CN111049428A - 管道内检测装置的可再生动力系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种用于管道内检测装置的可再生动力系统，利用管道输送的产品介质中蕴含的热能和压力能来产生电力。该可再生系统既可进行热电转换，又可将管道输送介质流的压力能转换成电能，为管道在线内检测装置在管道的运行操作、自我调节、自动适应环境和自主推进提供可靠的、足够的、持续不断的电源动力。本公开的一种用于管道内检测装置的可再生动力系统，包括利用管道内传输介质产生的热能来发电的热电发电机和利用管道内传输介质产生的压力能来发电的压力发电机中的至少一个，以及用于从热电发电机和压力发电机中的至少一个接收电力供给并且与热电发电机和压力发电机中的至少一个协同工作的辅助系统。

Description

管道内检测装置的可再生动力系统

技术领域

本公开涉及管道内检测领域，更具体地涉及用于管道内检测装置的可再生动力系统。

背景技术

长距离输送管道横跨城市、国家、乃至跨越洲际对不同产品进行运输。在美国,将近300万英里的各种管道输送了近三分之二的全国能源需求。无论是在人烟稀少地带，还是在人口稠密地区，都有纵横交错的管道运输网络。管道运输产品包括天然气、原油、石油精炼产品以及其他危险液体。管道运输产品均属易燃易爆危险物品，因此提高管道运输的安全性和可靠性不仅可以确保“国民经济动脉”的畅通无阻，而且还可以消除隐患,降低风险,避免由于管道故障而对人民生命财产、公共设施、生活和自然环境造成严重破坏或伤害。

管道的在线检查或深水管道检查都是相当复杂的。检查可能是既耗时又昂贵。在调查潜在缺陷时，为了进行准确评估，收集所需的高质量检查数据非常困难且具有挑战性。尽管常见的检查方法成本高昂且耗时，仍然往往无法生成正确评估管道所需的高分辨率数据。

用复杂、精良、灵敏的在线检测(ILI)仪器在管道内穿行可以测量和记录可能表示腐蚀、裂缝、层压、变形(凹痕，凿槽等)或其他缺陷的不规则性。由于类似被称为猪的擦洗和刮擦的清管器方式在管道内运行，所以这些在线检查仪器通常被称为智能猪。

目前，所有的管道在线检测装置都是依靠管道输送的产品运行压力来驱动。1989年6月7日申请的美国专利US4945775“基于惯性动力的管道监控系统”曾提到利用管道输送的液态产品压力来带动发电,但其用途仍然局限在为检测器件提供电能，并不是用于驱动检测装置在管道内部的行进运行。因此，目前所有的管道在线检测装置包括美国专利US4945775定义的系统，都是“基于惯性动力的管道监控系统”。

对于在水平方向上的埋地管道，其高度的变化不大，因此没有那么多因高度变化带来的运行压力的损失。然而，对于垂直向上的海底管道或斜坡向上的管道，流体向上流动，随著高度的增加，其输送压力可能会下降很多，并且在线检测装置的重量会转变为向上运行的阻力。此外，燃气分配管线的低运行压力的系统设计也会妨碍在线检测装置的有效使用。

管道障碍物(例如凹陷的管道或障碍物和变形)可能会阻止管道内检测装置穿过整个管线。诸如管道的弯管曲率或阀门之类的几何约束也可能妨碍传统的在线内检测装置穿过管道的各个部分。因此，这种情况下，在线内检测装置就无法收集有关该特定管道部分的数据，其结果就是管道运营商可能得不到管道现状的完整图像。这些盲区可能潜在地存在管道中的缺陷或隐患以及类似的状况，恰恰需要进行维护或特别注意，以确保管道安全、有效的操作。

因此，需要为管道内在线检测装置提供可依靠的可再生动力系统，以保证足够电力供应，实现管道内在线检测装置的自推进功能，从而解决运行、操作及控制中电力供应不足的难题，进而使得管道内在线检测装置能够克服上述种种困难、约束和限制，来收集整个管道各部分的完整数据。

发明内容

本公开提供的一种用于管道内检测装置的可再生动力系统既可在管道内检测过程中获得足够电力供应以保证管道内检测装置的自行推进，又可支持管道内检测装置的自适应结构机械操作等诸多功能，并且满足内检测装置携带的电子器件的电力供应。本公开设计了一种包括由压力动能发电机(以下简称为压力发电机)和热电发电机组成的混合动力系统。此外，本公开还包括辅助系统，其可以与压力发电机和热电发电机协同工作。

压力发电机的动能来自管道输送介质诸如天然气、原油和油品的输送压力，依靠压力来驱动特殊结构的涡轮机来带动发电。热电发电机的热能也来自管道输送介质诸如天然气、原油和油品的热量，使用由半导体材料(例如碲化铋)构建的固态电子部件来执行热能到电能的转换。辅助系统中的冷却系统主要依靠深冷剂来制冷，为热电转换提供冷极，并为控制电池的温度提供制冷能。

根据本发明的一个或多个方面提供一种用于管道内检测装置的可再生动力系统。该可再生动力系统可以包括利用管道内传输介质产生的热能来发电的热电发电机和利用管道内传输介质产生的压力能来发电的压力发电机中的至少一个。该动力系统还包括用于从所述热电发电机和压力发电机中的至少一个接收电力供给并且与所述热电发电机和压力发电机中的至少一个协同工作的辅助系统。

可选地，热电发电机可以具有热端和冷端，并且所述热电发电机还包括多个热电模块和主传热支持结构。多个热电模块位于所述热电发电机的热端和冷端之间。主传热支持结构，用于将管道内的热能传递给热电发电机的热端。其中多个热电模块基于所述热电发电机的热端与冷端之间形成的热力梯度产生电力。

可选地，压力发电机可以包括用于产生机械能的涡轮机，用于产生电能的交流发电机；和连接所述涡轮机和所述交流发电机的连接轴。

可选地，涡轮机可以包括具有多个均匀分布的叶片的涡轮，所述叶片具有弯曲曲面。涡轮机还可以包括容纳所述涡轮的机箱。其中，在机箱的远离交流发电机的一侧设置有多个入口，在机箱的靠近交流发电机的一侧设置有与多个入口相对应的多个出口，出口的尺寸大于入口的尺寸。传输介质从多个入口进入机箱内，推动所述涡轮的叶片，并被导向对应的多个出口。

可选地，机箱的多个入口的横截面具有梯形形状，其中入口的相对较大一侧位于机箱的外侧，入口的相对较小一侧位于机箱的内侧。可选地，机箱的多个出口的横截面具有扇形形状。

可选地，压力发电机容纳于密封机箱，密封机箱用于保留交流发电机产生的热量并将其传递给热电发电机的热电模块。密封机箱内还可以设置有至少一个热电模块，用于将发电机产生的热量直接转成电能。

可选地，可再生动力系统中的辅助系统可以包括至少一个稳压整流器组件，用于接收所述热电发电机和压力发电机中的至少一个输出的交流电和直流电中的至少一个。辅助系统还可以包括至少一个稳压整流调节器组件连接的至少一个充电组件，以及所述至少一个充电组件连接的至少一个电池组件。辅助系统还可以包括冷却系统，该冷却系统用于为热电发电机和压力发电机中的至少一个提供冷却，并且为至少一个电池组件提供冷却。

可选地，冷却系统可以包括储存有深冷剂的核心冷箱；用于通过所述深冷剂为所述热电发电机提供冷却的第一冷室；和用于通过所述深冷剂为所述至少一个电池组件提供冷却的第二冷室。

可选地，冷却系统还可以包括多个温度传感器和多个热控制器。多个温度传感器感测可再生动力系统内的多个位置处的温度。多个热控制器根据所述多个温度传感器感测的结果调整可再生动力系统内不同位置的工作温度。

可选地，热控制器包括至少一个第一热控制器。第一热控制器可以设置在第一冷室和第二冷室的入口处，以通过控制进入到第一冷室和第二冷室内的深冷剂的量来控制第一冷室和第二冷室的温度。

可选地，热控制器还包括至少一个第二热控制器。第二热控制器设置在第一冷室，用于控制位于热电发电机内部的冷却箱的温度，进而为热电发电机的冷端提供冷却。

可选地，冷却系统还包括用于通过深冷剂为交流发电机提供冷却的第三冷室，第三冷室是第二冷室的延伸部分且位于连接轴的空心通道中。

可选地，连接轴的空心通道在径向方向设置有冷却孔，空心通道通过冷却孔与密封冷却轴承盒连通，密封冷却轴承盒与交流发电机内部的冷却盘管连接，从而为交流发电机提供冷却。

可选地，多个热电模块在冷端串联连接，并且多个热电模块中的每个热电模块包括并联连接的P型半导体和n型半导体。

可选地，主传热支持结构包括孔结构部件。

附图说明

通过参考附图来阅读下文对非限制性实施方案的描述，可以更好地理解本公开。图中的部件不一定是按比例的，而是将重点放在说明本发明的原理。此外，在图中，相似或相同参考数字指相似或相同元件。

