用于无线设备的集成热电发生器制造技术

一种用于无线设备的集成热电发生器。由第一过程部件、部分由第一过程部件内的第一腔形成的第一热管、以及热电发生器组件产生电功率。热电发生器组件在一侧热耦合到散热物，在另一侧耦合到第一热管。第一过程部件与第一过程流体直接接触，以及第一腔靠近第一过程流体。热电发生器组件产生电功率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体上涉及无线设备，更具体地，涉及为无线现场设备网络中的无线设备供电。
技术介绍
无线设备在工业领域应用中日趋流行。作为无线现场设备网络的部件，无线设备扩展了控制或过程监控系统的到达范围，使其超出有线设备的到达范围，扩展到有线布线可能难以提供或需要昂贵代价才能提供的位置。无线现场设备网络包括具有中央控制器或网关的无线设备云或节点。无线网络中的节点能够发送和接收信息。 无线现场设备网络用于控制和监控不同的过程和环境。例如，无线现场设备网络可以用于油田。油田包括众多以井场为中心的离散位置，所述井场散布在大的区域中。对于整个现场管理，这些孤立位置区域之间的通信是必需的。井场处的无线现场设备网络监控和控制从流率、井压和流体温度到阀状态和位置以及可能泄漏等一切事物。所得到的数据通过网络中继给控制器，所述控制器分析数据并且致动控制机构，以便管理生产或预防事故。无线现场设备网络是由按无线拓扑组织的多个无线设备(即，节点)构成的通信网络。无线拓扑的示例包括网格网络(如WireIessIiARTS:)以及星型网络(如Bluetooth ) ο在无线现场设备网络中，无线设备是下述设备之一:无线收发机、无线数据路由器以及无线现场设备。无线收发机包括集成到单个设备中的收发机和天线。无线数据路由器包括集成到单个设备中的收发机和数据路由器。现场设备是执行控制或过程监控系统或工厂监控系统中的功能的现场安装的设备，包括在工厂、过程或过程设备的测量、控制和监控中使用的所有设备，包括工厂环境、健康和安全设备。现场设备通常包括至少一个变换器，如传感器或致动器，并且可以执行控制或告警功能。无线收发机是用于发射和接收基于RF的通信数据的设备。数据路由器是路由无线收发机接收的数据分组的设备，(如果设备的地址与分组中的最终目的地地址匹配)从分组中取出通信净荷供附属的现场设备使用，或者将通信净荷重定向回无线收发机，以中继回到逻辑路径中的下一目的地的网络。例如，在无线网格网络中，因为每个无线设备必需能够路由针对其自身的消息以及针对网络中的其他设备的消息，每个无线设备包括数据路由器。相反，在简单星型网络中，无线设备不需要包括数据路由器。针对基于变换器的应用设计的无线网络系统(如无线现场设备网络)，必需使用较低功率的RF无线电设备。网络中的许多设备必须本地供电，因为电力设施(如120V AC设施或供电数据总线)不位于附近，或者在不引入大的安装代价的情况下，不允许进入必须安装仪器或变换器的危险位置。“本地供电”意味着由本地电源供电，如便携式电化学电源(如长寿命电池或燃料电池)，或者低功率清洁能源电源(如振动、太阳能或热电)。本地电源的公共特性是它们有限的电源容量，无论是在长寿命电池的情况下存储的电源容量或者是在太阳能电池板的情况下产生的电源容量都是有限的。需要持续超过5年、优选地持续与产品的寿命一样长的时间的电池。
技术实现思路
本专利技术的实施例包括第一过程部件、部分由第一过程部件内的第一腔形成的第一热管、以及热电发生器组件。热电发生器组件在一侧热耦合到散热物，在另一侧耦合到第一热管。第一过程部件与第一过程流体直接接触，以及第一腔靠近第一过程流体。热电发生器组件产生电功率。本专利技术的另一实施例是用于生成在无线现场设备网络中使用的电功率的方法。过程部件接触过程流体。在过程流体与过程部件内的密封腔的表面之间传导热。通过气化和冷凝工作流体，在密封腔的表面与热电发生器组件之间传递热。通过对流和传导中的至少之一在热电发生器组件与散热物之间传递热。从通过热电发生器组件的热传导生成电功率。 附图说明图1A-1B示出了安装在过程法兰上的包含本专利技术的无线现场设备。图2A-2F示出了并入用于为无线温度测量现场设备供电的热电偶套管的本专利技术的实施例。