ES2946361A1 - Mixed hydrogen transmission system for driving hydraulic cranes (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents

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ES2946361A1
ES2946361A1 ES202230023A ES202230023A ES2946361A1 ES 2946361 A1 ES2946361 A1 ES 2946361A1 ES 202230023 A ES202230023 A ES 202230023A ES 202230023 A ES202230023 A ES 202230023A ES 2946361 A1 ES2946361 A1 ES 2946361A1
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fuel cell
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Wahban Miguelangel Ocando
Laura Cristina Guardia
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H2vector Energy Technoligies Sl
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H2vector Energy Technoligies Sl
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION 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
    • B60L50/00Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/70Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by fuel cells
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66FHOISTING, LIFTING, HAULING OR PUSHING, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. DEVICES WHICH APPLY A LIFTING OR PUSHING FORCE DIRECTLY TO THE SURFACE OF A LOAD
    • B66F9/00Devices for lifting or lowering bulky or heavy goods for loading or unloading purposes

Abstract

Mixed hydrogen energy transmission system, for the drive of mobile cranes that includes means for storage, air conditioning and hydrogen, energy delivery through fuel cells, and energy transmission systems through motors, for the drive of the hydraulic systems of translation, elevation and rotation of cranes. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Sistema de transmisión mixto de hidrógeno para el accionamiento de grúas hidráulicasMixed hydrogen transmission system for driving hydraulic cranes

Objeto de la invenciónObject of the invention

El objeto de la presente invención consiste en un sistema de transmisión mixto de hidrógeno para la conversión de este gas en energía eléctrica y el empleo de la misma en aplicaciones de movilidad de grúas hidráulicas.The object of the present invention consists of a mixed hydrogen transmission system for the conversion of this gas into electrical energy and its use in mobility applications of hydraulic cranes.

Antecedentes de la invenciónBackground of the invention

La contaminación es un factor que impacta negativamente en la salud de la población, pudiendo generar el detrimento físico y/o psicológico de las personas.Pollution is a factor that negatively impacts the health of the population, being able to generate physical and/or psychological detriment to people.

La actividad humana genera la emisión de gases de efecto invernadero, entre los que se encuentra el dióxido de carbono (CO2). El exceso de CO2 en la atmósfera es uno de los motivos por el que una gran cantidad de energía es retenida en el planeta, originando, por ejemplo, el aumento de las temperaturas medias, una mayor ocurrencia de fenómenos meteorológicos extremos, la propagación de enfermedades, cambios en los ecosistemas, extinción de especies animales o la escases de cultivos.Human activity generates the emission of greenhouse gases, among which is carbon dioxide (CO 2 ). The excess of CO 2 in the atmosphere is one of the reasons why a large amount of energy is retained on the planet, causing, for example, an increase in average temperatures, a greater occurrence of extreme weather events, the spread of diseases, changes in ecosystems, extinction of animal species or the scarcity of crops.

Sin embargo, la emisión de gases nocivos no es el único tipo de contaminación con el que, día a día, debemos convivir. El ruido genera lo que se denomina contaminación acústica, la cual influye en la calidad de vida de las personas, sobre todo durante su actividad laboral. Si bien el exceso de ruido no tiene un efecto acumulativo en el medio, sí que puede tenerlo en las personas, motivo por el que se trata de una de las mayores preocupaciones en áreas urbanas, donde se calcula que al menos 9 millones de personas soportan niveles medios que se encuentran en el límite aceptado por la Organización Mundial de la Salud (OMS), es decir, 65 decibelios.However, the emission of harmful gases is not the only type of pollution with which, day by day, we must live. Noise generates what is called acoustic pollution, which influences people's quality of life, especially during their work activity. Although excessive noise does not have a cumulative effect on the environment, it can have it on people, which is why it is one of the biggest concerns in urban areas, where it is estimated that at least 9 million people endure average levels that are within the limit accepted by the World Health Organization (WHO), that is, 65 decibels.

Esta situación ya ha sido reconocida por las autoridades como crítica, por lo que han comenzado a sugerir y aplicar, normas y restricciones tendientes a detener los efectos del cambio climático, dando paso a nuevas opciones que favorezcan la descarbonización y descontaminación en todos los ámbitos.This situation has already been recognized by the authorities as critical, which is why they have begun to suggest and apply rules and restrictions aimed at stopping the effects of the climate change, giving way to new options that favor decarbonization and decontamination in all areas.

La maquinaria pesada consume una importante cantidad de combustible, emitiendo gases de efecto invernadero y generando elevados niveles de ruido durante su operación, por lo que la búsqueda de soluciones alternativas más sostenibles y menos contaminantes contribuirá a que su impacto medioambiental disminuya.Heavy machinery consumes a significant amount of fuel, emitting greenhouse gases and generating high levels of noise during its operation, so the search for more sustainable and less polluting alternative solutions will help reduce its environmental impact.

El hidrógeno se plantea como una interesante opción de combustible no contaminante, ya que su utilización no genera emisión de C 02. Asimismo, de acuerdo con su procedencia, se califica con un código de color, siendo el hidrogeno verde el que resulta de la generación a partir de fuentes de energía renovables, lo que indica que su empleo puede potenciar aún más los beneficios medioambientales del uso de este vector energético.Hydrogen is considered an interesting non-polluting fuel option, since its use does not generate C 02 emissions. Also, according to its origin, it is classified with a color code, with green hydrogen being the one that results from the generation from renewable energy sources, which indicates that its use can further enhance the environmental benefits of using this energy vector.

Asimismo, debe tenerse en cuenta que, ciertas aplicaciones, como las pilas de combustible, que utilizan hidrógeno como combustible, o aquellas que emplean la energía conseguida a partir de su transformación, generan un bajo nivel de ruido.Likewise, it should be taken into account that certain applications, such as fuel cells, which use hydrogen as fuel, or those that use the energy obtained from its transformation, generate a low noise level.

Por lo antes mencionado, la adaptación de la maquinaria pesada al uso de hidrógeno permitirá disminuir su huella medioambiental.Due to the aforementioned, the adaptation of heavy machinery to the use of hydrogen will reduce its environmental footprint.

La presente invención contiene los elementos necesarios para adecuar las grúas hidráulicas, presentes en camiones y plataformas móviles, para el empleo de hidrógeno. Durante las horas de operación de estos brazos articulados o grúas, se emite C 02, debido al consumo de combustible fósil y se origina contaminación acústica. Un sistema que utilice hidrógeno como vector energético generará, por hora, cero emisiones de CO2 y disminuirá el ruido asociado a su funcionamiento de forma drástica.The present invention contains the necessary elements to adapt the hydraulic cranes, present in trucks and mobile platforms, for the use of hydrogen. During the hours of operation of these articulated arms or cranes, C 02 is emitted, due to the consumption of fossil fuel and noise pollution originates. A system that uses hydrogen as an energy vector will generate, per hour, zero CO 2 emissions and will drastically reduce the noise associated with its operation.

Descripción de la invenciónDescription of the invention

La presente invención consiste en un sistema mixto de transmisión de hidrógeno que permite disminuir la contaminación que se origina a causa del accionamiento de grúas hidráulicas en camiones o plataformas móviles. The present invention consists of a mixed hydrogen transmission system that allows reducing the pollution that originates from the operation of hydraulic cranes in trucks or mobile platforms.

El consumo de combustible diésel de una grúa hidráulica de camión, oruga o plataforma móvil de 200 toneladas de carga mínima, oscila entre los 20 a 30 litros de combustible. Considerando que un litro de diésel emite 2,67 Kg de C 02, esto conduce a una estimación de 53,4 a 80,1 kg de CO2 por hora.The diesel fuel consumption of a hydraulic truck, caterpillar or mobile platform crane with a minimum load of 200 tons ranges from 20 to 30 liters of fuel. Considering that a liter of diesel emits 2.67 kg of C 02, this leads to an estimate of 53.4 to 80.1 kg of CO 2 per hour.

La invención facilita la transformación de este tipo de maquinaria hacia un modelo de consumo más sostenible, mediante el empleo de hidrógeno como vector energético con cero emisiones, para lo cual el motor de combustión interna que propicia el accionamiento de la bomba hidráulica es sustituido por un motor eléctrico.The invention facilitates the transformation of this type of machinery towards a more sustainable consumption model, through the use of hydrogen as an energy vector with zero emissions, for which the internal combustion engine that drives the hydraulic pump is replaced by a electric motor.

Este motor eléctrico es alimentado mediante la tecnología de pila de combustible, la cual emplea hidrógeno para la obtención de energía eléctrica, generando como productos secundarios agua y calor.This electric motor is powered by fuel cell technology, which uses hydrogen to obtain electrical energy, generating water and heat as secondary products.

El uso de la combinación hidrógeno - pila de combustible, permite disponer de tiempos de recarga mucho más bajos que si se emplea una batería como sistema de almacenamiento y entrega energética. Durante un intervalo de tiempo cercano a los cinco minutos, es posible recargar el sistema de almacenamiento de hidrógeno con 6 kg de este compuesto, lo que se traduce en disponer, aproximadamente, de 84 kWh de energía. The use of the hydrogen - fuel cell combination allows recharging times to be much lower than if a battery is used as a storage and energy delivery system. During a time interval of close to five minutes, it is possible to recharge the hydrogen storage system with 6 kg of this compound, which translates into having approximately 84 kWh of energy available.

El nuevo sistema que propone esta invención, favorece el consumo energético con cero emisiones y disminuye el nivel de ruido generado durante la operación de la maquinaria. Por lo que, además de promover un modelo de consumo energético medioambientalmente sostenible, será posible la utilización de la maquinaria adaptada en zonas con limitaciones de niveles de ruido y de emisiones.The new system proposed by this invention favors energy consumption with zero emissions and reduces the level of noise generated during the operation of the machinery. Therefore, in addition to promoting an environmentally sustainable energy consumption model, it will be possible to use the adapted machinery in areas with limited noise levels and emissions.

Descripción de las figurasDescription of the figures

Para una más clara descripción de la invención, se esquematiza la misma utilizando una serie de figuras explicativas.For a clearer description of the invention, it is schematized using a series of explanatory figures.

La Figura 1 presenta un esquema general de los componentes que integran el sistema de transmisión mixto de hidrógeno. Asimismo, cada uno de los elementos que pueden forman parte de él, se describen de forma detallada en las precedentes Figura 2, Figura 3, Figura 4, Figura 5 y Figura 6. Figure 1 presents a general diagram of the components that make up the mixed hydrogen transmission system. Likewise, each of the elements that can form part of it are described in detail in the preceding Figure 2, Figure 3, Figure 4, Figure 5 and Figure 6.

La Figura 2 detalla el tipo de acople que puede emplearse para llevar a cabo la unión del motor y la bomba hidráulica. Por su parte, la Figura 3 describe el subproceso opcional que hace posible el almacenamiento de energía eléctrica.Figure 2 details the type of coupling that can be used to join the motor and the hydraulic pump. For its part, Figure 3 describes the optional thread that makes possible the storage of electrical energy.

A continuación, las Figura 4 y Figura 5 esquematizan los subprocesos mediante los cuales es posible modificar la corriente de entrada al motor eléctrico.Next, Figure 4 and Figure 5 schematize the threads through which it is possible to modify the input current to the electric motor.

Finalmente, la Figura 6 describe el subproceso opcional de sistema de desplazamiento.Finally, Figure 6 depicts the optional displacement system thread.

Realización preferente de la invenciónPreferred embodiment of the invention

La presente invención consiste en un sistema de transmisión mixto de hidrógeno diseñado para ser acoplado a un camión, oruga o plataforma móvil que posea una grúa hidráulica (Figura 1). De esta manera, mediante un sistema de almacenamiento en tanques o recipientes (101) se dispone del hidrógeno necesario para alimentar la pila de combustible (102). En este dispositivo el hidrógeno, mediante su combinación con el oxígeno del aire, genera agua y la energía eléctrica necesaria para alimentar al motor eléctrico (103). Mediante un sistema de acople (106) la energía eléctrica permite el funcionamiento de la bomba hidráulica (104) la cual es responsable del accionamiento de la grúa (105).The present invention consists of a mixed hydrogen transmission system designed to be coupled to a truck, caterpillar or mobile platform that has a hydraulic crane (Figure 1). In this way, through a storage system in tanks or containers (101) the necessary hydrogen is available to feed the fuel cell (102). In this device, hydrogen, through its combination with oxygen from the air, generates water and the electrical energy necessary to feed the electric motor (103). By means of a coupling system (106) the electrical energy allows the operation of the hydraulic pump (104) which is responsible for driving the crane (105).

El acople entre el motor eléctrico (103) y la bomba hidráulica (104) puede realizarse opcionalmente mediante un sistema de acople mecánico o hidráulico (201), (Figura 2). The coupling between the electric motor (103) and the hydraulic pump (104) can optionally be made by means of a mechanical or hydraulic coupling system (201), (Figure 2).

De forma opcional, para asegurar una respuesta casi instantánea del motor eléctrico (103), cuando así se requiere, este puede estar conectado a un sistema de baterías (301), que puede estar compuesto por una o varias baterías, para el almacenamiento de la energía eléctrica previamente generada en la pila de combustible (102), (Figura 3).Optionally, to ensure an almost instantaneous response from the electric motor (103), when required, it can be connected to a battery system (301), which can be made up of one or more batteries, for storage of the electrical energy previously generated in the fuel cell (102), (Figure 3).

Asimismo, de forma opcional, puede utilizarse un conversor de corriente continua o DC/DC (401), el cual modifica el nivel de tensión de la corriente de salida de la pila de combustible (102) cuando los requerimientos de corriente de entrada del motor eléctrico (103) así lo requieran (Figura 4). En esta disposición de elementos, puede adicionarse de forma opcional el sistema de baterías (301). Likewise, optionally, a direct current or DC/DC converter (401) can be used, which modifies the voltage level of the output current of the fuel cell (102) when the input current requirements of the motor electrical (103) so require (Figure 4). In this arrangement of elements, the battery system (301) can be optionally added.

Cuando las especificaciones del motor eléctrico (103) así lo establezcan, de forma opcional, se podrá utilizar un convertidor de corriente continua a corriente alterna (501), así como un variador de frecuencia (502), (Figura 5).When the specifications of the electric motor (103) so establish, optionally, a direct current to alternating current converter (501) can be used, as well as a frequency inverter (502), (Figure 5).

De forma opcional, puede integrarse un sistema de desplazamiento (601) que puede combinarse con el resto de elementos opcionales que se han ido mencionando (310, 401 o 501 y 502), (Figura 6). Optionally, a displacement system (601) can be integrated that can be combined with the rest of the optional elements that have been mentioned (310, 401 or 501 and 502), (Figure 6).

Claims (6)

REIVINDICACIONES 1. Sistema de transmisión mixto de hidrógeno, que comprende medios para la transformación de hidrógeno en energía para su empleo en el accionamiento de una grúa hidráulica (100) que contiene:1. Mixed hydrogen transmission system, which includes means for transforming hydrogen into energy for use in driving a hydraulic crane (100) that contains: - un sistema de almacenamiento de hidrógeno (101).- a hydrogen storage system (101). - una pila de combustible (102) configurada para:- a fuel cell (102) configured to: - acondicionar el aire de entrada a las condiciones de operación del proceso; - condition the inlet air to the operating conditions of the process; - recibir hidrógeno proveniente de los medios (101), acondicionar el hidrógeno a las condiciones de operación del proceso; y- receiving hydrogen from the means (101), conditioning the hydrogen to the operating conditions of the process; and - producir electricidad en base a la interacción de aire con hidrógeno acondicionados.- Produce electricity based on the interaction of conditioned air with hydrogen. - un motor eléctrico (103).- an electric motor (103). - un sistema de acople (106).- a coupling system (106). 2. Un sistema de acople de acuerdo con la reivindicación 1, que contiene un elemento de transmisión mecánico o hidráulico (201)A coupling system according to claim 1, containing a mechanical or hydraulic transmission element (201) 3. Un sistema de almacenamiento de energía de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2, que comprende:3. An energy storage system according to claims 1 and 2, comprising: - una o varias baterías (301).- one or more batteries (301). 4. Un sistema de conversión de potencia de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 3, que comprende:4. A power conversion system according to claims 1 and 3, comprising: - un conversor DC/DC (401) que transforma la corriente continua proveniente de la pila de combustible (102) de un nivel de tensión a otro.- a DC/DC converter (401) that transforms the direct current coming from the fuel cell (102) from one voltage level to another. 5. Un sistema inversor de corriente de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2, que comprende:A power inverter system according to claims 1 and 2, comprising: - un inversor DC/AC (501) configurado para generar una tensión alterna a partir de una fuente de corriente continua. - a DC/AC inverter (501) configured to generate an alternating voltage from a direct current source. - un variador de frecuencia (502) configurado para regular la velocidad de giro del motor al que se encuentra acoplado (103).- A frequency converter (502) configured to regulate the speed of rotation of the motor to which it is coupled (103). 6. Un sistema de accionamiento del desplazamiento de acuerdo con las reivindicaciones 1, 2, 3, 4 y 5 que entrega la energía proveniente de la pila de combustible (102) para el accionamiento de ruedas, orugas y/o cadenas que forman parte del camión o plataforma móvil y permiten su desplazamiento. 6. A movement drive system according to claims 1, 2, 3, 4 and 5 that delivers the energy from the fuel cell (102) to drive wheels, caterpillars and/or chains that are part of the truck or mobile platform and allow its displacement.
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