ES2333607T3 - Valvula giratoria con un sistema de control de fuga interna. - Google Patents
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Abstract
Una válvula giratoria (1) que comprende: (a) un rotor (4) que tiene una superficie de rotor giratoria alrededor de un eje, que está perpendicular a la superficie del rotor y con al menos una ranura curvada (24), en la que la superficie del rotor tiene una pluralidad de orificios, en la que el rotor incluye al menos un paso que conecta al menos una pareja de la pluralidad de aberturas; (b) un estator (2) que tiene una superficie de estator en contacto de sellado con la superficie del rotor para formar una junta de válvula giratoria plana con una superficie exterior; una pluralidad de orificios (9a, 9b, 9c, 9d) en la superficie del estator, en la que al menos dos orificios están adaptados para coincidir secuencialmente con aberturas en la superficie del rotor a medida que gira el rotor, estando conectado cada orificio a un paso respectivo a través del estator (2); un paso de vacío del estator formado por una muesca anular (16) en la superficie del estator, en la que la muesca anular (16) está en comunicación de flujo con al menos una ranura curvada (24) en el rotor (4); y un paso (16a) conectado en un extremo a la muesca anular (16) y que tiene un orificio (19) en el otro extremo que se puede conectar directamente a una bomba de vacío; en la que la ranura curvada (24) en el rotor (4) está adaptada para coincidir secuencialmente con cada uno de la pluralidad de orificios (9a, 9b, 9c, 9d) para colocar cada orificio en comunicación de flujo con la bomba de vacío a (c) través de la muesca anular (16) y el orificio (19); y (d) una cámara de válvula sellada que tiene un volumen interior contiguo con la periferia exterior de la junta de válvula giratoria, cuya cámara está sellada desde la atmósfera que rodea la válvula giratoria: (e) en la que la válvula giratoria incluye uno de (1) un paso de ventilación de vacío (20) en el rotor (4) conectado a la muesca curvada (24) con el volumen interior de la cámara de válvula sellada, (2) un paso de ventilación de vacío (20b) en el estator (2) que conecta la muesca anular (16) con el volumen interior de la cámara de válvula sellada; y (3) un paso de ventilación de vacío (20b) en una pared de la cámara de válvula sellada, en el que el paso de ventilación de vacío está conectado a la bomba de vacío. (f) un rotor adicional (5) que tiene una superficie de rotor giratoria alrededor de un eje, que está perpendicular a la superficie del rotor, en el que la superficie del rotor adicional (5) tiene una pluralidad de aberturas (25- 30), y en el que el rotor adicional (5) incluye al menos un paso (31-34) que conecta al menos una pareja de la pluralidad de aberturas (25-30); y (g) un estator adicional (3) que tiene una superficie de estator en contacto de sellado con la superficie del rotor de (e) para formar una válvula giratoria plana adicional que tiene una periferia exterior, en el que la superficie del estator tiene una pluralidad de aberturas (11a, 11b, 11c, 11d), en el que al menos dos aberturas están adaptadas para coincidir secuencialmente con aberturas en la superficie del rotor de (e) a medida que el rotor adicional (3) gira, en el que cada abertura en la superficie del estator está conectada a un paso respectivo a través del estator, y en el que el rotor adicional y el estator adicional están dispuestos coaxialmente con el rotor (4) de (a) y el estator (2) de (b); en el que la periferia exterior de la junta de válvula giratoria plana adicional está contigua con la cámara sellada de la válvula.
Description
Válvula giratoria con un sistema de control de
fuga interna.
Las válvulas giratorias son ampliamente
utilizadas en las industrias de procesos para dirigir fluidos desde
una o más fuentes de procesos hasta uno o más destinos de procesos
en etapas cíclicas repetibles de los procesos. Estas válvulas,
llamadas también válvulas de secuencia giratorias, se utilizan en
procesos cíclicos o repetibles, tales como separación de gas por
adsorción oscilante de presión o temperatura, separación de
líquidos por adsorción oscilante por concentración, cromatografía de
gas o de líquido, procesos catalíticos regenerativos; sistemas de
control secuencial neumáticos o hidráulicos, y otros procesos
cíclicos. Un tipo de válvula giratoria ampliamente utilizado tiene
una configuración circular plana, en la que un rotor con orificio
plano gira coaxialmente sobre el estator con orificio plano, de tal
manera que los orificios en el estator y en el rotor están
alineados o bloqueados en una secuencia cíclica predeterminada. El
sellado es proporcionado típicamente por contacto directo de la
superficie plana del rotor que se desliza sobre la superficie plana
del estator. Se requiere un alto grado de precisión en la
fabricación de estas superficies planas para prevenir la fuga
excesiva en las superficies coincidentes. Materiales rígidos tales
como metal, carbono o cerámica se utilizan típicamente para rotores
y estatores, pero el desgaste de las partes o distorsiones causadas
por diferenciales de temperatura pueden causar cambios en la forma
de las superficies, permitiendo de esta manera una fuga a través de
la junta formada entre las superficies.
Las válvulas giratorias con una configuración de
junta circular giratoria plana son particularmente útiles en
sistemas de adsorción oscilante de presión (PSA) que utilizan lechos
de adsorción paralelos que operan en etapas cíclicas solapas que
incluyen etapas de alimentación, igualación de la presión,
despresurización, purga y represurización. En una aplicación
típica, se utiliza un estator que tiene orificios múltiples para
conectar las líneas de gas de alimentación y las líneas de gas de
desecho con los extremos de alimentación de una pluralidad de
lechos de adsorción y también para conectar los extremos de producto
de los lechos con una línea de producto y para conectar los
extremos de producto de parejas de lechos para igualación de la
presión. Un rotor que tiene múltiples orificios gira de forma
sellada sobre el estator, de tal forma que las aberturas sobre la
superficie del estator coinciden secuencialmente con aberturas en la
superficie del rotor a medida que el rotor gira para dirigir el
flujo de gas para las etapas del ciclo del proceso PSA deseado.
En un ciclo PSA típico, los pasos internos de la
válvula giratoria están a presiones diferentes a medida que se
desarrolla el ciclo PSA. Si existe una fuga entre orificios a
diferentes presiones, puede producirse contaminación cruzada que, a
su vez, puede reducir los parámetros de rendimiento de PSA, tales
como la pureza del producto y la recuperación del producto. Las
fugas internas entre orificios de válvulas conectados a los
extremos del producto de los lechos son indeseables, debido a que
los contaminantes en los extremos de los productos de los lechos
pueden afectar a la pureza del producto. Cuando el ciclo PSA incluye
las etapas de regeneración y de purga a vacío, los diferenciales de
presión a través de la superficie de sellado de la válvula,
particularmente entre los orificios del rotor y del estator que
conectar los extremos de alimentación y del productote los lechos,
pueden conducir a varios problemas operativos, si se producen fugas
entre estos orificios.
Estos problemas son abordados por formas de
realización de la presente invención descritas a continuación y
definidas por las reivindicaciones que siguen, en las que se
describen configuraciones de válvulas giratorias que reducen los
efectos de fugas dentro de las válvulas sobre el rendimiento
PSA.
El documento US 2002/01124885 A1 describe un
conjunto de válvula giratoria para un sistema de adsorción
oscilante de la presión con un rotor y estator individual con
orificios de producto y de alimentación, en el que una muesca de
ventilación anular está localizada entre los orificios de
alimentación y de producto, de manera que la muesca reventilación
se puede comunicar con un vacío.
La invención se define por las reivindicaciones
1 y 7. Las reivindicaciones dependientes definen formas de
realización ventajosas.
La figura 1 es una vista en perspectiva
despiezada ordenada de una válvula giratoria de acuerdo con una
forma de realización de la presente invención.
La figura 2 es una vista de la sección axial
A-A de la válvula giratoria de la figura 1 en forma
montada, en la que la sección interfecta el eje y los orificios del
estator 8a y 8c.
La figura 3 es una vista de una sección axial de
la válvula giratoria de la figura1 en forma montada, en la que la
sección está en el plano del dibujo e interfecta el eje y el
orificio de alimentación del estator 18.
\newpage
La figura 4 es una vista de una sección radial
de la válvula giratoria de la figura 1 en forma montada como se
describe por la sección E-E de la figura 2 para una
posición seleccionada del rotor de alimentación con relación al
estator de alimentación.
La figura 5 es una vista de una sección de la
válvula giratoria de la figura 1 en forma montada, como se describe
por la sección D-D de la figura 2 para una posición
seleccionada del rotor de producto con relación al estator de
producto.
La figura 6A es una vista modificada de la
figura 4 que muestra otra posición del rotor de alimentación con
relación al estator de alimentación.
La figura 6B es una vista modificada de la
figura 5 que muestra otra posición del rotor de producto con
relación al estator de producto.
La figura 7A es una vista modificada de la
figura 6A que muestra otra posición del rotor de alimentación con
relación al estator de alimentación.
La figura 7B es una vista modificada de la
figura 6B que muestra otra posición del rotor de producto con
relación al estator de producto.
\vskip1.000000\baselineskip
Las formas de realización de la presente
invención abordan el funcionamiento de sistemas de adsorción
oscilante de la presión (PSA) que utilizan válvulas giratorias y
funcionan utilizando ciclos en los que las presiones más bajas de
los lechos de adsorción están por debajo de la presión atmosférica.
Estos ciclos son referidos comúnmente como ciclos de adsorción
oscilante de vacío y se utilizan en sistemas VSA. Las formas de
realización de la invención proporcionan diseños de válvulas
giratorias mejoradas que previenen la contaminación del adsorbente
por componentes de la atmósfera que rodea la válvula giratoria y el
sistema VSA. La técnica anterior para sistemas PSA de válvulas
giratorias describe métodos de prevención de fugas de válvulas que
provocan contaminación de producto, pero no consideran el problema
de contaminación del adsorbente abordado por las formas de
realización de la presente invención para sistemas VSA.
Una válvula giratoria es una válvula con uno o
más estatores, uno o más rotores que giran dentro de la válvula en
movimiento giratorio deslizante sellable con los estatores, y
múltiples orificios en los rotores para formar varias trayectorias
de flujo de gas entre orificios seleccionados del estator de una
manera cíclica. La válvula puede utilizarse en cualquier proceso
para dirigir fluidos desde una o más fuentes de procesos hasta uno
o más destinos de proceso en etapas de proceso cíclicos
repetibles.
Una válvula giratoria con una configuración
circular plana utiliza un rotor de orificio plano que gira
coaxialmente sobre un estator de orificio plano, de tal manera que
los orificios en el estator y rotor están alineados o bloqueados en
una secuencia cíclica predeterminada. El sellado en este tipo de
válvula es proporcionado por contacto directo de la superficie
plana del rotor sobre la superficie plana del estator. Se requiere
un alto grado de precisión en la fabricación de estas superficies
planas para prevenir la fuga excesiva en las superficies
coincidentes. El desgaste del rotor y del estator con el tiempo, las
partículas de polvo o suciedad que encuentran su camino en la
interfaz del rotor y el estator, y las distorsiones causadas por
diferenciales de temperatura pueden causar cambios en la forma de
las superficies del rotor y/o del estator, permitiendo de esta
manera la fuga a través de la junta formada entre las superficies.
Si se produce tal fuga a través de la interfaz de sellado, el gas
puede migrar desde un paso de válvula giratoria a una presión
elevada hasta un paso a una presión más baja, contaminando de esta
manera el gas en el paso de baja presión. Si se mantiene uno o más
de los pasos a vacío durante la rotación de la válvula, se puede
fugar gas desde la atmósfera circundante dentro del paso de baja
presión y puede contaminar el gas contenido dentro.
Las válvulas giratorias son particularmente
útiles en sistemas de adsorción oscilante de presión (PSA) que
utilizan lechos de adsorción paralelos múltiples que operan en
etapas cíclicas de solape que incluyen etapas de alimentación,
igualación de la presión, regeneración, y represurización. La
regeneración puede incluir etapas de evacuación y de purga a
presión sub-atmosférica y los sistemas de adsorción
que funcionan en estas condiciones se describen típicamente como
sistemas de adsorción oscilante de vacío (VSA). Los orificios
múltiples en el estator conectan las líneas de gas de alimentación
y las líneas de gas de desecho con los extremos de alimentación de
una pluralidad de lechos de adsorción, conectan los extremos de
producto de los lechos con un lecho de producto, y conectan los
extremos de producto de partes de lechos para igualación de presión.
A medida que el rotor gira con relación al estator, los orificios
sobre la superficie del estator coinciden secuencialmente con
orificios en la superficie del rotor para dirigir el flujo de gas
para las etapas deseadas del ciclo del proceso PSA.
En un sistema VSA para producir oxígeno por la
adsorción selectiva de nitrógeno a partir del aire utilizando
adsorbentes de zeolita, por ejemplo, la presión en cada lecho estará
por debajo de la presión atmosférica para parte del ciclo. Cuando
se utiliza una válvula giratoria en el sistema VSA, la fuga de
alimentación húmeda presurizada o de aire atmosférico desde los
pasos de alimentación hacia los pasos de igualación o de purga en
la válvula pueden contaminar los extremos de producto de loe lechos
con agua cuando las presiones de los lechos son
sub-atmosféricas. Puesto que el sistema VSA funciona
continuamente, incluso fugas pequeñas de este tipo que se producen
durante un periodo de semanas o menos permitirá que la humedad en el
aire de alimentación se acumule en el extremo del producto del
lecho de adsorción, reduciendo de esta manera su capacidad de
adsorción, lo que reduce, a su vez, el rendimiento del sistema
VSA.
Este problema se puede abordar por una válvula,
en la que el rotor está parcial o totalmente encerrado por una
cámara de válvula sellada que tiene un volumen interior contiguo con
la periferia exterior de cada junta de válvula giratoria. La cámara
de válvula sellada se define y comprende un volumen interno de
cualquier configuración que rodea la periferia de cada junta de
válvula giratoria y aísla cada junta de válvula giratoria de la
atmósfera exterior que rodea la válvula giratoria y el conjunto de
cámara de válvula sellada. La válvula giratoria está diseñada para
que la presión en el interior de la cámara de válvula sellada se
pueda mantener a una presión aproximadamente igual o menor que la
presión mínima dentro de cualquiera de los pasos internos de la
válvula. Esto provoca que el gas de fuga dentro de la válvula migre
dentro de la cámara de válvula sellada en lugar de migrar dentro
del paso de presión mínima en la válvula. En u sistema VSA, esto
previene que el gas de fuga migre dentro del extremo del producto
de un lecho de adsorción. Esta presión mínima puede ser una presión
sub-atmosférica generada por una bomba de vacío. El
término "aproximadamente igual a" significa que la presión
absoluta en el interior de la cámara de válvula sellada difiere de
la presión mínima dentro de los pasos internos de la válvula no más
que un 10% de la diferencia entre las presiones máxima y mínima
dentro de los pasos de la válvula.
En la presente descripción, un paso de vacío se
define como cualquier paso que está en comunicación de flujo con
una región de presión sub-atmosférica. Esta región
de presión sub-atmosférica puede ser generada por
una bomba de vacío o soplante de vacío. Un orificio de ventilación
de vacío se define como un paso a presión
sub-atmosférica que se extiende a través de
cualquier parte de una válvula giratoria y está adaptado para
mantener la presión dentro de la cámara de válvula sellada a una
presión sub-atmosférica aproximadamente igual o
menor que la presión mínima dentro de los pasos internos de la
válvula. El paso de ventilación de vacío está en comunicación de
flujo con la entrada de una bomba de vacío.
El término "en comunicación de flujo con"
cuando se aplica a una primera y segunda región significa que el
gas puede fluir desde la primera región hasta la segunda región a
través de tubería de conexión y/o a través de una región
intermedia. El término "conectado a" cuando se aplica a una
primera y segunda región significa que el gas puede fluir desde la
primera región hasta la segunda región a través de tubería de
conexión.
Los artículos indefinidos "un" y "una"
cuando se utilizan aquí significan uno o más cuando se aplican a
cualquier característica en formas de realización de la presente
invención descritas en la memoria descriptiva y en las
reivindicaciones El uso de "un" y "una" no limita el
significado a una característica individual, a no ser que se
establezca tal límite específicamente. El artículo definido
"el" que precede nombres singulares o plurales o a frases de
nombres designa una característica particular especificada o
características particulares especificadas y puede tener una
connotación singular o plural en función del contexto en el que se
utilizar. El adjetivo "mucho" significa uno, alguno o todos
indiscriminadamente de cualquier cantidad.
El estator o estatores pueden estar diseñados de
tal manera que la cámara de válvula aislada está formada como una
parte integral de la válvula giratoria; alternativamente, la cámara
de válvula sellada puede ser una estructura separada que encierra
parcial o totalmente la válvula giratoria. La cámara de válvula
sellada puede utilizarse en varias formas de realización con
diferentes tipos de válvulas giratorias, como se describe en
detalle a continuación.
Una válvula giratoria puede utilizar un rotor
individual sellado de forma giratoria a un estator individual, en
el que el rotor tiene una superficie plana de rotor con una
pluralidad de aberturas y tiene al menos un paso que conecta al
menos una pareja de la pluralidad de aberturas. El estator tiene una
superficie en contacto de sellado con la superficie del rotor para
formar una junta de válvula plana giratoria que tiene una periferia
exterior, y la superficie del estator tiene una pluralidad de
aberturas adaptadas para coincidir secuencialmente con aberturas en
la superficie del rotor a medida que el rotor gira. Cada abertura en
la superficie del estator está conectada a un paso respectivo a
través del estator, y al menos uno de los pasos a través del estator
es un paso de vacío del estator conectado directamente a una bomba
de vacío. Otros pasos a través del estator pueden estar conectados
a los extremos de alimentación y de producto de un grupo de lechos
de adsorción para permitir el flujo de gas hacia, desde y entre los
lechos, a medida que la válvula giratoria dirige gas, como se
requiere a través de las etapas del ciclo de proceso PSA o VSA. En
esta forma de realización, la cámara de válvula sellada está
formada por una carcasa de cámara sellada de forma separable al
estator, de manera que la periferia exterior de la junta de válvula
giratoria plana está contigua con el volumen interior de la cámara
de válvula sellada. El rotor está encerrado por la cámara de válvula
sellada y por un árbol de accionamiento para el rotor pasa a través
de un conjunto de junta de árbol localizado en la carcasa de
la
cámara.
cámara.
Un paso de ventilación de vacío puede estar
conectado a la cámara de válvula sellada por cualquiera de varios
métodos. En un método, el paso de ventilación de vacío pasa a través
del estator y conecta el volumen interior de la cámara de válvula
sellada con el paso de vacío del estator. En otro método, el paso de
ventilación de vacío está dispuesto y pasa a través de una pared en
la carcasa de la cámara, y el paso de ventilación de vacío está
conectado a la bomba de vacío. En otro método, el rotor tiene una
muesca de vacío curvada que coincide continuamente con el paso de
vacío del estator y el paso de ventilación de vacío pasa a través de
rotor y conecta la muesca de vacío curvada con el volumen interior
de la cámara de válvula sellada.
En la forma de realización de la invención, la
válvula giratoria utiliza dos estatores y dos rotores que forman
dos juntas planas de válvula giratoria, cada una de las cuales tiene
una periferia exterior. Un primer rotor tiene una superficie de
rotor giratoria alrededor de un eje perpendicular a la superficie
del rotor, la superficie del rotor tiene una pluralidad de
aberturas, y el primer rotor incluye al menos un paso que conecta
al menos una pareja de la pluralidad de aberturas. Un primer estator
tiene una superficie de estator en contacto de sellado con la
superficie del primer rotor para formar una primera junta plana de
válvula giratoria que tiene una periferia exterior. La superficie
del primer estator tiene una pluralidad de aberturas adaptadas para
coincidir secuencialmente con aberturas en la superficie del primer
rotor a medida que el primer rotor gira, y cada abertura en la
superficie del primer estator está conectada a un paso respectivo a
través del primer estator.
Un segundo rotor en esta forma de realización
tiene una superficie de rotor giratoria alrededor de un eje
perpendicular a la superficie del rotor, la superficie del segundo
rotor tiene una pluralidad de aberturas, y el segundo rotor incluye
al menos un paso que conecta al menos una pareja de la pluralidad e
aberturas. Un segundo estator tiene una superficie de estator en
contacto de sellado con la superficie del segundo rotor para formar
una segunda junta plana de válvula giratoria que tiene una periferia
exterior, y la superficie del segundo estator tiene una pluralidad
de aberturas adaptadas para coincidir secuencialmente con aberturas
en la superficie del segundo rotor a medida que el segundo rotor
gira. Cada abertura en la superficie del segundo estator está
conectada a un paso respectivo a través del segundo estator, y el
segundo rotor y el segundo estator están dispuestos coaxialmente
con el primer rotor y el primer
estator.
estator.
Esta forma de realización incluye una cámara de
válvula sellada que tiene un volumen interior contiguo con la
periferia exterior de la primera junta plana de válvula giratoria y
con la periferia exterior de la segunda junta plana de válvula
giratoria, y un paso de ventilación de vacío está conectado a la
cámara de válvula sellada. Ambos rotores están localizados
coaxialmente dentro de la cámara de válvula sellada y son
accionados por un árbol de accionamiento que pasa a través de un
conjunto de junta de árbol localizado en una pared de la cámara de
válvula sellada o en uno de los estatores, como se describe con más
detalle a continuación. En esta forma de realización, la cámara de
válvula sellada puede estar formada por una extensión
circunferencial axial del primer estator que está sellada de forma
separable al segundo estator, de tal forma que ambos rotores están
localizados dentro de la cámara de válvula sellada formada de esta
manera. De manera alternativa, la cámara de válvula sellada puede
estar formada por una extensión circunferencial axial del segundo
estator que está sellada de forma separable al primer estator, de
tal manera que ambos rotores están localizados dentro de la cámara
de válvula sellada formada de esta manera. Otra versión de la cámara
de válvula sellada puede formarse por extensiones circunferenciales
axiales tanto del primero como del segundo rotor que están sellados
de forma separable juntos para formar la cámara de válvula sellada
alrededor de ambos rotores. En todas estas configuraciones
alternativas de la cámara de válvula sellada, la periferia exterior
de cada junta placa de válvula giratoria está continua, es decir,
encerrada por el interior de la cámara de válvula sellada.
El paso de ventilación de vacío puede estar
conectado a la cámara de válvula sellada por cualquiera de varios
métodos en esta forma de realización. En un método, al menos uno de
los pasos a través del primer estator es un paso de vacío de
estator conectado directamente a una bomba de vacío, y el paso de
ventilación de vacío pasa a través del primer estator y conecta el
volumen interior de la cámara de válvula sellada con el paso de
vacío del estator en el primer estator. En otro método, la cámara de
válvula sellada está encerrada, en pare, por una pared exterior y
el paso de ventilación de vacío está dispuesto en y pasa a través de
la pared exterior, y el paso de ventilación de vacío está conectado
a la bomba de vacío. En otro método, el primer rotor tiene una
muesca de vacío curvada que coincide continuamente con el paso de
vacío de estator, y el paso de ventilación de vacío pasa a través
del primer rotor y conecta la muesca de vacío curvada con el volumen
interior de la cámara de válvula sellada.
La cámara de válvula sellada puede aplicarse a
una válvula giratoria con cualquier número de rotores encerrados
por la cámara de válvula sellada. La cámara de válvula sellada puede
estar integrada con la válvula y formada por extensiones de un o de
los dos estatores, como se ha descrito anteriormente. De manera
alternativa, la cámara de válvula sellada puede ser una estructura
separada o un cerramiento que rodea toda la válvula giratoria,
donde las líneas hacia y desde la válvula giratoria y el árbol de
accionamiento del rotor pasan a través de la estructura o
cerramiento con juntas adecuadas para aislar la cámara de la válvula
desde la atmósfera circundante.
Cualquiera de las formas de realización
anteriores de la válvula giratoria descritas anteriormente se
pueden utilizar como un sistema VSA para la separación de mezclas de
gas utilizando cualquier número deseado de lechos de adsorción y
accionados en cualquiera de los ciclos deseados del proceso VSA. El
ciclo del proceso VSA incluye al menos las etapas secuenciales
repetidas de alimentar/crear producto a una presión
super-atmosférica, evacuación a una presión
sub-atmosférica y represurización a una presión
super-atmosférica. Las formas de realización pueden
utilizarse, por ejemplo, para la producción de oxígeno por VSA por
la adsorción selectiva de nitrógeno del aire utilizando adsorbentes
de zeolita.
Una forma de realización ejemplar de la
invención se ilustra por la válvula giratoria de dos rotores y de
dos estatores de la figura 1. esta válvula particular se puede
utilizar en un sistema VSA para recuperar oxígeno del aire
utilizando cuatro lechos de adsorción y un ciclo VSA en el que cada
lecho pasa a través de las etapas de (a) alimentar/crear producto,
(2) alimentar/crear producto y proporcionar gas de represurización
del producto, (3) igualación de la presión hacia abajo, (4)
proporcionar purga, (5) evacuación, (6) recibir purga, (7)
igualación de la presión hacia arriba, y (8) recibir gas de
represurización del producto.
Las partes principales de la válvula giratoria 1
de la figura 1 son el rotor de alimentación 4, el rotor del
producto 5, los cuales están dispuestos dentro de una cámara de
válvula sellada formada por el miembro de carcasa de alimentación 2
y el miembro de carcasa de producto 3. La cámara de válvula sellada
está formada por carcasas 2 y 3, que ajustan juntas y están
selladas con respecto a la atmósfera circundante por la junta de la
carcasa 17. Las carcasas 2 y 3 son partes integrales del estator de
alimentación y del estator de producto, respectivamente, y están
provistas con características (no mostradas) de manera que los ejes
de los orificios extremos de alimentación de lechos
correspondientes (es decir, 8a, 8b, 8c y 8d) y los orificios
extremos de productos de lechos (es decir, 10a, 10b, 10c y 10d)
están en la misma localización y están alineados coaxialmente entre
sí.
El rotor de alimentación 4 y el rotor de
producto 5 están adaptados para girar coaxialmente dentro de la
cámara de válvula sellada formada por la carcasa de alimentación o
estator 2, la carcasa de producto o rotor 3, y la junta 17. Un
muelle de compresión 6 está instalado entre los rotores, presiona el
rotor de alimentación 4 contra la carcasa de alimentación del
estator 2 y presiona el rotor del producto 5 contra la carcasa o
estator del producto 3.
El árbol de accionamiento penetra la cámara de
válvula sellada axialmente a través del centro de la carcasa o
estator de alimentación 2 y es accionado por un motor (no mostrado)
para hacer girar el rotor de alimentación 4 en un sentido horario.
Una junta de árbol (no mostrada) previene la fuga entre el interior
de la válvula y la atmósfera a través de la holgura entre la carcasa
o estator de alimentación 2 y el árbol 7. El extremo cuadrado 39 u
otra característica no circular sobre e extremo del árbol transmite
el movimiento de rotación del árbol hacia el rotor de alimentación
4.
El rotor de alimentación 4 tiene orejetas de
accionamiento 13a y 13b que se acoplan con orejetas coincidentes
14a y 14b (14b no se muestra en esta vista) para transmitir el
movimiento giratorio del rotor de alimentación 4 al rotor de
producto 5. Las orejetas no sólo transmiten el movimiento, sino que
mantienen también la alineación giratoria entre los rotores, de
manera que los orificios en la carcasa o rotor de alimentación 2
están cubiertos o no cubiertos por el rotor, los orificios
adecuados en la carcasa o estator de producto 3 están también
cubiertos o no cubiertos al mismo tiempo. La disposición particular
de las orejetas no es crítica, y son posibles otros métodos de
alineación y de accionamiento coaxial, tales como, por ejemplo,
pasadores o casquillos. El sistema de alineación y de accionamiento
está adaptado para transmitir movimiento de rotación desde un rotor
hacia el otro, para mantener alineación angular entre las partes
del rotor, y permitir que los rotores se muevan axialmente uno con
respecto al otro, de manera que permanecen asentados contra las
carcasas o estatores. El muelle 6 fuerza a los rotores contra las
carcasas o estatores, de manera que la superficie del rotor de
alimentación 37 está presionada contra la superficie del estator 38
y la superficie del rotor de producto 35 está presionada contra la
superficie 36 de la carcasa o estator del producto 3.
El funcionamiento de la válvula se describirá a
continuación con referencia a un proceso VSA de cuatro lechos
ejemplar que utiliza las ocho etapas de (1) alimentar/crear
producto, (2) alimentar/crear producto y proporcionar gas de
represurización del producto, (3) igualar presión hacia abajo, (4)
proporcionar purga, (5) evacuación, (6) recibir purga, (7) igualar
presión hacia arriba, y (8) recibir gas de represurización del
producto.
Los extremos de alimentación de los lechos están
conectados a la carcasa o estator de alimentación 2 y los extremos
del producto de los lechos están conectados a la carcasa o estator
del producto 3. Los extremos de alimentación y del producto de los
lechos (no se muestran) están conectados a orificios
correspondientes sobre la válvula, es decir, que los extremos de
alimentación de los lechos están conectados a orificios 8a, 8b, 8c
y 8d y los extremos de producto correspondientes de los lechos están
conectados a orificios 10a, 10b, 10c, y 10d, respectivamente.
Con referencia a la figura 3, el aire que
procede de un compresor de alimentación está conectado al orificio
de alimentación 18 que conduce el aire comprimido a una cavidad
central 15 en la carcasa o estator de alimentación 2. Cuando el
rotor de alimentación 4 está en la posición operativa particular, el
aire que procede desde la cavidad 15 en la carcasa fluye hasta la
cavidad central 21 en el rotor 4. Con referencia ahora a las
figuras 2 y 4, el paso 22 en el rotor de alimentación 4 conduce el
aire comprimido hasta la ranura curvada 23 en el rotor de
alimentación 34. Si esta ranura está posicionada sobre uno de los
orificios 9a-9d en la carcasa o estator de
alimentación 2, el aire comprimido fluirá a través de uno de los
orificios 9a-9d y a través de uno correspondiente
de los pasos 8a-8d hasta el extremo de alimentación
de un lecho de absorción.
De una manera similar, el orificio de aspiración
de una bomba de vacío está conectado directamente al orificio 19 de
la carcasa o estator de alimentación 2, y este orificio está
conectado a una muesca anular 16 en la carcasa de alimentación. El
paso de vacío del estator formado por la muesca anular 16 y el paso
16A que conduce al orificio 19 están conectados directamente a una
bomba de vacío, lo que significa que el paso de vacío del estator
no está en comunicación de fluido con la cámara de la válvula
sellada. Parte de la ranura curvada 24 en el rotor de alimentación
4 está posicionada siempre sobre esta muesca. Cuando la ranura
curvada 24 está posicionada también sobre uno de los orificios
9a-9d en la carcasa o estator de alimentación 2, el
gas en el lecho fluirá a través de la conexión de válvula giratoria
8a-8d correspondiente, el orificio
9a-9d correspondiente, la ranura curvada 24, el
paso anular 16 y finalmente el orificio 19, desde el que se escapa
el gas por la bomba de vacío.
El funcionamiento de la válvula en un ciclo de
adsorción se explicará mostrando cómo cada una de las etapas
anteriores es realizada en dos posiciones diferentes de la válvula.
Con referencia a las figuras 6A y 6B, en el ciclo VSA descrito
anteriormente existe un lecho en la etapa de alimentación/creación
de producto (1), un lecho en la etapa de igualación de la presión
hacia abajo (3), un lecho en la etapa de evacuación (5) y un lecho
en la etapa de igualación de la presión hacia arriba. Cada una de
estas etapas se explica en detalle a continuación.
Cuando la válvula está en la posición mostrada
en las figuras 6A y 6B, el lecho conectado a los orificios de la
válvula 9c y 11c está en la etapa de alimentación/creación de
producto. El aire comprimido fluye desde el orificio de
alimentación 18 a través del orificio de la válvula 9c hasta el
extremo de alimentación del lecho, como se ha descrito
anteriormente. El producto de oxígeno concentrado que abandona la
parte superior del lecho fluye dentro del orificio 11c en la
carcasa o estator de producto 3, desde donde fluye a través de la
ranura curvada 25, a través del paso 31, dentro de la cavidad
central 34 y fuera del orificio 12 en la carcasa o estator de
producto 3 (figuras 1 y
2).
2).
Los lechos conectados a los orificios de la
válvula 9b y 11b y a los orificios 9d y 11d están sometidos a las
etapas de igualación de la presión. El lecho conectado a los
orificios 9b y 11b acaba de completar la creación de producto, de
manera que está a una presión alta. El lecho conectado a los
orificios 9d y 11d acaba de completar la etapa de purga, de manera
que está a baja presión. Los orificios 9b y 9d en la carcasa o
estator de alimentación 2 no están en coincidencia con ranuras en
el rotor de alimentación 4, de manera que no existe ningún flujo
dentro o fuera de los extremos de alimentación de estos lechos. No
obstante, existe una conexión entre las partes superiores de los
lechos. El gas puede fluir desde la parte superior del lecho de alta
presión a través del orificio 11b, dentro de la ranura curvada 30,
luego a través del paso 33 en el rotor de producto 5 hasta la
ranura curvada 27, y luego dentro del orificio de la válvula 11d,
desde la que sabe de la válvula hasta el lecho de presión más
baja.
El lecho conectado a los orificios de la válvula
9a y 11a está sometido a evacuación. Puesto que el orificio de la
válvula 11a no está en coincidencia con ninguna de las ranuras en el
rotor de producto 5, no existe ningún flujo dentro o fuera del
extremo de producto de este lecho. Sin embargo, el lecho está
conectado en el extremo de alimentación a través del orificio 9a
hasta la bomba de vacío a través de la trayectoria de flujo
descrita anteriormente.
Las figuras 7A y 7B muestran las válvulas en un
tiempo posterior, cuando el rotor ha girado un octavo de vuelta
desde las posiciones de las figuras 6A y 6B. En esta posición de las
figuras 7A y 7B, un lecho está en la etapa de alimentación/creación
de producto y de proporcionar gas de represurización del producto
(2), un lecho está en la etapa de recibir gas de represurización de
producto (8), un lecho está en la etapa de proporcionar purga (4) y
otro lecho está en la etapa de recibir purga.
El lecho conectado a orificios de la válvula 9c
y 11c está produciendo producto de la misma manera que en las
figuras 6A y 6B, debido a que existe todavía una trayectoria de
flujo desde el orificio de alimentación 18 hasta el orificio de
salida de producto 12. Sin embargo, existe una trayectoria de flujo
adicional desde el extremo de producto del lecho. Esto se produce a
través del paso 32 en el rotor de producto 5, que permite que el
producto fluya desde la cavidad 34, a través del paso 32, a través
de la ranura curvada 26, y fuera del orificio de la válvula 11d,
desde el que fluye hasta el extremo de producto de un lecho. El
extremo de alimentación de este lecho, que está conectado a la
válvula a través del orificio 9d, no tiene ningún flujo hacia
dentro o hacia fuera, puesto que el orificio 9d no está en
coincidencia con cualquiera de las ranuras curvadas 23 ó 24.
Los lechos conectados a los orificios de la
válvula 9a y 11a y a los orificios 9b y 11b están recibiendo y
proporcionando purga. El lecho conectado al orificio 9b ni tiene
flujo de entrada o de salida en su extremo de alimentación, pero es
posible el flujo desde el orificio del extremo del producto 11b.
Desde este orificio, el gas puede fluir a través del orificio de la
válvula 11b la ranura curvada 29, el paso 34 y la ranura curvada 28
dentro del orificio de la válvula 11a, que está conectado al extremo
de producto del lecho que recibe purga. De esta manera, tiene lugar
la etapa de proporcionar purga (4).
El lecho conectado a los orificios de la válvula
9a y 11a está recibiendo purga en el extremo de producto como se
acaba de describir. En el extremo de producto, puede fluir gas de
purga desde el lecho a través del orificio 9a, la ranura curvada
24, la muesca anular 16 y el orificio de la válvula de salida 19
hacia la bomba de vacío, proporcionando de esta manera flujo para
la etapa de purga.
A medida que la válvula gira, lechos sucesivos
son sometidos a las mismas etapas del proceso de una manera
cíclica, de manera que en cualquier momento, un lecho está creando
producto, mientras que los otros lechos están en varias etapas de
regeneración.
En el proceso que se acaba de describir, un
lecho de adsorción está a una presión menor que la presión
atmosférica desde el momento justo después del comienzo de la etapa
de evacuación (5) hasta cerca del final de la etapa de igualación
hacia arriba (7). Si no existe ninguna fuga entre los orificios
subatmosféricos en la válvula y la atmósfera que rodea el rotor del
producto, se puede drenar gas desde esa atmósfera dentro de los
extremos de producto de los lechos. Por ejemplo, si la carcasa de la
válvula no estuviera sellada y estuviera abierta a la atmósfera,
podría penetrar aire atmosférico dentro de los extremos de producto
de los lechos de baja presión. Además, incluso si la válvula
tuviera que ser sellada, el posible que el aire de alimentación
desde el extremo de alimentación de la válvula (la presión máxima
contenida en la válvula) se fugase en el interior de la válvula.
Este aire podría ser introducido entonces en los extremos de
producto de los lechos durante las porciones de baja presión del
ciclo.
Aunque es posible que el gas se pueda escapar
desde los orificios super-atmosféricos de la válvula
de producto hacia los orificios sub-atmosféricos,
esto no es perjudicial para el tamiz molecular (zeolita) adsorbente
en los lechos, puesto que este gas ya ha sido secado haciéndolo
pasar a través de los extremos de alimentación de los lechos, el
cual contiene un adsorbente selectivo de agua tal como alúmina. Se
han descrito en la técnica anterior métodos de prevención de este
tipo de fugas, como se ha descrito anteriormente. Aunque este tipo
de fugas puede ser perjudicial para la eficiencia del proceso, no
degradará la capacidad de adsorbente de adsorber el componente
deseado, es decir, nitrógeno.
Las formas de realización de la presente
invención abordan un problema más grave que se plantea cuando el
adsorbente en el extremo del producto del lecho entra en contacto
con aire atmosférico húmedo. El adsorbente tiene una afinidad muy
fuerte con el agua, de manera que una vez que el agua contamina el
tamiz molecular, no se puede eliminar por la etapa de purga del
proceso, y permanece ligada al tamiz, e inhibe la adsorción de
nitrógeno. Este problema no ha sido abordado en la técnica
anterior.
Puesto que el sistema de adsorción funciona
continuamente, incluso una fuga pequeña durante periodos de semanas
o meses podría permitir eventualmente que una cantidad de humedad
suficiente en los lechos provocase una pérdida inaceptable de
capacidad del sistema. Como se ha descrito anteriormente, una
solución a este problema ha sido abordada por las formas de
realización de la invención, en las que se crea un entorno tal que
cualquier fuga de la válvula dentro de la válvula es eliminada
antes de que entre en los extremos del producto de los lechos y
dañe el adsorbente. Esto se puede realizar
- 1.
- sellando la cámara de la válvula para hacerla hermética al aire, lo que se realiza a través del uso de la junta 17 y de una junta de árbol (no mostrada) que previene que el aire de alimentación presurizado se escape a lo largo del árbol de accionamiento 7, y
- 2.
- proporcionando un taladro o paso de ventilación de vacío pequeño hacia el interior de la cámara de la válvula sellada.
En una forma de realización, esto es
proporcionado por el paso de ventilación de vacío 20 desde la
ranura de vacío curvada 24, como se muestra en las figuras 1 y 2. De
manera alternativa, esto se puede proporcionar por el paso de
ventilación de vacío 20a en la pared de la carcasa o estator de
producto 3, como se muestra en la figura 3. En otra alternativa,
esto se puede proporcionar por el paso de ventilación de vacío 20b
en la carcasa o estator de alimentación 2, como se muestra en la
figura 3. Cuando la válvula está funcionando, los gases contenidos
en el interior de la cámara de la válvula sellada fluirán hacia el
punto de presión más baja. En este proceso está siempre la
aspiración de la bomba de vacío.
Proporcionando intencionadamente una trayectoria
de flujo desde el interior de la válvula hacia la aspiración de la
bomba de vacío, cualquier fuga de aire de alimentación desde el
rotor de alimentación será evacuada a través de la aspiración de la
bomba de vacío continuamente antes de que se pueda acumular en la
cámara de la válvula sellada y contaminar el extremos del producto
de los lechos, como se ha descrito anteriormente. Pasos
alternativos a los pasos de ventilación de producto 20, 20a y 20b
descritos anteriormente pueden ser posible y tendrían el mismo
resultado de mantener la baja presión deseada dentro de la cámara
de la válvula sellada.
Aunque la forma de realización anterior ha sido
descrita para un proceso de separación de aire VSA de 4 lechos, con
8 etapas del ciclo, el principio descrito puede ser utilizado para
sistemas VSA que separan cualquier mezcla de gas con cualquier
número de lechos y etapas de ciclos para prevenir la contaminación
del adsorbente por componentes presentes en el aire que rodea los
sistemas VA de válvula giratoria. Por ejemplo, un sistema VSA para
separar una mezcla de gas distinta a aire podría utilizar un
adsorbente que puede estar contaminado por oxígeno en el aire
circundante. Las válvulas giratorias proporcionadas por las formas
de realización de la presente invención pueden prevenir esta
contaminación.
Una forma de realización general de la invención
incluye, por lo tanto, una válvula giratoria que tiene múltiples
conexiones de lecho (extremos de alimentación y de producto) así
como conexiones de aire de alimentación presurizado y de desecho o
escape de vacío. El cuerpo de la válvula está sellado para que sea
hermético al aire, y la cámara de la válvula sellada se mantiene en
o cerca de la presión de aspiración de la bomba de vacío. El
sellado se puede realizar utilizando una junta tórica, una junta de
obturación o un compuesto de sellado en la unión entre las partes
de la carcasa de la válvula. Se puede utilizar una conexión de
pestaña, si se desea.
La válvula puede ser utilizada en un proceso de
separación de gas VSA, en el que los orificios son conectados
cíclicamente a lechos de adsorbente, una línea de alimentación, una
línea de producto, y una línea de descarga o de evacuación de
desecho para efectuar un ciclo de proceso de adsorción apropiado.
Las características ventajosas descritas anteriormente, en las que
(1) las periferias de todas las juntas giratorias en la válvula
están encerrada dentro de una cámara de válvula sellada y (2) la
presión en el volumen interior de la cámara intermedia se mantiene
en un valor aproximadamente igual o menor que la presión mínima en
cualquiera de los pasos a través del estator, pueden ser aplicadas
a válvulas giratorias que tienen cualquier número de rotores y
estatores. La válvula puede ser utilizada en cualquier proceso para
dirigir fluidos desde una o más fuentes del proceso hasta uno o más
destinos del proceso en etapas de proceso cíclicas repetibles.
Claims (11)
1. Una válvula giratoria (1) que comprende:
- (a)
- un rotor (4) que tiene una superficie de rotor giratoria alrededor de un eje, que está perpendicular a la superficie del rotor y con al menos una ranura curvada (24), en la que la superficie del rotor tiene una pluralidad de orificios, en la que el rotor incluye al menos un paso que conecta al menos una pareja de la pluralidad de aberturas;
- (b)
- un estator (2) que tiene una superficie de estator en contacto de sellado con la superficie del rotor para formar una junta de válvula giratoria plana con una superficie exterior; una pluralidad de orificios (9a, 9b, 9c, 9d) en la superficie del estator, en la que al menos dos orificios están adaptados para coincidir secuencialmente con aberturas en la superficie del rotor a medida que gira el rotor, estando conectado cada orificio a un paso respectivo a través del estator (2); un paso de vacío del estator formado por una muesca anular (16) en la superficie del estator, en la que la muesca anular (16) está en comunicación de flujo con al menos una ranura curvada (24) en el rotor (4); y un paso (16a) conectado en un extremo a la muesca anular (16) y que tiene un orificio (19) en el otro extremo que se puede conectar directamente a una bomba de vacío; en la que la ranura curvada (24) en el rotor (4) está adaptada para coincidir secuencialmente con cada uno de la pluralidad de orificios (9a, 9b, 9c, 9d) para colocar cada orificio en comunicación de flujo con la bomba de vacío a
- (c)
- través de la muesca anular (16) y el orificio (19); y
- (d)
- una cámara de válvula sellada que tiene un volumen interior contiguo con la periferia exterior de la junta de válvula giratoria, cuya cámara está sellada desde la atmósfera que rodea la válvula giratoria:
- (e)
- en la que la válvula giratoria incluye uno de
- (1)
- un paso de ventilación de vacío (20) en el rotor (4) conectado a la muesca curvada (24) con el volumen interior de la cámara de válvula sellada,
- (2)
- un paso de ventilación de vacío (20b) en el estator (2) que conecta la muesca anular (16) con el volumen interior de la cámara de válvula sellada; y
- (3)
- un paso de ventilación de vacío (20b) en una pared de la cámara de válvula sellada, en el que el paso de ventilación de vacío está conectado a la bomba de vacío.
- (f)
- un rotor adicional (5) que tiene una superficie de rotor giratoria alrededor de un eje, que está perpendicular a la superficie del rotor, en el que la superficie del rotor adicional (5) tiene una pluralidad de aberturas (25-30), y en el que el rotor adicional (5) incluye al menos un paso (31-34) que conecta al menos una pareja de la pluralidad de aberturas (25-30); y
- (g)
- un estator adicional (3) que tiene una superficie de estator en contacto de sellado con la superficie del rotor de (e) para formar una válvula giratoria plana adicional que tiene una periferia exterior, en el que la superficie del estator tiene una pluralidad de aberturas (11a, 11b, 11c, 11d), en el que al menos dos aberturas están adaptadas para coincidir secuencialmente con aberturas en la superficie del rotor de (e) a medida que el rotor adicional (3) gira, en el que cada abertura en la superficie del estator está conectada a un paso respectivo a través del estator, y en el que el rotor adicional y el estator adicional están dispuestos coaxialmente con el rotor (4) de (a) y el estator (2) de (b);
en el que la periferia exterior de la junta de
válvula giratoria plana adicional está contigua con la cámara
sellada de la válvula.
2. La válvula giratoria de la reivindicación 1,
en la que la cámara de válvula sellada está formada, en parte, por
una porción del estator adaptada para rodear el rotor (4).
3. La válvula giratoria de la reivindicación 1
que comprende, además, un árbol de accionamiento giratorio (7)
adaptado para accionar el rotor (4), en el que el árbol giratorio
(7) pasa coaxialmente a través del estator (2) y está sellado de
forma giratoria por una junta de árbol en contacto con el árbol y el
estator.
4. El método de la reivindicación 1, en el que
la muesca anular 18 no está en comunicación de fluido con la cámara
de válvula sellada.
5. La válvula giratoria de la reivindicación 1,
en la que la cámara de válvula sellada está formada, en parte, por
una porción del estator adicional (3) adaptada para rodear los
rotores (4, 5).
\newpage
6. La válvula giratoria de la reivindicación 1,
en la que la cámara de válvula sellada está formada por uno de
- (1)
- una extensión circunferencial axial del estator (2) de (b), una extensión circunferencial axial del estator adicional (3) de (f) o extensiones circunferenciales axiales del estator (2) de (b) y del estator adicional (3) de (f);
- (2)
- una extensión circunferencial axial del estator (2) de (b) que se extiende axialmente alrededor del rotor (4) de (a) y del estator adicional (5) de (e) y en la que la extensión circunferencial axial del estator (2) de (b) está en contacto de sellado con el estator adicional (3) de (f); y
- (3)
- una extensión circunferencial axial del estator adicional (3) de (f) que se extiende axialmente alrededor del rotor (4) de (a) y del rotor adicional (5) de (e), y
en la que la extensión circunferencial axial del
estator adicional (3) de (f) está en contacto de sellado con el
estator (2) de (b).
7. Un método de funcionamiento de una válvula
giratoria, que comprende:
- (a)
- proporcionar una válvula giratoria (1) que comprende:
- (1)
- un rotor (4) que tiene una superficie de rotor giratoria alrededor de un eje, que está perpendicular a la superficie del rotor y con al menos una ranura curvada (24), en la que la superficie del rotor tiene una pluralidad de orificios, en la que el rotor incluye al menos un paso que conecta al menos una pareja de la pluralidad de aberturas;
- (2)
- un estator (2) que tiene una superficie de estator en contacto de sellado con la superficie del rotor para formar una junta de válvula giratoria plana con una superficie exterior; una pluralidad de orificios (9a, 9b, 9c, 9d) en la superficie del estator, en la que al menos dos orificios están adaptados para coincidir secuencialmente con aberturas en la superficie del rotor a medida que gira el rotor, estando conectado cada orificio a un paso respectivo a través del estator (2); un paso de vacío del estator formado por una muesca anular (16) en la superficie del estator, en la que la muesca anular (16) está en comunicación de flujo con al menos una ranura curvada (24) en el rotor (4); y un paso (16a) conectado en un extremo a la muesca anular (16) y que tiene un orificio (19) en el otro extremo que se puede conectar directamente a una bomba de vacío; en la que la ranura curvada (24) en el rotor (4) está adaptada para coincidir secuencialmente con cada uno de la pluralidad de orificios (9a, 9b, 9c, 9d) para colocar cada orificio en comunicación de flujo con la bomba de vacío a través de la muesca anular (16) y el orificio (19);
- (3)
- una cámara de válvula sellada que tiene un volumen interior contiguo con la periferia exterior de la junta de válvula giratoria, cuya cámara está sellada desde la atmósfera que rodea la válvula giratoria:
- (4)
- un rotor adicional (5) que tiene una superficie de rotor giratoria alrededor de un eje, que está perpendicular a la superficie del rotor, en el que la superficie del rotor adicional (5) tiene una pluralidad de aberturas (25-30), y en el que el rotor adicional (5) incluye al menos un paso (31-34) que conecta al menos una pareja de la pluralidad de aberturas (25-30); y
- (5)
- un estator adicional (3) que tiene una superficie de estator en contacto de sellado con la superficie del rotor de (4) para formar una válvula giratoria plana adicional que tiene una periferia exterior, en el que la superficie del estator tiene una pluralidad de aberturas (11a, 11b, 11c, 11d), en el que al menos dos aberturas están adaptadas para coincidir secuencialmente con aberturas en la superficie del rotor de (4) a medida que el rotor adicional (3) gira, en el que cada abertura en la superficie del estator está conectada a un paso respectivo a través del estator, y en el que el rotor adicional y el estator adicional están dispuestos coaxialmente con el rotor (4) de (1) y el estator (2) de (2); y en el que la periferia exterior de la junta de válvula giratoria plana adicional está contigua con la cámara sellada de la válvula; y el rotor adicional (3) de (5) es giratorio coaxialmente con el rotor (4) de (1) y está en contacto de sellado con el estator adicional (3)
- (b)
- hacer girar el rotor (4) en contacto de sellado con el estator (2) y mantener la presión en el volumen interior de la cámara de la válvula sellada en un valor esencialmente igual o menor que la presión mínima en cualquiera de los pasos a través del estator (2);
- en el que la válvula giratoria incluye uno de
- (a)
- un paso de ventilación de vacío (20) en el rotor (4) que se puede conectar a la muesca curvada (24) con el volumen interior de la cámara de válvula sellada,
- (b)
- un paso de ventilación de vacío (20b) en el estator (2) que conecta la muesca anular (16) con el volumen interior de la cámara de válvula sellada; y
- (c)
- un paso de ventilación de vacío (20b) en una pared de la cámara de válvula sellada, en el que el paso de ventilación de vacío está conectado a la bomba de vacío.
8. El método de la reivindicación 7, en el que
la muesca anular (16) no está en comunicación de fluido con la
cámara de válvula sellada.
9. Un método de funcionamiento de un sistema de
adsorción oscilante de vacío que comprende:
- (a)
- proporcionar un sistema de adsorción oscilante de vacío que contiene:
- (1)
- una pluralidad de recipientes de adsorción, conteniendo cada recipiente material adsorbente y teniendo una entrada de alimentación y una salida de producto;
- (2)
- una bomba de vacío que tiene una entrada y una salida;
- (b)
- un método de funcionamiento de una válvula giratoria de acuerdo con la reivindicación 7, en el que el estator (2) está en comunicación de flujo con una entrada de alimentación del recipiente de adsorción respectivo; y
- (c)
- introducir una mezcla de gas de alimentación en el sistema de adsorción oscilante de vacío y accionar cada recipiente de adsorción en etapas secuenciales que incluyen al menos alimentar/producir producto a una presión super-atmosférica, evacuación a una presión sub-atmosférica seleccionada y represurización a la presión super-atmosférica;
en el que durante las etapas secuenciales de (b)
la presión en la cámara de válvula sellada se mantiene a una
presión igual o menor que la presión sub-atmosférica
seleccionada.
10. El método de la reivindicación 9, en el que
la válvula giratoria comprende:
- (e)
- un rotor adicional (5) que tiene una superficie de rotor giratoria alrededor de un eje, que está perpendicular a la superficie del rotor, en el que la superficie del rotor adicional (5) tiene una pluralidad de aberturas (25-30), y en el que el rotor adicional (5) incluye al menos un paso (31-34) que conecta al menos una pareja de la pluralidad de aberturas (25-30); y
- (f)
- un estator adicional (3) que tiene una superficie de estator en contacto de sellado con la superficie del rotor de (e) para formar una válvula giratoria plana adicional que tiene una periferia exterior, en el que la superficie del estator tiene una pluralidad de aberturas (11a, 11b, 11c, 11d), en el que al menos dos aberturas están adaptadas para coincidir secuencialmente con aberturas en la superficie del rotor de (e) a medida que el rotor adicional (3) gira, en el que cada abertura en la superficie del estator está conectada a un paso respectivo a través del estator, en el que el rotor adicional y el estator adicional están dispuestos coaxialmente con el rotor (4) de (a) y el estator (2) de (b); y en el que la periferia exterior de la junta de válvula giratoria plana adicional está contigua con la cámara sellada de la válvula;
en el que el rotor adicional (3) de (f) es
giratorio coaxialmente con el rotor (4) de (a) y está en contacto
de sellado con el estator adicional (3).
11. El método de la reivindicación 10, en el que
cada una de la pluralidad de aberturas (11a, 11b, 11c, 11d) en la
superficie del estator adicional (3) está en comunicación de flujo
con una salida de producto del recipiente de absorción respectivo
durante cualquiera de las etapas secuenciales de (b).
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