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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Zerlegung von Luft.
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Die Gewinnung von Sauerstoff aus atmosphärischer Luft ist seit langem bekannt. So wird Luft beispielsweise nach dem sogenannten Linde-Verfahren bei ca. -200 °C verflüssigt und anschließend fraktioniert destilliert, wobei Sauerstoff und Stickstoff erzeugt werden kann.
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Ein weiteres Verfahren stellt das Membranverfahren bzw. die Hohlfasermembrantechnologie dar, bei der Stickstoff und Sauerstoff aus der Luft getrennt werden. Hierbei wird das physikalische Phänomen ausgenutzt, dass die verschiedenen Gase der Luft mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch eine Membran diffundieren.
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Ein weiteres Verfahren stellt die Druckwechsel-Adsorption dar. Wie auch die Membrantechnologie, so arbeitet die Druckwechsel-Adsorption mit höheren Drücken, um ein Gasgemisch zu trennen. Der erforderliche Druck liegt im Allgemeinen zwischen 6 und 13 bar, mindestens jedoch bei 3 bar.
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Das Dokument
DE 38 29 584 A1 beschreibt ein Verfahren zur Trennung von Gasgemischen durch eine sogenannte Vakuum Swing Adsorption (VSA), wobei zwei Adsorber wechselseitig betrieben werden.
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Bei einem Überdruck von über 3 bar wird, wegen der adiabatischen Erwärmung der Luft, zusätzlich noch eine Kühlung und Trocknung erforderlich.
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Die Kühlung ist nötig, weil die eingesetzten Trennmembranen hohe Temperaturen nicht tolerieren, oder weil die eingesetzten Adsorbentien an Wirkungsgrad verlieren.
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Die Trocknung ist nötig, weil die abgekühlte Luft meist den Taupunkt unterschreitet und es dadurch zur Kondensation zu Wasser kommt, und diese ist schädlich für die Membranen und belastet ebenfalls die Adsorbentien.
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Die dabei aus Kostengründen häufig eingesetzten, ölgeschmierten Schraubenkompressoren erfordern eine aufwendige Luftaufbereitung. Ölfrei arbeitende Kompressoren sind dagegen erheblich teurer als ölgeschmierte.
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Wünschenswert wäre demnach eine kostengünstige und einfache Alternative zur Trennung von Sauerstoff aus atmosphärischer Luft.
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Hierzu wäre es günstig, wenn auf einfache und preiswerte Kompressoren zugegriffen werden könnte anstelle von komplexen, wartungsintensiven ölgeschmierten Kompressoren. Als vorteilhaft wird demnach ein Verfahren zur Trennung von Sauerstoff aus atmosphärischer Luft angesehen, welches nur einen möglichst geringen Kühlaufwand erfordert.
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Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn es bei der Trennung möglichst nicht zur Wasserkondensation kommt.
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Dieser Aufgabe hat sich der Erfinder angenommen.
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Überraschend einfach wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Zerlegung von Luft nach einem der unabhängigen Ansprüche gelöst, wobei die Luftzerlegung vorzugsweise auf dem Prinzip des Membranverfahrens beruht, wobei im Betrieb das Gas eingangsseitig mit einem geringen Überdruck beaufschlagt wird und wobei ausgangsseitig ein Vakuum anliegt. Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichen eine Zerlegung atmosphärischer Luft zu sauerstoffangereicherter Luft und/der sauerstoffabgereicherter Luft und/oder zu stickstoffangereicherter Luft.
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Das Prinzip des Membranverfahrens, insbesondere gegenüber Verfahren der Druck-Wechsel-Adsorption, wird deshalb bevorzugt, weil es einen deutlich geringeren Anlagenaufwand erfordert und aufgrund seiner geringeren Komplexität auch und gerade für kleinere Applikationen geeignet ist. Zudem ist es deutlich wartungsärmer und kann demzufolge auch sehr kostengünstig betrieben werden.
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Das Verfahren ermöglicht die Erzeugung von Sauerstoff (O2) und Stickstoff (N2) aus einem Sauerstoff enthaltenen Gas, vorzugsweise aus der Luft. Vorzugsweise wird für das Verfahren atmosphärische Luft verwendet. Luft verfügt im Allgemeinen über einen Stickstoffanteil von etwa 78 % und einen Sauerstoffanteil von etwa 21 % sowie weitere Gase oder Spurengase.
