment of a double flap valve 10 according to the invention (the valve housing is not shown).
  • the flap frame 11 is symmetrically divided into a first subframe and a second subframe by a web 12 in the form of a double frame.
  • the first flap 14.1 and second flap 14.2 are each enclosed in a gas-tight manner by a partial frame in the closed position (Fig. 1 B).
  • the first flap 14.1 can be pivoted into an open position with a pivot angle of 45° independently of the second flap 14.2 by the force of the adjustable pivot drive device (not shown) against the spring force of the spring element (not shown).
  • the swivel angle of the flaps is 0° in the closed position and a maximum of 90° in the open position, with the swivel angle being infinitely adjustable between 0° and 90°.
  • Figure 1A shows the open position of both flaps at a pivot angle of 90°
  • Figure 1D shows an open position of the second flap 14.2 at a pivot angle of 90°.
  • the flaps are enclosed in the flap frame in the closed position, whereby the flaps rest in the frame and thus the flaps can only be swiveled on one (front) side of the frame and on the same (front) side.
  • FIG. 2 shows a schematic cross section of a further embodiment of a double flap valve 10 according to the invention (the valve housing, the The swivel drive device and the spring element are not shown).
  • the flap frame 11 is annular, with the first flap 22.1 and second flap 22.2 being enclosed in a gas-tight manner in the flap frame in the closed position.
  • the flap leaves of the first flap 22.1 and the second flap 22.2 are in the present case designed as a semicircle and are gas-tight to one another in the closed position (FIG. 2B).
  • the first flap and/or the second flap can have a first sealing element (not shown) along the contact edge of the flap to the respective other flap.
  • FIG. 2A shows an example of the first flap 22.1 in the open position at a swivel angle of 85° and the second flap 22.2 at a swivel angle of 45°.
  • the swivel angle in this embodiment is preferably 0° to 85°, preferably 0° to 80° to avoid overstretching of the spring element.
  • FIGs 3 and 4 show a further embodiment of a double flap valve 10 according to the invention with a valve housing 21, which is shaped as an elongated hollow cylinder.
  • the fitting housing is sealed gas-tight by the flap frame 11, the first flap 22.1 and the second flap 22.2.
  • the flap frame can have a third sealing element 29 on which the flaps rest in the closed position.
  • the second flap 22.2 also has a first sealing element 23, which is mounted flush with the first flap along the contact edge of the second flap and is designed to seal the second flap against the first flap in a gas-tight manner in the closed position.
  • the first sealing element 23 causes the gap between the first and second flaps to be closed in a gas-tight manner in the closed position.
  • the first flap 22.1 and the second flap 22.2 are pivotally connected to the same axis 25.
  • the axis 25 is fixed in the fitting housing 21 and is arranged in the Y, Z mirror plane of the flap frame.
  • the spring element 24 is designed as a coil spring and is wound around the axis 25.
  • the coil spring has a first end and a second end, the first end being connected to the first flap 22.1 and the second end being connected to the second flap 22.2. When the flaps are opened, this means that the spring force increases and acts in the direction of the closed position.
  • the double flap valve also has a cable winch as an adjustable swivel drive device.
  • the cable winch includes a drum 27, which is rotatably mounted in the fitting housing and can be rotated using an actuator 26.
  • a first rope 28.1 and a second rope 28.2 are attached at the end to the drum 27.
  • the first rope is attached to the drum 27 at one end and connected to the first flap at the other end. That too
  • the second rope is attached to the drum 27 at one end and is connected to the second flap at the other end.
  • the flaps have locking elements 42 for fastening the ropes, which are arranged on the flap leaf at the maximum distance from the center of the drum 27.
  • the flap leaf corresponds to the largest area of the flap, faces the drum and in this case is semicircular. If the drum 27 is rotated by the controllable actuator, the first rope 28.1 and the second rope 28.2 are simultaneously wound onto the drum 27 and thus pivot the flaps about the axis 25 into the desired opening position.
  • FIG. 5 shows an alternative embodiment of the double flap valve shown in Figures 3 and 4.
  • the drum 27 is designed in several parts and has a first part of the drum 27.1 and a second part of the drum 27.2, which are rotatably or non-rotatably coupled to one another via a controllable coupling element 40 with reversible modes.
  • the first rope 28.1 is connected at one end to the first part of the drum 27.1 and at the other end to the first flap 22.1.
  • the second rope 28.2, however, is connected at one end to the second part of the drum 27.2 and at the other end to the second flap 22.2.
  • the multi-part drum is preferably rotated via an actuator 26 (FIG. 5A).
  • the first part of the drum and the second part of the drum can also be set in rotation by an actuator 26 (FIG. 5B).
  • Figure 6 shows a further alternative embodiment of the double flap fitting 10 according to the invention in which the first flap 22.1 is connected to a first shaft 33.1 and the second flap 22.2 is connected to a second shaft 33.2.
  • the first and second shafts are rotatably mounted in the flap frame 11 and the fitting housing 21 and have teeth.
  • the shafts are coupled to a third shaft 32 via a gear transmission 31.
  • An actuator 26 (electric motor) is connected to the third shaft 32 and is designed to transmit a rotary movement to the third shaft.
