CN102971681A - 包括电热模块的流体输送装置 - Google Patents

Abstract

流体分配装置包括处于第一压力下的第一腔室（1a）和处于第二压力（其低于第一压力）的第二腔室（1b）。分隔件（2）把第一腔室（1a）与第二腔室（1b）分开，限制阀4布置在第一腔室和第二腔室（1a、1b）之间。分隔件（2）包括热电模块（12），所述热电模块（12）具有与第一腔室（1a）热接触的热侧和与第二腔室（1b）热接触的冷侧。

Description

包括电热模块的流体输送装置

技术领域

本发明涉及一种包括减压器的流体分配装置，所述减压器包括：

-处于第一压力下的第一腔室，

-处于第二压力下的第二腔室，所述第二压力低于第一压力，

-将第一腔室与第二腔室分开的分隔件，

-安排在第一和第二腔室之间的限制阀。

背景技术

减压器是使得流体能够从第一腔室（在这里所述流体处于第一压力）流至第二腔室（在这里所述流体处于低于第一压力的第二压力）的机构。

利用减压器的流体分配装置存在于管道阀门（plumbing valve）内：通常它们位于量级为米的建筑物内，以将市政供应系统（例如水或气的供应）的压力从大约10bar降低至大约3bar，以使流体能够经由建筑物的供应系统被分配。

图1示出了根据现有技术所述的流体分配装置。这种装置包括处于第一压力的第一腔室1a和处于低于第一压力的第二压力的第二腔室1b。所述两个腔室由分隔件2分开。限制阀4置于第一和第二腔室1a、1b之间，并通过改变其压力，使流体能够从第一腔室1a向第二腔室1b流动。由箭头F1和F2代表流体的流动方向。两个腔室1a、1b通过贯通孔（pass-through hole）3彼此连通，部分地形成限制阀4的针状体（needle）可在所述贯通孔内运动，其使得压力在供应系统内从限制阀4沿流体流动方向的下游，即从第二腔室1b开始被调节。

当前的趋势是，使分配装置变得“聪明”，和根据型号，它们可以并有测量计以及连接至测量计的发射芯片（emitting chip），使得企业的负责为消耗量开账单的技术人员能够执行测量计的远程读取。远程测量计读取是有用的，尤其是当分配系统的用户不在家中或对测量计读取者来说测量计不易于直接达到时。这种灵敏的测量计由电池供应，例如纽扣电池类型，当电池电量用尽时，只要涉及为发射芯片供能，它们则呈现出较大的缺点。

发明内容

本发明的目标为，提供不呈现现有技术的缺陷的流体分配装置。

通过所附的权利要求，更特别地，通过分隔件包括热电模块这一事实，可以实现所述目标，其中所述热电模块具有与第一腔室热接触的热侧和与第二腔室热接触的冷侧。

根据一个实施例，热电模块与能量存储元件相连接，以使得能够为其再充电。

根据一个改进，限制阀具有电力调节器件（electric adjustment means），且由能量存储元件供应。

根据另一个实施例，该装置可包括被设计用来测量流体消耗量的测量计。该装置可进一步包括消耗量测量值的传输器件，所述传输器件由热电模块或能量存储元件供电。

附图说明

从本发明的具体实施例的以下描述中，其他优势和特征更加明显，所述具体实施例仅出于非限制性实例的目的给出，并在附图中加以描述。

图1示出根据现有技术所述的流体分配装置。

图2示出了根据本发明的实施例所述的流体分配装置。

图3示出了流体分配装置的可能的功能性的块状图。

具体实施方式

与前文所述的分配装置不同，下文中所述的装置及其变体（variant）使其能够利用塞贝克效应产生自己的电流。

如图2所示，流体分配装置包括减压器，所述减压器包括处于第一压力的第一腔室1a、处于第二压力（其低于第一压力）的第二腔室1b，以及将第一腔室1a和第二腔室1b分隔开的分隔件2。该装置进一步包括布置在第一腔室1a和第二腔室1b之间的限制阀4。流体在第一腔室1a中处于第一压力，在第二腔室1b中处于第二压力。限制阀4使得流体能够从第一腔室1a流向第二腔室1b，同时在两个腔室1a、1b之间产生压力差，如上所述，并从而产生温度差。在图2中，由F1和F2代表流体的流动方向。事实上，当减压器不运行时，即，当没有流体流过该装置时，两个腔室1a、1b之间具有温度平衡。当流体流过该装置时，该装置的压力降低（在第一腔室1a和第二腔室1b之间）在分隔件2的每一侧上的腔室水平（level）处产生压力差，并从而在分隔件2的任一侧产生温度梯度。

分隔件2包括热电模块12，所述热电模块12具有与第一腔室1a热接触的热侧和与第二腔室1b热接触的冷侧。热电模块12使得能够利用热量梯度产生电流，特别是当流体流过所述装置时。优选地，设置限制阀，以使得流体在热电模块12的水平处流过分隔件2，即，可以认为流体流过热电模块12。

事实上，热电模块12包括热电偶5a、5b、5c、5d，该热电偶在电力上串连，且在热量上并连。每个热电偶一方面与第一腔室1a有热接触，另一方面与第二腔室1b有热接触。

热电偶5a可包括两个突起（stud）6a、6b，二者在它们的一端通过例如电连接元件7彼此电力地连接。突起6a、6b通常由两种不同的热-电材料或合金形成。例如，用来形成突起的材料可以是半导体(MgSiGeSn、SiGe、Bi₂Te₃等)或半-金属，例如金属间氧化物(LiNaCoO₂、NaCoO₂、HgCoO₂等)。

设置热电偶使得在两个腔室1a、1b之间利用温度梯度产生电流。在图2中，所述装置包括四个热电偶5a、5b、5c、5d。为了优化热电模块的效率，热电偶5a、5b、5c、5d优选地在热源（图2中的第一腔室1a）的水平处通过链接元件8串联地彼此电力连接。在图2的具体实例中，每一个热电偶具有与第二腔室1b（其进而形成冷源）热接触的电连接元件7。热电模块可自然地被翻转为另一方向，即热电偶可使得其电连接元件7与第一腔室1a热接触，而热电偶之间的链接元件8可与第二腔室1b热接触，重要的是在流体的压力降低发生期间能够使用两个腔室之间的温度梯度。

电连接元件7和链接元件8可由塞贝克系数为零或接近于零的导热金属（例如金）形成。

热接触的含义是，第一腔室1a内的流体温度被传输至热电模块12的热侧，第二腔室1b内的流体温度被传输至热电模块12的冷侧。

在图2的具体示例中，分隔件2由将热电模块夹在其间的两个板状件9a、9b形成。热电偶5a、5b、5c、5d的突起6a、6b优选地垂直于两个板状件9a、9b，所述两个板状件9a、9b优选地彼此平行。第一板状件9a包括部分地限定了第一腔室1a的第一壁10a和与链接元件8相接触的第二壁10b。通过电绝缘材料的插置，第二壁10b自然地电绝缘或与链接元件8电绝缘。第二板状件9b包括部分地限定了第二腔室1b的第一表面11a和与热电偶的连接元件7相接触的第二表面11b。通过电绝缘材料的插置，第二表面11b自然地电绝缘或与连接元件7电绝缘。第一和第二板状件9a、9b可由材料或材料的合金形成以提高装置的反应，所述材料是良好的温度导体（temperatureconductor）。这允许第一腔室1a的流体温度向热电模块12的热侧快速传导，以及第二腔室1b内流体温度向热电模块12的冷侧快速传导。在流体连续地流过所述装置的情况下，第一和第二板状件9a、9b的材料不重要，因为在连续运行中达到了腔室之间温度梯度的平衡，且板状件9a、9b的水平处的导热性不再发挥任何作用。

根据图2中所示的实施例，热电偶的突起6a、6b被用作热绝缘体的空气分隔开，以保持热源和冷源之间的最佳温度梯度。这意味着分隔件2包括闭合和密封的内部空间，热电偶5a、5b、5c、5d形成在该内部空间内。该内部空间优选地处于部分真空，例如10^-5bar，以提高热绝缘性。根据替换实施例，该内部空间填充有呈现高绝热性的硅凝胶（silicon aerogel），例如SiO₂基气凝胶。

前面所描述的热电模块12的具体布置仅仅是一个示例性实施例。本领域技术人员将自然地能调适任何产生第一和第二腔室之间的温度梯度的热电模块。例如，分隔件2可以是内部形成有热电模块的块状板状件（bulkplate）。块状板状件的材料继而是热绝缘和电绝缘的，在链接和连接元件形成之前，通过填充块状板状件中形成的凹处而形成热电偶。

根据另一个实施例，分隔件通过装配由热电材料（其通过链接和连接元件电力地连接）制成的烧结棒（sintered bar）而形成，从而形成如前文所述的热电偶串。两个板状件继而将这个组件夹在中间，板状件事先至少在链接和连接元件的水平处电绝缘。

根据图2和3中示出的实施例，热电模块12被连接至能量存储元件13，以使得能够实现所述能量存储元件（例如蓄能器或可充电电池）的再充电。当流体流过分配装置时，由热电模块12产生的能量则可被存储在该存储单元内，以便将来使用。如果该装置不包括能量存储元件13，产生的电流可被输入至电力系统。

根据改进，限制阀4是电可调限制阀，且被能量存储元件13供应例如电流。电可调的含义是，可以驱动限制阀4以改变第一腔室1a和第二腔室1b之间的压力差。这种调节例如使得分配装置在分配系统内有压力损失的情况下执行伺服调节。事实上可能必须要根据置于下游的设备调整压力差，甚至必须根据置于下游的设备来伺服控制。装置下游和上游的管道的尺寸的不同，或在使用过程中要求不同压力的设备，可出于示例的目的被引用。

根据替换性实施例，电-可调节的限制阀4还可以直接经由热电模块12被供以例如电流。在该具体情形中，仅当流体正流经装置时可以调节。

如图2中所示，可电力调节的限制阀4可由针状物14形成，所述针状物14能够移动以或多或少地阻塞孔3，所述孔3在分隔件2中制成并连接第一腔室1a和第二腔室1b。针状物14可由部分地形成阀4的电机15平移地移动。电机15可由能量存储元件13或直接由电热模块12供电。电机15可以由电子卡片（electronic card）以及至少一个压力传感器（未示出）伺服控制，所述压力传感器置于从阀4沿流体流动方向的下游。置于下游的传感器使得分配的压力和温度梯度能够被控制，且如果需要，使得针状物14的位置能够被调节以保持分配装置下游的分配系统内恒定的压力。自然地，结合分隔件包括两个板状件9a、9b的实施例，孔3以一方式制得，使得不影响分隔件2的内部空间的密封性。

根据另一个改进，所述装置可包括如图3中所示的设计用来测量流体消耗量的测量计16。所述流体消耗量代表从第一腔室1a流至第二腔室1b的流体量。测量计16可以是机械式或电子式。该测量计还可包括消耗量显示器，该显示器可以是机械式和/或LCD式。在显示器是LCD式和/或测量计是电子式的情况下，后者可以由能量存储元件13供应功率，或直接由热电模块12供应。在图3中，每个箭头的起点代表电源，箭头的终点标示接收该电流的元件。

如在现有技术中事先指出的，能够容易地阅读流体消耗量测量计是有益的。该装置可包括由测量计记录的消耗量测量值的传输器件17，这些器件使得流体分配公司即使在测量计不易到达的情况下也能完成读数。传输器件17可由热电模块12或由能量存储元件13供电。自然地，如果传输器件17由热电模块12直接供应，这些器件只有如果流体正流经分配装置，或如果两个腔体之间一直存在温度梯度以产生足够的电流才能够传输。

测量值传输器件17可包括天线（未示出），其用来传输代表流体消耗量的数据。该数据可以连续的方式被传输，例如用相关的分配装置的识别符（identifier）。传输器件17还可包括接收天线（未示出），仅当传输器件17收到请求时传输所述数据。在收到请求后，具有传输器的变体使得分配装置的功率消耗量能够被限制，只要尚未收到要求，传输器件17处于待机（standby）状态。

从而，流体分配装置中热电的使用使流体分配装置具有新功能，例如显示、通信、自动控制等，而同时避免装置依赖于外部电源。

所述流体可以是水、气或任何类型的液体或气体。在用于私人家庭水平的水分配的使用范围中，城镇分配系统内处于10bar的水与住宅的私家管路内处于3bar的水之间的压力差使得能够在两个腔室之间获得大约10°C的差别。这样的温度差能够产生包含在10mV和100mV之间的电压，所述电压与包含在1μA和10μA之间的将产生的电流相关，取决于热电偶的数量和布置。例如，通过设置10个由Bi₂Te₃制成的分布在10cm*10cm的支撑件上的热电偶，可以以15°C的温度梯度获得200μV/K（K代表开氏度数）。

该装置可安装在需要降低压力的任何类型的流体分配装置中。第一和第二腔室则可分别地被连接至流体入口管道和流体出口管道。

单一流体可流过该装置，这种流体在第一腔室内处于第一压力，在第二腔室内处于第二压力。

Claims (7)

1.一种包括减压器的流体分配装置，所述减压器包括：

-处于第一压力的第一腔室（1a），

-处于第二压力的第二腔室（1b），所述第二压力低于第一压力，

-将第一腔室（1a）与第二腔室（1b）分开的分隔件（2），

-设置在第一和第二腔室(1a、1b)之间的限制阀（4），

装置的特征在于，分隔件（2）包括热电模块（12），所述热电模块（12）具有与第一腔室（1a）热接触的热侧和与第二腔室（1b）热接触的冷侧。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，热电模块（12）与能量存储元件（13）相连接，以使得能量存储元件（13）能够被充电。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，限制阀（4）具有电调节器件，且由能量存储元件（13）供能。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的装置，其特征在于，其包括用于测量流体消耗量的测量计（16）。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，其包括消耗测量值的传输器件（17），所述传输器件（17）由热电模块（12）供电。

6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，其包括消耗测量值的传输器件（17），所述传输器件（17）由能量存储元件（13）供电。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，限制阀（4）被布置为使得流体能够流过位于热电模块（12）水平处的分隔件（2）。

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