EP3805566A1 - Tunnelbelüftungsanlage - Google Patents

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Publication number
EP3805566A1
EP3805566A1 EP20201241.5A EP20201241A EP3805566A1 EP 3805566 A1 EP3805566 A1 EP 3805566A1 EP 20201241 A EP20201241 A EP 20201241A EP 3805566 A1 EP3805566 A1 EP 3805566A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ventilation system
tunnel ventilation
fan
motor
fuel
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.)
Pending
Application number
EP20201241.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Werner Rittmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wettertechnik GmbH
Original Assignee
Wettertechnik GmbH
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102020119263.0A external-priority patent/DE102020119263A1/de
Application filed by Wettertechnik GmbH filed Critical Wettertechnik GmbH
Publication of EP3805566A1 publication Critical patent/EP3805566A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00—Axial-flow pumps
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F1/00—Ventilation of mines or tunnels; Distribution of ventilating currents
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00—Pumping installations or systems
    • F04D25/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/60—Mounting; Assembling; Disassembling
    • F04D29/601—Mounting; Assembling; Disassembling specially adapted for elastic fluid pumps

Definitions

  • the invention relates to a tunnel ventilation system according to the preamble of the independent device claim and a method for ventilating tunnels and / or shaft systems with the aid of a corresponding tunnel ventilation system according to the preamble of the independent method claim.
  • Tunnel ventilation systems are known in principle.
  • the tunnel ventilation systems are usually equipped with fans that suck fresh air into the tunnels and / or suck old air out of the tunnels.
  • Gasoline-powered internal combustion engines are often used to drive fans.
  • the gasoline-powered internal combustion engines however, have the disadvantage of toxic exhaust gases.
  • Electric motors can serve as an alternative to internal combustion engines. In the area of application of tunnel and / or Shaft systems often lack the necessary electrical connections to supply the electric motors of the ventilation systems with electrical energy.
  • the invention is therefore based on an object of providing an improved tunnel ventilation system which at least partially overcomes the disadvantages described above.
  • a tunnel ventilation system which can be used in particular in tunnel and / or shaft construction and / or in areas where work is carried out with substances hazardous to water, as well as in environmental protection areas, with the features of the independent device claim, in particular from the characterizing part.
  • the object according to the invention is achieved by a method for ventilating tunnels and / or shaft systems with the aid of a corresponding tunnel ventilation system with the features of the independent method claim, in particular from the characterizing part.
  • the invention provides a tunnel ventilation system comprising: at least one fan for sucking in and / or sucking out air and a motor for driving the fan. It is provided here that the engine is driven (directly or indirectly) with the aid of a fuel, in particular hydrogen (H 2).
  • a fuel in particular hydrogen (H 2).
  • the engine is driven in an environmentally friendly (direct or indirect) way. Being driven directly with the help of a fuel is called im
  • the motor is operated directly with the fuel, for example the motor converts the fuel into another form of energy, in particular mechanical energy.
  • the motor can be designed, for example, as an internal combustion engine that burns the fuel, for example in the form of hydrogen, in order to drive the fan. The thermal energy of the combustion is converted into the mechanical kinetic energy of the fan.
  • the motor can, for example, be designed as an electric motor that is supplied with electrical energy by a fuel cell unit.
  • the fuel cell unit converts the fuel, for example in the form of hydrogen, and an oxygen-containing reactant, for example in the form of simple ambient air, into electrical energy and water.
  • the electrochemical energy of the conversion is converted into the electrical energy for operating the electric motor and thus for driving the fan.
  • the fuel can be provided in fuel tanks, which can be designed as replaceable tank bottles and / or which, for example, at a gas station; can be filled or refueled.
  • the tank bottles are pressure bottles (approx. Up to max. 300 bar or max. Approx. 700 bar), bottles with cooling for storing liquid gas and / or metal mesh tanks with heating for binding hydrogen ions.
  • an improved tunnel ventilation system can be made available which is simply constructed, which is easy to operate, which can be set up in a mobile manner and which can be operated in an environmentally friendly manner.
  • the invention can provide that the motor is designed in the form of an electric motor.
  • the engine is driven indirectly with the fuel.
  • the advantages of an electric motor are that the electric motor does not produce any exhaust gases and provides the required power quickly, almost without delay.
  • Another advantage of an electric motor is the power electronic control, which can expand the functionality of the tunnel ventilation system.
  • the functionality of the tunnel ventilation system can, for example, be achieved by quickly changing the The direction of flow and / or can be expanded by specifically setting a desired flow rate.
  • the invention can provide that a fuel cell unit, in particular a modular fuel cell unit, is provided (to generate electrical energy) which uses the fuel, in particular hydrogen, to supply the motor with electrical energy.
  • a fuel cell unit in particular a modular fuel cell unit
  • the greatest advantage of a fuel cell unit is the environmentally friendly generation of energy without harmful exhaust gases.
  • the advantages of a modular fuel cell unit can be that the fuel cell unit can be put together flexibly depending on the desired application and the available installation space, and that the modules can be easily exchanged, for example for maintenance purposes.
  • the fuel cell unit can advantageously have a water excretion reservoir.
  • a water excretion reservoir the product water (also called waste water) from the fuel cell unit can be collected and used as required, e.g. for water management of the fuel cell unit, e.g. B. to moisten the membrane (s) of the fuel cell unit, can be reused.
  • the water excretion reservoir can have a return path to the fuel cell unit.
  • the invention can provide that the fuel cell unit has at least one electrical connection, in particular in the form of a socket, in order to supply at least one further consumer in addition to the motor with electrical energy.
  • the fuel cell unit can offer a simple possibility of easily and conveniently supplying such machines as consumers with electrical energy on site.
  • the fuel cell unit can have a temperature control system in order to control the temperature of the fuel cell unit to a suitable operating temperature (ie to warm it up or to cool it).
  • the temperature control system can advantageously serve to heat the fuel cell unit at low temperatures below a suitable operating temperature and to cool it down to a suitable operating temperature at high temperatures, for example during operation of the fuel cell unit. Reliable and efficient operation of the fuel cell unit can thus be ensured.
  • the engine is designed in the form of an internal combustion engine, in particular an Otto engine or a gas turbine, which is driven directly with the fuel.
  • an internal combustion engine in particular an Otto engine or a gas turbine, which is driven directly with the fuel.
  • the motor in particular in the form of an internal combustion engine, can advantageously have an output shaft which is in a mechanical operative connection, for example via a gear, with an input shaft of the fan or is directly connected to the input shaft of the fan in a rotationally fixed manner.
  • an output shaft which is in a mechanical operative connection, for example via a gear, with an input shaft of the fan or is directly connected to the input shaft of the fan in a rotationally fixed manner.
  • a starter generator can be provided for the engine, in particular in the form of an internal combustion engine, in order to accelerate the engine (in its function as a starter) (to crank it when starting and / or to assist in driving the fan during operation ) and / or (in its function as a generator) to charge an electrical energy storage device.
  • a starter generator can accelerate the engine (in its function as a starter) (to crank it when starting and / or to assist in driving the fan during operation ) and / or (in its function as a generator) to charge an electrical energy storage device.
  • the invention can provide for a tunnel ventilation system that an electrical energy store is provided in order to supply the motor, in particular in the form of an electric motor, for example in the event of failure or when refueling a fuel cell unit, with electrical energy and / or to supply the motor, in particular in Form of an internal combustion engine, accelerated by a starter generator.
  • an electrical energy store is provided in order to supply the motor, in particular in the form of an electric motor, for example in the event of failure or when refueling a fuel cell unit, with electrical energy and / or to supply the motor, in particular in Form of an internal combustion engine, accelerated by a starter generator.
  • the invention can provide for a tunnel ventilation system that a sensor unit is provided in order to sense the fuel content in the air adjacent to the tunnel ventilation system and / or to examine the air quality of the air adjacent to the tunnel ventilation system. In this way it can be ensured that the fuel content in the air adjacent to the tunnel ventilation system is monitored in order to avoid an accumulation of explosive amounts of fuel. By monitoring the air quality, it can also be ensured that the air to breathe is always checked in order not to endanger the health of the miners, or that the air for operating the fuel cell unit meets the requirements of the fuel cell unit.
  • the invention can provide a fuel tank, in particular with a modular structure, for the fuel, preferably with several exchangeable tank bottles.
  • the fuel tank and / or the tank bottles can be used for the storage of fuel in gaseous form under pressure, e.g. in pressure tanks, for the storage of fuel in liquid form, e.g. in tanks with appropriate cooling, or for the storage of fuel in ionic form , for example.
