WO2001033653A1 - Vorrichtung zur stromversorgung von hilfseinrichtungen in schienenfahrzeugen - Google Patents

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WO2001033653A1
WO2001033653A1 PCT/EP2000/010559 EP0010559W WO0133653A1 WO 2001033653 A1 WO2001033653 A1 WO 2001033653A1 EP 0010559 W EP0010559 W EP 0010559W WO 0133653 A1 WO0133653 A1 WO 0133653A1
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fuel cells
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Gert Eibisch
Florian Minges
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Daimlerchrysler Rail Systems Gmbh
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    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a device for the power supply of auxiliary devices, for example control, signaling, lighting and display devices or the like.
  • auxiliary devices for example control, signaling, lighting and display devices or the like.
  • rail vehicles in particular high-speed, regional train, tram and local transport vehicles, in which a separate power supply device provides the power supply for the Aid facilities takes over.
  • lead-acid batteries are located together with the fuses and the charger in a box-shaped battery module that is attached to the base of each car.
  • This module is heavy and reduces the traction performance of the drive unit accordingly, especially in vehicles with internal combustion engines.
  • the power is reduced by the power consumption of the auxiliary devices and by the inertia of the module when the vehicle accelerates.
  • lead accumulators require constant control, maintenance and care. Lead accumulators belong to hazardous waste according to their consumption and are therefore dangerous for the environment.
  • alternators and generators are used to supply energy to consumers during operation. These consumers are, for example, parts of the brake equipment, the air suspension, the electric or pneumatic wipers, the electric or pneumatic door drives, the pantograph actuators and / or any existing body tilting technology.
  • methanonal-based fuel cells for stationary and mobile power generation, for example for road vehicles ( ⁇ ZE 40, 3 (1987) and brochure from Daimler Benz 1996 “A Methanol Car Hits the Roads”).
  • the fuel cells deliver a cell voltage of approximately 0.6 V, so that several cells have to be connected in series to achieve the necessary drive power.
  • DE 197 03 171 AI describes a road vehicle with a drive internal combustion engine or a fuel cell drive system. On-board electrical system consumers are supplied by a fuel cell unit regardless of the drive system.
  • DE 196 17 978 AI contains an electrically operated rail vehicle with a fuel cell drive. It is also known to use fuel cells as a drive for road vehicles, cf. Krafthand, Issue 15, August 9, 1997: Does the fuel cell represent the vehicle drive of the future? PEM fuel cells are used as power supplies for electric motors.
  • DE 196 41 254 AI discloses a road vehicle with an electric drive.
  • DE 197 55 815 AI describes a method for operating a system for steam reforming a hydrocarbon and a reforming system that can be operated with it, in particular in a fuel cell-powered road vehicle.
  • DE 198 17 534 AI contains a method and a system for generating electrical energy using a PEM fuel cell.
  • DE 197 01 560 C2 discloses a fuel cell system with a PEM fuel cell.
  • Rail vehicles generally require much more complicated technical equipment for the provision of auxiliary energy with different technical characteristics, properties and functions than a motor vehicle. This relates to the much higher power consumption of the auxiliary devices compared to the motor vehicle and the different voltage potentials often required in rail vehicles.
  • the object of the invention is to provide a second power supply, in particular the power supply for control, signaling, lighting and display devices and the like.
  • a second power supply in particular the power supply for control, signaling, lighting and display devices and the like. The like.
  • auxiliary energy required in a rail vehicle in particular for consumers at different voltage potentials and also for example for brake equipment, air suspension, electric or pneumatic wipers, electric or pneumatic door drives, pantograph actuators and / or car bodies. Uncouple the tilting technology from the primary energy source.
  • the device according to the invention enables the fuel cell technology, for. B. to use methanol-based in rail vehicle construction and operate the power supply independently of the main drive. Because the battery module is omitted, the weight of the power supply is significantly reduced. Furthermore, in particular in diesel-powered or auxiliary diesel-powered rail vehicles, there is no need for alternators or generators which are usually used and which convert the energy provided by the main or auxiliary drive into electrical energy.
  • the complete auxiliary diesel is not required for such rail vehicles.
  • the necessary adjustment systems and electronic controls e.g. B.
  • On-board power converters are no longer required.
  • main auxiliary transformer windings and on-board power converters are not required.
  • the direct energy conversion from chemical to electrical energy in the fuel cells proceeds with a higher efficiency than via the mechanical energy as an intermediate stage. This means that less power has to be provided for the power supply of the auxiliary devices and the entire power of the main drive is available for traction.
  • the time-consuming maintenance of the battery modules on each car is no longer necessary.
  • a central e.g. B. locomotive-based power supply
  • the power supply had to be designed for the maximum required power, regardless of the number of wagons on the train.
  • Decentralized systems lead to the need to adjust the power of the power supply.
  • several power supplies can be distributed to at least two parts of a train, in particular to each car. This reduces the weight of the power supply system.
  • Another advantage is that this simplifies the transmission of energy from the power supply system to the consumer, in particular the transmission of electrical energy over the entire length of a train is avoided.
  • FIG. 2 shows a detail X according to FIG. 1
  • FIG. 3 shows a variant of the integration of the arrangement according to the invention into the electrical system of a rail vehicle.
  • Fig. 1 the basic structure of the arrangement according to the invention of a fuel cell unit 1 is shown, which is compactly integrated into the car construction of a rail vehicle, not shown.
  • a tank 2 there is methanol as the primary energy source, which can be filled into the tank using conventional filling station technology.
  • the tank 3 is provided for receiving the deionized water or water of reaction. As shown in FIG. 1, the deionized water is mixed with the methanol and evaporated in the evaporator 4. This methanol-water vapor is split into hydrogen, carbon dioxide and residual gases such as carbon monoxide etc.
  • the fuel cell 8 itself essentially consists of a proton exchange membrane (PEM) 9 as an electrolyte, which is provided on both sides with a platinum coating 10, an electrode 11 and cooling / bipolar elements 12 with gas channels (see FIG. 2).
  • PEM proton exchange membrane
  • a cooling pump 14 integrated in a cooling circuit K conveys cooling air into the gas channels of the bipolar element 12 of the fuel cell 8. The heat of reaction generated during the reaction is given off to the cooling air, which in turn releases this heat to a cooler 15 by heat exchange. The water formed during the reaction reaches the water tank 3 via a feed line 16.
  • a residual gas is produced which is fed to the catalytic burner 5 through a discharge line 18.
  • methanol is additionally withdrawn from the tank 2 and burned in the burner 5 in order to maintain the required reaction temperature for the reaction of the water-methanol vapor.
  • Fig. 3 shows schematically the adaptation of the arrangement according to the invention in the electrical system B N of a rail vehicle.
  • the fuel cell unit 7 is connected to a voltage adjustment 17, with which the voltages required for the individual consumers Vi, V 2 , V n are set.
  • the PEM fuel cells used in the exemplary embodiment are of course also by other fuel cells, for example alkaline fuel cells (AFC), direct methanol fuel cells (direct methanol fuel cell - DMFC), molten carbonate fuel cells ( molten carbonate fuel cell (MCFC), phosphoric acid fuel cell (PAFC), solid oxide fuel cells (solid oxide fuel cell - SOFC) or a combination of such fuel cells including the corresponding facilities for supplying the primary energy source for the fuel cell.
