(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通常動作モードと補助空気動作モードとにおいて動作可能である圧縮空気供給のための装置であって、
コンプレッサ（２０）を備えており、
前記コンプレッサ（２０）は、
周辺圧力下にある空気を供給可能でかつ該空気を用いて第１の圧力下にある圧縮空気を生成可能である第１の圧縮機（２１）と、
第２の圧力下にある圧縮空気を生成可能である第２の圧縮機（２２）と、を有しており、
前記第１の圧力下にある圧縮空気を、前記第１の圧縮機（２１）から接続管路（２５）を通って前記第２の圧縮機（２２）へ導入可能である、装置において、
前記接続管路（２５）が切替装置（３２）と接続されており、該切替装置（３２）を用いて前記接続管路（２５）は、周辺圧力下にある空気に接続可能であり、それによって、補助空気動作モードにおいて、前記接続管路（２５）内で、周辺圧力下にある空気との圧力平衡が行われ、
前記切替装置（３２）は、閉鎖装置（３３）と逆止弁（３４）とを有しており、該閉鎖装置（３３）と該逆止弁（３４）とを介して、前記第１の圧縮機（２１）から吐出される空気の少なくとも一部が導出可能であり、
前記第２の圧縮機（２２）には、前記補助空気動作モードにおいて、前記逆止弁（３４）の通流抵抗のみに基づいて、周辺圧力よりも僅かに高い圧力の空気が供給可能である、ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記逆止弁（３４）の上流側の第１の圧力は、周辺圧力よりも高い、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記第１の圧縮機（２１）の上流側に、当該第１の圧縮機（２１）に供給される空気が通流するエアーフィルタ（１１）が配置されている、請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
前記第１の圧縮機（２１）と前記第２の圧縮機（２２）との間の前記接続管路内にインタークーラー（１２）が配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
圧縮空気を少なくとも１つのユニットへの供給のために分岐させるために、併設管路（２７）が、前記第２の圧縮機（２２）の下流側に接続された圧縮空気管路（２６）と接続されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
コンプレッサ（２０）を備え、該コンプレッサ（２０）は、第１の圧縮機（２１）と、該第１の圧縮機（２１）に接続管路（２５）を介して接続された第２の圧縮機（２２）とを有している装置を含んだ鉄道車両用の圧縮空気供給のための方法であって、
前記方法は、通常動作モードにおいて、
−周辺圧力下にある空気を前記第１の圧縮機（２１）に供給するステップと、
−第１の圧力下にある圧縮空気を前記第１の圧縮機（２１）内で生成するステップと、
−前記第１の圧力下にある圧縮空気を前記第２の圧縮機（２２）に供給するステップと、
−第２の圧力下にある圧縮空気を前記第２の圧縮機（２２）内で生成するステップと、を含んでいる方法において、
前記装置は、閉鎖装置（３３）と逆止弁（３４）とを有する切替装置（３２）の切替によって、前記通常動作モードから補助空気動作モードに切替可能であり、該補助空気動作モードは、
−周辺圧力下にある空気を前記第１の圧縮機（２１）に供給するステップと、
−周辺圧力下にある空気を前記第１の圧縮機（２１）を介して吐出するステップと、
−前記閉鎖装置（３３）と前記逆止弁（３４）とを介して、前記第１の圧縮機（２１）から吐出される空気の少なくとも一部を導出するステップと、
−前記第１の圧縮機（２１）を介して吐出された空気の一部を前記第２の圧縮機（２２）に供給するステップと、
−第２の圧力下にある圧縮空気を前記第２の圧縮機（２２）内で生成するステップと、を含んでおり、前記補助空気動作モードにおいて周辺圧力下にある空気を前記第１の圧縮機（２１）を介して吐出する際に、前記逆止弁（３４）の通流抵抗のみに基づいて周辺圧力よりも僅かに昇圧させることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に第１の圧縮機と、該第１の圧縮機に接続管路を介して接続された第２の圧縮機とを有するコンプレッサを備えた鉄道車両用の圧縮空気供給のための装置および方法に関する。
【０００２】
鉄道車両では、圧縮空気供給のための装置、特に鉄道車両のブレーキシステムに圧縮空気を供給するための装置が用いられる。例えばパンタグラフのような補助機器に対しては比較的小型の補助空気コンプレッサが頻繁に使用され、この補助空気コンプレッサでは、補助圧縮空気を提供するために、パンタグラフ等のアクチュエータに対して鉄道車両の車両用バッテリによって電気エネルギーが供給される。車両用バッテリの電気エネルギーは、比較的小さな寸法の補助空気コンプレッサを電動駆動するのに十分であり、それによって補助空気供給のための十分な圧縮空気が生成可能である。ただしそのような補助空気供給のための装置における欠点は、装置技術的コストならびに所要のメンテナンスコストが相当に高い点にある。
【０００３】
国際公開第２０１５／０２８５３２号（ＷＯ２０１５／０２８５３２）では、メインコンプレッサを備えた圧縮空気供給装置が提案されており、この装置では、補助空気供給のための圧縮空気生成手段が、鉄道車両の電動駆動されるメインコンプレッサを、車両用バッテリによって提供される電気的駆動エネルギーによって低回転数で動作させるために、電気的周波数変換器を有している。
【０００４】
ただし、そのような圧縮空気供給のための装置を使用する場合、僅かな補充時間が求められる一方でより大きな供給能力を有するコンプレッサが求められるという目標の矛盾が生じる。いずれにせよバッテリ電流による動作モードは、コンプレッサの電力消費量が僅かでそれに伴う供給能力も僅かである場合にしか簡単に実現することはできない。
【０００５】
それゆえ本発明が基礎とする課題は、圧縮空気供給のための改善された装置および改善された方法を提供することにある。
【０００６】
この課題は、独立請求項に記載の特定事項によって解決される。本発明の好ましい実施形態および発展形態は従属請求項の対象である。
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明によれば、通常動作モードと補助空気動作モードとにおいて動作可能である、特に鉄道車両用の圧縮空気供給のための装置が提案される。この装置は、コンプレッサを備えており、該コンプレッサは、周辺圧力下にある空気が供給可能でかつ該空気を用いて第１の圧力下にある圧縮空気が生成可能である第１の圧縮機を有している。このコンプレッサはさらに第２の圧縮機を有しており、この第２の圧縮機を用いて第２の圧力下にある圧縮空気が生成可能である。ここでの第１の圧力下にある圧縮空気は、第１の圧縮機から接続管路を通って第２の圧縮機へ誘導可能である。この接続管路は切替装置と接続されており、該切替装置を用いて接続管路は、周辺圧力下にある空気に接続可能であり、それによって、補助空気動作モードにおいて、接続管路内で、周辺圧力下にある空気との圧力平衡が行われる。
【０００８】
したがって、本発明による装置は、当該装置が通常動作モードと補助空気動作モードとにおいて動作可能であるように構成されている。通常動作モードでは、装置の駆動が走行電流を用いて行われる。この場合大きな電力消費量とそれに伴う装置の大きな供給能力とが表され得る。補助空気動作モードでは、装置の駆動がバッテリ電流を用いて行われる。その場合装置による僅かな電力消費量だけが可能であるが、ただし僅かな供給能力のみも必要である。通常動作モードから補助空気動作モードへの切替は、適切な切替装置によって行われる。この切替装置は、例えば制御装置を用いて操作される。
【０００９】
この装置は、周辺圧力下にある空気が供給可能である第１の圧縮機を有するいわゆる２段式コンプレッサを備えている。この空気は第１の圧縮機内で、後続する接続管路内で形成される逆圧を用いて圧縮される。このようにして、第１の圧縮機内で圧縮空気が生成される。この場合第１の圧力は、第１の圧縮機の下流側にある圧力に相応する。
【００１０】
特許請求の範囲および明細書の枠内で述べられる「周辺圧力下にある空気」は、特に装置内部の流体力学的な作用に基づき実際の周辺圧力に比べて僅かな圧力偏差を有し得るが、しかしながらこの圧力偏差は装置の機能性に影響を及ぼすほどではないので、以下の明細書でより詳細に考慮されることはない。
【００１１】
第１の圧縮機の下流側で、所定の逆圧または装置の機能性にとって本質的な逆圧が形成できないのであれば、第１の圧縮機内では、所定の圧縮または装置の機能性にとって本質的な圧縮は行われていない。そのため当該圧縮機を通って搬送された下流側の空気は、（前述の定義との関係において）周辺圧力下にある。
【００１２】
この第１の圧力下にあり（通常動作モードにおいては周辺圧力よりも高い圧力を伴い、補助空気動作モードにおいては周辺圧力を伴い）、先に第１の圧縮機を通過した空気は、接続管路を通って第２の圧縮機に供給される。第２の圧縮機では、
第１の圧力よりも高い第２の圧力まで（通常動作モードにおいてさらに別の）圧縮が行われる。
【００１３】
本発明によれば、接続管路は、切替装置と接続されており、該切替装置を用いて当該装置は通常動作モードと補助空気動作モードとの間で切替可能である。この場合、切替装置は、例えば遮断弁のような適切な装置を有しており、この遮断弁を用いて、接続管路は、周辺圧力下にある空気に接続可能である。それにより、圧力平衡が行われる。この圧力平衡に基づき、接続管路内では（逆）圧力は形成できない。したがって、補助空気動作モードでは、第１の圧縮機に供給される空気は、所定の昇圧なしで第１の圧縮機を介して吐出され、これによって第１の圧縮機は、相応に僅かな電力消費量のみを有する。
【００１４】
前述した解決手段における利点は、本発明による圧縮空気供給部のコンプレッサが電気技術的手段におけるより僅かなコストで使用できることにある。供給能力の高いコンプレッサを使用できる可能性に基づき、短い補充時間を示すことができる。通常動作モードおよび補助空気動作モードの運転状態の間の切替に対しては僅かなコンポーネントしか必要としない。さらにコンプレッサは、補助空気動作モードでは、より僅かな電力消費量のみで動作可能である。
【００１５】
圧縮空気供給のための装置のさらなる発展形態では、第２の圧縮機には、補助空気動作モードにおいて、周辺圧力下にある空気が供給可能である。この場合供給可能な空気は、少なくとも部分的に第１の圧縮機から第２の圧縮機に通流可能であってもよいし、あるいは少なくとも部分的に第１の圧縮機を迂回させて、空気供給部から第２の圧縮機へ導入してもよい。
【００１６】
圧縮空気供給のための装置のさらなる発展形態では、切替装置は、遮断弁を有しており、補助空気動作モードにおいて接続管路は、遮断弁を介して第１の圧縮機への空気供給管路と接続可能である。この実施形態では、圧縮空気に圧縮される新鮮空気が１ヶ所にだけ流入するエアーシステム内部において圧力平衡を行うことが可能である。流入する空気のために場合によっては必要となるフィルタおよび／または他の処理装置は、このようにして装置の１ヶ所に設けるだけでよく、さらに既に処理された空気が引き続き圧縮空気に圧縮される。
【００１７】
圧縮空気供給のための装置の他のさらに別の発展形態では、切替装置は閉鎖装置と逆流遮断部とを有し、それらを介して補助空気動作モードにおいて第１の圧縮機によって搬送される空気の少なくとも一部が、接続管路から例えば装置外に導出可能である。この場合この逆流遮断部は、空気が外部から切替装置を通って接続管路内に吸入された後に第２の圧縮機内に流入することを防止する。この場合、逆流遮断部の機能性に起因して、逆流遮断部の上流側の接続管路内の第１の圧力が、周辺圧力よりもわずかに高いことが必要とされる可能性がある。そのような逆流遮断部は、例えば逆止弁によって表すことができる。その際には、逆止弁を開放させ、それによる圧力平衡を可能にさせるために、周辺圧力よりも高い圧力が必要である。同様に、そのような逆流遮断部は、自身の上流側で次のような圧力が形成されるノズル（例えば絞り）によって構成することもできる。すなわち当該ノズルを通って接続管路内および第２の圧縮機内に空気が吸入されることを防止するような圧力である。
【００１８】
圧縮空気供給のための装置のさらなる発展形態では、第１の圧縮機の上流側に、当該第１の圧縮機に供給される空気が通流するエアーフィルタが配置されている。このエアーフィルタは、空気と共に汚染物質がコンプレッサ内におよび空気供給部に配置されたさらに別の機器内に混入されることを防止している。さらに、第１の圧縮機の上流側または下流側に、使用される空気を処理するための例えば冷却装置や空気乾燥装置のようなさらに別の装置を配置してもよい。
【００１９】
圧縮空気供給のための装置のさらなる発展形態では、第１の圧縮機と第２の圧縮機との間の接続管路内にインタークーラーが配置されている。このインタークーラーは、第１の圧縮機内での圧縮の際に加熱された空気を冷却するために用いられる。その際には、接続管路内の圧縮空気の圧力も低下する。したがって、インタークーラーを設けることにより、第２の圧縮機の効率も高めることができる。
【００２０】
圧縮空気供給のための装置のさらなる発展形態では、併設管路が、第２の圧縮機の下流側に接続された圧縮空気管路に接続されており、この併設管路は、圧縮空気を貯蔵圧力容器に導く。併設管路を用いることにより、例えばパンタグラフのような少なくとも１つの機器への供給のための補助圧縮空気を、貯蔵圧力容器に導入する前に導出することができる。
【００２１】
本発明はさらに、コンプレッサを備え、該コンプレッサは、第１の圧縮機と、該第１の圧縮機に接続管路を介して接続された第２の圧縮機とを有している装置を含んだ鉄道車両用の圧縮空気供給のための方法に関しており、この場合この方法は、通常動作モードにおいて、以下のステップ、すなわち、
−周辺圧力下にある空気を第１の圧縮機に供給するステップと、
−第１の圧力下にある圧縮空気を第１の圧縮機内で生成するステップと、
−第１の圧力下にある圧縮空気を第２の圧縮機に供給するステップと、
−第２の圧力下にある圧縮空気を第２の圧縮機内で生成するステップと、を含んでいる。
【００２２】
この装置は、切替装置の切替によって、通常動作モードから補助空気動作モードに切替可能であり、以下のステップ、すなわち、
−周辺圧力下にある空気を第１の圧縮機に供給するステップと、
−周辺圧力下にある空気を第１の圧縮機を介して吐出するステップと、
−第１の圧縮機を介して吐出された空気を周辺圧力と圧力平衡させるステップと、
−第１の圧縮機を介して吐出された空気の一部を第２の圧縮機に供給するステップと、
−第２の圧力下にある圧縮空気を第２の圧縮機内で生成するステップと、を含んでいる。
【００２３】
この方法は、上述した形式の装置を用いて実施可能である。
【００２４】
また本発明による方法との関連において、「周辺圧力下にある空気」は、装置内部の流体力学的な影響に基づき実際の周辺圧力に比べて僅かな圧力偏差を有し得るが、しかしながらこの圧力偏差は、当該方法の実施に影響を及ぼすほどではないので、以下の明細書でも考慮されない。
【００２５】
好ましくは、この方法は、補助空気動作モードにおいては、圧縮機内で、所定の圧縮もしくは当該方法の実施に本質的な圧縮が行われないように実施され、この場合は、通流空気に対する流体力学的作用による僅かな圧縮は可能である。
【００２６】
本発明のさらに別の利点、特徴および適用可能性は、添付の図面を参照した以下の説明から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来技術による圧縮空気供給のための装置の概略図
【図２】本発明の例示的な第１の実施例による圧縮空気供給のための装置の概略図
【図３】本発明の例示的な第２の実施例による圧縮空気供給のための装置の概略図
【００２８】
図１は、従来技術による圧縮空気供給のための装置１０の概略図を示す。圧縮空気を生成するために、この例では電気モータ２３によって駆動される２段式往復動コンプレッサ２０が使用される。このコンプレッサ２０は、第１の圧縮機２１と第２の圧縮機２２とを有する。この例示的な圧縮空気供給のための装置１０は、エアーフィルタ１１を通して周辺空気を吸入し、空気供給管路２４を介して第１の圧縮機２１に供給する。この第１の圧縮機２１の下流では、第１の圧力の圧縮空気が生成される。この装置１０における圧縮空気の第１の圧力は、約３．３バール（絶対圧）である。
【００２９】
第１の圧力下にある圧縮空気は、接続管路２５を介して第２の圧縮機２２に導入される。接続管路２５には、当該接続管路２５内の圧縮空気を冷却するインタークーラー１２が配置されている。第２の圧縮機２２を通る圧縮空気の流れにおいて、この圧縮空気は、当該の例示的な装置１０では約１１バール（絶対圧）の第２の圧力まで圧縮される。約１１バールの第２の圧力下にある圧縮空気は、引き続き圧縮空気管路２６を通って、図示されていない貯蔵圧力容器に供給される。圧縮空気管路２６には、当該圧縮空気管路２６内の圧縮空気を冷却する補助インタークーラー１３が配置されている。圧縮空気管路２６にはさらに併設管路２７が接続されており、該併設管路２７を用いて、補助圧縮空気を必要とするパンタグラフ等のアクチュエータのような補助機器のための補助圧縮空気が、貯蔵容器への導入の前に導出され得る。この例示的な従来技術に相応する装置の欠点は、補助機器にのみ空気を供給する場合に、２つの圧縮機２１，２２において空気の圧縮が行われることにある。それにより、この装置は、常に、相応に大きな供給能力と、相応に大きな電力消費量とを必要とする。
【００３０】
図２は、本発明の例示的な第１の実施例による圧縮空気供給のための装置１１０の概略図を示す。この本発明の例示的な装置１１０における、従来技術の装置１０と一致する装置および特徴には、同じ参照符号が付されている。それらの特性に関しては、図１に基づく装置１０の説明が参照される。
【００３１】
装置１１０は、装置１０に比べて平衡管路３０を備えており、この平衡管路３０は、切替装置３１を有している。平衡管路３０は、その一方の端部が第１の圧縮機２１のための空気供給管路２４に接続され、その他方の端部は、第１の圧力下にある圧縮空気を第２の圧縮機２２に導く接続管路２５に接続されている。当該装置１１０を通常動作モードと補助空気動作モードとに切り替えるために、切替装置３１を用いて、平衡管路３０を開閉し、ひいては空気供給管路２４と接続管路２５との間の接続路を開閉することができる。
【００３２】
通常動作モードでは、切替装置３１が閉鎖され、ひいては平衡管路３０が閉鎖される。接続管路２５内では、約３．３バールの第１の圧力が形成される。圧縮は、第１の圧縮機２１においても第２の圧縮機２２においても行われる。ここでは通常動作モードに相応する大きな供給能力が、相応に大きな電力消費量のもとで提供される。
【００３３】
補助空気動作モードでは、切替装置３１が開放され、ひいては平衡管路３０が開放される。ここでは空気供給管路２４と接続管路２５との間で圧力平衡が行われ、それによって、接続管路２５内では、空気供給管路２４内の圧力（これはほぼ周辺圧力に相応している）よりも高い圧力は形成できない。第１の圧縮機２１内では圧縮は行われず、電力消費量は低減される。接続管路２５内での昇圧の回避に基づいて、第２の圧縮機２２内への空気の体積流量は大幅に減少する。装置１１０の供給能力と電力消費量とが通常の動作モードに比べて著しく低減される。
【００３４】
図３は、本発明のさらに別の例示的な第２の実施例による圧縮空気供給のための装置２１０の概略図を示す。この本発明の例示的な装置２１０における、従来技術の装置１０と一致する装置および特徴には、同じ参照符号が付されている。それらの特性に関しては、図１に基づく装置１０の説明が参照される。
【００３５】
装置２１０の接続管路２５は、装置１０に比べて、切替装置３２に接続された接続部を有している。この切替装置３２は閉鎖装置３３を備えており、この閉鎖装置３３は、周辺に向けて開放される絞りの形態の逆流遮断部３４を有している。逆流遮断部３４の換気開口部は、周辺に向けて開放された所定の開口断面を有する。代替的にこの逆流遮断部３４は、例えば逆止弁によって形成されていてもよい。
【００３６】
通常動作モードでは、切替装置３２は閉鎖される。接続管路２５内では、約３．３バールの第１の圧力が形成される。圧縮は、第１の圧縮機２１においても第２の圧縮機２２においても行われる。ここでは通常動作モードに相応する大きな供給能力が、相応に大きな電力消費量のもとで提供される。
【００３７】
補助空気動作モードでは、切替装置３２が開放され、ひいては逆流遮断部３４が開放される。ここでは周辺と接続管路２５との間で圧力平衡が行われ、それによって接続管路２５内では、逆流遮断部３４の通流抵抗のみに基づいて、比較的僅かな昇圧が形成される。そのため、逆流遮断部３４を介した周辺空気の吸引は防止される。第１の圧縮機２１内では圧縮はほぼ行われず、電力消費量は低減する。第２の圧縮機２２内への空気の体積流量は、通常動作モードに比べて大幅に減少する。それにより装置２１０の供給能力と電力消費量とが通常の動作モードに比べて著しく低減される。
【００３８】
前述の説明、図面ならびに特許請求の範囲において開示された本発明の特徴は、個々においても任意の組み合わせにおいても本発明の実現のために本質的なものであり得る。
【符号の説明】
【００３９】
１０    （圧縮空気生成のための）装置
１１    エアーフィルタ
１２    インタークーラー
１３    補助インタークーラー
２０    往復動コンプレッサ
２１    第１の圧縮機
２２    第２の圧縮機
２３    電気モータ
２４    空気供給管路
２５    接続管路
２６    圧縮空気管路
２７    併設管路
３０    平衡管路
３１    切替装置
３２    切替装置
３３    閉鎖装置
３４    逆流遮断部
１１０  （圧縮空気生成のための）装置
２１０  （圧縮空気生成のための）装置
【図１】
0006707625.tif 000002
【図２】
0006707625.tif 000003
【図３】
0006707625.tif 000004