DE102018220739A1 - Device for operating a fuel cell unit for a rail vehicle and rail vehicle - Google Patents
Device for operating a fuel cell unit for a rail vehicle and rail vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- DE102018220739A1 DE102018220739A1 DE102018220739.9A DE102018220739A DE102018220739A1 DE 102018220739 A1 DE102018220739 A1 DE 102018220739A1 DE 102018220739 A DE102018220739 A DE 102018220739A DE 102018220739 A1 DE102018220739 A1 DE 102018220739A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- compressor
- fuel cell
- air mass
- cell unit
- mass flow
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
- B61C3/00—Electric locomotives or railcars
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L1/00—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
- B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
- B60L50/70—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by fuel cells
- B60L50/72—Constructional details of fuel cells specially adapted for electric vehicles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
- B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L2200/00—Type of vehicles
- B60L2200/26—Rail vehicles
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Eine Vorrichtung (10) zum Betreiben einer Brennstoffzelleneinheit (2) für ein Schienenfahrzeug (1) umfasst einen mehrstufig ausgebildeten Kompressor mit einer ersten Verdichterstufe (11) und einer strömungstechnisch nachfolgenden zweiten Verdichterstufe (12), wobei die erste Verdichterstufe (11) einen Einlass zum Einbringen von Luft in den Kompressor aufweist, der strömungstechnisch mit einer Einlassleitung (15) koppelbar ist, und wobei die zweite Verdichterstufe (12) einen Auslass zum Bereitstellen eines komprimierten Luftmassestroms aufweist, der strömungstechnisch mit einer Auslassleitung (18) koppelbar ist. Die Vorrichtung (10) weist ferner die Brennstoffzelleneinheit (2) auf, die mit dem Kompressor gekoppelt und strömungstechnisch zwischen der ersten Verdichterstufe (11) und der zweiten Verdichterstufe (12) angeordnet ist. Der Kompressor ist dazu eingerichtet, einen komprimierten, ersten Luftmassestrom für die Brennstoffzelleneinheit (2) und einen von dem ersten Luftmassestrom unterschiedlichen komprimierten, zweiten Luftmassestrom für einen an den Auslass koppelbaren Verbraucher (4, 6) bereitzustellen. A device (10) for operating a fuel cell unit (2) for a rail vehicle (1) comprises a multi-stage compressor with a first compressor stage (11) and a second compressor stage (12) in terms of flow technology, the first compressor stage (11) having an inlet for Introducing air into the compressor, which can be fluidly coupled to an inlet line (15), and wherein the second compressor stage (12) has an outlet for providing a compressed air mass flow, which can be fluidly coupled to an outlet line (18). The device (10) also has the fuel cell unit (2), which is coupled to the compressor and is arranged in terms of flow between the first compressor stage (11) and the second compressor stage (12). The compressor is set up to provide a compressed, first air mass flow for the fuel cell unit (2) and a compressed, second air mass flow different from the first air mass flow for a consumer (4, 6) that can be coupled to the outlet.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennstoffzelleneinheit für ein Schienenfahrzeug und ein korrespondierendes Schienenfahrzeug.The present invention relates to a device for operating a fuel cell unit for a rail vehicle and a corresponding rail vehicle.
Ein Brennstoffzellensystem kann als Antriebsquelle für ein Schienenfahrzeug dienen. Darin wird zum Beispiel Wasserstoff als Betriebsmittel mit in einem Luftstrom befindlichen Sauerstoff oxidiert, um elektrische Antriebsenergie für das Schienenfahrzeug zu generieren und bereitzustellen.A fuel cell system can serve as a drive source for a rail vehicle. In it, for example, hydrogen is oxidized as operating material with oxygen in an air stream in order to generate and provide electrical drive energy for the rail vehicle.
Es ist eine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennstoffzelleneinheit für ein Schienenfahrzeug bereitzustellen, die einen effizienten und kostengünstigen Betrieb eines Brennstoffzellensystems ermöglicht. Es ist ferner eine Aufgabe, ein Schienenfahrzeug mit einer solchen Vorrichtung zum Betreiben einer Brennstoffzelleneinheit bereitzustellen.It is an object of the invention to provide a device for operating a fuel cell unit for a rail vehicle which enables an efficient and inexpensive operation of a fuel cell system. It is also an object to provide a rail vehicle with such a device for operating a fuel cell unit.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung bzw. ein Schienenfahrzeug mit den Merkmalen der betreffenden unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Vorrichtung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.The object is achieved by a device or a rail vehicle with the features of the relevant independent claims. Refinements and developments of the device are specified in the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt umfasst eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennstoffzelleneinheit für ein Schienenfahrzeug einen mehrstufig ausgebildeten Kompressor mit einer ersten Verdichterstufe und einer strömungstechnisch nachfolgenden zweiten Verdichterstufe, wobei die erste Verdichterstufe einen Einlass zum Einbringen von Luft in den Kompressor aufweist, der strömungstechnisch mit einer Einlassleitung koppelbar ist, und wobei die zweite Verdichterstufe einen Auslass zum Bereitstellen eines komprimierten Luftmassestroms aufweist, der strömungstechnisch mit einer Auslassleitung koppelbar ist. Die Vorrichtung weist ferner die Brennstoffzelleneinheit auf, die mit dem Kompressor gekoppelt und strömungstechnisch zwischen der ersten Verdichterstufe und der zweiten Verdichterstufe angeordnet ist. Der Kompressor ist dazu eingerichtet, einen komprimierten, ersten Luftmassestrom für die Brennstoffzelleneinheit und einen von dem ersten Luftmassestrom unterschiedlichen komprimierten, zweiten Luftmassestrom für einen an den Auslass koppelbaren Verbraucher bereitzustellen.According to a first aspect, a device for operating a fuel cell unit for a rail vehicle comprises a multi-stage compressor with a first compressor stage and a second compressor stage following in terms of flow technology, the first compressor stage having an inlet for introducing air into the compressor, which can be coupled with an inlet line in terms of flow technology is, and wherein the second compressor stage has an outlet for providing a compressed air mass flow, which is fluidically coupled to an outlet line. The device also has the fuel cell unit, which is coupled to the compressor and is arranged in terms of flow between the first compressor stage and the second compressor stage. The compressor is set up to provide a compressed, first air mass flow for the fuel cell unit and a compressed, second air mass flow different from the first air mass flow for a consumer that can be coupled to the outlet.
Mittels der beschriebenen Vorrichtung ist es auf einfache Weise möglich, eine Brennstoffzelleneinheit energiesparend und effizient zu betreiben sowie zu einem umweltschonenden und kostengünstigen Betrieb eines entsprechenden Schienenfahrzeugs beizutragen. Insbesondere kann eine solche Vorrichtung ein Antriebssystem für das Schienenfahrzeug realisieren oder mit ausbilden.By means of the described device, it is possible in a simple manner to operate a fuel cell unit in an energy-saving and efficient manner and to contribute to an environmentally friendly and inexpensive operation of a corresponding rail vehicle. In particular, such a device can implement or form a drive system for the rail vehicle.
Schienenfahrzeuge, wie Lokomotiven, Waggons, Triebzüge, Straßen- oder Untergrundbahnen, benötigen eine zuverlässige Druckluftversorgung für verschiedene Luftmasseverbraucher. Mittels eines Kompressors kann eine dafür erforderliche Druckluft bereitgestellt werden. Weist ein solches Schienenfahrzeug ferner ein Brennstoffzellensystem als ein Antriebssystem auf, wird Sauerstoff benötigt, um die chemische Reaktion von beispielsweise als Betriebsmittel verwendetem Wasserstoff mit diesem Sauerstoff zur Stromerzeugung zu ermöglichen.Rail vehicles, such as locomotives, wagons, multiple units, trams or subways, require a reliable compressed air supply for various air mass consumers. The compressed air required for this can be provided by means of a compressor. If such a rail vehicle furthermore has a fuel cell system as a drive system, oxygen is required in order to enable the chemical reaction of hydrogen used, for example, as operating material, with this oxygen to generate electricity.
Die beschriebene Vorrichtung umfasst lediglich einen einzigen leistungsstarken Kompressor, welcher die Versorgung der Brennstoffzelleneinheit und zudem weiterer Luftmasseverbraucher gleichzeitig ermöglicht. Somit kann ein separater Kompressor für die Brennstoffzelleneinheit eingespart werden und das Ansprechverhalten oder eine Reaktionszeit der Brennstoffzelleneinheit durch einen solchen kombinierten Kompressor verbessert werden.The device described comprises only a single powerful compressor, which enables the supply of the fuel cell unit and also other air mass consumers at the same time. A separate compressor for the fuel cell unit can thus be saved and the response behavior or a reaction time of the fuel cell unit can be improved by such a combined compressor.
Der Kompressor der Vorrichtung übernimmt zwei unterschiedliche Funktionalitäten. Zum einen übernimmt er die Druckluftversorgung angeschlossener Verbraucher, wie Bremssystem, Luftfederung und Türmechanismen des Schienenfahrzeugs. Zum anderen übernimmt er die Sauerstoffversorgung der Brennstoffzelleneinheit, die einen Luftmassestrom mit anderen Eigenschaften benötigt als die zuvor beschriebenen Druckluftverbraucher.The compressor of the device performs two different functions. On the one hand, it takes over the compressed air supply for connected consumers, such as the braking system, air suspension and door mechanisms of the rail vehicle. On the other hand, it takes over the oxygen supply to the fuel cell unit, which requires an air mass flow with different properties than the compressed air consumers described above.
Gemäß einer Weiterbildung der Vorrichtung ist der Kompressor dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von einer Betriebsleistung der Brennstoffzelleneinheit eine vorgegebene Kompressorleistung bereitzustellen. Die Kompressorleistung ist in Abstimmung auf die zu versorgende Brennstoffzelleneinheit ausgebildet, um ein zuverlässiges und durchgängiges Betreiben der Brennstoffzelleneinheit zu ermöglichen.According to a development of the device, the compressor is set up to provide a predetermined compressor output as a function of an operating output of the fuel cell unit. The compressor output is designed in coordination with the fuel cell unit to be supplied in order to enable reliable and continuous operation of the fuel cell unit.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung ist der Kompressor dazu eingerichtet, eine Kompressorleistung von mindestens 10 kW, bevorzugt mindestens 15 kW, beispielsweise 15 kW - 17 kW, bereitzustellen. Ein zu einer solchen Kompressorleistung befähigter Kompressor ermöglicht eine sichere und zuverlässige Versorgung angeschlossener Luftmassestromverbraucher mit Druckluft und der Brennstoffzellenleitung mit Sauerstoff.According to a preferred embodiment of the device, the compressor is set up to provide a compressor output of at least 10 kW, preferably at least 15 kW, for example 15 kW-17 kW. A compressor capable of such a compressor performance enables a safe and reliable supply of connected air mass flow consumers with compressed air and the fuel cell line with oxygen.
Gemäß einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung ist der Kompressor dazu eingerichtet, mittels der ersten Verdichterstufe einen ersten Luftmassestrom von mindestens 90 g/s oder mindestens 100 g/s mit einem Luftdruck von mindestens 1,2 bar oder mindestens 1,4 bar und mittels der zweiten Verdichterstufe einen zweiten Luftmassestrom von mindestens 3 g/s oder mindestens 4 g/s mit einem Luftdruck von mindestens 7 bar oder mindestens 8 bar bereitzustellen. Insbesondere ist der Kompressor dazu ausgebildet, mittels der ersten Verdichterstufe einen ersten Luftmassestrom von 120 g/s mit einem Luftdruck von 1,5 - 2,0 bar und mittels der zweiten Verdichterstufe einen zweiten Luftmassestrom von 5 g/s mit einem Luftdruck von 10,0 bar bereitzustellen.According to a further preferred embodiment of the device, the compressor is set up to use the first compressor stage to produce a first air mass flow of at least 90 g / s or at least 100 g / s with an air pressure of at least 1.2 bar or at least 1.4 bar and by means of the second compressor stage to provide a second air mass flow of at least 3 g / s or at least 4 g / s with an air pressure of at least 7 bar or at least 8 bar. In particular, the compressor is designed to use the first compressor stage to produce a first air mass flow of 120 g / s with an air pressure of 1.5-2.0 bar and by means of the second compressor stage a second air mass flow of 5 g / s with an air pressure of 10. 0 bar to provide.
Der erste Luftmassestrom mit den beschriebenen Eigenschaften repräsentiert einen bevorzugten Volumenstrom, welcher für einen sicheren und zuverlässigen Betrieb der Brennstoffzelleneinheit benötigt wird. Der zweite Luftmassestrom mit den beschriebenen Eigenschaften stellt einen bevorzugten Volumenstrom dar, welcher für eine kontrollierte Druckluftversorgung angeschlossener Verbraucher des Schienenfahrzeugs benötigt wird.The first air mass flow with the properties described represents a preferred volume flow, which is required for safe and reliable operation of the fuel cell unit. The second air mass flow with the described properties represents a preferred volume flow, which is required for a controlled compressed air supply to connected consumers of the rail vehicle.
Der Kompressor der Vorrichtung ist hinsichtlich seiner Leistungsstärke so ausgebildet, dass er eine zuverlässige Zugdruckluftversorgung ermöglicht und zudem in der Lage ist, die zusätzlich benötigte Druckluftmenge für den Betrieb der Brennstoffzelleneinheit bereitzustellen. Somit ist es nicht erforderlich zwei oder mehrere separate Kompressoren vorzusehen, die getrennt voneinander eine jeweilige Funktionalität übernehmen und einen jeweiligen Luftmassestrom bereitstellen.With regard to its performance, the compressor of the device is designed in such a way that it enables a reliable supply of draft air and is also able to provide the additionally required amount of compressed air for the operation of the fuel cell unit. It is therefore not necessary to provide two or more separate compressors, which take over a respective functionality separately and provide a respective air mass flow.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die Vorrichtung einen Luftmassespeicher auf, der strömungstechnisch mit der Brennstoffzelleneinheit und dem Kompressor gekoppelt ist. Auf diese Weise kann eine fortwährende zuverlässige Versorgung der Brennstoffzelleneinheit mit einem Luftmassestrom und Bereitstellung von Sauerstoff erreicht werden. Der Luftmassespeicher ist daher insbesondere dazu ausgebildet, einen ersten Luftmassestrom mit zuvor beschriebenen Eigenschaften aufzunehmen, zu speichern und bei Bedarf an die Brennstoffzelleneinheit abzugeben.According to a preferred development, the device has an air mass accumulator which is fluidly coupled to the fuel cell unit and the compressor. In this way, a continuous, reliable supply of the fuel cell unit with an air mass flow and provision of oxygen can be achieved. The air mass storage device is therefore in particular designed to receive a first air mass flow with the properties described above, to store it and to deliver it to the fuel cell unit if required.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Vorrichtung einen oder mehrere Druckluftspeicher auf, der bzw. die strömungstechnisch nachfolgend zu der zweiten Verdichterstufe mit dem Kompressor gekoppelt ist bzw. sind und zum Koppeln mit einem Luftmasseverbraucher ausgebildet ist bzw. sind. Auf diese Weise kann eine fortwährende und zuverlässige Versorgung an der Vorrichtung angeschlossener Verbraucher mit Druckluft erreicht werden. Der Druckluftspeicher ist daher insbesondere dazu ausgebildet, einen zweiten Luftmassestrom mit zuvor beschriebenen Eigenschaften aufzunehmen, zu speichern und bei Bedarf an die angeschlossenen Verbraucher des Schienenfahrzeugs abzugeben.According to a further preferred development, the device has one or more compressed air reservoirs, which is or are fluidically coupled to the compressor downstream of the second compressor stage and is or are designed to be coupled to an air mass consumer. In this way, a continuous and reliable supply of compressed air to consumers connected to the device can be achieved. The compressed air accumulator is therefore designed in particular to receive a second air mass flow with the properties described above, to store it and, if necessary, to deliver it to the connected consumers of the rail vehicle.