ES2967015T3 - Vehículo y procedimiento operativo para un vehículo - Google Patents

Description

DESCRIPCIÓN

Vehículo y procedimiento operativo para un vehículo

La presente invención hace referencia a un vehículo con una célula de combustible. Además se hace referencia a un procedimiento operativo para un vehículo. El documento EP 2 924 793 A1 hace referencia a una célula de combustible.

En los documentos US 2014033738 A1 y EP 1238881 A1 se hacen referencia a vehículos ferroviarios.

Un objeto que debe solucionarse consiste en proporcionar un tubo flexible de transporte con el cual, de manera segura y fiable, gas de hidrógeno pueda transportarse mediante una conexión de pasarela de un vehículo.

Dicho objeto, entre otros, se soluciona mediante un vehículo y mediante un procedimiento operativo con las características de las reivindicaciones independientes. En las reivindicaciones restantes se hacen referencia a perfeccionamientos preferentes.

Según la invención, el vehículo comprende varias partes del vehículo que están conectadas unas con otras a lo largo de una dirección de marcha. Al menos una célula de combustible está configurada para la conversión de hidrógeno y oxígeno en agua. Un tubo flexible de transporte entre las partes del vehículo se utiliza para el transporte de un gas portador para el hidrógeno hacia la célula de combustible. El tubo flexible de transporte es mecánicamente flexible y, con ello, puede doblarse de forma reversible en al menos 10°. El tubo flexible de transporte comprende un tubo corrugado o un tubo helicoidal, a través del cual se conduce el gas portador para el hidrógeno.

En el vehículo según la invención se utiliza en particular un tubo flexible de transporte que comprende un tubo corrugado, como por ejemplo un tubo corrugado de acero inoxidable. De manera alternativa, el tubo flexible de transporte comprende un tubo helicoidal, que igualmente puede estar fabricado de acero inoxidable. El tubo corrugado o el tubo helicoidal es impermeable al gas de hidrógeno, pero al mismo tiempo es suficientemente flexible, de forma mecánica, para superar un paso entre dos partes del vehículo. De este modo, mediante un tubo corrugado de esa clase o un tubo helicoidal de esa clase, de manera ventajosa, puede alcanzarse una resistencia a la fatiga mecánica elevada y, con ello, una seguridad elevada, comparable a aquella de los tubos rígidos. Debido a la conformación especial de un tubo corrugado o un tubo helicoidal, los mismos, a diferencia de los tubos rígidos, de manera ventajosa, presentan una flexibilidad limitada, pero suficiente, tanto con respecto a variaciones angulares que se presentan en particular en el caso de una marcha por curvas del vehículo, como también con respecto a una variación de la longitud entre las partes del vehículo que se presenta en particular en el caso de una marcha por terrenos elevados o depresiones.

Según al menos una forma de ejecución, el vehículo se trata de un vehículo ferroviario, como un tren. En particular el vehículo es una unidad automotora que, por ejemplo, está configurada como un tren regional, también denominado como tren de cercanías.

Según al menos una forma de ejecución, el vehículo comprende varias partes del vehículo, donde las mismas están conectadas unas con otras a lo largo de una dirección de marcha del vehículo. Por ejemplo, las partes del vehículo están conectadas unas con otras de forma móvil, de manera que en particular son posibles marchas por curvas, sobre raíles. De acuerdo con el uso previsto, una conexión entre las partes del vehículo puede ser separable, en particular mediante acoplamientos. De manera alternativa es posible que las partes del vehículo estén conectadas unas con otras de forma casi permanente, mediante los así llamados acoplamientos apretados, y que las partes del vehículo individuales no estén configuradas para un funcionamiento autónomo. Las partes del vehículo en particular pueden ser locomotoras con vagones acoplados a la misma, o vagones del extremo o vagones centrales de una unidad automotora.

Según la invención, el vehículo comprende una o varias células de combustible. Al menos una célula de combustible está configurada para generar corriente eléctrica mediante la conversión de hidrógeno y oxígeno en agua. El hidrógeno se convierte desde un gas portador. De manera preferente, el gas portador comprende el hidrógeno necesario. El gas portador para hidrógeno se trata por ejemplo de gas de hidrógeno, abreviado como H<2>. Del mismo modo, es posible que como gas portador para el hidrógeno se utilice gas natural y/o gas de reformado. El oxígeno para la célula de combustible preferentemente proviene del aire ambiente, pero también puede suministrarse como oxígeno puro. En particular es posible que el oxígeno para operar la célula de combustible provenga de un conducto para aire, como un conducto de aire comprimido principal para el funcionamiento de frenos del vehículo.

Según la presente invención, el vehículo comprende uno o varios tubos flexibles de transporte. Al menos un tubo flexible de transporte está dispuesto entre las partes del vehículo, en particular respectivamente entre partes del vehículo contiguas, y está configurado para el transporte de un gas portador para el hidrógeno hacia la célula de combustible. El tubo flexible de transporte es mecánicamente flexible y puede curvarse de forma reversible en al menos 10°, en particular en al menos 20°, referido a un eje longitudinal del tubo flexible, en el estado recto, no curvado. El tubo flexible de transporte puede presentar uniones, acoplamientos y/o conexiones.

Según una primera forma de ejecución de la invención, el tubo flexible de transporte comprende un tubo corrugado o es un tubo corrugado. El gas de transporte para el hidrógeno es conducido a través del tubo corrugado. Según un perfeccionamiento, el tubo corrugado se compone de un material de acero inoxidable. Según un perfeccionamiento alternativo, el tubo corrugado, sin embargo, igualmente puede ser de otro material estanco al hidrógeno, por ejemplo de un material plástico, en particular de un plástico fluorado, como un polímero de perfluoroalcoxi. En particular, con el tubo corrugado se supera el área entre las partes del vehículo.

De acuerdo con una segunda forma de ejecución alternativa de la invención, el tubo flexible de transporte comprende un tubo helicoidal. También el tubo helicoidal, según un perfeccionamiento, puede componerse de un material acero inoxidable o, según un perfeccionamiento alternativo, de un material plástico adecuado. En particular, el tubo puede presentar una pared interna lisa, debido a lo cual se produce una pérdida de presión más reducida en comparación con un tubo corrugado.

Mediante la utilización de un tubo corrugado flexible de forma limitada o de un tubo helicoidal para la conexión de pasarela entre dos partes de vagón de un tren, un gas portador para hidrógeno puede transportarse entre las partes de un vagón. Debido a esto, por ejemplo, puede compensarse la falla de células de combustible individuales en partes del vehículo determinadas. Además, pueden tener lugar modos de construcción asimétricos de un tren, ya que debido a un transporte seguro de hidrógeno más allá de la conexión de pasarela, los tanques de hidrógeno por ejemplo sólo deben disponerse en un vagón o en una parte del vehículo, los que pueden abastecer a células de combustible, tanto en el propio vagón o parte del vehículo, como también en otros vagones, o partes del vehículo. Con ello, de manera ventajosa, puede prescindirse de un segundo tanque de hidrógeno en otro vagón, como sucede en el caso de una disposición simétrica. Gracias a esto puede alcanzarse una reducción de los costes en cuanto al tanque de hidrógeno y a sus instalaciones de tubos. Adicionalmente se libera más espacio de construcción en el vagón o en la parte del vehículo, que no debe ser ocupada por ningún tanque de hidrógeno.

Según otro perfeccionamiento de la invención, el vehículo comprende varias células de combustible. Las células de combustible están dispuestas distribuidas sobre varias partes del vehículo. Además, el vehículo comprende uno o varios tanques de gas portador para el gas portador para el hidrógeno. En particular se encuentra presente precisamente un tanque de gas portador que está dispuesto en una de las partes del vehículo. El gas portador para el hidrógeno, mediante el tubo flexible de transporte o mediante varios tubos flexibles de transporte, se transporta entre las partes del vehículo.

Según otro perfeccionamiento de la invención, el tubo flexible de transporte, en algunos puntos entre las partes del vehículo, se sitúa expuesto hacia el exterior. Es decir, que el tubo flexible de transporte, al menos en algunos momentos, se encuentra expuesto a un aire ambiente y/o a una radiación del ambiente. Expresado de otro modo, el tubo flexible de transporte puede estar expuesto a influencias climáticas, como lluvia, nieve y radiación UV de la radiación solar. El tubo flexible de transporte es resistente con respecto a las influencias ambientales de esa clase, por tanto, es resistente a la intemperie. Por ejemplo, el tubo flexible de transporte, en el uso conforme a lo previsto, presenta una vida útil de al menos 30 años.

Según al menos una forma de ejecución, el gas portador para el hidrógeno, en particular gas H<2>, es conducido a través del tubo flexible de transporte con una presión de al menos 3 bar o de al menos 5 bar o de al menos 7 bar y/o de como máximo 20 bar o de como máximo 16 bar, o de como máximo 10 bar. En particular, esa presión es de aproximadamente 8 bar.

Según otro perfeccionamiento, el tubo flexible de transporte está proporcionado para un rango de temperatura de funcionamiento de -40 °C a 80 °C o más. En particular es posible que el rango de temperatura de funcionamiento cubra un rango de temperatura de -50 °C a 120 °C.

Según al menos una forma de ejecución, el tubo flexible de transporte comprende al menos un revestimiento externo. El revestimiento externo está colocado en el exterior, sobre el tubo corrugado o sobre el tubo helicoidal. El revestimiento externo, según el perfeccionamiento, se trata de un plástico. De manera preferente, el revestimiento externo se encuentra directamente en el tubo corrugado o en el tubo helicoidal, en particular directamente en el acero inoxidable.

Según otro perfeccionamiento, el tubo corrugado presenta una longitud de al menos 0,2 m o de al menos 0,4 m. De manera alternativa o adicional, esa longitud es de como máximo 50 m o como máximo de 30 m o como máximo de 5 m o como máximo de 1,5 m o como máximo de 0,7 m. En particular, la longitud del tubo corrugado es de 0,5 m.

Según al menos una forma de ejecución, el tubo corrugado o el tubo helicoidal presenta un diámetro interno de al menos 5 mm o de al menos 8 mm o de al menos 10 mm. De manera alternativa o adicional, el diámetro interno del tubo corrugado o del tubo helicoidal es como máximo de 15 cm, o de como máximo 6 cm, o de como máximo 2 cm. De manera alternativa o adicional, un diámetro externo del tubo corrugado o del tubo helicoidal supera el diámetro interno en al menos 5 %, o en al menos 10 % o en al menos 15% y/o como máximo en 50% o como máximo en 30% o como máximo en 25%. Por ejemplo, el diámetro interno es de 12 mm y el diámetro externo es de 16 mm.

Según al menos una forma de ejecución, el tubo corrugado o el tubo helicoidal presenta un grosor de la pared de al menos 0,15 mm o de al menos 0,18 mm o de al menos 0,25 mm. De manera alternativa o adicional, el grosor de la pared como máximo es de 0,7 mm o como máximo de 0,5 mm o como máximo de 0,3 mm. Mediante un tubo corrugado de esa clase o un tubo helicoidal de esa clase, por una parte, está garantizada una flexibilidad mecánica suficiente y, por otra parte, un modo de construcción robusto, durabilidad y resistencia con respecto al gas de hidrógeno transportado bajo presión.

Puesto que un tubo helicoidal, en el caso de una suspensión libre entre las partes de vehículo, puede comenzar a vibrar y, debido a esto, puede cargarse de manera excesiva, según otro perfeccionamiento está proporcionado un cuerpo de un material elástico que rodea el tubo helicoidal. Ese cuerpo en particular puede estar conformado como un cuerpo enrollado, sobre el que está enrollado el tubo helicoidal, o como un cuerpo de relleno, que se introduce en el espacio interno después de la fabricación del tubo helicoidal. El cuerpo por ejemplo se compone de un material plástico que presenta un efecto amortiguador con respecto a vibraciones del tubo helicoidal. Además, el material seleccionado debe ser resistente con respecto al hidrógeno, para impedir que la célula de combustible se contamine debido a material desprendido.

De forma complementaria con respecto al cuerpo rodeado por el tubo helicoidal puede estar proporcionado un cuerpo situado por fuera del tubo helicoidal o una cubierta del tubo helicoidal con un grosor de material determinado, que debido al material elástico seleccionado igualmente presenta propiedades de amortiguación con respecto a vibraciones.

Según un perfeccionamiento del cuerpo elástico, el mismo, de manera complementaria, está provisto de dispositivos de fijación que se utilizan para una fijación mecánica o una suspensión del tubo helicoidal en las partes del vehículo o en un dispositivo de acoplamiento entre las partes de vehículo. Por ejemplo, el cuerpo se proyecta de ambos lados más allá de la longitud de la espiral. En particular, esos dispositivos de fijación pueden componerse de un material metálico que está conectado de forma permanente al cuerpo elástico. De manera ventajosa, con la suspensión o la fijación del tubo helicoidal mediante el cuerpo elástico se reduce tanto una carga por flexión, como también una carga por presión o por tracción del tubo helicoidal.

Además se hace referencia a un procedimiento operativo para un vehículo de esa clase. Las características del vehículo también están descritas para el procedimiento operativo, y de forma inversa.

En al menos una forma de ejecución del procedimiento se opera al menos una célula de combustible para mover el vehículo. Expresado de otro modo, el vehículo dispone de un accionamiento de célula de combustible. El accionamiento de célula de combustible puede ser el único accionamiento del vehículo o también se encuentra presente otro accionamiento.

Según al menos una forma de ejecución, para operar la célula de combustible, el gas portador para el hidrógeno, en particular gas H<2>, se transporta entre las partes del vehículo, a través del tubo flexible de transporte.

A continuación se explican con mayor detalle un vehículo aquí descrito y un procedimiento aquí descrito, haciendo referencia al dibujo, mediante ejemplos de ejecución. Los mismos símbolos de referencia identifican los mismos elementos en las figuras individuales. No obstante, no están representadas referencias a escala, más bien los elementos individuales pueden estar representados exageradamente grandes, para una mejor comprensión.

Muestran:

Figuras 1, 5, 6 y 7 representaciones en sección esquemáticas de ejemplos de ejecución de vehículos aquí descritos,

y

Figuras 2, 3 y 4 representaciones en sección esquemáticas de ejemplos de ejecución de tubos flexibles de transporte para vehículos aquí descritos.

En la figura 1 se muestra un ejemplo de ejecución de un vehículo 1. El vehículo 1 es un tren con varias partes del vehículo 2. Las partes del vehículo 2 están formadas por vagones que pueden acoplarse unos a otros. Una conexión mecánica entre las partes del vehículo 2 se logra mediante acoplamientos 10.

Al menos algunas partes del vehículo 2 respectivamente comprenden una célula de combustible 3 para el accionamiento del vehículo 1. En al menos una de las partes del vehículo 2 se encuentra presente un tanque de gas portador 6 para gas de hidrógeno. Para el transporte del gas de hidrógeno más allá de las partes del vehículo 2, hacia las respectivas células de combustible 3, se encuentran presentes respectivamente tubos flexibles de transporte 4, al menos entre las partes del vehículo 2.

Los tubos flexibles de transporte 4 son suficientemente flexibles de forma mecánica para poder compensar movimientos de las partes de vehículo 2 relativamente unas con respecto a otras durante la marcha y durante un proceso de acoplamiento. Además, los tubos flexibles de transporte 4 son resistentes a la intemperie y cumplen con los requisitos necesarios para el funcionamiento del vehículo 1.

En la figura 2 se ilustra un ejemplo de ejecución del tubo flexible de transporte 4. El tubo flexible de transporte 4 está formado por un tubo corrugado 41 con una conformación anular paralela, a modo de ejemplo. El tubo corrugado 41 es de acero inoxidable. Un diámetro interno del tubo corrugado es de aproximadamente 12 mm, un diámetro externo de aproximadamente 16 mm. Un grosor de la pared del tubo corrugado es de 0,18 mm. Una periodicidad de la estructura ondulada en la dirección longitudinal por ejemplo es de al menos 25 % y/o como máximo de 90% del diámetro interno. Expresado de otro modo, las partes de vehículo contiguas, preferentemente, en cada caso están conectadas unas con otras mediante un tubo corrugado para el transporte del gas portador de hidrógeno.

En la figura 3 se muestra otro ejemplo de ejecución del tubo flexible de transporte 4. Adicionalmente con respecto al tubo corrugado 41, en particular de acero inoxidable, el tubo flexible de transporte 4 comprende un revestimiento 42. El revestimiento 42 está aplicado directamente y en toda la superficie, en el exterior, sobre el tubo corrugado 41. Preferentemente, el revestimiento 42 es de un plástico.

Es posible que el revestimiento 42 sea comparativamente delgado. Es decir, que mediante el revestimiento 42, un contorno externo del tubo corrugado 41 puede imitarse de forma fiel en cuanto a la forma.

En el ejemplo de ejecución del tubo flexible de transporte 4, como se muestra en la figura 4, una envoltura 43 está colocada alrededor del tubo corrugado 41. La envoltura 43, a su vez, puede ser de un plástico. La envoltura 43 es comparativamente gruesa, de manera que la forma ondulada del tubo corrugado 41 ya no puede reconocerse exteriormente en la envoltura 43.

Una envoltura 43 de esa clase también puede combinarse con un revestimiento 42, como se muestra en la figura 3. Además pueden estar presentes varias envolturas 43, que están dispuestas unas sobre otras.

Además, es posible que el tubo flexible de transporte 4 comprenda una o varias piezas del extremo 9. Las piezas del extremo 9 pueden estar conformadas como una válvula y/o son piezas de conexión, con las que el tubo flexible de transporte puede conectarse de forma estanca al gas. Las piezas del extremo 9 de esa clase también pueden estar presentes en todos los otros ejemplos de ejecución.

En el ejemplo de ejecución de la figura 5, las partes de vehículo 2, del vehículo 1, están acopladas unas a otras mediante acoplamientos. Las partes de vehículo 2, por ejemplo, según el uso el previsto, no están configuradas para separarse regularmente una de otra, de modo que preferentemente pueden utilizarse los así llamados acoplamientos apretados. Nuevamente se encuentra presente un tanque de gas portador 6, desde el que las células de combustible 3 son abastecidas de un gas portador 51 para hidrógeno, en particular gas H<2>, mediante conductos para hidrógeno 7. Un gas portador 52 para oxígeno se extrae por ejemplo del aire ambiente o, de manera preferente, de un conducto de aire comprimido principal del vehículo 1. El vehículo 1 en particular está diseñado como una unidad automotora para el transporte regional.

En la figura 6 está ilustrado el hecho de que los conductos para hidrógeno 7 respectivamente están cerrados por una válvula 8. La válvula 8 puede estar colocada dentro de las piezas de vehículo 2 o puede encontrarse en el exterior, en una parte de vehículo 2. Las válvulas 8, consecutivas a lo largo de las partes de vehículo 2, están conectadas unas con otras mediante el tubo flexible de transporte 4. Para ello, el tubo flexible de transporte 4, de manera preferente, dispone de las piezas del extremo 9, que están adaptadas a las válvulas 8. Es decir, que el tubo flexible de transporte 4 solamente está configurado para superar un espacio intermedio entre las partes de vehículo 2. Una conexión mecánica y un acoplamiento entre las partes de vehículo 2 no están representados en la figura 6, ni en la figura 7, para simplificar la representación.

Por otra parte, el tubo flexible de transporte 4 según la figura 7 se extiende de forma contigua o esencialmente de forma contigua entre las células de combustible 3 y/o el tanque de gas portador no ilustrado. Es decir, que el tubo flexible de transporte 4 entre las partes de vehículo 2, puede estar conformado de una pieza con el conducto para hidrógeno 7 dentro de las partes de vehículo 2. De este modo pueden suprimirse válvulas en un área intermedia entre las partes de vehículo 2. En el área del paso entre las partes de vehículo 2, el tubo flexible de transporte 4, al menos en algunas secciones, está conformado como un tubo corrugado o como un tubo helicoidal, para poder compensar movimientos relativos de las partes de vehículo, de unas con respecto a otras.

