專(zhuān)利名稱：熱聲電力發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力發(fā)電機(jī)以及一種在氣體輸送管道內(nèi)或附近產(chǎn)生電力的方法。
背景技術(shù)：
氣體輸送管道可以位于遙遠(yuǎn)位置，例如在采氣井的井下或水下和/或地下，或者在沒(méi)有可靠電源的區(qū)域例如海上或無(wú)人區(qū)。
由美國(guó)專(zhuān)利6150601可知通過(guò)熱電裝置在井下的產(chǎn)氣管中發(fā)電，該熱電裝置通過(guò)井的溫度梯度來(lái)產(chǎn)生能量，該溫度梯度可以通過(guò)在產(chǎn)氣管布置節(jié)流而產(chǎn)生，在該產(chǎn)氣管中，氣體進(jìn)行膨脹，且通過(guò)絕熱膨脹而冷卻。已知系統(tǒng)的缺點(diǎn)是節(jié)流將減小采氣量，且該氣體只將冷卻幾攝氏度，除非節(jié)流非常高，例如在文氏管中產(chǎn)生超音速的氣體速度，這時(shí)，文氏管將產(chǎn)生很大的節(jié)流，并有很高的磨損率。
美國(guó)專(zhuān)利6011346公開(kāi)了另一種井下發(fā)電機(jī)，它包括壓電部件，該壓電部件通過(guò)文氏管中的壓力差而變形。該已知發(fā)電機(jī)的缺點(diǎn)是壓電部件的電輸出較低，因此它的效率較低。
本發(fā)明的目的是消除已知發(fā)電系統(tǒng)的缺點(diǎn)，并提供一種熱聲發(fā)電機(jī)，它有著比已知發(fā)電機(jī)更高的效率，且它不需要在輸送管道中采用節(jié)流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方法包括使得流過(guò)氣體輸送管道的氣體沿聲共鳴腔的進(jìn)口流動(dòng)，從而在共鳴腔中產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)聲波，使得在腔內(nèi)的流體流過(guò)可滲透體，在該可滲透體中，由于共鳴流體的絕熱膨脹或壓縮而形成多個(gè)基本靜止的冷點(diǎn)和/或熱點(diǎn)；以及使熱電裝置與至少一個(gè)所述冷點(diǎn)和/或熱點(diǎn)進(jìn)行熱連接，以便產(chǎn)生電力。
可滲透體可以包括一系列的層疊板，這些層疊板彼此以預(yù)定間距間隔開(kāi)。
美國(guó)專(zhuān)利4625517和5456082公開(kāi)了熱聲裝置，該熱聲裝置具有由一組桿或板形成的可滲透體，該熱聲裝置可以用于本發(fā)明的方法和發(fā)電機(jī)。
熱電裝置可以包括熱電偶，它可以形成Peltier元件的一部分。
而且，一組聲信號(hào)傳感器可以布置在氣體輸送管道中或附近，這些傳感器檢測(cè)在氣體輸送管道中由聲共鳴裝置的進(jìn)口發(fā)出的標(biāo)準(zhǔn)聲波特征。該聲傳感器可以是麥克風(fēng)，該麥克風(fēng)將在離所述進(jìn)口不同距離處的聲信號(hào)的相位差轉(zhuǎn)變成電、光纖或其它信號(hào)，該信號(hào)傳送給流動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該流動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將聲信號(hào)的測(cè)量相位差和/或其它特征轉(zhuǎn)變成在氣體輸送管道中的氣體流速的指示。
優(yōu)選是，麥克風(fēng)通過(guò)由熱電裝置產(chǎn)生的電力來(lái)供電，并將聲信號(hào)轉(zhuǎn)變成脈沖數(shù)字聲、光、電或其它信號(hào)。流動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以與流動(dòng)控制系統(tǒng)連接，該流動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測(cè)的氣體速度與參考值的偏差而調(diào)節(jié)在輸送管道中的氣體流速。
本發(fā)明還涉及一種用于在氣體輸送管道內(nèi)或附近產(chǎn)生電力的熱電發(fā)電機(jī)。本發(fā)明的發(fā)電機(jī)包括聲共鳴腔，該聲共鳴腔具有一進(jìn)口，該進(jìn)口可與氣體輸送管道的壁中的開(kāi)口或布置在管道內(nèi)的設(shè)備(例如機(jī)器人裝置、測(cè)井工具或檢查和/或清潔工具)的壁中的開(kāi)口連接；可滲透體，該可滲透體位于聲共鳴管內(nèi)，該可滲透體在使用時(shí)由于共鳴流體的絕熱膨脹或壓縮而至少部分被冷卻或加熱；以及熱電裝置，該熱電裝置可與使用時(shí)在可滲透體中形成的至少一個(gè)冷點(diǎn)和/或熱點(diǎn)連接，以產(chǎn)生電力。
附圖描述下面將參考

圖1更詳細(xì)地介紹本發(fā)明，該圖1表示了氣井中的產(chǎn)氣管的示意縱剖圖，該產(chǎn)氣管裝備有本發(fā)明的熱聲發(fā)電機(jī)。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明在圖1中，天然氣流1向上流過(guò)產(chǎn)氣管2并流向在地表的井口(未示出)。熱聲電力發(fā)電機(jī)3布置在產(chǎn)氣管2和井筒5之間的環(huán)形空間4內(nèi)，該井筒5由水泥澆鑄形成在地層6中。
發(fā)電機(jī)3包括環(huán)形聲共鳴腔7，該聲共鳴腔包括一個(gè)或多個(gè)進(jìn)口開(kāi)口8，該進(jìn)口開(kāi)口8由產(chǎn)氣管2的壁中的孔或環(huán)形成。該環(huán)形聲共鳴腔7具有封閉頂部18，且可滲透體9安裝在共鳴管7內(nèi)并靠近頂部18。
環(huán)形熱電轉(zhuǎn)換器10安裝在該可滲透體9附近。轉(zhuǎn)換器10由Peltier元件11形成，該P(yáng)eltier元件11包括雙金屬或半導(dǎo)體電偶，它們由于可滲透體9和井的其它部件之間的溫度差而產(chǎn)生電力，該溫度差通過(guò)由于氣體在共鳴腔7中的絕熱膨脹引起的可滲透體的冷卻而產(chǎn)生，該絕熱膨脹由腔7中的共鳴聲波引起?？蓾B透體9的熱沉可以超過(guò)50℃。因此，Peltier元件10的冷卻側(cè)暴露在可滲透體的熱沉中，而Peltier元件的另一熱側(cè)可以裝備有導(dǎo)熱體11，該導(dǎo)熱體11與相鄰的未冷卻部件例如產(chǎn)氣管2的臂以及井筒5產(chǎn)生熱橋。聲共鳴腔7的上端和Peltier元件10被裝入保護(hù)絕熱封套19中。
電纜12延伸穿過(guò)封套19，并與電力調(diào)節(jié)器和/或可充電電池和/或電動(dòng)力井下設(shè)備(未示出)(例如氣流監(jiān)測(cè)和/或控制系統(tǒng))連接。
優(yōu)選是，一組麥克風(fēng)13布置在采氣井2中，以便檢測(cè)在產(chǎn)氣管2中的聲波的頻率和相位，該相位涉及在產(chǎn)氣管2中的氣流1的速度。因此，由麥克風(fēng)13產(chǎn)生的信號(hào)可以傳遞給流動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置，該流動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置將檢測(cè)的頻率轉(zhuǎn)換成氣體速度指示。流動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置可以位于地表，由麥克風(fēng)產(chǎn)生的信號(hào)可以通過(guò)電纜或光纖電纜傳送至地表，或者作為放大聲信號(hào)或作為電磁信號(hào)而通過(guò)產(chǎn)氣管2的壁傳送。
應(yīng)當(dāng)知道，熱聲發(fā)電機(jī)3也可以與地表處或附近的氣體輸送管道結(jié)合使用，例如海底氣體輸送管路和在遙遠(yuǎn)區(qū)域的管路，例如極地區(qū)域和荒漠，這些地方?jīng)]有足夠的電源來(lái)提供流動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制設(shè)備所需的電力。
而且，本發(fā)明的熱聲發(fā)電機(jī)可以用于向在氣體輸送管道或井中使用的設(shè)備提供電力，例如機(jī)器人裝置、測(cè)井工具或內(nèi)部管檢查和/或清潔工具。這時(shí)，聲共鳴腔可以形成于設(shè)備殼體內(nèi)，而腔的進(jìn)口由形成于設(shè)備殼體壁中的一個(gè)或多個(gè)開(kāi)口形成，而氣流環(huán)繞殼體流動(dòng)，并在聲共鳴腔內(nèi)引起標(biāo)準(zhǔn)聲波。
在可選實(shí)施例中，本發(fā)明的熱聲發(fā)電機(jī)可以作為熱泵，并可以與由于流體的絕熱壓縮而在可滲透體中形成的熱點(diǎn)連接，該絕熱壓縮由在聲共鳴腔中的共鳴聲波波形引起。熱電裝置可以連接在由于共鳴聲波波形引起的熱效應(yīng)而在可滲透體中形成的一個(gè)或多個(gè)冷點(diǎn)以及一個(gè)或多個(gè)熱點(diǎn)之間。
權(quán)利要求
1.一種在氣體輸送管道內(nèi)或附近產(chǎn)生電力的方法，該方法包括使流過(guò)氣體輸送管道的氣體沿聲共鳴腔的進(jìn)口流動(dòng)，從而在共鳴腔中產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)聲波；使在腔內(nèi)的流體流過(guò)一可滲透體，在該可滲透體中，由于共鳴流體的絕熱膨脹或壓縮而形成多個(gè)基本靜止的冷點(diǎn)和/或熱點(diǎn)；以及使熱電裝置與至少一個(gè)所述冷點(diǎn)和/或熱點(diǎn)進(jìn)行熱連接，以產(chǎn)生電力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述共鳴腔為環(huán)形形狀，其設(shè)置在井下，環(huán)繞采氣井中的產(chǎn)氣管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氣體輸送管道是一種位于遙遠(yuǎn)位置處的氣體輸送管路，例如在水下和/或地下，或者在沒(méi)有供電設(shè)備的區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其中所述可滲透體包括一系列層疊板，這些層疊板彼此以預(yù)定間距間隔開(kāi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2和4所述的方法，其中通過(guò)將條帶繞環(huán)形共鳴管的內(nèi)壁盤(pán)繞，并通過(guò)將一系列墊片布置在盤(pán)繞的條帶的相鄰層之間，從而使該層疊板形成于所述環(huán)形共鳴腔中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述熱電裝置包括熱電偶，該熱電偶連接于可滲透體的熱點(diǎn)和冷點(diǎn)之間，或者連接于可滲透體的熱點(diǎn)或冷點(diǎn)和溫度基本不受所述標(biāo)準(zhǔn)聲波影響的部件之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中該熱電偶形成Peltier元件的一部分。
8.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中一組聲信號(hào)傳感器布置在氣體輸送管道中或其附近，這些傳感器檢測(cè)氣體輸送管道中的自聲共鳴腔的進(jìn)口發(fā)出的標(biāo)準(zhǔn)聲波的特征。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中該聲傳感器包括麥克風(fēng)，該麥克風(fēng)將聲信號(hào)轉(zhuǎn)變成電、光纖或其它信號(hào)，該信號(hào)傳送給流動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該流動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將聲信號(hào)的相位差和/或其它特征轉(zhuǎn)變成氣體輸送管道中的氣體流速的指示。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述麥克風(fēng)通過(guò)由熱電腔產(chǎn)生的電力來(lái)供電，并將聲信號(hào)轉(zhuǎn)變成脈沖數(shù)字聲、光、電或其它信號(hào)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述信號(hào)傳感器包括一個(gè)或多個(gè)可充電電池，這些可充電電池通過(guò)熱電裝置來(lái)充電。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述流動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與一流動(dòng)控制系統(tǒng)連接，該流動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測(cè)到的氣體速度與參考值的偏差來(lái)調(diào)節(jié)輸送管道中的氣體流速。
13.一種用于在氣體輸送管道內(nèi)或附近產(chǎn)生電力的熱電發(fā)電機(jī)，包括聲共鳴腔，該聲共鳴腔具有一進(jìn)口，該進(jìn)口可與氣體輸送管道的壁中的開(kāi)口或布置在該管道內(nèi)的設(shè)備的壁中的開(kāi)口連接；可滲透體，該可滲透體位于聲共鳴管內(nèi)，該可滲透體在使用時(shí)由于共鳴流體的絕熱膨脹或壓縮而至少部分被冷卻或加熱；以及熱電裝置，該熱電裝置可與在使用時(shí)在可滲透體中形成的至少一個(gè)冷點(diǎn)和/或熱點(diǎn)連接，以產(chǎn)生電力。
全文摘要
一種用于在氣體輸送管道(2)例如在采氣井中的產(chǎn)氣管內(nèi)或附近產(chǎn)生電力的熱電發(fā)電機(jī)(3)，包括聲共鳴腔(7)，該聲共鳴腔具有一進(jìn)口(8)，該進(jìn)口可與管道(2)的壁中的開(kāi)口或布置在管道(2)內(nèi)的設(shè)備的壁中的開(kāi)口連接，以響應(yīng)管道(2)中的氣流而在共鳴腔(7)中產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)聲波；以及可滲透體(9)，該可滲透體位于聲共鳴腔(7)內(nèi)，該可滲透體由于絕熱膨脹或壓縮而形成冷點(diǎn)和/或熱點(diǎn)。熱電裝置10例如Peltier元件與在可滲透體中形成的所述冷點(diǎn)和/或熱點(diǎn)連接，以根據(jù)可滲透體(9)形成的溫度降低或升高(可以超過(guò)50℃)而產(chǎn)生電力。
文檔編號(hào)E21B47/00GK1592816SQ02823494
公開(kāi)日2005年3月9日 申請(qǐng)日期2002年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月26日
發(fā)明者亞歷山大·M·范德斯皮克 申請(qǐng)人:國(guó)際殼牌研究有限公司