CN109891077B - 用于搬运运输集装箱的车辆 - Google Patents

用于搬运运输集装箱的车辆 Download PDF

Info

Publication number
CN109891077B
CN109891077B CN201780066902.7A CN201780066902A CN109891077B CN 109891077 B CN109891077 B CN 109891077B CN 201780066902 A CN201780066902 A CN 201780066902A CN 109891077 B CN109891077 B CN 109891077B
Authority
CN
China
Prior art keywords
exhaust gas
power generation
gas turbine
generation assembly
compressor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201780066902.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109891077A (zh
Inventor
赖因哈德·鲍尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Demag Cranes and Components GmbH
Original Assignee
Terex MHPS GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Terex MHPS GmbH filed Critical Terex MHPS GmbH
Publication of CN109891077A publication Critical patent/CN109891077A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109891077B publication Critical patent/CN109891077B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C19/00—Cranes comprising trolleys or crabs running on fixed or movable bridges or gantries
    • B66C19/007—Cranes comprising trolleys or crabs running on fixed or movable bridges or gantries for containers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/18—Control systems or devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/18—Control systems or devices
    • B66C13/22—Control systems or devices for electric drives
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
    • F01N5/04—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using kinetic energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/006—Open cycle gas-turbine in which the working fluid is expanded to a pressure below the atmospheric pressure and then compressed to atmospheric pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
    • F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/40—Working vehicles
    • B60L2200/42—Fork lift trucks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2220/00—Electrical machine types; Structures or applications thereof
    • B60L2220/40—Electrical machine applications
    • B60L2220/42—Electrical machine applications with use of more than one motor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/10—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines
    • B60L50/15—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines with additional electric power supply
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/03—Mixtures
    • F17C2221/032—Hydrocarbons
    • F17C2221/033—Methane, e.g. natural gas, CNG, LNG, GNL, GNC, PLNG
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/01—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the phase
    • F17C2223/0146—Two-phase
    • F17C2223/0153—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL
    • F17C2223/0161—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL cryogenic, e.g. LNG, GNL, PLNG
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

本发明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。本发明还涉及装配所述系统的车辆。

Description

用于搬运运输集装箱的车辆
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的用于处理运输 集装箱的车辆。
背景技术
欧洲专利EP 2 759 509 B1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(electric turbocompound,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EP 1 925 492 A2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(block heat andpower plant)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DE 10 2008 025 426 A1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JP 2009 215 906 A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。
对于车辆和机车来说，US 2010/0146968 A1公开了一种具有 初级发电组件和具有用于将初级发电组件的排出气体的热能转换为 电力的次级发电组件的系统。在该申请中，排出气体冷却器设置在排 出气体流中的排出气体涡轮机之后，而压缩机则设置在所述冷却器之 后。也可以从US 2011/0209473 A1,DE 697 38 474 T2和DE 10 2015 215 518A1得知相似的系统。
CH 705 180 A1公开了一种用于增加驱动的效率的方法和一 种增加热电联产装置的效率的装置。
发明内容
本发明的目的在于进一步开发用于搬运运输集装箱的车辆， 所述车辆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的特征的车辆来实现。在从属 权利要求2至9中给出了有利的实施例。
根据本发明，在用于搬运运输集装箱的车辆中，所述车辆具 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，其中次级逆变器被分配给所述次级发电机，变频器被分配给所述压缩机的电动马达，并且所述次级逆变 器和变频器经由现场总线通信连接至电子中央控制器，其中所述电子 中央控制器允许对初级发电组件的能量流动和次级发电组件的能量 流动进行控制，并且所述初级发电组件和次级发电组件对至少一个行 驶驱动和至少一个升降驱动供能。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，本发明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 (inverted Braytoncycle,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(organicRankine cycle,ORC)装置，根据本发明 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 能供应至发电机以产生初级电能。
根据本发明，将次级逆变器分配至次级发电机，将变频器分 配至压缩机的电动马达，并且所述次级逆变器和变频器经由现场总线 通信连接到电子中央控制器。次级发电机的可控次级逆变器和压缩机 的电动马达的可控变频器允许将电压和馈电电流的调节到所需的特 定设定值，也因此允许将排出气体涡轮机和压缩机的负载转矩和转速 调节到所需的特定设定值。
此外，电子中央控制器允许对初级发电组件的能量流动和次 级发电组件的能量流动进行控制。
根据本发明的具有包含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的上述系统的车辆设计成用于 搬运运输集装箱的车辆，并优选地为港口起重机、可移动港口起重机、 橡胶轮胎式门式起重机或门式起重堆垛机。在这种情况下，由初级发 电组件和次级发电组件来对至少一个行驶驱动和至少一个升降驱动 供能。
附图说明
下文将参考附图进一步详细描述本发明的示例性实施方式， 其中：
图1是根据本发明的门式起重堆垛机的立体图；以及
图2是根据图1的门式起重堆垛机的电动传动系统(electric drive train)的示意性电路框图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的门式起重堆垛机1的立体图，所述 门式起重堆垛机也被称为跨运车或厢式运输机。门式起重堆垛机1包 括在门式起重堆垛机1的行进方向上定向的两个行驶装置单元支承部 2，在每个支承部上设置有四个单独的轮子3。行驶装置单元支承部2 彼此平行设置在一共同的水平平面上。在背离轮子3的上侧，两个行 驶装置单元支承部2通过两个基本上U型的门式框架4而彼此连接。 如在面向门式起重堆垛机1的进行方向上观察，门式框架4设置或竖 立在行驶装置单元支承部2的前端和行驶装置单元支承部2的后端。 门式起重堆垛机1包括吊具5，所述吊具5能够被竖直地上升和下降 并在两个门式框架4内和两个门式框架4上被引导。吊具5用作为搬 运运输集装箱6的负载拾取机构。门式起重堆垛机1，尤其是门式框 架4，被布置成使得门式起重堆垛机1和被起重的集装箱6能够行进 跨过多达三个的在地面上一个堆叠在另一个之上的集装箱6。
设置初级发电组件10以产生运行门式起重堆垛机1所需的 初级电能。根据所示出的示例性实施例，第一发电组件10设置在由 两个门式框架4限定的上侧。初级发电组件10包括涡轮机或内燃机 (尤其是柴油机)形式的初级热机7，以及与所述初级热机7连接以 将初级热机7产生的能量转换成电能的初级发电机8。此外，设置了 以纯粹示意性方式示出的电动涡轮复合装置(ETC装置)的形式的次 级发电组件9。次级发电组件9连接至初级热机7并用作提供将从初 级发电组件10产生的、尤其是从热机7和/或发电机8产生的排出气 体的热能转换成电力的次级转换，以产生交流或三相电流的形式的初 级电能。
图2示出了门式起重堆垛机1的电动传动系统的示意性电路 框图，其本质上包括初级发电组件10，用于将所述初级发电组件10 的废热次级转换成电力的次级发电组件9，以及以行驶装置单元驱动 16、升降机构驱动17和辅助驱动18以及可选的附加能量存储装置19 为形式的耗电装置。
由10整体指代的初级发电组件包括初级热机7和与其连接 的初级发电机8。初级发电机8产生交流/三相电流，该电流通过在整 流模式下运行的初级逆变器15而变成直流电以用于直流电压中间电 路14。直流电压中间电路14由实线表示。与此同时，初级逆变器15 经由通过虚线示出的、尤其设计为CAN总线的现场总线22而连接至 门式起重堆垛机1的电子中央控制器21，尤其是电脑或可编程的逻辑 控制器(programmable logiccontroller，PLC)。电子中央控制器21 允许门式升降堆垛机1的性能和能量存储装置管理。借助于现场总线 22，电子中央控制器21连接至其它的逆变器11，所述逆变器各自对 行驶装置单元驱动16、升降机构驱动17和其它的辅助驱动18供应来 自直流电压中间电路14的电能。以相应的方式，通过直流电压中间 电路12来将其它的逆变器11彼此连接并且将其连接到初级发电组件 10的初级逆变器15和次级发电组件9的次级逆变器27。
负载/卸载控制器20，特别是升压/降压转换器或DC/DC转 换器，同样通过直流电压中间电路14连接到初级发电组件10的初级 逆变器15，所述负载/卸载控制器用于控制和监控能量存储装置19。 能量中间存储装置19可以设计成双层电容器(超级电容器，supercaps, ultracaps)，电池或飞轮储能器，以回收制动能量。尽管行驶装置单 元驱动16和升降驱动17的功率波动很大，但仍可确保对初级发电组 件10的电容的均匀使用，因为这些能量峰值在能量存储装置19中被 缓冲并因此被衰减。由此，以基本上恒定的速度旋转的初级发电组件 10能够将基本上平衡并尤其是均匀而连续的电力进给至直流电压中 间电路14中。由初级发电组件10产生的废热均匀地排放至次级发电 组件9。以这种方式，减少了用于次级发电组件9的运行的能量供应 的波动。可以最佳化次级发电组件9的运行。
通过初级发电组件10的运行，尤其是通过初级热机7的运 行，产生了废热，其由图2中点划线像征性地示出为热机25的排出 气体流。根据本发明，热机7的废热流以排出气体流的形式供应至次 级发电组件9以次级转换成电力。
次级发电组件9是ETC装置，在所述ETC装置中排出气体 涡轮机26设置在初级热机7的排气系统(示出为排出气体流25)之 后，高速运行以发电的次级发电机24以无变速比的方式与涡轮轴在 其输出侧连接。
以这种方式高速运行的发电机24能够例如包括特殊构造的 转子，所述转子配有永磁体，通过该永磁体对碳纤维材料的套管施加 张力。由此确保了套筒即使在由于高旋转驱动速度而受到非常高的离 心力的情况下也能够与转子牢固地保持在一起。以这种方式高速运行 的发电机24的高电流频率在其电抗下引起大的电压降。可以在发电 机的输出线路中设置电容器以至少在很大程度上补偿这种电压降。
排出气体涡轮机26例如能够直接设置在热机7的排出气体 管端上，所述热机7在示出的实施例中设计成往复活塞式发动机，即， 在排出气体流25中，排出气体涡轮机26在可能提供的排出气体涡轮 增压器、排出气体后处理装置和往复式活塞发动机的消声器的后面。 次级发电机24产生交流或三相电流，该电流由再生运行的可控次级 逆变器27整流并进给至门式起重堆垛机1的直流电压中间电路14中 以用于所述门式起重堆垛机的主要电力驱动装置，尤其是行驶驱动16， 升降驱动17和任何例如冷却泵，风扇，空调装置或加热装置的辅助 驱动18。可控逆变器27允许调节电压和馈电电流以及因此允许调节 排出气体涡轮机26的负载力矩和转速到需要的特定设定值，该设定 值由ETC装置的过程调节系统33预设到次级发电机24的次级逆变 器27。为此目的，过程调节系统33经由现场总线22连接至次级发电 机14的次级逆变器27。排出气体冷却器29连接在排出气体涡轮26 后面的下游。对气体的冷却产生了负压，并因此在排出气体涡轮机26 两端产生了压力差，这可以对次级发电机24上产生机械功率。在排 出气体冷却器29之后，压缩机30保持被冷却气体的负压，其压缩气 体至大气压力后将它们排出至环境中。该过程以已知的方式称为逆气 体涡轮过程或倒置布雷顿循环(IBC)。由于被冷却的气体在排出气 体涡轮机26之后具有约0.5巴的亚大气负压，该涡轮机能够以大约1 巴的大气环境压力的入口压力来运行。由于包括其整个排气系统的整 个初级热机7从一开始就被设计用于这样的大约1巴的环境压力作为 在其排气端管之后的出口压力，所以对初级发电组件10及其排出气 体处理没有任何不良影响。压缩机30由具有可调节转速的电动马达 31驱动。这通过可控变频器32从直流电压中间电路14馈电。压缩机 30的电动马达31的电力消耗低于涡轮发电机24的电力输出，因为在相同的压力差下，从压缩机30输送的冷却气体的体积流量低于热气 体通过涡轮机26的体积流量。