从热力学循环过程向机电能量转换器供应电能制造技术

本发明专利技术公开了用于运行机电能量转换器、例如风扇或泵的设备；该设备包括：热力学循环设备；发电机，该发电机与热力学循环设备的膨胀机的轴连接并且可以与该轴一起旋转；其中，发电机与第一电压转换器电连接，第一电压转换器与直流电压中间电路电连接并且直流电压中间电路为了运行机电能量转换器可以与该机电能量转换器电连接；其中，第一电压转换器构造为将发电机的第一交流电压转换为直流电压；并且中间直流电路可以与附加能量供应设施、特别是公共电网连接。该设备还包括调节装置(60)，该调节装置用于调节输送给机电能量转换器的电能，使得该机电能量转换器能以预定转速运行，其中调节装置构造为用于调节由发电机输送给机电能量转换器的电能，并且如果由发电机提供的电能不足以用于此，则调节装置构造为用于调节由附加能量供应设施输送给机电能量转换器的电能。本发明专利技术还公开了相应的用于运行机电能量转换器的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】从热力学循环过程向机电能量转换器供应电能
本专利技术涉及用于运行机电能量转换器的设备和用于运行机电能量转换器的方法。
技术介绍
用于从热能中获取电能的热力学循环设备包括以下主要部件：供给泵，该供给泵在压力升高的情况下将液态工作介质输送至蒸发器；蒸发器自身，在该蒸发器中工作介质通过热量的输送热量被预热、蒸发并可选地额外地过热；膨胀机，在该膨胀机中在高压下蒸发的工作介质膨胀并且在此产生机械能，该机械能例如可以经由发电机转化为电能；以及冷凝器，在该冷凝器中将来自膨胀机的低压蒸汽(膨胀的工作介质)降温并液化。液态的工作介质从冷凝器重新到达系统的供给泵，由此闭合热力学循环。在工作介质是有机工作介质的情况中，涉及的是作为热力学循环过程涉及有机朗肯循环(ORC过程)。由现有技术已知所谓的干式冷却器(例如，电机-中央供暖站(BHKWs)上的再冷器)，该干式冷却器通过电驱动风扇由空气流过。在此为了使能量消耗最小化，应该根据申请人的内部现有技术通过热力学循环过程(例如，ORC过程)为这些风扇供应电能。同时应该经由干式冷却器的风扇实现循环过程的散热(循环过程或者说ORC过程通常包含一个单独的风扇，以便准备经由气流对冷凝器的冷却)。在此，循环过程将热(例如，内燃机的未使用的废气热或在冷却器中的要冷却的流体的热的一部分)转化为电能。在此的问题是，确保向风扇稳定地供应电能，以免损害冷却功能。此外缺点是:ORC过程的多余能量被馈回到公共电网中。将能量馈入到电网中与进一步的要求相关，例如遵守馈入准则、设施认证、向电网运营商注册、以及根据扩展可再生能源的法律(可再生能源法，EEG)支付EEG分摊费用。
技术实现思路
本专利技术的目的是，避免或至少减轻上述缺点。循环过程或者说ORC过程应该尽可能始终提供与风扇消耗的功率完全相同的功率(准孤岛运行)。由于对于冷却过程和循环过程共同使用风扇，风扇的转速以及由此其消耗功率仅取决于冷却过程的冷却需求。因此，ORC过程的冷却器不会受到控制技术的影响。为确保高的运行安全性，当ORC过程(例如由于外部温度高或过程能量(废热)过低)不能提供用于运行风扇的足够的功率，则必须能够从公共电网中获取额外的功率。因此必须找到一种可能性，通过ORC发电机尽可能精确地满足风扇的波动的功率需求。如果循环过程不应供应足够的能量，则必须给出如下的可能性:通过公共电网或经由其它来源向风扇供应能量，并且同时避免到电网中的馈入。本专利技术描述了至少部分上述问题的解决方案。根据本专利技术的解决方案由具有根据权利要求1的特征的设备限定。因此，本专利技术公开了用于运行机电能量转换器、例如风扇或泵的设备；其中，该设备包括：热力学循环设备；发电机，该发电机与热力学循环设备的膨胀机的轴连接并且可以与该轴一起旋转；其中，发电机与第一电压转换器电连接，该第一电压转换器与中间直流电路电连接并且该中间直流电路为了运行机电能量转换器而可以与该机电能量转换器电连接；其中，第一电压转换器构造为用于将发电机的第一交流电压转换为直流电压；并且中间直流电路可以与电附加能量供应设施、特别是公共电网连接。所述设备还包括调节装置(60)，该调节装置用于调节输送给机电能量转换器的电能，使得该机电能量转换器可以以预定转速运行，其中，调节装置构造为用于调节由发电机输送给机电能量转换器的电能，并且如果由发电机提供的电能不足以用于此，则调节装置构造为用于调节由附加能量供应设施输送给机电能量转换器的电能。根据本专利技术的设备具有的优点是，通过经由利用废热的循环过程或者说ORC过程为机电能量转换器(例如，风扇或泵)供给来实现能量节省、例如不需要单独的循环过程风扇或ORC风扇、风扇的运行与ORC过程无关并且由此实现系统的高可靠性、以及避免了电网馈入并且因此避开对馈入要求的满足。根据本专利技术的设备可以如下进一步改进为，即，还设置有第二电压转换器，该第二电压转换器用于将中间直流电路中的直流电压转换为用于在没有自己的电压转换器的情况下运行机电能量转换器的第二交流电压，其中，第二电压转换器与所述中间直流电路电连接。另一改进方案在于，附加能量供给设施是公共电网，该公共电网经由整流器电路或经由功率因数校正级而与中间直流电路连接，并且调节装置特别还构造为用于减少由发电机提供的能量，以便避免将电能馈入到公共电网中、特别是通过减少引入到热力学循环设备中的热流和/或通过降低热力学循环设备的效率。对此可选地，公共电网可以经由双向换流器电路而与中间直流电路连接，以便将来自发电机的多余的能量馈入到公共电网中。根据另一改进方案，中间直流电路可以包括与第一电压转换器连接的第一部分中间直流电路、可以与机电能量转换器连接或已与第二电压转换器连接的第二部分中间直流电路以及设置在两个部分电路之间的升压斩波器。这可以被如下地进一步改进，即，经由在第二部分中间直流电路上的并联电路可以运行另外的机电能量转换器，可选地设置有用于将第二部分中间直流电路中的直流电压转换为用于运行另外的机电能量转换器的第三交流电压的第三电压转换器，该另外的机电能量转换器例如是另外的泵、特别是用于在热力学循环设备中泵送工作介质的供给泵或者是另外的风扇。在此，机电能量转换器可以包括具有交流电压接线的中间电路，并且该交流电压接线可以直接与第二部分中间直流电路连接。根据另一改进方案，经由在第二部分中间直流电路上的并联电路和双向直流电压转换器可以连接有电池。本专利技术还提供了系统，该系统包括：生热设备和冷却设备，所述生热设备具有用于从该生热设备排热的冷却流体，所述冷却设备具有用于冷却所述冷却流体的可电运行的风扇，其中，特别是风扇的转速以及因此特别是风扇消耗的功率由冷却设备的冷却需求预先确定；以及热力学循环设备、特别是有机朗肯循环设备，该热力学循环设备包括用于蒸发工作介质的蒸发器、通过蒸发的工作介质的膨胀可以用该蒸发的工作介质运行的膨胀机、可以利用膨胀机运行的发电机以及用于将膨胀的工作介质冷凝的冷凝器；其中，所述风扇还设置为用于冷却在冷凝器中的工作介质；并且所述系统还包括根据本专利技术的用于将风扇作为机电能量转换器运行的设备或上述改进方案中的一种。所述系统可以如下地进一步改进，即，风扇的转速由冷却流体的可利用冷却设备实现的温度规定。上述问题还至少部分地通过根据权利要求10的根据本专利技术的方法得以解决。因此，本专利技术公开了用于以预定转速运行机电能量转换器、例如泵或风扇的方法，该方法包括以下步骤：将发电机的第一交流电压转换为在发电机与机电能量转换器之间的中间直流电路中的直流电压，其中，发电机与热力学循环设备的膨胀机的轴连接、与该轴一起旋转并由该轴驱动；将中间直流电路中的直流电压施加到机电能量转换器上；从电附加能量供应设施、特别是利用来自公共电网的电能将直流电压施加到中间直流电路上；调节由发电机输送给机电能量转换器的电能，以便以预定转速运行所述机电能量转换器，并且如果由发电机提供的电能不足以使机电能量转换器以预定转速运行，则调节由附加能量供应设施输送给机电能量转换器的电能。可选地，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于运行机电能量转换器(80、81、82、83)、例如风扇或泵的设备(100-1000)；该设备包括：/n热力学循环设备(30、120、150、160)；/n发电机(20)，该发电机与所述热力学循环设备的膨胀机(30)的轴(35)连接并且能够与该轴一起旋转；/n其中，所述发电机(20)与第一电压转换器(42)电连接，所述第一电压转换器(42)与中间直流电路(40)电连接并且所述中间直流电路(40)为了运行所述机电能量转换器(80、81、82、83)而能够与该机电能量转换器电连接；/n其中，所述第一电压转换器(42)构造为用于将所述发电机(20)的第一交流电压转换为直流电压；并且/n其中，所述中间直流电路(40)能够与电的附加能量供应设施(50)、特别是公共电网连接；以及/n调节装置(60)，该调节装置用于调节输送给所述机电能量转换器(80、81、82、83)的电能，使得该机电能量转换器能够以预定转速运行，其中，所述调节装置构造为用于调节由所述发电机输送给所述机电能量转换器的电能，并且如果由所述发电机提供的电能不足以用于此，则所述调节装置构造为用于调节由所述附加能量供应设施输送给所述机电能量转换器的电能。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181105 EP 18204344.81.用于运行机电能量转换器(80、81、82、83)、例如风扇或泵的设备(100-1000)；该设备包括：
热力学循环设备(30、120、150、160)；
发电机(20)，该发电机与所述热力学循环设备的膨胀机(30)的轴(35)连接并且能够与该轴一起旋转；
其中，所述发电机(20)与第一电压转换器(42)电连接，所述第一电压转换器(42)与中间直流电路(40)电连接并且所述中间直流电路(40)为了运行所述机电能量转换器(80、81、82、83)而能够与该机电能量转换器电连接；
其中，所述第一电压转换器(42)构造为用于将所述发电机(20)的第一交流电压转换为直流电压；并且
其中，所述中间直流电路(40)能够与电的附加能量供应设施(50)、特别是公共电网连接；以及
调节装置(60)，该调节装置用于调节输送给所述机电能量转换器(80、81、82、83)的电能，使得该机电能量转换器能够以预定转速运行，其中，所述调节装置构造为用于调节由所述发电机输送给所述机电能量转换器的电能，并且如果由所述发电机提供的电能不足以用于此，则所述调节装置构造为用于调节由所述附加能量供应设施输送给所述机电能量转换器的电能。


2.根据权利要求1所述的设备，其中，还设置有第二电压转换器(44)，该第二电压转换器用于将所述中间直流电路中的直流电压转换为用于运行所述机电能量转换器的第二交流电压，其中，所述第二电压转换器与所述中间直流电路电连接。


3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述附加能量供应设施是公共电网(51)，该公共电网能够经由整流器电路(52)或经由功率因数校正级(54)而与所述中间直流电路连接，并且所述调节装置还可选地构造为用于减少由发电机提供的能量，以便避免将电能馈入到公共电网中、特别是通过减少引入到所述热力学循环设备中的热流和/或通过降低所述热力学循环设备的效率；或者
其中，所述附加能量供应设施是公共电网(51)，该公共电网能够经由双向的换流器电路(53)而与所述中间直流电路连接，并且来自所述发电机的多余的能量能够馈入到该公共电网中。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中，所述中间直流电路(40)包括与所述第一电压转换器(42)连接的第一部分中间直流电路(46)、能够与所述机电能量转换器连接或者结合权利要求2与所述第二电压转换器连接的第二部分中间直流电路(48)以及设置在两个部分电路之间的升压斩波器(45)。


5.根据权利要求4所述的设备，其中，经由在所述第二部分中间直流电路上的并联电路能够运行另外的机电能量转换器，可选地结合权利要求2设置有用于将所述第二部分中间直流电路中的直流电压转换为用于运行所述另外的机电能量转换器的第三交流电压的第三电压转换器，其中，所述另外的机电能量转换器例如是另外的泵、特别是用于在所述热力学循环设备中泵送工作介质的供给泵或者是另外的风扇。


6.根据权利要求4或5中任一项并结合权利要求2所述的设备，其中，所述机电能量转换器包括具有交流电压接线的中间电路，并且所述交流电压接线直接与所述第二部分中间直流电路连接。


7.根据权利要求3至6中任一项所述的设备，其中，经由在所述第二部分中间直流电路上的并联电路和双向的直流电压转换器而连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伊·朗格尔，亚历山大·齐默尔曼，乌尔夫·施瓦尔贝，
申请(专利权)人：奥尔灿能源股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE