EP2668079A1 - Rail vehicle having a thermogenerator - Google Patents

Rail vehicle having a thermogenerator

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Publication number
EP2668079A1
EP2668079A1 EP12700818.3A EP12700818A EP2668079A1 EP 2668079 A1 EP2668079 A1 EP 2668079A1 EP 12700818 A EP12700818 A EP 12700818A EP 2668079 A1 EP2668079 A1 EP 2668079A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rail vehicle
thermogenerator
heat
drive means
generator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12700818.3A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Winfried Schütz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2668079A1 publication Critical patent/EP2668079A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C17/00—Arrangement or disposition of parts; Details or accessories not otherwise provided for; Use of control gear and control systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting from exhaust energy
    • F01N5/02—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting from exhaust energy the devices using heat
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a rail vehicle with Antriebsmit ⁇ elements for generating a traction force and for generating an electrical power supply for electrical loads of the rail vehicle.
  • a rail vehicle is already be ⁇ known from practice.
  • rail vehicles have drive means which are set up to generate a traction force.
  • the traction force is introduced into at least one wheel of the rail ⁇ vehicle, whereby the desired travel movement of the rail vehicle is generated.
  • the drive means ensure the supply of energy for electrical consumers such as control devices, Klimaanla ⁇ gen and the like prepared, which are ⁇ belongs to the rail vehicle.
  • a diesel engine In a diesel-electric locomotive, a diesel engine initially generates kinetic energy, which is introduced into an electric generator, which finally provides the desired electrical traction and supply energy.
  • an electric generator In particular, in the diesel engine, about 60% of the energy contained in the fuel is unused via the exhaust gas and the Coolant circuits in the form of heat irreversibly released to the environment. But even in the case of a purely electric locomotive with a capacity of 6.4 MW, about 0.75 MW are delivered to the building in the form of heat via the power converters and transformer coolers.
  • the object of the invention is therefore to provide a rail vehicle of the type mentioned, resulting in its use low operating costs.
  • the invention achieves this object in that the drive means comprise ⁇ a thermal generator, at least, at least provides a part of the electrical energy supply ready ⁇ .
  • thermal generators are used in order to use the waste heat generated by the drive means for generating electrical energy at respectively suitably selected points of the rail vehicle.
  • the electrical energy generated by each thermogenerator is used according to the invention for the electrical supply of consumers of the rail vehicle.
  • the thermal generators are purposefully arranged on functional components of the drive means, which require the active Küh ⁇ ment or must be laboriously isolated in order to reduce heat radiation (eg on exhaust systems). This results in various technical advantages. Firstly Kgs ⁇ NEN the cooling units be dimensioned smaller, as the respective thermogenerator the component to be cooled just ⁇ if cools. On the other consuming thermal Iso ⁇ lierache can be made simpler or superfluous.
  • the thermal generators z. B. used on a diesel-powered rail vehicle at the waste heat generating components
  • the diesel engine with significantly lower engine power can be designed to achieve the same Trakomsleis ⁇ tion.
  • a 2.4MW diesel engine with no waste heat can be replaced by a 2.2MW diesel engine and still achieve the same traction power of the 2.4 MW engine.
  • the use of smaller diesel engine units with waste heat and the fuel consumption, with the same traction performance is reduced.
  • thermogenerator is a component that converts heat directly into electrical energy. Pre ⁇ requisite for this transformation is a temperature difference across the thermoelectric generator. A thermogenerator has no moving parts. The conversion of heat into electrical energy is attributed to the so-called Seebeck effect, which is also referred to as a thermoelectric process. The electrical power generated by a thermogenerator is greater, the greater the temperature difference at the Thermogenera ⁇ gate itself. For example, Peltier elements or bimetals can be used as a thermogenerator.
  • thermal generators form a pn junction in bismuth telluride semiconductors. At 40 ° temperature difference at the entrance of such a thermal generator, it can convert about 1% of the energy contained in the heat flow into electrical energy, with an optimum vote on the resistance of the downstream power consumer was assumed.
  • the drive means to a converter ⁇ cooler, which is thermally conductively connected to a converter thermogenerator.
  • at least one of the thermal generators of the rail vehicle according to the invention is connected in a heat-conducting manner to the converter cooler.
  • the inverter cooler generates waste heat which is introduced into the converter thermogenerator by the thermally conductive connection. This generates depending on the introduced heat and temperature of said heat, the desired electrical supply energy.
  • the drive means have at least one transformer cooler, which is thermally conductively connected to a transformer thermogenerator. As indicated above, the waste heat from a transformer cooler for He ⁇ generation of electric power is used in this way.
  • the waste heat from a transformer cooler for He ⁇ generation of electric power is used in this way.
  • Transformer thermogenerator connected only thermally conductive with a radiator of the traction transformer of the rail vehicle.
  • the drive means comprise a diesel engine with at least one Ab ⁇ gas system, wherein the exhaust system has a Abgasausleitabites, which is thermally conductively connected to a thermogenerator.
  • the exhaust system has a Abgasausleitabites, which is thermally conductively connected to a thermogenerator.
  • a high proportion of the producible energy is dissipated irreversibly in the form of heat to the environment in the event ei ⁇ nem diesel engine which is coupled to a generator.
  • the A ⁇ set a heat-conductively connected to the exhaust system of the diesel engine thermal generator is particularly effective during the generation ⁇ supply of electric energy.
  • thermal stresses on an exhaust muffler or another component of the exhaust system can be reduced by cooling by means of the thermogenerator.
  • the exhaust system may also include an exhaust gas recooler. Also, the exhaust gas recooler may be thermally conductively connected to an exhaust gas recooling heat generator.
