EP2204219A1 - Inertisation method to prevent and/or extinguish fires and inertisation system to implement the method - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Inertisierungsverfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Demgemäß betrifft die Erfindung ein Inertisierungsverfahren zur Brandverhütung und/oder Feuerlöschung, bei welchem in der Raumatmosphäre eines umschlossenen Raumes ein vorgebbarer und im Vergleich zur normalen Umgebungsluft reduzierter Sauerstoffgehalt eingestellt und gehalten wird. Hierzu wird ein Anfangs-Gasgemisch bereitgestellt, welches Sauerstoff, Stickstoff und ggf. weitere Komponenten aufweist, wobei aus diesem bereitgestellten Anfangs-Gasgemisch in einem Gasseparationssystem zumindest ein Teil des Sauerstoffs abgetrennt und auf diese Weise am Ausgang des Gasseparationssystems ein mit Stickstoff angereichertes Gasgemisch bereitgestellt wird, und wobei dieses mit Stickstoff angereicherte Gasgemisch in die Raumatmosphäre des umschlossenen Raumes geleitet wird.The present invention relates to an inerting method according to the preamble of
Die Erfindung betrifft ferner eine Inertisierungsanlage zum Einstellen und/oder Halten eines vorgebbaren und im Vergleich zur normalen Umgebungsluft reduzierten Sauerstoffgehalts in der Raumatmosphäre eines umschlossenen Raumes, wobei die Inertisierungsanlage ein Gasseparationssystem aufweist, mit welchem von einem Stickstoff und Sauerstoff enthaltenen Anfangs-Gasgemisch zumindest ein Teil des Sauerstoffs abgetrennt und auf diese Weise am Ausgang des Gasseparationssystems ein mit Stickstoff angereichertes Gasgemisch bereitgestellt wird, und wobei die Inertisierungsanlage ein Zuführleitungssystem aufweist zum Zuführen des mit Stickstoff angereicherten Gasgemisches zu dem umschlossenen Raum.The invention further relates to an inerting system for setting and / or holding a predeterminable and compared to the normal ambient air reduced oxygen content in the room atmosphere of an enclosed space, wherein the inerting has a gas separation system, with which of a nitrogen and oxygen-containing initial gas mixture at least a portion the oxygen is separated and thus provided at the output of the gas separation system, a nitrogen-enriched gas mixture, and wherein the inerting system comprises a supply line system for supplying the nitrogen-enriched gas mixture to the enclosed space.
Bei einer Inertisierungsanlage der zuvor genannten Art handelt es sich insbesondere um eine Anlage zur Minderung des Risikos und zum Löschen von Bränden in einem zu überwachenden Schutzraum, wobei zur Brandverhütung bzw. Brandbekämpfung der Schutzraum dauerinertisiert wird. Die Wirkungsweise einer solchen Inertisierungsanlage beruht auf der Kenntnis, dass in umschlossenen Räumen der Brandgefahr dadurch begegnet werden kann, dass in dem betroffenen Bereich die Sauerstoffkonzentration im Normalfall auf einem Wert von beispielsweise etwa 12 bis 15 Vol.-% dauerhaft abgesenkt wird. Bei dieser Sauerstoffkonzentration können die meisten brennbaren Materialien nicht mehr brennen. Haupteinsatzgebiet sind insbesondere EDV-Bereiche, elektrische Schalt- und Verteilerräume, umschlossene Einrichtungen sowie Lagerbereiche mit hochwertigen Wirtschaftsgütern.An inerting installation of the aforementioned type is, in particular, a facility for reducing the risk and extinguishing fires in a protected area to be monitored, with the protection space being permanently inertised for fire prevention or fire fighting. The mode of operation of such an inerting system is based on the knowledge that in enclosed spaces the risk of fire can be counteracted by the fact that in the affected area the oxygen concentration is normally lowered permanently to a value of, for example, about 12 to 15% by volume. At this oxygen concentration, most flammable materials can no longer burn. The main areas of use are in particular IT areas, electrical switch and distribution rooms, enclosed facilities as well as storage areas with high-quality assets.
Die bei dem Inertisierungsverfahren resultierende Präventions- bzw. Löschwirkung beruht dabei auf dem Prinzip der Sauerstoffverdrängung. Normale Umgebungsluft besteht bekanntlich zu etwa 21 Vol.-% aus Sauerstoff, zu etwa 78 Vol.-% aus Stickstoff und zu etwa 1 Vol.-% aus sonstigen Gasen. Um in einem Schutzraum das Risiko der Entstehung eines Brandes wirksam verringen zu können, wird die Sauerstoffkonzentration in dem betreffenden Raum durch Einleiten von Inertgas, wie beispielsweise Stickstoff, verringert. Im Hinblick auf die Brandlöschung von den meisten Feststoffen ist es bekannt, dass eine Löschwirkung bereits dann einsetzt, wenn der Sauerstoffanteil unter 15 Vol.-% absinkt. Abhängig von den in dem Schutzraum vorhandenen brennbaren Materialien kann ein weiteres Absenken des Sauerstoffanteils auf beispielsweise 12 Vol.-% erforderlich sein. Demnach kann durch eine Dauerinertisierung des Schutzraumes auch das Risiko der Entstehung eines Brandes in dem Schutzraum in effektiver Weise vermindert werden.The prevention or extinguishing effect resulting from the inertization process is based on the principle of oxygen displacement. Normal ambient air is known to be about 21 vol .-% of oxygen, about 78 vol .-% of nitrogen and about 1 vol .-% of other gases. In order to be able to effectively reduce the risk of the formation of a fire in a shelter, the oxygen concentration in the relevant space is reduced by introducing inert gas, such as nitrogen. With regard to the fire extinction of most solids, it is known that a extinguishing effect already starts when the oxygen content drops below 15% by volume. Depending on the combustible materials present in the shelter, further lowering of the oxygen content to, for example, 12 vol.% May be required. Thus, by permanently inerting the shelter, the risk of a fire developing in the shelter can be effectively reduced.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, eine Inertisierungsanlage der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass in möglichst wirtschaftlicher Weise in dem umschlossenen Raum ein vorab festgelegtes Inertisierungsniveau eingestellt und aufrechterhalten werden kann. Insbesondere soll eine Lösung angegeben werden, mit der die bei der Inertisierung eines umschlossenen Raumes anfallenden Betriebskosten reduziert werden können. Des Weiteren soll ein entsprechendes Inertisierungsverfahren angegeben werden, welches eine kostengünstige Inertisierung und insbesondere Dauerinertisierung eines umschlossenen Raumes gewährleistet.The present invention is based on the problem, an inerting of the type mentioned in such a way that can be set and maintained in the most economical manner in the enclosed space a predetermined inerting level. In particular, a solution is to be specified with which the costs incurred in the inerting of an enclosed space operating costs can be reduced. Furthermore, a corresponding inerting method should be specified, which ensures cost-effective inerting and in particular permanent inerting of an enclosed space.
Im Hinblick auf das Verfahren wird diese Aufgabe mit einem Inertisierungsverfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Sauerstoffrestgehalt des am Ausgang des Gasseparationssystems bereitgestellten und mit Stickstoff angereicherten Gasgemisches in Abhängigkeit von dem aktuell in der Raumatmosphäre des umschlossenen Raumes herrschenden Sauerstoffgehalt verändert wird.With regard to the method, this object is achieved with an inerting process of the type mentioned in the present invention, that the oxygen radical content of the nitrogen gas-enriched gas mixture provided at the outlet of the gas separation system is changed as a function of the oxygen content currently prevailing in the room atmosphere of the enclosed space.
Im Hinblick auf die Vorrichtung wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe mit einer Inertisierungsanlage der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, welche ausgelegt ist, das Gasseparationssystem derart anzusteuern, dass der Sauerstoffrestgehalt des mit Stickstoff angereicherten Gasgemisches in Abhängigkeit von dem aktuell in der Raumatmosphäre des umschlossenen Raumes herrschenden Sauerstoffgehalt verändert wird.With regard to the device, the object underlying the invention with an inerting of the type mentioned is achieved in that a control device is provided which is designed to control the gas separation system such that the oxygen radical content of the nitrogen-enriched gas mixture in dependence on the currently in the room atmosphere of the enclosed space prevailing oxygen content is changed.
Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass die Stickstoff-Reinheit des am Ausgang des Gasseparationssystems bereitgestellten und mit Stickstoff angereicherten Gasgemisches bzw. der Sauerstoffrestgehalt des am Ausgang des Gasseparationssystems bereitgestellten und mit Stickstoff angereicherten Gasgemisches einen Einfluss auf die sogenannte "Absenkzeit" hat. Unter dem Begriff "Absenkzeit" ist die Zeitdauer zu verstehen, welche erforderlich ist, um in der Raumatmosphäre des umschlossenen Raumes ein vorgegebenes Inertisierungsniveau einzustellen.The invention is based on the finding that the nitrogen purity of the gas mixture provided at the outlet of the gas separation system and enriched with nitrogen or the oxygen radical content of the nitrogen-enriched gas mixture provided at the outlet of the gas separation system has an influence on the so-called "settling time". The term "lowering time" is to be understood as the time duration which is necessary in order to set a given inerting level in the room atmosphere of the enclosed space.
Im Einzelnen wurde vorliegend erkannt, dass mit zunehmender Stickstoff-Reinheit der Luftfaktor des Gasseparationssystems exponentiell ansteigt.Specifically, it has been found in the present case that with increasing nitrogen purity, the air factor of the gas separation system increases exponentially.
Unter dem Begriff "Luftfaktor" ist das Verhältnis der pro Zeiteinheit dem Gasseparationssystem bereitgestellten Menge an Anfangs-Gasgemisch zur pro Zeiteinheit am Ausgang des Gasseparationssystems bereitgestellten Menge an mit Stickstoff angereichertem Gas zu verstehen. Bei einem Stickstofferzeuger ist üblicherweise die Stickstoff-Reinheit am Ausgang des Gasseparationssystems frei wählbar und kann am Stickstoffgenerator eingestellt werden. Dabei gilt grundsätzlich, dass die Betriebskosten des Stickstoffgenerators umso günstiger sind, je niedriger die eingestellte Stickstoff-Reinheit ausfällt. Dann nämlich kann mit vergleichsweise kurzer Laufzeit des Kompressors am Ausgang des Gasseparationssystems ein mit Stickstoff angereichertes Gasgemisch mit der eingestellten Stickstoff-Reinheit bereitgestellt werden.The term "air factor" means the ratio of the amount of initial gas mixture provided per unit time to the gas separation system to the amount of nitrogen-enriched gas provided per unit time at the outlet of the gas separation system. In a nitrogen generator usually the nitrogen purity at the outlet of the gas separation system is freely selectable and can be adjusted on the nitrogen generator. It basically applies that the operating costs of the nitrogen generator are the more favorable, the lower the set nitrogen purity precipitates. For then, with a comparatively short run time of the compressor at the outlet of the gas separation system, a nitrogen-enriched gas mixture with the set nitrogen purity can be provided.
Im Hinblick auf die bei der Inertisierung des Raumes anfallenden Betriebskosten der Inertisierungsanlage müssen jedoch weitere Faktoren berücksichtigt werden. Hierzu gehören insbesondere Spülfaktoren, um mit Hilfe des am Ausgang des Gasseparationssystems bereitgestellten und mit Stickstoff angereicherten Gasgemisches den Sauerstoff in der Raumatmosphäre des umschlossenen Raumes soweit zu verdrängen, dass das vorgegebene Inertisierungsniveau erreicht wird bzw. aufrechterhalten bleiben kann. Zu diesen Spülfaktoren gehören insbesondere die pro Zeiteinheit von dem Gasseparationssystem bereitstellbare Menge an mit Stickstoff angereichertem Gas, das Raumvolumen des umschlossenen Raumes und die Differenz zwischen dem aktuell in der Raumatmosphäre des umschlossenen Raumes herrschenden Sauerstoffgehalt und dem Sauerstoffgehalt, der dem vorgegebenen Inertisierungsniveau entspricht. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass im Hinblick auf die Absenkzeit die Stickstoff-Reinheit des am Ausgang des Gasseparationssystems bereitgestellten Gasgemisches bzw. der Sauerstoffrestgehalt des mit Stickstoff angereicherten Gasgemisches ebenfalls eine entscheidende Rolle spielt, da der Spülvorgang schneller von statten geht, je geringer der Sauerstoffrestgehalt in dem mit Stickstoff angereicherten Gasgemisch ist.However, with regard to the inerting of the room, the operating costs of the inerting system must take into account other factors. These include in particular rinsing factors in order to use the provided at the output of the gas separation system and nitrogen-enriched gas mixture, the oxygen in The space atmosphere of the enclosed space to displace so far that the predetermined inerting level is reached or can be maintained. These rinsing factors include, in particular, the amount of nitrogen-enriched gas which can be supplied per unit time by the gas separation system, the volume of space of the enclosed space and the difference between the oxygen content currently prevailing in the room atmosphere of the enclosed space and the oxygen content corresponding to the given inerting level. It should be noted that, with regard to the lowering time, the nitrogen purity of the gas mixture provided at the outlet of the gas separation system or the oxygen radical content of the nitrogen-enriched gas mixture also plays a decisive role, since the purging process proceeds faster, the lower the residual oxygen content the nitrogen-enriched gas mixture.
Unter dem hier verwendeten Begriff "Gasseparationssystem" ist ein System zu verstehen, mit dem aus einem Anfangs-Gasgemisch, welches zumindest die Komponenten "Sauerstoff" und "Stickstoff" aufweist, eine Aufteilung in mit Sauerstoff angereichertes Gas sowie in mit Stickstoff angereichertes Gas erfolgen kann. Üblicherweise basiert die Funktionsweise eines derartigen Gasseparationssystems auf der Wirkung von Gasseparationsmembranen. Das bei der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommende Gasseparationssystem ist in der ersten Linie zur Abscheidung von Sauerstoff aus dem Anfangs-Gasgemisch konzipiert. Ein derartiges Gasseparationssystem wird häufig auch als "Stickstoffgenerator" bezeichnet.The term "gas separation system" used here is to be understood as a system with which an initial gas mixture which has at least the components "oxygen" and "nitrogen" can be split into oxygen-enriched gas and nitrogen-enriched gas , Usually, the operation of such a gas separation system is based on the action of gas separation membranes. The gas separation system used in the present invention is designed in the first line for the separation of oxygen from the initial gas mixture. Such a gas separation system is often referred to as a "nitrogen generator".
Bei einem derartigen Gasseparationssystem kommt beispielsweise ein Membranmodul oder dergleichen zum Einsatz, in welchem die verschiedenen in dem Anfangs-Gasgemisch enthaltenen Komponenten (wie beispielsweise Sauerstoff, Stickstoff, Edelgase etc.) entsprechend ihrer molekularen Struktur unterschiedlich schnell durch die Membrane diffundieren. Als Membrane kann eine Hohlfasermembrane zum Einsatz kommen. Sauerstoff, Kohlendioxid und Wasserstoff haben einen hohen Diffusionsgrad und verlassen aufgrund dessen bei der Durchströmung des Membranmoduls das Anfangs-Gasgemisch relativ schnell. Stickstoff mit einem niedrigen Diffusionsgrad durchdringt die Hohlfasermembrane des Membranmoduls sehr langsam und reichert sich auf diese Weise beim Durchströmen der Hohlfaser bzw. des Membranmoduls an. Die Stickstoff-Reinheit bzw. der Sauerstoffrestgehalt in dem aus dem Gasseparationssystem austretenden Gasgemisch wird von der Durchströmgeschwindigkeit bestimmt. Durch die Variation von Druck und Volumenstrom lässt sich das Gasseparationssystem auf die geforderte Stickstoff-Reinheit und nötige Stickstoffmenge einstellen. Im Einzelnen wird die Reinheit des Stickstoffes wird durch die Geschwindigkeit, mit der das Gas durch die Membrane strömt (Verweilzeit), geregelt.In such a gas separation system, for example, a membrane module or the like is used, in which the various components contained in the initial gas mixture (such as oxygen, nitrogen, noble gases, etc.) diffuse at different rates through the membrane according to their molecular structure. As a membrane, a hollow fiber membrane can be used. Oxygen, carbon dioxide and hydrogen have a high degree of diffusion and, due to this, leave the initial gas mixture relatively quickly when the membrane module flows through it. Nitrogen with a low degree of diffusion penetrates the hollow-fiber membrane of the membrane module very slowly and accumulates in this way as it flows through the hollow fiber or the membrane module. The nitrogen purity or the oxygen radical content in the gas mixture leaving the gas separation system is determined by the flow rate. By varying the pressure and flow rate, the gas separation system can be adjusted to the required nitrogen purity and the required amount of nitrogen. Specifically, the purity of the Nitrogen is controlled by the rate at which the gas flows through the membrane (residence time).
Das abgeschiedene, mit Sauerstoff angereicherte Gasgemisch wird üblicherweise gesammelt und unter atmosphärischem Druck in die Umgebung abgeblasen. Das komprimierte, mit Stickstoff angereicherte Gasgemisch wird am Ausgang des Gasseparationssystems bereitgestellt. Bei der Analyse der Produktgas-Zusammensetzung erfolgt die Messung über den Sauerstoffrestgehalt in Vol.-%. Der Stickstoffgehalt wird berechnet, indem der gemessene Sauerstoffrestgehalt von 100 % abgezogen wird. Dabei ist zu berücksichtigen, dass dieser Wert zwar als Stickstoffgehalt bzw. Stickstoff-Reinheit bezeichnet wird, es sich aber faktisch um den Inertgehalt handelt, da sich dieser Teilstrom nicht nur aus Stickstoff, sondern auch aus anderen Gaskomponenten, wie beispielsweise Edelgasen, zusammensetzt.The separated, oxygen-enriched gas mixture is usually collected and blown into the atmosphere under atmospheric pressure. The compressed, nitrogen-enriched gas mixture is provided at the exit of the gas separation system. In the analysis of the product gas composition, the measurement is made on the oxygen radical content in Vol .-%. The nitrogen content is calculated by subtracting the measured residual oxygen content from 100%. It should be noted that this value is indeed referred to as nitrogen content or nitrogen purity, but it is in fact the inert content, since this partial stream not only from nitrogen, but also from other gas components, such as noble gases, composed.
Üblicherweise wird das Gasseparationssystem bzw. der Stickstoffgenerator mit Druckluft gespeist, die von vorgeschalteten Filtereinheiten gereinigt wird. Grundsätzlich ist es möglich, zur Bereitstellung des mit Stickstoff angereicherten Gases ein Druckwechselverfahren (PSA-Technologie) anzuwenden, die mit zwei Molekularsiebbetten arbeitet, wobei beide Siebe abwechselnd von einem Filtermodus in einen Regenerationsmodus geschaltet werden, wodurch der Strom von mit Stickstoff angereichertem Gas gewährt wird.Usually, the gas separation system or the nitrogen generator is supplied with compressed air, which is cleaned by upstream filter units. In principle, it is possible to use nitrogen pressure enriched gas (PSA) technology employing two molecular sieve beds, both screens being alternately switched from a filter mode to a regeneration mode, thereby allowing the flow of nitrogen-enriched gas ,
Wenn beispielsweise im Stickstoffgenerator eine Membrantechnik zum Einsatz kommt, wird die allgemeine Erkenntnis ausgenutzt, dass verschiedene Gase unterschiedlich schnell durch Materialien diffundieren. Beim Stickstoffgenerator werden in diesem Fall die unterschiedlichen Diffusionsgeschwindigkeiten der Hauptbestandteile der Luft, nämlich Stickstoff, Sauerstoff und Wasserdampf, technisch zur Erzeugung eines Stickstoffstromes bzw. einer mit Stickstoff angereicherten Luft genutzt. Im Einzelnen wird zur technischen Realisierung eines auf der Membrantechnik basierenden Stickstoffgenerators auf die Außenflächen von Hohlfasermembranen ein Separationsmaterial aufgebracht, durch welches Wasserdampf und Sauerstoff sehr gut diffundieren. Der Stickstoff hingegen besitzt für dieses Separationsmaterial nur eine geringe Diffusionsgeschwindigkeit. Wird die derart präparierte Hohlfaser innen von Luft durchströmt, diffundieren Wasserdampf und Sauerstoff schnell durch die Hohlfaserwandung nach außen, während der Stickstoff weitgehend im Faserinneren gehalten wird, so dass während des Durchganges durch die Hohlfaser eine starke Aufkonzentration des Stickstoffes stattfindet. Die Effektivität dieses Trennungsvorganges ist im Wesentlichen von der Strömungsgeschwindigkeit in der Faser und der Druckdifferenz über die Hohlfaserwandung hinweg abhängig. Mit sinkender Strömungsgeschwindigkeit und/oder höherer Druckdifferenz zwischen Innen- und Außenseite der Hohlfasermembran steigt die Reinheit des resultierenden Stickstoffstromes an. Allgemein ausgedrückt kann somit bei einem auf der Membrantechnik basierenden Stickstoffgenerator der Grad der Stickstoffanreicherung in der vom Stickstoffgenerator bereitgestellten mit Stickstoff angereicherten Luft in Abhängigkeit von der Verweilzeit der von der Druckluftquelle bereitgestellten Druckluft in dem Luftseparationssystem des Stickstoffgenerators gesteuert werden.For example, when a membrane technique is used in the nitrogen generator, the general discovery is that different gases diffuse through materials at different rates. In the case of the nitrogen generator, in this case the different diffusion rates of the main components of the air, namely nitrogen, oxygen and water vapor, are used technically to produce a nitrogen stream or a nitrogen-enriched air. In particular, for the technical realization of a membrane-based nitrogen generator, a separation material is applied to the outer surfaces of hollow-fiber membranes, through which water vapor and oxygen diffuse very well. The nitrogen, however, has only a low diffusion rate for this separation material. If the thus prepared hollow fiber is traversed inside by air, water vapor and oxygen quickly diffuse through the hollow fiber wall to the outside, while the nitrogen is largely maintained in the fiber interior, so that during the passage through the hollow fiber, a strong concentration of nitrogen takes place. The effectiveness of this separation process is essentially dependent on the flow rate in the fiber and the pressure difference across the Hohlfaserwandung away. With decreasing flow velocity and / or higher pressure difference between the inside and outside of the hollow fiber membrane increases the purity of the resulting nitrogen flow. Thus, generally speaking, with a membrane-based nitrogen generator, the degree of nitrogen enrichment in the nitrogen-enriched air provided by the nitrogen generator may be controlled in response to the residence time of the compressed air provided by the compressed air source in the nitrogen separator air separation system.
Wenn andererseits beispielsweise im Stickstoffgenerator die PSA-Technik zum Einsatz kommt, werden unterschiedliche Bindungsgeschwindigkeiten des Luftsauerstoffes und Luftstickstoffes an speziell behandelter Aktivkohle ausgenutzt. Dabei ist die Struktur der verwendeten Aktivkohle so verändert, dass eine extrem große Oberfläche mit einer großen Anzahl von Mikro- und Submikroporen (d < 1 nm) vorhanden ist. Bei dieser Porengröße diffundieren die Sauerstoffmoleküle der Luft wesentlich schneller in die Poren hinein, als die Stickstoffmoleküle, so dass sich die Luft in der Umgebung der Aktivkohle mit Stickstoff anreichert. Bei einem auf der PSA-Technik basierenden Stickstoffgenerator kann daher - wie auch bei einem auf der Membrantechnik basierenden Generator - der Grad der Stickstoffanreicherung in der vom Stickstoffgenerator bereitgestellten mit Stickstoff angereicherten Luft in Abhängigkeit von der Verweilzeit der von der Druckluftquelle bereitgestellten Druckluft in dem Stickstoffgenerators gesteuert werden.If, on the other hand, the PSA technology is used, for example, in the nitrogen generator, different binding rates of the atmospheric oxygen and atmospheric nitrogen on specially treated activated carbon are utilized. In this case, the structure of the activated carbon used is changed so that an extremely large surface with a large number of micro and submicropores (d <1 nm) is present. At this pore size, the oxygen molecules of the air diffuse into the pores much faster than the nitrogen molecules, so that the air in the vicinity of the activated carbon enriches with nitrogen. Therefore, in a nitrogen generator based on PSA technology, as with a membrane-based generator, the degree of nitrogen enrichment in the nitrogen-enriched air provided by the nitrogen generator may be controlled as a function of the residence time of the compressed air in the nitrogen generator provided by the compressed air source become.
Wie bereits angedeutet, liegt der erfindungsgemäßen Lösung die Erkenntnis zugrunde, einerseits dass mit zunehmender Stickstoff-Reinheit der Luftfaktor des Gasseparationssystems exponentiell ansteigt, und andererseits dass zum Einstellen eines vorgegebenen Inertisierungsniveaus der Kompressor der Inertisierungsanlage um so länger laufen muss, je geringer die Differenz zwischen dem in der Raumatmosphäre des umschlossenen Raumes aktuell herrschenden Sauerstoffgehalt und dem Sauerstoffrestgehalt in dem mit Stickstoff angereichertem Gasgemisch ist. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass der Zeitdauer des Absenkvorganges eines zu inertisierenden Raumes, sei es für die Halteregelung des Raumes bei einem festen Restsauerstoffgehalt oder während des Absenkens auf ein neues Absenkungsniveau, der Energieverbrauch der Inertisierungsanlage nahezu direkt proportional ist, da der dem Gasseparationssystem vorgeschaltete Kompressor auf seinem Arbeitspunkt mit optimalen Wirkungsgrad digital gefahren wird.As already indicated, the solution according to the invention is based on the recognition, on the one hand, that with increasing nitrogen purity, the air factor of the gas separation system increases exponentially, and on the other hand, that the compressor of the inerting system must run the longer the lower the difference between in the room atmosphere of the enclosed space currently prevailing oxygen content and the oxygen radical content in the nitrogen-enriched gas mixture. It should be noted that the duration of the lowering of a space to be inerted, be it for the holding control of the room at a fixed residual oxygen content or while lowering to a new lowering level, the energy consumption of the inerting is almost directly proportional, as the gas separation system upstream compressor is driven digitally at its operating point with optimal efficiency.
Demnach bleibt festzuhalten, dass - wenn für die Stickstoff-Reinheit ein niedriger Wert von beispielsweise nur 90 Vol.-% gewählt wird - die Inertgasanlage zum Einstellen eines Inertisierungsniveaus relativ lange betrieben werden muss. Wird der Wert der Stickstoff-Reinheit beispielsweise auf 95 Vol.-% erhöht, erhöht sich ebenfalls die Differenz zwischen dem Sauerstoffgehalt des einzustellenden Inertisierungsniveaus und dem Sauerstoffrestgehalt des am Ausgang des Gasseparationssystems bereitgestellten Gasgemisches, was für sich genommen die zum Einstellen eines Inertisierungsniveaus notwendige Laufzeit des Kompressors und somit den Energieverbrauch der Inertisierungsanlage herabsetzt. Allerdings kommt hier noch der Umstand zum Tragen, dass sich bei Erhöhung der Stickstoff-Reinheit am Ausgang des Gasseparationssystems zwangsläufig auch der Luftfaktor erhöht. Im Hinblick auf die zum Einstellen eines Inertisierungsniveaus erforderliche Laufzeit des Kompressors bzw. den Energieverbrauch der Inertisierungsanlage wirkt sich dieser Umstand negativ aus. Dieser negative Einfluss überwiegt, wenn die durch Erhöhung der Stickstoff-Reinheit bedingte Zunahme des Luftfaktors merklich wird.Accordingly, it should be noted that - if a low value of, for example, only 90 vol .-% is selected for the nitrogen purity - the inert gas system for setting a Inertization levels must be operated relatively long. If, for example, the value of the nitrogen purity is increased to 95% by volume, the difference between the oxygen content of the inertization level to be set and the residual oxygen content of the gas mixture provided at the outlet of the gas separation system also increases, which in itself reduces the transit time of the gas mixture required for setting an inertization level Compressor and thus reduces the energy consumption of the inerting system. However, the fact that the nitrogen purity is increased at the outlet of the gas separation system inevitably also increases the air factor. With regard to the running time of the compressor required for setting an inertization level or the energy consumption of the inerting system, this circumstance has a negative effect. This negative influence predominates when the increase in the air factor caused by increasing the nitrogen purity becomes noticeable.
Entgegen den üblichen aus dem Stand der Technik bekannten Systemen, bei denen für die Stickstoff-Reinheit ein fester Wert gewählt wird, wurde bei der erfindungsgemäßen Lösung erkannt, dass bei der Inertisierung des umschlossenen Raumes der Sauerstoffrestgehalt in dem am Ausgang des Gasseparationssystems bereitgestellten und mit Stickstoff angereicherten Gasgemisch an den aktuell in der Raumatmosphäre des umschlossenen Raumes herrschenden Sauerstoffgehalt vorzugsweise automatisch oder wahlweise automatisch anzupassen ist, um auf diese Weise die Stickstoff-Reinheit des Gasseparationssystems auf einen zeitoptimierten Wert einzustellen.Contrary to the usual known from the prior art systems in which a fixed value is selected for the nitrogen purity, it was recognized in the inventive solution that in the inerting of the enclosed space of the oxygen radical content in the provided at the exit of the gas separation system and with nitrogen enriched gas mixture at the currently prevailing in the room atmosphere of the enclosed space oxygen content is preferably automatically or optionally automatically adjusted to adjust in this way the nitrogen purity of the gas separation system to a time-optimized value.
Unter dem hier verwendeten Begriff "zeitoptimierter Wert der Stickstoff-Reinheit" ist die Stickstoff-Reinheit des Gasseparationssystems bzw. der Restsauerstoffgehalt in dem am Ausgang des Gasseparationssystems bereitgestellten und mit Stickstoff angereicherten Gasgemisches zu verstehen, mit welchem bei einer definierten Inertisierungsanlage, bei welcher die pro Zeiteinheit bereitstellbare Menge an mit Stickstoff angereichertem Gasgemisch konstant ist, die Zeitdauer für den Absenkvorgang von einem aktuellen Sauerstoffgehalt auf einen vorgegebenen und einem Inertisierungsniveau entsprechenden Sauerstoffgehalt ein Minimum annimmt.The term "time-optimized value of the nitrogen purity" as used herein means the nitrogen purity of the gas separation system or the residual oxygen content in the nitrogen-enriched gas mixture provided at the outlet of the gas separation system, with which the per Constant amount of nitrogen-enriched gas mixture which can be provided for a given period of time, the time duration for the lowering process assumes a minimum from a current oxygen content to an oxygen content corresponding to a predetermined and inerting level.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lösung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous developments of the solution according to the invention are specified in the subclaims.
In einer bevorzugten Realisierung des erfindungsgemäßen Inertisierungsverfahren ist vorgesehen, dass der Sauerstoffrestgehalt des mit Stickstoff angereicherten Gasgemisches bzw. die Stickstoff-Reinheit des Gasseparationssystems vorzugsweise automatisch gemäß einer vorab ermittelten Kennlinie eingestellt wird. Diese Kennlinie gibt den zeitoptimierten Verlauf des Sauerstoffrestgehaltes in dem mit Stickstoff angereicherten Gasgemisch gegenüber dem Sauerstoffgehalt in der Raumatmosphäre des umschlossenen Raums an. Hierbei sind unter dem Ausdruck "zeitoptimierter Verlauf des Sauerstoffrestgehaltes" die von dem Sauerstoffgehalt in der Raumatmosphäre des umschlossenen Raumes abhängigen zeitoptimierten Werte des Sauerstoffrestgehaltes zu verstehen. Wie bereits angedeutet, entspricht der zeitoptimierte Wert des Sauerstoffrestgehaltes dem Wert des Sauerstoffrestgehaltes, der bei dem Gasseparationssystem zu wählen ist, damit mit Hilfe des Inertisierungsverfahrens in der Raumatmosphäre des umschlossenen Raumes innerhalb kürzester Zeit ein vorgebbarer und im Vergleich zur normalen Umgebungsluft reduzierter Sauerstoffgehalt einstellbar ist.In a preferred embodiment of the inertization process according to the invention, it is provided that the oxygen radical content of the nitrogen-enriched gas mixture or the nitrogen purity of the gas separation system is preferably set automatically according to a previously determined characteristic curve. This characteristic indicates the time-optimized course of the oxygen radical content in the nitrogen-enriched gas mixture compared to the oxygen content in the room atmosphere of the enclosed space. The expression "time-optimized course of the oxygen radical content" is understood to mean the time-optimized values of the oxygen radical content which are dependent on the oxygen content in the room atmosphere of the enclosed space. As already indicated, the time-optimized value of the oxygen radical content corresponds to the value of the residual oxygen content to be selected in the gas separation system, so that a predeterminable and in comparison to the normal ambient air reduced oxygen content can be set with the aid of the inerting process in the room atmosphere of the enclosed space within a very short time.
Die Kennlinie, nach welcher bei der bevorzugten Realisierung des erfindungsgemäßen Inertisierungsverfahren der Sauerstoffrestgehalt abhängig von dem in der Raumatmosphäre des umschlossenen Raumes aktuell herrschenden Sauerstoffgehalt eingestellt wird, ist für das Gasseparationssystem bzw. die Inertisierungsanlage vorab ermittelt (gemessen oder berechnet) worden.The characteristic curve according to which, in the preferred embodiment of the inertization process according to the invention, the oxygen radical content is set as a function of the oxygen content currently prevailing in the room atmosphere of the enclosed space, has been previously determined (measured or calculated) for the gas separation system or the inerting system.
Da bei der erfindungsgemäßen Lösung die Stickstoff-Reinheit des Gasseparationssystems bzw. der Sauerstoffrestgehalt in dem mit Stickstoff angereicherten Gasgemisch vorzugsweise automatisch abhängig von dem in der Raumatmosphäre des umschlossenen Raumes aktuell herrschenden Sauerstoffgehalt eingestellt wird, um auf diese Weise mit möglichst geringen Betriebskosten eine Inertisierung des Raumes vornehmen zu können, ist es bevorzugt, wenn kontinuierlich oder zu vorgegebenen Zeiten und/oder Ereignissen der aktuelle Sauerstoffgehalt in der Raumatmosphäre des umschlossenen Raumes entweder direkt oder indirekt gemessen wird. Ferner ist es bevorzugt, wenn kontinuierlich oder zu vorgegebenen Zeiten und/oder Ereignissen der Sauerstoffrestgehalt in dem mit Stickstoff angereicherten Gasgemisch auf einen vorab festgelegten, zeitoptimierten Wert eingestellt wird. Dieser vorab festgelegte, zeitoptimierte Wert sollte einem Sauerstoffrestgehalt entsprechen, bei welchem mit dem Inertisierungsverfahren der Sauerstoffgehalt in der Raumatmosphäre des umschlossenen Raumes innerhalb kürzester Zeit um einen vorgegebenen Absenkungsbetrag auf den jeweils aktuellen Sauerstoffgehalt absenkbar ist.Since, in the solution according to the invention, the nitrogen purity of the gas separation system or the oxygen radical content in the nitrogen-enriched gas mixture is preferably set automatically depending on the oxygen content currently prevailing in the room atmosphere of the enclosed space, in order to inertize the room with the lowest possible operating costs To be able to make it, it is preferred if the current oxygen content in the room atmosphere of the enclosed space is measured either directly or indirectly at predetermined times and / or events. Furthermore, it is preferred if the oxygen radical content in the nitrogen-enriched gas mixture is adjusted to a predetermined, time-optimized value continuously or at given times and / or events. This predetermined, time-optimized value should correspond to an oxygen residual content at which the inerting method allows the oxygen content in the room atmosphere of the enclosed space to be lowered within a very short time by a predefined reduction amount to the respective current oxygen content.
In einer bevorzugten Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, dass nicht nur die Stickstoff-Reinheit des Gasseparationssystems abhängig von dem in der Raumatmosphäre des umschlossenen Raumes aktuell herrschenden Sauerstoffgehalt verändert wird, sondern dass auch der Sauerstoffgehalt in dem Anfangs-Gasgemisch abhängig von dem in der Raumatmosphäre des umschlossenen Raumes aktuell herrschenden Sauerstoffgehalt verändert wird. Hierbei wird die Kenntnis ausgenutzt, dass der Luftfaktor des Gasseparationssystems herabgesetzt werden kann, wenn das Anfangs-Gasgemisch, mit welchem das Gasseparationssystem versorgt wird, einen reduzierten Sauerstoffgehalt aufweist.In a preferred further development of the solution according to the invention, it is provided that not only the nitrogen purity of the gas separation system depends on the currently prevailing oxygen content in the room atmosphere of the enclosed space is changed, but also that the oxygen content in the initial gas mixture is changed depending on the currently prevailing in the room atmosphere of the enclosed space oxygen content. Here, the knowledge is exploited that the air factor of the gas separation system can be reduced if the initial gas mixture, with which the gas separation system is supplied, has a reduced oxygen content.
Demnach ist in einer bevorzugten Realisierung der erfindungsgemäßen Lösung vorgesehen, dass zum Bereitstellen des Anfangs-Gasgemisches ein Teil der in dem umschlossenen Raum enthaltenen Raumluft in geregelter Weise dem Raum entnommen und dem entnommenen Teil der Raumluft in geregelter Weise Frischluft zugeführt wird. Um dabei zu verhindern, dass sich der Druck im Inneren des umschlossenen Raumes durch die Zufuhr von mit Stickstoff angereichertem Gas bzw. durch das Abführen von einem Teil der Raumluft verändert, ist die Menge der Frischluft, die der dem Raum entnommenen Raumluft zugemischt wird, so gewählt, dass die Menge der pro Zeiteinheit dem Raum entnommenen Raumluft identisch ist mit der Menge des mit Stickstoff angereicherten Gasgemisches, welches am Ausgang des Gasseparationssystems bereitgestellt und pro Zeiteinheit in die Raumatmosphäre des umschlossenen Raumes geleitet wird.Accordingly, in a preferred realization of the solution according to the invention, provision is made for provision of the initial gas mixture to remove part of the room air contained in the enclosed space in a controlled manner from the room and to supply fresh air to the extracted part of the room air in a regulated manner. In order to prevent the pressure inside the enclosed space from being changed by the supply of nitrogen-enriched gas or by the discharge of a part of the room air, the amount of fresh air mixed in the room air taken from the room is prevented chosen that the amount of air taken from the room per unit time is identical to the amount of the nitrogen-enriched gas mixture, which is provided at the exit of the gas separation system and per unit time in the space atmosphere of the enclosed space.
Im Folgenden wird eine bevorzugte Realisierung der erfindungsgemäßen Inertisierungsanlage anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.In the following, a preferred realization of the inerting plant according to the invention will be described with reference to the attached drawings.
Es zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Ansicht einer Inertisierungsanlage gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- Fig. 2
- eine schematische Ansicht einer Inertisierungsanlage gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- Fig. 3
- eine graphische Darstellung des Luftfaktors gegenüber der Stickstoff-Reinheit bei der Inertisierungsanlage gemäß
Fig. 1 oderFig. 2 , sowie eine graphische Darstellung der Absenkzeit gegenüber der Stickstoff-Reinheit, und zwar bei der Absenkung des Sauerstoffgehaltes von ursprünglich 17,4 Vol.- 17,0 Vol.-% sowie bei einer Absenkung des Sauerstoffgehaltes von ursprünglich 13, 4 Vol.-% auf 13,0 Vol.-%;% auf - Fig. 4
- eine graphische Darstellung der zeitoptimierten Stickstoff-Reinheit gegenüber dem aktuellen Sauerstoffgehalt in der Raumatmosphäre des umschlossenen Raumes bei der Inertisierungsanlage gemäß
Fig. 1 oderFig. 2 ; - Fig. 5
- eine graphische Darstellung des Luftfaktors des Gasseparationssystems bei der Inertisierungsanlage gemäß
Fig. 1 oderFig. 2 gegenüber dem Sauerstoffgehalt des Anfangs-Gasgemisches, welches dem Gasseparationssystem zugeführt wird, um zumindest ein Teil des Sauerstoffes aus dem AnfangsGasgemisch abzutrennen und auf diese Weise am Ausgang des Gasseparationssystems ein mit Stickstoff angereichertes Gasgemisch bereitzustellen;
und - Fig. 6
- eine graphische Darstellung der erzielbaren Energieeinsparungen, wenn mit der erfindungsgemäßen Lösung in der Raumatmosphäre des umschlossenen Raumes der Sauerstoffgehalt abgesenkt wird.
- Fig. 1
- a schematic view of an inerting according to a first embodiment of the present invention;
- Fig. 2
- a schematic view of an inerting according to a second embodiment of the present invention;
- Fig. 3
- a graphical representation of the air factor against the nitrogen purity in the inerting according to
Fig. 1 orFig. 2 , and a graph of the reduction time compared to the nitrogen purity, namely in the reduction of the oxygen content of originally 17.4 vol .-% to 17.0 vol .-% and at a reduction in the oxygen content of originally 13, 4 vol. -% to 13.0% by volume; - Fig. 4
- a graphical representation of the time-optimized nitrogen purity compared to the current oxygen content in the room atmosphere of the enclosed space in the inerting according to
Fig. 1 orFig. 2 ; - Fig. 5
- a graphical representation of the air factor of the gas separation system in the inerting according to
Fig. 1 orFig. 2 to the oxygen content of the initial gas mixture fed to the gas separation system to separate at least a portion of the oxygen from the initial gas mixture and thus to provide a nitrogen-enriched gas mixture at the exit of the gas separation system;
and - Fig. 6
- a graphical representation of the achievable energy savings when the solution according to the invention in the room atmosphere of the enclosed space, the oxygen content is lowered.
Die Inertisierung des umschlossenen Raumes 2 wird mit Hilfe einer Steuereinrichtung 5 wahlweise automatisch durchgeführt. Hierzu weist die Inertisierungsanlage 1 gemäß der in
Der Stickstoffgenerator 4 weist mindestens ein Membranmodul 19, beispielsweise ein Hohlfasermembranmodul auf, durch welches das von dem Kompressor 3 bereitgestellte Anfangs-Gasgemisch - nachdem dieses einen geeigneten Filter 18 passiert hat - gedrückt wird. In dem Membranmodul 19 diffundieren die verschiedenen in dem Anfangs-Gasgemisch enthaltenden Komponenten (insbesondere Sauerstoff und Stickstoff) entsprechend ihrer molekularen Struktur unterschiedlich schnell durch die Hohlfasermembrane des Membranmoduls 19. Die Gasseparation basiert dabei auf dem an sich bekannten Wirkungsprinzip, wonach Stickstoff mit einem niedrigen Diffusionsgrad die Hohlfasermembrane sehr langsam durchdringt und sich auf diese Weise beim Durchströmen der Hohlfasern des Membranmoduls 19 anreichert. Am Ausgang 4a des Stickstoffgenerators 4 wird auf diese Weise ein mit Stickstoff angereichertes Gasgemisch bereitgestellt. Dieses mit Stickstoff angereicherte Gasgemisch liegt - wie auch das am Eingang des Stickstoffgenerators 4 eingespeiste Anfangs-Gasgemisch - in komprimierter Form vor, wobei allerdings das Durchströmen des mindestens einen Membranmoduls 19 des Stickstoffgenerators 4 zu einem Druckverlust von beispielsweise 1,5 bis 2,5 bar führt.The nitrogen generator 4 has at least one
Obwohl in
Das am Ausgang 4a des Stickstoffgenerators 4 bereitgestellte und mit Stickstoff angereicherte Gasgemisch wird über eine Zuführleitung 7 dem umschlossenen Raum 2 zugeführt, um den Sauerstoffgehalt in der Raumatmosphäre des umschlossenen Raumes 2 abzusenken bzw. um ein in dem Raum 2 bereits eingestelltes Absenkungsniveau durch Nachführen von mit Stickstoff angereichertem Gas aufrechtzuerhalten.The nitrogen-enriched gas mixture provided at the
Damit sich der Druck im Inneren des umschlossenen Raumes 2 beim Zuführen von dem mit Stickstoff angereicherten Gasgemisch nicht ändert, ist eine geeignete Druckentlastung vorzusehen. Diese kann beispielsweise in Gestalt von sich selbstständig öffnenden bzw. schließenden Druckentlastungsklappen (in
Die aus dem umschlossenen Raum 2 abgeführte Raumluft wird über einen ersten Eingang 9a der Rückführleitung 9 der Mischkammer 6 zugeführt. Die Mischkammer 6 weist ferner einen zweiten Eingang 8a auf, in welchem ein Zufuhrleitungssystem 8 zum Zuführen von Frischluft zu der Mischkammer 6 mündet. In der Mischkammer 6 wird das Anfangs-Gasgemisch bereitgestellt, welches mit Hilfe des Kompressors 3 komprimiert wird, und aus welchem in dem Gasseparationssystem (Stickstoffgenerator 4) zumindest ein Teil des Sauerstoffs abgetrennt wird. Aus diesem Grund ist der Ausgang der Mischkammer 6 mit dem Eingang des Kompressors 3 über ein geeignetes Leitungssystem 15 verbunden.The discharged from the
Im Einzelnen ist in dem Rückführleitungssystem 9 ein erstes mit der Steuereinrichtung 5 ansteuerbares Ventil 11, welches insbesondere als Absperrventil ausgeführt ist, und in dem Frischluft-Zuführleitungssystem 8 ein zweites ebenfalls mit der Steuereinrichtung 5 ansteuerbares Ventil 10, insbesondere in Gestalt eines Absperrventils, vorgesehen. Auf diese Weise kann durch eine geeignete Ansteuerung der entsprechenden Ventile 10, 11 sichergestellt werden, dass die Menge der Frischluft, die der dem Raum 2 entnommenen Raumluft zugemischt wird, so gewählt ist, dass die Menge der pro Zeiteinheit dem Raum 2 entnommenen Raumluft identisch ist mit der Menge des am Ausgang 4a des Stickstoffgenerators 4 bereitgestellten und mit Stickstoff angereicherten Gasgemisches, welche pro Zeiteinheit in die Raumatmosphäre des umschlossenen Raumes 2 geleitet wird.Specifically, in the
Die Inertisierungsanlage 1 gemäß der in
Hierzu umfasst die erfindungsgemäße Inertisierungsanlage 1 neben dem bereits erwähnten Sauerstoffmesssystem 16 zum Messen bzw. Ermitteln des aktuellen Sauerstoffgehaltes in der Raumatmosphäre des umschlossenen Raumes 2 ferner ein Sauerstoffrestgehalt-Messsystem 21 zum Messen des Sauerstoffrestgehaltes in dem am Ausgang 4a des Stickstoffgenerators 4 bereitgestellten und mit Stickstoff angereicherten Gasgemisch bzw. zum Bestimmen der Stickstoff-Reinheit des am Ausgang 4a des Stickstoffgenerators 4 bereitgestellten Gasgemisches auf. Beide Messsysteme 16, 21 sind mit der Steuereinrichtung 5 entsprechend verbunden.For this purpose, the
In
Wie in
Das Wärmetauschersystem 13 dient dazu, zumindest einen Teil der beim Betrieb des Kompressors 3 anfallenden Abwärme auszunutzen, um die abgeführte und heruntergekühlte Raumluft entsprechend aufzuwärmen. Für das Wärmetauschersystem 13 kommen unterschiedliche Systeme zum Einsatz, wie etwa ein Lamellenwärmetauscher, über den zumindest ein Teil der thermischen Energie des Abluft des Kompressors 3 über ein Wärmetauschermedium, wie beispielsweise Wasser, auf die abgeführten Raumluft übertragen wird, so dass die Temperatur der abgeführten Raumluft auf eine moderate Temperatur von beispielsweise 20° C aufzuwärmen, was für die Funktionsweise und den Wirkungsgrad des Stickstoffgenerators 4 von Vorteil ist.The
Nachdem die aus dem umschlossenen Raum 2 abgeführte Raumluft das Wärmetauschersystem 13 passiert hat, wird sie über einen ersten Eingang 9a der Rückführleitung 9 der Mischkammer 6 zugeführt. Die Mischkammer 6 weist ferner einen zweiten Eingang 8a auf, in welchem ein Zufuhrleitungssystem 8 zum Zuführen von Frischluft zu der Mischkammer 6 mündet. In der Mischkammer 6 wird das Anfangs-Gasgemisch bereitgestellt, welches mit Hilfe des Kompressors 3 komprimiert wird, und aus welchem in dem Gasseparationssystem (Stickstoffgenerator 4) zumindest ein Teil des Sauerstoffs abgetrennt wird. Aus diesem Grund ist der Ausgang der Mischkammer 6 mit dem Eingang des Kompressors 3 über ein geeignetes Leitungssystem 15 verbunden.After the room air discharged from the
Wie es nachfolgend unter Bezugnahme auf die graphischen Darstellungen gemäß den
Die Stickstoff-Reinheit kann verändert werden, indem die Verweilzeit des Anfangs-Gasgemisches in dem mindestens einen Membranmodul 19 des Stickstoffgenerators 4 variiert wird. Hierzu ist es beispielsweise denkbar, dass am Ausgang des Membranmoduls 19 mit einem geeigneten Regelventil 24 der Durchfluss durch das Membranmodul 19 und ein Gegendruck gesteuert werden. Ein hoher Druck auf der Membrane und eine lange Verweilzeit (niedriger Durchfluss) führen zu einer hohen Stickstoff-Reinheit am Ausgang 4a des Stickstoffgenerators.The nitrogen purity can be changed by varying the residence time of the initial gas mixture in the at least one
Vorzugsweise wird für die jeweilige Stickstoff-Reinheit ein zeitoptimierter Wert gewählt, der es ermöglicht, dass mit der Inertisierungsanlage in kürzester Zeit ein vorab festgelegtes Inertisierungsniveau in dem umschlossenen Raum 2 eingestellt und gehalten werden kann. Durch Verwendung entsprechender zeitoptimierter Werte für die Stickstoff-Reinheit ist es beim Einstellen und Halten eines vorgegebenen Inertisierungsniveaus in der Raumatmosphäre des umschlossenen Raumes möglich, die Zeitdauer des Absenkvorgangs (sei es für die Halteregelung bei einem festen Restsauerstoffgehalt oder während des Absenkens auf ein neues Absenkungsniveau) zu reduzieren und somit auch den Energieverbrauch der Inertisierungsanlage herabzusetzen, da der Kompressor 3 auf seinem Arbeitspunkt mit optimalem Wirkungsgrad digital (ein/aus) gefahren wird.Preferably, a time-optimized value is selected for the respective nitrogen purity, which enables the inerting system to set and maintain a predefined inerting level in the
Des Weiteren zeichnet sich die Inertisierunsanlage 1 gemäß der in
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die graphischen Darstellungen gemäß den
In
In
Der Vergleich der beiden Absenkzeiten (Absenkzeit bei Regelung 17,4 Vol.-% → 17,0 Vol.-% und Absenkzeit bei Regelung 13,4 Vol.-% → 13,0 Vol.-%) zeigt, dass zum Einstellen und Halten eines Inertisierungsniveaus von 17,0 Vol.-% die Laufzeit des Kompressors 3 minimiert werden kann, wenn am Stickstoffgenerator 4 eine Stickstoff-Reinheit von etwa 93,3 Vol.-% eingestellt wird. Zum Einstellen und Halten eines Inertisierungsniveaus bei 13 Vol.-% Sauerstoffgehalt liegt hingegen die zeitoptimierte Reinheit bei etwa 94,1 Vol.-% Stickstoff. Demnach ist die Absenkzeit bzw. Laufzeit des Kompressors 3 zum Einstellen eines vorgegebenen Inertisierungsniveaus in der Raumluftatmosphäre des umschlossenen Raumes 2 abhängig von der beim Stickstoffgenerator 4 eingestellten Stickstoff-Reinheit bzw. abhängig von dem am Stickstoffgenerator 4 eingestellten Sauerstoffrestgehalt in dem am Ausgang 4a des Stickstoffgenerators 4 bereitgestellten und mit Stickstoff angereicherten Gasgemisch.The comparison of the two lowering times (lowering time with regulation 17.4% by volume → 17.0% by volume and lowering time with regulation 13.4% by volume → 13.0% by volume) shows that for adjusting and Maintaining an inerting level of 17.0 vol .-%, the running time of the
Die jeweiligen Minima der Absenkzeit gegenüber der Stickstoff-Reinheit wird nachfolgend als "zeitoptimierte Stickstoff-Reinheit" bezeichnet. In der Darstellung gemäß
Der in
In
Vorzugsweise wird die in
In
Die Erfindung ist nicht auf die unter Bezugnahme auf die Darstellungen der beigefügten Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.The invention is not limited to the embodiments shown with reference to the drawings of the attached drawings.
Claims (16)
der Sauerstoffrestgehalt des mit Stickstoff angereicherten Gasgemisches in Abhängigkeit von dem aktuell in der Raumatmosphäre des umschlossenen Raumes (10) herrschenden Sauerstoffgehalt verändert wird.Inertization method for fire prevention and / or fire extinguishing, wherein in the room atmosphere of an enclosed space (2) a predetermined and compared to the normal ambient air reduced oxygen content is set and maintained, the method comprising the following steps:
the oxygen radical content of the nitrogen-enriched gas mixture is changed as a function of the oxygen content currently prevailing in the room atmosphere of the enclosed space (10).
wobei der Sauerstoffrestgehalt des mit Stickstoff angereicherten Gasgemisches mit abnehmendem Sauerstoffgehalt in der Raumatmosphäre des umschlossenen Raumes (2) reduziert wird.Inertization process according to claim 1,
wherein the oxygen radical content of the nitrogen-enriched gas mixture is reduced with decreasing oxygen content in the space atmosphere of the enclosed space (2).
wobei der Sauerstoffrestgehalt des mit Stickstoff angereicherten Gasgemisches gemäß einer vorab ermittelten Kennlinie eingestellt wird, wobei die Kennlinie den zeitoptimierten Wert des Sauerstoffrestgehaltes des mit Stickstoff angereicherten Gasgemisches gegenüber dem Sauerstoffgehalt in der Raumatmosphäre des umschlossenen Raumes (2) angibt, gemäß welchem mit dem Inertisierungsverfahren innerhalb kürzester Zeit in der Raumatmosphäre des umschlossenen Raumes (2) ein vorgebbarer und im Vergleich zur normalen Umgebungsluft reduzierter Sauerstoffgehalt einstellbar ist.Inertization process according to claim 1 or 2,
wherein the oxygen radical content of the nitrogen-enriched gas mixture is set according to a predetermined characteristic, the characteristic indicating the time-optimized value of the oxygen radical content of the nitrogen-enriched gas mixture over the oxygen content in the room atmosphere of the enclosed space (2) according to which within the shortest possible time by the inerting process Time in the room atmosphere of the enclosed space (2) a predetermined and compared to the normal ambient air reduced oxygen content is adjustable.
wobei kontinuierlich oder zu vorgegebenen Zeiten und/oder Ereignissen der aktuell in der Raumatmosphäre des umschlossenen Raumes (2) herrschende Sauerstoffgehalt direkt oder indirekt gemessen wird, und
wobei kontinuierlich oder zu vorgegebenen Zeiten und/oder Ereignissen der Sauerstoffrestgehalt des mit Stickstoff angereicherten Gasgemisches auf einen vorab festgelegten Wert eingestellt wird, bei welchem mit dem Inertisierungsverfahren der Sauerstoffgehalt in der Raumatmosphäre des umschlossenen Raumes innerhalb kürzester Zeit um einen vorgegebenen Absenkungsbetrag auf den jeweils aktuellen Sauerstoffgehalt absenkbar ist.Inertization process according to claim 1 or 2,
wherein continuously or at predetermined times and / or events of the currently in the room atmosphere of the enclosed space (2) prevailing oxygen content is measured directly or indirectly, and
wherein continuously or at predetermined times and / or events, the oxygen radical content of the nitrogen-enriched gas mixture is set to a predetermined value, wherein in the inerting process, the oxygen content in the room atmosphere of the enclosed space within a very short time by a predetermined reduction amount to the current oxygen content is lowerable.
wobei der Sauerstoffrestgehalt des mit Stickstoff angereicherten Gasgemisches abhängig von dem aktuellen Sauerstoffgehalt in der Raumatmosphäre des umschlossenen Raumes auf einen Wert zwischen 0,01 Vol.-% und 10,00 Vol.-%, und vorzugsweise auf einen Wert zwischen 5, 5 Vol.-% und 7,5 Vol.-% eingestellt wird.Inertization process according to one of claims 1 to 4,
wherein the oxygen radical content of the nitrogen-enriched gas mixture, depending on the current oxygen content in the room atmosphere of the enclosed space to a value between 0.01 vol .-% and 10.00 vol .-%, and preferably to a value between 5, 5 vol. -% and 7.5 vol .-% is set.
wobei der Sauerstoffgehalt des Anfangs-Gasgemisches, aus welchem zumindest ein Teil des Sauerstoffs abgetrennt wird, in Abhängigkeit von dem aktuell in der Raumatmosphäre des umschlossenen Raumes (2) herrschenden Sauerstoffgehalt verändert wird.Inertization process according to one of claims 1 to 5,
wherein the oxygen content of the initial gas mixture, from which at least a portion of the oxygen is separated, is changed in dependence on the currently in the room atmosphere of the enclosed space (2) prevailing oxygen content.
wobei zum Bereitstellen des Anfangs-Gasgemisches ein Teil der in dem umschlossenen Raum (2) enthaltenen Raumluft in geregelter Weise dem Raum (2) entnommen wird, und wobei dem entnommenen Teil der Raumluft in geregelter Weise Frischluft zugemischt wird.Inertisation method according to one of claims 1 to 6,
wherein, for providing the initial gas mixture, part of the room air contained in the enclosed space (2) is taken out of the space (2) in a controlled manner is, and wherein the extracted part of the room air in a controlled manner fresh air is added.
wobei die Menge der Frischluft, die der dem Raum (2) entnommenen Raumluft pro Zeiteinheit zugemischt wird, so gewählt wird, dass die Menge der pro Zeiteinheit dem Raum (2) entnommenen Raumluft identisch ist mit der Menge des mit Stickstoff angereicherten Gasgemisches, welche pro Zeiteinheit in die Raumatmosphäre des umschlossenen Raums (2) geleitet wird.Inertisierungsverfahren according to claim 7,
wherein the amount of fresh air admixed with the room air taken from the room (2) per unit time is selected so that the amount of room air taken from the room (2) per unit time is identical to the amount of the nitrogen-enriched gas mixture per Time unit in the room atmosphere of the enclosed space (2) is passed.
wobei der Sauerstoffrestgehalt des mit Stickstoff angereicherten Gasgemisches automatisch in Abhängigkeit von dem aktuell in der Raumatmosphäre des umschlossenen Raumes (2) herrschenden Sauerstoffgehalt eingestellt wird.Inertisation method according to one of claims 1 to 8,
wherein the oxygen radical content of the nitrogen-enriched gas mixture is automatically adjusted in dependence on the currently in the room atmosphere of the enclosed space (2) prevailing oxygen content.
eine Steuereinrichtung (5), welche ausgelegt ist, das Gasseparationssystem (3, 4) derart anzusteuern, dass der Sauerstoffrestgehalt des mit Stickstoff angereicherten Gasgemisches in Abhängigkeit von dem aktuell in der Raumatmosphäre des umschlossenen Raumes (10) herrschenden Sauerstoffgehalt verändert wird.Inertizing plant for adjusting and / or maintaining a predeterminable and reduced compared to the normal ambient air oxygen content in the room atmosphere of an enclosed space (2), said inerting system (1) having a gas separation system (3, 4), with which of a nitrogen and oxygen contained At least a portion of the oxygen is separated from the initial gas mixture and in this way at the output (4a) of the gas separation system (3, 4) a nitrogen-enriched gas mixture is provided, and wherein the inerting system (1) comprises a feed line system (7) for supplying the Nitrogen-enriched gas mixture to the enclosed space (2), characterized by,
a control device (5) which is designed to control the gas separation system (3, 4) such that the oxygen radical content of the nitrogen-enriched gas mixture is changed as a function of the oxygen content currently prevailing in the room atmosphere of the enclosed space (10).
wobei die Steuereinrichtung (5) ferner ausgelegt ist, in Abhängigkeit von dem aktuell in der Raumatmosphäre des umschlossenen Raumes herrschenden Sauerstoffgehalt das Gasseparationssystem (3, 4) derart anzusteuern, dass der Sauerstoffrestgehalt des am Ausgang (4a) des Gasseparationssystems (3, 4) bereitgestellten und mit Stickstoff angereicherten Gasgemisches automatisch reduziert wird, wenn der Sauerstoffgehalt in der Raumatmosphäre des umschlossenen Raumes (2) abnimmt; und/oder
wobei die Steuereinrichtung (5) ferner ausgelegt ist, das Gasseparationssystem (3, 4) derart anzusteuern, dass das am Ausgang (4a) des Gasseparationssystems (3, 4) bereitgestellte und mit Stickstoff angereicherte Gasgemisch einen Sauerstoffrestgehalt zwischen 10,00 Vol.-% bis 0,01 Vol.-% aufweist.Inertizing plant according to claim 10,
wherein the control device (5) is further designed to control the gas separation system (3, 4) in dependence on the oxygen content currently prevailing in the room atmosphere of the enclosed space such that the oxygen radical content of the oxygen at the outlet (4a) of the gas separation system (3, 4) is provided and automatically reduced with nitrogen-enriched gas mixture, when the oxygen content in the room atmosphere of the enclosed space (2) decreases; and or
wherein the control device (5) is further designed to control the gas separation system (3, 4) in such a way that the nitrogen-enriched gas mixture provided at the outlet (4a) of the gas separation system (3, 4) has an oxygen radical content of between 10.00% by volume. to 0.01% by volume.
welche ferner ein Sauerstoffmesssystem (16) aufweist, welches ausgelegt ist, kontinuierlich oder zu vorgegebenen Zeiten und/oder Ereignissen den Sauerstoffgehalt in der Raumatmosphäre zu erfassen und den Wert des erfassten Sauerstoffgehaltes der Steuereinrichtung (5) als aktueller Sauerstoffgehalt zuzuführen.Inertizing plant according to one of claims 10 or 11,
which further comprises an oxygen measuring system (16) which is designed to detect the oxygen content in the room atmosphere continuously or at predetermined times and / or events and to supply the value of the detected oxygen content to the control device (5) as the current oxygen content.
wobei ferner eine Mischkammer (6) vorgesehen ist zum Bereitstellen des Anfangs-Gasgemisches, wobei in der Mischkammer (6) ein erstes Leitungssystem (9) mündet, über welches in einer von der Steuereinrichtung (5) geregelten Weise ein Teil der in dem umschlossenen Raum (2) enthaltenen Raumluft dem Raum (2) entnommen und der Mischkammer (6) zugeführt wird, und wobei in der Mischkammer (6) ein zweites Leitungssystem (8) mündet, über welches in einer von der Steuereinrichtung (5) geregelten Weise Frischluft der Mischkammer (6) zugeführt wird.Inertizing plant according to one of claims 10 to 12,
wherein a mixing chamber (6) is provided for providing the initial gas mixture, wherein in the mixing chamber (6) a first conduit system (9) opens, via which in a manner controlled by the control device (5) a part of the enclosed space (2) contained in the room (2) and the mixing chamber (6) is supplied, and wherein in the mixing chamber (6), a second conduit system (8) opens, via which in a controlled by the control device (5) way fresh air Mixing chamber (6) is supplied.
welche ferner in dem ersten Leitungssystem (9) ein erstes mit der Steuereinrichtung (5) ansteuerbares Ventil (11), insbesondere Absperrventil, und in dem zweiten Leitungssystem (8) ein zweites mit der Steuereinrichtung (5) ansteuerbares Ventil (10), insbesondere Absperrventil, aufweist, wobei die Steuereinrichtung (5) ausgelegt ist, dass erste und/oder zweite Ventil (11, 10) derart anzusteuern, dass die Menge der pro Zeiteinheit dem Raum (2) entnommenen Raumluft identisch ist mit der Menge des mit Stickstoff angereicherten Gasgemisches, welche pro Zeiteinheit der Raumatmosphäre des umschlossenen Raumes (2) zugeführt wird.Inertizing plant according to claim 13,
which further comprises in the first line system (9) a first controllable with the control device (5) valve (11), in particular shut-off valve, and in the second line system (8) a second with the control device (5) controllable valve (10), in particular shut-off valve , wherein the control device (5) is designed to control the first and / or second valve (11, 10) such that the amount of room air taken from the space (2) per unit of time is identical to the amount of the nitrogen-enriched gas mixture , which per unit time of the room atmosphere of the enclosed space (2) is supplied.
wobei das Gasseparationssystem (3, 4) einen Stickstoffgenerator (4) und einen Kompressor (3) aufweist, wobei über die Steuereinrichtung (5) die Stickstoff-Reinheit bzw. der Sauerstoffrestgehalt des am Ausgang (4a) des Stickstoffgenerators (4) bereitgestellten und mit Stickstoff angereicherten Gasgemisches einstellbar ist, und wobei der Kompressor (3) zwischen der Mischkammer (6) und dem Stickstoffgenerator (4) angeordnet ist.Inertisierungsanlage according to claim 13 or 14,
wherein the gas separation system (3, 4) comprises a nitrogen generator (4) and a compressor (3), wherein via the control device (5) the nitrogen purity or the oxygen radical content of the nitrogen-enriched gas mixture provided at the outlet (4a) of the nitrogen generator (4) is adjustable, and wherein the compressor (3) is arranged between the mixing chamber (6) and the nitrogen generator (4).
wobei in dem ersten Leitungssystem (9) ein Wärmetauschersystem (13) vorgesehen ist zum Übertragen von thermischer Energie zwischen der aus dem umschlossenen Raum (2) entnommenen Raumluft und der Abwärme des Kompressors (3).Inertizing plant according to one of claims 13 to 15,
wherein in the first conduit system (9), a heat exchanger system (13) is provided for transmitting thermal energy between the extracted from the enclosed space (2) room air and the waste heat of the compressor (3).
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