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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur Luftbehandlung der
Art, die mindestens einen Anschluss von Restgas an die Atmosphäre umfasst, der
mit Mitteln zur Geräuschreduzierung,
die von diesem Restgas vermittelt werden, verknüpft ist.
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Die
Erfindung findet insbesondere Anwendung auf Anlagen zur Herstellung
eines Gases aus der Luft, in der Regel Sauerstoff mittels Adsorption aus
Luft, insbesondere der VSA-Art (Vacuum Swing Adsorption bzw. Adsorption
bei moduliertem Druck mit Vakuumanlegung).
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Derartige
Anlagen umfassen im Allgemeinen mindestens einen Adsorptionsbehälter und
einen Luftverdichter, der mittels seiner Verdrängungsseite über das
Zwischenglied einer Zufuhrleitung an eine erste Seite (Einlass)
des Adsorptionsbehälters
angeschlossen ist. An der zweiten Seite (Austritt) des Adsorptionsbehälters sind
eine Produktionsleitung, die vom Benutzer geführt wird, und eine Leitung
zur Elution/erneuten Druckbeaufschlagung angeschlossen. Eine Vakuumpumpe,
im Allgemeinen eine Vakuumpumpe der Art trocken- oder nasslaufende
Wälzkolbenvakuumpumpe,
ist an eine erste Seite des Adsorptionsbehälters angeschlossen. Alle Komponenten
können
einzeln mit dem Adsorptionsbehälter
verbunden und mittels Ventilen von diesem abgeschottet sein. Der
Betrieb derartiger Anlagen umfasst einen Zyklus mit im Wesentlichen
drei Phasen:
- – Während der aktiven oder Produktionsphase, die
im Wesentlichen bei Atmosphärendruck durchgeführt wird,
saugt der Verdichter die Luft der Umgebung an und führt sie
in den Adsorber ein, in dem ein erster Teil der Bestandteile der Luft,
insbesondere Stickstoff, adsorbiert wird und ein zweiter Teil, insbesondere
Sauerstoff, am Austritt des Adsorbers als Nutzgas wiedergewonnen und
dann in den Vorratsbehälter
weitergeleitet wird.
- – Zur
Zeit einer zweiten Phase oder Regenerierphase wird die Einführung der
Luft in den Adsorber gestoppt.
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Anschließend wird
der Stickstoff aus dem Adsorber herausgezogen, zu einem ersten Zeitpunkt durch
Vakuumanlegung mittels Verwendung der Vakuumpumpe und zu einem zweiten
Zeitpunkt durch Spülung
bei niedrigem Druck mittels des Sauerstoffs, der während der
aktiven Phase (Elution) produziert wurde.
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Die
Vakuumpumpe saugt Gas im Adsorber an und verdrängt dieses über einen Schalldämpfer in die
Atmosphäre.
- – Während einer
dritten Phase der erneuten Druckbeaufschlagung wird der Adsorber
erneut mit Sauerstoff druckbeaufschlagt.
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Zur
Verminderung des Lärmpegels
des mittels einer Vakuumpumpe einer VSA-Anlage verdrängten Gases
wird im Stand der Technik ein Luftschalldämpfer verwendet. Ein derartiger
Schalldämpfer
umfasst im Allgemeinen einen Blechmantel, der mehrere Teile aufweist.
Mittel zur Geräuschreduzierung
der reaktiven Art (beispielsweise Impedanzrohre) und der absorptiven
Art (beispielsweise Schallwände)
werden aufeinander folgend in dieser Reihenfolge vom Einlass zum
Austritt im Inneren der verschiedenen Teile angeordnet. Mittel zur
Geräuschreduzierung
der aktiven Art (beispielsweise gesteuerte Lautsprecher; die ein
Gegengeräusch
erzeugen) können
die reaktiven oder adsorptiven Systeme vervollständigen oder mindestens teilweise
ersetzen.
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Allgemeinerweise
ermöglichen
diese Schalldämpfer
nicht, ausreichend geringe Geräuschpegel zu
erreichen, vor allem wenn Vakuumpumpen der Wälzkolbenart verwendet werden,
die ein Frequenzspektrum aufweisen, das aufgrund eines hohen Anteils
niedriger Frequenzen schwer zu dämpfen
ist. Außerdem
sind die Schalldämpfer
sehr sperrig und ihre Blechgehäuse
geben während
des Betriebs Geräusche
ab. Darüber
hinaus sind derartige Schalldämpfer
sehr teuer.
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Es
existiert eine große
Anzahl von Varianten von Anlagen zur Trennung von Gas mittels Adsorption
bei moduliertem Druck.
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Zwei
(nicht einschränkende)
Beispiele derartiger Anlagen werden in den Schriftstücken
US 5,223,004 und
EP 0 598 321 beschrieben.
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Die
Erfindung hat zum Ziel, die obigen erläuterten Nachteile zu beheben
und einen Schalldämpfer
für eine
Industrieanlage der vorgenannten Art bereitzustellen, der eine gesteigerte
Geräuschreduzierung
liefert, die geringere Kosten aufweist und die mäßig sperrig ist.
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Zu
diesem Zweck hat die Erfindung eine Anlage der vorgenannten Art
zur Aufgabe, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Geräuschreduzierung
ein im Wesentlichen geschlossenes und mindestens teilweise unterirdisches
Gehäuse
mit einer mindestens partiellen Abdeckung aus Erde oder einem ähnlichen
Material umfassen.
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Gemäß bestimmten
Ausführungsformen kann
die Erfindung eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:
- – Das
Gehäuse
ist komplett unterirdisch;
- – mindestens
ein Teil der Anlage ist über
dem Gehäuse
angeordnet;
- – die
Anlage weist mindestens einen weiteren Ausgang an die Atmosphäre auf,
der an die Mittel zur Geräuschreduzierung
angeschlossen ist;
- – die
Mittel zur Geräuschreduzierung
weisen, aufeinander folgend von einem Gaseinlass zu einem Gasaustritt,
reaktive Mittel zur Geräuschreduzierung
und absorptive Mittel zur Geräuschreduzierung
auf;
- – die
reaktiven Mittel zur Geräuschreduzierung weisen
zwei reaktive in Reihe geschaltete Geräuschreduzierungsglieder auf;
- – die
reaktiven Mittel zur Geräuschreduzierung weisen
Impedanzrohre auf;
- – die
Anlage weist mindestens eine Vakuumpumpe auf, die insbesondere zum
Verdrängen
des Restgases bestimmt ist und deren Verdrängungsseite mit den Mitteln
zur Geräuschreduzierung verbunden
ist;
- – die
Anlage weist Mittel zum Anschluss der Ansaugseite der Vakuumpumpe
an die Mittel zur Geräuschreduzierung
zum Betrieb der Vakuumpumpe auf derselben auf;
- – die
Anlage weist Mittel zum Anschluss der Ansaugseite der Vakuumpumpe
an die Mittel zur Geräuschreduzierung
hinter dem ersten reaktiven Geräuschreduzierungsglied
und vor dem zweiten reaktiven Geräuschreduzierungsglied auf,
wohingegen die Verdrängungsseite
der Vakuumpumpe mit den reaktiven Mitteln zur Geräuschreduzierung
vor dem ersten reaktiven Geräuschreduzierungsglied
verbunden ist;
- – die
Vakuumpumpe ist eine trocken- oder nasslaufende Wälzkolbenvakuumpumpe;
- – das
Gehäuse
ist aus Beton, Mauerwerk oder ähnlichem
gefertigt;
- – das
Gehäuse
weist einen Abzug zum Ausstoßen
von Gas, insbesondere aus Beton, Mauerwerk oder ähnlichem, auf;
- – der
Abzug weist zusätzliche
Mittel zur Geräuschreduzierung,
insbesondere der absorptiven oder aktiven Art, auf;
- – das
Gehäuse
weist Mittel zum Sammeln und Extrahieren von Wasser auf;
- – bei
der Anlage handelt es sich um eine Industrieanlage zum Trennen von
Gas von der Luft durch Druckwechseladsorption, in der Regel zur
Herstellung von Sauerstoff aus der Luft und
- – das
Gehäuse
umfasst Mittel zur Wärmerückgewinnung,
um das Restgas in Wärmeaustauschbeziehung
mit der eintretenden Luft zu bringen.
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Die
Erfindung wird durch die Lektüre
der folgenden Beschreibung besser verstanden werden, die lediglich
beispielhaft gegeben ist und mit Bezugaufnahme auf angehängte Zeichnungen
erstellt wurde, in denen:
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– die 1 eine
schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer VSA-Anlage
zur Herstellung von Sauerstoff ist;
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– die 2 eine
Ansicht von unten und im Längsschnitt
des Schalldämpfers
gemäß der Linie 2-2
der 3 ist;
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– die 3 ein
Längsschnitt
des Schalldämpfers
entlang der Linie 3-3 der 2 ist.
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Die
in der 1 dargestellte bestimmte Anlage weist drei identische
Adsorber 2A, 2B, 2C auf. Jeder Adsorber
ist über
sein unteres Ende mit einer Leitung zur Zuführung von Luft 4A, 4B, 4C verbunden,
die von der Verdrängung
eines Verdichters 6 der Wälzkolben- oder Zentrifugenart
stammt. Die Ansaugseite des Verdichters 6 ist mit einer
Leitung 8 verbunden, die zur umgebenden Atmosphäre geöffnet ist.
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Über jedem
Adsorber 2A, 2B, 2C befindet sich eine
Anschlussleitung 10A, 10B, 10C an eine Produktionsleitung 12,
die vom Benutzer geführt wird.
Jeder Adsorber 2A, 2B, 2C weist außerdem eine
Verbindungsleitung 14A, 14B, 14C zu einer
Leitung 16 zur Elution/erneuten Druckbeaufschlagung auf,
die von einem Teil des Sauerstoffs der Produktionsleitung 12 durchlaufen
wird. Jeder der Adsorber 2A, 2B, 2C ist über eine
Anschlussleitung 18A, 18B, 18C mit einer
Abfuhrleitung 20 verbunden. Mit jedem der Adsorber sind
vier Ventile verbunden, und zwar ein Zufuhrventil 22A, 22B, 22C,
ein Produktionsventil 24A, 24B, 24C,
ein Ventil zur Elution/erneuten Druckbeaufschlagung 26A, 26B, 26C und
ein Abfuhrventil 28A, 28B, 28C. Über diese
Ventile kann die Verbindung der Adsorber 2A, 2B, 2C mit
den vorgenannten Leitungen hergestellt und einzeln unterbrochen
werden.
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In
der dargestellten Ausführungsform
führt die
Abfuhrleitung 20 von der Ansaugseite zu einer ersten Wälzkolbenvakuumpumpe 30.
Die Verdrängungsseite
dieser ersten Vakuumpumpe 30 ist mit einem tiefgezogenen
Teil verbunden, das einerseits von der Ansaugseite zu einer zweiten
Wälzkolbenvakuumpumpe 32 und
andererseits über
ein Ventil 34 zum Einlass eines im Wesentlichen unterirdischen Schalldämpfers führt, der
mit der Bezugsziffer 50 bezeichnet ist. Dieser Schalldämpfer 50 ist
im Wesentlichen geschlossen, d. h. er hat eine Struktur, die mit Ausnahme
von Öffnungen
zum Einlass und Austritt von Gas geschlossen ist. Der Ausdruck „unterirdisch" bedeutet in diesem
Zusammenhang, dass der Schalldämpfer
mindestens teilweise an seinen seitlichen Wänden und gegebenenfalls an
seiner oberen Wand von Erde oder einem ähnlichen Material abgedeckt
ist. Die Verdrängungsseite
der zweiten Vakuumpumpe 32 ist ebenfalls mit dem Einlass
des unterirdischen Schalldämpfers 50 verbunden.
Die Pumpen können
insbesondere 2 oder 3 Flügel
aufweisen.
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Um
den Platzbedarf zu reduzieren, ist vorteilhafterweise mindestens
ein Teil der Komponenten der Anlage direkt über dem unterirdischen Schalldämpfer 50 angeordnet.
Insbesondere sind in der dargestellten Ausführungsform die Vakuumpumpen über dem
Schalldämpfer
angeordnet.
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Der
unterirdische Schalldämpfer 50,
in der Regel in einem tiefen Graben im Erdboden angeordnet, umfasst
im Wesentlichen ein Gehäuse 52,
vorteilhafterweise aus Stahlbeton (2 und 3),
in der Regel in horizontal lang gestreckter Form, das beispielsweise
durch zwei Quertrennwände 54, 56 in drei
aufeinander folgende Kammern aufgeteilt ist. Alternativ dazu kann
das Gehäuse 52 aus
Mauerwerk, dichten Betonsteinen oder ganz anderem, geeignetem Material
angefertigt sein.
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Zwei
Anschlüsse 64, 66,
die von zwei Vakuumpumpen 30, 32 kommen, sind
am oberen Teil der ersten Kammer 58 angeordnet. Mittel
zur Geräuschreduzierung
der reaktiven Art sind vorteilhafterweise in den zwei Trennwänden 54, 56 angeordnet.
Daher ist ein großes
Impedanzrohr 68 in einer rechteckigen Öffnung angebracht, die in der
ersten Trennwand 54 angeordnet ist, die die erste Kammer 58 von
der zweiten Kammer 60 trennt, und zwei kleine Impedanzrohre 70A, 70B,
die auf einer Platte angebracht sind, sind in den rechteckigen Öffnungen der
Trennwand 56 angeordnet, die die zweite Kammer 60 von
der dritten Kammer 62 trennt. Eine Ansaugleitung 72 führt vom
oberen Teil der zweiten Kammer 60 (1) über ein
Verschlussventil 74 (1) zur Abfuhrleitung 20,
die zur Ansaugseite der ersten Vakuumpumpe 30 zum Betrieb
von Vakuumpumpen auf denselben führt.
Die dritte Kammer 62 umfasst in der Regel Mittel zur Geräuschreduzierung der
absorptiven Art, die beispielsweise Schallwände aufweisen, die von zwei
aufeinander folgenden Gestellen 76A, 76B getragen
werden, die in der Kammer 62 angeordnet sind.
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Zwei
schalldämpfende,
an einer Wand liegende Schallwände 82A, 82B sind
senkrecht auf der flussabwärts
gelegenen Wand der dritten Kammer 62 angeordnet, um dem
Zurückstrahlen
von Schallwellen entgegenzuwirken. Ein Abzug 84, beispielsweise aus
verzinktem Blech, ist auf dem oberen Teil der dritten Kammer 62 am
den Impedanzrohren 70A, 70B gegenüberliegenden
Ende angebracht, um die Abgase in einer guten Höhe auszustoßen.
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Vorteilhafterweise
ist am Äußeren des
Gehäuses 52 ein
Wasserschacht 86 angeordnet, der sich von der Oberfläche des
Erdbodens 87 bis unter den unteren Boden des Gehäuses 52 aus
Beton erstreckt. Der Schacht 86 umfasst unter einer der
Wände,
bei der es sich hier um die flussaufwärts gelegene Wand 88 dieses
Gehäuses
handelt, eine Öffnung 89 zur
Verbindung mit einer Senke 90, die in den Boden der ersten
Kammer 58 führt.
Eine Abfuhr leitung 92, die in den Schacht 86 eintaucht,
führt zu
einer Wasserpumpe 94, die das Wasser aus diesem Schacht 86 extrahieren
soll. Es ist anzumerken, dass der Einlass dieser Leitung 92 sich
oberhalb der Verbindungsöffnung 89 befindet,
so dass diese letztere stets überflutet
ist, um die Geräuschdämmung zwischen
der ersten Kammer 58 und dem Schacht 86 sicherzustellen.
Zwei Kanäle 96, 98 mit
U-Querschnitt sind jeweils quer unter den zwei Trennwänden angeordnet,
um zu ermöglichen,
dass das Wasser, das sich gegebenenfalls in der zweiten 60 und
der dritten 62 Kammer befindet, über Kanäle oder in den Zeichnungen
nicht sichtbare Längsrohre
zum Vorratsbehälter 90 abzuführen. Um
das Abführen
des Wassers über
die Kanäle 96 und 98 und
die Kanäle
und die zugehörigen
Längsrohre
zu erleichtern, umfasst der Boden des unterirdischen Schalldämpfers vorteilhafterweise
ein leichtes Gefälle.
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Es
ist anzumerken, dass das Extrahieren des Wassers aus dem Schacht 86 mit
einem beliebigen anderen, geeigneten Mittel vorgenommen werden kann,
beispielsweise mit Pumpen, insbesondere Tauchpumpen (beispielsweise
zwei gleichlaufende Pumpen), die mit Abfuhrrohrleitungen verbunden sind.
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Die
Anlage arbeitet auf folgender Art und Weise.
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Im
Verlauf des VSA-Zyklus, bei dem es sich um einen beliebigen bekannten
Zyklus handeln kann, verdrängen
die Vakuumpumpen Restgas mit Atmosphärendruck und die verschiedenen
Ventile werden betätigt,
um die gewünschten
Verbindungen der drei Adsorber sicherzustellen.
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Das
durch die Vakuumpumpen 30, 32 verdrängte Gas
vermittelt ein bestimmtes Geräusch. Dieses
Gas wird mittels des einen und/oder des anderen der zwei Anschlüsse 64, 66 in
die erste Kammer 58 eingeführt. Anschließend wird
dieses Gas zum Zirkulieren durch das große Impedanzrohr 68 gebracht,
was eine Phasenver schiebung von Schallwellen schafft und folglich
die niedrigen Geräuschfrequenzen
vermindert. Das Gas zirkuliert von der zweiten Kammer 60 zur
dritten Kammer 62 über
die zwei kleinen Impedanzrohre 70A, 70B, was ebenfalls
das Geräusch
niedriger Frequenzen vermindert. Die zwei kleinen Impedanzrohre 70A, 70B,
die in der Trennwand 56 angeordnet sind, teilen den Durchsatz
auf im Wesentlichen einheitliche Weise auf die Schallwände 76A, 76B der
dritten Kammer auf und steigern die akustische Effizienz dieser
letzteren. Das Gas zirkuliert dann durch die zwei Schallwandreihen 76A, 76B,
in denen das Geräusch
absorbiert wird (insbesondere die mittleren und hohen Frequenzen).
Die Schallwellen werden daran gehindert, von der Endwand zurückzustrahlen,
dank der zwei Schallwände 82A, 82B,
die auf dieser angeordnet sind. Das Gas wird über den Abzug 84 nach
oben abgeführt.
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Es
ist anzumerken, dass der Abzug 84 ausreichend hoch sein
muss, um eine Vergiftungsgefahr durch Stickstoff in der Umgebung
zu verhindern. In einem typischen Fall weist der Abzug 84 eine
Höhe von
ungefähr
6 m auf.
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Alternativ
dazu kann der Abzug 84 auch aus Beton, Mauerwerk oder ähnlichem
implementiert sein und/oder er ist außerdem mit zusätzlichen
Mitteln zur Geräuschreduzierung
versehen, insbesondere aktiven Mitteln (Lautsprecher, die ein Gegengeräusch emittieren),
die die niedrigen und sehr niedrigen Frequenzen verarbeiten.
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Das
durch die Vakuumpumpen 30, 32 verdrängte Gas
kann Wasser enthalten, insbesondere Kühlwasser, wenn es sich um Vakuumpumpen
zur Wassereinspritzung handelt. Das Wasser, das von dem durch die
Vakuumpumpen 30, 32 verdrängten Gas eingeführt wird,
wird im Vorratsbehälter 90 gestaut,
der im Boden der ersten Kammer 58 angeordnet ist. Die Wasserpumpe 94 extrahiert
dieses Wasser durch den Schacht 86 aus dem Vorratsbehälter 90.
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Wenn
der VSA-Zyklus Schritte zum Betrieb der Pumpen auf denselben umfasst,
saugen die Vakuumpumpen 30, 32 Gas über die
Leitung 72 aus der zweiten Kammer 62 an, was bewirkt,
dass das Ansauggeräusch
von demselben Schalldämpfer
wie das Verdrängungsgeräusch gedämpft wird.
Folglich kann auf einen gesonderten Schalldämpfer für die Ansaugung verzichtet
werden.
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Es
ist anzumerken, dass alternativ dazu, wie durch Punkt-Strich-Linien
in der 1 veranschaulicht, andere Ausgänge an die Luft der Anlage
mit diesem unterirdischen Gehäuse
verbunden werden können,
beispielsweise der Ausgang an die Luft der Verdrängungsseite des Zentrifugen-
oder Wälzkolbenluftverdichters 6 über ein
Ventil 99 und eine Leitung 100 oder Entspannungsventile
wie 102 über
eine Leitung 104 für
den Ausgang an die Luft von Adsorbern im Fall eines Produktionszyklus
unter Druck.
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Die
Verwendung eines unterirdischen Gehäuses 52 ermöglicht ein
erhebliches Reduzieren der Emission des Schalldämpfers im Vergleich zu einem Luftschalldämpfer aus
Blech. Die Komponenten zur Geräuschreduzierung
können
größer und
dicker dimensioniert sein, was eine beträchtliche Geräuschverminderung
ermöglicht.
Folglich kann auf die Verwendung von aktiven, mäßig effizienten Mitteln zur Geräuschreduzierung
für beträchtliche
Strömungsdurchsätze verzichtet
werden.
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Die
Erdverlegung des Schalldämpfers
hat als anderen Vorteil, dass der Platzbedarf des Schalldämpfers auf
dem Erdboden praktisch nichtig ist. Die Kosten eines derartigen
Schalldämpfers
sind gering höher
und die Möglichkeit,
mehrere Ausgänge
an die Luft anzuschließen,
führt zu
niedrigeren Gesamtkosten der Anlage.
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Es
ist anzumerken, dass der Druckverlust eines derartigen Schalldämpfers mit
beträchtlichem Querschnitt
in der Größenordnung
von 10 mbar liegt, was geringer als der Druckverlust eines herkömmlichen
Schalldämpfers
ist. In dieser Hinsicht wird der Querschnitt des Schalldämpfers durch
den Durchsatz der Vakuumpumpen und die Länge der Kammern durch die Drehzahl
dieser Pumpen bestimmt.
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In
einer Variante (in den Zeichnungen nicht dargestellt) kann das unterirdische
Gehäuse
Mittel zur Wärmerückgewinnung
enthalten, beispielsweise einen Wärmetauscher, der sich durch
den Querschnitt des Gehäuses
erstreckt, um einen Teil der Energie der Verdrängung des gepumpten Gases zurückzugewinnen.
Dank des vorhandenen Raums im Inneren des Gehäuses und geringer Druckverluste ist
die Wärmerückgewinnung
im Vergleich zu einem Luftschalldämpfer aus Blech vereinfacht.
Die zurückgewonnene
Wärme kann
beispielsweise zum Erwärmen
der von der Ansaugleitung 8 angesaugten Luft verwendet
werden, wenn die Umgebungstemperatur unter der für den Trennvorgang erforderlichen
Temperatur liegt.
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Beim
oben beschriebenen Schalldämpfer handelt
es sich um ein Ausführungsbeispiel.
Die Anzahl, die Art und die Anordnung der Mittel zur Geräuschreduzierung
können
in Abhängigkeit
von der Intensität
und des Spektrums des Geräuschs
modifiziert werden. Es versteht sich, dass sich die Anwendung eines
derartigen Schalldämpfers
nicht auf eine Anlage beschränkt,
die zwei Vakuumpumpen und drei Adsorber umfasst. Die Anzahl und
die Anordnung der Vakuumpumpen, beispielsweise gleichlaufenden Vakuumpumpen,
und der Adsorber kann variieren.