DE10151303A1

DE10151303A1 - Mobiler Antrieb für den Verkehr (PKW, LKW, Busse) mit Solarzellen und Wasser

Info

Publication number: DE10151303A1
Application number: DE10151303A
Authority: DE
Inventors: Jens A Peters
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-10-17
Filing date: 2001-10-17
Publication date: 2003-05-08

Abstract

Bei der von führenden Automobilherstellern betriebenen Forschung nach wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen wird stets davon ausgegangen, dass der Wasserstoff in flüssiger Form an einer Wasserstofftankstelle zugeführt wird. Die fehlende Infrastruktur (bislang gibt es nur einige Wasserstofftankstellen im Testbetrieb) erschwert jedoch die Markteinführung solcher Fahrzeuge. Das vorliegend beschriebene System ist ein Antriebssystem für Fahrzeuge, auf Wasserstoff-Basis, in dem der Wasserstoff jedoch mit Hilfe von Photovoltaik-Zellen im Fahrzeug selber produziert wird. Es ist somit unabhängig von einer "Wasserstoff-Infrastruktur". DOLLAR A Die Photovoltaik-Zellen liefern elektrische Energie, durch die ein Elektrolyseur gespeist wird, der aus zugeführten deionisiertem Wasser Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt. Der Wasserstoff wird in einem Tank gespeichert und bei Bedarf mit Hilfe eines Verbrennungskraftmotors oder einer Brennstoffzelle in Antriebsenergie für das Fahrzeug umgewandelt. DOLLAR A Einsatz des Systems zur mobilen und autarken Nutzung von Wasserstoff im Straßenverkehr.

Description

Zugrundeliegende Problematik und Stand der Forschung

Derzeit wird von vielen führenden Automobilherstellern nach Möglichkeiten geforscht, Fahrzeuge mit Wasserstoff anzutreiben. Hierbei wird stets davon ausgegangen, dass der Wasserstoff in flüssiger Form an einer Wasserstofftankstelle zugeführt wird. Auf die Probleme der bislang fehlenden Infrastruktur (bislang gibt es nur einige Wasserstofftankstellen im Testbetrieb) wurde hierbei noch nicht eingegangen.

Lösungsansatz des neuen Systems

Das vorliegend beschriebene System ist ein Antriebssystem für Fahrzeuge, das ebenfalls auf einem Betrieb mit Wasserstoff basiert, diesen jedoch mit Hilfe von Photovoltaik-Zellen im Fahrzeug selber produziert. Es muß nicht an einer Wasserstofftankstelle befüllt werden und ist somit unabhängig von einer "Wasserstoff-Infrastruktur".

Beschreibung

Das zu bewegende Objekt - z. B. das Auto - hat einen Tank für destilliertes, ionisiertes Wasser und eine Oberfläche, die teilweise mit Solarzellen belegt ist. Diese können starr oder flexibel sein. Der von den Solarzellen erzeugte elektrische Strom wird über einen Laderegler geführt, der eine Überladung sowie eine schädliche Tiefladung verhindert. Er ist mit einer Batterie (nach dem Stand der Technik) verbunden. Überschüssiger elektrischer Strom wird dort gespeichert.
Mit dieser Batterie ist ein Elektrolyseur als Abnehmer elektrisch verbunden. Der Elektrolyseur hat über den Laderegler einen Anschluß an die Anode und Kathode. Er wird mit reinem ionisiertem Wasser gespeist. Die Reinheit des produzierten Wasserstoffs muß ausreichend hoch sein, sodass ein entsprechender Verbrennungskraftmotor oder eine Turbine damit angetrieben werden kann.
Der Elektrolyseur erhält die zu seinem Betrieb notwendige Gleichspannung über eine Batterie. Diese Batterie wird aufgeladen durch Solarzellen, dem Ausgang einer Brennstoffzelle sowie einer Bremse, die mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. Die mechanische Energie ist die Umdrehungsenergie auf einer Antriebswelle.
Der über den Elektrolyseur gewonnene Wasserstoff wird in einem Tank zwischengespeichert. Zwischen Tank und Elektrolyseur ist ein Kompressor geschaltet. Der durch die Elektrolyse gewonnene Sauerstoff wird ebenfalls über einen Kompressor einem Sauerstofftank zugeführt. Die Verbrennung erfolgt in einem Gasmotor oder einer Gasturbine durch Zufuhr des Wasserstoffs und Sauerstoffs. Die dadurch entwickelte Antriebskraft wird mittels Getriebe auf die Räder umgesetzt.
Während der Standzeit und auch im Betrieb führt das Tageslicht über die Solarzellen dem Elektrolyseur Gleichstrom zu, der zur Auffüllung des Tanks mit Hilfe des Kompressors führt. Zur Erhöhung der Speichereffizienz wird die Abwärme des Motors/Turbine mittels eines Absorbers zur Kühlung des Wasserstoff und Sauerstofftanks benutzt.
Da der Motor nie seine volle Leistung ausnutzt, kann mit der "überschüssigen" mechanischen Energie eine Lichtmaschine betrieben werden, die die mechanische Energie in elektrischen Strom umwandelt. Die elektrische Energie, die nicht benötigt wird (z. B. wenn das Licht ausgeschaltet wird), wird auf die Batterie zurückgeführt. Somit ist auch bei geringer Sonneneinstrahlung ständig genug elektrische Energie vorhanden, um den Elektrolyseur anzutreiben.
Alternativ kann das System um eine Wasseraufbereitungseinheit, die aus einer Umkehrosmoseanlage mit Zwischentank und einem Wasserionisierer besteht und zwischen den Wassertank und den Elektrolyseur geschaltet ist, erweitert werden. In dieser Einheit wird die Leitfähigkeit (gemessen in µS) von zugeführtem Trinkwasser soweit reduziert, dass der Elektrolyseur damit betrieben werden kann.

Mögliche Variante

Statt der Verwendung eines Verbrennungskraftmotors/einer Turbine kann der gewonnene Wasserstoff auch über einen Kompressor und Tank einer Brennstoffzelle zugeführt werden.
Diese Brennstoffzelle kann aus verschiedenen Elementen - jeweils gemäß dem Stand der Technik - gebaut sein. Der von der Brennstoffzelle erzeugte elektrische Strom und die Abwärme wird wie folgt genutzt:
Der Strom wird über einen Elektromotor für den Antrieb des Fahrzeuges genutzt, die Wärme wird mittels eines Absorbers in Kälte umgewandelt, die zur Kühlung des Wasserstofftanks benutzt wird.
Der gewonnene Sauerstoff aus der Elektrolyse - gespeichert in einem Tank - kann mittels einer stufenlosen individuellen Regelung dem Innenraum des Fahrzeuges für Fahrzeugführer und Passagiere zugführt werden.

Claims

1. Mobiler Antrieb für den Verkehr (Pkw, Lkw, Busse) mit Solarzellen und Wasser dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssystem einen Elektrolyseur beinhaltet, der von den auf der Oberfläche des Fahrzeugs angebrachten Solarzellen mit elektrischer Energie versorgt wird und mit ionisertem Wasser gespeist wird. Der durch Elektrolyse hergestellte Wasserstoff wird in einen Zwischentank geleitet, und bei Bedarf zum Betreiben eines nachgeschalteten Verbrennungskraftmotors verwendet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungskraftmotor ersetzt werden kann durch eine Brennstoffzelle mit nachgeschaltetem Elektromotor.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzellen an eine Batterie angeschlossen werden, die die elektrische Energie zwischenspeichert.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsenergie des Motors teilweise dazu verwendet wird, eine Lichtmaschine zu betreiben, die ihrerseits überschüssige Energie in Form von elektrischem Strom der Batterie zuführt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wasserstoffspeicher ein Kompressor vorgeschaltet ist, der den Wasserstoff verdichtet.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass in das System eine Wasseraufbereitungseinheit integriert wird, die zugeführtes Trinkwasser ionisiert, sodass der Elektrolyseur damit betrieben werden kann.

7. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärme des Motors/Turbine mittels eines Absorbers zur Kühlung des Wasserstoff- und Sauerstofftanks benutzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 4, 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Elektrolyse entstandene Sauerstoff in den Fahrgastraum des Fahrzeuges geführt wird und dort die Luftqualität verbessert.