次级发电机24的功率超过了压缩机30 的电动马达31的功率消耗，这导致来自排出气体热量的电能增益。 排出气体涡轮26和压缩机30的转速设定值由电子过程调节器33预先设定，电子过程调节器33可以例如数字化地设计成具有为此目的 而开发的专用调节软件的工业计算机或可编程逻辑控制器(PLC)。 ETC设备的过程调节系统33通过(可以例如地设计成CAN总线的) 现场总线22可通信地连接到排出气体涡轮机26的次级逆变器27和 压缩机30的变频器32以及连接到初级热机7的电子控制和调节系统 34，其瞬时运行状态变量，例如排气系统的转速、扭矩、功率、运行 状态，被传递到现场总线22。过程调节系统33还从压力和温度传感 器获得信号，所述压力和温度传感器安装在排出气体涡轮机26之前 和之后的排气流25中。
如上所述，排出气体在排出气体涡轮机26中的膨胀期间， 排出气体的压力和温度都下降。在入口侧，气体分子以高速撞击排出 气体涡轮机26的叶片，从而将动能输出到叶片，然后可以在涡轮轴 上获得机械能。由于此，气体分子失速并且还涉及到温度降低，因此排出气体拥有的热能降低。因此，在根据本发明的系统中进行的将排 出气体能量转换成电力的次级转换可以理解为将排出气体的热能转 换成电力的次级转换。
该ETC装置的IBC过程的过程调节可以借助于过程调节系 统33以下述的方式发生：
通过过程调节系统33调节排出气体涡轮机26的转速，使得 排出气体涡轮机26的入口压力在约1巴下保持尽可能恒定。为此目 的，除了来自入口压力传感器的测量压力实际值之外，例如借助于转 速，扭矩和/或初级热机7的使用容量来确定的瞬时运行状态以合适的 方式包括在用于排出气体涡轮机26的转速设定值中。通过过程调节 系统33调节压缩机30的转速，使得排出气体涡轮机26的传感器测 量的出口压力保持在期望的、低于大气压的最佳设定值。该最佳负压 设定值由排出气体涡轮机26处的入口测量温度确定。入口温度越高， 排出气体涡轮机26后面的负压应该越低。压缩机30的旋转速度还适 配于初级热机7的瞬时运行状态和排出气体涡轮机26的瞬时旋转速 度。可以例如在测试运行期间实验性地测量相应的调节特性，并且编 程到过程调节系统33的调节软件中。总而言之，排出气体涡轮机26 和压缩机30的旋转速度被各自调节，使得ETC装置的最大净电输出 被馈送到直流电压中间电路14中，因此，没有反压作用于初级热机7 的排气系统的排出气体流25中。
如果排出气体由排出气体冷却器29冷却到可能的最低温度， 则对于IBC过程特别有利，因为随后将被输送至压缩机30气体流的 体积是下降的，并且因此压缩机30的电动马达31的能量消耗也是下 降的，从而使得ETC装置的净输出也很高。例如，如果初级热机7 以低温液化天然气(LNG)作为燃料运行，所述LNG必须通过加热 蒸发成气态，而这可以通过排出气体冷却器29进行，排出气体冷却 器29可以构造为用于LNG蒸发的热交换器。因此，排出气体被冷却 到特别低的温度，并且来自排出气体的能量产出特别高。
在控制和调节技术方面，以如此方式将次级发电组件9整合 到(尤其是已经设置有所述系统的)门式起重堆垛机1的驱动系统中， 即经由现场总线22使次级发电组件9的次级逆变器27和/或过程调节 系统33与驱动系统的其它部件(特别是电子中央控制器21)通信。 借助于设计为CAN总线的现场总线22可以有利地根据国际标准SAE J1939并根据DRIVECOM标准进行通信连接。借助于现场总线22， 从次级发电机24馈送的电流强度，特别是引入的电功率，以及特别 是例如通过未示出的传感器在次级逆变器28中检测到的其它实际值和诸如“准备运行”或“门式起重堆垛机1故障”的状态信号，被传输到 电子中央控制器21。
在电子中央控制器21中实施的软件对次级发电组件9的这 些信号和实际值进行自动评估，并因此影响用于行驶装置单元驱动16、 升降机构驱动17和辅助驱动18的设定值和控制信号，特别是用于 初级发电组件10的设定值和控制信号。所实施的软件可以是用于在 电子中央控制器21中的能量流动控制的电源管理软件。电源管理软 件算法平衡从两个发电组件9,10瞬时可用的电力馈送功率与消耗装 置所需的功率，即位于瞬时运行状态的行驶装置单元驱动16、升降机 构驱动17和的辅助驱动18所需的功率。同时，电源管理软件(特别 是还经由现场总线22)限制驱动16,17和18的设定值，使得发电组 件9,10不会过载并且直流电压中间电路14的直流电压不会发生故障。 因此有利的是，行驶驱动16的设定扭矩受到限制并且升降驱动17中 的旋转速度受到限制。此外，电源管理软件也可以如此战略性地控制 能量存储装置19的负载和/或卸载的设定值，使得制动和下降的能量 能够立即得到存储和回收。此外，功率峰值可以被如此缓冲，使得两 个发电组件9,10能够被均匀地加载而尤其不会使得功率发生剧烈的 波动。
尽管已经结合龙门升降堆垛机1描述了本发明，但是它也可 以应用于任何其它的例如热电联产装置的发电组件，或用于其它车辆 或船舶中。
附图标记列表
1.门式起重堆垛机
2.行驶装置单元支承部
3 单独的轮子
4 门式框架
5 吊具
6 运输集装箱
7 初级热机
8 初级发电机
9 次级发电组件
10 初级发电组件
11 其它的逆变器
14 直流电压中间电路
15 初级逆变器
16 行驶装置单元驱动
17 升降机构驱动
18 辅助驱动
19 能量存储驱动
20 负载/卸载控制器
21 电子中央控制器
22 现场总线
24 次级发电机
25 排出气体流
26 排出气体涡轮机
27 次级逆变器
29 排出气体冷却器
30 压缩机
31 电动马达
32 变频器
33 过程调节系统
34 控制和调节系统

Claims (10)

1.一种用于搬运运输集装箱的车辆，所述车辆具有包括初级热机(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)，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)之后设置用于对来自所述排出气体涡轮机(26)的排出气体进行冷却的排出气体冷却器(29)，然后设置用于压缩所冷却的排出气体至大气压力以保持所述冷却的排出气体的负压的压缩机(30)，所述压缩机(30)由电动马达(31)驱动并且所述压缩机(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，其中次级逆变器(27)被分配给所述次级发电机(24)，变频器(32)被分配给所述压缩机(30)的电动马达(31)，并且所述次级逆变器(27)和变频器(32)经由现场总线(22)通信连接至电子中央控制器(21)，其中所述电子中央控制器(21)允许对所述初级发电组件(10)的能量流动和次级发电组件(9)的能量流动进行控制，并且所述初级发电组件(10)和次级发电组件(9)对至少一个行驶驱动(16)和至少一个升降驱动(17)供能。
2.根据权利要求1所述的车辆，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所述的车辆，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2中任一项所述的车辆，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2中任一项所述的车辆，其特征在于，所述次级发电机(24)的旋转速度能够通过所述过程调节系统(33)进行调节。
6.根据权利要求1至2中任一项所述的车辆，其特征在于，所述压缩机(30)的由所述过程调节系统(33)控制的旋转速度能够通过所述电动马达(31)和所述过程调节系统(33)进行调节。
7.根据权利要求1至2中任一项所述的车辆，其特征在于，所述初级热机(7)设计为活塞式发动机或涡轮机。
8.根据权利要求7所述的车辆，其特征在于，所述初级热机(7)采用低温液化天然气(LNG)作为燃料。
9.根据权利要求1至2中任一项所述的车辆，其特征在于，所述车辆为橡胶轮胎式门式起重机或门式起重堆垛机(1)。
10.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述次级发电组件(9)是电动涡轮复合装置。
CN201780066902.7A 2016-10-31 2017-10-25 用于搬运运输集装箱的车辆 Active CN109891077B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016120764.0 2016-10-31
DE102016120764.0A DE102016120764A1 (de) 2016-10-31 2016-10-31 System mit einem sekundären Stromerzeugungsaggregat zur Nachverstromung von Abgaswärme eines primären Stromerzeugungsaggregats
PCT/EP2017/077335 WO2018077963A1 (de) 2016-10-31 2017-10-25 System mit einem sekundären stromerzeugungsaggregat zur nachverstromung von abgaswärme eines primären stromerzeugungsaggregats

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109891077A CN109891077A (zh) 2019-06-14
CN109891077B true CN109891077B (zh) 2021-11-19

Family

ID=60182578

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780066902.7A Active CN109891077B (zh) 2016-10-31 2017-10-25 用于搬运运输集装箱的车辆

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11027950B2 (zh)
EP (1) EP3532720B1 (zh)
CN (1) CN109891077B (zh)
DE (1) DE102016120764A1 (zh)
WO (1) WO2018077963A1 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT201800020548A1 (it) * 2018-12-20 2020-06-20 Fpt Motorenforschung Ag Metodo e dispositivo per riscaldare almeno una porzione di un dispositivo di post trattamento (ats) di gas esausto di un motore a combustione interna
US11879380B2 (en) * 2019-10-07 2024-01-23 Transportation Ip Holdings, Llc Power delivery system and method
US11118490B2 (en) * 2020-01-24 2021-09-14 Caterpillar Inc. Machine system for co-production of electrical power and water and method of operating same
CN112197293B (zh) * 2020-09-11 2022-07-12 北京动力机械研究所 一种用于加热器稳定燃烧的热沉筒形整流器
BR102021012927A2 (pt) * 2021-06-29 2023-01-03 José James Mendes Pessoa Sistema e método para geração de energia elétrica, veículo pesado híbrido, trem ferroviário e embarcação

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100146968A1 (en) * 2008-12-12 2010-06-17 Alexander Simpson Emission system, apparatus, and method
CN202064388U (zh) * 2010-12-30 2011-12-07 中国第一重型机械股份公司 一种挖掘机传动控制系统
CN104160613A (zh) * 2012-03-05 2014-11-19 西门子公司 避免压缩机组在变频器激励的扭转谐振中的连续运行
CN105317553A (zh) * 2014-07-31 2016-02-10 三菱日立电力系统株式会社 太阳热空气涡轮发电系统

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69738474T2 (de) 1997-09-22 2009-01-15 Clean Energy Systems, Inc., Rancho Cordova Reinluftmotoren für transport und andere motorisierte anwendungen
DE102006055749A1 (de) 2006-11-25 2008-05-29 Noell Mobile Systems Gmbh Portalhubstapler mit einem emissions- und wartungsarmen Turbinenantrieb
JP5012588B2 (ja) * 2008-03-07 2012-08-29 日産自動車株式会社 廃熱回収装置
DE102008025426A1 (de) 2008-05-27 2009-12-03 Gerhold, Richard, Dr. Wärmekraftmaschine mit Turbine und Kompressor für heiße Abgase
US20110209473A1 (en) 2010-02-26 2011-09-01 Jassin Fritz System and method for waste heat recovery in exhaust gas recirculation
CH705180B1 (de) 2011-06-15 2016-08-15 Ws Projektentwicklungs Ag Verfahren zur Effizienzsteigerung eines Antriebs sowie Effizienzsteigerungsvorrichtung.
JP5819806B2 (ja) * 2012-12-04 2015-11-24 株式会社神戸製鋼所 回転機駆動システム
DE202013000660U1 (de) 2013-01-23 2014-04-24 Noell Mobile Systems Gmbh Portalhubstapler
DE202014000158U1 (de) * 2014-01-14 2015-04-16 Noell Mobile Systems Gmbh Portalhubstapler
DE102015215518A1 (de) 2015-08-14 2017-02-16 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft System zur Energierückgewinnung aus dem Abgas einer Brennkraftmaschine

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100146968A1 (en) * 2008-12-12 2010-06-17 Alexander Simpson Emission system, apparatus, and method
CN202064388U (zh) * 2010-12-30 2011-12-07 中国第一重型机械股份公司 一种挖掘机传动控制系统
CN104160613A (zh) * 2012-03-05 2014-11-19 西门子公司 避免压缩机组在变频器激励的扭转谐振中的连续运行
CN105317553A (zh) * 2014-07-31 2016-02-10 三菱日立电力系统株式会社 太阳热空气涡轮发电系统

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018077963A1 (de) 2018-05-03
EP3532720A1 (de) 2019-09-04
DE102016120764A1 (de) 2018-05-03
EP3532720B1 (de) 2021-05-19
US11027950B2 (en) 2021-06-08
CN109891077A (zh) 2019-06-14
US20200056564A1 (en) 2020-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109891077B (zh) 用于搬运运输集装箱的车辆
JP5701203B2 (ja) 内燃機関の廃熱を利用した電動過給装置
JP6294646B2 (ja) ターボコンパウンドシステムの制御装置
US8143732B2 (en) Stationary genset power system having turbo-compounding
US4774811A (en) Apparatus for recovering thermal energy from engine
CN101014479B (zh) 汽车驱动系统的运行方法和实施该方法的装置
US8220572B2 (en) Multi-power source locomotive selection
US20080121136A1 (en) Hybrid locomotive and method of operating the same
US20080121444A1 (en) Straddle carrier having a low-emission and low-maintenance turbine drive
CN102400773B (zh) 具有发动机的机动车以及发动机运行方法
CN104454137B (zh) 发动机装置
CA2655334A1 (en) Load-lifting apparatus and method of storing energy for the same
US9141095B2 (en) System and method for efficiently operating multiple flywheels
CN104786858B (zh) 一种增程式电动汽车
JP2008213833A (ja) パワートレイン、その作動方法及びこのパワートレインを備えた原動機付き車両
CN103573951A (zh) 用于涡轮增压器的飞轮组件
CN104487661B (zh) 内燃机系统及具备该内燃机系统的船舶以及内燃机系统的运行方法
CN105452079B (zh) 用于车辆的混合驱动器
US20110247326A1 (en) Waste Exhaust Energy Recovery from an Engine
WO2019084527A1 (en) SERIES TYPE HYBRID ELECTRIC KINEMATIC CHAIN FOR EXTERNAL COMBUSTION ENGINE
CN110053491A (zh) 一种适用于电动汽车的双涡轮微燃机增程器
CN204726248U (zh) 跨运车
KR20130106495A (ko) 개선된 구조의 터보 컴파운드 시스템
JP2017166405A (ja) 内燃機関の発電システム
JP2012137017A (ja) 発電設備

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant