DE3205809A1

DE3205809A1 - Vorrichtung zur konzentrierung von sauerstoff

Info

Publication number: DE3205809A1
Application number: DE19823205809
Authority: DE
Inventors: Norman R. 14150 Tonwanda N.Y. McCombs
Original assignee: Greene and Kellogg Inc
Current assignee: Greene and Kellogg Inc
Priority date: 1981-08-28
Filing date: 1982-02-18
Publication date: 1983-03-10
Also published as: DE3205809C2; FR2512226B1; JPS6126408B2; SE8200124L; GB2104409B; IT1151387B; JPS5836616A; FR2512170A1; FR2512125B1; FR2512127A1; CA1187420A; FR2512126B1; NO820352L; AU7988482A; US4378982A; NL8202408A; FR2512127B1; ZA82532B; JPS63166413A; FR2512170B1

Description

PATENTANWALT DIPEnNamMANFRED. RAU

D-8500 NORNBERG 91 POSTFACH 91 04 80 LANGE ZEI LK 30 TELEFON 09 11 / 3 71 Λ7 TELEX 06 / 23 965

-5-

VNR 1o6984 Nürnberg,17.o2.1982

S/St

GREENE & KELLOGG, INC., 29o Creekside Drive, Tonawanda

N.Y. 1415ο, USA

Vorrichtung zur Konzentrierung von Sauerstoff

Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zur Konzentrierung eines bestimmten Gases aus einem Gasgemisch heraus. Insbesondere bezieht sie sich auf eine Vorrichtung zur Herstellung sauerstoffangereicherter Luft für medizinische Zwecke.

Die vorliegende Erfindung weist gegenüber dem bekannten Stand der Technik zahlreiche Vorteile auf. Sie erzielt dabei zahlreiche Verbesserungen, insbesondere hinsichtlich Gewicht, Größe und Betriebsgeräuschverminderung, und eine Senkung der Kosten und des Materialaufwands bei der Herstellung. Die Verminderung von Größe, Lärm und Gewicht sind bei diesem Anwendungsbereich von besonderer Bedeutung, da derartige Vorrichtungen oft von kranken, älteren und/oder schwachen Personen benutzt werden.

Die vorliegende Erfindung richtet sich nicht auf einen bestimmten Druckänderungs-Adsorptionszyklus (PSA) als solchen. Die Erfindung kann bei praktisch jedem derartigen Zyklus Verwendung finden und ist in der Lage, die Durchführung vieler verschiedener Mehrbett- oder Einzelbett-

Zyklen zu ermöglichen, wobei dann entsprechende Änderungen an den inneren Verbindungen zwischen den Ventilen und/oder an den Behältern in dem Adsorptionsbett-Behälterbaustein vorgenommen werden müssen.

Ein Merkmal besteht in der Reduzierung des Geräusches, welches normalerweise an der Ansaugseite des Luftkompressors entsteht. Demnach ist ein Einlaßrohr von vorbestimmter Länge und Durchmesser vorgesehen, welches, wie erfindungsgemäß erkannt wurde, einen geräuschreduzierenden Dämpfungseffekt bringt.

Ein weiteres Merkmal bezieht sich auf die verbesserte Kon-· struktion des Adsorptionsbetts, welche zahlreiche Vorteile bringt. Dementsprechend ist eine ringförmige Anordnung des Arbeitsbetts vorgesehen, welche im wesentlichen zu einer Verdoppelung der Bettlänge bei gleicher Ausgangslänge des umhüllenden Rohres führt. Die LängserStreckung des Betts ist praktisch in sich selbst eingefaltet. Dies bringt zusätzliche Vorteile insofern mit sich, als alle Verbindungen oben angebracht werden können, wodurch der Durchfluß von innen nach außen oder umgekehrt möglich wird und grundsätzlich eine kompakte, leichtgewichtige Bettanordnung erzielt wird. Darüber hinaus ist das Bett austauschbar und umfaßt Vorrichtungen, welche mit dem Einlaßschlauch des Kompressors zusammenwirken, wodurch eine noch größere Effizienz des Merkmals bewirkt wird.

Ein weiterer Aspekt der durch die Erfindung erzielten Verbesserung bezieht sich auf die Anordnung im unteren Abschnitt in Kombination mit dem Luftkompressor, wo eine Schalldämpfungskammer im Bereich der Auslaßöffnung des Lüfterrads vorgesehen ist, welches die Kühlluft durch die Vorrichtung befördert, wobei durch diese Kammer das durch das Lüfterrad

hervorgerufene Geräusch wesentlich vermindert wird.

Ein weiteres Merkmal bezieht sich auf die verbesserten Einrichtungen zur Festlegung beim Verschiffen, wobei eine äußerst einfache Schrauben-Flügelmutteranordnung den schweren Kompressor während des Verschiffens festlegt und leicht und mühelos vor Gebrauch entfernt werden kann und schließlich danach, bei einer eventuell neuerlichen Verschiff ung,wieder zur Verfügung steht.

Die erfindungsgemäß erzielte Leichtgewichtigkeit und Kompaktheit ist auch bei den Arbeitsbereichbausteinen vorne und hinten am Gehäuse anzutreffen, wobei diese Bereiche mehreren Zwecken dienen. Die Arbeitsbereiche weisen nicht nur Vorrichtungen zum Tragen auf, sondern dort sind auch zahlreiche notwendige Funktionseinheiten eingebaut, darunter ein Durchflußmesser, ein Ein-Ausschalter, ein Kontrollicht, eine Sicherung und eine Zeitablaufmeßeinrichtung. Der vordere Arbeitsbereich umfaßt auch eine geneigte Frontplatte, in welcher viele dieser funktionellen Vorrichtungen untergebracht sind und welche deren Handhabung weitaus bequemer macht.

Die Verminderung in den Herstellungskosten resultiert im wesentlichen aus der Bausteinbauweise der erfindungsgemäß verwendeten Konstruktion. Die gesamte Vorrichtung ist dementsprechend auf eine Vielzahl einzelner Bausteine reduziert, von welchen jeder für sich hergestellt werden kann, wodurch die Gesamtkonstruktion wesentlich vereinfacht wird. Der abschließende Zusammenbau besteht damit praktisch lediglich aus dem Zusammenfügen der fertig aufgebauten Bausteine. Diese Bausteine umfassen die Adsorptionsbettanordnung, eine Hauptzwischenwand, welche alle elektrischen und viele anderen Teile aufnimmt, die Arbeitsbereiche und das Gehäuse. Die Vorfabrizierten Bausteine werden in dem Gehäuse be-

festigt, mit einfachen elektrischen und pneumatischen Verbindungen aneinander angeschlossen und schon ist die gesamte Vorrichtung im wesentlichen komplett.

Ein weiteres Element, welches in die Größen- und Gewichtsreduzierung Eingang findet, ist das Vorsehen eines doppelten Verwendungszwecks für eines der Ventile. Es ist vorteilhaft, die Kompressorabluft abzulassen, bis der Kompressor und andere Teile der Maschine auf die Arbeitsgeschwindigkeit eingelaufen sind. Bei vorbekannten Vorrichtungen wurde üblicherweise ein eigenes Ablaßventil im Bereich des Kompressorauslasses vorgesehen. Erfindungsgemäß wird durch eine verhältnismäßig einfache Abwandlung der elektrischen Schaltung erreicht, daß die Auslaßfunktion von einem im Rahmen des PSA-Zyklus, welchen die Maschine durchführt, ohne hin benötigten Ventils übernommen werden kann.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsbei formen anhand der Zeichnung. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Vorderseite der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung entsprechend Fig. 1 um 18o° gedreht,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht von hinten, wobei die hintere Abdeckung und Teile einer Seitenwand abgenommen und der Deckel und gewisse innere Bauteile aufgebrochen oder der Übersichtlichkeit halber weggelassen sind,

Fig. 4 eine Aufsicht des Adsorptionsbett-Bausteins, wobei einige Teile aufgebrochen und im Querschnitt dargestellt sind,

Fig. 5 eine vertikale Ansicht des Adsorptionsbett-Bausteins, wobei einige Teile aufgebrochen und im Querschnitt dargestellt sind, . .

Fig. 6 und 7 einander entsprechende Ansichten einer ersten und zweiten Ausführungsform der schalldämmenden Kühlluftauslaßkammer,

Fig. 8 einen teilweisen Aufriß der bevorzugten Ausführungsform mit dem Arbeitsbereich im Gehäuse,

Fig. 9 ein schematisches Gesamt- und Flußdiagramm des Arbeitskreislauf s, der in der bevorzugten Ausführungsform Verwendung findet und

Fig.io ein vereinfachtes teilweises Schaltbild.

Bei der in Fig. 1, 2 und 3 dargestellten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1o ist eine Vorderseite 12,eine Rückseite in Form einer Tafel 14, linke und rechte Seiten 16 und 18 und ein Oberteil in Form eines eigenen Deckels 2o vorgesehen. Bei aufgesetztem Deckel 2o und aufgesetzter Rückwand 14 wird zur Aufnahme der inneren Teile ein im wesentlichen luftdichtes Gehäuse gebildet. Es sind Einrichtungen vorgesehen, um dem Durchgang von Raumluft durch dieses Gehäuse zur Kühlung der inneren Bauteile zu gestatten, insbesondere des Luftkompressors. Dies erfolgt zusätzlich zu der eigentlichen Betriebsluft, welche auch vom Inneren des Gehäuses abgezogen wird. Der Strom der Betriebsluft ist beträchtlich geringer als derjenige der Kühlluft. Zu diesem Zweck ist die Vorderseite 12 mit einem vorderen Arbeitsbereich-Baustein 22 versehen, welcher auch das Einfließen von Luft gestattet. Der Arbeitsbereich-Baustein 22 ist im einzelnen in den Fig. 1 , 3 und 8 dargestellt und wird im folgenden näher beschreiben.

Die rechte Seitenwand 18 ist mit einer Anzahl von Lamellen 2 4 versehen, um den Auslaß der Kühlluft zu ermöglichen. Wie in Fig. 3 dargestellt, verläuft die Durchströmung durch den vorderen Arbeitsbereich 22, wobei der obere Teil des Innenraums oberhalb der Hauptzwischenwand 28 ausgefüllt wird. Die Kühlluft strömt dann durch eine öffnung 26 in der Hauptzwischenwand 28. Bezugnehmend auf Fig. 6 fließt die Luft nach ihrem Eintritt in die untere Kammer unterhalb der Hauptzwischenwand 28 über den Motorkompressor 3o und tritt durch die Lamellen 24 aus. Die gesamte Kühlluft wird durch ein Lüfterrad 32 bewegt, das an einer vertikalen Wand 34 befestigt ist. Die Konstruktion der Teile 32 und 34 zusammen mit dem der Lamellen 24 wird im Zusammenhang mit der Beschreibung der Fig. 6 und 7 näher dargelegt.

Es sind Vorrichtungen zur Dämpfung des Geräusches des Luftansaugens zum Motor-Kompressor 3o vorgesehen. Zu diesem Zweck erstreckt sich ein Schlauch 36 von verhältnismäßig großem Durchmesser, wie in Fig. 6 dargestellt, durch eine Öffnung 26, vgl. Fig. 3, nach oben, woran sich ein Schlauch 38, der in Fig. 5 dargestellt ist, von verhältnismäßig geringem Durchmesser anschließt. Die besonderen Materialien, Typen und der Aufbau der Schläuche 36 und 38 sind ohne Bedeutung. Insbesondere der Schlauch 36 stellt lediglich eine Verbindung dar und hat keine besondere Funktion hinsichtlich der Schalldämmung. Der wirksame Durchmesser und die Länge des Schlauches 38 erwiesen sich als von wesentlichem Einfluß auf das von der Vorrichtung 1o insgesamt abgegebene Geräusch. Darüber hinaus hat sich gezeigt, daß die beispielsweise in Fig. 5 dargestellte besondere Verbindung zwischen den beiden Schläuschen 36 und 38 ohne Bedeutung ist. In einer günstigen Ausführungsform hat sich gezeigt, daß eine Länge von 15,24 cm und ein Durchmesser von o,9 5 cm bei einem Plastikschlauch sehr gute Ergebnisse

hinsichtlich der Schalldämmung des zugehörigen Motors bzw. Kompressors .liefert.

Darüber hinaus wurde herausgefunden, daß die Anordnung des Einlaßendes des Schlauches 38 in einer mehr oder weniger abgetrennten Kammer einen zusätzlichen vorteilhaften Schalldämmungseffekt bringt. Zu diesem Zweck ist im Hinblick auf das Ziel der Erfindung, die Vorrichtung möglichst kompakt und leicht auszuführen, eine solche Kammer in einem sonst vergeudeten Raum im Adsorptionsbett-Baustein 4o, wie in Fig. 4 und 5 dargestellt, ausgebildet.

Der Adsorptionsbett-Baustein 4o umfaßt zwei größere außen arbeitende Adsorptionsbetten 42 und einen mittleren, kleineren und kürzeren Behälter 44. Die drei Behälter 42 und 44 sind durch eine Platte 46 verbunden. Wie in Fig. 4 dargestellt,weisen die Behälter 42 und 44 einen kreisförmigen Querschnitt auf und definieren so zusammen mit der Platte 46 zwei im wesentlichen rechteckige Räume 48, welche sich zwischen den Behältern und über die Höhe des kürzeren, mittleren Behälters 44 erstrecken. Einer dieser Behälter, in Fig. 4 und 5 der rechte, wird als Einlaßkammer zur Schalldämmung für das Einlaßende des Schlauches 38 verwendet. Zu diesem Zweck ist die Wand 46 mit zwei Ausstanzungen 5o, einer oberen und einer unteren, versehen, wobei die obere Ausstanzung 5o eine runde Öffnung 52 mit einem den Kompressoreinlaßschlauch 38 formschlüssig aufnehmenden Durchmesser aufweist. Die untere Ausstanzung 5o weist eine derartige Öffnung nicht auf. Das Ende des Schlau ches 3 8 ist abgeschrägt, wie bei 52 dargestellt, so daß beim Zusammenbau der Schlauch 38 einfach nach unten durch die Öffnung 52 in der' oberen Ausstanzung 5o geschoben werden kann, bis er an der unteren Ausstanzung 5o anstößt, wobei das schräg abgeschnittene Ende 52 sicherstellt, daß Luft in den Schlauch angesaugt werden kann. Ohne ein

schräg abgeschnittenes Ende 52 würde das Schlauchende flach an der Wandung der Ausstanzung 5o anliegen und damit den Lufteinlaß zum Kompressor unterbinden.

Die schalldämpfende Kammer wird demnach durch den Raum 4 8 gebildet und das Einlaßende 52 des Schlauches 38 zum Kompressor ist in'einer vorbestimmten Lage darin angeordnet, und zwar durch die Anordnung der zwei Ausstanzungen 5o in der Wand 46, welche den Raum 48 einschließt.

Wie vorstehend erwähnt, ist der Verbindungsschlauch 36 so konstruiert, daß er wenig oder keine schalldämpfende Wirkung aufweist. Er ist mit einem verhältnismäßig großen Durchmesser versehen, so daß die Schalldämpfung auf den Bereich des Schlauches 38 im Raum 48 konzentriert ist. Darüber hinaus weist der Schlauch 36 deshalb einen verhältnismäßig großen Durchmesser auf,daß dort kein zusätzlicher Druckabfall im System auftritt_; und daß er die Handhabung und Biegung aufnehmen kann, die erforderlich ist, um ihn innerhalb des Gehäuses der Vorrichtung 1o unterzubringen.

Der vorgefertigte Adsorptionsbett-Baustein 4o liefert einen wesentlichen Beitrag zur Herstellung einer kompakten, preisgünstigen Vorrichtung gemäß der Erfindung. Dabei weisen die aktiven Adsorptionsbetten 42 eine ringförmige Form auf und umfassen ein Außenrohr 54 mit einer Abschlußwandung 5 6 und ein Innenrohr 58 und einen Deckel 6o. Das Innenrohr 5 8 ist im Außenrohr 54 konzentrisch angeordnet und weist eine solche Länge auf, daß es kurz oberhalb der unteren Abschlußwandung 56 endet. Der Deckel 6o weist zwei öffnungen 62 auf, von denen eine im Innenrohr 58 und eine über dem Raum zwischen dem Innen-- und Außenrohr 54 bzw. 58 angeordnet ist. Der gesamte Raum in dem Bett, welcher durch das Außenrohr 54, den Deckel 6o und die untere

Abschlußwandung 56 gebildet wird, ist mit einem geeigneten Adsorptionsmaterial ausgefüllt, wie z. B. Silikongel (silica gel), sogenannten Molekularsieben (molecular sieves) unterschiedlicher Art, Kohle oder ähnlichen Materialien. Geeignete Dichtungen sind in den öffnungen 62 vorgesehen, um für das Gas einen Strömungsweg durch das Adsorptionsmaterial 64 zu schaffen. Der Gasfluß kann durch die mittlere öffnung erfolgen und dann abwärts durch die Mitte des Innenrohres 58 und schließlich aufwärts durch den Ringkörper, oder in die umgekehrte Richtung, d. h. einwärts durch den Ringkörper.

