FR3030727A1 - NON-INTRUSIVE POWER SOURCE SENSOR AUTONOMOUS IN ENERGY AND METHOD FOR CONVERTING THERMAL ENERGY IN ELECTRIC ENERGY TO A FLUID TRANSPORT NETWORK USING SUCH A SENSOR - Google Patents
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Abstract
La présente invention a pour objet un capteur de débit (1) non intrusif pour mesurer les flux de fluides transitant dans un réseau de transport de fluides, ainsi qu'un procédé de mesure de débit d'un fluide transitant dans un réseau (2) de transport de fluides à l'aide d'un tel capteur (1).The present invention relates to a non-intrusive flow sensor (1) for measuring the flow of fluids transiting a fluid transport network, and a method for measuring the flow rate of a fluid passing through a network (2). fluid transport using such a sensor (1).
Description
Capteur de débit non intrusif autonome en énergie et procédé de conversion d'énergie thermique en énergie électrique sur un réseau de transport de fluides mettant en oeuvre un tel capteur La présente invention relève du domaine des systèmes récupérateurs d'énergie (généralement désignés par l'expression « Energy Harvesting Systems » en anglais) pour l'alimentation énergétique d'instrumentation et de petits systèmes. Les systèmes électroniques présents dans le milieu industriel deviennent de moins en mois consommateurs d'énergie, durent de plus en plus longtemps et communiquent de plus en plus par des systèmes radiofréquences. Dans cette optique, l'autonomie énergétique des ces systèmes électroniques est un axe important d'amélioration qui est de plus en plus abordée. Aujourd'hui, leur alimentation est assurée soit par le secteur, soit par des piles. Ces solutions d'alimentation présentent un coût et des contraintes techniques de déploiement. L'objectif aujourd'hui est de donner à des systèmes électroniques la capacité de fonctionner pendant des années sans intervention humaine. Les produits tendent pour la plupart vers la même philosophie « Installer et oublier » (plus connue en anglais sous l'expression « Install and Forget »), l'équivalent du « Installer et jouer » (plus connue en anglais « Plug and Play ») des périphériques multimédias. Ces systèmes doivent dès leur installation s'intégrer dans leur environnement aussi bien du point de vue de la communication que de l'alimentation. Les réseaux de transport de fluides ont la nécessité d'être instrumentés afin de mieux pouvoir les surveiller et ainsi le cas échant réaliser des interventions de maintenance préventive ou d'entretien. Les capteurs du type débitmètre permettent de mesurer les flux qui transitent au travers de ces réseaux de transport. La mesure réalisée peut être intrusive ou non, ce qui impacte le coût de l'installation ainsi que la consommation du système. Les contraintes sont les suivantes : - d'un point de vue consommation : o une mesure intrusive consomme peu, o une mesure non intrusive par ultrason consomme beaucoup et nécessite d'être connectée au réseau électrique ; - d'un point de vue installation : o une mesure intrusive nécessite une intervention sur la canalisation ce qui a un coût et nécessite l'arrêt de la tranche d'exploitation, ce qui ne peut pas toujours se faire ; o une mesure par ultrason s'installe facilement l'extérieur de la canalisation.The invention relates to the field of energy recovery systems (generally designated "Energy Harvesting Systems") for the energy supply of instrumentation and small systems. Electronic systems present in the industrial environment are becoming less and less energy consuming, last longer and longer and communicate more and more by radio frequency systems. In this perspective, the energy autonomy of these electronic systems is an important area of improvement that is increasingly being addressed. Today, their food is provided either by the sector or by batteries. These power solutions present a cost and technical constraints of deployment. The goal today is to give electronic systems the ability to function for years without human intervention. The products tend for the most part to the same philosophy "Install and forget" (better known in English as "Install and Forget"), the equivalent of "Install and play" (better known in English "Plug and Play" ) multimedia devices. These systems must from their installation integrate into their environment both from the point of view of communication and food. Fluid transport networks have the need to be instrumented in order to be able to monitor them better and thus to carry out preventive maintenance or maintenance interventions. The sensors of the flow meter type make it possible to measure the flows that pass through these transport networks. The measurement can be intrusive or not, which impacts the cost of installation and the consumption of the system. The constraints are as follows: - from a consumption point of view: o an intrusive measurement consumes little, o a non-intrusive measurement by ultrasound consumes a lot and needs to be connected to the electrical network; - From an installation point of view: o an intrusive measurement requires intervention on the pipeline which has a cost and requires the shutdown of the operating unit, which can not always be done; o Ultrasonic measurement is easily installed outside the pipe.
