DE60319766T2

DE60319766T2 - Trocknungsvorrichtung, Verfahren zum Trocknen von Gas, Trocknungseinrichtung zum Nachrüsten eines Druckverstärkers, Druckwechseladsorptionssystem mit einem Druckverstärker

Info

Publication number: DE60319766T2
Application number: DE60319766T
Authority: DE
Inventors: Gary N. Donahue Byrd; Timothy C. Rock Island Phillis
Original assignee: Carleton Life Support Systems Inc
Current assignee: Cobham Mission Systems Davenport LSS Inc
Priority date: 2002-05-06
Filing date: 2003-05-06
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2023-05-07
Also published as: AU2003204015B2; US20030205141A1; CA2427771C; AU2003204015A1; JP2004000965A; KR101018305B1; CA2427771A1; MXPA03003963A; DE60319766D1; EP1362629B1; KR20030086931A; US6660065B2; JP4504631B2; EP1362629A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen einen Druckwechseladsorptionstrockner für einen pneumatisch betriebenen oder angetriebenen Druckverstärker. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Druckverstärker, der in einem Druckwechseladsorptionssystem verwendet wird. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Einrichtung oder ein Kit zum Nachrüsten eines bestehenden pneumatisch betriebenen Druckverstärkers.
Beschreibung des technischen Hintergrunds
Die Verwendung von Konzentrationseinrichtungen vom Typ eines Druckwechseladsorbers zum Erzeugen eines angereicherten Produktgases ist wohlbekannt. Mit Druck beaufschlagte Luft wird zyklisch einer Mehrzahl Betten aus einem Molekularsiebmaterial zugeführt und bestimmte Komponenten der Luft werden durch das Sieb adsorbiert, während die ausgewählte Komponente hindurchpassiert. Die Betten werden sequentiell oder aufeinander folgend zur Atmosphäre hin belüftet und mit dem Produktgas gespült, um die adsorbierten Komponenten aus dem Molekularsieb zu desorbieren oder abzulassen, auf diese Art und Weise kann ein kontinuierlicher Fluss des angereicherten Produktgases erzeugt werden.
In bestimmten Situationen ist der benötigte Druck im Hinblick auf das Produktgas höher als der Ausgangsdruck aus dem Adsorber und es kann dabei ein Druckbooster oder Druckverstärker verwendet werden, um den Druck des Produktgases zu steigern, um den Systemanforderungen gerecht zu werden. Boosterkompressoren oder Verstärkungskompressoren ihrerseits sind im Stand der Technik seit langem bekannt und können verschiedene Formen annehmen. Einige sind elektrisch betrieben, jedoch sind in bestimmten Situationen pneumatisch betriebene Booster oder Verstärker von Vorteil. Der pneumatische Booster oder Verstärker kann in Synchronisation betrieben werden mit den Betten des Wechseldruckadsorbers. Ein derartiges System ist im US-Patent US 5,071,453 A offenbart, welches auf den Inhaber der vorliegenden Erfindung zurückgeht.
Der pneumatisch betriebene Druckverstärker verwendet Antriebsluft mit geringerem Druck, welche auf einen großen Kolben wirkt, um kleinere Kolben anzutreiben oder hin und her zu bewegen, die ihrerseits das Produktgas zu einem erhöhten Druck hin komprimieren. Zusätzlich kann in bestimmten Fällen die Kompressorgröße minimiert werden durch Lufterhaltungs- oder -konservierungstechniken, wie dies im US-Patent US 5,354,361 A beschrieben ist. Das Antriebsgas wird vom Produktgas mittels einer Reihe von Schaft- und Kolbensiegeln (shaft/piston seals) separiert, die es ermöglichen, dass die Kolben und der Antriebsschaft sich bewegen, wobei pneumatische Integrität oder Dichtheit gewährleistet werden. Die Antriebsluft, die verwendet wird, um die Kolben hin und her zu bewegen, enthält Wasserdampf, welcher im Antriebszylinder kondensieren kann. Die Anwesenheit von Wasser im Antriebszylinder kann schwerwiegende nachteilige Effekte im Hinblick auf die Performance der Druckverstärker nach sich ziehen.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Trockenvorrichtung für die Verwendung in einem Druckverstärker zu schaffen, welche das Antriebsgas trocknet, bevor das Antriebsgas in den Druckverstärker eintritt.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, zwei aktivierte Betten und ein oder mehrere Ventile zwischen einer Druckluftquelle und einem Druckverstärker zu schaffen, so dass das Antriebsgas getrocknet wird, bevor es in den Druckverstärker eintritt.
Eine weitere Zielsetzung der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Nachrüsteinrichtung oder ein Nachrüstkit zum Nachrüsten eines bestehenden Druckwechseladsorptionssystems mit einer Druckvorrichtung zu schaffen, so dass das Antriebsgas getrocknet werden kann, bevor das Antriebsgas in den Druckverstärker eintritt.
Ferner ist es eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, einen Druckwechselabsorber und einen pneumatisch betriebenen Booster oder Verstärker zu schaffen, bei welchen der zeitliche Ablauf der Ventile, welche den Betrieb der Konzentrationseinrichtung und des Boosters oder Verstärkers steuern, und die Dichtung und/oder Verrohrung/Leitungsverbindung (plumbing) zwischen der Konzentrationseinrichtung und dem Booster oder Verstärker so ausgewählt sind oder werden, dass die zeitliche Abfolge des Übergangs der Gase, die durch die Siebbetten geleitet werden, gesteuert wird.
Diese und andere Aufgaben, die der Erfindung zugrunde liegen, werden gelöst bei einer Trocknungsvorrichtung für ein Druckwechseladsorptionssystem mit einem Paar Betten mit einem molekularen Siebmaterial, wobei jedes der Betten einen Einlass und einen Auslass aufweist. Ein Druckverstärker verstärkt den Druck des angereicherten Produktgases. Der Druckverstärker weist einen pneumatischen Antriebszylinder auf, der seinerseits gegenüberliegende Seiten besitzt, die alternativ mit Druck beaufschlagt werden, um den Druckverstärker anzutreiben. Das Paar Betten und der pneumatische Druckzylinder sind an eine Quelle komprimierter Zuführluft gekoppelt. Die Trocknungsvorrichtung weist ein Paar Feuchtigkeit entfernender Betten auf, von denen jedes mit der Quelle komprimierter Zuführluft verbunden ist. Es ist mindestens ein Ventil zwischen der Quelle komprimierter Zuführluft und dem Paar Flüssigkeit entfernender Betten vorgesehen. Der Druckverstärker wird über das Paar Flüssigkeit entfernender Betten alternativ mit komprimierter Zuführluft beaufschlagt.
Die vorangehend beschriebenen und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden gelöst durch ein Verfahren zum Trocknen von Gas, welches verwendet wird in einem pneumatisch angetriebenen Druckverstärker. Der Druckverstärker wird in einem Druckwechseladsorptionssystem verwendet. Das Druckwechseladsorptionssystem weist ein Paar molekularer Siebbetten auf, von denen jedes mit einem ersten bzw. einem zweiten Ventil verbunden ist. Die ersten und zweiten Ventile sind jeweils mit einer Quelle mit Druck beaufschlagten Gases und einer Belüftungsleitung zur Umgebung hin verbunden. Das Verfahren weist auf das Fließen- oder Strömenlassen des mit Druck beaufschlagten Gases zu gegenüberliegenden Seiten des An triebszylinders des Druckverstärkers, um den Antriebszylinder des Druckverstärkers zu positionieren. Das unter Druck stehende Gas fließt durch ein erstes aktiviertes Bett, um das Gas zu trocknen und eine Seite des Antriebszylinders des Druckverstärkers mit Druck zu beaufschlagen, um den Druckverstärker zu einer ersten Position oder Stellung hin zu verschieben. Gas wird von der anderen Seite des Antriebszylinders des Druckverstärkers durch das zweite aktivierte Bett geleitet, welches Feuchtigkeit aus dem zweiten Bett entfernt oder desorbiert. Während der zweiten Stufe des Druckverstärkerzyklus wird die Seite des Antriebszylinders, die ursprünglich mit Druck beaufschlagt wurde, in Bezug auf die Umgebung belüftet, und zwar über das erste aktivierte Bett, welches die Feuchtigkeit aus dem Bett aufnimmt oder desorbiert. Gleichzeitig wird die andere Seite des Antriebszylinders über das zweite aktivierte Bett mit Druck beaufschlagt. Das zweite aktivierte Bett trocknet das Gas, welches in den Antriebszylinder eindringt, und bewegt den Druckverstärkerkolben auf die andere Seite.
Die vorangehend beschriebenen und weitere Aufgaben der Erfindung werden gelöst durch eine Trocknungseinrichtung oder durch ein Trocknungskit zum Nachrüsten eines Druckverstärkers, der in einem Druckwechseladsorptionssystem verwendet wird. Der Druckverstärker besitzt eine erste und eine zweite Seite. Das Druckwechseladsorptionssystem besitzt ein Paar molekularer Siebbetten sowie ein erstes Ventil, welches mit einer Quelle mit Druck beaufschlagten Gases und mit einem Bett des Paares molekularer Siebbetten verbunden ist, sowie ein zweites Ventil, das mit der Quelle mit Druck beaufschlagten Gases und dem anderen Bett des Paares molekularer Siebbetten verbunden ist. Die Trocknungseinrichtung oder das Trocknungskit weist ein erstes aktiviertes Bett auf, welches mit der Quelle mit Druck beaufschlagten Gases und mit der ersten Seite des Druckverstärkers verbindbar ist. Des Weiteren ist ein zweites aktiviertes Bett vorgesehen, welches mit der Quelle mit Druck beaufschlagten Gases und der zweiten Seite des Druckverstärkers verbindbar ist. Mindestens eines der Ventile ist vorgesehen. das erste aktivierte Bett mit der Quelle mit Druck beaufschlagten Gases selektiv zu verbinden und das zweite aktivierte Bett mit der Quelle mit Druck beaufschlagten Gases zu verbinden.
Die vorangehend beschriebenen und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden gelöst durch ein Druckwechseladsorptionssystem mit einem Druckverstärker mit einer Trocknungsvorrichtung. Das Druckwechseladsorptionssystem weist auf ein Paar Betten mit einem molekularen Siebmaterial, von denen jedes einen Einlass und einen Auslass besitzt. Ein pneumatischer Antriebszylinder hat gegenüberliegende Seiten, die alternativ mit Druck beaufschlagt werden, um den Druckverstärker anzutreiben. Das Paar Betten ist mit einer Quelle komprimierter Zuführluft verbunden. Das Paar Flüssigkeit entfernender Betten ist mit der Quelle komprimierter Zuführluft verbunden. Der Druckverstärker wird alternativ mit der Zuführluft beaufschlagt, und zwar über das Paar Feuchtigkeit entfernender Betten. Mindestens eines der Ventile ist zwischen der Quelle komprimierter Zuführluft und dem Paar Feuchtigkeit entfernender Betten angeordnet.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen eines Antriebsgases, bevor dieses in einen Antriebszylinder eintritt. Die vorliegende Erfindung weist zwei Betten eines aktivierten Aluminamaterials (activated alumina), einer aktivierten Tonerde, eines aktivierten Aluminiumdioxids oder eines ähnlichen Materials auf, welches Feuchtigkeit während eines PSA-Zyklus entfernen kann. Ein Bett ist in Reihe angeordnet in oder zu jeder Antriebsgasleitung für den Druckverstärker oder die Verstärker- oder Boostpumpe. Die Betten besitzen eine Größe derart, dass eine ausreichende Menge an Material vorliegt, um Feuchtigkeit zu adsorbieren, welche in dem Gasvolumen enthalten ist, welches benötigt wird, um den Antriebskolben durch einen kompletten Zug hindurch zu bewegen. Während des Betriebs wird, wenn eine Seite des Zylinders mit Druck beaufschlagt wird, das in den Zylinder eindringende Gas durch das aktivierte Alumina-Bett getrocknet. Das Gas von der anderen Seite des Kolbens wird zurück in die Umgebung geführt, und zwar durch das andere Bett, wodurch das aktivierte Alumina-Material in diesem Bett regeneriert wird, und zwar aufgrund der Desorption oder Abgabe aufgrund des Druckabfalls. Die vorliegende Erfindung ist verwendbar als Trocknungseinrichtung oder -vorrichtung für einen Druckverstärker in einem pneumatischen Kreis für ein herkömmliches PSA-System. Die vorliegende Erfindung ist auch verwendbar als Trocknungseinrichtung oder -vorrichtung für einen Druckverstärker in einem pneumatischen Kreis für ein System, welches ein Gaserhaltungsschema (gas conservation scheme) verwendet, wie es im US-Patent US 5,354,361 A1 beschrieben ist. Vorteilhafterweise können aktivierte Betten eingebracht werden in den Antriebszylinderkörper oder in das Antriebszylindergehäuse oder in die Antriebskappen (drive caps), um zusätzliche Komponenten oder Bauteile zu vermeiden und Gewicht und Größe einzusparen. Die vorliegende Erfindung kann auch als Einrichtung oder als Kit zum Nachrüsten einer Trocknungseinrichtung oder Trocknungsvorrichtung in Bezug auf ein exis tierendes Druckwechseladsorptionssystem mit einem Druckverstärker bereitgestellt werden.
Es ist eine weitere Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, einen Druckwechselabsorber und einen pneumatisch betriebenen Verstärker oder Booster zu schaffen, bei welchem der Zeitablauf der Ventile, die den Betrieb der Konzentrationseinrichtung und des Verstärkers oder Boosters steuern, und die Abdichtung und/oder Leitungsbildung (plumbing) zwischen der Konzentrationseinrichtung und dem Booster derart gewählt sind oder werden, dass der Zeitablauf des Transfers von Gasen, welche über die Siebbetten zugeführt werden, gesteuert wird.
Weitere Zielsetzungen und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich für den Durchschnittsfachmann aufgrund der nachfolgenden Detailbeschreibung, wobei bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt sind und beschrieben werden, und zwar einfach zu Illustrationszwecken einer besten Form zum Ausführen der vorliegenden Erfindung. Es ergibt sich, dass die vorliegende Erfindung weitere und unterschiedliche Ausführungsformen bereitstellt, deren weitere Details Modifikationen in verschiedener Hinsicht ermöglichen, ohne dass dabei von der Erfindung abgewichen wird. Folglich dienen die Figuren und deren Beschreibung ausschließlich der Illustration und nicht der Beschränkung.
Kurzbeschreibung der Figuren
Die vorliegende Erfindung wird aufgrund von Beispielen erläutert, wodurch sich keine Beschränkung ergeben soll, wobei die Figuren der beigefügten Zeichnungsblätter verwendet werden und wobei Elemente mit denselben Bezugszeichen gleiche Elemente in den Ausführungsbeispielen beschreiben sollen.
1 ist eine schematische Ansicht eines Kombinationsdruckwechseladsorbers, welcher Luftkonservationstechniken und einen Boosterkompressor oder Verstärkerkompressor verwendet, und zwar unter Verwendung der Druckvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Ventile in nicht mit Energie beaufschlagten Stellungen vorliegen.