Lista de símbolos de referencia

1 Vehículo

2 Parte de vehículo

3 Célula de combustible

4 Tubo flexible de transporte

41 Tubo corrugado

42 Revestimiento

43 Envoltura

51 Gas portador para hidrógeno

52 Gas portador para oxígeno

6 Tanque de gas portador

7 Conducto para hidrógeno

8 Válvula

9 Pieza del extremo

10 Acoplamiento

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Vehículo (1) con

- varias partes del vehículo (2) que están conectadas unas con otras a lo largo de una dirección de marcha del vehículo (1),

- al menos una célula de combustible (3) para generar corriente eléctrica mediante la conversión de hidrógeno y oxígeno en agua, y

- al menos un tubo flexible de transporte (4) entre las partes del vehículo (2) para el transporte de un gas portador (51) para el hidrógeno hacia la célula de combustible (3),

donde

- el tubo flexible de transporte (4) es mecánicamente flexible y, con ello, puede doblarse de forma reversible en al menos 10°, y

- el tubo flexible de transporte (4) comprende un tubo corrugado (41) o un tubo helicoidal que está configurado para conducir el gas portador (51) para el hidrógeno.

2. Vehículo (1) según la reivindicación precedente,

en el cual el tubo corrugado (41) o el tubo helicoidal es de acero inoxidable.

3. Vehículo (1) según la reivindicación 1,

en el cual el tubo corrugado (4) o el tubo helicoidal es de al menos un plástico.

4. Vehículo (1) según una de las reivindicaciones precedentes, con varias células de combustible (3) y al menos un tanque de gas portador (6),

donde las células de combustible (3) están dispuestas distribuidas sobre varias de las partes del vehículo (2), y

donde el tanque de gas portador (6) está colocado sólo en una de las partes del vehículo (2), de manera que al menos un tubo flexible de transporte (4) está configurado para distribuir el gas portador (51) para el hidrógeno, desde la parte del vehículo (2) con el tanque de gas portador (6), en las otras partes del vehículo (2).

5. Vehículo (1) según una de las reivindicaciones precedentes, en el cual el tubo corrugado (41) o el tubo helicoidal está expuesto hacia el exterior, de manera que el tubo corrugado (41), así como el tubo helicoidal, al menos por momentos, está expuesto a un aire ambiente y a una radiación del ambiente.

6. Vehículo (1) según una de las reivindicaciones precedentes, en el cual el gas portador (51) para el hidrógeno es gas H<2>, donde el tubo flexible de transporte (4) está proporcionado al menos para un rango de temperatura de funcionamiento de -40 °C a 80 °C.

7. Vehículo (1) según una de las reivindicaciones precedentes,

en el cual el tubo flexible de transporte (4) comprende al menos un revestimiento externo (42) que, en el exterior, está colocado sobre el tubo corrugado (41) o sobre el tubo helicoidal,

donde el revestimiento externo (42) comprende al menos un plástico.

8. Vehículo (1) según una de las reivindicaciones precedentes, en el cual el tubo corrugado (41) presenta una longitud de entre inclusive 0,2 m e inclusive 1,5 m.

9. Vehículo (1) según una de las reivindicaciones precedentes,

en el cual el tubo corrugado (41) o el tubo helicoidal presenta un diámetro interno de entre inclusive 8 mm e inclusive 6 cm, y un diámetro externo del tubo corrugado (41) supera el diámetro interno en al menos 10 % y como máximo en 30 %,

donde un grosor de la pared del tubo corrugado (41) o del tubo helicoidal se encuentra entre inclusive 0,15 mm e inclusive 0,5 m.

10. Vehículo (1) según una de las reivindicaciones precedentes, en el cual, en al menos el espacio rodeado por el tubo helicoidal, está dispuesto un cuerpo, en particular un cuerpo enrollado o un cuerpo de relleno, de un material elástico.

11. Vehículo (1) según la reivindicación 10, en el cual el cuerpo presenta dispositivos de fijación que se utilizan para una suspensión mecánica del tubo helicoidal en las partes del vehículo (2) y/o en un acoplamiento que conecta las partes del vehículo (2).

12. Procedimiento operativo para un vehículo (1) según una de las reivindicaciones precedentes,

donde se opera al menos una célula de combustible (3) para mover el vehículo (1), y

donde para operar la célula de combustible (3) el gas portador (51) para el hidrógeno se transporta entre las partes del vehículo (2), a través del tubo flexible de transporte (4),

donde el tubo corrugado (41) o el tubo helicoidal está configurado de manera que el gas portador (51) para el hidrógeno es conducido con una presión de al menos 3 bar y de como máximo 16 bar, a través del tubo flexible de transporte (4).