[发明专利]管道热电发电机组件

说明书

技术领域

本发明涉及工业过程控制器或监控系统。更具体地，本发明涉及用 于这种系统的热电发电。

背景技术

典型地，现场仪器广泛地分布在整个过程工厂中且通过过程控制回 路连接至控制系统。现场仪器典型地需要用于操作的电力供给。通过控 制回路本身或单独的电力配线给所述仪器提供电力。每个现场仪器所需 要的功率量通常相当小，且典型地在大约50毫瓦或更小的量级上。

当配线用于控制回路时，所述配线典型地被包封在电配线导管中， 所述电配线导管需要机械托架(mechanical mounting)，用于在很长距离 上支撑在过程设备的框架上。通常，在很长距离上的现场仪器的配线成 本超过了现场仪器本身的成本。

当无线通信回路(loop)用于与现场仪器通信时，无线通信回路不给 现场仪器提供电力供给，且需要单独的电力供给配线。

虽然对于典型的现场仪器所需要的功率非常低，但现场仪器通常处 于过程工厂中的非常热、危险或不可接近的位置。在这样的位置，使用 化学电池作为现场仪器中的低功率的电源可能是不切实际的。在这样的 位置的环境通常很脏或遮蔽阳光，使得使用太阳能电池用于电力供给是 不切实际的。工厂环境中的太阳能电池和电池需要太多的维护，而不能 用于许多现场仪器应用中的电力供给。

工厂中的过程设备典型地包括锅炉、蒸汽管道系统、加热罐和被加 热或冷却至不同于过程工厂中的周围空气温度的温度的其它的设备。出 现了很大的温度差，且废弃的热量在周围空气和过程设备之间流动。由 于废弃热量流而丢失的能量的量常常远超过现场仪器所需的电力的量。

发明内容

公开了一种热电发电机组件。所述热电发电机组件包括热电发电 机。所述热电发电机具有热接点凸缘、冷接点凸缘和热电电力输出端。 从用于为工业过程监控系统中的现场装置提供动力的热量差，热电发电 机组件产生电力。

附图说明

图1显示输送加热的过程流体经过热电发电机组件的过程管道。

图2显示热电发电机组件的剖视主视图。

图3显示图2中的热电发电机组件的剖视侧视图。

图4显示用于热电发电机组件的夹具。

图5显示热电发电机组件的热特征。

图6显示作为热和冷接点温度之间的差的函数的可利用的热电功率 图。

图7显示热电发电机组件的平面视图。

图8A-8D显示吸热器的示例性实施例。

具体实施方式

在下面描述的实施例中，热电发电机组件利用从加热(或冷却)的 过程流体流到工业过程环境中的周围温度的废弃热量。所述热电发电机 组件包括具有与冷接点凸缘分隔开的热接点凸缘的热电发电机装置。

通过把热接点凸缘安装至被连接至过程热源的过程热量拾取器，所 述热接点凸缘被保持处于接近过程流体温度的温度。热量拾取器具有与 过程热源的形状配合的形状，且可采用多种形式，例如具有与对应的过 程容纳装置的凸弧状表面配合的凹弧状表面的管道适配器、燃烧热量拾 取器、蒸汽管线吸热器或其它的热交换装置。所述热量拾取器优选地由 铝或铜形成，且在热接点凸缘和过程热源之间提供低热阻。各种类型的 夹具可被用于保持过程热量拾取器与过程热源的紧密热接触。这些夹具 也可用于把热电发电机组件机械地安装至过程热源。

所述冷接点凸缘被保持在接近周围环境温度的温度。吸热器可采用 如下面在图1-8D的部分中描述的各种形式。吸热器在工业过程环境中的 周围环境温度与冷接点凸缘之间提供低热阻。

通过使用过程热量拾取器或吸热器的结合，在热接点凸缘和冷接点 凸缘之间保持大的温度差。由大的温度差提高热电发电机的功率输出， 以给使用的电路提供充足的功率。

在一个实施例中，连接至热电电力输出端的电路包括调整器电路和 把能量储存在电容中的能量储存电路。能量储存电路检测何时功率输出 超过使用需求，并把多余的电力耦合至电容。能量储存电路检测何时功 率输出不能满足使用需求并从电容提供补充功率至调整器电路。在另一 个实施例中，由来自无线电线路(wireless link)的命令可把使用电路设 置在低功率关闭模式或冷启动模式。