  • AFC alkaline fuel cells
  • direct methanol fuel cells direct methanol fuel cell - DMFC
  • molten carbonate fuel cells molten carbonate fuel cell (MCFC)
  • PAFC phosphoric acid fuel cell
  • solid oxide fuel cells solid oxide fuel cell - SOFC

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Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Stromversorgung von Steuer-, Melde-, Beleuchtungs- und Anzeigeeinrichtungen o. dgl. in Schienenfahrzeugen unabhängig von der Antriebsanlage zu betreiben, Gewicht bei gleichzeitiger Verbesserung der Wartungsfreundlichkeit und des Umweltschutzes einzusparen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß als Stromversorgungseinrichtung ein Brennstoffzellen-Aggregat verwendet wird. Dieses Methanol verarbeitende Aggregat setzt sich aus einem Tank (3) für entioniertes Wasser, einem Tank (2) für Methanol, einem Verdampfer (4) zum Vermischen des Wassers und Methanols, einem Reformierer (6) zum Umwandelnd des Methanols in Wasserstoff und Kohlendioxid, einer Gasreinigungseinrichtung (7) zum Entfernen des Kohlenmonoxids, mehreren zusammengefaßten protonenleitenden Elektrolyt-Membran (PEM)-Brennstoffzellen (8), in der der Wasserstoff und mit einem Kompressor (14) komprimierte Luft als Oxidationsmittel kontinuierlich zu- und abgeführt werden, einem Kühlkreislauf (K) zum Kühlen der Brennstoffzellen (8), einer das Reaktionswasser ableitenden, in den Tank (3) einmündenden Leitung (16), und einer das aus der Reaktion in der Brennstoffzelle resultierende Restgas ableitenden Leitung (18) zusammen, die mit einem katalytischen Brenner (5) in Verbindung steht.

Description

Vorrichtung zur Stromversorgung von Hilfseinrichtungen in Schienenfahrzeugen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Stromversorgung von Hilfseinrichtungen, beispielsweise Steuer-, Melde-, Beleuchtungs- und Anzeigeeinrichtungen o. dgl. in Schienenfahrzeugen, insbesondere Hochgeschwindigkeits-, Regionalbahn-, Straßenbahn- und Nah Verkehrsfahrzeugen, bei denen eine gesonderte Stromversorgungseinrichtung die Stromversorgung für die Hilfseinrichtungen übernimmt.
Die Speisung elektrischer Verbraucher in Schienenfahrzeugen wird bisher bei abgeschalteter Hauptenergieversorgung von Bleiakkumulatoren übernommen, die u. a. die Beleuchtung im Fahrgastraum sicherstellen, Signalleuchten, Zugzielanzeigen und andere elektrische Verbraucher wie Gebläse u. ä. für einen g eewissen Zeitraum mit
Strom versorgt. Diese Bleiakkumulatoren befinden sich zusammen mit den Sicherungen und dem Ladegerät in einem kastenförmigen Batteriemodul, das am Untergestell eines jeden Wagens befestigt ist. Dieses Modul hat ein hohes Gewicht und mindert die Traktionsleistung des Antriebsaggregates, insbesondere bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren, entsprechend. Die Leistungsminderung erfolgt durch die Leistungsaufnahme der Hilfseinrichtungen und durch die Massenträgheit des Moduls beim Beschleunigen des Fahrzeugs. Des weiteren erfordern Bleiakkumulatoren eine ständige Kontrolle, Wartung und Pflege. Bleiakkumulatoren gehören nach ihrem Verbrauch zum Sondermüll und sind daher umweltgefährdend.
Weiterhin werden während des Betriebes Lichmaschinen bzw. Generatoren zur Energieversorgung von Verbrauchern eingesetzt. Bei diesen Verbrauchern handelt es sich beispielsweise um Teile der Bremsausrüstung, der Luftfederung, der elektrischen oder pneumatischen Scheibenwischer, der elektrischen oder pneumatischen Türantriebe, der Stromabnehmeraktuatoren und/oder einer eventuell vorhandenen Wagenkasten- Neigetechnik.
Dies ist mit hohem Gewicht und geringem Wirkungsgrad verbunden. Wird die Energie für Lichtmaschine bzw. Generator vom Antriebsaggregat geliefert, mindert sich demzufolge dessen Traktionsleistung. Im Falle eines separaten Antriebsaggregats für Lichtmaschine bzw. Generator, z. B. eines Hilfsdieselmotors, ist diese Lösung mit erheblichen zusätzlichen Kosten für den separaten Antrieb verbunden. Daneben sind alle diese Lösungen mit zusätzlichen Aufwendungen zur Energieanpassung und Energieübertragung verbunden. Der Wartungsaufwand derartiger Systeme ist relativ hoch.
Es ist bekannt, Brennstoffzellen auf Methanonalbasis zur stationären und mobilen Stromgewinnung, beispielsweise für Straßenfahrzeuge, einzusetzen (ÖZE 40, 3(1987) und Prospekt der Firma Daimler Benz 1996 „A Methanol Car Hits the Roads,,). Die Brennstoffzellen liefern eine Zellenspannung von etwa 0,6 V, so daß zur Erreichung der nötigen Antriebsleistung mehrere Zellen hintereinandergeschaltet werden müssen.
Die DE 197 03 171 AI beschreibt ein Straßenfahrzeug mit einem Antriebs- Verbrennungsmotor oder einem Brennstoffzellenantriebssystem. Bordnetzverbraucher werden unabhängig vom Antriebssystem von einem Brennstoffzellenaggregat versorgt. Die DE 196 17 978 AI beinhaltet ein elektrisch betriebenes Schienenfahrzeug mit einem Brennstoffzellenantrieb. Weiterhin ist bekannt, Brennstoffzellen als Antrieb für Straßenfahrzeuge zu verwenden, vgl. Krafthand, Heft 15, 09.08.1997: Stellt die Brennstoffzelle den Fahrzeugantrieb der Zukunft dar? Dabei werden PEM- Brennstoffzellen als Stromversorgung für Elektromotoren verwendet. Die DE 196 41 254 AI offenbart ein Straßenfahrzeug mit elektrischem Antrieb. Die DE 197 55 815 AI beschreibt ein Verfahren zum Betrieb einer Anlage zur Wasserdampfreformierung eines Kohlenwasserstoffs und damit betreibbare Reformierungsanlage, insbesondere in einem brennstoffzellenbetriebenen Straßenfahrzeug. Die DE 198 17 534 AI beinhaltet ein Verfahren und eine Anlage zur Erzeugung elektrischer Energie unter Nutzung einer PEM-Brennstoffzelle. Die DE 197 01 560 C2 offenbart ein Brennstoffzellensystem mit einer PEM-Brennstoffzelle. Schienenfahrzeuge erfordern im Regelfall eine sehr viel kompliziertere technische Ausrüstung für die Hilfsenergiebereitstellung mit anderen technischen Merkmalen, Eigenschaften und Funktionen als ein Kraftfahrzeug. Das betrifft die gegenüber dem Kraftfahrzeug wesentlich höhere Leistungsaufnahme der Hilfseinrichtungen und die bei Schienenfahrzeugen häufig erforderlichen unterschiedlichen Spannungspotentiale.
Bei diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine zweite Stromversorgung, insbesondere die Stromversorgung von Steuer-, Melde-, Beleuchtungs- und Anzeigeeinrichtungen u. dgl. in Schienenfahrzeugen unabhängig von der Antriebsanlage zu betreiben, Gewicht bei gleichzeitiger Verbesserung der Wartungsfreundlichkeit und des Umweltschutzes einzusparen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Es wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die gesamte oder zumindest ein Teil der in einem Schienenfahrzeug benötigten Hilfsenergie, insbesondere für Verbraucher auf unterschiedlichen Spannungspotentialen und auch beispielsweise für die Bremsausrüstung, die Luftfederung, elektrische oder pneumatische Scheibenwischer, elektrische oder pneumatische Türantriebe, Stromabnehmeraktuatoren und/oder Wagenkasten-Neigetechnik von der Primärenergiequelle abzukoppeln. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, die Brennstoffzellentechnik, z. B. auf Methanolbasis im Schienenfahrzeugbau einzusetzen und die Stromversorgung unabhängig vom Hauptantrieb zu betreiben. Dadurch, daß der Batteriemodul entfällt, wird das Gewicht der Stromversorgung merklich reduziert. Weiterhin entfallen insbesondere bei dieselbetriebenen bzw. hilfsdieselbetriebenen Schienenfahrzeugen üblicherweise verwendete Lichtmaschinen bzw. Generatoren, die vom Haupt- bzw. Hilfsantrieb bereitgestellte Energie in elektrische Energie umwandeln. Der komplette Hilfsdiesel entfällt bei derartigen Schienenfahrzeugen. Auch die dafür erforderlichen Anpassungssysteme und elektronischen Steuerungen, z. B. Bordnetzumrichter werden nicht mehr benötigt. Bei elektrisch betriebenen Schienenfahrzeugen entfallen beispielsweise Haupttrafohilfswicklungen und Bordnetzumrichter. Die direkte Energieumwandlung von chemischer in elektrische Energie in den Brennstoffzellen verläuft mit einem besseren Wirkungsgrad als über die mechanische Energie als Zwischenstufe. Dies bedeutet, daß für die Stromversorgung der Hilfseinrichtungen weniger Leistung bereitgestellt werden muß und die gesamte Leistung des Hauptantriebes für die Traktion zur Verfügung steht. Die aufwendige Wartung der Batteriemodule an jedem Wagen ist nicht mehr erforderlich.
Zusätzlich ist es erfindungsgemäß möglich, statt einer zentralen, z. B. lokbasierten Stromversorgung eine dezentrale Stromversorgung zu realisieren. Bei lokbasierten Stromversorgungssystemen mußte die Stromversorgung auf die maximal erforderliche Leistung, unabhängig von der Wagenzahl des Zuges ausgelegt werden. Dezentrale Systeme führen zur Bedarfsanpassung der Leistung der Stromversorgung. So können mehrere Stromversorgungen auf mindestens zwei Teile eines Zuges, insbesondere auf jeden Wagen verteilt werden. Dadurch verringert sich das Gewicht des Stromversorgungssystems. Weiterhin von Vorteil ist, daß dadurch die Übertragung der Energie vom Stromversorgungssystem zum Verbraucher vereinfacht wird, insbesondere eine Übertragung von elektrischer Energie über die gesamte Länge eines Zuges wird vermieden.
Die Erfindung soll nachstehend in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher veranschaulicht werden.
Es zeigen:
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung,
Fig. 2 eine Einzelheit X gemäß Fig. 1 und Fig. 3 eine Variante der Integration der erfindungsgemäßen Anordnung in das Bordnetz eines Schienenfahrzeuges. In Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung eines Brennstoffzellen-Aggregates 1 gezeigt, das in die Wagenkonstruktion eines nicht dargestellten Schienenfahrzeuges kompakt integriert ist. In einem Tank 2 befindet sich als Primärenergieträger Methanol, das mit Nutzung konventioneller Tankstellentechnik in den Tank einfüllbar ist. Der Tank 3 ist für die Aufnahme des entionisierten Wassers bzw. Reaktionswassers vorgesehen. Das entionisierte Wasser wird, wie in Fig. 1 gezeigt, mit dem Methanol gemischt und im Verdampfer 4 verdampft. Dieser Methanol-Wasserdampf wird unter Erhitzung auf etwa 250°C mittels eines katalytischen Brenners 5 im Reformierer 6 in Wasserstoff, Kohlendioxid und Restgase wie Kohlenmonoxid usw. gespalten. Die nachfolgende Gasreinigung 7 trennt den Wasserstoff von Kohlendioxid und den Restgasen ab. Der so gewonnene Wasserstoff wird der Brennstoffzelle 8 zu- und das Kohlendioxid in die Atmosphäre abgeführt. Die Brennstoffzelle 8 selbst besteht im wesentlichen aus einer Proton-Exchange- Membran (PEM) 9 als Elektrolyt, die beidseitig mit einer Platinbeschichtung 10 versehen ist, einer Elektrode 11 und Kühl/Bipolarelementen 12 mit Gaskanälen (siehe Fig. 2).
