Генератор азота
NITROGEN GENERATOR

Изобретение относится к технике производства азота из сжатого атмосферного воздуха и может быть использовано в различных областях, в том числе, в системах производства азота и подачи чистых газов (азота и углекислоты) и их смесей для розлива напитков.
Известен генератор азота в системе подачи газированных напитков, содержащий компрессор, соединенный с клапаном сброса воздуха и через фильтры с мембранным блоком, выход которого соединен с линией подачи азота, на которой установлен клапан подачи азота и с которой соединен клапан сброса азота, емкость с углекислым газом соединена с линией подачи углекислого газа, на которой установлен клапан подачи углекислого газа, обе линии подачи азота и углекислого газа соединены с линией подачи газов в смеситель, который подсоединен к емкости с напитком, на линии подачи газов в смеситель установлен датчик давления, соединенный с блоком управления с возможностью передачи в него измеренных значений давления, также с блоком управления соединены все указанные выше клапаны с возможностью передачи на них сигналов управления их закрытием и открытием (JPH 09173802 A, 08.07.1997). Блок управления предназначен для соединения линии подачи азота с атмосферой и сброса из нее азота в течение определенного времени после включения в работу мембранного блока, чтобы исключить подачу в смеситель загрязненного азота.
В известном генераторе азота система управления не обеспечивает устойчивую работу компрессора и мембранного блока в условиях изменения их характеристик с течением времени.
Техническая проблема, решаемая изобретением, заключается в обеспечении устойчивой работы компрессора и мембранного блока в условиях изменения их характеристик с течением времени.
Технический результат, достигаемый изобретением и позволяющим решить указанную проблему, заключается в обеспечении возможности регулирования давления воздуха, закачиваемого компрессором, и давления азота, генерируемого мембранным блоком.
Технический результат достигается генератором азота, содержащим компрессор, линию подачи воздуха, на которой установлен фильтр и с которой соединен мембранный блок, соединенный с линией подачи азота, на которой установлен первый клапан, и блок управления, отличающийся тем, что он снабжен ресивером воздуха и ресивером азота, компрессор соединен с ресивером воздуха через второй клапан, ресивер воздуха соединен с линией подачи воздуха, на которой установлено реле давления и третий клапан, линия подачи азота соединена с ресивером азота и на ней установлено второе реле давления, а блок управления связан с первым и вторым реле давления с возможностью контроля давления в ресиверах воздуха и азота, а также с компрессором с возможностью включения выключения питания компрессора, и с первым, вторым и третьим клапанами с возможностью их переключения.
Кроме того, ресивер воздуха и фильтр могут быть соединены с четвертым клапаном слива конденсата, при этом блок управления соединен с электрическими выводами четвертого клапана.
На чертеже представлена схема предложенного генератора азота.
Генератор азота содержит воздушный компрессор 1, соединенный через второй клапан 2 с ресивером 3 воздуха. Ресивер 3 воздуха соединен с линией 4 подачи воздуха, соединенной с входом мембранного блока 5. На линии 4 установлен первый манометр 6, первое реле 7 давления, фильтр 8 очистки воздуха и третий клапан 9. Выход мембранного блока 5 соединен линией 10 подачи азота с ресивером 11 азота. На линии 10 подачи азота установлены первый клапан 12, второе реле 13 давления и второй манометр 14. Ресивер азота соединен с линией 15 выхода азота, на которой установлен ротаметр 16, третий манометр 17, регулятор 18 давления и выпускной вентиль 19. На выходе компрессора 1, а также на ресиверах 3 и 11 воздуха и азота установлены предохранительные клапаны 20, 21 и 22. Ресивер 3 воздуха и фильтр 8 соединены с четвертым клапаном 23 сброса конденсата.
Блок 24 управления соединен с электрическими выводами компрессора 1, реле 7 и 13 давления и клапанов 2, 9, 12 и 23.
