DE2951626A1 - Vorrichtung zum zerlegen eines gemisches - Google Patents

Description

Drägerwerk Aktiengesellschaft Molslinger Allee 53-55. 2400 Lübeck

Vorrichtung zum Zerlegen eines Gemisches

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zerlegen eines Gemisches, entsprechend dem Gattungsbegriff des Anspruches

Vorrichtungen zum Zerlegen eines Gemisches mit Hilfe eines Adsorptionsmittels erlauben die Bereitstellung eines angereicherten Produktes, z.B. Sauerstoff für technische Prozesse oder für die Atmung eines Menschen, aus der umgebenden Atmosphäre und damit unabhängig von einer Vorratshaltung und Nachschuborganisation für dieses Gas.

Eine bekannte Steuerung für eine Vorrichtung zum Zerlegen eines Gemisches, insbesondere für einen Sauerstoffabscheider, ermöglicht die kontinuierliche Abgabe eines sauerstoffreichen Gases als Produkt bei Zufuhr von Druckluft. Dabei wird die Vorrichtung durch die pneumatische Steuerung in periodischer Folge zwischen zwei Betriebszuständen umgeschaltet, in denen die Druckluft jeweils einem von zwei in der Vorrichtung enthaltenen Behältern mit Adsorptionsmittel zugeführt und gleichzeitig der andere regeneriert wird, und umgekehrt. Schaltkriterium ist das Erreichen eines bestimmten Druckes in dem jeweils mit Druckluft versorgten Behälter, der dessen Erschöpfung anzeigt. Die Auslösung der Steuerung zur Beendigung des jeweiligen Betriebszustandes erfolgt über einen mit dem ersten und einen mit dem zweiten Behälter verbundenen Druckfühler bei Erreichen des vorgegebenen Grenzdruckes in dem betreffenden Behälter. Danach wird zwischen beiden Behältern ein Druckgleichgewicht hergestellt. Nach dessen Erreichen wird die Steuerung durch einen Druckkomparator, der gleichzeitig mit beiden Behältarn verbunden ist, zum Beginn des

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jeweils folgenden Betriebszustandes ausgelöst.

Im einzelnen wird die Druckluft in dem ersten Betriebszustand über das Einlaßventil einer ersten Ventilanordnung dem Eingang des ersten der beiden Behälter zugeführt, die ein den Stickstoff adsorbierendes Adsorptionsmittel enthalten. Das am Ausgang des ersten Behälters austretende sauerstoffreiche Gas wird zu einem Teil über einen Vorratsbehälter dem Verbraucher zugeführt. Ein anderer, durch eine Drossel bestimmter Teil des sauerstoffreichen Gases wird über eine Spülungsleitung dem Ausgang des zweiten Behälters zugeführt, dessen Eingang über das Auslaßventil der ersten Ventilanordnung mit der Atmosphäre verbunden ist. Dabei spült das sauerstoffreiche Gas den adsorbierten Stickstoff in die Atmosphäre aus und regeneriert das Adsorptionsmittel. Macht sich durch Druckanstieg im ersten Behälter dessen Erschöpfung bemerkbar, so beendet die.Steuerung den ersten Betriebszustand durch Schließen der Ventile der ersten Ventilanordnung. Die Steuerung öffnet zugleich ein Ventil in einer Druckausgleichsleitung, die parallel zu der Spülungsleitung die Ausgänge beider Behälter verbindet. Nach hergestelltem Druckgleichgewicht in den Behältern schaltet die Steuerung auf den zweiten Betriebszustand, indem das Ventil in der Druckausgleichsleitung geschlossen und die Ventile einer zweiten Ventilanordnung, nämlich ein Einlaßventil am Eingang des zweiten Behälters und ein Auslaßventil am Eingang des ersten Behälters, geöffnet werden. Der bereits beschriebene Vorgang wiederholt sich, wobei die Funktionen des ersten und zweiten Behälters gegeneinander vertauscht sind.

Mit der Auslösung der Steuerung anhand des in den Behältern herrschenden Druckes werden unterschiedliche Eigenschaften der Behälter ausgeglichen und eine höhere Gleichmäßigkeit des Produktes erreicht als mit der früher angewendeten Steuerung nach vorgegebenem Zeittakt. Es besteht *er noch der Nachteil, daß bei einer Alterung der Druckfühler die Auslösung der Steuerung bei für die beiden Behälter unterschiedlichen effektiven Druckwerten erfolgt und dadurch Konzentrationsschwankungen

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im Produkt hervorgerufen werden, die z.B. für einen damit beatmeten Patienten ungünstige Auswirkungen haben können. (DE-OS 28 14 456).

Aufgabe der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Zerlegen eines Gemisches, bei der die Gleichmäßigkeit des Produktes unabhängig von Alterungserscheinungen des Druckschalters gesichert ist und periodische Konzentrationsschwankungen vermieden werden.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Anspruches 1.

Die mit der Lösung erzielten Vorteile beruhen darauf, daß mit der Verwendung nur eines Druckschalters, der beim Umschalten mit dem jeweils der Gemischzuführung zugeschalteten Behälter verbunden wird, sich Alterungserscheinungen des Druckschalters auf beide Behälter in derselben Weise auswirken. Die beim Betrieb mit mehreren unterschiedlich gealterten Druckschaltern mit der Umschaltung auftretenden periodischen Konzentrationsschwankungen werden vermieden. Diese wären nicht nur unzuträglich für den Verbraucher, sondern würden wegen der gegenseitigen Abhängigkeit der Behälter über die Regenerierung auch das Punktionsgleichgewicht der Vorrichtung verschieben und damit die mittlere Konzentration des Produktes herabsetzen. Mit der Lösung ergibt sich also der Vorteil einer gesicherten Konzentration und Gleichmäßigkeit des Produktes.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Lösung nach Anspruch 2 stellt das Druckgleichgewicht in bewährter Weise mit einem Druckausgleichsschalter fest. Die Lösung nach Anspruch 3 ergibt eine besonders einfache und zuverlässige Weiterbildung durch den Verzicht auf eine direkte Feststellung des Druckgleichgewichts über einen

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komplizierten Druckausgleichsschalter. Stattdessen wird die für das Erreichen des Druckgleichgewichtes erforderliche Zeit nach Erfahrungswerten in Beziehung gesetzt zum gleichzeitigen Ablauf eines anderen Strömungsvorgangs. Dabei handelt es sich um den Druckanstieg in der Gemischzuführung bei geschlossenen Einlaßventilen der Behälter und kontinuierlicher Einspeisung des Gemisches. Der Ablauf der erforderlichen Zeit ist hier mit dem Erreichen eines bestimmten Druckes gegeben, der als Schaltdruck eines zweiten Druckschalters mit einfachen und zuverlässigen Mitteln zur Betätigung der Steuereinheit führt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung im folgenden beschrieben. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 eine Vorrichtung mit Druckausgleichsschalter, Fig. 2 eine Vorrichtung mit einem zweiten Druckschalter.

Der Vorrichtung nach Fig. 1 wird als zu zerlegendes Gemisch Druckluft von der Druckluftquelle 1 über eine Gemischzuführung mit dem angeschlossenen Gemischspeicher 3 zugeführt. Über je ein Einlaßventil 4,5 ist die Gemischzuführung 2 mit dem Eingang eines ersten Behälters 6 und eines zweiten Behälters 7 verbindbar. Die Behälter 6,7 sind mit einem Stickstoff adsorbierenden Adsorptionsmittel gefüllt. Über je ein Auslaßventil 8,9 ist der Eingang der Behälter 6,7 mit der Atmosphäreverbindbar. Das Einlaßventil 4 des ersten Behälters 6 und das Auslaßventil 9 des zweiten Behälters 7 sind steuerungsmäßig zu einer ersten Ventilanordnung zusammengefaßt und an die pneumatische Steuereinheit 10 angeschlossen. Ebenso sind das Einlaßventil 5 des zweiten Behälters 7 und das Auslaßventil 8 des ersten Behälters zu einer zweiten Ventilanordnung zusammengefaßt und an die Steuereinheit 10 angeschlossen. Die Ausgänge des ersten Behälters 6 und des zweiten Behälters 7 sind über je eine Drossel 11,12 miteinander sowie mit einem Produktspeicher 13 verbunden, an den sich über einen Druckminderer 14 die Leitung 15 zum

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Verbraucher anschließt. Außerdem sind die Ausgänge der Behälter 6,7 über eine Druckausgleichsleitung 16 und eine Verbindungsleitung 17 miteinander verbunden. In der Druckausgleichsleitung liegt ein von der Steuereinheit 10 gesteuertes Ventil 18. In der Verbindungsleitung 17 liegt ein Druckausgleichsschalter 19, der ein Signal an die Steuereinheit 10 abgibt, wenn in beiden Zweigen der Verbindungsleitung 17 Druckgleichgewicht eintritt. Ein Druckschalter 20 ist mit der Gemischzuführung 2 verbunden und gibt ein Signal an die Steuereinheit 1O, wenn in der Gemischzuführung 2 ein eingestellter Spitzendruck erreicht wird.

Im Betrieb sind in einem ersten Betriebszustand durch die Steuereinheit 10 die Ventile 4,9 der ersten Ventilanordnung geöffnet und die Ventile 5,8 der zweiten Ventilanordnung geschlossen. Auch das Ventil 18 in der Druckausgleichsleitung 16 ist geschlossen. Die zugeführte Druckluft gelangt über das Einlaßventil 4 in den ersten Behälter 6. Dort wird durch das Adsorptionsmittel der Stickstoffanteil adsorbiert. Ein mit Sauerstoff angereichertes Produkt verläßt den ersten Behälter 6 und gelangt über die Drossel 11 in den Produktspeicher 13 und über den Druckminderer 14 in die Leitung 15 zum Verbraucher. Gleichzeitig fließt ein Teil des angereicherten Produktes über die Drossel 12 in den zweiten Behälter 7 und spült den dort adsorbierten Stickstoff über das Auslaßventil 9 in die Atmosphäre. Mit fortschreitender Adsorption von Stickstoff im ersten Behälter 6 steigt der Druck im ersten Behälter 6 und in der Gemischzuführung 2 an. Wird ein Spitzendruck erreicht, der nach Erfahrungswerten einer optimalen Ausnutzung des Adsorptionsmittels entspricht, so gibt der darauf eingestellte Druckschalter 20 ein Signal an die Steuereinheit 10. Diese schließt daraufhin die Ventile 4,9 der ersten Ventilanordnung und beendet den ersten Betriebszustand. Gleichzeitig öffnet die Steuereinheit 10 das Ventil 18 in der Druckausgleichsleitung 16, so daß ein rascher Druckausgleich zwischen den Behältern 6,7 erfolgen kann. Dabei wird der Druck in den Behältern 6,7 durch den Druckausgleichsschalter 19 über die Zweige der Verbindungs-

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leitung 17 überwacht. Bei Erreichen des Druckgleichgewichtes gibt der Druckausgleichsschalter 19 ein Signal an die Steuereinheit 10, die daraufhin das Ventil 18 schließt und die Ventile 5,8 der zweiten Ventilanordnung öffnet. Damit beginnt der zweite Betriebszustand, der bei vertauschten Funktionen zwischen den Behältern 6,7 sinngemäß dem ersten Betriebszustand entspricht. Auch seine Beendigung und der anschließende übergang zum ersten Betriebszustand verlaufen sinngemäß wie beschrieben. Die geschilderten Vorgänge wiederholen sich in zyklischer Folge.

Die Vorrichtung nach Fig. 2 unterscheidet sich von der beschriebenen Vorrichtung nach Fig. 1 nur dadurch, daß die Verbindungsleitung 17 mit dem Druckausgleichsschalter 19 entfallen ist und stattdessen ein mit der Gemischzuführung 2 verbundener zweiter Druckschalter 21 nach dem Erreichen des S~haltdruckes ein Signal an die Steuereinheit 10 abgibt. Der erste Betriebszustand verläuft in der beschriebenen Weise. Nach seiner Beendigung durch Schließen der Ventile 4,9 der ersten Ventilanordnung vollzieht sich bei geöffnetem Ventil der Druckausgleich. Währenddessen kommt es bei fortgesetzter Druckluftzufuhr und geschlossenen Einlaßventilen 4,5 in der Gemischzuführung 2 und dem damit verbundenen Gemischspeicher zu einem zeitproportionalen Druckanstieg, der je nach Art der verwendeten Druckluftquelle, z.B. eines Kompressors, aus Erfahrungswerten bekannt 1st. Der erfahrungsgemäß für das Erreichen des Druckgleichgewichtes in den Behältern 6,7 erforderlichen Zeit läßt sich dadurch ein in derselben Zeit in der Gemischzuführung 2 erreichter Druckwert zuordnen, der als S^haltdruck für den zweiten Druckschalter 21 gewählt wird. Nach Erreichen dieses Schaltdruckes, und damit auch erfahrungsgemäß Erreichen des Druckgleichgewichtes in den Behältern 6,7, gibt der zweite Druckschalter 21 ein Signal an die Steuereinheit 1O, die daraufhin das Ventil 18 schließt und die Ventile 5,8 der zweiten Ventilanordnung zumBeginn des zweiten Betriebszustandes öffnet. Auch diese Vorgänge wiederholen sich in zyklischer Folge.

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Claims (3)

1. Vorrichtung zum Zerlegen eines Gemisches, insbesondere ein Sauerstoffabscheider, mit zwei Behältern, gefüllt mit einem für eine Komponente selektiven Adsorptionsmittel, mit einer ersten Ventilanordnung, die in einem ersten Betriebszustand eine ungehinderte Zufuhr des unter Druck stehenden Gemisches zum ersten Behälter und eine Führung eines Teiles des angereicherten Produktes zum zweiten Behälter zuläßt, damit dort die adsorbierte Komponente herausgespült wird, und einer zweiten Ventilanordnung, die in einem zweiten Betriebszustand eine ungehinderte Zufuhr des unter Druck stehenden Gemisches zum zweiten Behälter und eine Führung eines Teiles des angereicherten Produktes zum ersten Behälter zuläßt, damit dort die adsorbierte Komponente herausgespült wird, wobei beide Behälter über eine Druckausgleichsleitung mit einem gesteuerten Ventil verbunden sind, gekennzeichnet durch eine pneumatische Steuereinheit (10), die die Ventilanordnungen und damit die Betriebszustände von dem einen zum anderen umschaltet und dazu ausgelöst wird durch einen Druckschalter (2Q) in der Gemischzuführung (2), der, ausgehend vom Druckgleichgewicht in den Behältern (6,7), nach dem Erreichen des eingestellten Spitzendruckes in dem zugeschalteten Behälter schaltet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgleichgewicht in den Behältern (6,7) durch einen Druckausgleichsschalter (19) in einer Verbindungsleitung (17) zu den Behältern (6,7) festgestellt wird und sein Signal der pneumatischen Steuereinheit (10) anliegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Druckschalter (21) in der Gemischzuführung (2) nach dem Erreichen des Schaltdruckes schaltet und aus dem der pneumatischen Steuereinheit (10) anliegenden Signal auf das bis zur Schaltzeit erreichte Druckgleichgewicht in den Behältern (6,7) geschlossen werden kann.

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