DE2951626A1

DE2951626A1 - DEVICE FOR DISASSEMBLING A MIXTURE

Info

Publication number: DE2951626A1
Application number: DE19792951626
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr. 2411 Hollenbek Koch
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 1979-12-21
Filing date: 1979-12-21
Publication date: 1981-07-02
Also published as: GB2066693B; DE2951626C2; GB2066693A

Description

Drägerwerk AktiengesellschaftDrägerwerk Aktiengesellschaft Molslinger Allee 53-55. 2400 LübeckMolslinger Allee 53-55. 2400 Lübeck

Device for breaking down a mixture

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zerlegen eines Gemisches, entsprechend dem Gattungsbegriff des AnspruchesThe invention relates to a device for breaking down a mixture, according to the preamble of the claim

Vorrichtungen zum Zerlegen eines Gemisches mit Hilfe eines Adsorptionsmittels erlauben die Bereitstellung eines angereicherten Produktes, z.B. Sauerstoff für technische Prozesse oder für die Atmung eines Menschen, aus der umgebenden Atmosphäre und damit unabhängig von einer Vorratshaltung und Nachschuborganisation für dieses Gas.Devices for breaking down a mixture with the aid of an adsorbent allow the provision of an enriched one Product, e.g. oxygen for technical processes or for human breathing, from the surrounding atmosphere and thus independent of a storage and supply organization for this gas.

Eine bekannte Steuerung für eine Vorrichtung zum Zerlegen eines Gemisches, insbesondere für einen Sauerstoffabscheider, ermöglicht die kontinuierliche Abgabe eines sauerstoffreichen Gases als Produkt bei Zufuhr von Druckluft. Dabei wird die Vorrichtung durch die pneumatische Steuerung in periodischer Folge zwischen zwei Betriebszuständen umgeschaltet, in denen die Druckluft jeweils einem von zwei in der Vorrichtung enthaltenen Behältern mit Adsorptionsmittel zugeführt und gleichzeitig der andere regeneriert wird, und umgekehrt. Schaltkriterium ist das Erreichen eines bestimmten Druckes in dem jeweils mit Druckluft versorgten Behälter, der dessen Erschöpfung anzeigt. Die Auslösung der Steuerung zur Beendigung des jeweiligen Betriebszustandes erfolgt über einen mit dem ersten und einen mit dem zweiten Behälter verbundenen Druckfühler bei Erreichen des vorgegebenen Grenzdruckes in dem betreffenden Behälter. Danach wird zwischen beiden Behältern ein Druckgleichgewicht hergestellt. Nach dessen Erreichen wird die Steuerung durch einen Druckkomparator, der gleichzeitig mit beiden Behältarn verbunden ist, zum Beginn desA known control for a device for breaking down a mixture, in particular for an oxygen separator, enables the continuous release of an oxygen-rich gas as a product when compressed air is supplied. The Device switched by the pneumatic control in periodic sequence between two operating states in which the compressed air is supplied to one of two containers with adsorbent contained in the device and at the same time the other is regenerated and vice versa. Switching criterion is the achievement of a certain pressure in the each container supplied with compressed air, which indicates its exhaustion. Triggering the control to terminate of the respective operating state takes place via a pressure sensor connected to the first and a second container when the specified limit pressure is reached in the relevant container. Then it is between the two containers a pressure equilibrium is established. After it has been reached, the control is carried out by a pressure comparator, which simultaneously is connected to both containers, at the beginning of the

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jeweils folgenden Betriebszustandes ausgelöst.triggers the following operating status.

Im einzelnen wird die Druckluft in dem ersten Betriebszustand über das Einlaßventil einer ersten Ventilanordnung dem Eingang des ersten der beiden Behälter zugeführt, die ein den Stickstoff adsorbierendes Adsorptionsmittel enthalten. Das am Ausgang des ersten Behälters austretende sauerstoffreiche Gas wird zu einem Teil über einen Vorratsbehälter dem Verbraucher zugeführt. Ein anderer, durch eine Drossel bestimmter Teil des sauerstoffreichen Gases wird über eine Spülungsleitung dem Ausgang des zweiten Behälters zugeführt, dessen Eingang über das Auslaßventil der ersten Ventilanordnung mit der Atmosphäre verbunden ist. Dabei spült das sauerstoffreiche Gas den adsorbierten Stickstoff in die Atmosphäre aus und regeneriert das Adsorptionsmittel. Macht sich durch Druckanstieg im ersten Behälter dessen Erschöpfung bemerkbar, so beendet die.Steuerung den ersten Betriebszustand durch Schließen der Ventile der ersten Ventilanordnung. Die Steuerung öffnet zugleich ein Ventil in einer Druckausgleichsleitung, die parallel zu der Spülungsleitung die Ausgänge beider Behälter verbindet. Nach hergestelltem Druckgleichgewicht in den Behältern schaltet die Steuerung auf den zweiten Betriebszustand, indem das Ventil in der Druckausgleichsleitung geschlossen und die Ventile einer zweiten Ventilanordnung, nämlich ein Einlaßventil am Eingang des zweiten Behälters und ein Auslaßventil am Eingang des ersten Behälters, geöffnet werden. Der bereits beschriebene Vorgang wiederholt sich, wobei die Funktionen des ersten und zweiten Behälters gegeneinander vertauscht sind.In detail, the compressed air in the first operating state is fed to the input via the inlet valve of a first valve arrangement of the first of the two containers which contain an adsorbent which adsorbs the nitrogen. That at the exit the oxygen-rich gas escaping from the first container is partly delivered to the consumer via a storage container fed. Another part of the oxygen-rich gas, determined by a throttle, is supplied to the The outlet of the second container is fed, the inlet of which is connected to the atmosphere via the outlet valve of the first valve arrangement connected is. The oxygen-rich gas flushes the adsorbed gas Nitrogen into the atmosphere and regenerates the adsorbent. Makes itself by increasing pressure in the first If the container is noticeably exhausted, the control ends the first operating state by closing the valves of the first valve arrangement. The control system opens a valve at the same time in a pressure equalization line that connects the outlets of both containers parallel to the flushing line. After manufactured The pressure equilibrium in the containers switches the controller to the second operating mode by opening the valve closed in the pressure equalization line and the valves of a second valve arrangement, namely an inlet valve at the inlet of the second container and an outlet valve at the inlet of the first container. The one already described The process is repeated, the functions of the first and second containers being interchanged.

Mit der Auslösung der Steuerung anhand des in den Behältern herrschenden Druckes werden unterschiedliche Eigenschaften der Behälter ausgeglichen und eine höhere Gleichmäßigkeit des Produktes erreicht als mit der früher angewendeten Steuerung nach vorgegebenem Zeittakt. Es besteht *er noch der Nachteil, daß bei einer Alterung der Druckfühler die Auslösung der Steuerung bei für die beiden Behälter unterschiedlichen effektiven Druckwerten erfolgt und dadurch KonzentrationsschwankungenWhen the control is triggered based on the pressure prevailing in the containers, different properties are created the container is balanced and the product is more uniform than with the previously used control according to a given time cycle. There is still the disadvantage that if the pressure sensor ages, the triggering of the Control takes place at different effective pressure values for the two containers and thereby fluctuations in concentration

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im Produkt hervorgerufen werden, die z.B. für einen damit beatmeten Patienten ungünstige Auswirkungen haben können. (DE-OS 28 14 456).caused in the product, which, for example, can have adverse effects on a patient ventilated with it. (DE-OS 28 14 456).

Aufgabe der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Zerlegen eines Gemisches, bei der die Gleichmäßigkeit des Produktes unabhängig von Alterungserscheinungen des Druckschalters gesichert ist und periodische Konzentrationsschwankungen vermieden werden.The object of the invention is a device for breaking down a mixture in which the uniformity of the product is independent secured against aging of the pressure switch and periodic fluctuations in concentration are avoided.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Anspruches 1.The problem is solved according to the characteristics of the claim 1.

Die mit der Lösung erzielten Vorteile beruhen darauf, daß mit der Verwendung nur eines Druckschalters, der beim Umschalten mit dem jeweils der Gemischzuführung zugeschalteten Behälter verbunden wird, sich Alterungserscheinungen des Druckschalters auf beide Behälter in derselben Weise auswirken. Die beim Betrieb mit mehreren unterschiedlich gealterten Druckschaltern mit der Umschaltung auftretenden periodischen Konzentrationsschwankungen werden vermieden. Diese wären nicht nur unzuträglich für den Verbraucher, sondern würden wegen der gegenseitigen Abhängigkeit der Behälter über die Regenerierung auch das Punktionsgleichgewicht der Vorrichtung verschieben und damit die mittlere Konzentration des Produktes herabsetzen. Mit der Lösung ergibt sich also der Vorteil einer gesicherten Konzentration und Gleichmäßigkeit des Produktes.The advantages achieved with the solution are based on the fact that with the use of only one pressure switch that is activated when switching is connected to the container connected to the mixture feed, signs of aging of the Pressure switch affect both containers in the same way. Those aged differently when operated with several Periodic concentration fluctuations that occur with the switchover are avoided. These would not only be unsuitable for the consumer, but would also be due to the mutual dependency of the containers By means of the regeneration, the puncture equilibrium of the device and thus the mean concentration can also be shifted of the product. With the solution there is therefore the advantage of a secure concentration and uniformity of the product.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Appropriate further developments of the invention emerge from the subclaims.

Die Lösung nach Anspruch 2 stellt das Druckgleichgewicht in bewährter Weise mit einem Druckausgleichsschalter fest. Die Lösung nach Anspruch 3 ergibt eine besonders einfache und zuverlässige Weiterbildung durch den Verzicht auf eine direkte Feststellung des Druckgleichgewichts über einenThe solution according to claim 2 establishes the pressure equilibrium in a proven manner with a pressure equalization switch. The solution according to claim 3 results in a particularly simple and reliable development by dispensing with one direct determination of the pressure equilibrium via a

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komplizierten Druckausgleichsschalter. Stattdessen wird die für das Erreichen des Druckgleichgewichtes erforderliche Zeit nach Erfahrungswerten in Beziehung gesetzt zum gleichzeitigen Ablauf eines anderen Strömungsvorgangs. Dabei handelt es sich um den Druckanstieg in der Gemischzuführung bei geschlossenen Einlaßventilen der Behälter und kontinuierlicher Einspeisung des Gemisches. Der Ablauf der erforderlichen Zeit ist hier mit dem Erreichen eines bestimmten Druckes gegeben, der als Schaltdruck eines zweiten Druckschalters mit einfachen und zuverlässigen Mitteln zur Betätigung der Steuereinheit führt.complicated pressure equalization switch. Instead it will the time required to achieve pressure equilibrium, based on empirical values, is related to the simultaneous Another flow process. This is the pressure increase in the mixture feed when the valve is closed Inlet valves of the containers and continuous feed of the mixture. The expiry of the required time is given here when a certain pressure is reached, which is the switching pressure of a second pressure switch with simple and reliable means for actuating the control unit.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung im folgenden beschrieben. Es zeigen in schematischer Darstellung Embodiments of the invention are described below with reference to the drawing. It show in a schematic representation

Fig. 1 eine Vorrichtung mit Druckausgleichsschalter, Fig. 2 eine Vorrichtung mit einem zweiten Druckschalter.1 shows a device with a pressure compensation switch, 2 shows a device with a second pressure switch.

Der Vorrichtung nach Fig. 1 wird als zu zerlegendes Gemisch Druckluft von der Druckluftquelle 1 über eine Gemischzuführung mit dem angeschlossenen Gemischspeicher 3 zugeführt. Über je ein Einlaßventil 4,5 ist die Gemischzuführung 2 mit dem Eingang eines ersten Behälters 6 und eines zweiten Behälters 7 verbindbar. Die Behälter 6,7 sind mit einem Stickstoff adsorbierenden Adsorptionsmittel gefüllt. Über je ein Auslaßventil 8,9 ist der Eingang der Behälter 6,7 mit der Atmosphäreverbindbar. Das Einlaßventil 4 des ersten Behälters 6 und das Auslaßventil 9 des zweiten Behälters 7 sind steuerungsmäßig zu einer ersten Ventilanordnung zusammengefaßt und an die pneumatische Steuereinheit 10 angeschlossen. Ebenso sind das Einlaßventil 5 des zweiten Behälters 7 und das Auslaßventil 8 des ersten Behälters zu einer zweiten Ventilanordnung zusammengefaßt und an die Steuereinheit 10 angeschlossen. Die Ausgänge des ersten Behälters 6 und des zweiten Behälters 7 sind über je eine Drossel 11,12 miteinander sowie mit einem Produktspeicher 13 verbunden, an den sich über einen Druckminderer 14 die Leitung 15 zumThe device according to FIG. 1 is supplied with compressed air from the compressed air source 1 via a mixture feed as a mixture to be broken down supplied to the connected mixture reservoir 3. The mixture feed 2 is connected to the inlet via an inlet valve 4, 5 a first container 6 and a second container 7 can be connected. The containers 6,7 are equipped with a nitrogen adsorbent Adsorbent filled. The inlet of the container 6, 7 can be connected to the atmosphere via an outlet valve 8, 9 each. The inlet valve 4 of the first container 6 and the outlet valve 9 of the second container 7 are control-wise to a first Combined valve assembly and to the pneumatic control unit 10 connected. Likewise, the inlet valve 5 of the second container 7 and the outlet valve 8 of the first container combined into a second valve assembly and to the Control unit 10 connected. The outputs of the first container 6 and the second container 7 are each via a throttle 11,12 connected to one another and to a product reservoir 13, to which the line 15 to the

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Verbraucher anschließt. Außerdem sind die Ausgänge der Behälter 6,7 über eine Druckausgleichsleitung 16 und eine Verbindungsleitung 17 miteinander verbunden. In der Druckausgleichsleitung liegt ein von der Steuereinheit 10 gesteuertes Ventil 18. In der Verbindungsleitung 17 liegt ein Druckausgleichsschalter 19, der ein Signal an die Steuereinheit 10 abgibt, wenn in beiden Zweigen der Verbindungsleitung 17 Druckgleichgewicht eintritt. Ein Druckschalter 20 ist mit der Gemischzuführung 2 verbunden und gibt ein Signal an die Steuereinheit 1O, wenn in der Gemischzuführung 2 ein eingestellter Spitzendruck erreicht wird.Consumer connects. In addition, the outputs of the containers 6, 7 are connected to one another via a pressure equalization line 16 and a connecting line 17. In the pressure equalization line there is a valve 18 controlled by the control unit 10. In the connecting line 17 there is a pressure compensation switch 19, which emits a signal to the control unit 10 when pressure equilibrium occurs in both branches of the connecting line 17. A pressure switch 20 is connected to the mixture feed 2 and gives a signal to the control unit 1O when in the mixture supply 2 a set peak pressure is reached.

Im Betrieb sind in einem ersten Betriebszustand durch die Steuereinheit 10 die Ventile 4,9 der ersten Ventilanordnung geöffnet und die Ventile 5,8 der zweiten Ventilanordnung geschlossen. Auch das Ventil 18 in der Druckausgleichsleitung 16 ist geschlossen. Die zugeführte Druckluft gelangt über das Einlaßventil 4 in den ersten Behälter 6. Dort wird durch das Adsorptionsmittel der Stickstoffanteil adsorbiert. Ein mit Sauerstoff angereichertes Produkt verläßt den ersten Behälter 6 und gelangt über die Drossel 11 in den Produktspeicher 13 und über den Druckminderer 14 in die Leitung 15 zum Verbraucher. Gleichzeitig fließt ein Teil des angereicherten Produktes über die Drossel 12 in den zweiten Behälter 7 und spült den dort adsorbierten Stickstoff über das Auslaßventil 9 in die Atmosphäre. Mit fortschreitender Adsorption von Stickstoff im ersten Behälter 6 steigt der Druck im ersten Behälter 6 und in der Gemischzuführung 2 an. Wird ein Spitzendruck erreicht, der nach Erfahrungswerten einer optimalen Ausnutzung des Adsorptionsmittels entspricht, so gibt der darauf eingestellte Druckschalter 20 ein Signal an die Steuereinheit 10. Diese schließt daraufhin die Ventile 4,9 der ersten Ventilanordnung und beendet den ersten Betriebszustand. Gleichzeitig öffnet die Steuereinheit 10 das Ventil 18 in der Druckausgleichsleitung 16, so daß ein rascher Druckausgleich zwischen den Behältern 6,7 erfolgen kann. Dabei wird der Druck in den Behältern 6,7 durch den Druckausgleichsschalter 19 über die Zweige der Verbindungs-In operation are in a first operating state by the control unit 10, the valves 4.9 of the first valve arrangement are opened and the valves 5.8 of the second valve arrangement are closed. The valve 18 in the pressure equalization line 16 is also closed. The compressed air supplied passes through the inlet valve 4 into the first container 6. There, the nitrogen content is adsorbed by the adsorbent. One with oxygen Enriched product leaves the first container 6 and passes through the throttle 11 into the product storage 13 and over the pressure reducer 14 in the line 15 to the consumer. At the same time, part of the enriched product flows over the Throttle 12 in the second container 7 and flushes the nitrogen adsorbed there via the outlet valve 9 into the atmosphere. As the adsorption of nitrogen in the first container 6 progresses, the pressure in the first container 6 and in the mixture feed increases 2 on. If a peak pressure is reached which, according to empirical values, corresponds to optimal utilization of the adsorbent, the pressure switch set for this gives 20 a signal to the control unit 10. This then closes the valves 4, 9 of the first valve arrangement and ends the first operating state. At the same time, the control unit 10 opens the valve 18 in the pressure equalization line 16, see above that a rapid pressure equalization between the containers 6,7 can take place. The pressure in the containers is 6.7 through the pressure equalization switch 19 via the branches of the connection

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leitung 17 überwacht. Bei Erreichen des Druckgleichgewichtes gibt der Druckausgleichsschalter 19 ein Signal an die Steuereinheit 10, die daraufhin das Ventil 18 schließt und die Ventile 5,8 der zweiten Ventilanordnung öffnet. Damit beginnt der zweite Betriebszustand, der bei vertauschten Funktionen zwischen den Behältern 6,7 sinngemäß dem ersten Betriebszustand entspricht. Auch seine Beendigung und der anschließende übergang zum ersten Betriebszustand verlaufen sinngemäß wie beschrieben. Die geschilderten Vorgänge wiederholen sich in zyklischer Folge.line 17 monitored. When the pressure equilibrium is reached the pressure compensation switch 19 sends a signal to the control unit 10, which then closes the valve 18 and opens the valves 5, 8 of the second valve arrangement. That begins the second operating state, which corresponds to the first operating state when the functions are swapped between the containers 6, 7 is equivalent to. Its termination and the subsequent transition to the first operating state also proceed in the same way described. The processes described are repeated in a cyclical sequence.

Die Vorrichtung nach Fig. 2 unterscheidet sich von der beschriebenen Vorrichtung nach Fig. 1 nur dadurch, daß die Verbindungsleitung 17 mit dem Druckausgleichsschalter 19 entfallen ist und stattdessen ein mit der Gemischzuführung 2 verbundener zweiter Druckschalter 21 nach dem Erreichen des S~haltdruckes ein Signal an die Steuereinheit 10 abgibt. Der erste Betriebszustand verläuft in der beschriebenen Weise. Nach seiner Beendigung durch Schließen der Ventile 4,9 der ersten Ventilanordnung vollzieht sich bei geöffnetem Ventil der Druckausgleich. Währenddessen kommt es bei fortgesetzter Druckluftzufuhr und geschlossenen Einlaßventilen 4,5 in der Gemischzuführung 2 und dem damit verbundenen Gemischspeicher zu einem zeitproportionalen Druckanstieg, der je nach Art der verwendeten Druckluftquelle, z.B. eines Kompressors, aus Erfahrungswerten bekannt 1st. Der erfahrungsgemäß für das Erreichen des Druckgleichgewichtes in den Behältern 6,7 erforderlichen Zeit läßt sich dadurch ein in derselben Zeit in der Gemischzuführung 2 erreichter Druckwert zuordnen, der als S^haltdruck für den zweiten Druckschalter 21 gewählt wird. Nach Erreichen dieses Schaltdruckes, und damit auch erfahrungsgemäß Erreichen des Druckgleichgewichtes in den Behältern 6,7, gibt der zweite Druckschalter 21 ein Signal an die Steuereinheit 1O, die daraufhin das Ventil 18 schließt und die Ventile 5,8 der zweiten Ventilanordnung zumBeginn des zweiten Betriebszustandes öffnet. Auch diese Vorgänge wiederholen sich in zyklischer Folge.The device according to FIG. 2 differs from that described Device according to FIG. 1 only in that the connecting line 17 with the pressure compensation switch 19 is omitted is and instead a connected to the mixture feed 2 second pressure switch 21 after reaching the S ~ holding pressure emits a signal to the control unit 10. Of the first operating state proceeds in the manner described. After its completion by closing the valves 4,9 the In the first valve arrangement, the pressure equalization takes place when the valve is open. Meanwhile it comes with continued Compressed air supply and closed inlet valves 4.5 in the Mixture feed 2 and the associated mixture reservoir to a time-proportional increase in pressure which, depending on the type of compressed air source used, e.g. a compressor, is based on empirical values known 1st. Experience has shown that this is necessary to achieve the pressure equilibrium in the containers 6.7 As a result, a pressure value reached in the mixture feed 2 in the same time can be assigned to the time, which is the hold pressure for the second pressure switch 21 is selected. After reaching this switching pressure, and thus also based on experience When the pressure equilibrium in the containers 6, 7 is reached, the second pressure switch 21 sends a signal to the control unit 1O, which then closes the valve 18 and the valves 5, 8 of the second valve arrangement at the beginning of the second operating state opens. These processes are also repeated in a cyclical sequence.

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Claims

1. Device for breaking down a mixture, in particular an oxygen separator, with two containers filled with an adsorbent selective for a component, with a first valve arrangement which is in a first operating state an unimpeded supply of the pressurized mixture to the first container and a guiding of a part allows the enriched product to the second container so that the adsorbed component is flushed out there, and one second valve arrangement which, in a second operating state, provides an unimpeded supply of the pressurized mixture to the second container and a guide of part of the enriched product to the first container, so that there the adsorbed component is flushed out, both Containers are connected to a controlled valve via a pressure equalization line, characterized by a pneumatic one Control unit (10) which switches the valve arrangements and thus the operating states from one to the other and is triggered by a pressure switch (2Q) in the mixture feed (2), which, based on the pressure equilibrium in the containers (6,7), after the set peak pressure has been reached in the connected container.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the pressure equilibrium in the containers (6,7) by a pressure equalization switch (19) is established in a connecting line (17) to the containers (6,7) and its signal is the pneumatic control unit (10) is applied.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that a second pressure switch (21) in the mixture feed (2) after Reaching the switching pressure switches and the pneumatic Control unit (10) applied signal to the pressure equilibrium reached in the containers (6,7) by the switching time can be closed.

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