用于减少氧的惰性化方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及用于减少氧气的惰性化系统和惰性化方法，其中，在该方法中，在密闭的室(2)的空间气氛中调整和维持指明的且相比于正常环境空气降低的氧气含量。为此目的，惰性化系统(1)具有用于压缩初始气体混合物的压缩机系统(3)和连接到压缩机系统(3)的气体分离系统(10)。在气体分离系统(10)中，分离包含在压缩的初始气体混合物中的至少部分氧气。设计气体分离系统(10)根据需要在VPSA模式或PSA模式下操作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于减少氧的惰性化方法和系统
本专利技术涉及一种惰性化方法，该方法中，在密闭室的空间气氛中设定和维持可预设的且相比于正常的环境空气降低的氧气含量，并且当进一步需要时，可以迅速地降低该密闭的室的空间气氛(spatialatmosphere)中的氧气含量。本专利技术还涉及用于减少氧气的相应的系统。本专利技术的惰性化方法或本专利技术的惰性化系统分别用于例如在受监测的被保护的室中减少风险和灭火，并由此为了防止或控制火的目的，将密闭的室连续不断地呈现惰性达到不同的降低的水平。在用于本专利技术惰性化方法的实施例中，包括在氧气含量已被减少的密闭的室中提供含氧量低的训练条件。这样的室使得在人工模拟的高海拔条件下的训练，也被称为“常压缺氧训练”成为可能。使用的另一个例子是食品的储存，首选苹果类(pomaceous)水果，在受控的气氛(CA)下，其中大气中氧气的比例百分数被调节，除其他方面外，以减缓发生在易腐商品上的老化过程。
技术介绍
防止火灾的惰性化技术背后的基本原理基于的认识为，在人类或动物偶尔进入的密闭的室内，以及在安放了对水作用反应敏感的设备的密闭的室内，火灾的风险可以通过降低相应区域的氧气浓度到例如约15体积％的平均值而被抵消。在这样的(降低的)氧气浓度下，大部分的可燃材料不能再点燃。因此，对于在防止火灾方面惰性化技术应用的主要领域还包括IT领域、电气开关和配电室、封闭的设施以及存储有高价值商品的区域。从该方法中产生的预防效果是基于氧气置换的原理。众所周知，正常的环境空气由21体积％的氧气，78体积％的氮气和1体积％的其他气体组成。为了达到防火的目的，通过引入氧气置换气体，例如氮气减少密闭的室内的空间气氛的氧气含量。已经知道的，一旦氧含量降低到低于约15体积％，预防性效果就开始。根据存储在受保护房间的可燃性物质，进一步降低氧含量，例如12体积％可能是必要的。原则上，在现有技术中，这种类型的惰性化系统是已知的。例如，已公布的DE19811851A1文档描述了旨在降低密闭的室(以下也简称为“受保护的室”)内的氧含量到一个特定级别的惰性水平的惰性化系统，在火灾的情况下，迅速降低氧含量进一步到特定的完全惰性水平。本文所用的术语“基本惰性水平”应被理解为指的是相比正常环境空气的氧气含量降低的氧气含量，但是，由此该降低的氧气含量对人和动物没有任何危险，使得他们仍然可以没有问题地进入受保护的室(即，不需要任何特殊的保护措施，例如氧气面罩)。基本惰性水平对应受保护的室内的氧气含量例如为大约15体积％至17体积％。另一方面，术语“完全惰性水平”应被理解为指的是相比于基本惰性水平的氧气含量已进一步被降低的氧气含量，使得大多数材料的可燃性已经被降低到它们不再能够点燃的水平。根据在分别受保护的室内的燃烧负荷(fireload)，完全惰性水平通常氧气浓度范围从12体积％至14体积％。从DE19811851A1的印刷出版物中得知的多级惰性方法中，其中氧气含量逐渐被降低，因此用于防止火灾的惰性化技术使用受保护的室内的氧气含量首先降低到一个特定降低的水平，例如17体积％(基本惰性水平)，从而在发生火灾的情况下或当另有需要时，氧气含量进一步降低到特定的完全惰性水平例如13.8体积％以下。