Le problème posé non résolu aujourd'hui est donc d'une part de trouver des mesures non intrusives et d'autre part de pouvoir utiliser des capteurs de mesure non intrusive qui puissent : - d'une part s'installer facilement sans devoir nécessiter une connexion au réseau électrique, et - d'autre part qui fonctionnent à très long terme sans intervention humaine. La débitmétrie non intrusive est connue de l'homme de l'art. Elle peut notamment être réalisée par des moyens optiques ou ultrasonores. Les méthodes optiques nécessitant une canalisation transparente, cette technique n'est que très peu exploitable dans le domaine industriel sans réaliser une intervention sur le réseau. Cela rendrait en plus cette technique intrusive. En débitmétrie non intrusive, la méthode la plus utilisée actuellement met en oeuvre des ultrasons. Le principe est le suivant : la vitesse de transmission d'un 5 signal ultrasonore dépend de la vitesse d'écoulement du fluide. Un signal ultrasonore se déplace plus lentement contresens que dans la direction du débit. Pour la mesure, des impulsions ultrasoniques sont envoyées alternativement dans les deux sens. La différence de temps de transit est 10 mesurée et permet une détermination précise du débit. Dans le cadre de la présente invention où il n'y a pas la possibilité d'une connexion au réseau électrique et une impossibilité d'intervenir sur la canalisation (obligation d'utiliser un débitmètre non intrusif), les 15 seules solutions existantes répondant au problème posé sont nécessairement d'installer un débitmètre alimenté avec des piles, ou dans le pire des cas de ne pas installer de débitmètre. Pour augmenter l'autonomie du dispositif, les 20 solutions existantes peuvent être accompagnées de batteries d'alimentation rechargées grâce à l'énergie récupérée dans le milieu ambiant via un transducteur, ceci afin d'augmenter l'intervalle de temps entre deux périodes de maintenance. 25 Les solutions de débitmétrie non intrusives connues de l'homme du métier sont notamment celles développées dans les brevets et demande de brevet suivants : - le brevet français FR2720839, qui concerne un vélocimètre laser à effet Doppler portable, 30 - le brevet français FR2767919, qui concerne un procédé de mesure de débit adapté aux effluents pétroliers formés de mélanges fluides multiphasiques pouvant comprendre de l'eau, du pétrole et du gaz, - le brevet français FR2616914, qui concerne un dispositif apte à réaliser indifféremment une analyse échographique ou débitmétrique par ultrasons, - la demande de brevet européen EP0932029, qui concerne un débitmètre acoustique fluide comprenant des moyens de chronométrage pour déterminer les valeurs de temps de transit en aval et en amont de pulsations acoustiques transmises entre des transrécepteurs de signaux acoustiques pouvant être actionnés de manière alternative comme générateurs et comme récepteurs, l'opposé de la direction du flux de fluide, - la demande internationale WO 93/21500, qui concerne un procédé et un dispositif de débitmétrie acoustique permettant de mesurer le débit d'un gaz et/ou des quantités dérivés de celui-ci : on émet dans le tuyau de mesure des sons à ondes longues et on détecte les signaux sonores se propageant dans le gaz en aval et/ou en amont, au moyen de deux détecteurs soniques associés au tuyau de mesure et séparés l'un de l'autre par une distance donnée (L), le débit (v) du gaz en écoulement dans le tuyau de mesure étant déterminé par corrélation desdits signaux sonores. Aujourd'hui, aucun système de mesure par débitmétrie non intrusive autonome en énergie n'existe. Les mesures de débitmétries autonomes en énergie sont toutes de nature intrusive. Le fait de ne pas installer de débitmètre n'est pas une solution satisfaisante, car il y a alors un manque dans la surveillance des réseaux de transport de fluides. Ce manque d'informations ne permet pas l'exploitation de ce réseau de manière optimale et ne répond donc pas aux exigences modernes de gestion et d'exploitation d'un réseau. Il est donc nécessaire d'installer un débitmètre non intrusif pour répondre au problème.The unresolved problem today is therefore on the one hand to find non-intrusive measurements and on the other hand to be able to use non-intrusive measurement sensors that can: - on the one hand install easily without having to require a connection to the power grid, and - on the other hand, which function in the very long term without human intervention. Non-intrusive flowmetering is known to those skilled in the art. It may in particular be carried out by optical or ultrasonic means. Optical methods require transparent channelization, this technique is very little exploitable in the industrial field without performing an intervention on the network. This would make this technique more intrusive. In non-intrusive flowmetering, the most widely used method uses ultrasound. The principle