图3A-3C示出了并入用于为无线温度测量现场设备供电的热电偶套管的本专利技术的另一实施例。图4A-4C示出了并入用于为无线流测量现场设备供电的均速流量计管的本专利技术的另一实施例。图5A-5F示出了并入用于为无线流测量现场设备供电的孔板法兰的本专利技术的实施例。图6A-6E示出了并入用于为无线数据路由器供电的疏水器的本专利技术的实施例。图7A-7E示出了并入用于为无线流测量现场设备供电的文氏管的本专利技术的实施例。图8A-8F示出了并入用于为无线数据路由器供电的泵壳的本专利技术的实施例。图9A-9C示出了并入用于为无线流测量现场设备供电的孔板的本专利技术的实施例。图10示出了并入用于为无线流测量现场设备供电的两个过程部件的每一个中的本专利技术的实施例。具体实施例方式将针对为无线现场设备网格网络中的无线设备供电，来描述本专利技术。本领域普通技术人员将理解本专利技术同样适用于其他网络拓扑，而并不仅限于所描述的实施例，本专利技术将包括落在所附权利要求的范围内的所有实施例。本专利技术使用热电发电来为无线现场设备网格网络中的无线设备供电。如上面提到的，需要持续超过5年、优选地持续与产品的寿命一样长的时间的电池。然而，在一些需要频繁通信、检测、致动的应用中，足以在合理长的时间中供电的电池过于庞大。这种情况在低温限制了电池输出或高温限制了电池寿命的恶劣气候中进一步恶化。在可用太阳能辐射非常有限的位置，如靠近北极圈处，为了提供必须的功率，太阳能电池板也必须非常庞大和昂贵。经常，这些应用涉及温度远高于或低于环境条件处的过程流体，从而建议使用热电发电。然而，热电发电固有地是低效率的。为了满足用于无线现场设备网络中的无线设备的能源要求，热电发电效率必须显著提高。热电发生器的转换效率通常小于1%，并且取决于热电发生器的材料和设计。另夕卜，在热(或冷)源与热电发生器的表面之间的一系列(串联)热阻大大降低了可用于热电发生器进行转换的热量。热阻减慢了与热流方向垂直的给定横截面面积上的热传递，降低了单位面积的热传递速率或热通量。 例如，典型的热电发生器应用是被较冷空气环绕的容器中的热的流体(例如，流经管道或装在槽中)，其中热传导元件的一侧附着到外部，即容器的未隔热的截面(将其绑在上面)，热传导元件的另一侧与热电发生器的一个表面物理接触。与环境空气接触的热交换器附着到热电发生器的另一表面。对于从容器内的热的流体到热电发生器的热通量，存在三个重要的热阻容器壁、热传导元件与容器表面之间的物理接触(或缺少物理接触)、以及通过热传导元件的热阻。容器壁通常用热导性差的材料制成，如铁(60W/mK)、不锈钢(10-40W/mK)、或者镍基合金(10W/mK)。热通量必须穿透容器壁的整个厚度，以到达热传导元件。一旦热通量到达容器外壁表面，其必须流入热传导元件。将这样的器件附着到整个容器表面(如管道或槽)充满了挑战。热传导元件的曲率半径必须与容器外表面的曲率半径刚好匹配。容器尺寸和表面纹理变化很大，使得所需的精确适配特别困难。两个匹配表面之间的一些点接触必须差不多支持全部热流过匹配表面的面积，其中小的空气缝隙(极好的隔热物)占据了界面的大部分区域。穿透容器壁且穿过容器外表面与热传导元件之间的界面的热流必须传导通过热传导元件，到达热电发生器的表面。热传导元件通常用诸如铜(400W/mK)之类的热传导性高的材料制成，但是仍然向热流提供另一热阻，限制热电发生器的可用的热通量。本专利技术极大地减小或完全消除了从过程流体到热电发生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，包括：第一过程部件，用于直接接触第一过程流体，所述第一过程部件具有靠近所述第一过程流体的第一腔；第一热管，部分由所述第一腔形成，所述第一热管包括第一工作流体；以及热电发生器组件；其中所述第一热管热耦合到所述热电发生器组件的第一侧，以及散热物热耦合到所述热电发生器组件的第二侧；其中所述热电发生器组件产生电功率。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·马修·斯特雷，凯利·迈克尔·奥什，
申请(专利权)人：罗斯蒙德公司，
类型：发明
国别省市：