PL202601B1 - Zespół zaworowy i regeneracyjny utleniacz cieplny - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zespół zaworowy i regeneracyjny utleniacz cieplny.

Regeneracyjne utleniacze cieplne są tradycyjnie używane do niszczenia lotnych związków organicznych (VOC) w emisjach o dużej prędkości przepływu i niskiej koncentracji z zakładów przemysłowych i energetycznych. Takie utleniacze zwykle wymagają wysokiej temperatury utleniania w celu osiągnięcia dużego stopnia destrukcji VOC. W celu osiągnięcia dużej sprawności odzyskiwania ciepła, „brudny gaz procesowy, przeznaczony do obróbki, jest podgrzewany przed utlenianiem. Do podgrzewania gazu przewidziana jest zwykle kolumna wymiennika ciepła. Kolumna jest zwykle wypełniona materiałem zapewniającym wymianę ciepła, mającym dobrą stabilność cieplną i mechaniczną i dostateczną masę cieplną. W czasie działania, gaz procesowy jest wprowadzany przez wcześniej ogrzaną kolumnę wymiany ciepła, która, z kolei, ogrzewa gaz procesowy do temperatury bliskiej lub równej temperaturze utleniania jego lotnych związków organicznych (VOC). Wstępnie ogrzany gaz procesowy jest następnie kierowany do strefy spalania, gdzie niedokończone utlenianie lotnych związków organicznych (VOC) jest zwykle dokańczane. Następnie „czysty już gaz jest wyprowadzany ze strefy spalania i przepływa ponownie przez kolumnę wymiennika ciepła lub przez drugą kolumnę wymiany ciepła. Kiedy gorący, utleniony gaz płynie przez tę kolumnę, to gaz przekazuje swoje ciepło do medium wymiany ciepła w danej kolumnie, ochładzając gaz i podgrzewając medium wymiany ciepła tak, że następna porcja gazu procesowego może zostać podgrzana przed utlenianiem.

Zwykle regeneracyjny utleniacz cieplny ma przynajmniej dwie kolumny wymiany ciepła, przez które naprzemiennie przepływa gaz procesowy i oczyszczony. Proces jest realizowany w sposób ciągły, dzięki czemu duże objętości gazu procesowego mogą być efektywnie oczyszczane.

Działanie regeneracyjnego utleniacza może zostać zoptymalizowane przez zwiększenie skuteczności destrukcji lotnych związków organicznych (VOC) i przez redukcję kosztów operacyjnych oraz materiałowych. W literaturze opisano różne sposoby zwiększania skuteczności destrukcji lotnych związków organicznych (VOC) przy użyciu, na przykład, ulepszonych układów utleniania i układów oczyszczania (np. komór wychwytujących) i przy użyciu trzech lub więcej wymienników ciepła w celu przechowywania nieoczyszczonego gazu wewnątrz utleniacza podczas przełączania. Koszty eksploatacyjne mogą zostać zredukowane poprzez zwiększenie skuteczności odzyskiwania ciepła i poprzez zmniejszenie spadku ciśnienia w utleniaczu. Koszty eksploatacyjne i materiałowe mogą być zredukowane przez właściwą konstrukcję utleniacza i przez dobór odpowiednich materiałów wypełniających do wymiany ciepła.

Ważnym elementem wydajnego utleniacza jest układ zaworowy, wykorzystywany do przełączania strumienia gazu procesowego z jednej kolumny wymiany ciepła do drugiej. Wszelkie wycieki nieoczyszczonego gazu procesowego przez układ zaworów zmniejsza skuteczność urządzenia. Ponadto, zakłócenia i fluktuacje ciśnienia i / lub przepływu w układzie mogą powstawać podczas przełączania zaworu i są niepożądane. Problemem jest również zużycie zaworu, szczególnie biorąc pod uwagę dużą częstotliwość przełączania zaworu w regeneracyjnych utleniaczach cieplnych.

Pewna tradycyjna konstrukcja dwóch kolumn wykorzystuje jeden zawór przełączający, mający zwiększoną szczelność, jak opisano w amerykańskim patencie o numerze 6261092. W opisie tym ujawniono rozwiązanie, w którym zawór ma płytkę uszczelniającą, która tworzy dwie komory, przy czym każda komora stanowi przepust dla przepływu, który prowadzi do jednego z dwóch regeneracyjnych złóż utleniacza. Zawór zawiera również przełączający dystrybutor przepływu, który zapewnia naprzemienne prowadzenie wlotowego lub wylotowego gazu procesowego do każdej połówki płytki uszczelniającej. Zawór działa w dwóch trybach: w trybie stacjonarnym i w trybie przełączania zaworu. W trybie stacjonarnym nieprzepuszczające gazu uszczelnienie jest wykorzystywane, aby minimalizować lub uniemożliwić powstawanie wycieków gazu procesowego. Uszczelnienie gazowe uszczelnia również podczas przełączania zaworu. Odpowiednie przegrody minimalizują lub eliminują wycieki nieoczyszczonego gazu procesowego w zaworze podczas przełączania. Zastosowanie jednego zaworu niż zwykle stosowanych dwóch lub czterech zaworów znacznie redukuje powierzchnię wymagającą uszczelnienia. Geometria dystrybutora przełączającego przepływ redukuje dystans i liczbę zakrętów do pokonania przez gaz procesowy, gdyż dystrybutor przepływu może zostać umieszczony blisko złóż wymiany ciepła. Redukuje to objętość uwięzionego, nieoczyszczonego gazu podczas przełączania zaworu. Ponieważ gaz procesowy przepływa przez te same przepusty zaworu w cyklu wejściowym jak w cyklu wyjściowym, to dystrybucja gazu do złóż wymiany ciepła jest ulepszona. W regeneracyjnym utlenianiu cieplnym uzyskuje się w ten sposób przełączanie zaworu z minimalnymi fluktuacjami ciśniePL 202 601 B1 nia, doskonałą szczelnością i minimalnym lub żadnym obejściem podczas przełączania. Wobec eliminacji obejścia podczas przełączania, tradycyjne komory wychwytujące, używane do przechowywania pewnej ilości nieprzetworzonego gazu w układzie podczas przełączania, mogą zostać wyeliminowane, znacznie zmniejszając koszty.

Powietrze uszczelniające zostało użyte do zwiększenia zdolności takich zaworów sterujących przepływem do kierowania przepływu, na przykład, do i z regeneracyjnych cieplnych i katalitycznych utleniaczy. Jest to realizowane poprzez użycie gazu ze zwiększonym ciśnieniem lub obniżonym ciśnieniem, kierowanego na powierzchnie ustalające zaworu. Zwykle powietrze używane do uszczelniania jest zewnętrznym powietrzem o temperaturze równej lub bliskiej temperaturze otoczenia. W układach z gazem o podwyż szonym ciś nieniu efekt chłodzenia powietrza uszczelniającego może spowodować narastanie osadów w gnieździe zaworu w wyniku obecności kondensatów lub lepkich cząstek w strumieniu gazu procesowego. Jest to szczególnie problemem w zastosowaniach graficznych, gdzie obecność kondensatów w gazie procesowym jest powszechna.

Jest zatem pożądane zmniejszenie lub wyeliminowanie skraplania różnych substancji w takich utleniaczach.

Celem wynalazku jest zespół zaworowy.

Celem wynalazku jest regeneracyjny utleniacz cieplny.

Zespół zaworowy zawierający źródło gazu uszczelniającego, źródło gorącego gazu mającego temperaturę wyższą niż temperatura gazu uszczelniającego, oraz wymiennik ciepła mający wlot i wylot, według wynalazku charakteryzuje się tym, że wlot wymiennika ciepła jest połączony przepływowo ze źródłem gazu uszczelniającego tak, że gaz uszczelniający wpływa wlotem, przepływa przez wymiennik ciepła i wypływa wylotem, przy czym gaz uszczelniający jest ogrzewany przepływając przez wymiennik ciepła, natomiast wymiennik ciepła jest ogrzewany za pomocą gorącego gazu, zaś zawór zawierający przynajmniej jedną powierzchnię uszczelniającą i przewód dostawczy jest połączony przepływowo z wylotem wymiennika ciepła i z przynajmniej jedną powierzchnią uszczelniającą doprowadzając gaz uszczelniający do tej powierzchni.

