DE2736394B2 - Gasgemisches - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Fraktionieren eines aus mindestens zwei Komponenten
bestehenden Gasgemisches mit einem eine Adsorptionsmittelschicht enthaltenden Behälter und einem hin-
und hergehend antreibbaren Kolben aufweisenden Kolbenverdichter.
Bei einer solchen bekannten, in der US-PS 32 80 536 offenbarten Vorrichtung wird die Adsorptionsmittelschicht
vom Überdruck entlastet, sobald der Kolben des Kolbenverdichters seinen inneren Totpunkt erreicht
hat, woraufhin eine zuvor in einem an die Schicht in Zuströmrichtung des Gasgemisches anschließenden
Behälter gesammelte, nicht adsorbierte Gaskomponente zur Schicht zurückströmt. Die Vorrichtung weist
jedoch eine Reihe von Nachteilen auf, von denen ein Hauptnachteil darin liegt, daß die Ausbeute an der nicht
adsorbierten Gaskomponente, bezogen auf die dem Gerät zugeführte Menge des Gasgemisches, unbefriedigend
klein ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Gerät so zu vervollkommnen, daß
eine vollständigere Fraktionierung des zugeführten Gasgemisches erzielt wird.
Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Hubraum des Kolbenverdichters über
eine Rohrleitung mit dem die Adsorptionsmittelschicht enthaltenden Behälter in ständiger Verbindung steht
und im Behälter an die Adsorptionsmittelschicht auf deren der Rohrleitung abgelegenem Ende sich ein
Sammelraum und an diesen über ein steuerbares Auslaßventil sich eine Auslaßleitung für die nicht
adsorbierte Gaskomponente anschließt, daß im Zylinderkopf des Kolbenverdichters im Anschlußbereich
der Rohrleitung ein steuerbares Auslaßventil für die bei der Druckentlastung aus der Adsorptionsmittclschicht
wieder freigegebene Gaskomponente angeordnet ist und daß in den Hubraum des Kolbenverdichters im
Bereich der äußeren Totpunktlage des Kolbens eine Einlaßöffnung für das zu fraktionierende Gasgemisch
einmündet.
Mit einem so ausgebildeten Fraktionierungsgerät kann im Anschluß an die Adsorption der einen
Gaskomponente im Vergleich zu bisher ein wesentlich
ίο höherer Anteil der einen oder der anderen Komponente
des zugeführten Gases oder des nach der Desorption verbliebenen Restgases erhalten werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist an den Hubraum des Kolbenverdichters im
'5 Bereich des Zylinderkopfes ein weiteres steuerbares
Auslaßventil angeschlossen, womit die vorteilhafte Möglichkeit gegeben ist, bei der äußeren Totpunktlage
des Kolbens und bei kurzzeitig geöffnetem weiteren Auslaßventil zunächst das mit von der Desorptionsmittelschicht
freigegebenen Gasen angereicherte Restgas aus dem Hubraum auszuspülen.
In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigt
F i g. 1 die Vorrichtung in einer schematisch gehaltenen Seitenansicht (teilweise in einem zum Kolbenverdichter axialen Schnitt);
F i g. 1 die Vorrichtung in einer schematisch gehaltenen Seitenansicht (teilweise in einem zum Kolbenverdichter axialen Schnitt);
F i g. 2 bis 5 der F i g. 1 ähnliche Darstellungen, die den Kolbenverdichter bei vier (aufeinanderfolgenden) Kolbenstellungen
veranschaulichen.
μ Die dargestellte Vorrichtung kann grundsätzlich zum
Fraktionieren aller Arten von Gasgemischen verwendet werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist
jedoch angenommen, daß sie zum Gewinnen verhältnismäßig reinen Sauerstoffgases aus zugeführter Luft
dienen soll.