  • the third shaft transmits the rotational movement experienced in this way via the gear transmission 31 to the first shaft 30.1 and the second shaft 30.2 and thus causes the pivoting movement of the flaps.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Doppelklappenarmatur für einen Direct-Air-Capture-Reaktor, einen entsprechenden Direct-Air-Capture-Reaktor und eine Direct-Air-Capture-Anlage. Es ist vorgesehen, dass die Doppelklappenarmatur eine regelbare Schwenkantriebsvorrichtung umfasst, die es ermöglicht die zwei Klappen der Doppelklappenarmatur unabhängig voneinander in eine gewünschte Öffnungsstellung zu schwenken. Somit kann eine flexibel regelbare Gaszirkulation im Direct-Air-Capture-Reaktor gewährleistet werden. Ferner werden ein entsprechender Reaktor und eine Anlage für ein Direct-Air-Capture-Verfahren beschrieben.

Description

Beschreibung
Doppelklappenarmatur für einen Direct-Air-Capture-Reaktor
Die Erfindung betrifft eine Doppelklappenarmatur für einen Direct-Air-Capture-Reaktor, einen entsprechenden Direct-Air-Capture-Reaktor und eine Direct-Air-Capture-Anlage.
Direct-Air-Capture (DAC) ist ein Verfahren zur Gewinnung von Kohlenstoffdioxid (CO2) direkt aus der Umgebungsluft. Hierzu werden große Luftvolumina durch einen Direct-Air-Capture- Reaktor geleitet (bis zu 10.000 m3/h Durchflussvolumen pro m3 Reaktorvolumen), um dort beispielsweise durch Chemisorption, Kohlenstoffdioxid aus der Umgebungsluft an ein CO2- Absorbens reversibel zu binden. Das gebundene CO2 kann anschließend durch Änderung der Druck- und Temperaturverhältnisse im Reaktor freigesetzt und für die Weiterverwertung abgepumpt werden. Da der Reaktor in den unterschiedlichen Verfahrensschritten sowohl Unterdrück als auch Überdruck ausgesetzt ist, ergeben sich für die Armaturensysteme besondere Anforderungen im Hinblick auf die Stabilität des Vakuums und die Rückschlagwirkung der Armatur. Darüber hinaus bedarf es bei derart großen Volumina einer regulier- und steuerbaren Durchströmung des Reaktors, um insbesondere den Absorptionsschritt, in dem die Luft mit einem Sorbens in Kontakt gebracht wird, durch eine variierende Luftzirkulation im Reaktor effizienter zu gestalten.
EP 3 151 947 B1 beschreibt im Zusammenhang eines DAC-Verfahrens eine Vakuumkammer mit mindestens einem kreisförmigen Verschlussdeckel, der es ermöglicht, in einer offenen Position Gas durch die Vakuumkammer zirkulieren zu lassen, um einen Adsorber zu kontaktieren und welcher in geschlossener Position den Innenraum der Kammer bis zu einem Unterdrück von <500 mbar abdichtet. Diese einteilige Ausführung des kreisförmigen Verschlussdeckels hat den Nachteil, dass sich durch den Öffnungsvorgang die immer gleiche Anströmung des Adsorbermaterials in der Vakuumkammer (Reaktor) ergibt und dies zu einer ungleichmäßigen Auslastung des Adsorbers führt.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, sowohl eine Über- und Unterdruck-stabile als auch flexibel steuerbare Armatur bereit zu stellen, welche eine variable Durchströmung eines DAC Reaktors ermöglicht. Die Aufgaben werden ganz oder zumindest teilweise durch eine Doppelklappenarmatur für einen Direct-Air-Capture-Reaktor mit den Merkmalen des ersten unabhängigen Anspruchs gelöst. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die erfindungsgemäße Doppelklappenarmatur für einen Direct-Air-Capture-Reaktor (DAC- Reaktor) umfasst ein Armaturengehäuse mit einem Klappenrahmen der mit der Innenwand des Armaturengehäuses umlaufend abschließt. Zudem umfasst die Doppelklappenarmatur eine erste Klappe und eine zweite Klappe, die in einer Schließstellung in den Klappenrahmen gasdicht eingefasst sind und die derart schwenkbar gelagert sind, dass in einem Öffnungsvorgang sich der Abstand zwischen dem Flächenmittelpunkt der ersten Klappe und dem Flächenmittelpunkt der zweiten Klappe verringert. Ferner umfasst die Doppelklappenarmatur ein Federelement, das mit mindestens einer der ersten Klappe und der zweiten Klappe verbunden ist, wobei das Federelement in Schließstellung mindestens einer der ersten Klappe und der zweiten Klappe vorgespannt ist und dessen Federkraft auf mindestens eine der ersten Klappe und zweiten Klappe in Richtung der Schließstellung wirkt. Die Doppelklappenarmatur umfasst zudem eine regelbare Schwenkantriebsvorrichtung, die mit mindestens einer der ersten Klappe und zweiten Klappe verbunden ist um diese zu schwenken.
Die erfindungsgemäße Doppelklappenarmatur gewährleistet zum einen eine hohe Stabilität und eine verbesserte Abdichtung im Unterdrück- und Überdruckbetrieb des Direct-Air-Capture- Reaktors. Zudem ermöglicht die regelbare Schwenkantriebsvorrichtung ein simultanes und sequentielles Öffnen der Klappen. Dies hat den Vorteil, dass die Durchströmung des Reaktors variiert werden kann um somit im Direct-Air-Capture-Verfahren eine ausgeglichenere Kontaktbildung zwischen der Luft und dem CÖ2-Absorbens (und/oder CÖ2-Adsorbers) im Reaktor zu gewährleisten.
Der Klappenrahmen dient der gasdichten Einfassung der ersten und zweiten Klappe in Schließstellung. Das Einfassen der Klappen bedeutet zum einen, dass die Klappen mit dem Klappenrahmen in Schließstellung eine gasdichte Absperrung für den Gasstrom durch das Armaturengehäuse bilden und zum anderen, dass die Klappen im Klappenrahmen aufliegen und somit nicht über die Ebene hinaus schwenkbar sind in welcher der Rahmen in das Armaturengehäuse eingelassen ist. Mit anderen Worten bewirkt der Klappenrahmen, ausgehend von der Ebene in welcher die Klappen in Schließstellung liegen, dass die erste Klappe und die zweite Klappe nur einseitig und auf derselben Seite des Rahmens schwenkbar sind. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Klappenrahmen einen Steg aufweisen, welcher die Rahmenöffnung des Klappenrahmens symmetrisch unterteilt. In dieser Ausführungsform ist der Klappenrahmen demnach als Doppelrahmen ausgebildet. Der Klappenrahmen umfasst also vorzugsweise einen ersten Teilrahmen und einen zweiten Teilrahmen, wobei in einer Schließstellung die erste Klappe in den ersten Teilrahmen und die zweite Klappe in den zweiten Teilrahmen gasdicht eingefasst sind.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Klappe und die zweite Klappe mit einer (feststehenden) Achse schwenkbar verbunden sind, wobei die Achse im Armaturengehäuse oder im Klappenrahmen angebracht ist. Die erste Klappe und die zweite Klappe können daher jeweils mit einer separaten (feststehenden) Achse schwenkbar verbunden sein. Vorzugsweise sind die erste Klappe und die zweite Klappe mit derselben (feststehenden) Achse schwenkbar verbunden. Die Achse ist bevorzugt in der Y,Z- Spiegelebene des Klappenrahmens angeordnet. Vorliegend wird eine Achse als drehfestes (feststehendes) lineares Element (länglicher Zylinder) verstanden, das zur Lagerung der schwenkbaren Klappen dient. Die Klappen sind mit der Achse schwenkbar verbunden und schwenken um die Längsdrehachse der Achse.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass, die Doppelklappenarmatur eine erste Welle und eine zweite Welle aufweist, wobei die erste Klappe mit der ersten Welle verbunden ist und die zweite Klappe mit der zweiten Welle verbunden ist. Vorliegend wird eine Welle, als drehbares lineares Element (länglicher Zylinder) verstanden, die dazu dient eine Drehbewegung zu übertragen (z.B. die Übertragung einer Drehbewegung eines Aktuators in eine Schwenkbewegung der Klappen) oder eine Drehbewegung zu erfahren (z.B. durch Schwenken der an der Welle drehfest verbundenen Klappen). Die Welle kann im Armaturengehäuse oder im Klappenrahmen drehbar gelagert sein. Die Welle kann ferner eine Zahnung, ein Gewinde oder Dergleichen aufweisen, um beispielsweise über ein angetriebenes Zahnradgetriebe in Drehung versetzt zu werden.
Der Schwenkwinkel einer Klappe beträgt 0° in Schließstellung und beträgt vorzugsweise maximal 90° in Öffnungsstellung, wobei der Schwenkwinkel zwischen 0° und 90° stufenlos einstellbar ist. Besonders bevorzugt beträgt der Schwenkwinkel der Klappen in Öffnungsstellung maximal 85°. Der Schwenkwinkel liegt zwischen der XY-Ebene in welcher die Klappen in Schließstellung liegen und der zum Klappenrahmen gewandten Fläche der entsprechenden Klappe. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Klappe und/oder die zweite Klappe ein Dichtungselement aufweist, welches in Schließstellung beider Klappen einen Teil der ersten Klappe gegen einen Teil der zweiten Klappe gasdicht abschließt. Dies hat den Vorteil, dass zum einen der Klappenrahmen in vereinfachter Form ohne Steg ausgebildet sein kann und somit in Öffnungsstellung ein geringerer Strömungswiderstand erzielt wird. Zum anderen wird in Schließstellung die Abdichtung gewährleistet.
Vorzugsweise können die erste Klappe und die zweite Klappe jeweils ein zweites Dichtungselement aufweisen, welches die erste Klappe und die zweite Klappe in ihrer jeweiligen Schließstellung gegen den Klappenrahmen gasdicht abschließt.
Alternativ kann der Klappenrahmen ein drittes Dichtungselement aufweisen, welches die erste Klappe und die zweite Klappe in ihrer jeweiligen Schließstellung gegen den Klappenrahmen gasdicht abschließt.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die regelbare Schwenkantriebsvorrichtung eine Seilwinde ist, die eine Trommel und mindestens ein Seil umfasst, wobei die Trommel im Armaturengehäuse drehbar gelagert ist, und das Seil mit seinem ersten Ende mit der Trommel verbunden ist und mit seinem zweiten Ende mit einer der ersten Klappe oder zweiten Klappe verbunden ist. Das Seil ist vorzugsweise aus rostfreiem Stahl gefertigt um den Kraftübertrag zu gewährleisten. Für die Befestigung des Seils oder der Seile können die Klappen Arretierungselemente aufweisen, welche bevorzugt im äußeren, der Achse oder Welle abgewandten Bereich der Klappen angebracht sind. Dies hat den Vorteil, dass die Hebelkräfte optimal ausgenutzt werden und die Klappen mit geringerem Kraftaufwand (des Aktuators) geöffnet werden können.
Insbesondere kann die Seilwinde ein erstes Seil und ein zweites Seil aufweisen, wobei das erste Seil mit der Trommel und der ersten Klappe verbunden ist und das zweite Seil mit der Trommel und der zweiten Klappe verbunden ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die im Armaturengehäuse drehbar gelagerte Trommel einen ersten Teil der Trommel und einen zweiten Teil der Trommel auf, die über eine steuerbare Kupplungseinheit zueinander drehbar verbunden sind, wobei die steuerbare Kupplungseinheit dazu ausbildet ist, reversibel den ersten Teil der Trommel und den zweiten Teil der Trommel zueinander drehfest zu verbinden. In diesem Zusammenhang weist die Seilwinde vorzugsweise ein erstes Seil und ein zweites Seil auf, wobei das erste Seil mit dem ersten Teil der Trommel und der ersten Klappe verbunden ist und das zweite Seil mit dem zweiten Teil der Trommel und der zweiten Klappe verbunden ist. Die zuvor beschriebene mehrteilige Ausführung der Trommel mit Kupplungselement hat den Vorteil dass die Klappen durch die Steuerung des Kupplungselementes unabhängig voneinander geöffnet, bzw. geschlossen werden können und somit die Durchströmung der Armatur und folglich des DAC-Reaktors flexibel eingestellt werden kann.
Vorzugsweise umfasst die Seilwinde mindestens einen regelbaren Aktuator, der mit der drehbar gelagerten Trommel verbunden ist. Der Aktuator kann beispielsweise ein Elektromotor sein, der dazu ausgelegt ist, ein Drehmoment auf die Trommel zu übertragen, um ein Auf- oder Abwickeln des Seils und somit die Schwenkbewegung der Klappe zu bewirken.
In einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die regelbare Schwenkantriebsvorrichtung ein Zahnradgetriebe, eine dritte Welle und einen Aktuator aufweist, wobei die erste Welle und die zweite Welle mit dem Zahnradgetriebe gekuppelt sind und das Zahnradgetriebe über die dritte Welle mit dem Aktuator gekuppelt ist.
Somit wird die Schwenkbewegung der Klappen durch die Kraftübertragung vom Aktuator über die dritte Welle auf das Zahnradgetriebe und auf die erste Welle und zweite Welle bewirkt. Ferner kann das Zahnradgetriebe ein steuerbares Kupplungselement umfassen, welches dazu ausgelegt ist eine der ersten oder zweiten Welle reversibel auszukuppeln um somit die Klappen unabhängig voneinander öffnen und schließen zu können. Hierbei bilden zwei oder mehr miteinander gepaarte Zahnräder ein Zahnradgetriebe. Das Kuppeln des Zahnradgetriebes mit den Wellen kann über eine Zahnung an der Welle erfolgen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die erste Klappe und die zweite Klappe symmetrisch ausgebildet. Beispielsweise sind die Klappenblätter als Halbkreis ausgebildet. Vorzugsweise ist das Armaturengehäuse als ein kreiszylindrischer Hohlkörper ausgebildet.
Das Federelement kann eine Torsionsfeder oder Biegefeder sein. Das Federelement hat den vorteilhaften Effekt, dass durch die Wirkung Federkraft die Klappen auch bei Überdruck im DAC-Reaktor sicher in der Schließstellung verbleiben und erst bei einem kritischen Überdruck öffnen. Bevorzugt umfasst die Doppelklappenarmatur ein Federelement, das mit der ersten Klappe und der zweiten Klappe verbunden ist, wobei das Federelement in Schließstellung mindestens einer der ersten Klappe und der zweiten Klappe vorgespannt ist und dessen Federkraft auf die erste Klappe und die zweite Klappe in Richtung der Schließstellung wirkt.
Vorzugsweise ist das Federelement eine Schraubenfeder mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei das erste Ende mit der ersten Klappe und das zweite Ende mit der zweiten Klappe verbunden ist. Alternativ umfasst das Federelement zwei Schraubenfedern mit je einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei das erste Ende mit der Achse verbunden ist (z.B. durch Einstecken des ersten Endes in eine Lochbohrung in der Achse) und das zweite Ende mit der ersten Klappe verbunden ist, und entsprechend die zweite Schraubenfeder mit dem ersten Ende mit der Achse verbunden ist und mit dem zweiten Ende mit der zweiten Klappe verbunden ist.
Zudem kann die Schraubenfeder um die Achse gewickelt sein, mit welcher die erste Klappe und die zweite Klappe schwenkbar verbunden sind. Dies kann zusätzlich zu einer vorteilhaften Fixierung der Klappen in Schließstellung führen.
Vorzugsweise ist die regelbare Schwenkantriebsvorrichtung mit der ersten Klappe und der zweiten Klappe so verbunden, diese unabhängig voneinander zu schwenken.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft einen gasdicht verschließbaren Reaktor für ein Direct- Air-Capture-Verfahren. Der gasdicht verschließbare Reaktor umfasst ein Reaktorgehäuse mit einer Öffnung und die vorstehend beschriebene Doppelklappenarmatur, welche in Kommunikation mit der Öffnung mit dem Reaktorgehäuse verbunden ist. Ferner umfasst der Reaktor Mittel zum Erzeugen eines Unterdrucks im Reaktor (z.B. eine Vakuumpumpe), Mittel zur Einstellung der Temperatur im Reaktor (z.B. ein elektrisches Heizelement, Wärmetauscher) und Mittel zur Abtrennung von Kohlenstoffdioxid, wobei die Mittel zur Abtrennung von Kohlenstoffdioxid innerhalb des Reaktorgehäuses angeordnet sind, sodass sie in Kontakt mit dem durch die Doppelklappenarmatur in das Reaktorgehäuse eingeleiteten Gas stehen.
Das Mittel zur Abtrennung von Kohlenstoffdioxid ist vorzugsweise ein CÖ2-Absorbens. Beispielsweise kann das CÖ2-Absorbens eine Waschflüssigkeit sein, die geeignet ist Kohlenstoffdioxid zu absorbieren und dieses unter Druckverringerung (Vakuum) und/oder durch Temperaturerhöhung im Reaktor wieder freigibt. Die Waschflüssigkeit ist vorzugsweise eine alkalisch wässrige Lösung umfassend mindestens ein Amin ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Diethanolamin, Monoethanolamin, Methyldiethanolamin, Diisopropylamin, Diisopropanolamin, Diglycolamin, Tetraethylenpentamin (TEPA), Poly(allylamin) (PAA), Poly(ethylenimin) (PEI), Ethylendiamin (EDA), Diethylentriamin (DETA), Pentaethylenhexamin (PEHA) und Aminopropyl (AP). Vorzugsweise ist das Amin ausgewählt aus Tetraethylenpentamin (TEPA), Poly(allylamin) (PAA), Poly(ethylenimin) (PEI), Ethylendiamin (EDA), Diethylentriamin (DETA), Pentaethylenhexamin (PEHA) und Aminopropyl (AP). Das CCh-Absorbens kann ferner ein Chemiesorbent umfassen.
Alternativ kann das Mittel zur Abtrennung von Kohlenstoffdioxid ein CO2 Adsorbermaterial umfassen. Das CO2 Adsorbermaterial ist vorzugsweise Zeolithe. Ferner kann das CO2 Adsorbermaterial auch ein Verbundadsorptionsmittel sein. Solche Verbundadsorptionsmittel umfassen bevorzugt einen Träger der eine Imprägnierung mit mindestem einem der folgenden Stoffe ausgewählt aus: K2CO3, einem binären eutektischen Gemisch (z.B. KNO3 und UNO3), NaNOs, AI2O3, ZrC>2, TiC>2, MnC>2, ZnO, einer ionischen Flüssigkeit (IL), und einem wässrigem Amin (z.B. Tetraethylenpentamin (TEPA), Poly(allylamin) (PAA), Poly(ethylenimin) (PEI), Ethylendiamin (EDA), Diethylentriamin (DETA), Pentaethylenhexamin (PEHA), Aminopropyl (AP)) umfasst.
Das Mittel zur Abtrennung von Kohlenstoffdioxid kann zudem im Zusammenhang eines HybridSorbentkonzeptes ein CC>2-Absorbens und ein CO2 Adsorbermaterial umfassen.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine Anlage für ein Direct-Air-Capture-Verfahren, welche den vorstehend beschriebenen gasdicht verschließbaren Reaktor umfasst. Ferner kann die Anlage CCh-Verwertungsreaktoren umfassen.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 Schematischer Querschnitt einer erfindungsgemäßen Doppelklappenarmatur
10 mit Klappenrahmen 11 , Steg 12 und der ersten Klappe 14.1 sowie der zweiten Klappe 14.2: A) in Vollständiger öffnungsstellung beider Klappen; B) in Schließstellung beider Klappen; C) in einer Öffnungsstellung von 45° der ersten Klappe; und D) in vollständiger Öffnungsstellung nur einer zweiten Klappe 14.2. Das Armaturengehäuse 21, das Federelement 24, Achsen oder Wellen sind nicht gezeigt.
Figur 2 Schematischer Querschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen
Doppelklappenarmatur 10 mit Klappenrahmen 11 und der ersten Klappe (22.1) sowie der zweiten Klappe 22.2: A) in vollständiger Öffnungsstellung beider Klappen; B) in Schließstellung beider Klappen. Das Armaturengehäuse 21, das Federelement 24, Achsen 25 oder Wellen 31.1/31.2 sind nicht gezeigt.
Figur 3 Schrägprojektion in Einlassrichtung (Pfeil) auf den Querschnitt des
Armaturengehäuses 21 einer erfindungsgemäßen Doppelklappenarmatur 10: In Schließstellung abgebildete erste Klappe 22.1 und zweiten Klappe 22.2. Gezeigt ist ferner die an den Klappen endständig angebrachte und um eine Achse 25 gewickelte Schraubenfeder als Federelement 24. Zudem sind als Schwenkantriebsvorrichtung eine Aktuator 26 betriebene Seilwinde mit Trommel 27, erstem Seil 28.1 und zweiten Seil 28.2 abgebildet, sowie Arretierungselemente 42 zur Befestigung der Seile an den Klappen.
Figur 4 Schrägprojektion entgegen der Einlassrichtung (Pfeil) auf den Querschnitt des
Armaturengehäuses 21 einer erfindungsgemäßen Doppelklappenarmatur 10:
A) In Schließstellung gezeigte erste Klappe 22.1 und zweite Klappe 22.2, die in den Klappenrahmen 11 mit einem dritten Dichtungselement 29 eingefasst sind; eine Seilwinde mit Trommel 27, erstem Seil 28.1 und zweiten Seil 28.2 (angedeutet) sowie Aktuator 26;
B) In Öffnungsstellung gezeigte erste Klappe 22.1 und zweite Klappe 22.2, wobei die zweite Klappe ein erstes Dichtungselement 23 an der Berührungskante zur ersten Klappe aufweist; Gezeigt ist die an den Klappen endständig angebrachte und um eine Achse 25 gewickelte Schraubenfeder als Federelement 24. Zudem sind eine Seilwinde mit Trommel 27, Aktuator 26 sowie erstem Seil 28.1 und zweiten Seil 28.2 (nicht sichtbar) abgebildet.
Figur 5 Schrägprojektion in Einlassrichtung (Pfeil) auf den Querschnitt des
Armaturengehäuses 21 einer weiteren erfindungsgemäßen Doppelklappenarmatur 10:
A) In Öffnungsstellung gezeigte erste Klappe 22.1 und zweite Klappe 22.2; eine Seilwinde mit einer im Armaturengehäuse 21 gelagerten Trommel, die einen ersten Teil der Trommel 27.1 und einen zweiten Teil der Trommel 27.2 aufweist und die (reversibel) über eine steuerbare Kupplungseinheit 40 zueinander drehtest verbunden sind;
B) In Öffnungsstellung gezeigte erste Klappe 22.1 und in Schließstellung gezeigte zweite Klappe 22.2. Der erste Teil der Trommel 27.1 und der zweite Teil der Trommel 27.2 sind hier (reversibel) über die steuerbare Kupplungseinheit 40 drehbar zueinander verbunden, sodass die zweite Klappe unabhängig von der ersten Klappe mittels zweitem Teil der Trommel 27.2, zweitem Seil 28.2 und Aktuator 26 geöffnet wird.
Figur 6 Schrägprojektion in Einlassrichtung (Pfeil) auf den Querschnitt des
Armaturengehäuses 21 einer weiteren erfindungsgemäßen Doppelklappenarmatur 10 in Schließstellung: Die erste Klappe 22.1 und zweite Klappe 22.2 sind mit je einer drehbar gelagerten Welle 30.1/30.2 drehfest verbunden. Die Kraftübertragung vom Aktuator 26 erfolgt durch eine dritte Welle 32 über ein Zahnradgetriebe 31 auf die erste und zweite Welle 30.1/30.2. Das Federelement 24 ist nicht gezeigt.
Figur 1 verdeutlicht in einem schematischen Querschnitt die verschiedenen Öffnungsstellungen (Fig. 1A,C,D) und Schließstellungen (Fig. 1B) einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Doppelklappenarmatur 10 (Das Armaturengehäuse ist nicht abgebildet). Hierbei ist der Klappenrahmen 11 durch einen Steg 12 in Form eines Doppelrahmens in einen ersten Teilrahmen und einen zweiten Teilrahmen symmetrisch unterteilt. Die erste Klappe 14.1 und zweite Klappe 14.2 werden in Schließstellung (Fig.1 B) von je einem Teilrahmen gasdicht eingefasst. Wie in Figur 1C exemplarisch dargestellt, kann die erste Klappe 14.1 unabhängig von der zweiten Klappe 14.2 durch Krafteinwirkung der regelbaren Schwenkantriebsvorrichtung (nicht gezeigt) entgegen der Federkraft des Federelementes (nicht gezeigt) in eine Öffnungsstellung mit einem Schwenkwinkel von 45° geschwenkt werden. Der Schwenkwinkel der Klappen beträgt 0° in Schließstellung und maximal 90° in Öffnungsstellung, wobei der Schwenkwinkel zwischen 0° und 90° stufenlos einstellbar ist. Figur 1A zeigt diesbezüglich die Öffnungsstellung beider Klappen bei einem Schwenkwinkel von 90° und Figur 1 D eine Öffnungsstellung der zweiten Klappe 14.2 bei einem Schwenkwinkel von 90°. Die Klappen sind in Schließstellung im Klappenrahmen eingefasst, wodurch die Klappen im Rahmen aufliegen und somit das Schwenken der Klappen nur auf einer (Vorder-) Seite des Rahmens und auf derselben (Vorder-) Seite möglich ist.
Figur 2 zeigt einen schematischen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Doppelklappenarmatur 10 (Das Armaturengehäuse, die Schwenkantriebsvorrichtung und das Federelement sind nicht abgebildet). Vorliegend ist der Klappenrahmen 11 ringförmig ausgebildet, wobei die erste Klappe 22.1 und zweite Klappe 22.2 in Schließstellung im Klappenrahmen gasdicht einfasst sind. Die Klappenblätter der ersten Klappe 22.1 und der zweiten Klappe 22.2 sind vorliegend als Halbkreis ausgebildet und schließen in Schließstellung (Fig.2B) zueinander gasdicht ab. Hierzu kann die erste Klappe und/oder die zweite Klappe ein erstes Dichtungselement (nicht gezeigt) entlang der Kontaktkante der Klappe zur jeweilig anderen Klappe aufweisen. Die Kontaktkante der Klappen liegt entlang einer fiktiven Kreisquerschnittslinie durch den Flächenmittelpunkt des Klappenrahmens. Figur 2A stellt exemplarisch die erste Klappe 22.1 in Öffnungsstellung bei einem Schwenkwinkel von 85° und die zweite Klappe 22.2 bei einem Schwenkwinkel von 45° dar. Bevorzugt beträgt der Schwenkwinkel in dieser Ausführungsform 0° bis 85°, vorzugsweise 0° bis 80°, um eine Überdehnung des Federelementes zu vermeiden.