如果惰性气体发生器，例如氮气发生器，在这样的两阶段惰性化方法中被用作惰性气体源用于降低氧气含量到第一降低水平(基本惰性水平)，为了完全惰性化所需要的高压气体罐的数目可以保持较低，其中以压缩形式存储氧气置换气体或气体混合物(以下也简称为“惰性气体”)。然而，为了实现上述和本身已知的两阶惰性化方法，需要相对高的资本投资，因为两阶惰性化方法对用于供给惰性气体的惰性气体源有具体要求。具体地，常规的两阶惰性化系统毫无例外地提供两个单独的惰性气体源，因为当在该室的空气中设定设置的特定惰性水平(下降水平)为基本惰性水平或完全惰性水平时，必须区别开。它特此需要被认为—从预先设定的基本惰性水平开始—降低到完全惰性水平需要根据事件的预定顺序，特别是在警报已发出后的预定时间段内发生。与此相反，没有必要根据预定的惰性曲线设置基本惰性水平。本文所用的术语“惰性曲线”被理解为，将氧气置换气体(惰性气体)引入受保护的室内时，氧气含量的时间梯度。因为当在室的空气中设定设置的特定惰性水平为基本惰性水平或完全惰性水平时必须区别开，需要供应相应的用于设定基本/完全惰性水平的惰性气体的惰性气体源被要求不同的需求。在降低到完全惰性水平的情况下，所用的惰性气体源必须允许可以提供相应的大量的足够量的每单位时间的惰性气体，以便能够在预定时间段之内在受保护的室的空间气氛中设定完全惰性水平。因此，用于降低到完全惰性水平所使用的惰性气体源必须具有适当的容量。但是如果仅仅设置基本惰性水平，惰性气体源不受此要求。如上所解释的，这里通常不需要遵循预定的惰性化曲线并且当降低到基本惰性水平时特别坚持预定的时间段。因此，用于降低到基本惰性水平的惰性气体源可以根据其输出容量为相对较小的尺寸。由于这些原因，在两阶段的惰性化方法的实际应用中，通常使用两种独立的惰性气体源：氮气发生器只能够提供每单位时间内相对少量的惰性气体(这里指富氮的空气)且用于设置和维持基本惰性水平；以及当需要时的高压气体储罐，该储罐中可以以压缩形式存储氧气置换气体或气体混合物，用于能够在密闭的室的空间气氛中快速设定完全惰性水平的目的。使用两个独立的惰性气体源来实现两阶惰性化方法具有相对高的初始投资成本的缺点。另外，在一些应用中没有进行重要的结构性调整措施，不能实现需要为储存两种独立的气体源(一方面为氮气发生器，另一方面为高压气体储罐)提供的空间。
技术实现思路
基于前述提到的这些问题，本专利技术提出说明惰性化方法或惰性化系统的目的，该方法或系统分别具有相比于常规的解决方案可以降低的运转操作成本和初始投资，且没有由此影响系统的效果。因此，本专利技术特别提出了一种用于减少氧气的系统，以此系统在密闭的室的空间气氛中设定和维持可预设的和相比于正常的环境空气降低的氧气含量。该系统包括用于压缩初始气体混合物的压缩机系统，以及连接到该压缩机系统的气体分离系统，其中，在该初始气体混合物中的至少部分氧气被分离出来。气体分离系统被设计为在VPSA或PSA模式下操作。此处所用的术语“初始气体混合物”通常是指气体混合物，该混合物除了含有氧气外，还特别含有氮气和如适用的话更多的气体如惰性气体。例如正常的环境空气作为初始气体混合物是可行的；例如含有21体积％的氧气、78体积％的氮气和1体积％的其他气体的混合气体。然而，还可以想到使用部分密闭的室的空气作为初始气体混合物，由此优选地，将新鲜空气加入到该室的空气组成中。按照真空变压吸附(VPSA)的原理，在VPSA模式下操作，通常的理解是气体分离系统是用于提供富含氮的空气功能的系统。尽管当需要时也可以在PSA模式下操作这种VPSA系统，但根据本专利技术这种VPSA系统在惰性化系统中被用作气体分离系统。“PSA”是“变压吸附”的缩写，通常表示变压吸附技术。为了能够使本专利技术的解决方案中使用的气体分离系统的操作模式从VPSA切换到PSA，本专利技术的方法提供用于相应地增加由压缩机系统压缩初始气体混合物达到的程度。关于本专利技术的惰性化方法，特别提供以初始提供含有氧、氮和其他可适本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种惰性化方法，该方法在密闭的室(2)的空间气氛中，设定和维持可预设的且相比于正常的环境空气降低的氧气含量，其中，该方法包括如下步骤：i)提供适用的氧气、氮气和其它组分的初始气体混合物；ii)压缩在压缩机系统(3)中提供的初始气体混合物；iii)将压缩的初始气体混合物供料到气体分离系统(10)，并分离出包含在压缩的初始气体混合物中的至少部分氧气，以便在气体分离系统(10)的出口(10b)处提供富氮气体混合物；以及iv)将在气体分离系统(10)的出口(10b)处提供的至少部分富氮气体混合物引入密闭的室(2)的空间气氛中，以便设定和/或维持密闭的室(2)的空间气氛中可预设的且相比正常的环境空气降低的氧气含量，其中，当在气体分离系统(10)的出口(10b)处每单位时间提供的富氮气体混合物的量需要被增加时，在方法步骤ii)中实现的压缩程度被增加，特别地达到取决于每单位时间提供的富氮气体混合物的量的数值，其中，该气体分离系统(10)包括第一和第二吸附剂容器(12，13)，每个吸附剂容器包括吸附剂材料；其中，该吸附剂容器(12，13)以反相操作，这样在吸附剂容器(12，13)的吸附剂材料吸收来自供应于该方法步骤iii)的初始气体混合物的至少部分氧气期间，两个吸附剂容器(12，13)中的一个处于吸附阶段，同时在将氧气从其他的吸附剂容器(13，12)的吸附剂材料解吸期间，两个吸附剂容器(13，12)的另一个处于再生阶段；其中，在吸附阶段和再生阶段之间切换之前，特别为吸附剂容器(12，13)的各自的出口(12a，13a)和各自的入口(12b，13b)提供简要的、流畅的、连通的结合。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.05.06 EP 13166652.11.一种惰性化方法，该方法在密闭的室(2)的空间气氛中，设定和维持可预设的且相比于正常的环境空气降低的氧气含量，其中，该方法包括如下步骤：i)提供适用的氧气、氮气和其它组分的初始气体混合物；ii)压缩在压缩机系统(3)中提供的初始气体混合物；iii)将压缩的初始气体混合物供料到气体分离系统(10)，并分离出包含在压缩的初始气体混合物中的至少部分氧气，以便在气体分离系统(10)的出口(10b)处提供富氮气体混合物；以及iv)将在气体分离系统(10)的出口(10b)处提供的至少部分富氮气体混合物引入密闭的室(2)的空间气氛中，以便设定和/或维持密闭的室(2)的空间气氛中可预设的且相比正常的环境空气降低的氧气含量，其中，当在气体分离系统(10)的出口(10b)处每单位时间提供的富氮气体混合物的量需要被增加时，在方法步骤ii)中实现的压缩程度被增加，其中，该气体分离系统(10)包括第一和第二吸附剂容器(12，13)，每个吸附剂容器包括吸附剂材料；其中，该吸附剂容器(12，13)以反相操作，这样在吸附剂容器(12，13)的吸附剂材料吸收来自供应于该方法步骤iii)的初始气体混合物的至少部分氧气期间，两个吸附剂容器(12，13)中的一个处于吸附阶段，同时在将氧气从其他的吸附剂容器(13，12)的吸附剂材料解吸期间，两个吸附剂容器(13，12)的另一个处于再生阶段；其中，当在气体分离系统(10)的出口(10b)处每单位时间供应的富氮气体混合物的量需要被增加时，气体分离系统(10)在PSA模式下操作，否则气体分离系统(10)在VPSA模式下操作，其中，PSA模式相当于变压吸附模式，而VPSA模式相当于真空变压吸附模式。2.根据权利要求1所述的惰性化方法，其中，当在气体分离系统(10)的出口(10b)处每单位时间提供的富氮气体混合物的量需要被增加时，在方法步骤ii)中实现的压缩程度被增加达到取决于每单位时间提供的富氮气体混合物的量的数值。3.根据权利要求1所述的惰性化方法，其中，在吸附阶段和再生阶段之间切换之前，为吸附剂容器(12，13)的各自的入口(12a，13a)和各自的出口(12b，13b)提供简要的、流畅的、连通的结合。4.根据权利要求1所述的惰性化方法，其中，在火灾的情况下；或由于其他原因当在密闭的室(2)的空间气氛中的氧气含量进一步相比在该方法步骤iv)中设定和/或维持的氧气浓度快速下降的时候；或由于增加的气体交换，当在气体分离系统(10)的出口(10b)处每单位时间提供的富氮气体混合物的量需要被增加的时候；或由于分配给密闭的室(2)的进一步的惰性气体源的损失，或分配给密闭的室(2)的进一步的气体分离系统的损失时，增加在该方法步骤ii)中实现的压缩程度；和/或其中，当需要时，增加在方法步骤ii)中实现的压缩程度直到在气体分离系统(10)的出口(10b)处每单位时间提供的富氮气体混合物的量相当于每单位时间供应的富氮气体混合物的量；和/或其中，设计压缩机系统(3)以压缩供应的初始气体混合物到不同的该方法步骤ii)中的压力范围，其中，压缩初始气体混合物达到该方法步骤ii)中的压力范围中的一个，根据在气体分离系统(10)的出口(10b)处每单位时间提供的富氮气体混合物中需要增加的动机和/或原因。5.根据权利要求1所述的惰性化方法，其中，当需要时，逐步地增加在方法步骤ii)中实现的压缩程度直到在气体分离系统(10)的出口(10b)处每单位时间提供的富氮气体混合物的量相当于每单位时间供应的富氮气体混合物的量。6.根据权利要求1所述的惰性化方法，其中，设计压缩机系统(3)以压缩供应的初始气体混合物到不同的预定的或可预设的该方法步骤ii)中的压力范围，其中，自动压缩初始气体混合物达到该方法步骤ii)中预定的或预设的压力范围中的一个，根据在气体分离系统(10)的出口(10b)处每单位时间提供的富氮气体混合物中需要增加的动机和/或原因。7.根据权利要求1所述的惰性化方法，其中，为了在该方法步骤i)中供应初始气体混合物，将密闭的室(2)中的部分环境空气以可调节的方式从密闭的室(2)中抽出，并且将新鲜空气以可调节的方式进料到室空气的被抽出的部分。8.根据权利要求7所述的惰性化方法，其中，选择被加入到从密闭的室(2)抽出的环境空气的新鲜空气的量，这样每单位时间从密闭的室(2)抽出的环境空气的量与在该方法步骤iv)中引入进密闭的室(2)的空间气氛的富氮气体混合物的量相同。9.根据权利要求1或7所述的惰性化方法，其中，该气体分离系统(10)包括至少一个含有吸附剂材料的吸附剂容器(12，13)，其中，所述压缩机系统(3)可连接到吸附剂容器(12，13)的入口(12a，13a)，以便在所述吸附剂容器(12，13)的吸附阶段，将压缩的初始气体混合物供应到吸附剂容器(12，13)，这样吸附剂材料从初始气体混合物吸收氧气，并且在所述吸附剂容器(12，13)的出口(12b，13b)处提供富氮气体混合物；其中，真空源(7)是连接到吸附剂容器(12，13)的入口(12a，13a)，或连接到吸附剂容器(12，13)的出口(12b，13b)的压缩的气体源，以便在吸附剂容器(12，13)的再生阶段经吸附剂容器(12，13)的入口(12a，13a)净化由吸附剂材料吸附的至少部分氧气，并由此再生吸附剂材料。10.根据权利要求1或7的惰性化方法，其中，该方法还包括下述步骤：-将压缩的初始气体混合物进料给进一步的气体分离系统，并分离包含在压缩的初始气体混合物中的至少部分氧气，以便在进一步的气体分离系统的出口处提供富氮气体混合物；以及-将在进一步的气体分离系统的出口处提供的富氮气体混合物的至少部分引入密闭的室(2)的空间气氛；其中，当进一步的气体分离系统出现故障时，或当由于某些其他原因在进一步的气体分离系统的出口处没有提供富氮气体混合物时，或当在进一步的气体分离系统的出口处每单位时间能够供应的富氮气体混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：EW·瓦格纳，
申请(专利权)人：艾摩罗那股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH