用于減少氧的惰性化方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種惰性化方法，該方法中，在密閉室的空間氣氛中設(shè)定和維持可預(yù)設(shè)的且相比于正常的環(huán)境空氣降低的氧氣含量，并且當(dāng)進一步需要時，可以迅速地降低該密閉的室的空間氣氛(spatial atmosphere)中的氧氣含量。
[0002]本發(fā)明還涉及用于減少氧氣的相應(yīng)的系統(tǒng)。
[0003]本發(fā)明的惰性化方法或本發(fā)明的惰性化系統(tǒng)分別用于例如在受監(jiān)測的被保護的室中減少風(fēng)險和滅火，并由此為了防止或控制火的目的，將密閉的室連續(xù)不斷地呈現(xiàn)惰性達到不同的降低的水平。
[0004]在用于本發(fā)明惰性化方法的實施例中，包括在氧氣含量已被減少的密閉的室中提供含氧量低的訓(xùn)練條件。這樣的室使得在人工模擬的高海拔條件下的訓(xùn)練，也被稱為“常壓缺氧訓(xùn)練”成為可能。使用的另一個例子是食品的儲存，首選蘋果類(pomaceous)水果，在受控的氣氛(CA)下，其中大氣中氧氣的比例百分數(shù)被調(diào)節(jié)，除其他方面外，以減緩發(fā)生在易腐商品上的老化過程。
【背景技術(shù)】
[0005]防止火災(zāi)的惰性化技術(shù)背后的基本原理基于的認識為，在人類或動物偶爾進入的密閉的室內(nèi)，以及在安放了對水作用反應(yīng)敏感的設(shè)備的密閉的室內(nèi)，火災(zāi)的風(fēng)險可以通過降低相應(yīng)區(qū)域的氧氣濃度到例如約15體積％的平均值而被抵消。在這樣的(降低的)氧氣濃度下，大部分的可燃材料不能再點燃。因此，對于在防止火災(zāi)方面惰性化技術(shù)應(yīng)用的主要領(lǐng)域還包括IT領(lǐng)域、電氣開關(guān)和配電室、封閉的設(shè)施以及存儲有高價值商品的區(qū)域。從該方法中產(chǎn)生的預(yù)防效果是基于氧氣置換的原理。眾所周知，正常的環(huán)境空氣由21體積％的氧氣，78體積％的氮氣和I體積％的其他氣體組成。為了達到防火的目的，通過引入氧氣置換氣體，例如氮氣減少密閉的室內(nèi)的空間氣氛的氧氣含量。已經(jīng)知道的，一旦氧含量降低到低于約15體積％，預(yù)防性效果就開始。根據(jù)存儲在受保護房間的可燃性物質(zhì)，進一步降低氧含量，例如12體積％可能是必要的。
[0006]原則上，在現(xiàn)有技術(shù)中，這種類型的惰性化系統(tǒng)是已知的。例如，已公布的DE19811851 Al文檔描述了旨在降低密閉的室(以下也簡稱為“受保護的室”)內(nèi)的氧含量到一個特定級別的惰性水平的惰性化系統(tǒng)，在火災(zāi)的情況下，迅速降低氧含量進一步到特定的完全惰性水平。
[0007]本文所用的術(shù)語“基本惰性水平”應(yīng)被理解為指的是相比正常環(huán)境空氣的氧氣含量降低的氧氣含量，但是，由此該降低的氧氣含量對人和動物沒有任何危險，使得他們?nèi)匀豢梢詻]有問題地進入受保護的室(即，不需要任何特殊的保護措施，例如氧氣面罩)。基本惰性水平對應(yīng)受保護的室內(nèi)的氧氣含量例如為大約15體積％至17體積％。
[0008]另一方面，術(shù)語“完全惰性水平”應(yīng)被理解為指的是相比于基本惰性水平的氧氣含量已進一步被降低的氧氣含量，使得大多數(shù)材料的可燃性已經(jīng)被降低到它們不再能夠點燃的水平。根據(jù)在分別受保護的室內(nèi)的燃燒負荷(fire load)，完全惰性水平通常氧氣濃度范圍從12體積％至14體積％。
[0009]從DE 19811851 Al的印刷出版物中得知的多級惰性方法中，其中氧氣含量逐漸被降低，因此用于防止火災(zāi)的惰性化技術(shù)使用受保護的室內(nèi)的氧氣含量首先降低到一個特定降低的水平，例如17體積％ (基本惰性水平)，從而在發(fā)生火災(zāi)的情況下或當(dāng)另有需要時，氧氣含量進一步降低到特定的完全惰性水平例如13.8體積％以下。如果惰性氣體發(fā)生器，例如氮氣發(fā)生器，在這樣的兩階段惰性化方法中被用作惰性氣體源用于降低氧氣含量到第一降低水平(基本惰性水平)，為了完全惰性化所需要的高壓氣體罐的數(shù)目可以保持較低，其中以壓縮形式存儲氧氣置換氣體或氣體混合物(以下也簡稱為“惰性氣體”)。
[0010]然而，為了實現(xiàn)上述和本身已知的兩階惰性化方法，需要相對高的資本投資，因為兩階惰性化方法對用于供給惰性氣體的惰性氣體源有具體要求。具體地，常規(guī)的兩階惰性化系統(tǒng)毫無例外地提供兩個單獨的惰性氣體源，因為當(dāng)在該室的空氣中設(shè)定設(shè)置的特定惰性水平(下降水平)為基本惰性水平或完全惰性水平時，必須區(qū)別開。它特此需要被認為一從預(yù)先設(shè)定的基本惰性水平開始一降低到完全惰性水平需要根據(jù)事件的預(yù)定順序，特別是在警報已發(fā)出后的預(yù)定時間段內(nèi)發(fā)生。與此相反，沒有必要根據(jù)預(yù)定的惰性曲線設(shè)置基本惰性水平。
[0011]本文所用的術(shù)語“惰性曲線”被理解為，將氧氣置換氣體(惰性氣體)引入受保護的室內(nèi)時，氧氣含量的時間梯度。
[0012]因為當(dāng)在室的空氣中設(shè)定設(shè)置的特定惰性水平為基本惰性水平或完全惰性水平時必須區(qū)別開，需要供應(yīng)相應(yīng)的用于設(shè)定基本/完全惰性水平的惰性氣體的惰性氣體源被要求不同的需求。在降低到完全惰性水平的情況下，所用的惰性氣體源必須允許可以提供相應(yīng)的大量的足夠量的每單位時間的惰性氣體，以便能夠在預(yù)定時間段之內(nèi)在受保護的室的空間氣氛中設(shè)定完全惰性水平。因此，用于降低到完全惰性水平所使用的惰性氣體源必須具有適當(dāng)?shù)娜萘俊?br>[0013]但是如果僅僅設(shè)置基本惰性水平，惰性氣體源不受此要求。如上所解釋的，這里通常不需要遵循預(yù)定的惰性化曲線并且當(dāng)降低到基本惰性水平時特別堅持預(yù)定的時間段。因此，用于降低到基本惰性水平的惰性氣體源可以根據(jù)其輸出容量為相對較小的尺寸。
[0014]由于這些原因，在兩階段的惰性化方法的實際應(yīng)用中，通常使用兩種獨立的惰性氣體源:氮氣發(fā)生器只能夠提供每單位時間內(nèi)相對少量的惰性氣體(這里指富氮的空氣)且用于設(shè)置和維持基本惰性水平；以及當(dāng)需要時的高壓氣體儲罐，該儲罐中可以以壓縮形式存儲氧氣置換氣體或氣體混合物，用于能夠在密閉的室的空間氣氛中快速設(shè)定完全惰性水平的目的。
[0015]使用兩個獨立的惰性氣體源來實現(xiàn)兩階惰性化方法具有相對高的初始投資成本的缺點。另外，在一些應(yīng)用中沒有進行重要的結(jié)構(gòu)性調(diào)整措施，不能實現(xiàn)需要為儲存兩種獨立的氣體源(一方面為氮氣發(fā)生器，另一方面為高壓氣體儲罐)提供的空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]基于前述提到的這些問題，本發(fā)明提出說明惰性化方法或惰性化系統(tǒng)的目的，該方法或系統(tǒng)分別具有相比于常規(guī)的解決方案可以降低的運轉(zhuǎn)操作成本和初始投資，且沒有由此影響系統(tǒng)的效果。
[0017]關(guān)于所述方法，該目的通過獨立權(quán)利要求1的主題來完成，并且關(guān)于所述裝置(用于減少氧氣的系統(tǒng))，該目的通過進一步的獨立權(quán)利要求10的主題來完成。
[0018]關(guān)于本發(fā)明的方法，在權(quán)利要求2至10中說明了有益的更深入的擴展。在從屬權(quán)利要求12至13中說明了本發(fā)明的惰性化系統(tǒng)的有益的更深入的擴展。
[0019]因此，本發(fā)明特別提出了一種用于減少氧氣的系統(tǒng)，以此系統(tǒng)在密閉的室的空間氣氛中設(shè)定和維持可預(yù)設(shè)的和相比于正常的環(huán)境空氣降低的氧氣含量。該系統(tǒng)包括用于壓縮初始氣體混合物的壓縮機系統(tǒng)，以及連接到該壓縮機系統(tǒng)的氣體分離系統(tǒng)，其中，在該初始氣體混合物中的至少部分氧氣被分離出來。氣體分離系統(tǒng)被設(shè)計為在VPSA或PSA模式下操作。
[0020]此處所用的術(shù)語“初始氣體混合物”通常是指氣體混合物，該混合物除了含有氧氣夕卜，還特別含有氮氣和如適用的話更多的氣體如惰性氣體。例如正常的環(huán)境空氣作為初始氣體混合物是可行的；例如含有21體積％的氧氣、78體積％的氮氣和I體積％的其他氣體的混合氣體。然而，還可以想到使用部分密閉的室的空氣作為初始氣體混合物，由此優(yōu)選地，將新鮮空氣加入到該室的空氣組成中。
[0021]按照真空變壓吸附(VPSA)的原理，在VPSA模式下操作，通常的理解是氣體分離系統(tǒng)是用于提供富含氮的空氣功能的系統(tǒng)。盡管當(dāng)需要時也可以在PSA模式下操作這種VPSA系統(tǒng)，但根據(jù)本發(fā)明這種VPSA系統(tǒng)在惰性化系統(tǒng)中被用作氣體分離系統(tǒng)?！癙SA”是“變壓吸附”的縮寫，通常表示變壓吸附技術(shù)。
[0022]為了能夠使本發(fā)明的解決方案中使用的氣體分離系統(tǒng)的操作模式從VPSA切換到PSA，本發(fā)明的方法提供用于相應(yīng)地增加由壓縮機系統(tǒng)壓縮初始氣體混合物達到的程度。關(guān)于本發(fā)明的惰性化方法，特別提供以初始提供含有氧、氮和其他可適用元素的初始氣體混合物。所提供的初始氣體混合物隨后在壓縮機系統(tǒng)中被適當(dāng)壓縮，然后供給到氣體分離系統(tǒng)，在其中壓縮的初始氣體混合物中含有的至少部分氧氣被分離，這樣在氣體分離系統(tǒng)的出口處提供富氮氣體混合物。在氣體分離系統(tǒng)的出口處供應(yīng)的所述富氮氣體混合物，然后被引入到密閉的室的空間氣氛中，以便于設(shè)定和/或維持在密閉的室的空間氣氛中的氧氣含量，該密閉的室的空間氣氛為可預(yù)設(shè)的且相比于正常的環(huán)境空氣有減少的氧氣含量。