图1A至图1C示出了用于管道内检测装置的可再生动力系统一个或多个示例性示图，其中图1A的示例可再生动力系统包括热电发电机及基于压力动能的压力发电及辅助配套装置，图1B的示例可再生动力系统包括热电发电机及其辅助配套装置,图1C的示例可再生动力系统包括压力发电机及其辅助配套装置。

图2示出了热电转换装置结构(热电发电机)的一个示例性示图。

图3示出了图2中的热电转换装置结构的径向剖面示图。

图4示出了压力发电机的一个示例性示图。

图5A示例性展示了涡轮机箱结构形成的多道高压介质流进出流动形式。

图5B示例性展示了涡轮叶片形状和结构立体图。

图6A-6C分别示例性示出了涡轮机箱结构主视、后视、前视图。

图7A-7C示例性示出了根据本发明的一个或多个实施例的冷却系统的示意图。

图8A-8B示例性示出了可再生动力系统的辅助系统的结构和线性逻辑连接的示意图。

图9示例性示出了电路的并联-串联组合安排示意图。

具体实施方式

本文使用词语“示范”或“实施例”来表示“用作示例，实例或说明”。本文中描述为“示范”或“实施例”的任何实现或方面不一定是被解释为比本公开的其他方面优选或有利。同样地，术语“方面”不要求本文公开的所有方面包括所讨论的特征，优点或操作模式。显然，可自动调节的自行驱动在线检测车可以解决这些挑战。

现在将参考附图详细描述实施范例。在以下描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本文描述的各方面的理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些特定组件中的一些或全部或具有替代组件的情况下实践这些和其他方面。另外，为了不使本文公开的方面模糊，可以省略在此呈现的过程方法中的公知步骤。类似地，可以从本文给出的附图和描述中省略设备中众所周知的组件，以免模糊本公开的各方面。

在管道输送天然气的过程中，管道的温度降低会产生水合物。水合物会导致管道截面变小并且容积效率变低。通常应用脱水加热的方法输送天然气来避免产生水合物，加热后气体输送的起始温度约为60℃。

原油管道的输送温度一般都在40℃到70℃左右。因此，管道的传输介质的温度足够利用热电发电机来产生电能。

热电转换技术是利用半导体热电材料的泽贝克(Seebeck)效应和佩尔捷(Peltier)效应将热能和电能进行直接转换的技术。这种技术具有系统体积小、可靠性高、运行成本低、寿命长、制造工艺简单、环境友好、适用温度范围广等特点，完全不同于传统上、大多数通过涡轮机设备产生电力的技术和方法。

热电转换器件的核心是热电材料，称为由泽贝克(Seebeck)系数不同的材料组成的热电电路(P型和n型半导体电偶臂)构造为热电发生器，该热电电路通过形成的热梯度运行以产生电能。泽贝克(Seebeck)热电效应揭示，如果将不同材料的两条线(电偶臂)的末端连接起来，形成两个结，并且一个结的温度高于另一个结的温度，则两个结之间会出现电压差。

泽贝克(Seebeck)热电效应的转换效率主要取决于热电材料的无量纲性能指数ZT，它由下式表示:

ZT＝(α²σ/к)T

理论上讲，若要获得高值ZT，泽贝克(Seebeck)系数(α)和电导率(σ)都必须大；当热导率(к)控制到最小时，绝对温差带来的泽贝克(Seebeck)系数(α)就会维持在较高。

碲化铋(Bi2Te3)基热电化合物是国际上研究最早、也是目前发展最为成熟的低温热电材料。目前，n型碲化铋基热电材料最高ZT值为0.80-1.0，P型碲化铋基热电材料最高ZT值为0.90-1.1。

近几年很多科学家和学者都在致力研究热电性能和机械性能均优异的碲化秘基热电材料,因此，材料的优化选择存在一定的空间。

在2019年1月10日提交的美国临时专利申请No.62/790,971名为“管道检测器的可再生动力系统和方法”，介绍描述了这种可再生动力系统和方法完全适用于具有自适应控制和自推进功能的智能在线检测仪器,以解决运行、操作及控制中电力供应不足的难题。本发明包括了该临时专利申请提出的利用管道传输介质的温度热能发电系统和方法。

另一方面，管道中的压力能也可用来带动涡轮装置发电。

天然气长输管道的输送压力通常在12MPa或更高。例如，穿越西西里海峡管道的最大工作压力拟达到15MPa，中国西气东输管道第一期的工作压力约为10MPa，第二期二线和第三期三线的设计压力均为12MPa。因此，天然气输送管道中蕴含着巨量压力能。

根据对输油管道的调查，其工作压力范围可以为4到10MPa。虽然压力范围略低于天然气管道，输油管道也同样蕴含有大量丰富的压力能。

在现实中，人们还尚未有效地利用油气管道中蕴含的巨大压力能。只要有合适有效的能量转换技术，它可以成为管道检查工具的宝贵动力资源。相对于移动速度较慢的管道内检测设备，管道所输送的流体或气体产品和内检测设备之间存有一定的速度差，该速度差即是发电动能的来源，也是本公开的基本构思之一。

在2019年10月25日提交的美国临时专利申请No.US62925861号名为“用于管道检测器的压力能发电系统和方法”试图为管道智能内检测装置提供可再生电力系统，以及自适应控制。本发明包括了该临时专利申请提出的压力能发电系统和方法。

图1A示出了根据本发明一个实施例的一种可再生动力系统，其包括基于压力能的发电机(以下简称为压力发电机)101、热电发电机102以及辅助系统103。在该可再生动力系统中，采用了机械动能电能转换和热电转换两者的混合。在这种情况下，可以将两种发电机联合在一起工作，共同发电。例如压力发电机可以利用管道内传输介质的压力能发电，并将电力提供给辅助系统；同时热电发电机可以利用管道内传输介质的热能发电，并将电力提供给辅助系统。辅助系统从所述热电发电机和压力发电机接收电力供给，并且与热电发电机和压力发电机中协同工作。例如，如图1A所示，压力发电机101主要包括涡轮机111、连接轴113和管道交流发电机112。压力发电机101与热电发电机102可以一起共用辅助系统103。其中，辅助系统103可以包括稳压整流器和充电组件131、高密度可再充电池组132、以及冷却系统133。

图1B示出了根据本发明的另一实施例的可再生动力系统。该可再生电力系统包括热电发电机102和辅助系统103。这种情况下，热电发电机102独立工作来发电以供给辅助系统103，且与辅助系统103一起协调运行。同样，辅助系统103可以例如包括稳压整流器和充电组件131、高密度可再充电池组132、以及冷却系统133。图1B示出的基于热电发电机102的可再生电力系统的实施例适用于管道内运输稠油、高凝油、高含蜡原油等的情况。在这种情况下，管道内运输的材料，例如稠油、高凝油、高含蜡原油等带动涡轮机的运行效率不会太高，但必须采用较高的管道输送温度并辅以降阻剂的管输工艺，因此比较适合采用基于热电发电机的可再生电力系统。

图1C示出了根据本发明的又一实施例的可再生动力系统。其中该可再生电力系统包括压力发电机101和辅助系统103。这种情况下，压力发电机101独立工作来发电以供给辅助系统103，且与辅助系统103一起协调运行。例如，压力发电机101可以主要包括涡轮机111、连接轴113和管道交流发电机112。辅助系统103可以例如包括稳压整流器和充电组件131、高密度可再充电池组132、以及冷却系统133。图1C所示的可再生动力系统主要适于例如天然气输送管道。例如，如果天然气输送管道采用添加水合物抑制剂的办法来防止、消除水合物的形成，而不是利用加热的工艺，则适合采用图1C示出的压力发电机101的可再生电力系统。

如图2所示，热电发电机202具有靠近管道管壁的热端242、243和远离管道管壁的冷端231。热能发电机202还具有主传热支持结构。通过主传热支持结构可以将管道内传输介质产生的热能传递给热端。例如，主传热支持结构可以包括热能传递孔结构213、214。通过利用热能传递孔结构213、214，将管道中的热能传递给由半导体组件构成的多个热电模块，例如半导体组件211、212。然后多个热电模块通过热端和冷端之间形成热力梯度而产生电力，并将电力传输到辅助系统进行进一步操作，例如稳压、整流、分配、存储等。例如，通过导线221、223或222、224将电力传输到辅助系统进行进一步操作，后文将参考图8进行说明。

为了更好地理解，图3示出了图2实施例中的热电转换的热电发电机的横截面。在图3中，进一步示出了热端包括外层311和内层313。例如，外层311可以分布有均匀孔状结构以支持管道热能的有效传导；内层313可以作为热端的内衬层及热电模块的保护层，具有例如导热和封闭等多重功能。在本示例的实施例中，示例性示出了在每个热电转换的热电发电机中有例如26个热电模块，例如标号314所示。但是本领域的技术人员应该可以理解，图示热电模块仅仅是示例性说明，并不是对热电模块个数的具体限制。每个热电模块可以包括两个不同材料的电偶臂，例如分别显示为p型和n型半导体。在每个热电模块的两端可以构造两个结：一个结位于热端，另一个结位于冷端312。因此，可以看出，热电模块本身是半导体的并联结构，但是各个热电模块的电路(如316)在冷端侧是串联连接。稍后将结合图7进一步的说明冷端312是如何产生的。

图4示出了根据一个实施例的基于压力能的压力发电机401。压力发电机401包括用于产生机械能的涡轮机414，交流发电机415，以及连接涡轮机414与交流发电机415的连接传动轴413，以将机械能从涡轮机414传递到交流发电机415。涡轮414具有容器外壳体，即涡轮机箱411。交流发电机415容纳在机箱412中。涡轮机箱411设置有用于高压传输介质(例如，流体或气体)流进机箱内的多个入口416及其对应出口417，高压流体或气体流均属管道内输送的产品介质。例如，多个入口416可以设置在机箱411的远离交流发电机415的一侧，多个出口417可以设置在机箱411的靠近交流发电机415的一侧。

在基于压力能的压力发电机401的发电过程中，交流发电机415实际上将机械能转换为电能，在此过程中会产生作为副产品的热能。因此，交流发电机的机箱412应该密闭封装完好以保持热量。交流发电机的电机转子的旋转和转子的形状可以专门设计为类似于风扇，以将热量推出交流发电机，并且将热量保留在交流发电机的机箱中，因为它可用来传递给热电发电机的热电模块以作为重要热能资源。可选地，也可以设计内置于机箱内的热电模块以实现一个将热能(例如421、422)就地热能发电并与热电发电机集成的特殊机制。在机箱内设置热电模块的方案可以不同于图2和图3所示的配置。例如，可以基本上利用机箱内的发电机产生的热能为热端，冷却盘管的冷源为冷端来实现在机箱内设置热电模块。可以依照机箱内的可利用空间(有效空间)来决定热电模块配置的结构、大小和布局。

图5A示例性示出了涡轮机的工作过程。例如，流体或气体(入流502)通过多个入口506流入机箱壳体501驱动涡轮机503的叶轮，然后成为出流508以经由出口507流出壳体501。产生的动能由连接轴505传递给交流发电机。因为本公开的动力系统与管道内检测装置可以连接成为一个机器整体，其机体的重量和形状使得该检测装置前行速度比高压传输介质(例如，石油或天然气)在管道内的移动速度更慢，因而相对速度更快的高压传输介质流形成可以利用的动能。图5B示例性示出了涡轮叶片形状和结构的立体图。如图5B中所示，涡轮机503的叶片具有弯曲的表面以此来阻挡流体或气体通过机箱，因而可以被高压传输介质流有效地进行驱动。

图6A示出了根据一个或多个实施例的涡轮机的主视图，其中，涡轮机包括涡轮603，涡轮机的机箱壳体601和传动轴605。例如，涡轮机的机箱壳体601上的物流入口606的横截面可以为梯形形状，其中较大的一侧位于机箱壳体601的外侧，而较小的一侧位于机箱壳体601的内侧。图6B根据一个或多个实施例的涡轮机的后视图和左视图。图6B更清楚地示出了物流入口606的外观以及它们在机箱601的横截面上的分布布局，入口606例如可以呈圆台漏斗形状,其处于机箱外部的外圆直径大于处于机箱内部的内圆直径。

图6C示出了根据一个或多个实施例的涡轮机的前视图和右视图，机箱壳体601上有多个物流出口607。前视图和右视图可以更清楚地显示每个物流出口607类似于扇形，因此其空间或尺寸大小比机箱壳体另一侧上的相应入口606大得多，并且传输介质流可以容易且快速地流出。在传输介质流从出口607流出的同时，从机箱601左端流入的传输介质流也在源源不断地流入，从而能够连续有效地驱动涡轮603。

涡轮603的涡轮叶片、涡轮机箱的入口606和出口607可以按照适当的位置彼此相对应，例如沿径向呈星形对应均匀分布，以有效地引导高压传输介质流从入口606流向出口607，从而驱动涡轮旋转，进而将机械能通过连接传动轴605从涡轮机叶轮传递到交流发电机。

图7A示出了根据本发明的一个或多个实施例的冷却系统的示意图。如图7A所示，可再生动力系统可以利用统一的冷却系统。该冷却系统具有携带深冷剂或特殊冷却材料702的核心冷箱701；核心部分由用于热电发电机的左部冷室710和用于高密度电池组的右部冷室704共享。冷却系统可以包括多个温度传感器,用于感测可再生动力系统内的多个位置处的温度。冷却系统还可以包括多个热控制器，用于根据多个温度传感器感测的结果调整可再生动力系统内不同位置的工作温度。

由于电池组的充电、放电过程都会导致电池发热，因此被转化的热量必须被消除，以防止热积累，从而保证电池电效率的最佳工作温度。

用于为电池组提供冷却的冷却子系统可以包括用于右部冷室的热控制器706和外部冷却层703、705，以保证电池组在正确的温度容差范围内工作。例如，用于右部冷室的热控制器706可以位于右部冷室的入口处，以通过控制进入到右部冷室的深冷剂的量来控制右部冷室的温度。根据本发明一个或多个实施例，冷却系统还包括用于热电发电机的左部冷室的热控制器707。例如，用于左部冷室的热控制器707可以位于左部冷室的入口处，以通过控制进入到左部冷室的深冷剂的量来控制左部冷室的温度。根据本发明的一个或多个实施例，冷却系统还可以包括多个热控制器709，其设置在左部冷室，用于控制热电发电机内部的冷却箱708的温度，进而通过冷却箱708来支持热电模块的冷端，以满足热电发电机内的热电模块的冷端的要求。例如，热控制器706，707，709可以例如是用于控制深冷剂流量的阀，通过控制阀的打开或闭合的程度可以控制深冷剂通过阀的量。

如图7B所示，根据本发明的一个或多个实施例的冷却系统还可以包括通过左部冷室710向左延伸形成的冷室，用来供应冷却介质到连接轴731以防止位于机箱721中的交流发电机722过热，并且通过连接轴731的空心通道723连通附着在交流发电机上的冷却盘管726。在连接轴731的径向开有冷却孔724，用来连通制冷空心通道723和密封冷却轴承盒725；冷却盘管726与密封冷却轴承盒725直接连通。

图7C示出了冷却系统的用于交流发电机部分的局部侧面剖视图。其中展示了类似于轴承形状的密封冷却轴承盒725通过连接轴731上的冷却孔724及空心通道723和统一的冷却系统进行连通。

图8A示出了根据一个或多个实施例的可再生动力系统的辅助系统结构图。该辅助系统包括至少一个稳压整流器组件，用于接收热电发电机或/和压力发电机输出的交流电或/和直流电。该辅助系统还包括与至少一个稳压整流调节器组件连接的至少一个充电组件，以及与至少一个充电组件连接的至少一个电池组件。该系统还可以包括例如图7A-7C所示的冷却系统，冷却系统可以为热电发电机和压力发电机中的至少一个提供冷却，并且为至少一个电池组件提供冷却。参考图8A所示，稳压整流调节器811和812可以通过电线841、842分别与基于压力能的压力发电机和/或热电发电机相连接，以满足管道内检测装置不同部分的电力要求。稳压整流调节器811和812还可以与充电器821、822进一步连接。充电器821、822通过例如导线843、844与高密度电池组831、832相连接，以为高密度电池组831、832充电。还可以提供绝缘保温结构层861、862、863和864用于隔绝辅助系统与外部热源的交换，从而来保护辅助系统的正常运行。例如包括制冷组件851、852、853、854和855等结构的冷却系统在此通过控制辅助系统的温度以实现所要求的各种工作条件并保护辅助系统及其组件。

