JP2013544609A - 防火および／または消火のための不活性化方法およびこの方法を実施するための不活性化設備 - Google Patents

防火および／または消火のための不活性化方法およびこの方法を実施するための不活性化設備 Download PDF

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Abstract

本発明は、密閉スペース(２)内の低減された酸素含有量を設定しかつ／または維持するための不活性化方法および不活性化設備(１)に関するものであり、ガス分離システム(３.１,４.１;３.２,４.２;３.３;４.３)が設けられ、かつ、混合チャンバー(６)内に供給される初期ガス混合物からの酸素の少なくとも一部を分離するために、そしてこれによって窒素濃度が高まったガス混合物を提供するために使用される。不活性化設備(１)の動作を最適化するために、本発明に基づいて、密閉スペース(２)内の空気の一部がそこから除去されて、混合チャンバー(６)内で外気と混合させられる。

Description

本発明は、防火および／または消火のための不活性化方法に関し、当該方法では、密閉ルームの空間的雰囲気内において標準的環境よりも低い予め決定可能な酸素含有量が設定されかつそれが維持される。
本発明はさらに、通常の環境空気に比べて低減された密閉ルームの空間的雰囲気内の予め決定可能な酸素含有量を設定しかつ／あるいは維持するための不活性化システムに関し、この不活性化システムは、窒素および酸素を含む初期ガス混合物から酸素の少なくとも一部を分離し、そして、そうすることによって、ガス分離システムのアウトレットに窒素エンリッチガス混合物を提供するガス分離システムを備え、かつ、この不活性化システムは、密閉ルームへと窒素エンリッチガス混合物を供給するためのライン供給系統を備える。
上記タイプの不活性化システムは、特に、モニタリングがなされる保護ルーム内の火災のリスクを低減し、かつ、消火するためのシステムに関するものであり、保護ルームは、火災を予防しかつそれを抑制するために連続的に不活性化される。そうした不活性化システムの作動のモードは、密閉ルーム内での火災のリスクは、通常の場合、たとえば体積で約１２〜１５％の値まで、それぞれの領域において、酸素の濃度を連続的に低下させることによって対抗可能である、という認識に基づく。そうした酸素濃度においては、最も燃えやすい物質でさえ、もはや燃えることはない。用途の主たる領域は、特に、ＩＴ領域、電気開閉装置および配電器コンパートメント、密閉施設、ならびに高価な物品のための保管領域である。
冒頭に述べたタイプの方法ならびにデバイスは特許文献１から公知である。密閉ルーム内から環境空気の一部を引き込み、そしてそれを混合チャンバーへと供給するために、ここでは、リターンシステムが使用される。外気が、混合チャンバー内で、ルームから引き込まれた空気の一部に付加される。こうして生成されたガス混合物(初期ガス混合物)は、そこで圧縮されるべくコンプレッサーに供給され、続いて窒素発生器へと輸送される。窒素発生器は、提供される初期ガス混合物からの酸素の少なくとも一部を分離させ、これによって、窒素発生器のアウトレットにおいて窒素エンリッチガス混合物を生成する。窒素エンリッチガス混合物は、その後、ルームの空間的雰囲気の酸素含有量を所定の不活性化レベルまで低下させるか、あるいは目下の不活性化レベルで、それを維持するために、密閉ルームに輸送される。
実際、防火目的のためにより有効な窒素発生を可能とするための、特許文献１において採用された減酸素空気をリターンさせる方法は、採用されるガス分離システムに可能な限り最適に適合されるリターンシステムを必要とする。特に、混合チャンバー内に提供される初期ガス混合物は、採用されるべきガス分離システムにとって、常に最適化された状態であることに注意する必要がある。それぞれ関連付けられたコンプレッサーを備えた複数の窒素発生器がガス分離システムとして採用される場合に、この要求は特に適用されるべきである。この場合、特に、各個々の窒素発生器が他の窒素発生器に影響を与えないように注意する必要がある。この方法は、ガスを分離するために膜技術を利用する窒素発生器が一定の吸引作用を示す必要があることを計算に入れる必要がある。他方で、ガスを分離させるために上記ＰＳＡ技術あるいは上記ＶＰＳＡ技術を利用する窒素発生器が採用される場合、そうした窒素発生器はパルス吸引作用によって機能し得る、という事実を考慮する必要がある。
特に、たとえば倉庫などの大容積領域内においては、予め決定されるか、あるいは予め決定可能な不活性化レベルを設定しかつそれを維持するために、複数の窒素発生器を並列状態で使用することが、しばしば望ましいが、ここで、窒素発生器が異なるガス分離技術に基づくことが生じ得る。そうした場合には、各窒素発生器の最適動作を保証するために、密閉ルームから個々の窒素発生器に至る、各窒素発生器のための高コストな独立したリターンラインが必要となる。こうした要求は、不活性化システムのための相対的に複雑な構造につながる。
欧州特許出願公開第2 204 219号明細書
提起された、この問題から出発して、本発明は、可能な限り最も簡単で最も効果的な様式にて密閉ルーム内で既定の不活性化レベルを設定しかつそれを維持することができるように、それぞれ特許文献１から公知の不活性化システムおよび特許文献１から公知の不活性化方法を、さらに改良するという課題に基づく。
不活性化方法に関連する本発明の第１の態様によれば、混合チャンバー内に、酸素、窒素および適用可能なその他の成分を含む初期ガス混合物が供給され、ガス分離システムが、供給された、この初期ガス混合物から酸素の少なくとも一部を分離させ、そうすることによって、ガス分離システムのアウトレットに窒素エンリッチガス混合物を提供し、そして密閉ルームの空間的雰囲気内に、この窒素エンリッチガス混合物が送り込まれる。初期ガス混合物を供給するために、混合チャンバーに対して密閉ルームを接続するリターンライン系統が設けられ、好ましくは調整された様式で密閉ルーム内から環境空気の一部を引き込み、そしてそれを混合チャンバー内に供給するために、ファン機構が、さらに設けられ、ルーム空気の引き込まれた一部は、好ましくは調整された様式で、混合チャンバーに対して接続された外気供給ライン系統に設けられたファン機構によって、外気と混合される。
方法に関する本発明のさらなる態様は、リターン供給ライン系統に設けられたファン機構を提供し、これは、混合チャンバー内で支配的な圧力と、外部周囲大気の圧力との間の差が、予め決定されるかあるいは予め決定可能な上側閾値を超えず、かつ、予め決定されるかあるいは予め決定可能な下側閾値を下回らないように、単位時間当たりルームから引き込んだ空気の体積および混合チャンバーへと供給される空間空気の体積を設定できるように制御される。
方法に関する本発明のさらなる態様は、外気供給ライン系統に設けられたファン機構を提供し、これは、混合チャンバー内で支配的な圧力と、外部環境雰囲気の圧力との間の差が、予め決定されるかあるいは予め決定可能な上側閾値を超えず、かつ、予め決定されるかあるいは予め決定可能な下側閾値を下回らないように、単位時間当たりルーム空気の引き込まれた体積と混合される外気の体積を設定できるように制御される。
不活性化システムに関する本発明のさらなる態様は、混合チャンバー、好ましくは混合チューブとして構成された混合チャンバーをさらに備える不活性化システムを提供し、これは、初期ガス混合物を提供する役割を果たし、第１のライン系統は混合チャンバー内へと開口しており、第１のライン系統を経て密閉ルーム内部からの空間空気の一部が引き込まれかつ混合チャンバーへと供給され、かつ、第２のライン系統は混合チャンバー内へと開口しており、第２のライン系統を経て外気が混合チャンバーへと供給される。
不活性化システムに関する本発明のさらなる態様は、第１のライン系統内の制御ユニットによって制御可能であるファン機構と、第２のライン内の制御ユニットによって制御可能である第２のファン機構とを、さらに備える不活性化システムを提供する。
不活性化システムに関する本発明のさらなる態様は、不活性化システムの制御ユニットを提供し、そうした制御ユニットは、混合チャンバー内で支配的な圧力と外部環境雰囲気の圧力との差が、予め決定されるかあるいは予め決定可能な上側閾値を超過せず、かつ、予め決定されるかあるいは予め決定可能な下側閾値を下回らないように、単位時間当たりルームから引き込まれかつ第１のファン機構によって混合チャンバーへと供給される空気の量を設定できるように、第１のファン機構を制御するよう構成される。
不活性化システムに関する本発明のさらなる態様は、不活性化システムの制御ユニットを提供し、そうした制御ユニットは、混合チャンバー内で支配的な圧力と、外部環境雰囲気の圧力との差が、予め決定されるかあるいは予め決定可能な上側閾値を超過せず、かつ、予め決定されるかあるいは予め決定可能な下側閾値を下回らないように、第２のファン機構によって単位時間当たりルームから引き込まれた空間空気に混合される外気の体積を設定できるように、第２のファン機構を制御するよう構成される。
不活性化システムに関する本発明のさらなる態様は、制御ユニットを備える不活性化システムを提供するが、この制御ユニットは、密閉ルームの空間的雰囲気内で個々の瞬間において支配的な酸素含有量の関数として窒素エンリッチガス混合物の残留酸素含有量が変化するように、ガス分離システムを制御するよう構成される。
この不活性化方法の、結果として生じる予防あるいは消火作用は酸素置き換えの原理に基づく。一般に知られているように、通常の環境空気は、体積で約２１％の酸素と、体積で約７８％の酸素と、体積で約１％のその他のガスからなる。保護されたルーム内で火災が発生するリスクを効果的に低減できるようにするために、個々のルーム内の酸素濃度が、たとえば窒素などの不活性ガスを導入することによって低減させられる。大部分の固体に関して、消火作用は酸素のパーセンテージが体積で１５％を下回ったときに得られることが知られている。保護されたルーム内に収容された引火性物質に依存して、たとえば体積で１２％まで酸素パーセンテージのさらなる低下が必要となるであろう。したがって、保護されるルームを連続的に不活性化することはまた、この保護されるルーム内で火災が発生するリスクを効果的に最小化する。
本発明に係る方法、不活性化システムは、それぞれ、ガス分離システムのアウトレットにおいて提供される窒素化ガス混合物の窒素純度、そしてガス分離システムのアウトレットにおいて提供される窒素化ガス混合物の残留酸素含有量はそれぞれ、いわゆる「ドローダウン時間」に影響を与える、という知識を利用する。「ドローダウン」時間との用語は、密閉ルームの空間的雰囲気内の所定の不活性化レベルを設定するのに要する時間を意味する。
ここで利用される特殊な知識は、窒素純度が増大するとき、ガス分離システムの空気比が指数関数的に上昇するというものである。
「空気比」との用語は、単位時間当たりガス分離システムのアウトレットに提供される窒素化ガスの体積に対する、単位時間当たりガス分離システムに提供される初期ガス混合物の体積の比率を意味する。窒素発生器は、たいてい、ガス分離システムのアウトレットにおいて所望の窒素純度の任意の選択を可能とし、この値は窒素発生器それ自体において設定可能である。概して言うと、窒素純度が低く設定されればされるほど、窒素発生器の作動コストはますます低くなる。特に、コンプレッサーは、この場合、ガス分離システムのアウトレットにおいて、設定された窒素純度で窒素化ガスを提供するとき、比較的短い時間の間、作動する必要があるに過ぎない。
だが、ルームを不活性化するために不活性化システムを作動させるために生じるコストに関して、その他の付加的要因を考慮に入れる必要がある。これらは、特に、所定の不活性化レベルに到達し、そして維持されるまで、ガス分離システムのアウトレットに提供される窒素エンリッチガス混合物によって、密閉ルームの空間的雰囲気内で酸素を置換することに伴うパージ要因を含む。このパージ要因は、特に、単位時間当たりガス分離システムによって提供される窒素化ガスの量、密閉ルームの空間容積、そして個々の瞬間における密閉ルームの空間的雰囲気内で支配的な酸素含有量と、所定の不活性化レベルに対応する酸素含有量との間の差を含む。ここで考えるべきことは、ドローダウン時間に関して、ガス分離システムのアウトレットに提供されるガス混合物の窒素純度、そして窒素化ガスの残留酸素含有量は、同様に重要な役割を果たすということである。なぜなら、パージ処理は、窒素化ガス混合物内の残留酸素含有量が低くなればなるほど、より素早く行われるからである。
本明細書で使用する「ガス分離システム」との用語は、窒素エンリッチガスだけでなく、酸素エンリッチガスへと、少なくとも「酸素」および「窒素」の成分を含む初期ガス混合物の分離を実施できるシステムとして理解すべきである。そうしたガス分離システムの機能は、たいてい、ガス分離膜の作用に基づく。本発明で用いるガス分離システムは、主として、初期ガス混合物から酸素を分離するよう設計される。このタイプのガス分離システムはまた、しばしば「窒素発生器」と呼ばれる。
このタイプのガス分離システムは膜モジュールなどを利用し、たとえば、これによって、初期ガス混合物内に含まれる異なる成分(たとえば、酸素、窒素、希ガスなど)は、その分子構造に基づいて異なる速度で膜を通って拡散する。中空繊維膜をこの膜として利用できる。酸素、二酸化炭素および水素は高い拡散速度を有し、そして、そのために、膜モジュールを通過する際、初期ガス混合物からの脱出は相対的に素早い。低い拡散速度を有する窒素は、膜モジュールの中空繊維膜を極めてゆっくりと通過してしみ出し、これによって、この中空繊維／膜モジュールを通過する際に濃度が高まる。ガス分離システムを出ていくガス混合物の、窒素純度、残留酸素含有量は、それぞれ流速によって決定される。圧力および体積流量を変更することによって、ガス分離システムを、必要な窒素純度および窒素の必要体積へと調整することが可能となる。特に、窒素の純度は、ガスが膜を通過する速度(滞留時間)によって調整される。
分離された酸素エンリッチガス混合物はたいてい濃縮されて、大気圧で環境へと放出される。圧縮された、窒素エンリッチガス混合物がガス分離システムのアウトレットに提供される。生成ガス組成の解析は、体積パーセントで残留酸素含有量を計測することによってなされる。窒素含有量は、１００％から計測された残留酸素含有量を減じることによって計算される。そうする場合には、この値は窒素含有量あるいは窒素純度として示されるが、それは実際には不活性含有量であることを考慮する必要がある。なぜなら、この成分は、窒素だけからなるではなく、たとえば希ガスなどの別なガス成分を含むからである。
ガス分離システム、窒素発生器それぞれには、たいてい、上流側フィルターシステムによって浄化された圧縮空気が供給される。原理的には、窒素エンリッチガスを提供するために二つの分子ふるいベッドを利用する圧力揺れプロセス(ＰＳＡ技術)を使用することも考えられ、この場合、二つのふるいは、フィルターモードから再生モードへと交互に切り換えられ、これによって窒素エンリッチガスの流れを生じる。
圧力揺れ動作窒素発生器のアウトレットに窒素エンリッチガスの連続した流れを実現することが不可避でない限り、ただ一つの分子ふるいベッドを使用することもでき、これは、その間に窒素エンリッチガスがアウトレットに提供される、圧力の印加時に吸着モードへと、そして、その後、その間に分子ふるいベッドの近傍内の酸素エンリッチガスを排除できる低圧での脱離モードへと、交互に切り換えられる、
窒素発生器がたとえば膜技術を利用する場合、処理は、異なるガスは異なる速度で物質を経て拡散するという一般的な知識を利用する。窒素発生器の場合、空気の主要な成分、すなわち窒素、酸素および水蒸気の異なる拡散速度は、窒素、そして窒素エンリッチガスの流れを形成するために利用される。さらに詳しく言うと、膜技術ベース窒素発生器を技術的に実現するために、それを経て水蒸気および酸素が容易に拡散できるが、窒素に関しては、もっぱら低い拡散速度をもたらす分離物質が、中空繊維膜の外面に張り付けられる。そうした処理された中空繊維の内部を経て空気が流れるとき、水蒸気および酸素は中空繊維壁を経て外側に素早く拡散するが、窒素は、窒素の強度の濃縮が中空繊維を通過する間に生じるように、繊維内でほとんど保持される。この分離プロセスの効率は、本質的に、繊維内の流動速度に、そして中空繊維壁を横切る圧力差に依存する。減少する流動速度および／または中空繊維膜の内面と外面との間のより高い圧力差によって、生じる窒素流の純度は増大する。概して、膜技術ベース窒素発生器は、したがって、窒素発生器の空気分離システム内の圧縮酸素源によって提供される圧縮空気の滞留時間の関数として、窒素発生器によって提供される窒素化空気に対する窒素化の程度を調整できる。
他方で、窒素発生器がたとえばＰＳＡ技術に基づく場合、特別に処理された活性チャコールは、雰囲気酸素および雰囲気窒素の異なる結合レートを利用する。採用される活性チャコールの構造は、これによって、極度に大きな表面積にわたって多数の細孔および微細孔(ｄ＜１ｎｍ)が生じるように変更される。この孔サイズでは、空気の酸素分子は、窒素分子よりも実質的に早く孔内へと拡散し、これによって、活性チャコールの近傍の空気は窒素の濃度が高まる。窒素発生器に基づくＰＳＡ技術は、したがって、膜技術ベース発生器を用いた場合と同様に、窒素発生器内での圧縮空気源によって提供される圧縮空気の滞留時間の関数として、窒素発生器によって提供される窒素化空気に対する窒素化の程度を調整できる。
上記のように、窒素発生器に基づく、このタイプのＰＳＡ技術は吸着モードおよび脱離モードで交互に動作させられる必要があり、これによって、圧力は、生成プロセスのために活性チャコール(カーボン細粒、ＣＭＳ)の孔内での酸素分子の十分な拡散を保証するために、吸着モード(フィルターモード)の間、分子ふるいベッドに加えられる必要がある。吸着段階中の高い、ふるいベッド圧力対環境圧力に比べて、カーボン細粒の効果的なパージを可能とするために、それに続く脱離段階(パージあるいは再生段階)の間、圧力は低減される。
標準的なＰＳＡ窒素発生器(これはまた、こうした理由から、圧力揺れ吸着発生器とも呼ばれる)は、再生サイクル(脱離段階)の間、実質的に環境圧力に対応する圧力レベルを利用する。そうした標準的な圧力揺れ吸着発生器に比べて、いわゆる真空圧揺れ吸着発生器(ＶＰＳＡ技術)はより複雑な構成を有し、この脱離プロセスは、圧力が環境圧力のレベルまで低減されるだけでなく、真空圧レベルに達する圧力(これは環境圧力よりも低い)が、再生されるべき分子ふるいベッドの近傍において能動的に確立されるという事実によって、強化され、そして短縮される。そうするためには、コンプレッサーによって提供される増大した圧力レベルに加えて、真空圧力レベルに達する対応する低減圧力を提供することも必要であり、このためには、通常、真空源が必要である。そうした真空源は、たとえば、真空ポンプの形態であってもよい。
上述したように、本発明の解決策は、一方で、窒素純度の増加に伴ってガス分離システムの空気比が指数関数的に増大し、そして他方で、所定の不活性化レベルを設定するために、不活性化システムにおいて使用されるコンプレッサーは、個々の瞬間における密閉ルームの空間的雰囲気において支配的な酸素含有量と、窒素化ガス混合物における残留酸素含有量との間の差が少なくなればなるほど、ますます長い時間にわたって作動させる必要がある、という知識を利用する。ここで、不活性化システムの電力消費は、固定された残留酸素含有量にルームを設定する場合であろうと、あるいは、新しい低減されたレベルまで低下する場合であろうと、ドローダウンプロセスがルームを不活性化するのに要する時間の長さに、ほとんど直線的に比例することを考慮すべきであり、これは、ガス分離システムの上流のコンプレッサーは、最適効率で、その作動ポイントへとデジタル的に駆動されるからである。
したがって、体積で、たとえば９０％ほどの下側値が窒素純度に関して選択される場合、不活性ガスシステムは、不活性化レベルを設定するために、かなり長い時間にわたって稼働する必要があることに留意すべきである。窒素純度値をたとえば体積で９５％まで上昇させる場合、設定されるべき不活性化レベルの酸素含有量と、ガス分離システムのアウトレットに提供されるガス混合物の残留酸素含有量との差は同様に増大し、これによって、それは、コンプレッサーが不活性化レベルを設定するのに要する作動時間を低減させ、したがって不活性化システムの電力消費を低下させる。だが、ガス分離システムのアウトレットにおいて窒素純度を増大させる状況はまた、不可避的に、空気比を増大させる。この状況は、不活性化レベルを設定するのに必要なコンプレッサーの作動時間、そして不活性化システムの電力消費に悪影響を及ぼす。この悪影響は、窒素純度を増大させることによる空気比の増大が、かなりのものとなった場合に優勢となる。
固定された値がガス分離システムの窒素純度のために選択される従来技術から公知の通常システムとは異なり、本発明は、密閉ルームが不活性化されるとき、ガス分離システムのアウトレットに提供される残留酸素含有量および窒素エンリッチガス混合物が、これによって必要時間に関して最適化された値へとガス分離システムの窒素純度を設定するために、好ましくは自動的にあるいは選択的に、密閉ルームの空間的雰囲気内の個々の瞬間において支配的な酸素含有量へと調整される不活性化システムに基づく。
本明細書で用いている「時間最適化窒素純度値」との用語は、ガス分離システムの、ガス分離システムのアウトレットに提供される残留酸素含有量の、そして窒素エンリッチガス混合物の窒素純度を意味し、これを用いて、規定された不活性化システム(ここでは単位時間当たり提供可能な窒素化ガス混合物の体積は一定である)は、目下の酸素含有量から所与の不活性化レベルに対応する予め決定された酸素含有量へと低下するための最小時間を仮定する。
混合チャンバー内で支配的な圧力と、環境雰囲気圧力との間の差が、予め決定されるかあるいは予め決定可能な上側閾値を上回らず、あるいは予め決定されるかあるいは予め決定可能な下側閾値を下回らないように、単位時間当たりルームから引き込まれかつ混合チャンバーに供給されるルーム空気の体積および／または単位時間当たりルーム空気の引き込まれた部分に付加された外気の体積を設定できることで、混合チャンバーのアウトレットに提供される初期ガス混合物が、常に、規定状態であり、かつ、ガス分離システムに最適に適合されることが保証される。本発明の解決策は、特に、複数の窒素発生器を使用するガス分離システムを可能とし、これによって複数の窒素発生器はまた、異なるガス分離技術に基づくことができる。特に本発明によって保証されるのは、適切に採用された複数の窒素発生器のそれぞれの吸引作用が、設けられた他の窒素発生器と相互作用しないことである。したがって、本発明を、ガス分離のための、多数の、そして潜在的に異なる窒素発生器を、その中で用いることで、たとえば倉庫などの大容積ルーム内で、消火システムあるいは防火手段として採用することは、個々の窒素発生器へ保護ルームから各窒素発生器のための、コストの掛かる、独立した、そして調整されたリターンラインを必要とせずに、容易に実施可能である。したがって、本発明の解決策によって提案された適合リターン方法は、本発明の不活性化システムを実現する際に費用の増大を回避できる。
本発明に基づく解決策は特にまた、特にたとえば倉庫などの相対的に大きな容積ルームの場合にも、不活性化効果を実現するのに必要な運転コストを、実施するのが簡単であるが効果的な様式で低下させる。
本発明のさらなる態様によれば、上側圧力差閾値は１.０ｍbarであり、好ましくは０.５ｍbarであり、下側圧力差閾値は、好ましくは、０.０ｍbarである。混合チャンバー内で支配的な圧力と、外部大気圧との間の差が、この指示された範囲内に存在するようにすることで、常に、採用される窒素発生器のそれぞれの吸引作用(ガス分離のために膜技術を使用する窒素発生器のための一定吸引作用あるいはガス分離のためにＰＳＡあるいはＶＰＳＡ技術を使用する窒素発生器のためのパルス吸引作用)が非相互干渉作用であることが保証される。もちろん、上側および／または下側閾値としてその他の値も考えられる。
本発明のさらなる態様は、第１のライン系統内の制御ユニット調整式の第１のファン機構を提供するが、これを用いて、密閉ルーム内に収容された空間空気の一部は、上記制御ユニットによって調整された様式でルームから引き込まれ、そして混合チャンバーへと供給される。第２のライン系統に第２の制御ユニット調整式のファン機構を設けることはさらに有利であり、これを用いて、外気は調整された様式で混合チャンバーへと供給される。制御ユニットは、それによって、単位時間当たりルームから引き込まれる空間空気の体積が、単位時間当たり密閉ルームの空間的雰囲気へと供給される窒素エンリッチガス混合物の体積と同じであるように、第１および第２のファン機構を制御するよう設計されるべきである。相応に制御可能なファン機構を設けることは、さらに、実施するのが容易であるが効果的な様式で、予め決定されるかあるいは予め決定可能な値で、(ある制御範囲内の)混合チャンバー内で支配的な圧力と外部環境雰囲気圧力との間の差を維持できる。これは、したがって、初期ガス混合物が、最適に適合された状態で、ガス分離システムのそれぞれ利用される窒素発生器へと提供されることを保証する。
本発明のさらなる態様によれば、単位時間当たり混合チャンバー内でルームから引き込まれた空間空気と混合される外気の体積は、単位時間当たりルームから引き込まれた空間空気の体積が、単位時間当たり密閉ルームの空間的雰囲気内に送り込まれる窒素エンリッチガス混合物の体積と等しくなるように選択される。これは、密閉ルームの空間的雰囲気内に窒素エンリッチガス混合物を導入することによって、あるいは密閉ルームからの空間空気の放出／リターンによって、過剰なあるいは負の圧力が生じないことを保証する。
初期ガス混合物を提供するために、本発明のさらなる態様は、その中に第１のライン系統(それを経て、調整された様式でルームから密閉ルーム内に収容された空気の一部が引き込まれる)および第２のライン系統(それによって調整された様式で、好ましくはＹコネクターによって、外気が供給される)が開口する混合セクションを提供する。この混合セクションは、混合チャンバー内に、あるいは混合チャンバーの上流側で一体化される。混合セクションは、密閉ルームから引き込まれた空間空気を、供給された外気と混合する役割を果たし、かつ、最適混合を保証するために、乱流が混合セクション内で生じるように構成される。このために、混合チャンバー内に導入される外気および混合セクション内に同様に導入されるリターンルーム空気に関して、特性レイノルズ数依存限界速度よりも大きな流量が設定されるように、混合セクションの有効流動断面積を相応に低減することが考えられる。これに代えて、あるいは、これに加えて、上記混合セクション内で乱流を引き起こすために混合セクション内にスポイラー要素を提供することが考えられる。
リターンルーム空気および供給された外気の渦混合のために混合セクションが混合チャンバーに一体化されるかあるいは混合チャンバーの上流に配置される後者の実施形態では、本発明のさらなる態様によれば、混合セクションは、ほとんど完全な、そして可能な限り均一なリターンルーム空気および供給された外気の混合を実現するのに十分な長さを有する。混合セクションは、混合セクションの水力直径の少なくとも５倍の長さであることが特に好ましい。水力直径は、非円形断面のチューブあるいはチャネルに関連する計算のための理論的寸法である。この用語は、円形チューブのように計算を行うことを可能とする。それは、流動断面積の４倍と計測断面積の濡れ縁(適用可能な場合には内側および外側)との商である。
本発明のさらなる態様によれば、ガス分離システムは、ライン系統によって混合チャンバーに接続された個々のコンプレッサーとそれぞれ関連付けられた少なくとも一つの、好ましくは複数の窒素発生器を備える。窒素発生器のアウトレットにおいて提供される残留酸素含有量および窒素エンリッチガス混合物は、制御ユニットによって各窒素発生器に関して調整可能である。この具体例は、特に、たとえば倉庫などの大きな容積領域を保護するのに好適である。
本発明のさらなる態様によれば、ガス分離システムの少なくとも窒素発生器、複数の窒素発生器の少なくとも一つのそれぞれは、真空圧揺れ吸着発生器、すなわち、言い換えれば、ＶＰＳＡ技術に基づいて機能するものとして構成される。そうした真空圧揺れ吸着発生器の場合、混合チャンバーと真空圧揺れ吸着発生器の少なくとも一つのインレットとの間にライン系統が付加的に設けられる。制御ユニットに対する制御接続部を有する制御可能な中間バルブが、このライン系統において有効である。制御ユニットは、したがって、混合チャンバーと真空圧揺れ吸着発生器の少なくとも一つのインレットとの間で、直接制御可能な接続を実現できる。本発明に基づく方法に関しては、真空圧揺れ吸着発生器の脱離段階の間、そしてたとえば脱離段階が終了するよう予定されるよりも前の数秒、たとえば脱離段階の予定された終了前の５秒、真空圧揺れ吸着発生器の脱離段階の終了前に真空圧揺れ吸着発生器の少なくとも一つのインレットに混合チャンバーが直接接続されるように、混合チャンバーと窒素発生器とをつなぐライン系統における中間バルブは、閉ポジションから、通過を可能とする開ポジションへと作動させられる。
本発明のさらなる態様によれば、ガス分離システムの窒素発生器は、少なくとも一つのインレットを有する真空圧揺れ吸着発生器として構成され、この少なくとも一つのインレットは、コンプレッサーの圧力側に対して、あるいは真空源の吸引側に対して、ライン系統によって、選択的に接続される。
本発明のさらなる態様によれば、ガス分離システムの窒素発生器は、少なくとも一つのインレットを有する真空圧揺れ吸着発生器として構成され、この窒素発生器の少なくとも一つのインレットは、脱離段階の間、真空源の吸引側に対して接続される。
本発明のさらなる態様によれば、ガス分離システムの窒素発生器は真空圧揺れ吸着発生器として構成され、この窒素発生器の少なくとも一つのインレットは、ライン系統によって、混合チャンバーに対して接続される。
本発明のさらなる態様によれば、ガス分離システムの窒素発生器は、少なくとも一つのインレットを有する真空圧揺れ吸着発生器として構成され、この窒素発生器の少なくとも一つのインレットは、窒素発生器の脱離段階を終わらせるために、ライン系統によって、混合チャンバーに対して接続される。
脱離段階の間、真空圧揺れ吸着発生器のインレットにおいて負圧が支配的であるので、脱離段階の終了前、混合コンテナからの窒素エンリッチ空気は、真空圧揺れ吸着発生器のこのインレット内に自動的に提供されるが、これは、たとえば、カーボン細粒(ＣＭＳ)を収容する吸着ベッドへと流れる。圧力の受動的増大はそうした吸着ベッド(ＣＭＳコンテナ)内で生じ、この結果、この真空圧揺れ吸着発生器のための脱離段階は、エネルギーの付加的な消費を伴わずに、受動的に終了させることができ、これは、従来の解決策に比べて、時間およびエネルギーを節約する。さらに、圧力揺れ吸着発生器が、その後、それに続く吸着動作へと切り換えられるとき、吸着ベッド(ＣＭＳコンテナ)内での圧力のそうした受動的増大は、圧力揺れ吸着発生器を、その後の吸着動作のために吸着ベッドの領域において、吸着段階の間に引き続いて形成される過剰な圧力に近い圧力を再創出するために、さもなければ必要であろうコンプレッサー負荷を伴わずに、実施可能な吸着動作へと切り換えることを可能とする。これが実現するのは、真空圧揺れ吸着発生器と関連付けられたコンプレッサーが、短時間で、動作圧力へと、分子ふるいベッドを復帰させることができ、これによって、窒素が、今度は、真空圧揺れ吸着発生器のアウトレットにおいて、より素早く生成されることである。さらに、既に窒素化された空気は混合チャンバーから分子ふるいベッドに向かって流動するので、その後の吸着段階中の酸素レベルは既に低いレベルで始まる。混合チャンバーの適切な、たとえば好ましくは長尺な混合チューブとしての設計は、今度は、有利な圧力変動補償特性をもたらし、この結果、真空圧揺れ吸着発生器のそうした脱離段階における圧力均等化処置の早期の終了さえ、たとえば複数の窒素発生器の別のものへ影響を与えない。言い換えれば、採用される全ての窒素発生器の非相互作用動作を保証する。
本発明の解決策において採用された混合チャンバーに関して、本発明のさらなる態様によれば、上記混合チャンバーは、不活性化システムにおいて使用される窒素発生器の数に、かつ／または少なくとも一つの窒素発生器の機能がそれに基づく原理に依存する容積を有する。混合チャンバーの容積は、特に、採用される窒素発生器のそれぞれの吸引作用が全ての窒素発生器に関して非干渉作用となるように選択されるべきである。
本発明のさらなる態様によれば、混合チャンバーは、さらに、この混合チャンバー内で生じ得る最大流量が平均で０.１ｍ／ｓ未満であるように構成される。これは、混合チャンバーの水力断面を適当に選択することによって実現される。
本発明のさらなる態様は、窒素エンリッチガス混合物の残留酸素含有量を規定し、ガス分離システムの窒素純度は、それぞれ、好ましくは、既定の特性曲線に従って自動的に設定される。
本発明のさらなる態様は、密閉ルームの空間的環境内の酸素含有量に関連する窒素エンリッチガス混合物の残留酸素含有量に関する時間最適化値を規定する、そうした特性曲線を与え、これに基づいて、不活性化プロセスは、最短時間で、標準的な環境空気に比べて、密閉ルームの空間的雰囲気内で予め決定可能な低減された酸素含有量を設定可能である。
「残留酸素含有量の時間最適化挙動」との用語は、密閉ルームの空間的雰囲気内での酸素含有量に依存する残留酸素含有量の時間最適化値を意味する。上述したように、残留酸素含有量の時間最適化値は、不活性化システムが、最も短い時間内で、通常の環境空気に比べて低減された密閉ルームの空間的雰囲気内の予め決定可能な酸素含有量を設定できるように、ガス分離システムのために選択されるべき残留酸素含有量の値に対応する。
それに基づいて、密閉ルームの空間的雰囲気内で個々の瞬間に支配的な酸素含有量のファクターとして残留酸素含有量が設定される特性曲線は、ガス分離システム／不活性化システムに関して予め決定(計測あるいは計算)可能である。
本発明の解決策のある態様は、個々の瞬間における密閉ルームの空間的雰囲気において支配的な酸素含有量の関数としてのガス分離システムあるいは窒素エンリッチガス混合物の残留酸素含有量の窒素純度の設定に関し、そして本発明の解決策のさらなる態様によれば、それによって可能な限り最も低い運転コストでルームを不活性化することができるように、ガス分離システムの窒素純度、窒素エンリッチガス混合物の残留酸素含有量は個々の瞬間における密閉ルームの空間的雰囲気において支配的な酸素含有量の関数として自動的に設定されるので、本発明のさらなる態様は、連続的に、あるいは所定の時間で、かつ／または所定の事象の際に、密閉ルームの空間的雰囲気内の目下の酸素含有量を直接あるいは間接的に計測することを実現する。本発明のさらなる態様は、この場合、さらに、連続的に、あるいは所定の時間で、かつ／または所定の事象の際に、窒素エンリッチガス混合物内の残留酸素含有量を所定の、時間最適化値へと設定することを実現する。この所定の、時間最適化値は、不活性化方法が、可能な限り短い時間内で、それぞれ目下の酸素含有量に基づいて、所定のドローダウン値まで、密閉ルームの空間的雰囲気内の酸素含有量を低下させることができる残留酸素含有量に対応する。
本発明の解決策のさらなる態様によれば、密閉ルームの空間的雰囲気内で個々の瞬間において支配的な酸素含有量の関数としてガス分離システムの窒素純度が変更されるだけでなく、初期ガス混合物の酸素含有量もまた、個々の瞬間において密閉ルームの空間的雰囲気内で支配的な酸素含有量の関数として変更される。これは、ガス分離システムの空気比は、ガス分離システムへと供給される初期ガス混合物が低減された酸素含有量を示すときに低下させることができる、という知識を利用する。
したがって、初期ガス混合物を提供するために、本発明のある態様は、密閉ルーム内から環境空気の一部の調整された引き込みおよびルームの空気の引き込まれた部分への外気の調整された供給を実現する。それによって、窒素エンリッチガスの供給によって、あるいはその環境空気の一部の引き出しによって密閉ルーム内の圧力が変化するのを防止するために、ルームから引き込まれた環境空気に混合される外気の体積は、単位時間当たりルームから引き込まれる環境空気の体積が、ガス分離システムのアウトレットに提供されかつ単位時間当たり密閉ルームの空間的雰囲気内に送り込まれる窒素エンリッチガス混合物の体積と同じであるように選択される。
以下、図面を参照して、本発明に係る不活性化システムの代表的実施形態について説明する。
本発明の第１実施形態に基づく不活性化システムの概略図である。 本発明の第２実施形態に基づく不活性化システムの概略図である。 本発明の第３実施形態に基づく不活性化システムの概略図である。 本発明の第４実施形態に基づく不活性化システムの概略図である。 図１、図２、図３あるいは図４に基づく不活性化システムによる窒素純度に関する空気比のグラフ、ならびに、窒素純度に関するドローダウン時間、そして特に、体積でその本来の１７.４％から体積で１７.０％への酸素含有量の低下ならびに体積でその本来の１３.４％から体積で１３.０％への酸素含有量の低下のグラフである。 図１、図２、図３あるいは図４に基づく不活性化システムによる、密閉ルームの空間的雰囲気内の目下の酸素含有量に関する時間最適化された窒素純度を示すグラフである。 初期ガス混合物から酸素の少なくとも一部を分離するために、そしてこれによってガス分離システムのアウトレットに窒素化ガス混合物を提供するために、ガス分離システムに対して供給される初期ガス混合物の酸素含有量と比較した場合の、図１、図２、図３あるいは図４に基づく不活性化システムによるガス分離システムの空気比のグラフである。 本発明の解決策を用いて密閉ルームの空間的雰囲気の酸素含有量を低下させることによって達成可能なエネルギー節約を示すグラフである。 本発明の第５実施形態に基づく不活性化システムの概略図である。 本発明の第６実施形態に基づく不活性化システムの概略図である。
図１は、本発明に基づく不活性化システム１の第１の代表的実施形態を概略図で示している。図示する不活性化システム１は、密閉ルーム２の空間的雰囲気内の予め決定可能な不活性化レベルを設定しかつそれを維持する役割を果たす。密閉ルーム２は、たとえば、倉庫であってもよく、このルームの環境空気の酸素含有量は、予防的防火基準として、酸素の体積で、たとえば１２％ないし１３％の特定の不活性化レベルまで低下させられ、そしてそのレベルで維持される。
密閉ルーム２は、選択的に、制御ユニット５によって自動的に不活性化される。このために、図１に示す実施形態に基づく不活性化システム１は、コンプレッサー３.１ならびに窒素発生器４.１からなるガス分離システムを備える。コンプレッサー３.１は、少なくとも酸素および窒素の成分からなる圧縮された初期ガス混合物を窒素発生器４.１へと供給する役割を果たす。このために、コンプレッサー３.１のアウトレットは、窒素発生器４.１に対して圧縮された初期ガス混合物を供給するために、ライン系統１７.１によって窒素発生器４.１のインレットに対して接続されている。コンプレッサー３.１のアウトレットにおいて初期ガス混合物を、たとえば７.５ないし９.５barの、好ましくは８.８barの圧力まで圧縮することが考えられる。
窒素発生器４.１は、少なくとも一つの膜モジュール１９を、たとえば中空繊維膜モジュールを備えるが、これを通って、コンプレッサー３.１によって供給される初期ガス混合物は、適当なフィルター１８を通過した後に、押しやられる。初期ガス混合物内に含まれる異なる成分(特に酸素および窒素)は、その分子構造に基づく異なる速度で、上記膜モジュール１９内で、膜モジュール１９の中空繊維膜を経て拡散する。ガス分離は、窒素がもっぱら異なる低い拡散速度で非常にゆっくりと中空繊維膜を経て、しみ出し、そして、これによって、それが膜モジュール１９の中空繊維膜を通過するときに濃度が高まる、という公知の作用原理に基づく。窒素エンリッチガス混合物は、したがって、窒素発生器４.１のアウトレット４ａ.１において提供される。この窒素エンリッチガス混合物は、窒素発生器４.１のインレットに供給される初期ガス混合物と同じように、圧縮された状態であり、窒素発生器４.１の少なくとも一つの膜モジュール１９を通過することは、しかしながら、たとえば１.５ないし２.５barの圧力低下につながる。
図１に明確に示してはいないが、窒素発生器４.１内で分離して取り出された酸素リッチガス混合物は濃縮されて、大気圧において周囲へと放出される。
窒素発生器４.１のアウトレット４ａ.１において供給される窒素エンリッチガス混合物は、窒素エンリッチガスを追加することによって、この密閉ルーム２の空間的雰囲気内の酸素含有量を低下させるために、そしてルーム２内の先に設定されたドローダウンレベルを維持するために、供給ライン７.１を経て密閉ルーム２に対して供給される。
適切な圧力解放を実施でき、この結果、密閉ルーム２内の圧力は、窒素化ガス混合物が供給されるときに変化しない。これは、たとえば、独立開放／閉鎖圧力解放バルブ(図１には示していない)として実現できる。だが、その一方で、ルーム２を不活性化する際の圧力解放のために、リターンライン系統９を介して、混合チャンバー６へと、放出された体積の周囲空気を供給することも考えられる。
密閉ルーム２から放出された環境空気は、リターンライン９の第１のインレット９ａを介して混合チャンバー６へと供給される。混合チャンバー６はさらに第２のインレット８ａを備えるが、これは、外気を混合チャンバー６へと供給するために供給ライン系統８内に開口している。混合チャンバー６は初期ガス混合物を供給するが、これはコンプレッサー３によって圧縮されており、かつ、そこから、酸素の少なくとも一部がガス分離システム(窒素発生器４.１)内で分離させられる。こうした理由から、混合チャンバー６のアウトレットは、適切なライン系統１５.１によって、コンプレッサー３.１のインレットに対して接続されている。
さらに詳しく言うと、制御ユニット１５によって制御可能な第１のファン機構１１がリターンライン系統９に設けられており、かつ、同様に制御ユニット５によって制御可能な第２のファン機構１０が外気供給ライン系統８に設けられている。したがって、そうすることで、それぞれのファン機構１０,１１を適切に作動させることで、ルーム２から引き込まれた環境空気と混合された外気の量は、単位時間当たりルーム２から引き込まれる空気の体積が、単位時間当たり密閉ルーム２の空間的雰囲気内に送り込まれるような窒素発生器４.１のアウトレット４ａ.１において提供される窒素エンリッチガス混合物の体積と同じであるように選択されることが保証される。
図１に大まかに示す本発明の実施形態に基づく不活性化システム１は、上記制御ユニット５が不活性化システム１の相応に制御可能な混合チャンバーに接続され、かつ、窒素発生器４.１、ガス分離システムそれぞれを、ガス分離システムのアウトレット４ａ.１において提供される窒素化ガス混合物が、個々の瞬間において密閉ルーム２の空間的雰囲気において支配的な酸素含有量に依存する残留酸素含有量を有するように自動的に制御するように設計されることによって特徴付けられる。特に、本発明の不活性化システム１の図示する好ましい具体例の窒素発生器４.１は、制御ユニット５によって、酸素計測システム１６によって計測されたような密閉ルーム２の空間的雰囲気内の酸素含有量に依存して、窒素エンリッチガス混合物が体積で１０.００％ないし０.０１％の残留酸素含有量を有するように制御され、ここで、窒素エンリッチガス混合物の残留酸素含有量は、密閉ルーム２の空間的雰囲気内の酸素含有量が減少するときに減少する。
このために、本発明の不活性化システム１は、さらに、密閉ルーム２の空間的雰囲気内の目下の酸素含有量を計測あるいは特定するための上記酸素計測システム１６に加えて、窒素発生器４.１のアウトレット４ａ.１において提供される窒素化ガス混合物内の残留酸素含有量を計測するための、そして窒素発生器４.１のアウトレット４ａ.１において提供されるガス混合物の窒素純度を判定するための、残留酸素含有量計測システム２１を備える。両方の計測システム１６,２１は制御ユニット５に対して相応に接続される。
図２は、本発明の第２実施形態に基づく不活性化システム１の概略図である。第２実施形態に基づく不活性化システム１は、可能な限り経済的に、たとえば、低温貯蔵ルームあるいは低温倉庫などの空調ルーム内で既定の不活性化レベルを設定しかつ維持するのに適している。図２に示す実施形態に基づく不活性化システム１の構成および機能は、実質的に、図１を参照して先に説明した不活性化システムの構成および機能に対応し、繰り返しを避けるために、以下では相違点についてのみ説明する。
可能な限り最も経済的な空調ルーム２の不活性化を可能とするために、図２に示すように、ルーム２と混合チャンバー６との間のリターンライン系統９に熱交換システム１３を設けることが好ましい。冷却環境空気が混合チャンバー６へと続いて送り込まれる前に、密閉ルーム２から引き込まれたこの空気がリターンライン系統９を介して熱交換システム１２へと供給されるときに、リターンライン系統９の凍結を防止するために、図２に示すように、リターンライン系統９が、適当な断熱材２０で少なくとも部分的に被覆されることが、さらに有利である。この熱交換システム１３は必要に応じてブースターファン１４を備えることができ、これによって環境空気を、圧力の低下を伴わずに、密閉ルーム２の空間的雰囲気から引き込むことができる。
熱交換システム１３は、このようにして、ルームから引き込まれた冷却環境空気を相応に暖めるために、コンプレッサー３.１の動作によって生じる廃熱の少なくとも一部を利用する役割を果たす。たとえば２０℃の適度な温度まで、引き込まれた環境空気の温度を上昇させるために、たとえば水などの熱交換媒体によって、ルームから引き込まれた空気に対して、コンプレッサー３.１からの排出空気の熱エネルギーの少なくとも一部を伝達する、たとえばフィンコイル熱交換器などの別なシステムを、熱交換システム１３のために使用でき、これは、窒素発生器４.１の機能および効率に関して有利である。
密閉ルーム２から引き込まれた環境空気が熱交換システム１２を経て、ろ過された後、それはリターンライン系統９の第１のインレット９ａを介して混合チャンバー６へと供給される。混合チャンバー６はさらに第２のインレット８ａを備えるが、その中には、混合チャンバー６へと外気を供給するために供給ライン系統８が開口している。混合チャンバー６は、コンプレッサー３.１によって圧縮された初期ガス混合物を提供し、そして、そしてそこから、酸素の少なくとも一部がガス分離システム(窒素発生器４.１)において分離させられる。こうした理由から、混合チャンバー６のアウトレットは、適切なライン系統１５によって、コンプレッサー３.１のインレットに接続される。
図３は、本発明の第３実施形態に基づく不活性化システム１の概略図である。図３に示す実施形態に基づく不活性化システム１の構成および機能は、実質的に、図１を参照して先に説明した不活性化システムの構成および機能に対応し、繰り返しを避けるために、以下では相違点についてのみ説明する。
図３に示すように、そこに示される実施形態の混合チャンバーはフィルター６'として具現化されている。フィルター６'として具現化された混合チャンバーは、したがって二つの役割を果たす。すなわち、一方で、それは、初期ガス混合物を提供する役割を果たし、そして、外気供給ライン系統によって供給される外気を、リターンライン系統９によって供給されるルーム２から引き込まれた環境空気と混合するすることによって、それを行う。他方で、フィルター６'として具現化された混合チャンバーは、それがコンプレッサー３.１によって圧縮される前に、提供された初期ガス混合物を、ろ過する役割を果たす。したがって、これは、コンプレッサー３.１のインレットにおける付加的なフィルターの必要性を排除する。
以下、図４を参照して、本発明の不活性化システム１の第４実施形態について説明する。
第４実施形態に基づく不活性化システム１の構成および機能は、基本的に、図１を参照して先に説明した実施形態と同じであるが、図４に基づく実施形態は、並列に接続された複数の窒素発生器４.１,４.２および４.３を利用する。各窒素発生器４.１,４.２,４.３はそれぞれ、関連する窒素発生器４.１,４,２.４.３のために混合チャンバー６から必要な初期ガス混合物を吸い出すために、そして、それぞれの窒素発生器４.１,４.２,４.３の最適動作のために必要な圧力値まで、それを圧縮するために、対応するライン系統１５.１,１５.２,１５.３によって混合チャンバー６に接続されたコンプレッサー３.１,３.２,３.３と関係付けられる。図４に示す実施形態に基づく不活性化システム１を利用する各窒素発生器４.１,４.２,４.３は、対応する供給ライン７.１,７.２,７.３によって密閉ルーム２に接続されている。したがって、図４の実施形態に示されるガス分離システムは、「窒素発生器４.１,４.２,４.３」コンポーネントおよび関連する「コンプレッサー３.１,３.２,３.３」コンポーネントによって形成される。
図１ないし図３を参照して先に説明した本発明に係る解決策の実施形態のように、図４に基づく実施形態もまた、リターンライン９を利用する。図から分かるように、第１のファン機構１１がリターンライン９に設けられているが、これは、環境空気の一部を調整された様式で密閉ルーム２から引き込み、そして混合チャンバー６に供給できるように、制御ユニット５によって相応に制御できる。調整された様式で外部領域２５から混合チャンバー６へと外気を供給するために、外気供給ライン８が図４に示す実施形態には設けられる。このために、制御ユニット５によって制御可能な第２のファン機構１０が外気供給ライン８に設けられる。
先に説明した本発明に係る不活性化システム１の実施形態のように、混合チャンバー６はまた、酸素、窒素および適用可能なその他の成分からなる初期ガス混合物を提供するために、図４に示す実施形態に設けられる。混合チャンバー６内に提供される初期ガス混合物は、対応するライン系統１５.１,１５.２,１５.３を介して、ガス分離システムのそれぞれのコンプレッサー３.１,３.２,３.３に対して供給される。
上記混合セクション１２を混合チャンバー６に一体化することは必須ではないが、混合チャンバー６によって提供される初期ガス混合物が、採用されたそれぞれの窒素発生器４.１,４.２,４.３にとって最適状態であるように、図４に示す本発明に係る不活性化システム１の実施形態によれば、混合セクション１２は混合チャンバー６と一体化され、それはまた混合チャンバー６の上流側に設けることもできる。
さらに詳しく言うと、図４に示す実施形態では、一方ではリターンライン９は、そして他方では、外気供給ライン８は、混合セクション１２内に開口している。図４には明確に示されていないが、好ましくは上記混合セクション１２の上流側端部に配置されたＹコネクターによって、リターンライン９の端部９ａおよび外気供給ライン８の端部８ａが混合セクション１２内に開口することが好ましい。
混合セクション１２は、供給ライン８によって供給されるおよびリターンライン９によって供給されるルーム空気の最適な混合に役立つ。このために、乱流が混合セクション１２内に生じるように混合セクション１２が寸法取りされることが好ましい。これは、たとえば、対応するレイノルズ数の、そしてそれに依存する乱流特性を得るために、制限速度よりも高い流速が混合セクション１２内で設定されるように、混合セクション１２の有効流動断面積を低減することによって達成できる。これに代えて、あるいは、これに加えて、上記混合セクション１２内に乱流を引き起こすために、混合セクション１２内に適当なスポイラー要素を設けることが同様に考えられる。
図４から分かるように、混合セクション１２は、混合セクションの上流側端部から下流側端部へと供給される外気およびルーム空気の最適な完全混合を実現するのに十分な長さを有する。試験によれば、混合セクション１２が、この混合セクション１２の有効流動断面の少なくとも５倍の長さのものであることが有利である。
リターンライン９を経た密閉ルーム２からの、そして混合セクション１２において供給される外気と完全に混合された環境空気の戻りは、混合セクション１２の下流側端部において混合チャンバー６内に送り込まれる。混合セクション１２とは対照的に、混合チャンバー６は、流量低減を実現できるようにするために、明らかに大きな有効流動断面を有する。混合チャンバー６内に最終的に提供される初期ガス混合物は、採用される窒素発生器４.１,４.２,４.３にとって常に最適状態であることが特に必要である。これは、特に、混合チャンバー６内で支配的な圧力と、外部雰囲気圧力との間の差が、予め決定されるかあるいは予め決定可能な上側閾値を超えず、あるいは予め決定されるかあるいは予め決定可能な下側閾値を下回らないことを意味する。さらに、混合チャンバー内で生じ得る最大流速は、平均で、０.１ｍ／ｓ未満であるべきである。
初期ガス混合物に関するこうした条件を満たすことができるようにするために、図４に示す本発明の不活性化システム１の実施形態は、混合チャンバー６内に圧力センサー２６を備える。この圧力センサー２６は、混合チャンバー６内で支配的な圧力を、連続的に、あるいは所定の時間で、かつ／または所定の事象の際に計測し、そして、それを制御ユニット５へと提供する。制御ユニット５は、混合チャンバー６内で計測された圧力値を、外部雰囲気の圧力値と比較し、そして、二つの圧力値のこの比較に基づいて、混合チャンバー６内で支配的な圧力と、外部雰囲気圧力との間の差が、予め決定されるかあるいは予め決定可能な上側閾値を超えず、あるいは予め決定されるかあるいは予め決定可能な下側閾値を下回らないことを保証するために、第１および／または第２のファン機構１１,１０を相応に制御する。
完全性のために、対応する圧力センサー２７が外部領域２５内に設けられ、この圧力センサー２７は、外部領域２５の圧力を、連続的に、あるいは所定の時間で、かつ／または所定の事象の際に計測し、そして、それを制御ユニット５へと提供する。これに代えて、圧力センサー２６はまた差圧センサーであってもよい。
図４に示す本発明の不活性化システム１の実施形態では、制御ユニット５は、混合チャンバー６内で支配的な圧力と、外部雰囲気圧力との間の差が、０.１ｍbarの最大値に、好ましくは、０.５ｍbarの最大値に達するように、第１のファン機構１１および／または第２のファン機構１０を制御するよう設計される。
図４から分かるように、三つの窒素発生器４.１,４.２,４.３の全てはガス分離のために使用される。窒素発生器４.１,４.２,４.３のいくつかあるいは全てが異なるガス分離技術に基づくことが考えられる。したがって、たとえば、第１の窒素発生器４.１がガス分離のための分離膜を使用することが考えられる。第１の窒素発生器４.１と関連付けられたコンプレッサー３.１は、この場合、窒素発生器４.１のインレットにおいて確立されるべき適用可能な圧力(たとえば１３bar)へと相応に調整されるべきである。第２の窒素発生器４.２は、この場合、たとえば、ガス分離のためのＰＳＡ技術を使用できる。関連するコンプレッサー３.２は、この例では、相応に構成されるべきであり、これによって、それはたとえば８barの初期圧力を供給しなければならないであろう。図４に基づく実施形態において使用されるさらなる窒素発生器４.３は、たとえば、ＶＰＳＡ技術に基づく窒素発生器であってもよい。関連するコンプレッサー３.３は、この場合、低い圧力がそのアウトレットに提供されるように構成されるべきである。
したがって、図４の実施形態に示されるガス分離システムは、異なる窒素発生器４.１,４.２,４.３の組み合わせを利用し、ここで、窒素発生器４.１,４.２,４.３とそれぞれ関連付けられたコンプレッサー３.１,３.２,３.３は、各窒素発生器のそれぞれの動作モードに適応させられる。
ガス分離システムの最適機能を保証できるようにするために、混合チャンバー６は、許容し得ない圧力変動が個々のコンプレッサー３.１,３.２,３.３の動作中に生じないように、そして特に、採用される窒素発生器４.１,４.２,４.３への相互作用影響が存在しないように、十分に大きな構造を有している必要がある。先に述べたように、許容可能な圧力変動の最大値は、好ましくは１.０ｍbarであり、さらに好ましくは０.５ｍbarである。
図４には明確に示していないが、インテーク空気流の直接的な動的影響を回避できるようにするために、それぞれのコンプレッサー３・１,３.２,３.３２を混合チャンバー６に接続する、それぞれのライン系統１５.１,１５.２,１５.３が、適切な寸法とされた吸引開口として、混合チャンバー６内に開口することが好ましい。同様に、吸引開口は、互いに相応の距離だけ離れて存在するように配置されるべきである。
先に説明したような特殊な混合チャンバー６、混合セクション１２それぞれの使用は、図４に示す本発明に係る不活性化システム１の実施形態に限定されない。もちろん、不活性化システム１の動作を最適化するために、図１ないし図３に示す実施形態において、図４の混合チャンバー６、混合セクション１２のそれぞれを使用することも考えられる。
本発明に係る不活性化システムの上記実施形態のように、図４に基づく不活性化システム１はまた、連続的に、あるいは所定の時間に、かつ／または所定の事象の際に、混合チャンバー６内に提供される初期ガス混合物の酸素含有量を計測し、そして制御ユニット５に対して計測値を供給する。これに関して、混合セクション１の下流側端部に、対応する酸素センサー２２を配置することが有利である。
リターンライン９に酸素計測システムを設けることは、さらに有利である。だが、リターンライン９における酸素計測システムの代わりに、密閉ルーム２内の環境空気の酸素含有量を計測することもできる。このために、ルーム２内に沿うように設けられた酸素計測システム１６が、図４の実施形態では使用される。
図４の実施形態(ここでは複数の窒素発生器４.１,４.２,４.３がガス分離のために使用される)においては、窒素発生器４.１,４.２,４.３のそれぞれのアウトレット４ａ.１,４ａ.２,４ａ.３から密閉ルーム２へと送り込まれるガス流のそれぞれの流量を計測することも好ましい。図示するように、対応するセンサー２８.２,２８.２,２８.３が、この目的のために、図４の実施形態において使用される。
さらに有利であるのが、容積式流量センサー２９によるリターンライン９の流量の、容積式流量センサー３０による外気供給部８の流量の、そして適用可能な個々のコンプレッサー３.１,３.２,３.３へと供給される初期ガス混合物の流量の計測である。全ての計測値は制御ユニット５へと供給されるが、これは、続いて、許容制御範囲内で混合チャンバー６と外部領域２５との間の圧力差を維持するために、不活性化システム１のそれぞれの制御可能なコンポーネントを相応に作動させる。
図４に示す実施形態は、さらに、各窒素４.１,４.２,４.３において残留酸素含有量を設定できる制御ユニット５を実現する。
図４に大まかに示す不活性化システム１の好ましい具体例においては、１０ないし１１基のＶＰＳＡ窒素発生器と、２ないし４基の膜窒素発生器が並列状態で使用され、これによって、混合チャンバーは１０ｍ×４.３ｍの表面積を有する。
図５ないし図７のグラフを参照して以下で詳しく言及するように、使用される窒素発生器４.１,４.２,４.３の窒素純度の大まかな設定、そしてガス分離システムのそれぞれのアウトレット４ａ.１,４ａ.２,４ａ.３に提供される窒素化ガス混合物における残留酸素含有量の大まかな設定は、規定のドローダウンレベルを、必要な時間に関して最適化された様式で、密閉ルームの空間的雰囲気内で設定することを可能とする。したがって、本発明の解決策によれば、上記密閉ルーム２が不活性化されているときに、個々の瞬間において密閉ルーム２の空間的雰囲気において支配的な酸素含有量の関数として、使用される窒素発生器４.１,４.２,４.３の窒素純度が設定されかつ調整される。
窒素純度は、採用される窒素発生器４.１,４.２,４.３の少なくとも一つの膜モジュール１９内で初期ガス混合物の滞留時間を変更することによって変化させることができる。これによって、たとえば、膜モジュール１９のアウトレットにおける適切な制御バルブ２４によって、膜モジュール１９を通る流量および背圧を調整することが考えられる。膜に作用する高圧および長い滞留時間(少ない流量)は、それぞれ採用された窒素発生器４.１,４.２,４.３のそれぞれのアウトレット４ａ.１,４ａ.２,４ａ.３における高い窒素純度をもたらす。
時間最適化値は好ましくは個々の窒素純度に関して選択されるが、これは、可能な限り短い時間内で不活性化システムが密閉ルーム２内の所定の不活性化レベルを設定しかつ維持することを可能とする。密閉ルームの空間的雰囲気内で所定の不活性化レベルを設定しかつそれを維持する際に窒素純度に関する適切な時間最適化値を使用することによって、(固定残留酸素含有量を維持するためであっても、あるいは新しいドローダウンレベルまで低下させる場合であっても)ドローダウン処理に要する時間を低減することが、したがってまた、不活性化システムが必要とするエネルギーを低減することが可能である。なぜなら、コンプレッサー３.１,３.２,３.３は、最適効率で、その動作ポイントまでデジタル的に駆動(イン／アウト)されるからである。
図１、図２、図３あるいは図４に示す実施形態に基づく不活性化システム１は、さらに、混合チャンバー６が、コンプレッサー３.３および窒素発生器４.１からなるガス分離システムに、そして、コンプレッサー３.１,３.２.３.３および窒素発生器４.１,４.２,４.３から構成されるガス分離システムに、通常の環境空気の酸素含有量(すなわち体積で約２１％)よりも低い酸素含有量を持つことができる初期ガス混合物を提供することによって特徴付けられる。特に、上記ライン系統９はこの目的のために設けられ、それは、制御ユニット５によて制御された様式で、ファン機構１１によって、密閉ルーム２の環境空気の少なくとも一部を混合チャンバー６へと供給する。したがって、酸素含有量が密閉ルーム２内で既に低減されてしまっているとき、リターンライン系統９は、通常の環境空気に比べて窒素濃度が高められたガス混合物を混合チャンバー６に供給する。ルームの空気の一部は、コンプレッサー３.１および窒素発生器４.１、コンプレッサー３.１,３.２,３.３および窒素発生器４.１,４.２,４.３それぞれに、必要な体積の初期ガス混合物を供給するために、混合チャンバー６内で供給空気と混合される。初期ガス混合物の酸素含有量はガス分離システム、採用された窒素発生器４.１,４.２,４.３それぞれに空気比に影響を与え、したがってまた、採用された窒素発生器４.１,４.２,４.３の窒素純度に関する時間最適化値に影響を与えるので、図１に示す本発明の不活性化システム１の実施形態は、排出ガス混合物内の酸素含有量を計測するために、混合チャンバー６のアウトレットとコンプレッサー３.１にインレットとの間でライン系統１５.１内に酸素計測システム２２を提供する。さらに、これに関して、任意選択で、連続的に、あるいは既定の時間に、かつ／または既定の事象の際に、供給空気内の、そして窒素エンリッチルーム空気内の酸素含有量を計測するために、リターンライン系統９、外気供給ライン８それぞれに、対応する酸素計測システム２３,２４を設けることも考えられる。計測示度に基づいて、(特にその酸素含有量に関する)初期ガス混合物の組成は、ファン機構１０および／または１１の適切な作動によって、適切に影響を与えることができる。
以下、図５ないし図７に示されたグラフを参照して、図１ないし図４に大まかに示す不活性化システム１の本発明の解決策が、どのように機能するかを説明する。図１ないし図４に大まかに示す不活性化システム１に関して、密閉ルーム２は１０００立方メートルの空間容積を持つと仮定される。さらに、不活性化システム１は、ガス分離システムのアウトレットにおいて１時間あたり４８立方メートルの最大総量の窒素化ガスを提供するよう設計されることが仮定される。
図５は、図１ないし図４に大まかに示す不活性化システム１において使用されるガス分離システムに関する空気比の、異なる窒素純度でのグラフである。空気比は、ガス分離システムのアウトレットにおいて提供される窒素エンリッチガス混合物の残留酸素含有量が減少するときに指数関数的に増大することに留意されたい。特に、体積で１０％の残留酸素含有量における空気比(窒素純度：９０％)は約１.５であり、これは、初期ガス混合物の立方メートル当たり、窒素エンリッチガス混合物の０.６７立方メートルの体積がガス分離システムのアウトレットにおいて実現できることを意味する。この比率は、図５のグラフから分かるように、窒素純度が増大するのに伴って減少する。
図５はさらに空気比傾向を示しているが、これに基づいて、調整ドローダウン時間は、異なる窒素純度において、窒素純度の増大と反応する。それは、一方で、体積でその本来の１７.４％から体積で１７.０％まで密閉ルーム２の空間的雰囲気内で酸素含有量を低下させるために、どの程度の時間にわたってコンプレッサーあるいはコンプレッサー群３.１,３.２,３.３を作動させる必要があるかを示している。他方で、図１ないし図４に基づく不活性化システム１を用いて、体積でその本来の１３.４％から体積で１３.０％まで密閉ルーム２の空間的雰囲気内で酸素含有量を低下させるために、どの程度の時間にわたってコンプレッサーあるいはコンプレッサー群３.１,３.２,３.３を作動させる必要があるかもまた示されている。
二つのドローダウン時間の比較(体積での１７.４％→１７.０％のドローダウン時間制御および体積での１３.４％→１３.０％のドローダウン時間制御)は、体積で１７.０％の不活性化レベルを設定しかつ維持するために、体積で概ね９３.３％の窒素純度がガス分離システムにおいて設定されるときに、コンプレッサー３.１、コンプレッサー群３.１,３.２,３.３それぞれの作動時間を最小化できることを示している。だが、体積酸素含有量で１３％の不活性化レベルを設定しかつ維持するためには、時間最適化純度は体積で約９４.１％窒素となる。したがって、密閉ルーム２の空間的雰囲気内の所定の不活性化レベルを設定するための、コンプレッサー３.１あるいはコンプレッサー群３.１,３.２,３.３それぞれのドローダウン時間あるいは作動時間は、ガス分離システムのために設定された窒素純度に依存するか、あるいは、採用される窒素発生器４.１,４.２,４.３によって設定される、ガス分離システムのアウトレットにおいて提供される窒素エンリッチガス混合物残留酸素含有量に依存する。
窒素純度に関するドローダウン時間の個々の最小値は、以下では、「時間最適化窒素純度」と呼ぶ。図６は、図１ないし図４に基づく不活性化システム１に関する最適化窒素純度を示している。特に、密閉ルーム２の空間的雰囲気内の異なる酸素濃度に関して図１ないし図４に基づく不活性化システム１のガス分離システムに適用される時間最適化純度が示されている。
図６の特性曲線から、採用される窒素発生器４.１,４.２,４.３は、ガス分離システムのアウトレットにおいて提供されるガス混合物における残留酸素含有量が密閉ルーム２の空間的雰囲気内の酸素含有量の減少と共に減少するように設定されるべきであることが分かる。密閉ルーム２を不活性化するときに、図６に示す窒素純度特性曲線に従って、採用された窒素発生器が相応に作動させられるとき、採用されるコンプレッサー３.１,３.２,３.３の可能な限り最も短い作動時間で、したがって可能な限り最も少ないエネルギー消費で、密閉ルーム２の空間的雰囲気内の所定の不活性化レベルを設定しかつ維持することができる。
図７は、ガス分離システム空気比に関して初期ガス混合物内の酸素含有量が及ぼす影響のグラフである。これによれば、ガス分離システムのための固定窒素純度にて、空気比は、酸素含有量が初期ガス混合物内で低下するときに低下する。上述したように、リターン供給ライン９は、たとえば図１に基づいて不活性化システム１内に設けられるが、これによって、(適用可能な場合には既に窒素化された)ルームの雰囲気空気の一部は、これによって、その本来の体積で２１％(通常の環境空気の酸素含有量)から初期ガス混合物の酸素含有量を低減するために、調整された様式で混合チャンバーに供給される。ルームの既に窒素化された空気のこの再循環は、したがって、ガス分離システムの空気比をさらに低減させることができ、この結果、ガス分離システムの効率は増大させられ、かつ、所定の不活性化レベルを設定しかつ維持するために必要なエネルギーを、その上さらに低減させることができる。
図７に示す特性曲線は、好ましくは、窒素の最適供給が各初期ガス混合物酸素濃度に関してかつルーム２２内で実現されるように、図５および図６によって図示された方法と組み合わせることができる。
図８は、計算された適用に関して、本発明の解決策が密閉ルームの空間的雰囲気内の酸素濃度を低下させる際に、密閉ルームの空間的雰囲気内の酸素含有量設定に伴うエネルギー節約を(％で)示している。ここに示す事例は、一方で、ルームの不活性化の間、窒素発生器の窒素純度のために時間最適化窒素純度が選択され、かつ、他方で、予め窒素化されたルーム空気が、これによってさらに窒素発生器の空気比を低減させ、かつ、その効率を向上させるために循環させられたものである。
以下、本発明に係る不活性化システム１の第５の代表的実施形態について図９を参照して説明する。
第５実施形態に基づく不活性化システム１の構成ならびに機能は、基本的に、図４を参照して先に説明した第４実施形態のそれと同一である。並列状態で接続された複数の窒素発生器４.１,４.２および４.３のうちの窒素発生器４.３は、この第５実施形態においては、ＶＰＳＡに基づく真空圧揺れ吸着発生器として設計されている。図４に基づく第４実施形態を参照して先に説明したように、第５実施形態に基づく真空圧揺れ吸着発生器４.３はまた、ライン系統１７.３によって、関連するコンプレッサー３.３に対して接続されており、これは、今度は、ライン系統１５.３を介して、混合チャンバー６に対して接続されている。中間バルブが、コンプレッサー３.３と真空圧揺れ吸着発生器４.３との間でライン系統１５.３内に付加的に組み込まれているが、これは、制御可能であるよう設計されかつこの目的のために制御ユニット５に接続されている。コンプレッサー３.３を介して混合チャンバー６と真空圧揺れ吸着発生器４.３との間でなされた接続に加えて、さらなるライン系統４２が混合チャンバー６と発生器４.３との間に設けられている。中間バルブがやはり、この付加的なライン系統４２内に組み込まれているが、これは、制御可能であるよう同様に設計されかつこの目的のために制御ユニット５に接続されている。
制御ユニット５自体は、コンプレッサー３.３と発生器４.３との間の中間バルブ４０を、真空圧揺れ吸着発生器４.３の吸着動作の間、開放ポジションで維持し、かつ、コンプレッサー６と発生器４.３との間の中間バルブ４１を、発生器４.３のそうした吸着動作の間、閉鎖ポジションで維持するように設計されている。少なくとも一つのインレットを有する真空圧揺れ吸着発生器４.３の脱離動作の間、相応に設計された関連するコンプレッサー３.３は、発生器４.３の少なくとも一つのインレットに負圧、すなわち環境圧力に比べてほとんど真空まで低減された圧力を形成する。この脱離段階の間、制御ユニット５は、混合チャンバー６と発生器４.３との間の中間バルブ４１を、脱離段階の予定された終了前に、好ましくは数秒、特に好ましくは５秒だけ開放し、この結果、窒素エンリッチ空気は、脱離段階が終わる前に、少なくとも真空圧揺れ吸着発生器４.３のインレット内へ混合チャンバー６から直接的にライン系統４２を経て流動できる。この場合、流入の障害およびコンプレッサー３.３との相互作用を防止するために、コンプレッサー３.３と発生器４.３との間の中間バルブ４０を、この圧力均等化プロセスの間、閉鎖ポジションへと作動させることができる。混合チャンバーから発生器４.３の少なくとも一つのインレット内への窒素エンリッチ空気の受動的な(すなわち関連するコンプレッサー３.３によって引き起こされたのではない)流れは、続いて、インレットにおいて、そして発生器４.３内で、脱離段階の終了に先立って、混合チャンバー６内の圧力以下までの圧力の増大にさらされるが、これは、コンプレッサー３.３をバイパスさせることによって比較的急速に生じ、かつ、その上、上記圧力均等化プロセスの間、関連するコンプレッサー３.３のエネルギー集約的な動作を必要としない。
真空圧揺れ吸着発生器４.３のその後の吸着段階において、関連するコンプレッサー３.３は、より短い時間で、その動作圧力へと発生器４.３を導くことができ、これによって吸着、したがって窒素化された空気の提供は、より早期に始まる。圧力平均化において使用される混合チャンバー６からの空気は既に窒素化されているので、発生器４.３のその後の吸着段階での酸素レベルは低下し始める。
真空圧揺れ吸着発生器４.３は、ここでは一つのインレット、適用可能ならばカーボン細粒を含むコンテナを備えたただ一つの分子ふるいベッドに限定されない。代わりに、各コンテナの前方に、そして真空圧揺れ吸着発生器４.３の各インレットの前方に、別個の制御可能な中間バルブ４１を設けることも、すなわち、それぞれのインレットよりも前での混合チャンバー６と発生器４.３との間でのライン系統４.２の分岐も考えられる。これによって、真空圧揺れ吸着発生器４.３の交互の吸着／脱離処理が可能となり、この結果、密閉ルーム２内に供給するための窒素エンリッチ空気の可能な限り最も連続的な流れが、そのインレット４ａ.３において提供される。
混合チャンバー６は、好ましくは、比較的長い混合チューブとして設計され、そして、コンプレッサー３.１,３.２,３.３に向かう出ライン系統１５.１,１５.２,１５.３は続いて、そうした混合チューブの端部から分岐する。混合チャンバー６の、特にそうした比較的長い混合チューブの適切な寸法取りは、このタイプのパッシブ圧力均等化プロセスが混合チャンバー６と真空圧揺れ吸着発生器４.３との間で、さらなるライン系統４２を利用する場合でさえ、ほとんど非相互作用的である動作を保証する。言い換えれば、長い混合チューブとして構成された、そうした混合チャンバー６の適切な寸法取りは、バイパスライン４２を備えた真空圧揺れ吸着発生器４.３を用いる場合でさえ、圧力の影響を、すなわち窒素発生器４.１,４.２,４.３への圧力の影響を無害な値へと低減する。
図９に示すこの第５実施形態とは対照的に、相応に制御可能な中間バルブ４１の中間接続部を介した混合チャンバー６と真空圧揺れ吸着発生器４.３との間の付加的なライン４２は、しかしながら、多数のガス分離システム３.１,４.１;３.２,４.２;３.３;４.３が存在しない場合、あるいは異なるガス分離技術を利用する窒素発生器４.１,４.２,４.３が採用されない場合には、有利となり得る。一つの真空圧揺れ吸着発生器４.３を提供することさえ、混合チャンバー６の適切な寸法を仮定すれば、真空圧揺れ吸着発生器４.３が、関連するコンプレッサー３.３が全体で短い時間にわたって動作することを可能とする吸着段階の終了前に、パッシブ圧力均等化を中間バルブ４１によって調整でき、これによってエネルギー節約効果が得られる、という利益をもたらす。
以下、本発明に係る不活性化システム１の第６の代表的実施形態について図１０を参照して説明する。
第６実施形態に基づく不活性化システム１の構成ならびに機能は、基本的に、図４を参照して先に説明した第５実施形態と比較可能である。上記第５実施形態におけるように、並列状態で接続された複数の窒素発生器４.１,４.２および４.３のうちの窒素発生器４.３は、この第６実施形態においては、同様に、ＶＰＳＡ技術に基づく真空圧揺れ吸着発生器として構成されている。第６実施形態に基づく真空圧揺れ吸着発生器４.３はまた、関連するコンプレッサー３.３に対してライン系統１７.３によって接続されているが、これは、今度は、ライン系統１５.３を介して混合チャンバー６に接続されている。真空圧揺れ吸着発生器４.３はさらに、付加的ライン系統４２によって混合チャンバー６に対して直接接続された付加的インレットを有する。真空圧揺れ吸着発生器として構成された窒素発生器４.３は、さらに、二つの独立して動作可能な吸着ベッド４５ａおよび４５ｂを備えるが、これは、窒素発生器４.３のインレット４ａ.３に対して、それそれの制御可能な中間バルブ４４ａ／４４ｂを介して接続されており、これは、今度は、供給ライン７.３を経て窒素エンリッチ空気を密閉ルーム２に供給できる。複数の付加的な中間バルブ４０ａ,４１ａ,４３ａ、そして４０ｂ,４１ｂ,４３ｂが、それぞれの分子ふるいベッドインレットの領域において分子ふるいベッド４５ａ／４５ｂのそれぞれのために設けられている。これら中間バルブの全ては制御可能であるように設計されており、かつ、第１の分子ふるいベッド４５ａが、供給ライン７.３に窒素化空気を供給するように、第１の個々の時間の間、吸着モードで作動させられるように、付加的な中間バルブ４４ａ,４４ｂと共に相応に作動させることができる。第２の期間の間、第２の分子ふるいベッド４５ｂは、続いて、供給ライン７.３に窒素化空気を同様に供給するように、そうした吸着状態において作動させられる。すなわち、分子ふるいベッド４５ａ,４５ｂのそれぞれ交互の吸着／脱離作用によって、そのように設計された真空圧揺れ吸着発生器４.３は、供給ライン７.３における窒素化空気排出の連続した流れを可能とする。
真空圧揺れ吸着発生器４.３の第１の分子ふるいベッド４５ａの脱離動作の間、ライン系統１７.３によってコンプレッサー３.３に対して接続された窒素発生器４.３のインレットと、アウトレットを調整する関連する中間バルブ４４ａとの間の中間バルブ４０ａは、窒素発生器４.３のアウトレット４ａ.３において窒素化空気が提供されるように開放される。中間バルブ４０ｂは、第２の分子ふるいベッド４５ｂがコンプレッサー３.３からの圧縮空気にさらされないように、窒素発生器４.３の第１の分子ふるいベッド４５ａのそうした脱離動作の間、相応に閉鎖される。第２の分子ふるいベッド４５ｂは、この間、脱離モードで作動させられるが、中間バルブ４３ｂは第２の分子ふるいベッド４５ｂを真空源Ｖに接続するために開放された状態である。中間バルブ４３ａおよび４４ｂは、この動作モードでは相応に閉鎖される。同様に閉鎖されるのは中間バルブ４１ａおよび４１ｂであり、これは、さらなるライン系統４２に対する、したがって混合チャンバー６に対する接続を確立できる。
圧力揺れ吸着発生器として構成された窒素発生器４.３が、この動作モード、すなわち、第１の分子ふるいベッド４５ａが吸着モードで作動させられかつ第２の分子ふるいベッド４５ｂが脱離モードで作動させられる動作モードから、第１の分子ふるいベッド４５ａが脱離モードで作動させられかつ第２の分子ふるいベッド４５ｂが吸着モードで作動させられる逆動作モードへと切り換えられる場合、第２の分子ふるいベッド４５ｂの脱離モードが終了する時点の直前に、中間バルブ４０ａ,４０ｂおよび４３ａ,４３ｂならびにアウトレット側に適用可能な場合には配置された中間バルブ４４ａ,４４ｂが閉鎖される。同時に、あるいはその直後、中間バルブ４１ｂは、続いて、さらなるライン系統４２を介して、混合チャンバー６と第２の分子ふるいベッド４５ｂとの間に直接接続を形成するために作動させられる。これによって、第２の分子ふるいベッド４５ｂ内で支配的な圧力の受動的釣り合いが生じ、これによって、既に窒素化された空気は、有利な様式で、混合チャンバー６から第２の分子ふるいベッド４５ｂへと受動的に流れる。圧力が釣り合った後、中間バルブ４１ｂを再び閉鎖することができ、そして、中間バルブ４０ｂは、第２の分子ふるいベッド４５ｂ内で吸着段階を開始するために第２の分子ふるいベッド４５ｂのインレットに対してコンプレッサー３.３を接続するよう開放される。対応する様式で、窒素発生器のアウトレット４ａ.３に窒素化された空気を提供するためのアウトレット側中間バルブ４４ｂが開放される。この時点で、第１の分子ふるいベッド４５ａは脱離モードで動作でき、中間バルブ４３ａ(これは第１の分子ふるいベッド４５ａを真空源に接続する)のみを開放することが必要なだけである。
同様に、この窒素発生器４.３を、第１の分子ふるいベッド４５ａが脱離モードでありかつ第２の分子ふるいベッド４５ｂが吸着モードである動作モードから、第１の分子ふるいベッド４５ａにおける脱離段階を終わらせるために生じるパッシブ圧力均等化の中間ステップを伴って、二つの分子ふるいベッドを用いた動作に切り換える。
本発明は、図面に提示した実施形態に限定されるものではなく、その代わりに、本明細書に開示された全ての特徴の概要からもたらされる。これに関連して、特に、図面は、本発明にとって重要ではない明白な特徴を詳しく示していないことに留意されたい。たとえば、図面は、個々の窒素発生器４.１,４.２,４.３の酸素化ガスのためのアウトレットを示していない。相応に設計された制御ユニット５を提供し、かつ、たとえば中間バルブなどの個々に制御可能な要素に対してそれを適切に接続することは、図１０に示す第６実施形態において、同様に実施できる。
１ 不活性化システム
２ 密閉ルーム
３.１,３.２,３.３ コンプレッサー
４.１,４.２,４.３ 窒素発生器
４ａ.１,４ａ.２,４ａ.３ 窒素発生器アウトレット
５ 制御ユニット
６ 混合チャンバー
７.１,７.２,７.３ 供給ライン
８ (外気)供給ライン
８ａ 外気供給ラインインレット
９ リターンライン
９ａ リターンラインインレット
１０ 第２のファン機構
１１ 第１のファン機構
１２ 混合セクション
１３ 熱交換システム
１４ ブースターファン
１５.１,１５.２,１５.３ 混合チャンバーとコンプレッサーとの間のライン系統
１６ 酸素計測システム
１７.１,１７.２,１７.３ コンプレッサーと窒素発生器との間のライン系統
１８ フィルター
１９ 膜モジュール
２０ 断熱材
２１ 残留酸素含有量計測システム
２３ リターンライン９における酸素計測システム
２４ 供給ライン８における酸素計測システム
２５ 外部領域
２６ 混合チャンバー内の圧力センサー
２７ 外部領域の圧力センサー
２８.１,２８.２,２８.３ 供給ライン７.１,７.２,７.３における体積流量センサー
２９ リターンライン９における体積流量センサー
３０ 外気供給ライン８における体積流量センサー
４０ａ,４０ｂ,４０ｃ コンプレッサーと分子ふるいベッドインレットとの間の中間バルブ
４１,４１ａ,４１ｂ 混合チャンバーと分子ふるいベッドインレットとの間の中間バルブ
４２ 混合チャンバーと窒素発生器との間のライン系統
４３ａ,４３ｂ 真空源と分子ふるいベッドインレットとの間の中間バルブ
４４ａ,４４ｂ 分子ふるいベッドアウトレットと供給ラインとの間の中間バルブ
４５ａ,４５ｂ 分子ふるいベッドおよび真空源Ｖ

Claims (32)

  1. 標準的な環境空気よりも低い予め決定可能な酸素含有量が密閉ルーム(２)の空間的雰囲気内で設定されかつ維持される防火および／または消火のための不活性化方法であって、
    前記方法は、
    混合チャンバー(６)内に、好ましくは混合チューブとして構成された混合チャンバー(６)内に、酸素、窒素および適用可能なその他の成分を含む初期ガス混合物を供給するステップと、
    ガス分離システム(３.１,４.１;３.２,４.２;３.３;４.３)が、供給された、この初期ガス混合物から酸素の少なくとも一部を分離させ、そうすることによって、前記ガス分離システム(３.１,４.１;３.２,４.２;３.３;４.３)のアウトレット(４ａ.１,４ａ.２,４ａ.３)に窒素エンリッチガス混合物を提供するステップと、
    前記密閉ルーム(２)の前記空間的雰囲気内に前記窒素エンリッチガス混合物を送り込むステップと、を備え、
    前記密閉ルーム(９)を前記混合チャンバー(６)に接続する前記リターンライン系統(９)に設けられたファン機構(１１)を用いて前記初期ガス混合物を提供するために、前記密閉ルーム(２)内に含まれる環境空気の一部が、好ましくは調整された様式で、前記ルーム(２)から引き込まれ、かつ、前記混合チャンバー(６)に対して供給され、かつ、前記ルームの空気の引き込まれた一部は、好ましくは調整された様式で、前記混合チャンバー(６)に対して接続された前記外気供給ライン系統(８)に設けられたファン機構(１０)によって外気と混合されることを特徴とする不活性化方法。
  2. 前記リターン供給ライン系統(９)に設けられた前記ファン機構(１１)は、前記混合チャンバー(６)内で支配的な圧力と、前記外部環境雰囲気の圧力と、の間の差が、予め決定されるかあるいは予め決定可能な上側閾値を超えず、かつ、予め決定されるかあるいは予め決定可能な下側閾値を下回らないように、単位時間当たり前記ルーム(２)から引き込んだ空気の体積および前記混合チャンバー(６)へと供給される空間空気の体積を設定できるように制御されることを特徴とする請求項１に記載の不活性化方法。
  3. 前記外気供給ライン系統(８)に設けられた前記ファン機構(１０)は、前記混合チャンバー(６)内で支配的な圧力と、前記外部環境雰囲気の圧力と、の間の差が、予め決定されるかあるいは予め決定可能な上側閾値を超えず、かつ、予め決定されるかあるいは予め決定可能な下側閾値を下回らないように、単位時間当たり前記ルーム空気の引き込まれた体積と混合される外気の体積を設定できるように制御されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の不活性化方法。
  4. 上側圧力差閾値は１.０ｍbarであり、好ましくは０.５ｍbarであり、かつ、下側圧力差閾値は０ｍbarであることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の不活性化方法。
  5. 前記外気供給ライン系統(８)に設けられた前記ファン機構(１０)は、単位時間当たり前記ルーム(２)から引き込まれる空間空気の量が、単位時間当たり前記密閉ルーム(２)の空間的雰囲気に供給される窒素エンリッチガス混合物の体積と同じであるように制御されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の不活性化方法。
  6. 前記窒素エンリッチガス混合物の残留酸素含有量は、それぞれの瞬間において、前記密閉ルーム(２)の空間的雰囲気において支配的な酸素含有量の関数として変更されることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の不活性化方法。
  7. 前記窒素エンリッチガス混合物の前記残留酸素含有量は、前記密閉ルーム(２)の空間的雰囲気内の前記酸素含有量が減少するときに減少することを特徴とする請求項６に記載の不活性化方法。
  8. 前記窒素エンリッチガス混合物の前記残留酸素含有量は、所定の特性曲線に従って設定されることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の不活性化方法。
  9. 前記特性曲線は、前記密閉ルーム(２)の空間的雰囲気内の酸素含有量に関連する窒素エンリッチガス混合物の残留酸素含有量に関する時間最適化値を規定しており、これに基づいて、前記不活性化プロセスは、最短時間で、標準的な環境空気に比べて、前記密閉ルーム(２)の前記空間的雰囲気内で予め決定可能な低減された酸素含有量を設定可能であることを特徴とする請求項８に記載の不活性化方法。
  10. 個々の瞬間における前記密閉ルーム(２)の空間的雰囲気内で支配的な酸素含有量は、連続的に、あるいは所定の時間に、かつ／または所定の事象の際に、直接あるいは間接的に計測され、かつ、前記窒素エンリッチガス混合物内の残留酸素含有量は、前記不活性化方法が、可能な限り最短時間内で、それぞれの現在の酸素含有量に基づいて、所定のドローダウン値まで、前記密閉ルームの空間的雰囲気内の酸素含有量を低下させることができる所定の値へと、連続的に、あるいは所定の時間に、かつ／または所定の事象の際に、設定されることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の不活性化方法。
  11. そこから酸素の少なくとも一部が分離させられる前記初期ガス混合物の前記酸素含有量は、前記密閉ルーム(２)の前記空間的雰囲気内で個々の瞬間において支配的である酸素含有量の関数として変更されることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の不活性化方法。
  12. 前記ガス分離システム(３.１,４.１;３.２,４.２;３.３;４.３)は、少なくとも一つのインレットを有する真空圧揺れ吸着発生器として構成された少なくとも一つの窒素発生器(４.３)を備え、前記少なくとも一つのインレットは、コンプレッサー(３.３)の圧力側に対して、あるいは真空源(Ｖ)の吸引側に対して、ライン系統(１７.３)によって、選択的に接続されることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の不活性化方法。
  13. 真空圧揺れ吸着発生器として構成された前記窒素発生器(４.３)の前記少なくとも一つのインレットは、前記窒素発生器(４.３)の脱離段階の間、前記真空源(Ｖ)の吸引側に対して接続されることを特徴とする請求項１２に記載の不活性化方法。
  14. 真空圧揺れ吸着発生器として構成された前記窒素発生器(４.３)の前記少なくとも一つのインレットは、ライン系統(４２)によって、前記混合チャンバー(６)に対して選択的に接続されることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の不活性化方法。
  15. 真空圧揺れ吸着発生器として構成された前記窒素発生器(４.３)の前記少なくとも一つのインレットは、前記窒素発生器(４.３)の脱離段階を終わらせるために、ライン系統(４２)によって、前記混合チャンバー(６)に対して接続されることを特徴とする請求項１４に記載の不活性化方法。
  16. 標準的な環境空気に比べて低減された密閉ルーム(２)の空間的雰囲気内の予め決定可能な酸素含有量を設定しかつ／または維持するための不活性化システム(１)であって、前記不活性化システムは、窒素および酸素を含む初期ガス混合物から酸素の少なくとも一部を分離するガス分離システム(３.１,４.１;３.２,４.２;３.３;４.３)を備え、かつ、そうすることによって、前記ガス分離システム(３.１,４.１;３.２,４.２;３.３;４.３)のアウトレット(４ａ.１;４ａ.２;４ａ.３)において窒素エンリッチガス混合物を供給し、かつ、前記不活性化システム(１)は、前記密閉ルーム(２)へ前記窒素エンリッチガス混合物を供給するための供給ライン系統(７)を備え、
    混合チャンバー(６)、好ましくは混合チューブとして構成された混合チャンバー(６)がさらに、前記初期ガス混合物を提供するために設けられており、
    それを経て前記密閉ルーム(２)内に含まれる空間空気の一部が引き込まれかつ前記混合チャンバー(６)へと供給される第１のライン系統(９)は、前記混合チャンバー(６)内へと開口しており、かつ、それを経て外気が前記混合チャンバー(６)へと供給される第２のライン系統(８)は前記混合チャンバー(６)内へと開口していることを特徴とする不活性化システム(１)。
  17. 前記不活性化システム(１)は、さらに、制御ユニット(５)によって制御可能である前記第１のライン系統(９)内のファン機構(１１)と、前記制御ユニット(５)によって制御可能である前記第２のライン系統(８)内の第２のファン機構(１０)と、を備えることを特徴とする請求項１６に記載の不活性化システム(１)。
  18. 前記制御ユニット(５)は、前記混合チャンバー(６)内で支配的な圧力と、外部環境雰囲気の圧力と、の間の差が、予め決定されるかあるいは予め決定可能な上側閾値を超過せず、かつ、予め決定されるかあるいは予め決定可能な下側閾値を下回らないように、単位時間当たり前記ルーム(２)から引き込まれかつ前記第１のファン機構(１１)によって前記混合チャンバー(６)へと供給される空気の量を設定できるように、前記第１のファン機構(１１)を制御するよう構成されていることを特徴とする請求項１７に記載の不活性化システム(１)。
  19. 前記制御ユニット(５)は、前記混合チャンバー(６)内で支配的な圧力と、外部環境雰囲気の圧力と、の間の差が、予め決定されるかあるいは予め決定可能な上側閾値を超過せず、かつ、予め決定されるかあるいは予め決定可能な下側閾値を下回らないように、前記第２のファン機構(１０)によって単位時間当たり引き込まれた空間空気に混合される外気の体積を設定できるように、前記第２のファン機構(１０)を制御するよう構成されていることを特徴とする請求項１７または請求項１８に記載の不活性化システム(１)。
  20. 前記密閉ルーム(１０)の空間的雰囲気内で個々の瞬間において支配的な酸素含有量の関数として前記窒素エンリッチガス混合物の残留酸素含有量が変化するように、前記ガス分離システム(３.１,４.１;３.２,４.２;３.３;４.３)を制御するよう構成された制御ユニット(５)がさらに設けられたことを特徴とする請求項１６ないし請求項１９のいずれか１項に記載の不活性化システム(１)。
  21. 制御ユニット(５)によって作動可能な第１のファン機構(１１)がさらに前記第１のライン系統(９)に含まれており、かつ、制御ユニット(５)によって作動可能な第２のファン機構(１０)が前記第２のライン系統(８)に設けられており、前記制御ユニット(５)は、単位時間当たり前記ルーム(２)から引き込まれる空間空気の体積が、単位時間当たり前記密閉ルーム(２)の空間的雰囲気へと供給される窒素エンリッチガス混合物の体積と同じであるように、前記第１および／または第２のファン機構(１０,１１)を制御するよう構成されていることを特徴とする請求項１６ないし請求項２０のいずれか１項に記載の不活性化システム(１)。
  22. 混合セクション(１２)がさらに前記混合チャンバー(６)内で一体化されるか、あるいは前記混合チャンバー(６)の上流に設けられており、その中には、前記第１および第２のライン系統(８,９)が、好ましくはＹコネクターを用いて開口しており、前記混合セクション(１２)は、乱流が前記混合セクション(１２)内で生じるように、特にその有効流動断面積に関して構成されていることを特徴とする請求項１６ないし請求項２１のいずれか１項に記載の不活性化システム(１)。
  23. 前記混合セクション(１２)は、この混合セクション(１２)の水力直径の少なくとも５倍である長さを有することを特徴とする請求項２２に記載の不活性化システム(１)。
  24. 前記ガス分離システム(３.１,４.１;３.２,４.２;３.３;４.３)は、ライン系統(１７.１,１７.２,１７.３)によって前記混合チャンバー(６)に対して接続された、それぞれのコンプレッサー(３.１,３.２,３.３)と、それぞれ関連付けられた、少なくとも一つの、好ましくは複数の窒素発生器(４.１,４.２,４.３)を備えることを特徴とする請求項１６ないし請求項２３のいずれか１項に記載の不活性化システム(１)。
  25. 前記窒素発生器(３.１,３.２,３.３)の前記アウトレット(４ａ.１,４ａ.２,４ａ.３)に設けられた前記窒素エンリッチガス混合物の前記残留酸素含有量は、好ましくは、制御ユニット(５)によって、各窒素発生器(３.１,３.２,３.３)において設定可能であることを特徴とする請求項２４に記載の不活性化システム(１)。
  26. 前記少なくとも一つの窒素発生器(４.３)は真空圧揺れ吸着発生器として構成されており、かつ、少なくとも一つの真空源(Ｖ)が設けられ、それに対して、真空圧揺れ吸着発生器として構成された前記窒素発生器(４.３)の少なくとも一つのインレットを接続することが可能であることを特徴とする請求項２４または請求項２５に記載の不活性化システム(１)。
  27. 前記少なくとも一つの窒素発生器(４.３)は真空圧揺れ吸着発生器として構成されており、かつ、前記不活性化システム(１)は、さらに、ライン系統(４２)を備え、これを用いて、真空圧揺れ吸着発生器として構成された前記窒素発生器(４.３)の少なくとも一つのインレットを前記混合チャンバー(６)に対して接続することが可能であることを特徴とする請求項２４ないし請求項２６のいずれか１項に記載の不活性化システム(１)。
  28. 前記混合チャンバー(６)は、前記不活性化システム(１)において使用される窒素発生器(４.１,４.２,４.３)の数、および／または、少なくとも一つの窒素発生器(４.１,４.２,４.３)の機能がそれに基づいている原理に依存する容積を呈することを特徴とする請求項１６ないし請求項２７のいずれか１項に記載の不活性化システム(１)。
  29. 前記混合チャンバー(６)の水力断面は、少なくとも、前記混合チャンバー(６)内で生じ得る最大流速が平均で０.１ｍ／ｓ未満となるのに十分なほど大きなものであることを特徴とする請求項１６ないし請求項２８のいずれか１項に記載の不活性化システム(１)。
  30. 制御ユニット(５)が設けられており、この制御ユニット(５)は、前記密閉ルーム(２)の前記空間的雰囲気内の酸素含有量が減少するとき、前記ガス分離システム(３.１,４.１;３.２,４.２;３.３;４.３)の前記アウトレット(４ａ.１,４ａ.２,４ａ.３)に供給される前記エンリッチガス混合物の前記残留酸素含有量が自動的に減少するように、前記密閉ルーム(２)の空間的雰囲気内で個々の瞬間に支配的である前記酸素含有量の関数として、前記ガス分離システム(３.１,４.１;３.２,４.２;３.３;４.３)を制御するよう構成されていることを特徴とする請求項１６ないし請求項２９のいずれか１項に記載の不活性化システム(１)。
  31. 前記混合チャンバー(６)によって供給される前記初期ガス混合物が、個々の瞬間において、前記密閉ルーム(２)の前記空間的雰囲気内で支配的である酸素含有量に依存する予め決定可能な酸素含有量を呈するように、前記密閉ルーム(２)の前記空間的雰囲気内で個々の瞬間において支配的な前記酸素含有量の関数として、単位時間当たり前記ルーム(２)から引き込まれた空間空気の体積、ならびに単位時間当たり引き込まれたルーム空気に対して混合される外気の体積を設定するよう構成された制御ユニット(５)が設けられていることを特徴とする請求項１６ないし請求項３０のいずれか１項に記載の不活性化システム(１)。
  32. 請求項１ないし請求項１５のいずれか１項に記載の不活性化方法を実施するために、前記不活性化システム(１)の制御可能なコンポーネントを制御するよう構成された制御ユニット(５)が、さらに設けられたことを特徴とする請求項１６ないし請求項３１のいずれか１項に記載の不活性化システム(１)。
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