СИСТЕМА СНИЖЕНИЯ КИСЛОРОДА И СПОСОБ КОНФИГУРИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ СНИЖЕНИЯ КИСЛОРОДА
OXYGEN REDUCTION SYSTEM AND CONFIGURATION METHOD OF OXYGEN REDUCTION SYSTEM

Настоящее изобретение относится к системе для снижения содержания кислорода в атмосфере замкнутого пространства или, соответственно, для поддержания пониженного содержания кислорода в атмосфере замкнутого пространства ниже предварительно заданной и пониженной концентрации (рабочей концентрации) по сравнению с концентрацией кислорода обычной окружающей среды.
Система в соответствии с изобретением, в частности, сконфигурирована таким образом, чтобы предотвратить развитие или распространение огня путем введения газовой смеси с пониженным содержанием кислорода или газа, вытесняющего кислород, в атмосфере замкнутого пространства. Помимо этого, система в соответствии с изобретением, в частности, также пригодна для тушения пожаров в замкнутом пространстве.
Соответственно, предлагаемая изобретением система служит, например, для минимизации риска и для тушения пожаров в замкнутом пространстве, подлежащем мониторингу, в результате чего замкнутое пространство также является или может на постоянной основе создавать защитную атмосферу с разными уровнями снижения давления с целью предотвращения или контроля над пожарами.
Основной принцип, лежащий в основе технологии создания защитной атмосферы для предотвращения пожаров, основан на знании того, что оборудование внутри замкнутых пространств чувствительно реагирует на воздействие воды, риск пожара может быть уравновешен путем снижения концентрации кислорода в соответствующем замкнутом пространстве до значения, например, 15% по объему. Большинство горючих материалов больше не смогут воспламеняться при такой (пониженной) концентрации кислорода. Соответственно, основные области применения этой технологии создания защитной атмосферы при предотвращении пожаров также включают в себя области ИТ, электрические коммутационные и распределительные помещения, замкнутые помещения, а также складские помещения, содержащие ценные коммерческие товары.
Эффект пожаротушения, возникающий в результате этой технологии создания защитной атмосферы, основан на принципе вытеснения кислорода. Как известно, обычный атмосферный воздух состоит из 21% кислорода по объему, 78% азота по объему и 1% по объему других газов. Для целей противопожарной защиты содержание кислорода в атмосфере замкнутого пространства уменьшается за счет введения газовой смеси с пониженным содержанием кислорода, или газа, вытесняющего кислород, такого как, например, азот. Другим примером применения системы согласно изобретению является хранение предметов, в частности, продуктов питания, предпочтительно, семечковые, в контролируемой атмосфере (КА), в которой, среди прочего, регулируется пропорциональный процент атмосферного кислорода для замедления процесса вызревания, воздействующего на скоропортящиеся товары.
Системы снижения кислорода, в частности, те, что используются в качестве систем противопожарной защиты, систем пожаротушения, систем подавления взрывов или систем предотвращения взрывов, которые создают атмосферу с постоянно сниженной концентрацией кислорода, чем в окружающих условиях в замкнутому пространству, в частности, имеют то преимущество - по сравнению с системами водяного пожаротушения, такими как, например, водораспылительными системами или системами распыления тумана, что они пригодны для объемного тушения. Однако для этого необходимо предусмотреть предварительно рассчитанный (минимальный) объем газовой кислородсодержащей смеси / кислорода вытесняющего газа в замкнутое пространство для того, чтобы выполнить намеченную цель системы снижения кислорода, например, для предотвращения пожара, подавления взрыва, контроля над взрывами или пожаротушения. Упомянутый (минимальный) объем газовой смеси с пониженным содержанием кислорода / вытесняющего кислород газа, который должен быть введен в замкнутое пространство, рассчитывается в соответствии с эффективным объемом и герметичностью конструктивной системы замкнутого пространства.
Воздухонепроницаемость конструктивной системы замкнутого пространства, такой как, например, конструктивная система здания, обычно определяется испытанием на перепад давления (измерением естественной фильтрации воздуха в зданиях). Вентилятор, вносимый в замкнутое пространство, тем самым генерирует и поддерживает постоянное избыточное давление и отрицательное давление (например) 50 Па в замкнутое пространство. Объем воздуха, выходящего наружу из-за утечек в конструктивной системе замкнутого пространства, должен быть принудительно закачан в замкнутое пространство с помощью вентилятора и измерен. Так называемое значение n50 (единица: 1/час) часто обозначает, как внутренний объем, прогоняемый в час.
Воздухонепроницаемость, определяемая испытанием на перепад давления, таким образом, соответствует скорости воздухообмена, зависящей от утечек в конструктивной системы замкнутого пространства, которая также будет именоваться далее «независимой от подачи воздуха скоростью воздухообмена».
Однако, в частности, воздухонепроницаемость, определяемая испытанием на перепад давления, не влияет на воздушный обмен, осуществляемый посредством проемов, таких как двери, ворота или окна, которые по мере необходимости могут быть образованы в конструктивной системе замкнутого пространства для подачи и/или доступа к замкнутому пространству. Эта скорость воздухообмена также будет именоваться далее «зависимой от подачи воздуха скоростью воздухообмена».
В отличие от независимой от подачи воздуха скорости воздухообмена, зависимая от подачи воздуха скорость воздухообмена обычно не может быть заранее определена метрологически, поскольку зависимая от подачи воздуха скорость воздухообмена изменяется со временем и зависит от того, когда и как часто конструктивной системе замкнутого пространства открывается с целью подачи и/или доступа, как велико время, когда проем, образованный в конструктивной системе замкнутого пространства с целью подачи и/или доступа, остается открытым, и в конечном счете, насколько велик открываемый проем.
Эти параметры, определяющие зависимую от подачи воздуха скорость воздухообмена, обычно не могут быть заранее определены таким образом, что пиковые значения всегда принимались с учетом зависимой от подачи воздуха скорости воздухообмена в замкнутом пространстве при конфигурировании системы снижения кислорода, с учетом максимальной подачи и/или доступа. Таким образом, обеспечивается то, что даже в крайних случаях система снижения кислорода всегда может обеспечить достаточный объем газа, вытесняющего кислород, в единицу времени, чтобы иметь возможность надежно поддерживать пониженное содержание кислорода в атмосфере замкнутого пространства ниже предварительно заданной рабочей концентрации.
Одна из задач изобретения заключается в определении способа конфигурирования системы снижения кислорода, посредством чего система снижения кислорода сконфигурирована как можно оптимальнее с точки зрения фактических обстоятельств.
В частности, зависимая от подачи воздуха скорость воздухообмена, фактически возникающая / существующая на практике, должна учитываться в конфигурации системы снижения кислорода, чтобы, тем самым, избежать чрезмерного увеличения размеров системы снижения кислорода. В то же время необходимо обеспечить, чтобы система снижения кислорода всегда могла поддерживать содержание кислорода в атмосфере замкнутого пространства ниже предварительно заданной и сниженной рабочей концентрации по сравнению с концентрацией кислорода в обычной атмосфере среды.
Кроме того, создается соответствующая система снижения кислорода, которая лучше адаптирована к фактическим условиям замкнутого пространства по сравнению с системами снижения кислорода, разработанными и сконфигурированными на предыдущие подходы.
Что касается системы снижения кислорода, задача, на которой основывается изобретение, решается предметом независимого пункта 1 формулы изобретения, при этом его предпочтительные дополнительные изменения указаны в зависимых пунктах формулы изобретения 2-19.
Что касается способа конфигурирования системы снижения кислорода для замкнутого пространства, задача, на которой основывается изобретение, решается предметом дополнительного независимого пункта 20 формулы изобретения.
Соответственно, изобретение относится, в частности, к системе снижения кислорода, которая сконфигурирована для снижения содержания кислорода в атмосфере замкнутого пространства до концентрации ниже предварительно заданной и сниженной рабочей концентрации по сравнению с концентрацией кислорода в обычной атмосфере среды. В альтернативном или дополнительном варианте, предлагаемая изобретением система снижения кислорода предназначена для поддержания пониженного содержания кислорода в атмосфере замкнутого пространства ниже предварительно заданной и сниженной рабочей концентрации по сравнению с концентрацией кислорода в обычной атмосфере среды.
С этой целью система снижения кислорода включает в себя систему газоразделения, выпуск которой гидравлически соединен с замкнутым пространством, чтобы непрерывно подавать газовую смесь с пониженным содержанием кислорода или газ, вытесняющий кислород, в атмосфере замкнутого пространства. Другими словами, изобретение обеспечивает непрерывную работу системы газоразделения, так что газовая смесь с пониженным содержанием кислорода или газ, вытесняющий кислород, непрерывно поступает в атмосфере замкнутого пространства; то есть без прерывания со временем.
Система газоразделения сконфигурирована таким образом, чтобы концентрация кислорода в атмосфере замкнутого пространства всегда остается в диапазоне между предварительно заданной рабочей концентрацией и предварительно заданной или определяемой нижней предельной концентрацией во время непрерывной работы системы газоразделения в первом рабочем режиме. Таким образом, объем газовой смеси с пониженным содержанием кислорода в заранее определенном или определяемом диапазоне непрерывно обеспечивается на выпуске из системы газоразделения в единицу времени в первом рабочем режиме системы газоразделения.
Преимущества, которые могут быть достигнуты с помощью предлагаемого изобретением решения, очевидны: Обеспечивая непрерывную работу системы газоразделения, газовую смесь с пониженным содержанием кислорода можно подавать на выпуске из системы газоразделения в объеме, который со временем соответствует среднему объему, системы газоразделения с большим размером, работающей с перерывами. Соответственно, система газоразделения или система снижения кислорода соответственно может иметь общие меньшие размеры по сравнению с известными подходами предшествующего уровня техники, что снижает первоначальные затраты на установку системы снижения кислорода.
Кроме того, непрерывная работа системы газоразделения дополнительно связана с еще большим преимуществом - минимизацией износа, присущего системе газоразделения, которая периодически включается и выключается.
Согласно одному объекту настоящего изобретения, обеспечивается заданная и уменьшенная рабочая концентрация по сравнению с концентрацией кислорода в обычном окружающем воздухе в соответствии с расчетной концентрацией замкнутого пространства. Согласно руководству VdS Guideline 3527 (версия: дата подачи), расчетная концентрация, таким образом, связана с порогом зажигания, который меньше запаса надежности, и, соответственно, зависит от материалов, хранящихся в замкнутом пространстве. Однако настоящее изобретение не ограничивается такими вариантами осуществления, в которых система снижения кислорода поддерживает пониженное содержание кислорода в атмосфере замкнутого пространства ниже расчетной концентрации замкнутого пространства. Изобретение также относится к вариантам осуществления, в которых пониженное содержание кислорода ниже предварительно заданной и сниженной рабочей концентрации по сравнению с концентрацией кислорода в обычном окружающем воздухе поддерживается в целом в атмосфере замкнутого пространства, в результате чего эта заданная рабочая концентрация также может быть выше расчетной концентрации замкнутого пространства.
Предлагаемое изобретением решение, в частности, подходит для системы снижения кислорода, сконфигурированной с учетом замкнутого пространства, в которой скорость воздухообмена в замкнутом пространстве изменяется циклически с течением времени. Это относится, например, к помещениям или складам, в которых конструктивной системе замкнутого пространства временно открыта для доступа и/или подачи, причем частота доступа / подачи зависит от определенного цикла, например, дневного цикла или недельного цикла, так что в общем случае скорость воздухообмена в замкнутом пространстве изменяется циклически с течением времени, и каждый временной цикл можно разделить на несколько последовательных периодов времени. Таким образом, средняя скорость воздухообмена в замкнутом пространстве принимает соответственно подходящее значение для каждого периода времени.
Так, например, можно предположить, что склад в трехсменном режиме будет использоваться 6 дней в неделю. Таким образом, в этом примере обеспечивается общая скорость воздухообмена в замкнутом пространстве (здесь: на складе) для циклического изменения в соответствии с недельным циклом, в соответствии с которым средняя общая скорость воздухообмена в замкнутом пространстве (на складе) в течение шести рабочих дней состоит из зависимой от подачи воздуха скорости воздухообмена и независимой от подачи воздуха скорости воздухообмена. Напротив, зависимая от подачи воздуха скорость воздухообмена незначительна в течение (единственного) выходного дня, так что средняя общая скорость воздухообмена в целом соответствует независимой от подачи воздуха скорости воздухообмена в замкнутом пространстве.
Как уже указывалось выше, (непреднамеренные или неизбежные) утечки в конструктивной системе замкнутого пространства учитываются в независимой от подачи воздуха скорости воздухообмена; то есть те утечки, которые не связаны с подачей и/или доступом к замкнутому пространству. С другой стороны, зависимая от подачи воздуха скорость воздухообмена влияет на воздушный обмен через проемы в конструктивной системе замкнутого пространства, которые (намеренно) образуют по мере необходимости с целью подачи и/или доступа. Такие проемы относятся, в частности, к дверям, воротам, воздушным шлюзам или окнам.
Согласно примеру применения, в котором скорость воздухообмена в замкнутом пространстве циклически изменяется со временем, в результате чего каждый временной цикл делится на несколько последовательных периодов времени, один из объектов настоящего изобретения, в частности, предусматривает конфигурирование системы газоразделения с учетом соответствующей длины периодов времени, а также с учетом соответствующей средней общей скорости воздухообмена за каждый период времени, так что при непрерывной работе системы газоразделения в первом рабочем режиме концентрация кислорода в атмосфере замкнутого пространства всегда находится в пределах между предварительно заданной рабочей концентрацией (например, расчетной концентрацией замкнутого пространства) и предварительно заданной или определяемой нижней предельной концентрацией.
Одним предпочтительным вариантом осуществления предлагаемой изобретением системы снижения кислорода предусмотрено, что система газоразделения должна функционировать, по меньшей мере, в двух и предпочтительно трех различных режимах работы. В этих, по меньшей мере, двух режимах работы система газоразделения непрерывно обеспечивает газовой смесью с пониженным содержанием кислорода на выпуске. Однако, в отличие от первого рабочего режима, объем газовой смеси с пониженным содержанием кислорода, непрерывно обеспечиваемой на выпуске за единицу времени, увеличивается - относительно эталонного значения остаточной концентрации кислорода - во втором рабочем режиме системы газоразделения.
С другой стороны, в этом контексте можно предположить, что система газоразделения будет дополнительно работать в третьем рабочем режиме, при котором объем газовой смеси с пониженным содержанием кислорода, непрерывно подаваемой на выпуске в единицу времени, уменьшается -относительно эталонного значения остаточной концентрации кислорода - по сравнению с первым рабочим режимом.
Изобретение не ограничивается только системой снижения кислорода вышеописанного типа, а также относится к способу конфигурирования системы снижения кислорода для замкнутого пространства. Способ изобретения, в частности, включает следующие этапы способа:
i) деление заданного временного цикла на множество последовательных периодов времени;
ii) установление средней скорости воздухообмена в замкнутом пространстве за каждый период времени;
iii) определение установленной средней скорости воздухообмена в соответствии с соответствующей продолжительностью соответствующих периодов времени; а также
iv) адаптацию и/или выбор системы газоразделения системы кислородного снижения с учетом средне-определенных скоростей воздухообмена в замкнутом пространстве, при этом концентрация кислорода в атмосфере замкнутого пространства всегда остается в пределах между предварительно заданной рабочей концентрацией, такой как, например, расчетная концентрация замкнутого пространства, и предварительно заданной нижней предельной концентрацией, когда система газоразделения непрерывно работает в первом рабочем режиме, в котором объем газовой смеси с пониженным содержанием кислорода, или газа, вытесняющего кислород, внутри заданного или определяемого диапазона непрерывно подается на выпуске из системы газоразделения за единицу времени.
Ниже при описании изобретения будут более подробно описаны прилагаемые чертежи.
На которых:
Фиг. 1 представляет собой базовую диаграмму времени, иллюстрирующую рабочий режим обычной системы снижения кислорода;
Фиг. 2 представляет собой базовую диаграмму времени, иллюстрирующую рабочий режим первого примерного варианта осуществления системы снижения кислорода согласно изобретению; и
Фиг. 3 представляет собой базовую диаграмму времени, иллюстрирующую рабочий режим второго примерного варианта осуществления системы снижения кислорода согласно изобретению.
На фиг. 1 показана базовая временная диаграмма, иллюстрирующая рабочий режим обычной системы снижения кислорода, известной из предшествующего уровня техники. Это система снижения кислорода, которая используется для поддержания концентрации кислорода в атмосфере замкнутого пространства ниже предварительно заданной и пониженной концентрации (рабочей концентрации) по сравнению с концентрацией кислорода в обычной атмосфере среды. Соответствующий период времени на диаграмме с фиг. 1 составляет, в общей сложности, одну неделю (7 дней).
На фиг. 1, в частности, показано хронологическое развитие концентрации кислорода в атмосфере замкнутого пространства. Можно видеть, что концентрация кислорода всегда находится в диапазоне от примерно 15,0% по объему и до 14,9 об. %. Это типовой диапазон управления, определяемый верхним порогом и нижним порогом концентрации кислорода в атмосфере замкнутого пространства.
Верхний порог концентрации кислорода в атмосфере замкнутого пространства представляет собой порог включения, при котором включается система газоразделения системы снижения кислорода, чтобы обеспечить газовой смесью с пониженным содержанием кислорода на выпуске из системы газоразделения. Вышеуказанная газовая смесь с пониженным содержанием кислорода подается в атмосфере замкнутого пространства, при этом соответственно уменьшается концентрация кислорода в атмосфере замкнутого пространства.
При достижении нижнего порогового значения, которое определяет порог отключения системы газоразделения, система газоразделения прекращает работу. Таким образом, подача газовой смеси с пониженным содержанием кислорода в атмосфере замкнутого пространства прекращается, вследствие чего концентрация кислорода в атмосфере замкнутого пространства, соответственно, снова увеличивается.
Это связано с тем, что конструктивная система замкнутого пространства не замкнута герметично, а имеет (непреднамеренные или неизбежные) утечки в конструктивной системе, что приводит к определенной (независимой от подачи воздуха) скорости воздухообмена. Эта независимая от подачи воздуха скорость воздухообмена, в частности, может быть определена заранее с помощью испытания на перепад давления.
В дополнение к этой независимой от подачи воздуха скорости воздухообмена, однако, существует также зависимая от подачи воздуха скорость воздухообмена; то есть, воздушный обмен через проемы, расположенные в конструктивной системе замкнутого пространства, которые открываются с целью подачи и/или доступа к замкнутому пространству.
На фиг. 1 изображена ситуация, при которой замкнутое пространство используется 6 дней недели (здесь: с понедельника по субботу) для трехсменной работы. «Трехсменное рабочее использование» относится к полунепрерывной работе на полной мощности, которая приостанавливается только в воскресенье в примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 1.
Из хронологического развития концентрации кислорода на временной диаграмме согласно фиг. 1 видно, что в целом конструктивная система замкнутого пространства в воскресенье более воздухонепроницаемая, чем в другие дни недели. Это особенно заметно по более резкому снижению уровня концентрации кислорода в воскресенье по сравнению с другими днями недели и более низкий порог концентрации кислорода в воскресенье.
Для поддержания концентрации кислорода в атмосфере замкнутого пространства в диапазоне регулирования между верхним и нижним пороговыми значениями в соответствии с предыдущими рабочими процедурами, как показано на фиг. 1, с помощью ее базовой временной диаграммы, система газоразделения при необходимости включается и выключается, таким образом, работая с перерывами.
В отличие от этого, предлагаемое изобретением решение обеспечивает систему газоразделения системы снижения кислорода, работающую в непрерывном рабочем режиме, в которой объем газовой смеси с пониженным содержанием кислорода в пределах заданного или определяемого диапазона непрерывно обеспечивается на выпуске системы газоразделения на единицу времени, причем объем, обеспечиваемый в единицу времени, больше 1 литра в час.
Ниже будет приведено описание базовой временной диаграммы согласно фиг. 2 при более подробном описании принципа работы примерного варианта осуществления предлагаемой изобретением системы кислородного снижения.
В частности, на фиг. 2 показано хронологическое развитие концентрации кислорода в атмосфере замкнутого пространства, для которой разработана и сконфигурирована предлагаемая в изобретении система снижения кислорода. Таким образом, рассматривается замкнутое пространство (например, склад), которое используется в течение шести дней в неделю в трехсменном режиме.
Система снижения кислорода содержит систему газоразделения, разработанную и сконфигурированную с учетом зависимой от подачи воздуха скорости воздухообмена и независимой от подачи воздуха скорости воздухообмена в течение недели. Зависимая от подачи воздуха скорость воздухообмена в течение недели, таким образом, влияет на проникновение свежего воздуха из-за подачи и/или доступа к замкнутому пространству.
Пример этого зависимого от подачи / доступа проникновения свежего воздуха указан для первого приблизительного варианта согласно фиг. 2 в таблице 1.
С другой стороны, таблица 2 ниже показывает общее количество свежего воздуха, проникшего в течение недели, а именно приблизительный вариант согласно фиг. 2. Общее количество проникшего свежего воздуха состоит из зависимой от подачи воздуха скорости воздухообмена, с одной стороны, и независимой от подачи воздуха скорости воздухообмена при средней скорости ветра 3 м/с.
Чтобы иметь возможность поддерживать содержание кислорода ниже предварительно заданной и сниженной рабочей концентрации по сравнению с концентрацией кислорода в обычной атмосфере среды в атмосфере замкнутого пространства, необходимо подавать газовую смесь с пониженным содержанием кислорода или газ, вытесняющий кислород, соответственно, чтобы, по меньшей мере, частично компенсировать общее проникновение свежего воздуха с течением времени.
В приведенном здесь примерном варианте осуществления, азот (N2), имеющий остаточную концентрацию кислорода, например, 5%, используется в качестве газовой смеси с пониженным содержанием кислорода / вытесняющего кислород газа. Полученный азот, необходимый для компенсации общего поникающего свежего воздуха в течение недели, суммирован в таблице 3.
Хронологическое развитие потребности в азоте также изображено на временной диаграмме с фиг. 2. В частности, следует признать, что в воскресенье (в выходной день), потребность в азоте снижается до относительно низкого значения 144 м3/ч. Эта пониженная потребность в азоте связана с пониженной скоростью воздухообмена в воскресенье, поскольку скорость воздухообмена в воскресенье определяется независимой от подачи воздуха скоростью воздухообмена (при этом зависимой от подачи воздуха скоростью воздухообмена можно пренебречь в выходной день, поскольку не ожидается подачи и/или доступа в замкнутое пространство в выходной день).
Однако с понедельника зависимая от подачи скорость подачи воздуха значительно возрастает по мере увеличения рабочих процессов и, таким образом, подача происходит в начале или, соответственно, в течение рабочей недели. Соответственно, потребность в азоте также увеличивается с понедельника.
В отличие от обычного режима работы известного уровня техники, настоящее изобретение обеспечивает непрерывную работу системы газоразделения системы кислородного снижения, что в данном контексте означает непрерывность, в частности, работу в воскресенье (в выходной день). Таким образом, рабочий режим системы газоразделения выбирается таким образом, чтобы непрерывно иметь объем газовой смеси с пониженным содержанием кислорода, подаваемого на выпуске из системы газоразделения в единицу времени, так что концентрация кислорода в атмосфере замкнутого пространства находится в диапазоне между предварительно заданной сниженной рабочей концентрацией и предварительно заданной или определяемой нижней предельной концентрацией в течение всего недельного цикла. Другими словами, расчетный запас азота накапливается в замкнутом пространстве во время выключения непрерывной работы системы газоразделения, что затем используется для последующего периода увеличенной потребности в азоте.
На временной диаграмме, показанной на фиг. 2, заданная уменьшенная рабочая концентрация составляет 15 об. %, а заданная или определяемая нижняя предельная концентрация составляет 14,6 об. %. Тем не менее, конечно, возможны и другие значения концентрации.
В частности, и как можно заметить из временной диаграммы согласно фиг. 2, система газоразделения системы снижения кислорода может непрерывно работать так, что 526 м3 в час газовой смеси с пониженным содержанием кислорода можно непрерывно подавать на выпуске из системы газоразделения. Этот рабочий режим системы газоразделения гарантирует, что концентрация кислорода в атмосфере замкнутого пространства всегда лежит ниже предварительно заданной приведенной рабочей концентрации 15 об. % в течение недельного цикла.
Однако, по сравнению с обычной разработанной и/или сконфигурированной системой снижения кислорода, предлагаемое решение позволяет значительно уменьшить размеры системы газоразделения. Таким образом, следует учитывать, что примерный вариант системы газоразделения, изображенный на фиг. 1, сконфигурирован для пропускной способности более 1000 м3/ч.
Ниже при описании еще одного примерного варианта осуществления настоящего изобретения, будут делаться ссылки на базовую временную диаграмму согласно фиг. 3. В частности, иллюстрируется способ работы системы снижения кислорода, который разработан и сконфигурирован для замкнутого пространства (склада), которая работает в две смены в течение 6 дней в неделю. Как и в случае примера, изображенного на фиг. 2, воскресенье также является выходным днем на временной диаграмме согласно фиг. 3.
Поскольку - в отличие от ситуации, показанной на фиг. 2, замкнутое пространство (склад) работает в двухсменном режиме в примере, показанном на фиг. 3, зависимая от подачи воздуха скорость воздухообмена в замкнутом пространстве в течение недели отличается от зависимой от подачи воздуха скорости воздухообмена, рассмотренной в примере, показанном на фиг. 2.
В частности, проникновение в течение недели свежего воздуха, зависимое от подачи и/или доступа, для примера с фиг. 3, суммировано в таблице 4.
Общее количество свежего воздуха, проникающего в течение недели, для примера с фиг. 3, приведено в таблице 5.
Результирующая потребность в азоте суммирована в таблице 6.
Хронологическое развитие потребности в азоте также построено на временной диаграмме согласно фиг. 3.
По сравнению с ситуацией, изображенной на фиг. 2, на которой была рассмотрена работа в три смены, скорость поступления свежего воздуха, зависимая от подачи и/или доступа, как ожидается, ниже в примере, показанном на фиг. 3. Вследствие этого можно уменьшить объем газовой смеси с пониженным содержание кислорода, непрерывно подаваемой в единицу времени системой газоразделения в примерном случае согласно фиг. 3.
В частности, в примере, показанном на фиг.3, достаточно, чтобы система газоразделения содержала 424 м3 азота в час, чтобы гарантировать, что концентрация кислорода в атмосфере замкнутого пространства всегда остается ниже предварительно заданной рабочей концентрации 15% объема за неделю.
Временные диаграммы примерных случаев согласно фиг. 2 и фиг. 3 показывают, что достаточный объем газовой смеси с пониженным содержанием кислорода (непрерывно) обеспечивается в единицу времени при непрерывной работе системы газоразделения системы кислородного снижения, для чего концентрация кислорода атмосфере замкнутого пространства всегда остается ниже предварительно заданной рабочей концентрации и предварительно заданной или определяемой нижней предельной концентрации.
В примерных случаях заданная рабочая концентрация составляет 15 об. %, тогда как предварительно заданная или определяемая нижняя предельная концентрация составляет не более 1% кислорода по объему и предпочтительно не более 0,5% кислорода по объему ниже предварительно заданной рабочей концентрации применительно к содержанию кислорода.
Из временных диаграмм согласно фиг. 2 и фиг. 3 далее видим, что общая скорость воздухообмена в замкнутом пространстве циклически изменяется по времени (здесь: в течение недельного цикла), при этом каждый временной цикл делится на несколько последовательных периодов времени и в течение каждого периода времени средняя общая скорость воздухообмена в замкнутом пространстве принимает соответственно подходящее значение. В этом контексте делается ссылка на элементы таблицы 2 для примерного случая с фиг. 2 и на таблицу 5 соответственно для примерного случая с фиг. 3.
Соответствующая продолжительность периодов временного цикла и соответствующая средняя общая скорость воздухообмена для каждого периода времени затем играют роль в разработке / конфигурации системы газоразделения системы кислородного снижения. Как указано выше, в примере, показанном на фиг. 2, на основании рассмотренной в нем трехсменной работы, скорость воздухообмена, зависимая от подачи воздуха, выше, по меньшей мере, в будние дни с понедельника по субботу, по сравнению с ситуацией в примере в соответствии с фиг. 3. Как следствие, система газоразделения должна обеспечивать больший объем газовой смеси (азота), вытесняющей кислород, за единицу времени в примере с фиг. 2, по сравнению с используемой системой газоразделения в примере, показанном на фиг. 3.
Изобретение не ограничивается примерами, описанными со ссылкой на временные диаграммы согласно фиг. 2 и фиг. 3. В частности, предлагаемое изобретением решение в целом подходит к замкнутому пространству с циклически изменяющимся со временем общим воздухообменом, в результате чего каждый временной цикл делится на множество последовательных периодов времени, и в соответствии с этим средняя общая скорость воздухообмена в замкнутом пространстве принимает соответственно подходящее значение для каждого периода времени.
Например, в этом контексте можно предположить, что средняя скорость воздухообмена в замкнутом пространстве должна находиться в пределах первого диапазона значений в течение первого периода времени из множества последовательных периодов времени временного цикла и для средней скорости воздухообмена в замкнутом пространстве, чтобы находиться в пределах, по меньшей мере, одного второго диапазона значений в течение второго периода времени из множества последовательных периодов времени временного цикла, причем среднее значение, по меньшей мере, одного второго диапазона значений больше, чем среднее значение первого диапазона значений.
В этом случае предпочтительно, чтобы система газоразделения системы кислородной редукции была сконфигурирована с учетом продолжительности времени первого, и, по меньшей мере, одного второго периода времени, а также с учетом средней общей скорости воздухообмена в замкнутом пространстве в течение первого, и, по меньшей мере, одного второго периода времени, при этом концентрация кислорода в атмосфере замкнутого пространства всегда лежит в диапазоне между предварительно заданной рабочей концентрацией и предварительно заданной или определяемой нижней предельной концентрацией во время непрерывной работы системы газоразделения в первом рабочем режиме.
Примеры случаев, описанных со ссылкой на временные диаграммы на фиг. 2 и фиг. 3, допускают максимальную среднюю скорость ветра 3,0 м/с. Это условие не всегда может существовать в реальности. По меньшей мере, временно не всегда исключаются гораздо более высокие скорости ветра. Тогда это, в частности, повлияет на независимую от подачи скорость воздухообмена; то есть скорости воздухообмена из-за непреднамеренных или неизбежных утечек в атмосфере замкнутого пространства.
Чтобы предлагаемая изобретением система снижения кислорода также могла поддерживать пониженную концентрацию кислорода в атмосфере замкнутого пространства ниже предварительно заданной рабочей концентрации в таких исключительных случаях, система газоразделения может работать, по меньшей мере, в двух разных режимах работы при предпочтительном дальнейшем развитии предлагаемой изобретением системы кислородного снижения. Начиная с ее стандартного рабочего режима (первого рабочего режима), система газоразделения, таким образом, работает во втором рабочем режиме, когда средняя общая скорость воздухообмена в замкнутом пространстве увеличивается, особенно в непредвиденном, и, особенно, в нециклическом режиме.
По сравнению с первым рабочим режимом объем газовой смеси с пониженным содержанием кислорода, непрерывно подаваемого на выпуске из системы газоразделения в единицу времени, соответственно увеличивается по отношению к эталонному значению остаточной концентрации кислорода во втором рабочем режиме системы газоразделения. С другой стороны, удельная мощность системы газоразделения ниже в первом рабочем режиме системы газоразделения, чем удельная мощность системы газоразделения во втором рабочем режиме.
Используемый здесь термин «удельная мощность системы газоразделения» относится к удельной потребности в энергии системы газоразделения (при эталонной температуре, например, 20°С), при обеспечении единицы объема газовой смеси с пониженным содержанием кислорода (по отношению к эталонному значению остаточной концентрации кислорода).
В этом контексте, например, возможно, чтобы система газоразделения системы снижения кислорода была сконфигурирована так, чтобы она работала либо в режиме VPSA, либо в режиме PSA, причем первый рабочий режим системы газоразделения соответствует режиму VPSA, а второй рабочий режим системы газоразделения соответствует режиму PSA.
Система газоразделения, работающая в режиме VPSA, обычно относится к системе для обеспечения воздуха обогащенным азотом, которая работает в соответствии с принципом вакуумной адсорбции при переменном давлении (VPSA). Согласно одному объекту настоящего изобретения, такая система VPSA используется в системе снижения кислорода в качестве системы газоразделения, которая может, однако, работать в режиме PSA, когда это необходимо, в частности, когда средняя общая скорость воздухообмена в замкнутом пространстве увеличивается непредвиденным и/или нециклическим образом. Аббревиатура «PSA» означает «адсорбцию при переменном давлении», которую обычно называют «технологией адсорбции при переменном давлении».
Чтобы иметь возможность переключать рабочий режим системы газоразделения, используемой в этом первом объекте настоящего изобретения, с VPSA на PSA, один предпочтительный вариант осуществления предлагаемой изобретением системы снижения кислорода предусматривает сначала получение исходной газовой смеси, содержащей кислород, азот и любые другие компоненты, если это применимо. Исходная газовая смесь, соответственно, сжимается, и, по меньшей мере, часть кислорода, содержащегося в сжатой исходной газовой смеси, удаляется в газоразделительной системе, так что на выпуске системы газоразделения получают обогащенную азотом газовую смесь. Таким образом, обогащенная азотом газовая смесь на выпуске из системы газоразделения соответствует газовой смеси с пониженным содержанием кислорода, непрерывно подаваемой в атмосферу замкнутого пространства.
В соответствии с еще одним объектом настоящего изобретения, увеличивается степень сжатия исходной газовой смеси, реализуемая компрессорной системой, когда необходимо переключить систему газоразделения из первого рабочего режима во второй рабочий режим из-за увеличения воздухообмена. В одном примерном варианте осуществления в этом контексте можно предположить, что степень сжатия должна быть увеличена с исходных 1,5-2,0 бар до 7,0-9,0 бар. В других вариантах осуществления возможно увеличение сжатия до 25,0 бар. Изобретение, в частности, не ограничивается вышеприведенными примерами значений.
Согласно одному объекту настоящего изобретения, следует обеспечить, чтобы система газоразделения работала во втором рабочем режиме, когда концентрация кислорода в замкнутом пространстве превышает заданное или определяемое верхнее предельное значение, в частности, из-за увеличения с течением времени средней скорости воздухообмена, при этом упомянутое заданное или определяемое верхнее предельное значение концентрации кислорода предпочтительно соответствует концентрации кислорода, которая равна или выше, чем концентрация кислорода, соответствующая предварительно заданной рабочей концентрации.
Предварительно заданное или определяемое верхнее предельное значение концентрации кислорода предпочтительно соответствует концентрации кислорода не более 1,0 об. % и предпочтительно не более 0,2 об. % выше концентрации кислорода, соответствующей предварительно заданной рабочей концентрации.
В сочетании с этим, в частности, также возможно, чтобы система газоразделения функционировала, по меньшей мере, на двух разных предварительно заданных выходных уровнях во втором рабочем режиме, причем, по меньшей мере, два выходных уровня отличаются тем, что объем газовой смеси, которая может быть обеспечен системой газоразделения в единицу времени, выше на втором выходном уровне по сравнению с первым выходным уровнем и в отношении заданного значения остаточной концентрации кислорода. Таким образом, предпочтительно, чтобы выходной уровень системы газоразделения предпочтительно автоматически выбирался во втором рабочем режиме в зависимости от степени превышения заданного или определяемого верхнего предельного значения концентрации кислорода.
В качестве альтернативы или дополнительно к этому, возможно также создание дополнительного источника инертного газа, независимого от системы газоразделения, в частности, в форме резервуара для сжатого газа, в котором газовая смесь с пониженным содержанием кислорода или инертный газ хранятся в сжатой форме. Дополнительный источник инертного газа при этом гидравлически соединяется с замкнутым пространством, когда концентрация кислорода в замкнутом пространстве превышает - в частности, из-за увеличивающегося с течением времени среднего значения скорости воздухообмена - заданного или определяемого верхнего предельного значения. Здесь также заданное или определяемое верхнее предельное значение предпочтительно соответствует концентрации кислорода, которая равна или выше концентрации кислорода, соответствующей заданной рабочей концентрации. Таким образом, заданное или определяемое верхнее предельное значение предпочтительно соответствует концентрации кислорода максимум 1,0 об. % и предпочтительно максимум 0,2 об. % выше концентрации кислорода, соответствующей рабочей концентрации.
В соответствии с еще одним объектом изобретения, дополнительно предусмотрено устройство для возможного необходимого уменьшения скорости воздухообмена в замкнутом пространстве, зависимой от подачи, в результате чего зависимая от подачи воздуха скорость воздухообмена влияет на воздушный обмен, вызванный проемами, которые могут быть образованы по мере необходимости в конструктивной системе замкнутого пространства в целях подачи и/или доступа. Упомянутое устройство сконструировано таким образом, чтобы предпочтительно автоматически уменьшать зависимую от подачи воздуха скорость воздухообмена в замкнутом пространстве, когда концентрация кислорода в замкнутом пространстве превышает заданное или определяемое верхнее предельное значение. Заданное или определяемое верхнее предельное значение предпочтительно соответствует концентрации кислорода, которая равна или выше концентрации кислорода, соответствующей предварительно заданной рабочей концентрации. Поэтому для подходящего управления подачей можно, по меньшей мере, периодически уменьшать зависимую от подачи воздуха скорость воздухообмена и, соответственно, также общую скорость воздухообмена. Таким образом, возможно, например, управление подачей, позволяющее открывать ограниченное количество дверей или ворот и/или ограничивать периоды открывания.
В соответствии с еще одним объектом настоящего изобретения, предусмотрено, чтобы система газоразделения была дополнительно пригодна для работы в третьем рабочем режиме, в котором объем газовой смеси с пониженным содержанием кислорода, непрерывно подаваемой на выпуске в единицу времени, уменьшался - относительно эталонного значения остаточной концентрации кислорода по сравнению с первым рабочим режимом. Таким образом, удельная мощность системы газоразделения в первом рабочем режиме должна быть выше, чем удельная мощность системы газоразделения в третьем рабочем режиме.
В этом контексте особенно важно, чтобы система газоразделения работала в третьем рабочем режиме, когда концентрация кислорода в замкнутом пространстве опускается ниже предварительно заданного нижнего предельного значения, в частности, из-за снижения со временем средней общей скорости воздухообмена. Это предварительно заданное нижнее предельное значение соответствует, в частности, концентрации кислорода, которая равна или выше концентрации кислорода, соответствующей предварительно заданной нижней предельной концентрации, или выше, чем предварительно заданная нижняя предельная концентрация.
Тем не менее, также возможно, чтобы система газоразделения содержала множество генераторов азота, работающих параллельно для функционирования системы газоразделения в различных режимах работы, при этом упомянутые генераторы азота включаются или выключаются по мере необходимости.
Если вкратце, настоящее изобретение относится, в частности, к системе поддержания пониженного содержания кислорода в атмосфере замкнутого пространства ниже предварительно заданной и сниженной рабочей концентрации по сравнению с концентрацией кислорода в обычном окружающем воздухе, причем система содержит непрерывно работающую систему газоразделения, сконфигурированную так, что когда система газоразделения находится в непрерывном рабочем режиме, концентрация кислорода в атмосфере замкнутого пространства всегда остается в диапазоне между предварительно заданной рабочей концентрацией и предварительно заданной или определяемой нижней предельной концентрацией.
Система снижения кислорода предпочтительно предназначается для замкнутого пространства, которая имеет общую скорость воздухообмена, циклически изменяющую с течением времени, в результате чего каждый временной цикл делится на несколько последовательных периодов времени, и в соответствии с этим средняя общая скорость воздухообмена в замкнутом пространстве принимает соответственно подходящее значение для каждого периода времени.
Таким образом, система газоразделения сконфигурирована с учетом соответствующей продолжительности периодов времени, а также с учетом соответствующих средних общих скоростей воздухообмена, при этом концентрация кислорода в атмосфере замкнутого пространства всегда лежит в диапазоне между предварительно заданной рабочей концентрацией и предварительно заданной или определяемой нижней предельной концентрацией, когда система газоразделения находится в непрерывном режиме работы.
В особенно предпочтительном варианте осуществления, временной цикл представляет собой недельный цикл, в котором средняя общая скорость воздухообмена в замкнутом пространстве постоянно соответствует независимой от подачи воздуха скорости воздухообмена в замкнутом пространстве в течение, по меньшей мере, одного первого периода времени, предпочтительно, по меньшей мере, от 4 до 48 часов, в частности, по меньшей мере, от 4 до 24 часов, и, даже более предпочтительно, по меньшей мере, от 6 до 24 часов, причем средняя общая скорость воздухообмена в замкнутом пространстве в течение оставшегося времени недельного цикла соответствует сумме, в частности определенной сумме, зависимой от подачи воздуха скорости воздухообмена и независимой от подачи воздуха скорости воздухообмена.
Таким образом, система газоразделения предлагаемой изобретением системы снижения кислорода сконфигурирована таким образом, что при непрерывной работе системы газоразделения, концентрация кислорода в атмосфере замкнутого пространства уменьшается таким образом, в течение, по меньшей мере, одного первого периода времени, что в остальное время недельного цикла концентрация кислорода в атмосфере замкнутого пространства не превышает расчетную концентрацию. С описательной точки зрения, система снижения кислорода, таким образом, сконфигурирована таким образом, что в течение расчетного времени выключения более низкого уровня воздухообмена, в замкнутом пространстве накапливается запас азота. Этот запас затем компенсирует более высокую скорость воздухообмена во время работы, при этом система снижения кислорода не должна влиять на компенсацию и может работать постоянно.
Изобретение не ограничивается описанными примерными случаями, и скорее обеспечивает комплексное рассмотрение всех признаков, раскрытых здесь в контексте.