[发明专利]包括热电发电机的伴热设备

说明书

技术领域

本发明总体上涉及用于加热和循环流体的系统，更具体而言，涉及如下这些系统：用于使用催化加热器既加热流体也向泵供电以用于通过管道环路循环流体，如，以用于伴热。

背景技术

如下内容是公知的：使用来自催化加热器(如，Cata-Dyne^TM加热器，加拿大，艾伯塔，Edmonton的CCI Thermal Technologies公司制造)的热量以用于通过伴热环路进行循环，以用于诸如在寒冷气候下进行解冻或者防止井口结冰的目的。美国专利No.6,776,227(Beida等人)、No.7,138,093(McKay等人)、以及No.7,293,606(Benoit等人)中可以找到这些应用的实例。这些系统需要泵以通过伴热环路循环加热的流体。然而，由于伴热系统一般安装在遥远的地点(例如，加拿大北部的井场)，所以使用电驱动的泵常常并非实践性的选择，因为最近的电网会非常远。太阳能电能不是对此问题的理想解决方案，因为在非常冷的条件下即使并非连续地也需要大范围地操作泵，并且在这些时段中可用太阳光会最少(特别是在很北的地方)。相应地，使用由太阳能面板供电的电泵通常意味着配备大量电池备份以用于太阳不发光的时候。

由于以上原因，需要更实践性的如下这些方法和系统：用于为与使用催化加热器的伴热系统相结合的电泵提供电能。本发明针对此需要。

发明内容

总体而言，本发明是用于加热循环流体的系统和设备，使用来自加热器(如，以天然气或丙烷为燃料的催化加热器)的热量既加热流体也发电以向泵供电以用于通过管道系统(如，伴热环路)循环流体。在特定实施例中，系统产生足够的电以用于循环泵的电能需要。

按照本发明，电能以热电方式生成，使用来自合适加热器(优选地，催化加热器)的热量。热电发电的原理已经被理解和应用了许多年。已知(按照称为“塞贝克效应”的科学原理)：通过把热量从热电偶的一端(“热端”或“热结”)输送另一端(“冷端”或“冷结”)，在包括电串联并且热并联的“p型”(即，“正”)和“n型”(即，“负”)热电元件或模块的热电偶中可以产生电能。这将会生成与热电偶上(即，热端与冷端之间)的温度梯度成比例的电流。

在本发明中，在吸热盘与热沉之间加置或“夹置”一个或更多个热电生成模块(一般称作“TEG模块”)。为了此专利文件的目的，将会把吸热盘、一个或更多个TEG模块、以及热沉中的任何装备均称作“TEG板”。把TEG板放置成其吸热盘靠近(优选地，一般平行于)散热加热器，在吸热盘与加热器之间存在空气空间。靠近吸热盘的TEG模块端因而将会是热端，TEG模块的其它端(即，靠近热沉)将会是冷端。管道环路穿过热沉，以使得将会通过从加热器抽取到热沉中的热量加热通过管道循环的流体。通过电泵循环流体。由于TEG模块的热端与冷端之间的温差(因从热沉到循环流体中的热量传送而增强)，TEG模块产生电能，以用于向泵供电，以及根据系统的总电能输出而用于其它应用。

相应地，在本发明的一个实施例中，一种用于发电的设备，所述设备包括催化加热器以及各自具有热端和冷端的多个热电模块，其中，热电模块的热端裸露于来自催化加热器的热量，热电模块的冷端邻近热沉进行导热，以使得热电模块产生用于向用来在伴热管道回路内循环加热流体的泵供电的电流，以及其中，伴热管道回路穿过热沉以消散来自其的热量。

在另一实施例中，本发明是一种用于发电的设备，其中，所述设备包括：第一吸热盘；具有第一端和第二端的热沉；以及各自具有热端和冷端的第一多个热电模块，所述模块电互连、并且夹置在吸热盘与热沉的第一端之间，它们的热端靠近吸热盘。当把所述设备放置得紧密靠近散热热源时，第一吸热盘与热源最近，来自散热热源的热量将会穿过第一吸热盘和热电模块并且进入热沉，从而启动热电模块以产生电。优选地，热沉包括导热材料(如，铜或铝)的一个或更多个块，每个所述块具有一个或更多个通道，以用于装载一个或更多个流体携带管道。

在优选实施例中，所述设备包括：

(a)具有输入口和输出口的收集器箱，所述收集器箱与管道回路流体互通，管道回路的输出口部件连接到箱的箱输出口，管道回路的返回部件连接到箱输入口；以及

(b)用于通过管道回路循环流体的泵，所述泵由第一多个热电模块响应于来自第一散热加热器的热量通过其的流动产生的电能通电。

所述设备可选地可以包括结合到管道回路中的补充热量交换器，以使得通过管道回路流动的流体将会通过补充热量交换器流动，把所述补充热量交换器放置成裸露于来自第一散热加热器的热量。

附图说明