Korzystnie gazem uszczelniającym jest powietrze.

Korzystnie gaz uszczelniający jest ogrzewany do temperatury od 65,5°C do 121,1°C (od 150°F do 250°F) w wymienniku ciepła.

Korzystnie zawór jest zaworem grzybkowym.

Korzystnie zespół zawiera również przynajmniej jeden zawór w przewodzie dostawczym do kontrolowania przepływu gazu uszczelniającego do powierzchni uszczelniającej zależnie od położenia zaworu grzybkowego.

Korzystnie zawór jest zaworem motylkowym.

Korzystnie zawór zawiera dystrybutor przepływu gazu, mający pierwszy kanał, który jest połączony przepływowo z wlotem gazu i drugi kanał, który jest połączony przepływowo z wylotem gazu, przy czym wylot gazu zawiera komorę wylotową gazu, zawierającą gorący gaz, przy czym wymiennik ciepła jest usytuowany w komorze wylotowej gazu tak, że jest ogrzewany przez gorący gaz, zaś gaz uszczelniający przepływa przez ogrzewany wymiennik ciepła przed wprowadzeniem do przewodu dostawczego.

Korzystnie przewód dostawczy stanowi pusty w środku wał napędowy połączony z dystrybutorem przepływu gazu.

Korzystnie gazem uszczelniającym jest powietrze.

Korzystnie zespół zawiera ponadto komorę gazu uszczelniającego połączoną przepływowo ze źródłem gazu uszczelniającego, która jest podzielona na pierwszą sekcję wlotową, połączoną przepływowo z wlotem wymiennika ciepła oraz drugą sekcję połączoną przepływowo z wylotem wymiennika ciepła, przy czym druga sekcja jest połączona przepływowo z przewodem dostawczym w postaci wału napędowego.

Korzystnie komora gazu uszczelniającego jest przedzielona za pomocą przegrody.

Korzystnie wymiennik ciepła zawiera liczne rury.

Korzystnie gaz uszczelniający jest ogrzewany do temperatury od 65,5°C do 121,1°C (od 150°F do 250°F) w wymienniku ciepła.

Regeneracyjny utleniacz cieplny do przetwarzania gazu, zawierający strefę spalania, wylot, pierwsze złoże wymiany ciepła zawierające medium wymiany ciepła i połączone ze strefą spalania i z wylotem, drugie zło że wymiany ciepła zawierające medium wymiany ciepła połączone ze strefą spalania i z wylotem, przynajmniej jeden zespół zaworowy do przełączania przepływu gazu między

PL 202 601 B1 złożami wymiany ciepła pierwszym i drugim, przy czym zespół zaworowy zawiera źródło gazu uszczelniającego, źródło gorącego gazu mającego temperaturę wyższą niż temperatura gazu uszczelniającego, oraz wymiennik ciepła mający wlot i wylot według wynalazku charakteryzuje się tym, że wymiennik ciepła jest połączony przepływowo ze źródłem gazu uszczelniającego i kontaktuje się z gazem w wylocie, zaś przewód dostawczy gazu uszczelniającego jest połączony przepływowo ze źródłem gazu uszczelniającego przez wymiennik ciepła i z powierzchnią uszczelniającą.

Korzystnie zawór jest zaworem grzybkowym.

Korzystnie utleniacz zawiera również przynajmniej jeden zawór w kanale dostawczym, w celu kontrolowania przepływu gazu uszczelniającego do powierzchni uszczelniającej w oparciu o położenie zaworu grzybkowego.

Korzystnie zawór jest zaworem motylkowym.

Regeneracyjny utleniacz cieplny do przetwarzania gazu, zawierający: strefę spalania, pierwsze złoże wymiany ciepła zawierające medium wymiany ciepła i połączone ze strefą spalania, drugie złoże wymiany ciepła zawierające medium wymiany ciepła i połączone ze strefą spalania, zawór do przełączania przepływu gazu między złożami wymiany ciepła pierwszym i drugim, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawór zawiera pierwszy przepust połączony przepływowo z pierwszym złożem wymiany ciepła i drugi przepust oddzielony od pierwszego przepustu i połączony przepływowo z drugim złożem wymiany ciepła, dystrybutor przepływu mający pusty w środku wał napędowy oraz pierwszy kanał wlotowy i drugi kanał wylotowy, przy czym dystrybutor przepływu jest przemieszczany względem przepustów zaworu pierwszego i drugiego między pierwszym położeniem, w którym gaz wprowadzany do pierwszego kanału wlotowego przepływa do pierwszego złoża wymiany ciepła przez pierwszy przepust i wypływa z drugiego kanału wylotowego przez drugie złoże wymiany ciepła oraz drugi przepust, a drugim położeniem, w którym gaz wprowadzany do pierwszego kanału wlotowego przepływa do drugiego złoża wymiany ciepła przez drugi przepust i wypływa z drugiego kanału wylotowego przez pierwsze złoże wymiany ciepła i pierwszy przepust, przy czym dystrybutor przepływu zawiera część blokującą do blokowania przepływu gazu przez część przepustów zaworu pierwszego i drugiego, kiedy dystrybutor przepływu jest między położeniami pierwszym i drugim, rurę rozgałęźną, w której jest umieszczony dystrybutor przepływu, przy czym rura rozgałęźna zawiera wlot połączony przepływowo z pierwszym kanałem dystrybutora przepływu i wylot, połączony przepływowo z drugim kanałem dystrybutora przepływu, a ponadto komorę gazu uszczelniającego połączoną przepływowo ze źródłem gazu uszczelniającego, przy czym wymiennik ciepła jest połączony przepływowo z komorą gazu uszczelniającego, zaś pusty w środku wał napędowy jest połączony przepływowo z komorą gazu uszczelniającego, natomiast wymiennik ciepła jest usytuowany w wylocie rury rozgałęźnej tak, że jest ogrzewany przez gaz w wylocie rury rozgałęźnej, który to gaz uszczelniający przepływa przez ogrzewany wymiennik ciepła przed wprowadzeniem do pustego w środku wału napędowego.

Reasumując problemy związane z dotychczasowym stanem techniki zostały rozwiązane w niniejszym wynalazku, który dostarcza uszczelnienie gazowe do zaworu przełączającego i regeneracyjny, cieplny utleniacz, zawierający zawór przełączający. Uszczelnienie według wynalazku wykorzystuje gaz, korzystnie powietrze, który ma dostatecznie wysoką temperaturę, aby zminimalizować lub wyeliminować kondensację substancji, które w przeciwnym przypadku są skraplane w wyniku ochłodzenia przez gaz uszczelniający. W korzystnym przykładzie wykonania, gaz uszczelniający jest ogrzewany w wyniku wymiany ciepł a z gazem wylotowym z regeneracyjnego utleniacza cieplnego. Strategiczna lokalizacja wymiennika ciepła w celu ogrzewania gazu uszczelniającego zapewnia zwartą konstrukcję i upraszcza umieszczenie wymiennika ciepł a podczas modernizacji istniej ą cych urzą dzeń .