Управление работой генератора азота осуществляется следующим образом. При включении блока 24 управления кнопкой START/STOP проверяется давление сжатого воздуха в ресивере 3 и давление азота в ресивере 11 (реле 7 и 13 давления). Все последующие команды на компрессор 1 и клапаны 2, 9, 12, 23 подаются блоком 24 управления в соответствии с программой в зависимости от сигналов, поступающих с реле 7 и 13 давления.
При недостаточном давлении сжатого воздуха в ресивере 3 подается питание на воздушный компрессор 1, переключается второй клапан 2 и сжатый воздух от компрессора 1 поступает в ресивер 3. При достижении максимального давления в ресивере 3 воздуха, реле 7 давления переключается, питание с компрессора 1 снимается и компрессор выключается. Одновременно происходит переключение клапана 2, и воздух непосредственно с выхода компрессора 1 сбрасывается в атмосферу через второй клапан 2, чтобы обеспечить разгрузку компрессора 1 и возможность его пуска. При падении давления воздуха в ресивере 3 реле 7 давления переключается и снова включается компрессор 1, переключается второй клапан 2, обеспечивая таким образом поддержание давления в ресивере 3 воздуха на заданном по реле 7 давления уровне.
При недостаточном давлении азота в ресивере 11 (контроль по реле 13 давления) переключается третий клапан 9, обеспечивая подачу сжатого воздуха в мембранный модуль 5. В мембранном модуле 5 происходит разделение воздуха на азот, который через первый клапан 12 направляется в ресивер 11 азота и обогащенный кислородом воздух, который сбрасывается в атмосферу. Как только давление азота в ресивере 11 достигнет заданного уровня, переключаются клапаны 9 и 12, обеспечивая прекращение подачи воздуха на мембранный модуль 5 и выработки азота. При снижении давления азота в ресивере 11 ниже установленного значения снова включается в работу мембранный модуль 5, обеспечивая таким образом поддержание давления в ресивере 11 азота на заданном уровне. Азот из ресивера 11 азота через регулятор 18 давления подается потребителю.
При работе компрессора 1 и мембранного модуля 5 сжатый воздух охлаждается в трубопроводах и ресивере 3, и из него возможно выпадение конденсата. Для его удаления из системы предусмотрен фильтр 8 и клапан 23 слива конденсата из ресивера 3 и фильтра 8, который при работе системы обеспечивает периодический сброс конденсата. Расход азота на выходе можно проконтролировать ротаметром 16.
В предложенном генераторе азота дополнительно предусмотрены следующие возможности, которые реализуются с помощью блока 24 управления.
Подача азота в ресивер 11 через клапан 12 осуществляется с некоторой задержкой после подачи воздуха в мембранный модуль 5 (включения клапана 9), что обеспечивает сброс некондиционного азота в атмосферу и подачу в ресивер 11 только азота с требуемой высокой концентрацией.
Периодический сброс конденсата через клапан 23 осуществляется только при работающем компрессоре 1.
Клапан 2 переключается на подачу воздуха от компрессора 1 в ресивер 3 с некоторой задержкой после подачи питания на компрессор 1, которая обеспечивает гарантированный пуск компрессора 1 при отсутствии нагрузки (давления на выходе компрессора 1)
Аварийные и предупредительные сигналы обеспечиваются лампой ALARM блока 24 управления, при этом разные сигналы индицируются миганием лампы разной частоты. В текстовом виде сообщения о причинах аварийных и предупредительных сигналов выводятся на экран блока 24 управления.
При работе компрессора 1 его наработка контролируется счетчиком моточасов блока 24 управления для проведения своевременного обслуживания, при этом в зависимости от наработки формируются предупредительный и аварийный сигналы.
В предложенном генераторе азота реализовано техническое решение, заключающееся в наличии двух контуров управления: компрессором, накачивающим ресивер воздуха, и мембранным модулем, заполняющим ресивер азота. Такое решение обеспечивает повышение надежности и устойчивости работы в условиях изменения характеристик компрессора и генератора с течением времени. Это приводит к экономии моторесурса компрессора и отсутствию потерь сжатого воздуха при производительности компрессора по сжатому воздуху большей, чем требуется для мембранного модуля и производства азота.