DE10245042B4 - Vorrichtung zur Anreicherung von Luft Sauerstoff - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zur Anreicherung von Luft mit Sauerstoff zur Atemgasversorgung in einem Flugzeug mittels Druckwechsel-Adsorption in Molekularsiebbetten (8), mit einem Wasserabscheider (3), dem aus einer Turbine (2) des Flugzeugs austretende Luft zugeführt ist, mit einem dem Wasserabscheider (3) nachgeschalteten Druckminderer (4) und mit einem weiteren Wasserabscheider (5) in Form eines Zyklonwasserabscheiders, der dem Druckminderer (4) nachgeschaltet ist und dessen Gasauslass (7) mit einem Molekularsiebbett (8) verbunden ist.

Description

• Die vorliege Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anreicherung von Luft mit Sauerstoff zur Atemgasversorgung in einem Flugzeug mittels Druckwechsel-Adsorption in Molekularsiebbetten.
• Die adsorptive Trennung von Gasgemischen mit Hilfe der Druckwechsel-Adsorption ist für die vielfältigsten Trennprozesse entwickelt worden. Alle Trennverfahren beruhen darauf, dass der Gasanteil des Gasgemisches, der die höhere Affinität zum Adsorptionsmittel aufweist, in einem Adsorptionsschritt an der Oberfläche des Adsorptionsmittels festgehalten wird und die weniger stark adsorbierte Komponente aus dem mit dem Adsorptionsmittel gefüllten Adsorber abgezogen werden kann. Die Desorption der adsorbierten Phase erreicht man durch Druckabsenkung nach dem Adsorptionsschritt und durch Spülung des Adsorptionsmittels mit einem Teil des angereicherten Gases.
• Eine Vorrichtung zur Anreicherung von Luft mit Sauerstoff ist aus der EP 135 936 A2 bekannt geworden. Bei der bekannten Vorrichtung wird die von einem Kompressor angesaugte Luft zunächst in einem Kühler auf eine Temperatur nahe Umgebungstemperatur abgekühlt und dabei Kondenswasser ausgeschieden. Danach gelangt die Luft auf ein Adsorptionsbett, das aus einer ersten Schicht zur Abscheidung von Wasserdampf und Kohlendioxid und einer zweiten Schicht aus einem X-Typ-Molekularsieb zur Adsorption von Stickstoff besteht. Zur Abscheidung des Stickstoffs wird das Adsorptionsbett zunächst mit der unter dem Ar beitsdruck stehenden Luft beaufschlagt und das gewonnene Produktgas in einem Tank zwischengespeichert. Hierbei wird der Druck auf einen mittleren Wert unterhalb des Arbeitsdruckes abgesenkt. Bei der anschließenden Desorption des Wasserdampfes und des Stickstoffs wird der verbliebene Restdruck auf Umgebungsdruckniveau abgesenkt und das Spülgas über die Einspeisestelle des Adsorptionsbettes in die Umgebung abgeleitet. Zur Unterstützung der Desorptionsphase kann das Adsorptionsbett zusätzlich mit dem Produktgas gespült werden.
• Nachteilig bei der bekannten Vorrichtung ist, dass bei zu geringem Spülgasfluss die Feuchtigkeit aus der ersten Schicht des Adsorptionsbettes nicht vollständig entfernt werden kann. Eine Vergrößerung des Spülgasflusses führt aber zu einem nicht mehr akzeptablen Verlust von Produktgas und damit zu einem schlechten Wirkungsgrad der Anlage.
• Bei solchen stationär angeordneten Druckwechsel-Adsorptionsanlagen mit Molekularsiebbetten zählt es zum Stand der Technik, den Molekularsiebbetten einen Flüssigkeitsabscheider vorzuschalten, da diese bei zu hoher Luftfeuchtigkeit versagen.
• Diese Erkenntnis wird heutzutage bei in Flugzeugen eingesetzten Vorrichtungen zur Anreicherung von Luft mit Sauerstoff Rechnung getragen, indem ein Wasserabscheider zwischen Turbine und Molekularsiebbett angeordnet wird.
• Wie die Praxis jedoch zeigt, reicht die Anordnung eines solchen Wasserabscheiders für den Flugbetrieb häufig nicht aus, da insbesondere beim Durchflug von Wolken der Feuchtegrad der aus der Turbine abgezweigten Luft so hoch ist, dass trotz vorheriger Wasserabscheidung die Molekularsiebbetten wegen zu hoher Feuchtigkeitsbelastung versagen.
• Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Anreicherung von Luft mit Sauerstoff zur Atemgasversorgung in einem Flugzeug mittels Druckwechsel-Adsorption in Molekularsiebbetten so auszubilden, dass ein Versagen der Molekularsiebbetten aufgrund zu hoher Feuchte wirksam vermieden wird.
• Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Patentanpruchs.
• Gemäß der Erfindung ist hierzu eine zweistufige Feuchteabscheidung vorgesehen, nämlich in Form eines ersten Wasserabscheiders zwischen Turbinenaustritt und Druckminderer sowie einem weiteren zwischen Druckminderer und den Molekularsiebbetten. Durch diese zweistufige Wasserabscheidung wird sichergestellt, dass die aus der Turbine austretende heiße, möglicherweise hoch feuchte Luft zunächst von einem Teil des mitgeführten Wassers in einem ersten Wasserabscheider befreit wird, wonach sie zur Absenkung des Drucks zu einem Druckminderer gelangt, an dessen Ausgang ein weiterer Wasserabscheider anschließt, der die dann aufgrund der Druckminderung kältere und höher gesättigte Luft nochmals vom Wasser befreit, bevor sie in die Molekularsiebbetten gelangt. Dabei ist der weitere Wasserabscheider als Zyklon-Wasserabscheider ausgebildet. Durch die Ausscheidung von Wasser mittels des Zyklon-Wasserabscheiders wird eine hohe Abscheideleistung erreicht, ohne dass der Wasserabscheider, wie es bei einem Molekularsieb nach dem Stand der Technik der Fall wäre, durch ein Spülgasfluss regeneriert werden muss. Das ausgeschiedene Wasser kann bei dem Zyklon-Wasserabscheider unmittelbar abgelassen werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die Wirkung der Zentrifugalkraft auch Schmutzpartikel entfernt werden. Durch Kombination des Zyklon-Wasserabscheiders mit einem Feinstfilter, das sehr feine Schmutzpartikel zurückhält, lässt sich die mit Sauerstoff anzureichernde Luft so aufberei ten, dass das Molekularsieb, mit dem die Stickstoff-Adsorption vorgenommen wird, nur in sehr geringem Umfang verunreinigt wird.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur gezeigt und im Folgenden näher erläutert.
• Es zeigen:
• 1 eine Vorrichtung zur Anreicherung von Luft mit Sauerstoff,
• 2 schematisch einen Zyklon-Wasserabscheider im Längsschnitt.
• 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 1 zur Anreicherung von Luft mit Sauerstoff, welche zur Atemgasversorgung in einem in der 1 nicht näher dargestellten Flugzeug dient. Die aus einer Überdruckquelle 2, beispielsweise einer Turbine, austretende Luft, gelangt über einen Wasserabscheider 3 zu einem Druckminderer 4, der den Druck auf einen Arbeitsdruck von etwa 2 bar reduziert. Hinter dem Druckminderer befindet sich ein Zyklon-Wasserabscheider 5, mit einem Gaseingang 6 und einem Gasauslass 7, bevor die Luft zu einem Molekularsiebbett 8 gelangt, in dem ein Teil des Stickstoffs in bekannter Weise adsorbiert wird. Das mit Sauerstoff angereicherte Produktgas wird in einem Tank 9 zwischengespeichert, bevor es zu einem in der 1 nicht dargestellten Verbraucher gelangt.
• 2 veranschaulicht den Aufbau des Zyklon-Wasserabscheiders 5 nach der 1 im Längsschnitt. Die über den Gaseingang 6 eintretende, durch den Pfeil 10 veranschaulichte Druckluft, wird über eine Drallklappe 11 in zentrifugale Bahnen geleitet. Durch die Wirkung der Zentrifugalkraft werden Wasser- und Schmutzpartikel gegen eine Innenwand 12 geschleudert und gelangen auf einen Gehäuseboden 13. Eine Trennscheibe 14 im Innenraum des Wasserabscheiders 5 bewirkt eine Trennung in eine Wirbelzone 15 und eine Beruhigungszone 16. Durch die Zonen 15, 16 wird verhindert, dass ausgeschiedenes Kondensat wieder in den Luftstrom gelangen kann. Das Kondensat wird über ein Ablassventil 17 ausgeschieden. Die Luft strömt anschließend über ein Filterelement 18 zu dem Gasauslass 7. Das Filterelement 18 ist mit einer Porenweite von 1 Mikrometer derart bemessen, dass ein ausreichender Reinheitsgrad der Luft für die anschließende Weiterbehandlung in dem Molekularsiebbett 8 erreicht wird, ohne dass ein zu großer Druckverlust auftritt.

Claims (1)

1. Vorrichtung zur Anreicherung von Luft mit Sauerstoff zur Atemgasversorgung in einem Flugzeug mittels Druckwechsel-Adsorption in Molekularsiebbetten (8), mit einem Wasserabscheider (3), dem aus einer Turbine (2) des Flugzeugs austretende Luft zugeführt ist, mit einem dem Wasserabscheider (3) nachgeschalteten Druckminderer (4) und mit einem weiteren Wasserabscheider (5) in Form eines Zyklonwasserabscheiders, der dem Druckminderer (4) nachgeschaltet ist und dessen Gasauslass (7) mit einem Molekularsiebbett (8) verbunden ist.