Hieraus wird deutlich, daß das Vorsehen einer solchen Ringkörperanordnung mit praktisch ineinandergefalteten Betten einen wesentlichen Vorteil gegenüber dem Stand der Technik liefert. Insbesondere wird hierdurch ein Bett zur Verfügung gestellt, welches eine effektive Länge von praktisch dem Doppelten der Länge des Innenrohres 54 aufweist, was durch die ringförmige Anordnung erreicht wird. Darüber hinaus kann der Gasdurchfluß in jede Richtung erfolgen, was dann von Bedeutung ist, wenn das adsorbierende Material 64 in entgegengesetzter Richtung durchspült werden soll, oder wenn dies bei anderen Zyklen erforderlich ist, welche bei bestimmten Ausführungsformen der Vorrichtung 1o gegeben sein können.

Die vorstehend verwendete Bezeichnung "Rohr" und der entsprechende Terminus in den Ansprüchen ist so zu verstehen, daß darunter jede Art von Behälter fällt, der zur Aufnahme von Adsorptionsmaterial 64 geeignet ist und so abgewandelt werden kann, daß er der Grundkonzeption des Ineinanderfaltens, wie in Fig. 5 dargestellt, zur Erzielung eines Betts mit einer wirksamen Länge von etwa der doppelten physikalischen Länge entspricht. Dementsprechend ist das

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Worf'Rohr" ebenso wie die Worte "ringförmig" oder "Ring bzw. Ringkörper" so zu verstehen, daß die Erfindung nicht auf Konstruktionen beschränkt ist, welche im Querschnitt kreisförmig sind, sondern auch solche Konfigurationen, wie z. B. Rechtecke, Dreiecke, Ovale, Vielecke oder andere derartige Figuren des Behälters umfaßt, welche dem Grundgedanken der Erfindung gerecht werden.

Hinsichtlich der Adsorptionszyklen ist festzuhalten, daß sehr viele verschiedene Zyklen mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtungen durchgeführt werden können. Die Erfindung ist deshalb nicht auf einen speziellen Arbeitszyklus beschränkt. Als Beispiel sei auf einen Zyklus verwiesen, der in der US-PS 4 194 89o (Patent ausgegeben am 25.o3.198o) vom Erfinder zusammen mit Edward Vrana für denselben Anmelder hinterlegt beschrieben wurde.

Der mittlere Behälter 44 ist leer dargestellt, jedoch kann bei anderen Ausführungsformen oder bei besonderen Arbeitszyklen dieses Bett ebenfalls mit adsorbierendem Material gefüllt sein oder aber auch ganz wegfallen. Der Behälter könnte beispielsweise so ausgelegt werden, daß er als das gesonderte Vorratsadsorptionsbett 32 gemäß dem vorstehend erwähnten Patent wirkt.

Aus den Fig. 4 und 5 wird deutlich, daß die gesamte Anordnung umfassend die drei Behälter 42 und 44 und die Platte zusammen mit den Ausstanzungen 5o und dem Schlauchende entsprechend derem funktioneilen Zusammenwirken zur Schalldämmung vor dem Zusammenbau zur Vorrichtung 1o vorfabriziert werden kann. Diese Vorfabrizierung bzw. der bausteinartige Aufbau des Adsorptionsbetts 4o ist ein wichtiger Zug im Rahmen der erfindungsgemäß insgesamt erreichten Verbesserung, und zwar hinsichtlich der Kostenverminderung bei der Herstellung als auch der Kompaktheit und Größe.

Ein weiterer Aspekt des verwendeten Baukastenkonzepts der Erfindung bezieht sich auf die Hauptzwischenwand 28 _r welche vorstehend bereits kurz beschrieben wurde, und welche den Raum innerhalb des Gehäuses in einen oberen und unteren Abschnitt teilt.Der untere Abschnitt beherbergt Motor bzw. Kompressor 3o und das Lüfterrad 32, welches Kühlluft durch die Vorrichtung bewegt. Der Großteil der Komponenten, Ausrüstungsteile usw., welcher zur Durchführung des jeweiligen Arbeitszyklus der Vorrichtung 1o erforderlich ist, ist auf der Zwischenwand 28 angebracht, wobei einige dieser Teile beispielsweise dargestellt sind, hier im einzelnen aber nicht beschrieben zu werden brauchen. Die Hauptzwischenwand 28 umfaßt am Vorderrand einen Fingerabschnitt 66, welcher auf der Oberfläche des mittleren Behälters 44 des Adsorptionsbett-Bausteins 4o ruht (vgl. Fig. 5), so daß das Vorderende der Hauptzwischenwand 28 unterstützt wird. Das Hinterende der Hauptzwischenwand 28 wird durch das obere Ende der vertikalen Wandung 34 gestützt, an welcher das Lüfterrad 32 befestigt ist (vgl. Fig. 6). Die Wandung 34 erstreckt sich von der Vorderseite zur Rückseite des Gehäuses vom Bereich der Rückwand 14 zum entsprechenden Behälter 42 des Adsorptionsbett-Bausteins 4o. Diese Wandung ist in Fig. 3 der Klarheit halber nicht eingezeichnet. Die Hauptzwischenwand 28 ist ebenfalls an geeigneten Trägereinrichtungen befestigt, welche nicht dargestellt sind, und zwar an der Innenseite der linken Wandung 16. Ein weiterer Aspekt der Erfindung, der diese hinsichtlich des Standes der Technik durch niedrige Herstellungskosten und kompakten Aufbau auszeichnet, ist der, daß die Zwischenwand 28 so ausgestaltet ist, daß sie formschlüssig auf ihrem Platz auf der Dreipunktunterstützung, d. h. oben auf dem mittleren Behälter 44, dem oberen Ende der Wand 34 und den Halteeinrichtungen an der Innenseite der Seitenwand 16 zu liegen kommt, ohne daß zusätzliche Be-

Befestigungseinrichtungen erforderlich wären. Auf diese Weise wird die Herstellungs- und Zusammenbauzeit ebenso wie die erforderliche Arbeit und die Zahl der Teile vermindert, indem einfach diese Hauptzwischenwand 28 als Baustein mit all den vormontierten, darauf untergebrachten Komponenten auf die Dreipunkthalterung aufgesetzt wird.