Figuren 3 und 4 zeigen eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Doppelklappenarmatur 10 mit einem Armaturengehäuse 21, das als länglicher Hohlzylinder ausgeformt ist. In Schließstellung wird das Armaturengehäuse durch den Klappenrahmen 11, die erste Klappe 22.1 und die zweite Klappe 22.2 gasdicht abgeschlossen. Zur zusätzlichen Abdichtung kann der Klappenrahmen ein drittes Dichtungselement 29 aufweisen auf welchen die Klappen in Schließstellung aufliegen. Wie in Figur 4B gezeigt, weist die zweite Klappe 22.2 zudem ein erstes Dichtungselement 23 auf, welches entlang der Kontaktkante der zweiten Klappe zur ersten Klappe bündig angebracht ist und dazu ausgelegt ist in Schließstellung die zweite Klappe gegen die erste Klappe gasdicht abzuschließen. Mit anderen Worten bewirkt das erste Dichtungselement 23, dass der Spalt zwischen erster und zweiter Klappe in Schließstellung gasdicht geschlossen ist. In dieser Ausführungsform sind die erste Klappe 22.1 und die zweite Klappe 22.2 schwenkbar mit derselben Achse 25 verbunden. Die Achse 25 ist feststehend im Armaturengehäuse 21 angebracht und ist in der Y, Z-Spiegelebene des Klappenrahmens angeordnet. Das Federelement 24 ist als Schraubenfeder ausgebildet und ist um die Achse 25 gewickelt. Zudem weist die Schraubenfeder ein erstes Ende und ein zweites Ende auf, wobei das erste Ende mit der ersten Klappe 22.1 verbunden ist und das zweite Ende mit der zweiten Klappe 22.2 verbunden ist. In einem Öffnungsvorgang der Klappen hat dies zur Folge, dass die Federkraft zunimmt und in Richtung der Schließstellung wirkt. Die Doppelklappenarmatur weist zudem eine Seilwinde als regelbare Schwenkantriebsvorrichtung auf. Die Seilwinde umfasst eine Trommel 27, die drehbar im Armaturengehäuse gelagert ist und mit einem Aktuator 26 in Drehung versetzt werden kann. An der Trommel 27 sind ein erstes Seil 28.1 und ein zweites Seil 28.2 endständig befestigt. Das erste Seil ist mit einem Ende an der Trommel 27 befestigt und mit dem anderen Ende mit der ersten Klappe verbunden. Auch das zweite Seil ist mit einem Ende an der Trommel 27 befestigt und mit dem anderen Ende mit der zweiten Klappe verbunden. Die Klappen weisen für die Befestigung der Seile Arretierungselemente 42 auf, welche im maximalen Abstand zum Mittelpunkt der Trommel 27 am Klappenblatt angeordnet sind. Das Klappenblatt entspricht der größten Fläche der Klappe, ist der Trommel zugewandt und ist vorliegend halbkreisförmig ausgebildet. Wird die Trommel 27 durch den regelbaren Aktuator in Drehung versetzt, so wickeln sich das erste Seil 28.1 und das zweite Seil 28.2 simultan auf die Trommel 27 auf und schwenken somit die Klappen um die Achse 25 in die gewünschte Öffnungsposition.
Figur 5 zeigt eine alternative Ausführungsform der in den Figuren 3 und 4 abgebildeten Doppelklappenarmatur. Vorliegend ist die Trommel 27 mehrteilig ausgebildet und weist einen ersten Teil der Trommel 27.1 und einen zweiten Teil der Trommel 27.2 auf, welche über ein steuerbares Kupplungselement 40 mit reversiblen Modi, drehbar oder drehfest zueinander gekuppelt sind. Vorliegend ist das erste Seil 28.1 an einem Ende mit dem ersten Teil der Trommel 27.1 und mit dem anderen Ende an der ersten Klappe 22.1 verbunden. Das zweite Seil 28.2 ist hingegen an einem Ende mit dem zweiten Teil der Trommel 27.2 und mit dem anderen Ende an der zweiten Klappe 22.2 verbunden. Die mehrteilige Trommel wird vorzugsweise über einen Aktuator 26 in Drehung versetzt (Fig. 5A). Der erste Teil der Trommel und der zweite Teil der Trommel können in einer alternativen Ausführung auch durch je einen Aktuator 26 in Drehung versetzt werden (Fig. 5B).
Figur 6 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Doppelklappenarmatur 10 in der die erste Klappe 22.1 mit einer ersten Welle 33.1 verbunden ist und die zweite Klappe 22.2 mit einer zweiten Welle 33.2 verbunden. Die erste und zweite Welle sind im Klappenrahmen 11 und dem Armaturengehäuse 21 drehbar gelagert und weisen eine Zahnung auf. Die Wellen sind über ein Zahnradgetriebe 31 mit einer dritten Welle 32 gekuppelt. Ein Aktuator 26 (Elektromotor) ist mit der dritten Welle 32 verbunden und dazu ausgelegt eine Drehbewegung auf die dritte Welle zu übertragen. Die dritte Welle überträgt die so erfahrene Drehbewegung über das Zahnradgetriebe 31 auf die erste Welle 30.1 und die zweite Welle 30.2 und bewirkt somit die Schwenkbewegung der Klappen. Bezugszeichenliste
Doppelklappenarmatur
Klappenrahmen
Steg
Erste Klappe
Zweite Klappe
Armaturengehäuse
Erste Klappe
Zweite Klappe
Erstes Dichtungselement
Federelement
Achse
Aktuator
Trommel
Erster T eil der T rommel
Zweiter T eil der T rommel
Erstes Seil
Zweites Seil
Drittes Dichtungselement
Erste Welle
Zweite Welle
Dritte Welle
Zahnradgetriebe steuerbares Kupplungselement
Arretierungselement

Claims

Patentansprüche Doppelklappenarmatur (10) für einen Direct-Air-Capture-Reaktor, umfassend: ein Armaturengehäuse (21) mit einem Klappenrahmen (11), wobei der Klappenrahmen (11) mit der Innenwand des Armaturengehäuses umlaufend abschließt; eine erste Klappe (14.1; 22.1) und eine zweite Klappe (14.2; 22.2), die in einer Schließstellung in den Klappenrahmen gasdicht eingefasst sind, wobei die erste Klappe und die zweite Klappe derart schwenkbar gelagert sind, dass in einem Öffnungsvorgang sich der Abstand zwischen dem Flächenmittelpunkt der ersten Klappe und dem Flächenmittelpunkt der zweiten Klappe verringert; ein Federelement (24), das mit mindestens einer der ersten Klappe und der zweiten Klappe verbunden ist, wobei das Federelement in Schließstellung mindestens einer der ersten Klappe und der zweiten Klappe vorgespannt ist und dessen Federkraft auf mindestens eine der ersten Klappe und zweiten Klappe in Richtung der Schließstellung wirkt; und eine regelbare Schwenkantriebsvorrichtung, die mit mindestens einer der ersten Klappe und zweiten Klappe verbunden ist um diese zu schwenken. Doppelklappenarmatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Klappe (14.1; 22.1) und die zweite Klappe (14.2; 22.2) mit einer Achse (25) schwenkbar verbunden sind, wobei die Achse im Armaturengehäuse oder im Klappenrahmen angebracht ist. Doppelklappenarmatur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Klappe (22.1) und die zweite Klappe (22.2) mit derselben Achse (25) schwenkbar verbunden sind. Doppelklappenarmatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppelklappenarmatur (10) eine erste Welle (30.1) und eine zweite Welle (30.2) aufweist, und die erste Klappe (14.1 ;22.1) mit der ersten Welle (30.1) verbunden ist und die zweite Klappe (14.2; 22.2) mit der zweiten Welle (30.2) verbunden ist. Doppelklappenarmatur nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Klappe (22.1) und/oder die zweite Klappe (22.2) ein Dichtungselement (23) aufweist, welches in Schließstellung beider Klappen einen Teil der ersten Klappe gegen einen Teil der zweiten Klappe gasdicht abschließt. Doppelklappenarmatur nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die regelbare Schwenkantriebsvorrichtung eine Seilwinde ist, die eine Trommel (27) und mindestens ein Seil (28.1, 28.2) umfasst, wobei die Trommel (27) im Armaturengehäuse (21) gelagert ist, und das Seil (28.1, 28.2) mit seinem ersten Ende mit der Trommel (27) verbunden ist und mit seinem zweiten Ende mit einer der ersten Klappe (22.1) oder zweiten Klappe (22.2) verbunden ist. Doppelklappenarmatur nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Seilwinde ein erstes Seil (28.1) und ein zweites Seil (28.2) aufweist, wobei das erste Seil (28.1) mit der Trommel (27) und der ersten Klappe (22.1) verbunden ist und das zweite Seil (28.2) mit der Trommel (27) und der zweiten Klappe (22.2) verbunden ist. Doppelklappenarmatur nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die im Armaturengehäuse (21) gelagerte Trommel (27) einen ersten Teil der Trommel (27.1) und einen zweiten Teil der Trommel (27.2) aufweist, die über eine steuerbare Kupplungseinheit (40) zueinander drehbar verbunden sind, wobei die steuerbare Kupplungseinheit (40) dazu ausbildet ist, reversibel den ersten Teil der Trommel (27.1) und den zweiten Teil der Trommel (27.2) zueinander drehfest zu verbinden. Doppelklappenarmatur nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Seilwinde ein erstes Seil (28.1) und ein zweites Seil (28.2) aufweist, wobei das erste Seil (28.1) mit dem ersten Teil der Trommel (27.1) und der ersten Klappe (22.1) verbunden ist und das zweite Seil (28.2) mit dem zweiten Teil der Trommel (27.2) und der zweiten Klappe (22.2) verbunden ist. Doppelklappenarmatur nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Seilwinde mindestens einen regelbaren Aktuator (26) umfasst, der mit der drehbar gelagerten Trommel (27) verbunden ist. Doppelklappenarmatur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die regelbare Schwenkantriebsvorrichtung ein Zahnradgetriebe (31), eine dritte Welle (32) und einen Aktuator (26) aufweist, wobei die erste Welle (30.1) und die zweite Welle (30.2) mit dem Zahnradgetriebe (31) gekuppelt sind und das Zahnradgetriebe (31) über die dritte Welle (32) mit dem Aktuator (26) gekuppelt ist. Doppelklappenarmatur nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (24) eine Torsionsfeder oder Biegefeder ist. Doppelklappenarmatur nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (24) eine Schraubenfeder mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende ist, wobei das erste Ende mit der ersten Klappe (14.1 ; 22.1) und das zweite Ende mit der zweiten Klappe (14.2; 22.2) verbunden ist. Doppelklappenarmatur nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die regelbare Schwenkantriebsvorrichtung mit der ersten Klappe und der zweiten Klappe verbunden ist, um diese unabhängig voneinander zu schwenken. Einen gasdicht verschließbaren Reaktor für ein Direct-Air-Capture-Verfahren, umfassend: ein Reaktorgehäuse mit einer Öffnung;
Mittel zum Erzeugen eines Unterdrucks im Reaktor;
Mittel zur Einstellung der Temperatur im Reaktor;
Innerhalb des Reaktorgehäuses angeordnete Mittel zur Abtrennung von Kohlenstoffdioxid; und eine Doppelklappenarmatur (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, welche in Kommunikation mit der Öffnung mit dem Reaktorgehäuse verbunden ist. Anlage für ein Direct-Air-Capture-Verfahren, umfassend den Reaktor nach Anspruch 15.
PCT/EP2023/071863 2022-08-09 2023-08-07 Doppelklappenarmatur für einen direct-air-capture-reaktor WO2024033326A1 (de)

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