ES2286372T3 - Valvula secuencial giratoria con placa de orificios flexible. - Google Patents
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Abstract
Conjunto de rotor y placa de orificios para su utilización en una válvula secuencial giratoria, que comprende: (a) un rotor (1) equipado para girar alrededor de un eje (5), en el que el rotor incluye una cara de rotor (7) perpendicular al eje (5), una serie de aberturas en la cara de rotor que incluyen una primera abertura (9) y una segunda abertura (11), y un paso (17) que se extiende entre la primera abertura y la segunda abertura que las dispone en comunicación fluida, en el que una o más de las aberturas en la cara de rotor (7) están dispuestas a una distancia radial seleccionada alrededor del eje; (b) una placa de orificios flexible (19) para su utilización entre el rotor (1) y el estátor (37) de dicha válvula secuencial giratoria, comprendiendo la placa de orificios un material flexible y teniendo una primera superficie (23), una segunda superficie (25), un eje (5) perpendicular a la segunda superficie (25), y una serie de orificios (21; 27) que se extienden a través de la placa de orificios (19) desde la primera superficie (23) hasta la segunda superficie (25), en la que uno o más de los orificios están dispuestos a una distancia radial seleccionada del eje (5), (c) medios de conexión deslizables axialmente que se extienden axialmente entre el rotor (1) y la primera superficie (23) de la placa de orificios flexible (19), de modo que el rotor y la placa de orificios pueden girar conjuntamente alrededor del eje (5); y (d) medios de estanqueización elásticos en contacto estanco con la primera superficie (23) de la placa de orificios flexible (19) y con la cara de rotor (7).
Description
Válvula secuencial giratoria con placa de
orificios flexible.
Las válvulas giratorias se utilizan ampliamente
en las industrias de proceso para dirigir fluidos desde una o más
fuentes del proceso hacia uno o más destinos del proceso en etapas
de proceso cíclicas repetibles. Estas válvulas, también denominadas
válvulas secuenciales giratorias, se utilizan en procesos cíclicos o
repetibles, tales como separación de gases por adsorción por cambio
de presión o temperatura, separación de líquidos por adsorción por
cambio de concentración, cromatografía de gases o líquidos, procesos
catalíticos regenerativos, sistemas de control secuenciales
neumáticos o hidráulicos, y otros procesos cíclicos.
Un tipo de válvula giratoria tiene una
configuración cilíndrica en la que unos cilindros interiores o
exteriores con unos orificios y unos cierres estancos situados de
manera adecuada giran uno con respecto a otro, de modo que los
orificios en los cilindros interior y exterior quedan alineados y/o
bloqueados en una secuencia cíclica predeterminada. Otro tipo de
válvula giratoria tiene una configuración circular plana, en la que
un rotor plano con orificios gira coaxialmente sobre un estátor
plano con orificios, de modo que los orificios en el estátor y en
el rotor quedan alineados o bloqueados en una secuencia cíclica
predeterminada. La estanqueización se obtiene normalmente mediante
el contacto directo de la cara de rotor plana que se desliza sobre
la cara de estátor plana. Es necesario un alto grado de precisión
en la fabricación de estas superficies planas, para evitar fugas
excesivas en las superficies en contacto. Normalmente, se utilizan
materiales rígidos, tales como metal, carbono, o cerámica, para los
rotores y los estatores, y el desgaste de las piezas o las
deformaciones provocadas por diferencias de temperatura provocarán
cambios en la forma de las superficies, permitiendo de este modo
que se produzcan fugas a través del cierre estanco formado entre las
superficies. Puede fijarse
una lámina de material deformable a la cara del rotor o del estátor para mejorar la estanqueización entre los mismos.
una lámina de material deformable a la cara del rotor o del estátor para mejorar la estanqueización entre los mismos.
Las válvulas circulares giratorias con una
configuración circular plana resultan especialmente útiles en
sistemas de adsorción por cambio de presión que utilizan múltiples
lechos de adsorción paralelos que funcionan en etapas cíclicas
solapadas, que incluyen etapas de suministro, ecualización de
presión, despresurización, purgado y represurización. A medida que
el tamaño y el rendimiento de un sistema de adsorción aumentan,
también aumentan los diámetros de las válvulas giratorias
circulares. A medida que estas válvulas aumentan de diámetro,
normalmente por encima de aproximadamente seis pulgadas, aumenta
progresivamente el coste de la mecanización de las superficies del
rotor y del estátor con el alto grado de planicidad necesario para
un cierre estanco a fluidos adecuado entre las caras del rotor y
del estátor. Además, los tamaños de válvula mayores aumentan el
problema de desviaciones de planitud provocadas por desgaste entre
las superficies, deformación térmica de las piezas en contacto,
tensiones internas de fabricación, o tensiones por la presión del
fluido que fluye a través de la válvula.
Estos problemas se tratan en las realizaciones
de la presente invención, tal como se describen a continuación y se
definen en las siguientes reivindicaciones, dando a conocer una
válvula giratoria mejorada que mitiga los problemas de
estanqueización provocados por las desviaciones de planitud debidas
a la fabricación del rotor y del estátor, y que también compensa el
desgaste y la deformación térmica durante el funcionamiento de la
válvula.
El documento WO 99/18378 da a conocer una
válvula de detención o de desviación multivía, no describiéndose en
el mismo que el elemento giratorio fijo comprenda un material
flexible para quedar alineado de manera uniforme con otra
superficie de otro elemento giratorio, tal como un rotor. El
documento US 6.063.161 está dirigido a la separación por adsorción
por cambio de presión (PSA) de una mezcla de gases, y da a conocer
válvulas de distribución giratorias para controlar los caudales de
volumen de flujos de gas. Las válvulas incluyen un rotor y un
estátor que están acoplados mutuamente en contacto deslizante de
manera estanca a fluidos en la superficie de la válvula, por tanto,
el documento US 6.063.161 no hace referencia a una placa de
orificios que comprende un material flexible. El documento GB
482955 describe una válvula piloto multivía giratoria en una planta
de tratamiento de aguas que incluye una placa rígida, aunque no da a
conocer una placa de orificios que comprende un material
flexible.
La presente invención se refiere a la
utilización de una placa de orificios flexible (19), según la
reivindicación 27, entre el rotor (1) y el estátor (37) de una
válvula secuencial giratoria, comprendiendo la placa de orificios
un material flexible y teniendo una primera superficie (23), una
segunda superficie (25), un eje (5) perpendicular a la segunda
superficie (25), y una serie de orificios (21; 27) que se extienden
a través de la placa de orificios (19) desde la primera superficie
(23) hasta la segunda superficie (25), en la que uno o más de los
orificios están dispuestos a una distancia radial seleccionada del
eje (5).
Adicionalmente, la presente invención se refiere
a un conjunto de rotor y placa de orificios, según la reivindicación
1, para su utilización en una válvula secuencial giratoria, que
comprende:
- (a)
- un rotor (1) equipado para girar alrededor de un eje (5), en el que el rotor incluye una cara (7) del rotor perpendicular al eje (5), una serie de aberturas en la cara de rotor que incluyen una primera abertura (9) y una segunda abertura (11), y un paso (17) que se extiende entre la primera abertura y la segunda abertura que las dispone en comunicación fluida, donde una
- (b)
- o más de las aberturas en la cara de rotor (7) están dispuestas a una distancia radial seleccionada alrededor del eje;
- (c)
- una placa de orificios flexible (19) para su utilización entre el rotor (1) y el estátor (37) de dicha válvula secuencial giratoria, comprendiendo la placa de orificios un material flexible y teniendo una primera superficie (23), una segunda superficie (25), un eje (5) perpendicular a la segunda superficie (25), y una serie de orificios (21; 27) que se extienden a través de la placa de orificios (19) desde la primera superficie (23) hasta la segunda superficie (25), en la que uno o más de los orificios están dispuestos a una distancia radial seleccionada del eje (5),
- (d)
- medios de conexión deslizables axialmente que se extienden axialmente entre el rotor (1) y la primera superficie (23) de la placa de orificios flexible (19), de modo que el rotor y la placa de orificios pueden girar conjuntamente alrededor del eje (5); y
- (e)
- medios de estanqueización elásticos en contacto estanco con la primera superficie (23) de la placa de orificios flexible (19) y con la cara de rotor (7).
La invención también trata sobre una válvula
secuencial giratoria, según la reivindicación 4, que comprende un
conjunto de rotor y placa de orificios según se define en la
reivindicación 1.
La invención también está dirigida a la
utilización de una válvula de producto secuencial giratoria, según
la reivindicación 15, en los extremos de producto de cuatro
recipientes de adsorción paralelos en un proceso de adsorción por
cambio de presión de cuatro lechos, teniendo cada recipiente unos
extremos de suministro y de producto, en la que la válvula se
define en la reivindicación 4.
En un aspecto adicional, la invención está
dirigida a la utilización de válvulas secuenciales giratorias,
según la reivindicación 22, en un conjunto de válvula secuencial
giratoria para un sistema de adsorción por cambio de presión que
utiliza una serie de recipientes de adsorción paralelos, teniendo
cada recipiente un extremo de suministro y un extremo de
producto.
La presente invención se refiere a una válvula
secuencial giratoria que comprende un rotor que tiene una cara de
rotor giratoria alrededor de un eje perpendicular a la cara de
rotor, en la que la cara de rotor tiene una serie de aberturas, una
o más de las cuales están dispuestas a una distancia radial
seleccionada del eje, y en la que el rotor incluye como mínimo un
paso que conecta como mínimo un par de la serie de aberturas. La
válvula incluye una placa de orificios flexible que comprende un
material flexible, que tiene un primer lado y un segundo lado, en
la que el primer lado está orientado hacia el rotor y puede
acoplarse al mismo, de modo que la placa de orificios flexible
puede hacerse girar coaxialmente por parte del rotor y puede moverse
axialmente con respecto al mismo, en la que la placa de orificios
flexible tiene una serie de orificios entre el primer y el segundo
lados, quedando dichos orificios alineados con las aberturas en la
cara de rotor. La válvula incluye además un estátor que tiene una
cara de estátor dispuesta coaxialmente con respecto al rotor y a la
placa de orificios flexible, en el que el segundo lado de la placa
de orificios flexible está en contacto giratorio deslizable estanco
con la cara de estátor, en el que la cara de estátor tiene una serie
de aberturas, algunas de las cuales están dispuestas a la distancia
radial seleccionada del eje, y en el que la serie de aberturas se
extienden como pasos a través del estátor.
La válvula secuencial giratoria puede comprender
además medios de restricción de flujo dispuestos en el paso que
conecta el par de aberturas para restringir la circulación de fluido
a través del paso.
En una realización de la invención, una posición
giratoria del rotor y de la placa de orificios alrededor del eje
dispone un par de aberturas en el estátor en comunicación fluida con
un par de aberturas en la placa de orificios flexible, con el par
de aberturas en la cara de rotor, y con el paso en el rotor que
conecta el par de aberturas en la cara de rotor. Otra posición
giratoria del rotor y de la placa de orificios alrededor del eje
dispone otro par de aberturas en el estátor en comunicación fluida
con el par de aberturas en la placa de orificios flexible, con el
par de aberturas en la cara de rotor, y con el paso en el rotor que
conecta el par de aberturas en la cara de rotor.
Uno o más de los orificios que se extienden a
través de la placa de orificios pueden ser ranuras con forma de
arco, formando cada una de ellas una vía de paso circunferencial
para la circulación de fluido entre una abertura en la cara de
rotor y una abertura en la cara de estátor.
Según la invención, una válvula secuencial
giratoria comprende:
- (a)
- un rotor equipado para girar alrededor de un eje, en el que el rotor incluye una cara de rotor perpendicular al eje, una serie de aberturas en la cara de rotor, una o más de las cuales están dispuestas a una distancia radial seleccionada del eje, y un paso que se extiende entre un par de las aberturas en la cara de rotor, que dispone el par de aberturas en comunicación fluida;
\newpage
- (b)
- una placa de orificios flexible que comprende un material flexible y que tiene una primera superficie, una segunda superficie, una serie de orificios que se extienden a través de la placa de orificios desde la primera superficie hasta la segunda superficie, en la que los orificios en la placa de orificios quedan alineados con las aberturas en el rotor;
- (c)
- medios de conexión deslizables axialmente que se extienden entre el rotor y la primera superficie de la placa de orificios flexible, de modo que el rotor y la placa de orificios pueden girar conjuntamente alrededor del eje;
- (d)
- medios de estanqueización elásticos en contacto estanco con la cara de rotor y en contacto estanco con la primera superficie de la placa de orificios flexible, donde los medios de estanqueización elásticos forman un cierre estanco que rodea cada abertura en la cara de rotor, y un cierre estanco que rodea cada orificio en la primera superficie de la placa de orificios flexible, de modo que cada abertura en la cara de rotor está en comunicación fluida con cada orificio alineado con esa abertura;
- (e)
- un estátor que tiene una cara de estátor dispuesta coaxialmente con respecto al rotor y a la placa de orificios flexible, en el que el segundo lado de la placa de orificios flexible está en contacto giratorio deslizable estanco con la cara de estátor, una serie de aberturas en la cara de estátor, algunas de las cuales están dispuestas a la distancia radial seleccionada del eje, y una serie de pasos que se extienden a través del estátor, extendiéndose cada paso a través del estátor desde cada una de las aberturas en la cara de estátor, respectivamente.
En esta realización, una posición giratoria del
rotor y de la placa de orificios alrededor del eje alinea un par de
orificios con un par de aberturas en la cara de estátor, otra
posición giratoria del rotor y de la placa de orificios alrededor
del eje alinea el par de orificios con otro par de aberturas en la
cara de estátor, y otra posición giratoria del rotor y de la placa
de orificios alrededor del eje bloquea una o más de las aberturas
en la cara de estátor.
