DE3936781A1 - Pressure cycling gas adsorption system has selective throttles - in individual prod. gas outlets to common tank-supply conduit - Google Patents

Pressure cycling gas adsorption system has selective throttles - in individual prod. gas outlets to common tank-supply conduit

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Abstract

Multi-component gas for purificn or rectification by treatment with adsorption columns filled with molecular sieve material, and each undergoing a cycle of adsorption and regeneration stages, is delivered from the column outlets by valved prod gas lines coupled to a gas-tank. These lines leading to a common gas-tank feeder conduit each hold a throttle whose resistance to gas flow towards the feeder conduit is less than for the opposite flow direction. To provide this difference, the control throttle consists of a non-return valve with a first calibrated throttle operative in parallel with a second flushing aperture providing greater flow resistance. The throttles may involve resilient elements with circular or slotted apertures widening more in one direction that in the opposite (flashing) direction). ADVANTAGE - Continuous operation is combined with avoidance of prod-gas-loss due to excessive flashing gas pressence during regeneration.

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckwechseladsorptionsanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Derartige Anlagen werden z. B. eingesetzt, um mit Sauerstoff angereicherte Luft für medizinische Zwecke bereitzustellen.The invention relates to a Pressure swing adsorption system according to the generic term of claim 1. Such systems are such. B. used to oxygenate air for to provide medical purposes.

Die Funktionsweise einer typischen solchen Anlage ist folgende: Von einem Kompressor verdichtete Luft gelangt über ein Einlaßventil in das Einlaßende einer ersten von zwei mit Molekularsieb gefüllten Adsorptionskolonnen. Diese Adsorptionskolonne befindet sich in ihrer Produktionsphase. Das Molekularsieb adsorbiert Stickstoff stärker als Sauerstoff und somit verläßt ein mit Sauerstoff angereicherter Luftstrom, das Produktgas, die erste Adsorptionskolonne an ihrem Auslaßende. Über ein Rückschlagventil gelangt das Gas über eine für beide Adsorptionskolonnen gemeinsame Produktgasleitung in einen Gastank und von dort zum Verbraucher.The functioning of a typical such system is the following: Air compressed by a compressor enters through Inlet valve into the inlet end of a first of two adsorption columns filled with molecular sieve. These Adsorption column is in your Production phase. The molecular sieve adsorbs Nitrogen stronger than oxygen and therefore leaves an oxygen enriched airflow that Product gas, the first adsorption column on your Outlet end. The gas passes through a check valve via a common for both adsorption columns Product gas line into a gas tank and from there to Consumer.

Ein kleiner Teil des Produktgases gelangt über eine Spüldüse vom Ausgang der ersten Adsorptionskolonne zum Ausgang der zweiten Adsorptionskolonne. Diese zweite Adsorptionskolonne befindet sich in ihrer Regenerationsphase, und ist an ihrem Einlaßende über ein Entlüftungsventil mit der Umgebung verbunden. Durch den gegenüber der Produktionsphase abgesenkten Druck und durch den sauerstoffreichen Spülstrom vom Auslaßende her wird der zuvor adsorbierte Stickstoff ausgetrieben. A small part of the product gas passes through a Flushing nozzle from the outlet of the first adsorption column to Exit of the second adsorption column. This second Adsorption column is in your Regeneration phase, and is over at its inlet end a vent valve connected to the environment. By the lowered compared to the production phase Pressure and due to the oxygen-rich purge flow from The previously adsorbed nitrogen ends at the outlet expelled.  

Die Produktionsphase der ersten Adsorptionskolonne wird so lange fortgesetzt, bis diese Adsorptionskolonne mit Stickstoff gesättigt ist. Dann wird durch kurzzeitiges Öffnen eines Druckausgleichventils, das die beiden Auslaßenden der Adsorptionskolonnen miteinander kurzschließt, ein Druckausgleich zwischen den Adsorptionskolonnen hergestellt. Dann wird durch Umschalten der Ventile an den Einlaßenden der Adsorptionskolonnen die zweite Adsorptionskolonne in ihre Produktionsphase gebracht, während die erste Adsorptionskolonne nun in ihre Regenerationsphase kommt. Durch die Verwendung von Rückschlagventilen zwischen den Auslaßenden der Adsorptionskolonnen und der gemeinsamen Produktgasleitung wird ein Rückströmen von Gas aus dem Gastank in eine der Adsorptionskolonnen vermieden. Der Druck im Gastank steigt mit dem Druck in der in ihrer Produktionsphase befindlichen Adsorptionskolonne an, der am Ende der Produktionsphase einen Maximalwert erreicht. Bei der anschließenden Druckausgleichsphase sinkt der Druck in der Adsorptionskolonne sehr schnell ab, das zugehörige Rückschlagventil schließt demzufolge. Dadurch ist aber die Lieferung von Produktgas in den Gastank so lange unterbrochen, bis die zweite Adsorptionskolonne an ihrem Auslaßende einen Druck aufgebaut hat, der den Druck im Gastank übersteigt. In dem Moment öffnet das zugehörige Rückschlagventil und die Lieferung von Produktgas in den Gastank setzt wieder ein.The production phase of the first adsorption column will continue until this Adsorption column is saturated with nitrogen. Then is opened by briefly opening a Pressure compensation valve, which the two outlet ends of the Adsorption columns shorts together Pressure equalization between the adsorption columns produced. Then by switching the valves on the second ends of the adsorption columns Brought the adsorption column into its production phase, while the first adsorption column is now in their Regeneration phase is coming. By the use of Check valves between the outlet ends of the Adsorption columns and the common Product gas line is a backflow of gas from the Avoided gas tank in one of the adsorption columns. The Pressure in the gas tank increases with the pressure in your Production phase at the adsorption column, a maximum value at the end of the production phase reached. During the subsequent pressure equalization phase the pressure in the adsorption column drops very quickly off, the associated check valve closes consequently. But this is the delivery of Product gas in the gas tank is interrupted until the second adsorption column at its outlet end has built up a pressure that the pressure in the gas tank exceeds. At that moment the associated one opens Check valve and the delivery of product gas in the gas tank resumes.

Durch die Unterbrechung in der Lieferung von Produktgas und das Ansteigen des Druckes bis zum Maximalwert des Druckes in den Adsorberkolonnen kommt es zu starken Druckschwankungen im Gastank. Due to the interruption in the delivery of Product gas and the increase in pressure by Maximum value of the pressure in the adsorber columns comes there are strong pressure fluctuations in the gas tank.  

Diesen Nachteil versucht eine in der EP 01 76 393 beschriebene Druckwechseladsorptionsanlage zu vermeiden. Hier sind die Rückschlagventile durch Drosseln ersetzt worden. Die Aufgabe der sonst separat angebrachten Spülgasdüse wird auch von diesen Drosseln übernommen. Der Einbau der Drosseln hat zur Folge, daß der Druck im Gastank nicht bis auf den Maximalwert in den Adsorptionskolonnen ansteigt. Das hat wiederum zur Folge, daß auch während der Druckausgleichsphase der Druck im Gastank noch niedriger als in den Adsorptionskolonnen ist und somit kontinuierlich Produktgas in den Gastank fließt. Der Druck im Gastank schwankt geringfügig um einen Mittelwert.One tries to overcome this disadvantage in EP 01 76 393 described pressure swing adsorption system avoid. Here the check valves are through Chokes have been replaced. The task of otherwise separate attached purge gas nozzle is also from these chokes accepted. The installation of the chokes has the consequence that the pressure in the gas tank does not reach the maximum value in the adsorption columns rises. This in turn has Consequence that even during the pressure equalization phase Pressure in the gas tank even lower than in the Adsorption columns and is therefore continuous Product gas flows into the gas tank. The pressure in the gas tank fluctuates slightly around an average.

Da beide Adsorptionskolonnen abwechselnd in Produktions- und Regenerationsphase arbeiten, müssen die beiden zugehörigen Drosseln gleich dimensioniert werden, und zwar muß ihre Größe auf den relativ hohen Produktgasstrom abgestimmt werden. Daraus ergibt sich aber als Nachteil, daß durch die zu der in Regenerationsphase befindlichen Adsorptionskolonne gehörigen Drossel ein ähnlich großer Gasstrom als Spülgasstrom abfließt wie durch die Produktgasleitung in den Gastank gelangt. Zur Spülung der Adsorptionskolonne wäre aber ein sehr geringer Spülgasstrom ausreichend. Rund die Hälfte des Produktgasstromes wird also nutzlos verschwendet. Dadurch muß die gesamte Anlage größer dimensioniert werden, um einen vorgegebenen Produktgasstrom am Ausgang des Gastanks zu erzielen.Since both adsorption columns alternate in Production and regeneration phase must work the two associated chokes have the same dimensions their size has to be relatively high Product gas flow can be coordinated. This results in but as a disadvantage that due to the in Regeneration phase located adsorption column belonging throttle a similarly large gas flow as Purge gas flow flows out as through the product gas line got into the gas tank. To flush the Adsorption column would be a very small one Purge gas flow sufficient. Around half of the Product gas flow is thus wasted. As a result, the entire system must be dimensioned larger be to a predetermined product gas flow on To achieve the output of the gas tank.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den durch den Einsatz von Drosseln erreichten Vorteil einer kontinuierlichen Lieferung von Produktgas zu nutzen und gleichzeitig den Nachteil einer durch einen überhöhten Spülgasstrom zustande kommenden Verschwendung von Produktgas zu vermeiden. The object of the present invention is that by the use of chokes achieved an advantage to use continuous delivery of product gas and at the same time the disadvantage of one by one excessive purge gas flow Avoid wasting product gas.  

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß an Stelle der einfachen Drosseln Steuerelemente verwandt werden, die aus Drosselvorrichtungen gebildet sind, welche in der Durchflußrichtung vom Auslaßende der zugehörigen Adsorptionskolonne zur gemeinsamen Produktgasleitung hin einen geringeren Strömungswiderstand aufweisen als in der Gegenrichtung.The object is achieved in that instead of simple chokes controls that are used are formed from throttle devices, which in the Flow direction from the outlet end of the associated one Adsorption column for the common product gas line have a lower flow resistance than in the opposite direction.

Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß es unter Beibehaltung der durch den Einsatz von Drosseln erzielten Vorteile möglich ist, den Spülgasstrom auf das notwendige Maß zu begrenzen, und somit Produktgas einzusparen. Daraus resultiert ein gegenüber dem Stand der Technik erheblich höherer Wirkungsgrad der Anlage. Das Druckniveau im Gastank liegt insgesamt höher. Bei gleicher Leistung kann die Anlage kleiner dimensioniert werden.The advantage of the invention is that it is under Maintaining through the use of chokes achieved advantages is possible, the purge gas flow limit the necessary amount, and thus product gas save. This results in a compared to the stand technology significantly higher system efficiency. The pressure level in the gas tank is higher overall. At the system can achieve the same performance be dimensioned.

Das im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches genannte Steuerelement kann prinzipiell aus bekannten Elementen zusammengesetzt werden. Es läßt sich aufbauen aus einer Reihenschaltung eines Rückschlagventiles und einer ersten Drossel und einer zu dieser Reihenschaltung parallel geschalteten, für den Spülgasstrom dimensionierten zweiten Drossel. Der Produktgasstrom, der in Öffnungsrichtung des Rückschlagventiles fließt, durchströmt die Parallelschaltung von erster und zweiter Drossel, der in Gegenrichtung fließende Spülstrom durchströmt nur die zweite Drossel.That in the characterizing part of the main claim mentioned control element can in principle from known Elements. It can be build from a series connection of a Check valves and a first throttle and one connected in parallel to this series connection, for the second throttle dimensioned the purge gas flow. The product gas flow, which is in the opening direction of the Check valve flows, flows through the Parallel connection of the first and second choke, the Flushing current flowing in the opposite direction only flows through the second throttle.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Steuerelementes besteht darin, die zweite, für den Spülgasstrom dimensionierte Drossel in das Schließelement des Rückschlagventils zu integrieren. Es könnte sich hierbei z. B. um ein Rückschlagventil mit durchbohrtem Schließkegel handeln. In Schließrichtung schließt das Rückschlagventil nicht hermetisch ab, sondern reduziert den Gasstrom auf das als Spülgasstrom benötigte Maß. Mit dem Rückschlagventil ist eine für den Produktgasstrom dimensionierte Drossel in Reihe geschaltet.An advantageous development of the control element is the second, for the purge gas flow dimensioned throttle in the closing element of the Integrate check valve. It could be here z. B. a check valve with a pierced  Act locking cone. That closes in the closing direction Check valve not hermetically sealed, but reduces the gas flow to that as a purge gas flow required dimension. With the check valve is one for throttle dimensioned the product gas flow in series switched.

Bei einer weiteren Ausführung des Steuerelementes wird ganz auf ein Rückschlagventil verzichtet. Das Querschnittsprofil einer ring- oder spaltförmigen Blende aus einem elastischen Material ist so ausgebildet, daß sich die Öffnung der Blende in der einen Durchflußrichtung zu einer relativ großen Öffnung erweitert, während sie sich in der entgegengesetzten Durchflußrichtung zu einer relativ kleinen Öffnung verengt. Das kann z. B. dadurch geschehen, daß die Blende im Ruhezustand die kleine Öffnung aufweist und nur in der einen Strömungsrichtung durch die Kräfte, die das durchströmende Gas erzeugt, die Ränder der Blende aufgebogen werden, wodurch sich die Öffnung erweitert. In der entgegengesetzten Strömungsrichtung ist diese Aufbiegung der Ränder durch entsprechende Verstärkungen oder Stützelemente nicht möglich.In a further execution of the control element completely without a check valve. The Cross-sectional profile of an annular or slit-shaped Cover made of an elastic material is like this trained that the opening of the aperture in the a flow direction to a relatively large one Opening while expanding in the opposite flow direction to a relative small opening narrowed. That can e.g. B. thereby happen that the aperture at rest the little Has opening and only in one Direction of flow through the forces that flowing gas creates the edges of the aperture be bent open, which widens the opening. This is in the opposite flow direction Bending the edges by appropriate Reinforcements or support elements are not possible.

Als weitere Ausführungsform des Steuerelements ist eine den Gasstromweg verschließende Platte denkbar, die verschiedene Öffnungen für den Gasdurchtritt und eine auf der einen Seite teilweise befestigte Membran aufweist. Eine dieser Öffnungen ist in beiden Durchflußrichtungen durchgängig, sie stellt die für den Spülgasstrom dimensionierte Drossel dar. Die übrigen Öffnungen sind in der einen Strömungsrichtung durchgängig und stellen zusammen mit der vorher erwähnten Öffnung die für den Produktgasstrom dimensionierte Drossel dar. In der entgegengesetzten Strömungsrichtung verschließt die einseitig an der Platte angebrachte Membran alle Öffnungen bis auf die eine grundsätzlich durchgängige.As a further embodiment of the control element a plate closing the gas flow path is conceivable, the different openings for the gas passage and a membrane partially attached on one side having. One of these openings is in both Flow directions consistently, it provides for the throttle gas flow dimensioned throttle remaining openings are in one flow direction consistently and together with the before mentioned opening the for the product gas stream dimensioned throttle. In the opposite  Flow direction closes the one-sided on the Membrane attached plate all openings except for the basically a universal one.

Weiterhin ist es möglich, dem Steuerelement die Eigenschaft des richtungsabhängigen Durchflußwiderstandes durch eine besondere strömungstechnische Bauform zu verleihen. Eine sich konisch verengende Blende, die sich nach der engsten Stelle mit senkrecht zur Strömungsrichtung verlaufender Wandung erweitert, ist eine solche Bauform. In der einen Durchflußrichtung findet der Gasstrom eine sich langsam verengende Röhre vor und kann diese ohne große Wirbelbildung passieren, der Strömungswiderstand ist relativ gering. In der Gegenrichtung prallt der Gasstrom auf die senkrecht zur Strömungsrichtung stehende Wandung der Blende. Eine starke Wirbelbildung und ein daraus resultierender hoher Strömungswiderstand sind die Folge.It is also possible to control the Property of the directional Flow resistance through a special to provide fluidic design. A yourself conically narrowing aperture, which is the closest Place with perpendicular to the direction of flow extending wall is one Design. In one direction of flow the Gas flow in front of a slowly narrowing tube and this can happen without much vortex formation, the flow resistance is relatively low. In the The gas flow impinges on the opposite direction wall of the orifice facing the direction of flow. A strong vortex formation and one from it resulting high flow resistance are the Episode.

Die Erfindung wird an einem Beispiel erläutert. Fig. 1 der Zeichnung zeigt schematisiert den Aufbau der Druckwechseladsorptionsanlage. Die Fig. 2 bis 6 zeigen verschiedene Ausführungsformen des Steuerelementes.The invention is explained using an example. Fig. 1 of the drawing shows the structure of the pressure swing adsorption system. Figs. 2 to 6 show various embodiments of the control element.

Es handelt sich bei diesem Beispiel um eine Druckwechseladsorptionsanlage mit zwei Adsorptionskolonnen zur Anreicherung von Luft mit Sauerstoff für medizinische Zwecke. Die Erfindung läßt sich genauso bei Anlagen mit mehr als zwei Adsorptionskolonnen anwenden. This example is a Pressure swing adsorption system with two Adsorption columns for enriching air with Oxygen for medical purposes. The invention leaves the same for systems with more than two Use adsorption columns.  

Die Funktionweise ist folgende: Luft wird von einem Kompressor (1) verdichtet und gelangt über ein Einlaßventil (2) in das Einlaßende (3) einer ersten in ihrer Produktionsphase befindlichen Adsorptionskolonne (4). Die Adsorptionskolonnen (4, 5) sind mit einem Molekularsiebmaterial gefüllt, das Stickstoff stärker adsorbiert als Sauerstoff. Am Auslaßende (6) der ersten Adsorptionskolonne (4) tritt ein mit Sauerstoff angereicherter Gasstrom aus, der im folgenden als Produktgas bezeichnet wird.The mode of operation is as follows: air is compressed by a compressor ( 1 ) and passes via an inlet valve ( 2 ) into the inlet end ( 3 ) of a first adsorption column ( 4 ) in its production phase. The adsorption columns ( 4 , 5 ) are filled with a molecular sieve material that adsorbs nitrogen more than oxygen. At the outlet end ( 6 ) of the first adsorption column ( 4 ), an oxygen-enriched gas stream emerges, which is referred to below as product gas.

Das Produktgas fließt über ein erstes Steuerelement (7) und eine für beide Adsorptionskolonnen (4, 5) gemeinsame Produktgasleitung (8) in einen Gastank (9) und von dort zu einem nicht dargestellten Verbraucher.The product gas flows via a first control element ( 7 ) and a product gas line ( 8 ) common to both adsorption columns ( 4 , 5 ) into a gas tank ( 9 ) and from there to a consumer (not shown).

Die beiden Steuerelemente (7, 10) haben die Eigenschaft, in der Richtung vom Auslaßende (6, 11) der zugehörigen Adsorptionskolonne (4, 5) zur gemeinsamen Produktgasleitung (8) hin einen geringeren Durchflußwiderstand aufzuweisen als in der Gegenrichtung. Daher fließt über das zweite Steuerelement (10) ein kleiner Bruchteil der Gasmenge, die durch das erste Steuerelement (7) fließt, in das Auslaßende (11) der zweiten Adsorptionskolonne (5) hinein, durch sie hindurch und über ein Entlüftungsventil (12) in die Umgebung ab. Dieser Gasstrom wird als Spülstrom bezeichnet. Er dient dazu, den durch Druckabsenkung im Molekularsiebmaterial der zweiten Adsorptionskolonne (5) desorbierten Stickstoff aus der Adsorptionskolonne (5) zu entfernen. Diese Adsorptionskolonne (5) befindet sich in ihrer Regenerationsphase. Alle bisher nicht erwähnten Ventile (13, 14, 15) sind während dieser Phase geschlossen, die übrigen (2, 12) geöffnet. The two control elements ( 7 , 10 ) have the property of having a lower flow resistance in the direction from the outlet end ( 6 , 11 ) of the associated adsorption column ( 4 , 5 ) to the common product gas line ( 8 ) than in the opposite direction. Therefore, via the second control element ( 10 ), a small fraction of the amount of gas flowing through the first control element ( 7 ) flows into the outlet end ( 11 ) of the second adsorption column ( 5 ), through it and via a vent valve ( 12 ) in the environment. This gas flow is called the purge flow. It serves to remove the nitrogen desorbed by lowering the pressure in the molecular sieve material of the second adsorption column ( 5 ) from the adsorption column ( 5 ). This adsorption column ( 5 ) is in its regeneration phase. All valves ( 13 , 14 , 15 ) not previously mentioned are closed during this phase, the others ( 2, 12 ) are open.

Wenn das Molekularsiebmaterial in der ersten Adsorptionskolonne (4) mit Stickstoff gesättigt ist, wird die Produktionsphase für diese Adsorptionskolonne (4) beendet. Es schließt sich eine kurze Druckausgleichsphase an, in der durch Öffnen des Druckausgleichsventils (15) ein Druckausgleich zwischen beiden Adsorptionskolonnen (4, 5) hergestellt wird. Die Ventile (2, 12, 14) sind während dieser Phase geschlossen, das Ventil (13) ist geöffnet.When the molecular sieve material in the first adsorption column ( 4 ) is saturated with nitrogen, the production phase for this adsorption column ( 4 ) is ended. This is followed by a short pressure equalization phase in which pressure equalization between the two adsorption columns ( 4 , 5 ) is established by opening the pressure equalization valve ( 15 ). The valves ( 2 , 12 , 14 ) are closed during this phase, the valve ( 13 ) is open.

Nach Abschluß der Druckausgleichsphase geht die erste Adsorptionskolonne (4) in ihre Regenerationsphase, die zweite (5) in ihre Produktionsphase. Die Ventile (13, 14) sind geöffnet, die Ventile (2, 12, 15) geschlossen. Über das zweite Steuerelement (10) fließt jetzt der Produktgasstrom in den Gastank (9), während über das erste Steuerelement (7) der Spülstrom durch die erste Adsorptionskolonne (4) in die Umgebung fließt.After completion of the pressure equalization phase, the first adsorption column ( 4 ) goes into its regeneration phase, the second ( 5 ) into its production phase. The valves ( 13 , 14 ) are open, the valves ( 2 , 12 , 15 ) are closed. The product gas stream now flows into the gas tank ( 9 ) via the second control element ( 10 ), while the purge stream flows through the first adsorption column ( 4 ) into the environment via the first control element ( 7 ).

Durch die Drosselwirkung der Steuerelemente (7, 10) bedingt, erreicht der Druck im Gastank (9) nicht den Spitzenwert des Druckes der jeweils in Produktionsphase befindlichen Adsorptionskolonne (4, 5). Daher kann auch während der Druckausgleichsphase, in der der Spitzendruck in der einen Adsorptionskolonne auf einen mittleren Druck absinkt, noch Produktgas in den Gastank fließen. Die Lieferung von Produktgas wird also nicht unterbrochen und die Druckschwankungen im Gastank bleiben gering. Durch die besondere Eigenschaft der Steuerelemente (7, 10), in beiden Durchflußrichtungen verschiedenen Durchflußwiderstand aufzuweisen, kann der Spülstrom auf das nötige Maß beschränkt werden und der Produktgasfluß liegt auf dem höchstmöglichen Niveau. Due to the throttling action of the control elements ( 7 , 10 ), the pressure in the gas tank ( 9 ) does not reach the peak value of the pressure of the adsorption column ( 4 , 5 ) that is currently in the production phase. Therefore, product gas can still flow into the gas tank even during the pressure equalization phase, in which the peak pressure in one adsorption column drops to an average pressure. The delivery of product gas is therefore not interrupted and the pressure fluctuations in the gas tank remain low. Due to the special property of the control elements ( 7 , 10 ) to have different flow resistance in both flow directions, the purge flow can be limited to the necessary level and the product gas flow is at the highest possible level.

Fig. 2 zeigt schematisch eine mögliche Ausführungsform eines Steuerelementes (7, 10). Fig. 2 shows schematically a possible embodiment of a control element ( 7 , 10 ).

Das Steuerelement besteht aus einem Rückschlagventil (16) und einer dazu in Reihe geschalteten Drossel (17). Parallel zu den beiden Bauelementen (16, 17) ist eine weitere Drossel (18) geschaltet. In der einen, durch einen dicken Pfeil gekennzeichneten Durchflußrichtung ist das Rückschlagventil (16) geöffnet und durch beide Drosseln (17, 18) kann Gas fließen. In der Gegenrichtung, die durch einen dünnen Pfeil gekennzeichnet ist, ist das Rückschlagventil (16) geschlossen und Gas kann nur durch die Drossel (18) fließen. Da Drossel (17) einen geringen, Drossel (18) hingegen einen hohen Durchflußwiderstand aufweist, ergibt sich in der einen Richtung ein größerer Durchfluß als in der Gegenrichtung.The control element consists of a check valve ( 16 ) and a throttle ( 17 ) connected in series. Another choke ( 18 ) is connected in parallel with the two components ( 16 , 17 ). In one direction of flow, indicated by a thick arrow, the check valve ( 16 ) is open and gas can flow through both throttles ( 17 , 18 ). In the opposite direction, which is indicated by a thin arrow, the check valve ( 16 ) is closed and gas can only flow through the throttle ( 18 ). Since throttle ( 17 ) has a low flow resistance, while throttle ( 18 ) has a high flow resistance, there is a greater flow in one direction than in the opposite direction.

In Fig. 3 ist die parallel geschaltete Drossel (18) von Fig. 2 durch eine Bohrung (19) im Schließelement (20) des Rückschlagventils (21) ersetzt. In Reihe mit diesem speziellen Rückschlagventil (21) ist wieder eine Drossel (22) geschaltet. In der einen Durchflußrichtung öffnet das Rückschlagventil (21) und ein großer, durch die Drossel (22) bestimmter Gasstrom wird freigegeben. In der Gegenrichtung schließt das Rückschlagventil (21). Es schließt jedoch nicht hermetisch dicht, ein kleiner Gasstrom fließt durch die Bohrung (19).In Fig. 3, the throttle ( 18 ) of Fig. 2 connected in parallel is replaced by a bore ( 19 ) in the closing element ( 20 ) of the check valve ( 21 ). A throttle ( 22 ) is connected in series with this special check valve ( 21 ). In one flow direction, the check valve ( 21 ) opens and a large gas flow determined by the throttle ( 22 ) is released. The check valve ( 21 ) closes in the opposite direction. However, it does not close hermetically, a small gas flow flows through the bore ( 19 ).

In Fig. 4a ist eine weitere Ausführungsform dargestellt. Das gasführende Rohr (23) wird bis auf eine kleine zentrale Bohrung (24) von einer elastischen Scheibe (25) verschlossen. Das Querschnittsprofil der Scheibe (25) ist mit Versteifungen versehen, so daß in der in Fig. 4a dargestellten Durchflußrichtung der geringe Querschnitt der Bohrung (24) erhalten bleibt. In der entgegengesetzten Durchflußrichtung kann sich die Scheibe (25) jedoch verformen, so daß der Querschnitt der Bohrung (124) erweitert wird (Fig. 4b).A further embodiment is shown in FIG. 4a. Except for a small central bore ( 24 ), the gas-carrying pipe ( 23 ) is closed by an elastic disc ( 25 ). The cross-sectional profile of the disc ( 25 ) is provided with stiffeners, so that the small cross-section of the bore ( 24 ) is retained in the flow direction shown in FIG. 4a. In the opposite flow direction, however, the disk ( 25 ) can deform, so that the cross section of the bore ( 124 ) is widened ( FIG. 4b).

In Fig. 5a ist eine fertigungstechnisch besonders günstige Ausführungsform dargestellt. Das gasführende Rohr (26) ist von einer Scheibe (27) verschlossen, die eine zentrale Bohrung (28) und zusätzlich mehrere auf der Fläche verteilte Bohrungen (29) aufweist. Auf der einen Seite der Scheibe ist eine elastische Membran (30) angeordnet. Der äußere Durchmesser der Membran (30) ist wenig geringer als der Durchmesser der Scheibe (27). Zentral weist die Membran (30) eine Bohrung (31) auf, die etwas größer als die zentrale Bohrung (28) der Scheibe (27) ist. Am Rand dieser Bohrung (31) ist die Membran (30) mit der Scheibe (27) durch z. B. Verkleben verbunden. In der einen Durchflußrichtung legt sich die Membran der Scheibe auf und deckt alle Bohrungen (29) bis auf die zentrale Bohrung (28) ab (Fig. 5a). Es ist nur ein geringer Gasdurchfluß möglich. In der Gegenrichtung hebt die Membran (30) von der Scheibe (27) ab, ein hoher Gasdurchfluß durch alle Bohrungen (28, 29) ist möglich (Fig. 5b).In Fig. 5a is a manufacturing technology particularly favorable embodiment is illustrated. The gas-carrying pipe ( 26 ) is closed by a disc ( 27 ) which has a central bore ( 28 ) and additionally a plurality of bores ( 29 ) distributed over the surface. An elastic membrane ( 30 ) is arranged on one side of the pane. The outer diameter of the membrane ( 30 ) is slightly less than the diameter of the disc ( 27 ). The membrane ( 30 ) has a central bore ( 31 ) which is slightly larger than the central bore ( 28 ) of the disc ( 27 ). At the edge of this bore ( 31 ), the membrane ( 30 ) with the disc ( 27 ) by z. B. gluing connected. In one flow direction, the membrane of the disc lies on top and covers all the bores ( 29 ) except for the central bore ( 28 ) ( FIG. 5a). Only a small gas flow is possible. In the opposite direction, the membrane ( 30 ) lifts off the disc ( 27 ), a high gas flow through all the bores ( 28 , 29 ) is possible ( Fig. 5b).

Als letztes ist in Fig. 6 eine rein strömungstechnische Ausführungsform dargestellt. In der durch einen dicken Pfeil markierten Durchflußrichtung findet das Gas auf seinem Weg durch das gasführende Rohr (32) eine strömungstechnisch günstig gestaltete Düse (33) mit relativ geringem Durchflußwiderstand vor. Finally, a purely fluid-technical embodiment is shown in FIG. 6. In the flow direction marked by a thick arrow, the gas, on its way through the gas-carrying pipe ( 32 ), finds a fluidically favorable nozzle ( 33 ) with a relatively low flow resistance.

Das Gas kann ohne starke Wirbelbildung die engste Stelle (35) der Düse (33) passieren. In der Gegenrichtung (dünner Pfeil) staut sich das Gas jedoch in dem ringförmigen Totraum (34) um die Düse (33) herum und kann die engste Stelle (35) der Düse (33) nur unter starker Verwirbelung passieren, ein hoher Durchflußwiderstand und daher ein geringer Gasdurchfluß sind die Folge.The gas can pass through the narrowest point ( 35 ) of the nozzle ( 33 ) without strong vortex formation. In the opposite direction (thin arrow), however, the gas builds up in the annular dead space ( 34 ) around the nozzle ( 33 ) and can only pass through the narrowest point ( 35 ) of the nozzle ( 33 ) with strong turbulence, a high flow resistance and therefore a low gas flow is the result.

Claims (8)

1. Druckwechseladsorptionsanlage zur Reinigung oder Zerlegung eines mehrkomponentigen Gasstromes unter Verwendung von mehreren im zyklischen Wechsel von Produktions- und Regenerationsphase betriebenen, mit Molekularsieb gefüllten Adsorptionskolonnen mit Einlaßventilen zum Leiten eines unter erhöhtem Druck stehenden Einsatzgasstromes in die Einlaßenden der jeweils in der Produktionsphase befindlichen Adsorptionskolonnen, mit Entlüftungsventilen zum Entlüften der jeweils in der Regenerationsphase befindlichen Adsorptionskolonnen, mit mindestens einem Druckausgleichsventil zum Kurzschließen der Auslaßenden der Adsorptionskolonnen während einer Druckausgleichsphase und mit einer über den Strömungsweg drosselnde Steuerelemente an alle Auslaßenden der Adsorptionskolonnen angeschlossenen gemeinsamen Produktgasleitung, an welche ein Gastank angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Steuerelemente (7, 10) aus einer Drosselvorrichtung gebildet ist, welche in der Durchflußrichtung vom Auslaßende (6, 11) der zugehörigen Adsorptionskolonne (4, 5) zur gemeinsamen Produktgasleitung (8) einen geringeren Strömungswiderstand aufweist als in der entgegengesetzten Durchflußrichtung.1. Pressure swing adsorption system for the purification or decomposition of a multi-component gas stream using a plurality of adsorption columns, which are operated in the cyclical alternation of production and regeneration phases and are filled with molecular sieve, with inlet valves for guiding a feed gas stream under increased pressure into the inlet ends of the adsorption columns, which are respectively in the production phase, with vent valves in for venting the adsorption columns located in the regeneration phase in each case, with at least one pressure equalization valve for short-circuiting the outlet ends of adsorption columns during a pressure equalization phase, and having a throttling through the flow path controls to all outlet ends of the adsorption columns connected to the common product gas line to which a gas tank is connected, characterized that each of the control elements (7, 10) is formed of a throttle device that you in the Flow direction from the outlet end ( 6 , 11 ) of the associated adsorption column ( 4 , 5 ) to the common product gas line ( 8 ) has a lower flow resistance than in the opposite flow direction. 2. Druckwechseladsorptionsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Steuerelemente (7, 10) aus einer Kombinationsschaltung von einer den Strömungsweg in der Durchflußrichtung vom Auslaßende (6, 11) der zugehörigen Adsorptionskolonne (4, 5) zur gemeinsamen Produktgasleitung (8) hin freigebenden Drosselöffnung (17, 18; 22; 124; 28, 29; 35) geringen Durchflußwiderstandes mit einer den Strömungsweg in der Durchflußrichtung von der gemeinsamen Produktgasleitung (8) zur zugehörigen Adsorptionskolonne (4, 5) hin freigebenden Spülöffnung (18, 19, 24, 28, 35) erhöhten Durchflußwiderstandes gebildet ist.2. Pressure swing adsorption system according to claim 1, characterized in that each of the control elements ( 7 , 10 ) from a combination circuit of a the flow path in the flow direction from the outlet end ( 6 , 11 ) of the associated adsorption column ( 4 , 5 ) to the common product gas line ( 8 ) throttle opening ( 17 , 18 ; 22 ; 124 ; 28 , 29 ; 35 ) with low flow resistance with a flushing opening ( 18 , 19 , which opens the flow path in the flow direction from the common product gas line ( 8 ) to the associated adsorption column ( 4 , 5 ) 24 , 28 , 35 ) increased flow resistance is formed. 3. Druckwechseladsorptionsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Steuerelemente (7, 10) als Reihenschaltung eines in der Durchflußrichtung vom Auslaßende (6, 11) der zugehörigen Adsorptionskolonne (4, 5) zur gemeinsamen Produktgasleitung (8) hin öffnenden Rückschlagventils (16) mit einer ersten kalibrierten Drosselöffnung (17) und einer zu der Reihenschaltung parallel geschalteten, einen höheren Durchflußwiderstand als die erste aufweisenden zweiten kalibrierten Spülöffnung (18) ausgebildet ist.3. Pressure swing adsorption system according to claim 1 or 2, characterized in that each of the control elements ( 7 , 10 ) as a series connection one in the flow direction from the outlet end ( 6 , 11 ) of the associated adsorption column ( 4 , 5 ) to the common product gas line ( 8 ) opening Check valve ( 16 ) is formed with a first calibrated throttle opening ( 17 ) and a flow resistance connected in parallel with the series circuit and having a higher flow resistance than the first calibrated second flush opening ( 18 ). 4. Druckwechseladsorptionsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Steuerelemente (7, 10) als Reihenschaltung eines in der Durchflußrichtung vom Auslaßende (6, 11) der zugehörigen Adsorptionskolonne (4, 5) zur gemeinsamen Produktgasleitung (8) hin öffnenden Rückschlagventils (21) mit einer ersten kalibrierten Drosselöffnung (22) und einer in das Schließelement (20) des Rückschlagventils (21) eingebrachten, einen höheren Durchflußwiderstand als die erste aufweisenden zweiten kalibrierten Spülöffnung (19) ausgebildet ist. 4. Pressure swing adsorption system according to claim 1 or 2, characterized in that each of the control elements ( 7 , 10 ) as a series connection one in the flow direction from the outlet end ( 6 , 11 ) of the associated adsorption column ( 4 , 5 ) to the common product gas line ( 8 ) opening Check valve ( 21 ) with a first calibrated throttle opening ( 22 ) and a higher flow resistance than the first, second calibrated flushing opening ( 19 ) introduced into the closing element ( 20 ) of the check valve ( 21 ). 5. Druckwechseladsorptionsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Steuerelemente (7, 10) als ring- oder spaltförmige Blende (25) aus einem elastischen Material ausgebildet ist, dessen Querschnittsprofil so gestaltet ist, daß die Blende (25) in der Durchflußrichtung vom Auslaßende (6, 11) der zugehörigen Adsorptionskolonne (4, 5) zur gemeinsamen Produktgasleitung (8) hin zu einer weiten Drosselöffnung (124) erweitert und in der entgegengesetzten Durchflußrichtung zu einer engen Spülöffnung (24) verengt wird.5. Pressure swing adsorption system according to claim 1 or 2, characterized in that each of the control elements ( 7 , 10 ) as an annular or slit-shaped diaphragm ( 25 ) is made of an elastic material, the cross-sectional profile of which is designed so that the diaphragm ( 25 ) in the flow direction from the outlet end ( 6 , 11 ) of the associated adsorption column ( 4 , 5 ) to the common product gas line ( 8 ) is expanded to a wide throttle opening ( 124 ) and is narrowed in the opposite flow direction to a narrow purge opening ( 24 ). 6. Druckwechseladsorptionsanlage nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Steuerelemente (7, 10) als eine den Gasstromweg verschließende Platte (27) ausgebildet ist, die an Anzahl und/oder Öffnungsquerschnitt verschiedene kalibrierte Öffnungen (28, 29) aufweist, von denen ein Teil als Spülöffnung (28) in beiden Durchflußrichtungen für einen Gasstrom durchgängig ist, während die übrigen kalibrierten Öffnungen als Drosselöffnung (29) in der Durchflußrichtung vom Auslaßende (6, 11) der zugehörigen Adsorptionskolonne (4, 5) zur gemeinsamen Produktgasleitung (8) hin durchgängig sind, in der entgegengesetzten Durchflußrichtung jedoch von einer auf der der gemeinsamen Produktgasleitung (8) zugewandten Seite der Platte (27) angebrachten, teilweise mit ihr verbundenen elastischen Membran (30) verschlossen sind. 6. Pressure swing adsorption system according to one of claims 1, 2 or 4, characterized in that each of the control elements ( 7 , 10 ) is designed as a plate closing the gas flow path ( 27 ), the number and / or opening cross section of different calibrated openings ( 28 , 29 ), a part of which is continuous as a flushing opening ( 28 ) in both flow directions for a gas stream, while the other calibrated openings as a throttle opening ( 29 ) in the flow direction from the outlet end ( 6 , 11 ) of the associated adsorption column ( 4 , 5 ) are continuous to the common product gas line ( 8 ), but are closed in the opposite flow direction by an elastic membrane ( 30 ) attached to the side of the plate ( 27 ) facing the common product gas line ( 8 ) and partially connected to it. 7. Druckwechseladsorptionsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Steuerelemente (7, 10) ein solches Strömungsprofil aufweist, daß es in der Durchflußrichtung vom Auslaßende (6, 11) der zugehörigen Adsorptionskolonne (4, 5) zur gemeinsamen Produktgasleitung (8) hin einen geringeren Strömungswiderstand aufweist als in der entgegengesetzten Durchflußrichtung.7. Pressure swing adsorption system according to claim 1 or 2, characterized in that each of the control elements ( 7 , 10 ) has such a flow profile that it in the flow direction from the outlet end ( 6 , 11 ) of the associated adsorption column ( 4 , 5 ) to the common product gas line ( 8 ) has a lower flow resistance than in the opposite flow direction. 8. Druckwechseladsorptionsanlage nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Steuerelemente (7, 10) als eine im Gasstromweg angeordnete, sich in der Durchflußrichtung vom Auslaßende (6, 11) der zugehörigen Adsorptionskolonne (4, 5) zur gemeinsamen Produktgasleitung (8) hin in ihrem gasdurchlässigen Querschnitt verjüngende Düse (33) ausgebildet ist, die auf ihrer Außenseite zwischen sich und der Innenwandung des gasführenden Rohres (32) einen für die Gasströmung in der Durchflußrichtung von der gemeinsamen Produktgasleitung (8) zur zugehörigen Adsorptionskolonne (4, 5) hin wirksamen Totraum (34) bildet.8. Pressure swing adsorption system according to one of claims 1, 2 or 7, characterized in that each of the control elements ( 7 , 10 ) arranged in the gas flow path, in the flow direction from the outlet end ( 6 , 11 ) of the associated adsorption column ( 4 , 5 ) to the common product gas line ( 8 ) in its gas-permeable cross-section, a tapering nozzle ( 33 ) is formed, which on the outside between itself and the inner wall of the gas-carrying pipe ( 32 ) has a gas flow in the direction of flow from the common product gas line ( 8 ) to the associated one Adsorption column ( 4 , 5 ) effective dead space ( 34 ) forms.
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