SE544383C2 - Metod och anordning för separation och avskiljning av syre i luft - Google Patents

Abstract

Förfarande för separation och avskiljning av syre i luft vid en anordning bestående av åtminstone en cylinder, en till cylindern hörande drivanordning bestående av en elmaskin en inuti cylindern fast angjord impeller, en i cylinderns centrum befintlig öppning för passage av luft, en till öppningen ansluten armatur innefattande ett öppnings- och stängbart utlopp för luft utan syrgas samt en öppnings- och stängbar ledning för avskild syrgas som leder till en kompressor med tank.

Description

Metod och anordning för separation och avskiljning av syre i luft Syre framställs vanligen via destillation av luft eller elektrolys av vatten. Det är känt att separation avgaser som exempelvis syre kan åstadkommas via centrifugering vilket den här föreslagna metodenoch anordningen möjliggör och som närmare bestämt gäller satsvis avskiljning av syre.

Luften består till största delen av kväve, cirka 78 procent, och syre, cirka 21 procent. l luften finnsäven mycket små mängder av andra gaser såsom argon, koldioxid, neon och vattenånga.

Uppfinningen baseras på att molekyler i olika gaser väger olika mycket. Exempelvis väger syrgas 32 u(02, molmassa 2*16 u), kväve 14 u (N, molmassa 14 u), vattenånga 18 u (H20, molmassa 2+16 u),kväveoxid 30 u (NO, molmassa 14+16 u), koldioxid 44 u (C02, molmassa 12 u+32 u).

I luft har syre en stor volymandel och molekylen är tung. Koldioxid är tyngre men dess volymandel såliten att den i detta sammanhang bortses från. Centrifugering lämpar sig därför väl som metod föravskiljning av syre.

Uppfinningen innefattar kännetecknande en ny typ av centrifugalkompressor, som arbetar i tre steg:Steg 1 innebär att kompressorn bringas rotera under stigande varvtal varvid gas sugs in centralt ochkomprimeras genom radialt verkande g-kraft under avgivande av värme till ett kylmedium.

Steg 2 innebär att under väsentligen konstant varvtal avges fortsatt värme från den komprimeradegasen och att gas fortsatt sugs in och komprimeras så länge värme avges.

Steg 3 innebär att kompressorn bringas rotera under sjunkande varvtal varvid gasen expanderarunder upptagande av värme och evakueras centralt.

Steg 1 och 2 är arbetskrävande och utförs av en elmaskin. Steg 3 är arbetsgivande på grund av attelmaskinen bringas bromsa rotationen genom att generera el och därmed återvinna en del av denelektriska energi som förbrukades under Steg 1 och 2.

Uppfinningen innefattar en impeller i en cylinder som bringas att rotera via en elmaskin. Vid rotationsugs luft in i cylindern via en öppning i dess centrum och tvingas genom centrifugalkraft motcylinderns periferi. Vid ett givet konstant varvtal avstannar tillförseln av luft när centrifugalkraftenspåverkan av molekylerna i luften balanseras av trycket i den komprimerade luften. Vid fortsattrotation uppstår separering av olika gaser pga. olika molmassor och det sker en ansamling avihuvudsak syre intill den perifera cylinderväggen då dess molekyl, vid bortseende från den ytterst lillaandelen koldioxid, är tyngre än övriga gasmolekyleri luften. Vid komprimeringen stigertemperaturen och cylinderväggen värms. Om cylindern vid rotation kyls av omgivningsluft, ellerannat kylmedium, sker ytterligare tillförsel av förbränningsgaser på grund av att kylningen sänkertrycket i luften som komprimeras. Detta kan i princip pågå tills det blir samma temperatur icylindervägg som i kylmedium. Kompression sker under samtidig kylning vilket är positivt fördriftekonomin. Om uppvarvning av cylindern sker anpassat så att värme i luften som komprimerasvia cylinderväggen bortleds till kylmedium itakt med att värmen uppstår, kan i principkomprimeringen ske isotermt.

Då syret, efter beslut av ett elektroniskt styrsystem, skall vara tillräckligt separerad bromsasrotationen varvid innehållet i cylindern flödar ut via öppningen där luften tillfördes. I en armatur somomger öppningen finns en sensor som via styrsystemet känner av när syre börjar flöda varvid enventil i armaturen bringar flödet av syre att strömma i en ledning till en kompressor där syrgasen,påtagligt kall efter expansionen, komprimeras och lagras i en tank eller gasflaska.

För maximal produktion av separerat syre skall förloppet upprepas optimalt vilket får provas utlaboratoriemässigt och villkor samt styrparametrar anges i det elektroniska styrsystemet. "Cylindern varvas upp till konstant varvtal, syre separeras, cylinderns rotation bromsas in, luft utan syre leds tillomgivningen, den separerade syrgasen leds till en kompressor”.

Det ovan beskrivna upprepade förloppet sker kännetecknande satsvis vilket medför att metoden kangenomföras i en blir enkel och liten, med åtföljande låg kostnad för tillverkning och drift.

Följande figurredogörelse kompletterar ovanstående beskrivning av uppfinningen. Ett elektronisktbaserat styrsystem med tillhörande programvara och sensorer/givare samt reglerorgan är ensjälvklarhet idag. Det ingår i anordningen och redogörs inte särskilt för utan styrsystem ochreglerorgan omnämns när det kan vara lämpligt.

Fig 1. En cylinder sedd framifrån 1 och från sidan 2 som ska bringas att rotera via en drivanordning,exempelvis en elmaskin 3, kopplad till cylindern via en drivaxel 4. I cylindern finns en ej utifrån synligimpeller 5 vilket åskådliggörs i Fig2. lmpellern är fast angjord i cylindern vilket medför att närcylindern bringas rotera bringas samtidigt impellern att rotera. I mitten av cylinderns framsida finnsen öppning 6, för passage av luft. Förhållandet mellan cylinderns diameter, framifrån 1, och desslängd, från sidan 2, kan vara annorlunda än vad som antyds i figur. Exv. kan cylindern utförasförhållandevis längre.

Fig 2. Cylinder, sedd framifrån 1 och från sidan 2, vilken bringas att rotera via en drivanordning, enelmaskin 3, kopplad till cylindern via en drivaxel 4. l cylindern är en impeller 5 gastätt och fastangjord mellan cylinderns fram- och baksida. Enligt figuren ansluter inte impellern till cylindernsperifera insida vilket den kan göra i ett alternativt utförande. När cylindern bringas rotera sugs luft ini cylindern via en öppning för luftens passage 6. Den tillförda luften bringas, orsakat av radialtverkande centrifugalkraft, att under kompression förflyttas mot cylinderns perifera insida och detyngsta molekylerna, i huvudsak syre ansamlas ytterst invid cylinderväggen. Cylindern omges av ettkylmedium, exempelvis omgivningsluft 12. När cylinderns rotation bromsas in expanderar den icylindern befintliga gasen under fallande temperatur och flödar ut via öppningen 6 varvid denseparerade syrgasen flödar ut sist då den befinner sig längst från öppningen. Vid inbromsningen kanenergi återvinnas genom att elmaskinen 3 bringas att generera elektricitet som återförs till elnäteteller lagras i ett batteri, ej visat i figur.

Fig 3. En armatur 7 är gastätt angjord vid öppningen 6 men utan att rotera vid cylinderns rotation.Armaturen innefattar en sensor 8 för detektering av syre samt en öppnings- och stängbar ledning förpassage av luft 10 samt en öppnings- och stängbar ledning 9 som leder till en kompressor med tank11. Via ledningen 10 och öppningen 6 sker dels tillförsel av luft när cylindern varvas upp och delsutförsel av luft utan syre när cylinderns rotation bromsas in. Via ledningen 9 sker enbart utförsel avsyre. Sensorn 8 samt de öppnings- och stängbara ledningarna 9 och 10 är kopplade till ettelektroniskt styrsystem, ej visat i figur, och ledningarna styrs att öppnas eller stängas av tillstyrsystemet kopplade reglerorgan, ej visade i figur.

Uppfinningen är inte begränsad till de ifigurerna visade utföringsexemplet utan att modifikationerkan göras inom ramen för de följande angivna patentkraven.

Claims (1)

1. Förfarande för satsvis separation och avskiljning av syre i luft vid en anordning bestående avåtminstone en cylinder (1,2), ett kylmedium (12) som omger cylindern, en till cylindernhörande drivanordning bestående av exempelvis en elmaskin (3) med en drivaxel (4), en inuticylindern fast angjord impeller (5), en i cylinderns centrum befintlig öppning (6) för passageav luft, en till öppningen (6) ansluten armatur (7) innefattande en sensor (8) för detekteringav syre och ett öppnings- och stängbart utlopp för luft utan syre (10), en till armaturen (7)ansluten öppnings- och stängbar ledning för syre (9) som leder till en kompressor med tank(11), varvid cylindern bringas i rotation och luft sugs in i cylindern via öppningen (6) varefterrotationen bringas upphöra varvid luft strömmar ut ur cylindern via öppningen (6) ochseparerad syrgas strömmar ut sist ur cylindern via öppningen (6). kännetecknat av att det satsvisa förfarandet sker upprepat. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att då cylindern (1) tillsammans med impellern (5)via drivanordningen bringas rotera sugs luft in i cylindern via öppningen (6) och tvingas pågrund av radialt verkande g-krafter åstadkomna av rotationen under samtidig kyldkompression förflyttas mot cylinderns periferi. Förfara nde enligt krav 2, kännetecknat av att cylindern varvas upp till ett av styrsystemetbeslutat konstant varvtal varvid syre separeras och ansamlas invid cylinderns periferi.Förfarande enligt krav 3, kännetecknat av att cylindern via bromsning av drivanordningenvarvas ned varvid utströmning, av genom expansion avsvalnande luft, sker via öppningen (6)till armaturen (7) varvid den utströmmande luften leds till omgivningen via utloppet (10) tillsatt styrsystemet, vid signal från sensorn (8) som detekterar syre, beordrar reglerorgan attstänga utloppet (10) och att öppna ledningen (9) för syrgas till kompressorn med tank (11).Anordning för utförande av förfarandet enligt krav 1-4, kännetecknat av att den innefattaråtminstone en cy|inder(1,2), ett kylmedium (12) som omger cylindern, en till cylindernhörande drivanordning bestående av en elmaskin (3) med en drivaxel (4), en inuti cylindernfast angjord impeller (5), en i cylinderns centrum befintlig öppning (6) för passage av luft, entill öppningen (6) ansluten armatur (7) innefattande ett öppnings- och stängbart utlopp förluft utan syre (10), en öppnings- och stängbar ledning för syre (9) som leder till enkompressor med tank (11).