[0023]根據(jù)本發(fā)明，尤其提供當(dāng)每單位時間內(nèi)在氣體分離系統(tǒng)的出口處提供的富氮氣體混合物的量需要增加時，由壓縮機系統(tǒng)增加壓縮的程度特別達到取決于每單位時間內(nèi)提供的富氮氣體混合物的量的數(shù)值。通過這樣做，該氣體分離系統(tǒng)的操作模式可以以此方式改變，這樣在氣體分離系統(tǒng)的出口處每單位時間實際提供的富氮氣體混合物的體積相當(dāng)于每單位時間供給的富氮氣體混合物的量。
[0024]增加初始氣體混合物的壓縮機系統(tǒng)的壓縮特別發(fā)生在火災(zāi)的情況下；也就是，當(dāng)在密閉的室的空間氣氛中檢測到火災(zāi)特性，或者因為其他原因，當(dāng)密閉的室的空間氣氛中的氧氣含量被快速地相比于預(yù)先設(shè)定或維持的氧氣含量進一步地減少時。
[0025]本發(fā)明的另一方面提供用于因增加的空氣交換，當(dāng)每單位時間在氣體分離系統(tǒng)的出口處提供的富氮氣體混合物的量需要增加時，壓縮機系統(tǒng)增加初始氣體混合物壓縮的程度。根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，如果因為更多的分配給密閉的室的插入氣體源損失，尤其是更多的分配給密閉的室的氣體分離系統(tǒng)損失，在氣體分離系統(tǒng)的出口處每單位時間被提供的富氮氣體混合物的量需要被增加，則壓縮機系統(tǒng)增加初始氣體混合物壓縮的程度。
[0026]尤其在火災(zāi)時或當(dāng)其他原因密閉的室的空間氣氛中的氧氣含量需要被快速地進一步減少時，壓縮機系統(tǒng)壓縮初始氣體混合物達到的程度被增大至一個數(shù)值，該數(shù)值依賴于每單位時間提供的富氮氣體混合物的量。基于此，可以考慮在一個示例性實施例中，將壓縮程度從原來的1.5-2.0巴(bar)增加到7.0-9.0巴。在其他實施方式中，增加壓縮達到25.0巴是可能的。特別地，本發(fā)明不局限于上述的示例值。
[0027]本發(fā)明的解決方案基于的認識為，在PSA操作模式下操作的氣體分離系統(tǒng)可以提供在每單位時間足夠的高足量的富氮氣體，為了能夠?qū)崿F(xiàn)當(dāng)需要時在最短的可能時間內(nèi)將密閉的室內(nèi)的氧氣含量從預(yù)先設(shè)置的基本惰性水平降低到完全惰性水平。另一方面，在VPSA模式下操作氣體分尚系統(tǒng)時，相比在PSA模式下運行氣體分尚系統(tǒng)時，在氣體分尚系統(tǒng)的出口處每單位時間內(nèi)提供更少量的富氮氣體。然而，能夠在氣體分離系統(tǒng)的出口處每單位時間內(nèi)提供的VPSA模式下的富氮氣體的量，原則上足以能夠設(shè)置或分別保持密閉的室內(nèi)的基本惰性水平。
[0028]在本發(fā)明的解決方案中使用的氣體分離系統(tǒng)因此實現(xiàn)雙重功能:當(dāng)在VPSA模式下操作氣體分離系統(tǒng)時，于是該系統(tǒng)符合在常規(guī)系統(tǒng)中使用的第一惰性氣體源的功能，用以提供需要設(shè)定和/或維持基本惰性水平的惰性氣體。但是，在PSA操作模式下，氣體分離系統(tǒng)的生產(chǎn)能力(output capacity)相當(dāng)于在常規(guī)兩階段惰性化系統(tǒng)中所使用的作為第二惰性氣體源用于