VALVULA GIRATORIA CON UN SISTEMA DE CONTROL DE FUGA INTERNA.

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

Válvula giratoria con un sistema de control de fuga interna.

Antecedentes de la invención

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.

Breve resumen de la invención

La invención se define por las reivindicaciones 1 y 7. Las reivindicaciones dependientes definen formas de realización ventajosas.

Breve descripción de varias vistas de los dibujos

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.

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.

Descripción detallada de la invención

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...

1. Una válvula giratoria (1) que comprende: