CN107847777B - 氧气降低系统和用于配置氧气降低系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于降低封闭区域空间气氛中的氧气含量和/或用于维持封闭区域空间气氛中降低的氧气含量低于预定的并且与正常环境空气的氧气浓度相比降低的工作浓度的系统。所述系统包括气体分离系统，其出口流体连接至封闭区域，从而连续供应氧气减少的气体混合物或氧气替代气体。将所述气体分离系统配置为使得在气体分离系统的连续工作期间，封闭区域空间气氛中的氧气浓度始终保持在介于预定的工作浓度和预定或可限定的下限浓度之间的范围内。

Description

氧气降低系统和用于配置氧气降低系统的方法

技术领域

本发明涉及一种用于降低封闭区域空间气氛中的氧气含量或者用于独立地维持封闭区域空间气氛中降低的氧气含量低于预定的并且与正常环境空气的氧气浓度相比降低的浓度(工作浓度)的系统。

特别地，将本发明的系统配置成通过将氧气减少的气体混合物或者氧气替代气体引入到封闭区域的空间气氛中来防止火灾的发展或者蔓延。而且本发明的系统原则上还适用于在封闭区域中灭火。

因此，本发明的系统例如用于在受监视区域内使风险最小化和灭火，由此也或者可以使封闭区域以不同降低水平连续惰性化，以防止或控制火灾。

背景技术

用于防止火灾的惰性化技术的基本原理是基于以下常识：即当封闭区域内的设备对水的影响反应敏感时，可以通过将相关区域中的氧气浓度降低至例如15体积％的值来应对火灾的风险。大多数可燃材料不会在这样的(降低的)氧气浓度下被点燃。因此，这种用于防止火灾的惰性化技术的主要应用领域还包括IT领域、电气开关和配电室、封闭设施以及包含高价值商品的储存区域。

这种惰性化技术所产生的防火效果是基于氧气替代的原理。众所周知，正常环境空气由21体积％的氧气、78体积％的氮气和1体积％的其他气体组成。为了防火的目的，通过引入氧气减少的气体混合物或氧气替代气体例如氮气来降低封闭区域内空间气氛的氧气含量。

本发明系统的应用的另一个实例是在受控气氛(CA)中储存物品，特别是食物，优选苹果类水果，其中尤其调节大气氧气的百分比比例以减缓作用于易腐货物的老化过程。

氧气降低系统，尤其是那些用作防火系统、灭火系统、爆炸抑制系统或防爆系统的氧气降低系统，在封闭区域内产生了氧气浓度比环境条件永久更低的气氛，尤其具有优点——与水灭火系统例如喷水系统或喷雾系统相比——适合用于大量的灭火。然而，为此目的，必须使预先计算的(最小)体积的氧气减少的气体混合物/氧气替代气体进入封闭区域，以达到氧气降低系统的预期目的，例如防火、爆炸抑制、爆炸控制或灭火。根据有效体积和封闭区域的空间壳体的气密性来计算要被引入该区域的所述(最小)氧气减少的气体混合物/氧气替代气体的体积。

封闭区域的空间壳体(例如建筑物外壳)的气密性通常通过压力差测试(鼓风机门测试)来测定。在此引入空间壳体的风扇在封闭区域内产生并保持恒定的超压和(例如)50Pa的负压。通过封闭区域空间壳体中的泄漏逸出的那部分空气被风扇压入至封闭区域并进行测量。所称的n50值(单位：1/h)表示内部体积每小时被更换的频率。

因此由压力差测试测定的气密性对应于取决于封闭区域空间壳体上的泄漏的空气交换率，其在本文中也被称为“不依赖进料的空气交换率”。然而特别地，通过压力差测试测定的气密性不考虑涉及开口(例如门、大门或窗)的空气交换，所述开口是为了进料和/或进入封闭区域的目的所需而可以在空间壳体上形成的。

相比于不依赖于进料的空气交换率，依赖于进料的空气交换率通常不能事先按计量方式确定，因为依赖于进料的空气交换率随时间变化，并且取决于为了进料和/或进入的目的封闭区域的空间壳体打开的时间和频率、为了进料和/或进入的目的而在封闭区域的空间壳体上形成的开口保持多久以及最终开口有多大。

这些决定依赖于进料的空气交换率的参数通常不能事先确定，使得当通过假设最大进料和/或进入来配置氧气降低系统时总是假定关于封闭区域的依赖于进料的空气交换率的峰值。这样做由此确保了即使在极端情况下，氧气降低系统也始终能够每单位时间提供足够体积的氧气替代气体，从而能够可靠地在封闭区域空间气氛中维持低于预定工作浓度的降低的氧气含量。