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Das Membranverfahren ist dem Fachmann geläufig und soll daher hier nur kurz umrissen werden.
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Das Membranverfahren ermöglicht es, Gase aufgrund ihrer Größe und/oder ihrer Affinität über Membranen zu trennen. Hierbei wird das physikalische Prinzip ausgenutzt, dass die verschiedenen Gase der Luft mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch diese Membran hindurchdiffundieren. Als Trennmodule dienen dabei eine Vielzahl von gebündelten Hohlfasern. Die erzielbare Reinheit bei einer Trennung in Sauerstoff und Stickstoff reicht für viele Anwendungsfälle aus und kann bei einem Durchlauf bei ca. 40 % Sauerstoff in der sauerstoffangereicherten Luft liegen. Der Reinheitsgrad lässt sich noch steigern, wenn mehrere Durchläufe hintereinander absolviert werden, also bereits sauerstoffangereicherte Luft eingangsseitig eingesetzt wird.
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Insbesondere bei Anwendungen, bei denen eine Anreicherung einer Komponente, vorzugsweise von Sauerstoff in der Atemluft, angestrebt ist, stellt das Membranverfahren eine energie- und kostensparende Alternative dar. Ein Vorteil der Membrantechnologie liegt in dem vergleichsweise einfachen Aufbau ohne bewegten Teile. Allerdings sind die typischerweise verwendete Membrane sehr empfindlich gegenüber Verunreinigungen, insbesondere gegenüber Ölen, so dass entweder ölfreie Kompressoren zur Druckerzeugung verwendet werden, oder die Luft ist aufwendiger aufzubereiten. Diese sind allerdings kostenintensiv in Beschaffung und Betrieb.
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Ein Hauptkostenfaktor für die Zerlegung von Luft ist die Bereitstellung von mechanischer Energie für die Druckerzeugung.
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In überraschend einfacher Weise kann durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Auftrennen eines Gases, vorzugsweise von atmosphärischer Luft, in Sauerstoff und Stickstoff erreicht werden. In besonders günstiger Weise kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einem wesentlich geringeren Druck auf der Eingangsseite gearbeitet werden als es bei den bekannten Membranverfahren.
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Dieser geringe Überdruck, mit dem das zugeführte Gas eingangsseitig beaufschlagt wird, beträgt dabei vorzugsweise 3 bar oder weniger, bevorzugt 2,5 bar oder weniger und besonders bevorzugt 2 bar oder weniger, beispielsweise 1,9 bar oder weniger oder 1,8 bar oder weniger oder 1,7 bar oder weniger, bevorzugt größer 1 bar.
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Um eine effiziente Trennung der Luft auch bei diesem nur kleinen Überdruck zu gewährleisten, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in besonders günstiger Weise auf der Permeatseite ein Vakuum eingesetzt.
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Da das Verhältnis von Druck auf der Permeatseite zu dem Druck auf der Eingangsseite der wesentliche Faktor für die Trenn-Effizienz ist, kann bei Einsatz von Vakuum auf der Permeatseite mit nur geringem Überdruck auf der Eingangsseite gearbeitet werden.
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So ergibt beispielsweise die Beaufschlagung des Gases mit einem Druck von 2,5 bar auf der Druckseite der Membran bei einem Membranverfahren in Verbindung mit einem Vakuum von 250 mbar auf Permeatseite dieselben Ergebnisse wie die Beaufschlagung des Gases mit einem Druck von 10 bar auf der Druckseite und einem Atmosphärendruck auf der Permeatseite.
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Mit von der Erfindung umfasst ist demnach eine Vorrichtung zur Zerlegung von Luft, umfassend eine Anlage zur Luftzerlegung mittels Membranverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzerlegung mit Membranverfahren erfolgt, wobei im Betrieb das zugeführte Gas eingangsseitig mit einem geringen Überdruck beaufschlagt wird, und im Betrieb wobei ausgangsseitig ein Vakuum anliegt.
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Die Anlage zur Luftzerlegung mittels Membranverfahren kann dabei weitgehend auf bekannten Anlagen der Gastrennung mittels Membranverfahren, kann aber erfindungsgemäße Modifikationen, insbesondere im Eingangs- und/oder Ausgangsbereich für die Gase aufweisen. Diese Modifikationen zielen beispielsweise darauf ab, dass eingangsseitig mit einem geringen Überdruck gearbeitet werden kann und/oder ausgangsseitig ein Vakuum angelegt werden kann.
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Demnach ist die drucktechnische Ausbildung dieser Anlagenkomponenten der Anlage zur Luftzerlegung für die geänderten Druckverhältnisse konzipiert. Dies bedeutet beispielsweise, dass geeignete Anschlussmöglichkeiten für die erforderlichen Verdichter bzw. Vakuumpumpen vorgesehen sind. Dies bedeutet auch, dass beispielsweise im Eingangsbereich eine kostengünstigere drucktechnische Auslegung möglich ist, da mit geringerem Überdruck als allgemein üblich gearbeitet wird. Dies bedeutet weiterhin, dass ausgangsseitig drucktechnisch die Anlegung eines Vakuums ermöglicht wird.
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Zur Erzeugung des eingangsseitigen geringen Überdrucks kann ein Verdichter zum Einsatz kommen. Vorzugsweise kommt ein ölfrei arbeitender Verdichter, bevorzugt ein Niederdruckverdichter zum Einsatz, beispielsweise ein Klauenverdichter. Weiterhin sind auch andere angetriebene Strömungsmaschinen zur Druckerzeugung möglich und geeignet, etwa ein Ventilator, ein Gebläse oder eine Turbine. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die dem Verdichter zugeführte Luft durch Vorfilter gereinigt. Zusätzlich kann die dem Verdichter zugeführte Luft durch einen Vorverdichter verdichtet werden, wodurch der Druckverlust durch den Vorfilter ausgeglichen werden kann.
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Auf diese Weise ist es möglich, den erforderlichen geringen Überdruck kostengünstig und wartungsarm der Anlage zur Luftzerlegung zur Verfügung zu stellen.
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Zur Erzeugung des Vakuums kann ebenfalls ein Verdichter zum Einsatz kommen, welcher vorzugsweise ebenfalls ölfrei arbeitet, oder auch eine andere Strömungsmaschine, z.B. ein Gebläse. Dies kann beispielsweise eine ölfrei arbeitende Vakuumpumpe sein. Derartige Vakuumpumpen sind preiswert und sehr wirtschaftlich zu betreiben. Hier bieten sich beispielsweise sogenannte Klauenpumpen oder auch Gebläse an.
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Das Vakuum, welches ausgangsseitig angelegt wird, ist auf den Überdruck auf der Eingangsseite der Vorrichtung bzw. der Anlage abgestimmt, um ein bestimmtes Druckverhältnis einstellen zu können. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Druck auf der Eingangsseite entsprechend einem vorgegebenen Unterdruck auf der Ausgangsseite anzupassen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Unterdruck auf der Vakuumseite so gewählt, dass das Verhältnis von Überdruck auf der Eingangsseite zu Unterdruck auf der Ausgangsseite demjenigen Wert entspricht, der dem Druckverhältnis entspricht bei einem Betrieb gegen Atmosphärendruck.
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Ein besonders effizientes Verfahren ist im Betrieb bei einem Druckverhältnis von 10:1 gegeben. Dies bedeutet, dass der eingangsseitige Druck um den Faktor 10 über dem ausgangsseitig anliegenden Unterdruck liegt. Denkbar sind auch hiervon abweichende Druckverhältnisse für den eingangsseitigen Druck zu ausgangsseitig anliegenden Vakuum, welche in einem Bereich zwischen 4:1 und 11:1 liegen sollten, beispielsweise 5:1, 6:1, 7:1, 8:1 oder 9:1. Hierbei ist auf die Effizienz des Verfahrens zu achten, wobei eine Rolle spielen kann, dass einerseits die Erzeugung von Überdruck aufwendiger und damit kostenintensiver sein kann als die Erzeugung von Unterdruck, andererseits aber auch eine gewisse Druckdifferenz erforderlich ist.
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Der Überdruck beträgt in einer bevorzugten Ausführungsform 3 bar oder weniger, bevorzugt 2,5 bar oder weniger und besonders bevorzugt 2 bar oder weniger, beispielsweise 1,9 bar, oder 1,8 bar oder weniger. Hierdurch ist es möglich, die Erzeugungskosten gering zu halten. Zudem sind auch die für einen derartigen Druck erforderlichen Verdichter wartungsärmer, da sie technisch weniger aufwendig sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt das Vakuum 250 mbar, was auf der Eingangsseite dann einem optimalen Druck von 2,5 bar entspricht, um das gewünschte Druckverhältnis von 10:1 zu erhalten. Ein Vakuum von etwa 150 mbar oder 200 mbar kann bereits ausreichend sein für die Erfindung.
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In einer weiteren Ausführungsform wird die Flussrichtung der Luft durch die Kapillare umgekehrt, so dass der höhere Druck auf der Kapillaraußenseite und der tiefere Druck an der Kapillarinnenseite anliegt. Der zugrundeliegende Effekt ist der folgende: Erfindungsgemäß geeignete Membrane stellen die Hohlfasermembrane dar. Eine Vielzahl von Hohlfasermembrane können gebündelt und zu einem Modul zusammengefasst sein.
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Wenn das Gas, vorzugsweise atmosphärische Luft, vorzugsweise nach einer Reinigungsstufe diese Module durchströmt, wird die gesamte Länge der Hohlfasermembrane durchströmt, wobei die Membran selektiv wirkt und die Trennung in Stickstoff und Sauerstoff bewirkt. Die sauerstoffreduzierte, insbesondere die stickstoffangereicherte Luft kann beispielsweise als Inertgas oder als Brandhemmer, beispielsweise in Räumen mit einer hohen Zahl elektronischer Geräte wie einem Serverraum, eingesetzt werden.
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Weitere Verwendungen dieses Gases liegen beispielsweise in der Industrie, in der Lebensmittelindustrie oder auch in der Luftfahrt, um eine nicht-entflammbare Atmosphäre zu schaffen. So wird beispielsweise auch bei Transportfahrzeugen für Lebensmittel, etwa für Obst und Gemüse, häufig eine sauerstoffreduzierte Atmosphäre verwendet.
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Die einzelne Hohlfasermembrane umfasst dabei ein stabilisierendes Gerüst, vorzugsweise aus einem porösen Material. Die Außenoberfläche dieses rohrförmigen Gerüsts ist mit einem schlauchförmigen Material überzogen, auf welches wiederum eine Beschichtung oder ein dünner Film aufgetragen sein kann. Die Fixierung des Films auf dem schlauchförmigen Material kann beispielsweise mit Aceton erfolgen.
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Bei einem Einleiten des Gases bzw. der atmosphärischen Luft in die Hohlfasermembran und einem Durchströmen der Hohlfasermembran von innen nach außen können die Sauerstoffmoleküle die Membran leichter passieren als die Stickstoffmoleküle aufgrund ihrer geringeren Größe. Außerhalb der Hohlfasermembrane kann damit ein sauerstoffreicher Luftstrom erzeugt werden. Infolgedessen reichert sich der Stichstoff im Innenraum der Hohlfasermembran an, und das zugeführte Gas wird auf diese Weise zerlegt.
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Aufgrund des Aufbaus der Hohlfasermembrane kann es aufgrund des erhöhten Innendrucks zu einem Abreißen oder Abplatzen von Teilen der Beschichtung kommen, was die Effizienz der Hohlfasermembrane herabsetzen und letztendlich zu einem Ausfall der Anlage führen kann.
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Die erfindungsgemäße Umkehrung der Strömungsrichtung des Gases durch die Hohlfasermembrane sorgt nun dafür, dass auf der Außenseite der höhere Druck anliegt. Dies führt zu einer zusätzlichen Festigkeit der Hohlfasermembrane und damit zu einer höheren Belastbarkeit, was die Lebensdauer zudem deutlich verlängert. Bei diesem Verfahren entsteht der Sauerstoff-Permeatstrom im Inneren der Hohlfasermembrane.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform kann die Luft nach Austreten aus dem Verdichter gekühlt werden, vorzugsweise auf eine Temperatur von 10° bis 50°, bevorzugt von 20° bis 40°. Dies macht eine direkte Verwendung des erfindungsgemäß mit Sauerstoff angereicherten Anteils möglich.
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In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung zur Zerlegung von Luft eingangsseitig, also auf der Druckseite, eine Klauenpumpe, die 150 m3 bei 2,5 bar liefert, und ausgangsseitig, also auf der Permeatseite, ebenfalls eine Klauenpumpe, die 50 m3 bei 250 mbar abs. leistet.
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Zur Reinigung der Ansaugluft werden dabei Filter vorgeschaltet. Um den Druckverlust durch die Filter auszugleichen oder zu minimieren, kann ein weiterer Verdichter, beispielsweise ein Seitenkanalverdichter, vorgeschaltet werden. Derartige Seitenkanalverdichter sind preiswert in der Anschaffung und im Betrieb.
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Ein solches Niederdrucksystem ist äußerst wirtschaftlich und wartungsfreundlich zu betreiben.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung zur Zerlegung von Luft modulartig aufgebaut. Dies ermöglicht einen einfachen und flexiblen Aufbau der Vorrichtung, aber auch einen einfachen Austausch von Teilen der Vorrichtung.
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Hierbei können die Verdichter einzeln oder zusammen ein Modul bilden. Dies bietet den Vorteil, dass ein derartiges Modul auch thermisch und/oder akustisch optimiert werden kann. Eine thermische Optimierung kann dabei bedeuten, dass eine geeignete Einhausung vorgesehen ist, welche den Verdichter umgibt. Ferner können Mittel zur Wärmeableitung und/oder zur Kühlung des Innenraumes vorgesehen sein. Eine akustische Optimierung kann durch eine entsprechende Schalldämmung der Einhausung erfolgen.
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Eine thermische und/oder akustische Optimierung eines Moduls zur Aufnahme des Verdichters ermöglicht es, den Verdichter vielfältig einzusetzen.
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Ferner können auch Filter und/oder die Einrichtungen zur Schadgasentfernung ein Modul bilden.
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Die Anlage zur Luftzerlegung kann ein weiteres Modul darstellen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ferner geeignete Mess- und Regeleinrichtungen, welche die Überwachung wichtiger Prozessparameter und den Betrieb der Vorrichtung ermöglichen.
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Es ist daher vorgesehen, eingangs- und/oder ausgangsseitig der Anlage zur Luftzerlegung Einrichtungen zur Druckmessung vorzusehen, so dass der anliegende Überdruck und/oder der anliegende Unterdruck kontinuierlich gemessen und überwacht werden können.
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In diesem Zusammenhang ist ferner vorgesehen, eine Regelungseinrichtung in die Vorrichtung zu integrieren, welche anhand der vorstehend genannten Druckmessungen die Druckerzeugung eingangs- und ausgangsseitig vorzugsweise kontinuierlich überwacht und entsprechend regelt, so dass ein vorgegebenes Druckverhältnis eingehalten in der Vorrichtung eingehalten werden kann. Die Messgrößen bilden damit die Grundlage für die Steuerung der Vorrichtung und die zugehörigen Arbeitssysteme.
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Von Vorteil sind ferner zumindest ein Display oder eine Anzeige vorgesehen, um beispielsweise die Messwerte oder Betriebsparameter optisch sichtbar für einen Bediener zu machen.
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Die Regelungseinrichtung umfasst vorzugsweise Regler, so dass eine gemessene Abweichung einzelner Messwerte von vorgegebenen Sollwerten zur Reaktionen für die Anlagensteuerung führen. Vorzugsweise berücksichtigt die Regelung dabei, dass selbst dann, wenn die Anlage noch störungsfrei läuft, aber einzelne oder mehrere Messwerte eine Störung erwarten lassen, dass Instandhaltungs- oder Reparaturmaßnahmen frühzeitig vor einer Störung geplant und veranlasst werden können.
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Von Vorteil wird der Luftstrom zwischen zumindest zwei Modulen gemessen, vorzugsweise zwischen sämtlichen Modulen. Auf diese Weise ist es besonders gut möglich, die Vorrichtung zur Zerlegung von Luft zu überwachen und zu steuern. Zum Erfassen des Luftstromes innerhalb der Vorrichtung bzw. zwischen verschiedenen Modulen der Vorrichtung werden vorzugsweise die Werte Temperatur, Feuchte, Druck, O2-Gehalt, CO2-Gehalt, Partikel und/oder Aerosole gemessen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die gemessenen Werte und die Anlagenzustände digital gespeichert werden. Der Begriff Anlagenzustand meint hier beispielsweise, ob Teile der Vorrichtung zur Zerlegung von Luft oder Einrichtungen sich in Betrieb befinden, störungsfrei laufen oder eine Störung aufweisen.
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Dabei können die Daten vorzugsweise durch Fernübertragung, beispielsweise über das Internet oder drahtlose Kommunikationseinrichtungen, abgefragt werden, so dass Instandhaltungs- oder Reparaturmaßnahmen frühzeitig vor einer Störung geplant und veranlasst werden können.
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Auf diese Weise kann die Vorrichtung zur Zerlegung von Luft aus der Distanz ferngesteuert und fernüberwacht werden kann. Die Übertragung der Daten erfolgt dabei vorzugsweise verschlüsselt, um Datenmissbrauch vorzubeugen.
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Im Rahmen des Betriebs der Anlage ist ferner vorgesehen, dass das Trennmedium, insbesondere die Membran im Membranverfahren oder das Adsorptionsmittel bzw. das Adsorptionsbehältnis bei der Druck-Wechsel-Adsorption, nach dem Abschalten der Anlage mit erwärmter Luft beaufschlagt wird, um einer Verpilzung oder Verkeimung entgegen zu wirken. Hierzu wird von Vorteil Luft aus der Umgebung auf eine Temperatur zwischen 30 °C und 50 °C erwärmt und verwendet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglichen es, sauerstoffangereicherte und sauerstoffabgereicherte Luft bereitzustellen. Dabei ist das Verfahren, das für die genannten Trennverfahren mit Drücken unter 3 bar auskommt, aus mehreren Gesichtspunkten vorteilhaft:
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Durch die geringere adiabatische Erwärmung verringert und vereinfacht sich der Kühlaufwand, und es kommt nicht zur Wasserkondensation.
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Es können einfache und preiswerte Kompressoren wie z. B. Klauenverdichter oder andere Strömungsmaschinen eingesetzt werden. Bei Verwendung der Membrantechnologie ergibt sich der weitere Vorteil, dass diese Technologie weitgehend wartungsfrei ist, da keine beweglichen Teile vorhanden sind.
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Der Sauerstoffgehalt in beiden Fraktionen, also hoher Sauerstoffgehalt und tiefer Sauerstoffgehalt, und die Sauerstoffmengen sind im Wesentlichen von Druck und Temperatur abhängig und können den jeweiligen Bedürfnissen entsprechend angepasst werden.
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Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass infolge der Diffusion der Luft durch die Membran hindurch ein weitgehend staub- und keimfreies Gas erhalten wird, was gerade für einen Einsatz etwa im Gesundheitsbereich von großem Vorteil ist. Hier ist beispielsweise an eine Versorgung von Räumen mit einem erhöhten Sauerstoffangebot gedacht, etwa in Rehabilitationszentren oder auch in Trainings- oder Fitnesscentern, wie es auch in der
EP 0 857 284 B1 des Anmelders beschrieben ist.
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Eine auf diese Weise hergestellte reine Luft mit einem erhöhten Sauerstoffgehalt kann vielfältig verwendet werden, so beispielsweise auch zur Luftversorgung von Druckkabinen bei Fluggeräten, wie es in der Druckschrift
DE 196 45 764 A1 des Anmelders beschrieben ist.
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Nicht nur der auf diese Weise gewonnene Sauerstoff, auch der anfallende Stickstoff kann bei anderen Anwendungsbereichen, beispielsweise als Inert- oder Schutzgas, eingesetzt werden.
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Mit von der Erfindung umfasst ist ferner ein Verfahren zur Zerlegung von Luft, wobei vorzugsweise eine Vorrichtung zur Zerlegung wie vorstehend erläutert verwendet wird. Vor Vorteil wird hierbei das dem Trennmedium, insbesondere der Hohlfasermembran, zugeführte Gas eingangsseitig mit einem Druck 3 bar oder weniger, bevorzugt 2,5 bar oder weniger und besonders bevorzugt 2 bar oder weniger beaufschlagt.
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Weiterhin von Vorteil wird das Vakuum auf der Permeatseite derart ausgewählt ist, dass das Druckverhältnis 10:1 beträgt, wobei ein Druckverhältnis zwischen 4:1 und 11:1 möglich ist.
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Die Zeichnungen zeigen:
- 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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In 1 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
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Das Verfahren ermöglicht die Erzeugung eines Gases mit einem gegenüber einem zugeleiteten Ausgangsgas, vorzugsweise atmosphärischer Luft, erhöhtem Sauerstoffgehalt.
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Ohne Beschränkung auf das dargestellte Ausführungsbeispiel wird durch die Vorrichtung Luft aus der Atmosphäre über einen Seitenkanalverdichter 1 angesaugt und durch einen oder mehrere Filter 2 zu einem Verdichter 3, hier einem Klauenverdichter, geführt.
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In der angesaugten Luft gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden bei Eintritt in die Vorrichtung mittels geeigneter Messeinrichtungen die Messgrößen Temperatur, Druck und Feuchte gemessen.
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Vor und nach den Filtern 2 wird mittels geeigneter Messeinrichtungen, insbesondere Manometer 8, 9, der jeweilige Druck gemessen. Diese Messwerte werden an eine Regeleinrichtung (nicht dargestellt) übertragen und dienen somit der Überwachung des Vorverdichters 1 und der Filter 2.
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Dem Klauenverdichter 3 kann bei Bedarf ein Wärmetauscher 4 mit oder ohne Trockner F nachgeschaltet sein.
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Vorgesehen ist ferner eine Anlage zur Luftzerlegung, welche als Modul ausgelegt ist und damit ein Lufttrennmodul 6 darstellt. Ohne Beschränkung auf das dargestellte Ausführungsbeispiel arbeitet das Lufttrennmodul 6 auf Basis der Membrantechnologie, wobei aber auch eine Druck-Wechsel-Adsorption möglich ist.
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Dem Lufttrennmodul 6 kann noch ein Feinfilter 5 vorgeschaltet sein. In diesem Fall wird der Druck des Gases jeweils vor und hinter dem Filter gemessen, wozu entsprechende Messeinrichtungen, vorzugsweise Manometer 10, 11, vorgesehen sind.
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Vor dem Trennmodul 6 werden die Messgrößen Druck, Feuchte und Volumenstrom mittels geeigneter Messeinrichtungen 12 gemessen. Diese gemessenen Werte stellen die Steuerdaten für das Steuerventil 16 bereit.
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Auf der Ausgangsseite der Vorrichtung, auf der mit Sauerstoff angereicherte Luft zur Verfügung gestellt wird, also der Permeatseite, wird diese Luft mit einer Vakuumpumpe 7, beispielsweise einer Klauenpumpe, angesaugt. Der Unterdruck bzw. Ansaugunterdruck wird mit einer weiteren Messeinrichtung 13 gemessen. Weiterhin werden die Temperatur (T), der Volumenstrom (V) und der Sauerstoff-Gehalt der abgegebenen Luft mit dem Fachmann bekannten Messeinrichtungen 14 gemessen. Die gemessenen Werte können als Steuerparameter für das Steuerventil 16 dienen.
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Auf der Stickstoffseite werden der Durchfluss (V) und der Sauerstoff-Gehalt mit einer geeigneten Messeinrichtung 15 gemessen.
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Die gemessenen Werte können in das Gesamtsteuersystem eingebunden werden bzw. der Regeleinrichtung zur Verfügung gestellt werden und als Regelparameter dienen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorverdichter
- 2
- Filter
- 3
- Verdichter
- 4
- Wärmetauscher
- 5
- Feinfilter
- 6
- Lufttrennmodul
- 7
- Vakuumpumpe
- 8
- Manometer (p)
- 9
- Manometer (p)
- 10
- Manometer (p)
- 11
- Manometer (p)
- 12
- Messeinrichtung für p, V, rel. Feuchte
- 13
- Manometer (p)
- 14
- Messeinrichtung für T, V, % O2
- 15
- Messeinrichtung für V, % O2
- 16
- Steuerventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3829584 A1 [0005]
- EP 0857284 B1 [0066]
- DE 19645764 A1 [0067]
