没有公开的德国专利申请10102741.9，申请日2001年1月22日，公 开了一种用于水上交通工具的电能提供系统，该系统与上述的系统相对应。

本发明要解决的技术问题是，提供一种用于船只的对应电能提供系统 的结构，该结构能以特殊的快速行驶驱动很好地对应海军船只特殊的运行 要求，并允许优化地使用所有在船只上现有的电能产生装置。在此，在本 专利申请中包含了德国专利申请10102741.9公开的内容。
AES的电能提供系统的特殊要求尤其表现在，AC和DC电网这样地相 互连接，使得在它们之间可以交换电能，并且在按电机的方式驱动的开始， 从该DC电网提取电能并传送至该AC电网。由此，可以优选地具有船只驱 动的低IR特征实现启动过程。
在本发明的结构中，将发电机按电机方式驱动的废气引入到船底的低 低压空间，其中，该低压空间中的低压是在快速行驶驱动运行时由该快速 行驶驱动直接或者间接加速的水所产生的。这样，可以优选地放弃与将废 气引入到水中有关的废气压缩机和/或产生低压的机组，尽管这里的压力超 过大气压直到一个巴。在此，通过将废气引入到船底的低压空间，还实现 了将废气与环流船底的水很好地混合，使得实际上不能根据废气检测船只 的行驶，因为所构成的废气气泡只是在船只的船尾才升起并在这里在船尾 涡流中下沉。在使用燃气轮机或者柴油电机为作为快速行驶驱动的喷水式 推进器的电机提供能量的情况下，将废气引入到该喷水式推进器的一个同 轴的废气喷嘴段，其中，喷水式推进器构造为用于在直至船只吃水线下十 米的运行。这样优选地利用了喷水式推进器的喷射器效应，并同时利用了 喷射水流的扭转。总之在船底形成一个非常良好的废气排放方式。
在使用柴油电机为作为快速行驶驱动的螺旋桨推进驱动的电机提供能 量的情况下，优选地将废气引入到一个水下喷嘴系统，例如引入到一个流 量计管系统或者一个环形的气体排除喷嘴。这样，即使阻力有一定的提高， 仍然实现了与在具有同轴的废气喷嘴段的喷水式推进器中功能类似的将废 气引入水中和在水中的分布。同样，在使用为螺旋桨推进驱动提供能量的 柴油电机的情况下，只要是有关废气，则可以进行排除掉红外定位的排放。
在本发明的另一个结构中，为按电机方式驱动的废气设置了一个用于 送出到吃水线以上的旁路，该旁路可以用于按电机方式驱动的启动。这样， 对于起初不能产生低压的情况也能实现按电机方式驱动的启动。
另外，在本发明中，用于DC电网的燃料电池既有功率快速上升的燃 料电池(例如PEM(Polymer Electrolyte Membrane，聚合物电解质模)电池)， 又有功率上升较慢的燃料电池(例如工作在PEM电池的大约80℃以上温 度范围的DMFC(Direct Methanol Fuel Cell，直接甲醇燃料电池)或SOFC (Solid Oxide Fuel Cell，固体氧化物燃料电池)电池或者其它电池)。由此 也为DC电网实现了基本负载的供电和峰值负载的供电，其中不同燃料电池 和类型的组合使得可以特别廉价和有效地优化燃料电池的供电。这种供电 可以优选地很好满足对海军船只供电的动态的以及静态要求。
在此，在本发明的结构中，不同燃料电池工作在介质(气体/水)和热 连接中，并共同向DC电网提供电能。必要时它们也可以工作在与一个或者 多个重整装置的连接中。在每种情况下，产生一种伴随较低热量生成的非 常优选的、较高的效率，其中剩余热量还可以例如在吸收冷却系统中用于 冷却。快速行驶机组的启动过程优选地采用PEM燃料电池，而基本船上供 电采用具有较高运行温度的燃料电池。快速行驶机组的启动过程要求许多 能量，因为该机组必须借助于外部能量加速到最低的运行转速，即，PEM 电池必须能够对应地提供许多能量并被相应地设置。
如果将分布在船的不同区域的、不同动态特性的燃料电池组合成技术 上共同作用的单元，则对于海军船只特别具有优势。这样形成了对于被命 中的不敏感性，因为在船只的个别部位严重损坏的情况下仍然可以将在其 它船只部位产生的能量进行优化。
在本发明优选的结构中，燃料电池具有一个带有控制和引导系统的DC 开关装置，同样，用于快速行驶驱动的能量产生单元具有一个带有控制和 引导系统的AC开关装置。这样，有可能对两个电网进行满足需要的能量管 理。可以完全相互独立地对两个电网进行控制、调节和检查。在一个电网 发生故障时另一个电网保持不变的完全功能。
另外，在本发明的结构中，AC控制和引导系统与压力传感器连接，特 别是与在废气出口-低压空间中的低压传感器和在废气通道中的压力传感器 连接，该系统与阀门调节装置及必要时与阀门的位置传感器连接。这样， 提供了对各能量产生器的启动和加速过程进行自动化的基础，借助于它可 以利用废气引导电路逻辑(自动化系统)运行控制和引导系统，该自动化 系统包括常见的电子自动化部件(如调整速度斜率、闭锁等)，并特别优选 地在Siemens-SIMATIC S7设备的基础上运行。
这种设备也可以作为冗余工作的SPS(Speicherprogrammierbare Steuerung，可编程控制器)设备供使用，并可以优选地承担全部的自动化。 在正常和高度可用的结构中，其按特别的方式有助于自动化过程的可靠性。 这样，可以可靠地避免不希望的、对驱动系统有损害的开关状态；从而可 靠地保持轴承的油压、燃料压力和温度、启动和点火过程等等，即保持启 动条件。
在本发明中，必要时废气引导系统具有一个压缩空气输入子系统，特 别是在启动过程中用于将废气吹出低压空间和/或加速废气流动。因此，优 选地有一种用于改善和加速启动过程的辅助装置可供使用。由此可以极大 地改善用于达到较高速度所必须的驱动的启动过程的可靠性。如果快速行 驶驱动通过由压缩空气启动的柴油发电机组来驱动的话，则可以一同使用 压缩空气储备。
此外，在本发明中，能量提供系统具有一个设置在带有控制和引导系 统的AC和DC开关装置之上的引导系统，该引导系统使所有能量产生器和 能量消耗器的能量产生和能量消耗匹配，特别是针对能量产生器和能量消 耗器的不同动态特性进行匹配。从而可以避免，例如在交战中提供给海军 船只的对于生存重要的部件的能量少于所需要的。在这种情况下例如在被 击中的情形下将不重要的能量消耗器(如厨房、空调等)从船上电网中去 除，而将全部可用能量集中到对于生存重要的机组上。
在此，在本发明的结构中将AC和DC开关装置这样设置，使得在DC 电网中出现较高能量要求时(例如使用高能量的武器)，可以从AC电网向 DC电网提供最大的能量。此外，DC电网具有高度动态的能量存储器，例 如蓄电池组或惯性轮。这些装置的共同之处是，通过它们的使用可以满足 对在电网中可供使用的能量的急速要求。即，AC和DC电网这样设置，使 得可以从两个电网中按照要求提供电能。
本发明可以一般示例地描述如下：
为了使水面海军船只的IR特性最小，应该将柴油电机和/或燃气轮机的 废气在利用吃水线以下的压力下降区域(低压)时作为水废气混合物，通 过与一个或多个喷水式推进器连接的同轴的废气喷嘴段等排出。一种电开 关装置使得可以启动由电驱动电机驱动的喷水式推进器，然后加速驱动用 于驱动为该喷水式推进器产生电能的发电机的柴油电机和/或燃气轮机。喷 水式推进器的功率被尽可能地提升，使得在同轴的废气喷嘴段等中形成一 个对应的低压区域。然后才启动柴油电机和/或燃气轮机，其中这样安排废 气的引导，使得将废气立刻引导至同轴的废气喷嘴段。在柴油电机和/或燃 气轮机加速之后发电机为喷水式推进器电机提供电功率。此时，喷水式推 进器可以提升到直至其最大可能的功率。对于可以替代喷水式推进器使用 的高速度螺旋桨推进驱动同样如此，其中将同轴的废气喷嘴段通过轴向废 气喷嘴段代替。
电开关装置按如下方式设置：
1至n个燃料电池装置(BZA)为行驶电网和船上电网无排放地提供电 能，图1中示例为4个BZA。这些BZA以直流电压的形式提供其电能。这 些BZA通常为巡航行驶驱动、在图中示例的一个或多个电舵螺旋桨推进器、 武器系统和船上电网提供能量。由柴油电机和/或燃气轮机驱动的一个或者 多个交流发电机为附加的驱动(图中是船的喷水式推进器)的电驱动电机 提供能量。
在至少一个DC汇流排和至少一个AC汇流排之间设置了一个或者多个 静态DC/AC变换器。通过该变换器电能可以从DC汇流排流向AC汇流排 或者相反。这样，为了使IR最小，喷水式推进器可以利用BZA的能量启 动。此外，在紧急情况下，如BZA出故障时，从柴油电机和/或燃气轮机驱 动的AC发电机为DC电网提供能量；不过，在这种情况下可能没有IR特 征的最小化。
在船只的驱动状态从喷水式推进器驱动变为巡航行驶驱动时，经历了 一个IR特征最小的反向的运行。喷水式推进器的功率被尽可能地回收，使 得在同轴的废气喷嘴段还存在足够的低压，用于将柴油电机和/或燃气轮机 的废气吸出/排放。将DC/AC变换器激活，由BZA承担向喷水式推进器提 供电能。交流发电机的功率下降到零并与AC汇流排分离。然后，将柴油电 机和/或燃气轮机减速和断开。此时，喷水式推进器同样将其功率降为零并 断开。
这样，水面海军船只的IR特征在快速行使驱动的接通和断开阶段也被 最小化了。由此，按照本发明的方式装备的船只，无论在利用燃料电池驱 动的巡航行驶，还是在至高速行驶或从高速行驶再次降为巡航行驶的过渡 阶段和在高速行驶中，都不能通过IR传感器在远距离上定位。
附图说明
借助于附图对本发明作进一步说明，从中可以得出本发明的细节，图 中，
图1表示用于海军水面船只的具有较低IR特征的驱动系统的系统局部 截面的原理，
图2表示能量提供系统的原理。

在图1中1，2，3和4各表示一个燃料电池单元，它们可以选择性地 由PEM电池块或者由PEM电池块与其它具有较高运行温度的燃料电池的 组合构成。在组合中对两种不同的燃料电池进行功能连接。由燃料电池装 置1，2，3和4产生的电能送至电DC开关装置5，6，这些开关装置必要 时也可以组合起来，其中根据可靠性和冗余要求也设置多于两个DC开关装 置(电装置)，从这里出发通过DC/AC变换器7，8至电开关装置9(AC开 关装置)。发电机10和喷水式推进器17的电机15都与电开关装置9连接。 发电机10与燃气轮机11连接，燃气轮机的废气可以通过转换装置12开关 选择性地通过废气通道13(在特殊情况下)被导引到大气中，或者在正常 的情况下通过废气通道14被导引到喷水式推进器17的同轴废气喷嘴段18。 在电机15和喷水式推进器17之间设置了驱动轴16。如通过箭头19表示的 那样，水进入到喷水式推进器17中，并如示出的那样以水废气锥体20离 开喷水式推进器17。21表示了船体的底边。可以看出，喷水式推进器明显 地位于吃水线以下，通常在5和12m之间。对应的是待克服的水压。
图2中22和23各表示一个位于燃料电池组26，27，28和29之间的 直流汇流排。从直流汇流排22，23将能量利用电流变换器40，41通过连 接导线24，25送至交流汇流排30。在直流汇流排23上连接着通过反向换 流器31供电的、示例性表示的舵螺旋桨推进器33，以及通过反向换流器 32供电的另一个示例性表示的舵螺旋桨推进器36。自然，也可以采用正常 的螺旋桨推进器替代舵螺旋桨推进器。
交流汇流排30通过由燃气轮机驱动的发电机34，36提供能量。喷水 式推进器组对43，44从交流汇流排30得到能量。如在图2中示出的，在 各汇流排和其部件之间存在常规的、且仅仅示意表示的开关装置。直流汇 流排22还连接着一个船首推进器42，该推进器由于其很低的功率和极少使 用而可以由直流电网馈电。直流汇流排22，23通过一个跨接37相互连接， 从而共同构成完整的船上电网，其中图2仅仅示出主要的部件。