Beim Passieren des Wasserstoffes durch die Membran 9 gibt das Wasserstoffmolekül unter Einwirkung der katalytisch wirkenden Platinbeschichtung 10 an der Anode seine Elektronen ab, die über den äußeren Stromkreis zum Verbraucher fließen. Gleichzeitig wird der vom Kompressor 13 geförderte Luftstrom der Membran 9 zugeführt, wobei der im Luftstrom enthaltene Sauerstoff an der Kathode reduziert wird. Die Sauerstoffmoleküle reagieren mit den durch die Membran 9 wandernden Wasserstoffionen und den vom Verbraucher kommenden Elektronen zu Wasser. Pro Brennstoffzelle entsteht eine Spannung von 0,6 V. Durch den Zusammenschluß vieler derartiger Zellen zu einer Packung lassen sich problemlos die für die Stromversorgung der in Schienenfahrzeugen installierten Hilfseinrichtungen erforderlichen höheren Spannungen erreichen. Eine in einen Kühlkreislauf K eingebundene Kühlpumpe 14 fördert Kühlluft in die Gaskanäle der Bipolarelementes 12 der Brennstoffzelle 8. Die bei der Reaktion entstehende Reaktionswärme wird an die Kühlluft abgegeben, die ihrerseits durch Wärmetausch diese Wärme an einen Kühler 15 abgibt. Das bei der Reaktion entstehende Wasser gelangt über eine Zuleitung 16 in den Wassertank 3.
Da bei der Reaktion in der Brennstoffzelle 8 keine 100%ige Umsetzung des Wasserstoffs mit dem Sauerstoff erfolgt, entsteht ein Restgas, das durch eine Ableitung 18 dem katalytischen Brenner 5 zugeführt wird. Für den Fall, daß der Heizwert des Restgases nicht für den Betrieb des Brenners 5 ausreicht, wird zusätzlich Methanol aus dem Tank 2 abgezogen und im Brenner 5 verbrannt, um die erforderliche Reaktionstemperatur für die Umsetzung des Wasser-Methanol-Dampfes einzuhalten.
Fig. 3 zeigt schematisch die Adaption der erfindungsgemäßen Anordnung in das Bordnetz BN eines Schienenfahrzeuges. Ausgangsseitig ist das Brennstoffzellen- Aggregat 7 ist mit einer Spannungsanpassung 17 verbunden, mit der die für die einzelnen Verbraucher Vi, V2, Vn erforderlichen Spannungen eingestellt werden.
Selbstverständlich sind die im Ausführungsbeispiel verwendeten PEM-Brennstoffzellen (proton exchange membrane fuel cell - PEMFC) auch durch andere Brennstoffzellen, beispielsweise alkalische Brennstoffzellen (alkaline fuel cell - AFC), Direktmethanol- Brennstoffzellen (direct methanol fuel cell - DMFC), Schmelzkarbonat-Brennstoffzellen (molten carbonate fuel cell - MCFC), Phosphorsaure Brennstoffzellen (phosphoric acid fuel cell - PAFC), Festoxid- Brennstoffzellen (solid oxide fuel cell - SOFC) oder eine Kombination derartiger Brennstoffzellen inklusive der entsprechenden Einrichtungen zur Versorgung mit dem Primärenergieträger für die Brennstoffzelle ersetzbar. Liste der Bezugszeichen:
1 Brennstoffzellen-Aggregat
2 Tank für Methanol
3 Tank für Wasser
4 Verdampfer
5 Katalytischer Brenner
6 Reformierer
7 Gasreinigung
8 Einzelne Brennstoffzelle
9 Proton-Exchange (PEM)-Membran
10 Platinbeschichtung
11 Elektrode
12 Kühl/Bipolarelement
13 Kompressor
14 Kühlpumpe
15 Kühler
16 Zuleitung
17 Spannungsanpassung
18 Rohrleitung für Restgas
BN Bordnetz
K Kühlkreislauf
V,,Vι,V, , Verbraucher

Claims

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zur Stromversorgung von Hilfseinrichtungen in Schienenfahrzeugen, gekennzeichnet durch ein Brennstoffzellen-Aggregat, welches als Stromversorgungvorrichtung unabhängig und abgekoppelt von einer Primärenergiequelle verwendet wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffzellen-Aggregat zur Stromversorgung von Hilfseinrichtungen bei abgeschalteter Stromversorgung verwendet wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffzellen-Aggregat mit dem Primärenergieträger Methanol betrieben wird.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Brennstoffzellentypen, beispielsweise PEM- Brennstoffzellen (proton exchange membrane fuel cell - PEMFC), alkalische Brennstoffzellen (alkaline fuel cell - AFC), Direktmethanol- Brennstoffzellen (direct methanol fuel cell - DMFC), Schmelzkarbonat- Brennstoffzellen (molten carbonate fuel cell - MCFC), Phosphorsaure Brennstoffzellen (phosphoric acid fuel cell - PAFC), Festoxid- Brennstoffzellen (solid oxide fuel cell - SOFC) oder eine Kombination derartiger Brennstoffzellen, inklusive der entsprechenden Einrichtungen zur Versorgung mit dem Primärenergieträger für die Brennstoffzelle, eingesetzt werden.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Brennstoffzellen-Aggregat hintereinandergeschaltete protonenleitende Elektrolyt-Membran (PEM)-Brennstoffzellen eingesetzt werden.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgungseinrichtung aus einem Tank (3) für entionisiertes Wasser, einem Tank (2) für Methanol, einem Verdampfer (4) zum Vermischen des Wassers und Methanols, einem Reformierer (6) zum Umwandeln des Methanols in Wasserstoff und Kohlendioxid, einer Gasreinigungseinrichtung (7) zum Entfernen des Kohlenmonoxids und anderen unerwünschten Gasbestandteilen, mehreren zusammengefaßten protonenleitenden Elektrolyt-Membran (PEM)-Brennstoffzellen (8), in der der Wasserstoff als Brennstoff und mit einem Kompressor (14) komprimierte Luft als Oxidationsmittel kontinuierlich zu- und abgeführt werden, einem Kühlkreislauf (K) zum Kühlen der Brennstoffzellen (8), einer das Reaktionswasser ableitenden, in den Tank (3) einmündenden Leitung (16) und eine das aus der Reaktion in der Brennstoffzelle resultierende Restgas ableitende Leitung (18) besteht, die mit einem dem Reformierer (6) vorgeordneten katalytischen Brenner (5) in Verbindung steht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die PEM-Brennstoffzelle (8) aus einer Packung besteht, die sich aus einem endseitigen Kühl-/Bipolarelement (12) mit integrierten Gaskanälen, einer beidseitig mit Platin als Katalysator beschichteten Membran (9), einer jeder Seite der Membran zugeordneten Elektrode (11) und einem weiteren endseitigen Kühl/Bipolarelement (12) zusammensetzt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Packung zusammensteckbar ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfseinrichtungen Steuer-, Melde-, Beleuchtungs- und/oder Anzeigeeinrichtungen sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schienenfahrzeuge Eisenbahnfahrzeuge, Straßenbahnfahrzeuge, oder Nahverkehrsfahrzeuge sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schienenfahrzeuge bezüglich ihrer Primärenergiequelle dieselbetriebene und/oder elektrisch betriebene Fahrzeuge sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgungseinrichtung mindestens Teile der Hilfsbetriebe mit elektrischer Energie versorgt, insbesondere der Bremsausrüstung, der Luftfederung, der elektrischen oder pneumatischen Scheibenwischer, der elektrischen oder pneumatischen Türantriebe, der Stromabnehmeraktuatoren und/oder der Wagenkasten-Neigetechnik.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung dezentral auf mindestens zwei Standorte innerhalb eines Zuges verteilt sein kann.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Waggon eines Zuges eine Stromversorgungvorrichtung insbesondere für waggonspezifische Verbraucher aufweist.
5. Verwendung eines Brennstoffzellen-Aggregats zur Stromversorgung von
Hilfseinrichtungen, beispielsweise Steuer-, Melde-, Beleuchtungs- und Anzeigeeinrichtungen oder dgl. in Schienenfahrzeugen, insbesondere Eisenbahnfahrzeugen, Straßenbahnfahrzeugen, Nahverkehrsfahrzeugen, bei denen eine gesonderte Stromversorgungseinrichtung die Stromversorgung für die Hilfseinrichtungen übernimmt.
PCT/EP2000/010559 1999-10-29 2000-10-26 Vorrichtung zur stromversorgung von hilfseinrichtungen in schienenfahrzeugen WO2001033653A1 (de)

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CA002373283A CA2373283A1 (en) 1999-10-29 2000-10-26 Device for supplying electrical power to accessory devices in rail vehicles
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