  • a metal grille with appropriate heating is the advantage of modular fuel tanks is the flexibility in storing the fuel.
  • the advantage of exchangeable fuel bottles is the ease of exchange and refilling as well as the weight and installation space adaptation to the desired application and the local environment.
  • At least one fill level sensor for the fuel tank in particular one fill level sensor for each tank bottle of the fuel tank, can advantageously be provided.
  • the fill level of the fuel tank and / or the tank bottles of the fuel tank can be monitored in order to be able to ensure that the fuel tank or the tank bottles of the fuel tank are refilled or replaced in good time and that uninterrupted operation of the fuel cell unit can be made possible.
  • an oxygen tank can be provided in order, for example, to supply a fuel cell unit with an oxygen-containing reactant. Since building rubble and / or fine dust are often in the air in the area of tunnel and / or shaft construction, this air can be unsuitable for operating the fuel cell unit. By storing the oxygen in an oxygen tank, the operation of the fuel cell unit can always be ensured.
  • the invention can provide a control unit in a tunnel ventilation system that is designed to control the tunnel ventilation system as a function of input commands from a user and / or as a function of sensor data from a sensor unit, in particular automatically and / or autonomously.
  • an intelligent system can be made available which can be operated manually, automatically and / or even autonomously.
  • a user can, for example, set the tunnel ventilation system, in particular the fan, manually for a certain time, for an interval start-up and / or for intermittent ventilation of the tunnel or the like.
  • the control unit can be designed in such a way that the control unit proposes automated programs for operating the fan, for example via a user interface in the form of a touch display and / or a key input field.
  • the user interface can be provided on a fan housing, for example.
  • the control unit can be designed in such a way that the control unit gives the user an option, for example via a user interface in the form of a touch display and / or a key input field, various settings for operating the fan, such as z. B. time, duration, interval, operating mode, etc. in detail to be able to carry out manually.
  • Autonomous operation of a tunnel ventilation system can provide that the control unit can communicate with a sensor unit and control the tunnel ventilation system accordingly on the basis of sensor data (fuel content, air quality, etc.).
  • the invention can provide a lighting unit or a light unit in a tunnel ventilation system, for example comprising at least one lamp or an LED, in order to illuminate at least one area around the tunnel ventilation system.
  • a lighting unit or a light unit in a tunnel ventilation system for example comprising at least one lamp or an LED, in order to illuminate at least one area around the tunnel ventilation system.
  • a light unit can be used to ensure that there is sufficient light for the tunnel and / or shaft construction Construction work is available.
  • the light unit can, for example, be arranged on a fan housing.
  • the lighting unit can be designed to detect a presence of a user in an area around the tunnel ventilation system.
  • the lighting unit saves energy, in particular in different modes, for example in an operating mode for illuminating an environment or at least one area around the tunnel ventilation system and / or in a sensor mode for sensing a user in the vicinity of the tunnel ventilation system , is operated. Only when a user is detected in the vicinity of the tunnel ventilation system can the lighting unit be transferred to the operating mode for illuminating the surroundings or at least one area around the tunnel ventilation system.
  • the lighting unit can be operated in the sensor mode as an optical sensor unit which, for example, can have a light transmitter and a light receiver and, if necessary, corresponding evaluation and / or control electronics within the lighting unit.
  • the invention can provide a filter unit in a tunnel ventilation system in order to filter the air sucked in by the fan. In this way, sufficient air quality for the air you breathe during mining operations can be ensured.
  • the invention can provide a further filter unit in a tunnel ventilation system in order to filter the air in accordance with the requirements of a fuel cell unit.
  • the air can be provided to the fuel cell unit in a sufficient quality (sufficient oxygen content, no harmful dust particles, etc.).
  • the invention can provide that the at least one fan is designed to suck the air into a tunnel or to suck the air out of the tunnel. Sucking in air, for example from outside the tunnel into the tunnel, can serve to convey the fresh breathing air into the tunnel. The suction of air, for example from the tunnel to the outside, can serve to remove the dusty air from the tunnel, for example after a blast.
  • the at least one fan can advantageously have a protective grille. This reduces the risk of injury to the fan blades.
  • the at least one fan can have an adjusting system in order to adjust the air flow direction. Changing the air flow direction can help to switch the fan from suction to suction and to orientate the fan in general.
  • the invention can provide for a tunnel ventilation system that the at least one fan is designed to build up a pressure ratio between 1 and 1.3, in particular between 1 and 1.1, preferably 1.03, between an intake side and a pressure side. In this way, a sufficient current flow through the fan for exchanging the air can be ensured and at the same time the flow and noise during operation of the fan can be kept low.
  • the invention can provide that the at least one fan is designed as an axial fan.
  • An axial fan can be advantageous in order to convey the air along the tunnel or to align the direction of flow of the air along the tunnel.
  • the invention can provide for a tunnel ventilation system that the at least one fan is designed in such a way, in particular with large-area blades, in order to achieve a high speed at a relatively low speed between 1 to 10 revolutions per minute, in particular 1 to 3 revolutions per minute Volume flow of air from 40 to 100 m 3 per minute, preferably 70 to 100 m 3 per minute, to be conveyed.
  • efficient operation of the tunnel ventilation system can be made possible with a reduced background noise and an air flow that is not too disruptive.
  • the blades can be designed in such a way that the required amount of air at z. B. the number of people and / or devices and / or vehicles can be adjusted, for example increased.
  • the invention can provide a wheel system, in particular an extendable wheel system, in order to move the fan and / or the motor.
  • the wheel system can preferably be designed to drive on rails and / or on, for example, flat roads.
  • One motor can advantageously be provided for each of the plurality of fans.
  • a modular structure of the tunnel ventilation system can thus be made possible, so that a different number of fans can be set up flexibly at different locations. In principle, however, it is also conceivable that a common motor can be provided for several fans.
  • one fuel cell unit can be provided for each of the multiple motors.
  • a modular structure of the tunnel ventilation system can thus be made possible, so that a different number of fans can be set up flexibly at different locations.
  • a common fuel cell unit can be provided for several motors. In the case of a fuel cell unit, only one cable has to be laid to the respective motor in order to be able to supply several motors with electrical energy.
  • the tunnel ventilation system according to the invention can (at least in part) preferably be transported with the aid of a trailer, for example in the form of a trolley.
  • the trailer can have a coupling in order to connect the trailer to a work machine.
  • the trailer can preferably have wheels which are suitable, for example, for driving on rails and / or on roads.
  • the object according to the invention is achieved by a method for ventilating tunnels and / or shaft systems with the aid of a tunnel ventilation system, which can in particular be designed as described above, comprising: at least one fan for sucking in and / or sucking out air and a motor for driving the fan.
  • the motor is driven with the aid of a fuel.
  • the Figures 1 and 2 each show an exemplary embodiment of a tunnel ventilation system 100 according to the invention.
  • the tunnel ventilation system 100 according to FIG the Figures 1 and 2 What is common is that at least one fan 10 for sucking in and / or sucking off air and one motor 20 for driving the fan 10 are provided within the framework of the system.
  • the invention provides that the engine 20 is powered by a fuel H2, in particular hydrogen, (directly according to FIG Figure 2 or indirectly according to the Figure 1 ) is driven.
  • a fuel H2 in particular hydrogen
  • the engine 20 can be used as an internal combustion engine 22, e.g. B. in the form of a gasoline engine or a gas turbine.
  • the internal combustion engine 22 burns the fuel H2, for example in the form of hydrogen, directly in order to drive the fan 10.
  • the motor 20 can be designed as an electric motor 21 which is supplied with electrical energy by a fuel cell unit 30.
  • the fuel cell unit 30 converts the fuel H2, for example in the form of hydrogen, and an oxygen-containing reactant, for example in the form of simple ambient air, into electrical energy and water.
  • a cable 33 is passed between the fuel cell unit 30 and the motor 20 in order to supply the motor 20 with electrical energy.
  • the fuel cell unit 30 can have a modular structure.
  • a fuel cell unit 30 enables environmentally friendly energy generation.
  • a modular fuel cell unit 30 can advantageously be put together flexibly depending on the desired application and / or the available installation space.
  • the modules can easily be exchanged, for example for the purpose of maintenance.
  • a water excretion reservoir 32 can furthermore be provided in order to collect the product water as a result of an electrochemical reaction in the fuel cell unit 30 and to make it available as required, for example to moisten the membrane (s) of the fuel cell unit 30 can.
  • the water excretion reservoir 32 can have a return path, not shown, to the fuel cell unit 30.
  • At least one electrical connection 31, for example in the form of a socket, can furthermore be provided in order to be able to supply at least one further consumer, for example a drill, in addition to the motor 20 with electrical energy.
  • the fuel cell unit 30 according to FIG Figure 1 have a temperature control system T in order to control the temperature of the fuel cell unit 30 to a suitable operating temperature, that is to say to heat it up and / or to cool it.
  • the engine 20 in particular in the form of an internal combustion engine, can have an output shaft W2, which is in a mechanical operative connection, for example via a gearbox, with an input shaft W1 of the fan 10 or can be connected directly to the input shaft W1 of the fan 10.
  • a starter generator SG can be provided to crank the engine 20 (in its function as a starter) or to support the motor 20 in driving the fan 10 and / or (in its function as a generator) an electrical energy store E to charge, for example.
  • an electrical energy store E to charge, for example.
  • an electrical energy store E may be provided to the motor 20 in the case of Figure 1 to be supplied with electrical energy in the event of failure or when refueling the fuel cell unit 30 and / or in the case of the Figure 2 to accelerate the engine 20 via a starter generator SG.
  • a sensor unit 40 can be provided in order to sense the fuel content in the air adjoining the tunnel ventilation system 100 and / or to examine the air quality of the air adjoining the tunnel ventilation system 100 for respiratory quality.
  • a fuel tank 23, in particular of modular construction, can be provided for the fuel H2, preferably with several exchangeable tank bottles.
  • the fuel tank 23 or the tank bottles can be used for storing fuel H2 in gaseous form under pressure, for example in pressure tanks, for storing fuel H2 in liquid form, for example in tanks with appropriate cooling, or for storing fuel H2 in ion form, for example in a metal grid with appropriate heating.
  • an oxygen tank 24 can be provided in order to supply the fuel cell unit 30 with an oxygen-containing reactant.
  • a control unit 50 can be provided which is designed to control the tunnel ventilation system 100, in particular the fan 10 and / or the motor 20, depending on input commands from a user and / or depending on sensor data from a sensor unit 40, in particular automatically and / or autonomously , head for.
  • the control unit 50 can have a user interface (not shown), for example in the form of a touch display and / or a key input field, e.g. B. have on a fan housing.
  • a user can use the user interface to enter manual commands, select automatic programs or switch to autonomous operation by the control unit 50.
  • the tunnel ventilation system 100 can according to the two Figures 1 and 2 have a lighting unit 60 in order to illuminate at least one area around the tunnel ventilation system 100.
  • the lighting unit 60 can also be designed to detect a presence of a user in an area around the Capture tunnel ventilation system 100 around.
  • the lighting unit 60 can be attached to a fan housing, for example.
  • a dedicated control unit can be provided for the lighting unit 60 or the control unit 50 of the tunnel ventilation system 100 can be designed.
  • the tunnel ventilation system 100 according to both Figures 1 and 2 have a filter unit F1 in order to filter the air sucked in by the fan 10 in accordance with the requirements of breathing air.
  • tunnel ventilation system 100 according to FIGS Figures 1 and 2 have a further filter unit F2 in order to filter the air according to the requirements of a fuel cell unit 30.
  • a protective grille 11 can be provided in order to reduce the risk of injury to the rotor blades of the fan 10.
  • the fan 10 can have an adjusting system (not shown) in order to change the direction of air flow for the purpose of sucking in or sucking in and for orienting the fan in general.
  • the fan 10 under the Figures 1 and 2 can, for example, be designed as an axial fan in order to convey the air along the tunnel or to align the direction of flow of the air along the tunnel.
  • FIG. 1 and 2 show that the invention can provide a, in particular extendable, wheel system R in a tunnel ventilation system 100 in order to move the fan 10 and / or the motor 20 individually or together.
  • FIG. 3 shows, several fans 10 can be provided within the scope of a tunnel ventilation system 100 according to the invention, which for example can be arranged one behind the other in order to cover the fresh air requirement along the tunnel and to improve the flow characteristic of the overall system.
  • a motor 20 can be provided for each of the plurality of fans 10. In principle, however, it is also conceivable that a common motor 20 can be provided for several fans 10.
  • one fuel cell unit 30 can be provided for each of the plurality of motors 20.
  • a common fuel cell unit 30 can be provided for several motors 20.
  • a cable 33 for each of the plurality of motors 20 can thereby be passed through from the fuel cell unit 30.
  • a trailer 101 for example in the form of a trolley, can be provided, which is designed to transport the fan 10 and / or the motor 20 of the tunnel ventilation system 100.
  • the trailer 101 can have a coupling 102 for connection to a work mesh 110 traveling on rails.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Tunnelbelüftungsanlage (100), aufweisend: mindestens einen Ventilator (10) zum Ansaugen und/oder Absaugen von Luft und einen Motor (20) zum Antreiben des Ventilators (10). Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Motor (20) mithilfe eines Brennstoffs (H2) angetrieben wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Tunnelbelüftungsanlage nach dem Oberbegriff des unabhängigen Vorrichtungsanspruches sowie ein Verfahren zum Belüften von Tunneln und/oder Schachtanlagen mithilfe einer entsprechenden Tunnelbelüftungsanlage nach dem Oberbegriff des unabhängigen Verfahrensanspruches.
  • Tunnelbelüftungsanlagen sind grundsätzlich bekannt. Zumeist werden die Tunnelbelüftungsanlagen mit Ventilatoren ausgestattet, die frische Luft in die Tunnel ansaugen und/oder alte Luft aus den Tunneln absaugen können. Zum Antreiben von Ventilatoren werden oft benzinbetriebene Verbrennungsmotoren verwendet. Die benzinbetriebenen Verbrennungsmotoren haben jedoch den Nachteil der giftigen Abgase. Als Alternative zu Verbrennungsmotoren können die Elektromotoren dienen. Im Anwendungsbereich von Tunnel- und/oder Schachtanlagen fehlen häufig die notwendigen elektrischen Anschlüsse, um die Elektromotoren der Belüftungsanlagen mit elektrischer Energie zu versorgen.
  • Der Erfindung liegt daher eine Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Tunnelbelüftungsanlage bereitzustellen, die die oben beschriebenen Nachteile zumindest zum Teil überwindet. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Tunnelbelüftungsanlage zur Verfügung zu stellen, die einfach aufgebaut ist, die einfach zu bedienen ist, die mobil aufstellbar ist und/oder die umweltfreundlich betrieben werden kann. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Verfahren zum Belüften von Tunneln und/oder Schachtanlagen bereitzustellen.
  • Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Tunnelbelüftungsanlage, die insbesondere beim Tunnel- und/oder Schachtbau und/oder in den Bereichen, wo mit wassergefährdenden Stoffen gearbeitet wird, sowie in Umweltschutzgebieten, eingesetzt werden kann, mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruches, insbesondere aus dem kennzeichnenden Teil. Zudem wird die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Belüften von Tunneln und/oder Schachtanlagen mithilfe einer entsprechenden Tunnelbelüftungsanlage mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruches, insbesondere aus dem kennzeichnenden Teil. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit einzelnen erfindungsgemäßen Aspekten beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit den anderen erfindungsgemäßen Aspekten und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
  • Die Erfindung stellt eine Tunnelbelüftungsanlage bereit, aufweisend: mindestens einen Ventilator zum Ansaugen und/oder Absaugen von Luft und einen Motor zum Antreiben des Ventilators. Hierbei ist es vorgesehen, dass der Motor mithilfe eines Brennstoffs, insbesondere Wasserstoff (H2), (direkt oder indirekt) angetrieben wird.
  • Der Erfindungsgedanke liegt dabei darin, dass der Motor umweltfreundlich (direkt oder indirekt) angetrieben wird. Mithilfe eines Brennstoffs direkt angetrieben zu werden, heißt im Sinne der Erfindung, dass der Motor direkt mit dem Brennstoff betrieben wird, bspw. der Motor wandelt den Brennstoff in eine andere Energieform, insbesondere mechanische Energie, um. Der Motor kann dabei bspw. als ein Verbrennungsmotor ausgeführt sein, der den Brennstoff, bspw. in Form von Wasserstoff, verbrennt, um den Ventilator anzutreiben. Hierbei wird die thermische Energie der Verbrennung in die mechanische Bewegungsenergie des Ventilators umgewandelt.
