DE102007046369A1 - Device for cooling an energy storage device - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen eines Energiespeichers (1) in einem Schienenfahrzeug. Es ist vorgesehen, dass der Energiespeicher (1) thermisch direkt mit einem Verdampfer (2) in Verbindung steht und dass der Verdampfer (2) und ein Kondensator (5) Bestandteile eines Kreislaufes einer Kältemaschine sind.The invention relates to a device for cooling an energy store (1) in a rail vehicle. It is envisaged that the energy store (1) is thermally directly connected to an evaporator (2) and that the evaporator (2) and a condenser (5) are components of a circuit of a refrigerator.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen eines Energiespeichers in einem Schienenfahrzeug.The The invention relates to a device for cooling an energy store in a rail vehicle.

Energiespeicher können in Schienenfahrzeugen für unterschiedliche Zwecke vorhanden sein. Insbesondere sind leistungsfähige Energiespeicher notwendig, um ein Schienenfahrzeug, beispielsweise eine Straßenbahn, zumindest abschnittsweise ohne Energiezufuhr von außen betreiben zu können. Streckenabschnitte ohne Oberleitung oder Stromschiene werden gewünscht, wenn eine Straßenbahn durch eine enge Straße oder durch eine Fußgängerzone geführt werden soll.energy storage can in rail vehicles for different purposes exist. In particular, powerful energy storage devices are necessary to a rail vehicle, for example a tram, operate at least in sections without external energy supply to be able to. Track sections without catenary or track are desired, though a tram through a narrow street or be led through a pedestrian street should.

Bei einem Energiespeicher, besonders bei einem solchen leistungsfähigen Energiespeicher, wie er für das Betreiben einer Straßenbahn notwendig ist, kommt es durch innere Leistungsverluste zu einer Erwärmung des Energiespeichers. Dieser Wärmeeintrag führt zu einer Verkürzung der Lebenszeit des Energiespeichers.at an energy storage, especially in such a powerful energy storage, as he for operating a tram is necessary, it comes through internal power losses to one warming of the energy store. This heat input leads to a shortening the lifetime of the energy store.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, zur Kühlung eines Energiespeichers eine Luftkühlung oder eine Wasserkühlung vorzusehen. Eine solche Kühlung ist für elektrisch und thermisch stark belastete Energiespeicher nicht effektiv genug.It has already been proposed for cooling an energy storage an air cooling or a water cooling provided. Such cooling is for electrically and thermally heavily loaded energy storage not effective enough.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Kühlen eines Energiespeichers in einem Schienenfahrzeug anzugeben, die eine effektivere Kühlung als bisher ermöglicht.Of the Invention is based on the object, a device for cooling a Specify energy storage in a rail vehicle, which is a more effective cooling as previously possible.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass der Energiespeicher thermisch direkt mit einem Verdampfer in Verbindung steht und dass der Verdampfer und ein Kondensator Bestandteile eines Kreislaufes einer Kältemaschine sind.The Task is according to the invention solved by that the energy storage thermally directly with an evaporator in Connection stands and that the evaporator and a capacitor components a circuit of a chiller are.

Mit der Kältemaschine wird der Vorteil erzielt, dass die im Energiespeicher entstehende Wärme schnell und zuverlässig abgeführt wird. Durch den Kreisprozess der Kältemaschine steht stets ausreichend Kühlmittel zur Verfügung. Es ist daher möglich, auch elektrisch und thermisch stark belastete Energiespeicher zuverlässig zu kühlen. Es wird außerdem der Vorteil erzielt, dass mehrere Energiespeicher mit deutlich geringerem Abstand als es bisher möglich war, aufgestellt werden können und dass trotzdem eine gute Kühlmöglichkeit besteht. Ein zusätzlicher Vorteil ist darin zu sehen, dass eine solche Kältemaschine geräuscharm arbeitet, so dass weniger störende Geräusche als z. B. bei einem Kühlmittelgebläse entstehen.With the chiller the advantage is achieved that the resulting in the energy storage Heat quickly and reliable dissipated becomes. Due to the cycle of the chiller is always sufficient coolant to disposal. It is therefore possible, too electrically and thermally heavily loaded energy storage reliable cool. It will also be the Advantage achieved that multiple energy storage with significantly less Distance than previously possible can be set up and that nevertheless a good cooling possibility consists. An additional advantage can be seen in the fact that such a chiller quiet works, so less disturbing Sounds as z. B. arise in a coolant fan.

Beispielsweise ist der Verdampfer als Bestandteil einer Kompressionskältemaschine über einen Kompressor mit dem Kondensator und der Kondensator ist über eine Drossel mit dem Verdampfer verbunden.For example is the evaporator as part of a compression refrigeration machine over a Compressor with the condenser and the condenser is over one Throttle connected to the evaporator.

Nach einem anderen Beispiel ist der Verdampfer als Bestandteil einer Absorptionskältemaschine über einen Kompressor mit dem Kondensator und der Kondensator ist über einen thermischen Verdichter mit dem Verdampfer verbunden.To Another example is the evaporator as part of a Absorption chiller over one Compressor with the condenser and the condenser is over one thermal compressor connected to the evaporator.

Sowohl mit einer Kompressionskältemaschine als auch mit einer Absorptionskältemaschine wird der Vorteil erzielt, dass selbst elektrisch und thermisch stark belastete Energiespeicher zuverlässig gekühlt werden können.Either with a compression refrigeration machine as well as with an absorption chiller the advantage is achieved that even electrically and thermally strong charged energy storage can be cooled reliably can.

Die Kompressionskältemaschine und die Absorptionskältemaschine sind als solche bekannt. Während bei der Kompressionskältemaschine das kondensierte Kühlmittel nur durch eine Drossel verdichtet und dann dem Verdampfer zugeführt wird, sieht die Absorptionskältemaschine einen thermischen Verdichter vor, der ein Lösungskreislauf ist. Dort wird das Kühlmittel zunächst in einer Flüssigkeit gelöst, wobei Wärme abgegeben wird. Danach wird das gelöste Kühlmittel durch Zufuhr von externer Wärme aus der Lösung ausgetrieben. Das Kühlmittel hat nach diesem Vorgang eine höhere Dichte als vorher.The Compression chiller and the absorption chiller are known as such. While in the compression refrigeration machine the condensed refrigerant only compressed by a throttle and then fed to the evaporator sees the absorption chiller a thermal compressor, which is a solution cycle. There will the coolant first dissolved in a liquid, wherein Given off heat becomes. After that, the solved coolant by supplying external heat out of the solution expelled. The coolant has after this process a higher one Density than before.

Für die Abfuhr von Wärmeenergie aus dem thermischen Verdichter steht dieser thermisch beispielsweise mit einem Heizkreislauf für die Fahrgastraumheizung des Schienenfahrzeuges in Verbindung. Die entstehende Wärme wird also vorteilhaft genutzt.For the discharge of heat energy from the thermal compressor this is thermally, for example with a heating circuit for the passenger compartment heating of the rail vehicle in conjunction. The resulting heat is therefore used to advantage.

Für die Zufuhr von Wärmeenergie zum thermischen Verdichter steht dieser thermisch beispielsweise mit einer Abwärmeleitung des Schienenfahrzeuges in Verbindung. Für das Austreiben des Kühlmittels aus der Lösung ist nämlich die externe Zufuhr von Wärmeenergie notwendig. Durch Nutzung der Abwärmeleitung des Schienenfahrzeuges braucht diese Wärmeenergie vorteilhaft nicht separat erzeugt zu werden.For the feed of heat energy to the thermal compressor is this thermally, for example with a waste heat pipe of the rail vehicle. For expelling the coolant out of the solution is that the external supply of heat energy necessary. By using the waste heat pipe of the rail vehicle does not need this heat energy advantageous to be generated separately.

Der Energiespeicher ist beispielsweise ein elektrischer Energiespeicher, wie z. B. ein UltraCap oder ein Doppelschichtkondensator.Of the Energy storage is for example an electrical energy storage, such as As an UltraCap or a double-layer capacitor.

Nach einem anderen Beispiel ist der Energiespeicher ein elektrochemischer Energiespeicher, wie z. B. eine Batterie. Eine solche Batterie kann z. B. eine Nickel-Cadmium-Batterie sein.To In another example, the energy store is an electrochemical Energy storage, such. B. a battery. Such a battery can z. B. be a nickel-cadmium battery.

Beispielsweise stehen mehrere Energiespeicher mit nur einem Verdampfer in Verbindung. Da die Leistung nur einer Kältemaschine zum Abführen der entstehenden Wärme aus mehreren Energiespeichern ausreicht, wird vorteilhaft eine Kühlung von mehreren Energiespeichern auf kleinem Raum ermöglicht.For example, several energy storage devices are connected to only one evaporator. Because the power of only one chiller to dissipate the heat generated from several Energiespei sufficient, it is advantageously possible to cool several energy stores in a small space.

Beispielsweise steht der Kondensator thermisch mit einem Heizkreislauf für die Fahrgastraumheizung des Schienenfahrzeuges in Verbindung. Damit wird im Kondensator der Kältemaschine entstehende Wärme vorteilhaft genutzt.For example the condenser is thermally connected to a heating circuit for the passenger compartment heating of the rail vehicle. This will be in the capacitor the chiller resulting heat used advantageously.

Zum Steuern/Regeln des Kühlvorganges im Schienenfahrzeug ist beispielsweise eine Steuereinheit vorhanden. Damit wird der Vorteil erzielt, dass der Kühlvorgang den Erfordernissen angepasst werden kann.To the Control / regulation of the cooling process in the rail vehicle, for example, a control unit is present. This provides the advantage that the cooling process meets the requirements can be adjusted.

Beispielsweise besteht die Steuereinheit aus mehreren Einheiten, die gegebenenfalls im Schienenfahrzeug verteilt angeordnet sein können.For example The control unit consists of several units, if necessary can be arranged distributed in the rail vehicle.

Die zu kühlenden Energiespeicher können sich im Schienenfahrzeug im Fahrzeugkopf, an einer anderen Stelle innerhalb des Fahrzeuges, auf dem Dach oder unter dem Flur befinden. Das Schienenfahrzeug kann außer einer Straßenbahn auch eine Stadtbahn oder ein Fernzug sein. Die Vorrichtung zum Kühlen des Energiespeichers kann aber auch in einer Lokomotive, z. B. einer Rangierlokomotive, oder in einem spurgeführten gummibereiften Fahrzeug Verwendung finden.The to be cooled Energy storage can become in the rail vehicle in the vehicle head, at another point within of the vehicle, on the roof or under the corridor. The rail vehicle can except a tram also be a light rail or a long-distance train. The device for cooling the Energy storage can also be in a locomotive, z. B. one Shunting locomotive, or in a track-guided rubber-tired vehicle Find use.

Mit der Vorrichtung nach der Erfindung wird insbesondere der Vorteil erzielt, dass selbst elektrisch und thermisch sehr stark belastete Energiespeicher und entsprechend eine Reihe von dicht nebeneinander angeordneten Energiespeicher zuverlässig und geräuscharm gekühlt werden können. Dadurch wird die Lebensdauer der Energiespeicher deutlich vergrößert. Die Vorrichtung ist besonders gut in einem Straßenbahnzug anzuordnen, der zumindest streckenweise ohne Energiezufuhr von außen fahren soll.With the device according to the invention is particularly the advantage achieved that even heavily loaded electrically and thermally Energy storage and accordingly a number of close together arranged energy storage reliable and quiet chilled can be. As a result, the life of the energy storage is significantly increased. The Device is particularly good to arrange in a tram train, the at least in places without external energy supply should.

Ausführungsbeispiele für eine Vorrichtung zum Kühlen eines Energiespeichers in einem Schienenfahrzeug werden anhand der Zeichnung näher erläutert:embodiments for one Device for cooling an energy storage in a rail vehicle are based on the Drawing explained in more detail:

1 zeigt eine Vorrichtung mit einer Kompressionskältemaschine, 1 shows a device with a compression refrigeration machine,

2 zeigt eine Vorrichtung mit einer Absorptionskältemaschine. 2 shows a device with an absorption chiller.

Nach 1 ist ein Energiespeicher 1, der sich in einem Schienenfahrzeug befindet und eine Batterie oder ein elektrischer Kondensator sein kann, thermisch direkt mit einem Verdampfer 2 einer Kompressionskältemaschine 3 verbunden. In der Kompressionskältemaschine 3 steht der Verdampfer 2 über einen Kompressor 4 mit einem Kondensator 5 in Verbindung, der über eine Drossel 6 einen Kreislauf bildend wieder mit dem Verdampfer 2 verbunden ist. Während der Verdampfer 2 vom Energiespeicher 1 Wärme aufnimmt, gibt der Kondensator 5 die Wärme an die Umgebung ab. Das Kühlmittel strömt gasförmig vom Verdampfer 2 zum Kondensator 5 und flüssig vom Kondensator 5 zum Verdampfer 2.To 1 is an energy storage 1 which is located in a rail vehicle and may be a battery or an electrical capacitor, thermally directly with an evaporator 2 a compression refrigeration machine 3 connected. In the compression refrigeration machine 3 is the evaporator 2 via a compressor 4 with a capacitor 5 in contact with a throttle 6 forming a cycle again with the evaporator 2 connected is. While the evaporator 2 from the energy store 1 Heat absorbs, gives the condenser 5 the heat to the environment. The coolant flows in gaseous form from the evaporator 2 to the condenser 5 and liquid from the condenser 5 to the evaporator 2 ,

Nach 2 ist der Energiespeicher 1 ebenfalls thermisch direkt mit dem Verdampfer 2 verbunden. Der Verdampfer 2 ist Bestandteil einer Absorptionskältemaschine 7, bei der, wie bei der Kompressionskältemaschine 3 (1) der Verdampfer 2 über einen Kompressor 4 mit einem Kondensator 5 in Verbindung steht. Der Kondensator 5 steht in der Absorptionskältemaschine 7 jedoch über einen thermischen Verdichter 8 einen Kreislauf bildend wieder mit dem Verdampfer 2 in Verbindung. Dieser thermische Verdichter 8 ist ein Lösungskreislauf. Dort wird das Kühlmittel innerhalb eines Absorbers 9 in einer Flüssigkeit gelöst und dann innerhalb eines Austreibers 10 wieder aus der Flüssigkeit ausgetrieben. Dadurch wird das Kühlmittel verdichtet. Dem Austreiber 10 muss Wärmeenergie zugeführt werden, während der Absorber 9 Wärmeenergie abgibt. Zur Zufuhr von Wärme steht der Austreiber 10 thermisch mit einer Abwärmeleitung 11 des Schienenfahrzeuges in Verbindung. Der Absorber 9 steht zur Nutzung der von ihm abgegebenen Wärme thermisch mit einem Heizkreislauf 12 in Verbindung, der z. B. die Fahrgastraumheizung des Schienenfahrzeuges versorgt. Die Lösung gelangt durch eine erste Leitung 13, in die eine Lösungspumpe 14 und die Sekundärseite (kalte Seite) eines Wärmetauschers 15 eingebunden ist, vom Absorber 9 zum Austreiber 10. Die vom Kühlmittel befreite Flüssigkeit gelangt durch eine zweite Leitung 16, in die die Primärseite (warme Seite) des Wärmetauschers 15 eingebunden ist, vom Austreiber 10 zum Absorber 9 zurück.To 2 is the energy storage 1 also thermally directly with the evaporator 2 connected. The evaporator 2 is part of an absorption chiller 7 in which, as with the compression refrigeration machine 3 ( 1 ) the evaporator 2 via a compressor 4 with a capacitor 5 communicates. The capacitor 5 is in the absorption chiller 7 however, via a thermal compressor 8th forming a cycle again with the evaporator 2 in connection. This thermal compressor 8th is a solution cycle. There, the coolant is inside an absorber 9 dissolved in a liquid and then within an expeller 10 expelled again from the liquid. As a result, the coolant is compressed. The expeller 10 Heat energy must be supplied while the absorber 9 Gives off heat energy. For the supply of heat is the expeller 10 thermally with a waste heat pipe 11 of the rail vehicle. The absorber 9 is to use the heat given by him thermally with a heating circuit 12 in connection, the z. B. supplies the passenger compartment heating of the rail vehicle. The solution passes through a first line 13 into which a solution pump 14 and the secondary side (cold side) of a heat exchanger 15 is involved, from the absorber 9 to the exporter 10 , The liquid freed from the coolant passes through a second conduit 16 into which the primary side (warm side) of the heat exchanger 15 is involved, from the exporter 10 to the absorber 9 back.

Sowohl bei der Ausführungsform nach 1 als auch bei der Ausführungsform nach 2 steht der Kondensator 5 zur Nutzung der von ihm abgegebenen Wärme thermisch mit dem Heiz kreislauf 12 in Verbindung, der z. B. die Fahrgastraumheizung des Schienenfahrzeuges versorgt.Both in the embodiment according to 1 as well as in the embodiment according to 2 is the capacitor 5 to use the heat given by him thermally with the heating circuit 12 in connection, the z. B. supplies the passenger compartment heating of the rail vehicle.

Mit der Vorrichtung zum Kühlen des Energiespeichers 1 können ein großer Energiespeicher 1 oder mehrere Energiespeicher gleichzeitig gekühlt werden, so dass in einem Schienenfahrzeug eine große Speicherkapazität für elektrische Energie möglich ist. Es können leistungsstarke Schienenfahrzeuge mit derartigen Energiespeichern 1 über größere Entfernungen hinweg ohne externe Energiezufuhr betrieben werden.With the device for cooling the energy storage 1 can be a great energy store 1 or more energy storage can be cooled simultaneously, so that in a rail vehicle, a large storage capacity for electrical energy is possible. It can be powerful rail vehicles with such energy storage 1 be operated over long distances without external power supply.

Claims (11)

Vorrichtung zum Kühlen eines Energiespeichers (1) in einem Schienenfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (1) thermisch direkt mit einem Verdampfer (2) in Verbindung steht und dass der Verdampfer (2) und ein Kondensator (5) Bestandteile eines Kreislaufes einer Kältemaschine sind.Device for cooling an energy store ( 1 ) in a rail vehicle, characterized in that the energy store ( 1 ) thermally directly with an evaporator ( 2 ) and that the evaporator ( 2 ) and a capacitor ( 5 ) Are components of a circuit of a refrigerator. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (2) als Bestandteil einer Kompressionskältemaschine (3) über einen Kompressor (4) mit dem Kondensator (5) und der Kondensator (5) über eine Drossel (6) mit dem Verdampfer (2) verbunden sind.Apparatus according to claim 1, characterized in that the evaporator ( 2 ) as part of a compression refrigeration machine ( 3 ) via a compressor ( 4 ) with the capacitor ( 5 ) and the capacitor ( 5 ) via a throttle ( 6 ) with the evaporator ( 2 ) are connected. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (2) als Bestandteil einer Absorptionskältemaschine (7) über einen Kompressor (4) mit dem Kondensator (5) und der Kondensator (5) über einen thermischen Verdichter (8) mit dem Verdampfer (2) verbunden sind.Apparatus according to claim 1, characterized in that the evaporator ( 2 ) as part of an absorption chiller ( 7 ) via a compressor ( 4 ) with the capacitor ( 5 ) and the capacitor ( 5 ) via a thermal compressor ( 8th ) with the evaporator ( 2 ) are connected. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Abfuhr von Wärmeenergie aus dem thermischen Verdichter (8) dieser thermisch mit einem Heizkreislauf (12) für die Fahrgastraumheizung des Schienenfahrzeuges in Verbindung steht.Apparatus according to claim 3, characterized in that for the removal of heat energy from the thermal compressor ( 8th ) this thermally with a heating circuit ( 12 ) is in communication for the passenger compartment heating of the rail vehicle. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Zufuhr von Wärmeenergie zum thermischen Verdichter (8) dieser thermisch mit einer Abwärmeleitung (11) des Schienenfahrzeuges in Verbindung steht.Device according to one of claims 3 or 4, characterized in that for the supply of heat energy to the thermal compressor ( 8th ) this thermally with a waste heat pipe ( 11 ) of the rail vehicle is in communication. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (1) ein elektrischer Energiespeicher ist.Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the energy store ( 1 ) is an electrical energy storage. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (1) ein elektrochemischer Energiespeicher ist.Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the energy store ( 1 ) is an electrochemical energy storage. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Energiespeicher (1) mit nur einem Verdampfer (2) in Verbindung stehen.Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that a plurality of energy storage ( 1 ) with only one evaporator ( 2 ) keep in touch. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (5) thermisch mit einem Heizkreislauf (12) für die Fahrgastraumheizung des Schienenfahrzeuges in Verbindung steht.Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the capacitor ( 5 ) thermally with a heating circuit ( 12 ) is in communication for the passenger compartment heating of the rail vehicle. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Steuern/Regeln des Kühlvorganges im Schienenfahrzeug eine Steuereinheit vorhanden ist.Device according to one of claims 1 to 9, characterized that for controlling the cooling process a control unit is present in the rail vehicle. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit aus mehreren Einheiten besteht.Device according to claim 10, characterized in that that the control unit consists of several units.
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