СПОСОБ ИНЕРТИРОВАНИЯ ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ И/ИЛИ ТУШЕНИЯ ПОЖАРА И СИСТЕМА ИНЕРТИРОВАНИЯ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА
METHOD OF INERTING FOR PREVENTION AND/OR EXTINGUISHING FIRE AND INERTING SYSTEM FOR IMPLEMENTING METHOD

Настоящее изобретение относится к способу инертирования для предотвращения и/или тушения пожара, в котором устанавливается и поддерживается в атмосфере закрытого помещения определенное заранее содержание кислорода, которое ниже, чем в обычном воздухе окружающей среды.
Дополнительно изобретение относится к системе инертирования для установления и/или поддержания в атмосфере закрытого помещения определенного заранее содержания кислорода, которое снижено по сравнению с обычным окружающим воздухом, при этом система инертирования содержит систему газоразделения, которая отделяет, по меньшей мере, часть кислорода из исходной газовой смеси, содержащей азот и кислород, и, таким образом, обеспечивает газовую смесь, обогащенную азотом, на выходе системы газоразделения, и при этом система инертирования содержит систему подающего трубопровода для подачи газовой смеси, обогащенной азотом, в закрытое помещение.
Система инертирования вышеупомянутого типа, в частности, относится к системе для уменьшения риска возникновения пожара и тушения пожара в защищенном помещении, подлежащим мониторингу, при этом защищенное помещение непрерывно приводится в инертное состояние с целью предотвращения пожара или управления пожаром. Принцип действия такой системы инертирования основывается на знании того, что опасности пожара можно противостоять путем непрерывного снижения концентрации кислорода в соответствующем участке до значения, например, приблизительно, 12-15% по объему в обычных случаях. При такой концентрации кислорода большинство горючих материалов не могут больше воспламеняться. Основными сферами применения являются, в частности, IT сферы, помещения для коммутации и распределения электрической энергии, закрытые производственные помещения, а также складские помещения, в которых хранятся ценные промышленные товары.
Способ, а также устройство типа, изложенного в начале, известно из печатной публикации ЕР 2204219 A1. Используется система обратного трубопровода для извлечения части воздуха из пространства закрытого помещения и подачи его в смесительную камеру. Свежий воздух добавляется к части воздуха, извлекаемого из закрытого помещения, в смесительную камеру. Полученная таким образом газовая смесь (исходная газовая смесь) подается в компрессор для сжатия и затем направляется в азотный генератор. Азотный генератор отделяет, по меньшей мере, часть кислорода из исходной газовой смеси, таким образом, обеспечивая на выходе газовую смесь, обогащенную азотом. После этого такая азотсодержащая газовая смесь подается по трубе в закрытое помещение, чтобы снизить содержание кислорода в атмосфере помещения до заранее установленного уровня инертирования или поддерживать его на заданном уровне инертирования.
На практике способ возврата воздуха с пониженным содержанием кислорода, используемый в печатной публикации ЕР 2204219 A1, чтобы обеспечить более эффективное генерирование азота с целью защиты от пожара, предусматривает способ возврата, который оптимально возможным образом адаптирован к используемой системе газоразделения. В частности, следует принять меры, чтобы исходная газовая смесь в смесительной камере всегда находилась в оптимизированном состоянии для системы газоразделения, которая подлежит применению. Это требование особенно применимо, если множество азотных генераторов с соответственно связанными компрессорами применяются в качестве системы газоразделения. Затем следует принять меры, чтобы соответствующее всасывающее действие каждого отдельного азотного генератора не оказывало влияния на другие азотные генераторы. Следует обратить внимание, что азотный генератор, который использует мембранную технологию для разделения газов, должен выполнять постоянное всасывающее действие. С другой стороны, если используется азотный генератор, который применяет вышеупомянутую PSA-технологию или вышеупомянутую VPSA-технологию для разделения газов, необходимо учитывать тот факт, что азотный генератор может работать с импульсным всасывающим действием.
Особенно на территориях большого объема, например, складах, часто желательно использовать множество азотных генераторов, расположенных параллельно для установления и поддержания заданного или определяемого заранее уровня инертирования, при этом может случиться так, что азотные генераторы основаны на различных технологиях разделения газов. Такой случай требует наличия дорогой и независимой линии возврата для каждого азотного генератора из замкнутого помещения к соответствующему азотному генератору, чтобы обеспечить оптимальную работу каждого азотного генератора. Такое требование приводит к относительно сложной конструкции системы инертирования.
Начиная с изложенной проблемы, настоящее изобретение основано на задаче дополнительной разработки системы инертирования, известной из печатной публикации ЕР 2204219 A1, соответственно, способа инертирования, известного из печатной публикации ЕР 2204219 A1, чтобы заданный уровень инертирования можно было бы установить в замкнутом помещении по возможности простейшим, но наиболее эффективным образом.
В соответствии с первым аспектом изобретения, относящегося к способу инертирования в смесительной камере, предусматривается исходная газовая смесь, содержащая кислород, азот и другие применяемые компоненты, причем система газоразделения отделяет, по меньшей мере, часть кислорода из предоставленной исходной газовой смеси и, таким образом, газовая смесь, обогащенная азотом, предоставляется на выходе системы газоразделения, и причем газовая смесь, обогащенная азотом, подается по трубе в атмосферу закрытого помещения. Предусматривается система обратного трубопровода, соединяющая закрытое помещение со смесительной камерой, для подачи исходной газовой смеси, причем дополнительно предусматривается вентиляционный механизм для извлечения части окружающего воздуха из закрытого помещения, предпочтительно регулированным образом, и подачи его в смесительную камеру, причем извлеченная из помещения часть воздуха смешивается со свежим воздухом, предпочтительно регулированным образом, посредством вентиляционного механизма, предусмотренного в системе трубопровода для подачи свежего воздуха, соединенной со смесительной камерой.
Дополнительный аспект изобретения в отношении способа предусматривает, что вентиляционный механизм, установленный в системе обратного подающего трубопровода, регулируется таким образом, чтобы объем воздуха, извлекаемого из помещения в единицу времени, и подаваемого в смесительную камеру, был установлен таким, чтобы разность между давлением, превалирующим в смесительной камере, и давлением внешней окружающей среды не превышала заданный или определяемый заранее верхний порог, и также не достигала заданный или определяемый заранее нижний порог.
Дополнительный аспект изобретения в отношении способа предусматривает, что вентиляционный механизм, установленный в системе трубопровода для подачи свежего воздуха, регулируется таким образом, чтобы объем свежего воздуха, смешенного с объемом воздуха, извлекаемого из помещения, был установлен таким, чтобы разность между давлением, превалирующим в смесительной камере, и давлением внешней окружающей среды не превышала заданный или определяемый заранее верхний порог, и также не достигала заданный или определяемый заранее нижний порог.
Дополнительный аспект изобретения в отношении системы инертирования предусматривает, что система инертирования дополнительно содержит смесительную камеру, предпочтительно, смесительную камеру, выполненную в виде смесительной трубки, которая служит для получения исходной газовой смеси, причем первая система трубопровода открывается в смесительную камеру, при этом часть воздуха из закрытого помещения извлекается и направляется в смесительную камеру через первую систему трубопровода, и причем вторая система трубопровода открывается в смесительную камеру, при этом свежий воздух подается в смесительную камеру через вторую систему трубопровода.
Дополнительный аспект изобретения в отношении системы инертирования предусматривает, что система инертирования дополнительно содержит первый вентиляционный механизм, регулируемый блоком управления в первой системе трубопровода, и второй вентиляционный механизм, регулируемый блоком управления во второй системе трубопровода.
Дополнительный аспект изобретения в отношении системы инертирования предусматривает, что блок управления системы инертирования выполнен с возможностью регулирования первого вентиляционного механизма таким образом, чтобы количество воздуха, извлекаемого из помещения в единицу времени, и подаваемого в смесительную камеру посредством упомянутого первого вентиляционного механизма, можно установить таким, чтобы разность между давлением, превалирующим в смесительной камере, и давлением внешней окружающей среды не превышала заданный или определяемый заранее верхний порог, и также не достигала заданный или определяемый заранее нижний порог.
Дополнительный аспект изобретения в отношении системы инертирования предусматривает, что блок управления системы инертирования выполнен с возможностью регулирования второго вентиляционного механизма таким образом, чтобы объем свежего воздуха, смешенного с воздухом, извлекаемым из помещения в единицу времени посредством упомянутого второго вентиляционного механизма, можно установить таким, чтобы разность между давлением, превалирующим в смесительной камере, и давлением внешней окружающей среды не превышала заданный или определяемый заранее верхний порог, и также не достигала заданный или определяемый заранее нижний порог.
Дополнительный аспект изобретения в отношении системы инертирования предусматривает, что система инертирования содержит блок управления, который выполнен с возможностью регулирования системы газоразделения, чтобы остаточное содержание кислорода в газовой смеси, обогащенной азотом, изменялось в функции от содержания кислорода, превалирующего в атмосфере закрытого помещения в соответствующий момент.
Результирующий или тушащий пожар эффект данного способа инертирования основан на принципе замещения кислорода. Общеизвестно, что обычный воздух окружающей среды состоит из примерно 21% кислорода по объему, примерно 78% азота по объему и примерно 1% по объему других газов. Чтобы эффективно снизить риск возгорания в закрытом помещении, концентрация кислорода в соответствующем помещении снижается введением инертного газа, например, азота. Для большинства сухих веществ известно, что эффект пожаротушения возникает, когда процентное содержание кислорода падает ниже 15% по объему. В зависимости от горючих материалов, находящихся в защищенном помещении, может стать необходимым дополнительное снижение процентного содержания кислорода, например, до 12%. Следовательно, непрерывное приведение защищенного помещения в инертное состояние будет также эффективно минимизировать риск возгорания в защищенном помещении.
В способе и, соответственно, в системе согласно изобретению используется знание того, что чистота азота азотсодержащей газовой смеси, полученной на выходе системы газоразделения, соответственно, остаточное содержание кислорода азотсодержащей газовой смеси, полученной на выходе системы газоразделения, воздействует на так называемое «время откачки». Термин «время откачки» относится к длительности времени, необходимого для установления заранее определенного уровня инертирования в атмосфере закрытого помещения.
Специальные знания, используемые в этом случае, заключаются в том, что с увеличением чистоты азота воздушный коэффициент системы газоотделения повышается экспоненциально.
Термин «воздушный коэффициент» относится к соотношению объема исходной газовой смеси, поступающей в систему газоразделения в единицу времени, к объему азотсодержащего газа, полученного на выходе системы газоразделения в единицу времени. Азотный генератор обычно позволяет сделать произвольный выбор чистоты азота, требуемой на выходе системы газоразделения, при этом это значение можно установить в самом азотном генераторе. Вообще говоря, чем ниже установлена чистота азота, тем ниже будут эксплуатационные расходы для азотного генератора. В частности, компрессору потребуется работать в течение сравнительно короткого периода времени, для получения азотсодержащей смеси при установлении чистоты азота в выходном отверстии системы газоразделения.
В отношении расходов, произведенных с целью работы системы инертирования по инертированию помещения, следует принять во внимание другие дополнительные факторы. Сюда, в частности входят факторы очистки, вовлеченные в замещение кислорода в атмосфере закрытого помещения посредством газовой смеси, обогащенной азотом, полученной в выходном отверстии системы газоразделения до достижения и, соответственно, поддержания заданного уровня инертирования. Эти факторы очистки, в частности, включают в себя количество азотсодержащего газа, вырабатываемого системой газоотделения в единицу времени, пространственный объем закрытого помещения и разность между содержанием кислорода, превалирующего в атмосфере закрытого помещения в этот соответствующий момент, и содержанием кислорода, соответствующим заданному уровню инертирования. Таким образом, следует принять во внимание, что с точки зрения времени откачки чистота азота газовой смеси, полученной на выходе системы газоразделения, соответственно, остаточное содержание кислорода азотсодержащей газовой смеси, подобным образом играет решающую роль, поскольку операция очистки производится тем быстрее, чем ниже остаточное содержание кислорода в азотсодержащей газовой смеси.
Под используемым термином «система газоразделения» следует понимать систему, которая может осуществлять разделение исходной газовой смеси, содержащей, по меньшей мере, компоненты «кислород» и «азот» на газ, обогащенный кислородом, а также газ, обогащенный азотом. Функционирование такой системы газоразделения обычно основано на действии мембран газоразделения. Система газоразделения, используемая в настоящем изобретении, главным образом выполнена с возможностью отделения кислорода от исходной газовой смеси. Такой тип системы газоразделения часто именуется «азотный генератор».
Такой тип системы газоразделения использует мембранный модуль или, например, подобное устройство, при этом различные компоненты, содержащиеся в исходной газовой смеси (например, кислород, азот, благородные газы и т.д.) диффундируют через мембрану с различными скоростями, основанными на их молекулярной структуре. В качестве мембраны можно использовать полую волоконную мембрану. Кислород, двуокись углерода и водород имеют высокую скорость диффузии и поэтому выходят из исходной газовой смеси относительно быстро, проходя через мембранный модуль. Дзот, имеющий низкую скорость диффузии, просачивается через полую волоконную мембрану мембранного модуля очень медленно и поэтому концентрируется, проходя через упомянутую полую волоконную мембрану/мембранный модуль. Чистота азота, соответственно, остаточное содержание кислорода газовой смеси, возбуждающей систему газоразделения, определяется скоростью потока. Изменение давления и объемной скорости потока позволяет регулировать систему газоразделения на требуемую чистоту азота и необходимый объем азота. Конкретно, чистота азота регулируется скоростью, с которой газ проходит через мембрану (время пребывания).
Отделенная газовая смесь, обогащенная кислородом, обычно концентрируется и выпускается в окружающую среду при атмосферном давлении. Сжатая газовая смесь, обогащенная азотом, обеспечивается в выходном отверстии системы газоразделения. Анализ газового состава продукта производится путем измерения остаточного содержания кислорода в процентах по объему. Содержание азота определяется вычитанием измеренного остаточного содержания кислорода из 100%. Таким образом, следует принять во внимание, что, хотя это значение определено как содержание азота или чистота азота, это фактически является инертным содержанием, так как этот компонент состоит не только из азота, но также из других газовых компонентов, например, благородных газов.
Обычно в систему газоразделения, соответственно, в азотный генератор, подается сжатый воздух, который очищен расположенными выше фильтрующими устройствами. В принципе можно использовать процесс изменения давления (PSA технология), используя два молекулярных сита для вырабатывания газа, обогащенного азотом, при этом два сита попеременно переключаются из режима фильтрации в режим регенерации, тем самым выпуская поток газа, обогащенного азотом.
Пока нет необходимости иметь непрерывный поток газа, обогащенного азотом, можно также использовать одно молекулярное сито, которое попеременно переключается в режим адсорбции при прикладывании давления, в течение которого на выходе вырабатывается газ, обогащенный азотом, после этого переключается в режим десорбции при более низком давлении, во время которого воздух, обогащенный кислородом, может очищаться вблизи молекулярного сита.
Если азотный генератор использует, например, мембранную технологию, в процессе используются общие знания того, что различные газы диффундируют через материалы с различной скоростью. В случае азотных генераторов различные скорости диффузии главных компонентов воздуха, т.е. азота, кислорода и водяного пара, используются для генерирования потока азота, соответственно, воздуха, обогащенного азотом. Подробно, чтобы технически реализовать азотный генератор, основанный на мембранной технологии, на внешние поверхности полых волоконных мембран наносится сепарационный материал, через который могут легко диффундировать водяной пар и кислород, но который допускает только низкую скорость диффузии для азота. Когда воздух протекает через внутреннюю часть такого обработанного полого волокна, водяной пар и кислород быстро диффундируют наружу через стенку полого волокна, в то время как азот в значительной части задерживается внутри волокна, так что сильная концентрация азота возрастает во время прохода через полое волокно. Эффективность такого разделительного процесса в значительной степени зависит от скорости потока в волокне и перепада давления у стенки полого волокна. С уменьшением скорости потока и/или при более высоком перепаде давления между внутренней и внешней частями полой волоконной мембраны, чистота получающегося в результате потока азота увеличивается. Вообще говоря, азотный генератор, основанный на мембранной технологии, может регулировать степень азотирования азотсодержащего воздуха, вырабатываемого азотным генератором в функции от времени пребывания сжатого воздуха, вырабатываемого источником сжатого воздуха, в системе сжатого воздуха азотного генератора.
С другой стороны, если азотный генератор основан, например, на технологии PSA, специально обработанный активированный древесный уголь использует различные скорости связывания атмосферного кислорода и атмосферного азота. Используемая структура активированного древесного угля, таким образом, изменяется, чтобы большое количество микропор и субмикропор (d<1 нм) распространялось по чрезвычайно большой площади поверхности. При таком размере пор молекулы кислорода воздуха диффундируют в поры значительно быстрее, чем молекулы азота, чтобы воздух вблизи активированного древесного угля обогащался азотом. Таким образом, азотный генератор, основанный на технологии PSA, как и азотный генератор, основанный на мембранной технологии, может регулировать степень азотирования азотсодержащего воздуха, вырабатываемого азотным генератором в функции времени пребывания сжатого воздуха, вырабатываемого источником сжатого воздуха, в системе сжатого воздуха азотного генератора.
Как описано выше, эти типы азотных генераторов, основанных на технологии PSA, должны попеременно работать в режиме адсорбции и режиме десорбции, при этом давление следует прикладывать к молекулярному ситу в режиме адсорбции (режим фильтрации), чтобы обеспечить достаточную диффузию молекул кислорода в поры активированного древесного угля (углеродные гранулы) для генерирования процесса. В сравнении с более высоким давлением сита в отношении давления окружающей среды во время фазы адсорбции, давление снижается во время последующей фазы десорбции (фаза очистки или регенерации), чтобы обеспечить эффективную чистку углеродных гранул.
Стандартные PSA азотные генераторы, которые по этой причине также называются адсорбционными генераторами с переменным давлением, используют уровень давления, в значительной степени соответствующий давлению окружающей среды во время цикла регенерации (фаза десорбции). По сравнению с такими стандартными адсорбционными генераторами, так называемые адсорбционные генераторы с переменным вакуумметрическим давлением (VPSA технология) имеют более сложную конфигурацию, их десорбционный процесс усиливается, соответственно сокращается тем, что не только давление уменьшается до уровня давления окружающей среды, но также давление, приближающееся к уровню вакуумметрического давления, которое ниже, чем давление окружающей среды, активно устанавливается вблизи молекулярного сита, которое должно быть регенерировано. Для этого необходимо обеспечить, в дополнение к повышенному уровню вакуумметрического давления, вырабатываемого компрессором, также соответствующее пониженное давление, приближающееся к уровню давления, для которого обычно необходим источник вакуума. Такой источник вакуума может быть выполнен, например, в виде вакуумного насоса.
Как указано выше, в решении согласно изобретению используется знание того, что, с одной стороны, воздушный коэффициент системы газоразделения увеличивается экспоненциально с повышением чистоты азота, а с другой стороны, чтобы установить заданный уровень инертирования, компрессор, используемый в системе инертирования, должен работать в течение более длительного периода времени, чем меньше разность между содержанием кислорода, превалирующего в атмосфере закрытого помещения в соответствующий момент, и остаточным содержанием кислорода в азотсодержащей газовой смеси. Таким образом, следует принять во внимание, что потребление энергии системой инертирования прямо пропорционально длительности времени, которое занимает процесс откачки, чтобы привести помещение в инертное состояние, либо при установлении в помещении постоянного остаточного содержания кислорода, либо при уменьшении до нового пониженного уровня, поскольку расположенный выше компрессор системы газоразделения приводится в рабочее состояние цифровым управлением при оптимальной эффективности.
Следовательно, остается отметить, что - если для чистоты азота выбирается низкое значение, например, только 90% по объему - система инертного газа должна работать в течение относительно длительного периода времени, чтобы установить уровень инертирования. Стоит только значению чистоты азота повыситься, например, до 95% по объему, разность между содержанием кислорода уровня инертирования, который следует установить, и остаточным содержанием кислорода газовой смеси, полученной в выходном отверстии газоразделительной системы, также увеличится, что, таким образом, снижает продолжительность работы, которая требуется компрессору, чтобы установить уровень инертирования, и, следовательно, уменьшает потребление энергии системой инертирования. Однако, обстоятельство увеличения чистоты азота на выходе системы газоразделения также неизбежно повышает воздушный коэффициент. Обстоятельство оказывает негативное воздействие на продолжительность работы компрессора, необходимую для установления уровня инертирования, соответственно, потребление энергии системой инертирования. Это негативное воздействие превалирует, если повышение воздушного коэффициента в силу повышения чистоты азота становится заметным.
В отличие от обычных систем, известных из предшествующего уровня техники, в которых выбирается постоянное значение чистоты азота газоразделительной системы, настоящее изобретение основано на системе инертирования, в которой, когда закрытое помещение приводится в инертное состояние, содержание остаточного кислорода, полученного в выходном отверстии системы газоразделения, и газовой смеси, обогащенной азотом, предпочтительно автоматически или селективно регулируется к содержанию кислорода, превалирующего в этот соответствующий момент в атмосфере закрытого помещения, чтобы, таким образом, установить значение чистоты азота системы газоразделения, которое оптимизируется с точки зрения необходимого времени.
Используемая фраза «значение чистоты азота, оптимизированное по времени», относится к чистоте азота системы газоразделения, соответственно, содержанию кислорода на выходе системы газоразделения и газовой смеси, обогащенной азотом, при которых определенная система инертирования, в которой объем азотсодержащей газовой смеси, предусмотренный в единицу времени, является постоянным, предполагает минимальный период времени для понижения текущего содержания кислорода до заранее заданного содержания кислорода, соответствующего данному уровню инертирования.