  • Mithilfe eines Brennstoffs indirekt angetrieben zu werden, heißt im Sinne der Erfindung, dass der Motor indirekt mit dem Brennstoff angetrieben wird. Der Motor kann dabei bspw. als ein Elektromotor ausgeführt sein, der von einer Brennstoffzelleneinheit mit elektrischer Energie versorgt wird. Die Brennstoffzelleneinheit wandelt den Brennstoff, bspw. in Form von Wasserstoff, und einen sauerstoffhaltigen Reaktanten, bspw. in Form einer einfachen Umgebungsluft, in elektrische Energie und Wasser um. Hierbei wird die elektrochemische Energie der Umwandlung in die elektrische Energie zum Betreiben des Elektromotors und somit zum Antreiben des Ventilators umgewandelt.
  • Der Brennstoff kann dabei in Brennstofftanks bereitgestellt werden, die als austauschbare Tankflaschen ausgeführt sein können und/oder die, bspw. an einer Tankstelle; befüllt bzw. betankt werden können. Als Tankflaschen sind dabei Druckflaschen (ca. bis max. 300 bar oder max. ca. 700 bar), Flaschen mit einer Kühlung zur Aufbewahrung von Flüssiggas und/oder Metallgittertanks mit Heizung zum Binden von Wasserstoffionen.
  • Somit kann eine verbesserte Tunnelbelüftungsanlage zur Verfügung gestellt werden, die einfach aufgebaut ist, die einfach zu bedienen ist, die mobil aufstellbar ist und die umweltfreundlich betrieben werden kann.
  • Ferner kann die Erfindung bei einer Tunnelbelüftungsanlage vorsehen, dass der Motor in Form eines Elektromotors ausgebildet ist. Hierbei wird der Motor indirekt mit dem Brennstoff angetrieben. Die Vorteile eines Elektromotors liegen darin, dass der Elektromotor keine Abgase produziert und schnell, nahezu ohne Verzögerung, eine erforderliche Leistung bereitstellt. Ein weiterer Vorteil eines Elektromotors liegt in der leistungselektronischen Steuerung, die die Funktionalität der Tunnelbelüftungsanlage erweitern kann. Die Funktionalität der Tunnelbelüftungsanlage kann bspw. durch ein schnelles Wechseln der Strömungsrichtung und/oder durch gezieltes Einstellen einer gewünschten Strömungsgeschwindigkeit erweitert werden.
  • Weiterhin kann die Erfindung bei einer Tunnelbelüftungsanlage vorsehen, dass eine, insbesondere modular aufgebaute, Brennstoffzelleneinheit vorgesehen ist (um elektrische Energie zu erzeugen), die den Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, nutzt, um den Motor mit elektrischer Energie zu versorgen. Der größte Vorteil einer Brennstoffzelleneinheit ist die umweltfreundliche Energiegewinnung ohne schädliche Abgase. Die Vorteile einer modular aufgebauten Brennstoffzelleneinheit können darin liegen, dass die Brennstoffzelleneinheit je nach gewünschter Anwendung und nach verfügbaren Bauraum flexibel zusammengestellt werden kann, und dass die Module leicht, bspw. zwecks Wartung, ausgetauscht werden können.
  • Vorteilhafterweise kann die Brennstoffzelleneinheit ein Wasserausscheidungsreservoir aufweisen. Mithilfe eines Wasserausscheidungsreservoirs kann das Produktwasser (auch Abwasser genannt) der Brennstoffzelleneinheit aufgesammelt und nach Bedarf, bspw. für ein Wassermanagement der Brennstoffzelleneinheit, z. B. zur Befeuchtung der Membran(en) der Brennstoffzelleneinheit, wiederverwendet werden. Hierzu kann das Wasserausscheidungsreservoir einen Rückführungspfad zur Brennstoffzelleneinheit aufweisen.
  • Des Weiteren kann die Erfindung vorsehen, dass die Brennstoffzelleneinheit mindestens einen elektrischen Anschluss, insbesondere in Form einer Steckdose, aufweist, um mindestens einen weiteren Verbraucher neben dem Motor mit elektrischer Energie zu versorgen. Im Anwendungsbereich von Tunnel- und/oder Schachtbau werden viele Maschinen, wie z. B. Bohrmaschinen und Kompressoren, betrieben, die als Verbraucher mit elektrischer Energie versorgt werden müssen. Die Brennstoffzelleneinheit kann durch einen elektrischen Anschluss eine einfache Möglichkeit bieten, solche Maschinen als Verbraucher einfach und bequem vor Ort mit elektrischer Energie zu versorgen.
  • Zudem ist es im Rahmen der Erfindung denkbar, dass die Brennstoffzelleneinheit ein Temperiersystem aufweisen kann, um die Brennstoffzelleneinheit auf eine geeignete Betriebstemperatur zu temperieren (d. h. aufzuwärmen oder zu kühlen). Das Temperiersystem kann vorteilhafterweise dazu dienen, die Brennstoffzelleneinheit bei tiefen Temperaturen unterhalb einer geeigneten Betriebstemperatur aufzuheizen und bei hohen Temperaturen, bspw. im Betrieb der Brennstoffzelleneinheit, auf eine geeignete Betriebstemperatur abzukühlen. Somit kann ein zuverlässiger und effizienter Betrieb der Brennstoffzelleneinheit sichergestellt werden.
  • Außerdem kann es vorgesehen sein, dass der Motor in Form eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Ottomotors oder einer Gasturbine ausgebildet ist, der mit dem Brennstoff direkt angetrieben wird. Die Vorteile eines Verbrennungsmotors können darin liegen, dass der Verbrennungsmotor ein einfaches, kostengünstiges und robustes Bauteil ist.
  • Vorteilhafterweise kann der Motor, insbesondere in Form eines Verbrennungsmotors, eine Ausgangswelle aufweisen, die in einer mechanischen Wirkverbindung, bspw. über ein Getriebe, mit einer Eingangswelle des Ventilators steht oder direkt mit der Eingangswelle des Ventilators drehfest verbunden ist. Auf diese Weise kann ein einfacher, kostengünstiger und platzsparender Aufbau der Tunnelbelüftungsanlage ermöglicht werden.
  • Nach einem weiteren Vorteil der Erfindung kann für den Motor, insbesondere in Form eines Verbrennungsmotors, ein Startergenerator vorgesehen sein, um (in seiner Funktion als Anlasser) den Motor zu beschleunigen (beim Starten anzukurbeln und/oder im laufenden Betrieb beim Antreiben des Ventilators zu unterstützen) und/oder (in seiner Funktion als Generator) einen elektrischen Energiespeicher aufzuladen. Somit kann ein schnelles Starten des Motors sichergestellt werden und die mechanische Energie beim Auslaufen des Motors wieder in die elektrische Energie umgewandelt werden. Wenn der Brennstoff verbraucht ist und/oder wenn der Motor die erforderliche Leistung nicht bzw. nicht alleine bereitstellen kann, kann der Startergenerator den Motor im laufenden Betrieb beim Antreiben des Ventilators unterstützen.
  • Ferner kann die Erfindung bei einer Tunnelbelüftungsanlage vorsehen, dass ein elektrischer Energiespeicher vorgesehen ist, um den Motor, insbesondere in Form eines Elektromotors, bspw. bei Ausfall oder beim Betanken einer Brennstoffzelleneinheit, mit elektrischer Energie zu versorgen und/oder um den Motor, insbesondere in Form eines Verbrennungsmotors, über einen Startergenerator zu beschleunigen. Auf diese Weise kann die Ausfallsicherheit im Betrieb der Tunnelbelüftungsanlage sichergestellt werden und die Nutzung der elektrischen Energie innerhalb der Anlage verbessert werden.
  • Weiterhin kann die Erfindung bei einer Tunnelbelüftungsanlage vorsehen, dass eine Sensoreinheit vorgesehen ist, um den Brennstoffgehalt in der die Tunnelbelüftungsanlage angrenzenden Luft zu sensieren und/oder die Luftqualität der die Tunnelbelüftungsanlage angrenzenden Luft zu untersuchen. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass der Brennstoffgehalt in der die Tunnelbelüftungsanlage angrenzenden Luft überwacht wird, um ein Ansammeln an explosiven Mengen an Brennstoff zu vermeiden. Durch Überwachen der Luftqualität kann außerdem sichergestellt werden, dass die Luft zum Atmen stets überprüft wird, um die Gesundheit der Bergarbeiter nicht zu gefährden, oder dass die Luft zum Betreiben der Brennstoffzelleneinheit den Erfordernissen der Brennstoffzelleneinheit genügt.
  • Des Weiteren kann die Erfindung bei einer Tunnelbelüftungsanlage ein, insbesondere modular aufgebauter, Brennstofftank für den Brennstoff, vorzugsweise mit mehreren austauschbar ausführbaren Tankflaschen, vorsehen. Der Brennstofftank und/oder die Tankflaschen können/kann dabei für die Speicherung von Brennstoff in Gasform unter Druck, bspw. in Drucktanks, für die Speicherung von Brennstoff in Flüssigform, bspw. in Tanks mit entsprechender Kühlung, oder für die Speicherung von Brennstoff in lonenform, bspw. in Metallgitter mit entsprechender Heizung, ausgeführt sein. Der Vorteil von modular aufgebauten Brennstofftanks liegt in der Flexibilität der Bevorratung des Brennstoffs. Der Vorteil von austauschbaren Tankflaschen liegt in der Einfachheit des Austauschs und der Wiederbefüllung sowie in der Gewichts- sowie Bauraumanpassung an die gewünschte Anwendung und an die Umgebung vor Ort.
  • Vorteilhafterweise kann mindestens ein Füllstandsensor für den Brennstofftank, insbesondere jeweils ein Füllstandsensor für jede Tankflasche des Brennstofftanks, vorgesehen sein. Auf diese Weise kann der Füllstand des Brennstofftanks und/oder der Tankflaschen des Brennstofftanks überwacht werden, um sicherstellen zu können, dass der Brennstofftank bzw. die Tankflaschen des Brennstofftanks rechtzeitig wiederaufgefüllt oder ausgetauscht werden und, dass ein ununterbrochener Betrieb der Brennstoffzelleneinheit ermöglicht werden kann.
  • Nach einem besonderen Vorteil der Erfindung kann ein Sauerstofftank vorgesehen sein, um bspw. eine Brennstoffzelleneinheit mit einem sauerstoffhaltigen Reaktanten zu versorgen. Da im Bereich von Tunnel- und/oder Schachtbau oft Bauschutt und/oder Feinstaub in der Luft sind, kann diese Luft ungeeignet sein, um die Brennstoffzelleneinheit zu betreiben. Durch die Bevorratung des Sauerstoffs in einem Sauerstofftank kann der Betrieb der Brennstoffzelleneinheit stets sichergestellt werden.
  • Zudem kann die Erfindung bei einer Tunnelbelüftungsanlage eine Steuereinheit vorsehen, die dazu ausgeführt ist, die Tunnelbelüftungsanlage in Abhängigkeit von Eingabebefehlen eines Benutzers und/oder in Abhängigkeit von Sensordaten einer Sensoreinheit, insbesondere automatisch und/oder autonom, anzusteuern. Mithin kann ein intelligentes System zur Verfügung gestellt werden, welches manuell, automatisch und/oder sogar autonom betrieben werden kann. Ein Benutzer kann bspw. die Tunnelbelüftungsanlage, insbesondere den Ventilator, manuell für eine bestimmte Zeit, für eine intervallartige Inbetriebnahme und/oder für eine stoßweise Lüftung des Tunnels oder Ähnliches einstellen. Hierzu kann die Steuereinheit derart ausgeführt sein, dass dem Benutzer durch die Steuereinheit automatisierte Programme zum Betreiben des Ventilators, bspw. über eine Benutzerschnittstelle in Form eines Touchdisplays und/oder eines Tasten-Eingabefeldes, vorgeschlagen werden. Die Benutzerschnittstelle kann bspw. an einem Ventilator-Gehäuse vorgesehen sein. Zudem ist es denkbar, dass die Steuereinheit derart ausgeführt sein kann, dass dem Benutzer durch die Steuereinheit eine Möglichkeit, bspw. über eine Benutzerschnittstelle in Form eines Touchdisplays und/oder eines Tasten-Eingabefeldes, gegeben wird, diverse Einstellungen zum Betreiben des Ventilators, wie z. B. Zeit, Dauer, Intervall, Betriebsart usw. im Einzelnen manuell vornehmen zu können. Ein autonomes Betreiben einer Tunnelbelüftungsanlage kann vorsehen, dass die Steuereinheit mit einer Sensoreinheit kommunizieren und anhand von Sensordaten (Brennstoffgehalt, Luftqualität usw.) die Tunnelbelüftungsanlage entsprechend ansteuern kann.
  • Außerdem kann die Erfindung bei einer Tunnelbelüftungsanlage eine Leuchteinheit bzw. eine Lichteinheit vorsehen, bspw. umfassend mindestens eine Lampe oder eine LED, um mindestens einen Bereich um die Tunnelbelüftungsanlage herum auszuleuchten. Beim Tunnel- und/oder Schachtbau kann es oft sehr dunkel sein. Mithilfe einer Leuchteinheit kann sichergestellt werden, dass beim Tunnel- und/oder Schachtbau ausreichend Licht für die Bauarbeiten zur Verfügung steht. Die Leuchteinheit kann bspw. an einem Ventilator-Gehäuse angeordnet sein.
  • Ferner ist es im Rahmen der Erfindung denkbar, dass die Leuchteinheit dazu ausgeführt sein kann, eine Präsenz eines Benutzers in einem Bereich um die Tunnelbelüftungsanlage herum zu erfassen. Somit kann der Vorteil erreicht werden, dass die Leuchteinheit energiesparend, insbesondere in unterschiedlichen Modi, bspw. in einem Betriebsmodus zum Ausleuchten einer Umgebung bzw. mindestens eines Bereiches um die Tunnelbelüftungsanlage herum und/oder in einem Sensormodus zum Sensieren eines Benutzers in der Nähe der Tunnelbelüftungsanlage, betrieben wird. Nur wenn ein Benutzer in der Nähe der Tunnelbelüftungsanlage erfasst wird, kann die Leuchteinheit in den Betriebsmodus zum Ausleuchten der Umgebung bzw. mindestens eines Bereichs um die Tunnelbelüftungsanlage herum überführt werden. Zum Erfassen eines Benutzers kann die Leuchteinheit in dem Sensormodus als eine optische Sensoreinheit betrieben werden, die bspw. einen Lichtsender und einen Lichtempfänger sowie ggf. eine entsprechende Auswert- und/oder Steuerelektronik innerhalb der Leuchteinheit aufweisen kann.
  • Weiterhin kann die Erfindung bei einer Tunnelbelüftungsanlage eine Filtereinheit vorsehen, um die durch den Ventilator angesaugte Luft zu filtern. Somit kann eine ausreichende Luftqualität für die Atemluft bei Bergarbeiten sichergestellt werden.
  • Des Weiteren kann die Erfindung bei einer Tunnelbelüftungsanlage eine weitere Filtereinheit vorsehen, um die Luft entsprechend den Erfordernissen einer Brennstoffzelleneinheit zu filtern. Somit kann die Luft in ausreichender Qualität (ausreichender Sauerstoffgehalt, keine schädlichen Staubpartikel usw.) an die Brennstoffzelleneinheit bereitgestellt werden.
  • Zudem kann die Erfindung bei einer Tunnelbelüftungsanlage vorsehen, dass der mindestens eine Ventilator dazu ausgeführt ist, die Luft in einen Tunnel anzusaugen oder die Luft aus dem Tunnel abzusaugen. Das Ansaugen von Luft, bspw. von außerhalb des Tunnels in den Tunnel hinein, kann zum Befördern der frischen Atemluft in den Tunnel dienen. Das Absaugen von Luft, bspw. aus dem Tunnel nach draußen, kann dazu dienen, die staubige Luft, bspw. nach einem Sprengen, aus dem Tunnel abzuführen.
  • Vorteilhafterwiese kann der mindestens eine Ventilator ein Schutzgitter aufweisen. Somit kann die Verletzungsgefahr an den Ventilatorblättern reduziert werden.
  • Nach einem weiteren Vorteil kann der mindestens eine Ventilator ein Stellsystem aufweisen, um die Luftflussrichtung einzustellen. Die Umstellung von Luftflussrichtung kann zum Umschalten des Ventilators von Absaugen auf Ansaugen sowie zum Orientieren des Ventilators im Allgemeinen helfen.
  • Außerdem kann die Erfindung bei einer Tunnelbelüftungsanlage vorsehen, dass der mindestens eine Ventilator dazu ausgeführt ist, zwischen einer Ansaugseite und einer Druckseite ein Druckverhältnis zwischen 1 und 1,3, insbesondere zwischen 1 und 1,1, vorzugsweise 1,03, aufzubauen. Somit kann ein ausreichender Stromfluss durch den Ventilator zum Austauschen der Luft sichergestellt werden und zugleich die Strömung sowie Geräusche im Betrieb des Ventilators niedrig gehalten werden.
  • Ferner kann die Erfindung bei einer Tunnelbelüftungsanlage vorsehen, dass der mindestens eine Ventilator als ein Axialventilator ausgeführt ist. Ein Axialventilator kann vorteilhaft sein, um die Luft entlang des Tunnels zu befördern bzw. die Strömungsrichtung der Luft entlang des Tunnels auszurichten.
  • Weiterhin kann die Erfindung bei einer Tunnelbelüftungsanlage vorsehen, dass der mindestens eine Ventilator derart, insbesondere mit großflächigen Schaufeln, ausgeführt ist, um bei einer, relativ kleinen, Drehzahl zwischen 1 bis 10 Umdrehungen pro Minute, insbesondere 1 bis 3 Umdrehungen pro Minute, einen großen Volumenstrom an Luft von 40 bis 100 m3 pro Minute, vorzugsweise 70 bis 100 m3 pro Minute, zu befördern. Auf diese Weise kann ein effizienter Betrieb der Tunnelbelüftungsanlage ermöglicht werden bei einer reduzierten Geräuschkulisse und nicht allzu störender Luftströmung. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, dass die Schaufeln derart ausgelegt sein können, dass die benötigte Luftmenge an z. B. die Anzahl der Personen, und/oder Geräte und/oder Fahrzeuge angepasst, bspw. erhöht, werden kann.
  • Des Weiteren kann die Erfindung bei einer Tunnelbelüftungsanlage ein, insbesondere ausfahrbares, Rädersystem vorsehen, um den Ventilator und/oder den Motor zu bewegen.
  • Somit können die Mobilität und vereinfachte Inbetriebnahme der Tunnelbelüftungsanlage sichergestellt werden. Das Rädersystem kann vorzugsweise dazu ausgeführt sein, auf Schienen und/oder auf, bspw. ebenen, Straßen zu fahren.
  • Zudem ist es im Rahmen der Erfindung denkbar, dass mehrere Ventilatoren hintereinander angeordnet sein können. Somit kann nicht nur der Frischluftbedarf entlang des Tunnels gedeckt werden, sondern auch die Strömungskennlinie der Gesamtanlage verbessert werden.
  • Vorteilhafterweise kann für jeden von den mehreren Ventilatoren jeweils ein Motor vorgesehen sein. Somit kann ein modularer Aufbau der Tunnelbelüftungsanlage ermöglicht werden, sodass eine unterschiedliche Anzahl von Ventilatoren an unterschiedlichen Plätzen flexibel aufgestellt werden kann. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, dass ein gemeinsamer Motor für mehrere Ventilatoren vorgesehen sein kann.
  • Nach einem weiteren Vorteil kann für jeden von den mehreren Motoren jeweils eine Brennstoffzelleneinheit vorgesehen sein. Somit kann ein modularer Aufbau der Tunnelbelüftungsanlage ermöglicht werden, sodass eine unterschiedliche Anzahl von Ventilatoren an unterschiedlichen Plätzen flexibel aufgestellt werden kann. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, dass eine gemeinsame Brennstoffzelleneinheit für mehrere Motoren vorgesehen sein kann. Im Falle einer Brennstoffzelleneinheit muss lediglich ein Kabel zum jeweiligen Motor verlegt werden, um mehrere Motoren mit elektrischer Energie versorgen zu können.
  • Wenn in den Tunneln gleisgebundene Fahrzeuge arbeiten, kann die erfindungsgemäße Tunnelbelüftungsanlage (zumindest zum Teil) vorzugsweise mithilfe eines Anhängers, bspw. in Form eines Trolleys, transportiert werden. Hierzu kann der Anhänger eine Kupplung aufweisen, um den Anhänger an eine Arbeitsmaschine anzubinden. Vorzugsweise kann der Anhänger Räder aufweisen, die bspw. dazu geeignet sind, auf Schienen und/oder auf Straßen zu fahren.
  • Weiterhin wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein Verfahren zum Belüften von Tunneln und/oder Schachtanlagen mithilfe einer Tunnelbelüftungsanlage gelöst, die insbesondere wie oben beschrieben ausgeführt sein kann, aufweisend: mindestens einen Ventilator zum Ansaugen und/oder Absaugen von Luft und einen Motor zum Antreiben des Ventilators. Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Motor mithilfe eines Brennstoffs angetrieben wird. Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die gleichen Vorteile gelöst, die oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Tunnelbelüftungsanlage beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung einer Tunnelbelüftungsanlage im Sinne der Erfindung,
    Figur 2
    eine schematische Darstellung einer Tunnelbelüftungsanlage im Sinne der Erfindung,
    Figur 3
    eine schematische Darstellung eines Tunnels mit mehreren Tunnelbelüftungsanlagen im Sinne der Erfindung und
    Figur 4
    eine schematische Darstellung eines Anhängers für eine Tunnelbelüftungsanlage im Sinne der Erfindung.
  • In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet. In der Regel werden die Bezugszeichen von den gleichen Ausführungsbeispielen nur einmal beschrieben.
  • Die Figuren 1 und 2 zeigen jeweils eine beispielhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Tunnelbelüftungsanlage 100. Der Tunnelbelüftungsanlage 100 gemäß den Figuren 1 und 2 ist gemein, dass mindestens ein Ventilator 10 zum Ansaugen und/oder Absaugen von Luft und ein Motor 20 zum Antreiben des Ventilators 10 im Rahmen der Anlage vorgesehen sind. Die Erfindung sieht hierzu vor, dass der Motor 20 mithilfe eines Brennstoffs H2, insbesondere eines Wasserstoffs, (direkt gemäß der Figur 2 oder indirekt gemäß der Figur 1) angetrieben wird. Somit kann ein umweltfreundlicher Betrieb der Tunnelbelüftungsanlage 100 ermöglicht werden.
  • Zum direkten Antrieb des Motors 20 mithilfe des Brennstoffs H2 gemäß der Figur 2 kann der Motor 20 bspw. als ein Verbrennungsmotor 22, z. B. in Form eines Ottomotors oder einer Gasturbine, ausgeführt sein. Der Verbrennungsmotor 22 verbrennt den Brennstoff H2, bspw. in Form von Wasserstoff, direkt, um den Ventilator 10 anzutreiben.
  • Zum indirekten Antrieb des Motors 20 mithilfe des Brennstoffs H2 gemäß der Figur 1 kann der Motor 20 bspw. als ein Elektromotor 21 ausgeführt sein, der von einer Brennstoffzelleneinheit 30 mit elektrischer Energie versorgt wird. Die Brennstoffzelleneinheit 30 wandelt den Brennstoff H2, bspw. in Form von Wasserstoff, und einen sauerstoffhaltigen Reaktanten, bspw. in Form einer einfachen Umgebungsluft, in elektrische Energie und Wasser um.
  • Wie es die Figur 1 zeigt, ist zwischen der Brennstoffzelleneinheit 30 und dem Motor 20 ein Kabel 33 durchgeführt, um den Motor 20 mit elektrischer Energie zu versorgen.
  • Gemäß der Figur 1 kann die Brennstoffzelleneinheit 30 modular aufgebaut sein. Eine Brennstoffzelleneinheit 30 ermöglicht eine umweltfreundliche Energiegewinnung. Eine modular aufgebaute Brennstoffzelleneinheit 30 kann vorteilhafterweise je nach gewünschter Anwendung und/oder nach verfügbarem Bauraum flexibel zusammengestellt werden. Außerdem können bei einer modular aufgebauten Brennstoffzelleneinheit 30 die Module leicht, bspw. zwecks Wartung, ausgetauscht werden.
  • Für die Brennstoffzelleneinheit 30 gemäß der Figur 1 kann weiterhin ein Wasserausscheidungsreservoir 32 vorgesehen sein, um das Produktwasser in Folge einer elektrochemischen Reaktion in der Brennstoffzelleneinheit 30 aufsammeln und nach Bedarf, bspw. zur Befeuchtung der Membran(en) der Brennstoffzelleneinheit 30, bereitstellen zu können. Hierzu kann das Wasserausscheidungsreservoir 32 einen nicht gezeigten Rückführungspfad zur Brennstoffzelleneinheit 30 aufweisen.
  • Mithilfe der Brennstoffzelleneinheit 30 gemäß der Figur 1 kann weiterhin mindestens ein elektrischer Anschluss 31, bspw. in Form einer Steckdose, bereitgestellt werden, um mindestens einen weiteren Verbraucher, bspw. eine Bohrmaschine, neben dem Motor 20 mit elektrischer Energie versorgen zu können.
  • Ferner kann die Brennstoffzelleneinheit 30 gemäß der Figur 1 ein Temperiersystem T aufweisen, um die Brennstoffzelleneinheit 30 auf eine geeignete Betriebstemperatur zu temperieren, d. h. zu erwärmen und/oder zu kühlen.
  • Der Motor 20 gemäß der Figur 2, insbesondere in Form eines Verbrennungsmotors, kann eine Ausgangswelle W2 aufweisen, die in einer mechanischen Wirkverbindung, bspw. über ein Getriebe, mit einer Eingangswelle W1 des Ventilators 10 steht oder direkt mit der Eingangswelle W1 des Ventilators 10 verbunden sein kann.
  • Darüber hinaus kann für den Motor 20 gemäß der Figur 2, insbesondere in Form eines Verbrennungsmotors 22, ein Startergenerator SG vorgesehen sein, um (in seiner Funktion als Anlasser) den Motor 20 anzukurbeln oder den Motor 20 beim Abtreiben des Ventilators 10 zu unterstützen und/oder (in seiner Funktion als Generator) einen elektrischen Energiespeicher E aufzuladen, bspw. wenn der Motor 20 ausläuft.
  • Im Rahmen der Erfindung kann gemäß der Figur 1 und der Figur 2 ein elektrischer Energiespeicher E vorgesehen sein, um den Motor 20 im Falle der Figur 1 bei Ausfall oder beim Betanken der Brennstoffzelleneinheit 30 mit elektrischer Energie zu versorgen und/oder im Falle der Figur 2 den Motor 20 über einen Startergenerator SG zu beschleunigen.
  • Im Rahmen der Erfindung kann gemäß den Figuren 1 und 2 eine Sensoreinheit 40 vorgesehen sein, um den Brennstoffgehalt in der die Tunnelbelüftungsanlage 100 angrenzenden Luft zu sensieren und/oder die Luftqualität der die Tunnelbelüftungsanlage 100 angrenzenden Luft auf Atemqualität zu untersuchen.
  • Gemäß der Figur 1 kann bei einer Tunnelbelüftungsanlage 100 ein, insbesondere modular aufgebauter, Brennstofftank 23 für den Brennstoff H2, vorzugsweise mit mehreren austauschbar ausführbaren Tankflaschen, vorgesehen sein. Der Brennstofftank 23 bzw. die Tankflaschen können dabei für die Speicherung von Brennstoff H2 in Gasform unter Druck, bspw. in Drucktanks, für die Speicherung von Brennstoff H2 in flüssiger Form, bspw. in Tanks mit entsprechender Kühlung, oder für die Speicherung von Brennstoff H2 in lonenform, bspw. in Metallgitter mit entsprechender Heizung, ausgeführt sein.
  • Gemäß den Figuren 1 und 2 ist es denkbar, dass mindestens ein Füllstandsensor FS für den Brennstofftank 23, insbesondere jeweils ein Füllstandsensor FS für jede Tankflasche des Brennstofftanks 23, vorgesehen sein kann.
  • Im Rahmen der Figur 1 ist zudem denkbar, dass ein Sauerstofftank 24 vorgesehen sein kann, um die Brennstoffzelleneinheit 30 mit einem sauerstoffhaltigen Reaktanten zu versorgen.
  • Für die Tunnelbelüftungsanlage 100 gemäß den beiden Figuren 1 und 2 kann eine Steuereinheit 50 vorgesehen sein, die dazu ausgeführt ist, die Tunnelbelüftungsanlage 100, insbesondere den Ventilator 10 und/oder den Motor 20, in Abhängigkeit von Eingabebefehlen eines Benutzers und/oder in Abhängigkeit von Sensordaten einer Sensoreinheit 40, insbesondere automatisch und/oder autonom, anzusteuern. Die Steuereinheit 50 kann eine nicht gezeigte Benutzerschnittstelle, bspw. in Form eines Touchdisplays und/oder eines Tasten-Eingabefeldes, z. B. an einem Ventilator-Gehäuse aufweisen. Über die Benutzerschnittstelle kann ein Benutzer zum Betreiben der Tunnelbelüftungsanlage 100, insbesondere des Ventilators 10, manuelle Befehle eingeben, automatische Programme wählen oder auf einen autonomen Betrieb durch die Steuereinheit 50 umschalten.
  • Darüber hinaus kann die Tunnelbelüftungsanlage 100 gemäß den beiden Figuren 1 und 2 eine Leuchteinheit 60 aufweisen, um mindestens einen Bereich um die Tunnelbelüftungsanlage herum 100 auszuleuchten. Die Leuchteinheit 60 kann ferner dazu ausgeführt sein, eine Präsenz eines Benutzers in einem Bereich um die Tunnelbelüftungsanlage 100 herum zu erfassen. Die Leuchteinheit 60 kann bspw. an einem Ventilator-Gehäuse befestigt sein. Zum Ansteuern der Leuchteinheit 60 kann eine eigene Steuereinheit für die Leuchteinheit 60 vorgesehen sein oder die Steuereinheit 50 der Tunnelbelüftungsanlage 100 ausgeführt sein.
  • Ferner kann die Tunnelbelüftungsanlage 100 gemäß beider Figuren 1 und 2 eine Filtereinheit F1 aufweisen, um die durch den Ventilator 10 angesaugte Luft entsprechend den Erfordernissen einer Atemluft zu filtern.
  • Weiterhin kann die Tunnelbelüftungsanlage 100 gemäß den Figuren 1 und 2 eine weitere Filtereinheit F2 aufweisen, um die Luft entsprechend den Erfordernissen einer Brennstoffzelleneinheit 30 zu filtern.
  • Für den Ventilator 10 gemäß den Figuren 1 und 2 kann ein Schutzgitter 11 vorgesehen sein, um die Verletzungsgefahr an den Rotorblättern des Ventilators 10 zu reduzieren.
  • Im Rahmen der Erfindung kann der Ventilator 10 ein (nicht dargestelltes) Stellsystem aufweisen, um die Luftflussrichtung zwecks Absaugen oder Ansaugen sowie zum Orientieren des Ventilators im Allgemeinen umzustellen.
  • Der Ventilator 10 im Rahmen der Figuren 1 und 2 kann bspw. als ein Axialventilator ausgeführt sein, um die Luft entlang des Tunnels zu befördern bzw. die Strömungsrichtung der Luft entlang des Tunnels auszurichten.
  • Wie es die Figuren 1 und 2 weiterhin zeigen, kann die Erfindung bei einer Tunnelbelüftungsanlage 100 ein, insbesondere ausfahrbares, Rädersystem R vorsehen, um den Ventilator 10 und/oder den Motor 20 einzeln oder gemeinsam zu bewegen.
  • Wie es die Figur 3 weiterhin zeigt, können im Rahmen einer erfindungsgemäßen Tunnelbelüftungsanlage 100 mehrere Ventilatoren 10 vorgesehen sein, die bspw. hintereinander angeordnet sein können, um den Frischluftbedarf entlang des Tunnels zu decken und die Strömungskennlinie der Gesamtanlage zu verbessern.
  • Gemäß der Figur 3 kann für jeden von den mehreren Ventilatoren 10 jeweils ein Motor 20 vorgesehen sein. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, dass ein gemeinsamer Motor 20 für mehrere Ventilatoren 10 vorgesehen sein kann.
  • Wiederum für jeden von den mehreren Motoren 20 kann jeweils eine Brennstoffzelleneinheit 30 vorgesehen sein. Grundsätzlich ist es aber auch dabei denkbar, dass eine gemeinsame Brennstoffzelleneinheit 30 für mehrere Motoren 20 vorgesehen sein kann. Dabei kann von der Brennstoffzelleneinheit 30 jeweils ein Kabel 33 für jeden von den mehreren Motoren 20 durchgeführt werden.
  • Wie es die Figur 4 andeutet, kann ein Anhänger 101, bspw. in Form eines Trolleys, vorgesehen sein, welcher dazu ausgeführt ist, den Ventilator 10 und/oder den Motor 20 der Tunnelbelüftungsanlage 100 zu transportieren. Der Anhänger 101 kann hierzu eine Kupplung 102 zur Anbindung an eine auf Schienen fahrende Arbeitsmasche 110 aufweisen.
  • Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Ventilator
    11
    Schutzgitter
    20
    Motor
    21
    Elektromotor
    22
    Verbrennungsmotor
    23
    Brennstofftank
    24
    Sauerstofftank
    30
    Brennstoffzelleneinheit
    31
    elektrischer Anschluss
    32
    Wasserausscheidungsreservoir
    33
    Kabel
    40
    Sensoreinheit
    50
    Steuereinheit
    60
    Leuchteinheit
    100
    Tunnelbelüftungsanlage
    101
    Anhänger
    102
    Kupplung
    110
    Arbeitsmasche
    E
    elektrischer Energiespeicher
    FS
    Füllstandsensor
    F1
    Filtereinheit
    F2
    weitere Filtereinheit
    H2
    Brennstoff
    R
    Rädersystem
    SG
    Startergenerator
    T
    Temperiersystem
    W1
    Eingangswelle
    W2
    Ausgangswelle

Claims (15)

  1. Tunnelbelüftungsanlage (100), aufweisend:
    Mindestens einen Ventilator (10) zum Ansaugen und/oder Absaugen von Luft und
    einen Motor (20) zum Antreiben des Ventilators (10),
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Motor (20) mithilfe eines Brennstoffs (H2), insbesondere Wasserstoff, angetrieben wird.
  2. Tunnelbelüftungsanlage (100) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Motor (20) in Form eines Elektromotors (21) ausgebildet ist und/oder dass der Motor (20) in Form eines Verbrennungsmotors (22), insbesondere eines Ottomotors oder einer Gasturbine ausgebildet ist, der mit dem Brennstoff (H2) direkt angetrieben wird,
    wobei insbesondere der Motor (20) eine Ausgangswelle (W2) aufweist, die in einer mechanischen Wirkverbindung, insbesondere über ein Getriebe, mit einer Eingangswelle (W1) des Ventilators (10) steht oder direkt mit der Eingangswelle (W1) des Ventilators (10) drehfest verbunden ist,
    und/oder dass für den Motor (20) ein Startergenerator (SG) vorgesehen ist, um den Motor (20) zu beschleunigen und/oder einen elektrischen Energiespeicher (E) aufzuladen.
  3. Tunnelbelüftungsanlage (100) nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine, insbesondere modular aufgebaute, Brennstoffzelleneinheit (30) vorgesehen ist, die den Brennstoff (H2) nutzt, um den Motor (20) mit elektrischer Energie zu versorgen,
    wobei insbesondere die Brennstoffzelleneinheit (30) ein Wasserausscheidungsreservoir (32) aufweist,
    wobei bevorzugt das Wasserausscheidungsreservoir (32) einen Rückführungspfad zur Brennstoffzelleneinheit (30) für ein Wassermanagement der Brennstoffzelleneinheit (30) aufweist,
    und/oder dass die Brennstoffzelleneinheit (30) mindestens einen elektrischen Anschluss (31), insbesondere in Form einer Steckdose, aufweist, um mindestens einen Verbraucher neben dem Motor (20) mit elektrischer Energie zu versorgen,
    und/oder dass die Brennstoffzelleneinheit (30) ein Temperiersystem (T) aufweist, um die Brennstoffzelleneinheit (30) auf eine geeignete Betriebstemperatur zu temperieren.
  4. Tunnelbelüftungsanlage (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein elektrischer Energiespeicher (E) vorgesehen ist, um den Motor (20), bspw. bei Ausfall oder beim Betanken einer Brennstoffzelleneinheit (30), mit elektrischer Energie zu versorgen und/oder um den Motor (20) über einen Startergenerator (SG) zu beschleunigen.
  5. Tunnelbelüftungsanlage (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Sensoreinheit (40) vorgesehen ist, um den Brennstoffgehalt in der die Tunnelbelüftungsanlage (100) angrenzenden Luft zu sensieren und/oder die Luftqualität der die Tunnelbelüftungsanlage (100) angrenzenden Luft zu untersuchen.
  6. Tunnelbelüftungsanlage (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein, insbesondere modular aufgebauter, Brennstofftank (23) für den Brennstoff (H2), vorzugsweise mit mehreren austauschbar ausführbaren Tankflaschen, vorgesehen ist,
    wobei insbesondere mindestens ein Füllstandsensor (FS) für den Brennstofftank (23), insbesondere ein Füllstandsensor (FS) für jede Tankflasche des Brennstofftanks (23), vorgesehen ist.
  7. Tunnelbelüftungsanlage (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Sauerstofftank (24) vorgesehen ist, um insbesondere eine Brennstoffzelleneinheit (30) mit einem sauerstoffhaltigen Reaktanten zu versorgen.
  8. Tunnelbelüftungsanlage (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Steuereinheit (50) vorgesehen ist, die dazu ausgeführt ist, die Tunnelbelüftungsanlage (100) in Abhängigkeit von Eingabebefehlen eines Benutzers und/oder in Abhängigkeit von Sensordaten einer Sensoreinheit (40), insbesondere automatisch und/oder autonom, anzusteuern.
  9. Tunnelbelüftungsanlage (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Leuchteinheit (60) vorgesehen ist, um mindestens einen Bereich um die Tunnelbelüftungsanlage (100) herum auszuleuchten,
    wobei insbesondere die Leuchteinheit (60) dazu ausgeführt ist, eine Präsenz eines Benutzers in einem Bereich um die Tunnelbelüftungsanlage (100) herum zu erfassen.
  10. Tunnelbelüftungsanlage (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Filtereinheit (F1) vorgesehen ist, um die durch den Ventilator (10) angesaugte Luft zu filtern,
    und/oder dass eine weitere Filtereinheit (F2) vorgesehen ist, um die Luft entsprechend den Erfordernissen einer Brennstoffzelleneinheit (30) zu filtern.
  11. Tunnelbelüftungsanlage (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der mindestens eine Ventilator (10) dazu ausgeführt ist, die Luft in einen Tunnel anzusaugen oder die Luft aus dem Tunnel abzusaugen,
    und/oder dass der mindestens eine Ventilator (10) ein Schutzgitter (11) aufweist, und/oder dass der mindestens eine Ventilator (10) ein Stellsystem aufweist, um die Luftflussrichtung einzustellen.
  12. Tunnelbelüftungsanlage (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der mindestens eine Ventilator (10) dazu ausgeführt ist, zwischen einer Ansaugseite und einer Druckseite ein Druckverhältnis zwischen 1 und 1,3, insbesondere zwischen 1 und 1,1, vorzugsweise 1,03, aufzubauen,
    und/oder dass der mindestens eine Ventilator (10) als ein Axialventilator ausgeführt ist, und/oder dass der mindestens eine Ventilator (10) derart, insbesondere mit großflächigen Schaufeln, ausgeführt ist, um bei einer, relativ kleinen, Drehzahl zwischen 1 bis 10 Umdrehungen pro Minute, insbesondere 1 bis 3 Umdrehungen pro Minute, einen großen Volumenstrom an Luft von 40 bis 100 m3 pro Minute, vorzugsweise 70 bis 100 m3 pro Minute, zu befördern.
  13. Tunnelbelüftungsanlage (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein, insbesondere ausfahrbares, Rädersystem (R) vorgesehen ist, um den Ventilator (10) und/oder den Motor (20) zu bewegen,
    und/oder dass mehrere Ventilatoren (10) hintereinander angeordnet sind, wobei insbesondere für jeden von den mehreren Ventilatoren (10) jeweils ein Motor (20) vorgesehen ist.
  14. Tunnelbelüftungsanlage (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Anhänger (101), insbesondere in Form eines Trolleys, vorgesehen ist, um den Ventilator (10) und/oder den Motor (20) der Tunnelbelüftungsanlage (100) zu transportieren,
    wobei insbesondere der Anhänger (101) eine Kupplung (102) zur Anbindung an eine auf Schienen fahrende Arbeitsmasche (110) aufweist.
  15. Verfahren zum Belüften von Tunneln und/oder Schachtanlagen mithilfe einer Tunnelbelüftungsanlage (100), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend:
    mindestens einen Ventilator (10) zum Ansaugen und/oder Absaugen von Luft und
    einen Motor (20) zum Antreiben des Ventilators (10),
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Motor (20) mithilfe eines Brennstoffs (H2), insbesondere Wasserstoff, angetrieben wird.
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