is as follows: the transmission speed of an ultrasonic signal depends on the flow velocity of the fluid. An ultrasonic signal travels slower than in the direction of flow. For the measurement, ultrasonic pulses are sent alternately in both directions. The difference in transit time is measured and allows an accurate determination of the flow rate. In the context of the present invention where there is no possibility of a connection to the power grid and an impossibility of intervening on the pipeline (obligation to use a non-intrusive flow meter), the only 15 existing solutions responding to the problem is necessarily to install a flowmeter powered with batteries, or in the worst case not to install a flowmeter. To increase the autonomy of the device, the existing 20 solutions can be accompanied by recharged battery packs thanks to the energy recovered in the ambient environment via a transducer, in order to increase the time interval between two maintenance periods. . The non-intrusive flow metering solutions known to those skilled in the art are in particular those developed in the following patents and patent applications: the French patent FR2720839, which relates to a portable laser Doppler effect velocimeter, the French patent FR2767919, which relates to a flow measurement method adapted to petroleum effluents formed from multiphase fluid mixtures which may comprise water, oil and gas, - the French patent FR2616914, which relates to a device capable of performing indifferently an echographic or flow analysis by ultrasound, - the European patent application EP0932029, which relates to a fluid acoustic flowmeter comprising timing means for determining the transit time values upstream and downstream of acoustic pulses transmitted between transceivers of acoustic signals can be actuated alternately as generators and as a receiver urs, the opposite of the direction of the flow of fluid, the international application WO 93/21500, which relates to a method and an acoustic flow metering device for measuring the flow rate of a gas and / or amounts derived from it In the measuring pipe, long-wave sounds are emitted and the sound signals propagating in the downstream and / or upstream gas are detected by means of two sonic detectors associated with the measuring pipe and separated from each other. the other by a given distance (L), the flow rate (v) of the flowing gas in the measuring pipe being determined by correlation of said sound signals. Today, no energy-independent, non-intrusive flow metering system exists. The autonomic energy flow rate measurements are all intrusive in nature. Failure to install a flow meter is not a satisfactory solution, as there is a lack of monitoring of fluid transport networks. This lack of information does not allow the operation of this network optimally and therefore does not meet the modern requirements of management and operation of a network. It is therefore necessary to install a non-intrusive flowmeter to respond to the problem.
Seuls les débitmètres à ultrason répondent à cette contrainte dans l'état de la technique ; il est de plus obligatoire aussi, dans l'état de la technique, d'installer une alimentation par pile pour augmenter la durée d'autonomie énergétique de ces débitmètres. Celle-là présente cependant les inconvénients suivants : La durée de vie du système, sans maintenance, dépend de la durée de vie des piles qui est liée à leur technologie, leur capacité en fonction de la consommation du système électronique, leur volume qui empêche de les installer lorsque la place disponible est réduite, et leur poids. Le coût de la maintenance imposé par le remplacement répétitif régulier des piles durant tout le cycle de vie du système électronique : La durée de vie d'une carte électronique peut être de plusieurs dizaines d'années là où celle des piles dans l'état de la technique peut aller de plusieurs semaines à plusieurs années en fonction du volume disponible et du coût d'investissement supportable.Only ultrasound flow meters meet this constraint in the state of the art; it is also mandatory in the state of the art, to install a battery power to increase the energy autonomy time of these flow meters. However, this has the following drawbacks: The life of the system, without maintenance, depends on the lifetime of the batteries which is related to their technology, their capacity according to the consumption of the electronic system, their volume which prevents install them when the available space is reduced, and their weight. The cost of maintenance imposed by the regular repetitive battery replacement throughout the life cycle of the electronic system: The life of an electronic card can be several tens of years where the battery life in the state of the technique can range from several weeks to several years depending on the volume available and the sustainable investment cost.
Par exemple dans un mode d'implémentation, un débitmètre qui consomme en moyenne 1 Watt nécessite pour une durée de 15 jours d'autonomie énergétique : - une capacité de pile représentant une énergie de l'ordre de 475 Wattheure (1,7 Mégajoule) ; - un volume de 4 litres. Une solution d'alimentation par pile nécessite tous les 15 jours un coût matériel non négligeable, sans compter le coût humain d'une intervention. Or, la durée de vie du système d'alimentation énergétique sans maintenance est trop courte et dépend fortement de la capacité des piles installées. Il est impossible physiquement d'avoir à la fois un système compact à faible coût et de très grande durée de vie. Or il y a une contradiction entre le coût des piles, leur volume et la capacité électrique nécessaire l'alimentation d'un système sur une longue durée. Il subsiste donc le besoin de pouvoir mesurer le débit d'un fluide à l'aide d'un débitmètre non invasif, 5 qui soit autonome en énergie. Pour répondre à ce besoin, le demandeur a mis au point un capteur de débit associant un débitmètre non intrusif couplé à une solution de récupération d'énergie thermique et une réserve d'énergie. 10 Les réseaux de transport de fluides peuvent par exemple transporter des fluides chauds tels de la vapeur d'eau sous pression pouvant atteindre des températures supérieures à 100 °C. Ces flux chauds transportent en leur sein une quantité d'énergie thermique considérable. La 15 différence de température entre ces canalisations et leur environnement est propice a la création d'un flux de chaleur qui se propage des canalisations vers leur environnement. C'est ce flux de chaleur qui peut être récolté et 20 converti en énergie électrique. D'autres points chauds peuvent prétendre être source d'énergie thermique si leur température est différente de leur milieu ambiant. La surface d'un poêle à bois par exemple peut servir de point chaud. Le principe pour 25 produire de l'électricité est ensuite le même : générer un flux thermique et le convertir en électricité. Ce principe de récolter de l'énergie thermique présente sous la forme d'une différence de température est généralement désigné en anglais par l'expression « Energy 30 Harvesting ». Cette source d'énergie est disponible en permanence et sa quantité dépend de la différence de température entre les canalisations et leur environnement c'est-à-dire l'air. Plus la différence de température est importante, plus l'énergie thermique récoltable est importante. En comparaison avec une solution d'alimentation par pile, un capteur de débit selon l'invention qui associe une batterie avec un harvester d'énergie thermique offre 5 les avantages suivants : - Autonomie énergétique de 5 ans ; - Coût d'investissement réduit ; - volume de 1,2 litre. - Capacité de batterie de l'ordre de 200 Wattheure (720 10 Kilojoule) - Un harvester produisant en moyenne 1,5 Watt. La présente invention a donc pour objet un capteur de débit non intrusif pour mesurer les flux de fluides transitant dans un réseau de transport de fluides, ledit capteur étant 15 autonome en énergie et comprenant : un débitmètre non intrusif, un système récupérateur d'énergie thermique comprenant : o au moins un module de transduction d'énergie thermique, qui est soit un module Seebeck soit un module 20 thermomécanique pour convertir un gradient thermique transitant entre un point chaud et un point froid en énergie électrique, ledit module reliant ledit point chaud et ledit point froid par un pont thermique, et o au moins un dissipateur d'énergie thermique, disposé 25 sur ledit module de transduction d'énergie thermique pour maximiser le flux thermique entre le point chaud et son environnement et dont le flux traverse ledit module de transduction d'énergie thermique, - un système de régulation de tension amont pour 30 transformer et transférer l'énergie électrique produite par ledit