Имеется возможность установить объем воздуха помещения, извлекаемого из помещения в единицу времени, и подаваемого на смесительную камеру, и/или объем свежего воздуха, добавленного к части воздуха, извлекаемого из помещения в единицу времени, чтобы разность между давлением, превалирующим в смесительной камере, и атмосферным давлением не превышала заданный или определяемый заранее верхний порог, и также не достигала заданный или определяемый заранее нижний порог, обеспечивала, чтобы исходная газовая смесь, полученная на выходе смесительной камеры, всегда находилась в определенном состоянии и была оптимально адаптирована к системе газоразделения. В частности, решение согласно изобретению позволяет системе газоразделения использовать множество азотных генераторов, при этом множество азотных генераторов также могут быть основаны на различных технологиях разделения газов. Решением в соответствии с изобретением особенно предусматривается то, что соответствующее всасывающее действие множества применяемых азотных генераторов не будет мешать другим предусмотренным азотным генераторам. Следовательно, решение согласно изобретению вполне подходит для применения в качестве системы пожаротушения или средства предотвращения пожара в помещениях большого размера, например, складах, путем использования многочисленных и потенциально различных азотных генераторов для разделения газов, не требуя дорогостоящего, независимого и регулируемого обратного трубопровода для каждого азотного генератора из защищенного помещения к соответствующему азотному генератору. Соответственно, адаптированный обратный способ, предложенный решением согласно изобретению, устраняет увеличенные расходы при реализации системы инертирования согласно изобретению.
В частности, решение согласно изобретению также снижает эксплуатационные расходы, требуемые для обеспечения эффекта инертирования простым для реализации, но эффективным образом, в частности, в относительно больших по объему помещениях, например, складах.
Дополнительный аспект изобретения предусматривает верхний предел перепада давления в 1,0 мбар, предпочтительно, 0,5 мбар, при этом низкий порог перепада давления предпочтительно составляет 0,0 мбар. Наличие разности между давлением, превалирующим в смесительной камере, и внешним атмосферным давлением, находящимся в пределах указанного диапазона, всегда гарантирует, что соответствующее всасывающее действие применяемых азотных генераторов (постоянное всасывающее действие азотного генератора, который использует мембранную технологию для разделения газов или импульсное всасывающее действие азотного генератора, который использует технологию PSA или VPSA для разделения газов) не будет мешающим действием. Конечно, возможны другие значения для верхнего и/или нижнего порога.
Дополнительный аспект изобретения предусматривает регулируемый блоком управления первый вентиляционный механизм в первой системе трубопровода, через который часть воздуха, содержащегося внутри закрытого помещения, извлекается из помещения регулируемым блоком управления образом и направляется в смесительную камеру. Дополнительным преимуществом является наличие второго регулируемого блоком управления вентиляционного механизма во второй системе трубопровода, через которую свежий воздух подается в смесительную камеру регулируемым образом. Следовательно, блок управления должен быть выполнен с возможностью управления первым и/или вторым вентиляционным механизмом, чтобы объем воздуха, извлекаемого из помещения в единицу времени, был идентичен объему газовой смеси, обогащенной азотом, которая подается в атмосферу закрытого помещения в единицу времени. Наличие соответствующим образом регулируемых вентиляционных механизмов может дополнительно поддерживать разность между давлением, превалирующим в смесительной камере, и давлением внешней окружающей среды (в пределах определенного диапазона) заданного или определяемого заранее значения простым для реализации, но эффективным образом. Таким образом, гарантируется, что исходная газовая смесь предоставляется для используемых соответствующим образом азотных генераторов газоразделительной системы в оптимально адаптированном состоянии.
В соответствии с дополнительным аспектом изобретения, объем свежего воздуха, который смешивается с воздухом, извлекаемым из помещения, в смесительной камере в единицу времени, выбирается таким, чтобы объем воздуха, извлекаемый из помещения в единицу времени, был идентичен объему газовой смеси, обогащенной азотом, которая подается по трубе в атмосферу закрытого помещения в единицу времени. Таким образом, этим гарантируется, что не будет вырабатываться избыточное или отрицательное давление при введении газовой смеси, обогащенной азотом, в атмосферу закрытого помещения или при выпуске/возврате воздуха из закрытого помещения, соответственно.
Чтобы получить исходную газовую смесь, дополнительная особенность изобретения предусматривает смесительную секцию, в которую открывается первая система трубопровода, через которую часть воздуха, содержащегося в закрытом помещении, извлекается регулируемым образом, и вторая система трубопровода, с помощью которой свежий воздух подается регулируемым образом, предпочтительно, посредством Y-соединителя. Эта смесительная секция либо встроена в смесительную камеру, либо установлена выше смесительной камеры. Смесительная секция служит для смешивания воздуха, извлекаемого из закрытого помещения, с подаваемым свежим воздухом, и выполнена таким образом - для гарантии оптимального смешивания - чтобы в смесительной секции возник турбулентный поток. Для этой цели можно соответствующим образом снизить эффективное проходное сечение в смесительной камере, чтобы была установлена скорость потока свежего воздуха, вводимого в смесительную секцию, и обратного воздуха помещения, подобным образом введенного в смесительную секцию, которая больше, чем характеристическая ограничивающая скорость, зависящая от числа Рейнольдса. Альтернативно или в дополнение к этому, можно предусмотреть элементы прерывания потока в смесительной секции, чтобы возбудить турбулентный поток в упомянутой смесительной секции.
В последнем приведенном варианте, в котором смесительная секция встроена в смесительную камеру или установлена выше смесительной камеры для турбулентного смешивания воздуха, возвращенного из помещения, и подаваемого свежего воздуха, дополнительная особенность изобретения предусматривает, что смесительная секция имеет достаточно большую длину, чтобы осуществить по возможности более полное и равномерное смешивание воздуха, возвращенного из помещения, и подаваемого свежего воздуха. Особенно предпочтительно, чтобы длина смесительной секции была, по меньшей мере, в пять раз больше гидравлического диаметра смесительной камеры. Гидравлический диаметр - это теоретический размер для расчетов, связанных с трубами или каналами некруглого сечения. Данный термин позволяет производить расчеты круглых труб. Этот коэффициент в четыре раза больше проходного сечения и смоченного периметра (применяемого внутреннего и внешнего) измерительного сечения.
Дополнительный аспект изобретения предусматривает, что система газоразделения содержит, по меньшей мере, один, а предпочтительно, множество азотных генераторов, каждый связан с соответствующим компрессором, соединенным со смесительной камерой посредством системы трубопровода. Остаточное содержание кислорода, полученное в выходном отверстии азотного генератора и газовой смеси, обогащенной азотом, регулируется для каждого азотного генератора посредством блока управления. Такая реализация особенно подходит для защиты больших площадей, например, склада.
Дополнительный аспект изобретения предусматривает, что, по меньшей мере, один азотный генератор системы газоразделения, соответственно, один из множества азотных генераторов, выполнен в виде адсорбционного генератора с переменным вакуумметрическим давлением; т.е., другими словами, генератора, функционирующего в соответствии с технологией VPSA. В случае такого адсорбционного генератора с переменным вакуумметрическим давлением, система трубопровода дополнительно предусматривается между смесительной камерой и, по меньшей мере, одним входным отверстием адсорбционного генератора с переменным вакуумметрическим давлением. Регулируемый промежуточный клапан, имеющий контрольное соединение с блоком управления, активен в этой системе трубопровода. Таким образом, блок управления может осуществлять прямое регулируемое соединение между смесительной камерой и, по меньшей мере, одним входным отверстием адсорбционного генератора с переменным вакуумметрическим давлением. В сочетании со способом согласно изобретению, предусматривается, что во время фазы десорбции адсорбционного генератора с переменным вакуумметрическим давлением и, например, за несколько секунд до запланированного завершения фазы десорбции, например, за пять секунд до запланированного завершения фазы десорбции, промежуточный клапан в системе трубопровода, соединяющий смесительную камеру и азотный генератор, переходит из закрытого положения в открытое положение, открывая проход, чтобы смесительная камера была непосредственно соединена, по меньшей мере, с одним входным отверстием адсорбционного генератора с переменным вакуумметрическим давлением до завершения фазы десорбции адсорбционного генератора с переменным вакуумметрическим давлением.
Дополнительный аспект изобретения предусматривает, что азотный генератор системы газоразделения, выполненный в виде адсорбционного генератора с переменным вакуумметрическим давлением, содержит, по меньшей мере, одно входное отверстие, при этом, по меньшей мере, одно входное отверстие избирательно подсоединяется к стороне повышенного давления компрессора или стороне пониженного давления источника вакуума посредством системы трубопровода.
В соответствии с дополнительным аспектом изобретения с азотным генератором системы газоразделения, выполненного в виде адсорбционного генератора с переменным вакуумметрическим давлением, имеющего, по меньшей мере, одно входное отверстие, по меньшей мере, одно входное отверстие азотного генератора подсоединяется к стороне пониженного давления источника вакуума во время фазы десорбции.
В соответствии с дополнительным аспектом изобретения с азотным генератором системы газоразделения, выполненного в виде адсорбционного генератора с переменным вакуумметрическим давлением, имеющего, по меньшей мере, одно входное отверстие, при этом, по меньшей мере, одно входное отверстие избирательно подсоединяется к смесительной камере посредством системы трубопровода.
В соответствии с дополнительным аспектом изобретения с азотным генератором системы газоразделения, выполненного в виде адсорбционного генератора с переменным вакуумметрическим давлением, имеющего, по меньшей мере, одно входное отверстие, по меньшей мере, одно входное отверстие азотного генератора подсоединяется к смесительной камере посредством системы трубопровода, чтобы закончить фазу десорбции.
Поскольку отрицательное давление превалирует в этом входном отверстии адсорбционного генератора с переменным вакуумметрическим давлением, воздух, обогащенный азотом, из смесительной камеры автоматически подается в это входное отверстие адсорбционного генератора с переменным вакуумметрическим давлением до конца фазы десорбции, что приводит, например, к адсорбционному слою, содержащему гранулы углерода (CMS). Таким образом, в таком адсорбционном слое (CMS контейнер) происходит пассивное повышение давления, чтобы фаза десорбции адсорбционного генератора с переменным вакуумметрическим давлением могла быть пассивно завершена без дополнительного расхода энергии, что экономит время и энергию по сравнению с обычными решениями. Более того, если затем адсорбционный генератор с переменным давлением переключается в последующий режим адсорбции, такое пассивное повышение давления в адсорбционном слое (CMS контейнер) позволяет адсорбционному генератору с переменным вакуумметрическим давлением переключаться в режим адсорбции возможно без нагрузки на компрессор, что в противном случае было бы необходимым для восстановления давления в зоне адсорбционного слоя для последующего режима адсорбции, которое почти равно избыточному давлению, впоследствии создаваемому во время фазы адсорбции. Этим достигается то, что компрессор, связанный с адсорбционным генератором с переменным вакуумметрическим давлением может возвратить молекулярному ситу рабочее давление в более короткий промежуток времени, при этом затем азот, в свою очередь, генерируется быстрее в выходном отверстии адсорбционного генератора с переменным вакуумметрическим давлением. Более того, так как воздух, который уже содержит азот, протекает из смесительной камеры по направлению к молекулярному ситу, уровень кислорода во время последующей фазы адсорбции уже становится более низким. Соответствующая конструкция смесительной камеры, например, предпочтительно, в виде длинной смесительной трубки, в свою очередь, имеет предпочтительные свойства компенсации колебаний давления, чтобы раннее завершение процедуры уравнивания давления в такой фазе десорбции адсорбционного генератора с переменным вакуумметрическим давлением, не оказало бы воздействия, например, на другие из множества азотных генераторов. Другими словами, обеспечение непрерывной невзаимосвязанной работы всех используемых азотных генераторов.
В отношении смесительной камеры, используемой в решении согласно изобретению, дополнительный аспект изобретения предусматривает, что смесительная камера имеет объем, который зависит от количества азотных генераторов, используемых в системе инертирования, и/или от принципа, на котором основано функционирование, по меньшей мере, одного азотного генератора. Объем смесительной камеры должен, в частности, выбираться таким, чтобы соответствующее всасывающее действие используемых азотных генераторов было бы невзаимным действием для всех азотных генераторов.
В соответствии с дополнительной особенностью изобретения смесительная камера дополнительно выполнена таким образом, чтобы максимальная скорость потока, которая может быть в смесительной камере, в среднем была меньше, чем 0,1 м/с. Это достигается соответствующим подбором гидравлического сечения смесительной камеры.
Дополнительный аспект изобретения предусматривает, что остаточное содержание кислорода газовой смеси, обогащенной азотом, чистота азота системы газоразделения, соответственно, предпочтительно устанавливаются автоматически в соответствии с заданной характеристической кривой.
Дополнительный аспект изобретения предусматривает, что такая характеристическая кривая определяет оптимизированное по времени свойство остаточного содержания кислорода в газовой смеси, обогащенной азотом, в отношении содержания кислорода в атмосфере закрытого помещения, в соответствии с чем процесс инертирования может установить определяемое заранее сниженное содержание кислорода в атмосфере закрытого помещения по сравнению с обычным окружающим воздухом в течение наикратчайшего промежутка времени.
Фраза «оптимизированное по времени свойство остаточного содержания кислорода» относится к оптимизированному по времени значению остаточного содержания кислорода, зависящему от содержания кислорода в атмосфере закрытого помещения. Как упомянуто выше, оптимизированное по времени значение остаточного содержания кислорода соответствует значению остаточного содержания кислорода, которое должно быть выбрано для системы газоразделения, чтобы способ инертирования мог установить определяемое заранее содержание кислорода в атмосфере закрытого помещения, которое снижено по сравнению с обычным окружающим воздухом в течение наикратчайшего промежутка времени.
Характеристическая кривая, в соответствии с которой остаточное содержание кислорода устанавливается как фактор содержания кислорода, превалирующего в соответствующий момент в атмосфере закрытого помещения, задается (измеренная и вычисленная) для системы газоразделения/системы инертирования.
Поскольку одна особенность решения согласно изобретению относится к установлению чистоты азота системы газоразделения или, соответственно, остаточного содержания кислорода в газовой смеси, обогащенной азотом, в функции от содержания кислорода, превалирующего в атмосфере закрытого помещения в соответствующий момент, и в соответствии с дополнительной особенностью решения согласно изобретению, чистота азота системы газоразделения, соответственно, остаточное содержание кислорода в газовой смеси, обогащенной азотом, автоматически устанавливается в функции от содержания кислорода, превалирующего в атмосфере закрытого помещения в соответствующий момент, чтобы привести помещение в инертное состояние при наименьших возможных эксплуатационных затратах, дополнительная особенность изобретения предусматривает либо непосредственно, либо опосредованно измерение текущего содержания кислорода в атмосфере помещения непрерывно или в определенные заранее моменты времени, и/или при определенных заранее событиях. Дополнительная особенность изобретения дополнительно предусматривает установление определенного заранее оптимизированного по времени значения остаточного содержания кислорода в газовой смеси, обогащенной азотом, непрерывно или в определенные заранее моменты времени, и/или при определенных заранее событиях. Это определенное заранее оптимизированное по времени значение должно соответствовать остаточному содержанию кислорода, при котором способ инертирования может снизить содержание кислорода в атмосфере закрытого помещения до определенного заранее значения откачки, основанного на соответствующем текущем содержании кислорода в течение по возможности наикратчайшего периода времени.
Дополнительная особенность решения согласно изобретению предусматривает, что не только чистота азота системы газоразделения изменяется в функции от содержания кислорода, превалирующего в соответствующий момент в атмосфере закрытого помещения, но и содержание кислорода в исходной газовой смеси также изменяется в функции от содержания кислорода, превалирующего в атмосфере закрытого помещения в соответствующий момент. Таким образом, применяется знание того, что воздушный коэффициент системы газоразделения можно уменьшить, если исходная газовая смесь, подаваемая в систему газоразделения, содержит пониженное содержание кислорода.
Следовательно, с целью получения исходной газовой смеси, одна особенность изобретения предусматривает регулированное извлечение части воздуха окружающей среды из закрытого помещения и регулированную подачу свежего воздуха в извлеченную часть воздуха помещения. Чтобы таким образом предотвратить изменение давления внутри закрытого помещения при подаче газа, обогащенного азотом, или при вытяжке части окружающего воздуха помещения, объем свежего воздуха, примешиваемого к окружающему воздуху, извлекаемого из помещения, выбирается таким, чтобы объем окружающего воздуха, извлекаемого из помещения в единицу времени, был идентичен объему газовой смеси, обогащенной азотом, получаемой в выходном отверстии системы газоразделения и подаваемой по трубе в атмосферу закрытого помещения в единицу времени.
Далее следует описание примерных вариантов системы инертирования согласно изобретению со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 схематическое изображение системы инертирования в соответствии с первым вариантом настоящего изобретения;
Фиг.2 схематическое изображение системы инертирования в соответствии со вторым вариантом настоящего изобретения;
Фиг.3 схематическое изображение системы инертирования в соответствии с третьим вариантом настоящего изобретения;
Фиг.4 схематическое изображение системы инертирования в соответствии с четвертым вариантом настоящего изобретения;
Фиг.5 графическое изображение воздушного коэффициента в отношении чистоты азота с системой инертирования согласно Фиг.1, Фиг.2, Фиг.3 или Фиг.4, а также графическое изображение времени вытяжки в отношении чистоты азота, и особенно понижение содержания кислорода от первоначальных 17,4% по объему до 17% по объему, а также понижение содержания кислорода от первоначальных 13,4% по объему до 13,0% по объему;
Фиг.6 графическое изображение оптимизированной по времени чистоты азота в отношении текущего содержания кислорода в атмосфере закрытого помещения с системой инертирования согласно Фиг.1, Фиг.2, Фиг.3 или Фиг.4;
Фиг.7 графическое изображение воздушного коэффициента системы газоразделения с системой инертирования согласно Фиг.1, Фиг.2, Фиг.3 или Фиг.4 по сравнению с содержанием кислорода исходной газовой смеси, подаваемой на систему газоразделения, чтобы отделить, по меньшей мере, часть кислорода от исходной газовой смеси и тем самым получить азотсодержащую газовую смесь в выходном отверстии системы газоразделения;
Фиг.8 графическое изображение экономии энергии, которую можно достигнуть путем снижения содержания кислорода в атмосфере закрытого помещения посредством решения согласно изобретению; и
Фиг.9 схематическое изображение системы инертирования в соответствии с пятым вариантом настоящего изобретения;
Фиг.10 схематическое изображение системы инертирования в соответствии с шестым вариантом настоящего изобретения;
На фиг.1 показан первый примерный вариант системы 1 инертирования согласно настоящему изобретению в схематичном представлении. Представленная система 1 инертирования служит для установления и поддержания определенного заранее уровня инертирования в атмосфере закрытого помещения 2. Закрытым помещением 2 может быть, например, склад, в котором содержание кислорода в окружающем воздухе помещения снижено и поддерживается на определенном уровне инертирования, например, 12% или 13% по объему кислорода в качестве предупредительной меры защиты от пожара.
Закрытое помещение 2 селективно приводится в инертное состояние автоматически посредством блока 5 управления. Для этой цели система 1 инертирования в соответствии с вариантом, показанном на фиг.1, содержит систему газоразделения, состоящую из компрессора 3.1, а также азотного генератора 4.1. Компрессор 3.1 служит для подачи сжатой исходной газовой смеси, состоящей, по меньшей мере, из компонентов кислорода и азота, к азотному генератору 4.1. Для этой цели выходное отверстие компрессора 3.1 соединено с входным отверстием азотного генератора 4.1 посредством системы 17.1 трубопровода, чтобы подать сжатую исходную газовую смесь на азотный генератор 4.1. Можно сжать исходную газовую смесь в выходном отверстии компрессора 3.1 до давления, например, от 7.5 до 9.5 бар, предпочтительно, 8.8 бар.
Азотный генератор 4.1 содержит, по меньшей мере, один мембранный модуль 19, например, полый волоконный мембранный модуль, через который выдавливается исходная газовая смесь, предоставляемая компрессором 3.1 после прохождения через соответствующий фильтр 18. Различные компоненты, содержащиеся в исходной газовой смеси (в частности, кислород и азот) диффундируют через полую волоконную мембрану мембранного модуля 19 с различной скоростью в соответствии с их молекулярной структурой. Таким образом, разделение газов основано на известном принципе действия, что азот только очень медленно при низкой скорости диффузии просачивается через полую волоконную мембрану и таким образом концентрируется при прохождении через полую волоконную мембрану мембранного модуля 19. Таким образом, газовая смесь, обогащенная азотом, предоставляется в выходном отверстии 4а.1 азотного генератора 4.1. Эта газовая смесь, обогащенная азотом, находится в сжатом виде - как в случае с исходной газовой смесью, подаваемой на входное отверстие азотного генератора 4.1, при этом, однако, прохождение, по меньшей мере, через один мембранный модуль 19 азотного генератора 4.1 приводит к падению давления, например, от 1.5 до 2.5 бар.
Хотя на фиг.1 показано не ясно, газовая смесь, обогащенная азотом, выделенная в азотном генераторе 4.1, концентрируется и выпускается в окружающую среду при атмосферном давлении.
Может быть предусмотрен соответствующий сброс давления, чтобы давление внутри закрытого помещения 2 не изменялось, когда подается азотсодержащая газовая смесь. Это можно реализовать, например, независимо открывающими/закрывающими клапанами сброса давления (не показано на фиг.1). С другой стороны, однако, также можно выпускаемый объем окружающего воздуха подать в смесительную камеру 6 через систему 9 обратного трубопровода с целью сброса давления при переводе помещения 2 в инертное состояние.
Окружающий воздух, выпускаемый из закрытого помещения 2, подается в смесительную камеру 6 через первое входное отверстие 9а обратного трубопровода 9. Смесительная камера 6 дополнительно содержит второе входное отверстие 8а, которое открывается в систему 8 питающего трубопровода для подачи свежего воздуха в смесительную камеру 6. Смесительная камера 6 вырабатывает исходную газовую смесь, которая сжата в компрессоре 3, и из которого, по меньшей мере, часть кислорода отделяется в системе газоразделения (азотный генератор 4.1). По этой причине выходное отверстие смесительной камеры 6 соединяется с входным отверстием компрессора 3.1 соответствующей системой 15.1 трубопровода.
Подробно, первый вентиляционный механизм 11, регулируемый блоком 5 управления, предусмотрен в системе 9 обратного трубопровода, и второй вентиляционный механизм 10, также регулируемый блоком 5 управления, предусмотрен в системе 8 трубопровода подачи свежего воздуха. Таким образом, гарантируется, что при должной активации соответствующих вентиляционных механизмов 10, 11, количество свежего воздуха, смешенного с окружающим воздухом, извлеченным из помещения 2, будет выбрано таковым, чтобы объем воздуха, извлекаемого из помещения 2, был идентичным объему газовой смеси, обогащенной азотом, полученной в выходном отверстии 4а.1 азотного генератора 4.1, подаваемой по трубопроводу в атмосферу замкнутого помещения в единицу времени.
Система 1 инертирования в соответствии с вариантом настоящего изобретения, схематично изображенная на фиг.1, характеризуется вышеупомянутым блоком 5 управления, соединенным с соответственно регулируемыми компонентами системы 1 инертирования, и выполненным с возможностью автоматического управления азотным генератором 4.1, соответственно, системой газоразделения, чтобы азотсодержащая газовая смесь в выходном отверстии 4а.1 системы газоразделения имела остаточное содержание кислорода, которое зависит от содержания кислорода, превалирующего в атмосфере закрытого помещения в этот соответствующий момент. В частности, азотный генератор 4.1 представленной предпочтительной реализации системы 1 инертирования согласно изобретению, регулируется блоком 5 управления, чтобы в зависимости от содержания кислорода в атмосфере закрытого помещения 2, измеренного с помощью системы 16 измерения кислорода, газовая смесь, обогащенная азотом, имела остаточное содержание кислорода от 10.00% до 0.01% по объему, при этом остаточное содержание кислорода газовой смеси, обогащенной азотом, уменьшается с уменьшением содержания кислорода в атмосфере закрытого помещения 2.
Для этой цели система 1 инертирования согласно изобретению дополнительно содержит в дополнении к вышеупомянутой системе 16 измерения кислорода для измерения или определения текущего содержания кислорода в атмосфере закрытого помещения 2, систему 21 измерения остаточного содержания кислорода для измерения остаточного содержания кислорода в азотсодержащей газовой смеси в выходном отверстии 4а.1 азотного генератора 4.1, соответственно, для определения чистоты азота газовой смеси в выходном отверстии 4а.1 азотного генератора 4.1. Обе системы 16, 21 измерения соответственно подсоединены к блоку 5 управления.
На фиг.2 показано схематическое изображение системы 1 инертирования в соответствии со вторым вариантом настоящего изобретения. Система 1 инертирования в соответствии со вторым вариантом особенно подходит для установления и поддержания заранее определенного уровня инертирования в помещении с кондиционированным воздухом, например, холодное складское помещение или склад с холодильниками, например, с целью экономии насколько это возможно. Конструкция и функционирование системы 1 инертирования согласно варианту, представленному на фиг.2, преимущественно соответствует конструкции и функционированию системы инертирования, описанной выше со ссылкой на фиг.1, чтобы избежать повторения, ниже будут описаны только различия.
Чтобы сделать возможной наиболее экономичную инертизацию помещения 2 с кондиционированным воздухом, предпочтительно предусмотреть систему 13 теплообменника в системе 9 обратного трубопровода между помещением 2 и смесительной камерой 6, как показано на фиг.2. Также дополнительно предпочтительно, чтобы система 9 обратного трубопровода была защищена, по меньшей мере, частично теплоизоляцией 20 - как показано на фиг.2 - чтобы предотвратить замерзание системы 9 обратного трубопровода, когда охлажденный окружающий воздух, извлеченный из закрытого помещения 2, подается в систему 13 теплообменника через систему 9 обратного трубопровода, перед тем как упомянутый воздух затем будет подан по трубе в смесительную камеру 6. Система 13 теплообменника может содержать дополнительный вентилятор 14, необходимый для того, чтобы окружающий воздух можно было извлечь из атмосферы закрытого помещения без падения давления.
Система 13 теплообменника служит, таким образом, для использования, по меньшей мере, части израсходованного тепла в результате работы компрессора 3.1, чтобы соответственно нагревать окружающий воздух, извлекаемый из помещения. Различные системы используются для системы 13 теплообменника, например, пластинчатый теплообменник, который передает, по меньшей мере, часть тепловой энергии отработанного воздуха из компрессора 3.1, воздуху, извлекаемому из помещения, посредством теплообменной среды, например, воды, чтобы повысить температуру извлекаемого окружающего воздуха до умеренной температуры, например, 20°С, что полезно для функционирования и эффективности азотного генератора 4.1.
После того, как окружающий воздух, извлеченный из закрытого помещения 2, фильтруется в системе 13 теплообменника, воздух подается в смесительную камеру 6 через первое входное отверстие 9а системы 9 обратного трубопровода. Смесительная камера 6 дополнительно содержит второе входное отверстие 8а, в которое открывается система 8 питающего трубопровода для подачи свежего воздуха в смесительную камеру 6. Смесительная камера 6 вырабатывает исходную газовую смесь, сжатую в компрессоре 3.1, и из которой, по меньшей мере, часть кислорода отделяется в системе газоразделения (азотный генератор 4.1), По этой причине выходное отверстие смесительной камеры 6 присоединено к входному отверстию компрессора 3.1 посредством соответствующей системы 15 трубопровода.
На фиг.3 показано схематическое изображение системы 1 инертирования в соответствии с третьим вариантом настоящего изобретения. Конструкция и функционирование системы 1 инертирования согласно варианту, представленному на фиг.3, преимущественно соответствует конструкции и функционированию системы инертирования, описанной выше со ссылкой на фиг.1, чтобы избежать повторения, ниже будут описаны только различия.
Как показано на фиг.3, смесительная камера представленного варианта реализована в виде фильтра 6′. Смесительная камера, реализованная в виде фильтра 6′, таким образом, выполняет две функции: с одной стороны служит для получения исходной газовой смеси путем смешивания свежего воздуха, подаваемого системой трубопровода подачи свежего воздуха, с окружающим воздухом, извлекаемым из помещения 2, подаваемым системой 9 обратного трубопровода. С другой стороны, смесительная камера, реализованная в виде фильтра 6′, служит для фильтрации полученной исходной газовой смеси перед ее сжатием посредством компрессора 3.1. Это освобождает от необходимости в установке дополнительного фильтра во входном отверстии компрессора 3.1.
Четвертый примерный вариант системы 1 инертирования согласно изобретению будет описан ниже со ссылкой на изображение, представленное на фиг.4.
Конструкция и функционирование системы 1 инертирования согласно четвертому варианту преимущественно идентичны варианту, представленному выше со ссылкой на фиг.1, хотя вариант согласно фиг.4 использует множество азотных генераторов 4.1, 4.2, и 4.3, соединенные параллельно. Каждый азотный генератор 4.1, 4.2, 4.3 соответственно связан с компрессором 3.1, 3.2, 3.3, который соединяется со смесительной камерой 6 посредством соответствующей системы 15.1, 15.2, 15.3 трубопровода, чтобы отсасывать необходимую исходную газовую смесь из смесительной камеры для соответствующего азотного генератора 4.1, 4.2, 4.3, и для сжатия смеси до значения давления, необходимого для оптимальной работы соответствующего азотного генератора 4.1, 4.2, 4.3. Каждый азотный генератор 4.1, 4.2, 4.3, используемый в системе 1 инертирования согласно варианту, представленному на фиг.4, соединяется с закрытым помещением 2 посредством соответствующего питающего трубопровода 7.1, 7.2, 7.3. Следовательно, система газоразделения, представленная в варианте на фиг.4, образована компонентами ″азотного генератора 4.1, 4.2, 4.3″ и связанными компонентами ″компрессора 3.1, 3.2, 3.3″.
Как и с вариантами решения согласно изобретению, описанными выше со ссылкой на изображения, представленными на фиг.1-3, вариант согласно фиг.4 также использует обратный трубопровод 9. Как показано, первый вентиляционный механизм 11 предусмотрен в обратном трубопроводе 9, который может соответствующим образом регулироваться блоком 5 управления, чтобы часть окружающего воздуха можно было извлечь из закрытого помещения 2 регулируемым образом и направить на смесительную камеру 6. Трубопровод 8 подачи свежего воздуха дополнительно предусмотрен в варианте, представленном на фиг.4, для подачи свежего воздуха из внешней зоны 25 в смесительную камеру регулируемым образом. Для этой цели второй вентиляционный механизм 10, регулируемый блоком 5 управления предусмотрен в трубопроводе 8 подачи свежего воздуха.
Как и с вариантами системы 1 инертирования, описанными выше, смесительная камера 6 также предусмотрена в варианте, представленном на фиг.4, чтобы получить исходную газовую смесь, состоящую из кислорода, азота и других применяемых компонентов. Исходная газовая смесь, полученная в смесительной камере 6, подается на соответствующие компрессоры 3.1, 3.2, 3.3 системы газоразделения через соответствующие системы 15.1, 15.2, 15.3 трубопровода.
Чтобы исходная газовая смесь, полученная в смесительной камере 6, находилась в оптимальном состоянии для соответствующих используемых азотных генераторов 4.1, 4.2, 4.3, вариант системы 1 инертирования, представленной на фиг.4, предусматривает, что смесительная секция 12 встроена в смесительную камеру 6, хотя необязательно встраивать смесительную секцию 12 в смесительную камеру 6, ее также можно установить выше смесительной камеры 6.
Конкретно, в варианте, представленном на фиг.4, обратный трубопровод 9 с одной стороны, и трубопровод 8 подачи свежего воздуха с другой стороны, открываются в смесительную секцию 12. Хотя на фиг.4 показано неясно, предпочтительно, чтобы конец 9а обратного трубопровода 9 и конец 8а трубопровода 8 подачи свежего воздуха открывались в смесительную секцию 12 посредством Y-соединителя, предпочтительно расположенного выше концевой части упомянутой смесительной секции 12.
Смесительная секция 12 служит для оптимального смешивания свежего воздуха, подаваемого через питающий трубопровод 8, и воздуха помещения, подаваемого через обратный трубопровод 9. Для этой цели предпочтительно, чтобы смесительная секция 12 имела такие размеры, чтобы в смесительной секции 12 создавался турбулентный поток. Этого можно достигнуть путем снижения эффективного проходного сечения смесительной камеры 12, чтобы установить скорость потока в смесительной секции 12, которая больше, чем ограничивающая скорость для создания характеристики турбулентного потока, и зависит от соответствующего числа Рейнольдса. Альтернативно или в дополнение к этому, в равной степени можно предусмотреть элементы прерывания потока в смесительной секции 12, чтобы возбудить турбулентный поток в упомянутой смесительной секции 12.
Из схематического изображения на фиг.4 можно отметить, что смесительная секция 12 имеет достаточно большую длину, чтобы осуществить наиболее оптимальное тщательное смешивание свежего воздуха и воздуха помещения, подаваемого от расположенной выше концевой части до расположенной ниже концевой части смесительной секции. Экспериментальные тесты показали, что полезно, чтобы длина смесительной секции 12, по меньшей мере, была в пять раз больше эффективного проходного сечения смесительной секции 12.