图8B示出了根据本发明的一个或多个实施例的可再生动力系统的辅助系统部分的电子组件的线性逻辑连接的示意图。图8B主要示意性示出了三个部分：稳压整流调节器组区801，充电器组区802和电池组区803。

例如，电池组区803可包括多组高密度电池831、832、833和834，以满足管道探测装置中的不同电力应用要求。电池组也可以通过内置连接与充电器组821、822、823、824集成在一起，以保证电源的可靠性。稳压整流调节器组区801中可以例如应用了两种调节器。例如，稳压整流调节器811可以是连接到交流发电机的AC型调节器；稳压整流调节器812可以是用于连接热电发电机的DC型稳压整流调节器，以满足动力再生系统的各种要求。本领域的是技术人员可以理解的是，图8B仅是为了便于说明的示例性描述，并不是对稳压整流调节器、充电器和电池组在数量上加以限制。可以根据具体的实际要求对上述组件的数量和连接方式加以变化调整。

图9示意性示出了热电转换模块电路中一个灵活的并联-串联组合安排布署拓扑图的示例，其中每三个电路单元并联连接以形成新的基本电路单元如901、902、903、904，然后彼此串联以形成目标电流905、906和目标电压。图9中所示的基本电路单元901、902、903、904中的每一个例如包括三个细胞电路单元，其可以看作是三个热电模块，即每个细胞单元可以是一个热电模块。然而，本领域的技术人员可以理解的是，图9仅是为了阐述原理的示例性示意图，并不是意图限制。在设计实现中，并联的电路单元的数量以及基本电路单元的数量可以根据具体设计要求而变化。并且，每个细胞单元也可由多个热电模块构成，其组合的原则可以依照目标电流和目标电压的实际要求而定。

以上所述，仅为了说明本发明的原理而采用的示例性实施例，并非用于限定本发明的保护范围。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也在本发明的保护范围内。

在前述说明中，已经参考具体示例描述了实施范例的某些代表性方面。然而，在不脱离权利要求中所阐述的本发明的范围的情况下，可以进行各种修改和改变。说明书和附图是说明性的而不是限制性的，并且修改旨在包括在本发明的范围内。因此，本发明的范围应由权利要求及其合法等同物确定，而不仅仅由所描述的例子确定。例如，任何装置权利要求中记载的组件和/或元件可以以各种排列组装或以其他方式操作地配置，因此不限于权利要求中记载的特定配置。

此外，上面已经针对特定实施例描述了某些益处，其他优点和问题的解决方案；但是，任何益处，优势，问题的解决方案或任何可能导致任何特定利益，优势或解决方案发生或变得更加明显的因素都不应被解释为任何关键、必需或必要的特征或组成部分或所有发明权利要求。

已经出于说明和描述的目的而呈现了对实施方案的描述。可以鉴于以上描述执行或可以通过实践方法获得实施方案的合适的修改和变化。例如，除非另外指出，否则所描述的一种或多种方法可以由合适的装置和/或系统的组合来执行。所述方法可以通过以下方式来执行：利用一个或多个逻辑装置(例如，处理器)结合一个或多个另外的硬件元件(诸如存储装置、存储器、电路、硬件网络接口等)来执行存储的指令。所述方法和相关联动作还可以按除了本申请中所述的顺序之外的各种顺序并行和/或同时执行。所述系统本质上是示例性的，并且可包括另外的元件和/或省略元件。本公开的主题包括所公开的各种方法和系统配置以及其他特征、功能和/或性质的全部新颖的且非显而易见的组合。

如本申请中所使用的，以单数形式列举并且前面带有词语“一/一个”的元件或步骤应当被理解为并不排除多个所述元件或步骤，除非指出这种排除情况。此外，对本公开的“一个实施方案”或“一个示例”的参考并非意图解释为排除也并入所列举特征的另外实施方案的存在。

Claims (17)

1.一种用于管道内检测装置的可再生动力系统，包括：

利用管道内传输介质产生的热能来发电的热电发电机和利用管道内传输介质产生的压力能来发电的压力发电机中的至少一个；以及

用于从所述热电发电机和压力发电机中的至少一个接收电力供给并且与所述热电发电机和压力发电机中的至少一个协同工作的辅助系统。

2.如权利要求1所述的可再生动力系统，其中，所述热电发电机具有热端和冷端，并且所述热电发电机还包括：

多个热电模块，位于所述热电发电机的热端和冷端之间；以及

主传热支持结构，用于将管道内的热能传递给所述热电发电机的热端；

其中，所述多个热电模块基于所述热电发电机的所述热端与所述冷端之间形成的热力梯度产生电力。

3.如权利要求1所述的可再生动力系统，其中，所述压力发电机包括：

用于产生机械能的涡轮机；

用于产生电能的交流发电机；和

连接所述涡轮机和所述交流发电机的连接轴。

4.如权利要求3所述的可再生动力系统，其中，所述涡轮机包括：

具有多个均匀分布的叶片的涡轮，所述叶片具有弯曲曲面；和

容纳所述涡轮的机箱；

其中，在所述机箱的远离所述交流发电机的一侧设置有多个入口，在所述机箱的靠近所述交流发电机的一侧设置有与所述多个入口相对应的多个出口，所述出口的尺寸大于所述入口的尺寸；

其中，所述传输介质从所述多个入口进入所述机箱内，推动所述涡轮的叶片，并被导向对应的多个出口。

5.如权利要求4所述的可再生动力系统，其中，所述机箱的所述多个入口的横截面具有梯形形状，其中所述入口的相对较大一侧位于所述机箱的外侧，所述入口的相对较小一侧位于所述机箱的内侧。

6.如权利要求4所述的可再生动力系统，其中，所述机箱的所述多个出口的横截面具有扇形形状。

7.如权利要求3所述的可再生动力系统，其中，所述压力发电机容纳于密封机箱，所述密封机箱用于保留所述交流发电机产生的热量并将其传递给所述热电发电机的热电模块。

8.如权利要求3所述的可再生动力系统，其中，所述压力发电机容纳于密封机箱，所述密封机箱内设置有至少一个热电模块，用于将所述发电机产生的热量直接转成电能。

9.如权利要求1所述的可再生动力系统，其中所述辅助系统包括：

至少一个稳压整流器组件，用于接收所述热电发电机和压力发电机中的至少一个输出的交流电和直流电中的至少一个；

至少一个充电组件，与所述至少一个稳压整流调节器组件连接；

与所述至少一个充电组件连接的至少一个电池组件；以及

冷却系统，所述冷却系统用于为所述热电发电机和压力发电机中的至少一个提供冷却，并且为所述至少一个电池组件提供冷却。

10.如权利要求9所述的可再生动力系统，其中所述冷却系统包括：

储存有深冷剂的核心冷箱；

用于通过所述深冷剂为所述热电发电机提供冷却的第一冷室；

用于通过所述深冷剂为所述至少一个电池组件提供冷却的第二冷室。

11.如权利要求10所述的可再生动力系统，其中，所述冷却系统还包括：

多个温度传感器,用于感测所述可再生动力系统内的多个位置的温度；和

多个热控制器，用于根据所述多个温度传感器感测的结果调整所述可再生动力系统内多个位置的温度。

12.如权利要求11所述的可再生动力系统，其中，所述热控制器包括至少一个第一热控制器，所述第一热控制器设置在所述第一冷室和所述第二冷室的入口处，以通过控制进入到所述第一冷室和所述第二冷室内的所述深冷剂的量来控制所述第一冷室和所述第二冷室的温度。

13.如权利要求11或12所述的可再生动力系统，其中，所述热控制器包括至少一个第二热控制器，所述第二热控制器设置在所述第一冷室，用于控制位于所述热电发电机内部的冷却箱的温度，进而为所述热电发电机的冷端提供冷却。

14.如权利要求9所述的可再生动力系统，其中所述冷却系统还包括用于通过所述深冷剂为所述交流发电机提供冷却的第三冷室，所述第三冷室是所述第二冷室的延伸部分且位于连接到所述交流发电机的连接轴的空心通道中。

15.如权利要求14所述的可再生动力系统，其中，所述连接轴的空心通道在径向方向设置有冷却孔，所述空心通道通过所述冷却孔与密封冷却轴承盒连通，所述密封冷却轴承盒与所述交流发电机内部的冷却盘管连接，以为所述交流发电机提供冷却。

16.如权利要求要求2所述的可再生动力系统，其中所述多个热电模块在冷端串联连接，并且其中所述多个热电模块中的每个热电模块包括并联连接的P型半导体和n型半导体。

17.如权利要求要求2所述的可再生动力系统，其中所述主传热支持结构包括孔状结构部件。

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