DE29503323U1 - Gerät zum Erzeugen von Stickstoffgas - Google Patents

Description

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Gerät zur Erzeugung von Stickstoff

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Erzeugung von Stickstoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Geräte bestehen aus einem in der Regel mehrstufigen Verdichter und einer nachgeschalteten Trenneinheit, welche eine Membrananordnung aufweist, die unterschiedliche Durchlässigkeit für Sauerstoff und Stickstoff aufweist. Die Trenneinheit stellt somit an einem ersten Ausgang Stickstoff und an einem zweiten Ausgang sauerstoffangereicherte Luft bereit.

Werden derartige Geräte mit feuchter Luft beschickt, so kann es dann, wenn der Verdichter nur intermittierend betrieben wird, zu Kondenswasserbildung in einem nach längerem Stillstand des Verdichters abgekühlten Zylinder kommen, insbesondere in der zweiten Verdichterstufe. Ein derartiger intermittierender Betrieb ist häufig bei Anwendungen, bei denen der erzeugte Stickstoff in einem Vorratsbehälter gesammelt-wird und die Steuerung des Verdichters durch einen mit dem Inneren des Vorratsbehälters in Verbindung stehenden Druckschalter erfolgt.

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Durch die vorliegende Erfindung soll ein bekanntes Gerät so weitergebildet werden, daß ein Ausfallen von Flüssigkeit im Verdichter in dessen Anlaufphase vermieden wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß auf verschiedenen Wegen gelöst, die Gegenstand unabhängiger Ansprüche sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

DM2O6-OS8 — 2 ~

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Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Figuren 1 bis 6: unterschiedliche Ausführungsformen

für Geräte zum Erzeugen von Stickstoff, wie sie in Verbindung mit Bierzapfanlagen verwendet werden.

Die Figur 1 ist ein in der Praxis einstufiger ggf. auch zweistufiger Verdichter insgesamt mit 10 bezeichnet. Er saugt Luft über ein Filter 12 aus der Umgebungsatmosphäre an. Über ein Magnetventil 14 ist der Verdichter mit einer Trenneinheit 16 verbunden, die eine in der Zeichnung nicht wiedergegebene Membrananordnung enthält, welche unterschiedliche Durchlässigkeit für Stickstoff und Sauerstoff hat. Die Trenneinheit 16 gibt an einer ersten Leitung mit Sauerstoff angereicherte Luft ab, während eine Leitung 20 Stickstoff gas führt. Dieses wird über ein Rückschlagventil 21 einem Vorratsbehälter 22 zugeführt. Letzterer ist über einen Druckminderer 24 mit einer Leitung 26 verbunden, die zu der Zapfanlage führt.

Ein Druckschalter 28 kommuniziert mit dem Inneren des Vorratsbehälters 22 und mit seinem Ausgangssignal ist eine Steuereinheit 30 des Gerätes beaufschlagt. Letztere steuert den Motor des Verdichters 10 sowie das Magnetventil 14.

Grob gesprochen arbeitet die Steuereinheit 30 so, daß sie dann, wenn der Druckschalter 28 anzeigt, daß der Druck im Vorratsbehälter 22 unter einen vorgegebenen Pegel gefallen ist, zunächst das Magnetventil 14 schließt und gleichzeitig den Motor des Verdichters 10 erregt.

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Der Verdichter 10 arbeitet somit gegen verschlossenen Auslaß und wärmt sich aufgrund der Reibungsverluste auf. Nach einer durch ein (vorzugsweise einstellbares) Zeitglied der Steuereinheit vorgegebenen Zeitspanne, die so gewählt ist, daß sich die mit gefördertem Gas in Berührung kommenden Wände des Verdichters so stark aufgewärmt haben, daß keine Taubildung auf ihnen mehr stattfinden kann, schaltet die Steuereinheit 30 das Magnetventil 14 auf, und ab diesem Zeitpunkt saugt dann der Verdichter 10 über das Filter 12 Luft an, die in der Trenneinheit 16 zerlegt wird, so daß dann der Vorratsbehälter 22 wieder gefüllt wird. Stellt der Druckschalter 28 fest, daß im Vorratsbehälter 22 ein vorgegebener oberer Druck überschritten wird₇ so schaltet die Steuereinheit 30 den Verdichter 10 wieder ab. Bei längerem Stillstand nimmt der Verdichter dann wieder die kühle Umgebungstemperatur an, so daß wieder diesselben Verhältnisse vorliegen, wie sie bei der obenstehenden Funktionsbeschreibung als Ausgangszustand angenommen wurden.

Man erkennt, daß bei der in Figur 1 gezeigten Anordnung vermieden wird, daß sich aus der feuchte Luft enthaltenden Umgebung, wie sie in Kellern von Gastätten oft angetroffen wird, Feuchtigkeit auf den Zylinderlaufflächen niederschlägt, was zu einer Verschlechterung der Laufeigenschaften und zu einer Verkürzung der Lebenszeit des Verdichters führen würde.

Bei dem in Figur 2 gezeigten Gerät sind Geräteteile, die obenstehend schon beschrieben wurden, wieder mit denselben Bezugszeichen versehen.

Die Steuereinheit 30 steuert nun zwei 3/3-Magnetventile 32, 34, die der Ansaugseite bzw. der Förderseite des Verdichters zugeordnet sind. In der einen Arbeitsstellung

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der Magnetventile 32, 34, die von der Steuereinheit 30 eingestellt wird, wenn der Kompressor nach längerem Stillstand aus kaltem Zustand wieder anläuft, ist der Auslaß des Verdichters 10 vorzugsweise über eine einstellbare Drossel 36 mit dem Verdichtereinlaß verbunden. Es wird somit immer das gleiche Gas umgewälzt, so daß keine nennenswerten Flüssigkeitsmengen auskondensieren können. Zum einen deshalb, weil das kleine Gasvolumen sowieso nur eine geringe Feuchtigkeitsmenge enthält, zum anderen deshalb, weil sich das Gas beim Umwälzen selbst erwärmt.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 3 ist das Magnetventil 32 weggelassen, und die eine Einlaßöffnung des Magnetventils 34 ist über die Drossel 36 mit dem Vorratsbehälter 22 verbunden. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß der aus kaltem Zustand anlaufende Verdichter 10 zunächst Gas aus dem Vorratsbehälter 22 ansaugt, welches keine Feuchtigkeit enthält. Nach Warmlaufen des Verdichters wird dann wieder in die normale Arbeitsstellung des Magnetventiles 34 umgeschaltet, so daß der Verdichter Umgebungsluft ansaugt und der Vorratsbehälter 22 wieder gefüllt wird.

In Abwandlung des in Figur 3 durch ausgezogene Linien dargestellten Ausführungsbeispieles kann man die Drossel 36 auch - wie gestrichelt dargestellt - mit dem Stickstoff-Auslaß der Trenneinheit 16 verbinden.

In nochmaliger Abwandlung des Ausführungsbeispieles nach Figur 3 kann man auch die Drossel 36 - wie strichpunktiert dargestellt - mit der Leitung 18 verbinden.

Bei dem in Figur 4 wiedergegebenen Gerät steuert die Steuereinheit 30 eine elektrische Heizeinheit 38, die

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an die niederschlagsgefährdeten Wände des Verdichters 10 thermisch angekoppelt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel arbeitet die Steuereinheit 30 so, daß sie die Heizeinheit 38 immer für eine vorgegebene Zeitspanne mit Strom versorgt, bevor der Motor des Verdichters Iß erregt wird. Damit haben sich die Wände des Verdichters dann ausreichend erwärmt, um ein Niederschlagen von Feuchtigkeit auszuschließen, wenn Luft aus der Umgebung angesaugt wird. Im laufenden Betrieb wird dann die Heizeinheit 38 abgeschaltet.

Bei den Geräten nach Figur 5 und 6 ist der Trenneinheit 16 ein Wasserabscheider 40 vorgeschaltet, um aus der in der langen (angedeutet durch eine Unterbrechung) Verbindungsleitung zwischen Verdichter 10 und Trenneinheit 16 abgkühlten Luft Feuchtigkeit abzuscheiden, bevor die Luft in die Trenneinheit 16 eintritt.

Bei dem Gerät nach Figur 5, welches dem nach Figur 1 ähnlich ist, ist mit dem Verdichter 10 ferner ein Temperaturfühler 42 verbunden, dessen Ausgang mit einem Eingang der Steuereinheit 30 verbunden ist. Diese arbeitet nun so, daß sie das Magnetventil 14 in die in der Zeichnung wiedergegebene Normal-Arbeitsstellung zurückstellt, wenn das Ausgangssignal des Temperaturfühlers 42 eine obere Temperaturschwelle überschreitet, ab welcher ein Ausfallen von Flüssigkeit im Verdichter nicht mehr zu befürchten ist.