module de transduction d'énergie thermique vers un système de stockage d'énergie électrique, et - ledit système de stockage d'énergie électrique, qui est relié audit débitmètre via un régulateur de tension aval.For example, in an implementation mode, a flowmeter that consumes an average of 1 Watt requires for a period of 15 days of energy autonomy: - a battery capacity representing an energy of about 475 Watt hour (1.7 Megajoule) ; - a volume of 4 liters. A battery-powered solution requires a substantial material cost every 15 days, not to mention the human cost of an intervention. However, the service life of the maintenance-free power supply system is too short and depends greatly on the capacity of the batteries installed. It is physically impossible to have both a compact system at low cost and very long life. But there is a contradiction between the cost of the batteries, their volume and the electrical capacity required to power a system over a long period. There remains therefore the need to be able to measure the flow rate of a fluid using a non-invasive flowmeter, which is autonomous in energy. To meet this need, the applicant has developed a flow sensor associating a non-intrusive flowmeter coupled to a thermal energy recovery solution and a power reserve. The fluid transport networks can for example carry hot fluids such as pressurized water vapor which can reach temperatures above 100 ° C. These hot streams carry within them a considerable amount of thermal energy. The difference in temperature between these pipes and their environment is conducive to the creation of a heat flow that propagates from the pipes to their environment. It is this heat flux that can be harvested and converted into electrical energy. Other hot spots can claim to be a source of thermal energy if their temperature is different from their environment. The surface of a wood stove for example can serve as a hot spot. The principle for producing electricity is then the same: to generate a heat flux and convert it into electricity. This principle of harvesting heat energy in the form of a temperature difference is generally referred to in English as "Energy Harvesting". This source of energy is permanently available and its quantity depends on the difference in temperature between the pipes and their environment, that is to say the air. The greater the difference in temperature, the greater the heat energy that can be harvested. In comparison with a battery supply solution, a flow sensor according to the invention which associates a battery with a heat energy harvester offers the following advantages: - Energy autonomy of 5 years; - Reduced investment cost; - 1.2 liter volume. - Battery capacity of about 200 Watts (720 10 Kilojoule) - A harvester producing an average of 1.5 watts. The present invention therefore relates to a non-intrusive flow sensor for measuring the flow of fluids transiting a fluid transport network, said sensor being autonomous in energy and comprising: a non-intrusive flowmeter, a heat recovery system comprising: at least one thermal energy transduction module, which is either a Seebeck module or a thermomechanical module for converting a thermal gradient transiting between a hot spot and a cold spot into electrical energy, said module connecting said hot spot and said cold spot by a thermal bridge, and o at least one heat sink, disposed on said thermal energy transducer module for maximizing heat flux between the hot spot and its environment and whose flow passes through said heat sink module; thermal energy transduction; an upstream voltage regulation system for transforming and transferring electrical energy; produced by said thermal energy transduction module to an electrical energy storage system, and said electrical energy storage system, which is connected to said flowmeter via a downstream voltage regulator.