发明内容

本发明的一个任务在于提供一种用于配置氧气降低系统的方法，通过该方法，氧气降低系统根据实际情况尽可能最佳地配置。

特别地，为了避免了氧气降低系统的过大，将在实践中实际发生/存在的依赖于进料的空气交换率考虑到氧气降低系统的配置中。同时，需要确保的是，氧气降低系统可始终维持封闭区域空间气氛中的氧气含量低于预定的并且与正常环境空气的氧气浓度相比降低了的工作浓度。

此外，还提供相应的氧气降低系统，其与按照以前的方法设计和配置的氧气降低系统相比，更适合于封闭区域的实际情况。

关于氧气降低系统，本发明所基于的任务由独立权利要求1的主题来解决，其中它有利的进一步的发展在从属权利要求2至19进行了说明。

关于配置用于封闭区域的氧气降低系统的方法，本发明所基于的任务由另外的独立权利要求20的主题来解决。

因此，本发明特别涉及一种氧气降低系统，其被配置成将封闭区域空间气氛中的氧气含量降低至低于预定的并且与正常环境空气的氧气浓度相比降低的工作浓度的浓度。可替代地或另外地，设计本发明的氧气降低系统以维持封闭区域的空间气氛中的降低的氧气含量低于预定的并且与正常环境空气的氧气浓度相比降低的工作浓度。

为此，氧气降低系统包括气体分离系统，其出口流体连接到封闭区域，以便将氧气减少的气体混合物或氧气替代气体连续地进料到封闭区域的空间气氛中。换句话说，本发明提供连续工作的气体分离系统，使得氧气减少的气体混合物或氧气替代气体被连续地进料到封闭区域的空间气氛中；即不会随着时间中断。

配置气体分离系统使得在气体分离系统以第一工作模式的连续工作期间，封闭区域的空间气氛中的氧气浓度始终保持在介于预定工作浓度和预定或可限定的下限浓度之间的范围内。因此，在气体分离系统的第一工作模式中，在气体分离系统的出口处每单位时间连续提供在预定或可限定的范围内体积的氧气减少的气体混合物。

利用本发明的方案能够实现的优点是显而易见的：通过提供连续工作的气体分离系统，可以在气体分离系统的出口处提供氧气减少的气体混合物，其体积对应于随着时间的平均体积，该平均体积反映了间歇工作的更大尺寸的气体分离系统。因此，与已知的现有技术的方法相比，该气体分离系统或氧气降低系统可以具有整体上更小的尺寸，从而降低了氧气降低系统的初始安装成本。

此外，气体分离系统的连续工作还具有其他优点，即将气体分离系统重复开启和关闭固有的磨损最小化。

根据本发明的一个方面，提供了预定的并且与正常环境空气的氧气浓度相比降低的工作浓度，以对应于封闭区域的设计浓度。根据VdS指南3527(版本：提交日期)，设计浓度是指点火阈值减去安全距离(the ignition threshold less a safety margin)，因此取决于封闭区域内所储存的材料。

然而，本发明不限于这些实施方案，即其中氧气降低系统维持封闭区域的空间气氛中的降低的氧气浓度低于区域的设计浓度。本发明还包括这些实施方案，其中通常在封闭区域空间气氛中维持降低的氧气含量低于预定的并且与正常环境空气的氧气浓度相比降低的工作浓度，其中该预定的工作浓度也可以高于该区域的设计浓度。

本发明的方案特别适用于根据封闭区域配置的氧气降低系统，其中封闭区域的空气交换率随时间周期性地变化。这种情况例如在房间或仓库中，为了进入和/或进料的目的，临时打开空间壳体，由此进入/进料的频率受制于一定的循环，例如，日循环或周循环，使得总体而言，封闭区域的空气交换率随时间周期性地变化，并且每个时间周期可以分成多个连续时间段。因此，封闭区域的平均空气交换率对于每个时间段采用相应的对应值。

因此例如可以设想，三班制运行的仓库每周使用6天。因此，在该实例中，封闭区域(此处：仓库)的总空气交换率根据每周模式周期性地变化，由此在六个工作日期间的封闭区域(仓库)的平均总空气交换率由依赖于进料的空气交换率和不依赖于进料的空气交换率组成。相比之下，在(唯一的)休息日期间，依赖于进料的空气交换率可以忽略不计，使得平均总空气交换率基本上等于封闭区域的不依赖于进料的空气交换率。

如上所述，封闭区域的空间壳体中的(无意或不可避免的)泄漏被考虑到不依赖于进料的空气交换率中；即与进料和/或进入封闭区域无关的泄漏。另一方面，依赖于进料的空气交换率考虑了通过封闭区域空间壳体上的开口的空气交换，该开口是为了进料和/或进入的目的所需而(有意)形成的。这种开口特别指门、大门、气闸或窗户。

在封闭区域空气交换率随时间周期性地变化的应用实例中，由此每个时间周期被分成多个连续的时间段，本发明的一个方面特别地提供了考虑各个时间段的长度并且考虑每个时间段的各自的平均总空气交换率而配置的气体分离系统，使得在气体分离系统以第一工作模式下的连续工作中，封闭区域空间气氛中的氧气浓度始终介于预定的工作浓度(例如封闭区域的设计浓度)和预定或可限定的下限浓度之间的范围内。

本发明的氧气降低系统的一个优选实施方案提供了可以在至少两个和优选地三个不同的工作模式下工作的气体分离系统。在这些至少两个工作模式中，气体分离系统连续地在出口处提供氧气减少的气体混合物。然而，与第一工作模式相比，在气体分离系统的第二工作模式中，每单位时间在出口处连续提供的氧气减少的气体混合物的体积增加——与残余氧气浓度的参考值相关。

另一方面可以设想在本文中，气体分离系统可进一步在第三工作模式中工作，其中每单位时间在出口处连续提供的氧气减少的气体混合物的体积与第一工作模式相比降低了——与残余氧气浓度的参考值相关。

本发明不仅仅限于上述类型的氧气降低系统，而且还涉及配置用于封闭区域的氧气降低系统的方法。本发明的方法特别包括以下方法步骤：

i)将预定的时间周期分成多个连续的时间段；

ii)确立每个时间段封闭区域的平均空气交换率；

iii)根据相应时间段各自的持续时间对所确立的平均空气交换率进行加权；以及

iv)考虑封闭区域的加权平均空气交换率来调整和/或选择氧气降低系统的气体分离系统，使得当气体分离系统以第一工作模式连续工作时，封闭区域空间气氛中的氧气浓度始终保持在介于预定的工作浓度(例如封闭区域的设计浓度)和可预定的下限浓度之间的范围内，其中在第一工作模式中每单位时间在气体分离系统的出口处连续提供了在预定或可限定的范围内的体积的氧气减少的气体混合物或氧气替代气体。

附图说明

以下将参照附图更详细地描述本发明。

示出为：

图1表示常规氧气降低系统工作模式的基本时间图；

图2表示本发明所述氧气降低系统第一示例性实施方案工作模式的基本时间图；

图3表示本发明所述氧气降低系统第二示例性实施方案工作模式的基本时间图。

具体实施方式

图1示出了表示现有技术已知的常规氧气降低系统工作模式的基本时间图。这是一种氧气降低系统，其用于将封闭区域空间气氛中氧气浓度低于预定的并且与正常环境空气的氧气浓度相比降低的浓度(＝工作浓度)。图1时间图的相关时间段共计为一周(7天)。

图1特别描绘了封闭区域空间气氛中氧气浓度按时间顺序的发展。可以看出，氧气浓度始终在约15.0体积％到14.9体积％之间的范围内。这是由封闭区域空间气氛中氧气浓度的上阈值和下阈值所限定的一个典型的控制范围。

封闭区域空间气氛中氧气浓度的上阈值代表开启阈值，在该开启阈值时，氧气降低系统的气体分离系统开启，以便在气体分离系统的出口处提供氧气减少的气体混合物。然后将提供的氧气减少的气体混合物进料至封闭区域的空间气氛中，以使空间气氛中的氧气浓度随后相应地降低。

当达到下阈值(其定义为气体分离系统的关闭阈值)，气体分离系统停止工作。至封闭区域空间气氛的氧气减少的气体混合物的供给因此停止，由于这个缘故，封闭区域的空间气氛中的氧气浓度相应地再次增加。

这是因为封闭区域的空间壳体不是气封的，而相反在空间外壳上有(无意或不可避免的)泄漏的这个事实，这导致了一定的(不依赖于进料的)空气交换率。该不依赖于进料的空气交换率可以特别地通过压力差测试来预先确定。

然而，除了这个不依赖于进料的空气交换率外，还有依赖于进料的空气交换率；即通过设置在封闭区域壳体上的开口进行的空气交换，打开所述开口用于进料和/或进入封闭区域。

图1描绘了封闭区域以三班制工作一周使用6天(此处：周一至周六)的情形。“三班制的工作使用”是指半连续完全运作，其在图1所示的示例性实施方案中仅在周日暂停。

从图1的时间图中的氧气浓度按时间顺序的发展可以看出，总体上，封闭区域的空间壳体在周日比一周中的其他天更密封。尤其可以从与一周的其他天相比，周日的氧气浓度下降线更陡，和周日的氧气浓度上升线更平缓看出。

为了将封闭室空间气氛中的氧气浓度维持在如图1通过其基本时间图所描述的过去的操作程序中的上阈值和下阈值之间的控制范围内，需要开启和关闭气体分离系统，从而间歇工作。

相比之下，本发明的的方案提供以连续的工作模式进行操作的氧气降低系统的气体分离系统，在这种工作模式中每单位时间在气体分离系统的出口处连续提供在预定或可限定的范围内的体积的氧气减少的气体混合物，其中每单位时间提供的体积大于每小时0升。

以下将参照图2的基本时间图更详细地描述本发明的氧气降低系统的示例性实施方案的工作原理。

具体而言，图2描绘了设计和配置了本发明的氧气降低系统的封闭区域的空间气氛中氧气浓度按时间顺序的变化。因此，这是一个封闭区域(例如仓库)，每周使用6天，三班制工作。

该氧气降低系统包括气体分离系统，该系统因考虑到在一周内的依赖于进料的空气交换率和不依赖于进料的空气交换率而设计和配置。因此，在一周内依赖于进料的空气交换率考虑了由进料和/或进入封闭区域而导致新鲜空气进入。

表1示出了图2的第一示例性情况的这种依赖于进料/进入的新鲜空气进入的实例。

表1：每周的与进料相关的新鲜空气进入量[m³/h]

另一方面，下表2示出了在一周内总的新鲜空气进入量，即图2的示例性情况。总的新鲜空气进入量由一方面的依赖于进料的气体交换率和另一方面的在平均风速3m/s下的不依赖于进料的空气交换率组成。

表2：每周的总新鲜空气进入量[m³/h]

为了在封闭区域的空间气氛中维持氧气含量与正常环境空气的氧气浓度相比低于预定的要降低的工作浓度，需要分别供应氧气减少的气体混合物或者氧气替代气体，以至少部分地抵消新鲜空气随时间的总进入量。

在此处考虑的示例性实施方案中，使用残余氧气含量为例如5％的氮气(N₂)作为氧气减少的气体混合物/氧气替代气体。表3中总结了在一周内为抵消总的新鲜空气进入量所需的氮气。

表3：每周的氮气需求量[m³/h]

氮气需求量的按时间顺序的变化同样绘制在图2的时间图中。特别要认识到的是，在周日(休息日)，氮气需求量降至相对较低的值144m³/h。该降低的氮气需求量的原因在于周日的降低的空气交换率，因为周日的空气交换率由不依赖于进料的空气交换率所决定(在休息日，依赖于进料的空气交换率是可以忽略的，因为可预料到在休息日没有进料和/或进入封闭区域)。

然而，从周一开始，随着运货运动的增加，依赖于进料的空气交换率也大大增加，因此在工作周的开始或分别发生进料。相应地，从周一开始，氮气需求量也相应增加。

与常规已知的现有技术的工作模式不同，本发明提供了连续工作的氧气降低系统的气体分离系统，其中在本文中连续特别地也意味着周日(休息日)工作。由此为了在气体分离系统的出口处每单位时间连续地提供大量的氧气减少的气体混合物，选择气体分离系统的工作模式以使封闭区域的空间气氛中的氧气浓度在整个一周周期内均介于预定的降低的工作浓度和预定或可限定的下限浓度之间的范围内。换句话说，在气体分离系统的连续工作的关闭时间内，推算的氮气缓冲在封闭区域内建立，然后用于随后的氮需求量增加的时期。

在图2所示的时间图中，预定的降低的工作浓度达到15体积％，而预定或可限定的下限浓度达到14.6体积％。然而，其他浓度值当然也是可以想象到的。

具体而言，如从图2的时间图中可以看出的，氧气降低系统的气体分离系统可以连续工作，以至于在气体分离系统的出口处每小时可连续提供526m³的氧气减少的气体混合物。气体分离系统的这种工作模式确保了封闭区域的空间气氛中的氧气浓度在一周周期内始终低于预定的要降低的工作浓度15体积％。

然而，与常规设计和/或配置的氧气降低系统相比，本发明的方案能够明显缩小气体分离系统的尺寸。在此要考虑的是，图1所示的气体分离系统的示例性情况是被配置以得到大于1000m³/h的输送能力。

以下将参照图3的基本时间图来描述本发明的另一示例性实施方案。其中具体阐述了氧气降低系统的工作模式，该系统被设计和配置用于以两班制工作每周工作6天的封闭区域(仓库)。如在图2中所示的示例性情况，在图3的时间图中，周日也是休息日。

由于——与图2所示的情况不同——在图3的示例性情况下封闭区域(仓库)以两班制工作使用，在一周内封闭区域的依赖于进料的空气交换率不同于在图2的示例性情况中所考虑的依赖于进料的空气交换率。

具体而言，对于图3的示例性情况，在一周内的依赖于进料和/或进入的新鲜空气进入量总结于表4中。

表4：每周的与进料相关的新鲜空气进入量[m³/h]

对于图3的示例性情况，在一周内的总的新鲜空气进入量总结于表5中。

表5：每周的总的新鲜空气进入量[m³/h]

产生的氮气需求量总结于表6中。

表6：每周的氮气需求量[m³/h]

