NO334234B1 - Innretning for energiforsyning av tog - Google Patents

Description

Innretning for energiforsyning av tog

Den foreliggende oppfinnelsen gjelder en innretning for energiforsyning av tog, spesielt i form av en gassdrevet togstrømsgenerator, i samsvar med innledningen på patentkrav 1.

Bakgrunn

Hybriddrift av lokomotiver med gass er kjent fra blant annet US 2002174796 Al, US 2009293759 Al, WO 2008073353 A2 og US 2005279242 Al.

US 2002174796 Al beskriver et energitenderkjøretøy for bruk i forbindelse med et hybrid-energi-lokomotivsystem som har et energilagrings- og gjenvinningssystem. Energilagrings- og gjenvinningssystemet fanger dynamisk bremseenergi, overskuddsenergi fra motor, samt eksternt tilført energi i ett eller flere energilagrings-undersystemer, omfattende et svinghjul, et batteri, en ultrakondensator, eller en kombinasjon av slike undersystemer. I en utførelsesform er energilagrings- og gjenvinningssystemet lokalisert i energitenderkjøretøyet. Energitenderkjøretøyet er valgfritt utstyrt med banemotorer. I en utførelsesform er energitenderen konfigurert til å operere uten noen energitilkoblinger til lokomotivet. Et energistyringssystem responderer på energilagrings- og energioverføringsparametere, omfattende data som indikerer nåværende og fremtidig baneprofilinformasjon, for å bestemme nåværende og fremtidig elektriske energilagrings- og tilførselsbehov. Energistyringssystemet styrer følgelig lagring og gjenvinning av energi.

US 2009293759 Al beskriver hybride versjoner av diesel-elektriske lokomotiver og forbedrer kjent teknikk gjennom å plassere batterier i standard containere for kombitransport som enkelt kan beveges med lett tilgjengelige kraner bygget for å bevege fraktecontainere. Containerne huser standard batterier slik at ulike operatører kan benytte dem gjennom kjøp eller leie. Dette skal gi flere fordeler: 1) etter nedkjøring fra høyde kan en fullt oppladet batterienhet fjernes fra toget og settes i et lager for å redusere vekten til toget dersom ikke ekstra energi trengs for den videre kjøringen. Ved spesielt lengre nedkjøringer kan fulle batterienheter byttes ut med tomme, flere ganger, for å muliggjøre energigjenvinning ettersom toget forsetter nedstigningen. (2) Omvendt, et tog som kjører oppover kan lastes med en eller flere fulle battericontainere fra et lager for å redusere bruken av fossile brennstoff under oppstigningen og dersom behovet er der motta erstatningsenheter på veien dersom det originale settet ikke varer lenge nok til å nå det høyeste punktet. (3) Ulike konfigurasjoner blir mulig, så som to containere på toppen av hverandre, for å tilpasse til ulike behov. (4) Kommersiell handel med battericontainere, gjort mulig gjennom standardisering, vil skape et marked for energi som vil resultere i dens mest effektive bruk.

WO 2008073353 A2 beskriver et hybrid fremdriftssystem omfattende en drivmotor, et driv-system, et energilagringssystem, et regenerativt bremsesystem, samt et styringssystem anvendelig for å styre drivmotor, kjøring, energilager og regenerative bremsesystemer. Styringssystemer mottar input for geografisk lokalisering, hastighet og terrengtrekk, samt håndterer energi-utladnings- og energiladningsoperasjoner.

US 2005279242 Al beskriver et hybrid lokomotiv som kan drives i et flertall driftsmodus, omfattende "slug"-driftsmodus, et energilagrings-driftsmodus, et B-lokomotiv-driftsmodus, et uavhengig driftsmodus, samt et energikilde-driftsmodus, og/eller kan forsyne elektrisk energi til et eksternt energinett, kontaktledning eller kontaktskinne.

Gassdrift av lokomotiver er kjent fra US 2008121136 Al og US 6,308,639 Bl, samt at hybriddrift av gassdrevne busser er godt kjent.

US 2008121136 Al beskriver et hybrid lokomotiv som omfatter minst en banemotor koblet til minst en av et flertall akslinger og konfigurert til å drive minst en aksling. En kraftstrømretter er koblet til en hovedmotor og konfigurert til å forsyne elektrisk energi til den minst ene bane-motoren og en andre energilagringsenhet. En brennstofflagringsenhet er koblet til hovedmotoren og konfigurert for å forsyne hovedmotoren med gassdrivstoff. Hovedmotoren er tilpasset for å brenne gassdrivstoff et for redusert utslipp samtidig som den opprettholder utmerkede effekt-uttakskarakteristikker som kan suppleres av andre energikilder.

