Vorrichtung zum Kühlen eines Energiespeichers

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen eines Energiespeichers in einem Schienenfahrzeug.

Energiespeicher können in Schienenfahrzeugen für unterschiedliche Zwecke vorhanden sein. Insbesondere sind leistungsfähige Energiespeicher notwendig, um ein Schienenfahrzeug, beispielsweise eine Straßenbahn, zumindest abschnittsweise ohne Energiezufuhr von außen betreiben zu können. Streckenabschnitte ohne Oberleitung oder Stromschiene werden gewünscht, wenn eine Straßenbahn durch eine enge Straße oder durch eine Fußgängerzone geführt werden soll.

Bei einem Energiespeicher, besonders bei einem solchen leistungsfähigen Energiespeicher, wie er für das Betreiben einer Straßenbahn notwendig ist, kommt es durch innere Leistungsverluste zu einer Erwärmung des Energiespeichers. Dieser Wärmeeintrag führt zu einer Verkürzung der Lebenszeit des Energiespeichers .

Es ist bereits vorgeschlagen worden, zur Kühlung eines Energiespeichers eine Luftkühlung oder eine Wasserkühlung vorzusehen. Eine solche Kühlung ist für elektrisch und thermisch stark belastete Energiespeicher nicht effektiv genug.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Kühlen eines Energiespeichers in einem Schienenfahrzeug anzugeben, die eine effektivere Kühlung als bisher ermöglicht.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass der Energiespeicher thermisch direkt mit einem Verdampfer in Verbindung steht und dass der Verdampfer und ein Kondensator Bestandteile eines Kreislaufes einer Kältemaschine sind.

Mit der Kältemaschine wird der Vorteil erzielt, dass die im Energiespeicher entstehende Wärme schnell und zuverlässig abgeführt wird. Durch den Kreisprozess der Kältemaschine steht stets ausreichend Kühlmittel zur Verfügung. Es ist daher mög- lieh, auch elektrisch und thermisch stark belastete Energiespeicher zuverlässig zu kühlen. Es wird außerdem der Vorteil erzielt, dass mehrere Energiespeicher mit deutlich geringerem Abstand als es bisher möglich war, aufgestellt werden können und dass trotzdem eine gute Kühlmöglichkeit besteht. Ein zu- sätzlicher Vorteil ist darin zu sehen, dass eine solche Kältemaschine geräuscharm arbeitet, so dass weniger störende Geräusche als z. B. bei einem Kühlmittelgebläse entstehen.

Beispielsweise ist der Verdampfer als Bestandteil einer Kom- pressionskältemaschine über einen Kompressor mit dem Kondensator und der Kondensator ist über eine Drossel mit dem Verdampfer verbunden.

Nach einem anderen Beispiel ist der Verdampfer als Bestand- teil einer Absorptionskältemaschine über einen Kompressor mit dem Kondensator und der Kondensator ist über einen thermischen Verdichter mit dem Verdampfer verbunden.

Sowohl mit einer Kompressionskältemaschine als auch mit einer Absorptionskältemaschine wird der Vorteil erzielt, dass selbst elektrisch und thermisch stark belastete Energiespeicher zuverlässig gekühlt werden können.

Die Kompressionskältemaschine und die Absorptionskältemaschi- ne sind als solche bekannt. Während bei der Kompressionskältemaschine das kondensierte Kühlmittel nur durch eine Drossel verdichtet und dann dem Verdampfer zugeführt wird, sieht die Absorptionskältemaschine einen thermischen Verdichter vor, der ein Lösungskreislauf ist. Dort wird das Kühlmittel zu- nächst in einer Flüssigkeit gelöst, wobei Wärme abgegeben wird. Danach wird das gelöste Kühlmittel durch Zufuhr von externer Wärme aus der Lösung ausgetrieben. Das Kühlmittel hat nach diesem Vorgang eine höhere Dichte als vorher.

Für die Abfuhr von Wärmeenergie aus dem thermischen Verdichter steht dieser thermisch beispielsweise mit einem Heizkreislauf für die Fahrgastraumheizung des Schienenfahrzeuges in Verbindung. Die entstehende Wärme wird also vorteilhaft genutzt .

Für die Zufuhr von Wärmeenergie zum thermischen Verdichter steht dieser thermisch beispielsweise mit einer Abwärmelei- tung des Schienenfahrzeuges in Verbindung. Für das Austreiben des Kühlmittels aus der Lösung ist nämlich die externe Zufuhr von Wärmeenergie notwendig. Durch Nutzung der Abwärmeleitung des Schienenfahrzeuges braucht diese Wärmeenergie vorteilhaft nicht separat erzeugt zu werden.

Der Energiespeicher ist beispielsweise ein elektrischer Energiespeicher, wie z. B. ein UltraCap oder ein Doppelschichtkondensator .

Nach einem anderen Beispiel ist der Energiespeicher ein e- lektrochemischer Energiespeicher, wie z. B. eine Batterie. Eine solche Batterie kann z. B. eine Nickel-Cadmium-Batterie sein .

Beispielsweise stehen mehrere Energiespeicher mit nur einem Verdampfer in Verbindung. Da die Leistung nur einer Kältemaschine zum Abführen der entstehenden Wärme aus mehreren Energiespeichern ausreicht, wird vorteilhaft eine Kühlung von mehreren Energiespeichern auf kleinem Raum ermöglicht.

Beispielsweise steht der Kondensator thermisch mit einem Heizkreislauf für die Fahrgastraumheizung des Schienenfahrzeuges in Verbindung. Damit wird im Kondensator der Kältemaschine entstehende Wärme vorteilhaft genutzt.

Zum Steuern/Regeln des Kühlvorganges im Schienenfahrzeug ist beispielsweise eine Steuereinheit vorhanden. Damit wird der

Vorteil erzielt, dass der Kühlvorgang den Erfordernissen an- gepasst werden kann.

Beispielsweise besteht die Steuereinheit aus mehreren Einhei- ten, die gegebenenfalls im Schienenfahrzeug verteilt angeordnet sein können.

Die zu kühlenden Energiespeicher können sich im Schienenfahrzeug im Fahrzeugkopf, an einer anderen Stelle innerhalb des Fahrzeuges, auf dem Dach oder unter dem Flur befinden. Das Schienenfahrzeug kann außer einer Straßenbahn auch eine Stadtbahn oder ein Fernzug sein. Die Vorrichtung zum Kühlen des Energiespeichers kann aber auch in einer Lokomotive, z. B. einer Rangierlokomotive, oder in einem spurgeführten gum- mibereiften Fahrzeug Verwendung finden.

Mit der Vorrichtung nach der Erfindung wird insbesondere der Vorteil erzielt, dass selbst elektrisch und thermisch sehr stark belastete Energiespeicher und entsprechend eine Reihe von dicht nebeneinander angeordneten Energiespeicher zuverlässig und geräuscharm gekühlt werden können. Dadurch wird die Lebensdauer der Energiespeicher deutlich vergrößert. Die Vorrichtung ist besonders gut in einem Straßenbahnzug anzuordnen, der zumindest streckenweise ohne Energiezufuhr von außen fahren soll.

Ausführungsbeispiele für eine Vorrichtung zum Kühlen eines Energiespeichers in einem Schienenfahrzeug werden anhand der Zeichnung näher erläutert:

Figur 1 zeigt eine Vorrichtung mit einer Kompressionskältemaschine,

Figur 2 zeigt eine Vorrichtung mit einer Absorptionskältemaschine .

Nach Figur 1 ist ein Energiespeicher 1, der sich in einem Schienenfahrzeug befindet und eine Batterie oder ein elektrischer Kondensator sein kann, thermisch direkt mit einem

Verdampfer 2 einer Kompressionskältemaschine 3 verbunden. In der Kompressionskältemaschine 3 steht der Verdampfer 2 über einen Kompressor 4 mit einem Kondensator 5 in Verbindung, der über eine Drossel 6 einen Kreislauf bildend wieder mit dem Verdampfer 2 verbunden ist. Während der Verdampfer 2 vom

Energiespeicher 1 Wärme aufnimmt, gibt der Kondensator 5 die Wärme an die Umgebung ab. Das Kühlmittel strömt gasförmig vom Verdampfer 2 zum Kondensator 5 und flüssig vom Kondensator 5 zum Verdampfer 2.

Nach Figur 2 ist der Energiespeicher 1 ebenfalls thermisch direkt mit dem Verdampfer 2 verbunden. Der Verdampfer 2 ist Bestandteil einer Absorptionskältemaschine 7, bei der, wie bei der Kompressionskältemaschine 3 (Fig. 1) der Verdampfer 2 über einen Kompressor 4 mit einem Kondensator 5 in Verbindung steht. Der Kondensator 5 steht in der Absorptionskältemaschine 7 jedoch über einen thermischen Verdichter 8 einen Kreislauf bildend wieder mit dem Verdampfer 2 in Verbindung. Dieser thermische Verdichter 8 ist ein Lösungskreislauf. Dort wird das Kühlmittel innerhalb eines Absorbers 9 in einer

Flüssigkeit gelöst und dann innerhalb eines Austreibers 10 wieder aus der Flüssigkeit ausgetrieben. Dadurch wird das Kühlmittel verdichtet. Dem Austreiber 10 muss Wärmeenergie zugeführt werden, während der Absorber 9 Wärmeenergie abgibt. Zur Zufuhr von Wärme steht der Austreiber 10 thermisch mit einer Abwärmeleitung 11 des Schienenfahrzeuges in Verbindung. Der Absorber 9 steht zur Nutzung der von ihm abgegebenen Wärme thermisch mit einem Heizkreislauf 12 in Verbindung, der z. B. die Fahrgastraumheizung des Schienenfahrzeuges ver- sorgt. Die Lösung gelangt durch eine erste Leitung 13, in die eine Lösungspumpe 14 und die Sekundärseite (kalte Seite) eines Wärmetauschers 15 eingebunden ist, vom Absorber 9 zum Austreiber 10. Die vom Kühlmittel befreite Flüssigkeit gelangt durch eine zweite Leitung 16, in die die Primärseite (warme Seite) des Wärmetauschers 15 eingebunden ist, vom Austreiber 10 zum Absorber 9 zurück.

Sowohl bei der Ausführungsform nach Figur 1 als auch bei der Ausführungsform nach Figur 2 steht der Kondensator 5 zur Nutzung der von ihm abgegebenen Wärme thermisch mit dem Heizkreislauf 12 in Verbindung, der z.B. die Fahrgastraumheizung des Schienenfahrzeuges versorgt.

Mit der Vorrichtung zum Kühlen des Energiespeichers 1 können ein großer Energiespeicher 1 oder mehrere Energiespeicher gleichzeitig gekühlt werden, so dass in einem Schienenfahr- zeug eine große Speicherkapazität für elektrische Energie möglich ist. Es können leistungsstarke Schienenfahrzeuge mit derartigen Energiespeichern 1 über größere Entfernungen hinweg ohne externe Energiezufuhr betrieben werden.