JP6038149B2 - 圧縮空気供給システムの空気乾燥装置のための消音装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮空気供給システムの空気乾燥装置のための消音装置であって、消音器ハウジングが設けられていて、該消音器ハウジングに、空気乾燥装置から流出される凝縮水含有の圧縮空気を供給するための入口開口と、圧縮空気を外部に排出するための出口開口とが配置されている、消音装置に関する。

本発明の使用分野は、特にレール車両であって、その圧縮空気供給システムが第一に車両ブレーキ用のブレーキ圧を準備するために働くレール車両に関係している。可能な限り乾燥したブレーキ空気を生ぜしめるために、コンプレッサによって運転される圧縮空気供給システムは、空気を調整するために空気乾燥装置を有しており、この空気乾燥装置は、外部から吸い込まれて圧縮された圧縮空気から、該圧縮空気に含まれた水分を除去する。そのためにレール車両構造には、特に、１室型空気乾燥装置及び２室型空気乾燥装置が使用され、これらの空気乾燥装置は、圧縮空気から水分を除去し、これを凝縮水含有の圧縮空気として外部に排出する。

ＤＥ３４４５６９９Ａ１に開示された１室型空気乾燥装置は、インターバル運転でローディング可能な圧縮空気供給システムのために設けられていて、再生可能なただ１つの乾燥カートリッジと、空気貯え容積内に存在する空気湿度を測定する水分センサとを有している。電子評価回路は、コンプレッサのアイドリング段階中に、かつ空気貯蔵容器における空気湿度が設定された限界値を上回っている間に、乾燥カートリッジの再生を行う。再生運転中、圧縮空気は逆方向に乾燥カートリッジを貫いて導かれ、この乾燥カートリッジから流出する凝縮水含有の圧縮空気は、外部への排出のために働く出口弁に達するようになっている。出口弁は、取り囲まれていない空気排出接続部を備えているので、凝縮水含有の圧縮空気は大きな流出騒音を伴って外部に向かって放出される。この流出騒音には、再生運転への切換えの結果として、圧縮空気衝撃が先行し、この圧縮空気衝撃は、極めて高い騒音レベルに達することがある。このことは、特に、居住地域の近傍における駅において停車するレール車両では、騒音被害の原因となる。このことは特に、レール車両を一晩中、準備状態に保つことが望まれている場合に言える。

ＤＥ３５３３８９３Ａ１に開示された、レール車両用の圧縮空気供給システムの２室型空気乾燥装置は、連続的な圧縮空気供給を保証するために、交互に運転可能な２つの乾燥容器を有している。一方の乾燥容器において、コンプレッサによって生ぜしめられた圧縮空気流が乾燥される間に、他方の乾燥容器の乾燥剤が再生される。両方の乾燥容器に接続された切換え弁によって、時間を予め設定可能な順序で交互に、乾燥させられる圧縮空気が、いずれか一方の乾燥容器に導入され、その都度他方の乾燥容器における再生時に使用された空気は、該乾燥容器から導出される。さらに切換え弁は、再生運転される乾燥容器の再生中に発生する凝縮水含有の圧縮空気を排出するために出口開口を有している。この出口開口からもかなりの排気が外部に達する。

レール車両用の公知の空気乾燥装置の出口開口に消音器を設けることは、既に試みられており、この消音器は通常、燒結金属部材又はプラスチック部材として、又は防音材料を満たされた容器として形成されている。しかしながらこのような解決策は、その構造体が大型であり、しかも制限された消音効果しか生ぜしめない。

さらに従来技術の公知の消音器は、圧縮空気中に含有された凝縮水が消音器内において凍結し、これによって外部への圧縮空気の出口が閉鎖され得る、という欠点を有している。

ゆえに本発明の課題は、特にレール車両用の圧縮空気供給システムの空気乾燥装置のための消音装置を改良して、乾燥容器用の再生運転の作動時及び凝縮水含有の圧縮空気の排出時に、小型構造の簡単な技術的手段によって高い消音効果を発揮し、しかも凝縮水が圧縮空気から外部に向かって確実に導出される、消音装置を提供することである。

この課題を解決するために本発明の構成では、請求項１の前提部に記載された消音装置において、請求項１の特徴部記載のように構成した。本発明の好適な態様は、請求項２以下の従属請求項に記載されている。

すなわち本発明の技術的な教え、つまり本発明の構成では、消音器ハウジングの入口開口が、消音器ハウジングの内部における少なくとも１つの前室に開口していて、該前室は、互いに並列もしくは平行に配置された複数の後室に開口しており、該後室は、消音器ハウジングにおいて中心に配置された加熱ロッドの周りに配置されている。加熱の高い効率を保証するために、加熱ロッド及び後室は好ましくは同一のハウジング部分に接触していることが望ましい。

本発明による解決策の利点は、特に、凍結のおそれのある後室をアクティブに加熱することによって、後室内に集まりかつ外部に向かって排出される凝縮水の凍結を回避できることにある。消音器は特殊な室技術に基づいているので、第一に消音のために働く前室及び後室を通る凝縮水の妨げられない貫流が可能になる。本発明による室配置形態によって、消音器ハウジングは極めて小さな構造で構成することができ、その結果、空気乾燥装置の取付け箇所における該空気乾燥装置のための所要空間が僅かしか必要でない。

好適な態様によれば、後室はそれぞれ円筒形状に形成されており、かつハウジング中間ウェブを形成しながら互いに等距離をおいて配置され、かつ消音器ハウジング内に該消音器ハウジングに対して同軸的に配置された加熱ロッドを中心にした円周に沿って配置されている。ハウジング中間ウェブは、外部に向かっての熱伝達を絞り、これによって加熱ロッドの僅かな熱エネルギだけしか未使用のまま外部に向かって排出されないように、つまり加熱ロッドの熱エネルギが消音器ハウジングの内部に集中的に留まるようになる。その結果、確かに不都合な条件下では、後室の外部領域において凍結の生じることがあるが、しかしながら後室の内部領域は、高められた構成部材温度に基づいて凍結の生じない状態のままである。実験によれば、ハウジング中間ウェブが、該ハウジング中間ウェブの最も細い領域に描かれた円周の４０％よりも僅かであると、加熱エネルギを最適に利用することができる。

本発明の改善する別の態様によれば、前室の数と後室の数とが、少なくとも１：２の比で存在する。つまり、効果的な消音効果を得るためには、前室の数に比べて少なくとも２倍の数の後室が存在することが望ましい。

同じ利点を得るために役立つ別の態様では、少なくとも１つの前室は、吐出量Ｐ_Ｆに関連して、式Ｖ＝０.８×Ｐ_Ｆ±６０％に従った自由な共振容積Ｖとして形成されている。この場合共振容積Ｖはｃｍ^３で、吐出量はｌ／ｍｉｎで測定される。後室に比べて好ましくは大きく形成された前室における自由な共振容積がこのようになっていることによって、既に前室によって、高い消音効果を得ることができる。

択一的に、前室の容積はまた、防音材料又は焼結材料によって完全に又は部分的に満たすことができる。好ましくは後室を単に部分的に防音材料によって満たすことが望ましく、このようになっていると、後室の内部に予備空間が生じる。この予備空間は、防音材料によって満たされた容積が予備空間の容積に対して２.７：１〜１.３：１の比で変動すると、特に有利である。特に好適な態様では、本発明による消音装置は、前部で４つの後室を有している。前室の容積を満たす防音材料は、好適には、プラスチック製の、好ましくはポリエチレン製の編組み織物である。択一的に、例えばＰＴＦＥ又は焼結青銅のような他の材料も使用可能である。

本発明の別の好適な態様では、前室は、それぞれ少なくとも１つの貫通部を備えかつ互いに間隔をおいて位置する複数の仕切りプレートを備えていてよい。この場合貫通部は好ましくは互いに向かい合って位置するように位置しており、これによって圧力衝撃は大きな波長を進む必要がある。個々の仕切りプレート相互の間隔は、均一であってよい。しかしながらまた、異なってプレート間隔、増大するプレート間隔又は減小するプレート間隔も可能であり、これによって圧力衝撃の種々様々な周波数成分を所望のように減衰することができる。

本発明の別の好適な態様では、後室における防音材料は、巻成されたストリップから成るプラスチック製の編組み織物であり、このストリップの長さは、巻成体が円筒形の後室における利用可能な大きさにちょうど適合するように設計されている。これによって、円筒形の後室を防音材料によって簡単かつ効果的に満たすことができる。

消音装置の後室は、消音装置の凝縮水遮断器の下側部分に組み込まれているか又は取り付けられていて、加熱ロッドの近傍に取り付けられている。このような配置形態の他に、鏡面対称の配置形態も可能である。

さらに別の態様では、後室は、それぞれ所属の絞り箇所を介して、対応配設された、好ましくは後室の上に位置する前室に接続されている。可能な限り高い防音効果を得るために、絞り箇所の直径は、後室の直径に対して１：２〜１：５の比にあることが望ましい。

さらに別の態様では、高い消音効果を生ぜしめるために、後室の容積の総和が、ただ１つの前室の容積に対して、１：６〜１：１０の容積比にある。

本発明を改善する別の態様では、加熱ロッドは、構成部材温度に関連して加熱ロッドのオン・オフを制御するサーモスタットエレメントを組み込まれて構成されている。つまり加熱ロッドの制御は、サーモスタットエレメントによって、外部からの影響なしに自動的に実現することができる。加熱ロッドは、好ましくは円筒形の消音器ハウジング全体に沿って延びており、このように構成されていると、加熱ロッドは高い加熱作用を発揮することができる。内部に前室及び後室を備えた消音器ハウジングは、可能な限り高い熱伝導性を生ぜしめるために、好ましくはアルミニウム合金から成っている。消音装置の熱的な特性を改善する別の態様では、消音器ハウジングは断熱ベルトによって取り囲まれている。このように構成されていると、加熱ロッドの加熱出力が消音器ハウジング内においてコントロールされ、熱の大部分が消音器ハウジングの表面を介して外部に放出されることがない、という利点が得られる。これによって、凝縮水が消音器ハウジングから導出される箇所において臨界的なマイナス温度が生じている場合でも、ポジティブな構成部材温度が維持される。

さらに別の態様では、消音器ハウジングへの空気入口と空気出口との間において、圧縮空気流が垂直に変向され、このような構成は、外側の接続部と、前室及び後室を通る圧縮空気案内路との配置形態によって実現することができる。そしてこのような構成は、消音の効果を改善する。

本発明を改善する別の態様では、制御装置に組み込まれた電磁弁からの排気が、電磁弁の流出騒音を消音するために、別体の管路を介して、消音器ハウジングに導かれている。なぜならば、制御装置は、空気乾燥装置の運転段階を切り換えるための電磁弁を有しており、この電磁弁の使用済み空気が制御装置のハウジングから吹き出されるからである。制御空気の吹出しは、追加的な空気流騒音を発生させるが、この騒音もまた同様に、本発明による消音装置によって消去される。

次に図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を説明する。

消音装置が配置された、圧縮空気供給システム用の空気乾燥装置を示す斜視図である。 第１実施形態による消音装置を分解して示す斜視図である。 図２に示した消音装置の組み立てられた状態を示す縦断面図である。 変化形による前室を備えた消音装置の別の実施態様を示す縦断面図である。 図４のＡ−Ａ線に沿って断面した横断面図である。

図１によれば、２室型空気乾燥装置が２つの乾燥容器１ａ，１ｂから成っており、両乾燥容器１ａ，１ｂは、２つの段階、つまり乾燥段階と再生段階において交互に作動し、これによって、貫流案内される連続的な湿った圧縮空気流の乾燥を保証することができる。

一方の乾燥容器１ａにおいて主空気流が乾燥させられる間に、他方の乾燥容器１ｂの乾燥剤は逆行運転によって再生される。これらの段階は、切換え弁２を介して、電子制御装置３に従って実施される。切換え弁２の出口側には、管路４を介して消音装置が接続されている。そのために管路４は入口開口５において消音器ハウジング６に連結されている。入口開口５は、空気乾燥装置から流出させられる凝縮水含有の圧縮空気を、供給するために働く。消音装置は、流出騒音を音響的に減衰するため、及び同時に、圧縮空気中に含有される凝縮水を外部に向かって確実に排出するために、つまり、消音器ハウジング６の底部に配置された４つの出口開口７を介して、排出するために働く。さらに、電子制御装置３からは電気ケーブル８が消音器ハウジング６に延びており、この電気ケーブル８を介して、消音器ハウジング６内における加熱ロッド（ここには図示せず）を運転するための電気エネルギが供給される。

出口開口７は、入口開口５によって設定された流入方向に対して垂直にずらされて配置されており、これによって消音器ハウジング６を貫流する圧縮空気を変向させることができる。

さらに、制御装置３に組み込まれた電磁弁の空気を、別体の管路２０を介して消音器ハウジング６内に空気抜きすることによって、電磁弁の流出騒音は消音される。さらに、ここでは同様に認識不能な加熱ロッドに、電気ライン２１を介して、消音器ハウジング６を加熱するための電気エネルギが供給される。

図２に示すように、入口開口５を介して供給される凝縮水含有の圧縮空気は、消音器ハウジング６に組み込まれた前室９に達し、この前室９は、底部側において、互いに並列もしくは平行に配置された４つの後室（図２にはそのうちの２つの後室だけしか見えない）１０ａ，１０ｂに開口している。４つの後室１０ａ〜１０ｄは、底部側に各１つの開口を外方に向かって形成しており、この開口は、消音器ハウジング６の出口開口７である。４つの後室１０ａ〜１０ｄは、消音器ハウジング６内において中心に配置された加熱ロッド１１の周りに配置されている。加熱ロッド１１は、消音器ハウジング６内において凝縮水が凍結することを回避するために、熱エネルギを供給するために働く。加熱ロッド１１は、組み込まれたサーモスタットエレメント１２を備えており、このサーモスタットエレメント１２は、構成部材温度に関連して加熱ロッド１１のオン・オフを自動的に制御する。

加熱ロッド１１によって生ぜしめられた熱エネルギが、使用されずに外方に達してしまうことを阻止するために、消音器ハウジング６は、２つのシェルから成る断熱外装１３によって取り囲まれており、この断熱外装１３は、絶縁材料から成っている。

図３に示すように、看取可能な後室１０ａ〜１０ｄは、所属の絞り箇所１４（例として図示）を介して、それぞれ対応配設された大容積の前室９に接続されている。これらの絞り箇所１４によって、消音装置の高い消音効果が生ぜしめられる。後室１０ａ〜１０ｄは、この実施形態では部分的に防音材料１５によって満たされており、この防音材料１５は、螺旋形に巻回されたプラスチック製の網状織布として形成されている。

図４に示した、本発明による解決策の別の実施形態では、前室９内に、互いに間隔をおいて配置された複数の仕切りプレート１６が配置されていて、これらの仕切りプレート１６はそれぞれ少なくとも１つの貫通孔を備えており、これによって、さらに別の防音効果を得ることができる。この場合仕切りプレート１６は、互いに等しい間隔をおいて配置されている。この実施形態においても後室１０ａ〜１０ｄは、消音のために、横方向に延びる複数のスクリーンプレート１７によって満たされている。

図５に示した、後室１０ａ〜１０ｄの高さにおいて断面した消音器ハウジング６の横断面図から分かるように、後室１０ａ〜１０ｄは、それぞれ円筒形に形成されていて、ハウジング中間ウェブ１８を形成しながら互いに等距離をおいて配置されている。さらに後室１０ａ〜１０ｄは、仮想の円周１９に沿って同軸的に消音器ハウジング６内に配置され、かつこの消音器ハウジング６内において中心に配置された加熱ロッド１１の周りに配置されている。ハウジング中間ウェブ１８は、該ハウジング中間ウェブ１８の最も細い領域に描かれた円周１９の周囲長さの４０％よりも短い長さを有している。これによって、外方への不所望の熱排出が最小になり、かつ同時に十分な構成部材安定性が得られる。

本発明は、上に述べた２つの実施形態に制限されるものではない。後に記載する請求項の保護範囲によって包含されている種々の変化形もまた可能である。例えば、ここに記載した消音装置を、１室型空気乾燥装置において使用することも可能である。

１ 乾燥容器
２ 切換え弁
３ 制御装置
４ 管路
５ 入口開口
６ 消音器ハウジング
７ 出口開口
８ 電気ケーブル
９ 前室
１０ 後室
１１ 加熱ロッド
１２ サーモスタットエレメント
１３ 断熱外装
１４ 絞り箇所
１５ 防音材料
１６ 仕切りプレート
１７ スクリーンプレート
１８ ハウジング中間ウェブ
１９ 円周
２０ 管路
２１ 電気ライン

Claims (12)

1. 圧縮空気供給システムの空気乾燥装置のための消音装置であって、消音器ハウジング（６）が設けられていて、該消音器ハウジング（６）に、前記空気乾燥装置から流出される凝縮水含有の圧縮空気を供給するための入口開口（５）と、凝縮水含有の前記圧縮空気を外部に排出するための少なくとも１つの出口開口（７）とが配置されている、消音装置において、
   前記入口開口（５）は、前記消音器ハウジング（６）の少なくとも１つの前室（９）に開口していて、該前室（９）は、互いに並列もしくは平行に配置された複数の後室（１０ａ〜１０ｄ）に開口しており、該後室（１０ａ〜１０ｄ）は、前記消音器ハウジング（６）において中心に配置された加熱ロッド（１１）の周りに配置されていることを特徴とする、圧縮空気供給システムの空気乾燥装置のための消音装置。
2. 前記後室（１０ａ〜１０ｄ）はそれぞれ円筒形状に形成されており、かつハウジング中間ウェブ（１８）を形成しながら互いに等距離をおいて配置され、かつ前記消音器ハウジング（６）内に該消音器ハウジング（６）に対して同軸的に配置された加熱ロッド（１１）を中心にした円周（１９）に沿って配置されている、請求項１記載の消音装置。
3. 前記前室（９）の数と前記後室（１０ａ〜１０ｄ）の数とが、少なくとも１：２の比で存在する、請求項１記載の消音装置。
4. 前記ハウジング中間ウェブ（１８）は、該ハウジング中間ウェブ（１８）の最も細い領域に描かれた前記円周（１９）の周囲長さの４０％よりも短い周囲長さを有している、請求項２記載の消音装置。
5. 前記少なくとも１つの前室（９）の共振容積（Ｖ）は、前記圧縮空気の吐出量（ＰＦ）に関連して、式Ｖ＝０.８×ＰＦ±６０％に従っている、請求項１記載の消音装置。
6. 前記少なくとも１つの前室（９）は、少なくとも部分的に防音材料又は焼結材料によって満たされている、請求項１記載の消音装置。
7. 前記少なくとも１つの前室（９）内に、それぞれ少なくとも１つの貫通部を備えかつ互いに間隔をおいて位置する複数の仕切りプレート（１６）が配置されている、請求項１記載の消音装置。
8. 前記後室（１０ａ〜１０ｄ）の容積の総和が、ただ１つの前室（９）の容積に対して、１：６〜１：１０の容積比にある、請求項１記載の消音装置。
9. 前記後室（１０ａ〜１０ｄ）は、それぞれ所属の絞り箇所（１４）を介して、対応配設された前室（９）に接続されている、請求項１記載の消音装置。
10. 前記空気乾燥装置を制御する制御装置（３）に組み込まれた電磁弁からの排気が、管路（２０）を介して、前記消音器ハウジング（６）における前記少なくとも１つの前室（９）又は前記後室（１０ａ〜１０ｄ）のうちの１つに導かれている、請求項１から９までのいずれか１項記載の消音装置。
11. 前記消音器ハウジング（６）は、断熱外装（１３）内に閉じ込められている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の消音装置。
12. 前記出口開口（７）は、前記消音器ハウジング（６）を貫流する圧縮空気流を変向させるために、前記入口開口（５）によって設定された、前記消音器ハウジング（６）内への圧縮空気の流入方向に対して垂直にずらされて、配置されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の消音装置。

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