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EP3111999A1 - Oxygen reducing installation and method for dimensioning out an oxygen reducing installation - Google Patents

Oxygen reducing installation and method for dimensioning out an oxygen reducing installation Download PDF

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Publication number
EP3111999A1
EP3111999A1 EP15175014.8A EP15175014A EP3111999A1 EP 3111999 A1 EP3111999 A1 EP 3111999A1 EP 15175014 A EP15175014 A EP 15175014A EP 3111999 A1 EP3111999 A1 EP 3111999A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
oxygen
separation system
concentration
gas separation
enclosed area
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP15175014.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP3111999B1 (en
Inventor
Ernst-Werner Wagner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Amrona AG
Original Assignee
Amrona AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to NO15175014A priority Critical patent/NO3111999T3/no
Application filed by Amrona AG filed Critical Amrona AG
Priority to TR2018/02143T priority patent/TR201802143T4/en
Priority to PT151750148T priority patent/PT3111999T/en
Priority to ES15175014.8T priority patent/ES2658472T3/en
Priority to PL15175014T priority patent/PL3111999T3/en
Priority to EP15175014.8A priority patent/EP3111999B1/en
Priority to CN201680039295.0A priority patent/CN107847777B/en
Priority to PCT/EP2016/064148 priority patent/WO2017001222A1/en
Priority to CA2990980A priority patent/CA2990980C/en
Priority to MX2017016477A priority patent/MX379053B/en
Priority to US15/738,621 priority patent/US10456611B2/en
Priority to RU2018103669A priority patent/RU2710630C2/en
Priority to BR112017028338-7A priority patent/BR112017028338B1/en
Priority to AU2016288367A priority patent/AU2016288367B2/en
Publication of EP3111999A1 publication Critical patent/EP3111999A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP3111999B1 publication Critical patent/EP3111999B1/en
Priority to ZA201708465A priority patent/ZA201708465B/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A62LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62CFIRE-FIGHTING
    • A62C99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • A62C99/0009Methods of extinguishing or preventing the spread of fire by cooling down or suffocating the flames
    • A62C99/0018Methods of extinguishing or preventing the spread of fire by cooling down or suffocating the flames using gases or vapours that do not support combustion, e.g. steam, carbon dioxide
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A62LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62CFIRE-FIGHTING
    • A62C99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A62LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62CFIRE-FIGHTING
    • A62C3/00Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places
    • A62C3/002Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places for warehouses, storage areas or other installations for storing goods
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A62LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62CFIRE-FIGHTING
    • A62C3/00Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places
    • A62C3/16Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places in electrical installations, e.g. cableways

Definitions

  • the present invention relates to a system for reducing the oxygen content in the space atmosphere of an enclosed area or for holding a reduced oxygen content in the room atmosphere of an enclosed area below a predetermined concentration and reduced concentration (operating concentration) compared to the oxygen concentration of the normal ambient air.
  • the plant according to the invention is in particular designed to prevent the formation or spread of fires by introducing an oxygen-reduced gas mixture or an oxygen-displacing gas into the room atmosphere of an enclosed area.
  • the system according to the invention is basically also suitable for extinguishing fires in the enclosed area.
  • the system according to the invention serves, for example, to reduce the risk and to extinguish fires in an area to be monitored, wherein the enclosed area is also permanently inertized at different levels of reduction for fire prevention or fire fighting.
  • the basic principle of the inertization technique for fire prevention is based on the knowledge that in enclosed areas, their equipment is sensitive responds to the action of water, the risk of fire can be countered by the fact that the oxygen concentration in the affected area is lowered to a value of, for example, 15 vol .-%. With such a (reduced) oxygen concentration, most flammable materials can no longer ignite. Accordingly, the main area of application of this inertization technique for fire prevention is also computerized areas, electrical switching and distribution rooms, enclosed facilities such as storage areas with particularly high-value assets.
  • the fire prevention effect resulting from this inertization technique is based on the principle of oxygen displacement.
  • Normal ambient air is known to be 21% by volume of oxygen, 78% by volume of nitrogen and 1% by volume of other gases.
  • an oxygen-reduced gas mixture or an oxygen-displacing gas, such as nitrogen the oxygen content in the room atmosphere of the enclosed area is reduced.
  • CA Controlled Atmosphere
  • Oxygen reduction systems particularly those used as fire prevention systems, fire extinguishing systems, explosion suppression systems or explosion protection systems by an atmosphere is generated in an enclosed area, which has a lower continuous oxygen concentration than under ambient conditions, - compared to water extinguishing systems, such as sprinkler systems or Spray mist extinguishing systems - in particular the advantage that they are suitable for volume extinguishing.
  • the airtightness of the envelope of an enclosed area is typically determined by a blower door test.
  • a ventilator let into a room envelope creates and maintains a constant overpressure and negative pressure of (for example) 50 Pa within the enclosed area.
  • the amount of air leaking through leaks in the enclosure of the enclosed area must be forced in by the fan into the enclosed area and measured.
  • the so-called n50 value (unit: 1 / h) indicates how often the interior volume is converted per hour.
  • the airtightness determined with a differential pressure test thus corresponds to an air exchange rate caused by leaks in a space envelope of the enclosed area, which is also referred to herein as a "charge-independent air exchange rate".
  • the airtightness determined by a differential pressure test does not take into account an air exchange which is caused by openings, which can be formed in the space envelope, such as doors, gates or windows, as required for the purpose of loading and / or inspecting the enclosed area. This rate of air exchange is also referred to herein as a "feed-dependent air exchange rate".
  • the feed-dependent air exchange rate can generally not be determined beforehand, since the feed-dependent air exchange rate varies over time and depends on when and how often for the purpose of loading and / or inspection the space envelope of the enclosed area is opened, such as long is the opening formed for the purpose of loading and / or walking in the space envelope of the enclosed area, and how big this opening ultimately is.
  • these parameters which determine the charge-dependent air exchange rate can not be determined in advance, so that, with regard to the charge-dependent air exchange rate of the enclosed area during the design an oxygen reduction system always assumes peak values by assuming maximum loading and / or commissioning. In this way, it is ensured that with the oxygen reduction system, a sufficient amount of oxygen-displacing gas can always be provided per unit time in order to be able to securely hold a reduced oxygen content in the room atmosphere of the enclosed area below the predetermined operating concentration even in extreme cases.
  • An object of the invention is to provide a method for designing an oxygen reduction system, with which the oxygen reduction system is optimally projected in terms of the actual conditions.
  • a corresponding oxygen reduction system is to be specified, which is better adapted to the actual conditions of the enclosed area compared to oxygen reduction systems, which are designed and projected according to the previous approach.
  • the object underlying the invention is achieved by the subject matter of the independent patent claim 20.
  • the invention particularly relates to an oxygen reduction system which is designed to reduce the oxygen content in the room atmosphere of an enclosed area to a concentration which is below a predetermined operating concentration and reduced compared to the oxygen concentration of the normal ambient air.
  • the oxygen reduction system according to the invention is designed to keep a reduced oxygen content in the room atmosphere of an enclosed area below a predetermined and reduced operating concentration compared to the oxygen concentration of the normal ambient air.
  • the oxygen reduction system has a gas separation system whose outlet is fluidly connected to the enclosed area to continuously supply an oxygen-reduced gas mixture or an oxygen-displacing gas to the space atmosphere of the enclosed area.
  • the gas separation system is operated continuously, so that continuously, i. in time, the room atmosphere of the enclosed area is supplied with an oxygen-reduced gas mixture or an oxygen-displacing gas.
  • the gas separation system is designed such that, in a continuous operation of the gas separation system in a first mode of operation, the oxygen concentration in the room atmosphere of the enclosed area is always in a range between the predetermined operating concentration and a predetermined or definable lower limit concentration.
  • a quantity of an oxygen-reduced gas mixture lying within a predefined or definable range is continuously provided.
  • the advantages that can be achieved with the solution according to the invention are obvious: since it is provided that the gas separation system is operated continuously, the oxygen-reduced gas mixture can be provided at the outlet of the gas separation system in an amount that corresponds to the quantity as if it were larger dimensioned gas separation system is operated discontinuously. Therefore, compared to off the stand
  • the technology known approaches the gas separation system and the oxygen reduction system are dimensioned smaller overall, so that thereby the cost of the initial installation of the oxygen reduction system are reduced.
  • the continuous operation of the gas separation system also has the further advantage of minimizing wear on the gas separation system due to repeated on and off switching.
  • the predetermined operating concentration which is reduced in comparison to the oxygen concentration of the normal ambient air, corresponds to the design concentration of the enclosed area.
  • the design concentration in accordance with VdS guideline 3527 (version: filing date) refers to the ignition limit minus a safe distance and is therefore dependent on the materials stored in the enclosed area.
  • the present invention is not limited to such embodiments in which, with the aid of the oxygen reduction system, a reduced oxygen content in the space atmosphere of an enclosed area is kept below the design concentration of the area. Rather, the invention also encompasses those embodiments in which generally a reduced oxygen content in the room atmosphere of the enclosed area is kept below a predetermined and reduced operating concentration compared to the oxygen concentration of normal ambient air, which predetermined operating concentration is also above the design concentration of the area can.
  • the solution according to the invention is particularly suitable for an oxygen reduction system, which is projected with regard to an enclosed area, wherein the air exchange rate of the enclosed area varies cyclically with respect to time.
  • This is the case, for example, in rooms or warehouses, the envelope of which is temporarily opened for the purpose of inspection and / or loading, whereby the frequency of the inspection / loading is subject to a certain cycle, for example a day cycle or a week cycle, so that overall the air exchange rate of the enclosed area in terms of the time varies cyclically and each time cycle is divisible into several consecutive time periods.
  • the mean air exchange rate of the enclosed area assumes a corresponding value for each time period.
  • the total air exchange rate of the enclosed area (here: warehouse) varies cyclically at weekly intervals, the average total air exchange rate of the enclosed area (warehouse) during the 6 working days being a feed-dependent air exchange rate and a feed-independent air exchange rate composed.
  • the feed-dependent air exchange rate is negligible, so that the mean total air exchange rate essentially corresponds to the charge-independent air exchange rate of the enclosed area.
  • the feed-dependent air exchange rate takes into account an air exchange that takes place through openings in the space envelope of the enclosed area, which are (intentionally) formed as required for the purpose of loading and / or inspection. These openings are, in particular, doors, gates, locks or windows.
  • the gas separation system takes into account the respective duration of the time periods Taking into account the respective mean total air exchange rates for each period of time is designed so that in a continuous operation of the gas separation system in a first mode of operation, the oxygen concentration in the room atmosphere of the enclosed area always in a range between the predetermined operating concentration (such as the design concentration the enclosed area) and the predetermined or definable lower limit concentration.
  • the gas separation system can be operated in at least two and preferably three different operating modes. In these at least two modes of operation, the gas separation system continuously provides an oxygen-reduced gas mixture at the outlet. In contrast to the first operating mode, however, in the second operating mode of the gas separation system, the amount of an oxygen-reduced gas mixture continuously provided per unit time at the outlet is increased, relative to a reference value of a residual oxygen concentration.
  • the gas separation system is further operable in a third operating mode in which - compared to the first mode of operation - the continuously provided per unit time at the outlet amount of an oxygen-reduced gas mixture - based on a reference value of a residual oxygen concentration - is reduced.
  • the in the time diagram in FIG. 1 total period considered is one week (7 days).
  • FIG. 1 In particular, the temporal evolution of the oxygen concentration in the room atmosphere of the enclosed area is shown. It can be seen in particular that the oxygen concentration is always in a range between about 15.0 vol .-% and 14.9 vol .-%. This is a classical control range defined by an upper threshold and a lower threshold oxygen concentration in the room atmosphere of the enclosed area.
  • the upper threshold oxygen concentration in the room atmosphere of the enclosed area represents the turn-on threshold at which a gas separation system associated with the oxygen reduction system is turned on to provide an oxygen depleted gas mixture at the outlet of the gas separation system.
  • the provided oxygen-reduced gas mixture is then introduced into the room atmosphere of the enclosed area, so that subsequently the oxygen concentration in the room atmosphere decreases accordingly.
  • the operation of the gas separation system is discontinued.
  • the supply of the oxygen-reduced gas mixture is interrupted in the room atmosphere of the enclosed area, as a result, in the space atmosphere of the enclosed area, the oxygen concentration increases again accordingly.
  • This charge-independent air exchange rate can be determined in advance in particular by means of a differential pressure measurement.
  • charge-independent air exchange rate there is also a charge-dependent air exchange rate, ie an air exchange through openings provided in the envelope of the enclosed area which are opened for the purpose of loading and / or inspecting the enclosed area.
  • FIG. 1 is a situation in which the enclosed area is used 6 days a week (here: Monday to Saturday) in a three-shift operation.
  • a "utilization in three-shift operation" is to be understood as meaning a semi-continuous all-round operation which takes place in the in FIG. 1 shown embodiment is interrupted only on Sunday.
  • the gas separation system of the oxygen reduction system is operated continuously in an operating mode in which at the outlet of the gas separation system per unit time a lying within a predetermined or definable range amount of an oxygen-reduced gas mixture is continuously provided, said per Time unit provided is greater than 0 liters per hour.
  • FIG. 2 the temporal evolution of the oxygen concentration in the room atmosphere of an enclosed area shown, for which the oxygen reduction plant according to the invention is designed and projected. It This is an enclosed area (for example, a warehouse) used in three shifts 6 days a week.
  • the oxygen reduction system has a gas separation system, which is designed and designed taking into account a feed-dependent air exchange rate and a feed-independent air exchange rate over the course of the week.
  • the feed-dependent air exchange rate during the course of the week takes into account the fresh air intake by feeding and / or inspection of the enclosed area.
  • the total fresh air intake is composed of the feed-dependent air exchange rate on the one hand and the feed-independent air change rate at an average wind speed of 3 m / s.
  • nitrogen (N 2 ) having a residual oxygen concentration of, for example, 5% is used as the oxygen-reduced gas mixture or oxygen-displacing gas.
  • the nitrogen required for leveling the total fresh air intake during the week is summarized in Table 3.
  • the time course of the nitrogen requirement is also in the time chart according to FIG. 2 located. It can be seen in particular that on Sunday (rest day) the nitrogen requirement drops to a relatively low value of 144 m 3 / h. This reduced nitrogen requirement results from the reduced air exchange rate on Sunday, as on Sunday the air exchange rate is determined by the feed-independent air exchange rate (the feed-dependent air exchange rate is negligible on the day of rest, since no loading and / or inspection of the enclosed area is provided).
  • the gas separation system belonging to the oxygen reduction system is operated continuously, in which context in particular also means operation on Sunday (rest day).
  • the operating mode of the gas separation system is selected such that an amount of an oxygen-reduced gas mixture is continuously provided at the outlet of the gas separation system per unit time, so that the oxygen concentration in the room atmosphere of the enclosed area in the entire week cycle in a range between the predetermined, reduced operating concentration and a pre fixed or definable lower limit concentration.
  • the continuous operation of the gas separation system establishes a calculated nitrogen buffer in the enclosed area that is used for a subsequent period of time with increased nitrogen demand.
  • the preset, reduced operating concentration is 15% by volume and the preset or definable lower limit concentration is 14.6% by volume.
  • concentration values are also conceivable.
  • the gas separation system of the oxygen reduction plant is operated continuously so that at the outlet of the gas separation system continuously per hour 526 m 3 of the oxygen-reduced gas mixture is provided.
  • This operating mode of the gas separation system ensures that over the week cycle the oxygen concentration in the room atmosphere of the enclosed area is always below the predetermined, reduced operating concentration of 15% by volume.
  • the gas separation system In contrast to a conventionally designed or projected oxygen reduction system, however, can be significantly smaller dimensions with the solution according to the invention, the gas separation system. It should be noted that the in FIG. 1 In the case shown, the gas separation system is designed for a delivery capacity of more than 1,000 m 3 / h.
  • FIG. 3 another exemplary embodiment of the present invention is described. Specifically, here is shown the operation of an oxygen reduction plant which is designed and projected for an enclosed area (warehouse) used in two shifts 6 days a week. As with the in FIG. 2 shown case example is according to the timing diagram FIG. 3 Sunday is a rest day.
  • the time course of the nitrogen requirement is also in the time chart according to FIG. 3 located.
  • FIG. 3 424 m 3 of nitrogen per hour are provided by the gas separation system to ensure that during the week the oxygen concentration in the room atmosphere of the enclosed area is always below the pre-determined operating concentration of 15% by volume.
  • the timing diagrams of the case examples according to FIG. 2 and FIG. 3 show that in a continuous operation of the gas separation system of the oxygen reduction system per unit time such a sufficient amount of an oxygen-reduced gas mixture (continuously) is provided that the oxygen concentration in the room atmosphere of the enclosed area always below the predetermined, reduced operating concentration and a predetermined or definable lower Boundary concentration is.
  • the predetermined operating concentration is 15% by volume, while the predetermined or definable lower limit concentration is at most 1% by volume of oxygen and preferably at most 0.5% by volume of oxygen below that of the predetermined, reduced Operating concentration corresponding to the oxygen content.
  • the respective duration of the time periods of the time cycle and the respective mean total air exchange rate for each time period then play a role in the design or planning of the gas separation system of the oxygen reduction system.
  • the feed-dependent air exchange rate at least on the weekdays from Monday to Saturday higher in comparison to the situation in the case according to FIG. 3 .
  • the solution according to the invention is generally suitable for an enclosed area whose total air exchange rate varies cyclically with time, each time cycle being divided into several consecutive time periods, and for each time period a mean total air exchange rate of the enclosed area assuming a corresponding value ,
  • the average air exchange rate of the enclosed area is within a first value range
  • the average air exchange rate of enclosed area within at least a second range of values, wherein the mean value of the at least one second value range is greater than the average value of the first range of values.
  • the gas separation system of the oxygen reduction system be designed to take into account the time duration of the first and the at least one second time periods and the average total air exchange rate of the enclosed area during the first and the at least one second time periods In a continuous operation of the gas separation system in the first operation mode, the oxygen concentration in the room atmosphere of the enclosed area is always in a range between the preset operation concentration and the predetermined or definable lower limit concentration.
  • an average wind speed of 3.0 m / s is taken into account. This condition may not always exist in reality. In particular, it can not be ruled out that significantly higher wind speeds will be present at least temporarily. This would then have an influence in particular on the feed-independent air exchange rate, ie the air exchange rate, which are caused by unwanted or indispensable leaks in the enclosure of the enclosed area.
  • the gas separation system can be operated in at least two different operating modes is.
  • the gas separation system is operated starting from its standard operating mode (first operating mode) in its second operating mode, when the average total air exchange rate of the enclosed area increases in particular in an unpredictable manner and in particular in an uncyclical manner.
  • the amount of an oxygen-reduced gas mixture continuously provided per unit time at the outlet of the gas separation system is increased correspondingly to a reference value of a residual oxygen concentration.
  • the specific power of the gas separation system is lower than the specific power of the gas separation system in the second operation mode.
  • specific performance of the gas separation system is the specific energy demand of the gas separation system to provide a volume unit of the oxygen-reduced gas mixture (relative to a reference level of residual oxygen concentration).
  • the gas reduction system of the oxygen reduction system is designed to be operated either in a VPSA mode or in a PSA mode, wherein the first operating mode of the gas separation system corresponds to the VPSA mode and the second operating mode of the gas separation system PSA mode corresponds.
  • a gas separation system operated in a VPSA mode is generally a vacuum pressure swing adsorption (VPSA) system for providing nitrogen-impinged air.
  • VPSA vacuum pressure swing adsorption
  • such a VPSA system is used in the oxygen reduction system as a gas separation system, which, however, if necessary, especially if the average total air exchange rate of the enclosed area increases in an unforeseeable manner and / or non-cyclically - in a PSA system. Mode is operated.
  • PSA stands for "pressure swing adsorption", which is commonly referred to as “pressure swing adsorption”.
  • an initial gas mixture which comprises oxygen, nitrogen and optionally further components
  • the initial gas mixture provided is suitably compressed and, in the gas separation system, at least part of the oxygen contained in the initial compressed gas mixture is separated so that a nitrogen-enriched gas mixture is provided at the outlet of the gas separation system.
  • This nitrogen-enriched gas mixture at the outlet of the gas separation system corresponds to the oxygen-reduced gas mixture which is introduced continuously into the room atmosphere of the enclosed area.
  • the degree of compression of the initial gas mixture by the compressor system is increased when the gas separation system has to be switched from the first operating mode to the second operating mode due to increased air exchange.
  • an increase in compression to up to 25.0 bar is conceivable.
  • the invention is not limited to the exemplary values given above.
  • the gas separation system is operated in the second operating mode when the oxygen concentration in the enclosed area exceeds a predetermined or definable upper limit value, in particular due to an averaged air exchange rate
  • the upper limit oxygen concentration preferably corresponds to an oxygen concentration which is at or above the oxygen concentration corresponding to the predetermined operating concentration.
  • the predetermined or definable upper limit oxygen concentration corresponds to an oxygen concentration which is at most 1.0 vol.% And preferably at most 0.2 Vol .-% above the oxygen concentration, which corresponds to the predetermined operating concentration.
  • the gas separation system in the second operating mode in at least two predetermined, different power levels is operable, wherein the at least two power levels differ in that - compared to a first power level - in a second power level the per unit of time of the gas separation system provideable amount of an oxygen-reduced gas mixture is higher, based on a predetermined reference value of a residual oxygen concentration.
  • the power stage of the gas separation system is preferably automatically selected in the second operating mode.
  • the gas separation system inert gas source in particular in the form of a compressed gas storage in which an oxygen-reduced gas mixture or inert gas is stored in compressed form.
  • the further inert gas source is fluidly connected to the enclosed area when the oxygen concentration in the enclosed area exceeds a predetermined or definable upper limit, in particular due to a mean time-increased rate of air change.
  • the predetermined or definable upper limit preferably corresponds to an oxygen concentration that is at or above the oxygen concentration that corresponds to the predetermined operating concentration.
  • the predetermined or definable upper limit value preferably corresponds to an oxygen concentration which is at most 1% by volume and preferably at most 0.2% by volume above the oxygen concentration which corresponds to the operating concentration.
  • a means for reducing a feed-dependent air exchange rate of the enclosed area on demand wherein the feed-dependent air exchange rate takes into account an air exchange caused by openings for the purpose of loading and / or commissioning in the space envelope of the enclosed area
  • This device is designed to preferably automatically reduce the charge-dependent air exchange rate of the enclosed area when the oxygen concentration in the enclosed area exceeds a predetermined or determinable upper limit.
  • the predetermined or definable upper limit value preferably corresponds to an oxygen concentration which is at or above the oxygen concentration corresponding to the predetermined operating concentration.
  • the gas separation system is further operable in a third operating mode, in which - compared to the first operating mode - the continuously per unit time At the outlet provided amount of an oxygen-reduced gas mixture - based on a reference value of a residual oxygen concentration - is reduced.
  • the specific power of the gas separation system should be higher than the specific power of the gas separation system in the third mode of operation.
  • this predetermined lower limit value corresponds to an oxygen concentration which is at or above the oxygen concentration which corresponds to the predefinable lower limit concentration or above the predefinable lower limit concentration.
  • the present invention particularly relates to a system for maintaining a reduced oxygen content in the room atmosphere of an enclosed area below a predetermined and reduced operating concentration compared to the oxygen concentration of the normal ambient air, the system comprising a continuously operated gas separation system designed such that in a continuous operation of the gas separation system, the oxygen concentration in the room atmosphere of the enclosed area is always in a range between the predetermined operating concentration and a predetermined or definable lower limit concentration.
  • the oxygen reduction system is associated with an enclosed area whose total air exchange rate varies cyclically with time, each time cycle being divided into a plurality of consecutive time periods, and wherein for each time period a mean total air exchange rate of the enclosed one Range assumes a corresponding value.
  • the gas separation system is designed taking into account the respective duration of the time periods and taking into account the respective average total air exchange rates such that in a continuous operation of the gas separation system, the oxygen concentration in the room atmosphere of the enclosed area always in a range between the predetermined operating concentration and the advance fixed or definable lower limit concentration.
  • the time cycle is a weekly cycle, wherein continuously during at least a first time period of preferably at least 4 to 48 hours, especially at least 4 to 24 hours, and more preferably at least 6 to 24 hours, the average total air exchange rate of and wherein during the remaining time of the week cycle the average total air exchange rate of the enclosed area corresponds to a sum, in particular a weighted sum of a feed-dependent air exchange rate and a feed-independent air exchange rate.
  • the gas separation system of the oxygen reduction system is designed such that in a continuous operation of the gas separation system, the oxygen concentration in the room atmosphere of the enclosed area during the at least a first time period is reduced such that the oxygen concentration in the room atmosphere of the enclosed during the remaining time of the week cycle Range does not exceed the design concentration.
  • the oxygen reduction system is designed so that a nitrogen buffer is built up in the enclosed area during a calculated rest period with low air exchange rate. This buffer then compensates for the higher air exchange rate during the operating times, so that this compensation does not have to be provided by the oxygen reduction system and this can be operated evenly.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Reduzieren des Sauerstoffgehalts in der Raumatmosphäre eines umschlossenen Bereiches und/oder zum Halten eines reduzierten Sauerstoffgehaltes in der Raumatmosphäre eines umschlossenen Bereiches unterhalb einer vorab festgelegten und im Vergleich zur Sauerstoffkonzentration der normalen Umgebungsluft reduzierten Betriebskonzentration. Hierzu weist die Anlage ein Gasseparationssystem auf, dessen Auslass strömungsmäßig mit dem umschlossenen Bereich verbunden ist zum kontinuierlichen Zuführen eines sauerstoffreduzierten Gasgemisches oder sauerstoffverdrängenden Gases. Das Gasseparationssystem ist derart ausgelegt, dass bei einem kontinuierlichen Betrieb des Gasseparationssystems die Sauerstoffkonzentration in der Raumatmosphäre des umschlossenen Bereiches stets in einem Bereich zwischen der vorab festgelegten Betriebskonzentration und einer vorab festgelegten oder festlegbaren unteren Grenzkonzentration liegt.