Das Bausteinkonzept der Erfindung umfaßt die Vorfertigung des Adsorptionsbett-Bausteins 4o, der Hauptzwischenwand 28 mit den meisten für die Durchführung eines Arbeitszyklus durch die Maschine erforderlichen Komponenten, die des Gehäuses und die der Arbeitsbereiche. Danach werden bestimmte Verbindungsleitungen, welche in den Zeichnungen im einzelnen nicht dargestellt sind, jedoch in Fig. 9 schematisch angedeutet werden, mit diesen Komponenten verbunden, ebenso wie die erforderlichen Rohre und die notwendige Verdrahtung usw. (wie teilweise in Fig. 3 dargestellt), wobei die Herstellung der Vorrichtung auf diese Weise vervollständigt wird, und zwar mit einer wesentlichen Kostenersparnis im Vergleich zu herkömmlichen Maschinen, welche nach herkömmlichen Herstellungsverfahren hergestellt sind.

in Fig. 6 und 7 sind zwei einander ähnliche Ausführungsformen der Erfindung dargestellt, insbesondere deren jeweilige untere Teile unter den jeweiligen Zwischenwänden 28 bzw. 2 8A. Die in Fig. 7 dargestellten Teile entsprechend der zweiten Ausführungsform, welche gleich oder ähnlich vorstehend beschriebenen Teilen sind, werden mit der entsprechenden Bezugsziffer unter Zusatz eines "A" zitiert.

Durch die vertikale Wand 34 und die rechte Seitenwand des Gehäuses 18 wird eine Kammer 68 gebildet, in welcher das Hauptkühlungs-Lüfterrad 32 befestigt ist. Die Anordnung des Lüfterrads 32 in dieser Kammer 68 hat sich als zusatz-

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lieh geräuschdämpfend wirksam erwiesen, indem die Geräusche des Lüfterrads 32 auf diese Weise markant abgeschirmt werden. Fig. 7 zeigt eine zweite Ausführungsform 1oA, welche der Ausführungsform 1o nach Fig. 6 sehr ähnlich ist, wobei jedoch die untere Kammer für den Motor-Kompressor · und die Kammer 68A beträchtlich größer sind als die Kammer 6 8. Das Lüfterrad 32A und der Motor-Kompressor 3oA dieser zweiten Ausführungsform weisen unterschiedliche Größe und Leistung auf, wobei gefunden wurde, daß eine größenmäßig angepaßte Kammer die Geräusche bei der Ausführungsform ToA besser dämpft als eine relativ kleinere Kammer 68 entsprechend Fig. 6.

Die Erfindung richtet sich auch auf die Art der Befestigung des Motor-Kompressors und der Schutzeinrichtungen beim Verschiffen. In Fig. 6 ist der Motor-Kompressor 3o an einer Platte 7o mit Hilfe einer Mutter-und Schraubenbolzenanordnung 72 befestigt. Die Gesamtheit der Teile 3o, 7o und 72 ist "freischwimmend" auf einem verhältnismäßig dicken, isolierenden Schaumstoffmaterial 74 angeordnet. Diese Anordnung, bei der der Motor-Kompressor 3o auf einem Schaumbett 74 angeordnet ist, zeigt höchst zufriedenstellende Gebrauchseigenschaften, indem der Motor-Kompressor 3o im Betrieb sich ein wenig bewegen kann, wobei Gewicht und Teile gespart werden können. Wenn jedoch der Motor-Kompressor 3o, der ein verhältnismäßig schweres Bauteil darstellt, beim Verschiffen freibeweglich ist, ist es höchst unerwünscht, da hierdurch Beschädigungen hervorgerufen werden könnten. Deshalb weist die untere Wand 76 des Gehäuses eine Einwölbung 78 auf, in welcher eine Schraubenbolzen-Flügelmutter-Anordnung 8o befestigt ist. Eine verhältnismäßig große freie Öffnung für den Schraubenbolzen 8o ist in der Platte 7o vorgesehen, wobei diese öffnung 82 am deutlichsten in Fig. 3 zu sehen ist. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist die Flügelmutter 8o bequem zugänglich, wenn die Rückwand 14

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entfernt ist, und kann dann abgenommen werden. Bei einer erneuten Verschiffung wird die Platte 7o lediglich auf das Schaumbett gedrückt, die Flügelmuttel wieder befestigt und der schwere Motor-Kompressor 3o ist für die Verschiffung befestigt.

Ein weiterer Aspekt dieses Befestigungssystems liegt darin, daß die Platte 7o, an welcher der Motor-Kompressor 3o befestigt ist, das Gewicht dieses verhältnismäßig schweren Bauteils über das gesamte Bett bzw. die Plastikschicht 74, auf welcher das Bauteil„sitzt, verteilt. Die Wirkungsweise entspricht dem eines Schneeschuhs. Wie in Fig. 6 dargestellt, werden andere Teile des Schaumbetts 74 unter dem Motor-Kompressor 3o nicht zusammengedrückt und sind zwischen einem Paar links- bzw. rechtsöffnender Winkel 81 eingefüllt, wobei diese den Raum, in welchem der Motor-Kompressor 3o untergebracht ist, begrenzen. Dadurch werden die Außenteile des Schaumbetts 74 so gehalten, daß der Motor-Kompressor auf der Platte 7o im unteren Gehäusebereich eingebettet ist.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung bezieht sich auf die vorstehend bereits kurz beschriebenen kombinierten Arbeitsbereiche, welche am besten in den Fig. 1, 2, 3 und 8 zu erkennen sind. Der vordere Arbeitsbereich - Baustein 22 umfaßt eine innere Gitterstruktur 84, in welcher ein Filterteil 86 befestigt ist, welches eine Schicht geeigneten Schaumstoffmaterials umfassen kann. Der Baustein 22 umfaßt darüber hinaus eine geneigte Vorderwand 88 (vgl. Fig. 1 und 8), auf welcher zahlreiche weitere Kontroll- und Betätigungseinr.ichtungen angeordnet sind, welche bei herkömmlichen Vorrichtungen über das gesamte Gehäuse verteilt sind. Diese umfassen einen Durchflußregelknopf 9o zur Einstellung der Menge von sauerstoffangereicherter Luft,

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welche über die Armatur 92 an den Benutzer abgegeben wird, einen Haupt-Aus-Einschalter 94, eine Kontrollampe 96 und eine Sicherung 98. Schließlich umfaßt der Arbeitsbereich-Baustein 22 eine kurze obere horizontale Wand 1oo, welche einen geeigneten Griff darstellt, an welchem der Benutzer die Vorrichtung ergreifen und anheben kann.

Der hintere Arbeitsbereich-Baustein 1o2, welcher in Fig. 2 und 8 dargestellt ist, umfaßt eine horizontale Wand 1o4 ähnlich der Wand 1oo im vorderen Arbeitsbereich-Baustein 22, und beherbergt auch ein Meßinstrument 1o6 zur Messung der Betriebszeit der Vorrichtung, wobei derartige Meßeinrichtungen herkömmlicherweise in medizinischen Vorrichtungen dieser Art vorgesehen sind.

Wie in Fig. 1 und 8 zu sehen ist, ist die Wand 88, auf welcher verschiedene Kontrolleinrichtungen und dgl., welche vom Benuzter benötigt werden, einschließlich der Durchflußmeßeinrichtung 9o, des Aus-Einschalters 94, des Kontrollichts 96 und der Sicherung 9 8 befestigt sind, mit einem Winkel von 45 zur Ebene der Vorderwand 12 befestigt. Diese Anordnung der Kontrolleinrichtungen und die Anordnung in dieser einen Wand des Kombinationsarbeitsbereichs macht es dem Benutzer außerordentlich leicht und bequem,, die Handhabung und Überprüfung vorzunehmen. Darüber hinaus sind im einzelnen nicht dargestellte Vorrichtungen zur Beleuchtung des Durchflußmessers, der durch den Knopf 9o eingestellt wird, vorgesehen, so daß die Vorrichtung auch bequem bei Nacht benutzt werden kann. Diese Nachtbeleuchtung ist funktionell in der Durchflußmeßeinrichtung selbst angeordnet, deren Grundkörper aus Kunststoff und damit aus einem besonders lichtdurchlässigem Material besteht. Es können auch von 45 abweichende Winkel benutzt werden, wobei allerdings gefunden wurde, daß für die im Ausführungs-

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beispiel vorgesehene Höhe der Einheit, welche normalerweise auf dem Fußboden steht, 45 den besten Winkel darstellen.

Wie aus Fig. 8 zu ersehen ist, sind in Ergänzung hierzu die horizontalen Wände Too und 1o4 zur Herstellungserleichterung Teile des Gehäusematerials und nicht Teile der eigentlichen Arbeitsbereiche. Auf diese Weise können diese kurzen Wände bei der Herstellung des Gehäuses einfach nach innen gebogen werden und dann als Auflage und Befestigungsfläche für die Arbeitsbereiche dienen. Auf diese Weise wird Material gespart und die Herstellung vereinfacht.

Die Wand 88 ist in Fig. 3 nicht dargestellt, damit andere Teile der Vorrichtung besser erkennbar sind, insbesondere die Befestigung der Filtereinrichtung 86.

Ein weiterer Vorteil dieser Kombinations-Arbeitsbereich-Bausteine und vor allem des vorderen Arbeitsbereich-Bausteins 2 2 besteht darin, daß die Filtereinlage 86 sehr schnell angebracht und entfernt werden kann, wie dies zur Reinigung und zum Austausch periodisch erforderlich ist, indem sie einfach von der Vorderseite des Gehäuses her eingesteckt oder herausgezogen wird.

Der in Fig. 9 dargestellte Wärmeaustauscher 67 weist die gleiche Windung auf wie in Fig. 3 und ist unmittelbar neben der Öffnung 26 angeordnet, wo er günstig im Durchstrom des Kühlfluß durch das Gehäuse liegt. Darüber hinaus ist festzustellen, daß eine verhältnismäßig kleine Anzahl, insbesondere vier, Solenoid-Ventile in der vorteilhaften Konstruktion benötigt wird. Dies bedeutet eine wesentliche Reduzierung gegenüber zahlreichen vorbekannten Vorrichtungen, welche wesentlich mehr Solenoid-Ventile benötigen. Die Verminderung der Solenoid-Ventile reduziert natürlich die

Kosten hinsichtlich der Teile, der Arbeit, der Größe und des Gewichts. Sämtliche verbleibenden Ventile, Durchlässe und dgl. sind in der Zeichnung dargestellt und aus sich selbst ohne nähere Erklärung verständlich.

Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung hinsichtlich der Geräuschverminderung liegt in der Anordnung der Teile derart, daß keine geradlinige Verbindung für den Schall vom Kompres sor 3o zur Umgebung besteht. Aus Fig. 1 und 6 ist ersichtlich, daß die durch den am vorderen Arbeitsbereich angeordneten Filter 86 eintretende Luft zunächst den gesamten oberen Gehäuseraum erfüllt und dann durch die Öffnung 26 in der Hauptzwischenwand 28 geht. Danach tritt sie rechts am Motor-Kompressor 3o, wie aus Fig. 6 ersichtlich, ein. Das zylindrische Teil am Boden ist der Elektromotor und das obere Teil, an welchem der große Schlauch 36 befestigt ist, ist der Kompressor. Dieser Kompressor ist die Hauptgeräuschquelle in diesen Vorrichtung. Die gesamte Innenseite des Gehäuses ist an allen flachen Stellen mit einer Kunststoff schaumisolierung 33 ' ausgekleidet, von der nur kleine Teile dargestellt sind. Das Lüfterrad 32 links bildet zusammen mit der Kammer 68 eine wesentliche Dämmung für die vom Kompressor 3o kommenden Geräusche, welche durch die Lamellen 24 austreten. In der anderen Richtung muß der Schall nach rechts und dann nach oben durch die öffnung 26 und schließlich in einem verschlungenen Weg um die verschiedenen Teile und isolierten Wände in der oberen Kammer gehen, bevor er durch den vorderen Arbeitsbereich austritt. Der hintere Arbeitsbereich 1o2 weist keine Schall austrittsöffnungen aus dem Gehäuse auf. Auf diese Weise kann das Geräusch des Kompressors 3o nicht direkt aus dem Gehäuse austreten, und dem Schall stehen lediglich verwinkelte Wege zur Verfügung, welche zudem mit der isolierenden Schaumstoffauskleidung 33 versehen sind, so daß der Schall zahlreiche Ablenkungen erfährt, bevor er an eine

Gehäuseöffnung gelangt. Durch dieses Ablenken wird ein Großteil der Schallenergie absorbiert.

In Fig. 1o ist ein weiteres Merkmal der Erfindung dargestellt. Herkömmlicherweise ist bei derartigen Vorrichtungen ein Ventil zum Ablassen der vom Kompressor 3o abgegebenen Luft nach außen vorgesehen, bis die Vorrichtung den Betriebszustand erreicht hat. Hierfür war insbesondere die Verwendung eines speziellen Solenoid-Ventils ausschließlich für diesen Zweck vorgesehen. Erfindungsgemäß wird diese Punktion durch das Solenoid-Ventil SV3B übernommen/welches eines der Prozeß-Ventile ist, welches bei der gewöhnlichen Durchführung des bei der bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung 1 ο herangezogenen Zyklus benutzt wird. Das Ablassen der Kompressorluft beim Anlauf wird bei dieser Anordnung durch einen zusätzlichen Relaiskontakt TDE1-2 in Serienschaltung mit der Spule des Ventils SV3B erreicht. Beim Anlaufenlassen der Maschine umfaßt der Rest der ,Kontrolleinrichtungen, welche allgemein durch 1o8 in ITjLg[^ hezeichnet sind, eine Zeitverzögerungseinrichtung _f -welche den, normalerweise geschlossenen Kontakt TDE1-2 betätigt. Dementsprechend öffnen diese Kontakte nach Ablauf einer ,.„, vorbestimmten Zeit, beim Ausführungsbeispiel etwa 5 Sekunden. Während dieser Verzögerungszeit werden die Kontakte TDEJ,-2j nicht betätigt, so daß das Ventil SV3B geschlossen ist-^un.d die vom Kompressor 3o abgegebene Luft entlassen wirci,, ^Nach Ablauf der vorbestimmten Zeit werden die Kontakte TDE1-2^ betätigt, welche dementsprechend; dann die geöffnete;Stellung einnehmen und in dieser verbleiben, ohne ein,e Wirkung auf die Arbeitsweise des Ventils ^_(r bis eine neue Anlaufphase erforderlich ist. Im normalen^Betrieb .steuern, die Kontakte CAM3-2 das Solenoid-Ventil M3?,, QiX-^sprechend _: den Erfordernissen des gerade gefahrenen ,· Z,y_;kl,us Auf diese Weise kann durch das Vorsehen eines zusätzlichen

Relaiskontakts und einfache Umverdrahtung zusammen mit der Zeitverzögerungseinrichtung in den Kontrolleinrichtungen 108 das ohnehin vorhandene Ventil SV3B in zweifacher Hinsicht ausgenutzt werden, und ein zusätzliches Auslaß-Solenoid-Ventil ist zusammen mit den hierfür erforderlichen Verdrahtungen und Betätigungseinrichtungen entbehrlich, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung eine weitere Reduzierung in der Größe, im Gewicht und in den Herstellungskosten erfährt. '

Claims

PATENTANWALT DIPL-ING' DR. MAiMr-RED RAU

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S/St

GREENE & KELLOGG, INC., 29o Creekside Drive, Tonawanda

N.Y. 1415ο, USA

Ansprüche

-| . Vorrichtung zur Abtrennung einer Gaskomponente aus einem Gasgemisch mit Hilfe einer Druckänderungs-Adso.rptionstechnik (pressure swing adsorption = PSA) mit einem Gas-Kompressor und einem Behälter für ein Adsorptionsbett, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (42) ein erstes Rohr (54) von vorbestimmter Länge, welches den Körper des Behälters (42) bildet, ein zweites Rohr (58) von vorbestimmter Länge, welches kürzer als das erste Rohr (54) ist und innerhalb dieses ersten Rohres (54) unter Ausbildung eines ringförmigen Raums zwischen den beiden Rohren (54, 58) angeordnet ist, Einrichtungen (56, 60) zum Abschließen der beiden Enden des ersten Rohrs, von welchen eine (60) auch ein Ende des zweiten Rohres (58) abschließt, und Vorrichtungen (62) zum Durchlaß eines Gasstroms durch die das eine Ende abschließende Einrichtung (60), welche jeweils getrennte Verbindungen mit dem ringförmigen Zwischenraum und mit dem Raum im Inneren des zweiten Rohres (58) aufweisen, umfaßt, so daß die wirksame Länge des Adsorptionsbetts in¹ dem Behälter (62) im wesentlichen der doppelten Länge des ersten Rohres (58) und die tatsächliche äußere Länge des Behälters (62) im wesentlichen der Länge des ersten Rohrs (58) entspricht.

32058G9
2. Vorrichtung zur Abtrennung einer Gaskomponente aus einem Gasgemisch, insbesondere nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Schalldämmung des Gasstroms zum Kompressor umfassend einen Ansaugschlauch (36) mit einer vorbestimmten Länge und einem vorbestimmten Durchmesser derart, daß das Geräusch des dem Kompressor (3o) zugeführten Gases minimiert wird.
3. Vorrichtung zur Abtrennung einer Gaskomponente aus einem Gasgemisch, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen vorderen Arbeitsbereich-Baustein (22) für das beim Gebrauch auf dem Boden stehende und eine im wesentlichen senkrechte Vorderwand (12) aufweisende Gehäuse, durch Einrichtungen zur Befestigung des Arbeitsbereich-Bausteins (22) in der Vorderwand (12), wobei der Arbeitsbereich-Baustein (22) zwei Wände (86, 88) aufweist, welche in den Gehäuseinnenraum ragen und im wesentlichen einen Winkel von 9o° zueinander und von 45° zur Vorderwand (12), des Gehäuses bilden, wobei eine dieser Wände (86, 88) nach, oben und eine nach unten weist; und durch Vorrichtungen zur Befestigung praktisch aller Kontroll- und Betätigungseinrichtungen in der nach oben weisenden Wand (88), wenn die Vorrichtung (1o) in Gebrauchsstellung am Boden steht.
4. Vorrichtung zur Abtrennung einer Gaskomponente Gasgemisch, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (28) zur Trennung . des Innenraums des Gehäuses in wenigstens zwei Teilräume.; durch einen im ersten Teilraum befestigten Motor-Kompresr^ sor (3o); durch Isoliereinrichtungen, mit welchen praktisch alle Innenflächen des Gehäuses, welches die ersten und . _r zweiten Räume bildet, ausgekleidet sind; durch Einrichtungen zum Einlaß eines Stroms von Außenluft in den zweiten Raum, wobei die den ersten und zweiten Raum bildenden Einrich-

tungen eine öffnung (26) zum Durchlaß des Außenluftströms vom ersten in den zweiten Raum umfassen; durch ein Lüfterrad (32) in dem zweiten Raum zur Beförderung des Stroms von Außenluft aus dem ersten Raum, wobei der Motor-Kompressor (3o) im ersten Raum bezüglich der Öffnung (26) zwischen dem ersten und zweiten Raum und bezogen auf die Einlaßeinrichtungen in dem zweiten Raum derart angeordnet ist, daß der vom Motor-Kompressor (3o) erzeugte Schall' vor dem Austritt aus dem Gehäuse einen verwinkelten Weg zurücklegen muß.
5. Vorrichtung zur Abtrennung einer Gaskomponente aus einem Gasgemisch, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl vorfabrizierter Bausteine zum Aufbau der Vorrichtung, wobei diese Bausteine einen Gehäuse-Baustein, einen Adsorptionsbett-Baustein (Ao), einen Schaltplatten-Baustein, auf welchem eine wesentliche Zahl der zur Durchführung des PSA-Zyklus der Vorrichtung erforderlichen Komponenten montiert sind, und einen Arbeitsbereich-Baustein (22), auf welchem im wesentlichen alle vom Benutzer betätigten Kontrolleinrichtungen zum Betrieb der Vorrichtung (1o) angeordnet sind, umfassen; und durch Einrichtungen zum Zusammenbau der verschiedenen Bausteine (12, 13, 22, 4o, 1o2) zur Vereinfachung der Herstellung der Vorrichtung (1o).
6. Vorrichtung zur Abtrennung einer Gaskomponente aus einem Gasgemisch, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine elektrische Steuereinheit für eine Vielzahl von Solenoid-Ventilen zur Regelung des Gasflusses in den und aus dem Behälter (42) für das Adsorptionsbett; durch Einrichtung zum Anschluß wenigstens eines dieser Solenoid-Ventile (SV 3 B) derart, daß der Gasstrom durch wenigstens ein Adsorptionsbett'und das Solenoid-Ventil (SV3B)

in dessen einer Positon nach außen geleitet wird; durch eine Zeitverzögerungseinrichtung, welche in Serie mit dem elektrischen Teil des wenigstens, einen Solenoid-Ventils (SV3B) steht, wobei die Zeitverzögerungseinrichtung so angeordnet ist, daß das Solenoid-Ventil (SV3B) die Abluft des Kompressors (3o) in dessen Anlaufphase während einer Zeit nach außen abgibt, welche der Verzögerungszeit der Zeitverzögerungseinrichtung entspricht, wodurch der Kompressor (3o) die Betriebsgeschwindigkeit ohne Last erreichen kann, und wobei das wenigstens eine Solenoid-Ventil (SV3B) dann gewöhnlicherweise durch andere Teile der Steuerschaltung während des sich an die Zeitverzögerung beim Anlauf anschließenden Dauerbetriebs der Vorrichtung (1o) geregelt wird.
7. Vorrichtung zur Abtrennung einer Gaskomponente aus einem Gasgemisch, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur sicheren Befestigung des Motor-Kompressors (3o) im Gehäuse bei der Verschiffung, wobei diese einen Raum im Gehäuse zur Aufnahme des Motor-Kompressors (3o) bilden, und zwar in Form einer Schicht Schaumstoffisoliermaterials (74) auf der untersten Wand des den Raum für den Motor-Kompressor (3o) bildenden Gehäuses, umfassend eine an der Unterseite des Motor-Kompressors (3o) befestigte Platte (7o), so daß im Normfall der Motor-Kompressor (3o) über die Platte (7o) mit seinem Eigengewicht lediglich auf der Schicht aus Schaumstoff (74) ruht, wobei darüber hinaus an dieser untersten Wand des den Raum für den Motor-Kompressor (3o) bildenden Gehäuses Schraubenbolzen (8o), welche sich durch eine geeignet ausgebildete Öffnung in der Platte (7o) erstrecken, und von Hand zu bedienende Befestigungseinrichtungen, welche in Wechselwirkung mit den Schraubenbolzen (8o) stehen, befestigt sind, um die Festlegung der Platte (7o) mit dem darauf befestigten Kompressor (3o) in einer definierten Lage im Motor-Kompressorraum im Gehäuse zum Zweck der Verschiffung zu bewerkstelligen.