WO2015197418A1 - Luftaufbereitungsverfahren und -vorrichtung mit kohlendioxidadsorption und sauerstoffanreicherung - Google Patents

Luftaufbereitungsverfahren und -vorrichtung mit kohlendioxidadsorption und sauerstoffanreicherung Download PDF

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    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Definitions

  • the present invention relates to an air treatment method and an air treatment apparatus.
  • oxygen-enriched breathing air also referred to as NITROX
  • NITROX oxygen-enriched breathing air
  • the benefits of using oxygen-enriched breathing air during dives are well known.
  • Recycled breathing air can also be used in hospitals for medical treatment.
  • Critical in the generation of treated, in particular oxygen-enriched breathing air is the carbon dioxide content in the gas produced.
  • the use of air with reduced carbon dioxide content is advantageous, such as in applications where compressed air is used for cleaning purposes.
  • the air can be generated by mixing certain gases with desired proportions.
  • this type of production is complicated, since the respective gases must be provided for mixing in a pure state and must be precisely metered.
  • oxygen-enriched breathing air it is also known to reduce the amount of nitrogen in the ambient air to thereby obtain a gas having an increased oxygen content.
  • Air conditioning method comprising the steps of: - providing compressed air;
  • At least partially regeneration of the carbon dioxide adsorption device with at least a portion of the separated nitrogen At least partially regeneration of the carbon dioxide adsorption device with at least a portion of the separated nitrogen.
  • the carbon dioxide content of the compressed air is reduced before it is introduced into the separation device.
  • the compressed air may for example be provided by a compressed air system.
  • compressed air can also be used by a compressor.
  • the air can thus be introduced under pressure into the carbon dioxide adsorption. It has proven particularly advantageous to introduce the air under pressure in a range from 7 to 13 bar, preferably 7-10 bar, into the carbon dioxide adsorption device. However, these ranges are not meant to be limiting.
  • the carbon dioxide adsorption device can be operated to adsorb carbon dioxide under any other suitable overpressure.
  • the carbon dioxide adsorption device works most efficiently under overpressure. This results in a particularly efficient reduction of the carbon dioxide content in the air.
  • the resulting gas mixture is then at least partially fed to the separator.
  • the membrane of the separator can operate more efficiently because there is little or no carbon dioxide in the feed gas. This is because oxygen and carbon dioxide molecules take the same route when separated in the membrane because they have similar properties.
  • At least part of the separated nitrogen is also used for at least partially regenerating the carbon dioxide adsorption device.
  • This has the advantage that the separated nitrogen can be used at least partially. This further increases the efficiency of the overall system.
  • the process should also be applicable to carbon dioxide adsorption devices which have a plurality of carbon dioxide adsorption units which can adsorb carbon dioxide singly or in groups and be regenerated individually or in groups.
  • An at least partial regeneration should be understood against this background in that at least a part or an element of the carbon dioxide adsorption device is regenerated. If, in the following, therefore, a regeneration of the carbon dioxide adsorption device is mentioned, it is to be understood that this is regenerated at least in sections.
  • a regeneration of the carbon dioxide adsorption device it is determined in a further step whether a regeneration of the carbon dioxide adsorption device is required. At this time, it is determined that the regeneration of the carbon dioxide adsorption device is required when it is determined that its adsorption performance has deteriorated. Such a determination can be made, for example, at predetermined time intervals. Furthermore, such determination can also be carried out continuously. It is also possible to link the step of determining to certain events, such as switching on a device for carrying out the method. A deterioration of the adsorption performance is to be understood as a reduction of the adsorption under constant conditions.
  • the operation time of the carbon dioxide adsorption device can be monitored. This means that, for example, a counter can be reset after each regeneration of the carbon dioxide adsorption device.
  • the predetermined operation time may be set depending on the carbon dioxide adsorption device. Namely, depending on the type of the carbon dioxide adsorption device, the carbon dioxide adsorption device is capable of adsorbing different amounts of carbon dioxide. Conveniently, the predetermined operating time is determined so that a predetermined adsorption capacity is not exceeded.
  • the predetermined operating time can be selected, for example, such that it is set half as long as the determined time.
  • the regeneration thus takes place according to this embodiment as a function of the operating time of the carbon dioxide adsorption device.
  • the operating time can be understood as the time at which the carbon dioxide adsorption device actually adsorbs carbon dioxide.
  • the carbon dioxide content of the discharged gas may be measured at an exit of the carbon dioxide adsorption device. Such a measurement can take place at predetermined time intervals or continuously.
  • the predetermined value of the carbon dioxide content of the discharged gas can be set in various ways. So it is possible, for example, to set a predetermined value, which may be exceeded in any case. Alternatively, however, it is also possible to compare the carbon dioxide content of the discharged gas with the carbon dioxide content of the introduced gas and set a predetermined difference of the carbon dioxide contents as a predetermined value. Such monitoring of carbon dioxide content opens the possibility to draw accurate conclusions about the adsorption performance and thereby determine exactly when a regeneration of the carbon dioxide adsorption is necessary.
  • the carbon dioxide adsorption device has at least two carbon dioxide adsorption units containing carbon dioxide adsorption units, wherein at least one of the carbon dioxide adsorption units is regenerated during the regeneration of the carbon dioxide adsorption device.
  • a regeneration of the carbon dioxide adsorption device is thus to be understood as the state that at least one carbon dioxide adsorption unit is regenerated.
  • the carbon dioxide adsorbent is a known carbon dioxide adsorbent. This may in particular be in granular form and be filled accordingly in a pressure vessel. To reduce the carbon dioxide content, the gas mixture can then be passed through the filled with granular carbon dioxide adsorbent pressure vessel.
  • the carbon dioxide adsorbed gas exiting the carbon dioxide adsorption device may be filtered in a further step before being supplied to the separator.
  • a filtering step it is possible to prevent particles from the carbon dioxide adsorption device from entering a downstream device, for example the separating device.
  • the purity of the gas discharged from the carbon dioxide adsorption device is increased and contamination of downstream devices such as the separator is avoided.
  • at least one of the carbon dioxide adsorption units adsorbs carbon dioxide during the regeneration of the carbon dioxide adsorption device. Adsorption of carbon dioxide by the carbon dioxide adsorption device thus also takes place during the regeneration thereof.
  • a pressure drop occurs, for example, when a pressure equalization between the carbon dioxide adsorption is effected when switching.
  • a brief interruption is irrelevant to the overall process under certain circumstances.
  • the gas discharged from the carbon dioxide adsorption device is fed to a pressure accumulator, a short-term reduction in volume flow or a pressure drop does not have any effect.
  • the carbon dioxide adsorption device is subsequently provided with a compressor for pressurizing the discharged air with reduced carbon dioxide content, then it is necessary to obtain a constant volume flow even over the switching operation of the directional control valves.
  • a compressor operates in a specific nominal range and therefore compresses a predetermined amount of air.
  • an overflow valve can be provided between the inlet line and the carbon dioxide adsorption device. At the inlet, air can then be provided either from the pressure line or from a compressor with an amount which is above the desired amount of air at the inlet of the carbon dioxide adsorption device.
  • the overflow valve thus leaves air in normal operation, so that at the entrance of the carbon dioxide adsorption a predetermined amount of air flow is not exceeded. If a part of the air is branched off in the carbon dioxide adsorption device for pressure equalization purposes, then the volume flow through the carbon dioxide adsorption unit can be maintained due to the overflow valve. Namely, if a larger volume of air flow at the entrance of the carbon dioxide adsorption required, the overflow valve closes accordingly and the volume flow at the exit increases thereby.
  • a continuous operation of a downstream compressor is possible, which is used for example for pressure bottle filling.
  • Heated carbon dioxide adsorbent of the regenerated carbon dioxide adsorption unit for regeneration it is possible, for example, to heat a container in which the carbon dioxide adsorbent is located. For this purpose, a corresponding heating device can be provided. On the other hand, it is possible to heat the carbon dioxide adsorbent by heating the gas to be introduced for regeneration.
  • the nitrogen used for the regeneration of the carbon dioxide adsorption device is heated to a predetermined temperature.
  • the predetermined temperature is desirably chosen so that optimal regeneration of the carbon dioxide adsorbent can take place. This is the case when the carbon dioxide adsorbent is heated to a temperature at which the carbon dioxide adsorbent can best deliver the adsorbed carbon dioxide.
  • the heating of the nitrogen can be done for example by a separate heater, through which the nitrogen to be used for the regeneration is passed. It is possible that the heater heats the nitrogen to a constant temperature.
  • the gas used for regeneration can be heated to about 40-70 ° C.
  • the gas used for regeneration can be relaxed, that is, the gas used has a pressure of about 0.5 bar.
  • the introduction of the compressed air into the regenerated carbon dioxide adsorption unit takes place only when the temperature of the carbon dioxide adsorbent of the regenerated carbon dioxide adsorption unit is below a predetermined temperature.
  • This step takes account of the fact that optimum regeneration of the carbon dioxide adsorbent occurs at a different temperature level than the adsorption of carbon dioxide from the compressed air.
  • Regeneration can be done in different ways. For example, it is possible to actively cool the regenerated carbon dioxide adsorption unit by a corresponding cooling device. Alternatively, however, it is also possible to pass the nitrogen used for regeneration after the regeneration of the carbon dioxide adsorbent for a predetermined time by the carbon dioxide adsorbent without heating it. The carbon dioxide adsorbent is thus cooled by the separated nitrogen. This has the advantage that no additional elements for cooling the carbon dioxide adsorbent must be provided. It is also possible to wait a predetermined time before using the regenerated carbon dioxide adsorption unit until it has cooled to ambient temperature.
  • Monitored temperature of the carbon dioxide adsorption This makes it possible to continuously detect the temperature of the carbon dioxide adsorption units and to provide these detected values to a control. Thus it is possible to regulate the temperature of the carbon dioxide adsorption units to those for the current process, ie the adsorption of carbon dioxide or the regeneration, to the optimum temperature. This makes it possible to make both the adsorption of carbon dioxide, as well as the regeneration of the respective carbon dioxide adsorption as efficient as possible. Further, by monitoring the temperature of the carbon dioxide adsorption units, it is possible to avoid overheating of the carbon dioxide adsorption units.
  • the temperature monitoring of the carbon dioxide adsorption units may be coupled to such a heater and shut off according to the detected temperature, if necessary. With appropriate monitoring of the temperature of the carbon dioxide adsorption units, overheating and resulting damage to the carbon dioxide adsorption units can thus be avoided.
  • the compressed air is introduced into the regenerated carbon dioxide adsorption unit when a predetermined time has elapsed since the regeneration of the regenerated carbon dioxide adsorption unit.
  • the predetermined time since the regeneration can be set so that the regenerated carbon dioxide adsorption unit, or its carbon dioxide adsorbent, cools to such an extent that at least a predetermined temperature of the carbon dioxide adsorption unit is not exceeded for efficient carbon dioxide adsorption.
  • the predetermined time is thus set so that a corresponding cooling is done safely.
  • nitrogen separated from the separator is used at a temperature lower than the temperature of the carbon dioxide adsorbent of the regenerated one
  • Carbon dioxide adsorption unit is. Accordingly, to cool the temperature of the carbon dioxide adsorption unit, the separated nitrogen may be used if it has a temperature lower than the temperature level of the regenerated carbon dioxide adsorption unit or the carbon dioxide adsorbent contained therein. For example, the separated nitrogen from the separator may be directly supplied to the regenerated carbon dioxide adsorption unit. This accelerates the cooling of the regenerated carbon dioxide adsorption unit.
  • Dehumidification has the advantage that the carbon dioxide adsorption device can work more efficiently. In addition, it is possible to introduce compressed ambient air into the device.
  • an air handling apparatus comprising the following elements: a compressor for pressurizing ambient air, an inlet line for pressurized air,
  • a separator disposed downstream of the inlet conduit for reducing the nitrogen content of at least a portion of the pressurized air, the separator comprising a nitrogen blanking membrane, a second increased oxygen content gas exit, and a first nitrogen outlet gas outlet.
  • Separator arranged a regenerable carbon dioxide adsorption device.
  • its input can be connected to the inlet line and its output can be connected to the separating device.
  • the regenerable carbon dioxide adsorption device may comprise at least two carbon dioxide adsorption units containing carbon dioxide adsorbents. Each of these carbon dioxide adsorption units may have an inlet and an outlet.
  • the regenerable carbon dioxide adsorption device may include a directional control valve mechanism configured such that the inlets of the at least two carbon dioxide adsorption units are alternately connectable to the inlet of the carbon dioxide adsorption device and the environment and their outlets are alternately connectable to the exit of the carbon dioxide adsorption device and the second exit of the separation device. By this way valve mechanism, it is therefore possible to provide different gas flow paths.
  • Entrance of the carbon dioxide adsorption device are connected.
  • the carbon dioxide adsorption device is located between the dryer and the separating device. Accordingly, pressurized and dehumidified ambient air is introduced into the inlet of the carbon dioxide adsorption device. If the input of a carbon dioxide adsorption unit is now connected to the inlet of the carbon dioxide adsorption device, then the pressurized and dehumidified ambient air introduced into this carbon dioxide adsorption.
  • the outlet of the carbon dioxide adsorption unit can be connected to the outlet of the carbon dioxide adsorption unit. If this is the case, due to the arrangement of the carbon dioxide adsorption device, the gas guided through the carbon dioxide adsorption unit is then discharged through the outlet of the carbon dioxide adsorption device and fed to the separation device in the further course of the system. The gas exiting the exit of the carbon dioxide adsorption device thus has a reduced carbon dioxide content.
  • the outlet of the carbon dioxide adsorption unit is also connectable to the second outlet of the separation device.
  • separated nitrogen is discharged through the second outlet of the separator. That is, in the case where the outlet of the carbon dioxide adsorption unit is connected to this second outlet of the separator, the separated nitrogen is supplied to the carbon dioxide adsorption unit.
  • the separated nitrogen is thus used as a regenerant for regenerating the carbon dioxide absorption unit.
  • the ambient air may be passed through the carbon dioxide adsorption unit for reducing the carbon dioxide content in one direction, while the separated nitrogen may be passed in the opposite direction through the carbon dioxide adsorption unit to regenerate it.
  • the directional control valve mechanism may connect one or more inlets to the inlet of the carbon dioxide adsorption device or the environment and connect one or more outlets to the exit of the carbon dioxide adsorption device or the second outlet of the separation device.
  • This makes it possible to simultaneously introduce ambient air into a plurality of carbon dioxide adsorption units or to simultaneously introduce nitrogen into a plurality of carbon dioxide adsorption units.
  • it is possible to increase the carbon dioxide adsorption performance of the carbon dioxide adsorption device by connecting several carbon dioxide adsorption units in parallel.
  • the apparatus further comprises a compressor for pressurizing ambient air, wherein the compressor is disposed upstream of the inlet duct to supply pressurized ambient air to the inlet duct.
  • the apparatus has a dryer disposed upstream of the carbon dioxide adsorption device for dehumidifying the pressurized air, the dryer being connected to the inlet duct to supply dehumidified air to the inlet duct.
  • Directional control valve mechanism a first directional control valve, which is arranged so that it simultaneously connects one of the inlets of the carbon dioxide adsorption with the entrance of the carbon dioxide adsorption and another of the inlets with the environment.
  • the directional control valve mechanism has a second directional control valve arranged to simultaneously connect one of the outlets of the carbon dioxide adsorption units to the exit of the carbon dioxide adsorption device and another one of the outlets to the second outlet of the separator.
  • the first directional control valve is thus designed such that whenever the inlet of a carbon dioxide adsorption unit is connected to the inlet carbon dioxide adsorption device, the inlet of another carbon dioxide adsorption unit the environment is connected.
  • coupling one outlet of a carbon dioxide adsorption unit to the exit of the carbon dioxide adsorption device through the second directional control valve results in communication of another outlet with the second outlet of the separation device.
  • the first and the second directional control valve are coupled in such a manner that the outlet of the carbon dioxide adsorption unit, whose inlet is connected to the environment, is connected to the second outlet of the separation device, whereby this carbon dioxide adsorption unit is brought into a regeneration state and that the outlet of the carbon dioxide adsorption unit whose inlet is connected to the inlet of the carbon dioxide adsorption device is connected to the outlet of the carbon dioxide adsorption device, whereby this carbon dioxide adsorption unit is brought into an adsorption state.
  • the two-way valves are thus switched so that one carbon dioxide adsorption unit is in the regeneration state, while another carbon dioxide adsorption unit is in an adsorption state.
  • Separating device derived nitrogen supplied through the outlet This flows through the carbon dioxide adsorption unit and the carbon dioxide adsorbent contained therein thus leaves the carbon dioxide adsorption unit through its inlet and is discharged into the environment.
  • Carbon dioxide adsorption device further comprises heating means for heating the carbon dioxide adsorbent of the carbon dioxide adsorption unit to be regenerated.
  • heating means for heating the carbon dioxide adsorbent of the carbon dioxide adsorption unit to be regenerated.
  • the carbon dioxide adsorbent for regeneration can be heated to an optimum temperature. This temperature for regeneration may be above the temperature for adsorbing carbon dioxide. If so, it is advantageous to use the heating means to heat the carbon dioxide adsorbent to the desired temperature for regeneration.
  • the heating means has a heater for heating the separated nitrogen, which is arranged between the second output of the separator and the second directional control valve.
  • the heated nitrogen can be used to heat the carbon dioxide adsorbent of the carbon dioxide adsorption unit to be regenerated. If the carbon dioxide adsorbent is a granulate which is in the carbon dioxide adsorption unit, this has the advantage that the heated nitrogen flows through this granulate and good heating of the carbon dioxide adsorbent can be achieved.
  • the heating means a heater for direct
  • Heating the carbon dioxide adsorbent have.
  • a heater may, for example, heat the carbon dioxide adsorption unit as a whole.
  • the carbon dioxide adsorption unit is a container in which granules are contained as a carbon dioxide adsorbent
  • the container can be heated by the heater.
  • further heating elements which are provided in the granules, in order to achieve the most uniform possible heating of the carbon dioxide adsorbent.
  • Carbon dioxide adsorption unit a pressure vessel in which the carbon dioxide adsorbent is housed in opposite directions permeable.
  • a granulate is used as the carbon dioxide adsorbent, it may be arranged between two screens to prevent the carbon dioxide adsorbent from escaping from the pressure vessel.
  • the pressure vessels are connected to each other by a pressure equalization line.
  • the connection of the pressure vessel with each other by a pressure equalization line is advantageous because this allows that when switching the pressure vessel from a regeneration state into an adsorption state, the pressure of one container can be compensated with the pressure of the other container.
  • a pressure compensation valve is provided in the pressure equalization line, which is a shut-off valve. By opening and closing this shut-off valve, pressure equalization can be enabled or prevented.
  • the first directional control valve is connected via a drain line to the environment.
  • a silencer may be provided at the end of this drain line.
  • a bleed valve which is a shut-off valve, may be provided in the bleed line. Opening and closing the drain valve can break a connection with the environment.
  • An advantageous switching operation in the carbon dioxide adsorption apparatus in which the carbon dioxide adsorption units are brought from the adsorption state to the regeneration state by the directional control valves, and vice versa can be carried out as follows. First, the pressure equalization valve is opened and preferably at the same time the drain valve is closed. As a result, pressurized air from the carbon dioxide adsorption unit to be regenerated flows into the regenerated carbon dioxide adsorption unit, whereby pressure equalization takes place between both carbon dioxide adsorption units.
  • the two directional control valves are switched so that the inlet of the regenerated carbon dioxide adsorption unit is connected to the inlet of the carbon dioxide adsorption device and the outlet of the regenerated carbon dioxide adsorption unit is connected to the outlet of the carbon dioxide adsorption unit. adsorption device is connected. Due to the pressure equalization before switching over the directional control valves, the regenerated carbon dioxide adsorption unit already has an internal pressure which corresponds to the pressure at the inlet of the carbon dioxide adsorption device.
  • the carbon dioxide adsorption unit to be regenerated also has a pressure level when switching, which corresponds to the pressure level at which the compressed air is introduced into the carbon dioxide adsorption device.
  • the pressure compensation valve is closed and the drain valve is opened.
  • the gas which is to be regenerated in the carbon dioxide adsorption unit which is to be regenerated is thus released into the environment extremely rapidly. It can come to a kind of bang.
  • This rapid pressure reduction in the regenerated state carbon dioxide adsorption unit has the advantage that a part of the bound carbon dioxide is entrained by the gas flow.
  • a spill valve may be provided in the flow path before the carbon dioxide adsorption and after the inlet, a spill valve. This is important, for example, when a compressor is arranged downstream of the carbon dioxide, which requires a continuous inlet flow.
  • the spill valve may regulate the amount of air introduced into the carbon dioxide adsorption device to a predetermined value. In this case, part of the air can be released to the environment.
  • the overflow valve can be supplied with a larger amount of air than the amount desired in the carbon dioxide adsorption device.
  • the upstream overflow valve can compensate for the reduced volume flow at the outlet by correspondingly less air to the environment. As a result, a reduced volume flow at the outlet of the carbon dioxide adsorption device can be avoided.
  • the method described above is performed in the apparatus described above.
  • Air treatment process provided with the following steps:
  • At least partially regeneration of the carbon dioxide adsorption device with at least a portion of the separated nitrogen At least partially regeneration of the carbon dioxide adsorption device with at least a portion of the separated nitrogen.
  • an air conditioning apparatus comprising the following elements:
  • a separator arranged downstream of the inlet duct for reducing the nitrogen content of at least a portion of the pressurized air, the separator comprising a membrane for separating nitrogen, a second outlet for the recovered gas with increased Oxygen content, a first output for discharging the separated nitrogen and having an inlet connected to the inlet line.
  • a regenerable carbon dioxide adsorption device for reducing the carbon dioxide content of the oxygen-enriched air is also connected to the inlet line.
  • an arrangement is provided for at least partially regenerating the carbon dioxide adsorption device with at least a portion of the separated nitrogen.
  • This arrangement can be arranged as in the above
  • Embodiments is defined, in which the separation device is connected in the flow downstream of the carbon dioxide adsorption.
  • the arrangement for regenerating the carbon dioxide adsorption device described in the above embodiments can be applied to this embodiment.
  • Figure 1 shows schematically the structure of a device for producing conditioned air according to a first embodiment.
  • Figure 2 shows schematically the structure of a carbon dioxide adsorption device which can be used in the construction shown in Figure 1.
  • FIG. 3 shows the carbon dioxide adsorption device of FIG. 2 in another
  • FIG. 4 schematically shows an alternative construction of a device for producing conditioned air.
  • FIG. 5 schematically shows a further alternative construction of a device for
  • FIG. Fig. 1 is a schematic view showing the structure of a conditioned air producing apparatus.
  • the structure described below is particularly well suited for generating oxygen-enriched breathing air.
  • the basic structure of the apparatus will be explained with reference to the illustration in FIG.
  • the illustrated in Fig. 1 apparatus for producing conditioned air has a compressor VI, which is connected to an inlet or inlet 21 for compressed ambient air.
  • the compressor has predetermined characteristics which include the rated pressure as well as the throughput of the compressed air.
  • a refrigerant dryer 4 is arranged in the flow direction after the inlet 21 for compressed ambient air.
  • This refrigeration dryer 4 may have an integrated Kondensatabieiter.
  • the derived condensate is fed to a collecting container 19. Of the Refrigeration dryer 4 cools the incoming compressed ambient air so far that falls below the dew point, the water contained in the air and thus can be removed from the air.
  • a carbon dioxide adsorption device 22 is provided in the flow direction after the refrigerant dryer 4.
  • the pressurized and dehumidified ambient air flows.
  • the carbon dioxide adsorption device 22 reduces the carbon dioxide content of the introduced ambient air.
  • a separator 20 is arranged in the flow direction after the carbon dioxide adsorption device 22, a separator 20 is arranged.
  • the separator has an inlet 13a for the compressed and dehumidified ambient air, a membrane 13 for separating nitrogen, a first outlet 13b for discharging the separated nitrogen and a second outlet 13c for the recovered gas with increased oxygen content.
  • the first exit 13b is connected to the carbon dioxide adsorption device 22.
  • the oxygen-enriched breathing air is released via the second outlet 13c.
  • the inventive arrangement of the system components described above thus results in a reduction of the carbon dioxide content before separation in the membrane 13.
  • the carbon dioxide adsorption device 22 operates in an overpressure range of about 7 to 13, preferably 7 to 10 bar.
  • the carbon dioxide adsorption device 22 has a first carbon dioxide adsorption unit 23 and a second carbon dioxide adsorption unit 24.
  • the first carbon dioxide adsorption unit 23 has a pressure vessel 23c, an inlet 23a and an outlet 23b. Furthermore, the first carbon dioxide adsorption unit 23 has a thermometer 23d and a pressure gauge 23e.
  • the Pressure vessel 23c of the first carbon dioxide adsorption unit 23 is filled with a carbon dioxide adsorbent (not shown).
  • the carbon dioxide adsorbent may be granular. In this case, advantageously, in each case a sieve can be arranged before and after the carbon dioxide adsorbent in order to prevent the carbon dioxide adsorbent from escaping from the pressure vessel 23c.
  • the pressure vessel 23c may be a stationary pressure vessel.
  • the inlet of such a stationary pressure vessel 23c is located at the lower end, so that the gas introduced into the inlet flows through this vessel from the bottom to the top.
  • the screen between the carbon dioxide adsorbent and the inlet 23a may conveniently be formed as a sieve bottom which traps the carbon dioxide adsorbent and evenly distributes the incoming gas to the carbon dioxide adsorbent.
  • the outlet 23b is expediently arranged at the upper end of the pressure vessel 23c.
  • the second screen may be mounted to prevent the carbon dioxide adsorbent from being entrained by the flow.
  • a particulate filter 34 is disposed in the outlet 22b of the carbon dioxide adsorption device 22.
  • the second carbon dioxide adsorption unit has according to this
  • Embodiment an identical structure. More specifically, the second carbon dioxide adsorption unit 24 has a pressure vessel 24c, an inlet 24a, an outlet 24b, and a thermometer 24d and a pressure gauge 24e.
  • the internal structure or the filling of the pressure vessel 24c with carbon dioxide adsorbent corresponds to that of the first carbon dioxide adsorption unit 23.
  • the inlet 23a of the first carbon dioxide adsorption unit 23 and the inlet 24a of the second carbon dioxide adsorption unit 24 are connected to a first directional control valve 25 via pressure lines 38, 39.
  • the first directional control valve 25 is connected to the inlet 22 a of the carbon dioxide adsorption device 22.
  • the first directional control valve 25 is connected to the environment via a discharge line 37. In the discharge line 37, a drain valve 31 and a muffler 30 are arranged, through which the gas flowing from the first directional control valve 25 can be discharged into the environment.
  • the first directional control valve 25 is switchable between two switching positions.
  • Fig. 2 shows a first switching position is shown. Is the first directional control valve 25 in this In the first switching position, the inlet 22a of the carbon dioxide adsorption device 22 is connected to the pressure line 38, and the outlet line 37 is connected to the pressure line 39 leading to the inlet 24a of the second carbon dioxide adsorption unit 24.
  • the outlets of the carbon dioxide adsorption units 23b, 24b are connected via pressure lines 40, 41 to a second directional control valve 26.
  • the second output 13b of the separation device 20 is connected to the second directional control valve.
  • a heater 27 is arranged in the line of the second output 13b.
  • the second directional control valve 26 is connected to the outlet 22b of the carbon dioxide adsorption device 22.
  • the second directional valve 26 is also switchable between two positions. In a first position, as shown in FIG. 2, the second directional valve 26 is switched so that the first outlet 13b is connected to the pressure line 41 and thus to the outlet 24b of the second carbon dioxide adsorption unit 24.
  • the outlet 22b of the carbon dioxide adsorption device 22 is connected via the pressure line 40 to the outlet 23b of the first carbon dioxide adsorption unit 23.
  • the second carbon dioxide adsorption unit 24 is in communication with the outlet 22b of the carbon dioxide adsorption device 22 and the first outlet 13b of the separator 20 is connected to the first carbon dioxide adsorption unit 23.
  • the switching of the first directional control valve 25 is coupled to the switching of the second directional control valve 26.
  • Switching state of the two-way valves 25, 26 sets two flow paths. On the one hand, a flow can take place from the inlet 22a through the first carbon dioxide adsorption unit 23 to the outlet 22b. On the other hand, a flow from the first exit 13 b through the second carbon dioxide adsorption unit 24 into the discharge line 37 is possible.
  • the first carbon dioxide adsorption unit 23 is therefore in an adsorption state.
  • the nitrogen separated in the separator 20 flows through the second carbon dioxide adsorption unit 24, exiting through the inlet 24a thereof, and discharged through the discharge pipe 37 to the outside.
  • the flow direction of the nitrogen through the second carbon dioxide adsorption unit 24 is opposite to the flow direction of the ambient air through the first carbon dioxide adsorption unit 23.
  • Directional valves 25, 26, the conditions prevailing in Fig. 2 states of the two carbon dioxide adsorption 23, 24 also switched. More specifically, in the valve switching state shown in Fig. 3, the first carbon dioxide adsorption unit 23 is in a regeneration state, and the second carbon dioxide adsorption unit 24 is in an adsorption state. By alternately switching back and forth between the two states shown in Figs. 2 and 3, it is possible to continuously reduce the carbon dioxide content of the ambient air while simultaneously regenerating a carbon dioxide adsorption unit.
  • the carbon dioxide adsorption device 22 is initially in the state shown in FIG. More specifically, the first carbon dioxide adsorption unit 23 is in an adsorption state and the second carbon dioxide adsorption unit 24 is in a regeneration state. Both carbon dioxide adsorption units 23, 24 are designed such that in the adsorption state each carbon dioxide adsorption unit is capable of adsorbing carbon dioxide over a period of 60 minutes, for example. At the same time the system is designed so that a regeneration and subsequent cooling of the Carbon dioxide adsorption units 23, 24 is also possible within this time. After an operating time of 60 minutes, the system shown in Fig. 2 is thus switched to the state shown in Fig. 3.
  • carbon dioxide adsorption is continuously performed in the first carbon dioxide adsorption unit 23.
  • the carbon dioxide content of the gas flowing through is reduced.
  • the second carbon dioxide adsorption unit 24 is regenerated by supplying this separated nitrogen through the first outlet 13b to the separating device 20.
  • the nitrogen is heated by a heater 27 to accelerate the regeneration process.
  • heating of the separated nitrogen takes place for a period of 45 minutes before it is introduced into the second carbon dioxide adsorption unit 24.
  • the carbon dioxide adsorbent contained in the carbon dioxide adsorption unit is thereby brought to a predetermined temperature, which enables efficient regeneration of the carbon dioxide adsorbent.
  • a cooling cycle which lasts 15 minutes follows.
  • the heater 27 is deactivated, so that the separated nitrogen is introduced into the second carbon dioxide adsorption unit 24 at a lower temperature.
  • the temperature of the second carbon dioxide adsorption unit 24 or the carbon dioxide adsorbent contained therein is reduced.
  • the system can be tuned so that even during the cooling, a further regeneration of the carbon dioxide adsorbent takes place. It is also possible to design the system so that a complete regeneration takes place during the heating cycle.
  • Pressure compensation valve 29, which is located in a pressure equalization line 28, opened.
  • the pressure equalization line 28 connects the first carbon dioxide adsorption unit 23 to the second carbon dioxide adsorption unit 24. If the pressure compensation valve 29 is now open, the pressurized air supplied to the first carbon dioxide adsorption unit 23 can flow through the equalization line 28 and enter the second carbon dioxide adsorption unit 24. At the same time, with the opening of the pressure compensating valve 29, a drain valve 31, which is located in the drain line 37, is closed. A portion of the air pressurized in the first carbon dioxide adsorption unit 23 thus leaves it via the equalization line 28 and flows into the second carbon dioxide adsorption unit 24.
  • the lines and carbon dioxide adsorption units are selected such that pressure equalization is possible within 30 to 60 seconds.
  • the pressure in the second carbon dioxide adsorption unit 24 increases. Such an increase can be detected, for example, by corresponding sensors.
  • the first directional control valve 25 and the second directional control valve 26 are switched over and subsequently the discharge valve 31 is opened and the pressure compensation valve 29 is closed.
  • the first carbon dioxide adsorption unit 23 is now in the regeneration state and the second carbon dioxide adsorption unit 24 is now in the adsorption state.
  • a renewed switching of the system takes place in the switching state shown in Fig. 2.
  • the cycle time is set here by way of example to 60 minutes. Depending on the configuration of the carbon dioxide adsorption units, however, different cycle times can be selected. It is only important in this context that the adsorption time and the regeneration time of the two carbon dioxide adsorption units are coordinated so that a complete regeneration of a carbon dioxide adsorption unit is possible, while the other carbon dioxide adsorption unit adsorbs carbon dioxide.
  • a sensor may also be provided which detects the deterioration state of the adsorbing carbon dioxide adsorption unit. If a regeneration of this carbon dioxide adsorption unit is required, this sensor outputs a corresponding signal which triggers a corresponding switchover process.
  • a filter device 2 may be provided with an electronic Kondensatabieiter.
  • the filter device 2 can be designed to filter solids and other foreign substances, such as liquids, from the compressed ambient air and remove it from the flow.
  • the discharged solids and liquids in the form of the condensate can be fed to a condensate separator, which is designated in FIG. 1 by the reference numeral 19.
  • a safety valve 3 may be provided that opens when a set pressure is exceeded and the compressed air blows into the environment.
  • the safety valve can be set up with an opening pressure of 11 bar. Both elements can thus be arranged after the compressor VI and before the refrigerant dryer 4.
  • an overflow valve 5 may be connected.
  • This overflow valve 5 is provided in the example shown in Fig. 1 with a muffler.
  • the function of the overflow valve 5 is related to the operation of the compressor VI to be connected.
  • the overflow valve 5 causes an intermittent operation of the connected compressor VI can be avoided. By accepting a slightly reduced efficiency, the service life of the compressor can thus be increased by avoiding intermittent operating situations.
  • a filter cascade can be provided in the flow direction after the overflow valve 5.
  • the filter elements are arranged in the embodiment in Fig. 1 with respect to the flow directions in series. The filtering can be carried out in stages by the three filter elements connected in series.
  • the filter element 8 may be formed as an activated carbon filter.
  • the filter cascade is located immediately in front of the carbon dioxide adsorption device 22.
  • Pressure reducing valve 9 is provided. This pressure reducing valve 9 can be adjustable and causes a predetermined outlet pressure at the outlet of the pressure reducing valve 9 to be maintained. This pressure can be monitored by a pressure gauge 10 that detects the pressure downstream of the pressure reducing valve 9.
  • a compressed air heater 11 may be provided.
  • the compressed air heater 11 may be an electric heater with an electric heating element. By the compressed air heating, it is possible to regulate the outlet temperature at the outlet of the compressed air heater 11 to a predetermined temperature. A monitoring of the temperature of the compressed air at the outlet of the compressed air heater 11 can be done by a thermometer 12.
  • the separation device 20 described above is at the exit of the
  • Compressed air heater 11 connected.
  • On the line of the second output 13c of the separator 20 may be a
  • Safety valve 15 must be connected for overpressure. This safety valve 15 opens as soon as the pressure exceeds a predetermined value to protect the device from overpressure.
  • a safety valve 16 for negative pressure or vacuum may be connected to the line of the second output 13c. This safety valve 16 opens as soon as the pressure falls below a predetermined value in order to protect the device from negative pressure or vacuum. In particular, in case of failure of the compressor VI or blockage of the system should be prevented that a vacuum is generated by operation of a filling device V2 described later, which could damage the device.
  • a pressure gauge 17 for measuring the pressure in the second output 13c may be connected. With this gauge 17, the pressure within the conduit can be measured, is derived in the oxygen-enriched air.
  • a filling device V2 may be connected, which essentially comprises a compressor. In particular, the entry of a compressor is connected to the outlet of the second outlet 13c. This compressor can absorb the oxygen-enriched breathing air and can this in a compressed state for further processing, in particular for the filling of diving bottles o.a. hand off. If such a compressor is used at the outlet of the second outlet 13c, it is important to provide a constant volume flow in the second outlet 13c.
  • the overflow valve 5 described above.
  • the above-described spill valve 5 can cause the carbon dioxide adsorption device to be supplied with more pressurized air to equalize the branched air amount.
  • the first output 13b may include a throttle valve 14. This is
  • Throttling valve 14 may cause sufficient pressure prevails in the separation device 20, in particular at the inlet 13 a of the membrane 13, which is suitable for the function of the selective membrane 13.
  • the outlet of the throttle valve 14 is connected to the carbon dioxide adsorption device 22 to guide the gas stream mainly of nitrogen into the carbon dioxide adsorption device 22.
  • the gas stream consisting mainly of nitrogen also referred to as separated nitrogen, is used to regulate the carbon dioxide adsorption device 22.
  • the entire device has a defined mode of operation, which was previously not possible in the prior art.
  • the targeted arrangement of the carbon dioxide adsorption device 22 it is possible to produce oxygen-enriched breathing air with greatly reduced carbon dioxide content.
  • the use of regeneratable carbon dioxide adsorption units also has the advantage that the entire plant can be operated cost-effectively for a long time, since the regeneratable carbon dioxide adsorption units can be used for a long time.
  • Carbon dioxide adsorption device supplies pressurized and dehumidified ambient air
  • the carbon dioxide adsorption device 22 can also be connected directly to a compressed air system, which provides pressurized and dehumidified air.
  • the compressor and the dryer before the carbon dioxide adsorption can be dispensed with.
  • Carbon dioxide adsorption device derived volume flow into a separator. Rather, it is also possible to supply only a partial flow of the air with reduced carbon dioxide content of a separator in order to separate the nitrogen required for the regeneration therein.
  • a compressed air system which provides pressurized and dehumidified ambient air is connected to the inlet 21 of the air treatment device.
  • the inlet 21 is connected to a carbon dioxide adsorption device, as they are is described above with reference to Figures 2 and 3.
  • the outlet 22b of the carbon dioxide adsorption device may be connected to an end user or a buffer and discharges the recovered air with reduced carbon dioxide content.
  • the input 13a of the separation device branches off from the output 22b, thus making it possible to remove a partial flow from line 22b.
  • This partial flow is then fed to the membrane 13.
  • the separated nitrogen is then supplied via the first outlet 13b of the carbon dioxide adsorption device.
  • the separated residual gas with reduced nitrogen content is discharged via the second output 13 c and via the discharge line 37 into the environment.
  • Fig. 5 is a schematic view of a further alternative
  • the input of the separator 13 is not connected to the output 22b as shown in FIG. Rather, in the embodiment of FIG. 5, the input of the separator is connected to the inlet 21.
  • the pressurized air may be introduced directly into the separator without passing through the carbon dioxide adsorption device 22.
  • the procedure and the specific embodiment of the device with regard to the regeneration of the carbon dioxide adsorption device can be provided according to the above embodiments and adapted accordingly.

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Abstract

Offenbart ist ein Verfahren zur Erzeugung aufbereiteter Luft. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Bereitstellen von verdichteter Luft, Reduzieren des Kohlendioxidgehalts der verdichteten Luft in einer Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung (22), Einleiten der verdichteten Luft mit gegebenenfalls reduziertem Kohlendioxidgehalt in eine Trennvorrichtung (20), die eine Membran (13) zum Abtrennen von Stickstoff enthält, Ableiten von aufbereiteter Luft aus der Trennvorrichtung (20), Ableiten von abgetrenntem Stickstoff aus der Trennvorrichtung (20), zumindest abschnittsweises Regenerieren der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung (22) mit zumindest einem Teil des abgetrennten Stickstoffs.

Description

LUFTAUFBEREITUNGSVERFAHREN UND -VORRICHTUNG MIT KOHLENDIOXIDADSORPTION UND
SAUERSTOFFANREICHERUNG
TECHNISCHES GEBIET [0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Luftaufbereitungsverfahren sowie auf eine Luftaufbereitungsvorrichtung.
[0002] Bei unterschiedlichen Anwendungen medizinischer und technischer Natur hat sich die Verwendung von aufbereiteter Luft mit reduziertem Kohlendioxidgehalt als vorteilhaft erwiesen. Beispielsweise beim Tauchen hat sich die Verwendung von sauerstoffangereicherter Atemluft, auch als NITROX bezeichnet, als vorteilhaft erwiesen. Die Vorteile bei der Verwendung von sauerstoffangereicherter Atemluft bei Tauchgängen sind bekannt. Insbesondere hat sich herausgestellt, dass sauerstoffangereicherte Atemluft mit einem Sauerstoffgehalt von 32-40 Vol. % besonders vorteilhaft ist. Auch in Kliniken ist aufbereitete Atemluft zur medizinischen Behandlung einsetzbar. Kritisch bei der Erzeugung aufbereiteter, insbesondere sauerstoffangereicherter Atemluft ist der Kohlendioxidgehalt im erzeugten Gas. Auch auf anderen Gebieten ist die Verwendung von Luft mit reduziertem Kohlendioxidgehalt vorteilhaft, wie beispielsweise bei Anwendungen, bei denen Druckluft zu Reinigungszwecken eingesetzt wird.
[0003] Zur Herstellung von aufbereiteter Luft, wie sie in der vorstehend genannten beispielhaften Anwendung zum Einsatz kommt, sind unterschiedliche Vorrichtungen und Verfahren bekannt. Beispielsweise kann die Luft durch Mischen bestimmter Gase mit gewünschten Anteilen erzeugt werden. Allerdings ist diese Art der Herstellung aufwendig, da die jeweiligen Gase zum Vermischen in reinem Zustand bereitgestellt und exakt dosiert werden müssen. Als eine Art der Herstellung von sauerstoffangereicherter Atemluft ist es ferner bekannt, den Anteil von Stickstoff in der Umgebungsluft zu reduzieren, um dadurch ein Gas zu erhalten, welches einen erhöhten Sauerstof fanteil aufweist. ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
[0004] Das Grundkonzept der vorliegenden Erfindung sieht ein
Luftaufbereitungsverfahren mit folgenden Schritten vor: - Bereitstellen von verdichteter Luft;
Reduzieren des Kohlendioxidgehalts der verdichteten Luft in einer Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung;
Einleiten zumindest eines Teils der Luft mit reduziertem Kohlendioxidgehalt in eine Trennvorrichtung, die eine Membran zum Abtrennen von Stickstoff enthält;
Ableiten von sauerstoffangereicherter Luft aus der Trennvorrichtung;
Ableiten von abgetrenntem Stickstoff aus der Trennvorrichtung;
Zumindest abschnittsweises Regenerieren der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung mit zumindest einem Teil des abgetrennten Stickstoffs.
[0005] Erfindungsgemäß wird somit der Kohlendioxidgehalt der verdichteten Luft reduziert, bevor diese in die Trennvorrichtung eingeleitet wird. Die verdichtete Luft kann beispielsweise durch ein Druckluftsystem bereitgestellt werden. Alternativ kann auch durch einen Verdichter verdichtete Umgebungsluft verwendet werden. Durch Verwendung der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung zur Reduzierung des Kohlendioxidgehalts der verdichteten Luft vor der zumindest teilweisen Einleitung der Luft in die Trennvorrichtung hat sich gezeigt, dass der Kohlendioxidgehalt äußerst Effizient reduziert werden kann. Die Luft kann somit unter Überdruck in die Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung eingeleitet werden. Als besonders vorteilhaft hat sich gezeigt, die Luft unter Druck in einem Bereich von 7 bis 13 bar, vorzugsweise 7-10 bar, in die Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung einzuleiten. Diese Bereiche sind jedoch nicht einschränkend zu verstehen. Vielmehr kann von diesem Bereich auch abgewichen werden und kann die Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung zum Adsorbieren von Kohlendioxid unter jedem anderen geeigneten Überdruck betrieben werden. Die Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung arbeitet unter Überdruck am effizientesten. Somit erfolgt eine besonders effiziente Reduzierung des Kohlendioxidgehalts in der Luft. Das entstandene Gasgemisch wird dann zumindest teilweise der Trennvorrichtung zugeführt. Durch das vorherige Reduzieren des Kohlendioxidgehalts in der Luft kann vermieden werden, dass durch das Abtrennen von Stickstoff in der Trennvorrichtung ein Gasgemisch erzeugt wird, welches einen zu hohen Kohlendioxidgehalt aufweist. Des Weiteren kann die Membran der Trennvorrichtung effizienter arbeiten, da kein oder nur sehr wenig Kohlendioxid in dem zugeführten Gas vorhanden ist. Dies liegt daran, dass Sauerstoff- und Kohlendioxid-Moleküle bei der Trennung in der Membran den gleichen Weg einnehmen, da diese ähnliche Eigenschaften besitzen.
[0006] Erfindungsgemäß wird auch zumindest ein Teil des abgetrennten Stickstoffs zum zumindest abschnittsweisen Regenerieren der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung verwendet. Dies hat den Vorteil, dass der abgetrennte Stickstoff zumindest teilweise weiterverwendet werden kann. Dadurch wird die Effizienz des Gesamtsystems weiter erhöht. Das Verfahren soll auch auf Kohlendioxidadsorptionsvorrichtungen anwendbar sein, welche mehrere Kohlendioxidadsorptionseinheiten aufweisen, die einzeln oder gruppenweise Kohlendioxid adsorbieren und einzeln oder gruppenweise regeneriert werden können. Ein zumindest abschnittsweises Regenerieren soll vor diesem Hintergrund dahingehend verstanden werden, dass zumindest ein Teil bzw. ein Element der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung regeneriert wird. Wenn im Folgenden also von einer Regenerierung der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung die Rede ist, so ist darunter zu verstehen, dass diese zumindest abschnittsweise regeneriert wird.
[0007] Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wird in einem weiteren Schritt bestimmt, ob eine Regenerierung der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung erforderlich ist. Dabei wird bestimmt, dass die Regenerierung der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung erforderlich ist, wenn festgestellt wird, dass sich deren Adsorptionsleistung verschlechtert hat. Eine solche Bestimmung kann beispielsweise in vorbestimmten Zeitabständen erfolgen. Des Weiteren kann ein solches Bestimmen auch kontinuierlich durchgeführt werden. Auch ist es möglich, den Schritt des Bestimmens an bestimmte Ereignisse zu knüpfen, wie beispielsweise das Einschalten einer Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens. Eine Verschlechterung der Adsorptionsleistung ist dabei als eine Verringerung der Adsorptionsleistung unter gleichbleibenden Bedingungen zu verstehen. [0008] Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wird festgestellt, dass sich die Adsorptionsleistung verschlechtert hat, wenn eine bestimmte Betriebszeit der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung seit der letzten Regeneration verstrichen ist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann demnach die Betriebszeit der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung überwacht werden. Das bedeutet, dass beispielsweise ein Zähler nach jeder Regeneration der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung zurückgesetzt werden kann. Die vorbestimmte Betriebszeit kann in Abhängigkeit der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung festgelegt werden. Je nach Art der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung ist die Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung nämlich dazu in der Lage, unterschiedliche Mengen an Kohlendioxid zu adsorbieren. Günstigerweise wird die vorbestimmte Betriebszeit dabei so festgelegt, dass eine vorbestimmte Adsorptionsleistung nicht unterschritten wird. Ist beispielsweise bekannt, dass die Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung unter vorgegebenen Bedingungen nach einer bestimmten Zeit kein Kohlendioxid mehr adsorbieren kann, so kann die vorbestimmte Betriebszeit beispielsweise so gewählt werden, dass diese halb so lange wie die bestimmte Zeit eingestellt ist. Die Regeneration erfolgt also gemäß diesem Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit von der Betriebszeit der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung. Als Betriebszeit kann dabei die Zeit verstanden werden, bei der die Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung tatsächlich Kohlendioxid adsorbiert.
[0009] Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird festgestellt, dass sich die
Adsorptionsleistung verschlechtert hat, wenn der Kohlendioxidgehalt des aus der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung abgeleiteten Gases einen vorbestimmten Wert übersteigt. Zu diesem Zweck kann der Kohlendioxidgehalt des abgeleiteten Gases an einem Ausgang der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung gemessen werden. Eine derartige Messung kann in vorbestimmten Zeitabständen oder kontinuierlich erfolgen. Der vorbestimmte Wert des Kohlendioxidgehalts des abgeleiteten Gases kann auf unterschiedliche Weise festgelegt werden. So ist es beispielsweise möglich, einen vorbestimmten Wert einzustellen, der in keinem Fall überschritten werden darf. Alternativ ist es jedoch auch möglich, den Kohlendioxidgehalt des abgeleiteten Gases mit dem Kohlendioxidgehalt des eingeleiteten Gases zu vergleichen und als vorbestimmten Wert eine festgelegte Differenz der Kohlendioxidgehalte festzulegen. Eine derartige Überwachung des Kohlendioxidgehalts eröffnet die Möglichkeit, genaue Rückschlüsse auf die Adsorptionsleistung zu ziehen und dadurch exakt festzustellen, wann eine Regeneration der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung nötig ist.
[0010] Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, hat die Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung wenigstens zwei Kohlendioxidadsorptionsmittel enthaltende Kohlendioxidadsorptionseinheiten, wobei während der Regenerierung der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung wenigstens eine der Kohlendioxidadsorptionseinheiten regeneriert wird. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist es somit nicht erforderlich, dass sämtliche Kohlendioxidadsorptionseinheiten gleichzeitig regeneriert werden. Vielmehr ist es möglich, lediglich eine Kohlendioxidadsorptionseinheit zu regenerieren, während die anderen Kohlendioxidadsorptionseinheiten benutzt werden oder ungenutzt sind. Jedoch ist es auch möglich, mehrere Kohlendioxidadsorptionseinheiten gleichzeitig zu regenerieren. Dies bedeutet im Kontext des Gesamtverfahrens, wie es bislang beschrieben wurde, dass der abgetrennte Stickstoff während der Regenerierung der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung durch wenigstens eine der Kohlendioxidadsorptionseinheiten geleitet wird. Insgesamt ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel unter einer Regenerierung der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung somit der Zustand zu verstehen, dass wenigstens eine Kohlendioxidadsorptionseinheit regeneriert wird. Bei dem Kohlendioxidadsorptionsmittel handelt es sich um ein bekanntes Kohlendioxidadsorptionsmittel. Dieses kann insbesondere in Granulatform vorliegen und entsprechend in einen Druckbehälter gefüllt sein. Zur Reduzierung des Kohlendioxidgehalts kann dann das Gasgemisch durch den mit granulatförmigem Kohlendioxidadsorptionsmittel gefüllten Druckbehälter hindurchgeleitet werden. In diesem Zusammenhang kann das aus der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung austretende Gas mit reduziertem Kohlendioxidgehalt in einem weiteren Schritt gefiltert werden, bevor es der Trennvorrichtung zugeführt wird. Durch einen solchen Filterungsschritt kann vermieden werden, dass Partikel aus der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung in eine nachgeschaltete Vorrichtung, beispielsweise die Trennvorrichtung, gelangen. Somit wird die Reinheit des aus der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung abgeleiteten Gases erhöht und eine Verunreinigung von nachfolgenden Vorrichtungen, beispielsweise der Trennvorrichtung, vermieden. [0011] Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, adsorbiert während der Regenerierung der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung wenigstens eine der Kohlendioxidadsorptionseinheiten Kohlendioxid. Eine Adsorption von Kohlendioxid durch die Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung erfolgt somit auch während der Regenerierung derselben. Dies hat den Vorteil, dass eine kontinuierliche Erzeugung von Luft mit reduziertem Kohlendioxidgehalt möglich ist. Kontinuierlich ist in diesem Zusammenhang so zu verstehen, dass es zu keiner nennenswerten Unterbrechung der Erzeugung von aufbereiteter Luft kommt. Zu derartigen Unterbrechungen kann es beispielsweise kommen, wenn festgestellt wird, dass eine Kohlendioxidadsorptionseinheit nicht mehr ausreichend Kohlendioxid adsorbiert und demnach regeneriert werden muss. Dazu ist es in der Regel erforderlich, die verschlechterte Kohlendioxidadsorptionseinheit gegen eine regenerierte Kohlendioxidadsorptionseinheit zu tauschen beziehungsweise eine Strömung des in die Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung eingeleiteten Gases entsprechend umzuleiten. Durch dieses Umschalten kann es zu einem kurzzeitigen Druckabfall beziehungsweise zu einer kurzzeitigen Verminderung der Ausgangsströmung von Luft aus der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung kommen. Ein Druckabfall tritt beispielsweise auf, wenn beim Umschalten ein Druckausgleich zwischen den Kohlendioxidadsorptionseinheiten bewirkt wird. Eine solche kurzzeitige Unterbrechung ist jedoch für den Gesamtprozess unter gewissen Umständen unerheblich. Wird beispielsweise das aus der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung abgeführte Gas einem Druckspeicher zugeführt, so wirkt sich eine kurzzeitige Volumenstromverringerung bzw. ein Druckabfall nicht aus. Ist der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung jedoch nachfolgend ein Verdichter zum Druckbeaufschlagen der abgegebenen Luft mit reduziertem Kohlendioxidgehalt vorgesehen, so ist es erforderlich auch über den Schaltvorgang der Wegeventile hinweg einen konstanten Volumenstrom zu erhalten. Üblicherweise arbeitet ein solcher Verdichter in einem bestimmten Nennbereich und verdichtet daher eine vorgegeben Menge Luft. Wird diesem Verdichter nun zu wenig Luft zugeführt, so entsteht in der Zufuhrleitung zu diesem Verdichter ein Unterdruck. Um einer Beschädigung der Vorrichtung vorzubeugen, ist es deshalb erforderlich, ein Unterdruckventil vorzusehen, welches im Falle eines zu großen Unterdrucks öffnet. Öffnet jedoch das Ventil, tritt weitere Luft in die Leitung ein. Da diese Luft keinen reduzierten Kohlendioxidgehalt aufweist, steigt der Kohlendioxidgehalt der Luft vor dem Verdichter an. Es ist somit nicht möglich, über den Umschaltvorgang hinweg einen konstant niedrigen Kohlendioxidgehalt in der Luft sicherzustellen. Um einer Unterdruckentwicklung entgegenzuwirken, kann zwischen der Einlassleitung und der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung ein Überströmventil vorgesehen sein. Am Einlass kann dann entweder aus der Druckleitung oder aus einem Verdichter Luft mit einer Menge bereitgestellt werden, welche über der gewünschten Luftmenge am Eingang der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung liegt. Das Überströmventil lässt somit im Normalbetrieb Luft ab, damit am Eingang der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung ein vorgegebener Luftmengenstrom nicht überschritten wird. Wird nun in der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung ein Teil der Luft für Druckausgleichszwecke abgezweigt, so kann der Volumenstrom durch die Kohlendioxidadsorptionseinheit aufgrund des Überströmventils aufrechtgehalten werden. Wird nämlich ein größerer Luftvolumenstrom am Eingang der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung benötigt, so schließt das Überströmventil entsprechend und der Volumenstrom am Ausgang steigt dadurch an. Somit ist durch das Vorsehen eines Überströmventils vor der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung ein kontinuierlicher Betrieb eines nachgeschalteten Verdichters möglich, der beispielsweise zur Druckflaschenbefüllung verwendet wird.
[0012] Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das
Kohlendioxidadsorptionsmittel der zu regenerierenden Kohlendioxidadsorptionseinheit für das Regenerieren erwärmt. Dabei ist es beispielsweise möglich, einen Behälter in dem sich das Kohlendioxidadsorptionsmittel befindet, zu erwärmen. Dazu kann eine entsprechende Heizeinrichtung vorgesehen sein. Andererseits ist es möglich, das Kohlendioxidadsorptionsmittel zu erwärmen, indem das für die Regenerierung einzuleitende Gas erwärmt wird.
[0013] Gemäß einer weiteren Ausführungsform, wird in diesem Zusammenhang der für die Regenerierung der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung verwendete Stickstoff auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt. Die vorbestimmte Temperatur ist dabei wünschenswerterweise so gewählt, dass eine optimale Regenerierung des Kohlendioxidadsorptionsmittels erfolgen kann. Dies ist dann der Fall, wenn das Kohlendioxidadsorptionsmittel auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der das Kohlendioxidadsorptionsmittel das adsorbierte Kohlendioxid am besten abgeben kann. Die Erwärmung des Stickstoffs kann beispielsweise durch eine separate Heizeinrichtung erfolgen, durch die der für die Regenerierung zu verwendende Stickstoff geleitet wird. Dabei ist es möglich, dass die Heizeinrichtung den Stickstoff auf eine konstante Temperatur erwärmt. Alternativ ist es jedoch auch möglich, den Stickstoff zu Beginn jeder Regenerierung zunächst stärker zu erwärmen, um das Kohlendioxidadsorptionsmittel in der zu regenerierenden Kohlendioxidadsorptionseinheit schneller auf eine optimale Temperatur für die Regenerierung zu erwärmen. In diesem Zusammenhang ist es demnach möglich, den Stickstoff zunächst auf eine höhere Temperatur zu erwärmen und nach einer vorbestimmten Zeit die Temperatur des Stickstoffs auf die Temperatur einzuregeln, welche der Temperatur entspricht, auf die das Kohlendioxidadsorptionsmittel gebracht werden soll. Dadurch ist eine besonders effiziente Regenerierung der Kohlendioxidadsorptionseinheit möglich. Es hat sich gezeigt, dass das in dem Kohlendioxidadsorptionsmittel adsorbierte Kohlendioxid von dem zur Regenerierung verwendeten Gas besonders gut aufgenommen werden kann, wenn eine Erwärmung des Kohlendioxidadsorptionsmittels auf 40-70°C erfolgt. Um eine solche Erwärmung zu erzielen, kann das zur Regenerierung verwendete Gas auf etwa 40-70°C erhitzt werden. In diesem Zusammenhang, kann das zur Regenerierung verwendete Gas entspannt sein, das heißt, das verwendet Gas hat einen Druck von ca. 0,5 bar. Sowohl von dem vorstehenden Temperaturbereich als auch von dem angegebenen Druck kann jedoch soweit abgewichen werden, wie eine ausreichende Regenerierung gewährleistet ist.
[0014] Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt die Einleitung der verdichteten Luft in die regenerierte Kohlendioxidadsorptionseinheit erst dann, wenn die Temperatur des Kohlendioxidadsorptionsmittels der regenerierten Kohlendioxidadsorptionseinheit unter einer vorbestimmten Temperatur liegt. Dieser Schritt trägt der Tatsache Rechnung, dass eine optimale Regenerierung des Kohlendioxidadsorptionsmittels auf einem anderen Temperaturniveau erfolgt, als die Adsorption von Kohlendioxid aus der verdichteten Luft. Um zu gewährleisten, dass sowohl eine möglichst effiziente Kohlendioxidadsorption als auch eine möglichst effiziente Regenerierung der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung erfolgt, ist es vorteilhaft, die Temperatur des Kohlendioxidadsorptionsmittels an die entsprechende Gegebenheit anzupassen. Dies hat den Vorteil, dass die Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung insgesamt effizienter betrieben werden kann. [0015] Eine Absenkung der Temperatur des Kohlendioxidadsorptionsmittels nach der
Regenerierung kann dabei auf unterschiedliche Arten erfolgen. Beispielsweise ist es möglich, die regenerierte Kohlendioxidadsorptionseinheit aktiv durch eine entsprechende Kühleinrichtung abzukühlen. Alternativ ist es jedoch auch möglich, den zur Regenerierung verwendeten Stickstoff nach dem Regenerieren des Kohlendioxidadsorptionsmittels für eine vorbestimmte Zeit durch das Kohlendioxidadsorptionsmittel zu leiten, ohne diesen zu erwärmen. Das Kohlendioxidadsorptionsmittel wird somit durch den abgetrennten Stickstoff abgekühlt. Dies hat den Vorteil, dass keine zusätzlichen Elemente zum Abkühlen des Kohlendioxidadsorptionsmittels vorgesehen werden müssen. Es ist auch möglich, vor der Verwendung der regenerierten Kohlendioxidadsorptionseinheit eine vorbestimmte Zeit zu warten, bis sich diese auf die Umgebungstemperatur abgekühlt hat.
[0016] Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wird die
Temperatur der Kohlendioxidadsorptionseinheiten überwacht. Dies ermöglicht es, die Temperatur der Kohlendioxidadsorptionseinheiten kontinuierlich zu erfassen und diese erfassten Werte einer Regelung zur Verfügung zu stellen. Somit ist es möglich, die Temperatur der Kohlendioxidadsorptionseinheiten auf die für den laufenden Vorgang, also die Adsorption von Kohlendioxid oder die Regenerierung, auf die optimale Temperatur einzuregeln. Dadurch ist es möglich, sowohl die Adsorption von Kohlendioxid, als auch die Regenerierung der jeweiligen Kohlendioxidadsorptionseinheit möglichst effizient zu gestalten. Indem die Temperatur der Kohlendioxidadsorptionseinheiten überwacht wird, ist es des Weiteren möglich, eine Überhitzung der Kohlendioxidadsorptionseinheiten zu vermeiden. Wenn beispielsweise aufgrund einer Fehlfunktion einer vorgeschalteten Heizeinrichtung zum Erwärmen des einzuleitenden Stickstoffs die Temperatur des Stickstoffs einen vorgegebenen Wert übersteigt, so ist es möglich, dass das Kohlendioxidadsorptionsmittel in den Kohlendioxidadsorptionseinheiten übermäßig erwärmt wird und sich dadurch dessen Adsorptionsfähigkeit von Kohlendioxid verschlechtert. Die Temperaturüberwachung der Kohlendioxidadsorptionseinheiten kann demnach mit einer solchen Heizeinrichtung gekoppelt sein und diese entsprechend der erfassten Temperatur abschalten, falls erforderlich. Unter entsprechender Überwachung der Temperatur der Kohlendioxidadsorptionseinheiten kann somit eine Überhitzung und daraus resultierende Beschädigung der Kohlendioxidadsorptionseinheiten vermieden werden. [0017] Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wird die verdichtete Luft in die regenerierte Kohlendioxidadsorptionseinheit dann eingeleitet, wenn eine vorbestimmte Zeit seit der Regeneration der regenerierten Kohlendioxidadsorptionseinheit vergangen ist. Die vorbestimmte Zeit seit der Regeneration kann dabei so festgelegt werden, dass sich die regenerierte Kohlendioxidadsorptionseinheit, bzw. deren Kohlendioxidadsorptionsmittel, in solchem Maße abkühlt, dass zumindest eine vorgegebene Temperatur der Kohlendioxidadsorptionseinheit für eine effiziente Kohlendioxidadsorption nicht überschritten wird. Die vorbestimmte Zeit wird demnach so festgelegt, dass eine entsprechende Abkühlung sicher erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass eine exakte Überwachung der Temperatur der Kohlendioxidadsorptionseinheiten nicht erforderlich ist. Demnach kann auf kostengünstige Art und Weise sichergestellt werden, dass die Kohlendioxidadsorptionseinheiten bei der Adsorption von Kohlendioxid in einem optimalen Temperaturbereich arbeiten.
[0018] Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wird zur Reduzierung der Temperatur der regenerierten Kohlendioxidadsorptionseinheit abgetrennter Stickstoff aus der Trennvorrichtung mit einer Temperatur verwendet, die niedriger als die Temperatur des Kohlendioxidadsorptionsmittels der regenerierten
Kohlendioxidadsorptionseinheit ist. Zum Abkühlen der Temperatur der Kohlendioxidadsorptionseinheit kann demnach der abgetrennte Stickstoff verwendet werden, wenn dieser eine Temperatur aufweist, die unter dem Temperaturniveau der regenerierten Kohlendioxidadsorptionseinheit, bzw. des darin enthaltenen Kohlendioxidadsorptionsmittels, liegt. Beispielsweise kann der abgetrennte Stickstoff aus der Trennvorrichtung der regenerierten Kohlendioxidadsorptionseinheit direkt zugeführt werden. Dadurch wird das Abkühlen der regenerierten Kohlendioxidadsorptionseinheit beschleunigt.
[0019] Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das
Verfahren einen Schritt zum Entfeuchten der verdichteten Luft aufweisen. Ein Entfeuchten hat den Vorteil, dass die Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung effizienter arbeiten kann. Zudem ist es möglich, verdichtete Umgebungsluft in die Vorrichtung einzuleiten.
[0020] Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Luftaufbereitung bereitgestellt, die die folgenden Elemente aufweist: einen Verdichter zum Druckbeaufschlagen von Umgebungsluft, eine Einlassleitung für druckbeaufschlagte Luft,
eine stromabwärts der Einlassleitung angeordnete Trennvorrichtung zum Reduzieren des Stickstoffgehalts zumindest eines Teils der druckbeaufschlagen Luft, wobei die Trennvorrichtung eine Membran zum Abtrennen von Stickstoff, einen zweiten Ausgang für das gewonnene Gas mit erhöhtem Sauerstoffgehalt und einen ersten Ausgang zum Ableiten des abgetrennten Stickstoffs aufweist.
[0021] Erfindungsgemäß ist im Strömungsverlauf zwischen der Einlassleitung und der
Trennvorrichtung eine regenerierbare Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung angeordnet. Dabei kann deren Eingang mit der Einlassleitung verbunden sein und kann deren Ausgang mit der Trennvorrichtung verbunden sein.
[0022] Des Weiteren kann die regenerierbare Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung wenigstens zwei Kohlendioxidadsorptionsmittel enthaltende Kohlendioxidadsorptionseinheiten aufweisen. Von diesen Kohlendioxidadsorptionseinheiten kann jede einen Einlass und einen Auslass aufweisen. Auch kann die regenerierbare Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung einen Wegeventilmechanismus aufweisen, der derart eingerichtet ist, dass die Einlässe der wenigstens zwei Kohlendioxidadsorptionseinheiten wechselweise mit dem Eingang der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung und der Umgebung verbindbar sind und deren Auslässe wechselweise mit dem Ausgang der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung und dem zweiten Ausgang der Trennvorrichtung verbindbar sind. Durch diesen Wegeventilmechanismus ist es demnach möglich, unterschiedliche Gasströmungswege vorzusehen.
[0023] Zum einen kann der Eingang einer Kohlendioxidadsorptionseinheit mit dem
Eingang der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung verbunden werden. Wie bereits vorstehend beschrieben, befindet sich erfindungsgemäß die Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung zwischen dem Trockner und der Trennvorrichtung. In den Eingang der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung wird demnach druckbeaufschlagte und entfeuchtete Umgebungsluft eingeleitet. Ist nun der Eingang einer Kohlendioxidadsorptionseinheit mit dem Eingang der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung verbunden, so wird die druckbeaufschlagte und entfeuchtete Umgebungsluft in diese Kohlendioxidadsorptionseinheit eingeleitet.
[0024] Andererseits kann der Einlass der Kohlendioxidadsorptionseinheit mit der
Umgebung verbunden werden. Das bedeutet, dass ein in der Kohlendioxidadsorptionseinheit enthaltenes Gas in die Umgebung entweichen kann.
[0025] Der Auslass der Kohlendioxidadsorptionseinheit kann dabei mit dem Ausgang der Kohlendioxidadsorptionseinheit verbunden sein. Ist dies der Fall, wird aufgrund der Anordnung der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung dann das durch die Kohlendioxidadsorptionseinheit geführte Gas durch den Ausgang der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung abgegeben und im weiteren Systemverlauf der Trennvorrichtung zugeführt. Das Gas, welches den Ausgang der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung verlässt, hat demnach einen reduzierten Kohlendioxidgehalt.
[0026] Andererseits ist der Auslass der Kohlendioxidadsorptionseinheit auch mit dem zweiten Ausgang der Trennvorrichtung verbindbar. Wie bereits vorstehend beschrieben, wird durch den zweiten Ausgang der Trennvorrichtung abgetrennter Stickstoff abgeleitet. Das bedeutet, dass in dem Fall, in dem der Auslass der Kohlendioxidadsorptionseinheit mit diesem zweiten Ausgang der Trennvorrichtung verbunden ist, der abgetrennte Stickstoff der Kohlendioxidadsorptionseinheit zugeführt wird. Der abgetrennte Stickstoff wird somit als Regeneriermittel zur Regenerierung der Kohlendioxidabsorptionseinheit verwendet. Wie sich aus der vorstehend beschriebenen Schaltung des Wegeventilmechanismus ergibt, kann die Umgebungsluft demnach zur Reduzierung des Kohlendioxidgehalts in einer Richtung durch die Kohlendioxidadsorptionseinheit geführt werden, während der abgetrennte Stickstoff in entgegengesetzter Richtung durch die Kohlendioxidadsorptionseinheit geführt werden kann, um diese zu regenerieren. [0027] Gemäß vorstehendem Aufbau kann der Wegeventilmechanismus ein oder mehrere Einlässe mit dem Eingang der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung oder der Umgebung verbinden und ein oder mehrere Auslässe mit dem Ausgang der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung oder dem zweiten Ausgang der Trennvorrichtung verbinden. Dadurch ist es möglich, gleichzeitig in mehrere Kohlendioxidadsorptionseinheiten Umgebungsluft einzuführen oder auch gleichzeitig in mehrere Kohlendioxidadsorptionseinheiten Stickstoff einzuführen. Somit ist es beispielsweise möglich, durch Parallelschalten von mehreren Kohlendioxidadsorptionseinheiten die Kohlendioxidadsorptionsleistung der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung zu erhöhen. Andererseits ist es auch möglich, durch Parallelschaltung mehrerer Kohlendioxidadsorptionseinheiten eine Regenerierung mehrerer Kohlendioxidadsorptionseinheiten vorzunehmen.
[0028] Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, hat die
Vorrichtung ferner einen Verdichter zum Druckbeaufschlagen von Umgebungsluft, wobei der Verdichter stromaufwärts der Einlassleitung angeordnet ist, um der Einlassleitung druckbeaufschlagte Umgebungsluft zuzuführen.
[0029] Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, hat die Vorrichtung einen stromaufwärts der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung angeordneten Trockner zum Entfeuchten der druckbeaufschlagten Luft, wobei der Trockner mit der Einlassleitung verbunden ist, um der Einlassleitung entfeuchtete Luft zuzuführen.
[0030] Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, hat der
Wegeventilmechanismus ein erstes Wegeventil, welches so eingerichtet ist, dass es gleichzeitig einen der Einlässe der Kohlendioxidadsorptionseinheiten mit dem Eingang der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung und einen anderen der Einlässe mit der Umgebung verbindet. Des Weiteren hat der Wegeventilmechanismus gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein zweites Wegeventil, welches so eingerichtet ist, dass es gleichzeitig einen der Auslässe der Kohlendioxidadsorptionseinheiten mit dem Ausgang der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung und einen anderen der Auslässe mit dem zweiten Ausgang der Trennvorrichtung verbindet. Das erste Wegeventil ist demnach so ausgestaltet, dass immer dann, wenn der Einlass einer Kohlendioxidadsorptionseinheit mit dem Eingang Kohlendioxidadsorptions- Vorrichtung verbunden wird, der Einlass einer anderen Kohlendioxidadsorptionseinheit mit der Umgebung verbunden wird. Gleichsam führt eine Verbindung eines Auslasses einer Kohlendioxidadsorptionseinheit mit dem Ausgang der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung durch das zweite Wegeventil zu einer Verbindung eines anderen Auslasses mit dem zweiten Ausgang der Trennvorrichtung.
[0031] Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, sind das erste und das zweite Wegeventil so schaltgekoppelt, dass der Auslass derjenigen Kohlendioxidadsorptionseinheit, deren Einlass mit der Umgebung verbunden ist, mit dem zweiten Ausgang der Trennvorrichtung verbunden ist, wodurch diese Kohlendioxidadsorptionseinheit in einen Regenerierzustand gebracht ist, und dass der Auslass derjenigen Kohlendioxidadsorptionseinheit, deren Einlass mit dem Eingang der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung verbunden ist, mit dem Ausgang der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung verbunden ist, wodurch diese Kohlendioxidadsorptionseinheit in einen Adsorptionszustand gebracht ist. Die beiden Wegeventile sind demnach so geschaltet, dass sich eine Kohlendioxidadsorptionseinheit im Regenerierzustand befindet, während eine andere Kohlendioxidadsorptionseinheit in einem Adsorptionszustand ist.
[0032] Im Regenerierzustand wird der Kohlendioxidadsorptionseinheit der aus der
Trennvorrichtung abgeleitete Stickstoff durch deren Auslass zugeführt. Diese durchströmt die Kohlendioxidadsorptionseinheit und das darin enthaltene Kohlendioxidadsorptionsmittel verlässt somit die Kohlendioxidadsorptionseinheit durch deren Einlass und wird in die Umgebung abgeleitet.
[0033] Bei der Kohlendioxidadsorptionseinheit, welche sich im Adsorptionszustand befindet, wird druckbeaufschlagte und entfeuchtete Umgebungsluft durch deren Einlass eingeleitet. Diese wird durch die Kohlendioxidadsorptionseinheit bzw. das darin befindliche Kohlendioxidadsorptionsmittel geleitet und durch deren Auslass der Trennvorrichtung zugeführt. Durch diese Schaltanordnung der beiden Wegeventile ist demnach ein kontinuierlicher Betrieb der Vorrichtung möglich. Dabei kann ohne nennenswerte Unterbrechung der Erzeugung von aufbereiteter Luft zwischen unterschiedlichen Kohlendioxidadsorptionseinheiten umgeschaltet werden, wobei durch eine Kohlendioxidadsorptionseinheit eine Kohlendioxidadsorption erfolgt, während eine andere Kohlendioxidadsorptionseinheit regeneriert wird.
[0034] Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, weist die
Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung ferner ein Heizmittel zum Erwärmen des Kohlendioxidadsorptionsmittels der zu regenerierenden Kohlendioxidadsorptionseinheit auf. Für jedes Kohlendioxidadsorptionsmittel gibt es eine Temperatur, bei der die Kohlendioxidadsorption besonders effizient erfolgt. Insbesondere in kalten Umgebungen, in denen die Vorrichtung betrieben wird, kann es daher vorteilhaft sein, das Kohlendioxidadsorptionsmittel zu erwärmen, um eine optimale Kohlendioxidadsorption sicherzustellen. Des Weiteren kann das Kohlendioxidadsorptionsmittel für die Regenerierung auf eine optimale Temperatur erwärmt werden. Diese Temperatur zum Regenerieren kann über der Temperatur zum Adsorbieren von Kohlendioxid liegen. Ist dies der Fall, ist es vorteilhaft das Heizmittel zu verwenden, um das Kohlendioxidadsorptionsmittel auf die gewünschte Temperatur für die Regenerierung zu erwärmen. Es ist vorteilhaft, wenn das Heizmittel eine Heizung zum Erwärmen des abgetrennten Stickstoffs aufweist, die zwischen dem zweiten Ausgang der Trennvorrichtung und dem zweiten Wegeventil angeordnet ist. Durch diese Anordnung kann der erwärmte Stickstoff dazu verwendet werden, um das Kohlendioxidadsorptionsmittel der zu regenerierenden Kohlendioxidadsorptionseinheit zu erwärmen. Ist das Kohlendioxidadsorptionsmittel ein Granulat, welches sich in der Kohlendioxidadsorptionseinheit befindet, so hat dies den Vorteil, dass der erwärmte Stickstoff dieses Granulat durchströmt und eine gute Erwärmung des Kohlendioxidadsorptionsmittels erreicht werden kann.
[0035] Alternativ oder zusätzlich kann das Heizmittel eine Heizung zum direkten
Erwärmen des Kohlendioxidadsorptionsmittels aufweisen. Eine solche Heizung kann beispielsweise die Kohlendioxidadsorptionseinheit insgesamt erwärmen. Handelt es sich bei der Kohlendioxidadsorptionseinheit beispielsweise um einen Behälter, in dem ein Granulat als Kohlendioxidadsorptionsmittel enthalten ist, so kann der Behälter durch die Heizung erwärmt werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, weitere Heizelemente, die in dem Granulat vorgesehen sind, zu erwärmen, um eine möglichst gleichmäßige Erwärmung des Kohlendioxidadsorptionsmittels zu erreichen. [0036] Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, hat jede
Kohlendioxidadsorptionseinheit einen Druckbehälter, in dem das Kohlendioxidadsorptionsmittel in entgegengesetzten Richtungen durchströmbar untergebracht ist. Im Falle dass ein Granulat als Kohlendioxidadsorptionsmittel verwendet wird, kann dieses zwischen zwei Sieben angeordnet sein, um zu verhindern, dass das Kohlendioxidadsorptionsmittel aus dem Druckbehälter entweicht. Vorzugsweise sind die Druckbehälter dabei durch eine Druckausgleichsleitung miteinander verbunden. Die Verbindung der Druckbehälter untereinander durch eine Druckausgleichsleitung ist vorteilhaft, da diese ermöglicht, dass bei einem Umschalten der Druckbehälter von einem Regenerierzustand in einen Adsorptionszustand der Druck des einen Behälters mit dem Druck des anderen Behälters ausgeglichen werden kann. Des Weiteren ist in der Druckausgleichsleitung ein Druckausgleichsventil vorgesehen, welches ein Absperrventil ist. Durch Öffnen und Schließen dieses Absperrventils kann ein Druckausgleich ermöglicht oder verhindert werden.
[0037] Vorteilhafterweise ist das erste Wegeventil über eine Ablassleitung mit der Umgebung verbunden. Am Ende dieser Ablassleitung kann ein Schalldämpfer vorgesehen sein. Des Weiteren kann in der Ablassleitung ein Ablassventil, welches ein Absperrventil ist, vorgesehen sein. Durch Öffnen und Schließen des Ablassventils kann eine Verbindung mit der Umgebung unterbrochen werden.
[0038] Ein vorteilhafter Umschaltvorgang in der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung, bei dem die Kohlendioxidadsorptionseinheiten durch die Wegeventile von einem Adsorptionszustand in einen Regenerationszustand gebracht werden und umgekehrt, kann folgendermaßen erfolgen. Zunächst wird das Druckaus gleichsventil geöffnet und vorzugsweise wird gleichzeitig das Ablassventil geschlossen. Dadurch strömt druckbeaufschlagte Luft aus der zu regenerierenden Kohlendioxidadsorptionseinheit in die regenerierte Kohlendioxidadsorptionseinheit, wodurch ein Druckausgleich zwischen beiden Kohlendioxidadsorptionseinheiten stattfindet.
[0039] Sobald der Druck ausgeglichen ist, werden die beiden Wegeventile umgeschaltet, so dass der Einlass der regenerierten Kohlendioxidadsorptionseinheit mit dem Eingang der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung verbunden wird und der Auslass der regenerierten Kohlendioxidadsorptionseinheit mit dem Ausgang der Kohlendioxid- adsorptionsvorrichtung verbunden wird. Durch den Druckausgleich vor dem Umschalten der Wegeventile hat die regenerierte Kohlendioxidadsorptionseinheit bereits einen Innendruck, der dem Druck am Eingang der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung entspricht. Sobald Einlass und Auslass der regenerierten Kohlendioxidadsorptionseinheit mit dem Eingang bzw. Ausgang der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung verbunden sind, wird die Kohlendioxidadsorption fortgesetzt und das abgegebene Gas unmittelbar mit einem Druck ausgegeben, welcher vor dem Umschalten am Ausgang der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung herrschte. Die zu regenerierende Kohlendioxidadsorptionseinheit hat beim Umschalten ebenfalls ein Druckniveau, welches dem Druckniveau entspricht, mit dem die verdichtete Luft in die Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung eingeleitet wird. Unmittelbar nach dem Umschalten der Wegeventile, bei dem die zu regenerierende Kohlendioxidadsorptionseinheit in den Regenerierzustand gebracht wird, wird das Druckausgleichsventil geschlossen und das Ablassventil geöffnet. Das in der zu regenerierenden Kohlendioxidadsorptionseinheit auf Überdruckniveau befindliche Gas wird somit äußerst rasch in die Umgebung abgegeben. Es kann dabei zu einer Art Knall kommen. Dieser schnelle Druckabbau in der im Regenerierzustand befindlichen Kohlendioxidadsorptionseinheit hat den Vorteil, dass durch die Gasströmung ein Teil des gebundenen Kohlendioxids mitgerissen wird.
[0040] Um bei dem vorstehend beschriebenen Umschalten mit Druckausgleich eine Verringerung des Volumenstroms am Ausgang der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung zu vermeiden, kann im Strömungsverlauf vor der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung und nach dem Einlass ein Überströmventil vorgesehen sein. Dies ist beispielsweise wichtig, wenn dem Kohlendioxid nachgeordnet ein Verdichter angeordnet ist, der eine kontinuierliche Eingangsströmung benötigt. Das Überströmventil kann die der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung eingeleitete Luftmenge auf einen festgelegten Wert regeln. Dabei kann ein Teil der Luft an die Umgebung abgegeben werden. Dem Überströmventil kann also eine gegenüber der in der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung gewünschten Menge größere Menge Luft zugeführt werden. Erfolgt nun ein Druckausgleich zwischen den Kohlendioxidadsorptionseinheiten, so kann das vorgeschaltete Überströmventil den reduzierten Volumenstrom am Ausgang ausgleichen, indem es entsprechend weniger Luft an die Umgebung abgibt. Dadurch kann ein verminderter Volumenstrom am Ausgang der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung vermieden werden.
[0041] Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wird das vorstehend beschriebene Verfahren in der vorstehend beschriebenen Vorrichtung durchgeführt.
[0042] Gemäß einer alternativen Ausführungsform vorliegenden Erfindung ist ein
Luftaufbereitungsverfahren mit folgenden Schritten vorgesehen:
Bereitstellen von verdichteter Luft;
Einleiten zumindest eines Teils der verdichteten Luft in eine Trennvorrichtung, die eine Membran zum Abtrennen von Stickstoff enthält;
Ableiten von sauerstoffangereicherter Luft aus der Trennvorrichtung;
Reduzieren des Kohlendioxidgehalts der sauerstoffangereicherten Luft in einer Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung;
Zumindest abschnittsweises Regenerieren der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung mit zumindest einem Teil des abgetrennten Stickstoffs.
[0043] Bei dieser Ausführungsform wird also die verdichtete Luft in die
Trennvorrichtung ohne Durchlaufen der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung eingeleitet. Alle Verfahrensschritte und Abläufe, die weiter oben beschrieben sind, sind auch auf diese Alternative anwendbar.
[0044] Gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Luftaufbereitung bereitgestellt, die die folgenden Elemente aufweist:
einen Verdichter zum Druckbeaufschlagen von Umgebungsluft, eine Einlassleitung für druckbeaufschlagte Luft,
eine stromabwärts der Einlassleitung angeordnete Trennvorrichtung zum Reduzieren des Stickstoffgehalts zumindest eines Teils der druckbeaufschlagen Luft, wobei die Trennvorrichtung eine Membran zum Abtrennen von Stickstoff, einen zweiten Ausgang für das gewonnene Gas mit erhöhtem Sauerstoffgehalt, einen ersten Ausgang zum Ableiten des abgetrennten Stickstoffs und einen an die Einlassleitung angeschlossenen Eingang aufweist. In dieser Alternative ist an der Einlassleitung außerdem eine regenerierbare Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung zum Reduzieren des Kohlendioxidgehalts der sauerstoffangereicherten Luft angeschlossen. Ferner ist bei dieser Alternative eine Anordnung zum zumindest abschnittsweisen Regenerieren der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung mit zumindest einem Teil des abgetrennten Stickstoffs vorgesehen.
[0045] Diese Anordnung kann dabei so angeordnet werden, wie in den vorstehenden
Ausführungsbeispielen definiert ist, bei denen die Trennvorrichtung im Strömungsverlauf stromabwärts von der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung angeschlossen ist. Insbesondere kann die Anordnung zur Regeneration der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung, die in den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben ist, auf diese Ausführungsform angewendet werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Figur 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Vorrichtung zur Erzeugung von aufbereiteter Luft gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
Figur 2 zeigt schematisch den Aufbau einer Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung, welche in dem in Fig. 1 gezeigten Aufbau verwendet werden kann.
Figur 3 zeigt die Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung aus Fig. 2 in einem weiteren
Schaltzustand.
Figur 4 zeigt schematisch einen alternativen Aufbau einer Vorrichtung zur Erzeugung aufbereiteter Luft.
Figur 5 zeigt schematisch einen weiteren alternativen Aufbau einer Vorrichtung zur
Erzeugung aufbereiteter Luft.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
[0046] Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert.
[0047] Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die den Aufbau einer Vorrichtung zur Erzeugung von aufbereiteter Luft zeigt. Der nachfolgend beschriebene Aufbau eignet sich besonders gut zur Erzeugung sauerstoffangereicherter Atemluft. Zunächst wird der grundlegende Aufbau der Vorrichtung anhand der Darstellung in Fig. 1 erläutert.
[0048] Die in Fig. 1 darstellte Vorrichtung zur Erzeugung von aufbereiteter Luft hat einen Verdichter VI, welcher an einem Eintritt bzw. Einlass 21 für verdichtete Umgebungsluft angeschlossen ist. Der Verdichter hat vorgegebene Eigenschaften, welche den Nenndruck sowie die Durchsatzleistung der verdichteten Luft umfassen. In Strömungsrichtung nach dem Eintritt 21 für verdichtete Umgebungsluft ist ein Kältetrockner 4 angeordnet. Dieser Kältetrockner 4 kann einen integrierten Kondensatabieiter aufweisen. Das abgeleitete Kondensat wird einem Sammelbehälter 19 zugeführt. Der Kältetrockner 4 kühlt die eintretende verdichtete Umgebungsluft soweit ab, dass durch Unterschreiten des Taupunkts das in der Luft enthaltene Wasser ausfällt und somit aus der Luft entfernt werden kann.
[0049] In Strömungsrichtung nach dem Kältetrockner 4 ist eine Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung 22 vorgesehen. In diese Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung 22 strömt die druckbeaufschlagte und entfeuchtete Umgebungsluft ein. Die Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung 22 reduziert den Kohlendioxidgehalt der eingeleiteten Umgebungsluft.
[0050] In Strömungsrichtung nach der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung 22 ist eine Trennvorrichtung 20 angeordnet. Die Trennvorrichtung hat einen Eingang 13a für die verdichtete und entfeuchtete Umgebungsluft, eine Membran 13 zum Abtrennen von Stickstoff, einen ersten Ausgang 13b zum Ableiten des abgetrennten Stickstoffs und einen zweiten Ausgang 13c für das gewonnene Gas mit erhöhtem Sauerstoffgehalt. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist der erste Ausgang 13b mit der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung 22 verbunden. Dadurch ist es möglich, der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung 22 den in der Membran 13 abgetrennten Stickstoff zuzuführen. Die sauerstoffangereicherte Atemluft wird über den zweiten Ausgang 13c abgegeben. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der vorstehend beschriebenen Anlagenkomponenten erfolgt somit eine Reduzierung des Kohlendioxidgehaltes vor der Trennung in der Membran 13. Wünschenswerterweise arbeitet die Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung 22 dabei in einem Überdruckbereich von ca. 7 bis 13, vorzugsweise 7 bis 10 bar.
[0051] Der Aufbau und die Funktionsweise der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung 22 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 näher erläutert.
[0052] Der Aufbau der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung 22 wird zunächst unter Bezugnahme auf Fig. 2 genau erklärt. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, hat die Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung 22 eine erste Kohlendioxidadsorptionseinheit 23 und eine zweite Kohlendioxidadsorptionseinheit 24.
[0053] Die erste Kohlendioxidadsorptionseinheit 23 hat einen Druckbehälter 23c, einen Einlass 23a und einen Auslass 23b. Des Weiteren hat die erste Kohlendioxidadsorptionseinheit 23 ein Thermometer 23d und ein Druckmessgerät 23e. Der Druckbehälter 23c der ersten Kohlendioxidadsorptionseinheit 23 ist mit einem Kohlendioxidadsorptionsmittel (nicht gezeigt) gefüllt. Das Kohlendioxidadsorptionsmittel kann granulatförmig sein. In diesem Fall kann vorteilhafterweise vor und nach dem Kohlendioxidadsorptionsmittel jeweils ein Sieb angeordnet sein, um einen Austritt des Kohlendioxidadsorptionsmittels aus dem Druckbehälter 23c zu vermeiden. In der Praxis kann es sich bei dem Druckbehälter 23c um einen stehenden Druckbehälter handeln. Gemäß einer vorteilhaften Ausführung, befindet sich der Einlass eines solchen stehenden Druckbehälters 23c am unteren Ende, so dass das in den Einlass eingeleitete Gas diesen Behälter von unten nach oben durchströmt. Das Sieb zwischen dem Kohlendioxidadsorptionsmittel und dem Einlass 23a kann zweckmäßigerweise als Siebboden ausgebildet sein, welcher das Kohlendioxidadsorptionsmittel auffängt und das eintretende Gas gleichmäßig auf das Kohlendioxidadsorptionsmittel verteilt. Bei einer stehenden Anordnung des Druckbehälters 23c ist der Auslass 23b zweckmäßigerweise am oberen Ende des Druckbehälters 23c angeordnet. Dort kann das zweite Sieb montiert sein, um zu verhindern, dass das Kohlendioxidadsorptionsmittel von der Strömung mitgerissen wird. Ein Partikelfilter 34 ist im Ausgang 22b der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung 22 angeordnet.
[0054] Die zweite Kohlendioxidadsorptionseinheit hat gemäß diesem
Ausführungsbeispiel einen identischen Aufbau. Genauer gesagt hat die zweite Kohlendioxidadsorptionseinheit 24 einen Druckbehälter 24c, einen Einlass 24a, einen Auslass 24b sowie ein Thermometer 24d und ein Druckmessgerät 24e. Der Innenaufbau bzw. die Füllung des Druckbehälters 24c mit Kohlendioxidadsorptionsmittel entspricht demjenigen bzw. derjenigen der ersten Kohlendioxidadsorptionseinheit 23. Der Einlass 23a der ersten Kohlendioxidadsorptionseinheit 23 und der Einlass 24a der zweiten Kohlendioxidadsorptionseinheit 24 sind über Druckleitungen 38, 39 mit einem ersten Wegeventil 25 verbunden. Das erste Wegeventil 25 ist mit dem Eingang 22a der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung 22 verbunden. Des Weiteren ist das erste Wegeventil 25 über eine Ablassleitung 37 mit der Umgebung verbunden. In der Ablassleitung 37 sind ein Ablassventil 31 und ein Schalldämpfer 30 angeordnet, durch die das aus dem ersten Wegeventil 25 strömende Gas in die Umgebung abgelassen werden kann.
[0055] Das erste Wegeventil 25 ist zwischen zwei Schaltstellungen umschaltbar. In
Fig. 2 ist eine erste Schaltstellung gezeigt. Befindet sich das erste Wegeventil 25 in dieser ersten Schaltstellung, so ist der Eingang 22a der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung 22 mit der Druckleitung 38 verbunden und ist die Ablassleitung 37 mit der Druckleitung 39 verbunden, welche zum Einlass 24a der zweiten Kohlendioxidadsorptionseinheit 24 führt.
[0056] Die Auslässe der Kohlendioxidadsorptionseinheiten 23b, 24b sind über Druckleitungen 40, 41 mit einem zweiten Wegeventil 26 verbunden. Des Weiteren ist der zweite Ausgang 13b der Trennvorrichtung 20 mit dem zweiten Wegeventil verbunden. In der Leitung des zweiten Ausgangs 13b ist eine Heizung 27 angeordnet. Des Weiteren ist das zweite Wegeventil 26 mit dem Ausgang 22b der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung 22 verbunden. Das zweite Wegeventil 26 ist ebenfalls zwischen zwei Positionen schaltbar. In einer ersten Stellung, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, ist das zweite Wegeventil 26 so geschaltet, dass der erste Ausgang 13b mit der Druckleitung 41 und damit dem Auslass 24b der zweiten Kohlendioxidadsorptionseinheit 24 verbunden ist. Gleichzeitig ist in dieser Schaltstellung der Ausgang 22b der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung 22 über die Druckleitung 40 mit dem Auslass 23b der ersten Kohlendioxidadsorptionseinheit 23 verbunden. In der zweiten Schaltstellung des zweiten Wegeventils 26, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, steht die zweite Kohlendioxidadsorptionseinheit 24 in Verbindung mit dem Ausgang 22b der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung 22 und ist der erste Ausgang 13b der Trennvorrichtung 20 mit der ersten Kohlendioxidadsorptionseinheit 23 verbunden. Die Umschaltung des ersten Wegeventils 25 ist an die Umschaltung des zweiten Wegeventils 26 gekoppelt. Durch gemeinsames Umschalten der beiden Wegeventile kann demnach zwischen dem in Fig. 2 gezeigten Zustand und dem in Fig. 3 gezeigten Zustand umgeschaltet werden.
[0057] Wie sich aus Fig. 2 unmittelbar ergibt, werden durch den dort gezeigten
Schaltzustand der beiden Wegeventile 25, 26 zwei Strömungswege festgelegt. Zum einen kann eine Strömung von dem Eingang 22a durch die erste Kohlendioxidadsorptionseinheit 23 zu dem Ausgang 22b erfolgen. Andererseits ist eine Strömung von dem ersten Ausgang 13b durch die zweite Kohlendioxidadsorptionseinheit 24 in die Ablassleitung 37 möglich. Im Gesamtsystem von Fig. 1 betrachtet, bedeutet dies, dass die durch den Verdichter VI druckbeaufschlagte und durch den Kältetrockner 4 getrocknete Umgebungsluft durch die erste Kohlendioxidadsorptionseinheit 23 hindurchströmt und anschließend die Kohlendioxid- adsorptionsvorrichtung 22 durch den Ausgang 22b verlässt. Der Kohlendioxidgehalt der druckbeaufschlagten und entfeuchteten Umgebungsluft wird somit beim Hindurchströmen durch die Kohlendioxidadsorptionseinheit 23 reduziert. Die erste Kohlendioxidadsorptionseinheit 23 befindet sich deshalb in einem Adsorptionszustand.
[0058] Außerdem strömt in diesem Schaltzustand der in der Trennvorrichtung 20 abgetrennte Stickstoff durch die zweite Kohlendioxidadsorptionseinheit 24,verlässt diese durch deren Einlass 24a und wird durch die Ablassleitung 37 an die Umgebung abgegeben. Wie sich aus Fig. 2 auch ergibt, ist die Strömungsrichtung des Stickstoffs durch die zweite Kohlendioxidadsorptionseinheit 24 entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung der Umgebungsluft durch die erste Kohlendioxidadsorptionseinheit 23. Durch das Hindurchleiten von Stickstoff durch die zweite Kohlendioxidadsorptionseinheit 24 wird das im Kohlendioxidadsorptionsmittel gebundene Kohlendioxid herausgelöst und aus der zweiten Kohlendioxidadsorptionseinheit 24 entfernt. Die zweite Kohlendioxidadsorptionseinheit 24 befindet sich daher in einem Regenerierzustand.
[0059] Wie sich aus Fig. 3 ergibt, werden durch Umschalten der beiden
Wegeventile 25, 26 die in Fig. 2 herrschenden Zustände der beiden Kohlendioxid- adsorptionseinheiten 23, 24 ebenfalls umgeschaltet. Genauer gesagt befindet sich die erste Kohlendioxidadsorptionseinheit 23 bei dem in Fig. 3 gezeigten Ventilschaltzustand in einem Regenerierzustand und die zweite Kohlendioxidadsorptionseinheit 24 befindet sich in einem Adsorptionszustand. Indem zwischen den beiden in den Figuren 2 und 3 gezeigten Zuständen wechselweise hin- und hergeschaltet wird, ist es möglich, den Kohlendioxidgehalt der Umgebungsluft kontinuierlich zu reduzieren, während gleichzeitig eine Regenerierung einer Kohlendioxidadsorptionseinheit erfolgt.
[0060] Der Betrieb der vorstehend beschriebenen Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung 22 wird nachfolgend beschrieben. Die Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung 22 befindet sich zunächst in dem in Fig. 2 gezeigten Zustand. Genauer gesagt befindet sich die erste Kohlendioxidadsorptionseinheit 23 in einem Adsorptionszustand und befindet sich die zweite Kohlendioxidadsorptionseinheit 24 in einem Regenerierzustand. Beide Kohlendioxidadsorptionseinheiten 23, 24 sind so ausgelegt, dass im Adsorptionszustand jede Kohlendioxidadsorptionseinheit dazu in der Lage ist, beispielsweise über einen Zeitraum von 60 Minuten Kohlendioxid zu adsorbieren. Gleichzeitig ist das System so ausgelegt, dass eine Regenerierung und anschließende Abkühlung der Kohlendioxidadsorptionseinheiten 23, 24 ebenfalls innerhalb dieser Zeit möglich ist. Nach einer Betriebszeit von 60 Minuten wird das in Fig. 2 gezeigte System somit in den in Fig. 3 gezeigten Zustand umgeschaltet. Innerhalb der vorstehenden Betriebszeit erfolgt in der ersten Kohlendioxidadsorptionseinheit 23 durchgehend eine Kohlendioxidadsorption. Der Kohlendioxidgehalt des durchströmenden Gases wird dabei reduziert. Gleichzeitig erfolgt eine Regenerierung der zweiten Kohlendioxidadsorptionseinheit 24, indem dieser abgetrennter Stickstoff durch den ersten Ausgang 13b der Trennvorrichtung 20 zugeführt wird. Der Stickstoff wird durch eine Heizeinrichtung 27 erhitzt, um den Regenerationsprozess zu beschleunigen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt für eine Zeitdauer von 45 Minuten eine Erwärmung des abgetrennten Stickstoffs, bevor dieser in die zweite Kohlendioxidadsorptionseinheit 24 eingeleitet wird. Das in der Kohlendioxidadsorptionseinheit enthaltene Kohlendioxidadsorptionsmittel wird dadurch auf eine vorbestimmte Temperatur gebracht, die ein effizientes Regenerieren des Kohlendioxidadsorptionsmittels ermöglicht. Im Anschluss an das zuletzt beschriebene Erwärmen des abgetrennten Stickstoffs für 45 Minuten, auch als Heizzyklus bezeichnet, folgt gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Abkühlzyklus, welcher 15 Minuten andauert. In diesem Abkühlzyklus wird die Heizeinrichtung 27 deaktiviert, so dass der abgetrennte Stickstoff mit einer geringeren Temperatur in die zweite Kohlendioxidadsorptionseinheit 24 eingeleitet wird. Dadurch wird die Temperatur der zweiten Kohlendioxidadsorptionseinheit 24 bzw. des darin enthaltenen Kohlendioxidadsorptionsmittels reduziert. Das System kann dabei so abgestimmt sein, dass auch während des Abkühlens eine weitere Regenerierung des Kohlendioxidadsorptionsmittels erfolgt. Es ist auch möglich, das System so auszugestalten, dass eine vollständige Regenerierung während des Heizzyklus erfolgt.
[0061] Nach der hier beispielhaft genannten Betriebsdauer von 60 Minuten ist es nun erforderlich, die erste Kohlendioxidadsorptionseinheit 23 zu regenerieren. Zu diesem Zweck erfolgt eine Umschaltung der beiden Wegeventile 25, 26, in die in Fig. 3 gezeigten Stellungen. Anschließend folgt ein weiterer Betriebszyklus von 60 Minuten, wobei nun die zweite Kohlendioxidadsorptionseinheit 24 Kohlendioxid adsorbiert und die erste Kohlendioxidadsorptionseinheit 23 regeneriert wird. Bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau dauert die Umschaltung weniger als eine Minute. Nachfolgend wird der Umschaltvorgang genauer beschrieben.
[0062] Wird bestimmt, dass eine Umschaltung erforderlich ist, so wird zunächst ein
Druckausgleichsventil 29, welches sich in einer Druckausgleichsleitung 28 befindet, geöffnet. Die Druckausgleichsleitung 28 verbindet die erste Kohlendioxidadsorptionseinheit 23 mit der zweiten Kohlendioxidadsorptionseinheit 24. Ist nun das Druckausgleichsventil 29 geöffnet, so kann die der ersten Kohlendioxidadsorptionseinheit 23 zugeführte druckbeaufschlagte Luft die Ausgleichsleitung 28 durchströmen und in die zweite Kohlendioxidadsorptionseinheit 24 gelangen. Gleichzeitig wird mit dem Öffnen des Druckausgleichsventils 29 ein Ablassventil 31, welches sich in der Ablassleitung 37 befindet, geschlossen. Ein Teil der in der erste Kohlendioxidadsorptionseinheit 23 druckbeaufschlagten Luft verlässt diese somit über die Ausgleichsleitung 28 und strömt in die zweite Kohlendioxidadsorptionseinheit 24. Vorteilhafterweise werden die Leitungen und Kohlendioxidadsorptionseinheiten so gewählt, dass ein Druckausgleich innerhalb von 30 bis 60 Sekunden möglich ist. Durch den vorstehend beschriebenen Druckausgleich steigt der Druck in der zweiten Kohlendioxidadsorptionseinheit 24. Ein solcher Anstieg kann beispielsweise durch entsprechende Sensoren erfasst werden. Nach erfolgtem Druckausgleich werden das erste Wegeventil 25 und das zweite Wegeventil 26 umgeschaltet und werden nachfolgend das Ablassventil 31 geöffnet und das Druckausgleichsventil 29 geschlossen. Die erste Kohlendioxidadsorptionseinheit 23 befindet sich nun im Regenerationszustand und die zweite Kohlendioxidadsorptionseinheit 24 befindet sich nun im Adsorptionszustand. Nach erneutem Verstreichen der Zykluszeit von hier beispielsweise 60 Minuten, erfolgt eine erneute Umschaltung des Systems in den in Fig. 2 gezeigten Schaltzustand. Die Zykluszeit ist hier beispielhaft auf 60 Minuten festgelegt. Je nach Ausgestaltung der Kohlendioxidadsorptionseinheiten können jedoch unterschiedliche Zykluszeiten gewählt werden. Wichtig ist in diesem Zusammenhang lediglich, dass die Adsorptionszeit und die Regenerierzeit der beiden Kohlendioxidadsorptionseinheiten aufeinander abgestimmt sind, so dass eine vollständige Regenerierung einer Kohlendioxidadsorptionseinheit möglich ist, während die andere Kohlendioxidadsorptionseinheit Kohlendioxid adsorbiert. [0063] Statt eines starren Zeitzyklus kann auch ein Sensor vorgesehen werden, welcher den Verschlechterungszustand der adsorbierenden Kohlendioxidadsorptionseinheit erfasst. Ist eine Regenerierung dieser Kohlendioxidadsorptionseinheit erforderlich, so gibt dieser Sensor ein entsprechendes Signal aus, welches einen entsprechenden Umschaltvorgang auslöst.
[0064] Durch das vorstehend beschriebene System ist somit eine kontinuierliche
Produktion von sauerstoffangereicherter Atemluft möglich. Das vorstehend beschriebene System wurde in Bezug auf dessen wesentliche Merkmale beschrieben. Wie sich aus Fig. 1 jedoch ergibt, kann das System zusätzliche Elemente aufweisen, die nachfolgend beschrieben werden.
[0065] Wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, kann nach dem Eintritt bzw. Einlass 21 für verdichtete Umgebungsluft eine Filtereinrichtung 2 mit einem elektronischen Kondensatabieiter vorgesehen sein. Die Filtereinrichtung 2 kann eingerichtet sein, um Feststoffe und andere Fremdstoffe, wie Flüssigkeiten, aus der verdichteten Umgebungsluft zu filtern und aus der Strömung abzuführen. Die abgeführten Feststoffe sowie Flüssigkeiten in der Form des Kondensats können einem Kondensatabscheider zugeführt werden, der in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 19 bezeichnet ist.
[0066] In Strömungsrichtung nach der Filtereinrichtung 2 kann ein Sicherheitsventil 3 vorgesehen sein, dass sich bei Überschreiten eines eingestellten Drucks öffnet und die verdichtete Luft in die Umgebung abbläst. Beispielsweise kann das Sicherheitsventil mit einem Öffnungsdruck von 11 bar eingerichtet sein. Beide Elemente können somit nach dem Verdichter VI und vor dem Kältetrockner 4 angeordnet sein.
[0067] In Strömungsrichtung nach dem Kältetrockner 4 kann ein Überströmventil 5 angeschlossen sein. Dieses Überströmventil 5 ist in dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel mit einem Schalldämpfer versehen. Die Funktion des Überströmventils 5 steht im Zusammenhang mit der Funktionsweise des anzuschließenden Verdichters VI. Durch das Überströmventil 5 wird bewirkt, dass ein intermittierender Betrieb des angeschlossenen Verdichters VI vermieden werden kann. Unter Inkaufnahme eines geringfügig verringerten Wirkungsgrads kann somit die Lebensdauer des Verdichters erhöht werden, indem intermittierende Betriebssituationen vermieden werden. [0068] In Strömungsrichtung nach dem Überströmventil 5 kann eine Filterkaskade vorgesehen sein. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel besteht die Filterkaskade aus drei Filterelementen 6, 7, 8. Die Filterelemente sind im Ausführungsbeispiel in Fig. 1 bezogen auf die Strömungsrichtungen in Reihe angeordnet. Dabei kann die Filterung durch die drei in Reihe geschalteten Filterelemente stufenweise durchgeführt werden. In dem ersten Filterelement 6 kann somit eine grobe Vorfilterung vorgenommen werden. In dem darauffolgenden Filterelement 7 kann eine feinere Filterung durchgeführt werden. Eine höchstfeine Filterung kann in dem daran anschließenden Filterelement 8 vorgenommen werden. Das Filterelement 8 kann als Aktivkohlefilter ausgebildet sein. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich die Filterkaskade unmittelbar vor der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung 22.
[0069] Der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung 22 nachgeordnet ist ein
Druckreduzierventil 9 vorgesehen. Dieses Druckreduzierventil 9 kann einstellbar sein und bewirkt, dass ein vorgegebener Ausgangsdruck am Ausgang des Druckreduzierventils 9 beibehalten wird. Dieser Druck kann durch ein Druckmessgerät 10 überwacht werden, dass den Druck in Strömungsrichtung hinter dem Druckreduzierventil 9 erfasst.
[0070] Im Anschluss an das Druckreduzierventil 9 kann eine Druckluftheizung 11 vorgesehen sein. Die Druckluftheizung 11 kann eine elektrische Heizung mit einem elektrischen Heizelement sein. Durch die Druckluftheizung ist es möglich, die Ausgangstemperatur am Austritt der Druckluftheizung 11 auf eine vorgegebene Temperatur zu regeln. Eine Überwachung der Temperatur der Druckluft am Austritt der Druckluftheizung 11 kann durch ein Thermometer 12 erfolgen.
[0071] Die vorstehend beschriebene Trennvorrichtung 20 ist an den Austritt der
Druckluftheizung 11 angeschlossen.
[0072] An der Leitung des zweiten Ausgangs 13c der Trennvorrichtung 20 kann ein
Sicherheitsventil 15 für Überdruck angeschlossen sein. Dieses Sicherheitsventil 15 öffnet, sobald der Druck einen vorbestimmten Wert übersteigt, um die Vorrichtung vor Überdruck zu schützen.
[0073] Ferner kann an der Leitung des zweiten Ausgang 13c ein Sicherheitsventil 16 für Unterdruck beziehungsweise Vakuum angeschlossen sein. Dieses Sicherheitsventil 16 öffnet, sobald der Druck einen vorbestimmten Wert unterschreitet, um die Vorrichtung vor Unterdruck beziehungsweise Vakuum zu schützen. Insbesondere bei Ausfall des Verdichters VI oder Verstopfung des Systems soll verhindert werden, dass durch Betrieb einer später beschriebenen Befüllvorrichtung V2 ein Vakuum erzeugt wird, das die Vorrichtung schädigen könnte.
[0074] Außerdem kann an der Leitung des zweiten Ausgangs 13c ein Manometer 17 zum Messen des Drucks im zweiten Ausgang 13c angeschlossen sein. Mit diesem Manometer 17 kann der Druck innerhalb der Leitung gemessen werden, in der sauerstoffangereicherte Luft abgeleitet wird. [0075] Am Austritt des zweiten Ausgangs 13c kann eine Befüllvorrichtung V2 angeschlossen sein, die im Wesentlichen einen Verdichter umfasst. Insbesondere wird der Eintritt eines Verdichters an den Austritt des zweiten Ausgangs 13c angeschlossen. Dieser Verdichter kann die sauerstoffangereicherte Atemluft aufnehmen und kann diese in einem verdichteten Zustand zur Weiterverarbeitung, insbesondere zur Befüllung von Tauchflaschen o.a. weiterleiten. Wird ein solcher Verdichter am Austritt des zweiten Ausgangs 13c verwendet, so ist es wichtig im zweiten Ausgang 13c einen konstanten Volumenstrom bereitzustellen. Um dies zu gewährleisten, ist es erforderlich zu vermeiden, dass es bei einem Umschaltvorgang in der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung zu einem Druckabfall bzw. verminderten Volumenstrom am Ausgang der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung kommt und der Verdichter V2 ein Vakuum generiert. Dies kann durch Vorsehen des vorstehend beschriebenen Überströmventils 5 vermieden werden. Wird in der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung ein Teil der druckbeaufschlagten Luft für den Druckausgleich abgezweigt, kann das vorstehend beschriebene Überströmventil 5 dafür sorgen, dass der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung entsprechend mehr druckbeaufschlagte Luft zugeführt wird, um die abgezweigte Luftmenge auszugleichen.
[0076] Der erste Ausgang 13b kann ein Drosselventil 14 aufweisen. Dieses
Drosselventil 14 kann bewirken, dass in der Trennvorrichtung 20, insbesondere am Eintritt 13a der Membran 13, ein ausreichender Druck herrscht, der für die Funktion der selektiven Membran 13 geeignet ist. Durch das Drosselventil 14 kann insbesondere bewirkt werden, dass die verdichtete Umgebungsluft, die in den Eingang 13a der Trennvorrichtung 20 eintritt, mit Druck durch die selektive Membran geleitet werden kann. Der Austritt des Drosselventils 14 ist mit der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung 22 verbunden, um den hauptsächlich aus Stickstoff bestehenden Gasstrom in die Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung 22 zu leiten. Wie bereits vorstehend beschrieben wird der hauptsächlich aus Stickstoff bestehende Gasstrom, auch als abgetrennter Stickstoff bezeichnet, zur Regulierung der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung 22 verwendet.
[0077] Die gesamte Vorrichtung, wie sie vorstehend beschrieben ist, weist eine definierte Betriebsweise auf, die im Stand der Technik bisher nicht möglich war. Insbesondere durch die gezielte Anordnung der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung 22 ist es möglich, sauerstoffangereicherte Atemluft mit stark reduziertem Kohlendioxidgehalt zu erzeugen. Gleichzeitig ist es durch die Verwendung mehrerer Kohlendioxidadsorptionseinheiten möglich, kontinuierlich sauerstoffangereicherte Atemluft mit reduziertem Kohlendioxidgehalt zu erzeugen. Die Verwendung regenerierbarer Kohlendioxidadsorptionseinheiten hat zudem den Vorteil, dass die gesamte Anlage lange Zeit kostengünstig betrieben werden kann, da die regenerierbaren Kohlendioxidadsorptionseinheiten lange Zeit verwendet werden können.
[0078] Während in Fig. 1 ein System gezeigt ist, welches der
Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung druckbeaufschlagte und entfeuchtete Umgebungsluft zuführt, kann die Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung 22 auch direkt an ein Druckluftsystem angeschlossen werden, welches druckbeaufschlagte und entfeuchtete Luft bereitstellt. In diesem Fall kann auf den Verdichter und den Trockner vor der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung verzichtet werden.
[0079] Auch ist es nicht erforderlich, den gesamten aus der
Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung abgeleiteten Volumenstrom in eine Trennvorrichtung einzuleiten. Vielmehr ist es auch möglich, nur einen Teilstrom der Luft mit reduziertem Kohlendioxidgehalt einer Trennvorrichtung zuzuführen, um darin den für die Regenerierung benötigten Stickstoff abzutrennen. Ein solcher Aufbau ist in Fig. 4 gezeigt. Bei dem dort gezeigten Aufbau ist ein Druckluftsystem, welches druckbeaufschlagte und entfeuchtete Umgebungsluft bereitstellt, mit dem Einlass 21 der Luftaufbereitungsvorrichtung verbunden. Der Einlass 21 ist mit einer Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung verbunden, wie sie vorstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 beschrieben ist. Der Ausgang 22b der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung kann mit einem Endverbraucher oder einem Zwischenspeicher verbunden sein und leitet die gewonnene Luft mit reduziertem Kohlendioxidgehalt ab. Im Unterschied zu der vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebenen Vorrichtung zweigt der Eingang 13a der Trennvorrichtung von dem Ausgang 22b ab, ermöglicht also die Entnahme eines Teilstroms aus Leitung 22b. Dieser Teilstrom wird dann der Membran 13 zugeführt. Der abgetrennte Stickstoff wird dann über den ersten Ausgang 13b der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung zugeführt. Das abgetrennte Restgas mit reduziertem Stickstoff gehalt wird über den zweiten Ausgang 13c und über die Ablassleitung 37 in die Umgebung abgeleitet.
[0080] In Fig. 5 ist eine schematische Ansicht einer weiteren alternativen
Ausgestaltung gezeigt. In dieser alternativen Ausgestaltung ist der Eingang der Trennvorrichtung 13 nicht mit dem Ausgang 22b verbunden, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Vielmehr ist in der Ausführungsform von Fig. 5 der Eingang der Trennvorrichtung mit dem Einlass 21 verbunden. Somit kann in dieser Ausführungsform die durckbeaufschlagte Luft direkt ohne Durchlaufen der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung 22 in die Trennvorrichtung eingeleitet werden. Die Verfahrensweise und die spezifische Ausgestaltung der Vorrichtung hinsichtlich der Regeration der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung kann dabei entsprechend den vorstehenden Ausführungsbeispielen vorgesehen und entsprechen angepasst werden.
[0081] Insgesamt sind somit ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen, die eine hocheffiziente Erzeugung von sauerstoffangereicherter Atemluft gestatten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Luftaufbereitungsverfahren mit den Schritten
Bereitstellen von verdichteter Luft,
Reduzieren des Kohlendioxidgehalts der verdichteten Luft in einer Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung (22),
Einleiten zumindest eines Teils der Luft mit reduziertem Kohlendioxidgehalt in eine Trennvorrichtung (20), die eine Membran (13) zum Abtrennen von Stickstoff enthält, Ableiten von sauerstoffangereicherter Luft aus der Trennvorrichtung (20),
Ableiten von abgetrenntem Stickstoff aus der Trennvorrichtung (20), und
zumindest abschnittsweises Regenerieren der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung (22) mit zumindest einem Teil des abgetrennten Stickstoffs.
2. Luftaufbereitungsverfahren mit den Schritten
Bereitstellen von verdichteter Luft,
Einleiten zumindest eines Teils der verdichteten Luft in eine Trennvorrichtung (20), die eine Membran (13) zum Abtrennen von Stickstoff enthält,
Ableiten von sauerstoffangereicherter Luft aus der Trennvorrichtung (20),
Ableiten von abgetrenntem Stickstoff aus der Trennvorrichtung (20)
Reduzieren des Kohlendioxidgehalts zumindest eines Teils der verdichteten Luft in einer Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung (22), und
zumindest abschnittsweises Regenerieren der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung (22) mit zumindest einem Teil des abgetrennten Stickstoffs.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit dem Schritt Bestimmen ob eine Regenerierung der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung (22) erforderlich ist, wobei bestimmt wird, dass die Regenerierung der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung (22) erforderlich ist, wenn festgestellt wird, dass sich deren Adsorptionsleistung verschlechtert hat.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei festgestellt wird, dass sich die Adsorptionsleistung verschlechtert hat, wenn eine vorbestimmte Betriebszeit der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung (22) seit der letzten Regeneration verstrichen ist.
5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei festgestellt wird, dass sich die Adsorptionsleistung verschlechtert hat, wenn der Kohlendioxidgehalt des aus der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung (22) abgeleiteten Gases einen vorbestimmten Wert übersteigt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung (22) wenigstens zwei Kohlendioxidadsorptionsmittel enthaltende Kohlendioxidadsorptionseinheiten (23, 24) aufweist, und wobei während der Regenerierung der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung (22) wenigstens eine der Kohlendioxidadsorptionseinheiten (23, 24) regeneriert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei während der Regenerierung der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung (22) wenigstens eine der Kohlendioxidadsorptionseinheiten (23, 24) Kohlendioxid adsorbiert.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei das Kohlendioxidadsorptionsmittel der zu regenerierenden Kohlendioxidadsorptionseinheit (23, 24) für das Regenerieren erwärmt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der für die Regenerierung der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung (22) verwendete Stickstoff auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei eine Einleitung der verdichteten und entfeuchteten Umgebungsluft in die regenerierte Kohlendioxidadsorptionseinheit (23, 24) erst dann erfolgt, wenn die Temperatur des Kohlendioxidadsorptionsmittels der regenerierten Kohlendioxidadsorptionseinheit (23, 24) unter einer vorbestimmten Temperatur liegt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Temperatur der Kohlendioxidadsorptionseinheiten (23, 24) überwacht wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die verdichtete Luft in die regenerierte Kohlendioxidadsorptionseinheit (23, 24) dann eingeleitet wird, wenn eine vorbestimmte Zeit seit der Regeneration der regenerierten Kohlendioxidadsorptionseinheit (23, 24) vergangen ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei zur Reduzierung der Temperatur der regenerierten Kohlendioxidadsorptionseinheit (23, 24) abgetrennter Stickstoff aus der Trennvorrichtung (20) mit einer Temperatur verwendet wird, die niedriger als die Temperatur des Kohlendioxidadsorptionsmittels der regenerierten Kohlendioxidadsorptionseinheit (23, 24) ist.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit dem Schritt Entfeuchten der verdichteten Luft vor der Einleitung der Luft in die Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung (22).
15. Vorrichtung zur Luftaufbereitung, mit:
einer Einlassleitung für druckbeaufschlagte Luft, einer stromabwärts der Einlassleitung angeordneten Trennvorrichtung (20) zum Reduzieren des Stickstoffgehalts zumindest eines Teils der druckbeaufschlagten Luft, wobei die Trennvorrichtung (20) eine Membran (13) zum Abtrennen von Stickstoff, einen ersten Ausgang (13b) zum Ableiten des abgetrennten Stickstoffs und einen zweiten Ausgang (13c) für das gewonnene Gas mit erhöhtem Sauers toffgehalt aufweist, wobei im Strömungsverlauf zwischen der Einlassleitung und der Trennvorrichtung (20) oder im Strömungsverlauf hinter der Einlassleitung und der Trennvorrichtung (20) eine regenerierbare Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung (22) angeordnet ist, deren Eingang mit der Einlassleitung verbunden ist und deren Ausgang mit der Trennvorrichtung (20) oder mit der Umgebung verbindbar ist, wobei die regenerierbare Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung wenigstens zwei Kohlendioxidadsorptionsmittel enthaltende Kohlendioxidadsorptionseinheiten (23, 24), von denen jede einen Einlass (23a, 24a) und einen Auslass (23b, 24b) aufweist, und einen Wegeventilmechanismus aufweist, wobei der Wegeventilmechanismus derart eingerichtet ist, dass die Einlasse (23a, 24a) der wenigstens zwei Kohlendioxidadsorptionseinheiten (23, 24) wechselweise mit dem Eingang (22a) der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung (22) und der Umgebung verbindbar sind und deren Auslässe (23b, 24b) wechselweise mit dem Ausgang (22b) der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung (22) und dem ersten Ausgang (13b) der Trennvorrichtung (20) verbindbar sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, ferner mit einem Verdichter (VI) zum Druckbeaufschlagen von Umgebungsluft, wobei der Verdichter (VI) stromaufwärts der Einlassleitung angeordnet ist, um der Einlassleitung druckbeaufschlagte Umgebungsluft zuzuführen.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, wobei stromaufwärts der Kohlendioxidadsorptionseinrichtung ein Trockner (4) zum Entfeuchten der druckbeaufschlagten Luft angeordnet ist, wobei der Trockner (4) mit der Einlassleitung verbunden ist, um der Einlassleitung druckbeaufschlagte und entfeuchtete Umgebungsluft zuzuführen.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei der Wegeventilmechanismus ein erstes Wegeventil (25) aufweist, welches so eingerichtet ist, dass es gleichzeitig einen der Einlässe (23a, 24a) der Kohlendioxidadsorptionseinheiten (23, 24) mit dem Eingang (22a) der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung (22) und einen anderen der Einlässe (23a, 24a) mit der Umgebung verbindet, und ein zweites Wegeventil (26) aufweist, welches so eingerichtet ist, dass es gleichzeitig einen der Auslässe (23b, 24b) der Kohlendioxidadsorptionseinheiten (23, 24) mit dem Ausgang (22b) der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung (22) und einen anderen der Auslässe (23b, 24b) mit dem ersten Ausgang (13b) der Trennvorrichtung (20) verbindet.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei das erste und das zweite Wegeventil (25, 26) so schaltgekoppelt sind, dass der Auslass derjenigen Kohlendioxidadsorptionseinheit, deren Einlass mit der Umgebung verbunden ist, mit dem ersten Ausgang (13b) der Trennvorrichtung (20) verbunden ist, wodurch diese Kohlendioxidadsorptionseinheit in einen Regenerierzustand gebracht ist, und dass der Auslass derjenigen Kohlendioxidadsorptionseinheit, deren Einlass mit dem Eingang der Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung (22) verbunden ist, mit dem Ausgang Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung (22) verbunden ist, wodurch diese Kohlendioxidadsorptionseinheit in einen Adsorptionszustand gebracht ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei die Kohlendioxidadsorptionsvorrichtung (22) ferner ein Heizmittel zum Erwärmen des Kohlendioxidadsorptionsmittels der zu regenerierenden Kohlendioxidadsorptionseinheit (23, 24) aufweist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei das Heizmittel eine Heizung (27) zum Erwärmen des abgetrennten Stickstoffs aufweist, die zwischen dem ersten Ausgang (13b) der Trennvorrichtung (20) und dem zweiten Wegeventil (26) angeordnet ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, wobei das Heizmittel eine Heizung zum direkten Erwärmen des Kohlendioxidadsorptionsmittels umfasst.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 22, wobei jede Kohlendioxidadsorptionseinheit (23, 24) einen Druckbehälter aufweist, in dem das Kohlendioxidadsorptionsmittel in entgegengesetzten Richtungen durchströmbar untergebracht ist, wobei die Druckbehälter vorzugsweise über eine Druckausgleichsleitung (28) miteinander verbunden sind.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, welches in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 23 durchgeführt wird.
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