Normalmente, la válvula secuencial giratoria
comprende medios de accionamiento giratorios para hacer girar el
rotor y la placa de orificios. Los medios de accionamiento
giratorios pueden accionarse para accionar el rotor y la placa de
orificios de manera continua a una velocidad giratoria constante, o
para posicionar el rotor y la placa de orificios de manera
discontinua en un ciclo giratorio repetible.
Los medios de conexión deslizables axialmente
que se extienden entre el rotor y la primera superficie de la placa
de orificios flexible pueden comprender pasadores de accionamiento
cilíndricos en la cara de rotor, que se acoplan a cavidades de
pasador de accionamiento cilíndricas en la primera superficie de la
placa de orificios. La válvula secuencial giratoria puede incluir
medios para presionar la cara de rotor contra los medios de
estanqueización
elásticos.
elásticos.
Los medios de estanqueización elásticos pueden
seleccionarse a partir del grupo que consiste en:
- (a)
- ranuras que rodean cada abertura en la primera superficie de la placa de orificios y juntas tóricas elásticas introducidas en las ranuras, donde las juntas tóricas sobresalen más allá de la primera superficie y entran en contacto de manera estanca con la cara de rotor rodeando cada abertura opuesta en la cara de rotor;
- (b)
- ranuras que rodean cada abertura en la cara de rotor y juntas tóricas elásticas introducidas en las ranuras, donde las juntas tóricas sobresalen más allá de la cara de rotor y entran en contacto de manera estanca con la primera superficie de la placa de orificios rodeando cada abertura opuesta en la placa de orificios;
- (c)
- una lámina de material elástico, que tiene un primer lado adyacente a la primera superficie de la placa de orificios y un segundo lado adyacente a la cara de rotor, en la que la lámina tiene aberturas que son similares en forma y tamaño a los orificios en la placa de orificios, y el primer y el segundo lados de la lámina tienen cada uno zonas en relieve que rodean cada abertura en la misma, que entran en contacto de manera estanca con la cara de rotor rodeando cada abertura opuesta en la misma, y que entran en contacto de manera estanca con la primera superficie alrededor de orificios opuestos en la placa de orificios;
- (d)
- zonas en relieve de material elástico fijadas a la primera superficie de la placa de orificios alrededor de cada orificio en la placa de orificios; y
- (e)
- zonas en relieve de material elástico fijadas a la cara de rotor alrededor de cada abertura en la cara de rotor.
La invención se refiere además a la utilización
de una placa de orificios flexible entre el rotor y el estátor de
una válvula secuencial giratoria, comprendiendo la placa de
orificios un material flexible y teniendo una primera superficie,
una segunda superficie, un eje perpendicular a la segunda
superficie, y una serie de orificios que se extienden a través de
la placa de orificios desde la primera superficie hasta la segunda
superficie, donde uno o más de los orificios están dispuestos a una
distancia radial seleccionada del eje. La placa de orificios puede
comprender además ranuras en la primera superficie de la misma,
donde cada ranura rodea una zona cerrada en la primera superficie,
algunas o todas las ranuras rodean los orificios, unas juntas
tóricas elásticas están introducidas en las ranuras, y las juntas
tóricas sobresalen más allá de la primera superficie de la placa de
orificios. La placa de orificios puede incluir como mínimo dos
cavidades de pasador de accionamiento para alojar de manera axial y
deslizante pasadores de accionamiento para hacer girar la placa de
orificios alrededor del eje.
Varias realizaciones de la invención incluyen
además un conjunto de rotor y placa de orificios para su utilización
en una válvula secuencial giratoria. El conjunto comprende un rotor
equipado para girar alrededor de un eje, en el que el rotor incluye
una cara de rotor perpendicular al eje, una serie de aberturas en la
cara de rotor que incluyen una primera abertura y una segunda
abertura, y un paso que se extiende entre la primera abertura y la
segunda abertura que las dispone en comunicación fluida, en el que
una o más de las aberturas en la cara de rotor están dispuestas a
una distancia radial seleccionada alrededor del eje. El conjunto
incluye una placa de orificios flexible que tiene una primera
superficie, una segunda superficie, una serie de orificios que se
extienden a través de la placa, que incluyen un primer y un segundo
orificios, en la que la primera abertura en la cara de rotor queda
alineada con el primer orificio en la placa de orificios, y la
segunda abertura en la cara de rotor queda alineada con el segundo
orificio en la placa de orificios. El conjunto comprende además
medios de conexión deslizables axialmente que se extienden
axialmente entre el rotor y la primera superficie de la placa de
orificios flexible, de modo que el rotor y la placa de orificios
pueden girar conjuntamente alrededor del eje, y unos medios de
estanqueización elásticos en contacto estanco con la primera
superficie de la placa de orificios flexible y con la cara de
rotor.
Otras realizaciones de la invención incluyen una
válvula de producto secuencial giratoria para su utilización en los
extremos de producto de cuatro recipientes de adsorción paralelos en
un proceso de adsorción por cambio de presión de cuatro lechos, en
el que cada recipiente tiene unos extremos de suministro y de
producto. La válvula comprende:
- (a)
- un rotor equipado para girar alrededor de un eje, en el que el rotor incluye una cara de rotor perpendicular al eje; siete aberturas en la cara de rotor, donde una primera abertura interseca con el eje y las otras seis aberturas están dispuestas a una distancia radial seleccionada del eje; un paso que se extiende entre la primera abertura y una segunda abertura, un paso que se extiende entre la primera abertura y una tercera abertura, un paso que se extiende entre una cuarta abertura y una quinta abertura, y un paso que se extiende entre una sexta abertura y una séptima abertura, respectivamente, disponiendo de este modo la primera, segunda y tercera aberturas en comunicación fluida, la cuarta y quinta aberturas en comunicación fluida, y la sexta y séptima aberturas en comunicación fluida;
- (b)
- una placa de orificios flexible, que comprende un material flexible y que tiene una primera superficie, una segunda superficie, y seis orificios que se extienden a través de la placa de orificios, en la que los orificios en la placa de orificios y las aberturas en la cara de rotor quedan alineados y en comunicación fluida tal como sigue: un primer orificio con la primera abertura, un segundo orificio con la segunda y séptima aberturas, un tercer orificio con la tercera abertura, un cuarto orificio con la cuarta abertura, un quinto orificio con la quinta abertura, y un sexto orificio con la sexta abertura;
- (c)
- medios de conexión deslizables axialmente, que se extienden entre el rotor y la primera superficie de la placa de orificios flexible, de modo que el rotor y la placa de orificios pueden girar conjuntamente alrededor del eje;
- (d)
- medios de estanqueización elásticos en contacto estanco con la primera superficie de la placa de orificios flexible y con la cara de rotor, donde los medios de estanqueización elásticos cierran de manera estanca el primer orificio con la primera abertura, el segundo orificio con la segunda y séptima aberturas, el tercer orificio con la tercera abertura, el cuarto orificio con la cuarta abertura, el quinto orificio con la quinta abertura, y el sexto orificio con la sexta abertura, respectivamente; y
- (e)
- un estátor, que tiene una cara de estátor en contacto estanco y deslizable con la segunda superficie de la placa de orificios flexible y dispuesta coaxialmente con respecto al rotor y a la placa de orificios; cinco aberturas en la cara de estátor, donde una primera abertura interseca con el eje y las otras cuatro aberturas están dispuestas a la distancia radial seleccionada del eje; y cinco pasos que se extienden a través del estátor desde cada una de las cinco aberturas en la cara de estátor, respectivamente, donde la primera abertura en la cara de estátor está en comunicación fluida a través de un primer paso con una línea de suministro de producto, y donde cada una de las otras cuatro aberturas en la cara de estátor está en comunicación fluida a través de cada uno de los otros pasos con el extremo de producto de un primer, un segundo, un tercer y un cuarto recipientes de adsorción, respectivamente.
Esta válvula de producto secuencial giratoria
puede funcionar de modo que:
- (1)
- en una primera posición giratoria del rotor y de la placa de orificios alrededor del eje, las aberturas en el rotor, los orificios en la placa de orificios, y las aberturas en el estátor quedan alineados para disponer el extremo de producto del primer recipiente de adsorción en comunicación fluida con la línea de suministro de producto, y con el extremo de producto del segundo recipiente de adsorción, y para disponer los extremos de producto del tercer y cuarto recipientes de adsorción en comunicación fluida; y
- (2)
- en una segunda posición giratoria del rotor y de la placa de orificios alrededor del eje, las aberturas en el rotor, los orificios en la placa de orificios, y las aberturas en el estátor quedan alineados para disponer el extremo de producto del primer recipiente de adsorción en comunicación fluida con la línea de suministro de producto y con el extremo de producto del segundo recipiente de adsorción, y para disponer los extremos de producto del segundo y cuarto recipientes de adsorción en comunicación fluida.
La válvula de producto secuencial giratoria
puede comprender además un eje de accionamiento equipado para hacer
girar el rotor alrededor del eje, un alojamiento de válvula fijado
de manera estanca al estátor, en la que el alojamiento de válvula
rodea el rotor, la placa de orificios y los medios de
estanqueización elásticos, y en la que el eje de accionamiento pasa
a través del alojamiento de válvula y forma un cierre estanco de
manera giratoria con el alojamiento, de modo que el alojamiento
tiene un interior estanco a fluidos.
En una realización relacionada, la invención
incluye una válvula de suministro secuencial giratoria para su
utilización en los extremos de suministro de cuatro recipientes de
adsorción paralelos en un proceso de adsorción por cambio de
presión de cuatro lechos, teniendo cada recipiente unos extremos de
suministro y de producto. La válvula comprende:
- (a)
- un rotor equipado para girar alrededor de un eje, en el que el rotor incluye una cara de rotor perpendicular al eje, dos aberturas en la cara de rotor, donde una primera abertura interseca con el eje y una segunda abertura está dispuesta a una distancia radial seleccionada del eje, y un paso que se extiende entre la primera y la segunda aberturas para disponer la primera y segunda aberturas en comunicación fluida;
- (b)
- una placa de orificios flexible, que comprende un material flexible y que tiene una primera superficie, una segunda superficie, y tres orificios que se extienden a través de la placa de orificios, en la que un primer orificio en la placa de orificios queda alineado y en comunicación fluida con la primera abertura en la cara de rotor, y un segundo orificio en la placa de orificios queda alineado y en comunicación fluida con la segunda abertura en la cara de rotor;
- (c)
- medios de conexión deslizables axialmente, que se extienden entre el rotor y la primera superficie de la placa de orificios flexible, de modo que el rotor y la placa de orificios pueden girar conjuntamente alrededor del eje;
- (d)
- medios de estanqueización elásticos en contacto estanco con la primera superficie de la placa de orificios flexible y con la cara de rotor, donde los medios de estanqueización elásticos cierran de manera estanca el primer orificio con la primera abertura, y el segundo orificio con la segunda abertura, respectivamente; y
- (e)
- un estátor, que tiene una cara de estátor en contacto estanco y deslizable con la segunda superficie de la placa de orificios flexible y dispuesta coaxialmente con respecto al rotor y a la placa de orificios; cinco aberturas en la cara de estátor, donde una primera abertura interseca con el eje y las otras cuatro aberturas están dispuestas a la distancia radial seleccionada del eje; y cinco pasos, extendiéndose cada paso a través del estátor desde cada una de las cinco aberturas en la cara de estátor, respectivamente, donde la primera abertura en la cara de estátor está en comunicación fluida a través de un primer paso con una línea de descarga de desecho, y donde cada una de las otras cuatro aberturas en la cara de estátor está en comunicación fluida a través de cada uno de los otros pasos con el extremo de suministro de un primer, un segundo, un tercer y un cuarto recipientes de adsorción, respectivamente.
La válvula de suministro secuencial giratoria
puede comprender además un eje de accionamiento equipado para hacer
girar el rotor alrededor del eje, un alojamiento de válvula fijado
de manera estanca al estátor, en la que el alojamiento de válvula
rodea el rotor, la placa de orificios, y los medios de
estanqueización elásticos, y en la que el eje de accionamiento pasa
a través del alojamiento de válvula y forma un cierre estanco de
manera giratoria con el alojamiento, de modo que el alojamiento
tiene un interior estanco a fluidos, y una línea de entrada de
suministro conectada al alojamiento en comunicación fluida con el
interior estanco a fluidos.
En la válvula de suministro secuencial
giratoria, la placa de orificios puede ser circular, y puede
formarse un tercer orificio en la placa de orificios retirando una
parte de una zona de la placa de orificios que se extiende desde la
periferia de la placa de orificios hasta una distancia radial del
eje, que es menor que la distancia radial seleccionada, y en la que
el tercer orificio está en comunicación fluida directa con el
interior del alojamiento de válvula.
La válvula de suministro secuencial giratoria
puede funcionar de modo que:
- (1)
- en una primera posición giratoria del rotor y de la placa de orificios alrededor del eje, las aberturas en el rotor, los orificios en la placa de orificios, y las aberturas en el estátor quedan alineados para disponer el extremo de suministro del primer recipiente de adsorción en comunicación fluida con la línea de entrada de suministro, y para disponer el extremo de suministro del tercer recipiente de adsorción en comunicación fluida con la línea de descarga de desecho; y
- (2)
- en una segunda posición giratoria del rotor y de la placa de orificios alrededor del eje, las aberturas en el rotor, los orificios en la placa de orificios, y las aberturas en el estátor quedan alineados para disponer el extremo de suministro del segundo recipiente de adsorción en comunicación fluida con la línea de entrada suministro, y para disponer el extremo de suministro del cuarto recipiente de adsorción en comunicación fluida con la línea de descarga de desecho.
Otra realización de la invención incluye un
conjunto de válvula secuencial giratoria para un sistema de
adsorción por cambio de presión que utiliza una serie de
recipientes de adsorción paralelos, teniendo cada recipiente un
extremo de suministro y un extremo de producto, en el que el
conjunto de válvula secuencial giratoria comprende:
(1) una válvula de suministro secuencial
giratoria, que comprende:
- (a)
- un rotor, que tiene una cara de rotor giratoria alrededor de un eje perpendicular a la cara de rotor y un eje de accionamiento coaxial, en el que la cara de rotor tiene una serie de aberturas, una o más de las cuales están dispuestas a una distancia radial seleccionada del eje, y en el que el rotor incluye un paso que conecta un par de las aberturas;
- (b)
- una placa de orificios flexible, que comprende un material flexible y que tiene un primer lado y un segundo lado, en la que el primer lado se acopla al rotor de modo que la placa de orificios flexible puede hacerse girar coaxialmente por parte del rotor y puede moverse axialmente con respecto al mismo, en la que la placa de orificios flexible tiene una serie de orificios entre el primer y el segundo lados, y en la que dos de los orificios quedan alineados con las aberturas en la cara de rotor; y
- (c)
- un estátor, que tiene una cara de estátor dispuesta coaxialmente con respecto al rotor y a la placa de orificios flexible, en el que el segundo lado de la placa de orificios flexible está en contacto giratorio deslizable estanco con la cara de estátor, en el que la cara de estátor tiene una serie de aberturas, algunas de las cuales están dispuestas a la distancia radial seleccionada del eje, en el que las aberturas se extienden como pasos a través del estátor, en el que una de las aberturas en la cara de estátor está en comunicación fluida con una línea de descarga de desecho, y en el que cada una de las otras aberturas en la cara de estátor está en comunicación fluida con el extremo de suministro de cada uno de la serie de recipientes de adsorción, respectivamente;
(2) una válvula de producto secuencial
giratoria, que comprende:
- (a)
- un rotor, que tiene una cara de rotor giratoria alrededor de un eje perpendicular a la cara de rotor y un eje de accionamiento coaxial, en el que la cara de rotor tiene una serie de aberturas, una o más de las cuales están dispuestas a una distancia radial seleccionada del eje, y en el que el rotor incluye un paso que conecta un par de las aberturas;
- (b)
- una placa de orificios flexible, que comprende un material flexible y que tiene un primer lado y un segundo lado, en la que el primer lado se acopla al rotor de modo que la placa de orificios flexible puede hacerse girar coaxialmente por parte del rotor y puede moverse axialmente con respecto al mismo, en la que la placa de orificios flexible tiene una serie de orificios entre el primer y el segundo lados, y en la que los orificios quedan alineados con las aberturas en la cara de rotor; y
- (c)
- un estátor, que tiene una cara de estátor dispuesta coaxialmente con respecto al rotor y a la placa de orificios flexible, en el que el segundo lado de la placa de orificios flexible está en contacto giratorio deslizable estanco con la cara de estátor, en el que la cara de estátor tiene una serie de aberturas, algunas de las cuales están dispuestas a la distancia radial seleccionada del eje, en el que las aberturas se extienden como pasos a través del estátor, en el que una de las aberturas en la cara de estátor está en comunicación fluida con una línea de suministro de producto, y en el que cada una de las otras aberturas en la cara de estátor está en comunicación fluida con el extremo de producto de cada uno de la serie de recipientes de adsorción, respectivamente; y
(3) medios de accionamiento giratorios para
hacer girar el eje de accionamiento de la válvula de suministro
secuencial giratoria y el eje de accionamiento de la válvula de
producto secuencial giratoria.
Los medios de accionamiento giratorios pueden
comprender un sistema accionado por motor que hace girar los ejes
de accionamiento de la válvula de producto secuencial giratoria y de
la válvula de suministro secuencial giratoria. El sistema accionado
por motor puede hacer girar los ejes de accionamiento de la válvula
de producto secuencial giratoria y de la válvula de suministro
secuencial giratoria a la misma velocidad. Los ejes de
accionamiento de la válvula de producto secuencial giratoria y de la
válvula de suministro secuencial giratoria pueden formar un eje de
accionamiento único. La válvula de suministro secuencial giratoria
puede comprender además un eje de accionamiento equipado para hacer
girar el rotor alrededor del eje, un alojamiento de válvula fijado
de manera estanca al estátor, donde el alojamiento de válvula rodea
el rotor, la placa de orificios y los medios de estanqueización
elásticos, donde el eje de accionamiento pasa a través del
alojamiento de válvula y forma un cierre estanco de manera
giratoria con el alojamiento, de modo que el alojamiento tiene un
interior estanco a fluidos, y una línea de entrada de suministro
conectada al alojamiento en comunicación fluida con el interior
estanco a fluidos.
La figura 1 es una sección transversal
esquemática, que ilustra una realización de una válvula secuencial
giratoria de la presente invención.
La figura 2A es una tabla de ciclos de un
proceso de adsorción por cambio de presión, a título de ejemplo,
que puede llevarse a cabo en un equipo de proceso utilizando
realizaciones de las válvulas secuenciales giratorias de la
presente invención.
La figura 2B es un diagrama esquemático de
cuatro recipientes de adsorción en una de las etapas del proceso de
la tabla de ciclos de la figura 2A.
La figura 2C es un diagrama esquemático de
cuatro recipientes de adsorción en otra de las etapas del proceso
de la tabla de ciclos de la figura 2A.
La figura 3 es una vista con las piezas
desmontadas, esquemática, de una válvula de producto secuencial
giratoria, a título de ejemplo, de la presente invención.
La figura 4 es una vista con las piezas
desmontadas, esquemática, alternativa, más detallada, de la válvula
de producto secuencial giratoria, a título de ejemplo, de la figura
3.
La figura 5 es una vista con las piezas
desmontadas, esquemática, de una válvula de suministro secuencial
giratoria, a título de ejemplo, de la presente invención.
La figura 6A muestra una vista de la placa de
orificios de la válvula de producto secuencial giratoria de las
figuras 3 y 4, durante una de las etapas del proceso de la tabla de
ciclos de la figura 2A.
La figura 6B muestra una vista de la placa de
orificios de una válvula de suministro secuencial giratoria de la
figura 5, durante la misma etapa de proceso mostrada en la figura
6A.
La figura 7A muestra otra vista de la placa de
orificios de la válvula de producto secuencial giratoria de las
figuras 3 y 4, durante otra de las etapas del proceso de la tabla de
ciclos de la figura 2A.
La figura 7B muestra una vista de la placa de
orificios de la válvula de suministro secuencial giratoria de la
figura 5, durante la misma etapa de proceso mostrada en la figura
7A.
La figura 8 es un diagrama esquemático que
muestra la integración de una válvula de suministro secuencial
giratoria y una válvula de producto secuencial giratoria con cuatro
lechos de adsorción de un sistema de adsorción por cambio de
presión.
La figura 9 es una vista en sección transversal
de un conjunto de válvula secuencial giratoria, a título de
ejemplo, de la presente invención.
Las válvulas secuenciales giratorias, en las que
un rotor plano con orificios gira coaxialmente sobre un estátor
plano con orificios, en las que los orificios del estátor y del
rotor quedan alineados o bloqueados en una secuencia cíclica
predeterminada, se utilizan para dirigir fluidos en procesos
cíclicos que tienen una serie de etapas repetibles. Las
realizaciones de la presente invención están dirigidas a válvulas
secuenciales giratorias que utilizan una placa de orificios
flexible dispuesta entre el estátor y el rotor de la válvula
secuencial giratoria. La placa de orificios flexible, que está
hecha de material flexible, está conectada al rotor y gira mediante
el mismo, de modo que una cara plana en un lado de la placa de
orificios gira de manera deslizante y estanca sobre la cara de
estátor plana. El otro lado de la placa de orificios está en
contacto con la cara de rotor, de modo que las aberturas u
orificios en la cara de rotor quedan alineados con los orificios en
la placa de orificios, y en comunicación fluida y estanca con los
mismos. Los orificios en la placa de orificios se alinean
secuencialmente con las aberturas en la cara de estátor cuando el
rotor y la placa de orificios giran conjuntamente, y se obtiene un
cierre estanco en la interfaz entre la placa de orificios y la cara
de estátor, por el contacto entre el material flexible de la placa
de orificios y el estátor cuando las dos piezas se deslizan una con
respecto a otra.
La figura 1 muestra una vista en sección, con
las piezas desmontadas, que ilustra una sección transversal central
de una realización, a título de ejemplo, de la válvula secuencial
giratoria. Un rotor (1) está fijado a un eje de accionamiento (3)
que hace girar el rotor alrededor del eje (5). El rotor puede estar
hecho de metal, cerámica, carbono u otro material rígido compatible
con el fluido que circula a través de la válvula. La cara de rotor
(7) tiene una abertura (9) que interseca con el eje (5) y tiene una
abertura (11) a una distancia radial seleccionada del eje (5). Un
orificio vertical (13), un orificio vertical (15), y un orificio
horizontal (17) forman una vía de paso interna que conecta las
aberturas (9) y (11) y las dispone en comunicación fluida. Puede
utilizarse un tapón (16) para cerrar el extremo exterior del
orificio horizontal (17). El paso formado por el orificio
horizontal (17) puede incluir medios de restricción de flujo (no
mostrados), tales como un conjunto de orificio, para restringir o
controlar la circulación de fluido a través del orificio. Pueden
utilizarse otros medios de restricción de flujo alternativos para
controlar la circulación de fluido a través del paso, tales como,
por ejemplo, una válvula de control de flujo ajustable. El rotor
puede tener aberturas y pasos adicionales (no mostrados), tal como
se describe más adelante, y los mismos pueden incluir además medios
de restricción de flujo. En una realización, como mínimo dos
pasadores de accionamiento (18) se extienden desde la cara de rotor
(7).
La cara de rotor (7) es perpendicular al eje (3)
y al eje (5) y, preferentemente, es esencialmente plana, lo que
significa que la cara está fabricada para ser lo más plana posible,
utilizando métodos de mecanización y de esmerilado convencionales.
No son necesarios métodos de fabricación avanzados, tales como el
bruñido u otros procesos altamente especializados y caros, para
obtener una extrema planitud. La cara de rotor deberá tener un
acabado suficientemente liso como para que puedan formarse cierres
estancos a fluidos alrededor de las aberturas en la cara de rotor,
tal como se describe más adelante.
Como realización alternativa al paso interno
formado por el orificio vertical (13), el orificio vertical (15), y
el orificio horizontal o paso (17) para conectar las aberturas (9) y
(11), el rotor puede estar diseñado y fabricado de modo que el
orificio (11) y el orificio (13) pasen a través de la parte superior
del rotor, el orificio horizontal o paso (17) no se utilice, y el
orificio (11) y el orificio (13) estén conectados por un paso o
conducto exterior. Esta alternativa puede resultar deseable si el
número y orientación de los pasos internos complica las etapas de
mecanización en la fabricación del rotor. Estos pasos o conductos
externos alternativos pueden incluir medios de restricción de
flujo, tales como un conjunto de orificio, para controlar la
circulación de fluido a través del orificio. Pueden utilizarse otros
medios de restricción de flujo alternativos para restringir o
controlar la circulación de fluido a través del paso, tales como,
por ejemplo, una válvula de control de flujo ajustable.
Una placa de orificios (19) está dispuesta
adyacente a la cara de rotor (7) y tiene un orificio central (21)
que pasa a través de la placa de orificios, desde un primer lado o
superficie (23) hasta un segundo lado o superficie (25). El
orificio (21) interseca con el eje (5) y está dispuesto de manera
axialmente opuesta, o alineado, con respecto la abertura (9). Un
orificio (27), dispuesto a una distancia radial seleccionada del
eje (5), se extiende a través de la placa de orificios, desde un
primer lado o superficie (23) hasta un segundo lado o superficie
(25). Este orificio puede tener forma de arco, tal como se describe
más adelante. El orificio (27) está dispuesto de manera opuesta, o
alineado, con respecto a la abertura (11). Un orificio y una
abertura en la cara de rotor quedan alineados por definición cuando
están en comunicación fluida, es decir, cuando un fluido puede
circular directamente entre un orificio y una abertura
alineados.
La placa de orificios flexible (19) está fijada
al rotor (1), de modo que la placa de orificios puede girar
alrededor del eje (5) mediante el rotor (1), y la misma puede
moverse axialmente con respecto al rotor. Puede utilizarse
cualquier medio para fijar la placa de orificios (19) al rotor (1) o
a la cara de rotor (7), siempre que los medios de fijación permitan
un movimiento axial de la placa de orificios con respecto al rotor.
Los medios de fijación pueden definirse también como medios de
fijación deslizables axialmente, uno de los cuales se muestra en la
figura 1, en los que la superficie (23) de la placa de orificios
(19) puede tener como mínimo dos cavidades de pasador de
accionamiento (29), dispuestas para alojar de manera deslizante unos
pasadores de accionamiento (18) cuando la cara de rotor (7) se
mueve axialmente hacia la primera superficie (23) de la placa de
orificios (19). Estos pasadores hacen girar la placa de orificios,
al mismo tiempo que permiten que la misma se mueva axialmente con
respecto al rotor (1). Pueden utilizarse otros medios de fijación
deslizables axialmente que estén dentro del ámbito de las
realizaciones de la presente invención. Por ejemplo, la placa de
orificios puede fijarse al rotor utilizando tornillos dispuestos en
rebajes que no sujeten la placa de orificios firmemente al rotor,
sino que permitan que la misma se mueva axialmente con respecto al
rotor, y eviten que la placa de orificios se separe del mismo.
La placa de orificios (19) está hecha
preferentemente de un material con un módulo de elasticidad
reducido, y tiene un grosor tal que es flexible con respecto a los
materiales del rotor y del estátor. El material de la placa de
orificios deberá tener un coeficiente de rozamiento reducido con
respecto al material del estátor, y deberá ser compatible con el
fluido que circula a través de la válvula. Un material adecuado para
la placa de orificios puede seleccionarse a partir de materiales
tales como, por ejemplo, politetrafluoroetileno (PTFE), PTFE con
carga de carbono o bronce, polioximetileno o acetal (por ejemplo,
Delrin®), nylon o polieteretercetona (PEEK). La placa de orificios
deberá tener un grado de flexibilidad adecuado, de modo que pueda
adaptarse a cualquier desviación de planitud de la cara de estátor,
tal como se describe más adelante. El grado de flexibilidad de la
placa de orificios es una función del módulo del material de la
placa de orificios y del grosor de la misma. En una realización
típica, el grosor de la placa de orificios puede estar en el
intervalo de 1/16 a 1/2 de pulgada.
Cada una de las aberturas de orificio en la
primera superficie (23) de la placa de orificios (19) está rodeada
por medios de estanqueización elásticos, que cierran de manera
estanca la abertura de orificio con una abertura opuesta en la cara
de rotor (7). Preferentemente, los medios de estanqueización
elásticos comprenden un material elástico que entra en contacto de
manera estanca con la cara de rotor (7), y que puede fijarse de
manera estanca a la placa de orificios (19), o estar en contacto
estanco con la misma. Preferentemente, el material elástico permite
un ligero movimiento axial de la placa de orificios (19) con
respecto a la cara de rotor (7) cuando la primera superficie (23) y
la cara de rotor (7) son presionadas conjuntamente haciéndolas
entrar en contacto contra los medios de estanqueización elásticos.
Normalmente, la primera superficie (23) de la placa de orificios
(19) no entra en contacto con la cara de rotor (7).
En una realización de los medios de
estanqueización elásticos, mostrada en la figura 1, se practican
unas ranuras en la primera superficie (23) alrededor de los
orificios (21) y (27) en la placa de orificios (19). Se introducen
unas juntas tóricas (31) y (33) en las ranuras alrededor de los
orificios (21) y (27), respectivamente, y la profundidad de las
ranuras es menor que el diámetro de la sección transversal de las
juntas tóricas, de modo que las juntas tóricas sobresalen por
encima o más allá de la primera superficie (23), tal como se
muestra. La cara de rotor (7) presiona contra las juntas tóricas
(31) y (33) (y, opcionalmente, contra las otras juntas tóricas no
mostrados en este caso), presionando a su vez la segunda superficie
plana (25) de la placa de orificios (19) contra la cara de estátor
plana (35). La compresión de las juntas tóricas es del orden de
decenas de milésimas de pulgada, de modo que es mucho mayor que el
tamaño de cualquier desviación de planitud de la cara de estátor
(35). El material flexible de la placa de orificios (19) se adapta a
cualquier imperfección de planitud en la cara de estátor (35)
mientras el mismo se desliza en un movimiento giratorio sobre la
cara de estátor (35), manteniendo de este modo un cierre estanco a
fluidos. Aunque esta realización se ha descrito para juntas tóricas
que tienen una sección transversal circular, pueden utilizarse
juntas tóricas con otras formas de sección transversal, según se
desee.
Las juntas tóricas pueden estar hechas de
cualquier material adecuado con una elasticidad suficiente, y
compatible con el fluido que circula a través de válvula.
Materiales a título de ejemplo que pueden utilizarse para las
juntas tóricas incluyen, por ejemplo, caucho nitrílico, neopreno,
etileno propileno, y fluoroelastómeros, tales como Viton®.
Las juntas tóricas (31) y (33) tienen diversas
funciones, debido a sus propiedades elásticas. En primer lugar,
fuerzan la segunda superficie (25) de la placa de orificios (19)
contra la cara de estátor (35); en segundo lugar, mantienen un
cierre estanco en la primera superficie (23) alrededor de los
orificios en la placa de orificios, y en la cara de rotor (7)
alrededor de las aberturas (9) y (11); en tercer lugar, evitan fugas
entre la cara de rotor (7) y la primera superficie (23) de la placa
de orificios (19) cuando dicha placa de orificios flexiona con
respecto a la cara de estátor (35); y en cuarto lugar, permiten que
la placa de orificios (19) se mueva ligeramente en dirección axial
con respecto al estátor (37) para compensar el desgaste de la
segunda superficie (25) cuando la placa de orificios (19) gira
contra la cara de estátor (35). Este movimiento axial también puede
compensar la deformación de la cara de estátor (35), que puede ser
provocada por gradientes térmicos o por cargas de presión de
fluido.
En una realización alternativa, las ranuras
podrían practicarse en la cara de rotor (7), alrededor de las
aberturas (9) y (11) (no mostradas) en lugar de practicarse en la
placa de orificios (19), tal como se ha descrito anteriormente. De
este modo, las juntas tóricas irían montadas en el rotor, y
presionarían contra la primera superficie (23) de la placa de
orificios (19). Los pasadores de accionamiento (18) se acoplarían a
las cavidades de pasador de accionamiento (29), tal como se ha
descrito anteriormente. En otra realización, los medios de
estanqueización elásticos pueden comprender una lámina de material
elástico con un primer lado adyacente a la primera superficie (23)
de la placa de orificios y un segundo lado adyacente a la cara de
rotor (7). En esta realización, la lámina tendría unas aberturas
con una forma y tamaño similares a los orificios en la placa de
orificios, y el primer y segundo lados de la lámina tendrían cada
uno unas zonas en relieve que rodean cada abertura, que entran en
contacto de manera estanca con la cara de rotor (7), rodeando cada
abertura opuesta en la cara de rotor, y que entran en contacto de
manera estanca con la primera superficie (23), alrededor de los
orificios opuestos en la placa de orificios. De manera alternativa,
los medios de estanqueización elásticos pueden comprender zonas en
relieve de material elástico unidas o fijadas a la primera
superficie (23) de la placa de orificios (19), alrededor de cada
orificio en la misma, o zonas en relieve de material elástico
unidas o fijadas a la cara de rotor (7), alrededor de cada abertura
en la cara de rotor.
También existen otros tipos de medios de
estanqueización elásticos que pueden utilizarse a efectos de formar
un cierre estanco entre la cara de rotor (7) y la primera superficie
(23) de la placa de orificios (19). Por ejemplo, podrían utilizarse
cierres estancos que incluyan muelles internos para obtener
elasticidad, lo que permitiría obtener un cierre estanco entre el
rotor y la placa de orificios, y obtener además una fuerza de
empuje de la placa de orificios contra la cara de estátor (35). Esta
fuerza no debería verse afectada de manera significativa por la
flexión de la placa de orificios (19), y la flexión de la placa de
orificios debería ser significativamente menor que la compresión de
los cierres estancos.
Preferentemente, la cara de estátor (35) es
esencialmente plana, lo que significa que la cara está fabricada
para ser lo más plana posible, utilizando métodos de mecanización y
de esmerilado convencionales. No son necesarios métodos de
fabricación avanzados, tales como el bruñido u otros procesos
altamente especializados y caros, para obtener una extrema
planitud. Preferentemente, la cara de rotor (35) y la segunda
superficie (25) de la placa de orificios (19) son lisas, para
minimizar el desgaste por abrasión durante el funcionamiento
giratorio. La cara de estátor (35) tiene unos orificios o aberturas
(39), (41) y (43) que conducen hacia unos pasos (45), (47), y (49),
respectivamente, a través del cuerpo del estátor (37). Normalmente,
la abertura (41) y el paso (47) intersecan con el eje (5). Las
aberturas (39) y (43) están dispuestas aproximadamente a la misma
distancia radial seleccionada del eje (5) que el orificio (27) en
la placa de orificios (19) y que la abertura (11) en la cara de
rotor (7). La abertura (41), el orificio (21), y la abertura (9)
siempre quedan alineados y en comunicación fluida cuando el rotor,
la placa de orificios, y el estátor son presionados de manera
estanca conjuntamente. En una primera orientación, tal como se
muestra en la figura 1, la abertura (39), el orificio (27), y la
abertura (11) quedan alineados y en comunicación fluida con la
abertura (41), el orificio (21), y la abertura (9) a través del
orificio (13), el orificio (17), y el orificio (15). Cuando el rotor
(1) y la placa de orificios (19) giran hasta una segunda
orientación (no mostrada) 180 grados desde la primera orientación,
la abertura (43), el orificio (27), y la abertura (11) quedan
alineados y en comunicación fluida con la abertura (41), el
orificio (21) y la abertura (9) a través del orificio (13), el
orificio (17), y el orificio (15).
El rotor (1) y el estátor (37) pueden tener
otras múltiples aberturas y vías de paso (no mostradas) para otras
funciones de circulación de fluidos, tal como se describe más
adelante. Asimismo, la placa de orificios (19) puede tener
orificios adicionales (no mostrados) para otras funciones de
circulación de fluidos, tal como se describe más adelante.
Las válvulas secuenciales giratorias del tipo
descrito anteriormente resultan particularmente útiles en sistemas
de adsorción por cambio de presión (PSA) que utilizan lechos de
adsorción paralelos múltiples que funcionan en etapas cíclicas
solapadas, que incluyen etapas de suministro, ecualización de
presión, despresurización, purga y represurización. Las
realizaciones de la válvula secuencial giratoria ilustradas
anteriormente pueden ser utilizadas en el proceso PSA de cuatro
lechos, a título de ejemplo, mostrado en la tabla de ciclos de la
figura 2A, y en el diagrama de flujo de lechos esquemático de las
figuras 2B y 2C.
La figura 2A muestra las etapas de ciclo
solapadas para cada uno de los lechos (A), (B), (C), y (D), donde
cada lecho funciona a su vez a través de las etapas de ciclo durante
los periodos de tiempo mostrados. Por ejemplo, el lecho (A)
funciona a través de: (a) una etapa de suministro, durante un
periodo -t_{0}- a -t_{2}-, en la que se introduce un gas de
suministro en un extremo de suministro del lecho, mientras que se
retira un gas de producto de un extremo de producto del lecho; (b)
una etapa de ecualización, durante un periodo -t_{2}- a
-t_{3}-, en la que el lecho se despresuriza a través del extremo
de producto para suministrar gas de presurización a otro lecho; (c)
una etapa de suministro de purga, durante -t_{3}- a -t_{4}-, en
la que el lecho se despresuriza adicionalmente para suministrar gas
de purga a otro lecho en la etapa de purga; (d) una etapa de purga
de desecho, durante -t_{4}- a -t_{5}-, en la que el lecho se
despresuriza adicionalmente desde el extremo de suministro; (e) una
etapa de purga, durante -t_{5}- a -t_{6}-, en la que el lecho
se purga introduciendo en el extremo de producto un gas de purga
suministrado por otro lecho; (f) una etapa de represurización,
durante -t_{6}- a -t_{7}-, a través del extremo de producto, con
gas de otro lecho que está llevando a cabo la ecualización y con
gas de producto; y (g) una etapa de represurización final, con gas
de producto, durante -t_{7}- a -t_{8}-.
La figura 2B muestra la configuración de flujo
para los lechos (A), (B), (C), y (D) durante el periodo -t_{0}- a
-t_{1}-. El suministro circula hacia el extremo de suministro del
lecho (A) a través de la línea (201), mientras que el gas de
producto final se retira del extremo de producto del lecho (A) a
través de la línea (203). Una parte del gas de producto del lecho
(A) se utiliza para represurizar el lecho (B) a través de la línea
(205). El gas de ecualización circula desde el lecho (D) hasta el
lecho (B) a través de la línea (207). El gas de despresurización de
desecho se retira del lecho (C) a través de la línea de descarga de
desecho (209).
La figura 2C muestra la configuración de flujo
para los lechos (A), (B), (C), y (D) durante el periodo -t_{1}- a
-t_{2}-. El suministro circula hacia el extremo de suministro del
lecho (A) a través de la línea (201), mientras que el gas de
producto final se retira del extremo de producto del lecho (A) a
través de la línea (203). Una parte del gas de producto del lecho
(A) se utiliza para represurizar el lecho (B) a través de la línea
(205). El gas de purga circula desde el lecho (D) hasta el lecho (C)
a través de la línea (211), y el gas de purga de desecho se retira
del lecho (C) a través de la línea de descarga de desecho (213) (la
misma que la línea (209)).
Los lechos (A), (B), (C), y (D) realizan a su
vez ciclos a través de unas configuraciones de flujo de lecho
similares durante los periodos -t_{2}- a -t_{4}-, -t_{4}- a
-t_{6}-, y -t_{6}- a -t_{8}-. La circulación de gas entre los
cuatro lechos puede controlarse mediante una válvula se suministro
secuencial giratoria en los extremos de suministro de los lechos, y
mediante una válvula de producto secuencial giratoria en los
extremos de producto de los lechos. Una válvula de producto
secuencial giratoria para esta aplicación, a título de ejemplo, se
muestra en el dibujo en perspectiva, con las piezas desmontadas, de
la figura 3. Una vista de un corte del cuerpo del rotor (301)
muestra las aberturas y los pasos internos que dirigen el gas en los
extremos de producto de los lechos. Hay seis orificios exteriores
en la cara de rotor (no visibles en este caso) dispuestos a una
distancia radial seleccionada del eje del rotor, y un único orificio
central en la cara de rotor, que interseca con el eje. El primero y
el segundo de estos orificios exteriores están conectados por el
paso interno (303); el primer y segundo orificios exteriores están
conectados a los extremos izquierdo y derecho, respectivamente, del
paso interno (303). El tercero de estos orificios exteriores está
conectado al orificio central por el paso interno (305). El cuarto
y sexto de estos orificios exteriores están conectados por el paso
interno (307) y los orificios (309) y (311), respectivamente. El
quinto de estos orificios exteriores, que está situado en la zona
posterior inferior del rotor (301) y no es visible en este caso,
está conectado al orificio central por el paso (313), que pasa por
debajo del paso (305). Por lo tanto, el orificio central, el tercer
orificio, y el quinto orificio están todos conectados y pueden
estar en comunicación fluida. La cara de rotor (301) tiene como
mínimo dos pasadores de accionamiento, uno de los cuales es visible
como pasador de accionamiento (315). Uno o más de los pasos (303),
(305), (307) y (313) pueden tener orificios internos (no mostrados)
para regular la circulación de fluido a través de los pasos.
La placa de orificios (317) tiene un orificio
central (319) opuesto al orificio central en el rotor (301), y como
mínimo dos cavidades de pasador de accionamiento (321) y (323), que
están dispuestas de modo que los pasadores de accionamiento en el
rotor se deslizan al interior de las cavidades de pasador de
accionamiento y se acoplan a las mismas cuando el rotor y la placa
de orificios son presionados conjuntamente de manera axial, y se
desacoplan cuando se estira del rotor y de la placa de orificios
para separarlos de manera axial. Por lo tanto, los pasadores de
accionamiento y las cavidades de pasador de accionamiento permiten
obtener unos medios de conexión desmontables y deslizables
axialmente, que se extienden entre la cara de rotor y la placa de
orificios flexible. Los pasadores de accionamiento hacen girar la
placa de orificios (317) en coordinación con el giro del rotor
(301), y también permiten que la placa de orificios se mueva
axialmente con respecto al rotor. Esto permite que la placa de
orificios se mueva ligeramente en la dirección axial, para compensar
las desviaciones de planitud de la cara de estátor y un desgaste
ocasional de la placa de orificios cuando se desliza de manera
giratoria sobre la cara de estátor. Pueden utilizarse otros tipos de
medios de conexión desmontables y deslizables axialmente entre el
rotor y la placa de orificios, y que estén dentro del ámbito de la
presente invención, siempre y cuando permitan obtener las dos
funciones de hacer girar la placa de orificios y permitir que la
misma se mueva axialmente con respecto al rotor.
La placa de orificios (317) tiene además unas
ranuras con forma de arco (324), (325), (327), (329), y (331) que
están situadas aproximadamente a la misma distancia radial del eje
que los seis orificios exteriores en la cara de rotor (301). El
primer orificio en la cara de rotor está dispuesto de manera opuesta
con respecto al orificio (331), el segundo orificio está dispuesto
de manera opuesta con respecto al orificio (324), el tercer y
cuarto orificios están dispuestos de manera opuesta con respecto al
orificio (325), el quinto está dispuesto de manera opuesta con
respecto al orificio (327), y el sexto está dispuesto de manera
opuesta con respecto al orificio (329).
La cara de estátor (333) del estátor (335) tiene
un orificio central (337) y unos orificios (339), (341), (343), y
(345) situados con una separación de 90 grados y aproximadamente a
la misma distancia radial del eje que los orificios en la placa de
orificios (317). Cada uno de los orificios en la cara de estátor
conduce hacia unos pasos a través del estátor hasta la cara
inferior del mismo (no mostrada). En el alineamiento del rotor
(301), la placa de orificios (317), y el estátor (335) de la figura
3, las líneas y las flechas muestran los recorridos del flujo del
fluido a través de los componentes de la válvula. Por ejemplo, se
muestra que el fluido puede circular desde el orificio (345), a
través del orificio (331), del primer orificio en la cara de rotor
(301), del paso (303), del segundo orificio en la cara de rotor
(310), del orificio (324), y del orificio (339). Además, el fluido
puede circular a través del orificio (343) en la cara de estátor, a
través de la ranura con forma de arco (327), a través del quinto
orificio en la cara de rotor (no visible en la presente vista), y a
través del paso (313). A continuación, esta corriente de fluido se
divide, y una parte circula a través del paso (305), a través del
tercer orificio en la cara de rotor (301), circunferencialmente a
través de la ranura con forma de arco u orificio (325), y a través
del orificio (341). La parte restante circula a través del orificio
(319) y a través del orificio central (337) en la cara de estátor
(335).
Cuando el rotor (301) y la placa de orificios
(317) giran conjuntamente, con la placa de orificios en contacto
con la cara de estátor (333), los orificios en la placa de orificios
pasan secuencialmente sobre los orificios en la cara de estátor, y
a su vez dirigen el flujo de fluido hacia diferentes combinaciones
de orificios en el estátor. Los pasos desde los orificios (339),
(341), (343) y (345) pueden conectarse a los extremos de producto
de los lechos de adsorción (C), (B), (A), y (D) de la figura 2C,
respectivamente. A continuación se expone una descripción más
detallada de la circulación de fluido a través de la válvula
secuencial giratoria durante las partes del ciclo PSA.
En el dibujo en perspectiva, con las piezas
desmontadas, de la figura 4, se muestra una vista más detallada de
la válvula de producto secuencial giratoria, a título de ejemplo. El
rotor (301) se muestra con los orificios y los pasos interiores
dibujados en líneas discontinuas. El primer, segundo, tercer,
cuarto, quinto y sexto orificios, y el orificio central en la cara
de rotor (301), descritos haciendo referencia a la figura 3, se
muestran en la figura 4 como los orificios (401), (403), (405),
(407), (409), (411), y (412), respectivamente. En la figura 4
también se muestran los pasos (303), (305), (307), y (313).
Es posible una realización alternativa, en la
que no se utilizan los pasos interiores (303), (305), (307), y
(313) en el interior del rotor (301). En su lugar, unos pasos se
extienden desde los orificios (401), (403), (405), (407), (409),
(411) y (412) a través del rotor, hacia la superficie superior del
mismo. Se utilizan conductos externos para conectar los orificios
en la superficie superior del rotor, a efectos de obtener los
mismos recorridos de flujo de fluido entre los orificios que los
descritos anteriormente utilizando los pasos interiores. En esta
alternativa, el paso desde el orificio central (412) debería estar
dispuesto a un ángulo del eje para evitar el eje de accionamiento
axial (no mostrado en la figura 3, pero visible en la figura 1). De
manera alternativa, el eje de accionamiento podría estar conectado
al rotor (301) mediante un separador hueco, y el paso central
podría ser axial.
Se practican unas ranuras en la primera
superficie (413) de la placa de orificios (415) para alojar unas
juntas tóricas, tal como se ha descrito anteriormente. De manera
específica, se practican unas ranuras (417), (419), (421), (423),
(425), (427) en la primera superficie (413), rodeando los orificios
(429), (431), (433), (435), (437) y (439), respectivamente. Se
muestran las cavidades de pasador de accionamiento (321) y (323),
que alojan un pasador de accionamiento (315) y un segundo pasador
de accionamiento (316), dispuestas de manera opuesta a 180 grados.
Las juntas tóricas (441), (443), (445), (447), (449), y (451) se
encajan en el interior de las ranuras (417), (419), (421), (423),
(425), (427), respectivamente. El estátor (335) se ha descrito
anteriormente, haciendo referencia a la figura 3.
Las juntas tóricas se introducen en el interior
de las ranuras, y la cara de rotor (301) es presionada contra las
juntas tóricas mientras los pasadores de accionamiento (315) y (316)
se introducen de manera deslizante y axial en las cavidades de
pasador de accionamiento (321) y (323). Las juntas tóricas entran en
contacto con la cara de rotor, y forman cierres estancos alrededor
de los orificios en la cara de rotor. La junta tórica (441) forma
un cierre estanco alrededor del orificio (403), la junta tórica
(443) forma un cierre estanco alrededor de los orificios (405) y
(407), la junta tórica (445) forma un cierre estanco alrededor del
orificio (411), la junta tórica (447) forma un cierre estanco
alrededor del orificio (409), la junta tórica (449) forma un cierre
estanco alrededor del orificio (401), y la junta tórica (451) forma
un cierre estanco alrededor del orificio central (412). La segunda
superficie de la placa de orificios (415) entra en contacto y forma
un cierre estanco contra la cara de estátor (333), tal como se ha
descrito anteriormente.
En una realización alternativa, las ranuras
podrían estar practicadas en la cara de rotor (301), alrededor de
las aberturas en la misma (no mostradas), en lugar de estar
practicadas en la placa de orificios (415), tal como se ha descrito
anteriormente. De este modo, las juntas tóricas irían montadas en el
rotor, y presionarían contra la primera superficie (413) de la
placa de orificios (415). Los pasadores de accionamiento (315) y
(316) se acoplarían a las cavidades de pasador de accionamiento
(321) y (323), tal como se ha descrito anteriormente.
En otra realización, los medios de
estanqueización pueden comprender una lámina de material elástico
que tiene un primer lado adyacente a la primera superficie (413) de
la placa de orificios y un segundo lado adyacente a la cara de
rotor (301). La lámina tiene unas aberturas que son similares en
forma y tamaño a los orificios en la placa de orificios, y el
primer y segundo lados de la lámina tienen cada uno unas zonas en
relieve que rodean cada abertura, que entran en contacto de manera
estanca con la cara de rotor (301), rodeando cada abertura opuesta
en la cara de rotor, y que entran en contacto de manera estanca con
la primera superficie (413), alrededor de los orificios opuestos en
la placa de orificios.
También existen una serie de otros tipos de
cierres estancos de plástico que pueden utilizarse como cierre
estanco entre la cara de rotor (301) y la primera superficie (413)
de la placa de orificios (415). Por ejemplo, podrían utilizarse
cierres estancos que contienen muelles internos para obtener
elasticidad, lo que permitiría obtener un cierre estanco entre el
rotor y la placa de orificios, y obtener además una fuerza para
empujar la placa de orificios contra la cara de estátor (333). Esta
fuerza no deberá verse afectada de manera significativa por la
flexión de la placa de orificios (415), y la flexión de la placa de
orificios deberá ser significativamente menor que la compresión de
los cierres estancos.
La válvula de producto secuencial giratoria
montada se instala en un alojamiento estanco (descrito más adelante)
que incluye un cierre estanco de eje de accionamiento. Cualquier
ligera fuga de gas a través del cierre estanco giratorio entre la
placa de orificios y el estátor quedará acumulada en el alojamiento,
aumentando de este modo la presión en el interior del alojamiento.
Esta presión, que actúa sobre el rotor, forzará el mismo contra el
estátor, ya que la presión en los orificios del estátor es menor que
la presión en el alojamiento. Esta fuerza adicional disminuirá
adicionalmente las fugas.
Puede diseñarse una válvula secuencial giratoria
para el extremo de suministro de los lechos de adsorción, que tenga
unas características similares a la válvula giratoria de extremo de
producto descrita anteriormente. En el dibujo en perspectiva, con
las piezas desmontadas, de la figura 5, se muestra una válvula de
suministro secuencial giratoria, a título de ejemplo. La cara de
rotor (501) tiene dos orificios o aberturas (503) y (505)
conectados por un paso interior (507), mostrado en líneas
discontinuas. El orificio (505) está situado en el centro del
rotor, e interseca con el eje del rotor, y el orificio (503) está
situado a una distancia radial seleccionada del orificio (505).
Como mínimo dos pasadores de accionamiento (509) y (511) están
montados en la cara de rotor. La parte superior del rotor (501)
tiene un eje de accionamiento (no mostrado) que hace girar el rotor
alrededor de un eje central (no mostrado) que pasa a través del
orificio (505).
Es posible una realización alternativa del
rotor, en la que no se utiliza el paso interior (507) en el interior
del rotor (501). En su lugar, un conducto externo se extiende desde
el orificio (503) hasta el (505) por encima de la superficie
superior del rotor, a efectos de obtener los mismos recorridos de
flujo de fluido entre los orificios que los descritos anteriormente
utilizando los pasos interiores. En esta alternativa, el paso desde
el orificio central (505) debería estar dispuesto a un ángulo del
eje para evitar el eje de accionamiento axial (no mostrado en la
figura 5, pero visible en la figura 1). De manera alternativa, el
eje de accionamiento podría estar conectado al rotor (501) mediante
un separador hueco, y el paso central podría ser axial.
La placa de orificios (513) tiene una primera
superficie (515) y una segunda superficie (no mostrada en esta
vista) en el lado opuesto. La placa de orificios tiene tres
orificios o aberturas que pasan desde la primera superficie hasta
la segunda superficie. El orificio (517) está en el centro de la
placa de orificios e interseca con el eje, y está rodeado por la
ranura (519). El orificio (521), generalmente con una forma de arco,
está situado aproximadamente a la misma distancia radial
seleccionada que el orificio (509) en el rotor (501), y está
rodeado por la ranura (523). El orificio (525) se forma retirando
una parte parcial de la placa de orificios, tal como se muestra, y
está abierto en la circunferencia de la placa de orificios. El borde
interior del orificio (525) está situado aproximadamente a la misma
distancia radial que el borde interior del orificio (521). La
primera superficie (515) tiene como mínimo dos cavidades de pasador
de accionamiento (527) y (529), que están situadas en
correspondencia con los pasadores de accionamiento (511) y (509),
respectivamente, en la cara de rotor (501). La primera superficie
de la placa de orificios (513) tiene además dos ranuras (531) y
(533) dispuestas entre los orificios (521) y (525). Las ranuras
(531) y (533) no rodean los orificios, y pueden estar situadas
aproximadamente en la misma situación radial que el orificio (521).
Unas juntas tóricas (535), (537), (539), y (541) están
dimensionadas para su introducción en las ranuras (519), (523),
(531), y (533), respectivamente, en la primera superficie (515) de
la placa de orificios (513).
En una realización alternativa, las ranuras
podrían estar practicadas en la cara de rotor (501), alrededor de
las aberturas en la misma (no mostradas), en lugar de estar
practicadas en la placa de orificios (513), tal como se ha descrito
anteriormente. De este modo, las juntas tóricas irían montadas en el
rotor, y presionarían contra la primera superficie (515) de la
placa de orificios (513). Los pasadores de accionamiento (509) y
(511) se acoplarían a las cavidades de pasador de accionamiento
(529) y (527), tal como se ha descrito anteriormente.
En otra realización, los medios de
estanqueización pueden comprender una lámina de material elástico
que tiene un primer lado adyacente a la primera superficie (515) de
la placa de orificios y un segundo lado adyacente a la cara de
rotor (501). La lámina tiene unas aberturas que son similares en
forma y tamaño a los orificios en la placa de orificios, y el
primer y segundo lados de la lámina tienen cada uno unas zonas en
relieve que rodean cada abertura, que entran en contacto de manera
estanca con la cara de rotor (501), rodeando cada abertura opuesta
en la cara de rotor, y que entran en
contacto de manera estanca con la primera superficie (515), alrededor de los orificios opuestos en la placa de orificios.
contacto de manera estanca con la primera superficie (515), alrededor de los orificios opuestos en la placa de orificios.
También existen una serie de otros tipos de
cierres estancos de plástico que pueden utilizarse como cierre
estanco entre la cara de rotor (501) y la primera superficie (515)
de la placa de orificios (513). Por ejemplo, podrían utilizarse
cierres estancos que contienen muelles internos para obtener
elasticidad, lo que permitiría obtener un cierre estanco entre el
rotor y la placa de orificios, y obtener además una fuerza para
empujar la placa de orificios contra la cara de estátor (543). Esta
fuerza no deberá verse afectada de manera significativa por la
flexión de la placa de orificios (515), y la flexión de la placa de
orificios deberá ser significativamente menor que la compresión de
los cierres estancos.
La cara de estátor (543) del estátor (545) tiene
un orificio central (547) y unos orificios (549), (551), (553) y
(555) situados con una separación de 90 grados y aproximadamente a
la misma distancia radial del eje que los orificios en la placa de
orificios (513). Cada uno de los orificios en la cara de estátor
conduce hacia unos pasos a través del estátor hasta la cara
inferior del mismo (no mostrada). Las juntas tóricas se introducen
en las ranuras, y la cara de rotor (501) es presionada contra las
juntas tóricas mientras los pasadores de accionamiento (509) y
(511) se introducen en las cavidades de pasador de accionamiento
(529) y (527), respectivamente. Las juntas tóricas entran en
contacto con la cara de rotor, y forman cierres estancos alrededor
de los orificios en la cara de rotor. La junta tórica (535) forma
un cierre estanco alrededor del orificio (505), y la junta tórica
(537) forma un cierre estanco alrededor del orificio (503). No hay
ningún orificio en la zona rodeada por las ranuras (531) y (533).
Las juntas tóricas (539) y (541) entran en contacto con la cara de
rotor, y permiten obtener la fuerza necesaria a la placa de
orificios para que la segunda superficie de la placa de orificios
mantenga un contacto estanco con la cara de estátor.
La segunda superficie de la placa de orificios
(513) entra en contacto y forma un cierre estanco contra la cara de
estátor (543) cuando la placa de orificios gira de manera deslizante
y estanca contra la cara de estátor (543). Cuando el rotor (501) y
la placa de orificios (513) giran, el orificio central (547) en el
estátor (545) permanece alineado con respecto al orificio (517), el
orificio (521) queda alineado a su vez con los orificios (549),
(551), (553), y (555) en la cara de estátor (543), y el orificio
(525) deja al descubierto a su vez cada uno de los orificios (549),
(551), (553), y (555). Los pasos a través del estátor (545) desde
los orificios (549), (551), (553), y (555) pueden conectarse con los
extremos de suministro de los lechos de adsorción (B), (C), (D), y
(A) de la figura 2C, respectivamente. A continuación, se muestra una
descripción más detallada de la circulación de fluido a través de
la válvula de suministro secuencial giratoria durante las partes
del ciclo PSA.
La válvula de suministro secuencial giratoria
montada se instala en un alojamiento estanco similar al de la
válvula de producto secuencial giratoria; el alojamiento incluye un
cierre estanco para el eje de accionamiento que hace girar el
rotor. El fluido de suministro a distribuir por parte de la válvula
de suministro secuencial giratoria se introduce directamente en el
alojamiento de válvula. Cuando el orificio (525) en la placa de
orificios giratoria (513) deja al descubierto a su vez cada uno de
los orificios (549), (551), (553), y (555) en la cara de estátor
(543), el fluido de suministro se dirige hacia los extremos de
suministro de los lechos de adsorción (B), (C), (D), y (A) de la
figura 2C, respectivamente.
En las figuras 6A, 6B, 7A y 7B se muestra el
funcionamiento de la válvula de producto secuencial giratoria de la
figura 4 y de la válvula de suministro secuencial giratoria de la
figura 5, para el ciclo de adsorción por cambio de presión de las
figuras 2A, 2B, y 2C. Las figuras 6A y 7A son vistas de la sección
1-1 a través de la placa de orificios (415) de la
figura 4, y las figuras 6B y 7B son vistas de la sección
2-2 a través de la placa de orificios (513) de la
figura 5. Por lo tanto, estas vistas incluyen vistas parciales de la
cara de estátor. A efectos de facilitar su observación, se han
incluido líneas discontinuas para indicar los pasos de flujo en el
rotor que conectan los orificios en la placa de orificios.
En la figura 8 se muestra un diagrama de flujo
esquemático que muestra la relación entre los lechos de adsorción y
las válvulas secuenciales giratorias. La válvula de suministro
secuencial giratoria (801) está conectada a los extremos de
suministro de los lechos (A), (B), (C), y (D) mediante líneas de
suministro (803), (805), (807), y (809), respectivamente. Una línea
de gas de suministro (811) está conectada al alojamiento de la
válvula de suministro giratoria (801), tal como se ha descrito
anteriormente. Una línea de purga de desecho (813) está conectada a
una abertura central en el estátor de esta válvula, tal como se ha
descrito anteriormente. Unas líneas de producto de lecho (815),
(817), (819), y (821) conectan los extremos de producto de los
lechos (A), (B), (C), y (D), respectivamente, con la válvula de
producto secuencial giratoria (823). Una línea de producto final
(825) está conectada a una abertura central en el estátor de esta
válvula, tal como se ha descrito anteriormente. Unos medios de
accionamiento giratorios (827) accionan los ejes (829) y (831) que
hacen girar los rotores de las válvulas (801) y (823),
respectivamente. Los medios de accionamiento giratorios (827)
incluyen normalmente un motor eléctrico y un reductor para hacer
girar los ejes (829) y (831) a la velocidad requerida por el ciclo
de proceso específico, en el que la circulación del fluido es
controlada por las válvulas (801) y (823). Las válvulas (801) y
(823) funcionan normalmente a la misma velocidad giratoria
constante, aunque si se desea pueden funcionar a una velocidad
giratoria no constante o de manera discontinua en un ciclo
repetible, mediante un control por activación o desactivación del
motor de accionamiento eléctrico.
La figura 6A muestra la relación entre la placa
de orificios (600) y el estátor de la válvula de producto
secuencial giratoria para las etapas del ciclo PSA de la figura 2B
que se producen entre los instantes -t_{0}- y -t_{1}- de la
figura 2A. La placa de orificios tiene un orificio central (601) y
unos orificios con forma de arco (603), (605), (607), (609), y
(611). El estátor tiene una abertura central (613) y unas aberturas
dispuestas radialmente (615), (617), (619), y (621). El paso (623)
en el rotor conecta los orificios (609) y (603) en la placa de
orificios; el paso (625) en el rotor conecta los orificios (601) y
(603) en la placa de orificios; el paso (627) en el rotor conecta
los orificios (605) y (607) en la placa de orificios; y el paso
(629) en el rotor conecta los orificios (601) y (611) en la placa de
orificios. Las aberturas (615), (617), (619), y (621) en el estátor
están conectadas a los extremos de producto de los lechos de
adsorción (A), (B), (C), y (D) de la figura 2B, respectivamente. La
abertura (613) está conectada a la línea de producto final (825)
(figura 8).
La figura 6B muestra la relación entre la placa
de orificios y el estátor de la válvula de suministro secuencial
giratoria para la etapa del ciclo PSA de la figura 2B que se produce
entre los instantes -t_{0}- y -t_{1}- de la figura 2A. La placa
de orificios (630) tiene un orificio central (631), un orificio con
forma de arco (633), y un orificio de sector (635). El estátor
tiene una abertura central (637) y unas aberturas dispuestas
radialmente (639), (641), (643), y (645). El paso (647) en el rotor
conecta los orificios (631) y (633) en la placa de orificios. Las
aberturas (639), (641), (643), y (645) en el estátor (646) están
conectadas a los extremos de suministro de los lechos de adsorción
(A), (B), (C), y (D) de la figura 2B, respectivamente. La abertura
(637) está conectada a una línea de purga de desecho. El suministro
se introduce en el alojamiento de válvula (no mostrado) tal como se
ha descrito anteriormente.
En el extremo de producto de los lechos de
adsorción entre los instantes -t_{0}- y -t_{1}- de la figura
2A, la válvula de producto giratoria de la figura 6A permite que el
producto circule desde la salida del lecho (A) a través de la línea
de producto (815) (figura 8), de la abertura (615) en el estátor,
del orificio (611) en la placa de orificios, del paso (629) en el
rotor, del orificio (601) en la placa de orificios, y de la
abertura (613) en el estátor hasta la línea de producto final (825)
(figura 8), y también a través del paso (625) en el rotor, del
orificio (603) en la placa de orificios, de la abertura (617) en el
estátor, y de la línea (817) para presurizar el extremo de producto
del lecho (B). La válvula de producto giratoria permite además que
el gas de despresurización circule desde el extremo de producto del
lecho (D) a través de la línea (821), de la abertura (621) en el
estátor, del orificio (609) en la placa de orificios, del paso (623)
en el rotor, del orificio (603) en la placa de orificios, y de la
abertura (617) en el estátor para suministrar gas de
represurización a la entrada del lecho (B) a través de la línea
(817). La abertura (619) en el estátor queda bloqueada por la placa
de orificios, y los orificios (605) y (607) en la placa de orificios
quedan bloqueados por la cara de
estátor.
estátor.
En el extremo de suministro de los lechos,
durante el mismo periodo -t_{0}- a -t_{1}-, la válvula de
suministro secuencial giratoria (801) de la figura 8 permite que el
gas de suministro circule desde la línea de suministro (811) hasta
el alojamiento de la válvula de suministro, a través del orificio de
sector (635) (figura 6B), a través de la abertura destapada (639)
en la cara de estátor (646), y a través de la línea de suministro
(803) (figura 8) hasta el extremo de suministro del lecho de
adsorción (A). De manera simultánea, la válvula giratoria permite
que el gas de desecho de purga circule desde el extremo de
suministro del lecho (C), a través de la abertura (643) en la cara
de estátor, a través del orificio con forma de arco (633), a través
del paso (647) en el rotor, a través del orificio (631), y a través
de la abertura (637) en el estátor (646) hasta la línea de desecho
(813) (figura 8). Las aberturas (641) y (645) en el estátor (646)
quedan bloqueadas por la placa de orificios (630).
Cuando las placas de orificios (600) y (630)
giran en sentido horario, tal como se muestra, se realiza el ciclo
PSA de la figura 2A durante del periodo de tiempo entre -t_{1}- y
-t_{2}-. En la figura 2C se muestra la relación de la circulación
entre los lechos de adsorción durante este periodo, en el que el
suministro al lecho (A) continúa, el gas de producto sigue
represurizando el lecho (B), el gas de despresurización desde el
extremo de producto del lecho (D) purga el lecho (C) a
contracorriente, y el gas de purga de desecho se retira del extremo
de suministro del lecho (C).
En el extremo de producto de los lechos de
adsorción, entre los instantes -t_{1}- y -t_{2}- de la figura
2A, la válvula de producto giratoria de la figura 7A permite que el
producto circule desde la salida del lecho (A) a través de la línea
de producto (815) (figura 8), de la abertura (615) en el estátor,
del orificio (611) en la placa de orificios, del paso (629) en el
rotor, del orificio (601) en la placa de orificios, y de la
abertura (613) en el estátor hasta la línea de producto final (825)
(figura 8), y también a través del paso (625) en el rotor, del
orificio (603) en la placa de orificios, de la abertura (617) en el
estátor, y de la línea (817) para presurizar el extremo de producto
del lecho (B). La válvula de producto giratoria permite además que
el gas de despresurización circule desde el extremo de producto del
lecho (D) a través de la línea (821) (figura 8), de la abertura
(621) en el estátor, del orificio (607) en la placa de orificios,
del paso (627) en el rotor, del orificio (605) en la placa de
orificios, y de la abertura (619) en el estátor para suministrar
gas de purga al extremo de producto del lecho (C) a través de la
línea (819) (figura 8). El orificio (609) queda bloqueado por la
cara de estátor de la válvula.
En el extremo de suministro de los lechos,
durante el mismo periodo -t_{1}- a -t_{2}-, la válvula de
suministro secuencial giratoria (801) de la figura 8 permite que el
gas de suministro circule desde la línea de suministro (811) hasta
el alojamiento de la válvula de suministro, a través del orificio
(635) (figura 7B), a través de la abertura destapada (639) en la
cara de estátor (646), y a través de la línea de suministro (803)
(figura 8) hasta el extremo de suministro del lecho de adsorción
(A). De manera simultánea, la válvula giratoria permite que el gas
de desecho de purga circule desde el extremo de suministro del lecho
(C), a través de la línea de suministro (807) (figura 8), a través
de la abertura (643) en la cara de estátor, a través del orificio
con forma de arco (633), a través del paso (647) en el rotor, a
través del orificio (631), y a través de la abertura (637) en el
estátor (646) hasta la línea de desecho (813) (figura 8). Las
aberturas (641) y (645) en el estátor (646) quedan bloqueadas por
la placa de orificios (630).
Por lo tanto, durante los periodos de tiempo
-t_{0}- a -t_{1}- y -t_{1}- a -t_{2}-, las posiciones de la
válvula giratoria de las figuras 6A y 6B controlan la circulación de
gas para la etapa de suministro del lecho (A), las etapas de
ecualización y presurización de suministro del lecho (B), las etapas
de purga de desecho y de purga del lecho (C), y las etapas de
ecualización y suministro de purga del lecho (D). A medida que la
válvula de suministro secuencial giratoria (801) y la válvula de
producto (825) continúan girando, esta combinación de etapas se
realiza a su vez en los lechos (B), (C), (D), y (A) durante el
periodo -t_{2}- a -t_{4}-, en los lechos (C), (D), (A), y (B)
durante el periodo -t_{4}- a -t_{6}-, y en los lechos (D), (A),
(B), y (C) durante el periodo -t_{6}- a -t_{8}-. Una vuelta
completa de la válvula de suministro secuencial giratoria (801) y
de la válvula de producto (825) dirige un ciclo completo del sistema
PSA de cuatro lechos. Un periodo de ciclo típico -t_{0}- a
-t_{8}- puede estar en el intervalo de 6 a 120 segundos; la
velocidad de giro correspondiente de la válvula de suministro
secuencial giratoria (801) y de la válvula de producto (825)
estaría entre 10 y 0,5 rpm.
Las válvulas secuenciales giratorias y las
piezas descritas anteriormente pueden montarse en un alojamiento de
válvula, utilizando métodos de estanqueización mecánica para
asegurar un funcionamiento estanco a fluidos. En la sección
transversal del conjunto de válvula de la figura 9, se muestra un
método, a título de ejemplo, para montar la válvula descrita en la
figura 1. El rotor (901) es accionado por un eje de accionamiento
(903) alrededor de un eje (905), y su cara está en contacto estanco
con la superficie superior de la placa de orificios (907), tal como
se ha descrito anteriormente, utilizando, por ejemplo, unas juntas
tóricas (909) representativas. La superficie superior de la placa
de orificios (907) y la cara de rotor (901) no están en contacto
directo, y están separadas por las juntas tóricas (909) y,
opcionalmente, por otras juntas tóricas no visibles en esta vista
de sección transversal. La superficie inferior de la placa de
orificios (907) gira de manera estanca y deslizante sobre el
estátor (913). Puede utilizarse un tapón (915) para cerrar el
extremo exterior del orificio horizontal (917), y puede incluir un
conjunto de orificio (no mostrado) que se extiende en el interior
del orificio (917) para controlar la circulación de fluido a través
del mismo. El rotor puede tener aberturas y vías de paso
adicionales (no mostradas), tal como se ha descrito
anteriormente.
La cara de rotor (901) es perpendicular con
respecto al eje de accionamiento (903) y al eje (905) y,
preferentemente, la cara es esencialmente plana, lo que significa
que la cara está fabricada para ser lo más plana posible,
utilizando métodos de mecanización y de esmerilado convencionales.
No son necesarios métodos de fabricación avanzados, tales como el
bruñido u otros procesos altamente especializados y caros, para
obtener una extrema planitud. La cara de rotor deberá tener un
acabado suficientemente liso como para que puedan formarse cierres
estancos a fluidos alrededor de las aberturas en la cara. En una
realización, como mínimo dos pasadores de accionamiento (no
mostrados en esta vista) se extienden desde la cara de rotor y se
acoplan de manera deslizante, en dirección axial, a unas cavidades
de pasador de accionamiento en la superficie superior de la placa de
orificios (907). El rotor (901) se fija al extremo del eje de
accionamiento (903) mediante un espárrago o perno roscados
(919).
El rotor (901), el eje de accionamiento (903),
la placa de orificios (907), y la cara de estátor (913) están
encerrados de manera estanca en el interior de un alojamiento
formado por el cuerpo del estátor (913), una parte de pared (921),
una tapa (923), y un cierre estanco de eje y un alojamiento de
cojinetes (925). El estátor (913) forma un cierre estanco con
respecto a la parte de pared (921) mediante el cierre estanco (927),
y la parte de pared (921) forma un cierre estanco con respecto a la
tapa (923) mediante el cierre estanco (929). El cierre estanco de
eje y el alojamiento de cojinetes (925) forman un cierre estanco con
respecto a la tapa (923) mediante el cierre estanco (931). El eje
de accionamiento (903) forma un cierre estanco con el cierre
estanco de eje y con el alojamiento de cojinetes (925) mediante el
cierre estanco giratorio (933), y el eje (903) está soportado
radialmente por el cojinete (935). El estátor (913) puede unirse a
la parte de pared (921) mediante unos conjuntos de pernos roscados
(937), la tapa (923) puede unirse a la parte de pared (921)
mediante unos conjuntos de pernos roscados (939), y el alojamiento
de cojinetes (925) puede unirse a la tapa (923) mediante unos
conjuntos de pernos (941).
Puede generarse una fuerza axial entre el
alojamiento estanco (925) y el rotor (901) mediante una arandela
elástica (943), que se acopla de manera deslizante a la cara
superior giratoria del rotor (901) mediante unos cojinetes de
rodillos (945). Esta fuerza empuja la cara inferior del rotor (901)
contra las juntas tóricas en la cara superior de la placa de
orificios (907). Pueden utilizarse otros medios conocidos para
generar una fuerza axial entre el alojamiento estanco (925) y el
rotor (901), según se desee, por ejemplo, mediante muelles
ondulados o muelles helicoidales, y se considera que están
comprendidos dentro del ámbito de las realizaciones de la presente
invención.
Las características mostradas en la figura 9
pueden utilizarse para válvulas de suministro giratorias, así como
para válvulas de producto giratorias. El rotor (901) es
representativo del rotor de válvula de producto (301) de la figura
4 y del rotor de válvula de suministro (501) de la figura 5. El
estátor (913) es representativo del estátor (335) de la figura 4 y
del estátor (545) de la figura 5. La válvula giratoria mostrada en
la figura 9 puede funcionar en cualquier orientación; por ejemplo,
al utilizarse en la configuración de la figura 8, en la válvula de
suministro se utilizaría la orientación mostrada en la figura 9, y
en la válvula de producto se utilizaría una orientación girada 180
grados.
En las realizaciones descritas anteriormente y
mostradas en las figuras 1-9, el rotor, la placa de
orificios y el estátor tienen un orificio central que interseca con
el eje para el suministro del producto (válvula de producto) o para
la descarga del gas de desecho (válvula de suministro). En una
realización alternativa, por ejemplo, en una configuración de
válvula en la que el eje de accionamiento del rotor pasa a través
del estátor, el paso de gas de producto o de gas de desecho a
través del estátor estaría desplazado con respecto al eje. En esta
realización, el paso de suministro de producto o de descarga de gas
de desecho a través del estátor estaría dispuesto en una situación
radial diferente a la de los pasos conectados a los lechos de
adsorción. Un canal circular, conformado en la placa de orificios
en una situación radial similar a la del paso de suministro de
producto o de descarga de gas de desecho, giraría sobre la abertura
hacia este paso en el estátor, de modo que la abertura y el canal
circular siempre estarían alineados en comunicación fluida. Una
abertura en el rotor quedaría alineada con el canal circular en la
placa de orificios, y esta abertura estaría conectada a través de
un paso en el rotor con un orificio en la placa de orificios que
gira sobre la cara del estátor. Este orificio quedaría alineado a
su vez con cada paso a través del estátor que conduce hacia cada
lecho de adsorción, para permitir la circulación del gas hacia o
desde el lecho. De manera alternativa, un canal circular podría
estar situado en el estátor o en el rotor para realizar la misma
función que un canal circular en la placa de
orificios.
orificios.
Aunque las realizaciones de válvula giratoria
descritas anteriormente se han mostrado para su utilización en un
proceso de adsorción por cambio de presión de cuatro lechos, podrían
utilizarse con cualquier número de lechos de adsorción en un
sistema PSA. Estas realizaciones de válvula giratoria no están
limitadas a su utilización en sistemas PSA, y pueden utilizarse en
cualquier aplicación de proceso que requiera las características
únicas y las ventajas de funcionamiento de las válvulas giratorias.
Las realizaciones descritas en la presente memoria resultan
particularmente útiles en las válvulas giratorias más grandes, en
las que el grado de planitud requerido para los rotores y los
estatores que funcionan en contacto deslizante giratorio directo
sería difícil o caro de alcanzar, y difícil de mantener durante su
funcionamiento.
Claims (29)
1. Conjunto de rotor y placa de orificios para
su utilización en una válvula secuencial giratoria, que
comprende:
(a) un rotor (1) equipado para girar alrededor
de un eje (5), en el que el rotor incluye una cara de rotor (7)
perpendicular al eje (5), una serie de aberturas en la cara de rotor
que incluyen una primera abertura (9) y una segunda abertura (11),
y un paso (17) que se extiende entre la primera abertura y la
segunda abertura que las dispone en comunicación fluida, en el que
una o más de las aberturas en la cara de rotor (7) están dispuestas
a una distancia radial seleccionada alrededor del eje;
(b) una placa de orificios flexible (19) para su
utilización entre el rotor (1) y el estátor (37) de dicha válvula
secuencial giratoria, comprendiendo la placa de orificios un
material flexible y teniendo una primera superficie (23), una
segunda superficie (25), un eje (5) perpendicular a la segunda
superficie (25), y una serie de orificios (21; 27) que se extienden
a través de la placa de orificios (19) desde la primera superficie
(23) hasta la segunda superficie (25), en la que uno o más de los
orificios están dispuestos a una distancia radial seleccionada del
eje (5),
(c) medios de conexión deslizables axialmente
que se extienden axialmente entre el rotor (1) y la primera
superficie (23) de la placa de orificios flexible (19), de modo que
el rotor y la placa de orificios pueden girar conjuntamente
alrededor del eje (5); y
(d) medios de estanqueización elásticos en
contacto estanco con la primera superficie (23) de la placa de
orificios flexible (19) y con la cara de rotor (7).
2. Conjunto de rotor y placa de orificios, según
la reivindicación 1, en el que dicha placa de orificios comprende
además ranuras en la primera superficie de la placa de orificios, en
el que cada ranura rodea una zona cerrada en la primera superficie,
algunas o todas las ranuras rodean los orificios, unas juntas
tóricas elásticas (31; 33) están introducidas en las ranuras, y las
juntas tóricas sobresalen más allá de la primera superficie de la
placa de orificios.
3. Conjunto de rotor y placa de orificios, según
la reivindicación 1, en el que dicha placa de orificios comprende
además como mínimo dos cavidades de pasador de accionamiento (29)
para alojar de manera axial y deslizante pasadores de accionamiento
(18) para hacer girar la placa de orificios (19) alrededor del eje
(5).
4. Válvula secuencial giratoria, que
comprende:
(a) un conjunto de rotor y placa de orificios
según la reivindicación 1, que comprende además:
(b) un estátor (37) que tiene una cara de
estátor (35) dispuesta coaxialmente con respecto al rotor (1) y a
la placa de orificios flexible (19), en el que el segundo lado (25)
de la placa de orificios flexible (19) está en contacto giratorio
deslizable estanco con la cara de estátor (35), en el que la cara de
estátor tiene una serie de aberturas (39; 41; 43), algunas de las
cuales (39; 43) están dispuestas a la distancia radial seleccionada
del eje (5), y en el que la serie de aberturas (39; 41; 43) se
extienden como pasos a través del estátor (37).
5. Válvula secuencial giratoria, según la
reivindicación 4, que comprende además medios de restricción de
flujo (16) dispuestos en el paso (17) que conecta el par de
aberturas (9; 11) para restringir la circulación de fluido a través
del paso.
6. Válvula secuencial giratoria, según la
reivindicación 4, en la que una posición giratoria del rotor y de
la placa de orificios alrededor del eje dispone un par de aberturas
en el estátor en comunicación fluida con un par de aberturas en la
placa de orificios flexible, con el par de aberturas en la cara de
rotor, y con el paso en el rotor que conecta el par de aberturas en
la cara de rotor; y otra posición giratoria del rotor y de la placa
de orificios alrededor del eje dispone otro par de aberturas en el
estátor en comunicación fluida con el par de aberturas en la placa
de orificios flexible, con el par de aberturas en la cara de rotor,
y con el paso en el rotor que conecta el par de aberturas en la
cara de rotor.
7. Válvula secuencial giratoria, según la
reivindicación 4, en la que uno o más de los orificios que se
extienden a través de la placa de orificios son ranuras con forma
de arco, formando cada una de ellas una vía de paso circunferencial
para la circulación de fluido entre una abertura en la cara de rotor
y una abertura en la cara de estátor.
8. Válvula secuencial giratoria, según la
reivindicación 4, en la que dicho paso que se extiende entre un par
de las aberturas en la cara de rotor, que dispone el par de
aberturas en comunicación fluida, es el paso que se extiende a
través del estátor desde cada una de las aberturas en la cara de
estátor, y dichos medios de estanqueización elásticos forman un
cierre estanco que rodea cada abertura en la cara de rotor (7) y un
cierre estanco que rodea cada orificio (21; 27) en la primera
superficie (23) de la placa de orificios flexible (19), de modo que
cada abertura (9; 11) en la cara de rotor (7) está en comunicación
fluida con cada orificio alineado con esa abertura.
9. Válvula secuencial giratoria, según la
reivindicación 8, en la que una posición giratoria del rotor y de
la placa de orificios alrededor del eje alinea un par de orificios
con un par de aberturas en la cara de estátor, otra posición
giratoria del rotor y de la placa de orificios alrededor del eje
alinea el par de orificios con otro par de aberturas en la cara de
estátor, y otra posición giratoria del rotor y de la placa de
orificios alrededor del eje bloquea una o más de las aberturas en
la cara de estátor.
10. Válvula secuencial giratoria, según la
reivindicación 8, que comprende además medios de accionamiento
giratorios para hacer girar el rotor y la placa de orificios.
11. Válvula secuencial giratoria, según la
reivindicación 10, en la que los medios de accionamiento giratorios
pueden accionarse para accionar el rotor y la placa de orificios de
manera continua a una velocidad giratoria constante, o para
posicionar el rotor y la placa de orificios de manera discontinua en
un ciclo giratorio repetible.
12. Válvula secuencial giratoria, según la
reivindicación 8, en la que los medios de conexión deslizables
axialmente que se extienden entre el rotor (1) y la primera
superficie (23) de la placa de orificios flexible (19) comprenden
pasadores de accionamiento cilíndricos (18) en la cara de rotor (7)
que se acoplan a cavidades de pasador de accionamiento cilíndricas
(29) en la primera superficie (23) de la placa de orificios.
13. Válvula secuencial giratoria, según la
reivindicación 8, en la que los medios de estanqueización elásticos
se seleccionan a partir del grupo que consiste en:
(a) ranuras que rodean cada abertura en la
primera superficie (23) de la placa de orificios (19) y juntas
tóricas elásticas (31; 33) introducidas en las ranuras, donde las
juntas tóricas (31; 33) sobresalen más allá de la primera
superficie (23) y entran en contacto de manera estanca con la cara
de rotor (7) rodeando cada abertura opuesta en la cara de
rotor;
(b) ranuras que rodean cada abertura en la cara
de rotor y juntas tóricas elásticas (31; 33) introducidas en las
ranuras, donde las juntas tóricas sobresalen (31; 33) más allá de la
cara de rotor (7) y entran en contacto de manera estanca con la
primera superficie (23) de la placa de orificios (19) rodeando cada
abertura opuesta en la placa de orificios;
(c) una lámina de material elástico, que tiene
un primer lado adyacente a la primera superficie (23) de la placa
de orificios (19) y un segundo lado adyacente a la cara de rotor, en
la que la lámina tiene aberturas que son similares en forma y
tamaño a los orificios en la placa de orificios, y el primer y el
segundo lados de la lámina tienen cada uno una zona en relieve que
rodea cada abertura en la misma que entra en contacto de manera
estanca con la cara de rotor (7) rodeando cada abertura opuesta en
la misma, y que entra en contacto de manera estanca con la primera
superficie (23) alrededor de orificios opuestos en la placa de
orificios (19);
(d) zonas en relieve de material elástico
fijadas a la primera superficie (23) de la placa de orificios (19)
alrededor de cada orificio en la placa de orificios; y
(e) zonas en relieve de material elástico
fijadas a la cara de rotor (7) alrededor de cada abertura en la
cara de rotor.
14. Válvula secuencial giratoria, según la
reivindicación 8, que comprende además medios para presionar la
cara de rotor (7) contra los medios de estanqueización
elásticos.
15. Utilización de una válvula de producto
secuencial giratoria para su utilización en los extremos de producto
de cuatro recipientes de adsorción paralelos en un proceso de
adsorción por cambio de presión de cuatro lechos, teniendo cada
recipiente unos extremos de suministro y de producto, según la
válvula definida en la reivindicación 4, en la que
en (a) siete aberturas están dispuestas en la
cara de rotor (7), donde una primera abertura interseca con el eje
y las otras seis aberturas están dispuestas a una distancia radial
seleccionada del eje; extendiéndose un paso entre la primera
abertura y una segunda abertura, extendiéndose un paso entre la
primera abertura y una tercera abertura, extendiéndose un paso
entre una cuarta abertura y una quinta abertura, y extendiéndose un
paso entre una sexta abertura y una séptima abertura,
respectivamente, disponiendo de este modo la primera, segunda y
tercera aberturas en comunicación fluida, la cuarta y quinta
aberturas en comunicación fluida, y la sexta y séptima aberturas en
comunicación fluida;
en (b) seis orificios están dispuestos a través
de la placa de orificios (19), donde los orificios en la placa de
orificios y las aberturas en la cara de rotor (7) quedan alineados y
en comunicación fluida tal como sigue: un primer orificio con la
primera abertura, un segundo orificio con la segunda y séptima
aberturas, un tercer orificio con la tercera abertura, un cuarto
orificio con la cuarta abertura, un quinto orificio con la quinta
abertura, y un sexto orificio con la sexta abertura;
en (d) los medios de estanqueización elásticos
cierran de manera estanca el primer orificio con la primera
abertura, el segundo orificio con la segunda y séptima aberturas, el
tercer orificio con la tercera abertura, el cuarto orificio con la
cuarta abertura, el quinto orificio con la quinta abertura, y el
sexto orificio con la sexta abertura, respectivamente; y
en (e) cinco aberturas están dispuestas en la
cara de estátor (35), donde una primera abertura interseca con el
eje y las otras cuatro aberturas están dispuestas a la distancia
radial seleccionada del eje; y cinco pasos se extienden a través
del estátor desde cada una de las cinco aberturas en la cara de
estátor, respectivamente, donde la primera abertura en la cara de
estátor está en comunicación fluida a través de un primer paso con
una línea de suministro de producto, y donde cada una de las otras
cuatro aberturas en la cara de estátor está en comunicación fluida
a través de cada uno de los otros pasos con el extremo de producto
de un primer, un segundo, un tercer y un cuarto recipientes de
adsorción, respectivamente.
16. Utilización, según la reivindicación 15, en
la que
(1) en una primera posición giratoria del rotor
y de la placa de orificios alrededor del eje, las aberturas en el
rotor, los orificios en la placa de orificios, y las aberturas en el
estátor quedan alineados para disponer el extremo de producto del
primer recipiente de adsorción en comunicación fluida con la línea
de suministro de producto y con el extremo de producto del segundo
recipiente, y para disponer los extremos de producto del tercer y
cuarto recipientes de adsorción en comunicación fluida; y
(2) en una segunda posición giratoria del rotor
y de la placa de orificios alrededor del eje, las aberturas en el
rotor, los orificios en la placa de orificios, y las aberturas en el
estátor quedan alineados para disponer el extremo de producto del
primer recipiente de adsorción en comunicación fluida con la línea
de suministro de producto y con el extremo de producto del segundo
recipiente de adsorción, y para disponer los extremos de producto
del segundo y cuarto recipientes de adsorción en comunicación
fluida.
17. Utilización, según la reivindicación 15, que
comprende además un eje de accionamiento equipado para hacer girar
el rotor alrededor del eje, un alojamiento de válvula fijado de
manera estanca al estátor, en la que el alojamiento de válvula
rodea el rotor, la placa de orificios y los medios de
estanqueización elásticos, en la que el eje de accionamiento pasa a
través del alojamiento de válvula y forma un cierre estanco de
manera giratoria con el alojamiento, de modo que el alojamiento
tiene un interior estanco a fluidos.
18. Utilización de una válvula de suministro
secuencial giratoria en los extremos de suministro de cuatro
recipientes de adsorción paralelos en un proceso de adsorción por
cambio de presión de cuatro lechos, teniendo cada recipiente unos
extremos de suministro y de producto, según la válvula definida en
la reivindicación 4, en la que
en (b) tres orificios se extienden a través de
la placa de orificios (19), donde un primer orificio en la placa de
orificios queda alineado y en comunicación fluida con la primera
abertura en la cara de rotor, y un segundo orificio en la placa de
orificios queda alineado y en comunicación fluida con la segunda
abertura en la cara de rotor;
en (d) los medios de estanqueización elásticos
cierran de manera estanca el primer orificio con la primera
abertura, y el segundo orificio con la segunda abertura,
respectivamente; y
en (e) cinco aberturas están dispuestas en la
cara de estátor (35), donde una primera abertura interseca con el
eje y las otras cuatro aberturas están dispuestas a la distancia
radial seleccionada del eje; y cinco pasos, extendiéndose cada paso
a través del estátor desde cada una de las cinco aberturas en la
cara de estátor, respectivamente, donde la primera abertura en la
cara de estátor (35) está en comunicación fluida a través de un
primer paso con una línea de descarga de desecho, y donde cada una
de las otras cuatro aberturas en la cara de estátor (35) está en
comunicación fluida a través de cada uno de los otros pasos con el
extremo de suministro de un primer, un segundo, un tercer y un
cuarto recipientes de adsorción, respectivamente.
19. Utilización, según la reivindicación 18, que
comprende además un eje de accionamiento equipado para hacer girar
el rotor alrededor del eje, un alojamiento de válvula fijado de
manera estanca al estátor, en la que el alojamiento de válvula
rodea el rotor, la placa de orificios y los medios de
estanqueización elásticos, en la que el eje de accionamiento pasa a
través del alojamiento de válvula y forma un cierre estanco de
manera giratoria con el alojamiento, de modo que el alojamiento
tiene un interior estanco a fluidos, y una línea de entrada de
suministro conectada al alojamiento en comunicación fluida con el
interior estanco a fluidos.
20. Utilización, según la reivindicación 19, en
la que la placa de orificios (19) es circular y se forma un tercer
orificio en la placa de orificios retirando una parte de una zona de
la placa de orificios que se extiende desde la periferia de la
placa de orificios hasta una distancia radial del eje, que es menor
que la distancia radial seleccionada, y en la que el tercer
orificio está en comunicación fluida directa con el interior del
alojamiento de válvula.
21. Utilización, según la reivindicación 20, en
la que
(1) en la primera posición giratoria del rotor y
de la placa de orificios alrededor del eje, las aberturas en el
rotor, los orificios en la placa de orificios, y las aberturas en el
estátor quedan alineados para disponer el extremo de suministro del
primer recipiente de adsorción en comunicación fluida con la línea
de entrada de suministro, y para disponer el extremo de suministro
del tercer recipiente de adsorción en comunicación fluida con la
línea de descarga de desecho; y
(2) en una segunda posición giratoria del rotor
y de la placa de orificios alrededor del eje, las aberturas en el
rotor, los orificios en la placa de orificios, y las aberturas en el
estátor quedan alineados para disponer el extremo de suministro del
segundo recipiente de adsorción en comunicación fluida con la línea
de entrada de suministro, y para disponer el extremo de suministro
del cuarto recipiente de adsorción en comunicación fluida con la
línea de descarga de desecho.
22. Utilización de válvulas secuenciales
giratorias en un conjunto de válvula secuencial giratoria para un
sistema de adsorción por cambio de presión que utiliza una serie de
recipientes de adsorción paralelos, teniendo cada recipiente un
extremo de suministro y un extremo de producto, en la que el
conjunto de válvula secuencial giratoria comprende:
(1) una válvula de suministro secuencial
giratoria, según la reivindicación 4, en la que una de las aberturas
en la cara de estátor está en comunicación fluida con una línea de
descarga de desecho, y en la que cada una de las otras aberturas en
la cara de estátor está en comunicación fluida con el extremo de
suministro de cada uno de la serie de recipientes de adsorción,
respectivamente;
(2) una válvula de producto secuencial
giratoria, según la reivindicación 4, en la que las aberturas se
extienden como pasos a través del estátor, en la que una de las
aberturas en la cara de estátor está en comunicación fluida con una
línea de suministro de producto, y en la que cada una de las otras
aberturas en la cara de estátor está en comunicación fluida con el
extremo de producto de cada uno de la serie de recipientes de
adsorción, respectivamente; y
(3) medios de accionamiento giratorios para
hacer girar el eje de accionamiento de la válvula de suministro
secuencial giratoria y el eje de accionamiento de la válvula de
producto secuencial giratoria.
23. Utilización, según la reivindicación 22, en
la que los medios de accionamiento giratorios comprenden un sistema
accionado por motor que hace girar los ejes de accionamiento de la
válvula de producto secuencial giratoria y de la válvula de
suministro secuencial giratoria.
24. Utilización, según la reivindicación 23, en
la que el sistema accionado por motor hace girar los ejes de
accionamiento de la válvula de producto secuencial giratoria y de la
válvula de suministro secuencial giratoria a la misma
velocidad.
25. Utilización, según la reivindicación 22, en
la que los ejes de accionamiento de la válvula de producto
secuencial giratoria y de la válvula de suministro secuencial
giratoria forman un eje de accionamiento único.
26. Utilización, según la reivindicación 22, en
la que la válvula de suministro secuencial giratoria comprende
además un eje de accionamiento equipado para hacer girar el rotor
alrededor del eje, un alojamiento de válvula fijado de manera
estanca al estátor, donde el alojamiento de válvula rodea el rotor,
la placa de orificios y los medios de estanqueización elásticos,
donde el eje de accionamiento pasa a través del alojamiento de
válvula y forma un cierre estanco de manera giratoria con el
alojamiento, de modo que el alojamiento tiene un interior estanco a
fluidos, y una línea de entrada de suministro conectada al
alojamiento en comunicación fluida con el interior estanco a
fluidos.
27. Utilización de una placa de orificios
flexible (19) entre el rotor (1) y el estátor (37) de una válvula
secuencial giratoria, comprendiendo la placa de orificios un
material flexible y teniendo una primera superficie (23), una
segunda superficie (25), un eje (5) perpendicular a la segunda
superficie (25), y una serie de orificios (21; 27) que se extienden
a través de la placa de orificios (19) desde la primera superficie
(23) hasta la segunda superficie (25), en la que uno o más de los
orificios están dispuestos a una distancia radial seleccionada del
eje (5).
28. Utilización, según la reivindicación 27, que
comprende además ranuras en la primera superficie de la placa de
orificios, en la que cada ranura rodea una zona cerrada en la
primera superficie, algunas o todas las ranuras rodean los
orificios, unas juntas tóricas elásticas (31; 33) están introducidas
en las ranuras, y las juntas tóricas sobresalen más allá de la
primera superficie de la placa de orificios.
29. Utilización, según la reivindicación 27, que
comprende además como mínimo dos cavidades de pasador de
accionamiento (29) para alojar de manera axial y deslizante
pasadores de accionamiento (18) para hacer girar la placa de
orificios (19) alrededor del eje (5).
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