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[HINTERGRUND DER ERFINDUNG]
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[GEBIET DER ERFINDUNG]
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Luftsystem, dass dazu ausgestaltet ist, Druckluft durch ein Schaltventil von einer Druckluftquelle zu einer luftbetriebenen Vorrichtung zu führen, und insbesondere auf ein Entfeuchtungs-Luftsystem, das Mittel zum Entfeuchten der Luft aufweist.
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[BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK]
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In dem Luftsystem, das zum Antreiben der mit Luft betriebenen Vorrichtung, bspw. einem Luftzylinder, durch die Druckluft von der Druckluftquelle ausgestaltet ist, ist ein Schaltventil zwischen der Druckluftquelle und der luftbetriebenen Vorrichtung angeschlossen, und die Luft von der Druckluftquelle wird der luftbetriebenen Vorrichtung durch dieses Schaltventil zugeführt.
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Wenn bei dieser Art von Luftsystem das Schaltventil geschaltet und die Luft zu der luftbetriebenen Vorrichtung ausgegeben wird, expandiert die Luft adiabatisch in der Leitung oder der luftbetriebenen Vorrichtung, wodurch ihre Temperatur abgesenkt wird und Feuchtigkeit in der Luft zu Nebel kondensiert. Der Nebel nimmt allmählich durch die Wiederholung der Luftzufuhr/abfuhr zu und führt zu nachteiligen Effekten, bspw. insoweit als die Kondensation Rost in der luftbetriebenen Vorrichtung generiert oder es durch den Verlust eines Schmiermittels zu einer Beeinträchtigung des gleichmäßigen Betriebes der luftbetriebenen Vorrichtung kommt.
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Daher schlägt die Anmelderin eine Entfeuchtungsvorrichtung (Entfeuchtungs-Kondensationsverhinderungs-vorrichtung) vor, die eine Polymer-Permeations-Membran einsetzt, um Luft, die von dem Schaltventil ausgegeben wird, durch die Entfeuchtungseinrichtung zu entfeuchten und um die Luft in dem trockenen Luftzustand dem Luftzylinder zuzuführen, indem die Entfeuchtungsvorrichtung zwischen dem Schaltventil und dem Luftzylinder angeschlossen wird.
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Die Entfeuchtungsvorrichtung ist so gestaltet, dass sie Seite an Seite zwei Gruppen hohler Fasermembranmodulsets aufnimmt, die durch Anordnen einer großen Zahl von hohlen Fasermembranen Seite an Seite gebildet werden, und dass sie eine Mehrzahl von Dreiwegeventilen enthält, um eine einströmende Luft, die in den Luftzylinder fließt, und einen Strom ausströmender Luft, die aus dem Luftzylinder herausfließt, zu steuern, und wobei die einströmende Luft, die von dem Schaltventil ausgegeben wird, entfeuchtet wird, während sie durch jede hohle Fasermembran in dem hohlen Fasermembranmodulset tritt, und dem Luftzylinder als trockene Luft zugeführt wird, während die aus dem Zylinder herausfließende ausströmende Luft in Kontakt mit Feuchtigkeit, welche durch die Entfeuchtung der einströmenden Luft durch die Oberfläche der hohlen Fasermembran permeiert, gebracht und entfeuchtet wird, wobei sie durch einen Strömungsdurchgang, der an der Außenseite der hohlen Fasermembran ausgebildet ist, kommuniziert und durch das Schaltventil nach außen abgeführt wird.
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Da die Entfeuchtungsvorrichtung die hohlen Fasermembranen innerhalb ihres Gehäuses aufnimmt, muss aber die Feuchtigkeit, die aufgrund der Entfeuchtung der Luft durch die Oberfläche der hohlen Fasermembran permeiert ist, durch Spülluft zwangsweise nach außen abgeführt werden, und daher sollte ein Strömungsdurchgang für die Spülluft innerhalb des Gehäuses ausgebildet sein oder ein Dreiwegeventil sollte vorgesehen sein, um die Strömung der Spülluft zu steuern, wodurch der Aufbau in einem gewissen Maße kompliziert und insgesamt sehr groß gemacht wird, so dass er nicht zur Verwendung in Verbindung mit einem kleinen Luftzylinder geeignet ist.
Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentoffenlegungsschrift
JP 2001-300 268 A .
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Aus der Druckschrift
DE 11 2004 000 379 T5 ist ein Lufttrocknungssystem für ein Fahrzeug-Luftbremssystem bekannt. Dieses besteht aus einem Filterelement, einem Membranlufttrockner und einer Montageanordnung zum Festlegen des Membranlufttrockners an einem Fahrzeug. Luft tritt von einem Kompressor durch eine Öffnung und wird durch das Filterelement gezwungen. Die gefilterte Luft verlässt das Filterelement durch eine Austrittsöffnung und gelangt zu dem Membranlufttrockner durch eine Zufuhröffnung. Nachdem die Druckluft durch eine Mehrzahl von Membranlufttrockner-Hohlfasern hindurchgetreten ist, ist sie trocken trocken und wird in einem Ausgabevolumen gesammelt.
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[KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG]
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Luftsystem mit Entfeuchtungsmitteln vorzuschlagen, das einen einfachen Aufbau aufweist und kompakt ist, ohne dass es notwendig ist, Feuchtigkeit, die durch die Entfeuchtung von der Luft getrennt wurde, durch Spülluft zwangsweise an die Umgebung abzugeben.
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Die oben genannte Aufgabe wird durch ein Entfeuchtungs-Luftsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das Luftsystem ein Schaltventil und eine luftbetriebene Vorrichtung, die miteinander durch ein Entfeuchtungselement verbunden sind, das aus einer Polymer-Permeations-Membran mit feuchtigkeitsselektiver Permeabilität besteht. Eine feuchtigkeitsemittierende Fläche des Entfeuchtungselements wird in Kontakt mit der Umgebung gebracht, um durch die der luftbetriebenen Vorrichtung von dem Schaltventil durch das Entfeuchtungselement zugeführte Entfeuchtungselementzufuhrluft zu entfeuchten, und die von dem Entfeuchtungselement abgetrennte Feuchtigkeit wird durch natürliche Verdampfung an die Luft abgegeben.
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Da gemäß der vorliegenden Erfindung die von der Luft durch das Entfeuchtungselement abgetrennte Feuchtigkeit von der Feuchtigkeitsemissionsfläche des Entfeuchtungselements durch natürliche Verdampfung an die Luft abgegeben wird, besteht keine Notwendigkeit, die Feuchtigkeit durch die Zufuhr von Spülluft zwangsweise zu der Außenseite des Gehäuses zu emittieren, wie es bei der herkömmlichen Vorrichtung, bei welcher das Entfeuchtungselement in dem Gehäuse aufgenommen ist, der Fall war. Dadurch wird ein Strömungsdurchgang für Spülluft oder ein Dreiwegeventil zur Steuerung der Strömung der Spülluft nicht benötigt, und ein Luftsystem mit den Entfeuchtungsmitteln, das einen einfachen Aufbau aufweist und kompakt ist, kann erreicht werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Entfeuchtungselement vorzugsweise in einem hohlen Zustand und weist innen eine Luftpermeationsöffnung und die Feuchtigkeitsemissionsfläche an seiner äußeren Umfangsfläche auf. Eine zylindrische Verbindungsbefestigung ist jeweils an beiden Enden des Entfeuchtungselements angebracht, und durch diese Verbindungsbefestigung wird das Entfeuchtungselement lösbar zwischen dem Schaltventil und der luftbetriebenen Vorrichtung angeschlossen.