氮气需求量按时间顺序的变化同样绘制于图3的时间图中。

与图2所示的考虑了三班制工作的情况相比，在图3的示例性情况中，如所预期的，依赖于进料和/或进入的新鲜空气进入率较低。因而在图3的示例性情况中能够降低由气体分离系统每单位时间连续提供的氧气减少的气体混合物的体积。

具体而言，在图3的示例性情况中，只要气体分离系统每小时供应424m³的氮气就足以确保封闭区域空间气氛中的氧气浓度在一周内始终保持低于预定的15体积％的工作浓度。

图2和图3的示例性情况的时间图显示，在氧气降低系统的气体分离系统的连续工作中，每单位时间(连续)提供足够体积的氧气减少的气体混合物，使得封闭区域的空间气氛中的氧气浓度始终保持低于预定的降低的工作浓度以及预定或可限定的下限浓度。

在示例性情况下，预定的工作浓度为15体积％，而预定或可限定的下限浓度比预定的要降低的工作浓度低至多1体积％的氧气，和优选低不超过0.5体积％的氧气。

从图2和3的时间图进一步得知，封闭区域的总空气交换率相对于时间周期性变化(此处：在一周周期内)，由此每个时间周期被分成多个连续的时间段，并且由此对于每个时间段，封闭区域的平均总空气交换率采用各自的相应值。在本文中对于图2的示例性情况参照表2的项目，对于图3的示例性情况参照表5的项目。

时间周期段各自的持续时间和每个时间段各自的平均总空气交换率在氧气降低系统的气体分离系统的设计/配置中很关键。如上所述，在图2的示例性情况下，由于在此考虑的三班制工作，与图3的示例性情况中的情况相比，至少在从周一到周六的工作日，依赖于进料的空气交换率更高。因此，与图3的示例性情况中使用的气体分离系统相比，在图2的示例性情况下，每单位时间气体分离系统需要提供更多体积的氧气替代气体混合物(氮气)。

本发明不限于参照图2和图3的时间图所描述的示例性情况。特别地，本发明的方案普遍适于总空气交换率随时间周期性变化的封闭区域，其中每个时间周期被分成多个连续的时间段，并且由此封闭区域的平均总空气交换率采用每个时间段的各自的相应值。

例如，可想到的是，在本文中，封闭区域的平均空气交换率在一个时间周期的多个连续时间段的第一时间段期间处于第一数值范围内并且封闭区域的平均空气交换率在这个时间周期的多个连续时间段的第二时间段期间处于至少一个第二数值范围内，其中所述至少一个第二数值范围的平均值大于所述第一数值范围的平均值。在此情况下，考虑第一时间段和至少一个第二时间段的时间长度并考虑在第一时间段和至少一个第二时间段期间封闭区域的平均总空气交换率来配置氧气降低系统的气体分离系统是优选的，从而使得在气体分离系统以第一工作模式的连续工作期间，封闭区域的空间气氛中氧气浓度始终介于预定的工作浓度和预定或可限定的下限浓度之间的范围内。

参照图2和3的时间图所描述的示例性情况允许最大平均风速为3.0m/s。这种条件在现实中可能并不总是存在。至少尤其不能排除暂时更高的风速。那么这将尤其影响不依赖进料的空气交换率；即由于封闭区域空间壳体上无意或不可避免的泄漏而引起的空气交换率。

为了使本发明的氧气降低系统在这种特殊情况下也能够保持封闭区域空间气氛中降低的氧气浓度低于预定的工作浓度，气体分离系统可以在有利的进一步开发的本发明的氧气降低系统中以至少两个不同的工作模式工作。气体分离系统以其标准工作模式(第一工作模式)开始，当封闭区域的平均总空气交换率增加时，特别是以不可预见且特别是非循环的方式增加时，则以其第二工作模式工作。

与第一工作模式相比，在气体分离系统的第二工作模式中，每单位时间在气体分离系统的出口处连续提供的氧气减少的气体混合物的体积相应地增加——与残余氧气浓度的参考值相关。另一方面，在气体分离系统的第一工作模式下，气体分离系统的比输出低于在第二工作模式下的气体分离系统的比输出。

此处使用的术语“气体分离系统的比输出”是指气体分离系统(在参考温度例如20℃下)提供单位体积的氧气减少的气体混合物(与残余氧气浓度的参考值相关)时的比能量需求。

在本文中，例如可以想到的是，将氧气降低系统的气体分离系统配置为可以以无论是VPSA模式或PSA模式工作，其中气体分离系统的第一工作模式对应于VPSA模式，而气体分离系统的第二工作模式对应于PSA模式。

以VPSA模式工作的气体分离系统通常是指依据真空变压吸附(VPSA)原理工作的用于提供富氮空气的系统。根据本发明的一个方面，在氧气降低系统中采用这种VPSA系统作为气体分离系统，然而，当需要时，所述气体分离系统可以以PSA模式工作，特别是在封闭区域的平均总空气交换率以不可预见和/或非循环的方式增加的时候。缩写“PSA”代表“变压吸附”，其通常被称作“变压吸附技术”。

为了能够将在本发明的第一方面中使用的气体分离系统的工作模式从VPSA切换到PSA，本发明的氧气降低系统的一个优选实施方式首先提供了含有氧气、氮气和任何其他可用组分的初始气体混合物。将所提供的初始气体混合物适当地压缩，并在气体分离系统中将所压缩的初始气体混合物中所包含的至少一部分氧气除去，以便在气体分离系统的出口处提供富氮气体混合物。气体分离系统的出口处的这种富氮气体混合物在此对应于被连续进料至封闭区域空间气氛中的氧气减少的气体混合物。

本发明的另一方面提供的是，当由于增加的空气交换而需要将气体分离系统从第一工作模式切换到第二工作模式时，增加由压缩机系统实现的初始气体混合物的压缩程度。在一个示例性实施方案中，在本文中可以想到的是，压缩的程度从初始的1.5-2.0bar增加到7.0-9.0bar。在其他实施方案中，可以想到的是，将压缩增加到高达25.0bar。特别地，本发明不限于上述的示例值。

根据本发明的一个方面，提供了当封闭区域内的氧气浓度超过预定或可限定的上限值时——特别是由于随时间而增加的平均空气交换率所引起的，气体分离系统以第二工作模式工作，其中所述预定或可限定的氧气浓度上限值优选地对应于氧气浓度等于或高于对应于预定工作浓度的氧气浓度。预定或可限定的氧气浓度上限值优选地对应于高于对应于预定的工作浓度的氧气浓度最多1.0体积％的氧气浓度和优选最多0.2体积％的氧气浓度。

与此结合，特别地还可想到的是，气体分离系统在第二工作模式中可至少在两个不同的预定的输出水平下工作，其中所述至少两个输出水平的区别在于，在第二输出水平下每单位时间能够由所述气体分离系统提供的氧气减少的气体混合物的体积——与第一输出水平相比——更高，——且与预定的残余氧气浓度参考值相关。由此有利的是，优选地在第二工作模式下根据超过预定或可限定的氧气浓度上限值的程度自动地选择气体分离系统的输出水平。

可替代地或除此之外地，还可以想到的是，提供独立于气体分离系统的其他惰性气体源，特别是以压缩气体罐的形式，氧气减少的气体混合物或惰性气体以压缩形式储存于其中。当封闭区域内的氧气浓度超过——特别是由于随时间而增加的平均空气交换率所引起——预定或可限定的上限值时，则所述其他惰性气体源流体连接至封闭区域。此处，预定或可限定的上限值优选对应于氧气浓度等于或高于对应于预定的工作浓度的氧气浓度。由此，预定或可限定的上限值优选地对应于高于对应于工作浓度的氧气浓度最多1.0体积％和优选地最多0.2体积％的氧气浓度。

根据本发明的另一方面，还提供一种用于根据需要来降低封闭区域依赖于进料的空气交换率的装置，其中依赖于进料的空气交换率考虑了由开口导致的空气交换，所述开口是根据需要在封闭室空间壳体上形成的用于进料和/或进入的目的。所述装置设计成优选地在封闭区域内氧气浓度超过预定或可限定的上限值时自动降低封闭区域的依赖于进料的空气交换率。所述预定或可限定的上限值优选对应于氧气浓度等于或高于对应于预定工作浓度的氧气浓度。因此可以想到的是，合适的进料管理至少间歇地降低了依赖于进料的空气交换率，从而也降低了总空气交换率。由此可以想到的是，例如进料管理仅允许有限次数的打开门或大门，和/或限制打开的时间段。

根据本发明的另一方面，提供了还可以以第三工作模式工作的气体分离系统，与第一工作模式相比，在第三工作模式中，每单位时间在出口处连续提供的氧气减少的气体混合物的体积降低——与残余氧气浓度的参考值相关。在第一工作模式中的气体分离系统的比输出因此高于在第三工作模式中的气体分离系统的比输出。

特别地，在本文中，可以想到的是，当封闭区域内的氧气浓度低于可预定的下限值时——特别是由于随时间而降低的平均总空气交换率所引起——气体分离系统以第三工作模式工作。该可预定的下限值特别对应于等于或高于此种氧气浓度的氧气浓度，所述此种氧气浓度对应于或高于可预定的下限浓度。

然而还可以想象的是，气体分离系统包括多个可平行工作的氮气生成器，用于在不同的工作模式下运行气体分离系统，由此根据需要开启或关闭所述氮气生成器。

简而言之，本发明尤其涉及一种用于维持封闭区域空间气氛中氧气含量低于预定的并且与正常环境空气的氧气浓度相比降低的工作浓度的系统，其中所述系统包括连续工作的气体分离系统，该气体分离系统被配置为使得当所述气体分离系统处于连续工作中时，封闭区域空间气氛中氧气浓度始终保持在预定的工作浓度和预定或可限定的下限浓度之间的范围内。

优选将该氧气降低系统分配到总空气交换率随时间周期性变化的封闭区域，其中每个时间周期被分成多个连续时间段，并且其中封闭区域的平均总空气交换率采用每个时间段的各自的相应值。因此，考虑各个时间段的长度以及各自的平均总空气交换率来配置气体分离系统，使得气体分离系统连续工作时封闭区域空间气氛中氧气浓度始终介于预定的工作浓度和预定或可限定的下限浓度之间的范围内。

在一个特别优选的实施方式中，时间周期是周循环，其中在至少一个第一时间段期间封闭区域的平均总空气交换率连续地对应于封闭区域的不依赖于进料的空气交换率，所述第一时间段优选为至少4至48小时，特别是至少4至24小时，并且甚至更优选至少6至24小时，其中在每周周期的剩余时间期间封闭区域的平均总空气交换率对应于依赖于进料的空气交换速率和不依赖于进料的空气交换率的总和，特别是加权总和。

因此，将本发明的氧气降低系统的气体分离系统配置为，使得在连续的气体分离系统的工作中，封闭区域空间气氛中氧气浓度在至少一个第一时间段内以这种方式降低，以至于在每周周期的其余时间内，封闭区域的空间气氛中的氧气浓度都不会超过设计浓度。从描述的角度来看，因此配置氧气降低系统使得在预计的较低空气交换率的关闭时间期间，氮气缓冲在封闭区域中建立。随后在工作时间内该缓冲抵消了更高的空气交换率，使得氧气降低系统不会影响抵消并且可以持续地工作。

本发明不限于所描述的示例性情况，而是根据文中所公开的所有特征的综合考虑而产生。

Claims (19)

1.一种用于降低封闭区域空间气氛中的氧气含量和/或用于维持封闭区域空间气氛中的降低的氧气含量低于预定的并且与正常环境空气的氧气浓度相比降低的工作浓度的系统，其中所述系统包括气体分离系统，其出口流体连接至封闭区域，从而连续供应氧气减少的气体混合物或氧气替代气体，其中所述气体分离系统配置为使得在气体分离系统以第一工作模式的连续工作期间，封闭区域空间气氛中的氧气浓度始终保持在介于预定的工作浓度和预定或可限定的下限浓度之间的范围内，其中在第一工作模式中，在气体分离系统的出口处每单位时间连续提供在预定或可限定的范围内体积的氧气减少的气体混合物，

其中，封闭区域的总空气交换率随时间周期性地变化，其中每个时间周期分成多个连续时间段，并且其中对于每个时间段，封闭区域的平均总空气交换率采用各自的相应值，其中考虑时间段的各个长度并考虑各自的平均总空气交换率来配置气体分离系统，使得在气体分离系统以第一工作模式的连续工作中，封闭区域空间气氛中的氧气浓度始终在介于预定的工作浓度和预定或可限定的下限浓度之间的范围内，

其中，所述时间周期是周循环，并且其中在至少一个第一时间段期间封闭区域的平均总空气交换率连续对应于封闭区域不依赖于进料的空气交换率，并且其中在每周周期的剩余时间期间的封闭区域的平均总空气交换率对应于依赖于进料的空气交换率和不依赖于进料的空气交换率的总和，其中配置气体分离系统，使得在连续的气体分离系统以第一工作模式工作中，封闭区域空间气氛中的氧气浓度在至少一个第一时间段内以这种方式降低，以至于在每周周期的其余时间内，封闭区域空间气氛中的氧气浓度也不会超过工作浓度。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个第一时间段为至少4至48小时，或者其中所述至少一个第一时间段为至少4至24小时，或者其中至少一个第一时间段为至少6至24小时。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，依赖于进料的空气交换率和不依赖于进料的空气交换率的总和是加权总和。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，在一个时间周期的多个连续时间段的第一时间段期间封闭区域的平均总空气交换率处于第一数值范围内的，并且其中在所述时间周期的多个连续时间段的至少一个第二时间段期间封闭区域的平均总空气交换率处于至少一个第二数值范围内，其中所述至少一个第二数值范围的平均值大于所述第一数值范围的平均值，并且其中考虑第一和所述至少一个第二时间段的时间长度并且考虑在第一时间段和所述至少一个第二时间段期间的封闭区域的平均总空气交换率来配置气体分离系统，从而使得在气体分离系统以第一工作模式的连续工作期间，封闭区域空间气氛中的氧气浓度始终介于预定的工作浓度和可预定的下限浓度之间的范围内。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，当气体分离系统以第一工作模式连续工作时，每单位时间在气体分离系统的出口处连续提供的氧气减少的气体混合物的体积根据至少一个以下所述的参数来选择：

-封闭区域的空间体积；

-通过封闭区域的空间壳体上的泄漏的不依赖于进料的空气交换率；和/或

-由开口导致的依赖于进料的空气交换率，所述开口是为了进料和/或进入的目的根据需要在空间壳体上形成的。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，气体分离系统还可以以第二工作模式工作，在所述第二工作模式中每单位时间在出口处连续提供的氧气减少的气体混合物的体积增加——与第一工作模式相比——与残余氧气浓度的参考值相关。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，在第一工作模式中气体分离系统的比输出低于气体分离系统在第二工作模式中的比输出。

8.根据权利要求6所述的系统，其中，将气体分离系统配置为可以无论以VPSA模式或以PSA模式工作，并且其中气体分离系统的所述第一工作模式对应于VPSA模式，而气体分离系统的第二工作模式对应于PSA模式。

9.根据权利要求6所述的系统，其中，所述系统包含连接至气体分离系统的用于压缩初始气体混合物的压缩机系统，其中将气体分离系统设计成除去压缩的初始气体混合物中所包含的至少一部分氧气并在气体分离系统的出口处提供富氮气体混合物，并且其中可将压缩机系统的压缩比设定为使得初始气体混合物可在压缩机系统中被压缩至第一低压值或第二高压值，并且其中在气体分离系统的第一工作模式中将所述初始气体混合物压缩至所述第一低压值而在所述第二工作模式中将所述初始气体混合物压缩至所述第二高压值。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述第一低压值为1.5至2.0bar，并且其中所述第二高压值为7.0至9.0bar。

11.根据权利要求6所述的系统，其中，当封闭区域中的氧气浓度超过预定或可限定的上限值时，气体分离系统以第二工作模式工作。

12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述预定或可限定的氧气浓度上限值对应于氧气浓度等于或高于对应于预定的工作浓度的氧气浓度。

13.根据权利要求11所述的系统，其中，预定或可限定的氧气浓度上限值对应于高于对应于工作浓度的氧气浓度最多1.0体积％的氧气浓度。

14.根据权利要求11所述的系统，其中，在第二工作模式下所述气体分离系统可至少在两个不同的预定的输出水平下工作，其中所述至少两个输出水平的不同之处在于，在第二输出水平下每单位时间能够由所述气体分离系统提供的氧气减少的气体混合物的体积——与第一输出水平相比——更高。

15.根据权利要求1所述的系统，其中，还提供了独立于气体分离系统的其他惰性气体源，其中当封闭区域中的氧气浓度超过预定或可限定的上限值时，则所述其他惰性气体源流体连接至封闭区域。

16.根据权利要求1所述的系统，其中，还提供一种用于根据需要来降低封闭区域的依赖于进料的空气交换率的装置，其中依赖于进料的空气交换率考虑了由开口导致的空气交换，所述开口是为了进料和/或进入的目的而在封闭室的空间壳体中形成的，其中将所述装置设计成当封闭区域中的氧气浓度超过预定或可限定的上限值时降低封闭区域的依赖于进料的空气交换率。

17.根据权利要求1所述的系统，其中，所述气体分离系统还可以以第三工作模式工作，在第三工作模式中，与第一工作模式相比，每单位时间在出口处连续提供的氧气减少的气体混合物的体积降低——与残余氧气浓度的参考值相关，其中气体分离系统在第一工作模式中的比输出高于气体分离系统在第三工作模式中的比输出，和/或其中当封闭区域中的氧气浓度下降至低于可预定的下限值时，气体分离系统以第三工作模式工作，其中所述可预定的氧气浓度下限值对应于氧气浓度等于或高于对应于预定或可限定的下限浓度的氧气浓度。

18.根据权利要求1所述的系统，其中，

所述预定的工作浓度对应于设计浓度；和/或

其中所述预定或可限定的下限浓度为低于氧含量的预定的工作浓度至多3体积％和不超过0.5体积％的氧气；和/或

其中所述气体分离系统包括多个可平行工作的氮气生成器。

19.配置用于封闭区域的氧气降低系统的方法，其中，该方法包括以下方法步骤：

i)将预定的时间周期分成多个连续的时间段；

ii)确立每个时间段封闭区域的平均总空气交换率；

iii)根据相应时间段各自的持续时间对所确立的平均总空气交换率进行加权；以及

iv)考虑封闭区域的加权平均总空气交换率来调整和/或选择氧气降低系统的气体分离系统，使得当气体分离系统以第一工作模式连续工作时，封闭区域空间气氛中的氧气浓度始终保持在介于预定的工作浓度和可预定的下限浓度之间的范围内，其中在第一工作模式中每单位时间在气体分离系统的出口处连续提供在预定或可限定的范围内体积的氧气减少的气体混合物或氧气替代气体。

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