Le capteur de débit selon l'invention est une solution de récupération d'énergie ambiante, sous forme d'une différence de température. Elle permet : - de déployer des débitmètres non invasifs sur la totalité d'un réseau de fluides chauds ; - d'éviter d'utiliser une réserve d'énergie limitée sous la forme de pile et ainsi limite les opérations de remplacement de cette dernière ; De manière avantageuse, le point chaud peut être constitué 10 d'une canalisation dudit réseau transportant un fluide chaud dont la différence de température avec le milieu environnant (point froid) est supérieure à 3°C. Dans un autre aspect de l'invention, la mesure et la récolte d'énergie peuvent aussi être réalisées sur deux 15 réseaux différents. La source d'énergie récoltée peut être installée sur n'importe quelle source de chaleur. À titre de débitmètres utilisables pour le capteur de débit selon l'invention, on peut notamment citer les débitmètres à ultrasons à temps de transit, les débitmètres à 20 ultrasons Doppler, les débitmètres électromagnétiques, les débitmètres à radar Doppler, les débitmètres par mesure de temps de vol thermique, et les débitmètres par tomographie de rayons X. La mesure de flux à l'ultrason permet une installation sur 25 les canalisations durant leur exploitation ce qui évite des frais de travaux sur un réseau. Le système récupérateur d'énergie thermique du capteur de débit selon l'invention comprend au moins un module de transduction d'énergie thermique, qui relie un point chaud et 30 un point froid par un pont thermique, et au moins un dissipateur d'énergie thermique, disposé sur ledit module de transduction d'énergie thermique. La conversion d'énergie thermique en énergie électrique est réalisée à l'aide module de transduction d'énergie thermique. Pour récolter et stocker cette énergie, un module Peltier ou thermomécanique seul ne suffit pas. Il faut lui associer un système de stockage d'énergie électrique. Un module de transduction d'énergie thermique est soit un 5 module Seebeck (également connu sous la dénomination « module Peltier »), soit un module thermomécanique. Le nombre de modules de transduction d'énergie thermique dépend de la puissance nécessaire pour alimenter le débitmètre. 10 Au sens de la présente invention, on utilise les termes « modules Seebeck » : en effet, les termes « module Peltier » ou « module Seebeck » désignent le même module, mais leurs conditions d'utilisation sont différentes. o Lorsque ce module est utilisé pour produire une 15 différence de température, à partir d'un courant électrique, on parle de module Peltier, car il utilise l'effet Peltier ; o lorsque ce module est utilisé pour produire un courant électrique à partir d'une différence de 20 température, on parle de module Seebeck, car il utilise l'effet Seebeck ; Le pont thermique est un élément mécanique s'adaptant à la fois à la forme du réseau de transport de fluides, ainsi qu'à la forme du module de transduction d'énergie thermique. Cette 25 double adaptation permet une meilleure transmission par conduction de la chaleur du point chaud vers ledit module de transduction d'énergie. Plus la semelle faisant office de pont thermique est en pression avec la surface de la source chaude (respectivement 30 froide), plus la température de la semelle sera proche de celle du point chaud (respectivement froide). L'objectif est d'avoir une température de semelle la plus élevée possible, c'est-à-dire celle de la source chaude. Préférentiellement, le système sera une semelle d'adaptation thermomécanique sur une canalisation. De manière avantageuse, le dissipateur d'énergie thermique peut être : - selon un premier mode de réalisation du capteur de débit selon l'invention, un radiateur refroidi par convection naturelle ou forcée, ou par rayonnement apte à dissiper la chaleur qui transite au travers du module de transduction d'énergie thermique, ou - selon un deuxième mode de réalisation du capteur de débit selon l'invention, un conducteur thermique fonctionnant par conduction apte à dissiper la chaleur qui transite au travers du module de transduction d'énergie thermique. Un dissipateur thermique permet de maximiser le flux thermique entre le module de transduction d'énergie thermique et la source froide (respectivement chaude) (par exemple de l'air qui l'entoure). L'objectif est d'avoir une température du dissipateur la plus basse (respectivement la plus haute) possible, c'est-à-dire celle de la source froide (respectivement chaude). Préférentiellement, ce système sera un radiateur. À titre de systèmes de stockage d'énergie électrique utilisable pour le capteur de débit selon l'invention, on peut notamment citer les systèmes de stockage électrochimiques tels que les batteries et les supercapacités à double couche, et les systèmes de stockage physiques tels que les capacités, et les capacités à couche hybride. Si l'on utilise une batterie à titre de système de stockage, elle est dimensionnée pour fonctionner en mode « floating » (la batterie est tout le temps chargée) et n'est utilisée que lors des pics de consommation du capteur. La batterie permet aussi d'alimenter le capteur lors des périodes où le réseau de transport est vide et qu'il n'y a plus de présence de chaleur.The flow sensor according to the invention is a solution for recovering ambient energy, in the form of a temperature difference. It allows: - to deploy non-invasive flowmeters over an entire network of hot fluids; - To avoid using a limited energy reserve in the form of battery and thus limits the operations of replacement of the latter; Advantageously, the hot spot may consist of a pipe of said network carrying a hot fluid whose temperature difference with the surrounding medium (cold point) is greater than 3 ° C. In another aspect of the invention, measurement and energy harvesting can also be performed on two different networks. The harvested energy source can be installed on any heat source. As flowmeters usable for the flow sensor according to the invention, particular mention may be made of transit-time ultrasonic flowmeters, Doppler ultrasonic flowmeters, electromagnetic flowmeters, Doppler radar flowmeters, flowmeters for measuring purposes. thermal flow time, and flowmeters by X-ray tomography. Ultrasonic flow measurement allows installation on the pipelines during their operation which avoids the cost of work on a network. The thermal energy recovery system of the flow sensor according to the invention comprises at least one thermal energy transduction module, which connects a hot spot and a cold spot by a thermal bridge, and at least one energy sink. thermal, disposed on said thermal energy transduction module. The conversion of thermal energy into electrical energy is carried out using thermal energy transduction module. To harvest and store this energy, a Peltier or thermomechanical module alone is not enough. It must be associated with a storage system of electrical energy. A thermal energy transduction module is either a Seebeck module (also known as a Peltier module) or a thermomechanical module. The number of thermal energy transduction modules depends on the power required to power the flowmeter. Within the meaning of the present invention, the terms "Seebeck modules" are used: indeed, the terms "Peltier module" or "Seebeck module" refer to the same module, but their conditions of use are different. When this module is used to produce a temperature difference, from an electric current, it is called a Peltier module because it uses the Peltier effect; when this module is used to produce an electric current from a temperature difference, it is referred to as Seebeck module because it uses the Seebeck effect; The thermal bridge is a mechanical element that adapts to both the shape of the fluid transport network and the shape of the thermal energy transduction module. This dual adaptation allows better conductive transmission of heat from the hot spot to said energy transduction module. The more the sole acting as a thermal bridge is in pressure with the surface of the hot source (respectively cold), the more the temperature of the soleplate will be close to that of the hot point (respectively cold). The goal is to have the highest possible footing temperature, ie that of the hot spring. Preferably, the system will be a thermomechanical adaptation soleplate on a pipe. Advantageously, the heat dissipator may be: according to a first embodiment of the flow sensor according to the invention, a radiator cooled by natural or forced convection, or by radiation capable of dissipating the heat which passes through of the thermal energy transduction module, or - according to a second embodiment of the flow sensor according to the invention, a conductive thermal conductor capable of dissipating the heat which passes through the thermal energy transduction module. A heat sink makes it possible to maximize the heat flow between the thermal energy transduction module and the cold (respectively hot) source (for example, the air surrounding it). The objective is to have a heatsink temperature (the highest possible), that is to say that of the cold source (respectively hot). Preferably, this system will be a radiator. As electrical energy storage systems that can be used for the flow sensor according to the invention, particular mention may be made of electrochemical storage systems such as batteries and double-layer supercapacitors, and physical storage systems such as capabilities, and hybrid layer capabilities. If a battery is used as a storage system, it is sized to operate in "floating" mode (the battery is always charged) and is used only during peak consumption of the sensor. The battery is also used to power the sensor during periods when the transport network is empty and there is no more heat.
La présente invention a encore pour objet un procédé de mesure de débit d'un fluide transitant dans un réseau de transport de fluides à l'aide d'un capteur de débit selon l'invention, dans lequel le système de stockage d'énergie électrique alimente en énergie électrique le débitmètre. D'autres avantages et particularités de la présente invention résulteront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux figures annexées : - la figure 1 représente une vue schématique d'un exemple de capteur de débit selon l'invention, - la figure 2 représente une vue détaillée en coupe du système récupérateur d'énergie du capteur de débit illustré sur la figure 1, - la figure 3 représente une vue schématique en coupe du débitmètre 10 non intrusif du capteur de débit illustré sur la figure 1, le débitmètre 10 étant disposé à l'extérieur d'une canalisation en tant que source chaude (3). Les éléments identiques représentés sur les figures 1 à 3 20 sont identifiés par des références numériques identiques. La figure 1 représente un capteur de débit 1 selon l'invention, comprend : - un débitmètre 10 non intrusif, - un système récupérateur d'énergie thermique (11) 25 comprenant : o au moins un module de transduction d'énergie thermique 110, pour convertir en énergie électrique un gradient thermique transitant entre un point chaud 3 et un point froid, 30 o ce module 110 reliant le point chaud 3 et le point froid (environnement) par un pont thermique 111, et o un dissipateur d'énergie thermique 112, disposé sur le module de transduction d'énergie thermique, o un système de régulation de tension amont 12 pour transformer et transférer l'énergie électrique produite par le module de transduction d'énergie thermique 110 vers o un système de stockage d'énergie électrique 13, qui est relié au débitmètre 10 via un régulateur de tension aval 132. La figure 2 représente de manière plus détaillée le système récupérateur d'énergie thermique 11 du capteur de débit 1 selon l'invention représenté sur la figure 1. Le point 10 chaud 3 est ici constitué d'une canalisation d'un réseau transportant un fluide chaud. La canalisation 3 est en contact avec un pont thermique 111 réalisant un contact entre elle-même et le module de transduction d'énergie thermique 110 (qui est dans le cas illustré sur la figure 2 un. module Seebeck).Another subject of the present invention is a method for measuring the flow rate of a fluid transiting a fluid transport network by means of a flow sensor according to the invention, in which the electrical energy storage system supplies the flow meter with electrical energy. Other advantages and features of the present invention will result from the description which will follow, given by way of non-limiting example and with reference to the appended figures: FIG. 1 represents a schematic view of an example of a flow sensor according to the invention, - Figure 2 shows a detailed sectional view of the energy recovery system of the flow sensor illustrated in Figure 1; - Figure 3 shows a schematic sectional view of the non-intrusive flowmeter 10 of the flow sensor. illustrated in Figure 1, the flow meter 10 being disposed outside a pipe as a hot source (3). The identical elements shown in FIGS. 1 to 3 are identified by identical reference numerals. FIG. 1 represents a flow sensor 1 according to the invention, comprising: a non-intrusive flow meter; a thermal energy recovery system (11) comprising: at least one thermal energy transduction module 110; for converting into electrical energy a thermal gradient transiting between a hot point 3 and a cold point, 30 o this module 110 connecting the hot spot 3 and the cold point (environment) by a thermal bridge 111, and o a heat sink 112, disposed on the thermal energy transduction module, an upstream voltage regulating system 12 for transforming and transferring electrical energy produced by the thermal energy transduction module 110 to a power storage system 13, which is connected to the flow meter 10 via a downstream voltage regulator 132. FIG. 2 shows in more detail the thermal energy recovery system 11 of the flow sensor 1 s According to the invention shown in FIG. 1, the hot point 3 consists of a pipe of a network carrying a hot fluid. Line 3 is in contact with a thermal bridge 111 making a contact between itself and the thermal energy transduction module 110 (which is in the case illustrated in Figure 2 a Seebeck module).
15 Un dissipateur thermique 112, ici un radiateur, en contact avec le module Seebeck 110, permet de maximiser les échanges thermique entre le module Seebeck 110 et son environnement 4 (constituant le point froid). Ainsi un flux thermique transite entre le point chaud 3 et 20 le point froid 4 et une partie de ce flux est converti en électricité par l'intermédiaire du module Peltier 110. La figure 3 représente de manière plus détaillée un débitmètre 10 non intrusif du capteur de débit 1 selon l'invention représenté sur la figure 1. La figure 3 montre que 25 le débitmètre 10, placé à l'extérieur d'une canalisation constituant la source chaude 3, émet, entre ses deux extrémités, des ondes qui peuvent être acoustiques ou électromagnétiques. Leur propagation est influencée par le débit du fluide circulant au sein de la canalisation 3. 30A heat sink 112, here a radiator, in contact with the Seebeck module 110, maximizes the heat exchange between the Seebeck module 110 and its environment 4 (constituting the cold spot). Thus a heat flow passes between the hot point 3 and the cold point 4 and part of this flux is converted into electricity via the Peltier module 110. FIG. 3 shows in more detail a non-intrusive flowmeter 10 of the sensor. 1 of Figure 3 shows that the flowmeter 10, placed outside a pipe constituting the hot source 3, emits waves between its two ends which can be acoustic or electromagnetic. Their propagation is influenced by the flow rate of the fluid flowing in line 3. 30
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