Przedmiot zgłoszenia jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok perspektywiczny regeneracyjnego utleniacza cieplnego w przykładzie wykonania, według wynalazku, fig. 2 przedstawia widok zespołu rozłożonego na części regeneracyjnego utleniacza cieplnego w przykładzie wykonania, według wynalazku, fig. 3 przedstawia widok perspektywiczny od dołu przepustów zaworu tworzących część zaworu, odpowiednią do użycia w niniejszym wynalazku, fig. 4 przedstawia widok perspektywiczny dystrybutora przepływu tworzącego część zaworu przełączającego, odpowiedniego do użycia w niniejszym wynalazku, fig. 4A przedstawia przekrój dystrybutora przepływowego z fig. 4; fig. 5 przedstawia widok perspektywiczny części dystrybutora przepływowego z fig. 4; fig. 6 przedstawia widok z góry płytki uszczelniającej zaworu, według wynalazku; fig. 6A przedstawia przekrój części płyty uszczelniającej z fig. 6; fig. 7 przedstawia widok perspektywiczny wału dystrybutora przepływowego z fig. 4; fig. 8 przedstawia widok z góry wymiennika ciepła, umieszczonego w komorze gazu wylotowego według wynalazku; fig. 9 przedstawia widok z góry komory

PL 202 601 B1 gazu uszczelniającego z wymiennikiem ciepła usuniętym dla przejrzystości, według wynalazku; fig. 10 przedstawia widok od przodu komory gazu wylotowego i komory gazu uszczelniającego według wynalazku; fig. 11 przedstawia przekrój dystrybutora przepływu i wymiennika ciepła w komorze gazu wylotowego w przykładzie wykonania według wynalazku; fig. 12 przedstawia widok perspektywiczny przegrody w komorze gazu uszczelniającego według wynalazku; fig. 13 przedstawia widok perspektywiczny wymiennika ciepła według wynalazku; fig. 14 przedstawia przekrój obrotowego przepustu dystrybutora przepływu, według wynalazku; fig. 15 przedstawia przekrój dolnej części wału napędowego dystrybutora przepływu, odpowiedniego do użycia według wynalazku; fig. 16 przedstawia schematycznie widok regeneracyjnego utleniacza cieplnego wykorzystującego zawory grzybkowe z ogrzewanym powietrzem uszczelniającym w przykładzie wykonania według wynalazku; fig. 17 przedstawia schematycznie pierścieniową powierzchnię uszczelniającą dla zaworu grzybkowego w przykładzie wykonania, według wynalazku; fig. 18 przedstawia przekrój obrotowego przepustu zaworu, odpowiedniego do użycia według wynalazku, fig. 18A przedstawia widok perspektywiczny pierścienia ustalającego do uszczelniania zaworu, odpowiedniego do użycia według wynalazku; fig. 18B przedstawia przekrój pierścienia ustalającego z fig. 18A; fig. 18C przedstawia widok perspektywiczny pierścienia montażowego do uszczelniania zaworu, według wynalazku; fig. 18D przedstawia przekrój pierścienia montażowego z fig. 18C; fig. 18E przedstawia widok perspektywiczny łuku łożyska płytowego do zaworu, według wynalazku; fig. 18F przedstawia przekrój łuku łożyska płytowego z fig. 18E; fig. 18G przedstawia widok perspektywiczny jednego przykładu wykonania pierścienia uszczelniającego do zaworu, według wynalazku, fig. 18H przedstawia przekrój pierścienia uszczelniającego z fig. 18G; fig. 18I przedstawia przekrój poprzeczny zagłębienia w pierścieniu uszczelniającym z fig. 18G; fig. 19 przedstawia przekrój zaworu motylkowego, wykorzystującego ogrzane powietrze uszczelniające w przykł adzie wykonania według wynalazku, zaś fig. 20 przedstawia widok z góry zaworu motylkowego z fig. 19.

Chociaż większość poniższego opisu ilustruje użycie ogrzewanego gazu uszczelniającego w kontekście zaworu przełączającego z amerykańskiego patentu o numerze 6,261,092, należy zauważyć, że wynalazek nie jest ograniczony do jakiegokolwiek szczególnego zaworu i może zostać wykorzystany w dowolnym układzie zaworowym, który zawiera źródło ciepła.

Na fig. 1 i 2 pokazano dwu-komorowy, regeneracyjny utleniacz cieplny 10 (katalityczny lub niekatalityczny), podtrzymywany na ramie 12, jak pokazano. Utleniacz 10 zawiera obudowę 15, w której mieszczą się komory wymiany ciepła pierwsza i druga komunikujące się z usytuowaną centralnie strefą spalania. Ze strefą spalania może być związany palnik (nie pokazany), zaś na ramie 12 może być podtrzymywana dmuchawa spalania w celu dostarczania powietrza spalania do palnika. Strefa spalania obejmuje wylot obejścia 14 połączony przepływowo z kominem wylotowym 16 zwykle prowadzącym do atmosfery. Szafa sterownicza 11 mieści elementy sterujące dla urządzeń i jest korzystnie również umieszczona na ramie 12. Naprzeciw szafy sterowniczej 11 znajduje się wentylator (nie pokazany), podtrzymywany na ramie 12 w celu kierowania gazu procesowego do utleniacza 10. Obudowa 15 zawiera górną komorę lub strop 17, mający jeden lub więcej włazów 18, umożliwiających operatorowi dostęp do obudowy 15. Specjaliści w danej dziedzinie zauważą, że powyższy opis utleniacza służy tylko celom ilustracyjnym; inne konstrukcje mieszczą się również w zakresie niniejszego wynalazku, włącznie z utleniaczami z więcej lub mniej niż dwiema komorami, utleniaczami z poziomo usytuowanymi komorami i utleniaczami katalitycznymi. Komora 20 strony zimnej tworzy podporę obudowy 15, jak najlepiej widać na fig. 2. Na komorze 20 strony zimnej umieszczona jest odpowiednia siatka podtrzymująca 19, która podtrzymuje blok wymiany ciepła w każdej kolumnie wymiany ciepła, jak przedstawiono bardziej szczegółowo poniżej. W pokazanym przykładzie wykonania komory wymiany ciepła są oddzielone ściankami separującymi 21, które korzystnie są izolowane. W pokazanym przykładzie wykonania, przepływ przez złoża wymiany ciepła jest pionowy. Gaz procesowy jest wprowadzany do złóż z przepustów zaworu usytuowanych w komorze 20 strony zimnej, przepływa do góry (w kierunku stropu 17) do pierwszego złoża, dostaje się do strefy spalania, połączonej z pierwszym złożem, wypływa ze strefy spalania i jest wprowadzany do drugiej komory, w której przepływa w dół przez drugie złoże, w kierunku komory 20 strony zimnej. Jednakże specjalista w danej dziedzinie zauważy, że inne ustawienia są dopuszczalne, włącznie z układem poziomym, także takie, w których kolumny wymiany ciepła są zwrócone do siebie i są oddzielone przez centralnie usytuowaną strefę spalania.

Fig. 4 przedstawia widok od dołu przepustów 25 zaworu. Płyta 28 ma dwa przeciwne, symetryczne otwory 29A i 29B, które, z przegrodami 26, tworzą przepusty 25 zaworu. W każdym przepuście 25 zaworu usytuowana jest opcjonalna łopatka kierująca 27. Każda łopatka kierująca 27 ma

PL 202 601 B1 pierwsze zakończenie przymocowane do płyty 28, zaś drugie zakończenie, oddalone od pierwszego zakończenia, przymocowane jest do przegrody 24 każdym bokiem. Każda łopatka kierująca 27 rozszerza się od pierwszego zakończenia do drugiego zakończenia i wznosi się do góry pod pewnym kątem, a następnie wygina się do poziomu w 27A, jak widać na fig. 3. Łopatki kierujące 27 kierują podczas pracy strumień gazu procesowego wydobywającego się z przepustów zaworu dalej od przepustów zaworu w celu ułatwienia dystrybucji gazu w komorze strony zimnej. Jednorodna dystrybucja w komorze 20 strony zimnej zapewnia jednorodną dystrybucję w medium wymiany ciepła w celu uzyskania optymalnej wydajności wymiany ciepła.