Die Vorrichtung weist einen Kolbenverdichter 10 mit einem hin- und hergehend antreibbaren Kolben 11 auf,
der gegenüber der Zylinderwandung mittels Kolbenringen abgedichtet ist Der Kolben U ist über eine
Pleuelstange 12 in üblicher, nicht besonders dargestellter Weise von einer Kurbelwelle 13 her antreibbar, die
ihrerseits über ein Getriebe 14 von einem Elektromotor 15 her mit einer zwischen 0,1 und 10 U/min betragenden
Drehzahl antreibbar ist. Im übrigen ist die Kurbelwelle
4Γ> 13 in einem aus F i g. 1 ersichtlichen Gestell 16 gelagert
Die zu fraktionierende Luft gelangt in den Kolbenverdichter 10 durch eine Einlaßleitung 17 und eine
Einlaßöffnung 18, die gemäß Fig.5 bei in seiner äußeren Totpunktlage befindlichen Kolben 11 gerade
noch in den Hubraum 10a einmündet. Der Hubraum 10a steht außerdem über eine den Zylinderkopf 30 des
Kolbenverdichters 10 durchsetzende Bohrung mit einer Rohrleitung 19 in Verbindung, die in die eine Stirnseite
eines zylindrischen Behälters 20 einmündet, von dessen
5r> Inhalt angenähert zwei Drittel von einer Adsorptionsschicht 21 eingenommen wird, die ein kristallisiertes,
zum selektiven Adsorbieren von Stickstoff fähiges zeolithisches molekulares Sieb bildet. Der restliche
Inhalt des Behälters 20 ist leer und bildet einen nachstehend noch erläuterten Sammelraum 22. An die
dortige andere Stirnseite des Behälters 20 schließt eine Leitung 23 mit einem Auslaßventil 24 an, das von einem
Druckgeber 27 her in Abhängigkeit von dem in der Leitung 23 befindlichen Druck steuerbar ist. An das
Auslaßventil 24 schließt andererseits der Leitung 23 eine Auslaßleitung 25 an, die in eine Sammelleitung 26 für die
nicht adsorbierten Komponenten des Gasgemisches einmündet. Dabei ist angenommen, daß in die
Sammelleitung 26 außer der Auslaßleitung 25 noch
weitere gleichartige Auslaßleitungen einmünden, die von weiteren gleichartigen Vorrichtungen ausgehen.
Ein erstes Auslaßventil 28 des Kolbenverdichters 10,
welches in geöffnetem Zustand den Hubraum 10a mit s der äußeren Atmosphäre verbindet, steht einlaßseitig
mit der zur Rohrleitung 19 führenden Bohrung des Zylinderkopfes 30 in Verbindung. Es ist als Tellerventil
ausgebildet, dessen Schaft 31 den Zylinderkopf 30 nach außen durchsetzt und durch eine einerseits an der
Außenseite des Zylinderkopfes 30 und anderseits an einem mit dem Ventilschaft 31 fest verbundenen
Ventilteller 32 abgestützte Feder 29 in seine Schließstellung vorgespannt ist
Mit dem äußeren Ende des Schaftes 31 wirkt ein Nocken 33 einer Nockenwelle 34 zusammen, durch den
das Auslaßventil 28 in nachstehend noch erläuterter Weise geöffnet wird, nachdem der Kolben 11 seine
innere Totpunktlage erreicht hat, womit die durch die entsprechende Druckentlastung der Adsorptionsmittelschicht
wieder freigegebene Gaskomponente durch das Ventil 28 nach außen ins Freie entweichen kann.
Im Bereich des Zylinderkopfes 30 ist an den Kolbenverdichter 10 noch ein zweites Auslaßventil 35
angeschlossen, welches ebenfalls als Teilerventil ausgebildet ist und über seinen Schaft 37 von einem zweiten
Nocken 36 der Nockenwelle 34 her aufsteuerbar ist. Über das zweite Auslaßventil 35 kann Gas in
nachstehend noch erläuterter Weise in eine Abführungsleitung 38 gelangen. i:i
Die Nockenwelle 34 ist von der Kurbelwelle 13 her über einen Antriebsriemen 39 antriebbar, der antriebsseitig
um eine Riemenscheibe 40 und abtriebsseitig um eine Riemenscheibe 41 geführt ist Auf diese Weise ist
eine genaue Synchronisation zwischen den Hüben des S5 Kolbens 11 und der Arbeit der beiden Auslaßventile 28
und 35 erzielt.
Die vorstehend beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt:
Nähert sich der Kolben 11 des Kolbenverdichters 10
aus der in Fig.2 gestrichelt angedeuteten Lage 42 seiner inneren Totpunktlage, wie es in F i g. 2 ausgezogen
dargestellt ist, dann sind die beiden Auslaßventile 28 und 35 geschlossen. Das im Hubraum 10a befindliche
Gas wird durch die Rohrleitung 19 in Richtung der 4r>
dargestellten Pfeile in den Behälter 20 und bis vor das Auslaßventil 24 gepreßt, bis es kurz vor Erreichen der
inneren Totpunktlage durch den Kolben 11 einen vorbestimmten Druck, beispielsweise von 03MPa
erreicht hat und der Stickstoffanlei! der im Behälter 20
vorhandenen Luft weitgehend von der Adsorptionsmittelschicht 21 adsorbiert ist. Bei Erreichen des vorgenannten
Druckes steuert der Druckgeber 27 das Auslaßventil 24 auf und das weitgehend stickstoffreie,
entsprechend sauerstoffreiche Restgas entspannt sich -r>
durch die Leitung 23 und die Auslaßleitung 25 zur
Mit dem auf die innere Totpunktlage folgenden Auswärtshüb des Kolbens U gemäS Fig.3 sinkt auch
der Druck im Behälter 20 wieder ab, womit ebenfalls das
Auslaßventil 24 über den Druckgeber 27 wieder geschlossen wird Zugleich bewirkt der Nocken 33 der
Nackenwelle 34 ein Öffnen des ersten Auslaßventils 28, womit sich das im Behälter 20 und der Rohrleitung 19
befindliche Gas durch das Auslaßventil 2· ins Freie entspannen kann. Zugleich entspannt sich aber auch das
im Sammelraum 22 und der Leitung 23 befindliche, einen großen Sauerstoffanteil aufweisende Restgas
durch die Adsorptionsmittelschicht 21 hindurch, womit diese .Schicht gereinigt und von zuvor adsorbiertem
Stickstoff befreit wird. Auch dieses Restgas entspannt sich durch die Rohrleitung 19 und das Auslaßventil 28
hindurch ins Freie.
Sobald der Druck im Behälter 20 auf den atmosphärischen
Außendruck abgesunken ist, wird das Auslaßventil 28 wieder geschlossen, während sich der Kolben 11
gemäß F i g. 4 zugleich nach seiner äußeren Totpunktlage hin bewegt Dadurch entsteht im Hubraum 10a und
damit auch im Behälter 20 ein entsprechender Unterdruck, der weiterhin zur Entfernung restlichen
Stickstoffs aus der Adsorptionsschicht 21 beiträgt
Bei seiner weiteren Aufwärtsbewegung gibt der Kolben 11 gemäß Fig.5 die Einlaßöffnung 18 frei, so
daß nunmehr Luft durch die Einlaßleitung 17 beispielsweise von einem nicht dargestellten Gebläse her in den
Hubraum 10a einströmen kann. Zugleich wird über die Nockenwelle 34 und den Nocken 36 das zweite
Auslaßventil 35 geöffnet, womit die durch die Einlaßöffnung 18 eingeblasene Luft zugleich das mit
Stickstoff aus der Adsorptionsmittelschicht 21 angereicherte Restgasgemisch aus dem Hubraum 10a durch die
Abführungsleitung 38 herausbläst Auf diese Weise befindet sich zu Beginn des nächsten Verdichtungshubes
des Kolbens 11 und damit zugleich zu Beginn des nächsten und aller folgenden Arbeitszyklen des
Kolbenverdichters 10 im Hubraum 10a nur noch reine Luft.
Dadurch, daß der Kolbenverdichter 10 nicht nur als Verdichter arbeitet, sondern während des Aufwärtshubes
des Kolbens Hirn Hubraum 10a und dem Behälter auch einen Unterdruck erzeugt, ergibt sich ein bisher
nicht bekanntgewesenes Ausmaß an Entfernung der zuvor in der Adsorptionsmittelschicht 21 adsorbiert
gewesenen Gaskomponente aus dieser Schicht. Zugleich ergibt sich daraus, daß die so entgaste
Adsorptionsmittelschicht 21 während jedes Verdichtungshubes des Kolbens 11 zu einer gegenüber bisher
wesentlich intensiveren Aufnahme von Stickstoff befähigt ist und der Sammelleitung 26 gegenüber bisher
auch wesentlich sauerstoffreicheres Gas zugeführt werden kann.
Hierzu 3 Watt Zeichnungen
Claims (2)
1. Vorrichtung zum Fraktionieren eines aus mindestens zwei Komponenten bestehenden Gasgemisches
mit einem eine Adsoptionsschicht enthaltenden Behälterund einem einen hin- und hergehend
antreibbaren Kolben aufweisenden Kolbenverdichter, dadurch gekennzeichnet, daß der
Hubraum (lOa^des Kolbenverdichters (10) über eine Rohrleitung (19) mit dem die Adsorptionsmittelschicht
(21) enthaltenden Behälter (20) in ständiger Verbindung steht und im Behälter (20) an die
Adsorptionsmittelschicht (21) auf deren der Rohrleitung (19) abgelegenem Ende sich ein Sammelraum
(22) und an diesen über ein steuerbares Auslaßventil (24) sich eine Auslaßleitung (25) für die nicht
adsorbierte Gaskomponente anschließt, daß im Zylinderkopf (30) des Kolbenverdichters (10) im
Anschlußbereich der Rohrleitung (19) ein steuerbares Auslaßventil (28) für die bei der Druckentlastung
aus der Adsorptionsmittelschicht (21) wieder freigegebene Gaskomponente angeordnet ist und daß in
den Hubraum (1Oa^ des Kolbenverdichters (10) im
Bereich der äußeren Totpunktlage des Kolbens (11) eine Einlaßöffnung (18) für das zu fraktionierende
Gasgemisch einmündet
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß an den Hubraum (1OaJ des Kolbenverdichters
(10) im Bereich des Zylinderkopfes (30) ein weiteres steuerbares Auslaßventil angeschlossen ist.
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