具有用于将来自初级发电组件的排出气体的热能次级转换成电力的次级发电组件的系统技术方案

本发明专利技术涉及一种具有包括初级热机(7)的初级发电组件(10)的系统，所述系统还具有用于将初级发电组件(10)的排出气体的热能次级转换为电力的次级发电组件(9)，尤其是电动涡轮复合装置，其中所述次级发电组件(9)包括设置在初级热机(7)的排出气体流(25)中的排出气体涡轮机(26)，并且所述排出气体涡轮机(26)驱动次级发电机(24)。为了改进效率，并且尤其是降低燃料消耗率，提出排出气体涡轮机(26)的排出气体冷却器(29)、由电动马达(21)驱动的压缩机(30)以及压缩机(30)和排出气体涡轮机的转速(26)由过程控制系统(33)控制。本发明专利技术还涉及装配所述系统的车辆。

A system with a secondary generation module for converting the thermal energy secondary of the exhaust gas from the primary generation module into electricity

The present invention relates to a system with a primary power generation component (10) including a primary heat engine (7), which also has a secondary power generation component (9) for converting the thermal energy secondary of the exhaust gas of the primary power generation component (10) into an electric power, in particular an electric turbine composite device, in which the secondary power generation component (9) includes the exhaust gas (25) provided in the primary heat engine (7). A turbine (26) and the exhaust gas turbine (26) drive a secondary generator (24). In order to improve efficiency and especially reduce fuel consumption, it is proposed that the speed of the exhaust gas cooler (29) of the exhaust gas turbine (26), the compressor (30) driven by the electric motor (21), the compressor (30) and the exhaust gas turbine (26) are controlled by the process control system (33). The invention also relates to a vehicle assembling the system.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有用于将来自初级发电组件的排出气体的热能次级转换成电力的次级发电组件的系统
本专利技术涉及一种具有包括初级热机的初级发电组件的系统，所述系统还具有用于将初级发电组件的排出气体的热能次级转换成电力的次级发电组件，尤其是电动涡轮复合装置，其中所述次级发电组件包括设置在初级热机的排出气体流中的排出气体涡轮机，并且所述排出气体涡轮机驱动次级发电机。本专利技术还涉及包括所述系统的车辆。
技术介绍
欧洲专利EP2759509B1公开了具有混合动力驱动的门式起重堆垛机，其除了发电机外还具有用于燃气或柴油的内燃机。被称为电动涡轮复合(electricturbocompound,ETC)的装置连接至混合动力驱动的下游以提供将内燃机的排出气体的能量转换为电力的次级转换。ETC装置除了用于从排出气体的能量产生机械能的排出气体涡轮机外，还包含用于产生电能的发电机，所述发电机机械连接至排出气体流中以将转动能转换为电能。排出气体涡轮机经由排出气体管线连接至内燃机，由此可能发生对混合动力驱动，特别是内燃机及其排气系统的不希望的影响。此外，欧洲专利申请EP1925492A2公开了具有低排放和低维护的涡轮驱动的门式起重堆垛机。如先前在具有力-热耦合的小型固定式热电联产装置(blockheatandpowerplant)中所使用的那样，市售的微型涡轮机被用作具有混合动力驱动的门式起重堆垛机中的初级发电组件。其低于30％的电效率比使用柴油发动机的初级发电组件的电效率更低，因此其燃料消耗也更高。对电效率的改善可以通过提供将排出气体的能量转换为电力的次级转换的下游次级排出气体涡轮机或ETC装置来实现。然而，初级微型涡轮机的不期望的性能下降的影响可能因为排出气体反压而发生，并因此效率最终几乎没有任何改善。德国专利公开文件DE102008025426A1公开了一种具有涡轮机和压缩机的热机，用于从热排出气体的余热产生机械能。所描述的热机在涡轮机的下游具有冷却器，所述冷却器由于对热排出气体的冷却而产生压力差。涡轮机通过该压力差而被驱动。反过来，涡轮机驱动维持压力差所需的压缩机，该压缩机经由轴而机械连接到涡轮机。涡轮机的功率输出大于压缩机所需的功率。因此涡轮机产生过量功率并构成机械能的增益。但这没有提供由这种机械能产生的电能。日本专利公开文件JP2009215906A涉及一种用于回收排出气体的热能的装置，其设计轻便且节省空间，使得它也可以安装在汽车中。发动机的排出气体被进给至涡轮机并在其中膨胀至低于大气压的压力，然后送入热交换器进行冷却。具有负压的被冷却的气体经由压缩机而达到大气压，从而获得能量。排出气体涡轮机，发电机和压缩机位于共同的轴上。
技术实现思路
本专利技术的目的在于进一步开发具有包括初级热机的初级发电组件的系统，所述系统还具有用于将初级发电组件的排出气体的热能次级转换为电力的次级发电组件，尤其是电动涡轮复合装置，使得所述系统的效率能够得到提高，尤其是所述系统的燃料消耗率得到进一步的降低。这与排放水平的改进有关。该目的是通过具有权利要求1的特征的系统和具有权利要求11的特征的车辆来实现。在从属权利要求2至10以及12中给出了有利的实施例。根据本专利技术，在系统具有包括初级热机的初级发电组件的情况下，所述系统还具有用于将所述初级发电组件的排出气体的热能次级转换成电力的次级发电组件，尤其是电动涡轮复合装置，其中所述次级发电组件包括设置在所述初级热机的排出气体流中的排出气体涡轮机，并且所述排出气体涡轮机驱动次级发电机，燃料消耗率的降低能够如此实现，即在所述排出气体流中，在所述排出气体涡轮机之后设置排出气体冷却器，然后设置压缩机，所述压缩机由电动马达驱动并且所述压缩机和排出气体涡轮机的旋转速度由过程调节系统控制。初级发电组件的排出气体的热能不会不必要地丢失。利用排出气体的热能以得到次级能量。系统的整体效率得到提高。门式起重堆垛机的燃料消耗率得到降低，因此其排出气体的排放量也得到降低。能够以尤其环境友好的方式运行该系统。次级发电组件可以总是在最优的工作点下运行，其具有来自排出气体的热能的最佳能量产量，并且可以自动适应热机的变化的运行条件。先前已知的ETC装置通常也可能仅被不充分地调节以及不充分地适应于初级热机及其排气系统(例如，排出气体涡轮增压器，排出气体后处理系统(SCR)，排出气体回收，烟尘颗粒过滤器等)的不断变化的运行条件。还有利地，本专利技术的系统通常还实现了次级发电组件不会对排出气体系统或初级热机的性能造成不利影响。有利地如此规定，所述压缩机和排出气体涡轮机的旋转速度由所述过程调节系统如此控制，即在所述排出气体涡轮机的入口处，排出气体流呈环境压力。例如，所述次级发电组件不会因为反压对初级热机造成影响。先前已知的ETC装置大多数具有如此缺点，即经由下游涡轮机建立的压力差对初级热机的排气系统产生反压并因此具有降低性能的影响。以相应的方式，所述压缩机和排出气体涡轮机的旋转速度由所述过程调节系统如此控制，即在所述排出气体涡轮机的出口处，排出气体流中呈负压。以这种方式，初级热机的性能不会被下游次级发电组件降低。热机的排出气体后处理和排出气体清洁也不会被次级发电组件影响。因此，次级电流产生组件可以回溯性地安装在已经运行的初级热机上，而不需要在初级热机上进行任何改变或重新调节。有利地如此规定，所述次级发电组件根据倒置布雷顿循环(invertedBraytoncycle,IBC)而运行。相比于用于将废热次级转换为电力的有机朗肯循环(organicRankinecycle,ORC)装置，根据本专利技术的所述次级发电组件具有根据倒置布雷顿循环(IBC)而运行的电动涡轮复合(ETC)装置的形式，包括更少的部件并因此成本降低。此外，所述次级发电组件可以由市售的部件构成。以有利的方式如此规定，所述过程调节系统对所述次级发电机的旋转速度进行调节，并因此调节排出气体涡轮机的旋转速度，并且经由所述电动马达和所述过程调节系统对所述压缩机的旋转速度进行调节。因此，次级发电组件不需要针对每个特定的初级发电组件尤其是每个初级热机而进行特别地设计和构造，而是能够在最大程度上由市售标准的部件组合而成，并通过转速调节而在广泛范围内适应相应的初级热机。此外，就对初级热机的瞬时运行状态及其排出气体后处理装置的最佳适应而言，可以将次级发电组件最佳地调节成将排出气体的热能次级转换成电力。初级热机有利地形成为活塞式发动机或涡轮机。低温液化天然气(LNG)有利地用作为初级热机的燃料。诸如液化石油气(LPG)或柴油的其它燃料也是可能的。因此，就本申请而言，活塞式发动机可以是燃气发动机或市售柴油发动机。就本申请而言，燃气发动机应当理解为内燃机，即根据奥托循环而运行的内燃机，其中可以使用诸如天然气、液化气、木煤气、沼气、填埋气、矿井瓦斯、炉气或氢气的气状燃料。燃气发动机应当理解为尤其包括压缩机、燃烧室和涡轮机或膨胀机的燃气涡轮机。这种型号的燃气涡轮机基于循环过程的运行原理。在至少一个压缩机阶段，空气和燃气一起形成燃烧混合物并被点燃以在燃烧室中燃烧。由燃烧产生的热空气能够在涡轮机部件中膨胀，使得热能可以转换成机械能。因此，将来自(至少按比例地引入气体的)燃烧过程的能量被转换成机械能是非常重要的。将该机械能供应至发电机以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有包括初级热机(7)的初级发电组件(10)的系统，所述系统还具有用于将所述初级发电组件(10)的排出气体的热能次级转换成电力的次级发电组件(9)，尤其是电动涡轮复合装置，其中所述次级发电组件(9)包括设置在所述初级热机(7)的排出气体流(25)中的排出气体涡轮机(26)，并且所述排出气体涡轮机(26)驱动次级发电机(24)，其特征在于，在所述排出气体流中，在所述排出气体涡轮机(26)之后设置排出气体冷却器(29)，然后设置压缩机(30)，所述压缩机(30)由电动马达驱动(21)并且所述压缩机(30)和排出气体涡轮机(26)的旋转速度由过程调节系统(33)控制。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.31 DE 102016120764.01.一种具有包括初级热机(7)的初级发电组件(10)的系统，所述系统还具有用于将所述初级发电组件(10)的排出气体的热能次级转换成电力的次级发电组件(9)，尤其是电动涡轮复合装置，其中所述次级发电组件(9)包括设置在所述初级热机(7)的排出气体流(25)中的排出气体涡轮机(26)，并且所述排出气体涡轮机(26)驱动次级发电机(24)，其特征在于，在所述排出气体流中，在所述排出气体涡轮机(26)之后设置排出气体冷却器(29)，然后设置压缩机(30)，所述压缩机(30)由电动马达驱动(21)并且所述压缩机(30)和排出气体涡轮机(26)的旋转速度由过程调节系统(33)控制。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述压缩机(30)和排出气体涡轮机(26)的旋转速度由所述过程调节系统(33)如此控制，即在所述排出气体涡轮机(26)的入口处，所述排出气体流(25)呈环境压力。3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述压缩机(30)和排出气体涡轮机(26)的旋转速度由所述过程调节系统(33)如此控制，即在所述排出气体涡轮机(26)的出口处，所述排出气体流(25)呈负压。4.根据权利要求1至3至少一项所述的系统，其特征在于，所述次级发电组件(9)根据倒置布雷顿循环(IBC)而运行。5.根据权利要求1至...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖因哈德·鲍尔，
申请(专利权)人：科尼起重机全球公司，
类型：发明
国别省市：芬兰,FI