US 6,308,639 Bl beskriver svitsjeenhet som kombinerer batterilager med en gass-mikroturbin-generator for å tilveiebringe et brennstoffeffektivt og miljøvennlig lokomotiv.

Hybriddrift med diesel er kjent fra US 5,129,328 A og US 4,900,944 A, samt at egne dieselgeneratorvogner for togstrøm er kjent, kalles ofte for Finkevogn på fagspråket.

US 5,129,328 A beskriver et gassturbindrevet lokomotiv, hvor en gassturbin er montert på en lokomotivramme. En høyhastighets-vekselstrømgenerator er koblet direkte til nevnte gassturbin. En rekke likerettere, tyristorer og glatningsreaktorer er koblet til vekselstrømgeneratoren for å danne en høyhastighets, elektrisk banegenerator. Banemotorer er koblet ved hjelp av en energi-styringsenhet for styring av motorlasten til generatoren for drift av et antall akslinger på lokomotivet. Gasslagringstanker er lokalisert på lokomotivrammen.

Fra US 2002117857 Al er det kjent et elektrisk energilagrings- og regeneringssystem som bruker elektrisiteten generert av dynamiske bremser for et diesel-elektrisk lokomotiv til å konvertere vann til hydrogen- og oksygengass gjennom hydro-elektrolyse. Gassene komprimeres, kjøles og lagres i tanker for senere bruk for tilførsel til brenselceller. Elektrisitet generert av en elektro-kjemisk reaksjon i brenselcellene brukes til å drive lokomotivets banemotorer ved behov. Alternativt kan den regenererte elektrisiteten brukes for å supplere lokal eller regional energiforsyning. Systemet kan innrettes i en vogn som kan kobles direkte til et lokomotiv.

US 4,900,944 A beskriver en tilleggsmotor (booster unit) for diesel-elektriske lokomotiv som har en rammemontert dieselmotor, en hovedbanegenerator og en rekke banemotorer koblet til nevnte generatorer. En gassturbin er montert på en ramme tilliggende dieselmotoren, en høyhastighets-vekselstrømgenerator er koblet direkte til turbinen og en rekke likerettere er koblet til utgangen av høyhastighets-vekselstrømgeneratoren. Vekselstrømgeneratoren er innrettet for styring av utgangseffekten derav. Høyhastighetsgeneratoren er koblet i parallell med hovedbane-generatoren slik at banemotorene kan forsynes med ekstra elektrisk energi ved behov.

Fra US 2008223250 Al er det kjent et energisystem båret av et lokomotiv for passasjertransport som fanger og lagrer elektrisk overskuddsenergi generert under dynamisk bremsing av lokomotivet. Denne overskuddsenergien konverteres til energi for bruk på tilkoblede passasjervogner. I de tilfeller hvor mengden fanget energi er for lav til å møte behovet kan systemet tilføres ekstra energi fra drivmotoren til lokomotivet.

Et diesel-elektrisk lokomotiv har en generator drevet med en stor dieselmotor. Denne generatoren driver elektriske banemotorer som besørger fremdriften. Generatoren besørger også strømforsyning til påhengte togvogner (såkalt togstrøm). Banemotorene benyttes også som bremsemotorer, der de genererer elektrisk kraft ved bremsing - såkalt dynamisk bremsing. For ordinære diesel-elektriske lokomotiver ledes strømmen til store elektriske motstander, der den omformes til varme som går til spille.

Et hybridlokomotiv lagrer denne bremseenergien i batterier og gjenbruker den til å drive banemotorene i en igangsettingsfase før hovedgeneratoren tar over og driver lokomotivet. Det er dokumentert at denne teknologien kan gi en besparelse i drivstoff-forbruk på mellom 15 og 20 % i forhold til ordinær diesel-elektrisk drift (US 5,129,328 A). Besparelsen oppstår ved å fange energi som ellers går tapt og ved å utjevne energi ved å tilføre dette til driften fra batteribanken.

En ulempe ved kjent teknikk er at siden det benyttes en stor dieseldrevet generator (ikke-fornybar energi), vil dette medføre store energitap og uforholdsmessig store utslipp av sot og klimagasser som C02og NOxved tomgangskjøring og ved bremsekjøring.

Det er følgelig et behov for å tilveiebringe en innretning for energiforsyning av tog omfattende en gassdrevet togstrømsgenerator som er innrettet for å tilveiebringe energi for togstrøm/ tomgangsstrøm for togsettet.

Det er videre et behov for å tilveiebringe en innretning for energiforsyning av tog omfattende en gassdrevet togstrømsgenerator som i kombinasjon med hybriddrift kan benyttes for å oppnå store miljøgevinster i kombinasjon med diesel-/gass-/hybriddrift.

Det er videre et behov for å tilveiebringe en innretning for energiforsyning av tog omfattende en gassdrevet togstrømsgenerator som i kombinasjon med lokomotivets hovedmotor benyttes for å oppnå en optimalisert energiutjevning og derav redusert energiforbruk, ved drift av lokomotiv og togsett.

Formål

Hovedformålet med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en innretning for energiforsyning av tog som løser de ovenfor nevnte manglene og ulempene ved kjent teknikk.

Det er et formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en innretning for energiforsyning av tog som gir en vesentlig besparelse av drivstoff-forbruk i forhold til ordinær diesel-elektrisk drift gjennom å fange energi som ellers går tapt og utjevne energi ved å tilføre dette til driften fra en batteribank.

Det er videre et formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en innretning for energiforsyning av tog som omfatter en egen gassdrevet togstrømsgenerator for å skaffe tilveie energi for togstrøm/tomgangsstrøm.

Det er også et formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en innretning for energiforsyning av tog som kombinerer en gassdrevet togstrømsgenerator og hybriddrift for å oppnå store miljøgevinster i kombinasjon med diesel-/gass-/hybriddrift.

Det er videre et formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en innretning for energiforsyning av tog hvor bremseenergi fra banemotorer gjenvinnes og lagres i batterier som kan benyttes til å drive banemotorene i en igangsettingsfase før hovedgeneratoren tar over og driver lokomotivet.

Det er også et formål med den foreliggende oppfinnelsen å plassere innretningens gassdrevne togstrømsgenerator i en egen vogn slik at lokomotivet også kan benyttes uavhengig av den foreliggende oppfinnelsen og at man dermed får minimale modifikasjoner på dagens lokomotiver for å muliggjøre effektene av den foreliggende oppfinnelsen.

Det er videre et formål med den foreliggende oppfinnelsen å kombinere en innretning for energiforsyning av tog omfattende en gassdrevet togstrømsgenerator med et automatisk stoppsystem for lokomotivet for å tilveiebringe miljøvennlig og effektiv togstrøm/tomgangsstrøm i forbindelse med at et togsett befinner seg i ro.

Det er videre et formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en innretning for energiforsyning av tog omfattende en gassdrevet togstrømsgenerator som i kombinasjon med lokomotivets hovedmotor benyttes for å oppnå en optimalisert energiutjevning og derav redusert energiforbruk, ved drift av lokomotiv og togsett.

Oppfinnelsen

En innretning for energiforsyning av tog i samsvar med oppfinnelsen er angitt i patentkrav 1. Fordelaktige trekk ved innretningen er angitt i de øvrige patentkravene.

I dag er situasjonen slik at dimensjoneringen av hovedgeneratoren i lokomotivet fører til at mye unødvendig energi går tapt ved tomgangskjøring og generering av togstrøm. Da lokomotivene har kun en generator vil denne, eksempelvis NSB's Di4 lokomotiver på passasjertog for Nordlandsbanen, måtte kjøres på nivå fire (av maksimum nivå åtte) for å skaffe tilstrekkelig togstrøm til elektrisk oppvarming av passasjervognene og eventuelt andre vogner. Dette betyr at tomgangs-kjøring skjer på et høyt turtall med stort forbruk. For å oppnå ytterligere miljø- og kostnadsgevinst er det derfor mye å hente på å gjøre noe med tomgangskjøring og generering av togstrøm. Tomgangskjøring kan reduseres ved å installere et automatisk stoppsystem (AESS) av kjent type, hvor hovedmotoren stanses etter et gitt antall sekunder tomgangskjøring og holdes varm ved oppvarming og sirkulering av motorens kjølevæske. Dette krever tilførsel av en mindre mengde energi, enten fra batterier eller en annen energikilde. Innføring av AESS kommer dermed i konflikt med behovet for togstrøm til oppvarming.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelsen er det tilveiebragt en innretning for energiforsyning av tog som omfatter en separat gassdrevet togstrømsgenerator som løser dette behovet, og gjennom dette oppnår en forbedret drivstofføkonomi og lavere utslipp.

Ytterligere utjevning og miljøgevinst oppnås gjennom den foreliggende oppfinnelsen ved at overskuddskapasitet fra innretningens gassdrevne togstrømsgenerator også lader batteribank for hybriddrift som et tillegg til energi fra banemotorene. Drivstoffreduksjonen vil avhenge av størrelse på generatoraggregat og batteribank, men det er anslått at man kan redusere drivstoff-forbruket med inntil 40 %, mot 20 % som er mulig med kjent teknologi. Som en følge av redusert drivstoff-forbruk pga. at en del av energien som fremskaffes for drift av lokomotivet nå fremskaffes med gassdrift, så vil de totale utslippene av NOx reduseres betraktelig i forhold til kun dieseldrift.

Introduksjon av en innretning for energiforsyning av tog omfattende en gassdrevet togstrøms-generator med eller uten hybriddrift av lokomotiver vil med dette innebære en vesentlig forbedring i både drivstoff-forbruk og miljøeffekt i forhold til kjent teknologi for lokomotiver og togdrift, herunder redusert støy, utslipp av sot og klimagasser som C02og NOxpå og ved stasjoner i tettbygde strøk ved tomgangskjøring og igangsetting.

Den foreliggende oppfinnelsen vil medføre stor miljøgevinst i forhold til luftkvalitet inne i toget, på stasjonene og i tettbygde lokalsamfunn langs toglinja ved igangkjøring, samt betydelig reduksjon i generelle utslippstall på C02og NOx og reduksjon i forbruk av ikke-fornybar energi. I tillegg tilkommer stor reduksjon av støy, noe som oppleves fordelaktig spesielt ved igangkjøring nattestid. En del av driften ved «landstrøm»-lading av batteribanken vil gjøre at en del av energien tilveiebringes fra fornybare energikilder som vann-, sol- og vindkraft.

I tillegg til det ovenfor nevnte vil en innretning for energiforsyning av tog i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen kunne benyttes i kombinasjon med lokomotivets hovedmotor for å oppnå en optimalisert energiutjevning og derav redusert energiforbruk, ved drift av lokomotiv og togsett.

Ytterligere foretrukne trekk og fordelaktige detaljer ved den foreliggende oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende eksempelbeskrivelsen.

Eksempel

Den foreliggende oppfinnelsen vil nedenfor bli beskrevet mer detaljert med henvisning til de vedlagte figurene, hvor:

Figur 1 viser en prinsippskisse av et diesel-elektrisk lokomotiv,

Figur 2 viser en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen for automatisk tomgangskutt pluss togstrøm, og Figur 3 viser en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen for automatisk tomgangskutt pluss togstrøm og hybriddrift.

Henviser nå til Figur 1 som viser en prinsippskisse av et diesel-elektrisk lokomotiv 10 av kjent type. Et diesel-elektrisk lokomotiv 10, som eksempelvis NSB's Di4, eller DSB's ME, fungerer slik at en stor dieselmotor 11 driver en vekselstrømgenerator 12. Strømmen blir likerettet i en likeretter 13 og ledes videre til en vekselretter 14 som konverterer strømmen til en vekselstrøms-karakteristikk som er egnet for drift av asynkrone banemotorer 15 plassert i akselboggiene, samt strøm til oppvarming av vognsett, drift av styringssystem 16 og lading av startbatterier i lokomotivet 10. Banemotorene 15 besørger fremdrift av lokomotivet 10 og eventuelt påhengt togsett. Banemotorene 15 fungerer også som dynamoer ved nedbremsing av lokomotivet 10, såkalt dynamisk bremsing, noe som sparer på togbremsene. Strømmen som genereres av banemotorene 15 ved dynamisk bremsing går til spille som varme i motstandsrack 17 (resistor grids) på taket av lokomotivet 10.

Dersom togsettet er satt opp med vogner som krever tilførsel av energi, som eksempelvis kjølevogner eller passasjervogner, så tilføres i dag denne energien som elektrisk kraft fra lokomotivet 10. Lokomotivet 10 har en kraftpådrag-kontrollmekanisme på åtte trinn. For passasjertog på eksempelvis Nordlandsbanen fører togstrøm-behovet til at lokomotivet 10 må kjøres på nivå fire ved tomgangskjøring for å kunne levere tilstrekkelig energi. For lokomotiv 10 som ikke leverer togstrøm er det i bruk løsninger med egne dieseldrevne generatorvogner 30 for generering av togstrøm, såkalte "Finkevogner", hvilke omfatter minst en dieselmotor 31, veksel-strømgenerator 32 og en likeretter 13 for tilføring av energi til en koblingsboks 19 i lokomotivet 10. Disse kan også benyttes i sammenheng med lokomotiver 10 som leverer togstrøm for passasjertog vinterstid, hvor generatorvognen 30 da settes bakerst i togsettet og forsyner de bakerste vognene med togstrøm. Lokomotivet 10 forsyner da de forreste vognene. Lokomotivet 10 har da en vekselretter 14 for togvarme på eksempelvis 400kW, som hentes fra hovedmotoren 11 til lokomotivet 10 som igjen gir redusert kraft på lokomotivet 10. Når man trenger økt kraft for å dra togsettet henger man på en ekstra dieseldrevet generatorvogn 30 bak lokomotivet 10 (i motsetning til generatorvognen 30 som hang bakerst). Bruk av dieseldrevne generatorvogner 30 har i dag en negativ miljømessig effekt fordi drivstoffet er diesel og lokomotivets 10 hovedmotor 11 fremdeles kjøres på høy tomgang. Generatorvognen 30 benyttes ikke som et middel for eller i kombinasjon med automatisk tomgangsstoppsystem (Auto Engine Start and Stop - AESS).

Et lokomotivs 10 hovedmotor 11 kan utstyres med et automatisk tomgangsstoppsystem der hovedmotoren 11 stanses dersom det kjøres på tomgang i eksempelvis mer enn 10 sekunder. For å utnytte denne muligheten er togfører avhengig av at hovedmotorens 11 systemer er operative og at hovedmotoren 11 holdes varm og klar til start på kort varsel. Oppstart av store diesel-motorer krever at det er tilgjengelig tilstrekkelig startstrøm. Slik startstrøm er vanligvis tilgjengelig som "landstrøm" på stasjoner og det oppleves som svært risikabelt å stole på at man skal klare å få start på en kald 16 sylindret dieselmotor bare ved bruk av lokomotivets 10 startbatterier.

Henviser nå til Fig. 2 som viser en første utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen, hvor det er tilveiebragt en innretning for energiforsyning av tog i form av en gassdrevet generatorvogn 50 som kobles til lokomotivets 10 fordelingsnett for å sikre tilstrekkelig energi til å holde hovedmotorens 11 hjelpesystemer og styringssystemer 16 operative og til å holde hovedmotoren 11 varm når den ikke er i bruk, en slik løsning muliggjør sikker bruk av AESS, noe som vil redusere utslippene betydelig.

I samsvar med den første utførelsesformen omfatter innretningen en eller flere gassdrevne tog-strømsgeneratorer 51. For drift av de(n) gassdrevne togstrømsgeneratoren(e) 51 er det anordnet gassbeholdere 52 i generatorvognen 50 som leverer gass til en eller flere gassdrevne motorer 53. Gasser som kan benyttes er alle typer brenngasser eller brenngassblandinger, eksempelvis; komprimert naturgass, flytende naturgass, propan, butan, biogass eller hydrogen. Den/de gassdrevne motoren(e) 53 driver den ene eller flere gassdrevne togstrømsgeneratoren(e) 51 (veksel-strømgeneratorer) som leverer egnet strøm til lokomotivets 10 koblingsboks 19 via en likeretter 13. Fra koblingsboksen 19 leveres egnet strøm til togstrøm, hovedmotorens 11 motorvarmer 23, batterier, styringssystem 16 og ytterligere hjelpesystemer.

Gjennom dette oppnås at en større del av lokomotivets 10 drivstoff-forbruk går over fra diesel til gassdrift med miljømessige og økonomiske fordeler, samt at det totale energiforbruket går ned. Ved å plassere de(n) gassdrevne togstrømsgeneratoren(e) 51 i en egen generatorvogn 50 oppnås også at lokomotivet 10 kan benyttes uavhengig av dette utstyret og man får minimale modifikasjoner på lokomotivet 10 for å muliggjøre de fordelaktige egenskapene til den foreliggende oppfinnelsen, noe som vil føre til at hovedsakelig alle eksisterende lokomotiv kan benyttes sammen med den foreliggende oppfinnelsen. Dette er viktig med tanke på at lokomotiv-eierne skal investere i nye miljøvennlige løsninger.

En generell miljømessig effekt oppnås også dersom innretningen i samsvar med oppfinnelsen også utnyttes som, eller i kombinasjon med, en tradisjonell generatorvogn 30 (finkevogn)

Henviser nå til Figur 3 som viser en andre utførelsesform av en innretning i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen, innrettet for en kombinasjon av automatisk tomgangskutt, togstrøm og hybriddrift. I samsvar med den andre utførelsesformen omfatter innretningen videre en batteribank 54 og batterilader 55 i tillegg til de gassdrevne togstrømsgeneratoren(e) 51, plassert sammen i en generatorvogn 50, hvilket muliggjør en "pool effekt" hvor lokomotiver 10 kan bytte til en full-ladet generatorvogn 50 på ende- eller mellomstasjoner. Tre generatorvogner 50 vil da eksempelvis kunne dekke all persontrafikk på Nordlandsbanen. Tilkobling ved ekstern tilførsel ved stasjon i tillegg til en gassdrevet togstrømsgenerator 51 muliggjør å dimensjonere opp batterikapasiteten betraktelig, slik at ytterligere miljøgevinst oppnås utover det som hybriddriften alene gir. Forsøk utført har vist at hybriddrift for lokomotiver gir en drivstoffbesparelse på hhv. 15 % og 20 %. Søkerens anslag viser at den foreliggende oppfinnelse i kombinasjon med hybriddrift vil redusere dieselforbruket med ytterligere 20 %, samt gi stor gevinst i utslipp av sot, NOx og C02.

Ytterligere utjevning og miljøgevinst i tillegg til AESS og gassgenerert togstrøm oppnås ved at den gassdrevne togstrømsgeneratorens 51 overskuddskapasitet også lader batteribanken 54. Batteribanken 54 kan da tilføres elektrisk energi fra tre kilder:

1. landstrømlading ved stasjon via batterilader 55,

2. overskuddsstrøm fra en eller flere gassdrevne togstrømsgeneratorer 51,

3. bremsestrøm fra banemotorer 15.

Ved ekstern tilkobling ved stasjon lades batteribanken 54 opp med strøm via batteriladeren 55. Batteriladeren 55 kommuniserer med batteribankens 54 styresystem 56 (BMS - Battery management system) som styrer temperatur, lading og strømutjevning i battericellene.

Overskuddsstrøm som genereres fra hovedgeneratoren 12 kan også benyttes til å lade opp batteribanken 54 gjennom tilkobling via batteriladeren 55.

Bremsestrøm fra banemotorene 15 tilføres batteribanken 54 gjennom å utnytte kjent teknikk, eksempelvis som vist i US 2002/0174796, dvs. via en likeretter 13.

Batteribanken 54 benyttes i en kort periode ved igangsetting av toget ved å tilføre likestrøm i egnet form til vekselretter 14 i lokomotivet 10 for hybriddrift som et tillegg til energi fra banemotorene 15. Dette gir økt hybriddriftfordel og etter søkerens anslag vil en drivstoffreduksjon på inntil 40 % oppnås, avhengig av størrelsen på den/de gassdrevne togstrømsgeneratoren(e) 51 og batteribanken 54.1 tillegg oppnås den effekt at siden en del av energien som fremskaffes for drift av lokomotivet 10 nå fremskaffes med gassdrift, så vil de totale utslippene av NOxreduseres betraktelig i forhold til ren dieseldrift.

AESS-systemet fungerer på den måten at det slår inn etter en gitt tid tomgangskjøring, hvilket

medfører at hovedmotoren 11 stoppes, mens en del av hovedmotorens 11 hjelpesystemer holdes aktive, blant annet sirkuleres oppvarmet kjølevæske, slik at hovedmotoren 11 kan startes raskt og uten store miljøtap i forhold til kaldkjøring. AESS-systemet krever et visst energiforbruk, samt også at startmotoren har tilgjengelig kapasitet for startstrøm til igangsetting. Dersom lokomotivet 10

trekker et passasjertog er det også behov for togstrøm til oppvarming og drift av passasjervognene mens hovedmotoren 11 hviler. For å skaffe tilveie slik energi er det da behov for en annen energi-tilførsel, hvilken kan skaffes tilveie i form av store batteribanker og/eller en egen mindre generatorvogn, eller tilkobling til landstrøm der det er praktisk gjennomførbart (gitte stasjoner).

I samsvar med den foreliggende oppfinnelsen kuttes tilførelsen av drivstoff til enkelte sylindere under tomgang ved bruk av elektronisk drivstoffkontroll. Eksempelvis kan man kjøre ulike sylindre vekselvis.

Den gassdrevne togstrømsgeneratoren 51 behøver ikke å være dimensjonert for å drive lokomotivet 10 alene i forbindelse med igangsetting, men i stedet kan man benytte f.eks. batteribanken 54 som vil levere stor effekt i kort tid og man behøver dermed ikke å kjøre hovedmotoren II hardt på stasjonen for å skaffe nok effekt.

Med den foreliggende oppfinnelsen får man følgelig en gassdrevet generatorvogn 50 hvilken kan kobles til eksisterende lokomotiv 10 uten store modifikasjoner, noe som resulterer i lave kostnader ved innføring.

Ved at innretningen i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen omfatter både batteribank 54 og hybridkomponenter i den samme vognen gjør den meget energieffektiv og i stand til å utnytte alle fornybare energikilder.

Videre er det ved at innretningen i samsvar med oppfinnelsen er innrettet i en egen vogn 50 skapt en innretning som enkelt kan byttes ut.

Videre kan batteribanken 54 i generatorvognen 50 lades med fornybar landstrøm. Innretningen i samsvar med oppfinnelsen kan omfatte flere enn en gassdrevet togstrøms-generator 51 i generatorvognen 50, noe som vil gi bedre effektutjevning og redundans.

At alle typer batterier kan brukes, NiCD, NiMe, Lilon, Blybatterier, Saltbatterier (Zebra) osv. Den foreliggende oppfinnelsen kan videre innrettes til å benytte hydrogengass (energibærer) til energidannelse, hvor hydrogengassen kan utvinnes fornybart, eks. ved elektrolyse av overskuddskraft på natt fra elvekraftverk, dette vil gi ytterligere miljøgevinst.

Videre kan innretningen i samsvar med oppfinnelsen omfatte en elektrolyseenhet (ikke vist) som kan generere hydrogen og oksygen ved spalting av vann. Dette kan tilføre hydrogengass til drift av gassmotoren 53.

Oksygen fra elektrolyseenheten kan videre føres til hovedmotoren 11 innsugingsmanifold, noe som kan gi ytterligere optimal forbrenning og redusert utslipp av NOxog redusert drivstoff-forbruk. Alternativt eller i tillegg kan også innretningen i samsvar med oppfinnelsen omfatte bruk av oksygen med ekstern fylling i gassbeholdere (ikke vist) i generatorvognen 50.

Videre kan innretningen i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen omfatte innretninger for å utnytte solenergi fra solceller til ladning av batteribanken 54. Solceller (ikke vist) kan anordnes til generatorvognen 50 for derigjennom kontinuerlig lade batteribanken 54, både når lokomotivet 10 er i drift og når det står i ro. Også andre vogner kan forsynes med solceller.

Modifikasjoner

Alle komponenter i den foreliggende oppfinnelsen kan anordnes ved hjelp av parallellkobling eller seriekobling for ønsket redundans og effekt. Videre kan alle pålitelighetssystemer også være innrettet for serie eller parallellkobling av samme grunn. Dette gjør det mulig å benytte eksisterende komponenter, hvilket vil medføre reduserte kostnader. Eksempelvis kan man benytte flere gassdrevne togstrømsgeneratorer med mindre størrelse i stedet for en stor. Gassbeholderne for drift av gassmotoren kan anordnes i en egen vogn.

Flere generatorvogner kan kobles i serie eller parallell for økt effekt ogønskede egenskaper etter lokomotivet. Videre kan generatorvognen i samsvar med oppfinnelsen kobles i serie eller parallell med tradisjonelle dieselgeneratorvogner (Finkevogn).

Dagens lokomotiver er videre ofte forsynt med et clutchet turbogir hvor hovedmotoren mekanisk driver en turbokompressor ved lave turtall. Når turtallet er høyt nok til at eksosgassen kan drive turboen, blir dette giret clutchet ut. Dette medfører at det brukes unødvendig energi til å drive turboen ved lave turtall. En forbedring av dette vil være å drive dette turbogiret med en elektrisk drevet motor for lave turtall. Energien for drift av den elektriske motoren fremskaffes av batteribanken 54. En ytterligere nyttig effekt av dette er at slike mekanisk drevne turbogir normalt er gjenstand for mye vedlikehold som da reduseres.

En annen mulig forbedring, i forhold til energiforbruk og utslipp av klimagasser, er å installere en elektrisk drevet kompressor til hovedmotoren. Denne kompressoren tilfører mer luft for renere forbrenning ved å øke ladetrykk i innsugingsmanifolden. Den elektriske kompressoren kan enten være lokalisert i lokomotivet eller i generatorvognen 50. Energien for drift av den elektriske kompressoren fremskaffes av batteribanken 54.

En annen mulig forbedring tilkommer dersom elektrisk kraft fra batteribanken 54 utnyttes i et kjøleanlegg som besørger økt ladeluftkjøling. Dette vil kunne bedre forbrenningskarakteristikken for hovedmotoren 11 ytterligere uten at det stjeler energi fra hovedmotoren.

En mulig forbedring av dagens lokomotiver er ved at hovedmotoren konverteres til bifuel, dvs. at den kan drives med flere typer drivstoff. Med den foreliggende oppfinnelsen kan eksempelvis naturgass tilføres lokomotivet fra minst en tank innrettet i generatorvognen slik at lokomotivet kan benytte både diesel og naturgass som drivstoff.

En annen mulig forbedring av dagens lokomotiver er ved bruk av satellitt-assistert (GPS/GLONASS/Galileo) pådragskontroll for å styre lokomotivet/togsettet så energieffektivt og kostnadseffektivt som mulig. Dette kan utnyttes ved at man benytter informasjon/erfaringer om fremtidig banekurvatur for å styre pådraget for lokomotivets hovedmotor og den gassdrevne togstrømsgeneratoren 51/batteribanken. Eksempelvis kan man tenke seg at dersom lokomotivet i nær fremtid har en lang motbakke som krever fullt pådrag, så kan man tillate at batteribanken tømmes mer enn man vanligvis dersom man vet at det kommer unnabakke litt lengre frem slik at batteribanken igjen kan lades ved bruk av banemotorene.

En annen ytterligere forbedring som kan oppnås med den foreliggende oppfinnelsen er å forsyne generatorvognen med en vanntank og midler for å produsere damp som kan injiseres med eller uten eksossirkulering i forbindelse med hovedmotoren til lokomotivet. Alternativt kan generatorvognen være forsynt med midler for emulsjon, med eller uten eksossirkulering. Dette er noe som vil bidra til ytterligere å redusere hovedmotorens forbruk og utslipp.

Henvisningstall-liste:

Claims (15)

1. Innretning for energiforsyning av et togsett bestående av minst ett hybrid eller diesel-elektrisk lokomotiv (10),karakterisert vedat: innretningen omfatter minst en gassdrevet togstrømsgenerator (51) drevet av minst en gassmotor (53) som igjen drives av gass fra minst en gassbeholder (52), hvilken minst ene gassdrevne togstrømsgenerator (51) er tilkoblet lokomotivets (10) elektriske forsyningsnett, hvilken innretning er anordnet for å forsyne togsettet med togstrøm og/eller tomgangsstrøm for et lokomotiv (10) forsynt med automatisk tomgangsstopp.

2. Innretning i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat innretningen er plassert i en egen vogn (50) som trekkes av lokomotivet (10).

3. Innretning i samsvar med patentkrav 1-2,karakterisert vedat innretningen omfatter en batteribank (54), en batterilader (55), samt et batteristyringssystem (56) for derigjennom å fange opp energi som ellers går til spille.

4. Innretning i samsvar med patentkravene 1-3,karakterisert vedat innretningen er innrettet til å lade batteribanken ved hjelp en eller flere av: - minst den ene gassdrevne togstrømsgeneratoren (51), - landstrøm ved stasjon via batteriladeren (55), - overskuddsstrøm som genereres fra hovedgenerator (12) via batteriladeren (55), - bremseenergi fra banemotorer (15) i lokomotivet (10), og/eller - solenergi fra paneler anbrakt på togsettet.

5. Innretning i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat gassen for drift av den minst ene gassdrevne togstrømsgeneratoren (51) er en brennbar gass, eller gassblanding, eksempelvis; komprimert naturgass, flytende naturgass, propan, butan, biogass eller hydrogengass.

6. Innretning i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat innretningen benyttes i kombinasjon med en tradisjonell dieseldrevet generatorvogn (30).

7. Innretning i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat innretningen omfatter en elektrolyseenhet for generering av hydrogengass ved spalting av vann for å tilveiebringe hydrogengass for drift av gassmotoren (53).

8. Innretning i samsvar med patentkrav 7,karakterisert vedat den er anordnet for å tilføre oksygen dannet av elektrolyseenheten til hovedmotorens (11) innsugingsmanifold.

9. Innretning i samsvar med ett av patentkravene 1-8,karakterisert vedat den omfatter minst en gassbeholder fylt med oksygen innrettet for å tilføre oksygen til hovedmotorens (11) innsugingsmanifold.

10. Innretning i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat innretningen omfatter solceller for kontinuerlig lading av batteribanken (54).

11. Innretning i samsvar med patentkrav 3,karakterisert vedat batteribanken (54) er innrettet for å drive en elektrisk drevet motor som driver en turbokompressor for hovedmotoren (11) i lokomotivet.

12. Innretning i samsvar med patentkrav 3,karakterisert vedat batteribanken (54) er innrettet for å drive en elektrisk drevet kompressor koblet til hovedmotoren (11) i lokomotivet.

13. Innretning i samsvar med patentkrav 3,karakterisert vedat batteribanken (54) er innrettet for å besørge ladeluftkjøling for hovedmotoren (11) i lokomotivet.

14. Innretning i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat den er forsynt med en eller flere beholdere for å tilføre lokomotivet alternativt drivstoff og at lokomotivet (10) er forsynt med en hovedmotor (11) som kan drives med flere typer drivstoff.

15. Innretning i samsvar med ett av patentkravene 1-14,karakterisert vedat innretningen er innrettet for kommunikasjon med satellitt-assistert pådragskontroll innrettet i lokomotivet.