JP2020522229A - 流体流からのエネルギーの採取 - Google Patents
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Abstract
ブラフボディは、弾性マウントに取り付けられて渦放出を生成することができ、弾性マウントは、流体流に対して横断するフローライン内でブラフボディを方向付けて渦放出に応答して振動する。ハーベスタは、ブラフボディ内に配置され、振動に応答して特定の閾値を超える電力を生成することができる。
Description
本出願は２０１７年５月３０日に出願された米国特許出願第１５／６０８，６１９号に基づく優先権を主張し、当該米国特許出願のすべての記載内容を援用する。
本開示は、フローラインからのエネルギー採取に関する。
場合によっては、坑井又はフローラインで電力を生成することが有用であり得る。例えば、タービンは、掘削又はフローライン内に配置することができる。フローラインを通る流体流はタービンを回転させることができ、次いで、タービンは、発電機又は交流発電機を回転させて電力を生成する。
本開示は、流体流からエネルギーを採取することに関する技術を記載する。
本開示内に記載される主題の例示的な実施は、以下の特徴を有する弾性ブラフボディである。当該ブラフボディは、弾性マウントに取り付けられて渦放出を生成することができ、弾性マウントは、流体流に対して横断するフローライン内でブラフボディを方向付けて渦放出に応答して振動する。ハーベスタ（採取器）は、ブラフボディ内に配置され、振動に応答して特定の閾値を超える電力を生成することができる。
例示的な実施と組み合わせることができる、又は組み合わせとすることができる、例示的な実施の態様は、以下を含む。ハーベスタは、弾性ブラフボディの共振周波数で振動することができる。
例示的な実施と組み合わせることができる、又は組み合わせとすることができる、例示的な実施の態様は、以下を含む。フローラインは、坑井を含むことができる。
例示的な実施と組み合わせることができる、又は組み合わせとすることができる、例示的な実施の態様は、以下を含む。ブラフボディは、シリンダを含むことができる。
例示的な実施と組み合わせることができる、又は組み合わせとすることができる、例示的な実施の態様は、以下を含む。ハーベスタは、圧電ハーベスタ又は磁歪ハーベスタを含むことができる。
例示的な実施と組み合わせることができる、又は組み合わせとすることができる、例示的な実施の態様は、以下を含む。ハーベスタは、渦放出に応答して振動するように構成された片持ち梁を含むことができる。
例示的な実施と組み合わせることができる、又は組み合わせとすることができる、例示的な実施の態様は、以下を含む。ブラフボディは、実質的に円錐形状を含むことができる。ブラフボディは、弾性マウントに旋回可能に接続することができる。ブラフボディは、渦放出に応答して振動することができる。
例示的な実施と組み合わせることができる、又は組み合わせとすることができる、例示的な実施の態様は、以下を含む。ブラフボディは永久磁石を含むことができ、ハーベスタは、鉄棒と、鉄棒の周りの金属コイルとを含む。
例示的な実施と組み合わせることができる、又は組み合わせとすることができる、例示的な実施の態様は、以下を含む。ハーベスタは、周囲を囲む金属コイルを有するシリンダを含むことができる。
例示的な実施と組み合わせることができる、又は組み合わせとすることができる、例示的な実施の態様は、以下を含む。弾性ブラフボディは円錐形であり、弾性マウントに接続することができる。ハーベスタは、渦放出に応答して振動することができる。
例示的な実施と組み合わせることができる、又は組み合わせとすることができる、例示的な実施の態様は、以下を含む。弾性マウントは第１の弾性マウントとすることができ、ブラフボディは第１のブラフボディとすることができ、ハーベスタは第１のハーベスタとすることができる。第２の弾性マウントは、第１の弾性マウントから分離することができる。第２のブラフボディは、第２の弾性マウントに取り付けられて渦放出を生成することができ、第２の弾性マウントは、流体流に対して横断するフローライン内で第２のブラフボディを方向付け、渦放出に応答して振動する。第２のハーベスタは、第２のブラフボディ内に配置することができ、かつ、振動に応答して特定の閾値を超える電力を生成することができる。
例示的な実施と組み合わせることができる、又は組み合わせとすることができる、例示的な実施の態様は、以下を含む。第２のブラフボディ及び第２のハーベスタは、それぞれ、第１のブラフボディ及び第１のハーベスタと実質的に同一の固有振動数を含むことができる。
本開示内に記載される主題の例示的な実施は、以下の特徴を有する方法である。振動渦は、ブラフボディを横切る流体の流れに応答して、ブラフボディ及びブラフボディ内のハーベスタによって誘発される。振動渦の誘起に応答して電力が生成される。
例示的な方法と組み合わせることができる、又は組み合わせとすることができる例示的な方法の態様は、以下を含む。電力を発生させることは、振動渦を誘発することに応答して、ブラフボディ内で片持ち梁を振動させることを含むことができる。片持ち梁は、磁歪ハーベスタ又は圧電ハーベスタを含むことができる。
例示的な方法と組み合わせることができる、又は組み合わせとすることができる例示的な方法の態様は、以下を含む。ブラフボディは、実質的に円錐形状を含むことができる。ブラフボディは、弾性マウントに旋回可能に接続することができる。ブラフボディは、渦放出に応答して振動することができる。
例示的な方法と組み合わせることができる、又は組み合わせとすることができる例示的な方法の態様は、以下を含む。電力は、バッテリ又はキャパシタ内に蓄積することができる。デバイスは、蓄積された電力によって電力供給され得る。
例示的な方法と組み合わせることができる、又は組み合わせとすることができる例示的な方法の態様は、以下を含む。デバイスは、センサ又は通信デバイスを含むことができる。
本開示内に記載される主題の例示的な実施は、以下の特徴を有するシステムである。フローラインは流体を収容する。弾性マウントは、フローラインの内面に取り付けられる。円筒形のブラフボディは、弾性マウントに取り付けられて渦放出を生成することができ、弾性マウントは、流体流に対して横切るフローライン内でブラフボディを方向付け、渦放出に応答して振動する。ハーベスタは、ブラフボディ内に配置されている。ハーベスタは、振動に応答して特定の閾値を超える電力を生成することができる片持ち梁を含む。片持ち梁は、圧電材料又は磁歪材料を含む。電力整流及び調整回路は、片持ち梁に結合されている。蓄電デバイス（装置）は、電力整流及び調整回路に結合されている。電気使用デバイスは、蓄電デバイスに結合されている。
例示的なシステムと組み合わせることができる、又は組み合わせることができる例示的なシステムの態様は以下を含む。円筒形ブラフボディは円筒形の第１のブラフボディとすることができ、ハーベスタは第１のハーベスタとすることができ、片持ち梁は、第１の片持ち梁とすることができる。フローライン内に横断する向きに配置されるように構成された円筒形の第２のブラフボディは、円筒形の第２のブラフボディを横切って流れる流体に応答して、フローライン内に振動渦を生成することができる。第２のブラフボディは、同期渦放出モードに適した距離で、第１のブラフボディの下流かつ平行に配置することができる。第２のハーベスタは、円筒形の第２のブラフボディ内に配置することができる。ハーベスタは、振動に応答して特定の閾値を超える電力を生成することができる第２の片持ち梁を含むことができる。片持ち梁は、圧電材料又は磁歪材料を含むことができる。
例示的なシステムと組み合わせることができる、又は組み合わせることができる例示的なシステムの態様は以下を含む。電力整流及び調整回路は、第２の片持ち梁に結合することができる。
本開示に記載された主題の１つ以上の実装の詳細を、添付の図面及び以下の説明において述べる。主題の他の特徴、態様、及び利点は、明細書、図面、及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。
様々な図面における同様の参照番号及び名称は、同様の要素を示す。
スマートコンプリーションで使用される制御ラインは、インストール（設置）及びメンテナンス（保守管理）の課題を提示する可能性がある。制御ラインはダウンホール設備との間で電力を伝送し、データを通信するために使用される。坑井の設備に必要なケーブル長さは、数千フィートに及ぶことがある。このような長さは、高いコストを招くことがあり、設置又は保守作業中に容易に損傷することがある。インラインタービンは、坑井を通る流体流の機械的エネルギーを電気エネルギーに変換するために使用されてきたが、タービンは連続的に動く部品のために寿命が短い機械システムである。砂質又は腐食性の流体環境は、タービンの使用寿命を実質的に短縮し得る。
本開示は、流体流励起振動からエネルギーを採取（収集）するように構成された弾性ブラフボディ構成を記載する。例えば、１つ以上の弾性ブラフボディ構成は、流体流励起振動から（例えば、２Ｄ又は３Ｄ渦誘起振動から）エネルギーを採取するために、フローライン又は坑井内に選択的に配置され、配向され得る。いくつかの実施態様では、弾性ブラフボディ構成が、流体流に応答して振動するように構成されたブラフボディと、ブラフボディに結合され、流体流励起振動に応答して電力を生成するように構成されたハーベスタとを含む。場合によっては、ブラフボディは、円筒形又は円錐形とすることができ、流路を横切るように配置することができる。ブラフ本体は、本開示の範囲から逸脱することなく、他の形状とすることができ、他の向きを有することができる。いくつかの実施態様では、ブラフボディがハーベスタを囲むか、又はハーベスタがブラフボディの内面によって画定された容積内に配置されている。ハーベスタは、スマート材料（例えば、圧電材料又は磁歪材料）を含むことができ、又は電気を生成するために誘導を使用することができる。いくつかの例では、１つ以上の弾性ブラフボディ構成が、使用可能な電力を生成するために、電力整流及び調整機器と共に動作することができる。
流体力学では、渦放出は、水又は油などの流体が十分な速度でブラフボディを通過して流れるときに生じる振動流である。一般に、より高い流速は、より大きな量の電力を生成することができる。振動を引き起こすのに十分な速度は、ブラフボディのサイズ及び形状に少なくとも部分的に依存する。ブラフボディは、単純な円筒形のまとまりであってもよい。図１Ａ及び図１Ｂは、円筒形のブラフボディ１０６を横切って流れ、振動／揺動１０４を誘発する流体流１０２を示す。図示のように、ブラフボディ１０６は、流体流１０２に対して横断して配置されている。流体流１０２に応答して、ボディ１０６の下流側に渦１１６が形成され、ボディ１０６の両側から周期的に分離する。旋回渦１１６のこの反復パターンは、カルマン渦列とも呼ばれる。したがって、流れの振動／揺動１０４は、渦１１６のために、ブラフボディ１０６の下流で生成される。振動／揺動１０４は、渦励起振動、流れ励起振動、又は渦放出とも呼ばれる。ブラフボディ１０６が可撓性であるか、又は第１の端部１１０に柔軟に（フレキシブルに）取り付けられている場合、振動渦１１６は、取り付けられていない第２の端部１０８を、第１の位置１１２と第２の位置１１４との間で振動させることができる。振動／揺動１０４は流路を横切って発生することができ、使用可能なエネルギーに変換することができる。渦放出の周波数が構造体の共振周波数と一致する場合、構造体は、流れのエネルギーによって駆動される調和振動で振動しながら共振し始め得る。この現象をロックインと呼ぶ。
図２Ａ及び２Ｂは、本開示のいくつかの態様による、圧電材料を利用して電力を生成する、例示の圧電エネルギー採取システム２００を示す。例えば、圧電採取システム２００は、圧電材料を使用して、カルマン渦列に応答して電気を生成することができる。いくつかの実施態様では、圧電採取システム２００は、本開示の範囲から逸脱することなく、不規則なパターンに応答して電気を生成することができる。図示のように、圧電採取システム２００は、フローライン２１４の内面及び流体流２０２内に取り付けられた弾性ブラフボディ装置２０１を含み、渦放出から電気を生成するように構成されている。
この実施態様では、弾性ブラフボディ装置２０１は、弾性ブラフボディ２０６と、弾性ブラフボディ２０６に対して結合されてその中に配置された圧電ハーベスタ２１２と、ブラフボディ２０６の第１の端部２１０をフローライン２１４の内面に取り付ける弾性マウント２１６とを含む。ブラフボディ２０６の第２の端部１０８は、取り付けられていない。図示のように、弾性ブラフボディ２０６は、流体流２０２に対して横断する向きに配置されている。弾性ブラフボディ２０６は、本開示の範囲から逸脱することなく、流体流２０２に対して他の向きに配置することができる。図示の実施態様は、ブラフボディ２０６にシリンダを利用しているが、本開示の範囲から逸脱することなく、さまざまな形状を使用することができる。弾性ブラフボディ２０６は、ＰＥＥＫ、Ｖｉｔｏｎ（登録商標）、又はダウンホール展開に適した他の材料で作ることができる。取り付けられていない端部は、閉じることができる。いくつかの実施態様では、弾性ブラフボディ２０６の直径は、フローライン２１４の全内部寸法の１０〜２０パーセントであり得る。ブラフボディ２０６は、流体流２０２の速度が所定の閾値を超えるときに渦放出を生成することができ、渦放出に応答して振動する。例えば、ブラフボディ２０６は、渦放出に応答して流れ２０２を横切って振動することができる。いくつかの実施態様では、流路２１４内の流量が、１日当たり１０００バレル〜６０００バレルであり得る。これらの流量での流速は、フローライン２１４の断面積に依存する。
ブラフボディ２０６内の振動は、圧電ハーベスタ２１２内に振動を誘起することができ、振動に応答して、圧電ハーベスタ２１２は電力を生成することができる。例えば、圧電ハーベスタ２１２は、数百ミリワット以上の電力を生成することができる。本開示で後述するように、いくつかのエネルギーハーベスタが協働して使用される場合、電力の総量は、使用されるエネルギーハーベスタの総数に依存する。図示の実施態様では、圧電ハーベスタ２１２が、圧電材料を含む片持ち梁を含む。これらの場合、圧電材料は、片持ち梁の振動を電力に変換する。ブラフボディ２０６が特定の閾値で振動すると、圧電ハーベスタ２１２はその共振周波数で振動する。共振周波数は、広範囲の周波数を含むことができる。いくつかの実施態様では、圧電ハーベスタ２１２は、１０ヘルツの周波数で振動することができる。圧電ハーベスタ２１２は、本開示の範囲から逸脱することなく、１０ヘルツより上又は下の周波数で振動することができる。図示の実施は、坑井、パイプライン、又は他のフローライン内で利用することができる。
動作のいくつかの態様では、弾性ブラフボディ装置２０１は弾性マウント２１６を使用してフローライン２１４の内面に取り付けられ又は装着され、弾性ブラフボディ２０６は流体流２０２に対して横断する向きに配置（配向）されている。流体流２０２の速度が所定の閾値を超えると、弾性ブラフボディ２０６は、弾性ブラフボディ２０６内に振動を誘発する渦放出を発生させることができる。弾性ブラフボディ２０６内の振動は、圧電ハーベスタ２１２内に振動を誘起することができる。振動に応答して、圧電ハーベスタ２１２は、電気を生成することができる。
図３Ａ及び図３Ｂは、本開示のいくつかの態様による、磁歪材料を利用して電力を生成する、例示の磁歪採取システム３００を示す。例えば、磁歪材料は、ガルフェノール、コバルト、又は他の磁歪材料を含むことができる。一般に、磁歪材料は、機械的応力が材料に印加されるとその磁界を変化させ、材料の周りにコイルを使用して磁界が変化するにつれて電流を発生させることができる。磁界の変化の結果として、磁歪採取システム３００は、カルマン渦列に応答して電気を生成することができ、さらに、開示の範囲から逸脱することなく、不規則なパターンに応答して電気を発生させることができる。弾性ブラフボディ装置２０１と対比して、圧電ハーベスタ２１２を、磁歪ハーベスタ３１２及び電気コイル３１８に置き換えている。流れ２０２がブラフボディ２０６と接触（相互作用）すると、ブラフボディ２０６は振動する。ブラフボディ２０６内の振動は、電気コイル３１８内に電気を誘起する変化磁束を引き起こす磁歪ハーベスタ３１２内に振動を誘起することができる。いくつかの実施態様では、磁歪ハーベスタ３１２は、ハーベスタ３１２の共振周波数がブラフボディ２０６の振動周波数に一致し、他の周波数と比較して増大した電力出力を達成することができるように設計することができる。
図４は、本開示のいくつかの態様による、磁気誘導を利用して生成する、磁気誘導採取システム４００を示す。図示の実施態様では、磁気誘導採取システム４００は、磁気誘導を使用して、ギア又はベアリングなどの可動部品とは独立に電力を生成する。図示の弾性ブラフボディ装置４０１は、円錐形又はテーパ状のブラフボディ４０６と、円錐形ブラフボディ４０６に結合された内側固定シリンダ４１２とを含む。内側固定シリンダ４１２は、鉄心４１３と、鉄心４１３の周りに巻かれた電気コイル４１８とを含む。ブラフボディ４０６の第１の端部４１０は、マウント４１６を使用してフローライン２１４の内壁に弾性的に取り付けられ、第１の端部４１０は、ブラフボディ４０６の第２の端部４０８よりも小さい直径を有する。弾性マウントの結果として、ブラフボディ４０６の本体は、流体流２０２に応答して移動することができる。いくつかの条件では、テーパ状又は円錐状のブラフボディ２０６は、単純な円筒が同じ条件で生成することができる１Ｄと比較して、３Ｄ振動を生成することができる。図示の実施態様では、内側シリンダ４１２が固定された直径を有し、外側シリンダ、すなわち、テーパ状又は円錐形で中空であるブラフボディ４０６とは対照的である。弾性ブラフボディ装置４０１は流体流２０２を横切るように配置されていてもよく、外側シリンダの３Ｄ振動は渦放出及びロックイン現象に応答して生じ得る。ブラフボディ４０６の振動周波数は、いくつかの実施態様では、渦放出周波数に一致し得る。外側シリンダは、振動を促進するために、軽量であるが堅牢な（高耐久性の）材料とすることができる。ステンレス鋼、ＰＥＥＫ、Ｖｉｔｏｎ（登録商標）、又は装置に適した任意の他の頑丈な材料など、多くの堅牢な材料を使用することができる。
動作の態様によっては、交流発電機（オルタネータ）と同様の概念を使用して、機械エネルギーを電気エネルギーに変換するために磁場が使用される。振動／回転質量に取り付けられたコイル４１８は、固定磁石によって確立された磁場を横切る。コイル４１８の周りの磁束は変化し、ファラデーの法則に従って電圧を誘導する。別の方法はコイル４１８を固定したままにして磁気構造を移動させることであり、これは、より有利であり得ると共に増加した電力出力をもたらし得る。例えば、内側シリンダ４１２を固定してもよく、回転するブラフボディ４０６が変化する磁場を生成してもよい。さらに、発生する電気の量は、磁界の強さ、相対運動の速度、及びコイルの巻数に依存する。磁界は、永久磁石によって、又は界磁コイル電磁石によって生成することができる。
図５は、本開示のいくつかの態様による、前述した原理を利用する例示の磁気誘導採取システム５００を示す。図示した、弾性ブラフボディ装置５０１は、円錐形又はテーパ状のブラフボディ５０６と、円錐形ブラフボディ５０６に結合された外側固定シリンダ５１２とを含む。外側固定シリンダ５１２は、固定シリンダ５１２の外周に巻き付けられた電気コイル５１８を含む。ブラフボディ５０６の第１の端部５１０はマウント５１６を使用してフローライン２１４の内壁に弾性的に取り付けられ、第１の端部５１０はブラフボディ５０６の第２の端部５０８よりも小さい直径を有する。弾性マウントの結果として、ブラフボディ５０６の本体は、流体流２０２に応答して移動することができる。いくつかの条件では、テーパ状又は円錐状のブラフボディ２０６は、単純な円筒が同じ条件で生成することができる１Ｄと比較して、３Ｄ振動を生成することができる。図示の実施態様では、外側シリンダ５１２が固定された直径を有し、内側円錐、すなわち、テーパ状又は円錐形であるブラフボディ５０６とは対照的である。弾性ブラフボディ装置５０１は、流体流２０２を横切る方向に向けることができる。外側シリンダの３Ｄ振動は、渦放出及びロックイン現象に応答して生じ得る。ブラフボディ５０６の振動周波数は、いくつかの実施態様では、渦放出周波数に一致し得る。外側シリンダは、振動を促進するために、軽量であるが堅牢な（高耐久性の）材料とすることができる。
動作の態様によっては、交流発電機と同様の概念を使用して、機械エネルギーを電気エネルギーに変換するために磁場が使用される。振動／回転質量に取り付けられたコイル５１８は、固定磁石によって確立された磁場を横切る。コイル５１８の周りの磁束は変化し、ファラデーの法則に従って電圧を誘導する。別の方法はコイル５１８を固定したままにして磁気構造を移動させることであり、これは、より有利であり得ると共に増加した電力出力をもたらし得る。例えば、外側シリンダ５１２を固定してもよく、回転するブラフボディ５０６が変化する磁場を生成してもよい。さらに、発生する電気の量は、磁界の強さ、相対運動の速度、及びコイルの巻数に依存する。磁界は、永久磁石によって、又は界磁コイル電磁石によって生成することができる。
図６は、本開示のいくつかの態様による、前述した原理を利用する例示のエネルギー採取システム６００を示す。図示のように、例示のシステム６００は、電力を生成するために使用することができる複数のブラフボディを含む。第１の弾性ブラフボディ６０６ａ、第２の弾性ブラフボディ６０６ｂ、及び第３の弾性ブラフボディ６０６ｃは、フローライン６１４内で（標準的な製造公差内で）互いに実質的に平行に配置されている。弾性ブラフボディは、互いに等しい距離６０４で互いに一列に並ぶように配置されている。すべてのブラフボディは、フローライン６１４内の流れに対して横断している。
動作の態様によっては第１のブラフボディ６０６ａ、第２のブラフボディ６０６ｂ、及び第３のブラフボディ６０６ｃは、実質的に同一の固有振動数を有する。しかしながら、第１のブラフボディ６０６ａ、第２のブラフボディ６０６ｂ、及び第３のブラフボディ６０６ｃのうちの１つ以上は、異なる固有周波数を有するかもしれない。ブラフボディ６０６ａ〜６０６ｃの各々の間の距離６０４は、流路内における前のブラフボディの渦放出が後続のブラフボディに振動を誘発するように選択することができる。言い換えれば、各ブラフボディは、同期渦放出モードが発生するように、互いに適切な距離だけ離れて配置することができる。弾性ブラフボディの各々は、弾性マウント２１６のような弾性マウントを介してフローラインに接続されている。弾性ブラフボディの各々は、本開示において先に開示された実施態様のいずれかを含むことができる。いくつかの実施態様では、複数のブラフボディが、それぞれ異なる実施態様を含むことができる。例えば、第１のブラフボディ６０６ａは弾性ブラフボディ装置２０１を含むことができ、第２のブラフボディ６０６ｂは弾性ブラフボディ装置３０１を含むことができ、第３のブラフボディ６０６ｃは弾性ブラフボディ装置４０１を含むことができる。
動作の態様によっては、弾性ブラフボディが、弾性マウント２１６などの弾性マウントを使用してフローライン６１４の内面に取り付けられ、ブラフボディは、流体流６０２を横断する方向に配置されている。流体流６０２の速度が所定の閾値を上回る場合、ブラフボディは、弾性ブラフボディ６０６ａ〜６０６ｃ内に振動を生成する渦放出を生じさせることができる。ブラフボディ内の振動は、それぞれのブラフボディに結合されたハーベスタ６１２ａ〜６１２ｃ内に振動を誘発することができる。振動に応答して、ハーベスタは電気を生成することができる。
振動から電力を採取する電力採取システムは、実際の使用のために補助回路を必要とし得る。図７は、ダウンホールセンサなどのデバイスに電力を供給するために使用することができる例示の電力採取システム７００のブロック図を示す。図示の実施態様では、電力採取システム７００は、整流及び調整回路７０４に対して電気的に結合されて電力を供給するハーベスタ７０２を含む。ハーベスタ７０２は、振動から電力を採取する任意のハーベスタとすることができ、例えば、圧電ハーベスタ、磁歪ハーベスタ、誘導ハーベスタ、又は前述の又は振動から電力を採取することができる他の任意のハーベスタとすることができる。電力整流及び調整回路７０４は、ハーベスタによって生成された電力を整流及び調整することができ、その結果、電力を所望のエンドデバイスによって使用することができる。例えば、整流及び調整回路７０４は、ハーベスタからの散発的な電気信号を低リップル直流に変換することができる。整流され調整された電力は、次いで、整流及び調整回路７０４に結合された蓄電デバイス７０６（バッテリ又はスーパーキャパシタなど）内に蓄積され得る。いくつかの実施態様では、蓄電デバイス７０６が、ハーベスタ７０２に近接していてもよい。例えば、ハーベスタ７０２及び蓄電デバイス７０６は、両方とも同じ坑井内に配置することができる。蓄電デバイス７０６内に蓄えられた電力は、ダウンホールセンサ又はダウンホール通信デバイスなどのエンドユーザデバイス７０８に電力を供給するために使用することができる。
図８は、流体流から電力を採取するための例示の方法８００のフローチャートを示す。ステップ８０２において、ブラフボディ及びブラフボディに結合されたハーベスタにより、ブラフボディを横切る流体の流れに応答して、振動渦が誘発される。ステップ８０３において、振動渦を誘発することに応答して電力が生成される。ステップ８０４では、いくつかの実施態様において、電力を生成することは、振動渦に応答して、ブラフボディ内で片持ち梁を振動させることを含むことができる。電力が生成されると、ステップ８０６において、電力は、バッテリ、キャパシタ、又は任意の他の蓄電デバイス内に蓄えることができる。ステップ８０８において、蓄電デバイス内に蓄えられた電力は、ダウンホールセンサ、アクチュエータ、又は通信デバイスなどのデバイスに電力を供給することができる。本開示で説明された電力採取システムは、しばしば坑井の文脈で説明されているが、実装の形態は一般的なフローラインにも存在し得る。例えば、本システムは、遠隔パイプライン状態監視、ワイヤレス流量計量、遠隔Ｈ２Ｓ監視、及び電力を採取するのに有用な他の任意の用途に利用することができる。
本開示は、多くの具体的な実施の詳細を含むが、これらは、任意の開示又は特許請求され得るものの範囲に対する限定として解釈されるべきではなく、むしろ、特定の実施に特有の特徴の説明として解釈されるべきである。別個の実施の文脈で本開示に記載された特定の特徴は、単一の実施において組み合わせて実施することもできる。逆に、単一の実施の文脈で説明される様々な特徴は、複数の実施で別々に、又は任意の適切なサブコンビネーション（部分的組み合わせ）で実施することもできる。さらに、特徴は、特定の組み合わせで機能するものとして上記で説明され、そのようなものとして最初に特許請求されたかもしれないが、特許請求される組み合わせからの１つ又は複数の特徴は、場合によっては、その組み合わせから削除することができ、特許請求される組み合わせはサブコンビネーション又はサブコンビネーションの変形に導くことができる。
以上、主題の特定の実施を説明した。他の実施は、以下の特許請求の範囲の範囲内にある。場合によっては、特許請求の範囲に記載された動作は、異なる順序で実行することができ、依然として望ましい結果を達成することができる。さらに、添付の図面に示されるプロセスは、所望の結果を達成するために、必ずしも示される特定の順序、又は連続する順序を必要としない。
１０６ ブラフボディ
２００ 圧電採取システム
２０６ 弾性ブラフボディ
２１２ 圧電ハーベスタ
２１４ フローライン
２１６ 弾性マウント
３００ 磁歪採取システム
３１２ 磁歪ハーベスタ
３１８ 電気コイル
４００、５００ 磁気誘導採取システム
４０６、５０６ ブラフボディ
４１２ 内側固定シリンダ
４１３ 鉄心
４１６、５１６ マウント
４１８、５１８ 電気コイル
５１２ 外側固定シリンダ
６００ エネルギー採取システム
６０６ａ 第１の弾性ブラフボディ
６０６ｂ 第２の弾性ブラフボディ
６０６ｃ 第３の弾性ブラフボディ
６１４ フローライン
７００ 電力採取システム
７０２ ハーベスタ
７０４ 整流及び調整回路
７０６ 蓄電デバイス
７０８ エンドユーザデバイス
２００ 圧電採取システム
２０６ 弾性ブラフボディ
２１２ 圧電ハーベスタ
２１４ フローライン
２１６ 弾性マウント
３００ 磁歪採取システム
３１２ 磁歪ハーベスタ
３１８ 電気コイル
４００、５００ 磁気誘導採取システム
４０６、５０６ ブラフボディ
４１２ 内側固定シリンダ
４１３ 鉄心
４１６、５１６ マウント
４１８、５１８ 電気コイル
５１２ 外側固定シリンダ
６００ エネルギー採取システム
６０６ａ 第１の弾性ブラフボディ
６０６ｂ 第２の弾性ブラフボディ
６０６ｃ 第３の弾性ブラフボディ
６１４ フローライン
７００ 電力採取システム
７０２ ハーベスタ
７０４ 整流及び調整回路
７０６ 蓄電デバイス
７０８ エンドユーザデバイス
Claims (20)
- 弾性マウントと；
前記弾性マウントに取り付けられて渦放出を生成するように構成されたブラフボディであって、前記弾性マウントは、流体流に対して横断するフローライン内で前記ブラフボディを方向付け、前記渦放出に応答して振動する、ブラフボディと；
前記ブラフボディ内に配置され、前記振動に応答して特定の閾値を超える電力を生成するように構成されたハーベスタと；を備える、
弾性ブラフボディ。 - 前記ハーベスタは、前記弾性ブラフボディの共振周波数で振動する、
請求項１に記載の弾性ブラフボディ。 - 前記フローラインは、坑井を備える、
請求項１に記載の弾性ブラフボディ。 - 前記ブラフボディは、シリンダを備える、
請求項１に記載の弾性ブラフボディ。 - 前記ハーベスタは、圧電ハーベスタ又は磁歪ハーベスタを備える、
請求項１に記載の弾性ブラフボディ。 - 前記ハーベスタは、前記渦放出に応答して振動するように構成された片持ち梁を備える、
請求項１に記載の弾性ブラフボディ。 - 前記ブラフボディは、実質的に円錐形状を有し、前記弾性マウントに旋回可能に接続され、かつ、渦放出に応答して振動するように構成されている、
請求項１に記載の弾性ブラフボディ。 - 前記ブラフボディは永久磁石を備え、前記ハーベスタは鉄棒及び前記鉄棒の周りの金属コイルを備える、
請求項７に記載の弾性ブラフボディ。 - 前記ハーベスタは、周囲を囲む金属コイルを有するシリンダを備える、
請求項１に記載の弾性ブラフボディ。 - 前記弾性ブラフボディは円錐形であって前記弾性マウントに接続されており、前記ハーベスタは前記渦放出に応答して振動するように構成されている、
請求項９に記載の弾性ブラフボディ。 - 前記弾性マウントは第１の弾性マウントであり、前記ブラフボディは第１のブラフボディであり、前記ハーベスタは第１のハーベスタであって；さらに、
前記第１の弾性マウントから分離した第２の弾性マウントと；
前記第２の弾性マウントに取り付けられて渦放出を生成するように構成された第２のブラフボディであって、前記第２の弾性マウントは、流体流に対して横断する前記フローライン内で前記第２のブラフボディを方向付け、前記渦放出に応答して振動する、第２のブラフボディと；
前記第２のブラフボディ内に配置され、前記振動に応答して特定の閾値を超える電力を生成するように構成された第２のハーベスタと；を備える、
請求項１に記載の弾性ブラフボディ。 - 前記第２のブラフボディは前記第１のブラフボディと実質的に同一の固有振動数を有し、前記第２のハーベスタは前記第１のハーベスタと実質的に同一の固有振動数を有する、
請求項１１に記載の弾性ブラフボディ。 - ブラフボディを横切る流体の流れに応答して、前記ブラフボディ及び前記ブラフボディ内のハーベスタによって振動渦を誘起するステップと；
前記振動渦を誘起するステップに応答して電力を生成するステップと；を備える、
方法。 - 前記電力を生成するステップは、前記振動渦を誘起するステップに応答して、前記ブラフボディ内で、磁歪ハーベスタ又は圧電ハーベスタを備える片持ち梁を振動させるステップを備える、
請求項１３に記載の方法。 - 前記ブラフボディは、実質的に円錐形状を有し、弾性マウントに旋回可能に接続され、かつ、渦放出に応答して振動するように構成されている、
請求項１３に記載の方法。 - バッテリ又はキャパシタ内に電力を蓄積するステップと；
前記蓄積された電力によってデバイスに電力供給するステップと；を備える、
請求項１３に記載の方法。 - 前記デバイスは、センサ又は通信デバイスを備える、
請求項１６に記載の方法。 - 流体を収容するように構成されたフローラインと；
前記フローラインの内面に取り付けられた弾性マウントと；
前記弾性マウントに取り付けられて渦放出を生成するように構成された円筒形のブラフボディであって、前記弾性マウントは、流体流に対して横切るフローライン内で前記ブラフボディを方向付け、前記渦放出に応答して振動する、ブラフボディと；
前記ブラフボディの内部に配置されたハーベスタであって、前記振動に応答して特定の閾値を超える電力を生成するように構成され、圧電材料又は磁歪材料を有する片持ち梁を備えるハーベスタと；
前記片持ち梁に結合された電力整流及び調整回路と；
前記電力整流及び調整回路に結合された蓄電デバイスと；
前記蓄電デバイスに結合された電気使用デバイスと；を備える、
システム。 - 円筒形の前記ブラフボディは円筒形の第１のブラフボディであり、ハーベスタは第１のハーベスタであり、片持ち梁は第１の片持ち梁であって；さらに、
前記フローライン内に横断する向きに配置されるように構成された円筒形の第２のブラフボディであって、円筒形の前記第２のブラフボディを横切って流れる流体に応答して、前記フローライン内に振動渦を生成するように構成され、同期渦放出モードに適した距離で、前記第１のブラフボディの下流かつ平行に配置されて構成された第２のブラフボディと；
円筒形の前記第２のブラフボディの内部に配置された第２のハーベスタであって、振動に応答して特定の閾値を超える電力を生成するように構成された圧電材料又は磁歪材料を有する第２の片持ち梁を備える第２のハーベスタと；を備える、
請求項１８に記載のシステム。 - 前記電力整流及び調整回路は、前記第２の片持ち梁に結合されている、
請求項１９に記載のシステム。
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