Окружающий воздух, возвращенный из закрытого помещения 2 по обратному трубопроводу 9 и тщательно смешенный со свежим воздухом, подаваемым в смесительную секцию 12, по трубе подается в смесительную камеру 6 у расположенной ниже концевой части смесительной секции 12. В противоположность смесительной секции 12, смесительная камера 6 имеет явно большее эффективное проходное сечение, чтобы осуществить уменьшение потока. Особенно необходимо, чтобы исходная газовая смесь, окончательно полученная в смесительной камере 6, всегда находилась в оптимальном состоянии для применяемых азотных генераторов 4.1, 4.2, 4.3. Это, в частности, означает, что разность между давлением, превалирующим в смесительной камере 6, и внешним атмосферным давлением не превышает заданный или определяемый заранее верхний порог, и также не достигает заданный или определяемый заранее нижний порог. Дополнительно, максимальная скорость потока, которая может возникнуть в смесительной камере, должна быть в среднем меньше 0,1 м/с.
Чтобы соответствовать всем этим условиям в отношении исходной газовой смеси, вариант системы 1 инертирования, представленный на фиг.4, предусматривает датчик 26 давления внутри смесительной камеры 6. Упомянутый датчик 26 давления измеряет давление, превалирующее внутри смесительной камеры 6, непрерывно или через заданные промежутки времени и/или на заданные события и посылает показание на блок 5 управления. Блок 5 управления сравнивает значение давления, измеренное в смесительной камере 6 со значением давления внешней атмосферы и соответственно регулирует первый и/или второй вентиляционный механизм 11, 10 на основании сравнения двух значений давления, чтобы гарантировать, что разность между давлением, превалирующим в смесительной камере 6 и внешним атмосферным давлением не превышает заданный или определяемый заранее верхний порог, и также не достигает заданный или определяемый заранее нижний порог.
Для полноты отмечается, что соответствующий датчик 27 давления предусматривается во внешней зоне 25, чтобы измерять давление во внешней зоне 25 непрерывно или через заданные промежутки времени и/или на заданные события и посылает показание на блок 5 управления. Альтернативно, датчиком 26 давления также может быть датчик перепада давления.
В варианте системы 1 инертирования, представленном на фиг.4, блок 5 управления выполнен с возможностью регулирования первого вентиляционного механизма 11 и/или второго вентиляционного механизма 10, чтобы разность между давлением, превалирующим в смесительной камере 6, и внешним атмосферным давлением составляла максимум 0,1 бар и предпочтительно максимум 0,5 бар.
Из фиг.4 можно отметить, что все три азотных генератора 4.1, 4.2, 4.3 используются для разделения газов. Таким образом, возможно, чтобы некоторые или все азотные генераторы 4.1, 4.2, 4.3 были основаны на различных способах разделения газов. Следовательно, можно, например, чтобы первый азотный генератор 4.1 использовал разделяющую мембрану для разделения газов. Компрессор 3.1, связанный с первым азотным генератором 4.1, соответствующим образом регулируется, чтобы во входном отверстии упомянутого азотного генератора 4.1 установилось соответствующее давление (например, 13 бар). Второй азотный генератор 4.2 может, например, использовать PSA технологию для разделения газов. Связанный компрессор 3.2 должен быть в этом случае выполнен соответствующим образом, на основании чего он должен подавать исходное давление, например, 8 бар. Дополнительный азотный генератор 4.3, используемый в варианте согласно фиг.4, может быть азотным генератором, основанным, например, на VPSA технологии. Связанный компрессор 3.3 должен быть выполнен таким образом, чтобы во входном отверстии давление было низким.
Таким образом, система газоразделения, представленная в варианте на фиг.4, использует комбинацию различных азотных генераторов 4.1, 4.2, 4.3, при этом компрессоры 3.1, 3.2, 3.3, соответствующим образом связанные с азотными генераторами 4.1, 4.2, 4.3, адаптированы к соответствующему рабочему режиму генератора.
Чтобы гарантировать оптимальное функционирование системы газоразделения, смесительная камера 6 должна быть достаточно большой, чтобы не возникали недопустимые колебания давления во время работы отдельных компрессоров 3.1, 3.2, 3.3, и, в частности, не было взаимовлияния на используемые азотные генераторы 4.1, 4.2, 4.3. Как отмечено ранее, максимальное значение допустимых колебаний давления предпочтительно составляет 1,0 бар и наиболее предпочтительно, 0,5 бар.
Хотя на фиг.4 явно не показано, предпочтительно, чтобы соответствующие системы 15.1, 15.2, 15.3 трубопроводов, которые соединяют соответствующие компрессоры 3.1, 3.2, 3.3 со смесительной камерой 6, открывались в смесительную камеру 6 посредством всасывающих отверстий соответствующего размера, чтобы предотвратить непосредственное динамическое влияние потока всасываемого воздуха. Подобно, всасывающие отверстия должны находиться на соответствующем расстоянии друг от друга.
Использование ранее описанной специальной смесительной камеры 6, смесительной секции 12, соответственно, не ограничивается вариантом системы 1 инертирования согласно изобретению, представленным на фиг.4. Наоборот, вполне возможно также использовать смесительную камеру 6, смесительную секцию 12, соответственно, из фиг.4 в вариантах, показанных на фиг.1-3, чтобы оптимизировать работу системы 1 инертирования.
Как и вышеописанные варианты системы инертирования согласно изобретению, система 1 инертирования в соответствии с изображением на фиг.4, также предусматривает измерение содержания кислорода исходной газовой смеси, полученной в смесительной камере 6 непрерывно или через заданные промежутки времени и/или на заданные события и направление измеренного значения на блок 5 управления. Поэтому предпочтительно, чтобы соответствующий датчик 22 кислорода был установлен у нижней концевой части смесительной секции 12.
Дополнительным преимуществом является наличие системы измерения кислорода в обратном трубопроводе 9. Однако, вместо системы измерения кислорода в обратном трубопроводе 9, содержание кислорода окружающего воздуха в закрытом помещении также можно измерить. Для этой цели система 16 измерения кислорода, соответствующим образом предусмотренная в помещении 2, используется в варианте, представленном на фиг.4.
В варианте, представленном на фиг.4, в котором множество азотных генераторов 4.1, 4.2, 4.3 используются для разделения газов, предпочтительно измерять скорости потоков газа, передаваемых по трубам из соответствующих выходных отверстий 4а.1, 4а.2, 4а.3 азотных генераторов 4.1, 4.2, 4.3 в закрытое помещение 2. Как показано, для этой цели в варианте, представленном на фиг.4, используются соответствующие датчики 28.1, 28.2, 28.3.
Дополнительным преимуществом является измерение скорости потока обратного трубопровода 9 посредством датчика 29 объемного расхода, скорость потока подачи 8 свежего воздуха посредством датчика 30 объемного расхода и скорости потока исходных газовых смесей, подаваемых на отдельные компрессоры 3.1, 3.2, 3.3, при необходимости. Все измеренные значения посылаются в блок 5 управления, который затем соответственно приводит в действие надлежащие регулируемые компоненты системы 1 инертирования, чтобы поддерживать разность давлений смесительной камере 6 и внешней зоной 25 в пределах допустимого регулируемого диапазона.
Более того, вариант, представленный на фиг.4, предусматривает, что блок 5 управления может устанавливать остаточное содержание кислорода на каждом азотном генераторе 4.1, 4.2, 4.3.
В предпочтительном варианте реализации системы 1 инертирования, схематично представленной на фиг.4, используются включенные параллельно от 10 до 11 VPSA азотных генераторов и от 2 до 4 мембранных азотных генераторов, при этом смесительная камера имеет площадь поверхности 10 м × 4,3 м.
Как изложено подробно ниже со ссылкой на графические изображения в соответствии с фиг.5-7, соответствующее установление чистоты азота используемого азотного генератора (используемых азотных генераторов) 4.1, 4.2, 4.3, соответствующее установление остаточного содержания кислорода в азотсодержащей смеси, полученной в соответствующем входном отверстии 4а.1, 4а.2, 4а.3 системы газоразделения, дает возможность установить определенный заранее уровень откачки в атмосфере закрытого помещения таким образом, который оптимизирован в отношении необходимого времени. Соответственно, решение согласно изобретению, таким образом, предусматривает, что чистота азота используемого азотного генератора (используемых азотных генераторов) 4.1, 4.2, 4.3, устанавливается и регулируется в функции от содержания кислорода, превалирующего в атмосфере закрытого помещения 2 в соответствующий момент, когда закрытое помещение 2 переводится в инертное состояние.
Чистоту азота можно изменять путем изменения времени пребывания исходной газовой смеси, по меньшей мере, в одном мембранном модуле 19 используемого азотного генератора (используемых азотных генераторов) 4.1, 4.2, 4.3. Этим можно, например, регулировать поток через мембранный модуль 19 и обратное давление посредством соответствующего регулирующего клапана 24 в выходном отверстии мембранного модуля 19. Высокое давление на мембрану и длительное время пребывания (низкая скорость потока) приводят к высокой чистоте азота в соответствующем выходном отверстии 4а.1, 4а.2, 4а.3 соответственно используемого азотного генератора 4.1, 4.2, 4.3.
Оптимизированное по времени значение предпочтительно выбирается для соответствующей чистоты азота, что позволяет системе инертирования устанавливать и поддерживать определенный заранее уровень инертирования в закрытом помещении 2 в течение наикратчайшего возможного периода времени. При использовании соответствующих оптимизированных по времени значений для чистоты азота при установлении и поддержании определенного заранее уровня инертирования в закрытом помещении, можно уменьшить время, необходимое для процесса откачки (либо для поддержания фиксированного остаточного содержания кислорода, либо при снижении до нового уровня откачки) и, таким образом, снизить энергию, потребляемую системой инертирования, поскольку компрессор 3.1, 3.2, 3.3 приводится в рабочее состояние цифровым управлением при оптимальной эффективности.
Система 1 инертирования согласно варианту, представленному на фиг.1, 2, 3, или 4, дополнительно характеризуется смесительной камерой 6, снабжающей систему газоразделения, состоящую из компрессора 3.1 и азотного генератора 4.1, систему газоразделения, состоящую из компрессоров 3.1, 3.2, 3.3 и азотных генераторов 4.1, 4.2, 4.3, соответственно, исходной газовой смесью, которая может иметь более низкое содержание кислорода, чем содержание кислорода обычного окружающего воздуха (т.е., прибл. 21% по объему). Конкретно, вышеупомянутая система 9 обратного трубопровода предусматривается для этой цели, эта система подает, по меньшей мере, часть окружающего воздуха закрытого помещения 2 в смесительную камеру 6 через вентиляционный механизм 11 с регулированием от блока 5 управления. Таким образом, когда содержание кислорода уже понизилось в закрытом помещении 2, система 9 обратного трубопровода будет снабжать смесительную камеру газовой смесью, которая обогащена азотом, по сравнению с обычным окружающим воздухом. Эта часть воздуха помещения смешивается с поданным воздухом в смесительной камере 6, чтобы снабжать компрессор 3.1 и азотный генератор 4.1, компрессоры 3.1, 3.2, 3.3 и азотные генераторы 4.1, 4.2, 4.3, соответственно, необходимым объемом исходной газовой смеси. Поскольку содержание кислорода исходной газовой смеси влияет на воздушный коэффициент системы газоразделения, соответственно, на используемые азотные генераторы 4.1, 4.2, 4.3, и также влияет на оптимизированное по времени значение для чистоты азота используемых азотных генераторов 4.1, 4.2, 4.3, вариант системы 1 инертирования, представленный на фиг.1, предусматривает систему 22 измерения кислорода в системе 15.1 трубопровода между выходным отверстием смесительной камеры 6 и входным отверстием компрессора 3.1 для измерения содержания кислорода в выходной газовой смеси. Дополнительно можно предусмотреть соответствующие системы 23, 24 измерения кислорода в системе 9 обратного трубопровода, трубопроводе 8 подачи свежего воздуха, соответственно, чтобы измерять содержание кислорода в подаваемом воздухе и в воздухе помещения, обогащенном азотом непрерывно или через определенные заранее моменты времени и/или при определенных заранее событиях. На основе измеренных показаний, на состав исходной газовой смеси (в частности, в отношении ее содержания кислорода) может соответствующим образом влиять надлежащая активация вентиляционных механизмов 10 и/или 11.