2 ist ein Graph, der den zeitlichen Ablauf der Ventile darstellt, die verwendet werden, um den Druckwechseladsorber und den Boosterkompressor/-verstärker zu steuern.
3 ist eine schematische Ansicht einer Kombination aus einem Druckwechseladsorber und einem Boosterkompressor/-verstärker unter Verwendung der Trocknungseinrichtung oder Trocknungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4A–C sind Illustrationen von Trocknerbetten, die im Antriebszylinder vorgesehen sind.
5 zeigt einen Kopf des Antriebszylinders eines Druckverstärkers mit einem integrierten Trockner im Bereich jeder Kappe.
Detailbeschreibung der Figuren
1 zeigt eine Kombination eines Druckwechselabsorbers oder Konzentrators/einer Konzentrationseinrichtung und eines Druckverstärkers oder einer Boost- oder Verstärkerpumpe, welche jeweils allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet sind oder werden. Es sei betont, dass die Begriffe "links" und "rechts" nur zu Erklärungszwecken verwendet werden. Beispiele für Konzentrationseinrichtungen, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sind beschrieben im US-Patent US 5,858,062 mit dem Titel "Oxygen Concentrator", erlassen am 12. Januar 1999 und im US-Patent US 5,549,736 , mit dem Titel "Modular Stackable Pressure Swing Adsorption Concentration", erlassen am 27. August 1996. Die Konzentrationseinrichtung weist auf, ein Paar Dreiwegesolenoid- oder -spulenventile 12 und 13, die mit Einlassleitungen 14 und 15 zu einem jeweiligen gemeinsamen Knoten 17 verbunden sind. Der Knoten 17 ist mit dem Zuführlufteinlass 18 verbunden, welcher Luft von einem Kompressor erhält. Die Auslässe der Ventile 12 und 13 sind mit den Einlassleitungen 20 bzw. 21 für die Siebbetten 22 und 23 verbunden. Jedes der Siebbetten 22 und 23 kann eine Einlassbegrenzung oder -verengung 24 und 25 (inlet restriction) aufweisen, die unmittelbar benachbart zum jeweiligen Einlass des Betts angeordnet sind, dies ist jedoch nicht notwendigerweise so. Die Auslässe 26 und 27 der Siebbetten 22 und 23 sind mit dem Knoten 34 und 35 verbunden, die ihrerseits mit Überprüfungsventilen 28 und 29 und miteinander über einen Restriktor oder Begrenzer 36 (restrictor) gekoppelt sind. Die Auslässe der Überprüfungsventile 28 und 29 sind mit einem Knoten 31 verbunden, der seinerseits gekoppelt ist mit der Seite des Druckverstärkers.
Der Druckbooster oder Druckverstärker 40 weist einen Kompressionszylinder 42 für die erste Stufe, einen Kompressionszylinder 43 für die zweite Stufe und einen Antriebszylinder 44 auf. Im Antriebszylinder 44 ist ein Antriebskolben 46 vorgesehen, der sich zu den jeweiligen Enden davon hin- und herbewegt. Der Antriebskolben 46 ist mit einem Antriebsschaft 47 verbunden, der an einem Ende einen Kolben 48 für die erste Stufe und am anderen Ende einen Kolben 49 für die zweite Stufe aufweist. Produktgas aus der Auslassleitung 38 des Konzentrators wird in den Einlass 51 des Zylinders 42 der ersten Stufe gekoppelt, und zwar über ein Prüfventil 52, das Steuerventil 37, die Leitung 33 und ein Plenum, Raum, eine Kammer oder 32 (plenum). Der Auslass 53 des Zylinders der ersten Stufe ist über ein Prüfventil 54 mit einer Zwischenkühleinrichtung oder einem Intercooler 56 gekoppelt. Der Zwischenkühler oder Intercooler ist über ein zweites Prüfventil 58 mit dem Einlass 59 der Kompressionszylinders 53 der zweiten Stufe gekoppelt. Der Auslass 61 des Zylinders 43 der zweiten Stufe ist über ein Prüfventil 62 mit einer Auslassleitung 63 gekoppelt, die mit einem Punkt der Verwendung (nicht dargestellt) des komprimierten Produktgases gekoppelt ist.
Gas, welches verwendet wird, um den Antriebskolben 46 anzutreiben, wird über jede Seite des Antriebszylinders 44 mittels der zwei Einlassleitungen 64 und 65 zugeführt. Die Einlassleitungen 64 und 65 sind an den Knoten 66 und 67 mit den Auslässen der Dreiwegesolenoidventile 12 und 13 gekoppelt und empfangen oder erhalten daher Luft vom Zuführlufteinlass 18 in einer Zeit durch abgestimmten Abfolge, die gesteuert wird durch die Ventile 12 und 13.