Fig. 4 i 4A przedstawiają dystrybutor 50 przepływu gazu, umieszczony w rurze rozgałęźnej 51 mającym wlot 48 gazu procesowego i wylot 49 gazu procesowego (chociaż element 48 może być wylotem, zaś 49 wlotem, to dla ilustracji użyty zostanie pierwszy przykład wykonania). Dystrybutor 50 przepływu gazu zawiera korzystnie pusty w środku, cylindryczny wał napędowy 52 (fig. 4A, 5), który jest połączony z mechanizmem napędowym. Z wałem napędowym 52 połączony jest element 53 w kształcie stożka ściętego. Element 53 zawiera dopasowaną płytę, utworzoną z dwu przeciwnych powierzchni uszczelniających 55, 56 w kształcie połówek pomarańczy, połączonych kołową zewnętrzną krawędzią 54 i rozciągających się na zewnątrz od wału napędowego 52 pod kątem 45° tak, że przestrzeń ograniczona przez obie powierzchnie uszczelniające 55, 56 i zewnętrzną krawędź 54 tworzy pierwszą drogę przepływu gazu w postaci pierwszego kanału 60. Podobnie, druga droga przepływu gazu w postaci drugiego kanału 61 jest utworzona przez powierzchnie uszczelniające 55, 56 umieszczone naprzeciw pierwszego kanału 60 i trzy pochylone w przeciwnych kierunkach płyty boczne 57A, 57B i centralną, pochyloną płytę boczną 57C. Pochylone płyty boczne 57A, 57B oddzielają pierwszy kanał 60 od drugiego kanału 61. Górne części kanałów 60, 61 są zaprojektowane tak, że są dopasowane do konfiguracji symetrycznych otworów 29A, 29B w płycie 28 i w stanie zmontowanym, każdy kanał 60, 61 jest usytuowany naprzeciw odpowiednich otworów 29A, 29B. Drugi kanał 61 jest połączony przepływowo tylko z wlotem 48, zaś pierwszy kanał 60 jest połączony przepływowo tylko z wylotem 49 poprzez zbiornik 47, niezależnie od ustawienia dystrybutora 50 przepływu gazu w dowolnym momencie. Zatem gaz procesowy wprowadzany do rury rozgałęźnej 51 przez wlot 48 przepływa tylko przez drugi kanał 61, zaś gaz procesowy wprowadzany do pierwszego kanału 60 z przepustów 25 zaworu przepływa tylko przez wylot 49 przez zbiornik 47.

Płyta uszczelniająca 100 (fig. 6) jest połączona z płytą 28 tworzącą przepusty 25 zaworu (fig. 3). Korzystnie, stosowane jest uszczelnienie powietrzem między górną powierzchnią dystrybutora 50 przepływu gazu a płytą uszczelniającą 100, jak omówiono dokładniej poniżej. Dystrybutor przepływu może być obracany wokół pionowej osi za pomocą wału napędowego 52, w stosunku do stacjonarnej płyty 28. Taki obrót przesuwa powierzchnie uszczelniające 55, 56 do położenia blokującego fragmenty otworów 29A, 29B albo od tego położenia.

Sposób uszczelniania zaworu zostanie omówiony najpierw w odniesieniu do fig. 4, 6 i 7. Dystrybutor 50 przepływu gazu jest podtrzymywany na poduszce powietrznej w celu zminimalizowania lub wyeliminowania zużycia podczas jego poruszania. Specjalista w danej dziedzinie zauważy, że mogą być stosowane inne gazy niż powietrze, chociaż powietrze jest preferowane i jest wybrane tutaj dla celów ilustracyjnych. Poduszka powietrza nie tylko uszczelnia zawór, ale również powoduje brak lub w zasadzie brak oporu tarcia podczas ruchu dystrybutora. Ciśnieniowy układ zasilający, na przykład, wentylator, itp., który może być tym samym lub innym wentylatorem niż użyty do dostarczania powietrza spalania do palnika w strefie spalania, dostarcza powietrze do wału napędowego 52 odpowiednimi kanałami (nie pokazanymi) i przez zbiornik 64. Jak najlepiej widać na fig. 7, powietrze przepływa z kanałów do wału napędowego 52 przez jeden lub więcej otworów 81 utworzonych w korpusie wału napędowego 52 nad podstawą 82 wału napędowego 52, która jest połączona z mechanizmem napędowym. Dokładne położenie otworów 81 nie jest w zasadzie istotne, chociaż korzystnie otwory 81 są rozmieszczone symetrycznie na obwodzie wału napędowego 52 i mają jednakowe rozmiary w celu uzyskania jednorodności. Sprężone powietrze przepływa w górę wału napędowego 52, jak pokazano strzałkami na fig. 5, zaś jego część wpływa do jednego lub wielu promieniowych kanałów 83, które łączą się zasilając jeden lub wiele uszczelnień pierścieniowych, rozmieszczonych w pierścieniowym, obrotowym przepuście 90, jak przedstawiono dokładniej poniżej. Część powietrza, która nie wpływa do promieniowych kanałów 83, kontynuuje przepływ w górę wału napędowego 52 aż osiągnie kanały 94, które rozprowadzają powietrze w kanale mającym część w kształcie pół-pierścienia 95 i część utworzoną przez powierzchnie uszczelniające 55, 56 w kształcie klinów albo połówek pomarańczy.

PL 202 601 B1

Dopasowana powierzchnia dystrybutora 50 przepływu gazu, w szczególności dopasowane do siebie powierzchnie uszczelniające 55, 56 w kształcie połówek pomarańczy oraz zewnętrzna krawędź pierścieniowa 54 zawierają wiele otworów 96, jak pokazano na fig. 4. Sprężone powietrze wypływa z kanału otworami 96, jak pokazują strzałki na fig. 5 i tworzy poduszkę powietrzną między górną powierzchnią dystrybutora 50 przepływu gazu a stacjonarną płytą uszczelniającą 100, pokazaną na fig. 6. Płyta uszczelniająca 100 zawiera pierścieniową, zewnętrzną krawędź 102, mającą szerokość odpowiadającą szerokości górnej powierzchni 54 dystrybutora 50 przepływu gazu i parę elementów 105, 106 w kształcie połówek pomarańczy, odpowiadających kształtem powierzchniom uszczelniającym 55, 56 dystrybutora 50 przepływu gazu. Jest dopasowana do płyty 28 (fig. 3) przepustu zaworu i połączona z nią. W otworze 104 umieszczany jest bolec 59 wału (fig. 5) połączony z dystrybutorem 50 przepływu gazu. Dolna część pierścieniowej, zewnętrznej krawędzi 102 zwrócona w stronę dystrybutora przepływu, zawiera jeden lub wiele pierścieniowych rowków 99 (fig. 6A), które są usytuowane naprzeciw otworów 96 w dopasowanej powierzchni dystrybutora 50 przepływu gazu. Korzystnie są dwa koncentryczne rzędy pierścieniowych rowków 99 i dwa odpowiadające im rzędy otworów 96. Zatem pierścieniowe rowki 99 wspomagają ucieczkę powietrza z otworów 96 w górnej powierzchni 54, w celu utworzenia poduszki powietrznej między dopasowaną powierzchnią 54 a pierścieniową zewnętrzną krawędzią 102 płyty uszczelniającej 100. Ponadto, powietrze uciekające z otworów 96 w powierzchniach uszczelniających 55, 56 w kształcie połówek pomarańczy tworzy poduszkę powietrzną między powierzchniami uszczelniającymi 55, 56 a elementami 105, 106 płyty uszczelniającej 100. Wspomniane poduszki powietrzne minimalizują lub zapobiegają przeciekom gazu procesowego, który nie został oczyszczony, do strumienia oczyszczonego gazu procesowego. Stosunkowo duże kliny w kształcie połówek pomarańczy w dystrybutorze 50 przepływu gazu i płyta uszczelniająca 100 zapewniają długą drogę wzdłuż górnej części dystrybutora 50 przepływu gazu, którą nieoczyszczony gaz musiałby pokonać, aby wywołać przeciek. Ponieważ dystrybutor przepływu jest stacjonarny przez większość czasu podczas działania, to nieprzenikalna poduszka powietrzna jest wytwarzana między wszystkimi dopasowanymi powierzchniami zaworu. Kiedy dystrybutor przepływu musi się poruszyć, to poduszka powietrza, stosowana do uszczelniania zaworu, teraz służy również do eliminacji tarcia wywoływanego przez duże naciski między dystrybutorem 50 przepływu gazu a płytą uszczelniającą 100.

Korzystnie, sprężone powietrze jest dostarczane z wentylatora innego niż dostarczający gaz procesowy do urządzenia, w którym stosowany jest zawór tak, że ciśnienie uszczelniającego powietrza jest wyższe niż ciśnienie gazu wlotowego lub wylotowego, zapewniając w ten sposób szczelność układu.

Dystrybutor 50 przepływu gazu zawiera obrotowy przepust, który najlepiej widać na fig. 7 i 14. Wchodzący w skład dystrybutora 50 element 53 w kształcie ściętego stożka obraca się wokół pierścieniowej, cylindrycznej ścianki 110, która działa jako zewnętrzne, pierścieniowe uszczelnienie. Cylindryczna ścianka 110 ma zewnętrzny, pierścieniowy kołnierz 111 używany do centrowania ścianki 110 i dociskania jej do rury rozgałęźnej 51 (patrz również fig. 4). Uszczelniający pierścień wewnętrzny 116 w kształcie litery E (korzystnie wykonany z metalu), jest połączony z dystrybutorem 50 przepływu gazu i ma parę utworzonych w nim, oddalonych jeden od drugiego, równoległych rowków 115A, 115B. Pierścień tłokowy 112A jest umieszczony w rowku 115A, zaś pierścień tłokowy 112B jest umieszczony w rowku 115B, jak pokazano na fig. 14. Każdy pierścień tłokowy 112A, 112B dociska ściankę 110 i pozostaje nieruchomy nawet podczas ruchu dystrybutora 50 przepływu gazu. Sprężone powietrze (lub gaz) przepływa przez promieniowe kanały 83, jak pokazano strzałkami na fig. 14, przez otwory 84 połączone z każdym promieniowym kanałem 83 i wpływa do kanału 119 między pierścieniami tłokowymi 112A, 112B oraz w szczelinę między każdym pierścieniem tłokowym 112A, 112B a wewnętrznym uszczelnieniem pierścieniowym 116. Kiedy dystrybutor 50 przepływu gazu obraca się względem stacjonarnej cylindrycznej ścianki 110 (i pierścieni tłokowych 112A, 112B), to powietrze w kanale 119 zwiększa ciśnienie w przestrzeni między dwoma pierścieniami tłokowymi 112A, 112B, wytwarzając ciągłe i pozbawione tarcia uszczelnienie. Szczelina między pierścieniami tłokowymi 112A, 112B a wewnętrznym uszczelnieniem tłokowym 116 oraz szczelina 85 między wewnętrznym uszczelnieniem pierścieniowym 116 a cylindryczną ścianką 110, uwzględnia każdy ruch (osiowy lub inny) wału napędowego 52 w wyniku rozszerzania się pod wpływem ciepła lub w wyniku innych czynników. Specjalista w danej dziedzinie zauważy, że chociaż pokazane jest uszczelnienie podwójnymi pierścieniami tłokowymi, to można zastosować trzy lub więcej pierścieni tłokowych w celu wykonania lepszego uszczelnienia. Do uszczelniania można zastosować podciśnienie lub nadciśnienie.

PL 202 601 B1

Na fig. 15 pokazano jak komora 64 zaopatrująca wał napędowy 52 w sprężone powietrze, jest uszczelniona od strony wału napędowego 52. Uszczelnienie jest wykonane w sposób podobny jak w przypadku obrotowego przepustu omówionego powyżej, z wyjątkiem tego, że uszczelnienia nie są nadmuchiwane i tylko jeden pierścień tłokowy jest potrzebny dla każdego uszczelnienia nad i pod komorą 64. Stosując uszczelnienie nad komorą 64, jako przykład tworzone jest wewnętrzne uszczelnienie pierścieniowe 216 w kształcie litery C przez wykonanie w nim centralnego rowka. Stacjonarna, pierścieniowa cylindryczna ścianka 210, która działa jako zewnętrzne uszczelnienie pierścieniowe, zawiera zewnętrzny pierścieniowy kołnierz 211 używany do centrowania ścianki 210 i zaciśnięcia jej na komorze 64. Stacjonarny pierścień tłokowy 212 jest umieszczony w rowku utworzonym w wewnętrznym uszczelnieniu pierścieniowym 216 w kształcie litery C i dociska cylindryczną ściankę 210. Szczelina między pierścieniem tłokowym 212 a otworem wewnętrznego uszczelnienia 216 w kształcie litery C, jak również szczelina między wewnętrznym uszczelnieniem 216 w kształcie litery C a zewnętrzną ścianką cylindryczną 210 dostosowuje się do wszelkich ruchów wału napędowego 52 wynikających z rozszerzania się pod wpływem ciepła, itp. Podobnie cylindryczna ścianka 310, wewnętrzne uszczelnienie 316 w kształcie litery C i pierścień tłokowy 312 są umieszczone po przeciwnej stronie komory 64, jak pokazano na fig. 15.

Alternatywny przykład wykonania uszczelnienia jest pokazany na fig. 18 - 18I i pochodzi z równoległego amerykańskiego zgłoszenia patentowego o numerze 09/849,785, którego opis jest tutaj włączony jako materiał źródłowy. Zgodnie z fig. 18, uszczelniający pierścień ustalający 664, korzystnie wykonany ze stali węglowej, jest przymocowany do elementu 53. Uszczelniający pierścień ustalający 664 jest korzystnie pierścieniem dzielonym, jak pokazano w widoku perspektywicznym na fig. 18A i ma przekrój poprzeczny jak pokazano na fig. 18B. Rozdzielenie pierścienia ułatwia jego instalowanie i zdejmowanie. Uszczelniający pierścień ustalający 664 może być przymocowany do elementu 53 za pomocą śruby kołpakowej, chociaż inne odpowiednie środki do mocowania pierścienia 664 również można zastosować. Korzystnie, zespół obrotowy zawiera rowek w celu właściwego unieruchomienia uszczelniającego pierścienia ustalającego.

Naprzeciw uszczelniającego pierścienia ustalającego 664 zainstalowany jest pierścień montażowy 091, najlepiej widoczny na fig. 18C i 18D. Pierścień montażowy 091 jest również połączony z elementem 53 za pomocą śruby kołpakowej, zaś w celu właściwego ustawienia pierścienia montażowego 091, w zespole obrotowym utworzony jest rowek.

W pokazanym przykładzie wykonania, w którym zespół obrotowy obraca się wokół osi pionowej, ciężar pierścienia uszczelniającego 658 może powodować jego zużycie, kiedy pierścień ślizga się po pierścieniu montażowym 091. W celu zmniejszenia lub wyeliminowania tego zużycia, pierścień montażowy 091 jest wykonany z wypustem 401, utworzonym wzdłuż jego obwodu, korzystnie usytuowanym centralnie, jak najlepiej widać na fig. 18D. Opcjonalny łuk łożyska płytowego 663 ma rowek 402 (fig. 18E, 18F), którego kształt i położenie odpowiadają wypustowi 401. Łuk łożyska płytowego 663 jest umieszczony nad pierścieniem montażowym 091 podczas montażu, jak pokazano na fig. 18. Łuk łożyska płytowego 663 jest korzystnie wykonany z materiału innego niż pierścień uszczelniający 658, żeby ułatwić jego działanie jako łożyska. Odpowiednie materiały obejmują brąz, ceramikę lub inny metal, inny niż metal użyty do wykonania pierścienia uszczelniającego 658.