Ниже будет дана ссылка на графические изображения, представленные на фиг.5-7 при описании того, как работает система 1 инертирования согласно изобретению, схематично изображенная на фиг.1-4. В отношении системы 1 инертирования, схематично изображенной на фиг.1-4, необходимо сделать предположение, что закрытое помещение 2 имеет объем 1000 кубических метров. Дополнительно предполагается, что система 1 инертирования выполнена с возможностью подачи максимум всего 48 кубических метров азотсодержащего газа в час в выходное отверстие системы газоразделения.
На фиг.5 представлено графическое изображение воздушного коэффициента для системы газоразделения, используемой в системе 1 инертирования, схематично изображенной на фиг.1-4, с различной чистотой азота. Соответственно, следует отметить, что воздушный коэффициент увеличивается экспоненциально с уменьшением остаточного содержания кислорода газовой смеси обогащенной азотом, в выходном отверстии системы газоразделения. Конкретно, воздушный коэффициент при остаточном содержании кислорода в 10% по объему (чистота азота: 90%) составляет прибл. 1,5, это означает, что объем 0,67 кубического метра газовой смеси, обогащенной азотом, можно получить в выходном отверстии системы газоразделения на кубический метр исходной газовой смеси. Это отношение уменьшается с увеличением чистоты азота, что можно отметить на графике фиг.5.
На фиг.5 дополнительно показана тенденция воздушного коэффициента, в соответствии с которой регулирование времени откачки взаимодействует с повышением чистоты азота при различной чистоте азота. Конкретно показано, с одной стороны, сколько должны работать компрессор или компрессоры 3.1, 3.2, 3.3, чтобы понизить содержание кислорода в атмосфере закрытого помещения от исходного содержания 17,4% по объему до 17,0% по объему. С другой стороны также показано, как долго должны работать компрессор или компрессоры 3.1, 3.2, 3.3, чтобы понизить содержание кислорода в атмосфере закрытого помещения от исходного содержания 13,4% по объему до 13,0% по объему с системой 1 инертирования в соответствии с фиг.1-4.
Сравнение двух периодов откачки (регулирование времени откачки от 17,4% по объему → 17,0% по объему и регулирование времени откачки от 13,4% → 13,0% по объему) показывает, что для установления и поддержания уровня инертирования 17% по объему, время действия компрессора 3.1, компрессоров 3.1, 3.2, 3.3, соответственно, можно свести к минимуму, если в системе газоразделения устанавливается чистота азота 93,3%. Однако, чтобы установить и поддержать уровень инертирования 13% по объему содержания кислорода, то оптимизированная по времени чистота будет тогда составлять около 94,1% по объему. Следовательно, время откачки или время действия компрессора 3.1, компрессоров 3.1, 3.2, 3.3, соответственно, для установления определенного заранее уровня инертирования в атмосфере замкнутого помещения 2 зависит от чистоты азота, установленной для системы газоразделения, или, соответственно, зависит от остаточного содержания кислорода газовой смеси, обогащенной азотом, полученной в выходном отверстии системы газоразделения, установленного посредством применяемых азотных генераторов 4.1, 4.2, 4.3.
Соответствующие минимальные значения времени откачки в отношении чистоты азота ниже будут отмечены как «оптимизированная по времени чистота азота». На фиг.6 оптимизированная чистота азота для системы 1 инертирования в соответствии с фиг.1-4. Конкретно указана оптимизированная по времени чистота, которая применяется для системы газоразделения системы 1 инертирования в соответствии с фиг.1-4 для различных концентраций кислорода в атмосфере замкнутого помещения 2.
Из характеристической кривой, показанной на фиг.6 можно непосредственно увидеть, что применяемые азотные генераторы 4.1, 4.2, 4.3 должны быть установлены так, чтобы остаточное содержание кислорода в газовой смеси, полученной в выходном отверстии системы газоразделения, уменьшалось с уменьшением содержания кислорода в атмосфере закрытого помещения 2. Если используемый азотный генератор работает в соответствии с характеристической кривой чистоты азота, показанной на фиг.6, при переводе закрытого помещения 2 в инертное состояние, можно установить и поддерживать определенный заранее уровень инертирования в атмосфере закрытого помещения в течение наикратчайшего возможного времени работы используемых компрессоров 3.1, 3.2, 3.3, и, следовательно, при наименьших возможных затратах энергии.
На фиг.7 показано графическое изображение влияния содержания кислорода в исходной газовой смеси, оказываемого на воздушный коэффициент системы газоразделения. В соответствии с этим, при фиксированной чистоте азота для системы газоразделения, воздушный коэффициент падает с уменьшением содержания кислорода в исходной газовой смеси. Как отмечено выше, обратный подающий трубопровод 9 предусмотрен в системе 1 инертирования в соответствии со схематическим изображением, например, на фиг.1, посредством которого часть окружающего воздуха помещения (уже азотированного, при необходимости) подается в смесительную камеру 6 регулируемым образом, чтобы таким образом уменьшить содержание кислорода исходной газовой смеси с первоначальных 21% по объему (содержание кислорода обычного окружающего воздуха). При такой рециркуляции уже азотированного воздуха помещения можно, таким образом, дополнительно снизить воздушный коэффициент системы газоразделения, эффективность системы газоразделения повысить, а энергию, требуемую для установления и поддержания определенного заранее уровня инертирования могла дополнительно уменьшить.
Характеристическую кривую, показанную на фиг.7, можно предпочтительно скомбинировать со способом, графически представленным на фиг.5 и 6, чтобы оптимизированная подача азота предусматривалась при каждой концентрации кислорода исходной газовой смеси и в помещении 2.
На фиг.8 - для предназначенного применения - показана экономия энергии, которую можно достигнуть (в %) при содержании кислорода, установленного в атмосфере закрытого помещения, когда решение согласно изобретению понижает концентрацию кислорода в атмосфере закрытого помещения. В представленном случае, с одной стороны, была выбрана оптимизированная по времени чистота азота для азотного генератора во время инертирования помещения, а с другой стороны, происходила рециркуляция ранее азотированного воздуха, чтобы дополнительно снизить воздушный коэффициент азотного генератора и повысить его эффективность.
Ниже будет описан пятый примерный вариант системы 1 инертирования со ссылкой на фиг.9.
Конструкция и функционирование системы 1 инертирования согласно пятому варианту преимущественно идентичны конструкции и функционированию четвертого варианта, описанного выше со ссылкой на фиг.4. Азотный генератор 4.3 из множества азотных генераторов 4.1, 4.2 и 4.3, соединенных параллельно, выполнен в этом пятом варианте в виде адсорбционного генератора с переменным вакуумметрическим давлением на основе VPSA технологии. Как описано ранее со ссылкой на четвертый вариант согласно фиг.4, адсорбционный генератор 4.3 с переменным вакуумметрическим давлением в соответствии с пятым вариантом, также подключается посредством системы 17.3 трубопровода к связанному компрессору 3.3, который, в свою очередь соединен со смесительной камерой 6 через систему трубопровода 15.3. Промежуточный клапан дополнительно параллельно подсоединяется в систему 17.3 трубопровода между компрессором 3.3 и адсорбционным генератором с переменным вакуумметрическим давлением, который выполнен с возможностью регулирования и соединен с блоком 5 управления для этой цели. Дополнительно к соединению, выполненному между смесительной камерой 6 и адсорбционным генератором с переменным вакуумметрическим давлением через компрессор 3.3, предусматривается дополнительная система 42 трубопровода между смесительной камерой 6 и генератором 4.3. Промежуточный клапан снова параллельно подсоединяется в эту дополнительную систему 42 трубопровода, который также выполнен с возможностью регулирования и соединен с блоком 5 управления для этой цели.
Сам блок 5 управления выполнен с возможностью удерживания промежуточного клапана 40, установленного между компрессором 3.3 и генератором 4.3, в открытом положении во время адсорбционного режима работы адсорбционного генератора 4.3 с переменным вакуумметрическим давлением, и удерживания промежуточного клапана 41, установленного между смесительной камерой 6 и генератором 4.3, в закрытом положении во время адсорбционного режима работы генератора 4.3. Во время десорбционного режима работы адсорбционного генератора 4.3 с переменным вакуумметрическим давлением, имеющего, по меньшей мере, одно входное отверстие, соответствующим образом выполненный связанный компрессор 3.3 создает отрицательное давление, по меньшей мере, в одном входном отверстии генератора 4.3; т.е., давление, которое снижается до давления, близкого к вакуумметрическому давлению по сравнению с окружающим давлением. Во время этой фазы десорбции блок 5 управления открывает промежуточный клапан 41, установленный между смесительной камерой 6 и генератором 4.3, предпочтительно на несколько секунд, и особо предпочтительно, на пять секунд до запланированного завершения фазы десорбции, чтобы воздух, обогащенный азотом, мог протекать через систему 42 трубопровода непосредственно из смесительной камеры 6, по меньшей мере, в одно отверстие адсорбционного генератора 4.3 с переменным вакуумметрическим давлением перед завершением фазы десорбции. Чтобы предотвратить препятствие притоку воздуха и взаимодействию с компрессором 3.3, можно обеспечить, чтобы промежуточный клапан 40 между компрессором 3.3 и генератором 4.3 был введен в закрытое положение во время процесса выравнивания давления. Пассивный приток воздуха, обогащенного азотом, из смесительной камеры 6, по меньшей мере, в одно входное отверстие генератора 4.3, т.е., не индуцированный связанным компрессором 3.3, затем претерпевает увеличение давления перед завершением фазы десорбции в отверстии и внутри генератора 4.3 до давления не больше, чем давление внутри смесительной камеры 6, что происходит относительно быстро благодаря обходу компрессора 3.3 и более того, не требует энергоемкой работы связанного компрессора 3.3 во время упомянутого процесса выравнивания давления.
В последующей фазе адсорбции адсорбционного генератора 4.3 с переменным вакуумметрическим давлением, связанный компрессор 3.3 может довести генератор 4.3 до его рабочего давления в более короткий промежуток времени, при этом адсорбция и, следовательно, предоставление азотсодержащего воздуха, по очереди, начинается раньше. Так как воздух из смесительной камеры 6, используемый при выравнивании давления, уже азотированный, уровень кислорода в последующей фазе адсорбции генератора 4.3 становится ниже.
Адсорбционный генератор 4.3 с переменным вакуумметрическим давлением, таким образом, не ограничивается одним входным отверстием, соответственно, одним молекулярным ситом, снабженным, при необходимости, контейнером, содержащим гранулы углерода. Вместо этого можно также предусмотреть отдельный регулируемый промежуточный клапан 41 перед каждым контейнером, соответственно, перед каждым входом адсорбционного генератора 4.3 с переменным вакуумметрическим давлением, т.е. разветвление системы 42 трубопровода между смесительной камерой 6 и генератором 4.3 перед соответствующими входными отверстиями. Это, таким образом, делает возможной чередующую работу по адсорбции/десорбции адсорбционного генератора 4.3 с переменным вакуумметрическим давлением, чтобы наибольший возможный непрерывный поток воздуха, обогащенного азотом, был бы получен на входном отверстии 4а.3 для подачи в закрытое помещение 2.
Смесительная камера 6 предпочтительно выполнена в виде сравнительно длинной смесительной трубки и систем 15.1, 15.2, 15.3 трубопровода, выходящих по направлению к компрессорам 3.1, 3.2, 3.3, затем отходящих от конца такой смесительной трубки. Соответствующие размеры смесительной камеры 6, в частности, такой относительно длинной смесительной трубки, обеспечивает работу, которая в основном является невзаимосвязанной, даже если этот тип пассивного процесса выравнивания давления использует дополнительную систему 42 трубопровода между смесительной камерой 6 и адсорбционным генератором 4.3 с переменным вакуумметрическим давлением. Другими словами, соответствующие размеры такой смесительной камеры 6, выполненной в виде длинной смесительной трубки, снижает влияние давления; т.е. влияние давления на азотные генераторы 4.1, 4.2 несущественно, даже если используется адсорбционный генератор 4.3 с переменным вакуумметрическим давлением, снабженный обводным трубопроводом 42.
В противоположность пятому варианту, изображенному на фиг.9, такой дополнительный трубопровод 42 между смесительной камерой 6 и адсорбционным генератором 4.3 с переменным вакуумметрическим давлением посредством промежуточного соединения соответствующим образом регулируемого промежуточного клапана 41, однако, может быть также преимуществом в отсутствие множества систем (3.1, 4.1, 3.2, 4.2, 3.3, 4.3) газоразделения, или если не применяются азотные генераторы 4.1, 4.2, 4.3, использующие различные способы разделения газов. Даже наличие одного адсорбционного генератора 4.3 с переменным вакуумметрическим давлением дает преимущество в том, что, принимая во внимание соответствующий размер смесительной камеры 6, пассивное выравнивание давления можно регулировать промежуточным клапаном 41 до завершения фазы десорбции адсорбционного генератора 4.3 с переменным вакуумметрическим давлением, позволяет связанному компрессору 3.3 работать в совокупности в течение более короткого промежутка времени, тем самым обеспечивая энергоемкий результат.
Шестой примерный вариант системы 1 инертирования согласно изобретению будет описан ниже со ссылкой на фиг.10.
Конструкция и функционирование системы 1 инертирования согласно шестому варианту преимущественно сравнимы с конструкцией и функционированием пятого варианта, описанного выше со ссылкой на фиг.9. Как и в вышеописанном пятом варианте, азотный генератор 4.3 из множества азотных генераторов 4.1, 4.2 и 4.3, соединенных параллельно, выполнен в этом шестом варианте в виде адсорбционного генератора с переменным вакуумметрическим давлением на основе VPSA технологии. Адсорбционный генератор 4.3 с переменным вакуумметрическим давлением в соответствии с шестым вариантом, также подключается посредством системы 17.3 трубопровода к связанному компрессору 3.3, который, в свою очередь соединен со смесительной камерой 6 через систему 15.3 трубопровода. Адсорбционный генератор 4.3 с переменным вакуумметрическим давлением дополнительно имеет дополнительное входное отверстие, непосредственно соединенное со смесительной камерой 6 посредством дополнительной системы 42 трубопровода. Азотный генератор 4.3, выполненный в виде адсорбционного генератора с переменным вакуумметрическим давлением, дополнительно содержит два независимо работающих адсорбционных слоя 45а и 45b сита, которые соединяются посредством соответствующего регулируемого промежуточного клапана 44а/44b с входным отверстием 4а.3 азотного генератора 4.3, который, в свою очередь, может снабжать закрытое помещение 2 воздухом, обогащенным азотом, через подающий трубопровод 7.3. Множество дополнительных промежуточных клапанов 40а, 41а 43а соответственно, 40b, 41b, 43b предусмотрены для каждого слоя 45a/45b молекулярного сита в зоне входных отверстий слоев соответствующих молекулярных сит. Все эти промежуточные клапаны выполнены с возможностью регулирования и могут быть соответствующим образом приведены в действие вместе с дополнительными клапанами 44а, 44b, чтобы слой 45а первого молекулярного сита работал в режиме адсорбции во время первого соответствующего периода времени, чтобы снабжать питающий трубопровод 7.3 азотированным воздухом. Во время второго периода времени слой 45b второго молекулярного сита работает в таком состоянии адсорбции, чтобы подобным образом снабжать питающий трубопровод 7.3 азотированным воздухом. Другими словами, посредством соответственно чередующейся работы слоев 45а, 45b молекулярных сит в режиме адсорбции/десорбции, адсорбционный генератор 4.3 с переменным вакуумметрическим давлением, выполненный как таковой, делает возможным непрерывный выходной поток в питающий трубопровод 7.3.
Во время адсорбционной работы слоя 45а первого молекулярного сита адсорбционного генератора с переменным вакуумметрическим давлением, промежуточный клапан 40а между входным отверстием азотного генератора 4.3, соединенного с компрессором 3.3 посредством системы 17.3 трубопровода, а также связанный промежуточный клапан 44а, который регулирует выходное отверстие, открываются, чтобы азотированный воздух подавался на выходное отверстие азотного генератора 4.3. Промежуточный клапан 40b соответственно закрывается во время такой адсорбционной работы первого молекулярного сита 45а адсорбционного генератора 4.3, чтобы не подвергать слой второго молекулярного сита 45b действию сжатого воздуха от компрессора 3.3. Слой второго молекулярного сита 45b работает в режиме десорбции во время этого периода времени, при этом промежуточный клапан 43b открывается, чтобы соединить слой второго молекулярное сито 45b с источником V вакуума. Соответственно, промежуточные клапаны 43а и 43b закрываются в этом рабочем режиме. Подобно закрываются промежуточные клапаны 41а и 41b, которые могут устанавливать соединение с дополнительной системой 42 трубопровода и, следовательно, со смесительной камерой 6.
Если теперь азотный генератор 4.3, выполненный в виде адсорбционного генератора с переменным давлением, переключен из этого рабочего режима, т.е. из рабочего режима, при котором слой 45а первого молекулярного сита работает в режиме адсорбции, а слой 45b второго молекулярного сита работает в режиме десорбции, в обращенный рабочий режим, при котором слой 45а первого молекулярного сита работает в режиме десорбции, и слой второго 45b молекулярного сита работает в режиме адсорбции, затем незадолго до момента, когда режим десорбции слоя 45b второго молекулярного сита должен закончиться, закрываются промежуточные клапаны 40а, 40b и 43а, 43b, а также промежуточные клапаны 44а, 44b, расположенные при необходимости со стороны выходного отверстия. Одновременно или сразу после этого промежуточный клапан 41b открывается, чтобы создать прямое соединение между смесительной камерой 6 и слоем 45b второго молекулярного сита через дополнительную систему 42 трубопровода. Это приводит к пассивному выравниванию давления, превалирующего в слое 45b второго молекулярного сита, на основании чего воздух, который уже азотирован, пассивно протекает из смесительной камеры 6 предпочтительным образом. После выравнивания давления промежуточный клапан 41b может снова закрыться, а промежуточный клапан 40b открывается, чтобы соединить компрессор 3.3 с входным отверстием слоя 45b второго молекулярного сита, чтобы инициировать фазу адсорбции в слое второго молекулярного сита 45b. Соответствующим образом, открывается промежуточный клапан 44b со стороны выходного отверстия, чтобы обеспечить азотированный воздух в выходном отверстии 4а.3 азотного генератора. В этот момент, слой 45а первого молекулярного сита может работать в режиме десорбции, только необходимо открыть промежуточный клапан 43а, который соединяет входное отверстие слоя 45а первого молекулярного сита с источником вакуума.
Подобным образом, выключение этого азотного генератора 4.3, работающего с двумя слоями молекулярных сит, из рабочего режима, в котором слой 45а первого молекулярного сита работает в режиме десорбции, а слой 45b второго молекулярного сита работает в режиме адсорбции, причем промежуточный этап пассивного выравнивания происходит к концу фазы десорбции в слое 45а первого молекулярного сита.
Изобретение не ограничивается вариантами, показанными посредством изображений, представленных на прилагаемых чертежах, но взамен получаются из краткого обзора всех изложенных признаков. В связи с этим, следует, в частности отметить, что чертежи не обеспечивают подробное описание очевидных признаков, которые являются несущественными для изобретения. Например, на чертежах не показано выходное отверстие для насыщенного кислородом газа соответствующих азотных генераторов 4.1, 4.2, 4.3. Наличие соответствующим образом выполненного блока 5 управления и подсоединение его должным образом к отдельно регулируемым элементам, например, промежуточным клапанам, может быть также предусмотрено в шестом варианте в соответствии с фиг.10.
Перечень ссылочных номеров
1
система инертирования
2
закрытое помещение
3.1, 3.2, 3.3
компрессор
4.1, 4.2, 4.3
азотный генератор
4a.1, 4a.2, 4а.3
выходное отверстие азотного генератора
5
блок управления
6
смесительная камера
7.1, 7.2, 7.3
подающий трубопровод
8
подающий трубопровод (свежий воздух)
8а
входное отверстие трубопровода, подающего свежий воздух
9
обратный трубопровод
9а
входное отверстие обратного трубопровода
10
второй вентиляционный механизм
11
первый вентиляционный механизм
12
смесительная секция
13
система теплообменника
14
дополнительный вентилятор
15.1, 15.2, 15.3
система трубопровода между смесительной камерой и компрессором
16
система измерения кислорода
17.1, 17.2, 17.3
система трубопровода между компрессором и азотным генератором
18
фильтр
19
мембранный модуль
20
теплоизоляция
21
система измерения остаточного содержания кислорода
23
система измерения кислорода в обратном трубопроводе 9
24
система измерения кислорода в питающем трубопроводе 8
25
внешняя зона
26
датчик давления в смесительной камере
27
датчик давления во внешней зоне
28.1, 28.2, 28.3
объемный датчик расхода в питающем трубопроводе 7.1, 7.2, 7.3
29
объемный датчик расхода в обратном трубопроводе
30
объемный датчик расхода в трубопроводе 8 подачи свежего воздуха
40, 40а, 40b
промежуточный клапан между компрессором и входным отверстием слоя молекулярного сита
41, 41a, 41b
промежуточный клапан между смесительной камерой и входным отверстием слоя молекулярного сита
42
система трубопровода между смесительной камерой и азотным генератором
43а, 43b
промежуточный клапан между источником вакуума и входным отверстием слоя молекулярного сита
44a, 44b
промежуточный клапан между выходным отверстием молекулярного сита и подающим трубопроводом
45а, 45b
слой молекулярного сита и источник вакуума V