Figure imgaf001
The invention relates to a system for reducing the oxygen content in the room atmosphere of an enclosed area and / or for keeping a reduced oxygen content in the room atmosphere of an enclosed area below a predetermined and reduced compared to the oxygen concentration of the normal ambient air operating concentration. For this purpose, the system has a gas separation system whose outlet is connected in terms of flow with the enclosed area for continuously supplying an oxygen-reduced gas mixture or oxygen-displacing gas. The gas separation system is designed such that in a continuous operation of the gas separation system, the oxygen concentration in the room atmosphere of the enclosed area is always in a range between the predetermined operating concentration and a predetermined or definable lower limit concentration.
Figure imgaf001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zum Reduzieren des Sauerstoffgehalts in der Raumatmosphäre eines umschlossenen Bereiches bzw. zum Halten eines reduzierten Sauerstoffgehaltes in der Raumatmosphäre eines umschlossenen Bereiches unterhalb einer vorab festgelegten und im Vergleich zur Sauerstoffkonzentration der normalen Umgebungsluft reduzierten Konzentration (Betriebskonzentration).The present invention relates to a system for reducing the oxygen content in the space atmosphere of an enclosed area or for holding a reduced oxygen content in the room atmosphere of an enclosed area below a predetermined concentration and reduced concentration (operating concentration) compared to the oxygen concentration of the normal ambient air.

Die erfindungsgemäße Anlage ist insbesondere dafür ausgelegt, durch Einleiten eines sauerstoffreduzierten Gasgemisches oder eines sauerstoffverdrängenden Gases in die Raumatmosphäre eines umschlossenen Bereiches die Entstehung oder Ausbreitung von Bränden zu verhindern. Darüber hinaus eignet sich die erfindungsgemäße Anlage grundsätzlich auch für das Löschen von Bränden in dem umschlossenen Bereich.The plant according to the invention is in particular designed to prevent the formation or spread of fires by introducing an oxygen-reduced gas mixture or an oxygen-displacing gas into the room atmosphere of an enclosed area. In addition, the system according to the invention is basically also suitable for extinguishing fires in the enclosed area.

Demnach dient die erfindungsgemäße Anlage beispielsweise zur Minderung des Risikos und zum Löschen von Bränden in einem zu überwachenden Bereich, wobei zur Brandverhütung bzw. zur Brandbekämpfung der umschlossene Bereich auch auf unterschiedlichen Absenkungsniveaus dauerinertisiert wird bzw. dauerinertisierbar ist.Accordingly, the system according to the invention serves, for example, to reduce the risk and to extinguish fires in an area to be monitored, wherein the enclosed area is also permanently inertized at different levels of reduction for fire prevention or fire fighting.

Dem Grundprinzip der Inertisierungstechnik zur Brandverhütung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass in umschlossenen Bereichen, deren Einrichtung sensibel auf Wassereinwirkung reagiert, der Brandgefahr dadurch begegnet werden kann, dass die Sauerstoffkonzentration in dem betroffenen Bereich auf einen Wert von beispielsweise 15 Vol.-% abgesenkt wird. Bei einer solchen (reduzierten) Sauerstoffkonzentration können sich die meisten brennbaren Materialien nicht mehr entzünden. Haupteinsatzgebiet dieser Inertisierungstechnik zur Brandverhütung sind dementsprechend auch EDV-Bereiche, elektrische Schalt- und Verteilerräume, umschlossene Einrichtungen wie Lagerbereiche mit besonders hochwertigen Wirtschaftsgütern.The basic principle of the inertization technique for fire prevention is based on the knowledge that in enclosed areas, their equipment is sensitive responds to the action of water, the risk of fire can be countered by the fact that the oxygen concentration in the affected area is lowered to a value of, for example, 15 vol .-%. With such a (reduced) oxygen concentration, most flammable materials can no longer ignite. Accordingly, the main area of application of this inertization technique for fire prevention is also computerized areas, electrical switching and distribution rooms, enclosed facilities such as storage areas with particularly high-value assets.

Die bei dieser Inertisierungstechnik resultierende Brandverhütungswirkung beruht auf dem Prinzip der Sauerstoffverdrängung. Normale Umgebungsluft besteht bekanntlich zu 21 Vol.-% aus Sauerstoff, zu 78 Vol.-% aus Stickstoff und zu 1 Vol.-% aus sonstigen Gasen. Zur Brandverhütung wird durch Einleiten eines sauerstoffreduzierten Gasgemisches oder eines sauerstoffverdrängenden Gases, wie beispielsweise Stickstoff, der Sauerstoffanteil in der Raumatmosphäre des umschlossenen Bereiches verringert.The fire prevention effect resulting from this inertization technique is based on the principle of oxygen displacement. Normal ambient air is known to be 21% by volume of oxygen, 78% by volume of nitrogen and 1% by volume of other gases. For fire prevention, by introducing an oxygen-reduced gas mixture or an oxygen-displacing gas, such as nitrogen, the oxygen content in the room atmosphere of the enclosed area is reduced.

Weiter sei als Anwendungsbeispiel für die erfindungsgemäße Anlage die Lagerung von Gegenständen, insbesondere Lebensmitteln vorzugsweise Kernobst, unter einer sogenannten "Controlled Atmosphere (CA)" genannt, in der unter anderem der prozentuale anteilige Luftsauerstoff geregelt wird, um den Alterungsprozess leicht verderblicher Waren zu verlangsamen.Further, as an example of application for the system according to the invention, the storage of objects, in particular foods, preferably pome fruit, under a so-called "Controlled Atmosphere (CA)" called, among other things, the percentage of atmospheric oxygen is regulated in order to slow the aging process perishable goods.

Sauerstoffreduzierungsanlagen, insbesondere solche, welche als Brandvermeidungsanlagen, Feuerlöschanlagen, Explosionsunterdrückungsanlagen oder Explosionsschutzanlagen verwendet werden, indem in einem umschlossenen Bereich eine Atmosphäre erzeugt wird, die eine niedrigere ständige Sauerstoffkonzentration aufweist als unter Umgebungsbedingungen, weisen - im Vergleich zu Was-serlöschanlagen, wie beispielsweise Sprinkleranlagen oder Sprühnebellöschanlagen - insbesondere den Vorteil auf, dass diese für das Volumenlöschen geeignet sind. Zu diesem Zweck ist es jedoch erforderlich, dass in den umschlossenen Bereich eine vorab kalkulierte (Mindest-) Menge des sauerstoffreduzierten Gasgemisches bzw. des sauerstoffverdrängenden Gases in den umschlossenen Bereich eingelassen werden muss, um dem Verwendungszweck der Sauerstoffreduzierungsanlage gerecht zu werden, wie etwa einer Brandvermeidung, einer Explosionsunterdrückung, einem Explosionsschutz oder einer Feuerlöschung. Berechnet wird diese (Mindest-) Menge des in den Bereich einzulassenden sauerstoffreduzierten Gasgemisches bzw. sauerstoffverdrängenden Gases nach dem effektiven Volumen und der Luftdichtheit der Raumhülle des umschlossenen Bereiches.Oxygen reduction systems, particularly those used as fire prevention systems, fire extinguishing systems, explosion suppression systems or explosion protection systems by an atmosphere is generated in an enclosed area, which has a lower continuous oxygen concentration than under ambient conditions, - compared to water extinguishing systems, such as sprinkler systems or Spray mist extinguishing systems - in particular the advantage that they are suitable for volume extinguishing. For this purpose, however, it is necessary to place in the enclosed area a pre-calculated (minimum) amount of the oxygen-reduced gas mixture or the oxygen-displacing gas in the enclosed area to meet the purpose of the oxygen reduction plant, such as fire prevention , explosion suppression, explosion protection or fire extinguishing. Calculated this (minimum) amount of the oxygen-reduced gas mixture or oxygen-displacing gas to be introduced into the area is determined by the effective volume and the airtightness of the space envelope of the enclosed area.

Die Luftdichtheit der Raumhülle eines umschlossenen Bereiches, wie beispielsweise einer Gebäudehülle, wird in der Regel mit einem Differenzdrucktest (Blower-Door-Test) bestimmt. Durch einen in eine Raumhülle eingelassenen Ventilator wird dabei innerhalb des umschlossenen Bereiches ein konstanter Überdruck und Unterdruck von (z.B.) 50 Pa erzeugt und gehalten. Die durch Undichtigkeiten (Leckagen) in der Raumhülle des umschlossenen Bereiches ausströmende Luftmenge muss durch den Ventilator in den umschlossenen Bereich hereingedrückt werden und wird gemessen. Der sogenannte n50-Wert (Einheit: 1/h) gibt an, wie oft das Innenraumvolumen pro Stunde umgesetzt wird.The airtightness of the envelope of an enclosed area, such as a building envelope, is typically determined by a blower door test. A ventilator let into a room envelope creates and maintains a constant overpressure and negative pressure of (for example) 50 Pa within the enclosed area. The amount of air leaking through leaks in the enclosure of the enclosed area must be forced in by the fan into the enclosed area and measured. The so-called n50 value (unit: 1 / h) indicates how often the interior volume is converted per hour.

Die mit einem Differenzdrucktest ermittelte Luftdichtheit entspricht somit einer durch Leckagen in einer Raumhülle des umschlossenen Bereiches bedingten Luftwechselrate, die hierin auch als "beschickungsunabhängige Luftwechselrate" bezeichnet wird. Insbesondere berücksichtigt die mit einem Differenzdrucktest bestimmte Luftdichtheit jedoch nicht einen Luftwechsel, der bedingt ist durch zum Zwecke einer Beschickung und/oder Begehung des umschlossenen Bereiches bedarfsweise ausbildbare Öffnungen in der Raumhülle, wie Türen, Tore oder Fenster. Diese Luftwechselrate wird hierin auch als "beschickungsabhängige Luftwechselrate" bezeichnet.The airtightness determined with a differential pressure test thus corresponds to an air exchange rate caused by leaks in a space envelope of the enclosed area, which is also referred to herein as a "charge-independent air exchange rate". In particular, however, the airtightness determined by a differential pressure test does not take into account an air exchange which is caused by openings, which can be formed in the space envelope, such as doors, gates or windows, as required for the purpose of loading and / or inspecting the enclosed area. This rate of air exchange is also referred to herein as a "feed-dependent air exchange rate".

Im Unterschied zu der beschickungsunabhängigen Luftwechselrate lässt sich die beschickungsabhängige Luftwechselrate in der Regel nicht vorab messtechnisch bestimmen, da die beschickungsabhängige Luftwechselrate zeitlich variiert und davon abhängt, wann und wie oft zum Zwecke einer Beschickung und/oder Begehung die Raumhülle des umschlossenen Bereiches geöffnet wird, wie lange die zum Zwecke einer Beschickung und/oder Begehung in der Raumhülle des umschlossenen Bereiches ausgebildete Öffnung vorliegt, und wie groß letztendlich diese Öffnung ist.In contrast to the feed-independent air exchange rate, the feed-dependent air exchange rate can generally not be determined beforehand, since the feed-dependent air exchange rate varies over time and depends on when and how often for the purpose of loading and / or inspection the space envelope of the enclosed area is opened, such as long is the opening formed for the purpose of loading and / or walking in the space envelope of the enclosed area, and how big this opening ultimately is.

Diese die beschickungsabhängige Luftwechselrate bestimmenden Parameter lassen sich in der Regel nicht vorab bestimmen, so dass im Hinblick auf die beschickungsabhängige Luftwechselrate des umschlossenen Bereiches bei der Auslegung einer Sauerstoffreduzierungsanlage stets von Spitzenwerten ausgegangen wird, indem eine maximale Beschickung und/oder Begehung angenommen wird. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass mit der Sauerstoffreduzierungsanlage stets pro Zeiteinheit eine hinreichende Menge an sauerstoffverdrängendem Gas bereitgestellt werden kann, um auch im Extremfall einen reduzierten Sauerstoffgehalt in der Raumatmosphäre des umschlossenen Bereiches unterhalb der vorab festgelegten Betriebskonzentration sicher halten zu können.As a rule, these parameters which determine the charge-dependent air exchange rate can not be determined in advance, so that, with regard to the charge-dependent air exchange rate of the enclosed area during the design an oxygen reduction system always assumes peak values by assuming maximum loading and / or commissioning. In this way, it is ensured that with the oxygen reduction system, a sufficient amount of oxygen-displacing gas can always be provided per unit time in order to be able to securely hold a reduced oxygen content in the room atmosphere of the enclosed area below the predetermined operating concentration even in extreme cases.

Eine Aufgabe der Erfindung ist darin zu sehen, ein Verfahren zum Auslegen einer Sauerstoffreduzierungsanlage anzugeben, mit welchem die Sauerstoffreduzierungsanlage im Hinblick auf die tatsächlichen Gegebenheiten möglichst optimal projektierbar ist.An object of the invention is to provide a method for designing an oxygen reduction system, with which the oxygen reduction system is optimally projected in terms of the actual conditions.

Insbesondere soll bei der Projektierung der Sauerstoffreduzierungsanlage die in der Praxis tatsächlich auftretende/vorliegende beschickungsabhängige Luftwechselrate mit berücksichtigt werden, um auf diese Weise eine Überdimensionierung der Sauerstoffreduzierungsanlage zu vermeiden. Gleichzeitig soll sichergestellt sein, dass mit der Sauerstoffreduzierungsanlage zu jedem Zeitpunkt der Sauerstoffgehalt in der Raumatmosphäre des umschlossenen Bereiches unterhalb einer vorab festgelegten und im Vergleich zur Sauerstoffkonzentration der normalen Umgebungsluft reduzierten Betriebskonzentration gehalten werden kann.In particular, should be taken into account in the design of the oxygen reduction system actually occurring / present feed-dependent air exchange rate in order to avoid over-dimensioning of the oxygen reduction system in this way. At the same time it should be ensured that with the oxygen reduction system at any time the oxygen content in the room atmosphere of the enclosed area can be kept below a predetermined and reduced compared to the oxygen concentration of the normal ambient air operating concentration.

Darüber hinaus soll eine entsprechende Sauerstoffreduzierungsanlage angegeben werden, die im Vergleich zu Sauerstoffreduzierungsanlagen, welche nach dem bisherigen Ansatz konzipiert und projektiert sind, besser an die tatsächlichen Gegebenheiten des umschlossenen Bereiches angepasst ist.In addition, a corresponding oxygen reduction system is to be specified, which is better adapted to the actual conditions of the enclosed area compared to oxygen reduction systems, which are designed and projected according to the previous approach.

Im Hinblick auf die Sauerstoffreduzierungsanlage wird die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst, wobei vorteilhafte Weiterbildungen hiervon in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 19 angegeben sind.With regard to the oxygen reduction system, the object underlying the invention is achieved by the subject matter of independent claim 1, advantageous developments of which are given in the dependent claims 2 to 19.

Im Hinblick auf das Verfahren zum Auslegen einer Sauerstoffreduzierungsanlage für einen umschlossenen Bereich wird die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe durch den Gegenstand des nebengeordneten Patentanspruchs 20 gelöst. Demnach betrifft die Erfindung insbesondere eine Sauerstoffreduzierungsanlage, welche ausgelegt ist, den Sauerstoffgehalt in der Raumatmosphäre eines umschlossenen Bereiches auf eine Konzentration zu reduzieren, die unterhalb einer vorab festgelegten und im Vergleich zur Sauerstoffkonzentration der normalen Umgebungsluft reduzierten Betriebskonzentration liegt. Alternativ oder zusätzlich hierzu ist die erfindungsgemäße Sauerstoffreduzierungsanlage ausgebildet, einen reduzierten Sauerstoffgehalt in der Raumatmosphäre eines umschlossenen Bereiches unterhalb einer vorab festgelegten und im Vergleich zur Sauerstoffkonzentration der normalen Umgebungsluft reduzierten Betriebskonzentration zu halten.With regard to the method for designing an oxygen reduction system for an enclosed area, the object underlying the invention is achieved by the subject matter of the independent patent claim 20. Accordingly, the invention particularly relates to an oxygen reduction system which is designed to reduce the oxygen content in the room atmosphere of an enclosed area to a concentration which is below a predetermined operating concentration and reduced compared to the oxygen concentration of the normal ambient air. Alternatively or additionally, the oxygen reduction system according to the invention is designed to keep a reduced oxygen content in the room atmosphere of an enclosed area below a predetermined and reduced operating concentration compared to the oxygen concentration of the normal ambient air.

Zu diesem Zweck weist die Sauerstoffreduzierungsanlage ein Gasseparationssystem auf, dessen Auslass strömungsmäßig mit dem umschlossenen Bereich verbunden ist, um kontinuierlich ein sauerstoffreduziertes Gasgemisch oder ein sauerstoffverdrängendes Gas der Raumatmosphäre des umschlossenen Bereiches zuzuführen. Mit anderen Worten, gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gasseparationssystem kontinuierlich betrieben wird, so dass kontinuierlich, d.h. zeitlich gesehen ununterbrochen, der Raumatmosphäre des umschlossenen Bereiches ein sauerstoffreduziertes Gasgemisch oder ein sauerstoffverdrängendes Gas zugeführt wird.For this purpose, the oxygen reduction system has a gas separation system whose outlet is fluidly connected to the enclosed area to continuously supply an oxygen-reduced gas mixture or an oxygen-displacing gas to the space atmosphere of the enclosed area. In other words, according to the invention it is provided that the gas separation system is operated continuously, so that continuously, i. in time, the room atmosphere of the enclosed area is supplied with an oxygen-reduced gas mixture or an oxygen-displacing gas.

Das Gasseparationssystem ist derart ausgelegt, dass bei einem kontinuierlichen Betrieb des Gasseparationssystems in einem ersten Betriebsmodus die Sauerstoffkonzentration in der Raumatmosphäre des umschlossenen Bereiches stets in einem Bereich zwischen der vorab festgelegten Betriebskonzentration und einer vorab festgelegten oder festlegbaren unteren Grenzkonzentration liegt. Dabei wird in dem ersten Betriebsmodus des Gasseparationssystems am Auslass des Gasseparationssystems pro Zeiteinheit eine innerhalb eines vorab festgelegten oder festlegbaren Bereiches liegende Menge eines sauerstoffreduzierten Gasgemisches kontinuierlich bereitgestellt.The gas separation system is designed such that, in a continuous operation of the gas separation system in a first mode of operation, the oxygen concentration in the room atmosphere of the enclosed area is always in a range between the predetermined operating concentration and a predetermined or definable lower limit concentration. In this case, in the first operating mode of the gas separation system at the outlet of the gas separation system per unit time, a quantity of an oxygen-reduced gas mixture lying within a predefined or definable range is continuously provided.

Die mit der erfindungsgemäßen Lösung erzielbaren Vorteile liegen auf der Hand: indem vorgesehen ist, dass das Gasseparationssystem kontinuierlich betrieben wird, kann im zeitlichen Mittel gesehen am Auslass des Gasseparationssystems das sauerstoffreduzierte Gasgemisch in einer Menge bereitgestellt werden, die der Menge entspricht, als wenn ein größer dimensioniertes Gasseparationssystem diskontinuierlich betrieben wird. Von daher kann im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Ansätzen das Gasseparationssystem bzw. die Sauerstoffreduzierungsanlage insgesamt kleiner dimensioniert werden, so dass hierdurch die Kosten für die Erstinstallation der Sauerstoffreduzierungsanlage reduziert sind.The advantages that can be achieved with the solution according to the invention are obvious: since it is provided that the gas separation system is operated continuously, the oxygen-reduced gas mixture can be provided at the outlet of the gas separation system in an amount that corresponds to the quantity as if it were larger dimensioned gas separation system is operated discontinuously. Therefore, compared to off the stand The technology known approaches the gas separation system and the oxygen reduction system are dimensioned smaller overall, so that thereby the cost of the initial installation of the oxygen reduction system are reduced.

Der kontinuierliche Betrieb des Gasseparationssystems bringt darüber hinaus den weiteren Vorteil mit sich, dass ein aufgrund eines wiederholten Ein- und Ausschaltens bedingter Verschleiß des Gasseparationssystems minimiert wird.The continuous operation of the gas separation system also has the further advantage of minimizing wear on the gas separation system due to repeated on and off switching.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die vorab festgelegte und im Vergleich zur Sauerstoffkonzentration der normalen Umgebungsluft reduzierte Betriebskonzentration der Auslegungskonzentration des umschlossenen Bereiches entspricht. Die Auslegungskonzentration bezieht sich dabei gemäß VdS-Richtlinie 3527 (Version: Anmeldetag) auf die Entzündungsgrenze abzüglich eines Sicherheitsabstands und ist somit abhängig von den im umschlossenen Bereich eingelagerten Materialien.According to one aspect of the present invention, it is provided that the predetermined operating concentration, which is reduced in comparison to the oxygen concentration of the normal ambient air, corresponds to the design concentration of the enclosed area. The design concentration in accordance with VdS guideline 3527 (version: filing date) refers to the ignition limit minus a safe distance and is therefore dependent on the materials stored in the enclosed area.

Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf solche Ausführungsformen beschränkt, bei welcher mit Hilfe der Sauerstoffreduzierungsanlage ein reduzierter Sauerstoffgehalt in der Raumatmosphäre eines umschlossenen Bereiches unterhalb der Auslegungskonzentration des Bereiches gehalten wird. Vielmehr umfasst die Erfindung auch solche Ausführungsformen, bei welche allgemein ein reduzierter Sauerstoffgehalt in der Raumatmosphäre des umschlossenen Bereiches unterhalb einer vorab festgelegten und im Vergleich zur Sauerstoffkonzentration der normalen Umgebungsluft reduzierten Betriebskonzentration gehalten wird, wobei diese vorab festgelegte, Betriebskonzentration auch oberhalb der Auslegungskonzentration des Bereiches liegen kann.However, the present invention is not limited to such embodiments in which, with the aid of the oxygen reduction system, a reduced oxygen content in the space atmosphere of an enclosed area is kept below the design concentration of the area. Rather, the invention also encompasses those embodiments in which generally a reduced oxygen content in the room atmosphere of the enclosed area is kept below a predetermined and reduced operating concentration compared to the oxygen concentration of normal ambient air, which predetermined operating concentration is also above the design concentration of the area can.

Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich insbesondere für eine Sauerstoffreduzierungsanlage, die im Hinblick auf einen umschlossenen Bereich projektiert ist, wobei die Luftwechselrate des umschlossenen Bereiches hinsichtlich der Zeit zyklisch variiert. Dies ist beispielsweise bei Räumen oder Lagerhallen der Fall, deren Raumhülle zum Zwecke einer Begehung und/oder Beschickung zeitweilig geöffnet wird, wobei die Frequenz der Begehung/Beschickung einem gewissen Zyklus, beispielsweise einem Tageszyklus oder einem Wochenzyklus, unterliegt, so dass insgesamt gesehen die Luftwechselrate des umschlossenen Bereiches hinsichtlich der Zeit zyklisch variiert und jeder Zeitzyklus in mehrere aufeinander folgende Zeitperioden aufteilbar ist. Die mittlere Luftwechselrate des umschlossenen Bereiches nimmt dabei für jede Zeitperiode einen entsprechenden Wert an.The solution according to the invention is particularly suitable for an oxygen reduction system, which is projected with regard to an enclosed area, wherein the air exchange rate of the enclosed area varies cyclically with respect to time. This is the case, for example, in rooms or warehouses, the envelope of which is temporarily opened for the purpose of inspection and / or loading, whereby the frequency of the inspection / loading is subject to a certain cycle, for example a day cycle or a week cycle, so that overall the air exchange rate of the enclosed area in terms of the time varies cyclically and each time cycle is divisible into several consecutive time periods. The mean air exchange rate of the enclosed area assumes a corresponding value for each time period.

So ist es beispielsweise denkbar, dass in einem Dreischichtbetrieb eine Lagerhalle 6 Tage die Woche genutzt wird. Bei diesem Beispiel ist somit vorgesehen, dass die Gesamt-Luftwechselrate des umschlossenen Bereiches (hier: Lagerhalle) im Wochenrhythmus zyklisch variiert, wobei sich die mittlere Gesamt-Luftwechselrate des umschlossenen Bereiches (Lagerhalle) während der 6 Arbeitstage aus einer beschickungsabhängigen Luftwechselrate und einer beschickungsunabhängigen Luftwechselrate zusammensetzt. Während des (einzigen) Ruhetages hingegen ist die beschickungsabhängige Luftwechselrate zu vernachlässigen, so dass die mittlere Gesamt-Luftwechselrate im Wesentlichen der beschickungsunabhängigen Luftwechselrate des umschlossenen Bereiches entspricht.So it is conceivable, for example, that in a three-shift operation a warehouse is used 6 days a week. In this example, it is thus envisaged that the total air exchange rate of the enclosed area (here: warehouse) varies cyclically at weekly intervals, the average total air exchange rate of the enclosed area (warehouse) during the 6 working days being a feed-dependent air exchange rate and a feed-independent air exchange rate composed. By contrast, during the (single) day of rest, the feed-dependent air exchange rate is negligible, so that the mean total air exchange rate essentially corresponds to the charge-independent air exchange rate of the enclosed area.

Wie bereits eingangs ausgeführt, sind bei der beschickungsunabhängigen Luftwechselrate (ungewollte oder unvermeidbare) Leckagen in der Raumhülle des umschlossenen Bereiches berücksichtigt, also solche Leckagen, die in keinem Zusammenhang mit einer Beschickung und/oder Begehung des umschlossenen Bereiches stehen. Andererseits berücksichtigt die beschickungsabhängige Luftwechselrate einen Luftaustausch, der durch Öffnungen in der Raumhülle des umschlossenen Bereiches erfolgt, die zum Zwecke der Beschickung und/oder Begehung (absichtlich) bedarfsweise ausgebildet werden. Bei diesen Öffnungen handelt es sich insbesondere um Türen, Tore, Schleusen oder Fenster.As stated at the beginning, in the charge-independent air exchange rate (unwanted or unavoidable) leaks in the enclosure of the enclosed area are taken into account, ie those leaks that are unrelated to a loading and / or inspection of the enclosed area. On the other hand, the feed-dependent air exchange rate takes into account an air exchange that takes place through openings in the space envelope of the enclosed area, which are (intentionally) formed as required for the purpose of loading and / or inspection. These openings are, in particular, doors, gates, locks or windows.

Bei dem Anwendungsbeispiel, bei welchem die Luftwechselrate des umschlossenen Bereiches hinsichtlich der Zeit zyklisch variiert, wobei jeder Zeitzyklus in mehrere aufeinander folgende Zeitperioden aufgeteilt ist, ist gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung insbesondere vorgesehen, dass das Gasseparationssystem unter Berücksichtigung der jeweiligen Dauer der Zeitperioden sowie unter Berücksichtigung der jeweiligen mittleren Gesamt-Luftwechselraten für jede Zeitperiode derart ausgelegt ist, dass bei einem kontinuierlichen Betrieb des Gasseparationssystems in einem ersten Betriebsmodus die Sauerstoffkonzentration in der Raumatmosphäre des umschlossenen Bereiches stets in einem Bereich zwischen der vorab festgelegten Betriebskonzentration (wie beispielsweise der Auslegungskonzentration des umschlossenen Bereiches) und der vorab festgelegten oder festlegbaren unteren Grenzkonzentration liegt.In the application example in which the air exchange rate of the enclosed area varies cyclically with respect to time, wherein each time cycle is divided into a plurality of consecutive time periods, according to one aspect of the present invention, it is provided in particular that the gas separation system takes into account the respective duration of the time periods Taking into account the respective mean total air exchange rates for each period of time is designed so that in a continuous operation of the gas separation system in a first mode of operation, the oxygen concentration in the room atmosphere of the enclosed area always in a range between the predetermined operating concentration (such as the design concentration the enclosed area) and the predetermined or definable lower limit concentration.

Gemäß einer bevorzugten Realisierung der erfindungsgemäßen Sauerstoffreduzierungsanlage ist vorgesehen, dass das Gasseparationssystem in mindestens zwei und vorzugsweise drei unterschiedlichen Betriebsmodi betreibbar ist. In diesen mindestens zwei Betriebsmodi wird von dem Gasseparationssystem kontinuierlich am Auslass ein sauerstoffreduziertes Gasgemisch bereitgestellt. Im Unterschied zu dem ersten Betriebsmodus ist in dem zweiten Betriebsmodus des Gasseparationssystems jedoch die kontinuierlich pro Zeiteinheit am Auslass bereitgestellte Menge eines sauerstoffreduzierten Gasgemisches - bezogen auf einen Referenzwert einer Restsauerstoffkonzentration - erhöht.According to a preferred realization of the oxygen reduction system according to the invention, it is provided that the gas separation system can be operated in at least two and preferably three different operating modes. In these at least two modes of operation, the gas separation system continuously provides an oxygen-reduced gas mixture at the outlet. In contrast to the first operating mode, however, in the second operating mode of the gas separation system, the amount of an oxygen-reduced gas mixture continuously provided per unit time at the outlet is increased, relative to a reference value of a residual oxygen concentration.

Andererseits ist es in diesem Zusammenhang denkbar, dass das Gasseparationssystem ferner in einem dritten Betriebsmodus betreibbar ist, in welchem - im Vergleich zum ersten Betriebsmodus - die kontinuierlich pro Zeiteinheit am Auslass bereitgestellte Menge eines sauerstoffreduzierten Gasgemisches - bezogen auf einen Referenzwert einer Restsauerstoffkonzentration - verringert ist.On the other hand, it is conceivable in this context that the gas separation system is further operable in a third operating mode in which - compared to the first mode of operation - the continuously provided per unit time at the outlet amount of an oxygen-reduced gas mixture - based on a reference value of a residual oxygen concentration - is reduced.

Die Erfindung ist nicht nur auf eine Sauerstoffreduzierungsanlage der zuvor beschriebenen Art beschränkt, sondern betrifft auch ein Verfahren zum Auslegen einer Sauerstoffreduzierungsanlage für einen umschlossenen Bereich. Das erfindungsgemäße Verfahren weist hierzu insbesondere die folgenden Verfahrensschritte auf:

  • i) Aufteilen eines vorab festgelegten Zeitzyklus in mehrere aufeinander folgende Zeitperioden;
  • ii) Ermitteln einer mittleren Luftwechselrate des umschlossenen Bereiches für jede Zeitperiode;
  • iii) Wichten der ermittelten mittleren Luftwechselraten hinsichtlich der entsprechenden Zeitdauern der zugehörigen Zeitperioden; und
  • iv) Anpassen bzw. Auswählen eines Gasseparationssystems der Sauerstoffreduzierungsanlage unter Berücksichtigung der gewichteten, mittleren Luftwechselraten des umschlossenen Bereiches derart, dass bei einem kontinuierlichen Betrieb des Gasseparationssystems in einem ersten Betriebsmodus, in welchem am Auslass des Gasseparationssystems pro Zeiteinheit eine innerhalb eines vorab festgelegten oder festlegbaren Bereiches liegende Menge eines sauerstoffreduzierten Gasgemisches oder sauerstoffverdrängenden Gases kontinuierlich bereitgestellt wird, die Sauerstoffkonzentration in der Raumatmosphäre des umschlossenen Bereiches stets in einem Bereich zwischen einer vorab festgelegten Betriebskonzentration, wie etwa der Auslegungskonzentration des umschlossenen Bereiches, und einer vorab festlegbaren unteren Grenzkonzentration liegt.
The invention is not limited only to an oxygen reduction system of the type described above, but also relates to a method for designing an oxygen reduction system for an enclosed area. For this purpose, the method according to the invention has in particular the following method steps:
  • i) dividing a predetermined time cycle into a plurality of consecutive time periods;
  • ii) determining an average air exchange rate of the enclosed area for each period of time;
  • iii) weighting the determined mean air exchange rates with respect to the respective durations of the associated time periods; and
  • iv) adjusting a gas separation system of the oxygen reduction plant taking into account the weighted mean air exchange rates of the enclosed area such that in a continuous flow Operation of the gas separation system in a first operating mode, in which at the outlet of the gas separation system per unit time an amount of an oxygen-reduced gas mixture or oxygen displacing gas within a predetermined or fixed range is continuously provided, the oxygen concentration in the room atmosphere of the enclosed area always in a range between a predetermined operating concentration, such as the design concentration of the enclosed area, and a pre-settable lower limit concentration.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen die Erfindung näher beschrieben.Hereinafter, the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

Es zeigen:

FIG. 1
ein prinzipielles Zeitdiagramm zum Erläutern der Betriebsweise einer herkömmlichen Sauerstoffreduzierungsanlage;
FIG. 2
ein prinzipielles Zeitdiagramm zum Erläutern der Betriebsweise einer ersten exemplarischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sauerstoffreduzierungsanlage; und
FIG. 3
ein prinzipielles Zeitdiagramm zum Erläutern der Betriebsweise einer zweiten exemplarischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sauerstoffreduzierungsanlage.
Show it:
FIG. 1
a principle time chart for explaining the operation of a conventional oxygen reduction system;
FIG. 2
a principle time chart for explaining the operation of a first exemplary embodiment of the oxygen reduction system according to the invention; and
FIG. 3
a principle time chart for explaining the operation of a second exemplary embodiment of the invention oxygen reduction system.

FIG. 1 zeigt ein prinzipielles Zeitdiagramm zum Erläutern der Betriebsweise einer herkömmlichen, aus dem Stand der Technik bekannten Sauerstoffreduzierungsanlage. Es handelt sich hierbei um eine Sauerstoffreduzierungsanlage, die dazu verwendet wird, in der Raumatmosphäre eines umschlossenen Bereiches die Sauerstoffkonzentration unterhalb einer vorab festgelegten und im Vergleich zur Sauerstoffkonzentration der normalen Umgebungsluft reduzierten Konzentration (= Betriebskonzentration) zu halten. Der in dem Zeit-Diagramm in FIG. 1 berücksichtigte Zeitraum beträgt insgesamt eine Woche (7 Tage). FIG. 1 shows a principle timing diagram for explaining the operation of a conventional, known from the prior art oxygen reduction system. It is an oxygen reduction system that is used to maintain the oxygen concentration in the room atmosphere of an enclosed area below a predetermined concentration (= operating concentration) which is reduced compared to the oxygen concentration of the normal ambient air. The in the time diagram in FIG. 1 total period considered is one week (7 days).

In FIG. 1 ist insbesondere die zeitliche Entwicklung der Sauerstoffkonzentration in der Raumatmosphäre des umschlossenen Bereiches dargestellt. Zu erkennen ist insbesondere, dass die Sauerstoffkonzentration stets in einem Bereich zwischen etwa 15,0 Vol.-% und 14,9 Vol.-% liegt. Es handelt sich hierbei um einen klassischen Regelbereich, der definiert wird über einen oberen Schwellwert und einen unteren Schwellwert der Sauerstoffkonzentration in der Raumatmosphäre des umschlossenen Bereiches.In FIG. 1 In particular, the temporal evolution of the oxygen concentration in the room atmosphere of the enclosed area is shown. It can be seen in particular that the oxygen concentration is always in a range between about 15.0 vol .-% and 14.9 vol .-%. This is a classical control range defined by an upper threshold and a lower threshold oxygen concentration in the room atmosphere of the enclosed area.

Der obere Schwellwert der Sauerstoffkonzentration in der Raumatmosphäre des umschlossenen Bereiches stellt die Einschaltschwelle dar, bei welcher ein zu der Sauerstoffreduzierungsanlage gehörendes Gasseparationssystem eingeschaltet wird, um am Auslass des Gasseparationssystems ein sauerstoffreduziertes Gasgemisch bereitzustellen. Das bereitgestellte sauerstoffreduzierte Gasgemisch wird dann in die Raumatmosphäre des umschlossenen Bereiches eingeleitet, so dass anschließend die Sauerstoffkonzentration in der Raumatmosphäre entsprechend abnimmt.The upper threshold oxygen concentration in the room atmosphere of the enclosed area represents the turn-on threshold at which a gas separation system associated with the oxygen reduction system is turned on to provide an oxygen depleted gas mixture at the outlet of the gas separation system. The provided oxygen-reduced gas mixture is then introduced into the room atmosphere of the enclosed area, so that subsequently the oxygen concentration in the room atmosphere decreases accordingly.

Bei Erreichen des unteren Schwellwerts, welcher die Ausschaltschwelle des Gasseparationssystems definiert, wird der Betrieb des Gasseparationssystems eingestellt. Dadurch wird die Zufuhr des sauerstoffreduzierten Gasgemisches in die Raumatmosphäre des umschlossenen Bereiches unterbrochen, infolgedessen in der Raumatmosphäre des umschlossenen Bereiches die Sauerstoffkonzentration wieder entsprechend zunimmt.Upon reaching the lower threshold, which defines the turn-off threshold of the gas separation system, the operation of the gas separation system is discontinued. As a result, the supply of the oxygen-reduced gas mixture is interrupted in the room atmosphere of the enclosed area, as a result, in the space atmosphere of the enclosed area, the oxygen concentration increases again accordingly.

Dies ist dadurch bedingt, dass die Raumhülle des umschlossenen Bereiches nicht luftdicht ausgeführt ist; vielmehr sind in der Raumhülle (ungewollte oder unvermeidbare) Leckagen vorhanden, die eine gewisse (beschickungsunabhängige) Luftwechselrate zur Folge haben. Diese beschickungsunabhängige Luftwechselrate lässt sich insbesondere mit Hilfe einer Differenzdruckmessung vorab bestimmen.This is due to the fact that the space envelope of the enclosed area is not made airtight; Rather, in the space envelope (unwanted or unavoidable) leaks are present, which have a certain (charge-independent) air exchange rate. This charge-independent air exchange rate can be determined in advance in particular by means of a differential pressure measurement.

Zusätzlich zu dieser beschickungsunabhängigen Luftwechselrate liegt aber auch eine beschickungsabhängige Luftwechselrate vor, d.h. ein Luftwechsel durch in der Hülle des umschlossenen Bereiches vorgesehene Öffnungen, die zum Zwecke der Beschickung und/oder Begehung des umschlossenen Bereiches geöffnet werden.In addition to this charge-independent air exchange rate, however, there is also a charge-dependent air exchange rate, ie an air exchange through openings provided in the envelope of the enclosed area which are opened for the purpose of loading and / or inspecting the enclosed area.

In FIG. 1 ist eine Situation dargestellt, bei welcher der umschlossene Bereich an 6 Tagen in der Woche (hier: Montag bis Samstag) in einem Dreischichtbetrieb genutzt wird. Unter einer "Nutzung im Dreischichtbetrieb" ist ein teilkontinuierlicher Rundum-Betrieb zu verstehen, der in dem in FIG. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel nur am Sonntag unterbrochen ist.In FIG. 1 is a situation in which the enclosed area is used 6 days a week (here: Monday to Saturday) in a three-shift operation. A "utilization in three-shift operation" is to be understood as meaning a semi-continuous all-round operation which takes place in the in FIG. 1 shown embodiment is interrupted only on Sunday.

Anhand des zeitlichen Verlaufes der Sauerstoffkonzentration in dem Zeitdiagramm gemäß FIG. 1 ist zu erkennen, dass die Raumhülle des umschlossenen Bereiches am Sonntag insgesamt luftdichter ausgeführt ist im Vergleich zu den anderen Wochentagen. Dies ist insbesondere daran zu erkennen, dass am Sonntag die abfallenden Flanken der Sauerstoffkonzentration steiler sind im Vergleich zu anderen Wochentagen, und dass die ansteigenden Flanken der Sauerstoffkonzentration am Sonntag flacher sind.Based on the time course of the oxygen concentration in the time chart according to FIG. 1 It can be seen that the envelope of the enclosed area on Sunday is more airtight compared to the other days of the week. This is particularly evident from the fact that on Sunday the falling flanks of the oxygen concentration are steeper compared to other days of the week, and that the rising flanks of the oxygen concentration on Sunday are flatter.

Um bei den bisherigen Betriebsverfahren, wie es in FIG. 1 anhand des dort gezeigten prinzipiellen Zeitdiagramms dargestellt ist, die Sauerstoffkonzentration in der Raumatmosphäre des umschlossenen Bereiches in dem Regelbereich zwischen dem oberen und dem unteren Schwellwert zu halten, wird das Gasseparationssystem bedarfsweise ein- und ausgeschaltet, also diskontinuierlich betrieben.To use in the previous operating procedures, as in FIG. 1 Based on the basic time diagram shown there, to keep the oxygen concentration in the room atmosphere of the enclosed area in the control range between the upper and lower threshold, the gas separation system is required on and off, so operated discontinuously.

Im Unterschied hierzu ist bei der erfindungsgemäßen Lösung vorgesehen, dass das Gasseparationssystem der Sauerstoffreduzierungsanlage kontinuierlich in einem Betriebsmodus betrieben wird, in welchem am Auslass des Gasseparationssystems pro Zeiteinheit eine innerhalb eines vorab festgelegten oder festlegbaren Bereiches liegende Menge einer sauerstoffreduzierten Gasgemisches kontinuierlich bereitgestellt wird, wobei diese pro Zeiteinheit bereitgestellte Menge größer als 0 Liter pro Stunde ist.In contrast, it is provided in the inventive solution that the gas separation system of the oxygen reduction system is operated continuously in an operating mode in which at the outlet of the gas separation system per unit time a lying within a predetermined or definable range amount of an oxygen-reduced gas mixture is continuously provided, said per Time unit provided is greater than 0 liters per hour.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf das prinzipielle Zeitdiagramm gemäß FIG. 2 die Funktionsweise einer exemplarischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sauerstoffreduzierungsanlage näher beschrieben.Hereinafter, referring to the principle time chart according to FIG. 2 the operation of an exemplary embodiment of the invention oxygen reduction system described in more detail.

Im Einzelnen ist in FIG. 2 die zeitliche Entwicklung der Sauerstoffkonzentration in der Raumatmosphäre eines umschlossenen Bereiches dargestellt, für den die erfindungsgemäße Sauerstoffreduzierungsanlage konzipiert und projektiert ist. Es handelt sich hierbei um einen umschlossenen Bereich (beispielsweise eine Lagerhalle), der an 6 Tagen pro Woche im Dreischichtbetrieb genutzt wird.In detail is in FIG. 2 the temporal evolution of the oxygen concentration in the room atmosphere of an enclosed area shown, for which the oxygen reduction plant according to the invention is designed and projected. It This is an enclosed area (for example, a warehouse) used in three shifts 6 days a week.

Die Sauerstoffreduzierungsanlage weist ein Gasseparationssystem auf, welches unter Berücksichtigung einer beschickungsabhängigen Luftwechselrate und einer beschickungsunabhängigen Luftwechselrate im Wochenverlauf konzipiert und ausgelegt ist. Die beschickungsabhängige Luftwechselrate im Wochenverlauf berücksichtigt dabei den Frischlufteintrag durch Beschickung und/oder Begehung des umschlossenen Bereiches.The oxygen reduction system has a gas separation system, which is designed and designed taking into account a feed-dependent air exchange rate and a feed-independent air exchange rate over the course of the week. The feed-dependent air exchange rate during the course of the week takes into account the fresh air intake by feeding and / or inspection of the enclosed area.

Dieser beschickungs- bzw. begehungsabhängige Frischlufteintrag für das erste Fallbeispiel gemäß FIG. 2 ist exemplarisch in Tabelle 1 angegeben.

Figure imgb0001
This feed or walk-dependent fresh air entry for the first case according to FIG. 2 is given by way of example in Table 1.
Figure imgb0001

In der nachfolgenden Tabelle 2 hingegen ist der Gesamt-Frischlufteintrag im Wochenverlauf angegeben, und zwar für das Fall-Beispiel gemäß FIG. 2. Der Gesamt-Frischlufteintrag setzt sich zusammen aus der beschickungsabhängigen Luftwechselrate einerseits und der beschickungsunabhängigen Luftwechselrate bei einer mittleren Windgeschwindigkeit von 3 m/s.

Figure imgb0002
In the following Table 2, however, the total fresh air entry is indicated during the week, for the case example according to FIG. 2 , The total fresh air intake is composed of the feed-dependent air exchange rate on the one hand and the feed-independent air change rate at an average wind speed of 3 m / s.
Figure imgb0002

Um in der Raumatmosphäre des umschlossenen Bereiches den Sauerstoffgehalt unterhalb einer vorab festgelegten und im Vergleich zur Sauerstoffkonzentration der normalen Umgebungsluft reduzierten Betriebskonzentration halten zu können, ist es erforderlich, ein sauerstoffreduziertes Gasgemisch bzw. ein sauerstoffverdrängendes Gas derart zuzuführen, dass zeitlich gesehen der Gesamt-Frischlufteintrag zumindest teilweise egalisiert wird.In order to be able to keep the oxygen content in the room atmosphere of the enclosed area below a predetermined operating concentration and reduced compared to the oxygen concentration of the normal ambient air, it is necessary to supply an oxygen-reduced gas mixture or an oxygen-displacing gas in such a way that the total fresh air input at least partially equalized.

Bei dem hier berücksichtigten Ausführungsbeispiel kommt als sauerstoffreduziertes Gasgemisch bzw. sauerstoffverdrängendes Gas Stickstoff (N2) mit einer Restsauerstoffkonzentration von z.B. 5 % zum Einsatz. Der für das Egalisieren des Gesamt-Frischlufteintrages resultierende Stickstoff bedarf im Wochenverlauf ist in Tabelle 3 zusammengefasst.

Figure imgb0003
In the exemplary embodiment considered here, nitrogen (N 2 ) having a residual oxygen concentration of, for example, 5% is used as the oxygen-reduced gas mixture or oxygen-displacing gas. The nitrogen required for leveling the total fresh air intake during the week is summarized in Table 3.
Figure imgb0003

Der zeitliche Verlauf des Stickstoffbedarfes ist ebenfalls in dem Zeitdiagramm gemäß FIG. 2 eingezeichnet. Hierbei ist insbesondere zu erkennen, dass am Sonntag (Ruhetag) der Stickstoffbedarf auf einen relativ niedrigen Wert von 144 m3/h abfällt. Dieser reduzierte Stickstoffbedarf resultiert aus der reduzierten Luftwechselrate am Sonntag, da am Sonntag die Luftwechselrate durch die beschickungsunabhängige Luftwechselrate bestimmt wird (die beschickungsabhängige Luftwechselrate ist an dem Ruhetag zu vernachlässigen, da keine Beschickung und/oder Begehung des umschlossenen Bereiches vorgesehen ist).The time course of the nitrogen requirement is also in the time chart according to FIG. 2 located. It can be seen in particular that on Sunday (rest day) the nitrogen requirement drops to a relatively low value of 144 m 3 / h. This reduced nitrogen requirement results from the reduced air exchange rate on Sunday, as on Sunday the air exchange rate is determined by the feed-independent air exchange rate (the feed-dependent air exchange rate is negligible on the day of rest, since no loading and / or inspection of the enclosed area is provided).

Ab Montag hingegen ist die beschickungsabhängige Luftwechselrate deutlich erhöht, da zu Beginn einer Arbeitswoche bzw. in der Arbeitswoche eine erhöhte Palettenbewegung und somit Beschickung stattfindet. Dementsprechend steigt auch der Stickstoffbedarf ab Montag entsprechend an.From Monday, however, the feed-dependent air exchange rate is significantly increased, as at the beginning of a working week or in the working week increased pallet movement and thus loading takes place. Accordingly, the demand for nitrogen will increase accordingly from Monday.

Im Unterschied zu der herkömmlichen, aus dem Stand der Technik bekannten Betriebsweise ist gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass das zu der Sauerstoffreduzierungsanlage gehörende Gasseparationssystem kontinuierlich betrieben wird, wobei kontinuierlich in diesem Zusammenhang insbesondere auch einen Betrieb am Sonntag (Ruhetag) bedeutet. Dabei ist der Betriebsmodus des Gasseparationssystems so gewählt, dass am Auslass des Gasseparationssystems pro Zeiteinheit kontinuierlich eine Menge eines sauerstoffreduzierten Gasgemisches bereitgestellt wird, sodass die Sauerstoffkonzentration in der Raumatmosphäre des umschlossenen Bereiches im gesamten Wochenzyklus in einem Bereich zwischen der vorab festgelegten, reduzierten Betriebskonzentration und einer vorab festgelegten oder festlegbaren unteren Grenzkonzentration liegt. Mit anderen Worten wird während der Ruhezeiten durch den kontinuierlichen Betrieb des Gasseparationssystems ein kalkulierter Stickstoffpuffer in dem umschlossenen Bereich aufgebaut, der für eine darauffolgende Zeitperiode mit erhöhtem Stickstoffbedarf genutzt wird.In contrast to the conventional mode of operation known from the prior art, it is provided according to the present invention that the gas separation system belonging to the oxygen reduction system is operated continuously, in which context in particular also means operation on Sunday (rest day). In this case, the operating mode of the gas separation system is selected such that an amount of an oxygen-reduced gas mixture is continuously provided at the outlet of the gas separation system per unit time, so that the oxygen concentration in the room atmosphere of the enclosed area in the entire week cycle in a range between the predetermined, reduced operating concentration and a pre fixed or definable lower limit concentration. In other words, during idle times, the continuous operation of the gas separation system establishes a calculated nitrogen buffer in the enclosed area that is used for a subsequent period of time with increased nitrogen demand.

Bei dem in FIG. 2 gezeigten Zeitdiagramm beträgt die vorab festgelegte, reduzierte Betriebskonzentration 15 Vol.-% und die vorab festgelegte oder festlegbare untere Grenzkonzentration 14,6 Vol.-%. Selbstverständlich sind aber auch andere Konzentrationswerte denkbar.At the in FIG. 2 As shown in the timing chart, the preset, reduced operating concentration is 15% by volume and the preset or definable lower limit concentration is 14.6% by volume. Of course, other concentration values are also conceivable.

Im Einzelnen und wie es dem Zeitdiagramm gemäß FIG. 2 entnommen werden kann, wird das Gasseparationssystem der Sauerstoffreduzierungsanlage derart kontinuierlich betrieben, dass am Auslass des Gasseparationssystems kontinuierlich pro Stunde 526 m3 des sauerstoffreduzierten Gasgemisches bereitgestellt wird. Mit diesem Betriebsmodus des Gasseparationssystems ist sichergestellt, dass über den Wochenzyklus gesehen die Sauerstoffkonzentration in der Raumatmosphäre des umschlossenen Bereiches stets unterhalb der vorab festgelegten, reduzierten Betriebskonzentration von 15 Vol.-% liegt.In detail and as per the timing diagram FIG. 2 can be taken, the gas separation system of the oxygen reduction plant is operated continuously so that at the outlet of the gas separation system continuously per hour 526 m 3 of the oxygen-reduced gas mixture is provided. This operating mode of the gas separation system ensures that over the week cycle the oxygen concentration in the room atmosphere of the enclosed area is always below the predetermined, reduced operating concentration of 15% by volume.

Im Vergleich zu einer herkömmlich konzipierten bzw. projektierten Sauerstoffreduzierungsanlage hingegen kann mit der erfindungsgemäßen Lösung das Gasseparationssystem deutlich kleiner dimensioniert werden. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass bei dem in FIG. 1 gezeigten Fallbeispiel das Gasseparationssystem für eine Lieferkapazität von über 1.000 m3/h ausgelegt ist.In contrast to a conventionally designed or projected oxygen reduction system, however, can be significantly smaller dimensions with the solution according to the invention, the gas separation system. It should be noted that the in FIG. 1 In the case shown, the gas separation system is designed for a delivery capacity of more than 1,000 m 3 / h.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf das prinzipielle Zeitdiagramm gemäß FIG. 3 eine weitere exemplarische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Im Einzelnen wird hier die Betriebsweise einer Sauerstoffreduzierungsanlage gezeigt, welche konzipiert und projektiert ist für einen umschlossenen Bereich (Lagerhalle), der an 6 Tagen die Woche im Zweischichtbetrieb benutzt wird. Wie auch bei dem in FIG. 2 gezeigten Fallbeispiel ist bei dem Zeitdiagramm gemäß FIG. 3 der Sonntag ein Ruhetag.Hereinafter, referring to the principle time chart according to FIG. 3 another exemplary embodiment of the present invention is described. Specifically, here is shown the operation of an oxygen reduction plant which is designed and projected for an enclosed area (warehouse) used in two shifts 6 days a week. As with the in FIG. 2 shown case example is according to the timing diagram FIG. 3 Sunday is a rest day.

Da - im Unterschied zu der in FIG. 2 gezeigten Situation - bei dem Fallbeispiel gemäß FIG. 3 der umschlossene Bereich (Lager) im Zweischichtbetrieb verwendet wird, ist die beschickungsabhängige Luftwechselrate des umschlossenen Bereiches im Wochenverlauf gesehen verschieden von der beschickungsabhängigen Luftwechselrate, die in dem Fallbeispiel gemäß FIG. 2 berücksichtigt wurde.Because - in contrast to the in FIG. 2 shown situation - in the case example according to FIG. 3 the enclosed area (storage) is used in the two-shift operation, the feed-dependent air exchange rate of the enclosed area in the course of the week is different from the feed-dependent air exchange rate, which in the case according to FIG. 2 taken into consideration.

Im Einzelnen ist der beschickungs- und/oder begehungsabhängige Frischlufteintrag bei dem Fallbeispiel gemäß FIG. 3 im Wochenverlauf in Tabelle 4 zusammengefasst.

Figure imgb0004
In detail, the feed and / or walk-dependent fresh air entry in the case example according to FIG. 3 summarized in Table 4 over the course of the week.
Figure imgb0004

Der Gesamt-Frischlufteintrag im Wochenverlauf für das Fallbeispiel gemäß FIG. 3 ist in Tabelle 5 zusammengestellt.

Figure imgb0005
The total fresh air entry in the course of the week for the case study according to FIG. 3 is summarized in Table 5.
Figure imgb0005

Der sich daraus ergebende Stickstoffbedarf ist in Tabelle 6 zusammengefasst.

Figure imgb0006
The resulting nitrogen requirement is summarized in Table 6.
Figure imgb0006

Der zeitliche Verlauf des Stickstoffbedarfs ist ebenfalls in dem Zeitdiagramm gemäß FIG. 3 eingezeichnet.The time course of the nitrogen requirement is also in the time chart according to FIG. 3 located.

Im Vergleich zu der in FIG. 2 gezeigten Situation, bei welcher ein Dreischichtbetrieb berücksichtigt wurde, ist erwartungsgemäß bei dem Fallbeispiel gemäß FIG. 3 der Anteil des beschickungs- und/oder begehungsabhängigen Frischlufteintrags geringer. Dies hat zur Folge, dass bei dem Fallbeispiel gemäß FIG. 3 die pro Zeiteinheit von dem Gasseparationssystem kontinuierlich bereitzustellende Menge eines sauerstoffreduzierten Gasgemisches reduziert sein kann.Compared to the in FIG. 2 As shown in the situation shown in which a three-shift operation has been taken into account, it is expected according to the case study FIG. 3 the proportion of the feed and / or slip-dependent fresh air intake lower. This has the consequence that in the case of example FIG. 3 the amount of an oxygen-reduced gas mixture to be continuously provided per unit time by the gas separation system can be reduced.

Im Einzelnen ist es bei dem Fallbeispiel gemäß FIG. 3 ausreichend, wenn von dem Gasseparationssystem pro Stunde 424 m3 Stickstoff bereitgestellt wird, um sicherzustellen, dass im Wochenverlauf die Sauerstoffkonzentration in der Raumatmosphäre des umschlossenen Bereiches stets unter der vorab festgelegten Betriebskonzentration von 15 Vol.-% liegt.Specifically, it is according to the case example FIG. 3 424 m 3 of nitrogen per hour are provided by the gas separation system to ensure that during the week the oxygen concentration in the room atmosphere of the enclosed area is always below the pre-determined operating concentration of 15% by volume.

Die Zeitdiagramme der Fallbeispiele gemäß FIG. 2 und FIG. 3 zeigen, dass bei einem kontinuierlichen Betrieb des Gasseparationssystems der Sauerstoffreduzierungsanlage pro Zeiteinheit eine derart hinreichende Menge eines sauerstoffreduzierten Gasgemisches (kontinuierlich) bereitgestellt wird, dass die Sauerstoffkonzentration in der Raumatmosphäre des umschlossenen Bereiches stets unterhalb der vorab festgelegten, reduzierten Betriebskonzentration und einer vorab festgelegten oder festlegbaren unteren Grenzkonzentration liegt.The timing diagrams of the case examples according to FIG. 2 and FIG. 3 show that in a continuous operation of the gas separation system of the oxygen reduction system per unit time such a sufficient amount of an oxygen-reduced gas mixture (continuously) is provided that the oxygen concentration in the room atmosphere of the enclosed area always below the predetermined, reduced operating concentration and a predetermined or definable lower Boundary concentration is.

Bei den Fallbeispielen liegt die vorab festgelegte Betriebskonzentration bei 15 Vol.-%, während die vorab festgelegte oder festlegbare untere Grenzkonzentration bei maximal 1 Vol.-% Sauerstoff und bevorzugt bei maximal 0,5 Vol.-% Sauerstoff unterhalb des der vorab festgelegten, reduzierten Betriebskonzentration entsprechend des Sauerstoffgehaltes liegt.In the case examples, the predetermined operating concentration is 15% by volume, while the predetermined or definable lower limit concentration is at most 1% by volume of oxygen and preferably at most 0.5% by volume of oxygen below that of the predetermined, reduced Operating concentration corresponding to the oxygen content.

Des Weiteren ist den Zeitdiagrammen gemäß FIG. 2 und 3 zu entnehmen, dass die Gesamt-Luftwechselrate des umschlossenen Bereiches hinsichtlich der Zeit zyklisch variiert (hier: im Wochenzyklus), wobei jeder Zeitzyklus in mehrere aufeinanderfolgende Zeitperioden aufgeteilt ist, und wobei für jede Zeitperiode eine mittlere Gesamt-Luftwechselrate des umschlossenen Bereiches einen entsprechenden Wert annimmt. In diesem Zusammenhang wird auf die Einträge in der Tabelle 2 für das Fallbeispiel gemäß FIG. 2 bzw. auf die Tabelle 5 für das Fallbeispiel gemäß FIG. 3 verwiesen.Furthermore, according to the timing diagrams FIG. 2 and 3 it can be seen that the total air exchange rate of the enclosed area varies cyclically with respect to time (here: in the weekly cycle), each time cycle being divided into several consecutive time periods, and for each time period a mean total air exchange rate of the enclosed area assumes a corresponding value , In this context, reference is made to the entries in Table 2 for the case study FIG. 2 or to Table 5 for the case study according to FIG. 3 directed.

Zur Auslegung bzw. Projektierung des Gasseparationssystems der Sauerstoffreduzierungsanlage spielt dann die jeweilige Dauer der Zeitperioden des Zeitzyklus und die jeweilige mittlere Gesamt-Luftwechselrate für jede Zeitperiode eine Rolle. Wie bereits dargelegt, ist bei dem Fallbeispiel gemäß FIG. 2 aufgrund des dort berücksichtigten Dreischichtbetriebs die beschickungsabhängige Luftwechselrate zumindest an den Wochentagen von Montag bis Samstag höher im Vergleich zu der Situation im Fallbeispiel gemäß FIG. 3. Dies hat zur Folge, dass bei dem Fallbeispiel gemäß FIG. 2 das Gasseparationssystem pro Zeiteinheit eine größere Menge eines sauerstoffverdrängenden Gasgemisches (Stickstoff) bereitstellen muss im Vergleich zu dem Gasseparationssystem, welches bei dem Fallbeispiel gemäß FIG. 3 zum Einsatz kommt.The respective duration of the time periods of the time cycle and the respective mean total air exchange rate for each time period then play a role in the design or planning of the gas separation system of the oxygen reduction system. As already stated, in the case example according to FIG. 2 due to the considered there three-shift operation, the feed-dependent air exchange rate, at least on the weekdays from Monday to Saturday higher in comparison to the situation in the case according to FIG. 3 , This has the consequence that in the case of example FIG. 2 the gas separation system needs to provide a larger amount of an oxygen displacing gas mixture (nitrogen) per unit of time as compared to the gas separation system described in the case study of FIG. 3 is used.

Die Erfindung ist nicht auf die unter Bezugnahme auf die Zeitdiagramme gemäß FIG. 2 und FIG. 3 beschriebenen Fallbeispiele beschränkt. Insbesondere eignet sich die erfindungsgemäße Lösung allgemein für einen umschlossenen Bereich, dessen Gesamt-Luftwechselrate hinsichtlich der Zeit zyklisch variiert, wobei jeder Zeitzyklus in mehrere aufeinander folgende Zeitperioden aufgeteilt ist, und wobei für jede Zeitperiode eine mittlere Gesamt-Luftwechselrate des umschlossenen Bereiches einen entsprechenden Wert annimmt.The invention is not with reference to the time charts according to FIG. 2 and FIG. 3 limited examples described. In particular, the solution according to the invention is generally suitable for an enclosed area whose total air exchange rate varies cyclically with time, each time cycle being divided into several consecutive time periods, and for each time period a mean total air exchange rate of the enclosed area assuming a corresponding value ,

Beispielsweise ist es in diesem Zusammenhang denkbar, dass innerhalb einer ersten Zeitperiode der mehreren aufeinander folgenden Zeitperioden eines Zeitzyklus die mittlere Luftwechselrate des umschlossenen Bereiches innerhalb eines ersten Wertebereiches liegt, und dass innerhalb mindestens einer zweiten Zeitperiode der mehreren aufeinander folgenden Zeitperioden des Zeitzyklus die mittlere Luftwechselrate des umschlossenen Bereiches innerhalb mindestens eines zweiten Wertbereiches liegt, wobei der Mittelwert des mindestens einen zweiten Wertbereiches größer ist als der Mittelwert des ersten Wertbereiches. In diesem Fall ist es bevorzugt, wenn das Gasseparationssystem der Sauerstoffreduzierungsanlage unter Berücksichtigung der Zeitdauer der ersten und der mindestens einen zweiten Zeitperiode sowie unter Berücksichtigung der mittleren Gesamt-Luftwechselrate des umschlossenen Bereiches während der ersten und der mindestens einen zweiten Zeitperiode derart ausgelegt ist, dass bei einem kontinuierlichen Betrieb des Gasseparationssystems in dem ersten Betriebsmodus die Sauerstoffkonzentration in der Raumatmosphäre des umschlossenen Bereiches stets in einem Bereich zwischen der vorab festgelegten Betriebskonzentration und der vorab festgelegten oder festlegbaren unteren Grenzkonzentration liegt.For example, in this context, it is conceivable that within a first time period of the plurality of consecutive time periods of a time cycle, the average air exchange rate of the enclosed area is within a first value range, and within at least a second time period of the plurality of consecutive time periods of the time cycle, the average air exchange rate of enclosed area within at least a second range of values, wherein the mean value of the at least one second value range is greater than the average value of the first range of values. In this case, it is preferable that the gas separation system of the oxygen reduction system be designed to take into account the time duration of the first and the at least one second time periods and the average total air exchange rate of the enclosed area during the first and the at least one second time periods In a continuous operation of the gas separation system in the first operation mode, the oxygen concentration in the room atmosphere of the enclosed area is always in a range between the preset operation concentration and the predetermined or definable lower limit concentration.

Bei den unter Bezugnahme auf die Zeitdiagramme gemäß den FIGS. 2 und 3 beschriebenen Fallbeispielen ist eine mittlere Windgeschwindigkeit von maximal 3,0 m/s berücksichtigt. Diese Voraussetzung ist in der Realität unter Umständen nicht immer gegeben. Insbesondere kann nicht ausgeschlossen werden, dass zumindest zeitweilig auch deutlich höhere Windgeschwindigkeiten vorliegen. Dies hätte dann einen Einfluss insbesondere auf die beschickungsunabhängige Luftwechselrate, d.h. die Luftwechselrate, die durch ungewollte oder unabdingbare Leckagen in der Raumhülle des umschlossenen Bereiches bedingt sind.With reference to the timing diagrams according to the FIGS. 2 and 3 described case examples, an average wind speed of 3.0 m / s is taken into account. This condition may not always exist in reality. In particular, it can not be ruled out that significantly higher wind speeds will be present at least temporarily. This would then have an influence in particular on the feed-independent air exchange rate, ie the air exchange rate, which are caused by unwanted or indispensable leaks in the enclosure of the enclosed area.

Um zu erreichen, dass mit der erfindungsgemäßen Sauerstoffreduzierungsanlage auch in solchen Ausnahmesituationen eine reduzierte Sauerstoffkonzentration in der Raumatmosphäre des umschlossenen Bereiches unterhalb einer vorab festgelegten Betriebskonzentration gehalten werden kann, ist bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Sauerstoffreduzierungsanlage vorgesehen, dass das Gasseparationssystem in mindestens zwei verschiedenen Betriebsmodi betreibbar ist. Dabei wird das Gasseparationssystem ausgehend von seinem Standard-Betriebsmodus (erster Betriebsmodus) in seinem zweiten Betriebsmodus betrieben, wenn sich die mittlere Gesamt-Luftwechselrate des umschlossenen Bereiches insbesondere in unvorhersehbarer Weise und insbesondere in unzyklischer Weise erhöht.In order to achieve that with the oxygen reduction system according to the invention a reduced oxygen concentration in the room atmosphere of the enclosed area can be kept below a predetermined operating concentration even in such exceptional situations, it is provided in an advantageous development of the oxygen reduction system according to the invention that the gas separation system can be operated in at least two different operating modes is. In this case, the gas separation system is operated starting from its standard operating mode (first operating mode) in its second operating mode, when the average total air exchange rate of the enclosed area increases in particular in an unpredictable manner and in particular in an uncyclical manner.

Im zweiten Betriebsmodus des Gasseparationssystems ist - im Vergleich zum ersten Betriebsmodus - die kontinuierlich pro Zeiteinheit am Auslass des Gasseparationssystems bereitgestellte Menge eines sauerstoffreduzierten Gasgemisches - bezogen auf einen Referenzwert einer Restsauerstoffkonzentration - entsprechend erhöht. Andererseits ist in dem ersten Betriebsmodus des Gasseparationssystems die spezifische Leistung des Gasseparationssystems geringer als die spezifische Leistung des Gasseparationssystems in dem zweiten Betriebsmodus.In the second operating mode of the gas separation system, compared to the first operating mode, the amount of an oxygen-reduced gas mixture continuously provided per unit time at the outlet of the gas separation system is increased correspondingly to a reference value of a residual oxygen concentration. On the other hand, in the first operating mode of the gas separation system, the specific power of the gas separation system is lower than the specific power of the gas separation system in the second operation mode.

Unter dem hierin verwendeten Begriff "spezifische Leistung des Gasseparationssystems" ist (bei einer Referenztemperatur von beispielsweise 20 °C) der spezifische Energiebedarf des Gasseparationssystems zu verstehen, um eine Volumeneinheit des sauerstoffreduzierten Gasgemisches (bezogen auf einen Referenzwert einer Restsauerstoffkonzentration) bereitzustellen.As used herein, "specific performance of the gas separation system" (at a reference temperature of, for example, 20 ° C) is the specific energy demand of the gas separation system to provide a volume unit of the oxygen-reduced gas mixture (relative to a reference level of residual oxygen concentration).

In diesem Zusammenhang ist es beispielsweise denkbar, dass das Gasseparationssystem der Sauerstoffreduzierungsanlage ausgelegt ist, wahlweise in einem VPSA- Modus oder in einem PSA-Modus betrieben zu werden, wobei der erste Betriebsmodus des Gasseparationssystems dem VPSA-Modus entspricht und der zweite Betriebsmodus des Gasseparationssystems dem PSA-Modus entspricht.In this context, it is conceivable, for example, that the gas reduction system of the oxygen reduction system is designed to be operated either in a VPSA mode or in a PSA mode, wherein the first operating mode of the gas separation system corresponds to the VPSA mode and the second operating mode of the gas separation system PSA mode corresponds.

Unter einem in einem VPSA-Modus betriebenen Gasseparationssystem ist allgemein eine nach dem Vakuum-Druckwechseladsorptions-Prinzip (engl.: Vacuum Pressure Swing Adsorption - VPSA) arbeitende Anlage zum Bereitstellen von mit Stickstoff angereichter Luft zu verstehen. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kommt in der Sauerstoffreduzierungsanlage als Gasseparationssystem eine derartige VPSA-Anlage zum Einsatz, die allerdings im Bedarfsfall, insbesondere dann, wenn in unvorhersehbarer Weise und/oder unzyklisch die mittlere Gesamt-Luftwechselrate des umschlossenen Bereiches zunimmt - in einem PSA-Modus betrieben wird. Die Abkürzung "PSA" steht für "Pressure Swing Adsorption", was üblicherweise als "Druckwechseladsorptionstechnik" bezeichnet wird.A gas separation system operated in a VPSA mode is generally a vacuum pressure swing adsorption (VPSA) system for providing nitrogen-impinged air. According to one aspect of the present invention, such a VPSA system is used in the oxygen reduction system as a gas separation system, which, however, if necessary, especially if the average total air exchange rate of the enclosed area increases in an unforeseeable manner and / or non-cyclically - in a PSA system. Mode is operated. The abbreviation "PSA" stands for "pressure swing adsorption", which is commonly referred to as "pressure swing adsorption".

Um den Betriebsmodus des bei diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommenden Gasseparationssystems von VPSA auf PSA umschalten zu können, ist bei einer bevorzugten Realisierung der erfindungsgemäßen Sauerstoffreduzierungsanlage vorgesehen, dass zunächst ein Anfangs-Gasgemisch bereitgestellt wird, welches Sauerstoff, Stickstoff und gegebenenfalls weitere Komponenten aufweist. Das bereitgestellte Anfangs-Gasgemisch wird geeignet komprimiert und in dem Gasseparationssystem zumindest ein Teil des in dem komprimierten Anfangs-Gasgemisch enthaltenen Sauerstoff abgetrennt, sodass am Auslass des Gasseparationssystems ein mit Stickstoff angereichertes Gasgemisch bereitgestellt wird. Dieses am Auslass des Gasseparationssystems mit Stickstoff angereicherte Gasgemisch entspricht dabei dem sauerstoffreduzierten Gasgemisch, welches in die Raumatmosphäre des umschlossenen Bereiches kontinuierlich eingeleitet wird.In order to be able to switch the operating mode of the gas separation system used in this aspect of the present invention from VPSA to PSA, in a preferred implementation of the oxygen reduction system according to the invention, initially an initial gas mixture is provided which comprises oxygen, nitrogen and optionally further components , The initial gas mixture provided is suitably compressed and, in the gas separation system, at least part of the oxygen contained in the initial compressed gas mixture is separated so that a nitrogen-enriched gas mixture is provided at the outlet of the gas separation system. This nitrogen-enriched gas mixture at the outlet of the gas separation system corresponds to the oxygen-reduced gas mixture which is introduced continuously into the room atmosphere of the enclosed area.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Grad der durch das Kompressorsystem durgeführten Komprimierung des Anfangs-Gasgemisches erhöht wird, wenn auf Grund eines erhöhten Luftwechsels das Gasseparationssystem von dem ersten Betriebsmodus auf den zweiten Betriebsmodus umgeschaltet werden muss. In einer beispielhaften Ausführungsform ist es in diesem Zusammenhang denkbar, den Grad der durchgeführten Komprimierung von ursprünglich 1,5 bis 2,0 bar auf 7,0 bis 9,0 bar zu erhöhen. In anderen Ausführungsformen ist eine Erhöhung der Komprimierung auf bis zu 25,0 bar denkbar. Die Erfindung ist insbesondere nicht auf die zuvor angegebenen beispielhaften Werte beschränkt.According to a further aspect of the present invention, it is provided that the degree of compression of the initial gas mixture by the compressor system is increased when the gas separation system has to be switched from the first operating mode to the second operating mode due to increased air exchange. In an exemplary embodiment In this context, it is conceivable to increase the degree of compression performed from originally 1.5 to 2.0 bar to 7.0 to 9.0 bar. In other embodiments, an increase in compression to up to 25.0 bar is conceivable. In particular, the invention is not limited to the exemplary values given above.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Gasseparationssystem in dem zweiten Betriebsmodus betrieben wird, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem umschlossenen Bereich - insbesondere aufgrund einer im zeitlichen Mittelwert erhöhten Luftwechselrate - einen vorab festgelegten oder festlegbaren oberen Grenzwert überschreitet, wobei dieser vorab festgelegte oder festlegbare obere Grenzwert der Sauerstoffkonzentration vorzugsweise einer Sauerstoffkonzentration entspricht, die auf oder oberhalb der Sauerstoffkonzentration liegt, die der vorab festgelegten Betriebskonzentration entspricht. Vorzugsweise entspricht der vorab festgelegte oder festlegbare obere Grenzwert der Sauerstoffkonzentration einer Sauerstoffkonzentration, die um maximal 1,0 Vol.% und vorzugsweise um maximal 0,2 Vol.-% oberhalb der Sauerstoffkonzentration liegt, welche der vorab festgelegten Betriebskonzentration entspricht.According to one aspect of the present invention, it is provided that the gas separation system is operated in the second operating mode when the oxygen concentration in the enclosed area exceeds a predetermined or definable upper limit value, in particular due to an averaged air exchange rate the upper limit oxygen concentration preferably corresponds to an oxygen concentration which is at or above the oxygen concentration corresponding to the predetermined operating concentration. Preferably, the predetermined or definable upper limit oxygen concentration corresponds to an oxygen concentration which is at most 1.0 vol.% And preferably at most 0.2 Vol .-% above the oxygen concentration, which corresponds to the predetermined operating concentration.

In diesem Zusammenhang ist es insbesondere auch denkbar, dass das Gasseparationssystem in dem zweiten Betriebsmodus in mindestens zwei vorab festgelegten, unterschiedlichen Leistungsstufen betreibbar ist, wobei sich die mindestens zwei Leistungsstufen darin unterscheiden, dass - im Vergleich zu einer ersten Leistungsstufe - in einer zweiten Leistungsstufe die pro Zeiteinheit von dem Gasseparationssystem bereitstellbare Menge eines sauerstoffreduzierten Gasgemisches höher ist, und zwar bezogen auf einen vorab festgelegten Referenzwert einer Restsauerstoffkonzentration. Hierbei ist es von Vorteil, wenn in Abhängigkeit von dem Grad der Überschreitung des vorab festgelegten oder festlegbaren oberen Grenzwertes der Sauerstoffkonzentration die Leistungsstufe des Gasseparationssystems in dem zweiten Betriebsmodus vorzugsweise automatisch ausgewählt wird.In this context, it is also conceivable that the gas separation system in the second operating mode in at least two predetermined, different power levels is operable, wherein the at least two power levels differ in that - compared to a first power level - in a second power level the per unit of time of the gas separation system provideable amount of an oxygen-reduced gas mixture is higher, based on a predetermined reference value of a residual oxygen concentration. In this case, it is advantageous if, depending on the degree of exceeding of the predetermined or definable upper limit value of the oxygen concentration, the power stage of the gas separation system is preferably automatically selected in the second operating mode.

Alternativ oder zusätzlich hierzu ist es denkbar, ferner eine weitere, von dem Gasseparationssystem unabhängige Inertgasquelle vorzusehen, insbesondere in Gestalt eines Druckgasspeichers, in welchem ein sauerstoffreduziertes Gasgemisch oder Inertgas in komprimierter Form gespeichert wird. Die weitere Inertgasquelle wird strömungsmäßig mit dem umschlossenen Bereich verbunden, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem umschlossenen Bereich - insbesondere aufgrund einer im zeitlichen Mittelwert erhöhten Luftwechselrate - einen vorab festgelegten oder festlegbaren oberen Grenzwert überschreitet. Auch hier entspricht der vorab festgelegte oder festlegbare obere Grenzwert vorzugsweise einer Sauerstoffkonzentration, die auf oder oberhalb der Sauerstoffkonzentration liegt, die der vorab festgelegten Betriebskonzentration entspricht. Vorzugsweise entspricht dabei der vorab festgelegte oder festlegbare obere Grenzwert einer Sauerstoffkonzentration, die um maximal 1 Vol.-% und vorzugsweise um maximal 0,2 Vol.-% oberhalb der Sauerstoffkonzentration liegt, welche der Betriebskonzentration entspricht.Alternatively or additionally, it is conceivable further to provide a further, independent of the gas separation system inert gas source, in particular in the form of a compressed gas storage in which an oxygen-reduced gas mixture or inert gas is stored in compressed form. The further inert gas source is fluidly connected to the enclosed area when the oxygen concentration in the enclosed area exceeds a predetermined or definable upper limit, in particular due to a mean time-increased rate of air change. Again, the predetermined or definable upper limit preferably corresponds to an oxygen concentration that is at or above the oxygen concentration that corresponds to the predetermined operating concentration. In this case, the predetermined or definable upper limit value preferably corresponds to an oxygen concentration which is at most 1% by volume and preferably at most 0.2% by volume above the oxygen concentration which corresponds to the operating concentration.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ferner eine Einrichtung zum bedarfsweisen Reduzieren einer beschickungsabhängigen Luftwechselrate des umschlossenen Bereiches vorgesehen, wobei die beschickungsabhängige Luftwechselrate einen Luftwechsel berücksichtigt, der bedingt ist durch zum Zwecke einer Beschickung und/oder Begehung bedarfsweise ausbildbare Öffnungen in der Raumhülle des umschlossenen Bereiches. Diese Einrichtung ist ausgebildet, vorzugsweise automatisch die beschickungsabhängige Luftwechselrate des umschlossenen Bereiches zu reduzieren, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem umschlossenen Bereich einen vorab festgelegten oder festlegbaren oberen Grenzwert überschreitet. Der vorab festgelegte oder festlegbare obere Grenzwert entspricht vorzugsweise einer Sauerstoffkonzentration, die auf oder oberhalb der Sauerstoffkonzentration liegt, die der vorab festgelegten Betriebskonzentration entspricht.According to a further aspect of the invention there is further provided a means for reducing a feed-dependent air exchange rate of the enclosed area on demand, wherein the feed-dependent air exchange rate takes into account an air exchange caused by openings for the purpose of loading and / or commissioning in the space envelope of the enclosed area , This device is designed to preferably automatically reduce the charge-dependent air exchange rate of the enclosed area when the oxygen concentration in the enclosed area exceeds a predetermined or determinable upper limit. The predetermined or definable upper limit value preferably corresponds to an oxygen concentration which is at or above the oxygen concentration corresponding to the predetermined operating concentration.

Demnach ist es denkbar, über ein geeignetes Beschickungsmanagement zumindest zeitweise die beschickungsabhängige Luftwechselrate, und somit auch die Gesamt-Luftwechselrate zu reduzieren. Denkbar hierbei ist beispielsweise, dass im Rahmen des Beschickungsmanagements nur noch eine limitierte Anzahl von Türen oder Tore geöffnet werden können und/oder die Öffnungszeiten limitiert werden.Accordingly, it is conceivable, at least temporarily, to reduce the charge-dependent air exchange rate, and thus also the overall air exchange rate, via suitable charge management. It is conceivable, for example, that only a limited number of doors or gates can be opened as part of the feed management and / or the opening hours are limited.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Gasseparationssystem ferner in einem dritten Betriebsmodus betreibbar ist, in welchem - im Vergleich zum ersten Betriebsmodus - die kontinuierlich pro Zeiteinheit am Auslass bereitgestellte Menge eines sauerstoffreduzierten Gasgemisches - bezogen auf einen Referenzwert einer Restsauerstoffkonzentration - verringert ist. Hierbei sollte in dem ersten Betriebsmodus die spezifische Leistung des Gasseparationssystems höher sein als die spezifische Leistung des Gasseparationssystems in dem dritten Betriebsmodus.According to a further aspect of the present invention, it is provided that the gas separation system is further operable in a third operating mode, in which - compared to the first operating mode - the continuously per unit time At the outlet provided amount of an oxygen-reduced gas mixture - based on a reference value of a residual oxygen concentration - is reduced. Here, in the first mode of operation, the specific power of the gas separation system should be higher than the specific power of the gas separation system in the third mode of operation.

Insbesondere ist es in diesem Zusammenhang denkbar, das Gasseparationssystem in dem dritten Betriebsmodus zu betreiben, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem umschlossenen Bereich - insbesondere aufgrund einer im zeitlichen Mittelwert reduzierten mittleren Gesamt-Luftwechselrate - einen vorab festlegbaren unteren Grenzwert unterschreitet. Dieser vorab festlegbare untere Grenzwert entspricht insbesondere einer Sauerstoffkonzentration, die auf oder oberhalb der Sauerstoffkonzentration liegt, die der vorab festlegbaren unteren Grenzkonzentration entspricht oder oberhalb der vorab festlegbaren unteren Grenzkonzentration liegt.In particular, it is conceivable in this context to operate the gas separation system in the third operating mode if the oxygen concentration in the enclosed region falls below a predefinable lower limit value, in particular due to an average mean air exchange rate which is reduced in the time average. In particular, this predetermined lower limit value corresponds to an oxygen concentration which is at or above the oxygen concentration which corresponds to the predefinable lower limit concentration or above the predefinable lower limit concentration.

Zum Betreiben des Gasseparationssystems in den unterschiedlichen Betriebsmodi ist es aber auch denkbar, wenn das Gasseparationssystem eine Vielzahl von parallel betreibbaren Stickstoffgeneratoren aufweist, wobei diese Stickstoffgeneratoren bedarfsweise zu- oder ausgeschaltet werden.However, for operating the gas separation system in the different operating modes, it is also conceivable for the gas separation system to have a large number of nitrogen generators operated in parallel, these nitrogen generators being switched on or off as required.

Kurz zusammengefasst betrifft die vorliegende Erfindung insbesondere eine Anlage zum Halten eines reduzierten Sauerstoffgehaltes in der Raumatmosphäre eines umschlossenen Bereiches unterhalb einer vorab festgelegten und im Vergleich zur Sauerstoffkonzentration der normalen Umgebungsluft reduzierten Betriebskonzentration, wobei die Anlage ein kontinuierlich betriebenes Gasseparationssystem aufweist, welches derart ausgelegt ist, dass bei einem kontinuierlichen Betrieb des Gasseparationssystems die Sauerstoffkonzentration in der Raumatmosphäre des umschlossenen Bereiches stets in einem Bereich zwischen der vorab festgelegten Betriebskonzentration und einer vorab festgelegten oder festlegbaren unteren Grenzkonzentration liegt.Briefly, the present invention particularly relates to a system for maintaining a reduced oxygen content in the room atmosphere of an enclosed area below a predetermined and reduced operating concentration compared to the oxygen concentration of the normal ambient air, the system comprising a continuously operated gas separation system designed such that in a continuous operation of the gas separation system, the oxygen concentration in the room atmosphere of the enclosed area is always in a range between the predetermined operating concentration and a predetermined or definable lower limit concentration.

Vorzugsweise ist die Sauerstoffreduzierungsanlage einem umschlossenen Bereich zugeordnet, dessen Gesamt-Luftwechselrate hinsichtlich der Zeit zyklisch variiert, wobei jeder Zeitzyklus in mehrere aufeinanderfolgende Zeitperioden aufgeteilt ist, und wobei für jede Zeitperiode eine mittlere Gesamt-Luftwechselrate des umschlossenen Bereiches einen entsprechenden Wert annimmt. Hierbei ist das Gasseparationssystem unter Berücksichtigung der jeweiligen Dauer der Zeitperioden sowie unter Berücksichtigung der jeweiligen mittleren Gesamt-Luftwechselraten derart ausgelegt, dass bei einem kontinuierlichen Betrieb des Gasseparationssystems die Sauerstoffkonzentration in der Raumatmosphäre des umschlossenen Bereichs stets in einem Bereich zwischen der vorab festgelegten Betriebskonzentration und der vorab festgelegten oder festlegbaren unteren Grenzkonzentration liegt.Preferably, the oxygen reduction system is associated with an enclosed area whose total air exchange rate varies cyclically with time, each time cycle being divided into a plurality of consecutive time periods, and wherein for each time period a mean total air exchange rate of the enclosed one Range assumes a corresponding value. In this case, the gas separation system is designed taking into account the respective duration of the time periods and taking into account the respective average total air exchange rates such that in a continuous operation of the gas separation system, the oxygen concentration in the room atmosphere of the enclosed area always in a range between the predetermined operating concentration and the advance fixed or definable lower limit concentration.

In einer besonders bevorzugten Realisierung ist der Zeitzyklus ein Wochenzyklus, wobei kontinuierlich während mindestens einer ersten Zeitperiode von vorzugsweise mindestens 4 bis 48 Stunden, insbesondere von mindestens 4 bis 24 Stunden, und noch bevorzugter von mindestens 6 bis 24 Stunden, die mittlere Gesamt-Luftwechselrate des umschlossenen Bereiches einer beschickungsunabhängigen Luftwechselrate des umschlossenen Bereiches entspricht, und wobei während der übrigen Zeit des Wochenzyklus die mittlere Gesamt-Luftwechselrate des umschlossenen Bereiches einer Summe, insbesondere einer gewichteten Summe aus einer beschickungsabhängigen Luftwechselrate und einer beschickungsunabhängigen Luftwechselrate entspricht.In a particularly preferred implementation, the time cycle is a weekly cycle, wherein continuously during at least a first time period of preferably at least 4 to 48 hours, especially at least 4 to 24 hours, and more preferably at least 6 to 24 hours, the average total air exchange rate of and wherein during the remaining time of the week cycle the average total air exchange rate of the enclosed area corresponds to a sum, in particular a weighted sum of a feed-dependent air exchange rate and a feed-independent air exchange rate.

Das Gasseparationssystem der erfindungsgemäßen Sauerstoffreduzierungsanlage ist dabei derart ausgelegt, dass bei einem kontinuierlichen Betrieb des Gasseparationssystems die Sauerstoffkonzentration in der Raumatmosphäre des umschlossenen Bereiches während der mindestens einen ersten Zeitperiode derart reduziert wird, dass auch während der übrigen Zeit des Wochenzyklus die Sauerstoffkonzentration in der Raumatmosphäre des umschlossenen Bereiches die Auslegungskonzentration nicht überschreitet. Anschaulich gesehen ist die Sauerstoffreduzierungsanlage also derart ausgelegt, dass während einer einkalkulierten Ruhezeit mit niedriger Luftwechselrate ein Stickstoffpuffer im umschlossenen Bereich aufgebaut wird. Dieser Puffer gleicht dann die höhere Luftwechselrate während der Betriebszeiten aus, sodass dieser Ausgleich nicht von der Sauerstoffreduzierungsanlage erbracht werden muss und diese gleichmäßig betrieben werden kann.The gas separation system of the oxygen reduction system according to the invention is designed such that in a continuous operation of the gas separation system, the oxygen concentration in the room atmosphere of the enclosed area during the at least a first time period is reduced such that the oxygen concentration in the room atmosphere of the enclosed during the remaining time of the week cycle Range does not exceed the design concentration. Illustratively, the oxygen reduction system is designed so that a nitrogen buffer is built up in the enclosed area during a calculated rest period with low air exchange rate. This buffer then compensates for the higher air exchange rate during the operating times, so that this compensation does not have to be provided by the oxygen reduction system and this can be operated evenly.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Fallbeispiele beschränkt, sondern ergibt sich aus einer Zusammenschau sämtlicher hierin offenbarter Merkmale.The invention is not limited to the described case examples, but results from a synopsis of all features disclosed herein.

Claims (15)

Anlage zum Reduzieren des Sauerstoffgehalts in der Raumatmosphäre eines umschlossenen Bereiches und/oder zum Halten eines reduzierten Sauerstoffgehaltes in der Raumatmosphäre eines umschlossenen Bereiches unterhalb einer vorab festgelegten und im Vergleich zur Sauerstoffkonzentration der normalen Umgebungsluft reduzierten Betriebskonzentration, wobei die Anlage ein Gasseparationssystem aufweist, dessen Auslass strömungsmäßig mit dem umschlossenen Bereich verbunden ist zum kontinuierlichen Zuführen eines sauerstoffreduzierten Gasgemisches oder sauerstoffverdrängenden Gases, wobei das Gasseparationssystem derart ausgelegt ist, dass bei einem kontinuierlichen Betrieb des Gasseparationssystems in einem ersten Betriebsmodus, in welchem am Auslass des Gasseparationssystems pro Zeiteinheit eine innerhalb eines vorab festgelegten oder festlegbaren Bereiches liegende Menge eines sauerstoffreduzierten Gasgemisches kontinuierlich bereitgestellt wird, die Sauerstoffkonzentration in der Raumatmosphäre des umschlossenen Bereiches stets in einem Bereich zwischen der vorab festgelegten Betriebskonzentration und einer vorab festgelegten oder festlegbaren unteren Grenzkonzentration liegt.An apparatus for reducing the oxygen content in the room atmosphere of an enclosed area and / or maintaining a reduced oxygen content in the room atmosphere of an enclosed area below a predetermined and reduced operating concentration compared to the oxygen concentration of the normal ambient air, the system having a gas separation system whose outlet is fluid is connected to the enclosed area for continuously supplying an oxygen-reduced gas mixture or oxygen displacing gas, wherein the gas separation system is designed so that in a continuous operation of the gas separation system in a first operating mode, in which at the outlet of the gas separation system per unit time within a predetermined or determinable Range of an oxygen-reduced gas mixture is continuously provided, the oxygen concentration in the room The atmosphere of the enclosed area shall always be in the range between the predetermined operating concentration and a predetermined or definable lower limit concentration. Anlage nach Anspruch 1, wobei die Gesamt-Luftwechselrate des umschlossenen Bereiches hinsichtlich der Zeit zyklisch variiert, wobei jeder Zeitzyklus in mehrere aufeinanderfolgende Zeitperioden aufgeteilt ist, und wobei für jede Zeitperiode eine mittlere Gesamt-Luftwechselrate des umschlossenen Bereiches einen entsprechenden Wert annimmt, wobei das Gasseparationssystem unter Berücksichtigung der jeweiligen Dauer der Zeitperioden sowie unter Berücksichtigung der jeweiligen mittleren Gesamt-Luftwechselraten derart ausgelegt ist, dass bei einem kontinuierlichen Betrieb des Gasseparationssystems in dem ersten Betriebsmodus die Sauerstoffkonzentration in der Raumatmosphäre des umschlossenen Bereichs stets in einem Bereich zwischen der vorab festgelegten Betriebskonzentration und der vorab festgelegten oder festlegbaren unteren Grenzkonzentration liegt.The plant of claim 1, wherein the total air exchange rate of the enclosed area varies cyclically with respect to time, each time cycle being divided into a plurality of consecutive time periods, and wherein for each time period a mean total air exchange rate of the enclosed one Range assumes a corresponding value, the gas separation system is designed taking into account the respective duration of the time periods and taking into account the respective mean total air exchange rates such that in a continuous operation of the gas separation system in the first operating mode, the oxygen concentration in the room atmosphere of the enclosed area always in range between the predetermined operating concentration and the predetermined or definable lower limit concentration. Anlage nach Anspruch 2, wobei innerhalb einer ersten Zeitperiode der mehreren aufeinanderfolgenden Zeitperioden eines Zeitzyklus die mittlere Gesamt-Luftwechselrate des umschlossenen Bereiches innerhalb eines ersten Wertbereiches liegt, und wobei innerhalb mindestens einer zweiten Zeitperiode der mehreren aufeinanderfolgenden Zeitperioden des Zeitzyklus die mittlere Gesamt-Luftwechselrate des umschlossenen Bereiches innerhalb mindestens eines zweiten Wertbereiches liegt, wobei der Mittelwert des mindestens einen zweiten Wertbereiches größer ist als der Mittelwert des ersten Wertbereiches, und wobei das Gasseparationssystem unter Berücksichtigung der Zeitdauer der ersten und der mindestens einen zweiten Zeitperiode sowie unter Berücksichtigung der mittleren Gesamt-Luftwechselrate des umschlossenen Bereiches während der ersten und der mindestens einen zweiten Zeitperiode derart ausgelegt ist, dass bei einem kontinuierlichen Betrieb des Gasseparationssystems in dem ersten Betriebsmodus die Sauerstoffkonzentration in der Raumatmosphäre des umschlossenen Bereiches stets in einem Bereich zwischen der vorab festgelegten Betriebskonzentration und der vorab festlegbaren unteren Grenzkonzentration liegt.The system of claim 2, wherein within a first time period of the plurality of consecutive time periods of a time cycle, the average total air exchange rate of the enclosed area is within a first value range, and wherein within at least a second time period of the plurality of consecutive time periods of the time cycle, the average total air exchange rate of the enclosed one Range within at least a second range of values, wherein the mean of the at least one second range of values is greater than the average value of the first range of values, and wherein the gas separation system taking into account the duration of the first and the at least one second time period and taking into account the average total air exchange rate of enclosed area during the first and at least a second time period is designed such that in a continuous operation of the gas separation system in the first Betriebsmod the oxygen concentration in the room atmosphere of the enclosed area is always in a range between the predetermined operating concentration and the predetermined lower limit concentration. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, insbesondere nach Anspruch 2 oder 3, wobei bei einem kontinuierlichen Betrieb des Gasseparationssystems in dem ersten Betriebsmodus die am Auslass des Gasseparationssystems pro Zeiteinheit kontinuierlich bereitgestellte Menge eines sauerstoffreduzierten Gasgemisches in Abhängigkeit von mindestens einem der nachfolgend aufgeführten Parametern gewählt ist: - dem Raumvolumen des umschlossenen Bereiches; - einer beschickungsunabhängigen Luftwechselrate durch Leckagen in der Raumhülle des umschlossenen Bereiches; und/oder - einer beschickungsabhängigen Luftwechselrate durch zum Zwecke der Beschickung und/oder Begehung bedarfsweise ausbildbare Öffnungen in der Raumhülle des umschlossenen Bereiches. Installation according to one of claims 1 to 3, in particular according to claim 2 or 3, wherein in a continuous operation of the gas separation system in the first operating mode, the continuously provided at the outlet of the gas separation system per unit time amount of an oxygen-reduced gas mixture selected depending on at least one of the parameters listed below is: - the volume of the enclosed area; - a feed-independent air exchange rate due to leaks in the enclosure of the enclosed area; and or - A feed-dependent air exchange rate by for the purpose of loading and / or commissioning if necessary ausbildbare openings in the enclosure of the enclosed area. Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Zeitzyklus ein Wochenzyklus ist, und wobei kontinuierlich während mindestens einer ersten Zeitperiode von vorzugsweise mindestens 4 bis 48 Stunden, insbesondere von mindestens 4 bis 24 Stunden, und noch bevorzugter von mindestens 6 bis 24 Stunden, die mittlere Gesamt-Luftwechselrate des umschlossenen Bereiches einer beschickungsunabhängigen Luftwechselrate des umschlossenen Bereiches entspricht, und wobei während der übrigen Zeit des Wochenzyklus die mittlere Gesamt-Luftwechselrate des umschlossenen Bereiches einer Summe, insbesondere einer gewichteten Summe aus einer beschickungsabhängigen Luftwechselrate und einer beschickungsunabhängigen Luftwechselrate entspricht, wobei das Gasseparationssystem derart ausgelegt ist, dass bei einem kontinuierlichen Betrieb des Gasseparationssystems in dem ersten Betriebsmodus die Sauerstoffkonzentration in der Raumatmosphäre des umschlossenen Bereiches während der mindestens einen ersten Zeitperiode derart reduziert wird, dass auch während der übrigen Zeit des Wochenzyklus die Sauerstoffkonzentration in der Raumatmosphäre des umschlossenen Bereiches die Betriebskonzentration nicht überschreitet.Plant according to one of claims 2 to 4, wherein the time cycle is a weekly cycle, and wherein continuously during at least a first time period of preferably at least 4 to 48 hours, in particular of at least 4 to 24 hours, and more preferably of at least 6 to 24 hours, the average total air exchange rate of the enclosed area corresponds to a feed-independent air exchange rate of the enclosed area, and wherein during the remaining time of the weekly cycle the average total air exchange rate of the enclosed area corresponds to a sum, in particular a weighted sum of a feed-dependent air exchange rate and a feed-independent air exchange rate the gas separation system is designed such that in a continuous operation of the gas separation system in the first operating mode, the oxygen concentration in the room atmosphere of the enclosed area during the at least one first time Ze is reduced so that even during the remaining time of the week cycle, the oxygen concentration in the room atmosphere of the enclosed area does not exceed the operating concentration. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Gasseparationssystem ferner in einem zweiten Betriebsmodus betreibbar ist, in welchem - im Vergleich zum ersten Betriebsmodus - die kontinuierlich pro Zeiteinheit am Auslass bereitgestellte Menge eines sauerstoffreduzierten Gasgemisches - bezogen auf einen Referenzwert einer Restsauerstoffkonzentration - erhöht ist, wobei in dem ersten Betriebsmodus die spezifische Leistung des Gasseparationssystems insbesondere geringer ist als die spezifische Leistung des Gasseparationssystems in dem zweiten Betriebsmodus.Installation according to one of claims 1 to 5, wherein the gas separation system is further operable in a second operating mode in which - compared to the first mode of operation - the continuously per unit time at the outlet provided amount of an oxygen-reduced gas mixture - relative to a reference value of a residual oxygen concentration - increased In particular, in the first operating mode, the specific power of the gas separation system is lower than the specific power of the gas separation system in the second operating mode. Anlage nach Anspruch 6, wobei das Gasseparationssystem ausgelegt ist, wahlweise in einem VPSA-Modus oder in einem PSA-Modus betrieben zu werden, und wobei der ersten Betriebsmodus des Gasseparationssystems dem VPSA-Modus entspricht und der zweite Betriebsmodus des Gasseparationssystems dem PSA-Modus entspricht.The system of claim 6, wherein the gas separation system is configured to operate in either a VPSA mode or in a PSA mode and wherein the first operating mode of the gas separation system corresponds to the VPSA mode and the second operating mode of the gas separation system corresponds to the PSA mode. Anlage nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Anlage ein mit dem Gasseparationssystem verbundenes Kompressorsystem aufweist zum Komprimieren eines Anfangs-Gasgemisches, wobei das Gasseparationssystem ausgebildet ist, zumindest ein Teil des in dem komprimierten Anfangs-Gasgemisches enthaltenen Sauerstoffs abzutrennen und an einem Ausgang des Gasseparationssystems ein sauerstoffreduziertes Gasgemisch bereitzustellen, und wobei das Verdichtungsverhältnis des Kompressorsystems einstellbar ist derart, dass das Anfangs-Gasgemisch im Kompressorsystem wahlweise auf einen ersten niedrigen Druckwert oder einen zweiten, hohen Druckwert, insbesondere auf einen ersten Druck von 1,5 bis 2,0 bar oder einen zweiten Druck von 7,0 bis 9,0 bar, komprimierbar ist, und wobei in dem ersten Betriebsmodus des Gasseparationssystems das Anfangs-Gasgemisch auf den ersten Druckwert und in dem zweiten Betriebsmodus das Anfangs-Gasgemisch auf den zweiten Druckwert komprimiert wird.Plant according to claim 6 or 7, wherein the plant comprises a compressor system connected to the gas separation system for compressing an initial gas mixture, wherein the gas separation system is adapted to separate at least a portion of the oxygen contained in the initial compressed gas mixture and at an exit of the gas separation system oxygen-reduced gas mixture to provide, and wherein the compression ratio of the compressor system is adjustable such that the initial gas mixture in the compressor system selectively to a first low pressure value or a second, high pressure value, in particular to a first pressure of 1.5 to 2.0 bar or a second pressure of 7.0 to 9.0 bar, and wherein in the first operating mode of the gas separation system, the initial gas mixture is compressed to the first pressure value and in the second operating mode, the initial gas mixture to the second pressure value. Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Gasseparationssystem in dem zweiten Betriebsmodus betrieben wird, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem umschlossenen Bereich - insbesondere aufgrund einer im zeitlichen Mittelwert erhöhten Luftwechselrate - einen vorab festgelegten oder festlegbaren oberen Grenzwert überschreitet, wobei der vorab festgelegte oder festlegbare obere Grenzwert der Sauerstoffkonzentration vorzugsweise einer Sauerstoffkonzentration entspricht, die auf oder oberhalb der Sauerstoffkonzentration liegt, die der vorab festgelegten Betriebskonzentration entspricht, und wobei der vorab festgelegte oder festlegbare obere Grenzwert der Sauerstoffkonzentration vorzugsweise insbesondere einer Sauerstoffkonzentration entspricht, die um maximal 1 Vol.-% und vorzugsweise um maximal 0,2 Vol.-% oberhalb der Sauerstoffkonzentration liegt, welche der Betriebskonzentration entspricht.Plant according to one of claims 6 to 8, wherein the gas separation system is operated in the second operating mode, when the oxygen concentration in the enclosed area exceeds a predetermined or definable upper limit, in particular due to an averaged increase in the air exchange rate, the predetermined or specifiable upper limit of the oxygen concentration preferably corresponds to an oxygen concentration which is at or above the oxygen concentration which corresponds to the predetermined operating concentration, and wherein the predetermined or definable upper limit of the oxygen concentration preferably corresponds in particular to an oxygen concentration not exceeding 1% by volume and preferably at most 0.2% by volume above the oxygen concentration, which corresponds to the operating concentration. Anlage nach Anspruch 9, wobei in dem zweiten Betriebsmodus das Gasseparationssystem in mindestens zwei vorab festgelegten, unterschiedlichen Leistungsstufen betreibbar ist, wobei sich die mindestens zwei Leistungsstufen darin unterscheiden, dass - im Vergleich zu einer ersten Leistungsstufe - in einer zweiten Leistungsstufe die pro Zeiteinheit von dem Gasseparationssystem bereitstellbare Menge eines sauerstoffreduzierten Gasgemisches höher ist, und zwar bezogen auf einen vorab festgelegten Referenzwert eines Sauerstoffrestgehaltes, und wobei in Abhängigkeit von dem Grad der Überschreitung des vorab festgelegten oder festlegbaren oberen Grenzwertes der Sauerstoffkonzentration die Leistungsstufe des Gasseparationssystems in dem zweiten Betriebsmodus vorzugsweise automatisch ausgewählt wird.Plant according to claim 9, wherein in the second operating mode, the gas separation system is operable in at least two predetermined, different power levels, wherein the at least two power levels differing in that, in a second power stage, in a second power stage, the amount of an oxygen-reduced gas mixture available per unit time by the gas separation system is higher, based on a predetermined reference oxygen content, and depending on the degree of exceedance of the predetermined or definable upper limit value of the oxygen concentration, the power stage of the gas separation system in the second operating mode is preferably automatically selected. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei ferner eine weitere, von dem Gasseparationssystem unabhängige Inertgasquelle vorgesehen ist, insbesondere in Gestalt eines Druckgasspeichers, in welchem ein sauerstoffreduziertes Gasgemisch oder Inertgas in komprimierter Form gespeichert wird, wobei die weitere Inertgasquelle strömungsmäßig mit dem umschlossenen Bereich verbunden wird, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem umschlossenen Bereich - insbesondere aufgrund einer im zeitlichen Mittelwert erhöhten Luftwechselrate - einen vorab festgelegten oder festlegbaren oberen Grenzwert überschreitet, wobei der vorab festgelegte oder festlegbare obere Grenzwert der Sauerstoffkonzentration vorzugsweise einer Sauerstoffkonzentration entspricht, die auf oder oberhalb der Sauerstoffkonzentration liegt, die der vorab festgelegten Betriebskonzentration entspricht, und wobei der vorab festgelegte oder festlegbare obere Grenzwert der Sauerstoffkonzentration vorzugsweise insbesondere einer Sauerstoffkonzentration entspricht, die um maximal 1 Vol.-% und vorzugsweise um maximal 0,2 Vol.-% oberhalb der Sauerstoffkonzentration liegt, welche der Betriebskonzentration entspricht.Installation according to one of claims 1 to 10, wherein there is further provided an inert gas source independent of the gas separation system, in particular in the form of a compressed gas reservoir in which an oxygen-reduced gas mixture or inert gas is stored in compressed form, the further inert gas source being in flow with the enclosed area is connected when the oxygen concentration in the enclosed area exceeds a predetermined or definable upper limit, in particular due to a mean time averaged air exchange rate, wherein the predetermined or definable upper limit oxygen concentration preferably corresponds to an oxygen concentration which is at or above the oxygen concentration which corresponds to the predetermined operating concentration, and wherein the predetermined or definable upper limit of the oxygen concentration is preferably in particular S corresponds to a maximum of 1 vol .-% and preferably by at most 0.2 vol .-% above the oxygen concentration, which corresponds to the operating concentration. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei ferner eine Einrichtung zum bedarfsweisen Reduzieren einer beschickungsabhängigen Luftwechselrate des umschlossenen Bereiches vorgesehen ist, wobei die beschickungsabhängige Luftwechselrate einen Luftwechsel berücksichtigt, der bedingt ist durch zum Zwecke einer Beschickung und/oder Begehung bedarfsweise ausbildbare Öffnungen in der Raumhülle des umschlossenen Bereiches, wobei die Einrichtung ausgebildet ist, vorzugsweise automatisch die beschickungsabhängige Luftwechselrate des umschlossenen Bereiches zu reduzieren, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem umschlossenen Bereich einen vorab festgelegten oder festlegbaren oberen Grenzwert überschreitet, wobei der vorab festgelegte oder festlegbare obere Grenzwert der Sauerstoffkonzentration vorzugsweise einer Sauerstoffkonzentration entspricht, die auf oder oberhalb der Sauerstoffkonzentration liegt, die der vorab festgelegten Betriebskonzentration entspricht, und wobei der vorab festgelegte oder festlegbare obere Grenzwert der Sauerstoffkonzentration vorzugsweise insbesondere einer Sauerstoffkonzentration entspricht, die um maximal 1 Vol.-% und vorzugsweise um maximal 0,2 Vol.-% oberhalb der Sauerstoffkonzentration liegt, welche der Betriebskonzentration entspricht.An apparatus according to any one of claims 1 to 11, further comprising means for reducing a feed-dependent air exchange rate of the enclosed area on demand, the feed-dependent air exchange rate taking into account air changes necessitated by openings for forming and / or loading as required Space envelope of the enclosed area, wherein the device is designed to preferably automatically reduce the feed-dependent air exchange rate of the enclosed area, when the oxygen concentration in the enclosed area exceeds a predetermined or definable upper limit value, wherein the predetermined or definable upper limit value of the oxygen concentration preferably corresponds to an oxygen concentration which is at or above the oxygen concentration corresponding to the predetermined operating concentration, and wherein the above fixed or definable upper limit of the oxygen concentration preferably corresponds in particular to an oxygen concentration which is at most 1% by volume and preferably at most 0.2% by volume above the oxygen concentration which corresponds to the operating concentration. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Gasseparationssystem ferner in einem dritten Betriebsmodus betreibbar ist, in welchem - im Vergleich zum ersten Betriebsmodus - die kontinuierlich pro Zeiteinheit am Auslass bereitgestellte Menge eines sauerstoffreduzierten Gasgemisches - bezogen auf einen Referenzwert einer Restsauerstoffkonzentration - verringert ist, wobei in dem ersten Betriebsmodus die spezifische Leistung des Gasseparationssystems insbesondere höher ist als die spezifische Leistung des Gasseparationssystems in dem dritten Betriebsmodus, und/oder wobei das Gasseparationssystem insbesondere dann in dem dritten Betriebsmodus betrieben wird, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem umschlossenen Bereich - insbesondere aufgrund einer im zeitlichen Mittelwert reduzierten mittleren Gesamt-Luftwechselrate - einen vorab festlegbaren unteren Grenzwert unterschreitet, wobei der vorab festlegbare untere Grenzwert der Sauerstoffkonzentration einer Sauerstoffkonzentration entspricht, die auf oder oberhalb der Sauerstoffkonzentration liegt, die der vorab festgelegten oder festlegbaren unteren Grenzkonzentration entspricht.Installation according to one of claims 1 to 12, wherein the gas separation system is further operable in a third operating mode in which - compared to the first mode of operation - the continuously provided per unit time at the outlet amount of an oxygen-reduced gas mixture - based on a reference value of a residual oxygen concentration - is reduced wherein, in the first operating mode, the specific power of the gas separation system is in particular higher than the specific power of the gas separation system in the third operating mode, and / or wherein the gas separation system is operated in the third operating mode in particular when the oxygen concentration in the enclosed area - especially due to a mean total air exchange rate, which is reduced in the mean time over time, falls below a predefinable lower limit value, the lower limit value of the oxygen concentration, which can be defined in advance, being an oxygen concentration which is at or above the oxygen concentration corresponding to the predetermined or definable lower limit concentration. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
wobei die vorab festgelegte Betriebskonzentration der Auslegungskonzentration entspricht; und/oder
wobei die vorab festgelegte oder festlegbare untere Grenzkonzentration bei maximal 3 Vol.-% Sauerstoff und noch bevorzugter bei maximal 0,5 Vol.-% Sauerstoff unterhalb des der vorab festgelegten Betriebskonzentration entsprechenden Sauerstoffgehalts liegt; und/oder wobei das Gasseparationssystem eine Vielzahl von parallel betreibbaren Stickstoffgeneratoren aufweist.
Installation according to one of claims 1 to 13,
wherein the predetermined operating concentration corresponds to the design concentration; and or
wherein the predetermined or definable lower limit concentration is at most 3% by volume of oxygen and more preferably at most 0.5% by volume of oxygen below the oxygen content corresponding to the predetermined operating concentration; and or wherein the gas separation system comprises a plurality of parallel-operated nitrogen generators.
Verfahren zum Auslegen einer Sauerstoffreduzierungsanlage für einen umschlossenen Bereich, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist: i) Aufteilen eines vorab festgelegten Zeitzyklus in mehrere aufeinander folgende Zeitperioden; ii) Ermitteln einer mittleren Gesamt-Luftwechselrate des umschlossenen Bereiches für jede Zeitperiode; iii) Wichten der ermittelten mittleren Gesamt-Luftwechselraten hinsichtlich der entsprechenden Zeitdauern der zugehörigen Zeitperioden; und iv) Anpassen bzw. Auswählen eines Gasseparationssystems der Sauerstoffreduzierungsanlage unter Berücksichtigung der gewichteten, mittleren Gesamt-Luftwechselraten des umschlossenen Bereiches derart, dass bei einem kontinuierlichen Betrieb des Gasseparationssystems in einem ersten Betriebsmodus, in welchem am Auslass des Gasseparationssystems pro Zeiteinheit eine innerhalb eines vorab festgelegten oder festlegbaren Bereiches liegende Menge eines sauerstoffreduzierten Gasgemisches oder sauerstoffverdrängenden Gases kontinuierlich bereitgestellt wird, die Sauerstoffkonzentration in der Raumatmosphäre des umschlossenen Bereiches stets in einem Bereich zwischen einer vorab festgelegten Betriebskonzentration und einer vorab festlegbaren unteren Grenzkonzentration liegt. Method for laying out an oxygen-reduction plant for an enclosed area, the method comprising the following method steps: i) dividing a predetermined time cycle into a plurality of consecutive time periods; ii) determining a mean total air exchange rate of the enclosed area for each period of time; iii) weighting the determined average total air exchange rates with respect to the respective durations of the associated time periods; and iv) adjusting a gas separation system of the oxygen reduction system taking into account the weighted mean total air exchange rates of the enclosed area such that in a continuous operation of the gas separation system in a first operating mode in which at the outlet of the gas separation system per unit time one within a predetermined or The oxygen concentration in the room atmosphere of the enclosed area is always in a range between a predetermined operating concentration and a presettable lower limit concentration.
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