Das Festlegen dieser oberen Temperaturschwelle erfolgt in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Temperaturfühlers 42 (dieser registriert nach längerem Halt die Raumtemperatur) oder eines der Umgebungstemperatur ausgesetzten Temperaturfühlers 43 und vom Ausgangssignal eines Feuchtigkeitssensors 44, der der vom Verdichter unter Arbeits-

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bedingungen angesaugten Umgebungsluft ausgesetzt ist. Dabei wird bei niederer relativer Luftfeuchte / niederer Temperatur der Umgebungsluft die obere Temperaturschwelle jeweils niederer, bei hoher Luftfeuchte / hoher Temperatur jeweils höher eingestellt (also insgesamt nach der absoluten Luftfeuchtigkeit). Stattdessen kann man bei im wesentlichen konstanter Luftfeuchte / konstanter Temperatur der Umgebung die obere Temperaturschwelle durch ein von Hand einstellbares Bauelement (z.B. Potentiometer) auf die am jeweiligen Einsatzort herrschenden Bedingungen einstellen, oder als mittlere Lösung nur einen Feuchtigkeitsfühler für das Festlegen der oberen Temperaturschwelle verwenden.

Was das Einschalten des Magnetventiles 14 betrifft, so kann dies entweder durch das Einleiten eines neuen Förderzyklus in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Druckfühlers 28 erfolgen oder aber in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Temperaturfühlers 42 (Unterschreiten einer unteren TemperaturschwellIe, ab der ein Auskondensieren zu befürchten ist und welche wieder in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Feuchtxgkeitsfühlers 44 und / oder des Temperaturfühlers 43 (oder 42) festgelegt wird oder an einem Potentiometer oder dgl. eingestellt wird).

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 6, welches dem nach Figur 3 nahekommt, ist der Verdichtereinlaß über die Drossel 36 und eine 2/2-Magnetventil 46 mit dem Auslaß der Trenneinheit 16 verbindbar. Alternative Verbindungen zum Auslaß des Vorratsbehälters 22 und zur Leitung 26 sind gestrichelt bzw. strichpunktiert angedeutet.

Der Verdichter 10 saugt somit auch in der Anlaufphase teilweise Umgebungsluft an; über die Einstellung der Drossel 36 wird aber die Menge des rückgespeisten trockenen

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Stickstoffes so eingestellt, daß der Gesamtfeuchtigkeitsgehalt des angesaugten Gasstromes so nieder ist, daß keine Feuchtigkeit im Verdichter auskondensiert.

An den Verdichter 10 ist ein Fenster-Temperaturschalter 48 angebaut, über den das Magnetventil 46 mit einer 24V-Leitung 50 verbindbar ist. Der Temperaturschalter 48 erregt so das Magnetventil 46, wenn die auf ihn einwirkende Temperatur kleiner ist als eine vorgegebene untere Temperaturschwelle des Schaltfensters, und stellt durch Unterbrechung der stromzufuhr den sperrenden Normal-Arbeitszustand des Magnetventiles 46 ein, wenn die auf ihn einwirkende Temperatur größer ist als die obere Temperaturschwelle des Schaltfensters.

Ferner ist mit dem Vorratsbehälter 22 ein Fenster-Druckschalter 52 verbunden, über den der Motor (ggf. die Motoren) des Verdichters 10 mit einer Netzleitung 54 verbindbar sind.

Durch Verwendung eines Temperatürschalters und eines Druckschalters (Figur 6) anstelle eines Temperaturfühlers und eines Druckfühlers (Figur 5) kann somit die Steuereinheit 30 entfallen.

Es versteht sich, daß man die Steuerung der in den Figuren 2 und 3 gezeigten Magnetventile 32 und 34 ähnlich in Abhängigkeit von der Verdichter-Temperatur vornehmen kann, wie bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 5 und 6. Gleiches gilt für die Steuerung der Heizeinheit 38 des Gerätes nach Figur 4.

Umgekehrt ist eine Steuerung des Magnetventiles 46 auf reiner Zeitbasis gemäß den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 2 bis 4 als Abwandlung des Gerätes nach Figur 6 möglich.

Claims (13)

4457.5 : : :·: :-r'i·—·: : 15.02.1995 •ransprüche IN20C-O89

1. Gerät zum Erzeugen von Stickstoffgas mit einem

Verdichter (10), dessen Saugseite mit der Umgebungsatmosphäre verbindbar ist, mit einer Trenneinheit (16), welche aus ihr zugeführter Luft Stickstoffgas gewinnt, mit einem Vorratsbehälter (22), der mit dem Stickstoff-Auslaß der Trenneinheit (16) verbunden ist und mit einer Steuereinheit (30 ; 48), welche das Arbeiten des Verdichters (10) steuert, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (30; 48) eine Ventilanordnung (14; 32, 34; 46) so steuert, daß vorübergehend das Ansaugen von Luft aus der Umgebungsatmosphäre vermindert wird.

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2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung ein an den Auslaß des Verdichters (10) angeschlossenes Magnet-Sperrventil (14) aufweist.

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3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Ventilanordnung ein mit dem Einlaß des Verdichters (10) verbundenes Magnetventil (34; 46) aufweist, über welches der Einlaß mit einer Quelle für trockenes Gas (20; 22; 26) oder einer Quelle für umgewälztes Gas (18; 32)) verbindbar ist.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindung zwischen dem Einlaß des Verdichters (10) und die Quelle für trockenes Gas (20; 22; 26) oder umgewälztes Gas (18; 32) eine vorzugsweise einstellbare Drossel (36) eingefügt ist.

5. Gerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle für umgewälztes Gas eine der Auslaß-

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öffnungen eines weiteren Magnetventiles (32) ist, welches an den Auslaß des Verdichters (10) angeschlossen ist und letzteren wahlweise mit dem Einlaß des Verdichters bzw. der Trenneinheit (16) verbinden kann. 05

6. Gerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle für umgewälztes Gas der Restluftauslaß (18) der Trenneinheit (16) ist.

7. Gerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle für trockenes Gas der Vorratsbehälter (22), der Stickstoffauslaß (20) der Trenneinheit (16) oder der Ausgang eines an den Vorratsbehälter (22) angeschlossenen Druckminderers (26) ist.

8. Gerät zum Erzeugen von Stickstoffgas mit einem Verdichter (10), dessen Saugseite mit der Umgebungsatmosphäre verbindbar ist, mit einer Trenneinheit (16), welche aus ihr zugeführter Luft Stickstoffgas gewinnt, mit einem Vorratsbehälter (22), der mit dem Stickstoff-Auslaß der Trenneinheit (16) verbunden ist und mit einer Steuereinheit (30), welche das Arbeiten des Verdichters (10) steuert, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (30) eine dem Verdichter (10) zugeordnete Heizeinheit (38) für eine vorgegebene Zeitspanne aktiviert, bevor der Verdichter (10) in Gang gesetzt wird.

9. Gerät nach einem der Ansprüche l bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verdichter (10) ein temperaturempfindliches Element (42; 46) zugeordnet ist, welches die Ventilanordnung (14; 32, 34; 46) bzw. eine mit dem Verdichter (10) verbundene Heizeinheit (38) bei Überschreiten einer vorgegebenen oberen Temperaturschwelle am Verdichter (10) desaktiviert, sodaß die Verminderung des Ansaugens von Umgebungsluft bzw. das Heizen des Verdichters

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(10) beendet wird.

10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß

die Steuereinheit (30) mit einem Umgebungs-Feuchtigkeits fühler (44) und / oder einem Umgebungs-Temperaturfühler (42; 43) verbunden ist und die obere Temperaturschwelle in Abhängigkeit mindestens eines Ausgangssignales eines dieser Fühler vorgibt.

11. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (30) die Ventilanordnung (14; 32, 34; 46) bzw. die Heizeinheit (48) nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne desaktiviert.

12. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß

die Steuereinheit (30) mit einem Umgebungs-Feuchtigfühler (44) und / oder einem Umgebungs-Temperaturfühler (42; 43) verbunden ist und die vorgegebenen Zeitspanne in Abhängigkeit mindestens eines Ausgangssignales eines dieser Fühler vorgibt.

13. Gerät nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch

gekennzeichnet, daß das temperaturempfindliche Element eine Fenster-Temperaturschalter (48) ist.