Die Trockeneinrichtung oder Trockenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorteilhafterweise mit den Einlassleitungen 64 und 65 ausgebildet, wie dies in 1 dargestellt ist. Vorteilhafterweise kann die vorliegende Erfindung entweder bei einem Druckwechseladsorptionssystem bestehender Art nachgerüstet werden oder es kann in einem neuen Druckwechseladsorptionssystem verwendet werden. Wie in 1 schematisch ge zeigt ist, ist ein erstes Trocknerbett 80 in der Einlassleitung 64 stromaufwärts vom Zweiwegeventil 84 eingefügt. In ähnlicher Art und Weise ist ein zweites Trocknerbett 90 in der Einlassleitung 65 stromaufwärts vom Zweiwegeventil 92 eingefügt. Die Zweiwegeventile 82 und 82 sind offen, wenn der Druckverstärker arbeitet, und geschlossen, wenn er nicht arbeitet. Die Trocknerbetten 80 und 90 weisen ein Trocknungsmaterial auf, z. B. ein aktiviertes Alumina-Material oder ein ähnliches Material zum Entfernen von Feuchtigkeit aus der Quelle der Zuführluft.
2 zeigt die zeitliche Abfolge für die Solenoidventile, nämlich für Ventil 12, Ventil 13, Ventil 82 und Ventil 92 für ein PSA-System unter Verwendung von Energiespar- oder -erhaltungstechniken, wie dies im US-Patent US 5,354,361 A beschrieben ist. Wie dargestellt ist, sind das Ventil 82 und das Ventil 92 geöffnet, während der Druckverstärker 44 arbeitet. Zum Zeitpunkt T₀ ist das Ventil 12 zur Leitung 18 für komprimierte Luft geöffnet und Ventil 13 ist mit der Umgebung verbunden, und zwar über die Leitung 19. Zum Zeitpunkt T₁ schaltet das Ventil 13 zur Leitung 18 für die komprimierte Luft, wodurch dem Bett 23, welches auf einem sehr niedrigen Druck liegt, erlaubt, mittels des Kompressors und des im Bett 22, dem Trockner 80 und der rechten Seite des Antriebszylinders 44 enthaltenen Gases mit Druck beaufschlagt zu werden. Zum Zeitpunkt T₂ schaltet das Ventil 12 zur Belüftungsleitung 19, wodurch das Belüften des Bettes 22, des Trockners 80 und der rechten Seite des Antriebsluftzylinders 44 abgeschlossen wird. Ventil 13 verbleibt zur Leitung 18 für die komprimierte Luft geschaltet. Zum Zeitpunkt T₃ schaltet das Ventil 12 zur Leitung 18 für die komprimierte Luft, wodurch dem Bett 22, welches auf einem sehr niedrigen Druck liegt, erlaubt wird, durch den Kompressor und das Gas aus dem Bett 23, dem Trockner 90 und der linken Seite des Antriebszylinders 44 mit Druck beaufschlagt zu werden. Zum Zeitpunkt T₄ schaltet das Ventil 13 zur Belüftungsleitung 19, wodurch das Belüften des Bettes 23, des Trocknerbetts 90 und der linken Seite des Antriebszylinders 44 abgeschlossen wird. Zum Zeitpunkt T₅ schaltet das Ventil 13 zurück zur Leitung für die komprimierte Luft. Zum Zeitpunkt T₆ schaltet das Ventil 12 erneut, um sich zur Leitung 18 für die komprimierte Luft hin zu öffnen.
Zum Beginn eines typischen pneumatischen Zyklus mit einem Druckverstärker im Betrieb ist das Ventil 12 zum Einlass 18 für die komprimierte Luft, zum Bett 22, zum Trocknerbett 80 und zur rechten Seite des Verstärkers 44 hin geöffnet, wodurch diese mit Druck beaufschlagt sind. Das Ventil 13 ist zur Belüftungsleitung 19 hin geöffnet und das Bett 23, das Trocknerbett 90 und die linke Seite des Antriebszylinders 44 werden über die Belüftungsleitung 19 zur Atmosphäre hin belüftet. Im nächsten Schritt des Zyklus schaltet das Ventil 13 zur Leitung für die komprimierte Luft. Dies ermöglicht, dass das unter hohem Druck stehende Gas vom Bett 22, vom Trocknerbett 80 und der rechten Seite des Druckverstärkers 44 in das Bett 23 strömt oder fließt, welches sich auf einem niedrigen Druck befindet, und zwar über das Ventil 12 und zusätzlich zur komprimierten Zuführluft, die durch das Ventil 13 strömt. Am Ende dieser Periode oder Zeitspanne schaltet das Ventil 12 zur Belüftungsleitung 19, um zu ermöglichen, dass das Bett 22, das Trocknerbett 80 und die rechte Seite des Druckverstärkers zur Atmosphäre hin belüftet werden. Zu diesem Zeitpunkt verbleibt das Ventil 13 zur Leitung für die Zuführluft hin geöffnet, um zu ermöglichen, dass das Bett 23, das Trocknerbett 90 und die linke Seite des Druckverstärkers 44 weiterhin mit Druck beaufschlagt sind. Im letzten Schritt des pneumatischen Zyklus werden beide Ventile 12 und 13 zur Leitung 18 für die komprimierte Zuführluft geschaltet. Dies ermöglicht, dass das unter hohem Druck stehende Gas aus dem Bett 23, dem Trocknerbett 90 und der linken Seite des Druckverstärkers in das Bett 22 strömt, welches sich auf einem niedrigen Druck befindet, und zwar über das Ventil 13 und zusätzlich zu der Zuführluft, die durch das Ventil 12 strömt. Der Zyklus wird wiederholt, um zu ermöglichen, dass beide molekulare Siebbetten und die Trocknerbetten ungewünschte Komponenten oder Bestandteile aus dem Gasstrom in einem regenerativen Vorgang adsorbieren und desorbieren.
3 ist ähnlich zu 1, außer dass die Leitung 164 direkt mit der Leitung für die Zuführluft am Knoten 117 verbunden ist, welcher sich stromaufwärts vom Ventil 12 befindet. Es ist ein Vierwegeventil 302 in der Leitung 164 vorgesehen und mit dem ersten Trocknerbett 170 verbunden. Eine Leitung 166 verbindet das Vierwegeventil 302 mit dem ersten Trocknerbett 170. Eine Leitung 168 verbindet das Vierwegeventil 302 mit dem zweiten Trocknerbett 172. Tatsächlich ist das erste Trocknerbett 170 mit der rechten Seite des Antriebszylinders 44 mittels der Leitung 176 verbunden. Das zweite Trocknerbett 172 ist mit der linken Seite des Antriebszylinders 44 mittels der Leitung 178 verbunden. Der Betrieb der zweiten Ausführungsform aus 3 ist ähnlich zu dem Betrieb der Ausführungsform aus 1, außer dass das Vierwegeventil 302 nicht schaltet wie die beiden Zweiwegeventile. In diesem System ist der Betrieb des Druckverstärkers 44 unabhängig von den Zeitablaufzyklen der Betten 22, 23. Das Gas im An triebszylinder 44 und in den Trocknerbetten 170, 172 wird nicht über die molekularen Siebbetten 22, 23 zurückgeführt.
Wie schematisch in den 1 und 3 dargestellt ist, sind die Trocknerbetten 170, 172 vom Antriebszylinder 44 separiert. Jedoch können in beiden Ausführungsformen der 1 und 3 die Trocknerbetten auch im Antriebszylinder 44 vorgesehen sein und insbesondere im Zylindergehäuse 144, wie dies in den 4 und 5 dargestellt ist und später beschrieben wird.
Wie in 1 dargestellt ist, besitzt der Antriebszylinder 44 ein mittiges oder zentrales Gehäuse 144 und zwei Endplatten 146, 148. Das zentrale oder mittige Gehäuse 144 ist zylindrisch ausgebildet und an gegenüberliegenden Enden mit Kappen oder Treiberkappen 146, 148 (drive cap) ausgebildet.
Im Übergang zu den 4A–4C können die Trocknerbetten 80, 90 aus den 1 oder 3 und den dazugehörigen Ausführungsformen 170, 172 im zentralen oder mittigen Gehäuse 144 des Antriebszylinders 44 vorgesehen sein. Wie z. B. in den 4A–4C dargestellt ist, können die Trocknerbetten 80, 90 oder 170, 172 koextensiv (co-extensive), flächen- oder inhaltsgleich ausgebildet sein mit der Gesamtlänge des zentralen oder mittigen Gehäuses 144, und zwar durch Ausbilden hohler Bereiche oder Abschnitte 402, 404 auf dem äußeren Umfangsbereich des Antriebszylinders 144. Diese hohlen Bereiche oder Abschnitte können dann mit dem aktivierten Aluminamaterial 426 gefüllt sein oder werden. Dichtungen oder Röhrendichtungen 406, 408, 410, 412 sind an gegenüberliegenden Enden der hohlen Zylinder 402, 404 angeordnet und dienen dazu, das aktivierte Alumina-Material in den hohlen Zylindern 402, 404 zurückzuhalten. Jedes Bett weist ein Filter 420, eine perforierte Platte 422 und eine Feder 424 auf, z. B. eine Wellenfeder oder Schraubenfeder (wave spring), und zwar an gegenüberliegenden Enden der hohlen Bereiche oder Abschnitte. Der Filter 420, die perforierte Platte 422 und die Feder 424 dienen dazu, das aktivierte Aluminamaterial 426 zurückzuhalten. Vorteilhafterweise wird durch Enthaltensein der Trocknerbetten in dem Antriebszylinder der zur Verfügung stehende Raum in effektiver Art und Weise genutzt. Dadurch wird in vorteilhafter Weise das Vorsehen von Extrakomponenten oder Bauteilen vermieden und es werden Gewicht, Größe und Kosten eingespart.
Es wird nun Bezug genommen auf die 5, wo eines der Trocknerbetten 80, 90; 170, 172 in einer Endkappe 146 (end cap) enthalten ist. Die Endkappe 146 kann abgewandelt werden um einen Hohlbereich oder hohlen Abschnitt 502 aufzuweisen, der in Bezug auf die Mittellinie der Endkappe 146 radial auswärts angeordnet ist. Der Hohlbereich 502 steht in Verbindung mit dem inneren Volumen des Antriebszylinders 44, so dass die durch das Bett strömende Luft getrocknet wird, bevor sie das innere Volumen des Antriebszylinders 44 erreicht. Die Anordnung oder Zusammensetzung des Betts weist ein Blatt oder eine Schicht 510 (screen) auf, die gebildet sind aus einem Gewebe-, Flecht- oder Maschenmaterial, sowie einen Filter 512 zum Verhindern, dass Teilchen in das innere Volumen übertreten. An einem gegenüberliegenden Ende des Hohlzylinders sind ein anderes Blatt oder eine andere Scheibe 514 (screen) und ein Filter 516 vorgesehen. Eine Wellenfeder 518 (wave spring) ist an dem distalen Ende des Hohlzylinders vorgesehen, um das aktivierte Aluminamaterial 520 zu komprimieren, welches zentral oder mittig angeordnet ist zwischen den Blättern oder Scheiben 512, 514. Eine Dichtung, Schlauchdichtung oder Röhrendichtung ist ebenfalls am distalen Ende vorgesehen für die Verbindung einer Luftleitung, welche dann verbunden wird mit einem der Zweiwegeventile 82, 92 oder dem Vierwegeventil 302.
Es wurde eine Trocknungseinrichtung oder Trocknungsvorrichtung beschrieben, die nützlich und geeignet ist zum Eliminieren von Feuchtigkeit aus der Antriebsluft zum Betreiben eines Druckverstärkers.
Dem Durchschnittsfachmann ist klar, dass die vorliegende Erfindung die oben genannten Aufgaben löst. Unter Verwendung der zuvor angegebenen Beschreibung ist es dem Durchschnittsfachmann möglich, verschiedene Abwandlungen, Ersetzungen durch Äquivalente und Austausch anderer Aspekte in der sämtlichen Breite der Offenbarung durchzuführen. Es wird daher betont, dass der Schutz der Erfindung ausschließlich durch die Patentansprüche definiert wird.

Claims

Trocknungsvorrichtung für ein Druckwechseladsorptionssystem mit einem Paar Betten mit einem molekularen Siebmaterial, wobei jedes einen Einlass und einen Auslass aufweist, und mit einem Druckverstärker zum Erhöhen des Drucks eines angereicherten Produktgases und mit einem pneumatischen Antriebszylinder für den Druckverstärker mit gegenüberliegenden Seiten, die alternativ mit Druck beaufschlagbar sind, um den Druckverstärker anzutreiben, wobei das Paar Betten und der pneumatische Antriebszylinder gekoppelt sind an eine Quelle komprimierter Zufuhrluft, wobei die Trocknungsvorrichtung aufweist: – ein Paar Feuchtigkeit entfernender Betten, von denen jedes einen Anschluss besitzt, die mit der Quelle komprimierter Zufuhrluft verbunden ist, sowie einen zweiten Anschluss, der mit dem Druckverstärker verbunden ist, und – mindestens ein Ventil, das zwischen der Quelle der komprimierten Zufuhrluft und dem Paar Feuchtigkeit entfernender Betten angeordnet ist, – wobei der Druckverstärker ausgebildet ist, alternativ mit der Zufuhrluft über das Paar Feuchtigkeit entfernender Betten beaufschlagt zu werden.
Trockenvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das mindestens eine Ventil ein Vierwegeventil aufweist.
Trockenvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das mindestens eine Ventil ein Paar Zweiwegeventile aufweist.
Trockenvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das Paar Feuchtigkeit entfernender Betten aktiviertes Aluminium aufweist.
Trockenvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das Paar Feuchtigkeit entfernender Betten durch den pneumatischen Antriebszylinder gebildet wird.
Verfahren zum Trocknen von Gas, welches in einem pneumatisch betriebenen Druckverstärker verwendet wird, wobei der Druckverstärker Stempel oder Kolben aufweist und in einem Druckwechseladsorptionssystem verwendet wird, wobei das Druckwechseladsorptionssystem ein Paar molekularer Siebbetten aufweist, von denen jedes mit einem ersten bzw. mit einem zweiten Ventil verbunden ist, wobei die ersten und zweiten Ventile jeweils mit einer Quelle mit Druck beaufschlagten Gases verbunden sind, wobei das Verfahren einen Schritt des Strömenlassens mit Druck beaufschlagten Gases aufweist, und zwar zu gegenüberliegenden Seiten des Druckverstärkers hin, um die Druckverstärkerkolben oder -stempel zu positionieren, – mit einem Schritt des Strömenlassens druckbeaufschlagten Gases durch ein erstes aktiviertes Feuchtigkeit entfernendes Bett, um das Gas zu trocknen und um eine Seite des Druckverstärkers mit Druck zu beaufschlagen, um den Druckverstärker in eine erste Stellung zu verschieben und Gas von der anderen Seite des Druckverstärkers durch das zweite aktivierte feuchtigkeitsentfernende Bett zu entlüften, und – mit einem Schritt des Entlüftens von Gas von der einen Seite des Druckverstärkers durch das erste aktivierte Feuchtigkeit entfernende Bett und Strömenlassen des mit Druck beaufschlagten Gases durch das zweite aktivierte Flüssigkeit entfernende Bett, um das Gas zu trocknen und die andere Seite des Druckverstärkers mit Druck zu beaufschlagen, um den Druckverstärker in eine zweite Stellung zu verschieben.
Verfahren nach Anspruch 6, mit dem weiteren Schritt des Entlüftens eines Molekularsiebbettes des Paares Molekularsiebbetten zur Atmosphäre hin, wenn das erste Ventil offen ist, und Entlüften des anderen Molekularsiebbettes des Paares Molekularsiebbetten zur Atmosphäre hin, wenn das zweite Ventil offen ist.
Verfahren nach Anspruch 6, mit dem weiteren Schritt des Strömenlassens von Produktgas von einem der Molekularbetten, wenn das erste Ventil offen ist, zur ersten Seite des Druckverstärkers und des Strömenlassens des Produktgases vom anderen der Molekularbetten zur einen Seite des Druckverstärkers, wenn das zweite Ventil offen ist.
Verfahren nach Anspruch 6, mit einem Schritt des Entlüftens von Gas von einer Seite des Druckverstärkers, wenn eines des Paars Molekularsiebbetten entlüftet wird, und Entüften der anderen Seite des Druckverstärkers, wenn das andere des Paars Molekularsiebbetten entlüftet wird.
Trocknungseinrichtung, zum Nachrüsten eines Druckverstärkers, welcher in einem Druckwechseladsorptionssystem verwendet wird, wobei der Druckverstärker eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist, wobei das Druckwechseladsorptionssystem ein Paar Molekularsiebbetten und ein erstes Ventil aufweist, welches verbunden ist mit einer Quelle mit Druck beaufschlagten Gases und mit einem Molekularsiebbett des Paares Molekularsiebbetten, und mit einem zweiten Ventil, welches mit der Quelle mit Druck beaufschlagten Gases und mit dem anderen Molekularsiebbett des Paares Molekularsiebbetten verbunden ist, wobei die Trocknungseinrichtung aufweist: – ein erstes aktiviertes Feuchtigkeit entfernendes Bett, welches mit der Quelle mit Druck beaufschlagten Gases und mit der ersten Seite des Druckverstärkers verbindbar ist, – ein zweites aktiviertes Feuchtigkeit entfernendes Bett, welches mit der Quelle mit Druck beaufschlagten Gases und mit der zweiten Seite des Druckverstärkers verbindbar ist, und – mindestens ein Ventil zum auswählbaren Verbinden des ersten aktivierten Feuchtigkeit entfernenden Betts mit der Quelle mit Druck beaufschlagten Gases und zum auswählbaren Verbinden des zweiten aktivierten Feuchtigkeit entfernenden Betts mit der Quelle mit Druck beaufschlagten Gases.
Trocknungseinrichtung nach Anspruch 10, bei welcher das mindestens eine Ventil ein Vierwegeventil aufweist.
Trocknungseinrichtung nach Anspruch 10, bei welcher das mindestens eine Ventil ein Paar Zweiwegeventile aufweist.
Trocknungseinrichtung nach Anspruch 10, bei welcher die ersten und zweiten aktivierten Betten aktiviertes Aluminium aufweisen.
Druckwechseladsorptionssystem mit einem Druckverstärker mit einer Trocknungsvorrichtung, mit: – einem Paar Betten mit einem Molekularsiebmaterial, wobei jedes Bett einen Einlass und einen Auslass aufweist, – einem pneumatischen Antriebszylinder für den Druckverstärker mit gegenüberliegenden Seiten, welche alternativ mit Druck beaufschlagt werden, um den Druckverstärker zu betreiben, – wobei das Paar Betten mit einer Quelle komprimierter Zufuhrluft verbunden ist, – einem Paar Feuchtigkeit entfernender Betten, wobei jedes einen mit der Quelle mit Druck beaufschlagter Zufuhrluft verbundenen Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist, welcher mit dem Druckverstärker verbunden ist, und – mit mindestens einem Ventil, welches zwischen der Quelle komprimierter Zufuhrluft und dem Paar Feuchtigkeit entfernender Betten verbunden ist, – wobei der Druckverstärker ausgebildet ist, alternativ mit der Zufuhrluft über das Paar Feuchtigkeit entfernender Betten mit Druck beaufschlagt zu werden.
Druckwechseladsorptionssystem nach Anspruch 14, bei welchem das Paar Feuchtigkeit entfernender Betten im pneumatischen Antriebszylinder angeordnet ist.
Druckwechseladsorptionssystem nach Anspruch 14, bei welchem das mindestens eine Ventil ein Vierwegeventil aufweist.
Druckwechseladsorptionssystem nach Anspruch 14, bei welchem das mindestens eine Ventil ein Paar Zweiwegeventile aufweist.
Druckwechseladsorptionssystem nach Anspruch 14, bei welchem das Paar Feuchtigkeit entfernender Betten aktiviertes Aluminium aufweist.
Druckwechseladsorptionssystem nach Anspruch 14, bei welchem jedes Bett des Paars Feuchtigkeit entfernender Betten durch den pneumatischen Antriebszylinder gebildet wird.