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung umfasst die Vorrichtung ein Regelungsventil zum Regeln eines Luftmassestroms, das strömungstechnisch zwischen der ersten Verdichterstufe und der zweiten Verdichterstufe angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Regelungsventil strömungstechnisch zwischen der ersten Verdichterstufe und der Brennstoffzelleneinheit angeordnet. Somit kann ein Luftmassestrom gezielt kontrolliert und der Brennstoffzelleneinheit und/oder der zweiten Verdichterstufe zugeführt werden. Beispielsweise ist das Regelungsventil als Kreuzventil ausgebildet, an dessen strömungsseitigen Eingang die erste Verdichterstufe angeschlossen ist und an dessen zwei strömungsseitigen Ausgängen einerseits die Brennstoffzelleneinheit und andererseits die zweite Verdichterstufe angeschlossen sind.According to a preferred development, the device comprises a control valve for regulating an air mass flow, which is arranged in terms of flow between the first compressor stage and the second compressor stage. In terms of flow technology, the control valve is preferably arranged between the first compressor stage and the fuel cell unit. An air mass flow can thus be controlled in a targeted manner and fed to the fuel cell unit and / or the second compressor stage. For example, the control valve is designed as a cross valve, to the flow-side input of which the first compressor stage is connected and to whose two flow-side outputs on the one hand the fuel cell unit and on the other hand the second compressor stage are connected.
Die beschriebene Vorrichtung mit dem einen Kompressor, welcher mit der Versorgung der Brennstoffzelleneinheit und dem Bereitstellen von Zugdruckluft unterschiedliche Funktionalitäten kombiniert, ermöglicht Vorteile im Vergleich zu einer Anordnung, welche mehrere separate Kompressoren aufweist. Unter anderem kann mittels der Vorrichtung, insbesondere durch Verwendung eines optionalen Luftmassespeichers für die Brennstoffzelleneinheit, die Dynamik der Brennstoffzelleneinheit verbessert werden. Die für den Betrieb der Brennstoffzelleneinheit benötigte Luftmasse kann vorsorglich im Luftmassenspeicher schon mit dem entsprechenden Luftdruck gespeichert werden und bei Bedarf sofort in die Brennstoffzelleneinheit geleitet werden.The device described with the one compressor, which combines different functionalities with the supply of the fuel cell unit and the provision of draft air, enables advantages compared to an arrangement which has several separate compressors. Among other things, the dynamics of the fuel cell unit can be improved by means of the device, in particular by using an optional air mass storage for the fuel cell unit. As a precaution, the air mass required for the operation of the fuel cell unit can already be stored in the air mass storage device with the appropriate air pressure and, if necessary, can be passed directly into the fuel cell unit.
Darüber hinaus ermöglicht die beschriebene Vorrichtung mit dem lediglich einen kombinierten Kompressor ein effizienteres Betreiben der Brennstoffzelleneinheit und weist zudem einen Gewichtsvorteil auf, welcher zu einer erhöhten Reichweite eines Schienenfahrzeugs und zu verringerten Treibstoffkosten beitragen kann. Außerdem werden Geräuschemissionen durch einen zusätzlichen Kompressor vermieden. Ferner bietet die Vorrichtung mit dem kombinierten Kompressor einen kompakteren Aufbau und bedarf eine geringere Leistungsaufnahme als mehrere separate Kompressoren, die jeweils nur eine Funktion bedienen.In addition, the described device with the only one combined compressor enables the fuel cell unit to be operated more efficiently and also has a weight advantage, which can contribute to an increased range of a rail vehicle and to reduced fuel costs. An additional compressor also prevents noise emissions. Furthermore, the device with the combined compressor offers a more compact structure and requires less power than several separate compressors, each of which serves only one function.
Der kombinierte Kompressor ist mehrstufig, zumindest zweistufig, ausgeführt und weist daher zwei oder mehr Verdichterstufen auf. Die Luftentnahme für die Versorgung der Brennstoffzelleneinheit wird nach der ersten Verdichterstufe angesetzt, um zu einem geringen Gesamtenergieverbrauch beizutragen. Darüber hinaus ergeben sich weitere Kosteneinsparungen, da der eine kombinierte Kompressor kostengünstiger ist als mehrere separate Kompressoren. Weitere Einsparpotentiale in Bezug auf laufende Kosten ergeben sich insbesondere bei der Instandhaltung der Vorrichtung. Instandhaltungskosten eines Kompressors für die Brennstoffzelleneinheit tragen zum Beispiel zu fast 50 % der jährlichen Instandhaltungskosten eines Brennstoffzellensystems bei, welche mittels der beschriebenen Vorrichtung und des multifunktionalen Kompressors deutlich reduziert werden können.The combined compressor is multi-stage, at least two-stage, and therefore has two or more compressor stages. The air extraction for the supply of the fuel cell unit is set after the first compressor stage in order to contribute to a low total energy consumption. In addition, there are further cost savings, since the one combined compressor is cheaper than several separate ones Compressors. Further savings potential with regard to running costs arise in particular in the maintenance of the device. Maintenance costs of a compressor for the fuel cell unit contribute, for example, to almost 50% of the annual maintenance costs of a fuel cell system, which can be significantly reduced by means of the described device and the multifunctional compressor.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst ein Schienenfahrzeug eine Ausgestaltung der zuvor beschriebenen Vorrichtung zum Betreiben einer Brennstoffzelleneinheit sowie einen Luftmassestromverbraucher, der mit der Vorrichtung gekoppelt ist. Das Schienenfahrzeug realisiert zum Beispiel einen Antriebszug, welcher sich der Vorrichtung zur Bereitstellung von elektrischer Energie bedient. Die Brennstoffzelleneinheit stellt einen Verbraucher von einem Luftmassestrom dar, der strömungstechnisch nachfolgend zu der ersten Verdichterstufe angeordnet ist und mit dem mittels des Kompressors bereitgestellten ersten Luftmassestrom versorgt werden kann. Der Luftmassestromverbraucher ist beispielsweise ein Bremssystem, eine Luftfederung, eine WC - Anlage und/oder ein Türmechanismus des Schienenfahrzeugs, welche mit Druckluft betrieben werden. According to a further aspect, a rail vehicle comprises an embodiment of the device described above for operating a fuel cell unit and an air mass flow consumer which is coupled to the device. The rail vehicle realizes, for example, a drive train which uses the device for providing electrical energy. The fuel cell unit represents a consumer of an air mass flow which is arranged downstream of the first compressor stage in terms of flow technology and can be supplied with the first air mass flow provided by means of the compressor. The air mass flow consumer is, for example, a brake system, an air suspension, a toilet system and / or a door mechanism of the rail vehicle, which are operated with compressed air.
Alternativ oder zusätzlich können weitere mit Druckluft zu versorgende Verbraucher mit der Vorrichtung gekoppelt sein. Ein solcher Luftmassestromverbraucher ist strömungstechnisch nachfolgend zu der zweiten Verdichterstufe angeordnet und kann mit dem mittels des Kompressors bereitgestellten zweiten Luftmassestrom versorgt werden.Alternatively or additionally, further consumers to be supplied with compressed air can be coupled to the device. Such an air mass flow consumer is arranged downstream of the second compressor stage in terms of flow technology and can be supplied with the second air mass flow provided by means of the compressor.
Auf diese Weise kann mittels der beschriebenen Vorrichtung und eines kombinierten Kompressors ein effizienter, kostengünstiger und wartungsarmer Betrieb des Schienenfahrzeugs ermöglicht werden. Dadurch, dass das Schienenfahrzeug eine Ausgestaltung der zuvor beschriebenen Vorrichtung umfasst, sind, sofern zutreffend, beschriebene Eigenschaften und Merkmale der Vorrichtung auch für das Schienenfahrzeug offenbart und umgekehrt.In this way, an efficient, cost-effective and low-maintenance operation of the rail vehicle can be made possible by means of the described device and a combined compressor. Characterized in that the rail vehicle includes a configuration of the device described above, if applicable, described properties and features of the device are also disclosed for the rail vehicle and vice versa.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Schienenfahrzeugs mit einer Brennstoffzelleneinheit, und -
2 ein schematisches Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Betreiben der Brennstoffzelleneinheit nach1 .
-
1 a schematic representation of a rail vehicle with a fuel cell unit, and -
2 a schematic embodiment of a device for operating the fuel cell unit according to1 ,
Die Vorrichtung
Durch die Einlassleitung
Das Regelungsventil
Ein zum Betreiben der Brennstoffzelleneinheit
Die Vorrichtung
Die Vorrichtung
Die beschriebene Vorrichtung
Die beschriebene Vorrichtung
Auf diese Weise kann daher mittels der beschriebenen Vorrichtung
BezugszeichenlisteReference list
- 11
- SchienenfahrzeugRail vehicle
- 22
- BrennstoffzelleneinheitFuel cell unit
- 33
- LuftmassenspeicherAir mass storage
- 44
- Verbraucher / BremssystemConsumer / braking system
- 55
- BetriebsmittelbehälterEquipment container
- 66
- Verbraucher / TürmechanismusConsumer / door mechanism
- 77
- DruckluftspeicherCompressed air reservoir
- 1010
- Vorrichtungcontraption
- 1111
- erste Verdichterstufefirst compressor stage
- 1212th
- zweite Verdichterstufesecond compressor stage
- 1414
- KompressorwelleCompressor shaft
- 1515
- EinlassleitungInlet pipe
- 1616
- RegelungsventilControl valve
- 1717
- ZuleitungSupply
- 1818th
- AuslassleitungExhaust pipe
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018220739.9A DE102018220739A1 (en) | 2018-11-30 | 2018-11-30 | Device for operating a fuel cell unit for a rail vehicle and rail vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018220739.9A DE102018220739A1 (en) | 2018-11-30 | 2018-11-30 | Device for operating a fuel cell unit for a rail vehicle and rail vehicle |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102018220739A1 true DE102018220739A1 (en) | 2020-03-05 |
Family
ID=69526868
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102018220739.9A Ceased DE102018220739A1 (en) | 2018-11-30 | 2018-11-30 | Device for operating a fuel cell unit for a rail vehicle and rail vehicle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102018220739A1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102020212386A1 (en) | 2020-09-30 | 2022-03-31 | Siemens Mobility GmbH | Air storage of humidifiers for fuel cells of a vehicle |
EP4044302A1 (en) * | 2021-02-16 | 2022-08-17 | KNORR-BREMSE Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH | Pneumatic supply system |
DE102022111917A1 (en) | 2022-05-12 | 2023-11-16 | Zf Cv Systems Global Gmbh | Vehicle with a fuel cell system and method for operating it |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10013660A1 (en) * | 2000-03-20 | 2001-09-27 | Volkswagen Ag | Vehicle with fuel cell has air supply arrangement with air reservoir connected in parallel with air compressor or in series with upstream air compressor with which reservoir interacts |
JP2004112921A (en) * | 2002-09-19 | 2004-04-08 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd | Fuel cell driven railroad car and fuel cell driven railroad car unit |
CN107310343A (en) * | 2017-06-08 | 2017-11-03 | 西安交通大学 | A kind of new-energy automobile central gas supply system and air supply method |
-
2018
- 2018-11-30 DE DE102018220739.9A patent/DE102018220739A1/en not_active Ceased