Między ustalającym pierścieniem uszczelniającym 664 a łukiem łożyska płytowego 663 umieszczony jest pierścień uszczelniający 658. Jak pokazano na fig. 18G i 18H, pierścień uszczelniający 658 ma promieniową szczelinę 403, utworzoną na całym jego obwodzie. Na jednej krawędzi pierścienia uszczelniającego 658 promieniowa szczelina 403 kończy się półkoliście wzdłuż obwodu tak, że powstaje rowek dystrybucyjny 145, kiedy pierścień uszczelniający 658 opiera się o obudowę pierścienia uszczelniającego 659, jak pokazano na fig. 18. Alternatywnie można zastosować więcej niż jedną promieniową szczelinę 403. W pokazanym przykładzie wykonania pierścień uszczelniający 658 ma również otwór 404, połączony z promieniową szczeliną 403 i prostopadły do niej. Przez zwiększenie ciśnienia w otworze 404 wytwarzana jest przeciwwaga, dzięki czemu pierścień uszczelniający 658 nie może przesunąć się w dół pod swoim ciężarem. Gdyby ustawienie zaworu było inne, na przykład obrócone o 180°, to otwór 404 mógłby zostać utworzony w górnej części pierścienia uszczelniającego 658. Alternatywnie, więcej niż jeden otwór 404 może być zastosowany w części górnej lub dolnej lub w obu częściach. Przy ustawieniu obróconym, na przykład, o 90°, nie jest potrzebna przeciwwaga. Ponieważ pierścień uszczelniający 658 pozostaje nieruchomy i obudowa jest nieruchoma, to uszczelnienie 658 nie musi być okrągłe. Inne kształty, włącznie z owalnym i ośmiokątnym również są odpoPL 202 601 B1 wiednie. Pierścień uszczelniający 658 może zostać wykonany z jednej części lub może zostać wykonany z dwóch lub więcej części.

Pierścień uszczelniający 658 naciska na obudowę 659 pierścienia uszczelniającego i pozostaje nieruchomy nawet wówczas, gdy dystrybutor 50 przepływu gazu (i pierścień uszczelniający 664, łożysko płytowe 663 i pierścień montażowy 091) jest obracany. Sprężone powietrze (lub gaz) przepływa przez promieniowe kanały 83, jak pokazano strzałkami na fig. 18 i wpływa do promieniowej szczeliny 403 i otworu 404, jak również do rowka dystrybucyjnego 145 między pierścieniem uszczelniającym 658 i obudową 659, do szczeliny między uszczelniającym pierścieniem ustalającym 664 a obudową 658 oraz do szczelin między łukiem łożyska płytowego 663 a obudową 659 oraz między pierścieniem montażowym 091 a obudową 659. Kiedy dystrybutor 50 przepływu gazu obraca się względem stacjonarnej obudowy rurze rozgałęźnej 659 (i stacjonarnego pierścienia uszczelniającego 658), to powietrze z tych szczelin zwiększa ciśnienie w tych przestrzeniach tworząc ciągłe, pozbawione tarcia, uszczelnienie. Rowek dystrybucyjny 145 dzieli zewnętrzną powierzchnię pierścienia uszczelniającego 658 na trzy strefy, przy czym dwie łączą się z zewnętrznym otworem, zaś centralna stanowi strefę o zwiększonym ciśnieniu.

Stosując jeden zespół pierścienia uszczelniającego, wyeliminowane zostają siły, które odpychają lub odciągają podwójne uszczelnienia pierścieniami tłokowymi jedno od drugiego. Ponadto, uzyskiwane są oszczędności, gdyż zmniejszona jest liczba części, zaś jeden pierścień może zostać wykonany z większym przekrojem poprzecznym, a zatem może zostać wykonany z elementów składowych o większej stabilności wymiarowej. Pierścień może zostać podzielony na dwie połówki, w celu ułatwienia instalowania i wymiany. Sprężyny ściskające lub inne środki dociskowe mogą zostać umieszczone w zagłębieniach 405 (fig. 18I) w miejscu podziału dostarczając do zagłębienia siłę pierścienia działającą na zewnątrz.

Na fig. 8 i 9 pokazany został korzystny przykład ogrzewania powietrza uszczelniającego. Zimne powietrze, które normalnie przepływa przez otwór w komorze 64, w rurze rozgałęźnej 51 i płynie do wału napędowego 52 otworami 81, jest kierowane do wymiennika ciepła 112. Zgodnie zwłaszcza z fig. 9 i 12, korzystnym sposobem skierowania przepływu zimnego powietrza jest wykorzystanie przegrody 115 usytuowanej w komorze 64. Przegroda 115 rozciąga się od dna komory 64 do stropu komory 64, dzieląc w ten sposób komorę 64 na sekcję wlotową 116 wymiennika ciepła 112 i sekcję wylotową 117 wymiennika ciepła 112. Otwór jest umieszczony całkowicie w sekcji wlotowej 116 wymiennika ciepła 112 tak, że zimne powietrze płynące przez otwór do komory 64 przebywa tylko we wlotowej sekcji 116 i jest kierowane do wlotu wymiennika ciepła 112 (przez szczeliny 111a, 111b), gdzie jest ogrzewane do temperatury wystarczającej, aby zminimalizować lub zapobiec ochłodzeniu kondensatów gazu procesowego. Odpowiednie temperatury są wyższe od punktu rosy gazu procesowego, ogólnie od 65,5°C do 121,1°C (od około 150°F do około 250°F). Ogrzane powietrze uszczelniające opuszcza wymiennik ciepła 112 po przeciwnej stronie przegrody 115 i dostaje się do wylotowej części 117 wymiennika ciepła 112 komory 64 (przez szczeliny 111c, 111d) i w stanie ogrzanym jest kierowane do wału napędowego 52 połączonego przepływowo z wylotową częścią 117 komory 64. Ponieważ wlotowa część 116 nie jest połączona przepływowo z wałem napędowym 52, to nieogrzane powietrze uszczelniające nie może dostać się do wału napędowego, chyba że po przejściu przez wymiennik ciepła 112. Wał napędowy 52 działa jak przewód dla płynu kierując ogrzane powietrze uszczelniające do powierzchni uszczelniających.

Wymiennik ciepła 112 jest korzystnie umieszczony w komorze wylotowej 47 tak, że atmosfera otaczająca wymiennik ciepła 112 jest gorącym powietrzem wylotowym. W ten sposób, powietrze uszczelniające jest ogrzewane na drodze przewodzenia ciepła i nie jest potrzebne dodatkowe źródło ciepła do ogrzewania powietrza uszczelniającego.

Temperatura gorącego powietrza wylotowego jest dostatecznie wysoka tak, że wymiennik ciepła 112 jest ogrzewany do temperatury wystarczającej, aby ogrzać zimne powietrze uszczelniające, które przepływa przez wymiennik ciepła 112. Niniejszy wynalazek wychwytuje zatem wcześniej tracone ciepło (energię) i ogrzewa powietrze uszczelniające bez obciążania układu lub stosowania dodatkowego źródła energii. To szczególne miejsce dla wymiennika ciepła 112, pokazane na fig. 8 i 9 przed komorą 47 jest dogodną lokalizacją, ułatwiającą modernizację istniejących urządzeń, ponieważ komunikacja z komorą 64 jest łatwo osiągana po prostu przez utworzenie otworów lub szczelin 111 wlotu i wylotu wymiany ciepła (dostatecznych do tego, aby zapewnić połączenie przepływowe między komorą 64 a rurami wymiany ciepła) w bocznych ściankach komory 64, jak pokazano na fig. 12. To położenie wymiennika ciepła 112 nie powoduje również konfliktów z innymi peryferyjnymi urządzeniami utle10

PL 202 601 B1 niacza, takimi jak komora pułapkowa. Alternatywnie, wymiennik ciepła 112 może zostać umieszczony wokół wewnętrznego obwodu komory 47, wokół dystrybutora przepływu 50.

W alternatywnym przykładzie wykonania, wymiennik ciepła może zostać wyeliminowany i odpowiednia ilość gorącego powietrza wylotowego może być mieszana wprost z powietrzem uszczelniającym w celu podwyższenia jego temperatury. Alternatywnie, wymiennik ciepła może być stosowany w kombinacji z recyrkulacją części powietrza wylotowego w celu bezpośredniego mieszania z powietrzem uszczelniającym i uzupełnienia ogrzewania powietrza uszczelniającego.

Na fig. 13 pokazano korzystny przykład wykonania wymiennika ciepła 112, odpowiedniego do użycia w niniejszym wynalazku. Liczne rury (pokazano dziesięć) są zmontowane w konfiguracji odpowiedniej do umieszczenia w komorze wylotowej 64. Korzystna konfiguracja, jak pokazano, ma w zasadzie kształt litery C. Szczelina między wlotem 123 wymiennika ciepła 112 a wylotem 124 wymiennika ciepła 112 jest dostateczna, do tego, aby zmieściła się w niej komora 64. W celu ułatwienia montażu, wymiennik ciepła 112 jest utworzony z dwóch jednakowych części połączonych po zmontowaniu za pomocą centralnego kołnierza mocującego 129. Jak się okazało, wymiennik ciepła o wydajności 40% - 50% jest wystarczający do ogrzewania powietrza uszczelniającego do odpowiedniej temperatury.

Na fig. 15 pokazano jak komora 64 dostarczająca sprężone powietrze do wału napędowego 52 jest uszczelniana od strony wału napędowego 52. Tylko jeden pierścień tłokowy musi zostać użyty dla każdego uszczelnienia powyżej i poniżej komory 64. Wykorzystując uszczelnienie powyżej komory 64, jako przykład, tworzony jest wewnętrzny pierścień uszczelniający 216 w kształcie litery C poprzez wykonanie w nim centralnego rowka. Stacjonarna, pierścieniowa ścianka cylindryczna 210, która działa jako zewnętrzny pierścień uszczelniający, zawiera zewnętrzny pierścieniowy kołnierz 211, używany do centrowania ścianki 210 i zaciskania jej na komorze 64. Stacjonarny pierścień tłokowy 212 jest umieszczony w rowku utworzonym w pierścieniowym uszczelnieniu wewnętrznym 216 w kształcie litery C i jest dociskany do ścianki 210. Szczelina między pierścieniem tłokowym 212 a otworem wewnętrznego uszczelnienia 216 w kształcie litery C, jak również szczelina między wewnętrznym uszczelnieniem 216 w kształcie litery C a zewnętrzną ścianką cylindryczną 210 umożliwiają ruchy wału napędowego 52 wynikające z rozszerzania cieplnego, itp. Podobnie cylindryczna ścianka 310, wewnętrzne uszczelnienie 316 w kształcie litery C i pierścień tłokowy 312 są użyte po przeciwnej stronie komory 64, jak pokazano na fig. 15.

Podczas pracy, w pierwszym trybie, nie poddany obróbce („brudny) gaz procesowy przepływa do wlotu 48, przez kanał 61 dystrybutora przepływu 50 i do odpowiedniego przepustu 25 zaworu, który jest w tym trybie połączony przepływowo z kanałem 61. Niepoddany obróbce gaz procesowy przepływa następnie przez gorące medium wymiany ciepła, podtrzymywane przez komorę 20 zimnej strony i przez strefę spalania, gdzie jest poddawany obróbce, zaś czysty już gaz jest następnie chłodzony, płynąc przez zimne medium wymiany ciepła w drugiej kolumnie, przez przepust 25A zaworu połączony z pierwszym kanałem 60 i wypływa przez komorę 47 i wylot 49. Kiedy zimne medium wymiany ciepła stanie się stosunkowo gorące, zaś gorące medium wymiany ciepła stanie się stosunkowo zimne, to cykl jest odwracany poprzez uaktywnienie mechanizmu napędowego w celu obrócenia wału napędowego 52 i dystrybutora 50 przepływu. W drugim trybie, nie poddany obróbce gaz procesowy znów przepływa do wlotu 48, przez drugi kanał 61 dystrybutora 50 przepływu, przy czym drugi kanał 61 jest teraz połączony przepływowo z drugim przepustem 25B zaworu, który był poprzednio połączony przepływowo z pierwszym kanałem 60. Zatem kieruje teraz nie poddany obróbce gaz procesowy do nowej, gorącej kolumny wymiany ciepła, a następnie przez strefę spalania, gdzie gaz procesowy jest poddawany obróbce. Oczyszczony gaz jest następnie chłodzony, kiedy płynie przez nowe, zimne medium wymiany ciepła w drugiej kolumnie, przez przepust 25B zaworu połączony przepływowo z kanałem 60 i wypływa przez komorę 47 i wylot 49. Cykl ten jest powtarzany, zależnie od potrzeby, zwykle co 1 do 4 minut. Gorący gaz wylotowy w komorze 47 otacza wymiennik ciepła 112 i przekazuje do niego część swojego ciepła, ogrzewając w ten sposób powietrze uszczelniające, krążące w wymienniku ciepła 112.

Jak wspomniano, niniejszy wynalazek może być stosowany w odniesieniu do różnych typów układów zaworowych, włącznie z zaworami grzybkowymi i motylkowymi. Ważnymi elementami składowymi są zawór, dmuchawa lub inne urządzenie służące do dostarczania gazu uszczelniającego, wymiennik ciepła w strumieniu gorącego gazu wylotowego i przewód prowadzący z wymiennika ciepła do powierzchni uszczelniających. Na przykład, w regeneracyjnym utleniaczu cieplnym z dwoma złożami, wykorzystującym cztery zawory grzybkowe 200, 201, 202 i 203, jak pokazano na fig. 16, tylko

PL 202 601 B1 dwa zawory we wlotach kolumn wymagają ogrzanego powietrza uszczelniającego, ponieważ dwa zawory wylotowe są już ogrzane i kondensacja w nich ogólnie nie stanowi problemu. Dmuchawa 210 powietrza uszczelniającego dostarcza powietrze przez wymiennik ciepła 212 usytuowany w strumieniu wylotowym, na przykład, w kominie 216. Wylot wymiennika ciepła 212 jest połączony przepływowo z powierzchniami uszczelniającymi zaworu przez odpowiednie przewody dostawcze. Zawory odcinające 220, 221 są usytuowane w każdym przewodzie w celu przerywania przepływu powietrza uszczelniającego do odpowiedniego zaworu grzybkowego, kiedy zawór grzybkowy jest w położeniu otwartym i włączenia przepływu, kiedy zawór grzybkowy jest w zamkniętym, szczelnym położeniu.

Jak najlepiej widać na fig. 17, dysk grzybka 230 zaworu grzybkowego jest połączony z trzonem 231, który cofa lub wysuwa zawór przy użyciu cylindra 232. Jak pokazano, pierścieniowa komora 240 z dwoma gniazdami jest połączona przepływowo z ogrzanym powietrzem uszczelniającym. Kiedy zawór jest w położeniu zamkniętym, ogrzane powietrze uszczelniające przepływa do komory i tworzy skuteczne uszczelnienie.

Podobnie, fig. 19 i 20 ilustrują zastosowanie niniejszego wynalazku w odniesieniu do zaworu motylkowego 330. Wgłębienie łopatki 331 jest połączone przepływowo z wgłębieniem wału 332, który jest połączony z obrotowym elementem napędowym 344 w celu obracania łopatką 331 tak, że naprzemian uszczelnia ona lub nie uszczelnia gniazdo 335 zaworu obudowy 340. Wał 332 jest również połączony przepływowo ze źródłem ogrzanego powietrza uszczelniającego. Łopatka 331 zawiera liczne przepusty uszczelniające 341 wokół swojego brzegu, które są umieszczane naprzeciw gniazda 335 zaworu, w celu utworzenia szczelnej powierzchni uszczelniającej, kiedy zawór jest w położeniu zamkniętym. Ogrzane powietrze uszczelniające przepływa z wału 332 do łopatki 331, wypływa przez przepusty uszczelniające 341 i jest kierowane na gniazdo zaworu 335.

Claims (18)

1. Zespół zaworowy, zawierający źródło gazu uszczelniającego, źródło gorącego gazu mającego temperaturę wyższą niż temperatura gazu uszczelniającego, oraz wymiennik ciepła mający wlot i wylot, znamienny tym, że wlot (123) wymiennika ciepła (112) jest połączony przepływowo ze źródłem gazu uszczelniającego tak, że gaz uszczelniający wpływa wlotem (123), przepływa przez wymiennik ciepła (112) i wypływa wylotem (124), przy czym gaz uszczelniający jest ogrzewany przepływając przez wymiennik ciepła (112), natomiast wymiennik ciepła (112) jest ogrzewany za pomocą gorącego gazu, zaś zawór zawierający przynajmniej jedną powierzchnię uszczelniającą i przewód dostawczy jest połączony przepływowo z wylotem (124) wymiennika ciepła (112) i z przynajmniej jedną powierzchnią uszczelniającą doprowadzając gaz uszczelniający do tej powierzchni.

2. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że gazem uszczelniającym jest powietrze.

3. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że gaz uszczelniający jest ogrzewany do temperatury od 65,5°C do 121,1°C (od 150°F do 250°F) w wymienniku ciepła (112).

4. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że zawór jest zaworem grzybkowym.

5. Zespół według zastrz. 4, znamienny tym, że zawiera również przynajmniej jeden zawór w przewodzie dostawczym do kontrolowania przepływu gazu uszczelniającego do powierzchni uszczelniającej zależnie od położenia zaworu grzybkowego.

6. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że zawór jest zaworem motylkowym (330).

7. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że zawór zawiera dystrybutor (50) przepływu gazu, mający pierwszy kanał (60), który jest połączony przepływowo z wlotem gazu (48) i drugi kanał (61), który jest połączony przepływowo z wylotem gazu (49), przy czym wylot gazu (49) zawiera komorę wylotową gazu (47), zawierającą gorący gaz, przy czym wymiennik ciepła (112) jest usytuowany w komorze wylotowej gazu (47) tak, że jest ogrzewany przez gorący gaz, zaś gaz uszczelniający przepływa przez ogrzewany wymiennik ciepła (112) przed wprowadzeniem do przewodu dostawczego.

8. Zespół według zastrz. 7, znamienny tym, że przewód dostawczy stanowi pusty w środku wał napędowy (52) połączony z dystrybutorem (50) przepływu gazu.

9. Zespół według zastrz. 8, znamienny tym, że gazem uszczelniającym jest powietrze.

10. Zespół według zastrz. 8, znamienny tym, że zawiera ponadto komorę gazu uszczelniającego (64) połączoną przepływowo ze źródłem gazu uszczelniającego, która jest podzielona na pierwszą sekcję wlotową (116), połączoną przepływowo z wlotem (123) wymiennika ciepła (112) oraz drugą

PL 202 601 B1 sekcję (117) połączoną przepływowo z wylotem (124) wymiennika ciepła (112), przy czym druga sekcja (117) jest połączona przepływowo z przewodem dostawczym w postaci wału napędowego (52).

11. Zespół według zastrz. 10, znamienny tym, że komora gazu uszczelniającego (64) jest przedzielona za pomocą przegrody (115).

12. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że wymiennik ciepła (112) zawiera liczne rury.

13. Zespół według zastrz. 8, znamienny tym, że gaz uszczelniający jest ogrzewany do temperatury od 65,5°C do 121,1°C (od 150°F do 250°F) w wymienniku ciepła (112).

14. Regeneracyjny utleniacz cieplny do przetwarzania gazu, zawierający strefę spalania, wylot, pierwsze złoże wymiany ciepła zawierające medium wymiany ciepła i połączone ze strefą spalania i z wylotem, drugie złoże wymiany ciepła zawierające medium wymiany ciepła połączone ze strefą spalania i z wylotem, przynajmniej jeden zespół zaworowy do przełączania przepływu gazu między złożami wymiany ciepła pierwszym i drugim, przy czym zespół zaworowy zawiera źródło gazu uszczelniającego, źródło gorącego gazu mającego temperaturę wyższą niż temperatura gazu uszczelniającego, oraz wymiennik ciepła mający wlot i wylot, znamienny tym, że wymiennik ciepła (112) jest połączony przepływowo ze źródłem gazu uszczelniającego i kontaktuje się z gazem w wylocie (124), zaś przewód dostawczy gazu uszczelniającego jest połączony przepływowo ze źródłem gazu uszczelniającego przez wymiennik ciepła (112) i z powierzchnią uszczelniającą.

15. Utleniacz według zastrz. 14, znamienny tym, że zawór jest zaworem grzybkowym.

16. Utleniacz według zastrz. 16, znamienny tym, że zawiera również przynajmniej jeden zawór w kanale dostawczym, w celu kontrolowania przepływu gazu uszczelniającego do powierzchni uszczelniającej w oparciu o położenie zaworu grzybkowego.

17. Utleniacz według zastrz. 15, znamienny tym, że zawór jest zaworem motylkowym (330).

18. Regeneracyjny utleniacz cieplny do przetwarzania gazu, zawierający: strefę spalania, pierwsze złoże wymiany ciepła zawierające medium wymiany ciepła i połączone ze strefą spalania, drugie złoże wymiany ciepła zawierające medium wymiany ciepła i połączone ze strefą spalania, zawór do przełączania przepływu gazu między złożami wymiany ciepła pierwszym i drugim, znamienny tym, że zawór zawiera pierwszy przepust (25A) połączony przepływowo z pierwszym złożem wymiany ciepła i drugi przepust (25B) oddzielony od pierwszego przepustu (25A) i połączony przepływowo z drugim złożem wymiany ciepła, dystrybutor (50) przepływu mający pusty w środku wał napędowy (52) oraz pierwszy kanał wlotowy (60) i drugi kanał wylotowy (61), przy czym dystrybutor (50) przepływu jest przemieszczany względem przepustów zaworu pierwszego (25A) i drugiego (25B) między pierwszym położeniem, w którym gaz wprowadzany do pierwszego kanału wlotowego (60) przepływa do pierwszego złoża wymiany ciepła przez pierwszy przepust (25A) i wypływa z drugiego kanału wylotowego (61) przez drugie złoże wymiany ciepła oraz drugi przepust (25B), a drugim położeniem, w którym gaz wprowadzany do pierwszego kanału wlotowego (60) przepływa do drugiego złoża wymiany ciepła przez drugi przepust (25B) i wypływa z drugiego kanału wylotowego (61) przez pierwsze złoże wymiany ciepła i pierwszy przepust (25A), przy czym dystrybutor (50) przepływu zawiera część blokującą do blokowania przepływu gazu przez część przepustów zaworu pierwszego (25A) i drugiego (25B), kiedy dystrybutor (50) przepływu jest między położeniami pierwszym i drugim, rurę rozgałęźną (49), w której jest umieszczony dystrybutor (50) przepływu, przy czym rura rozgałęźna (49) zawiera wlot połączony przepływowo z pierwszym kanałem dystrybutora (50) przepływu i wylot, połączony przepływowo z drugim kanałem dystrybutora (50) przepływu, a ponadto komorę gazu uszczelniającego (64) połączoną przepływowo ze źródłem gazu uszczelniającego, przy czym wymiennik ciepła (112) jest połączony przepływowo z komorą gazu uszczelniającego (64), zaś pusty w środku wał napędowy (52) jest połączony przepływowo z komorą gazu uszczelniającego (64), natomiast wymiennik ciepła (112) jest usytuowany w wylocie rury rozgałęźnej (49) tak, że jest ogrzewany przez gaz w wylocie rury rozgałęźnej (49), który to gaz uszczelniający przepływa przez ogrzewany wymiennik ciepła (112) przed wprowadzeniem do pustego w środku wału napędowego (52).