JP2016516264A

JP2016516264A - 加熱装置

Info

Publication number: JP2016516264A
Application number: JP2015561959A
Authority: JP
Inventors: ハンチェル、ヨッヒェン
Original assignee: AEI Power GmbH
Current assignee: AEI Power GmbH
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2016-06-02
Also published as: WO2014139601A1; US20160033169A1; EP2973931A1; DE102013102465A1

Abstract

本発明は特に、少なくとも１つの第１発熱抵抗体（１２；１２ａ、１３ａ、１４ａ）と、少なくとも１つの第１太陽光発電システム（１６；１６ａ、１７ａ、１８ａ）によって提供される電流を少なくとも第１発熱抵抗体（１２；１２ａ、１３ａ、１４ａ）に供給するために設けられた少なくとも１つの供給電子機器ユニット（２０；２０ａ）とを備えた、少なくとも１つの流体を加熱するための加熱装置に関する。供給電子機器ユニット（２０；２０ａ）は、少なくとも第１発熱抵抗体（１２；１２ａ、１３ａ、１４ａ）を少なくとも１つの動作モードでクロックに同期して作動させるために設けられる（図１）。

Description

本発明は、請求項１の前段に記載の加熱装置に関する。

加熱のための太陽光発電プラントの使用はすでに提案されている。

本発明の目的は、特に、高効率および／または低コストに関して改善された特性を有する汎用装置を利用可能にすることである。この目的は、本発明によれば、請求項１の特徴によって達成される一方、本発明の有利な実現およびさらなる展開は、従属請求項から想起することができる。

本発明は、少なくとも１つの第１発熱抵抗体により、かつ少なくとも１つの第１太陽光発電プラントによって提供される電流を少なくとも第１発熱抵抗体に供給するために設けられた少なくとも１つの供給電子機器ユニットにより、特に少なくとも１つの流体を加熱するための加熱装置に基づく。

少なくとも第１発熱抵抗体を少なくとも１つの動作モードでクロック制御により作動させるために、供給電子機器ユニットを設けることを提案する。「流体」は、特に、液体、気体、および／または好ましくは少なくとも、特に最大５ｃｍ、特に３ｃｍ以下、有利には最大１ｃｍ、好ましくは０．５ｃｍ以下の粒径を持つ流動性バルク材と理解される。代替的に、または追加的に、特に少なくとも１つの動作状態で液体である潜熱蓄熱材を加熱するために、少なくとも第１発熱抵抗体を設けることが考えられる。さらに、特に少なくとも１つの特に蓄熱用の岩石および／または鉱物塊として具現化される、少なくとも１つの固形物を加熱するために、発熱抵抗体を設けることが考えられる。「発熱抵抗体」は特に、電気エネルギを少なくとも７０％まで、特に少なくとも９０％まで、有利には少なくとも９５％まで、好ましくは少なくとも９９％まで熱に変換するために設けられたユニットと理解される。特に、発熱抵抗体は少なくとも１つの電気部品によって、特に、好ましくは並列および／または直列に永久接続された１群の電気部品によって実現される。特に、電気部品の少なくとも１つは、好ましくは金属オーミック抵抗器として実現される。代替的に、または追加的に、電気部品の少なくとも１つは、特に制御可能な抵抗を持つ半導体部品として実現されることが考えられる。特に、発熱抵抗体の少なくとも１つの電気部品は、特に金属製の好ましくは筒状のスリーブ本体によって包囲され、このスリーブ本体は、特に熱伝導および／または熱放射を介して発熱抵抗体と加熱対象の媒体、特に流体との間の熱的接触を確立するために設けることが有利である。特に、発熱抵抗体はコイル加熱装置を実現する。特に、電気部品とスリーブ本体との間に、少なくとも１つの電気的に絶縁する、有利には高熱伝導性の、好ましくはセラミック材料が配設される。特に、電気部品の少なくとも１つはセラミック担体の周りに巻き付けられ、それは、加熱対象の媒体に対する境界を形成しかつ中空体として具現化されるスリーブ本体内に挿入され、そこで電気部品とスリーブ本体との間に空隙が維持され、その結果、実質的に熱放射を介して熱伝達が起きる。特に、加熱装置は流体容器および／または流体導通要素を備え、その中に発熱抵抗体が突出し、かつ／またはそこを発熱抵抗体が通過する。代替的に、発熱抵抗体は流体容器および／または流体導通要素の壁を形成することが考えられる。特に、供給電子機器ユニットは、太陽光発電プラントに接続されるように設けられる少なくとも１つの電力インタフェースを含む。供給電子機器ユニットは、少なくとも発熱抵抗体の動作を制御および／または調整するために設けられた少なくとも１つの制御ユニットを含むことが好ましい。「太陽光発電プラント」では、特にユニットは光、特に太陽光を直接、電気エネルギに変換するために設けられるユニットと理解される。特に、太陽光発電プラントは、光起電力セル、保護スリーブ、キャリア要素、および／または接続ケーブルだけで具現化される。「クロック同期動作」とは特に、１００Ｈｚを超え、特に１ｋＨｚを超え、有利には１０ｋＨｚを超え、好ましくは２０ｋＨｚを超える周波数で、および／または最大１００ｋＨｚ、特に６０ｋＨｚ以下、有利には最大４０ｋＨｚの周波数で、特に周期的に、発熱抵抗体が太陽光発電プラントに繰返し接続される動作モードと理解される。特に、供給電子機器ユニットは少なくとも１つのスイッチング素子を含み、それは、太陽光発電プラントおよび発熱抵抗体との直列接続回路に配設され、かつクロック同期動作を発生させるために制御ユニットによって制御されることが有利であり、特に半導体スイッチング素子として、好ましくはパワーＭＯＳＦＥＴおよび／またはパワーＩＧＢＴとして、代替的に、電気機械式スイッチング素子として、特にリレーとして実現される。優先的に、供給電子機器ユニットはさらに、発熱抵抗体が太陽光発電プラントに連続的に接続される少なくとも１つの動作モードを含む。「設けられる」とは特に、具体的にはプログラムされ、設計され、かつ／または装備されることを意味する。物体が特定の機能のために設けられるとは、特に、物体が前記特定の機能を少なくとも１つの適用状態および／または動作状態で達成かつ／または実行すると理解される。特に部品の節約のため、特に高レベルの効率および／または低コストが達成可能である。

また、少なくとも第１発熱抵抗体を少なくとも１つの動作モードで、１ｋＨｚから１００ｋＨｚの間の周波数で、特に１０ｋＨｚから７０ｋＨｚの間の周波数で、有利には２０ｋＨｚから５０ｋＨｚの間の周波数で、好ましくは３０ｋＨｚから４０ｋＨｚの間の周波数で作動させるために、供給電子機器ユニットを設けることも提案する。特に、高レベルの効率が達成可能である。特に、太陽光発電プラントに対する略一定の負荷で、低いスイッチング損失が達成可能である。特に、少数の部品で、コスト競争力のあるかつ／または容易な実現を達成することができる。

さらに、発熱抵抗体における電力低下を設定するために、第１発熱抵抗体の少なくともクロック同期動作のデューティサイクルを適応させるために、供給電子機器ユニットを設けることを提案する。「クロック同期動作のデューティサイクル」とは特に、制御信号の、特に制御電圧のデューティサイクルを意味し、それによって、制御ユニットは、発熱抵抗体を太陽光発電プラントに接続するためにスイッチング素子を制御する。特に、単純な制御が達成可能である。

さらに、第１発熱抵抗体における電力低下を最適化することを目的として、第１発熱抵抗体の少なくともクロック同期動作のデューティサイクルを変化させるために、供給電子機器ユニットを設けることを提案する。特に、供給電子機器ユニットは少なくとも１つの電圧制御ループを含み、所与の公称電圧と測定された実際の電圧との間の電圧差をクロック同期動作のデューティサイクルに変換するために、電圧制御ループを設けることが有利である。特に、供給電子機器ユニットは、規則的および／または不規則な間隔で、１回の変動ステップで、公称電圧および／またはクロック同期動作のデューティサイクルを特定の量だけ変化させ、その結果得られた発熱抵抗体を介する電力出力を変化前に測定された値と比較するために設けられ、より高い電力出力を生じた公称電圧および／またはデューティサイクルが継続される。特に、前回の変動ステップで、公称電圧を増加しかつ／またはデューティサイクルを低下することによって、電力増加を達成することができた場合、あるいは公称電圧を低下しかつ／またはデューティサイクルを増加することによって、電力の増加を達成することができなかった場合、１回の変動ステップで、公称電圧は増加され、かつ／またはデューティサイクルは低下される。特に、前回の変動ステップで、公称電圧を低下することによって、かつ／またはデューティサイクルを増加することによって、電力増加を達成することができた場合、あるいは公称電圧を増加しかつ／またはデューティサイクルを低下することによって電力増加を達成することができなかった場合、１回の変動ステップで、公称電圧は低下され、かつ／またはデューティサイクルは増加される。電力出力が発熱抵抗体の公称電力に達した場合、電力出力が公称電力より降下するまで、公称電圧および／またはデューティサイクルの変化量を設定するために制御ユニットを設けることが有利である。特に単純な制御が達成可能である。代替的に、少なくとも太陽光発電プラントの測定電圧パラメータおよび電流パラメータに基づいて、かつ／または当業者によって適切と思われる他の測定パラメータに基づいて、理想的な公称電圧および／または理想的なデューティサイクルを算出する実現例、または当業者によって適切と思われる代替的変動方法を適用する実現例が考えられる。

さらに、供給電子機器ユニットは、第１発熱抵抗体に割り当てられかつ太陽光発電プラントのエネルギを少なくとも中間貯蔵するために設けられた、少なくとも１つの緩衝容量を含むことを提案する。特に、緩衝容量は少なくとも１つのコンデンサによって具現化される。特に、発熱抵抗体が短時間太陽光発電プラントに接続されない状態で、太陽光発電プラントによって供給されるエネルギを利用することができるので、高レベルの効率が達成可能である。特に、高いエネルギ収量が達成可能である。

