DE3835164A1

DE3835164A1 - Gastrennungsvorrichtung zur erzeugung eines gasprodukts

Info

Publication number: DE3835164A1
Application number: DE3835164A
Authority: DE
Inventors: Masaki Kawai
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-10-17
Filing date: 1988-10-15
Publication date: 1989-04-27
Also published as: DE3835164C2; JPH01104327A; US4857086A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Gas trennungsvorrichtungen oder Vorrichtungen zur Gaszerle gung und insbesondere eine Gastrennungsvorrichtung durch Adsorption und bei geändertem Druck (Druck schwankungsadsorptionstrennungsvorrichtung oder sog. Pressure Swing Adsorption) zum Zerlegen der Luft in Stickstoff und Sauerstoff.

Druckschwankungsadsorptions-Gastrennungsvorrich tungen werden dazu verwendet, die Luft in Stickstoff und Sauerstoff zu zerlegen, indem ein Adsorptions mittel oder Adsorbens wie molekular siebender Kohlen stoff oder kurz Molekularsieb-Kohlenstoff verwendet wird. Der Molekularsieb-Kohlenstoff ist ein poröser Kohlenstoff mit außerordentlich feinen Poren (weniger als 4 A Durchmesser), wobei dieser Kohlenstoff vor zugsweise den Sauerstoff in der Luft auf der Oberfläche der Pore adsorbiert, wenn Luft mit einem im wesentlichen hohen Druck zugeführt wird. Darüber hinaus gibt ein Molekularsieb-Kohlenstoff den auf ihm adsorbierten Sauerstoff wieder frei, wenn der Druck auf normalen Atmosphärendruck vermindert wird oder der Kohlenstoff einem herabgesetzten Druck oder Unterdruck ausgesetzt wird. Ein solcher Druckschwankungs- oder Druckänderungs adsorptionsgasseparator weist den Vorteil auf, das seine Struktur relativ einfach ist und Stickstoffgas mit einer beispielsweise für die Konservierung von Nahrungsmitteln usw. geeigneten Reinheit mit signifikant geringen Kosten erzeugt wird.

Eine typische Gastrennungsvorrichtung mit Druck schwankungsadsorption zur Verwendung von Stickstoffgas produktion weist im allgemeinen eine Adsorptionssäule auf, die mit Molekularsieb-Kohlenstoff gefüllt ist, und erzeugt das Stickstoffgas durch wiederholtes Ausführen eines Adsorptionsschritts, in dem der Adsorptionssäule komprimierte Luft zugeführt wird und der Sauerstoff in der komprimierten Luft infolge der Adsorption von Sauerstoff durch den Molekularsieb-Kohlenstoff entfernt wird. Ferner umfaßt dieser wiederholte Vorgang einen Freigabe- oder Ausströmschritt auf, in dem der Druck in der Adsorptionssäule herabgesetzt wird, d.h. bei spielsweise auf normalen Luftdruck zurückgesetzt wird, indem der Druck in der Adsorptionssäule freigegeben wird, oder indem der Druck in der Adsorptionssäule mit Hilfe einer Pumpe vermindert wird, so daß der auf dem Molekularsieb-Kohlenstoff adsorbierte Sauerstoff frei gesetzt wird und ausströmen kann. Der Adsorptionsschritt und der Freigabeschritt werden mit optimaler Wiederhol periode, d.h. einer Zykluszeit, wiederholt. Infolge dessen wird der Luft aufgrund der Adsorption durch den Molekularsieb-Kohlenstoff jedesmal dann das Sauerstoff molekül entzogen, wenn die Druckschwankungsadsorptions- Gastrennungsvorrichtung den Adsorptionsschritt durch führt, und das gewünschte Stickstoffgas wird als Gas rückstand oder Restgas gewonnen, das ein in der Adsorp tionssäule nach der Entfernung des Sauerstoffs ver bleibendes Gas ist.

Da das Stickstoffgas nur dann gewonnen wird, wenn der Druck in der Adsorptionssäule erhöht wird, wird das Stickstoffgas folglich nur intermittierend, d.h. unter brochen, von der Adsorptionssäule geliefert. Infolgedessen wird in der Praxis in der Gastrennungsvorrichtung mit Druckänderung und Adsorption ein Behälter zur Aufnahme und Speicherung des Stickstoffgases, das auf diese Weise gewonnen wird, benutzt, um ein Stickstoffgas unter konstantem Druck kontinuierlich an dem Ort zu gewinnen und zu fördern, wo das Stickstoffgas verbraucht wird.

In einem Anfangsstadium, wenn die Druckschwankungs adsorptions-Gastrennungsvorrichtung zu arbeiten beginnt, enthält der Behälter oder das Stickstoffreservoir nor malerweise gewöhnliche Luft. Nach Beginn des Arbeits vorgangs wird der Stickstoff in der Luft abgetrennt oder extrahiert und dem Behälter über ein die Adsorp tionssäule und den Tank verbindendes Ventil zugeführt. Infolgedessen nimmt die Konzentration des Stickstoffs im Behälter graduierlich und allmählich zu und erreicht schließlich eine für den jeweiligen Gebrauch ausreichen de Reinheit.

Das Zeitintervall, in dem der Druck in der Adsorp tionssäule entsprechend dem Adsorptionsschritt auf einem hohen Pegel gehalten wird, wird allgemein durch Faktoren wie z.B. die Strömungsrate der Luft, die in die Adsorp tionssäule strömt, die Kapazität und Spezifikation des verwendeten Luftkompressors usw. bestimmt. In einer üb lichen Druckschwankungsadsorptionsgastrennungsvorrichtung ist die Wiederholperiode für einen Arbeitszyklus (der den Adsorptionsschritt und den Freigabeschritt umfaßt) der Gastrennungsvorrichtung auf einen optimalen Wert von 120s festgestellt, wobei diese Faktoren so einbezogen werden, daß ein Stickstoffgas mit gewünschter Reinheit oder gewünschtem Reinheitsgrad gewonnen wird. Eine sol che Wiederholperiode wird im folgenden als Zykluszeit bezeichnet. Jedoch weist die gebräuchliche Druckschwan kungsadsorptionsgastrennungsvorrichtung insofern ein Problem auf, daß sie eine relativ lange vorbereitende oder einleitende Laufzeit benötigt, welche eine Lauf- oder Betriebszeit darstellt, während derer die Gastren nungsvorrichtung aus einem Anfangsstadium heraus, bei dem der Betrieb der Trennungsvorrichtung gestartet wird und der oder die Behälter mit normaler Luft gefüllt sind, bis zu einem Zeitpunkt betrieben werden muß, zu dem das Gas im Behälter einen zufriedenstellenden Reinheitspegel oder Reinheitsgrad erreicht.

Um dieses Problem zu eliminieren oder zumindest zu minimieren führte die Anmelderin eine Serie von Experimenten durch, wobei sie die Zykluszeit unter schiedlich veränderte. Als Ergebnis dieser Experimente wurden die folgenden Sachverhalte aufgedeckt:

1) Die Lauf- oder Betriebszeit der Vorrichtung, die erforderlich ist, damit die Reinheit des Stickstoff gases im Behälter einen Pegel erreicht, der eine rela tiv hohe Sauerstoffkonzentration wie beispielsweise 1% ermöglicht, wird kürzer, wenn die Zykluszeit herabge setzt wird. Jedoch ist es schwierig oder unmöglich, Stickstoffgas mit hohem Reinheitsgrad zu gewinnen, das wesentlich weniger Sauerstoff enthält, solange diese herabgesetzte Zykluszeit angewandt wird.
2) Nachdem die Reinheit des Stickstoffgases den obigen Pegel erreicht, schreitet die Adsorption stetig weiter fort, wenn die Zykluszeit erhöht wird. Diese fortschreitende Adsorption liefert ein Stickstoffgas mit einer Reinheit, die 99,5% im wesentlichen über steigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1, eine neue und nützliche Gastrennungsvorrichtung anzugeben, in der die obigen Probleme eliminiert sind.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patent anspruchs 1 gelöst.

Insbesondere wird für die Erfindung eine Druck schwankungsadsorptions-Gastrennungsvorrichtung zum Erzeugen eines Gasprodukts oder Produktgases angegeben, in der nicht erwünschte Arten oder Gattungen aus einer Gasquelle entfernt werden, wobei in dieser Vorrichtung die gewünschte Reinheit des Gasprodukts in einer vermin derten Betriebszeit der Gastrennungsvorrichtung er zielt wird, indem die Zykluszeit der Gastrennungsvor richtung auf eine relativ kurze Zeit festgesetzt wird, bevor die Reinheit des Gasprodukts einen vorbestimmten Pegel erreicht, und indem anschließend, nachdem der vorbestimmte Pegel der Reinheit erreicht worden ist, die Zykluszeit auf eine hierzu relativ längere Zeit eingestellt wird.

Die erfindungsgemäße Druckschwankungsadsorptions gastrennungsvorrichtung zum Erzeugen oder Gewinnen eines Gasprodukts durch Entfernen unerwünschter Gas arten aus einem Quellen- oder Ausgangsgas umfaßt eine Adsorptionssäule, die mit einem Adsorptionsmittel oder Adsorbens gefüllt ist, welches diese nicht erwünschten Gasarten oder Gassorten unter erhöhtem Druck adsorbiert und die adsorbierten Arten unter einem herabgesetzten Druck wieder freigibt. Ferner ist ein Zufuhrventil zum Zuführen des Ausgangsgases in die Adsorptionssäule vorgesehen. Ein Entlastungs- oder Ausgleichsventil dient zur Abgabe oder Freigabe des Gases, das in der Adsorp tionssäule enthalten ist, so daß der Druck in der Ad sorptionssäule herabgesetzt wird. Ein Entnahmeventil wird geöffnet, um das Gasprodukt, von dem die uner wünschten Gasarten abgetrennt worden sind, zu sammeln und aufzufangen, wenn der Druck in der Adsorptionssäule weiterhin auf einem hohen Wert gehalten wird. Ein Behälter zum Auffangen und Speichern des Gasprodukts, das durch dieses Entnahmeventil geliefert wird, ist ebenfalls vorgesehen. Die Gastrennungsvorrichtung wird derart wiederholt betrieben, daß das Quellengas wieder holt in die Adsorptionssäule eingebracht wird, so daß das Gasprodukt wiederholt gewonnen und in den Behälter gefüllt wird, wobei die Periode der Wiederholung des obigen Wiederholbetriebs der Vorrichtung schrittweise abhängig von der Reinheit des im Behälter gespeicherten Gasprodukts variabel gestaltet wird und geändert wird.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Betriebs zeit zur Erzielung einer ausreichenden erforderlichen Reinheit des Gasprodukts im Behälter nach dem Start kann die erfindungsgemäße Druckschwankungsadsorptions gastrennungsvorrichtung die im Behälter oder Reservoir, den Druckleitungen und Gasleitungen sowie Ventilen verbleibende Luft schnell austreiben, indem zu Beginn des Vorrichtungsbetriebs eine kurze Zykluszeit ver wendet wird. Auch kann in der erfindungsgemäßen Gas trennungsvorrichtung ein hochreines Gasprodukt, z.B. Stickstoff, gewonnen werden, indem der Zyklus auf eine lange Zykluszeit umgeschaltet wird, sobald die Reinheit des Gasprodukts einmal einen vorbestimmten Pegel er reicht hat.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeich nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Gastren nungsvorrichtung, die zwei Adsorptionssäulen abwechselnd verwendet;

Fig. 2 eine weitestgehend schematische Darstel lung zur Erklärung eines Operationszyklusses der in Fig. 1 dargestellten Gastrennungsvorrichtung;

Fig. 3 ein Zeitablaufdiagramm, das die Ablauf folge der Funktionsschritte des Operationszyklusses aus Fig. 2 zeigt;

Fig. 4 eine graphische Darstellung, die experi mentelle Ergebnisse zeigt, welche als Grundlage der vorliegenden Erfindung dienen;

Fig. 5 ein Blockschaltbild, das den Aufbau einer in Fig. 1 enthaltenen Folgesteuereinheit zeigt;

Fig. 6 ein Flußdiagramm, das ein Beispiel des Arbeitsvorgangs der Steuereinheit aus Fig. 5 zeigt;

Fig. 7(A) und 7(B) Flußdiagramme, die ein weite res Beispiel des Arbeitsvorgangs der Steuereinheit in der Gastrennungsvorrichtung aus Fig. 1 zeigen;

Fig. 8(A) und (B) Flußdiagramme, die ein weite res Ausführungsbeispiel des Arbeitsvorgangs der Steuer einheit in der Gastrennungsvorrichtung nach Fig. 1 zeigen und

Fig. 9 eine Teilansicht, die eine Modifikation eines Teils der Gastrennungsvorrichtung aus Fig. 1 zeigt.

Die Fig. 1 zeigt eine Gesamtübersicht über die erfindungsgemäße Gastrennungsvorrichtung, die eine erste Adsorptionssäule oder einen ersten Adsorptions turm 11 und eine zweite Adsorptionssäule 12 umfaßt, die jeweils mit Molekularsieb-Kohlenstoff 11 A und 12 A in relativ dichtem Packungszustand gefüllt sind. Der Molekularsieb-Kohlenstoff 11 A und 12 A ist ein aktivier ter Kohlenstoff (Aktivkohle) und entspricht beispiels weise einem von der Bergbau Forschung GmbH unter der Bezeichnung "CARBON MOLECULAR SIEVES" angebotenen Pro dukt mit einer Korngröße oder Körnung von im allgemeinen einigen Millimetern. Wie bereits erläutert, adsorbiert der Molekularsieb-Kohlenstoff Luftsauerstoff, wenn die Luft unter Druck zugeführt wird. Darüber hinaus läßt der Molekularsieb-Kohlenstoff den Sauerstoff, den er adsorbiert hat, wieder frei, wenn der Druck der Luft reduziert wird.

Den Adsorptionssäulen 11 und 12 wird komprimierte Luft von einem gewöhnlichen Luftkompressor 13 über ein Paar von Zuleitungskanälen oder kurz Leitungen 14 und 15 abwechselnd zugeführt, wie weiter unten näher erläutert werden wird. Um die Zufuhr der komprimierten Luft zu steuern, sind elektromagnetische Ventile 16 und 17 je weils in den Leitungen 14 und 15 vorgesehen. Diese elektromagnetischen Ventile 16 und 17 werden durch eine Steuereinheit 35, die weiter unten näher erläutert werden wird, zur abwechselnden Öffnung und Schließung gesteu ert. Ein weiteres Paar von Kanälen oder Leitungen 18 und 19 sind an die Absorptionssäulen 11 und 12 ange schlossen, um die Ab- oder Freigabe der Luft in den Säulen zu ermöglichen, wenn die Adsorption von Sauer stoff auf der Luft abgeschlossen ist. Die Abströmseite dieser Ableitungskanäle 18 und 19 ist jeweils mit einer gemeinsamen Leitung 20 verbunden, und die Luft in den Säulen 11 und 12 wird über diese gemeinsame Lei tung 20 an die Umgebung der Vorrichtung abgegeben. Darüber hinaus sind die Leitungen 18 und 19 mit weite ren elektromagnetischen Ventilen 21 und 22 versehen, um auf diese Weise die Ableitung der Luft in den Absorptionssäulen 11 und 12 zu steuern. Darüber hinaus werden auch die Ventile 21 und 22 durch die Steuereinheit 35 gesteuert. Ein weiteres Paar von Kanälen oder Lei tungen 23 und 24 ist an die Absorptionssäulen 11 und 12 angeschlossen, um in den Adsorptionssäulen infolge der Adsorption von Sauerstoff durch den Molekularsieb- Kohlenstoff gebildetes Stickstoffgas in einen Tank oder Behälter 28 zu überführen. Auf der Abströmseite sind die Leitungen 23 und 24 mit einer gemeinsamen Leitung 25 verbunden, die schließlich mit dem Behälter oder Reser voir 28 verbunden ist. Um die Zufuhr des Stickstoffgases von den Adsorptionssäulen 11 und 12 zum Behälter 28 zu steuern, sind weitere elektromagnetische Ventile 26 und 27 an den Leitungen 23 und 24 vorgesehen. Wie es weiter unten erläutert werden wird, sind die Ventile 26 und 27 während des Betriebs der Gastrennungsvorrichtung unter Steuerung der Steuereinheit 35 alternierend ge öffnet. Weiterhin sind die Adsorptionssäulen 11 und 12 miteinander über eine weitere Leitung 29 verbunden, die ein weiteres elektromagnetisches Ventil 30 aufweist. Gesteuert durch die Steuereinheit 35 wird dieses elektro magnetische Ventil 30 jedesmal dann geöffnet, wenn die Adsorption in den Adsorptionssäulen 11 und 12 abgeschlos sen ist, und infolge der Öffnung des Ventils 30 wird der Druck in den Adsorptionssäulen 11 und 12 ausgeglichen, d.h. wird gleich. Diese Prozedur wird als Ab- oder Ausgleichung bezeichnet.

Dem Behälter 28 wird von der Säule 11 oder der Säule 12 abwechselnd Stickstoffgas ansprechend auf die Beendigung der Sauerstoffadsorption in jeder dieser Adsorptionssäulen zugeführt. Der Behälter 28 weist eine weitere am Behälter angeschlossene Leitung 31 auf, um das im Behälter 28 enthaltene Stickstoffgas zum Ver wendungsort des Stickstoffs zu führen. Um die Strömung des Stickstoffgases vom Behälter 28 zu steuern, ist auf dieser Leitung 31 ein weiteres elektromagnetisches Ventil 32 vorhanden. Dieses Ventil 32 kann ähnlich wie die anderen Ventile durch die Steuereinheit 35 ge steuert werden oder kann auch vom Stickstoffverwender manuell gesteuert werden.

Darüber hinaus ist der Behälter 28 mit einem Sauer stoffmeßgerät 33 versehen, das die Sauerstoffkonzentra tion im Stickstoffgas im Behälter 28 mißt. Das Sauer stoffmeßgerät 33 erzeugt ein elektrisches Ausgangssi gnal, das diese Sauerstoffkonzentration anzeigt, und dieses Signal wird der Steuereinheit 35 zugeführt. Als Sauerstoffmeßgerät kann jedes Gerät verwendet werden, das ein der Konzentration des Sauerstoffs entsprechen des elektrisches Signal erzeugt. Es kann sich bei spielsweise um ein magnetisches Sauerstoffmeßgerät handeln, das den Paramagnetismus der Sauerstoffmole küle ausnutzt. Ferner ist ein elektrolytisches Sauer stoffmeßgerät möglich, das die infolge der Oxydations- und Reduktionsreaktion auftretende elektromotorische Kraft zwischen einem Paar von in eine Elektrolytlösung eingetauchten Elektroden mißt. Auch kann ein Fest körpersauerstoffmeßgerät verwendet werden, in dem eine Zirkonerde- oder Zirkonoxidkeramik als Elektrolyt be nutzt wird und eine EMK erfaßt wird, die zwischen einem Elektrodenpaar aus Zirkonerdekeramik erzeugt wird.

Die Fig. 1 enthält darüber hinaus einen Vorein stell- oder Vorgabeschalter 34 zur Voreinstellung einer vorbestimmten Sauerstoffkonzentration. Die vorbestimmte Sauerstoffkonzentration wird in der Steuereinheit 35 dazu verwendet, die Zykluszeit in der Gastrennungsvorrichtung zu ändern, wenn die Konzentration des Sauerstoffs im Behälter 28 den vorgegebenen Pegel erreicht, wie weiter unten er läutert werden wird. In einem bestimmten Ausführungs beispiel der erfindungsgemäßen Gastrennungsvorrich tung wird dieser Vorgabeschalter nicht verwendet.

Der Steuereinheit 35, die ein Mikrocomputer ist, werden ein Eingangssignal vom Sauerstoffmeßgerät 33 und auch vom Vorgabeschalter 34 zugeführt, und die Steuereinheit steuert die Öffnung und Schließung der elektromagnetischen Ventile 16, 17, 21, 22, 26, 27, 30 und 32. In der erfindungsgemäßen Gastrennungs vorrichtung weist die Steuereinrichtung 35 einen Speicher 35 A beispielsweise in Form eines Fest speichers (ROM) auf, wobei der ROM 35 A ein in den Fig. 6 oder in den Fig. 7(A) und (B) gezeigtes Pro gramm speichert. Im Programm der Fig. 6 wiederholt die Gastrennungsvorrichtung ihre weiter unten er läuterte Operation oder Funktion mit einer Wieder holperiode oder einer Zykluszeit von 30 s, bis die Sauerstoffkonzentration im Behälter 28 1% erreicht, woraufhin die Vorrichtung ihre Zykluszeit auf 120s umschaltet, nachdem die Sauerstoffkonzentration im Behälter 28 geringer als 1% geworden ist.

Im folgenden wird ein typischer Arbeitsvorgang einer gebräuchlichen Druckschwankungsadsorptions- Gastrennungsvorrichtung unter Bezug auf die Fig. 2 und 3 näher erläutert. Eine solche Druckschwankungs adsorptionsgastrennungsvorrichtung umfaßt die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung mit der Ausnahme, daß die Steuereinrichtung 35 eine Folgesteuereinheit oder sequentielle Steuereinheit ist, die die Öffnung und Schließung der Ventile 16, 17, 21, 22, 26, 27 und 30 mit einer Festzykluszeit steuert. Es ist augenschein lich. daß eine solche Vorrichtung zur Gasabtrennung aufgrund von Adsorption das Sauerstoffmeßgerät 33 und den Vorgabeschalter 34 nicht verwendet.

In der Fig. 2 bezeichnen die zu den Adsorptions säulen 11 und 12 hin zeigenden Pfeile den Zustrom oder die Einströmung komprimierter Luft aus dem Luft kompressor zu den jeweiligen Säulen, und die von den Adsorptionssäulen 11 und 12 wegzeigenden Pfeile stellen entsprechend den Abstrom des Gases aus den Adsorptionssäulen 11 und 12 dar.

In einem ersten Schritt (a) in Fig. 2 werden die Ventile 17 und 21 geöffnet und die komprimierte Luft wird der zweiten Adsorptionssäule 12 zugeführt, so daß die Adsorption von Sauerstoff durch den Molekularsieb-Kohlenstoff 12 A in dieser Säule 12 stattfindet. In diesem Schritt wird infolge dessen Sauerstoff von der Luft in der Säule 12 entfernt und Stickstoffgas, das nach Entfernung des Sauer stoffes aus der Luft verbleibt, bildet sich in der Adsorptionssäule 12 aus. Dieses Stickstoffgas kann beispielsweise kleinere Anteile von Argon, Kohlen dioxid usw., wie sie in der Luft normalerweise neben Stickstoff und Sauerstoff enthalten sind, aufweisen. Jedoch ist das Vorliegen solcher Gasarten im Stick stoffgas in den meisten Fällen zulässig. Zur gleichen Zeit ist die erste Adsorptionssäule 11 über das Ventil 21 zur Luft hin offen, so daß der in einem vorhergehenden Zyklus auf dem Kohlenstoff 12 A ad sorbierte Sauerstoff in die Luft abgelassen wird.

Im nächsten Schritt (b) wird das Ventil 27 zusätzlich zu den Ventilen 17 und 21 geöffnet, und das Stickstoffgas in der Adsorptionssäule 12 wird über das Ventil 27 zum Behälter 28 transportiert. Das Stickstoffgas in Säule 12 wird durch den Druck der Luft vom Kompressor 13, der einen Druck in der Höhe von 8,5 kg/cm² erzeugt, zum Behälter 28 be wegt, der andererseits das Stickstoffgas mit einem Druck von bis zu 5 kg/cm² enthält (d.h. einem Druck infolge von 5 kg pro cm²). Bei diesem Prozeß bildet sich in der Säule zwischen dem Stickstoffgas und der Luft eine nicht dargestellte Grenze, wobei die Mi schung von Luft und Stickstoffgas nicht stattfindet. In diesem Schritt (b) ist das Ventil 21, das die Adsorptionssäule 11 mit der Umgebung des Systems verbindet, weiterhin geöffnet.

In einem nächsten Schritt (c) werden die Ven tile 17, 21, 26 und 27 geschlossen, und das Ventil 30 wird geöffnet. Infolgedessen wird die an Stickstoff angereicherte Luft in Säule 12 der Adsorptionssäule 11 zugeführt, wobei der Druck in den beiden Adsorptions säulen 11 und 12 ausgeglichen wird. Das Zeitintervall, in dem der Schritt (c) durchgeführt wird, ist im Vergleich zum Zeitintervall der Schritte (a) oder (b) kurz und kann in einem typischen Fall 1 bis 3 s betragen.

Infolge der Beendigung des Schritts (c) ist die erste Hälfte des Arbeitsvorgangs der Gastrennungsvor richtung mit Druckschwankungsadsorption beendet. Fol gend auf den Schritt (c) werden die Schritte (d) bis (f), die die zweite Hälfte des Arbeitsvorgangs dieser Vorrichtung darstellen, sequentiell durch Öffnen der Ventile 16 und 22 gestartet, so daß die komprimierte Luft vom Luftkompressor der Adsorptionssäule 11 zugeführt wird und der Druck in der Adsorptionssäule 12 über das Ventil 22 abgelassen wird. Dabei wird aufgrund des Abfalls des Drucks in der Säule 12 der auf dem Kohlenstoff 12 A adsorbierte Sauerstoff frei gelassen und abgegeben. Die Schritte (d) bis (f) entsprechen den Schritten (a) bis (c) mit der Aus nahme, daß die zum Entfernen des Sauerstoffs aus der Luft verwendete Säule 11 anstelle der Säule 12 be nutzt wird und daß die Ventile, die geöffnet und geschlossen werden, entsprechend dieser Änderung be züglich der Adsorptionssäule ebenfalls vertauscht sind. So sind im Schritt (d) die Ventile 16 und 22 geöffnet, und die übrigen Ventile sind wie im Schritt (a) geschlossen. Infolgedessen wird der Ad sorptionssäule 11 frische Luft zugeführt, wobei in folge der Adsorption von Sauerstoff in der Säule 11 Stickstoff gewonnen wird. Im Schritt (e) wird darüber hinaus das Ventil 23 geöffnet und das Stickstoffgas in Säule 11 wird ähnlich wie im Fall des Schritts (b) zum Behälter 28 übergeleitet. Ferner werden im Schritt (f) alle Ventile außer dem Ventil 30 geschlos sen, und der Druckpegel in den Säulen 11 und 12 wird ausgeglichen.

Beim Betrieb dieses typischen Druckschwankungs adsorptions-Gastrennungssystems werden die Schritte (a) bis (f) mit einer vorbestimmten Wiederholungs periode oder Zykluszeit wiederholt. Die Zykluszeit kann beispielsweise 120s betragen, wobei die erste Hälfte des Arbeitsvorgangs (Schritt (a) bis (c)) 60 s anhält und die letztere Hälfte des Arbeitsvor gangs (Schritte (d) bis (f)) in den anderen 60s fortgesetzt wird. Dabei ist in den üblichen Systemen dieser Art die Zykluszeit des Arbeitsvorgangs des Systems festgelegt.

Die Fig. 3(A) zeigt den zeitlichen Verlauf der Funktionsweise für einen Zyklus dieses typischen Gas trennungssystems aus Fig. 2. Dabei umfaßt dieser eine Zyklus der Funktionsweise die erste Zyklushälfte entsprechend der Schritte (a) bis (c) und die letztere Zyklushälfte entsprechend der Schritte (d) bis (f). Fig. 3(B) verdeutlicht den Betrieb der Adsorptions säule 11 im selben Zeitmaßstab wie in Fig. 3(A). Aus der Fig. 3(B) ist ersichtlich, daß die Säule 11 sich in den Schritten (a) und (b) in einem Zustand auf Außendruck, d.h. drucklosen Zustand, befindet und daß sich die Säule 11 in einem zwischenstuflichen, auf innerem Überdruck liegenden Zustand, bei dem der Druck in der Säule gleich dem Druck in der Adsorp tionssäule 12 ist, im Schritt (c) befindet. Schreitet die Funktion des Gasabtrennungssystems zur letzteren Hälfte des Operationszyklusses fort, wird der Säule 11 aus dem Luftkompressor Frischluft zugeführt und der Druck in der Säule 11 wird im Schritt (d) angehoben. Im Schritt (d) wird Stickstoff aus der Luft infolge der Adsorption von Sauerstoff durch Molekularsieb- Kohlenstoff 11 A extrahiert, und der so gewonnene Stick stoff wird durch den Druck der Luft vom Kompressor 13 im Schritt (e) zum Behälter 28 transportiert. Ferner wird im Schritt (f) der Druck in der Säule 11 auf den Druck in Säule 12 abgeglichen, d.h. es findet Druckausgleich statt.

Fig. 3(C) zeigt einen ähnlichen Verlauf wie den in Fig. 3(B), wobei in diesem Fall die Betätigung der Adsorptionssäule 12 veranschaulicht ist. In der Adsorptionssäule 12 wird der Druck in der ersten Hälf te des Operationszyklusses des Systems in exakt der selben Weise wie in bezug auf die Adsorptionssäule 11 in der letzten Zyklushälfte angehoben. So wird im Schritt (a) der Säule 12 Frischluft zugeführt und infolge der Adsorption des Sauerstoffs durch den Kohlenstoff 12 A bildet sich Stickstoffgas. Im Schritt (b) wird das Stickstoffgas in der Säule 12 zum Be hälter 28 transportiert. Dann findet in Schritt (c) ein Druckausgleich zwischen der Säule 12 und der Säule 11 statt. In der letzten Hälfte des Betriebs wird der Druck in Säule 12 entsprechend der Schritte (d) und (e) reduziert und dann im Schritt (f) wieder ausgeglichen.

Im folgenden werden die Ergebnisse von Experi menten, die von der Anmelderin durchgeführt wurden, an Hand der Fig. 4 erläutert, wobei die an Hand dieser Resultate herausgefundenen Besonderheiten die Grund lage der Erfindung darstellen.

Die Anmelderin führte ein Serie von Experimenten durch, in denen Stickstoff aus der Luft extrahiert wurde, indem die in Fig. 1 gezeigte Druckschwankungs adsorptions-Gastrennungsvorrichtung verwendet wurde, wobei die Zykluszeit in verschiedenster Weise ver ändert wurde. Die Experimente begannen aus einem Anfangsstadium, bei dem die Adsorptionssäulen 11 und 12 und der Behälter 28 mit Luft gefüllt waren, und es wurde die Änderung der Konzentration des Sauerstoffs im Behälter 28 als Funktion der Zeit mittels des Sauerstoffmeßgeräts 33 gemessen, während unterschiedliche Zykluszeiten angewandt wurden. Wird die Zykluszeit auf 30s gesetzt (in der Fig. 4 durch offene Kreise ange zeigt) und beginnt die Gastrennungsvorrichtung ihren Betrieb, so nimmt die Sauerstoffkonzentration im Be hälter 28 zunächst rapide ab. Unter Verwendung dieser Zykluszeit stellte sich jedoch heraus, daß die Sauerstoffkonzentration im wesentlichen nicht unter 0,7% herabgesenkt werden kann, wenn die Betriebs -oder Laufzeit der Gastrennungsvorrichtung ungefähr 30 min überschreitet.

Wird andererseits die Zykluszeit auf 60 s (in der Figur durch die Dreiecke angedeutet) eingestellt, so nimmt die Sauerstoffkonzentration im Behälter 28 nicht so stark ab wie im Fall der Zykluszeit von 30s. Jedoch nimmt die Sauerstoffkonzentration auch dann noch stetig ab, wenn die Betriebszeit 30 min überschreitet. So wird, wenn die Betriebszeit ungefähr 36 min überschrei tet (in der Zeichnung durch den Punkt P 1 angedeutet), die Sauerstoffkonzentration im Behälter 28 niedriger als im Vergleich zum Fall, bei dem die Zykluszeit auf 30s festgesetzt wurde. Mit anderen Worten ist die Reinheit des letztendlich gewonnenen Stickstoffgases höher, wenn die Zykluszeit auf 60s eingestellt wird, als im Vergleich bei einer Zykluszeit von 30s.

Wird die Zykluszeit auf 90s gesetzt, so verlang samt sich die Abnahmerate der Sauerstoffkonzentration im Stickstoffgas im Behälter 28, jedoch kann die Rein heit des Stickstoffgases durch eine verlängerte Betriebs zeit im wesentlichen über 46 min (Punkt P 2 in Fig. 4) noch weiterhin verbessert werden. Wird die Zykluszeit auf 120s festgelegt, so zeigt sich diese Tendenz noch deutlicher, und es kann ein hochreines Stickstoffgas mit höchster Reinheit gewonnen werden, indem die Betriebszeit im wesentlichen über 52 min (P 3 in Fig.4) ausgedehnt wird.

Im allgemeinen ist die erforderliche Reinheit des Stickstoffgases vom Verwendungszweck des Gases abhängig, wobei ein Stickstoffgas mit einer hohen Rein heit nicht immer erforderlich ist. So kann man in diesem Fall die Betriebszeit der Gasschwankungsadsorptions- Gasabtrennungsvorrichtung durch Verwendung der kurzen Zykluszeit herabsetzen.

Darüber hinaus kann man durch Ausdehnung der Zyklus zeit jedesmal, wenn die Reinheit des Sauerstoffs im Behälter 28 den durch die Punkte P 1, P 2 und P 3 in der Zeichnung definierten Pegel erreicht, ein hoch reines Stickstoffgas mit einer minimalen Betriebszeit oder Laufzeit der Gastrennungsvorrichtung gewinnen.

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild der Steuerein heit 35, die in der Druckschwankungsadsorptions-Gas trennvorrichtung zum Ändern der Zykluszeit in Abhängig keit von der Reinheit des Stickstoffgases im Behäl ter 28 verwendet wird. Danach weist die Steuereinheit 35 ein Eingabeinterface 351 auf, an das das Sauer stoffmeßgerät 33 und der Vorgabeschalter 34 ange schlossen sind. Eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 352, die mit dem Eingabeinterface 351 verbunden ist, eine Taktgabeeinheit 353, die mit der CPU 352 zum Zuführen eines Taktsignals zu dieser CPU verbunden ist, der mit der CPU über einen Bus 354 verbundene Speicher 35 A und ein Ausgangsinterface 355 sind ferner vorgesehen, das mit der CPU 352 zum Empfang von Steuerdaten von der CPU verbunden ist. Das Eingabe interface 351 kann darüber hinaus mit einem Start- Stopp-Schalter 356 verbunden sein, der vom Benutzer zur Anweisung der Steuereinheit 35 betätigt wird, um den Arbeitsvorgang der Gastrennungsvorrichtung zu starten oder die Vorrichtung zu stoppen. Das Eingabe interface 351 führt der CPU 352 Daten, die die Sauerstoffkonzentration im Behälter 28 anzeigen und den mittels des Schalters 34 voreingestellten Sauer stoffpegel darstellen, zu. Ansprechend auf die Daten vom Interface 351 arbeitet die CPU 352 entsprechend einem im ROM 35 A gespeicherten Programm und erzeugt Steuerdaten, die dem Ausgangsinterface 355 auf der Grundlage der Taktsignale von der Taktgabeeinheit 353 zugeführt werden. Das Ausgangsinterface setzt die Steuerdaten vom Ausgang der CPU 352 in elektrische Signale um, um hiermit die Solenoide der jeweiligen Ventile über eine in Fig. 1 gestrichelt dargestellte Verbindungsleitung anzusteuern und zu erregen.

Im folgenden wird ein Beispiel der Funktionsweise der Druckschwankungsadsorptionsgastrennungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung an Hand der Fig. 4 und 6 erläutert. Fig. 6 zeigt ein Beispiel eines Flußdia gramms des im ROM 35 A gespeicherten Programms. Ein vorbestimmter Sauerstoffkonzentrationspegel P, bei dem die Zykluszeit der Gastrennungsvorrichtung zu ändern ist, wird über den Schalter 34 voreingestellt. Dieser Pegel P kann beispielsweise auf 1,0% fest gelegt werden. Ansprechend auf den Start der Gastren nungsvorrichtung (Fig. 6) liest die Steuereinheit 35 den voreingestellten Wert P vom Schalter 34 in einem Schritt 1 ein und liest daraufhin die Sauerstoffkon zentration M, die vom Sauerstoffmeßgerät 33 erfaßt worden ist, in einem Schritt 2 ein. In einem folgenden Schritt 3 vergleicht die Steuereinheit 35 den Wert M mit dem Wert P und stellt hierbei fest und unterschei det, ob M größer als P ist oder nicht. Ist der Schritt 3 unmittelbar nach dem Start des Betriebs der Gas trennungsvorrichtung abgeschlossen, so unterscheidet sich die Sauerstoffkonzentration im Behälter 28 natür lich nicht signifikant von der in der Luft, und das Ergebnis dieser Untersuchung und Entscheidung ist JA. Ansprechend auf dieses Ergebnis schreitet die Funktion zu einem Schritt 4 fort, in dem die Zykluszeit auf 30s festgesetzt wird. Infolgedessen steuert die sequentielle Steuereinheit oder Folgesteuereinheit 36 die Ventile durch ein Steuersignal derart an, daß die Öffnung und Schließung der Ventile 16, 17, 21, 22, 26, 27 und 30 so wie in Fig. 2 beschrieben mit einer Wiederholperiode und einer Zykluszeit von 30s wiederholt wird.

Nach zyklischer Wiederholung des Arbeitsvorgangs der Gastrennungsvorrichtung nimmt die Sauerstoffkon zentration im Stickstoffbehälter 28 graduell ab und erreicht schließlich einen Zustand, in dem der Wert M gleich oder geringer als der Wert P ist. In diesem Zustand ist das Ergebnis der Entscheidung im Schritt 3 NEIN, und die Funktion wird in einem Schritt 5 fortgesetzt,in dem die Zykluszeit auf 120s gesetzt wird. Infolgedessen führt die Steuereinheit der Folgesteuereinheit 36 ein Steuersignal zu, so daß die Funktion der Gastrennungsvorrichtung mit einer Zykluszeit von 120s wiederholt wird.

Wie bereits erläutert wurde, zeigt Fig. 4 die Beziehung zwischen der Betriebszeit der Gastrennungs vorrichtung und der Sauerstoffkonzentration im Be hälter 28. Wie klar aus der Fig. 4 hervorgeht, beträgt die Betriebszeit oder Laufzeit der Gastrennungsvor richtung vom anfänglichen Zustand, bei dem der Be hälter 28 mit Luft gefüllt ist, bis zum Zustand, bei dem die Sauerstoffkonzentration im Behälter 28 den 1%-Pegel erreicht, ungefähr 26 min, wenn die Zyklus zeit auf 30s eingestellt ist. Andererseits beträgt die entsprechende Laufzeit ungefähr 41 min, wenn die Zykluszeit von Anfang an auf 120s festgelegt ist.

Die Steuereinheit 35, in die das Programm nach Fig. 6 eingeladen ist, stellt die Zykluszeit derart ein, daß die Zykluszeit auf 30s gesetzt wird, wenn die Gastrennungsvorrichtung aus dem Anfangszustand gestartet wird, in welchem der Behälter 28, die Leitungen 23, 24 und 25 und Ventile 26 und 27 Luft enthalten. Ist einmal die Sauerstoffkonzentration im Behälter 28 unter 1% abgesunken, so ändert die Steuer einheit 35 die Zykluszeit von 30 auf 120s. Infolge dessen wird die Betriebszeit, die zur Absenkung der Sauerstoffkonzentration im Behälter 28 auf den 1%- Pegel notwendig ist, von den sonst üblichen 41 min auf 26 min herabgesetzt, wobei die Betriebszeit um nicht weniger als 15 min vermindert ist. Darüber hinaus schaltet die Gastrennungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung die Zykluszeit von 30s auf 120s um, sobald die Sauerstoffkonzentration im Behälter 28 auf 1% herabgesetzt worden ist. Infolge dessen wird ein hochreines Stickstoffgas mit einer Reinheit von nicht weniger als 99,5% im kontinu ierlichen Betrieb der Gastrennungsvorrichtung ge wonnen.

Die Fig. 7(A) und 7(B) zeigen Flußdiagramme eines weiteren Ausführungsbeispiels für das Steuerprogramm, das in den ROM 35 A geladen wird, um eine hohe Stick stoffreinheit mit einer minimalen Betriebszeit zu erzielen. Unter Bezugnahme auf Fig. 4 bezeichnen die Punkte P 1, P 2 und P 3 jeweils einen Schnittpunkt der der 30s Zykluszeit und 60s Zykluszeit entsprechenden Kurven, einen Schnittpunkt der der 60s Zykluszeit und 90s Zykluszeit entsprechenden Kurven und einen Schnittpunkt der der 90s Zykluszeit und der 120a Zykluszeit entsprechenden Kurven. In der folgenden Beschreibung werden die den Punkten P 1, P 2 und P 3 entsprechenden Sauerstoffkonzentrationswerte ebenfalls jeweils mit P 1, P 2 und P 3 bezeichnet. Diese Werte sind im ROM 35 A zusammen mit dem Programm gespeichert.

In den Fig. 7(A) und (B) wird die Sauerstoff konzentration im Behälter 28 mittels des Sauer stoffmeßgeräts 33 gemessen, und das Ergebnis der Mes sung wird als ein Wert M in einem Schritt 1 ähnlich wie in Fig. 6 gespeichert. Im folgenden wird im Schritt 2 der Wert M mit dem Wert P 1, der im ROM 35 A gespeichert ist, verglichen. Ist der Wert M größer als der Wert P 1, so wird die Zykluszeit auf 30s eingestellt. Ist andererseits der Wert M gleich oder kleiner als der Wert P 1, so wird der Wert M in einem Schritt 4 mit dem im ROM 35 A gespeicherten Wert P 2 verglichen. Ist der Wert M größer als der Wert P 2, so wird die Zykluszeit in einem Schritt 5 auf 60s eingestellt. Ist andererseits der Wert M gleich oder geringer als der Wert P 2, so wird der Wert M in einem Schritt 6 mit dem im ROM 35 A gespeicherten Wert P 3 verglichen. Ist der Wert M größer als der Wert P 3, so wird die Zykluszeit in einem Schritt 7 auf 90s eingestellt. Ist der Wert M gleich oder geringer als der Wert P 3, so wird die Zykluszeit auf 120s (Schritt 8) eingestellt.

Entsprechend wird die Zykluszeit der Gastrennungs vorrichtung entlang eines Pfades oder Weges gesteuert, der durch die Punkte P 1, P 2 und P 3 in Fig. 4 verläuft, und es wird die Reinheit des Stickstoffgases im Be hälter 28 in einer minimalen Zeitperiode maximiert. Darüber hinaus eliminiert die Verwendung der Steuer sequenz in den Fig. 7(A) und (B) die Notwendigkeit des Vorgabeschalters 34 aus Fig. 1.

Bei der Gastrennungsvorrichtung, die mittels des Programms aus den Fig. 7(A) und (B) gesteuert wird, ist die Betriebs- oder Laufzeit, die erforderlich ist, die Gastrennungsvorrichtung aus dem Anfangszustand in einen Zustand zu bringen, in dem das Stickstoffgas eine ausreichende Reinheit aufweist, ähnlich wie im Fall bei Verwendung des Programms aus Fig. 6 signi fikant herabgesetzt.

Die Fig. 8(A) und (B) zeigen ein weiteres Bei spiel für den Betrieb der Steuereinheit 35. Ent sprechend dieser Figuren wird die Zykluszeit auf einen anfänglichen Wert T 1 im Schritt 1 eingestellt. Dieser Anfangswert T 1 kann beispielsweise zu 30s eingesetzt sein. Im folgenden wird die Konzentration (M 1) des Sauerstoffs im Produktgas, d.h. im Stickstoff im Behälter 28 in einem Schritt 2 unter Verwendung des Sauerstoffmeßgeräts 33 gemessen. Zum gleichen Zeitpunkt wird ein Zeitgeber in einem Schritt 3 ge startet, und die Steuereinrichtung 35 wartet in einem Schritt 4, bis eine Zeit Δ T verstrichen ist. Ist die Zeit Δ T verstrichen, so wird die Konzentration (M 2) des Sauerstoffs im Produktgas im Behälter 28 in einem Schritt 5 wiederum gemessen. Ferner wird in einem Schritt 6 die Änderungsrate der Sauerstoffkonzentra tion im Produktgas im Behälter 28 berechnet. Im Schritt 6 wird ferner festgestellt und unterschieden, ob die Änderungsrate geringer als ein vorbestimmter Wert A ist, und wenn das Ergebnis NEIN ist, so werden die Schritte vom Schritt 2 an wiederholt. Ist anderer seits das Ergebnis JA, d.h. ändert sich die Sauerstoff konzentration im Behälter 28 nicht, so wird die Zyklus zeit T 1 auf T 1+TX zurückgestellt, wobei TX ein vorbestimmtes Inkrement der Zykluszeit ist. Darüber hinaus wird in einem Schritt 8 festgestellt und unter schieden, ob die so zurückgesetzte Zykluszeit T 1 ein vorbestimmtes Maximum MAX der Zykluszeit überschreitet. Ist das Ergebnis NEIN, d.h., daß die Sauerstoffkon zentration im Produktgas im Behälter 28 sich weiterhin nicht mit der Zeit ändert, so werden die Funktions schritte vom Schritt 1 an mit einer anderen Zykluszeit wiederholt, die infolge des Nach- oder Rückstellens im Schritt 7 erhöht ist. Ist andererseits das Ergebnis JA, so wird die Zykluszeit nicht weiter erhöht. Ent sprechend dem Steuerprogramm aus den Fig. 8(A) und 8(B) wird die Zykluszeit schrittweise verändert, wenn die Änderungsrate der Sauerstoffkonzentration mit der Zeit als Ergebnis der Abnahme der Sauerstoffkonzentration im Stickstoffgas im Behälter 28 stationär wird und sich nicht mehr ändert, wobei diese schrittweise Änderung der Zykluszeit so lange erfolgt, bis das Maximum MAX erreicht ist.

In der vorhergehenden Beschreibung wurde die Druckschwankungsadsorptions-Gastrennungsvorrichtung zur Extraktion von Stickstoff aus Luft verwendet. Jedoch kann diese Trennungsvorrichtung genau so gut für die Extraktion von Sauerstoff oder Kohlendioxid verwendet werden. Darüber hinaus ist die Anzahl der Adsorptionssäulen nicht auf zwei begrenzt, sondern es können auch eine oder drei oder mehr solcher Säulen verwendet werden.

Auch ist die Lage des Sauerstoffmeßgeräts 33 nicht auf eine Anbringung am Stickstoffbehälter 28 (Fig. 1) beschränkt, sondern kann an jeder anderen Stelle, die zur Messung der Sauerstoffkonzentration im Stickstoffgas im Behälter 28 geeignet ist, vorgesehen sein. Die Fig. 9 zeigt ein Beispiel einer solchen Modi fikation. Ein Sauerstoffmeßgerät 33′ mit ähnlicher Aus legung und ähnlichen Meßeigenschaften wie das Sauer stoffmeßgerät 33 ist an einer Leitung 31 auf der Ab strömseite des Ventils 32 vorgesehen. In gleicher Weise wie zuvor ist das Sauerstoffmeßgerät an die Steuer einheit 35 angeschlossen und mißt im Betrieb der Vorrichtung die Sauerstoffkonzentration im Stickstoff gas, das aus dem Behälter 28 durch das Ventil 32 aus strömt. Der übrige Aufbau und die Funktionsweise der Gastrennungsvorrichtung entsprechen exakt der der oben beschriebenen an Hand Fig. 1 beschriebenen Vorrich tung.

Darüber hinaus sei darauf hingewiesen, daß die in der Gastrennungsvorrichtung verwendete Zykluszeit nicht auf die Werte von 30, 60, 90 und 120s eingeschränkt ist, sondern auch andere Werte gleichermaßen verwendet werden können.

Weiterhin ist die Erfindung nicht auf die vorlie genden Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern es sind zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, ohne von der Erfindungsidee abzuweichen oder den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

1. Gastrennungsvorrichtung zum Erzeugen eines Gas produkts durch Trennung molekularer in der Luft ent haltener Gasarten, aufweisend eine Adsorptionssäulen einrichtung, der komprimierte Luft zugeführt wird und die dazu ausgelegt ist, ein Adsorbens aufzunehmen, das selektiv eine erste molekulare Gasart von der zugeführten komprimierten Luft adsorbiert, um ein Gasprodukt durch Entfernen dieser ersten molekularen Gasart aus der zugeführten komprimierten Luft in Form eines Nebenproduktgases zu erzeugen, eine erste Ventil einrichtung, die an die Adsorptionssäuleneinrichtung angeschlossen ist und die die Zufuhr der komprimierten Luft zur Adsorptionssäuleneinrichtung steuert, eine zweite Ventileinrichtung, die an die Adsorptionssäu leneinrichtung angeschlossen ist und die die Freigabe des Nebenproduktgases aus dem Adsorbens an einen Außenraum der Gastrennungsvorrichtung steuert, einen Behälter zum Speichern des in der Adsorptionssäulen einrichtung erzeugten Gasprodukts, eine dritte Ventil einrichtung, die mit der Adsorptionssäuleneinrichtung und dem Behälter verbunden ist und das Einströmen des Gasprodukts aus der Adsorptionssäuleneinrichtung in den Behälter hinein steuert, und eine Steuereinrichtung, die elektrisch mit der ersten, zweiten und dritten Ventileinrichtung verbunden ist und die Öffnung und Schließung der Ventileinrichtungen derart steuert, daß ein zyklischer Arbeitsvorgang wiederholt mit einer vor bestimmten Wiederholperiode ausgeführt wird, wobei der zyklische Arbeitsvorgang eine erste Arbeitszyklushälfte aufweist, die wiederum einen ersten Schritt enthält, in dem die erste Ventileinrichtung geöffnet wird und die zweite und dritte Ventileinrichtung geschlossen werden, so daß die komprimierte Luft in die Adsorptions säuleneinrichtung eingeführt wird und die Adsorptions säuleneinrichtung in einem unter Überdruck gehaltenen Zustand steht, und einen zweiten Schritt einschließt, in dem die dritte Ventileinrichtung geöffnet wird und die erste und zweite Ventileinrichtung geschlossen werden, so daß das Produktgas in der Adsorptionssäulen einrichtung zum Behälter überführt wird, und wobei der zyklische Arbeitsvorgang eine zweite Zyklushälfte auf weist, in der die zweite Ventileinrichtung geöffnet wird und die erste und dritte Ventileinrichtung ge schlossen werden, so daß die Adsorptionssäuleneinrich tung in einem überdruckfreien Zustand gehalten wird und das Nebenproduktgas in der Adsorptionssäulenein richtung an den Außenraum der Gastrennungsvorrichtung abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Gastrennungsvorrichtung ferner eine Konzentra tionsmeßeinrichtung (33) aufweist, die zur Messung der Reinheit des im Behälter (28) enthaltenen Gasproduktes vorgesehen ist und ein Ausgangssignal erzeugt, das die Reinheit des Gasproduktes im Behälter anzeigt, und daß der Steuereinrichtung (35) ferner das die Reinheit des Gasproduktes im Behälter anzeigende Ausgangssignal von der Konzentrationsmeßeinrichtung zugeführt wird und die Steuereinrichtung den vorbestimmten Wiederholzyklus des zyklischen Arbeitsvorgangs ansprechend auf die Reinheit des Gasprodukts ändert.

2. Gastrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (35) einen Mikroprozessor (352) und eine Speichereinrichtung (35 A) aufweist, in der zumindest ein Reinheitspegel des Gasprodukts ge speichert ist, daß der Mikroprozessor die Reinheit des Gasprodukts im Behälter (28), die von der Konzentra tionsmeßeinrichtung (33) gemessen wurde, mit dem in der Speichereinrichtung gespeicherten Konzentrationswert vergleicht und die Periode der Wiederholung des zykli schen Arbeitsvorganges schrittweise ansprechend auf das Vergleichsergebnis ändert.

3. Gastrennungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gasart, die aus der der Adsorptionssäulen einrichtung (11, 12) zugeführten komprimierten Luft ent fernt wird, Sauerstoff ist, daß die Meßeinrichtung (33) zum Messen der Reinheit des Gasprodukts im Behälter (28) die Konzentration des Sauerstoffs im Gasprodukt im Behälter mißt, daß in der Speichereinrichtung (35 A) zu mindest ein Sauerstoffkonzentrationspegel gespeichert ist und daß der Mikroprozessor (352) die Periode der Wiederholung des zyklischen Arbeitsvorgangs schritt weise jedesmal erhöht, wenn die Sauerstoffkonzentration im Gasprodukt im Behälter unter jeden von zumindest einem in der Speichereinrichtung gespeicherten Sauerstoffkon zentrationspegel abfällt.

4. Gastrennungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Zykluszeit vorgenommen wird, wenn die Rate der Änderung der Reinheit des Gasprodukts, die von der Konzentrationsmeßeinrichtung (33) gemessen wird, im wesentlichen unveränderlich wird.

5. Gastrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter (356) an die Steuereinrichtung (35) angeschlossen ist, um ein Befehlssignal eines Benutzers zuzuführen, das die Anweisung zum Beginn und Anhalten des Arbeitsvorgangs der Gastrennungsvorrichtung bein haltet.

6. Gastrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gastrennungsvorrichtung ferner einen Vorgabe schalter (34) aufweist, um eine vorbestimmte Reinheit des Gasprodukts vorab einzustellen, daß die Steuerein richtung (35) die von der Konzentrationsmeßeinrichtung (33) gemessene Reinheit des Gasprodukts im Behälter (28) mit dem vorbestimmten, mittels dieses Vorgabeschalters eingestellten Wert vergleicht und die vorbestimmte Periode der Wiederholung des zyklischen Arbeitsvorgangs ansprechend auf das Ergebnis dieses Vergleichs ändert.

7. Gastrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorptionssäuleneinrichtung eine erste Adsorp tionssäule (11) und eine zweite Adsorptionssäule (12) umfaßt, daß die erste Ventileinrichtung eine erste Leitung (14) und eine zweite Leitung (15) umfaßt, die jeweils mit der ersten und zweiten Adsorptionssäule ver bunden sind, und ein erstes Ventil (16) und ein zweites Ventil (17) aufweist, die jeweils an der ersten und zweiten Leitung vorgesehen sind, daß die zweite Ventil einrichtung eine dritte Leitung (18) und eine vierte Leitung (19), die jeweils mit der ersten und zweiten Adsorptionssäule verbunden sind, und ein drittes Ventil (21) und ein viertes Ventil (22) umfaßt, die je weils an der dritten und vierten Leitung vorgesehen sind, daß die dritte Ventileinrichtung eine fünfte Leitung (23) und eine sechste Leitung (24), die jeweils mit der ersten und zweiten Adsorptionssäule verbunden sind, und ein fünftes Ventil (26) und ein sechstes Ventil (27) um faßt, die jeweils an der fünften und sechsten Leitung vorgesehen sind, daß die Adsorptionssäuleneinrichtung darüber hinaus eine siebte Leitung (29), die die erste und zweite Adsorptionssäule miteinander verbindet, und ein siebtes Ventil (30) umfaßt, das an dieser siebten Leitung vorgesehen ist und dessen Öffnungs- und Schließ vorgang durch die Steuereinrichtung (35) gesteuert wird, daß die Steuereinrichtung in der ersten Zyklushälfte einen ersten Steuerschritt durchführt, in dem das erste und vierte Ventil geöffnet werden und die übrigen Ven tile geschlossen sind, ferner einen zweiten Steuer schritt, in dem das vierte und fünfte Ventil geöffnet werden und die übrigen Ventile geschlossen sind, und einen dritten Steuerschritt, in dem das siebte Ventil geöffnet wird und die übrigen Ventile geschlossen sind, daß die Steuereinrichtung ferner in der zweiten Zyklus hälfte einen vierten Steuerschritt ausführt, in dem das zweite und dritte Ventil geöffnet werden und die übrigen Ventile geschlossen sind, ferner einen fünften Steuerschritt ausführt, in dem das dritte und sechste Ventil geöffnet werden und die übrigen Ventile ge schlossen sind, und einen sechsten Steuerschritt, in dem das siebte Ventil geöffnet wird und die übrigen Ventile geschlossen sind.

8. Gastrennungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, zweite, vierte und fünfte Steuerschritt im wesentlichen über ein identisches Zeitintervall aus geführt werden.

9. Gastrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentrationsmeßeinrichtung (33) am Behälter (28) vorgesehen ist, um die Reinheit des Gasprodukts im Behälter zu messen.

10. Gastrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentrationsmeßeinrichtung (33) zur Messung der Reinheit des Gasprodukts im Behälter (28) an einer Leitung (31) vorgesehen ist, die an den Behälter ange schlossen ist und das Gasprodukt im Behälter zu einem Verwendungsort des Gasprodukts transportiert.