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10013660A1 (en) * | 2000-03-20 | 2001-09-27 | Volkswagen Ag | Vehicle with fuel cell has air supply arrangement with air reservoir connected in parallel with air compressor or in series with upstream air compressor with which reservoir interacts |
JP2004112921A (en) * | 2002-09-19 | 2004-04-08 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd | Fuel cell driven railroad car and fuel cell driven railroad car unit |
CN107310343A (en) * | 2017-06-08 | 2017-11-03 | 西安交通大学 | A kind of new-energy automobile central gas supply system and air supply method |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102020212386A1 (en) | 2020-09-30 | 2022-03-31 | Siemens Mobility GmbH | Air storage of humidifiers for fuel cells of a vehicle |
EP3989317A1 (en) | 2020-09-30 | 2022-04-27 | Siemens Mobility GmbH | Air suspension of humidifiers for fuel cells of a vehicle |
DE102020212386B4 (en) | 2020-09-30 | 2022-06-15 | Siemens Mobility GmbH | Air storage of humidifiers for fuel cells of a vehicle |
EP4044302A1 (en) * | 2021-02-16 | 2022-08-17 | KNORR-BREMSE Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH | Pneumatic supply system |
DE102022111917A1 (en) | 2022-05-12 | 2023-11-16 | Zf Cv Systems Global Gmbh | Vehicle with a fuel cell system and method for operating it |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102018220739A1 (en) | Device for operating a fuel cell unit for a rail vehicle and rail vehicle | |
DE102011084539B3 (en) | Turbo supercharger for internal combustion engine of motor car, has compressor whose venturi nozzle is connected with activated charcoal filter and diverter valve is connected with venturi nozzle and opened for venting filter | |
EP2582560A1 (en) | Device, method, and system for compressed air control and compressed air supply | |
EP3598551B1 (en) | Device and method for operating a fuel cell unit and vehicle | |
DE112018000542B4 (en) | Suspension system | |
DE102007010268A1 (en) | Mixing device for aircraft air conditioning | |
DE102020202570A1 (en) | Cleaning device | |
DE102008023594A1 (en) | compressor unit | |
WO2017021403A1 (en) | Device and method for compressed air supply | |
DE102015115368A1 (en) | Method and device for controlling an air dryer unit of an air supply system for the main and auxiliary air supply, in particular for a rail vehicle | |
DE102017127218A1 (en) | The fuel cell system | |
DE102022112099A1 (en) | Fuel cell system and method for its operation | |
DE102012219061A1 (en) | System for performing hydrogen supply of polymer electrolyte membrane fuel cell mounted in motor car, has pressure reducer with spring chamber that is pressure-loaded and spring-loaded by using prevailing pressure of valve piston | |
DE102018213713A1 (en) | Fuel cell system and method for switching off a fuel cell system | |
DE102018213695A1 (en) | Fuel cell system and method for switching off a fuel cell system | |
EP1964743B1 (en) | Compressed air supply device for a commercial vehicle and method for operating a compressed air supply device | |
DE102018112454A1 (en) | Device for supplying air to a fuel cell | |
DE102014109334A1 (en) | Electric power steering system with integrated electric actuator and method of controlling the same | |
EP1230700A2 (en) | Device for supplying the consumers of a fuel cell system with liquid media | |
DE102016111100A1 (en) | Valve device for increasing the performance of multistage compressor units | |
EP3852176A1 (en) | Fuel cell system | |
DE102017007090A1 (en) | Vehicle with a fuel cell system | |
DE102014018307A1 (en) | Device for increasing the electrical insulation resistance | |
DE102012215103A1 (en) | Fuel cell system for hybrid car, has pressurized air conveyor for providing compressed air to fuel cell having operating pressure, and another air conveyor for providing compressed air at pressure higher than operating pressure of fuel cell | |
DE102012000886A1 (en) | Electric turbocharger for supplying air to a fuel cell |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R230 | Request for early publication | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |