CN204726248U - 跨运车 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种跨运车(1)，包括：至少一个电驱动马达(16，17，18)，以及第一机组(52)，用于为所述至少一个电驱动马达(16，17，18)产生初级电能，其中所述第一机组(52)包括：构建为燃气发动机的内燃机(7)，以及与内燃机(7)连接的发电机(8)。

Description

跨运车

技术领域

本实用新型涉及一种跨运车(Portalhubstapler)。

背景技术

跨运车在全球成千上万地在海港和集装箱码头用于运输和堆叠集装箱。于是，例如在港口城市如汉堡或者不来梅港使用数百个这种柴油驱动的车辆，其消耗燃料并且由于其废气而对环境造成负担。减少这种车辆的能量消耗和污染物排放的技术不但是经济的，而且在生态上是有意义的。

由DE 103 46 796 A1公开了一种跨运车，其具有降低的燃料消耗。这种跨运车设置了柴电驱动系统，其由柴油马达构成，该柴油马达驱动发电机，发电机将其产生的电能通过整流器馈送到直流回路中。直流回路设置有能量存储器，其由连接在一起的、带有反向并联二极管的电子开关和超级电容器构成。在直流回路上同样连接有逆变器，其对行驶马达和升降马达供给交流电流。电子开关可以被控制为使得积累的制动能量可以转化为电能并且存储在超级电容器中。柴油马达排放大量有害废气。于是，不能够遵守或者只有在巨大的技术花费用于废气净化的情况下才能够遵守废气标准。

由EP 1 925 492 A2公开了一种跨运车，其替代具有柴油马达的电力机组而设置有具有发电机的微型燃气涡轮机(Mikrogasturbine)。微型燃气涡轮机的缺点是，其只有在非常小的功率波动情况下才可以工作。因此，需要调节系统，其将所消耗的功率、转速、涡轮机输入温度以及燃料输送精准地相互协调。

实用新型内容

本实用新型的任务是，克服现有技术中已知的缺点，并且为跨运车提供一种低排放并且节省燃料的驱动系统。

该任务由下面的技术方案来解决。扩展方案可以从跨运车的其他有利的实施形式中得到。

根据本实用新型提出了一种跨运车，包括：至少一个电驱动马达；以及第一机组，用于为所述至少一个电驱动马达产生初级电能，其中所述第一机组包括：构建为燃气发动机的内燃机，以及与内燃机连接的发电机。具体而言，根据本实用新型的跨运车包括至少一个电驱动马达和第一机组，该第一机组用于产生初级电能以运行所述至少一个电驱动马达。第一机组包括内燃机，其构建为燃气发动机。在本申请的意义中，如下的内燃机理解为燃气发动机：其为根据奥托循环(Otto-Prozess)工作的内燃发动机，其中使用气态的燃料例如天然气、液态气体、木炭煤气、生物气、垃圾填埋气、沼气、高炉煤气或者氢气。然而，如下的燃气涡轮机也理解为燃气发动机：其尤其是具有压缩机、燃烧室以及涡轮机或者膨胀机。这种燃气涡轮机基于循环过程的作用原理。在至少一个压缩阶段中，空气与燃气成为燃烧混合物并且在燃烧室中点燃和燃烧。通过燃烧形成的热气在涡轮机部件中降压，使得热能可以转化为机械能。于是重要的是，来自燃烧过程的能量(为此至少部分地使用了燃气)被转化为机械能。机械能接着可以被输送给发电机，以便产生初级电能。该燃气发动机与发电机有效连接，发电机将燃气发动机产生的能量转化为初级电能。本实用新型所基于的认识是，通过使用燃气发动机而相对于已知的柴电车辆降低燃料成本以及废气排放。

根据一种实施方式的跨运车通过使用极冷的液态气体、尤其是液态的天然气(也称为LNG(Liquid Natural Gas))作为冷却剂，能够实现跨运车的特别环保的运行。

根据一种实施方式的跨运车能够实现热交换器或者冷凝器中蒸发的液态气体至燃气发动机的有效向回输送。有利的是，利用第一机组和/或第二机组的废热蒸发液态气体。被蒸发的液态气体用作动力燃料用于在燃气发动机中燃烧。

根据一种实施方式的跨运车能够实现跨运车的仅靠电力的运行，其中至少一个驱动马达构建为行驶驱动马达和/或构建为升降驱动马达。

根据一种实施方式的跨运车能够实现跨运车的一种可替选的实施形式，其除了具有用于产生初级电能的第一机组之外还具有用于产生次级电能的第二机组。第二机组构建为使得通过第一机组的废热后继流动(Nachverstromen)而提供次级能量。在此，第一机组所产生的废热流(基本上通过构建为燃气发动机的内燃机以及相连的发电机产生)被利用以提供次级电能并且其并非未经利用地排放到环境中。通过这种方式，提高了驱动跨运车的效率。通过这种方式，降低了燃料消耗并且由此也降低了废气排放。

根据一种实施方式的跨运车保证了第二机组在跨运车上的简单集成。热交换器用于将第一机组的废热耦合输入到第二机组中。

根据一种实施方式的跨运车能够实现一种热力学循环系统，其中输送泵将冷凝的工作介质从冷凝器通过热交换器输送给减压机(Entspannungsmaschine)，其中在热交换器中工作介质蒸发。

根据一种实施方式的跨运车通过在热力学循环系统的工作介质中使用氦气和/或氮气而在热交换器与冷凝器中具有有效的热交换。通过这种方式，在后继流动时的效率提高了至少50％，尤其是至少60％，并且尤其是至少62.5％。

根据一种实施方式的跨运车能够实现第二机组的减小的结构大小。通过使用尤其是油分离器形式的润滑油分离器，工作介质中的小油滴在高压下分离并且其输送给减压机的润滑部位，可能尤其是省去润滑剂泵。

根据一种实施方式的跨运车能够实现将电驱动马达不需要的电能进行储存。通过这种方式，均匀地充分利用第一机组。由此产生的废热均匀地积累。由此，第二机组可以在具有良好效率的工作点中运行。这种跨运车可以高效地工作。

根据一种实施方式的跨运车能够实现能量存储器的有效并且目标导向的控制和监测。通过这种方式，保证了在跨运车上的有效的能量管理。特别是可以排除能量存储器无意地过载或者完全放电。

根据一种实施方式的跨运车能够实现对跨运车的能量管理的智能控制。

根据一种实施方式的跨运车能够实现在第一机组和电子车辆控制装置之间的快速且直接的通信连接。

根据一种实施方式的跨运车能够实现在第二机组和电子车辆控制装置之间的快速且直接的通信连接。

根据一种实施方式的跨运车能够实现连接在现场总线上的多个电驱动装置(尤其是至少一个行驶驱动装置、至少一个升降驱动装置和例如用于冷却剂泵的至少一个辅助驱动装置、通风机、空调或者加热器)的有利的中央供能。这种跨运车尤其是能够借助电子车辆控制实现所有能量消耗装置和能量生成装置的中央控制。

附图说明

下面借助附图进一步阐述本实用新型的实施例。其中：

图1示出了根据本实用新型的跨运车的示意图，

图2示出了根据第一实施例的跨运车的示意性电路图，

图3示出了根据第二实施例的、带有作为ORC机的第二机组的跨运车的示意性电路图，

图4示出了与图3相对应的、带有作为ETC系统的第二机组的电路图，

图5示出了根据本实用新型的跨运车的功率管理系统的有效电路图。

具体实施方式

在图1中示出的跨运车1包括沿着行驶方向取向的两个底盘支承体2，在其上分别布置有四个单轮3。底盘支承体2相互平行并且布置在共同的水平面上。在背离轮子3的上侧上，两个底盘支承体2通过基本上为U形的两个门式框架4相互连接。门式框架4沿着行驶方向布置在底盘支承体2的前端部和底盘支承体2的后端部上。

跨运车1具有在门式框架4上引导的、可垂直移动的吊具5。吊具5用于操作货物集装箱6。跨运车1以及尤其是门式框架4构建为使得跨运车1连同被升起的集装箱6可以越过堆叠在地面上的集装箱6。

为了产生用于运行跨运车1所需的初级电能而设置有第一机组52。根据所示的实施例，第一机组52布置在由两个门式框架4所限定的上侧之上。第一机组52包括燃气发动机形式的内燃机7以及与其相连的发电机8用于将燃气发动机7所产生的能量转化为初级电能。另外，设置有纯粹示意性示出的第二机组53，其与燃气发动机7连接。第二机组53用于废热的后继流动，所述废热由第一机组52、尤其是燃气发动机7和/或发电机8为了产生初级电能而排出。

借助图2要进一步阐述第一机组52的构造和工作方式。第一机组52包括燃气发动机形式的内燃机7和有效连接的发电机8，该发电机构建为交流发电机。燃气发动机7通过输送管路10与燃料箱9连接。燃料箱9构建为使得其可以容纳极冷的液态气体、尤其是液态的天然气(也称为LNG(Liquid Natural Gas))。由此，燃气发动机7借助该极冷的液态气体、尤其是LNG来运行。交流发电机8产生交流电，其通过在整流模式中工作的逆变器11作为直流电通过汇流排12提供用于直流电压中间回路13。汇流排12作为实线示出。逆变器11附加地通过用虚线示出的现场总线14(其尤其是实施为CAN总线)与电子控制单元15连接。电子控制单元15能够实现功率管理和能量存储器管理。电子控制单元15例如构建为存储器可编程控制器(SPS)或者独立的计算机。电子控制单元15通过现场总线14与另外的逆变器11连接，这些逆变器分别与行驶驱动装置16之一、升降驱动装置17关联以及分别与其他辅助驱动装置18之一关联，并且由来自直流电压中间回路13的电能供电。辅助驱动装置18例如是用于跨运车1上的冷却剂泵、通风机、空调和/或加热设备的辅助马达。逆变器11相应地通过直流电压中间回路13的汇流排12相互连接。

另外，充电/放电调节器19通过直流电压中间回路13的汇流排12与逆变器11连接。充电/放电调节器19用于控制和监测能量存储器20。能量存储器20例如可以由双层电容器作为电池或者作为圆盘式存储器(Schwungscheibenspeicher)来实施。能量存储器20能够实现存储多余的电能。通过这种方式可能的是，燃气发动机7基本上以恒定的转速来运行，并且于是可以通过发电机8将基本上恒定的初级电能馈入到直流电压中间回路13中。

在图3中示出了跨运车1的一个特别有利的实施形式。由图1和图2中已知的部件具有相同的附图标记并且不再次单个地讨论。

在该实施形式中，第二机组53与热力学循环系统连接用于第一机组52的废热的后继流动。第二机组53作为ORC机实施。通过第一机组52的运行、尤其是通过燃气发动机7的运行而产生废热，其作为废热流通过点状线21示出。燃气发动机7的废热流21输送给热交换器22，该热交换器尤其是实施为蒸发器。热交换器22是热力学循环系统的一部分，尤其是闭合的燃气涡轮机循环系统的一部分，该系统另外具有：减压机23，该减压机带有有效连接的发电机24；与减压机23连接的冷凝器25，用于将工作介质液化；以及之后的输送泵26，用于将工作介质从冷凝器25输送至热交换器22。在热交换器22中，液态的工作介质由于引入的废热流21而蒸发。

在热交换器22中，液态的工作介质由于引入的废热流21而蒸发。由此，驱动减压机23，该减压机又驱动发电机24。减压机23尤其是可以构建为蒸汽螺杆马达(Dampfschraubenmotor)、叶片马达、活塞式蒸汽马达(Kolbendampfmotor)或者涡轮机。发电机24可以构建为同步发电机或者异步发电机。由发电机24产生的交变电流或者交流电流被可调节的逆变器28整流并且通过汇流排12馈送到直流中间回路13中。

冷凝器25通过输送管路10与LNG燃料箱9连接。在该有利的实施形式中，第一机组52具有燃气发动机7而不是柴油发动机，该燃气发动机借助极冷的液态气体、尤其是液态天然气(LNG)来运行。此外，LNG箱9通过输送管路10与冷凝器25连接。冷凝器25通过气体管路48与气体混合器62连接。气体混合器62通过另外的气体管路59与燃气发动机7连接。

在图3中所示的实施例能够实现将液态天然气用于在冷凝器25中使工作介质液化。在该实施形式中有利的是，液态天然气(LNG)首先作为冷却剂用于在冷凝器25中将工作流体液化。通过在冷凝器25中LNG的热吸收，LNG蒸发。冷凝器25用作蒸发器。蒸发的LNG从冷凝器25输送到气体混合器62中。气体混合器62尤其是处于燃气发动机7的吸气部分中。在气体混合器62中，蒸发的LNG与空气混合成为燃气－空气混合物。该燃气－空气混合物通过气体管路59输送给燃气发动机7用于燃烧。蒸发的LNG于是同时用作燃气发动机7的燃料。在冷凝器25中极冷的LNG的蒸发由此同时实现工作介质在ORC设备9中的冷却和液化。冷凝器25是热交换器。

特别有利的是，冷凝器中的工作介质例如由氦气和/或氮气构成，并且由此第二机组、即ORC设备9可以在闭合的燃气涡轮机循环中运行，其中工作介质作为燃气未被液化。在该情况中，替代冷凝器25设置了第二热交换器，其冷却工作介质并且由此将LNG蒸发。通过一方面在第一热交换器22中的燃气发动机7的废热21与另一方面在第二热交换器25中的极冷LNG之间的大的温差，相对于通常的大约32％的效率实现了明显更高的、优选为52％的效率。通过这种方式，进一步节省了燃料并且减少了二氧化碳(CO2)排放。

另外，可以设置油分离器27，其布置在热交换器22和减压机23之间。如果在工作介质中包含润滑剂，则该润滑剂在热交换器22之后以细微的小油滴形式存在于气态的工作介质中。在高压条件下，这些小油滴可以部分地分离。分离出的小油滴又作为润滑剂用于减压机23的润滑部位。润滑剂在高压下被输送到减压机23的润滑部位中。通过这种方式，尤其是可以省去减压机上的润滑剂泵。由此，第二机组的紧凑的结构方式是可能的。

由第二发电机24产生并且通过可调节的逆变器28馈入的次级电能优选用于行驶驱动装置16或者升降驱动装置17。可替选地可能的是，第二发电机24例如对车载电网馈送交流电用于辅助驱动装置18。为此，合适的顺序转换器(Sequenzumrichter)是必须的。可调节的逆变器28能够实现针对直流电压中间回路13将输出电压或者输出电流强度调节到所需的预定值。这些预定值优选可以由电子控制单元15预先给定，并且通过现场总线14传输给可调节的逆变器28。

图4示出了跨运车1中的电涡轮复合(Electrical Turbo Compound,ETC)系统形式的第二机组49的另外的实施形式。由前面图1至图3已知的部件具有相同的附图标记并且不再次讨论。

ETC系统基本上对应于具有高转速的发电机。在该布置中，无需带有热交换器、油分离器和输送泵的热力学循环系统，于是第二机组49的特别节省位置的结构类型是可能的。燃气发动机7的废气流21直接通过废气涡轮机50被引导，其与发电机51有效连接。可替选地，废气涡轮机50可以直接布置在燃气发动机7的未示出的废气涡轮增压机之后。在另一可替选的实施形式中，可以省去废气涡轮机50，而发电机51与废气涡轮增压机直接有效连接。通过使用可以在例如2000转/分钟至100000转/分钟的高运行转速下运行的发电机，可以省去废气涡轮机或者废气涡轮增压机的轴上的中间驱动装置。由此，第二机组49可以特别轻并且紧凑地实施。

下面借助图5进一步阐述借助功率管理软件用于控制和调节根据本实用新型的跨运车1的调节系统。尤其是集成在控制单元15中的、整体上以54表示的调节系统被通过现场总线14提供输入信号30、31、32、33以供使用。这些输入信号30、31、32、33是单个逆变器11、19和28以及第一机组52和第二机组53、49的调节电子设备的实际值。输入信号30是第一机组52的交流发电机8或者燃气发动机7的转速实际值。输入信号31是中间回路电压的实际值。信号32是第二机组53、49的馈入电流的实际值。信号33表征了可用的存储器功率。

另外，输入信号34、35和36通过现场总线14被提供。这些输入信号是预定值，其在手动运行跨运车1的情况下通过驾驶员经加速踏板和升降机构主控开关产生，或者在自动运行的情况下由车辆引导控制装置、所谓的自动驾驶仪产生。输入信号34表征行驶机构功率的预定值。输入信号35是升降机构功率的预定值，而输入信号36是辅助驱动装置的预定值。

输入信号30至36在调节系统45中被处理并且由此产生输出信号37、38、39，这些信号通过现场总线14作为预定值或者预定值边界值传输给调节电子设备、尤其是第一机组52和第二机组53、49的逆变器11的调节电子设备。输出信号37是第一机组52的发电机8和/或燃气发动机7的预定转速。输出信号38表征所需的存储器功率的预定信号。输出信号39是行驶机构的线路界限(Leitungsbegrenzung)的预定值。

优选的是，输入信号30至36和输出信号37至39通过现场总线14直接作为功率值、或者作为电压和电流来传输。可替选地可能的是，所述信号作为转速和转矩来传输，并且其在控制单元15中换算为相应的功率。为此，控制单元15具有集成的计算单元。

为了从输入信号30至36产生输出信号37至39，在调节系统54中并且尤其是在实施的功率管理软件中存储典型的、尤其是之前通过实验确定的、第一机组52和燃气发动机7的功率曲线40、41。此外，存储了发电机8的功率曲线42。功率曲线40、41、42给出了在第一机组52的功率和转速之间的关联。功率曲线40、41例如可以是燃气发动机7的最佳消耗曲线。如果这些最佳消耗曲线不是已知的，并且尤其是仅仅有燃气发动机7的生产商所公开的极限功率曲线可供使用，则这些极限功率曲线可以作为这种最佳消耗曲线在功率管理软件中实施。功率管理曲线能够实现极限功率曲线与燃气发动机7的所希望的负荷系数的匹配，以便由此计算匹配的功率曲线。

输入信号30一方面直接与燃气发动机的功率曲线41比较，该功率曲线是功率曲线40的反函数。由此得出的信号被叠加机械辅助驱动装置例如液压泵的功率43作为调节信号。由此计算出的信号是在发电机轴上的可用的机械功率44。可用的机械功率44用作针对第一机组52的发电机8的功率曲线42的、除了转速实际值30之外的另外的输入信号。由此，确定第一机组52的可用电功率45。附加地，中间回路电压31也影响与发电机8的功率曲线42的比较。中间回路电压31此外乘以第二机组53、49的馈入电流32，并且由此计算出第二机组53、49的可用的电功率46。机组52、53、49的可用的电功率45、46相加并且由此计算出直流电压中间回路13的可用的总电功率47。可用的存储器功率33加到所述可用的总电功率47上并且同时减去升降机构功率35和辅助驱动装置的功率36之和。由此，得到针对行驶机构的功率边界的完整值39。

由升降机构功率35和辅助驱动装置36的预定值与行驶机构功率的预定值34相加得到所需要的总功率48，并且输送给第一机组52的燃气发动机7的功率曲线40。同时，将与所需要的总电功率对应的总和值48与可用的总电功率47进行比较，并且由此计算出所需的存储器功率38作为输出预定信号。当行驶机构驱动装置和升降机构驱动装置同时要求峰值功率用于加速或者举升负载时，该输出预定信号38尤其是用于助推行驶机构驱动装置和升降机构驱动装置。当行驶机构马达电制动以及升降机构将负载下降时，输出预定信号38也可以用于回收制动能量。对于助推或者回收而需要的存储器功率作为输出预定信号38通过现场总线14输送给能量存储器20的充电/放电调节器19。充电/放电调节器19将能量存储器20的充电电流或者放电电流调节到如下值：该值对应于根据输出预定信号38的、直接所需的存储器功率。

由总功率信号48与燃气发动机7的功率曲线40的比较，直接计算出针对燃气发动机7的预定转速或者第一机组52的发电机8的预定转速的输出信号37。

Claims (18)

1.一种跨运车(1)，包括：

－至少一个电驱动马达(16，17，18)，以及

－第一机组(52)，用于为所述至少一个电驱动马达(16，17，18)产生初级电能，

其中所述第一机组(52)包括：

－构建为燃气发动机的内燃机(7)，以及

－与内燃机(7)连接的发电机(8)。

2.根据权利要求1所述的跨运车(1)，其特征在于，具有用于极冷的液态气体的燃料箱(9)，所述燃料箱通过输送管路(10)与热交换器(25)或者冷凝器连接。

3.根据权利要求2所述的跨运车(1)，其特征在于，所述热交换器(25)或者冷凝器通过气体管路(48，59)与该内燃机(7)连接。

4.根据上述权利要求之一所述的跨运车(1)，其特征在于，所述至少一个电驱动马达(16，17，18)构建为行驶驱动装置(16)和/或升降驱动装置(17)。

5.根据权利要求1至3之一所述的跨运车(1)，其特征在于，具有第二机组(53，49)，用于通过在产生初级电能时积累的、第一机组(52)的废热(21)的后继流动来产生次级电能。

6.根据权利要求5所述的跨运车(1)，其特征在于，具有用于将第一机组(52)的废热耦合输入到第二机组(53)中的热交换器(22)。

7.根据权利要求5所述的跨运车(1)，其特征在于，具有输送泵(26)，用于将在冷凝器(25)中凝结的、来自减压机(23)的工作介质通过冷凝器(25)输送到第二机组(53)的热交换器(22)。

8.根据权利要求7所述的跨运车(1)，其特征在于，所述第二机组(49，53)实施为闭合的燃气涡轮机循环系统，并且使用氦气和/或氮气作为工作介质。

9.根据权利要求6所述的跨运车(1)，其特征在于，具有布置在热交换器(22)和减压机(23)之间的润滑剂分离器(27)。

10.根据权利要求1至3之一所述的跨运车(1)，其特征在于，具有至少一个能量存储器(20)，用于补偿能量峰值。

11.根据权利要求10所述的跨运车(1)，其特征在于，针对能量存储器(20)分别具有充电/放电调节器(19)。

12.根据权利要求1至3之一所述的跨运车(1)，其特征在于，具有电子控制单元(15)用于控制能量流。

13.根据权利要求12所述的跨运车(1)，其特征在于，所述第一机组(52)的第一逆变器(11)通过现场总线(14)与电子控制单元(15)通信连接。

14.根据权利要求13所述的跨运车(1)，其特征在于，第二机组(53)的第二逆变器(28)通过现场总线(14)与电子控制单元(15)通信连接。

15.根据权利要求1至3之一所述的跨运车(1)，其特征在于，至少一个行驶驱动装置(16)、至少一个升降驱动装置(17)以及至少一个辅助驱动装置(18)借助现场总线(14)通信连接。

16.根据权利要求2所述的跨运车(1)，其特征在于，具有用于液态天然气的燃料箱(9)，所述燃料箱通过输送管路(10)与热交换器(25)或者冷凝器连接。

17.根据权利要求3所述的跨运车(1)，其特征在于，所述热交换器(25)或者冷 凝器通过气体管路(48，59)通过气体混合器(62)与该内燃机(7)连接。

18.根据权利要求10所述的跨运车(1)，其特征在于，所述至少一个能量存储器(20)是双层电容器、电池或者电存储器形式的能量存储器。