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DE10300141A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Sauerstoffanreicherung von Luft bei gleichzeitiger Abreicherung von Kohlendioxid - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Sauerstoffanreicherung von Luft bei gleichzeitiger Abreicherung von Kohlendioxid Download PDF

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DE10300141A1
DE10300141A1 DE10300141A DE10300141A DE10300141A1 DE 10300141 A1 DE10300141 A1 DE 10300141A1 DE 10300141 A DE10300141 A DE 10300141A DE 10300141 A DE10300141 A DE 10300141A DE 10300141 A1 DE10300141 A1 DE 10300141A1
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carbon dioxide
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Andreas Dr. Noack
Jürgen Kunstmann
Christian Gnabs
Norman Bischofsberger
Norbert A. Paul
Jörg RATHENOW
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Cinvention AG
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Blue Membranes GmbH
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sauerstoffanreicherung von Luft bei gleichzeitiger Abreicherung von Kohlendioxid in einer geschlossenen oder teilweise geschlossenen Raumeinheit, umfassend die Schritte: Entnehmen eines ersten Luftstroms aus der Raumeinheit; Führen des ersten Luftstroms in ein Spülgasmembransystem, enthaltend mindestens ein Membranmodul mit einer CO¶2¶/O¶2¶-Selektivität von größer als 2; Spülen der Permeatseite des mindestens einen Membranmoduls mit einem Spülgasstrom, um durch die Membran permeiertes Kohlendioxid mit dem Spülgas abzuführen; Zurückführen des in dem Spülgasmembransystem kohlendioxidabgereicherten ersten Luftstroms in die Raumeinheit; Anreicherung eines zweiten Luftstroms mit Sauerstoff mittels eines Sauerstoffanreicherungssystems, welches einen sauerstoffangereicherten und einen stickstoffangereicherten Luftstrom erzeugt; Zuführen des sauerstoffangereicherten Luftstroms in die Raumeinheit und separiertes Abführen des stickstoffangereicherten Luftstroms. Ferner wird eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Sauerstoffanreicherung von Luft bei gleichzeitiger Anreicherung von Kohlendioxid in geschlossenen oder teilweise geschlossenen Raumeinheiten.
  • Die Anreicherung von Sauerstoff in geschlossenen Räumen oder Kabinen ist aus gesundheitlichen Erwägungen eine erstrebenswerte Aufgabe. Ein erhöhter Sauerstoffgehalt in der Umgebungsluft wirkt sich stoffwechselanregend, konzentrationserhöhend und allgemein belebend auf den Menschen aus. Normale Luft enthält üblicherweise etwa 21 Vol.-% Sauerstoff. Bereits eine geringfügige Erhöhung des Sauerstoffgehalts an Luft über diesen natürlichen Wert führt zu den oben genannten Effekten.
  • Die Veratmung von Sauerstoff erzeugt als „Abgas" Kohlendioxid (CO2). Kohlendioxid ist ein geruchloses Gas, das in natürlicher Luft mit einem sehr geringen Anteil von ca. 0,03 Vol.-% auftritt. Höhere Kohlendioxidgehalte in der Umgebungsluft wirken sich für den Menschen physiologisch ungünstig aus. Bereits ab einer Konzentration von 0,5 Vol.-% CO2 in der Umgebungsluft treten typische Symptome wie Kopfschmerz auf, weshalb die maximale Arbeitsplatzkonzentration von CO2 mit 0,5 Vol.-% (5 000 ppm) angesetzt ist.
  • In geschlossenen, beispielsweise klimatisierten Räumen ist es daher wünschenswert gleichzeitig mit dem durch eine erhöhte Sauerstoffkonzentration erzielten positiven Effekten eine Limitierung des KOHLENDIOXID-Gehaltes in der Luft zu erreichen.
  • Übliche Sauerstoffanreicherungsverfahren zur Anreicherung von Sauerstoff in geschlossenen Luftkreisläufen und Räumen oder Kabinen basieren grundsätzlich auf reinen Sauerstoffanreicherungsvorrichtungen wie beispielsweise Druckwechseladsorptionssysteme oder Hohlfasermembranmodule. Entsprechende Vorrichtungen sind beispielsweise beschrieben in dem US-Patent Nr. 4 867 766, US-Patent Nr. 5 890 366, US-Patent Nr. 6 427 484, US-Patent Nr. 5 158 584 sowie US-Patent Nr. 4 896 514.
  • Einige der oben genannten Vorrichtungen des Stands der Technik sehen eine Klimatisierung der sauerstoffangereicherten Luft vor. Es wurden ferner Systeme vorgeschlagen (z.B. DE 195 45 764 ), die Kohlendioxid mit Adsorbern entfernen. Diese Technologie hat jedoch den Nachteil simultan die Luft auch zu entfeuchten. Konsequenz ist eine sehr aufwendige Regenerierung des Adsorbers mit Heissluft bzw. Vakuum sowie eine separate Befeuchtung der Raumluft, die entsprechende Systeme unwirtschaftlich machen.
  • Um die oben genannten physiologischen nachteiligen Effekte einer Kohlendioxidanreicherung in Raumluft zu vermeiden besteht daher ein Bedarf nach Sauerstoffanreicherungsverfahren und -vorrichtungen, welche es ermöglichen simultan zur Anreicherung von Luft mit Sauerstoff auch eine Abreicherung des Kohlendioxidgehaltes zu bewerkstelligen.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zur simultanen Anreicherung von Sauerstoff und Abreicherung von Kohlendioxid aus Luft in geschlossenen oder zumindest teilweise geschlossenen Raumeinheiten bereitzustellen. Insbesondere war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung der oben genannten Art bereitzustellen, welche in unaufwändiger und möglichst geräuscharmer Weise im wesentlichen gleichzeitig Sauerstoff in einem Luftkontingent anzureichern vermag und Kohlendioxid abzureichern vermag.
  • Die oben genannten Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Verfahrensanspruchs sowie des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs.
  • Bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen definiert.
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Sauerstoffanreicherung von Luft bei gleichzeitiger Anreicherung von Kohlendioxid in einer geschlossenen oder teilweise geschlossenen Raumeinheit bereitgestellt, umfassend folgende Schritte:
    Entnehmen eines ersten Luftstroms aus der Raumeinheit;
    Führen des ersten Luftstroms in ein Spülgasmembransystem enthaltend mindestens ein Membranmodul mit einer CO2/O2-Selektivität von größer als 2;
    Spülen der Permeatseite des mindestens einem Membranmoduls mit einem Spülgassstrom, um durch die Membran permeiertes Kohlendioxid mit dem Spülgas abzuführen;
    Zurückführen des in dem Spülgasmembransystem kohlendioxidabgereicherten ersten Luftstroms in die Raumeinheit;
    Anreicherung eines zweiten Luftstroms mit Sauerstoff mittels eines Sauerstoffanreicherungssystems, welches einen sauerstoffangereicherten und einen stickstoffangereicherten Luftstrom erzeugt;
    Zuführen des sauerstoffangereicherten Luftstroms in die Raumeinheit; und separates Abführen des stickstoffangereicherte Luftstroms.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Sauerstoffanreicherung von Luft bei gleichzeitiger Abreicherung von Kohlendioxid in geschlossenen oder teilweise geschlossenen Kreisläufen bereitgestellt, umfassend:
    • – Einrichtungen zu Entnahme eines ersten Luftstroms aus der Raumeinheit;
    • – Einrichtungen zum Einführen des ersten Luftstroms in ein Spülgasmembransystem enthaltend mindestens ein Membranmodul mit einer CO2/O2-Selektivität von größer als 2;
    • – Einrichtungen zum Zu- und Abführen von Spülgas in das Spülgasmembransystem, um durch die Membran permeiertes Kohlendioxid von der Permeatseite des mindestens einem Membranmoduls mit dem Spülgas abzuführen;
    • – Einrichtungen zum Zurückführen des in dem Spülgasmembransystem kohlendioxidabgereicherten ersten Luftstroms in die Raumeinheit;
    • – ein Sauerstoffanreicherungssystem, welches aus einem zugeführten zweiten Luftstrom einen sauerstoffangereicherten und einen stickstoffangereicherten Luftstrom erzeugt;
    • – Einrichtungen zum Zuführen des sauerstoffangereicherten Luftstroms in die Raumeinheit; sowie
    • – Einrichtungen zum Abführen des stickstoffangereicherten Luftstroms.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird mit den Begriffen "sauerstoffangereichert" bzw. "stickstoffangereichert" jeweils eine Luftzusammensetzung bezeichnet, die einen höheren Volumenprozentanteil von Sauerstoff bzw. Stickstoff aufweist als natürliche Luft.
  • Unter "kohlendioxidangereichert" bzw. "kohlendioxidabgereichert" wird eine Luftzusammensetzung mit relativ zur Ausgangsluftzusammensetzung vor der Spülgasmembransystembehandlung erhöhtem bzw. verringertem Volumenprozentanteil von Kohlendioxid verstanden.
  • Erfindungsgemäß hat sich gezeigt, dass eine unter Gesundheitsaspekten und Wirtschaftlichkeitsaspekten sinnvolle Sauerstoffanreicherung vornehmlich von einem funktionierenden Wechselspiel zwischen der Sauerstoffanreicherung einerseits und der spezifischen Anreicherung von Kohlendioxid und gegebenenfalls weiteren Geruchsstoffen andererseits abhängt, was im Stand der Technik bisher keine Berücksichtigung gefunden hat. Das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ermöglichen eine im wesentlichen gleichzeitige Anreicherung von Sauerstoff und Abreicherung von Kohlendioxid, vorteilhafterweise bei gleichzeitiger Abreicherung weiterer Geruchsstoffe und einer möglichen Regulierung von Luftfeuchtigkeit und Temperatur.
  • Kern des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Kombination einer effizienten Methode der Sauerstoffanreicherung (bzw. Stickstoffabreicherung) mittels eines hierzu geeigneten Sauerstoffanreicherungssystems, mit einer dazu passenden Methode der selektiven Abreicherung von Kohlendioxid. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass die Kombination eines Spülgasmembransystems mit einer Membran, welche eine hohe Kohlendioxidselektivität aufweist, und über die eine Hauptmenge an Kohlendioxid aus dem Kreislauf ausgeschleust werden kann, mit beispielsweise einer üblichen Druckwechseladsorptionseinheit, durch welche der Stickstoff aus einem Luftkreislauf ausgeschleust werden kann, hochwirksam bei gleichzeitig niedrigen Betriebskosten der Vorrichtung ist.
  • Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein aus einer Raumeinheit ein erster Luftstrom mittels geeigneter Einrichtungen entnommen, beispielsweise über eine entsprechende Absaugvorrichtung oder ein Ventilationsgebläse.
  • Eine Raumeinheit im Sinne der Erfindung kann jedes beliebige im wesentlichen abgeschlossene oder zumindest teilweise von der Umgebung abgrenzbare Luftkontingent sein, beispielsweise die Luft in einem Raum, einem Gebäude, einer (Druck-)Kabine, einem Zelt, einem Inhalationskreislauf oder dergleichen.
  • Dieser der Raumeinheit entnommene erste Luftstrom wird anschließend beispielsweise über geeignet dimensionierte und beschaffene Rohre, Schläuche oder Luftkanäle in ein Spülgasmembransystem geleitet, welches mindestens eine Membran, üblicherweise ein komplettes Membranmodul mit hoher CO2/O2-Selektivität geführt. Vorzugsweise ist die CO2/O2-Selektivität des Membranmoduls bzw. der darin enthaltenen Membranen größer als 2.
  • Die CO2/O2-Selektivität wird vorliegend als das Verhältnis der relativen Permeationsge-schwindigkeiten von CO2 zu O2 durch die Membran verstanden, so dass eine CO2/O2-Selektivität von > 2 bedeutet, dass die Permeationsgeschwindigkeit von Kohlendioxid durch die Membran mehr als doppelt so groß ist wie die Permeationsgeschwindigkeit von Sauerstoff. Besonders bevorzugt liegt die CO2/O2 Selektivität bei den erfindungsgemäß einsetzbaren Spülgasmembransystemen bei > 3, insbesondere bei > 5.
  • Eingesetzte Membranen können beispielsweise folgende Aktivschichten aufweisen: Polysulfon, Polyoctylmethylsiloxan, Polyetherimid, Silikon, Ethylzellulose, Polyphenylenoxid, Polysulfon, Polycarbonat, sowie Kombinationen davon.
  • Erfindungsgemäß versteht man unter einem Membranmodul eine geeignete geometrische Anordnung von Membranflächen, deren retentat- und permeatseitige Bereiche strömungstechnisch voneinander getrennt sind, so dass ein Stoffübergang zwischen Retentat und Permeatbereich der Membranen im wesentlichen nur durch Permeation durch die Membran erfolgen kann.
  • Das Spülgasmembransystem wird der Fachmann in Abhängigkeit von der zu behandelnden Gesamtluftstrommenge entsprechend dimensionieren, so dass eine ausreichende Membranfläche vorliegt, um Kohlendioxid in ausreichender Menge aus dem ersten Luftstrom durch Permeation durch die Membran zu entfernen.
  • Hierzu ist es beispielsweise auch möglich, in einem Spülgasmembransystem mehrere Membranmodule zu kombinieren. Die kombinierten Membranmodule können dabei identische oder auch unterschiedliche CO2/O2-Selektivitäten aufweisen, z.B. die Kombination eines oder mehrerer Membranmodule mit einer geringeren CO2/O2-Selektivität zur Voranreicherung von CO2 im Permeat mit einem oder mehreren Modulen mit einer CO2/O2-Selektivität von größer als 2, die gegebenenfalls auch unterschiedliche Membranflächengrößen aufweisen können.
  • In dem Spülgasmembransystem wird Kohlendioxid vornehmlich aufgrund seiner gegenüber Sauerstoff erhöhten Permeationsgeschwindigkeit durch die Membran hindurchtreten (permeieren). Der nicht permeierte, nunmehr kohlendioxidabgereicherte Rest des ersten Luftstroms, der von der Membran zurückgehalten wurde, wird z.B. über eine Retentatseitige Auslassöffnung des Spülgasmembransystems wieder abgeführt und über entsprechende Vorrichtungen in einem Kreislauf wieder zurück in die Raumeinheit geleitet, aus welcher der erste Luftstrom entnommen wurde.
  • Auf der Permeatseite der Membran/des Membranmoduls wird das durch die Membran permeierte Kohlendioxid mit einem Spülgasstrom abgeführt. Hierzu wird das Spülgas über geeignete Einrichtungen, beispielsweise Pumpen und/oder Gebläse zu- und abgeführt. Als Spülgas wird üblicherweise Luft, beispielsweise Frischluft, von außerhalb des Kreislaufs verwendet. Es kann jedoch auch jedes andere geeignete Gas oder Gasgemisch verwendet werden, beispielsweise auch die stickstoffangereicherte Luft aus dem Sauerstoffanreicherungssystem.
  • Geeignete Spülgasmembransysteme mit CO2-selektiven Membranmodulen beinhalten Membranen bestehend aus Kohlenstoffmembranen, keramischen Membranen, Kunststoffmembranen, sowie Kombinationen und/oder Komposita dieser Membranen. Entsprechende selektive Membranen bzw. Membranmodule für eine in der vorliegenden Erfindung verwendbares Spülgasmembransystem sind beispielsweise beschrieben in der DE 10 013 457 , WO 01/68533, DE 10 051 910 , WO 02/32558 sowie DE 19 849 216 und WO 0024500. Die dort beschriebenen Membranen, Membransysteme und Membranmodule eignen sich prinzipiell auch als CO2-selektive Membranen und in Membranmodulen im Spülgasmembransystem, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
  • Das erfindungsgemäß verwendbare Sauerstoffanreicherungssystem kann jedes im Stand der Technik bekannte System zur Anreicherung von Sauerstoff aus Luft sein. Beispiele erfindungsgemäß verwendbarer Sauerstoffanreicherungssysteme sind Druckwechseladsorptionssysteme und Hohlfasermembranmodule, die je nach Konstruktion und verwendetem Membranmaterial mit Überdruck oder auch mit Unterdruck, beispielsweise durch Anlegen eines Vakuums betrieben werden könen. Entsprechende Druckwechseladsorptionsvorrichtungen und -verfahren, welche in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind beispielsweise auf Zeolith-Adsorptionsmitteln basierende Vorrichtungen wie die im US Patent Nr. 4 685 939 beschrieben. Weitere geeignete Druckwechseladsorptionsvorrichtungen, die in der vorliegenden Erfindung als Sauerstoff anreicherungssystem verwendet werden können, sind beispielsweise im US Patent Nr. 5 890 366, wie im US Patent Nr. 4 896 514 sowie im US Patent Nr. 4 867 766 beschrieben.
  • Sofern ein Druckwechseladsorptionssystem in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, umfasst das Druckwechseladsorptionssystemvorzugsweise einen Kompressor zur Komprimierung des zweiten Luftstroms auf einen Druck von 0,12 MPa bis 1,0 MPa, vorzugsweise 0,15 MPa bis 0,25 MPa; und ein bis zehn, vorzugsweise 2, Adsorberkammern enthaltend Zeolith-Molsieb. Daneben sind erfindungsgemäß auch Unterdruck verwendende Druckwechseladsorptionssysteme verwendbar, bei welchen statt des Kompressors üblicherweise eine Vakuumpumpe eingesetzt wird.
  • Erfindungsgemäß als Sauerstoffanreicherungssystem verwendbare Hohlfasermembranbasierte Systeme sind beispielsweise in der DE 19 645 764 sowie in dem US Patent Nr. 5 158 584 beschrieben. Auch Kunststofftrennmembransysteme wie in US-Patent Nr. 6 427 484 beschrieben sind im Verfahren und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendbar.
  • Ferner können für das erfindungsgemäß einzusetzende Sauerstoffanreicherungssystem auch membranbasierte Lufttrennvorrichtungen basierend auf Zeolithmembranen, Zeolith-mixedmatrix-Systemen, Kohlenstoff- oder Polymermembranen verwendet werden.
  • Erfindungsgemäß wird dem Sauerstoffanreicherungssystem ein zweiter Luftstrom in geeigneter Weise zugeführt, woraus das Sauerstoffanreicherungssystem einen sauerstoffangereicherten Luftstrom und einen stickstoffangereicherten Luftstrom erzeugt.
  • Der stickstoffangereicherte Luftstrom wird geeignet separat abgeleitet bzw. verworfen.
  • Der sauerstoffangereicherte Luftstrom wird zusätzlich zu oder zusammen mit dem Kohlendioxidabgereicherten ersten Luftstrom der Raumeinheit zugeführt. Bevorzugt ist, dass der kohlendioxidabgereicherte erste Luftstrom vor der Rückführung in die Raumeinheit mit dem sauerstoffangereicherten Luftstrom aus dem Sauerstoffanreicherungssystem vereinigt wird.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung O2-Sensoren, CO2-Sensoren oder Luftqualitätssensoren sowie damit gekoppelte rechnergestützte Steuerungsvorrichtungen zur Einstellung der Volumenströme der aus der Spülgasmembran und dem Sauerstoffanreicherungssystem in die Raumeinheit zurückgeführten Luftströme. Mittels einer derartigen Vorrichtung ist es beispielsweise möglich, einen definierten mittleren Sauerstoffgehalt und/oder Kohlendioxidgehalt der Luft in der Raumeinheit einzustellen und aufrechtzuerhalten.
  • Der zweite Luftstrom kann aus Frisch- bzw. Umgebungsluft stammen, beispielsweise bei Räumen oder Gebäuden aus Außenluft.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der zweite Luftstrom zumindest teilweise auch aus der Raumeinheit, dem ersten Luftstrom vor dem Spülgasmembransystem oder dem kohlendioxidabgereicherten ersten Luftstrom entnommen. Die Aufteilung des aus der Raumeinheit oder dem ersten Luftstrom entnommenen zweiten Luftstromanteils kann mittels beliebiger, dem Fachmann wohlbekannter Vorrichtungen zur Aufsplittung von Gasvolumenströmen erfolgen.
  • Erfindungsgemäß bevorzugt ist es ferner aus vornehmlich aus ökonomischen Motiven, wenn der erste Luftstrom ein größeres Volumen aufweist als der zweite Luftstrom. Bevorzugt ist es, dass das Volumenverhältnis von erstem Luftstrom zu zweitem Luftstrom im Bereich von 500:1 bis 2:1 liegt.
  • In bevorzugten Ausführungsformen kann der erste Luftstrom und der zweite Luftstrom bzw. der daraus resultierende sauerstoffangereicherte Luftstrom über einen Aktivkohlefilter geleitet werden, um unerwünschte Geruchsstoffe, Staub und dergleichen zu entfernen.
  • Ferner ist es in bevorzugten Ausführungsformen vorgesehen, einzelne Luftströme gegebenenfalls zu temperieren, anzufeuchten oder zu klimatisieren.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird weiterhin an dem beigefügten Verfahrensfließbild gemäß 1 veranschaulicht.
  • 1 zeigt eine im wesentlichen abgeschlossene Raumeinheit AB, aus der ein erster Luftstrom 1a mit erhöhtem Kohlendioxidanteil entnommen und dem Spülgasmembransystem M1 zugeführt wird. In dem Spülgasmembransystem permeiert aufgrund seiner höheren Permeationsgeschwindigkeit vorzugsweise Kohlendioxid durch das Membranmodul (nicht gezeigt), und eine Kohlendioxidabgereicherte Luft verbleibt auf der Retentatseite des Membranmoduls. Dieser zurückgehaltene Luftstrom 1b wird, abgereichert von CO2, wieder in die Raumeinheit AB zurückgeführt.
  • Das durch die Membranen des Membranmoduls permeierte CO2 (bzw. die permeatseitig auftretende Luft mit deutlich erhöhtem CO2-Anteil) wird mittels eines Spülgasstroms 1c aus dem Spülgasmembransystem M1 als Kohlendioxidbeladener Spülgasstrom 1d abgeführt.
  • Parallel hierzu wird ein zweiter Luftstrom 2a in ein Sauerstoffanreicherungssystem M2 eingeleitet, welches einen stickstoffangereicherten Luftstrom 2c erzeugt, der abgeleitet wird, sowie einen sauerstoffangereicherten Luftstrom 2b, der in die Raumeinheit AB eingeleitet wird, um dort den relativen Sauerstoffgehalt der Luft zu erhöhen.

Claims (17)

  1. Verfahren zur Sauerstoffanreicherung von Luft bei gleichzeitiger Anreicherung von Kohlendioxid in einer geschlossenen oder teilweise geschlossenen Raumeinheit, umfassend folgende Schritte: – Entnehmen eines ersten Luftstroms aus der Raumeinheit; – Führen des ersten Luftstroms in ein Spülgasmembransystem enthaltend mindestens ein Membranmodul mit einer CO2/O2-Selektivität von größer als 2; – Spülen der Permeatseite des mindestens einem Membranmoduls mit einem Spülgassstrom, um durch die Membran permeiertes Kohlendioxid mit dem Spülgas abzuführen; – Zurückführen des in dem Spülgasmembransystem kohlendioxidabgereicherten ersten Luftstroms in die Raumeinheit; – Anreicherung eines zweiten Luftstroms mit Sauerstoff mittels eines Sauerstoffanreicherungssystems, welches einen sauerstoffangereicherten und einen stickstoffangereicherten Luftstrom erzeugt; – Zuführen des sauerstoffangereicherten Luftstroms in die Raumeinheit; und – separates Abführen des stickstoffangereicherte Luftstroms.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der kohlendioxidabgereicherte erste Luftstrom vor der Rückführung in die Raumeinheit mit dem sauerstoffangereicherten Luftstrom aus dem Sauerstoffanreicherungssystem vereinigt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Luftstrom zumindest teilweise aus der Raumeinheit, dem ersten Luftstrom vor dem Spülgasmembransystem oder dem kohlendioxidabgereicherten ersten Luftstrom stammt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Raumeinheit aus einem Gebäude, einem Raum, einer Kabine, einem Zelt oder einem Inhalationskreislauf ausgewählt ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Membranmodul Kohlenstoffmembranen, keramische Membranen, Kunststoffmembranen, und Kombinationen und/oder Komposita dieser Membranen umfasst.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das verwendete Sauerstoffanreicherungssystem ein Druckwechseladsorptionssystem, ein Hohlfasermembranmodul oder eine membranbasierte Lufttrennvorrichtung basierend auf Zeolithmembranen, Zeolith-mixed-matrix-Systemen, Kohlenstoff- oder Polymermembranen ist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spülgas Luft ist, welche gegebenenfalls temperiert und/oder klimatisiert ist.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenverhältnis von erstem Luftstrom zu zweitem Luftstrom im Bereich von 500:1 bis 2:1 liegt.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Luftstrom enthaltene Geruchstoffe dadurch mit abgereichert werden, dass sie nach Permeation durch die Membran mit dem Spülgassstrom abgeführt werden
  10. Vorrichtung zur Sauerstoffanreicherung von Luft bei gleichzeitiger Abreicherung von Kohlendioxid in geschlossenen oder teilweise geschlossenen Kreisläufen, umfassend: – Einrichtungen zu Entnahme eines ersten Luftstroms aus der Raumeinheit; – Einrichtungen zum Einführen des ersten Luftstroms in ein Spülgasmembransystem enthaltend mindestens ein Membranmodul mit einer CO2/O2-Selektivität von größer als 2; – Einrichtungen zum Zu- und Abführen von Spülgas in das Spülgasmembransystem, um durch die Membran permeiertes Kohlendioxid von der Permeatseite des mindestens einem Membranmoduls mit dem Spülgas abzuführen; – Einrichtungen zum Zurückführen des in dem Spülgasmembransystem kohlendioxidabgereicherten ersten Luftstroms in die Raumeinheit; – ein Sauerstoffanreicherungssystem, welches aus einem zugeführten zweiten Luftstrom einen sauerstoffangereicherten und einen stickstoffangereicherten Luftstrom erzeugt; – Einrichtungen zum Zuführen des sauerstoffangereicherten Luftstroms in die Raumeinheit; sowie – Einrichtungen zum Abführen des stickstoffangereicherten Luftstroms.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Sauerstoffanreicherungssystem ein Druckwechseladsorptionssystem, ein Hohlfasermembranmodul oder eine membranbasierte Lufttrennvorrichtung basierend auf Zeolithmembranen, Zeolith-mixed-matrix-Systemen, Kohlenstoff- oder Polymermembranen ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckwechseladsorptionssystem umfasst: – einen Kompressor zur Komprimierung des Nebenluftstroms auf einen Druck von 0,12 MPa bis 1,0 MPa, vorzugsweise 0,15 MPa bis 0,25 MPa; und – ein bis zehn, vorzugsweise 2, Adsorberkammern enthaltend Zeolith-Molekularsieb.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Spülgasmembransystem mindestens eine Membran ausgewählt aus Kohlenstoffmembranen, keramischen Membranen, Kunststoffmembranen, und Kombinationen und/oder Komposita dieser Membranen umfasst.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gebläse vorgesehen ist, welches den Hauptluftstrom durch das Spülgasmembransystem leitet.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen zur Temperierung und/oder Klimatisierung des Spülgases, vorgesehen sind.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zusätzlich einen Aktivkohlefilter umfasst, durch welchen der erste Luftstrom oder der zweite Luftstrom geleitet werden.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10-16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner O2-Sensoren, CO2-Sensoren oder Luftqualitätssensoren sowie damit gekoppelte rechnergestützte Steuerungsvorrichtungen zur Einstellung der Volumenströme der aus der Spülgasmembran und dem Sauerstoffanreicherungssystem in die Raumeinheit zurückgeführten Luftströme umfasst.
DE10300141A 2003-01-07 2003-01-07 Verfahren und Vorrichtung zur Sauerstoffanreicherung von Luft bei gleichzeitiger Abreicherung von Kohlendioxid Withdrawn DE10300141A1 (de)

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