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In diesem Fall ist das Entfeuchtungselement mit einem Teil der Leitung verbunden, welche das Schaltventil mit der luftbetriebenen Vorrichtung verbindet, das Entfeuchtungselement ist vorzugsweise an einer Position angeordnet, die näher an der Seite der luftbetriebenen Vorrichtung liegt als ein Zwischenpunkt (mittlerer Punkt) der Leitung, und stärker bevorzugt ist eine Verbindungsbefestigung an einem Ende des Entfeuchtungselements direkt mit der luftbetriebenen Vorrichtung verbunden, während die Verbindungsbefestigung an dem anderen Ende des Entfeuchtungselements über ein Rohr ohne feuchtigkeitsselektive Permeabilität mit dem Schaltventil verbunden ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass Auslassluft, die von der luftbetriebenen Vorrichtung abgelassen wird, in ähnlicher Weise wie bei der Zufuhr von dem Schaltventil durch das Entfeuchtungselement nach außen abgeführt wird.
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Das Entfeuchtungselement kann durch eine Schutzabdeckung mit Permeationseigenschaften abgedeckt werden. Außerdem kann das Entfeuchtungselement die hohle Fasermembran verwenden.
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[KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN]
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1 ist ein Blockdiagramm eines Luftsystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
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2 ist eine Seitenansicht eines wesentlichen Teils, die den Aufbau eines Verbindungsabschnitts zwischen einem Luftzylinder und einem Entfeuchter darstellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Druckluftquelle
- 2
- Schaltventil
- 3
- luftbetriebene Vorrichtung
- 11
- Entfeuchtungselement
- 11a
- Feuchtigkeitsemissionsfläche
- 11A
- Entfeuchtungselementbündel
- 12
- Verbindungsbefestigung
- 17
- Rohr
- 22
- Schutzabdeckung
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[DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG]
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1 zeigt schematisch ein Entfeuchtungs-Luftsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei Bezugszeichen verwendet werden. Das Luftsystem ist so gestaltet, dass durch die Zufuhr von Druckluft von einer Druckluftquelle 1 zu einer luftbetriebenen Vorrichtung 3 durch ein Schaltventil 2 die Druckluft die luftbetriebene Vorrichtung 3 antreibt, und zwei Entfeuchter 4a, 4b, die eine Polymer-Permeations-Membran verwenden, sind zwischen dem Schaltventil 2 und der luftbetriebenen Vorrichtung 3 angeschlossen.
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Da die luftbetriebene Vorrichtung 3 in der Fig. durch den Luftzylinder dargestellt wird, wird das gleiche Bezugszeichen ”3” wie für die luftbetriebene Vorrichtung in der nachfolgenden Beschreibung auch für den Luftzylinder verwendet.
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Der Luftzylinder 3 umfasst einen Kolben 7, der innerhalb eines Zylinderrohrs 6 gleitet, und eine Stange 8, die sich von dem Kolben 7 erstreckt, und eine Druckkammer 9a an der Kopfseite und eine Druckkammer 9b an der Stangenseite sind an beiden Seiten des Kolbens 7 ausgebildet.
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Das Schaltventil 2 ist ein elektromagnetisches Fünfwegeschaltventil und weist einen Zufuhranschluss P, zwei Ausgangsanschlüsse A, B, und zwei Auslassanschlüsse EA, EB auf, und die Druckluftquelle 1 ist mit dem Zufuhranschluss P verbunden, während die Entfeuchter 4a, 4b mit den beiden Ausgangsanschlüssen A, B und den beiden Druckkammern 9a, 9b des Luftzylinders 3 verbunden sind.
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Die Entfeuchter 4a, 4b weisen, wie sich aus 2 ergibt, Entfeuchtungselemente 11 in dem hohlen Zustand, die durch eine Polymer-Permeations-Membran mit feuchtigkeitsselektiver Permeabilität gebildet werden, auf, und rohrförmige Verbindungsbefestigungen 12, die auch als ein Trägerkörper dienen, sind an beiden Enden der Entfeuchtungselementbündel 11A, die aus einer Mehrzahl der Entfeuchtungselemente 11 bestehen, welche jeweils nebeneinander mit dazwischen angeordneten Vergussmaterialen 13 aus Kunstharz angeordnet sind, angebracht. Innerhalb des Entfeuchtungselements 11 ist eine Luftdurchgangsöffnung ausgebildet, durch welche Luft kommuniziert, und die äußere Fläche des Entfeuchtungselements 11 ist als eine feuchtigkeitsemittierende Fläche 11A ausgebildet, welche Feuchtigkeit, die von der Luft abgetrennt wurde, emittiert, und die feuchtigkeitsemittierende Fläche 11A ist nach außen exponiert und in direkten Kontakt mit der Umgebung gebracht.
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Die Verbindungsbefestigung 12 an einem Ende des Entfeuchtungselementbündels 11A ist in einen Rohrverbinder 16 eingesetzt, der an dem Verbindungsanschluss 15 des Luftzylinders 3 angebracht ist, so dass sie direkt mit dem Luftzylinder 3 verbunden ist, und die Verbindungsbefestigung 12 an dem anderen Ende des Entfeuchtungselementbündels 11A ist in einen Rohrverbinder 18 eingesetzt, der an dem vorderen Ende eines normalen Rohres 17 für die Verbindung angebracht ist, welches keine feuchtigkeitsselektive Permeabilität aufweist. Durch Einsetzen und Verbinden des Basisendabschnitts des Rohres 17 mit einem nicht dargestellten Rohrverbinder, der an den Ausgangsanschlüssen A, B des Schaltventils 2 angebracht ist, werden die beiden Entfeuchter 4a, 4b mit der kopfseitigen Druckkammer 9a bzw. der stangenseitigen Druckkammer 9b sowie den beiden Ausgangsanschlüssen A, B des Schaltventils 2 verbunden.
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Daher bildet das Entfeuchtungselement 11 einen Teil einer Leitung, welche das Schaltventil 2 und die luftbetriebene Vorrichtung 3 verbindet, und durch direktes Anschließen der Verbindungsbefestigung 12, 12 an beide Enden des Entfeuchtungselements 11 an die luftbetriebene Vorrichtung 3 wird die gesamte Leitung durch das Entfeuchtungselement 11 gebildet. Wird ein Teil der Leitung durch das Entfeuchtungselement 11 gebildet, zeigt die Feuchtigkeit in der Leitung eine Tendenz, wonach sie im Allgemeinen an einem Abschnitt, der der luftbetriebenen Vorrichtung 3 näher liegt, höher wird. Um den Entfeuchtungseffekt zu verbessern, wird das Entfeuchtungselement 11 daher vorzugsweise an einer Position angeordnet, die der luftbetriebenen Vorrichtung 3 näher liegt als der Zwischenpunkt der Leitung, oder stärker bevorzugt wird das Entfeuchtungselement 11 an dem Endabschnitt der Leitung an der Seite der luftbetriebenen Vorrichtung 3 angeordnet. Wie oben erwähnt wurde, ist in diesem Fall ein Ende des Entfeuchtungselements 11 direkt mit der luftbetriebenen Vorrichtung 3 verbunden.
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Die beiden Entfeuchter 4a, 4b sind separat ausgebildet und weisen den gleichen Aufbau auf.
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Die Polymer-Permeations-Membran ist eine Permeationsmembran mit feuchtigkeitsselektiver Permeabilität, die Feuchtigkeit in der Luft durchlässt, während die Luft nicht durchgelassen wird, und es hat sich bspw. eine Fluorionenaustauschmembran oder eine Polyimidionenaustauschmembran als geeignet erwiesen. Es bedarf keiner Erwähnung, dass auch andere Membranen verwendet werden können.
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Das Entfeuchtungselement 11 kann jede beliebige Form aufweisen, solange das Element hohl ist und die Luft durch die innere Luftdurchgangsöffnung in einem unter Druck stehenden Zustand kommunizieren kann. Bei einem geeigneten Beispiel wird eine hohle Fasermembran so bearbeitet, dass sie einen hohlen Faser-(linearen)Zustand aufweist.
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Jeder der Rohrverbinder 16, 18 ist ein einfacher Verbindungsrohrverbinder und ist in der Lage, in einem gehaltenen Zustand eine Verbindung herzustellen, indem lediglich die Verbindungsbefestigung 12 oder das Rohr 17 in einen Verbindungsanschluss eingesetzt wird. Wenn die angeschlossene Verbindungsbefestigung 12 oder das Rohr 17 entfernt werden soll, wird eine Klaue, welche durch die Verbindungsbefestigung 12 oder das Rohr 17 verriegelt wird, durch Eindrücken des Drückers 19 zu Freigabe freigegeben. Ein solcher Aufbau des Rohrverbinders ist jedoch schon bekannt, und auf eine weitere Erläuterung wird verzichtet.
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Das Bezugszeichen 20 in der Fig. ist ein Positionssensor, der durch einen Halter 21 an dem Zylinderrohr 6 angebracht wird, um eine Betriebsposition des Kolbens 7 zu erfassen, indem ein Permanentmagnet, der an dem Kolben 7 angebracht ist, erfasst wird.
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In dem Luftsystem mit dem oben beschriebenen Aufbau zeigt 1 einen Zustand, bei welchem die Druckluft von der Druckluftquelle 1 von dem Zufuhranschluss P des Schaltventils 2 durch den zweiten Ausgangsanschluss B und dem zweiten Entfeuchter 4b zu der stangenseitigen Druckkammer 9b des Luftzylinders 3 geführt wird, während die Luft in der kopfseitigen Druckkammer 9a des Luftzylinders 3 von dem ersten Entfeuchter 4a durch den ersten Ausgangsanschluss A und den ersten Auslassanschluss EA des Schaltventils 2 an die Umgebung abgeführt wird, wodurch der Kolben 7 abgesenkt (zurückgezogen) und die Stange 8 verkürzt wird.
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In diesem geschalteten Zustand wird die Zufuhrluft, die von der stangenseitigen Druckkammer 9b zugeführt wird, entfeuchtet, wobei sie durch die Luftdurchgangsöffnung in jedem der Entfeuchtungselemente 11 in dem zweiten Entfeuchter 4b hindurchtritt, und fließt als trockene Luft in die stangenseitige Druckkammer 9b. Zu dieser Zeit wird die Feuchtigkeit, die von der Luft abgetrennt wurde und in die feuchtigkeitsemittierende Fläche 11a an dem Außenumfang des Entfeuchtungselements 11 permeiert ist, durch natürliche Verdampfung an die Umgebung abgegeben, da die feuchtigkeitsemittierende Fläche 11a in direktem Kontakt mit der Luft steht.
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Die von der kopfseitigen Druckkammer 9a abgeführte Ablassluft kommuniziert durch die Entfeuchtungselemente 11 des ersten Entfeuchters 4a und wird als trockene Luft von dem ersten Ausgangsanschluss A durch den ersten Ablassanschluss EA des Schaltventils 2 in die Umgebung abgeführt.
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Wenn das Schaltventil 2 von dem geschalteten Zustand in 1 umgeschaltet wird und der erste Ausgangsanschluss A mit dem Zufuhranschluss P kommuniziert und der zweite Ausgangsanschluss B mit dem zweiten Ablassanschluss EB kommuniziert, wird die Druckluft von der Druckluftquelle 1 der kopfseitigen Druckkammer 9a des Luftzylinders 3 durch den ersten Ausgangsanschluss A und den ersten Entfeuchter 4a zugeführt, während die Luft in der stangenseitigen Druckkammer 9b von dem zweiten Entfeuchter 4b durch den zweiten Ausgangsanschluss B und den zweiten Ablassanschluss EB des Schaltventils 2 in die Umgebung abgeführt wird, wodurch der Kolben 7 angehoben (vorwärts bewegt) und die Stange 8 ausgefahren wird. Zu dieser Zeit wird die Zufuhrluft, die der kopfseitigen Druckkammer 9a zugeführt wird, durch die Entfeuchtungselemente 11 des ersten Entfeuchters 4a entfeuchtet und strömt als trockene Luft in die kopfseitige Druckkammer 9a. Die Feuchtigkeit, die von der Luft abgetrennt wurde und durch die feuchtigkeitsemittierende Fläche 11a des Entfeuchtungselements 11 permeiert ist, wird durch natürliche Verdampfung an die Luft abgegeben.
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Die Ablassluft, die von der stangenseitigen Druckkammer 9b abgeführt wird, kommuniziert durch alle Entfeuchtungselemente 11 des zweiten Entfeuchters 4b und wird als trockene Luft von dem Schaltventil 2 in die Umgebung abgeführt.
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Dadurch muss die Feuchtigkeit, die durch die Entfeuchtung der dem Luftzylinder 3 zugeführten Zufuhrluft durch die Oberfläche des Entfeuchtungselements 11 permeiert ist, nicht durch Spülluft zwangsweise in die Luft abgeführt werden, und ein Strömungsdurchgang für die Strömung der Spülluft oder ein Dreiwegeventil oder dergleichen zur Steuerung der Strömung ist nicht erforderlich. Hierdurch können die Entfeuchter 4a, 4b einfach und in kompakter Weise gestaltet werden. Außerdem wird die Ablassluft, die von dem Luftzylinder 3 abgeführt wird, von dem Schaltventil 2 als trockene Luft durch das Entfeuchtungselement 11 abgeführt, und daher besteht nicht der Nachteil, dass kompensierte Feuchtigkeit an dem Schaltventil 2 anhaftet, wie es bei der Abfuhr von Luft nach der Entfeuchtung der Fall ist. Im Gegenteil wird auch dann, wenn bei der Zufuhr von Luft die Feuchtigkeit in der Zufuhrluft an dem Schaltventil 2 anhaftet, die Feuchtigkeit durch die Ablassluft entfernt.
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Bei der oben beschriebenen Ausführungsform sind die feuchtigkeitsemittierende Flächen 11a des Entfeuchtungselements 11 in den Entfeuchtern 4a, 4b vollständig nach außen exponiert, so dass sie in direktem Kontakt mit der Umgebung stehen. Durch Abdecken der feuchtigkeitsemittierenden Fläche 11a, d. h. des Entfeuchtungselements 11, mit der Schutzabdeckung 22, die permeabel ist, kann die feuchtigkeitsemittierende Fläche 11a über die Schutzabdeckung 22 in Kontakt mit der Umgebung gebracht werden. Wie durch eine gestrichelte Linie in den 1 und 2 dargestellt ist, kann in diesem Fall die Schutzabdeckung 22 so angebracht sein, dass sie den gesamten Umfang des Entfeuchtungselementbündels 11A, welches an beiden Verbindungsbefestigungen 12 oder individuell an jedem Entfeuchtungselement 11 angebracht sein kann, umgibt. Anstelle der individuellen Installation der Schutzabdeckung 22 an den beiden Entfeuchtern 4a, 4b kann die Abdeckung je nach Fall auch so angebracht werden, dass sie die beiden Entfeuchter 4a, 4b gemeinsam abdeckt.
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Die Schutzabdeckung 22 kann durch eine poröse dünne Platte aus Metall oder Kunstharz gebildet werden. Außerdem kann die Schutzabdeckung 22 hart sein. Wenn die Entfeuchter 4a, 4b vorzugsweise aber eine gewissen Flexibilität aufweisen, kann auch eine Schutzabdeckung verwendet werden, die halbhart oder flexibel ist.
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Bei der oben beschriebenen Ausführungsform weisen die Entfeuchter 4a, 4b die Mehrzahl von Entfeuchtungselementen 11 auf. Ist aber eine Luftströmungsrate klein, wie bei der Zufuhr von Luft zu einer kleinen luftbetriebenen Vorrichtung oder wenn eine Querschnittsfläche der Luftdurchgangsöffnung innerhalb des Entfeuchtungselements 11 groß ist, kann die Zahl der Entfeuchtungselemente 11 bspw. auch gleich eins sein. In Abhängigkeit von den Einsatzbedingungen können die Zahl der Entfeuchtungselemente 11, die Größe (Querschnittsfläche) der Durchgangsöffnung oder dergleichen alternativ auch für den einen Entfeuchter 4a und den anderen Entfeuchter 4b unterschiedlich sein.