  • the diesel engine is connected via a cooling circuit to a radiator, wherein the engine radiator is thermally conductively connected to a motor torkühler thermogenerator.
  • the or the thermal generators are used to generate a control voltage for control or regulating means of the rail vehicle.
  • Modern rail vehicles ⁇ have many control units, to those regulated, for example, the traction or braking of the rail vehicle or a surveil ⁇ monitoring the railway vehicle made by the train control system is light.
  • the one or more thermal generators can be used to supply the auxiliary operations of the rail vehicle.
  • the DC voltage provided by the thermal generator must then be converted to an AC voltage in order to supply individual auxiliary operations.
  • Auxiliary operation include, for example, engine room ventilator , Fahrmotorenlüf ter, air conditioning systems, pressure protection systems, Bremswiderstandslüf ⁇ ter, brake compressors, front plate heaters, predominantly askhei tongues and similar electrical consumers.
  • FIG. 1 shows the cooling circuit of a diesel engine according ei nem embodiment of the rail vehicle according to the invention in a schematic depicting ⁇ lung
  • FIG 3 shows the cooling circuit of a power converter according to an embodiment of the inventive ⁇ Shen rail vehicle
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of the rail vehicle 1 according to the invention, which is shown only partially on the basis of a few components of its drive means 2.
  • the drive means 2 have a diesel engine 3, which is cooled by a cooling circuit 4.
  • a cooling circuit 4 In the cooling circuit 4 is a circulating pump 5 there is provided a convenient cooling ⁇ medium, here water, continuously circulated in the cooling circuit 4 to ⁇ .
  • the cooling circuit 4 is used not only for cooling the diesel engine 3, but also for cooling of an exhaust gas recooler 6 and an oil cooler 7. Further, a bypass 8 is provided, which makes it possible to bridge an engine radiator 9 of the rail vehicle.
  • the bypass 8 is used here only for rapid warming of the engine in the so-called small circuit in order to achieve the fastest possible operating temperature and thus optimum combustion of the fuel. This is useful, for example when starting the diesel engine.
  • the engine radiator 9 is, for example, an air / water radiator, in which the airstream or a fan wheel is used to cool the coolant of the cooling circuit 4.
  • the diesel engine 3 generates a rotary motion, which is introduced into a generator, not shown.
  • the generator converts the kinetic energy into electrical energy.
  • the generator is followed by a rectifier, which converts the AC voltage generated by the generator into a DC voltage.
  • the rectifier is connected via a DC voltage ⁇ connection with an inverter, which generates a motor AC voltage for driving the electric traction motors and the so-called auxiliary power transformers.
  • the system consisting of rectifier and inverter is also referred to as a frequency converter.
  • the diesel engine 3 comprises an exhaust system, which in addition to the be ⁇ said exhaust gas recooler 6 also includes a Abgasausleitabites 10, are introduced in the resulting during operation of the diesel engine 3 Ab ⁇ gases for delivery to the outside atmosphere.
  • Abgasausleitabites 10 and exhaust gas recirculation system 6 for rail vehicles are known to the person skilled in the art, so that at this point on their exact configuration not more detail needs to be. It is essential that the exhaust gases have a high temperature and provide a considerable heat energy.
  • the Abgasausleitabites 10 is therefore heat ⁇ conductively connected to a Abgasausleit-thermogenerator 11, which receives the amount of heat Qi n and thereby emits the amount of heat Q out , the Abgasausleit thermogenerator 11 on ⁇ due to the thermoelectric or Seebeck effect an elekt ⁇ cal performance P ei provides, which is then used for energy ⁇ supply of control devices or auxiliary gear devices of the rail vehicle.
  • the engine radiator 9 is also connected to a radiator thermo-generator 12, which again absorbs a certain amount of heat Qi n from the Mo ⁇ torkühler 9 due to the heat-conducting compound and thereby emits the heat Q out , where ⁇ in turn an electric power P ei provided.
  • Qi n is greater than Q out . Therefore, thermal generators act as an additional cooling, so that the engine radiator 9 can be dimensioned ⁇ accordingly smaller.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment, which differs from the exemplary embodiment shown in FIG. 1 in that the engine radiator 9 is not connected to any thermal generator.
  • a toilet is provided which is in heat-conducting contact with the exhaust gas recirculation 6.
  • the entire exhaust gas system can therefore also have two thermal generators, namely a recirculation cooling thermogenerator and an exhaust gas recirculation thermogenerator.
  • a recirculation cooling thermogenerator and an exhaust gas recirculation thermogenerator.
  • the engine radiator thermogenerator occur.
  • FIG. 3 shows in a further cooling circuit 13 of the slide ⁇ nenindis example, an electrically powered vehicle (electric locomotive), wherein the cooling circuit shown 13 for cooling a power converter 14 thus direct or inverters of the rail vehicle is set up.
  • the cooling circuit Run 13 is using a circulating pump 15, a cooling liquid speed, here a mixture of water, frost and corrosion ⁇ protection, circulated.
  • the cooling liquid is passed through a power converter cooler 16.
  • the power converter cooler 16 is thermally conductively connected to a converter thermoelectric generator 17.
  • the inverter thermogenerator 17 therefore absorbs a certain amount of heat Qi n from the inverter cooler 14 and then outputs a smaller amount of heat Q out to the foundedatmo ⁇ sphere, wherein a certain proportion of bathmengendif difference (Q in - Q out ) into electrical energy or Power P el converts.
  • FIG. 4 shows a transformer cooling circuit 18 of an electrically driven rail vehicle 1.
  • the drive ⁇ medium of the purely electrically driven rail vehicle comprising a transformer whose primary winding is connected via a current collector with the contact wire of electrified railway.
  • the transformer has two Trak tion windings, each of which a frequency converter and the electric traction motors are connected downstream.
  • a cooling liquid is circulated by means of a circulating pump 19.
  • the cooling circuit 18 is used for cooling of said transformer, wherein the recirculation pump 19 circulated cooling liquid is a transformer oil.
  • the transformer oil is passed through two transformer cooler 20 and 21, which are each blazelei ⁇ tend connected to transformer thermoelectric generators 22, which provide an electric power P el according to the principle already described.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

In order to provide a rail vehicle (1) that has driving means (2) for creating a traction force and for creating electrical supply energy for electrical loads of the rail vehicle (1) and that can be used with low operating costs, the driving means (2) have at least one thermogenerator (11, 12, 17, 22), which provides at least part of the electrical supply energy.

Description

Beschreibung description
Schienenfahrzeug mit Thermogenerator Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug mit Antriebsmit¬ teln zum Erzeugen einer Traktionskraft und zum Erzeugen einer elektrischen Versorgungsenergie für elektrische Verbraucher des Schienenfahrzeugs. Ein solches Schienenfahrzeug ist aus der Praxis bereits be¬ kannt. So weisen Schienenfahrzeuge Antriebsmittel auf, die zum Erzeugen einer Traktionskraft eingerichtet sind. Die Traktionskraft wird in wenigstens einen Radsatz des Schienen¬ fahrzeugs eingeleitet, wodurch die gewünschte Fahrbewegung des Schienenfahrzeugs erzeugt wird. Darüber hinaus stellen die Antriebsmittel die Versorgungsenergie für elektrische Verbraucher, wie beispielsweise Steuerungsgeräte, Klimaanla¬ gen und dergleichen bereit, die in dem Schienenfahrzeug ange¬ ordnet sind. The invention relates to a rail vehicle with Antriebsmit ¬ elements for generating a traction force and for generating an electrical power supply for electrical loads of the rail vehicle. Such a rail vehicle is already be ¬ known from practice. Thus, rail vehicles have drive means which are set up to generate a traction force. The traction force is introduced into at least one wheel of the rail ¬ vehicle, whereby the desired travel movement of the rail vehicle is generated. In addition, the drive means ensure the supply of energy for electrical consumers such as control devices, Klimaanla ¬ gen and the like prepared, which are ¬ belongs to the rail vehicle.
Aufgrund immer knapper werdender Rohstoffe ist mit einem fortwährenden Anstieg der Kosten für Kraftstoffe oder Strom zu rechnen. Dieser Preisanstieg wirkt sich im Bereich des Schienenverkehrs auf die Betriebskosten oder die so genannten „Life-Cycle-Kosten" nachteilig aus. Insbesondere bei intensi¬ ver Nutzung übersteigen die Betriebskosten eines Schienenfahrzeugs dessen Anschaffungskosten beträchtlich, so dass geringe Betriebskosten einen oftmals entscheidenden Wettbewerbsvorteil mit sich bringen. Dies gilt für elektrische Schienenfahrzeuge ebenso wie für dieselelektrische Schienen¬ fahrzeuge . Due to increasingly scarce raw materials, a constant increase in the cost of fuel or electricity is to be expected. This price increase affects the area of rail transport on the operating costs or the so-called "life-cycle costs" disadvantageous. Particularly with inten ¬ ver use the operating costs of a rail vehicle whose cost considerably exceed so that low cost of an often decisive competitive advantage bring. This is true for electric rail vehicles as well as diesel-electric rail vehicles ¬.
Bei einer dieselelektrischen Lokomotive erzeugt ein Dieselmo¬ tor zunächst eine Bewegungsenergie, die in einen elektrischen Generator eingeleitet wird, der schließlich die gewünschte elektrische Traktions- und Versorgungsenergie bereitstellt. Insbesondere beim Dieselmotor werden etwa 60% der im Kraftstoff enthaltene Energie ungenutzt über das Abgas und die Kühlmittelkreisläufe m Form von Wärme irreversibel an die Umwelt abgegeben. Aber auch bei einer rein elektrisch ange triebenen Lokomotive mit einer Leistung von 6,4 MW werden über die Stromrichter und Trafokühler etwa 0,75 MW an die gebung in Form von Wärme abgegeben. In a diesel-electric locomotive, a diesel engine initially generates kinetic energy, which is introduced into an electric generator, which finally provides the desired electrical traction and supply energy. In particular, in the diesel engine, about 60% of the energy contained in the fuel is unused via the exhaust gas and the Coolant circuits in the form of heat irreversibly released to the environment. But even in the case of a purely electric locomotive with a capacity of 6.4 MW, about 0.75 MW are delivered to the building in the form of heat via the power converters and transformer coolers.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Schienenfahrzeug der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei dessen Nutzung geringe Betriebskosten entstehen. The object of the invention is therefore to provide a rail vehicle of the type mentioned, resulting in its use low operating costs.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass die Antriebs¬ mittel wenigstens einen Thermogenerator aufweisen, der zumindest einen Teil der elektrischen Versorgungsenergie bereit¬ stellt . The invention achieves this object in that the drive means comprise ¬ a thermal generator, at least, at least provides a part of the electrical energy supply ready ¬.
Erfindungsgemäß werden Thermogeneratoren eingesetzt, um an jeweils zweckmäßig ausgesuchten Stellen des Schienenfahrzeugs die von den Antriebsmitteln erzeugte Abwärme zur Erzeugung von Elektroenergie einzusetzen. Die von jedem Thermogenerator erzeugte Elektroenergie wird erfindungsgemäß zur elektrischen Versorgung von Verbrauchern des Schienenfahrzeugs eingesetzt. Dazu werden die Thermogeneratoren gezielt an zweckmäßigen Bauteilen der Antriebsmittel angeordnet, die der aktiven Küh¬ lung bedürfen oder aufwendig isoliert werden müssen, um Wär- meabstrahlung (z.B. an Abgasanlagen) zu verringern. Daraus ergeben sich verschiedene technische Vorteile. Zum einen kön¬ nen die Kühleinheiten kleiner dimensioniert werden, da der jeweilige Thermogenerator die zu kühlende Komponente eben¬ falls abkühlt. Zum anderen können aufwändige thermische Iso¬ lierungen einfacher ausgeführt sein oder überflüssig werden. Werden die Thermogeneratoren z. B. an einem dieselbetriebenen Schienenfahrzeug an dessen Abwärme erzeugenden Komponenten eingesetzt, kann der Dieselmotor mit deutlich geringer Motorleistung ausgelegt werden, um die gleiche Traktionsleis¬ tung zu erreichen. So kann beispielsweise ein Dieselmotor mit 2,4 MW Motorleistung ohne Abwärmenutzung durch einen Dieselmotor mit 2,2 MW Motorleistung ersetzt werden und dennoch die gleiche Traktionsleistung des 2,4 MW Motors erreichen. Dar- über hinaus wird durch den Einsatz von kleineren Dieselmotoreinheiten mit Abwärmenutzung auch der Kraftstoffverbrauch, bei gleicher Traktionsleistung herabgesetzt. According to the invention, thermal generators are used in order to use the waste heat generated by the drive means for generating electrical energy at respectively suitably selected points of the rail vehicle. The electrical energy generated by each thermogenerator is used according to the invention for the electrical supply of consumers of the rail vehicle. For this purpose, the thermal generators are purposefully arranged on functional components of the drive means, which require the active Küh ¬ ment or must be laboriously isolated in order to reduce heat radiation (eg on exhaust systems). This results in various technical advantages. Firstly Kgs ¬ NEN the cooling units be dimensioned smaller, as the respective thermogenerator the component to be cooled just ¬ if cools. On the other consuming thermal Iso ¬ lierungen can be made simpler or superfluous. If the thermal generators z. B. used on a diesel-powered rail vehicle at the waste heat generating components, the diesel engine with significantly lower engine power can be designed to achieve the same Traktionsleis ¬ tion. For example, a 2.4MW diesel engine with no waste heat can be replaced by a 2.2MW diesel engine and still achieve the same traction power of the 2.4 MW engine. representation In addition, the use of smaller diesel engine units with waste heat and the fuel consumption, with the same traction performance is reduced.
Die Thermogeneratoren stehen zweckmäßigerweise in wärmelei¬ tendem Kontakt mit solchen Antriebsmitteln, die bei Normalbetrieb des Schienenfahrzeugs eine große Wärmemenge abgeben. Thermogeneratoren sind aus dem Stand der Technik bekannt. Unter dem Begriff Thermogenerator ist ein Bauteil zu verstehen, dass Wärme direkt in elektrische Energie umwandelt. Voraus¬ setzung für diese Umwandlung ist ein Temperaturunterschied am Thermogenerator. Ein Thermogenerator weist keine beweglichen Teile auf. Die Umwandlung der Wärme in elektrische Energie wird auf den so genannten Seebeck-Effekt zurückgeführt, der auch als thermoelektrischer Prozess bezeichnet wird. Die von einem Thermogenerator erzeugte elektrische Leistung ist umso größer, je größer der Temperaturunterschied am Thermogenera¬ tor selbst ist. So können beispielsweise Peltier-Elemente oder Bimetalle als Thermogenerator eingesetzt werden. Andere Thermogeneratoren bilden einen p-n-Übergang in Bismut- Tellurid-Halbleitern aus. Bei 40° Temperaturunterschied am Eingang eines solchen Thermogenerators kann dieser etwa 1% der im Wärmestrom enthaltenen Energie in Elektroenergie umwandeln, wobei eine optimale Abstimmung auf den Widerstand des nachgeschalteten Stromverbrauchers vorausgesetzt wurde. The thermal generators are expediently in wärmelei ¬ tendem contact with such drive means that deliver a large amount of heat during normal operation of the rail vehicle. Thermal generators are known from the prior art. The term thermogenerator is a component that converts heat directly into electrical energy. Pre ¬ requisite for this transformation is a temperature difference across the thermoelectric generator. A thermogenerator has no moving parts. The conversion of heat into electrical energy is attributed to the so-called Seebeck effect, which is also referred to as a thermoelectric process. The electrical power generated by a thermogenerator is greater, the greater the temperature difference at the Thermogenera ¬ gate itself. For example, Peltier elements or bimetals can be used as a thermogenerator. Other thermal generators form a pn junction in bismuth telluride semiconductors. At 40 ° temperature difference at the entrance of such a thermal generator, it can convert about 1% of the energy contained in the heat flow into electrical energy, with an optimum vote on the resistance of the downstream power consumer was assumed.
Vorteilhafterweise weisen die Antriebsmittel einen Umrichter¬ kühler auf, der wärmeleitend mit einem Umrichter- Thermogenerator verbunden ist. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung ist wenigstens einer der Thermogeneratoren des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs wärmeleitend mit dem Umrichterkühler verbunden. Der Umrichterkühler erzeugt eine Abwärme, die durch die wärmeleitende Verbindung in den Um- richter-Thermogenerator eingeleitet wird. Dieser erzeugt in Abhängigkeit der eingeleiteten Wärme und Temperatur der besagten Wärme die gewünschte elektrische Versorgungsenergie. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung verfügen die Antriebsmittel über wenigstens einen Transformatorkühler, der wärmeleitend mit einem Transformator-Thermogenerator verbunden ist. Wie bereits weiter oben angedeutet, wird auf diese Art und Weise die Abwärme eines Transformatorkühlers zur Er¬ zeugung elektrischer Leistung genutzt. Hierbei wird der Advantageously, the drive means to a converter ¬ cooler, which is thermally conductively connected to a converter thermogenerator. According to this advantageous further development, at least one of the thermal generators of the rail vehicle according to the invention is connected in a heat-conducting manner to the converter cooler. The inverter cooler generates waste heat which is introduced into the converter thermogenerator by the thermally conductive connection. This generates depending on the introduced heat and temperature of said heat, the desired electrical supply energy. According to a further embodiment of the invention, the drive means have at least one transformer cooler, which is thermally conductively connected to a transformer thermogenerator. As indicated above, the waste heat from a transformer cooler for He ¬ generation of electric power is used in this way. Here is the
Transformator-Thermogenerator lediglich wärmeleitend mit einem Kühler des Traktionstransformators des Schienenfahrzeugs verbunden . Transformer thermogenerator connected only thermally conductive with a radiator of the traction transformer of the rail vehicle.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Antriebsmittel einen Dieselmotor mit wenigstens einer Ab¬ gasanlage, wobei die Abgasanlage einen Abgasausleitabschnitt aufweist, der wärmeleitend mit einem Thermogenerator verbunden ist. Wie bereits weiter oben ausgeführt ist, wird bei ei¬ nem Dieselmotor, der mit einem Generator gekoppelt ist, ein hoher Anteil der erzeugbaren Energie irreversibel in Form von Wärme an die Umwelt abgegeben. Aus diesem Grunde ist der Ein¬ satz eines wärmeleitend mit der Abgasanlage des Dieselmotors verbundene Thermogenerator besonders effektiv bei der Erzeu¬ gung von Elektroenergie. Darüber hinaus können Thermospannun- gen an einem Abgasschalldämpfer oder einem sonstigen Bauteil der Abgasanlage durch die Kühlung mittels des Thermogenera- tors verringert werden. In a preferred embodiment of the invention, the drive means comprise a diesel engine with at least one Ab ¬ gas system, wherein the exhaust system has a Abgasausleitabschnitt, which is thermally conductively connected to a thermogenerator. As stated above, a high proportion of the producible energy is dissipated irreversibly in the form of heat to the environment in the event ei ¬ nem diesel engine which is coupled to a generator. This is why the A ¬ set a heat-conductively connected to the exhaust system of the diesel engine thermal generator is particularly effective during the generation ¬ supply of electric energy. In addition, thermal stresses on an exhaust muffler or another component of the exhaust system can be reduced by cooling by means of the thermogenerator.
Die Abgasanlage kann auch einen Abgasrückkühler aufweisen. Auch der Abgasrückkühler kann wärmeleitend mit einem Abgas- rückkühl-Thermogenerator verbunden sein. The exhaust system may also include an exhaust gas recooler. Also, the exhaust gas recooler may be thermally conductively connected to an exhaust gas recooling heat generator.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Weiterentwicklung ist der Dieselmotor über einen Kühlkreislauf an einen Motorkühler angeschlossen, wobei der Motorkühler wärmeleitend mit einem Mo- torkühler-Thermogenerator verbunden ist. According to a further expedient development of the diesel engine is connected via a cooling circuit to a radiator, wherein the engine radiator is thermally conductively connected to a motor torkühler thermogenerator.
Zweckmäßigerweise sind der oder werden die Thermogeneratoren zum Erzeugen einer Steuerspannung für Steuer- oder Regelungsmittel des Schienenfahrzeugs eingesetzt. Moderne Schienen¬ fahrzeuge weisen zahlreiche Steuer- und Regeleinheiten auf, mit denen beispielsweise die Traktion oder ein Bremsvorgang des Schienenfahrzeugs geregelt oder aber auch eine Überwa¬ chung des Schienenfahrzeugs durch die Zugbeeinflussung ermög licht wird. Conveniently, the or the thermal generators are used to generate a control voltage for control or regulating means of the rail vehicle. Modern rail vehicles ¬ have many control units, to those regulated, for example, the traction or braking of the rail vehicle or a surveil ¬ monitoring the railway vehicle made by the train control system is light.
Darüber hinaus kann der oder die Thermogeneratoren zur Versorgung der Hilfsbetriebe des Schienenfahrzeugs eingesetzt werden. Die vom Thermogenerator bereitgestellte Gleichspannung muss dann zu einer Wechselspannung umgewandelt werden, um einzelne Hilfsbetriebe versorgen zu können. Hilfsbetrieb umfassen beispielsweise Maschinenraumlüfter, Fahrmotorenlüf ter, Klimaanlagen, Druckschutzsysteme, Bremswiderstandslüf¬ ter, Bremskompressoren, Stirnscheibenheizungen, Fußbodenhei zungen und ähnliche elektrische Verbraucher. In addition, the one or more thermal generators can be used to supply the auxiliary operations of the rail vehicle. The DC voltage provided by the thermal generator must then be converted to an AC voltage in order to supply individual auxiliary operations. Auxiliary operation include, for example, engine room ventilator , Fahrmotorenlüf ter, air conditioning systems, pressure protection systems, Bremswiderstandslüf ¬ ter, brake compressors, front plate heaters, Fußbodenhei tongues and similar electrical consumers.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfin¬ dung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirken de Bauteile verweisen und wobei Further expedient refinements and advantages of the inven ¬ tion are the subject of the following description of embodiments of the invention with reference to the figures of the drawing, wherein like reference numerals refer to the same act de components and wherein
Figur 1 den Kühlkreislauf eines Dieselmotors gemäß ei nem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schienenfahrzeuges in schematischer Darstel¬ lung, 1 shows the cooling circuit of a diesel engine according ei nem embodiment of the rail vehicle according to the invention in a schematic depicting ¬ lung,
Figur 2 einen von Figur 1 abweichenden Kühlkreislauf eines Dieselmotors, 2 shows a deviating from Figure 1 cooling circuit of a diesel engine,
Figur 3 den Kühlkreislauf eines Stromrichters gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemä¬ ßen Schienenfahrzeugs und 3 shows the cooling circuit of a power converter according to an embodiment of the inventive ¬ Shen rail vehicle and
Figur 4 den Kühlkreislauf eines Transformators gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemä- ßen Schienenfahrzeugs zeigen. Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungs- gemäßen Schienenfahrzeugs 1, das lediglich teilweise an Hand einiger Komponenten seiner Antriebsmittel 2 dargestellt ist. Die Antriebsmittel 2 weisen einen Dieselmotor 3 auf, der über einen Kühlkreislauf 4 gekühlt wird. In dem Kühlkreislauf 4 ist eine Umwälzpumpe 5 vorgesehen, die ein zweckmäßiges Kühl¬ mittel, hier Wasser, in dem Kühlkreislauf 4 fortwährend um¬ wälzt. Der Kühlkreislauf 4 dient nicht nur zur Kühlung des Dieselmotors 3, sondern auch zur Abkühlung eines Abgasrückkühlers 6 sowie eines Ölkühlers 7. Ferner ist ein Bypass 8 vorgesehen, der es ermöglicht, einen Motorkühler 9 des Schienenfahrzeugs zu überbrücken. Der Bypaß 8 dient hier lediglich der schnellen Aufwärmung des Motors im so genannten kleinen Kreislauf, um möglichst schnell Betriebstemperatur und damit optimale Verbrennung des Kraftstoffes zu erreichen. Dies ist beispielsweise beim Starten des Dieselmotors zweckmäßig. Bei dem Motorkühler 9 handelt es sich beispielsweise um einen Luft-/Wasserkühler, bei dem der Fahrtwind oder ein Lüfterrad zur Kühlung der Kühlflüssigkeit des Kühlkreislaufs 4 genutzt wird. Der Dieselmotor 3 erzeugt eine Drehbewegung, die in einen nicht gezeigten Generator eingeleitet wird. Der Generator wandelt die Bewegungsenergie in elektrische Energie um. Dabei ist dem Generator ein Gleichrichter nachgeschaltet, der die vom Generator erzeugte Wechselspannung in eine Gleichspannung umwandelt. Der Gleichrichter ist über eine Gleichspannungs¬ verbindung mit einem Wechselrichter verbunden, der eine Motor-Wechselspannung zum Antrieb der elektrischen Fahrmotoren und der so genannten Hilfsbetriebetrafos erzeugt. Das aus Gleich- und Wechselrichter bestehende System wird auch als Frequenzstromrichter bezeichnet. Figure 4 show the cooling circuit of a transformer according to an embodiment of the inventive rail vehicle. FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of the rail vehicle 1 according to the invention, which is shown only partially on the basis of a few components of its drive means 2. The drive means 2 have a diesel engine 3, which is cooled by a cooling circuit 4. In the cooling circuit 4 is a circulating pump 5 there is provided a convenient cooling ¬ medium, here water, continuously circulated in the cooling circuit 4 to ¬. The cooling circuit 4 is used not only for cooling the diesel engine 3, but also for cooling of an exhaust gas recooler 6 and an oil cooler 7. Further, a bypass 8 is provided, which makes it possible to bridge an engine radiator 9 of the rail vehicle. The bypass 8 is used here only for rapid warming of the engine in the so-called small circuit in order to achieve the fastest possible operating temperature and thus optimum combustion of the fuel. This is useful, for example when starting the diesel engine. The engine radiator 9 is, for example, an air / water radiator, in which the airstream or a fan wheel is used to cool the coolant of the cooling circuit 4. The diesel engine 3 generates a rotary motion, which is introduced into a generator, not shown. The generator converts the kinetic energy into electrical energy. In this case, the generator is followed by a rectifier, which converts the AC voltage generated by the generator into a DC voltage. The rectifier is connected via a DC voltage ¬ connection with an inverter, which generates a motor AC voltage for driving the electric traction motors and the so-called auxiliary power transformers. The system consisting of rectifier and inverter is also referred to as a frequency converter.
Der Dieselmotor 3 umfasst eine Abgasanlage, die neben dem be¬ sagten Abgasrückkühler 6 auch einen Abgasausleitabschnitt 10 umfasst, in beim Betrieb des Dieselmotors 3 entstehenden Ab¬ gase zur Abgabe an die Außenatmosphäre eingeleitet werden. Abgasausleitabschnitt 10 und Abgasrückkühler 6 für Schienenfahrzeuge sind dem jedoch Fachmann bekannt, so dass an dieser Stelle auf deren genaue Ausgestaltung nicht genauer eingegan- gen zu werden braucht. Wesentlich ist, dass die Abgase eine hohe Temperatur aufweisen und eine beträchtliche Wärmeenergie bereitstellen. Die Abgasausleitabschnitt 10 ist daher wärme¬ leitend mit einem Abgasausleit-Thermogenerator 11 verbunden, welcher die Wärmemenge Qin aufnimmt und dabei die Wärmemenge Qout abgibt, wobei der Abgasausleit-Thermogenerator 11 auf¬ grund des thermoelektrischen oder Seebeck-Effekts eine elekt¬ rische Leistung Pei bereitstellt, die anschließend zur Ener¬ gieversorgung von Steuerungsgeräten oder Hilfsbetriebeein- richtungen des Schienenfahrzeugs eingesetzt wird. Darüber hinaus ist auch der Motorkühler 9 mit einem Motorkühler- Thermogenerator 12 verbunden, der die aufgrund der wärmeleitenden Verbindung wieder eine gewisse Wärmemenge Qin vom Mo¬ torkühler 9 aufnimmt und dabei die Wärmemenge Qout abgibt, wo¬ bei wiederum eine elektrische Leistung Pei bereitgestellt wird. Qin ist größer als Qout . Daher wirken Thermogeneratoren wie eine zusätzliche Kühlung, so dass der Motorkühler 9 ent¬ sprechend kleiner dimensioniert werden kann. The diesel engine 3 comprises an exhaust system, which in addition to the be ¬ said exhaust gas recooler 6 also includes a Abgasausleitabschnitt 10, are introduced in the resulting during operation of the diesel engine 3 Ab ¬ gases for delivery to the outside atmosphere. Abgasausleitabschnitt 10 and exhaust gas recirculation system 6 for rail vehicles are known to the person skilled in the art, so that at this point on their exact configuration not more detail needs to be. It is essential that the exhaust gases have a high temperature and provide a considerable heat energy. The Abgasausleitabschnitt 10 is therefore heat ¬ conductively connected to a Abgasausleit-thermogenerator 11, which receives the amount of heat Qi n and thereby emits the amount of heat Q out , the Abgasausleit thermogenerator 11 on ¬ due to the thermoelectric or Seebeck effect an elekt ¬ cal performance P ei provides, which is then used for energy ¬ supply of control devices or auxiliary gear devices of the rail vehicle. In addition, the engine radiator 9 is also connected to a radiator thermo-generator 12, which again absorbs a certain amount of heat Qi n from the Mo ¬ torkühler 9 due to the heat-conducting compound and thereby emits the heat Q out , where ¬ in turn an electric power P ei provided. Qi n is greater than Q out . Therefore, thermal generators act as an additional cooling, so that the engine radiator 9 can be dimensioned ¬ accordingly smaller.
Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das sich von dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass der Motorkühler 9 mit keinem Thermogenerator verbunden ist. FIG. 2 shows a further exemplary embodiment, which differs from the exemplary embodiment shown in FIG. 1 in that the engine radiator 9 is not connected to any thermal generator.
Gemäß einem weiteren figürlich nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Rückführungskühl- Thermogenerator vorgesehen, der in wärmeleitendem Kontakt mit der Abgasrückführer 6 steht. Die gesamte Abgasanlage kann da¬ her auch zwei Thermogeneratoren aufweisen, nämlich einen Rückführungskühl-Thermogenerator und einem Abgasausleit- Thermogenerator. Hinzu kann dann auch noch der Motorkühler- Thermogenerator treten. According to another embodiment of the invention, not shown, a Rückführungskühl- thermogenerator is provided which is in heat-conducting contact with the exhaust gas recirculation 6. The entire exhaust gas system can therefore also have two thermal generators, namely a recirculation cooling thermogenerator and an exhaust gas recirculation thermogenerator. In addition, then also the engine radiator thermogenerator occur.
Figur 3 zeigt in einen weiteren Kühlkreislauf 13 des Schie¬ nenfahrzeugs beispielsweise eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (E-Lok) , wobei der gezeigte Kühlkreislauf 13 zur Kühlung eines Stromrichters 14 also Gleich- oder Wechselrichter des Schienenfahrzeugs eingerichtet ist. In dem Kühlkreis- lauf 13 wird mit Hilfe einer Umwälzpumpe 15 eine Kühlflüssig keit, hier ein Gemisch aus Wasser, Frost und Korrosions¬ schutzmittel, umgewälzt. Dabei wird die Kühlflüssigkeit über einen Stromrichterkühler 16 geführt. Der Stromrichterkühler 16 ist wärmeleitend mit einem Umrichter-Thermogenerator 17 verbunden. Der Umrichter-Thermogenerator 17 nimmt daher eine gewisse Wärmemenge Qin vom Umrichterkühler 14 auf und gibt anschließend eine geringere Wärmemenge Qout an die Außenatmo¬ sphäre ab, wobei er einen gewissen Anteil der Wärmemengendif ferenz (Qin - Qout) in elektrische Energie oder Leistung Pel umwandelt . Figure 3 shows in a further cooling circuit 13 of the slide ¬ nenfahrzeugs example, an electrically powered vehicle (electric locomotive), wherein the cooling circuit shown 13 for cooling a power converter 14 thus direct or inverters of the rail vehicle is set up. In the cooling circuit Run 13 is using a circulating pump 15, a cooling liquid speed, here a mixture of water, frost and corrosion ¬ protection, circulated. The cooling liquid is passed through a power converter cooler 16. The power converter cooler 16 is thermally conductively connected to a converter thermoelectric generator 17. The inverter thermogenerator 17 therefore absorbs a certain amount of heat Qi n from the inverter cooler 14 and then outputs a smaller amount of heat Q out to the Außenatmo ¬ sphere, wherein a certain proportion of Wärmemengendif difference (Q in - Q out ) into electrical energy or Power P el converts.
Figur 4 zeigt einen Transformatorkühlkreislauf 18 eines elektrisch angetriebenen Schienenfahrzeugs 1. Die Antriebs¬ mittel des rein elektrisch angetriebenen Schienenfahrzeugs umfassen einen Transformator, dessen Primärwicklung über einen Stromabnehmer mit dem Fahrdraht der elektrifizierten Bahnstrecke verbunden ist. Der Transformator weist zwei Trak tionswicklungen auf, denen jeweils ein Frequenzumrichter und die elektrischen Fahrmotore nachgeschaltet sind. Figure 4 shows a transformer cooling circuit 18 of an electrically driven rail vehicle 1. The drive ¬ medium of the purely electrically driven rail vehicle, comprising a transformer whose primary winding is connected via a current collector with the contact wire of electrified railway. The transformer has two Trak tion windings, each of which a frequency converter and the electric traction motors are connected downstream.
In dem Transformationskühlkreislauf 18 wird mit Hilfe einer Umwälzpumpe 19 eine Kühlflüssigkeit umgewälzt. Der Kühlkreis lauf 18 dient zur Kühlung des besagten Transformators, wobei die von der Umwälzpumpe 19 umgewälzte Kühlflüssigkeit ein Transformatoröl ist. Das Transformatoröl wird über zwei Transformatorkühler 20 und 21 geführt, die jeweils wärmelei¬ tend mit Transformator-Thermogeneratoren 22 verbunden sind, die nach dem bereits beschriebenen Prinzip ein elektrische Leistung Pel bereitstellen. In the transformation cooling circuit 18, a cooling liquid is circulated by means of a circulating pump 19. The cooling circuit 18 is used for cooling of said transformer, wherein the recirculation pump 19 circulated cooling liquid is a transformer oil. The transformer oil is passed through two transformer cooler 20 and 21, which are each wärmelei ¬ tend connected to transformer thermoelectric generators 22, which provide an electric power P el according to the principle already described.

Claims

Patentansprüche claims
1. Schienenfahrzeug (1) mit Antriebsmitteln (2) zum Erzeugen einer Traktionskraft und zum Erzeugen einer elektrischen Ver- sorgungsenergie für elektrische Verbraucher des Schienenfahr¬ zeugs ( 1 ) , 1. Rail vehicle (1) with drive means (2) for generating a traction force and for generating an electrical comparison sorgungsenergie for electrical consumers of the rail driving ¬ apparatus (1),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e c e n c i n e s that
die Antriebsmittel (2) wenigstens einen Thermogenerator the drive means (2) at least one thermal generator
(11,12,17,22) aufweisen, der zumindest einen Teil der elekt- rischen Versorgungsenergie bereitstellt. (11, 12, 17, 22), which provides at least part of the electrical supply energy.
2. Schienenfahrzeug (1) nach Anspruch 1, 2. Rail vehicle (1) according to claim 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e c e n c i n e s that
die Antriebsmittel (2) einen Umrichterkühler (16) aufweisen, der wärmeleitend mit einem Umrichter-Thermogenerator (17) verbunden ist. the drive means (2) comprise an inverter cooler (16) which is thermally conductively connected to a converter thermogenerator (17).
3. Schienenfahrzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, 3. Rail vehicle (1) according to claim 1 or 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e c e n c i n e s that
die Antriebsmittel (2) wenigstens einen Transformatorkühler (20,21) aufweisen, der wärmeleitend mit einem Transformator- Thermogenerator (22) verbunden ist. the drive means (2) comprise at least one transformer cooler (20, 21) which is connected in a thermally conductive manner to a transformer thermogenerator (22).
4. Schienenfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, 4. Rail vehicle (1) according to one of the preceding claims,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e c e n c i n e s that
die Antriebsmittel einen Dieselmotor (3) mit einer Abgasanla¬ ge (6,10) aufweisen, wobei die Abgasanlage einen Abgasaus- leitabschnitt (10) aufweist, der wärmeleitend mit einem Abga- sausleit-Thermogenerator (11) verbunden ist. the drive means comprises a diesel engine (3) having a Abgasanla ¬ ge (6,10), wherein the exhaust system a guide section Abgasaus- (10) which is connected heat-conductively to a Abga- sausleit thermal generator (11).
5. Schienenfahrzeug (1) nach Anspruch 4, 5. Rail vehicle (1) according to claim 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e c e n c i n e s that
die Abgasanlage (6,10) einem Abgasrückkühler ( 6 ) aufw3eist, wobei der Abgasrückkühler (6) wärmeleitend mit einem Abgas- rückkühl-Thermogenerator verbunden ist. the exhaust system (6, 10) has an exhaust gas recooler (6), the exhaust gas recooler (6) being connected in a heat-conducting manner to an exhaust gas recooling thermogenerator.
6. Schienenfahrzeug (1) nach Anspruch 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass 6. Rail vehicle (1) according to claim 4 or 5, characterized in that
der Dieselmotor (3) über einen Kühlkreislauf (4) mit einem Motorkühler (9) verbunden ist, wobei der Motorkühler (9) wärmeleitend mit einem Motorkühler-Thermogenerator (12) verbunden ist. the diesel engine (3) is connected via a cooling circuit (4) to an engine radiator (9), the engine radiator (9) being connected in a heat-conducting manner to a radiator thermo-generator (12).
7. Schienenfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 7. Rail vehicle (1) according to one of the preceding claims,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass d a d u r c h e c e n c i n e s that
der oder die Thermogeneratoren (11,12,17,22) zum Erzeugen einer Steuerspannung für Steuerungs- oder Regelungsmittel des Schienenfahrzeugs (1) eingerichtet sind. the one or more thermal generators (11,12,17,22) are arranged to generate a control voltage for control or regulation means of the rail vehicle (1).
8. Schienenfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass 8. A rail vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that a
der oder die Thermogeneratoren (11,12,17,22) zur Versorgung der Hilfsbetriebe des Schienenfahrzeugs (1) eingerichtet sind . the one or more thermal generators (11,12,17,22) are arranged to supply the auxiliary services of the rail vehicle (1).
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