さらに、特に、発熱抵抗体を介して出力される電力を決定するために、緩衝容量における電力を測定し、特にそれだけを測定するために、供給電子機器ユニットを設けることを提案する。特に、供給電子機器ユニットは、緩衝容量における電圧低下を測定する少なくとも１つの電圧センサを含む。特に、制御ユニットは、特に発熱抵抗体が太陽光発電プラントに接続されている間だけ緩衝容量における電圧特性の、クロック同期動作の既知のデューティサイクルの、および発熱抵抗体のオーミック抵抗の少なくとも実質的に既知の値の発熱抵抗体に出力される電力を、少なくとも１つの電圧測定値に応じて計算するために設けられる。特に、部品の節約、手間のかからない測定および／または高い効率を達成することができる。代替的に、特に、発熱抵抗体を流れる電流を測定するだけのために、供給電子機器ユニットを設けることが考えられる。

供給電子機器ユニットは、少なくとも緩衝容量に印加される平均電圧に応じて、特に、この平均電圧に基づいて算出された電力出力に応じて、クロック同期動作のデューティサイクルを選択するために設けることが有利である。「平均電圧」は特に、発熱抵抗体が太陽光発電プラントに接続されている期間全体で平均され、特に二次平均された電圧を意味する。特に、改善された測定精度が達成可能である。特に、部品を節約することができ、特に、発熱抵抗体を流れる電流を測定するための電流センサを少なくとも省くことができる。

発熱抵抗体は、供給電子機器ユニットの緩衝容量に直接接続されることが有利である。発熱抵抗体が緩衝容量に「直接」接続されるとは、特に、少なくとも発熱抵抗体が太陽光発電プラントに接続されている状態で、発熱抵抗体が、少なくとも実質的に純粋なオーミック素子、特に単なる電気接続線および／またはスイッチング素子を介するだけで、緩衝容量と直列に接続されることと理解される。特に追加的な変換器段が省かれるので、特に、高レベルの効率および／または部品のかなりの節約を達成することができる。

緩衝容量は、太陽光発電プラントに直接接続されるように設けることが有利である。太陽光発電プラントを接続するための電力インタフェースと緩衝容量との間で、特に、少なくとも実質的なオーミック素子だけ、特に電気接続線および／またはスイッチング素子だけが、緩衝容量と直列に接続される。特に追加的な変換器段が省かれるので、高レベルの効率および／または部品のかなりの節約を達成することができる。

少なくとも１つの動作モードにおけるクロック同期動作の周波数を変更するために、供給電子機器ユニットを設けることも提案する。供給電子機器ユニットは、特に、太陽光発電プラントから回収可能な電力に応じてクロック同期動作の周波数を変動するために設けられる。特に、供給電子機器ユニットは、発熱抵抗体を介して出力される電力が発熱抵抗体の公称電力の最大５０％、特に３０％以下、有利には最大２０％、好ましくは１０％以下に対応する動作状態で、通常は公称電力の５０％を超える電力に対して適用されるクロック同期動作の周波数を、特に２分の１、３分の１、および／または４分の１に、有利には互い違いに低減させるために設けられる。特にスイッチング損失を低減することができるので、特に高度の効率が達成可能である。さらに、調波スペクトル、および／または特に太陽光発電プラントから放射されかつ／または太陽光発電プラント内に再移送される調波スペクトルを低減させる目的で、少なくとも１ｋＨｚ、特に少なくとも３ｋＨｚ、有利には少なくとも８ｋＨｚの幅を有する範囲で、および／または最大２０ｋＨｚ、有利には１３ｋＨｚ以下の幅を有する範囲で、特に周期的にかつ／または線形的に、代替的に、不規則にかつ／またはランダムに、クロック同期動作の周波数を変化させるために、供給電子機器ユニットを設けることを提案する。

また、供給電子機器ユニットは、電気アークに典型的な挙動を推定する目的で、太陽光発電プラントから回収される電流の周波数を解析するために設けられた少なくとも１つのセンサユニットを含むことも提案される。特に、センサユニットは電力を決定するために設けられた電圧センサによって具現化され、そこでは、特に、電圧センサの測定信号からクロック同期動作の実際の周波数をフィルタリングするために、制御電子機器ユニットが設けられる。代替的に、供給電子機器ユニットは、改善された測定精度を達成する目的で、追加のセンサ、特に電力インタフェースの電流を測定するための電流センサを含むことが考えられる。特に、クロック同期動作の周波数とは異なる１０ｋＨｚから３０ｋＨｚの間の周波数は、電気アークに典型的な挙動を表しており、アークは太陽光発電プラント、特に光起電力セルの接続コンタクトで発生し、前記接続コンタクトは特にプラグコンタクトとして具現化される。供給電子機器ユニットは特に、アークを消弧しかつ／または少なくとも警告メッセージを出す目的で、電気アークに典型的な挙動が検出された場合に、発熱抵抗体の動作を少なくとも短時間中断するために設けられる。特に、供給電子機器ユニットは、少なくとも電気アークに典型的な挙動が繰返し発生する場合に、保守対策が完了するまで動作を停止するために設けられる。特に、接続された太陽光発電プラントの高度の安全性および／または長い実用寿命を達成することができる。

供給電子機器ユニットは少なくとも１つの温度センサを含むことを提案することが有利である。優先的に、温度センサは少なくとも、加熱対象媒体の近くに、有利にはそれが加熱対象媒体によって取り囲まれるように、配置される。特に、温度センサは発熱抵抗体のスリーブ内に組み込まれる。代替的に、または追加的に、温度センサは別個に配置することが考えられる。特に安全性の強化が達成可能である。特に、供給電子機器ユニットは、温度センサを介して制限温度を超えた場合に、少なくとも第１発熱抵抗体の動作を少なくとも縮減し、かつ／または停止するために設けられる。特に安全性の強化が達成可能である。特に、高度の快適性が達成可能である。

さらに、加熱装置は、発熱抵抗体を通って加熱対象流体を輸送するように設けられた流体輸送ユニットであって、特に温度センサに依存して、供給電子機器ユニットによって制御、かつ／またはエネルギ供給される少なくとも１つの流体輸送ユニットを含むことが提案される。特に、流体輸送ユニットは流体を発熱抵抗体に供給するために設けられる。特に、流体輸送ユニットは流体の移動を強化するために設けられる。特に、流体輸送ユニットは少なくともポンプ、換気装置、および／またはスクリューコンベアを含む。特に、供給電子機器ユニットは、温度センサによって測定される温度が少なくとも略一定に維持され、かつ／または特にオペレータによって設定された値に一致するように、流体輸送ユニットの吐出量を調整するために設けられる。特に、供給電子機器ユニットは、太陽光発電プラントによって供給されるエネルギを流体輸送ユニットによって要求される形に変換するために設けられる、少なくとも１つの電圧変換器および／または周波数変換器を含む。代替的に、流体輸送ユニットに別個の系統連系を介して供給することが考えられ、その場合、流体輸送ユニットは好ましくは少なくとも１つの調整インタフェースを含み、それを介して供給電子機器ユニットの制御ユニットは吐出量および／または吐出速度を設定することができる。特に、高品質が達成可能である。

さらに、供給電子機器ユニットは、１つの発熱抵抗体の少なくともクロック同期動作を制御する制御ユニットの少なくとも運用性を監視するために設けられた監視ユニットを含むことが提案される。特に、監視ユニットは少なくとも１つの別個の温度センサを含み、制限温度を超えた場合に、好ましくは冗長的に、発熱抵抗体と太陽光発電プラントとの間の接続を中断するために設けられる。過熱は特に制御ユニットの誤動作、第１センサの誤動作、および／またはスイッチング素子の誤動作によって生じることがある。特に、監視ユニットは、発熱抵抗体と電力インタフェースとの間に直列に接続された別個のスイッチング素子を含む。特に、監視ユニットおよび制御ユニットは各々、制御ユニットの少なくとも運用性を実現するために、少なくとも１つの連通入口を含む。好ましくは、制御ユニットは、連通入口を介して、監視ユニットの運用性を実行するために設けられる。特に、制御ユニットおよび監視ユニットは、両ユニットの運用性が確保されている場合にだけ、発熱抵抗体に電流を通すことができるように一緒に設けられる。特に過熱および／またはその後の損傷を防止する、特に高度の安全性が達成可能である。

さらに、供給電子機器ユニットの制御電子機器ユニットは太陽光発電プラントによってエネルギ供給されるように設けられることを提案する。特に、供給電子機器ユニットは、太陽光発電プラントによって供給されるエネルギを、制御電子機器ユニット、特に少なくとも制御ユニット、監視ユニット、および／または少なくとも１つのセンサによって要求される形に変換するために設けられた、少なくとも１つの電圧変換器、および／または周波数変換器を含む。制御電子機器ユニットは特に、充分な量のエネルギが利用可能である場合にだけ活動するので、特に高レベルの自立が達成可能である。

さらなる利点は、図面についての以下の説明から集めることができる。図面には、本発明の２つの例示的実施形態を示す。図面、説明、および請求項は、組み合わされた複数の特徴を含む。当業者は意図的に特徴を別々に考察し、さらなる好都合な組合せを見出すであろう。

一定温度の流体の流れを生成するための本発明に係る加熱装置。クロック同期動作の例示的プロセス。複数の太陽光発電プラントに接続されるように設けられた、本発明に係る代替的加熱装置。

図１は、加熱装置１０と第１太陽光発電プラント１６とを備えたシステム１１を示す。加熱装置１０は、バルク材として具現化される流体を加熱および乾燥するために設けられ、第１発熱抵抗体１２と、第１太陽光発電プラント１６によって提供される電流を第１発熱抵抗体１２に供給するために設けられた供給電子機器ユニット２０とを含む。供給電子機器ユニット２０は、第１発熱抵抗体１２を異なる動作モードでクロック同期して動作させるために設けられる。

供給電子機器ユニット２０は、第１発熱抵抗体１２に割り当てられ、かつ太陽光発電プラント１６からのエネルギを中間貯蔵するために設けられた、緩衝容量２２を含む。供給電子機器ユニット２０は、太陽光発電プラント１６に接続された第１電力インタフェース３６を含む。緩衝容量２２は、太陽光発電プラント１６に直接接続されるように設けられる。緩衝容量２２は電力インタフェース３６に直接接続される。発熱抵抗体１２は供給電子機器ユニット２０の緩衝容量２２に直接接続される。

供給電子機器ユニット２０はさらに、太陽光発電プラント１６が接地構成または非接地構成のどちらで動作するかを決定するように設けられた絶縁測定ユニット２５を含む。絶縁測定ユニット２５は電力インタフェース３６の極間に接続される。絶縁ユニット２５は、第１状態で電圧を半分に分割するように働きかつ第２状態で電圧を非対称に分割するように働く分圧器を含み、接地電位に対する高度オーミック抵抗器の両端の電圧が分圧器の中心タップで測定される。測定が両方の状態で低すぎるブリーダ抵抗を示した場合、警告メッセージが発信される。

供給電子機器ユニット２０は、発熱抵抗体１２の動作を制御しかつ調整する制御ユニット４０を含む。供給電子機器ユニット２０は、半導体スイッチング素子として具現化されかつ発熱抵抗体１２および緩衝容量２２およびしたがって太陽光発電プラント１６と直列に配設される、第１スイッチング素子４２を含む。供給電子機器ユニット２０は、太陽光発電プラント１６との接続の解放により発生しかつおそらく発熱抵抗体１２またはその接続線の既存の自己インダクタンスによって生じた電圧および電流を放出するために設けられた、フライバックダイオード３２を含む。供給電子機器ユニット２０は、緩衝容量２２における電圧Ｕ_Ｐを測定する電圧センサ２６を含む。

供給電子機器ユニット２０は、制御ユニット４０の少なくとも運用性を監視するために設けられた監視ユニット４５を含む。監視ユニット４５は第１温度センサ４９を含む。温度センサ４９は、発熱抵抗体１２の近傍範囲の流体の温度を測定するために設けられる。監視ユニット４５は、第１発熱抵抗体１２の近傍範囲に配設された第１温度センサ４９を介して、制限温度を超えた場合に、第１発熱抵抗体１２の動作を停止するために設けられる。監視ユニット４５は、発熱抵抗体１２と太陽光発電プラント１６または緩衝容量２２との間の接続を中断するために設けられた第２スイッチング素子４６を含む。第２スイッチング素子４６は、発熱抵抗体１２および緩衝容量２２または太陽光発電プラント１６と直列に配設される。監視ユニット４５が制御ユニット４０の運用性を明示し、かつ第１温度センサ４９を介して制限温度未満の温度を検出すると、監視ユニット４５は第２スイッチング素子４６のスイッチングを開始し、その結果、発熱抵抗体１２の太陽光発電プラント１６への接続を阻止するものは無くなる。第２スイッチング素子４６はリレーとして具現化されるが、代替的に、半導体スイッチング素子として具現化することもできる。さらに、代替的に、第２スイッチング素子は、第１スイッチング素子の制御信号Ｕ_Ｓを中断するように設けることも考えられる。

制御ユニット４０は第２温度センサ４１を含む。さらに、加熱装置１０は、発熱抵抗体１２を通って加熱対象流体を輸送するように設けられた流体輸送ユニット５０を含み、それは供給電子機器ユニット２０によって制御され、かつ供給される。流体輸送ユニット５０の吐出量は、輸送方向に見て発熱抵抗体１２の下流に配設された第２温度センサ４１によって測定された温度が、事前設定された値に維持されるように、制御ユニット４０によって調整される。流体輸送ユニット５０は、流体を輸送するためのスクリューコンベアとして具現化された駆動ユニット５２を含む。供給電子機器ユニット２０は、太陽光発電プラント１６から駆動ユニット５２にエネルギ供給するように設けられた電圧変換器５４を含む。制御電子機器ユニット、すなわち制御ユニット４０、監視ユニット４５、温度センサ４１、４９、および電圧センサ２６は、太陽光発電プラント１６から供給電子機器ユニット２０の電圧変換器２１を介してエネルギ供給される。代替実施形態では、駆動ユニットはコンベアベルトとして具現化され、発熱抵抗体は例えば、コンベアベルトの上に配設された放熱器として具現化されることが考えられる。しかし、液体、特に水用の連続流れ加熱器としての実現も考えられる。

制御ユニット４０が監視ユニット４５の運用性を明示すると、制御ユニット４０は、第１スイッチング素子４２を制御するための制御信号Ｕ_Ｓを生成する。制御信号Ｕ_Ｓのデューティサイクルｔ／Ｔはここでは繰返し決定される。

供給電子機器ユニット２０は、総間隔Ｔの接続期ｔに電圧センサ２６を介して測定された緩衝容量２２における電圧Ｕ_Ｐに基づいて、平均電圧Ｕ_Ｍを決定する（図２）。次いで、発熱抵抗体１２における電力Ｐの低下が制御ユニット４０によって、次式に従って計算される。

式中、Ｒは発熱抵抗体１２のオーミック抵抗に対応する。供給電子機器ユニット２０は、発熱抵抗体１２における電力Ｐの低下を設定する目的で、第１発熱抵抗体１２のクロック同期動作のデューティサイクルｔ／Ｔを適応させるために設けられる。クロック同期動作のデューティサイクルｔ／Ｔはここでは、電力低下Ｐを最大化する目的で、緩衝容量２２および／または電力インタフェース３６に印加される電圧を公称電圧に調整するために設けられた電圧調整器の公称電圧の変化を介して間接的に変化する。利用可能な電力が公称電力を超えると、最大可能なデューティサイクルで公称電力が達成されるように、デューティサイクルｔ／Ｔは低減される。デューティサイクルｔ／Ｔはしたがって、緩衝容量２２に対して印加される平均電圧Ｕ_Ｍに応じて選択される。

供給電子機器ユニット２０は、３０ｋＨｚから５０ｋＨｚの間で変化する周波数で、太陽光発電プラント１６から回収可能な電力が発熱抵抗体１２の公称電力の少なくとも１０％に達する動作モードで、発熱抵抗体１２をクロック同期して作動させるように設けられる。回収可能な電力が公称電力の１０％未満に低下した動作モードでは、供給電子機器ユニット２０は、１５ｋＨｚから２５ｋＨｚの間で変化する周波数でクロック同期して発熱抵抗体１２を作動させるように設けられる。回収可能な電力が公称電力の約１００％に達する動作モードでは、供給電子機器ユニット２０は発熱抵抗体１２を連続的に作動させるように設けられる。

電圧センサ２６は、太陽光発電プラント１６から回収される電流の周波数を解析するために、供給電子機器ユニット２０によって使用される。ここで、電圧センサ２６の信号は、クロック同期動作の実際の周波数をフィルタリングすることによって補正される。１０ｋＨｚから３０ｋＨｚの範囲の優位周波数が依然として存在する場合、太陽光発電プラント１６の電気アークに典型的な挙動が推定され、発熱抵抗体１２の動作は数秒間中断される。

図３に、本発明のさらなる例示的実施形態を示す。以下の説明および図面は、例示的実施形態間の相違点に実質的に限られる。主に他の例示的実施形態の図面および／または説明、特に図１および図２は、特に、同一参照番号を有する構造部品に関して言及される。例示的実施形態を区別する目的で、図３の例示的実施形態の参照番号には文字ａが追加される。

図３は、加熱装置１０ａと、第１、第２、および第３太陽光発電プラント１６ａ、１７ａ、１８ａとを備えたシステム１１ａを示す。加熱装置１０ａは温水ボイラーとして具現化され、水を加熱するために第１発熱抵抗体１２ａ、第２発熱抵抗体１３ａ、および第３発熱抵抗体１４ａを含む。加熱装置１０ａは、太陽光発電プラント１６ａ、１７ａ、１８ａの厳密に１つによって提供される電流および電圧をそれぞれ発熱抵抗体１２ａ、１３ａ、１４ａに供給するために設けられた、供給電子機器ユニット２０ａを含む。供給電子機器ユニット２０ａは、発熱抵抗体１２ａ、１３ａ、１４ａを複数の動作モードでクロック同期して作動させるために設けられる。

発熱抵抗体１２ａ、１３ａ、１４ａの各々に対し、供給電子機器ユニット２０ａは、それぞれの発熱抵抗体１２ａ、１３ａ、１４ａが直接接続された別々の緩衝容量２２ａ、２３ａ、２４ａを含む。さらに、供給電子機器ユニット２０ａは、太陽光発電プラント１６ａ、１７ａ、１８ａの１つにそれぞれ接続されるように設けられかつ割り当てられたそれぞれの緩衝容量２２ａ、２３ａ、２４ａにそれぞれ直接接続された、３つの電力インタフェース３６ａ、３７ａ、３８ａを含み、その結果、緩衝容量２２ａ、２３ａ、２４ａはそれぞれの太陽光発電プラント１６ａ、１７ａ、１８ａからのエネルギの中間貯蔵を実現する。電力インタフェース３６ａ、３７ａ、３８ａは共用コンタクトを有する。供給電子機器ユニット２０ａは、それぞれの緩衝容量２２ａ、２３ａ、２４ａに割り当てられた電圧センサ２６ａ、２７ａ、２８ａを含む。

ノイズの発生を防止するために、発熱抵抗体１２ａ、１３ａ、１４ａは同一周波数で作動する。発熱抵抗体１２ａ、１３ａ、１４ａにおける電力低下を設定するために、発熱抵抗体１２ａ、１３ａ、１４ａのクロック同期動作のデューティサイクルは、それぞれの発熱抵抗体１２ａ、１３ａ、１４ａにおける電力低下の最大化を達成するために別々に変化する。発熱抵抗体１２ａ、１３ａ、１４ａは、単一の容器内の流体または固形物を加熱するように働く。

供給電子機器ユニット２０ａは、発熱抵抗体１２ａ、１３ａ、１４ａのクロック同期動作を制御する制御ユニット４０ａの運用性を少なくとも監視するために設けられた監視ユニット４５ａを含む。

制御ユニット４０ａは第１温度センサ４１ａを含む。第１温度センサ４１ａは、容器内の流体および／または固形物の温度を監視するように働く。制御ユニット４０ａは、第１温度センサ４１ａを介して、第１制限温度を超えた場合に、発熱抵抗体１２ａ、１３ａ、１４ａの動作を停止または少なくとも低減するために設けられる。監視ユニット４５ａは第２温度センサ４９ａを含む。第２温度センサ４９ａはまた、容器内の流体および／または固形物の温度を監視するためにも働く。監視ユニット４５ａは、第２温度センサ４９ａを介して、第１制限温度よりわずかに高い第２制限温度を超えた場合に、発熱抵抗体１２ａ、１３ａ、１４ａの動作を停止するために設けられる。

供給電子機器ユニット２０ａは、発熱抵抗体１２ａ、１３ａ、１４ａの厳密に１つと、かつ緩衝容量２２ａ、２３ａ、２４ａの厳密に１つと、およびしたがって太陽光発電プラント１６ａ、１７ａ、１８ａの厳密に１つとそれぞれ直列に配設された第１、第３、および第５スイッチング素子４２ａ、４３ａ、４４ａを含む。第１、第３、および第５スイッチング素子４２ａ、４３ａ、４４ａの各々はそれぞれ、ＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴとして具現化される。第１、第３、および第５スイッチング素子４２ａ、４３ａ、４４ａは、発熱抵抗体１２ａ、１３ａ、１４ａをクロック同期して作動させるために、１５ｋＨｚから５０ｋＨｚの間の周波数のクロック制御信号を用いて、制御ユニット４０ａによって制御される。フライバックダイオード３２ａ、３３ａ、３４ａは、発熱抵抗体１２ａ、１３ａ、１４ａの各々と並列に接続される。

監視ユニット４５ａはさらに、第２温度センサ４９ａによって過熱が検出された場合、または制御ユニット４０ａの誤動作が検出された場合に、発熱抵抗体１２ａ、１３ａ、１４ａの動作を防止するためにそれぞれ設けられた３つのスイッチング素子４６ａ、４７ａ、４８ａを含む。第２、第４、および第６スイッチング素子４６ａ、４７ａ、４８ａはそれぞれ、発熱抵抗体１２ａ、１３ａ、１４ａの厳密に１つ、および緩衝容量２２ａ、２３ａ、２４ａの厳密に１つ、およびしたがって太陽光発電プラント１６ａ、１７ａ、１８ａの厳密に１つと直列に配設される。

代替的に、異なる数の発熱抵抗体および／または太陽光発電プラントを持つ実現が考えられる。さらに、監視ユニットは、全ての発熱抵抗体ならびに第１、第３、および第５スイッチング素子の各々に対して直列に配設された１つだけの単一スイッチング素子を含むことが考えられる。

さらに、利用可能な電力に適応された複数の発熱抵抗体を相互に選択的に直列に接続することのできる実現、および直列に接続される発熱抵抗体のこの選択を、並列に接続された１つまたは幾つかの太陽光発電プラントに接続することができ、その結果、特にスイッチング損失の低減のため、効率の向上が達成可能な実現が考えられる。

１０…加熱装置
１１…システム
１２…発熱抵抗体
１３…発熱抵抗体
１４…発熱抵抗体
１６…太陽光発電プラント
１７…太陽光発電プラント
１８…太陽光発電プラント
２０…供給電子機器ユニット
２１…電圧変換器
２２…緩衝容量
２３…緩衝容量
２４…緩衝容量
２５…絶縁測定ユニット
２６…電圧センサ
２７…電圧センサ
２８…電圧センサ
３２…フライバックダイオード
３３…フライバックダイオード
３４…フライバックダイオード
３６…電力インタフェース
３７…電力インタフェース
３８…電力インタフェース
４０…制御ユニット
４１…温度センサ
４２…スイッチング素子
４３…スイッチング素子
４４…スイッチング素子
４５…監視ユニット
４６…スイッチング素子
４７…スイッチング素子
４８…スイッチング素子
４９…温度センサ
５０…流体輸送ユニット
５２…駆動ユニット
５４…電圧変換器
Ｔ…総間隔
Ｕ_Ｍ…平均電圧
Ｕ_Ｐ…電圧
Ｕ_Ｓ…制御信号
ｔ…接続期

Claims

少なくとも１つの第１発熱抵抗体（１２；１２ａ、１３ａ、１４ａ）と、少なくとも１つの第１太陽光発電プラント（１６；１６ａ、１７ａ、１８ａ）によって提供される電流を少なくとも前記第１発熱抵抗体（１２；１２ａ、１３ａ、１４ａ）に供給するために設けられた少なくとも１つの供給電子機器ユニット（２０；２０ａ）とを備え、特に少なくとも１つの流体を加熱するための加熱装置であって、
前記供給電子機器ユニット（２０；２０ａ）は、少なくとも前記第１発熱抵抗体（１２；１２ａ、１３ａ、１４ａ）を少なくとも１つの動作モードでクロック同期して作動させるために設けられている、加熱装置。
前記供給電子機器ユニット（２０；２０ａ）は、少なくとも前記第１発熱抵抗体（１２；１２ａ、１３ａ、１４ａ）を少なくとも１つの動作モードで１ｋＨｚから１００ｋＨｚの間の周波数で作動させるために設けられている、請求項１に記載の加熱装置。
前記供給電子機器ユニット（２０；２０ａ）は、発熱抵抗体（１２；１２ａ、１３ａ、１４ａ）における電力低下を設定するため、クロック同期動作のデューティサイクルを適応させるために設けられている、請求項１および２のうちいずれか一項に記載の加熱装置。
前記供給電子機器ユニット（２０；２０ａ）は、前記第１発熱抵抗体（１２；１２ａ、１３ａ、１４ａ）における電力低下を最適化するため、少なくとも前記第１発熱抵抗体（１２；１２ａ、１３ａ、１４ａ）のクロック同期動作のデューティサイクルを変化させるために設けられている、請求項３に記載の加熱装置。
前記供給電子機器ユニット（２０；２０ａ）は、前記第１発熱抵抗体（１２；１２ａ、１３ａ、１４ａ）に割り当てられかつ太陽光発電プラント（１６；１６ａ、１７ａ、１８ａ）からのエネルギを少なくとも中間貯蔵するために設けられた少なくとも１つの緩衝容量（２２；２２ａ、２３ａ、２４ａ）を含む、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の加熱装置。
前記供給電子機器ユニット（２０；２０ａ）は、前記緩衝容量（２２；２２ａ、２３ａ、２４ａ）における電圧を測定して前記発熱抵抗体（１２；１２ａ、１３ａ、１４ａ）における電力低下を決定するために設けられている、請求項５に記載の加熱装置。
前記供給電子機器ユニット（２０、２０ａ）は、少なくとも緩衝容量（２２；２２ａ、２３ａ、２４ａ）に印加される平均電圧に応じてクロック同期動作のデューティサイクルを選択するために設けられている、請求項４および６のうちいずれか一項に記載の加熱装置。
前記発熱抵抗体（１２；１２ａ、１３ａ、１４ａ）は、前記供給電子機器ユニット（２０；２０ａ）の緩衝容量（２２；２２ａ、２３ａ、２４ａ）に直接接続されている、少なくとも請求項５に記載の加熱装置。
前記緩衝容量（２２；２２ａ、２３ａ、２４ａ）は、前記太陽光発電プラント（１６；１６ａ、１７ａ、１８ａ）に直接接続されるために設けられている、少なくとも請求項５に記載の加熱装置。
前記供給電子機器ユニット（２０；２０ａ）は、クロック同期動作の周波数を変化させるために設けられている、請求項１〜９のうちいずれか一項に記載の加熱装置。
前記供給電子機器ユニット（２０；２０ａ）は、前記太陽光発電プラント（１６、１６ａ、１７ａ、１８ａ）から回収可能な電力に応じてクロック同期動作の周波数を変化させるために設けられている、請求項１０に記載の加熱装置。
前記供給電子機器ユニット（２０；２０ａ）は、電気アークに典型的な挙動を推定する目的で太陽光発電プラント（１６；１６ａ、１７ａ、１８ａ）から回収される電流の周波数を解析するために設けられた少なくとも１つのセンサユニットを含む、請求項１〜１１のうちいずれか一項に記載の加熱装置。
前記供給電子機器ユニット（２０；２０ａ）は、少なくとも１つの温度センサ（４１、４９；４１ａ、４９ａ）を含む、請求項１〜１２のうちいずれか一項に記載の加熱装置。
前記供給電子機器ユニット（２０；２０ａ）は、温度センサ（４９；４１ａ；４９ａ）を介して、制限温度を超える場合に少なくとも前記第１発熱抵抗体（１２；１２ａ、１３ａ、１４ａ）の動作を少なくとも縮減するために設けられている、請求項１３に記載の加熱装置。
発熱抵抗体（１２）を通って加熱対象流体を輸送するために設けられ、かつ前記供給電子機器ユニット（２０）によって制御されかつ／または供給される流体輸送ユニット（５０）を含む、少なくとも請求項１３に記載の加熱装置。
前記供給電子機器ユニット（２０；２０ａ）は、少なくとも１つの発熱抵抗体（１２；１２ａ、１３ａ、１４ａ）のクロック同期動作を制御する制御ユニット（４０；４０ａ）の少なくとも運用性を監視するために設けられた監視ユニット（４５；４５ａ）を含む、請求項１〜１５のうちいずれか一項に記載の加熱装置。
前記供給電子機器ユニット（２０；２０ａ）の制御電子機器ユニットは、太陽光発電プラント（１６；１６ａ、１７ａ、１８ａ）によってエネルギ供給されるように設けられた、請求項１〜１６のうちいずれか一項に記載の加熱装置。
請求項１〜１７のうちいずれか一項に記載の加熱装置（１０；１０ａ）を作動させるための方法。
太陽光発電プラント（１６；１６ａ、１７ａ、１８ａ）および請求項１〜１７のうちいずれか一項に記載の加熱装置（１０；１０ａ）を備えたシステム。