WO2013107637A2 - Vorrichtung und verfahren zur energieversorgung von sensoren im bergbau - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur energieversorgung von sensoren im bergbau Download PDF

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thermally
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mining
surrounding rock
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Marco Ulrich
Philipp Nenninger
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
    • E21C39/00—Devices for testing in situ the hardness or other properties of minerals, e.g. for giving information as to the selection of suitable mining tools
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F17/00—Methods or devices for use in mines or tunnels, not covered elsewhere
    • E21F17/18—Special adaptations of signalling or alarm devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for power supply of sensors in mining.
  • sensors for detecting the required physical and chemical parameters are connected by cables to these other devices for the purpose of powering and communicating with another device.
  • This other device can in particular be a control center in which the information from the sensors is collected and evaluated.
  • Wiring not only a, especially in a variety of sensors, dominating cost disadvantage but is also a hindrance to the dynamic propulsion of the mining operation.
  • the rigid structure of a wired sensor system hinders the continuous mining changes in the system in which the positions of the sensors change dynamically.
  • New foreshadows of the mining industry are equipped with a dense sensor network, while other areas no longer require such intensive monitoring.
  • cables are sensitive to damage in the rough
  • the invention is therefore based on the object means for self-sufficient
  • Patent claim 1 and procedurally solved by the features of claim 12.
  • this object is achieved by advantageous embodiments of the invention are mentioned in the dependent claims.
  • the invention is based on a thermoelectric converter known per se.
  • Such transducers are based on the Sebeck effect and form an electrical voltage between their electrical connections depending on the temperature difference between their thermal contact surfaces.
  • thermoelectric generator with a hot side and a cold side
  • the hot side is thermally connected to the interior of the surrounding rock and the cold side thermally with the
  • Atmosphere in the vault is connected.
  • the temperature of the rock remains substantially constant due to the heat capacity in its interior.
  • the temperature gradient between the hot side and the cold side of the thermoelectric generator and thus the energy yield remains largely constant. Fluctuations in the energy yield due to local cooling during superficial installation of the hot side of the
  • thermoelectric generator on the rock are thereby avoided.
  • the hot side of the thermoelectric generator is connected by a thermally highly conductive heat conducting element with the interior of the surrounding rock.
  • a solid heat conductor which is designed in the manner of a so-called heat pipe, is provided between the interior of the surrounding rock and the thermoelectric generator.
  • the heat flow is coupled in a ball-symmetric manner over the entire solid angle in the rock into the heat pipe. Due to the high heat capacity of the interior of the rock, no local cooling is to be expected and the heat flow remains stable. Compared to a pure surface attachment on the rock surface, a local cooling of the surface of the rock is avoided, which would reduce the heat flow.
  • a region on the end remote from the thermoelectric generator of the thermally highly conductive heat conducting element on the hot side is connected to a coupling medium of low thermal resistance with the surrounding rock.
  • a thermal adhesive or concrete is a permanent thermal connection between the porous, irregularly shaped rock interior and the heat conduction guaranteed. This achieves a good heat transfer between the heat source and the thermoelectric generator and a high heat yield.
  • the region of the thermally highly conductive heat conducting element between the thermoelectric generator and the region of thermal coupling to the rock is thermally insulated by a high thermal resistance decoupling agent against the surrounding rock. This ensures that the temperature gradient between the interior of the rock and its vault-side surface reduces the heat yield.
  • the cold side of the thermoelectric generator is equipped with a heat sink which is thermally coupled to the atmosphere in the vault. As a result, a low-resistance coupling of the thermoelectric generator is achieved at the heat sink.
  • the cold side of the thermoelectric generator is spatially spaced from the heat sink and thermally connected to a thermally highly conductive heat conducting element with the heat sink.
  • thermoelectric generator is associated with an electrical load.
  • this consumer is a lighting device, in particular an emergency lighting.
  • the electrical load is a measuring device which is suitable for determining at least one mining-relevant environmental condition.
  • the supply lines between the measuring device and the power generator are avoided. Rather, a compact measuring device with integrated power supply is created.
  • the measuring device has a device for wireless communication.
  • the device thus formed has all the components for their self-sufficient operation.
  • Such Device can be positioned freely, without having to take account of connecting lines and connection points for power supply and / or communication. This advantage is particularly useful in mining equipment, where frequent changes in the continuous mining of the mining area
  • the measuring device is designed to exchange data via its device for wireless communication with a central device. As long as the range of the wireless communication link exceeds the distance between the meter and the central facility, the meter communicates directly with the central facility.
  • the measuring device is designed, via its device for wireless communication with at least one other similarity
  • Measuring device exchange data.
  • the similar measuring device form a communication network.
  • the measuring device communicates indirectly with the central device via at least one further similar measuring device.
  • thermoelectric generator is housed in a cage-like housing which also encloses the means thermally and / or electrically connected to the thermoelectric generator.
  • the connected means include, in particular, the measuring device and the wireless communication device assigned to it.
  • this protects the entire device consisting of the thermoelectric generator and the means thermally and / or electrically connected to it against damage from the rough mining operation.
  • thermoelectric generator which makes use of the temperature difference between the interior of the surrounding rock and the atmosphere in the vault and delivers an electric power which is suitable for feeding a measuring device.
  • the device comprises a thermoelectric generator 1 with a hot side 11 and a cold side 12, the hot side 11 is thermally connected to the interior of the surrounding rock 2 and the cold side 12 is thermally connected to the atmosphere in the vault.
  • thermoelectric generator 1 The hot side 11 of the thermoelectric generator 1 is connected by a thermally highly conductive heat conducting element 3 with the interior of the surrounding rock 2.
  • the rock 2 has a bore for receiving the
  • thermoelectric generator 1 remote from the end of the thermally highly conductive heat conducting element 3 on the hot side 11 is connected to a coupling means 4 low thermal resistance with the surrounding rock 2.
  • this coupling means 4 consists of a thermal adhesive or concrete, which has approximately the thermal conductivity of the surrounding rock 2.
  • the region 31 of the thermally highly conductive heat conducting element 3 between the thermoelectric generator 1 and the region 32 of the thermal coupling to the rock 2 by a decoupling means 5 with high thermal resistance to the surrounding rock 2 is thermally insulated.
  • this decoupling means 5 is made of PUR foam. This material is easy to bring in the hole and already shows at low
  • Layer thicknesses have a high thermal resistance.
  • the cold side 12 of the thermoelectric generator 1 is equipped with a heat sink 6, which is thermally coupled to the atmosphere in the vault.
  • the heat sink 6 is spatially spaced from the heat sink 6 and connected via a thermally highly conductive heat conducting element 7 with the cold side 12 of the thermoelectric generator 1.
  • thermoelectric generator 1 is associated with a measuring device 8, which is suitable for determining at least one mining-relevant environmental condition is.
  • a measuring device 8 which is suitable for determining at least one mining-relevant environmental condition is.
  • Measuring device 8 and the power generator 1 avoided.
  • the measuring device 8 has a device for wireless
  • the device thus formed has all the components for their self-sufficient operation.
  • Such a device is freely positionable without having to take account of connecting lines and connection points for power and / or communication. This advantage is particularly useful for mining equipment, where by the
  • the measuring device 8 is formed, via its device for wireless
  • the measuring device 8 communicates directly with the central device.
  • the measuring device 8 is designed to exchange data via its device for wireless communication 81 with at least one other similar measuring device.
  • the similar measuring device form a communication network.
  • Measuring device 8 and the central device exceeds the range of the wireless communication link, the measuring device 8 communicates indirectly via at least one other similar measuring device with the central
  • thermoelectric generator 1 is housed in a cage-like housing 9, which also thermally and / or electrically connected to the thermoelectric generator 1 means, namely the
  • this case 9 also buffer memory of electrical energy, namely

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Energieversorgung von Sensoren im Bergbau. Zur autarken Energieversorgung bergbaulich eingesetzter, drahtloser Sensoren wird vorgeschlagen, mindesten einen thermoelektrischer Generator (1) mit einer Warmseite (11) und einer Kaltseite (12) vorzusehen, dessen Warmseite (11) thermisch mit dem Inneren des umgebenden Gesteins (2) verbunden ist und dessen Kaltseite (12) thermisch mit der Atmosphäre im Gewölbe verbunden ist.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Energieversorgung von Sensoren im Bergbau
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Energieversorgung von Sensoren im Bergbau.
Seit langem besteht ein dringender Bedarf, in Bergbaubetrieben Informationen über die physikalischen und chemischen Bedingungen in seinen unterirdischen Anlagen zu gewinnen, um die Sicherheit der Arbeitnehmer zu gewährleisten sowie die Effizienz des Abbauprozesses zu verbessern. Es allgemein bekannt, hierzu Sensoren zur Erfassung der benötigten physikalischen und chemischen Parameter an geeigneten oder vorgeschriebenen Orten anzuordnen. Diese Sensoren sind zum Zwecke ihrer Energieversorgung und zum Datenaustausch mit einer anderen Einrichtung mittels Kabeln mit diesen anderen Einrichtungen verbunden. Diese andere Einrichtung kann insbesondere eine Leitstelle sein, in der die Informationen der Sensoren gesammelt und ausgewertet werden.
Bei einem derartigen System zur Datengewinnung stellt der Aufwand für die
Verkabelung nicht nur einen, insbesondere bei einer Vielzahl von Sensoren, dominierenden Kostennachteil dar sondern ist auch hinderlich bei dem dynamischen Vortrieb des Bergbaubetriebs. Die starre Struktur einer verkabelten Sensorik steht den kontinuierlichen bergbautypischen Veränderungen der Anlage im Wege, in denen sich die Positionen der Sensoren dynamisch ändern. Neue Vortiebe des Bergbaubetriebs werden mit einem dichten Sensornetz ausgestattet, während andere Bereiche einer so intensiven Überwachung nicht mehr bedürfen. Darüber hinaus sind Kabel empfindlich gegenüber Beschädigungen im rauen
Bergbaubetrieb, in dem große Geräte oder Fahrzeuge versetzt oder bewegt werden. Dabei besteht die latente Gefahr von Kabelabrissen, die nicht nur die
Informationsgewinnung stören sondern die Sicherheit im Bergbaubetrieb
beeinträchtigen oder sogar gefährden können.
Aus der Automobiltechnik, beispielsweise DE 10 2008 053 055 A1 , sowie der
Prozessmesstechnik, beispielsweise DE 102007051 672 A1 und DE 102008038 980 A1 , sind drahtlose Sensoren und Sensornetzwerke prinzipiell bekannt. Diese Sensoren verfügen über eine Kommunikationsschnittstelle zur drahtlosen Kommunikation, die regelmäßig funkbasiert ist. Die Energieversorgung solcher Sensoren aus primären Energiequellen, wie beispielsweise Batterien, bringt einen hohen Aufwand zur Wartung und zur Aufrechterhaltung der Betriebsfähigkeit mit sich, der von den Betreibern regelmäßig nicht akzeptiert wird.
Darüber hinaus sind aus beiden genannten Technikbereichen autarke Sensoren mit einer lokalen Energieversorgung auf der Basis des Sebeck-Effekts bekannt, die wegen ihrer Bauart für den Einsatz in Bergbaubetrieben ungeeignet sind, da in beiden
Anwendungen das Temperaturgefälle zwischen der Umgebungsluft und einem unmittelbar zur Verfügung stehenden medialen Wärmeträger, Öl in der Ölwanne eines Verbrennungsmotors oder Prozessmedium in einem Prozessgefäß, ausgenutzt wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Mittel zur autarken
Energieversorgung bergbaulich eingesetzter, drahtloser Sensoren anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe vorrichtungsmäßig mit den Mitteln des
Patentanspruchs 1 und verfahrensmäßig durch die Merkmale des Patentanspruchs 12 gelöst. Darüber hinaus wird diese Aufgabe durch Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den rückbezogenen Ansprüchen genannt.
Die Erfindung geht von einem für sich bekannten thermoelektrischen Wandler aus. Derartige Wandler beruhen auf dem Sebeck-Effekt und bilden in Abhängigkeit von dem Temperaturunterschied zwischen ihren thermischen Kontaktflächen eine elektrische Spannung zwischen ihren elektrischen Anschlüssen aus. Durch Reihen- und/oder Parallelschaltung von Wandlerelementen sind höhere elektrische Anschlussleistungen erzielbar.
Erfindungsgemäß ist mindesten ein thermoelektrischer Generator mit einer Warmseite und einer Kaltseite vorgesehen, dessen Warmseite thermisch mit dem Inneren des umgebenden Gesteins verbunden ist und dessen Kaltseite thermisch mit der
Atmosphäre im Gewölbe verbunden ist.
Vorteilhafterweise bleibt die Temperatur des Gesteins infolge der Wärmekapazität in seinem Inneren im wesentlichen konstant. Dadurch bleibt auch das Temperaturgefälle zwischen der Warmseite und der Kaltseite des thermoelektrischen Generators und damit die Energieausbeute weitgehend konstant. Schwankungen der Energieausbeute durch lokale Abkühlung bei oberflächlicher Montage der Warmseite des
thermoelektrischen Generators auf dem Gestein werden dabei vermieden.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Warmseite des thermoelektrischen Generators durch ein thermisch hochleitfähiges Wärmeleitelement mit dem Inneren des umgebenden Gesteins verbunden. Insbesondere ist ein fester Wärmeleiter, der nach Art einer sogenannten Heatpipe ausgebildet ist, zwischen dem Inneren des umgebenden Gesteins und dem thermoelektrischen Generator vorgesehen. Dadurch wird eine widerstandsarme Ankopplung des thermoelektrischen Generators an die Wärmequelle erreicht. Darüber hinaus wird der Wärmestrom kugelsymetrisch über den kompletten Raumwinkel im Gestein in die Heatpipe eingekoppelt. Durch die hohe Wärmekapazität des Inneren des Gesteins ist somit keine lokale Auskühlung zu erwarten und der Wärmestrom bleibt stabil. Gegenüber einer reinen Oberflächen- Anbringung auf der Gesteinsoberfläche wird eine lokale Abkühlung der Oberfläche des Gesteins vermieden, wodurch sich der Wärmestrom verringern würde.
Nach einem weiteren, die Erfindung verbessernden Merkmal ist ein Bereich am dem thermoelektrischen Generator abgewandten Ende des thermisch hochleitfähiges Wärmeleitelements an der Warmseite mit einem Koppelmittel geringen thermischen Widerstands mit dem umgebenden Gestein verbunden. Insbesondere mit einem Wärmeleitkleber oder Beton wird eine dauerhafte thermische Verbindung zwischen dem porösen, unregelmäßig geformten Gesteinsinneren und der Wärmeleitelement gewährleistet. Dadurch werden ein guter Wärmeübergang zwischen der Wärmequelle und dem thermoelektrischen Generator und eine hohe Wärmeausbeute erreicht.
Nach einem weiteren, die Erfindung verbessernden Merkmal ist der Bereich des thermisch hochleitfähiges Wärmeleitelements zwischen dem thermoelektrischen Generator und dem Bereich der thermischen Ankopplung an das Gestein durch ein Entkoppelmittel mit hohem thermischen Widerstand gegen das umgebende Gestein thermisch isoliert. Dadurch wird erreicht, dass das Temperaturgefälle zwischen dem Inneren des Gesteins und seiner gewölbeseitigen Oberfläche die Wärmeausbeute mindert.
Nach einem weiteren, die Erfindung verbessernden Merkmal ist die Kaltseite des thermoelektrischen Generators mit einem Kühlkörper ausgestattet, der thermisch an die Atmosphäre im Gewölbe angekoppelt ist. Dadurch wird eine widerstandsarme Ankopplung des thermoelektrischen Generators an die Wärmesenke erreicht.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Kaltseite des thermoelektrischen Generators von dem Kühlkörper räumlich beabstandet und mit einem thermisch hochleitfähiges Wärmeleitelement mit dem Kühlkörper thermisch verbunden.
Vorteilhafterweise weist die Gesamtkonstruktion eine flache Bauweise auf, bei der ein Hereinragen der Einrichtung in den Stollengang und damit die Gefahr einer
Beschädigung vermieden wird.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist dem thermoelektrischen Generator ein elektrischer Verbraucher zugeordnet. Im einfachster Form ist dieser Verbraucher eine Beleuchtungseinrichtung, insbesondere eine Notbeleuchtung. Zweckmäßigerweise ist der elektrischer Verbraucher eine Messeinrichtung, die zur Bestimmung mindestens einer bergbaulich relevanten Umgebungsbedingung geeignet ist. Vorteilhafterweise werden dabei die Versorgungsleitungen zwischen der Messeinrichtung und dem Energieerzeuger vermieden. Vielmehr entsteht eine kompakte Messeinrichtung mit integrierter Energieversorgung.
Nach einem weiteren, die Erfindung verbessernden Merkmal weist die Messeinrichtung eine Einrichtung zur drahtlosen Kommunikation auf. Vorteilhafterweise weist die so gebildete Einrichtung alle Komponenten zu ihrem autarken Betrieb auf. Eine derartige Einrichtung ist frei positionierbar, ohne Rücksicht auf Verbindungsleitungen und Anschlusspunkte zur Speisung und/oder Kommunikation nehmen zu müssen. Dieser Vorteil kommt insbesondere bei bergbaulichen Betriebsmitteln zum Tragen, wo durch den kontinuierlichen Vortrieb des Abbaugebietes häufige Änderungen der
messtechnischen Installation die Regel sind.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Messeinrichtung ausgebildet, über seine Einrichtung zur drahtlosen Kommunikation mit einer zentralen Einrichtung Daten auszutauschen. Solange die Reichweite der drahtlosen Kommunikationsverbindung die Distanz zwischen der Messeinrichtung und der zentralen Einrichtung übersteigt, kommuniziert die Messeinrichtung direkt mit der zentralen Einrichtung.
Darüber hinaus ist die Messeinrichtung ausgebildet, über seine Einrichtung zur drahtlosen Kommunikation mit mindestens einer anderen gleichartigen
Messeinrichtung Daten auszutauschen. Dabei bilden die gleichartigen Messeinrichtung ein Kommunikationsnetz. Sobald die Distanz zwischen der Messeinrichtung und der zentralen Einrichtung die Reichweite der drahtlosen Kommunikationsverbindung übersteigt, kommuniziert die Messeinrichtung mittelbar über mindestens eine weitere gleichartige Messeinrichtung mit der zentralen Einrichtung.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der thermoelektrische Generator in einem käfigartigen Gehäuse untergebracht, das auch die mit dem thermoelektrischen Generator thermisch und/oder elektrisch verbundenen Mittel umschließt. Zu den verbundenen Mitteln gehören insbesondere die Messeinrichtung sowie die ihr zugeordnete Einrichtung zur drahtlosen Kommunikation. Vorteilhafterweise ist dadurch die gesamte Einrichtung bestehend aus dem thermoelektrischen Generator und den mit ihm thermisch und/oder elektrisch verbundenen Mitteln gegen Beschädigungen aus dem rauhen Bergbaubetrieb geschützt.
Verfahrensmäßig wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die Verwendung mindesten eines thermoelektrischen Generators gelöst, der die Temperaturdifferenz zwischen dem Inneren des umgebenden Gesteins und der Atmosphäre im Gewölbe ausnutzend eine elektrische Leistung abgibt, die zur Speisung einer Messeinrichtung geeignet ist. Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der einzigen Figur ist eine Vorrichtung zur Energieversorgung von Sensoren im
Bergbau in teilweise geschnittener Darstellung gezeigt. Die Vorrichtung weist einen thermoelektrischer Generator 1 mit einer Warmseite 11 und einer Kaltseite 12 auf, dessen Warmseite 11 thermisch mit dem Inneren des umgebenden Gesteins 2 verbunden ist und dessen Kaltseite 12 thermisch mit der Atmosphäre im Gewölbe verbunden ist.
Die Warmseite 11 des thermoelektrischen Generators 1 ist durch ein thermisch hochleitfähiges Wärmeleitelement 3 mit dem Inneren des umgebenden Gesteins 2 verbunden. Dazu weist das Gestein 2 eine Bohrung zur Aufnahme des
Wärmeleitelements 3 auf. Ein Bereich 32 am dem thermoelektrischen Generator 1 abgewandten Ende des thermisch hochleitfähiges Wärmeleitelements 3 an der Warmseite 11 ist mit einem Koppelmittel 4 geringen thermischen Widerstands mit dem umgebenden Gestein 2 verbunden. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung besteht dieses Koppelmittel 4 aus einem Wärmeleitkleber oder Beton, welcher etwa die Wärmeleitfähigkeit des umgebenden Gesteins 2 aufweist.
Darüber hinaus ist der Bereich 31 des thermisch hochleitfähiges Wärmeleitelements 3 zwischen dem thermoelektrischen Generator 1 und dem Bereich 32 der thermischen Ankopplung an das Gestein 2 durch ein Entkoppelmittel 5 mit hohem thermischen Widerstand gegen das umgebende Gestein 2 thermisch isoliert. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung besteht diese Entkoppelmittel 5 aus PUR-Schaum. Dieser Werkstoff ist leicht in die Bohrung einzubringen und weist bereits bei geringen
Schichtdicken einen hohen thermischen Widerstand auf.
Die Kaltseite 12 des thermoelektrischen Generators 1 ist mit einem Kühlkörper 6 ausgestattet, der thermisch an die Atmosphäre im Gewölbe angekoppelt ist. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist der Kühlkörper 6 räumlich von dem Kühlkörper 6 beabstandet und über ein thermisch hochleitfähiges Wärmeleitelements 7 mit der Kaltseite 12 des thermoelektrischen Generators 1 verbunden. Dadurch wird ein flacher Aufbau der Vorrichtung zur Energieversorgung erreicht.
Dem thermoelektrischen Generator 1 ist eine Messeinrichtung 8 zugeordnet, der zur Bestimmung mindestens einer bergbaulich relevanten Umgebungsbedingung geeignet ist. Vorteilhafterweise werden dabei die Versorgungsleitungen zwischen der
Messeinrichtung 8 und dem Energieerzeuger 1 vermieden.
Darüber hinaus weist die Messeinrichtung 8 eine Einrichtung zur drahtlosen
Kommunikation 81 auf. Vorteilhafterweise weist die so gebildete Einrichtung alle Komponenten zu ihrem autarken Betrieb auf. Eine derartige Einrichtung ist frei positionierbar, ohne Rücksicht auf Verbindungsleitungen und Anschlusspunkte zur Speisung und/oder Kommunikation nehmen zu müssen. Dieser Vorteil kommt insbesondere bei bergbaulichen Betriebsmitteln zum Tragen, wo durch den
kontinuierlichen Vortrieb des Abbaugebietes häufige Änderungen der messtechnischen Installation die Regel sind.
Die Messeinrichtung 8 ist ausgebildet, über ihre Einrichtung zur drahtlosen
Kommunikation 81 mit einer nicht dargestellten zentralen Einrichtung Daten
auszutauschen. Solange die Reichweite der drahtlosen Kommunikationsverbindung die Distanz zwischen der Messeinrichtung 8 und der zentralen Einrichtung übersteigt, kommuniziert die Messeinrichtung 8 direkt mit der zentralen Einrichtung.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Messeinrichtung 8 ausgebildet, über seine Einrichtung zur drahtlosen Kommunikation 81 mit mindestens einer anderen gleichartigen Messeinrichtung Daten auszutauschen. Dabei bilden die gleichartigen Messeinrichtung ein Kommunikationsnetz. Sobald die Distanz zwischen der
Messeinrichtung 8 und der zentralen Einrichtung die Reichweite der drahtlosen Kommunikationsverbindung übersteigt, kommuniziert die Messeinrichtung 8 mittelbar über mindestens eine weitere gleichartige Messeinrichtung mit der zentralen
Einrichtung.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist der thermoelektrische Generator 1 in einem käfigartigen Gehäuse 9 untergebracht, das auch die mit dem thermoelektrischen Generator 1 thermisch und/oder elektrisch verbundenen Mittel, nämlich die
Messeinrichtung 8 mit ihrer Einrichtung zur drahtlosen Kommunikation 81 sowie der Kühlkörper 6 und das Wärmeleitelement 7, umschließt. Vorteilhafterweise ist dadurch die gesamte Einrichtung bestehend aus dem thermoelektrischen Generator 1 und den mit ihm thermisch und/oder elektrisch verbundenen Mitteln 6, 7, 8 und 81 gegen Beschädigungen aus dem rauhen Bergbaubetrieb geschützt. Darüber hinaus kann in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, in diesem Gehäuse 9 auch Pufferspeicher elektrischer Energie, nämlich
Akkumulatoren, hochkapazitive Kondensatoren oder Primärbatterien unterzubringen.
Bezugszeichenliste
1 thermoeiektrischer Generator
11 Warmseite
12 Kaltseite
2 Gestein
3, 7 Wärmeleitelement
31 , 32 Bereich
4 Koppelmittel
5 Entkoppelmittel
6 Kühlkörper
8 Messeinrichtung
Einrichtung zur drahtlosen Kommunikation Gehäuse

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Energieversorgung von Sensoren im Bergbau
dadurch gekennzeichnet,
dass mindesten ein thermoelektrischer Generator (1) mit einer Warmseite (11) und einer Kaltseite (12) vorgesehen ist, dessen Warmseite (11) thermisch mit dem Inneren des umgebenden Gesteins (2) verbunden ist und dessen Kaltseite (12) thermisch mit der Atmosphäre im Gewölbe verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
dass die Warmseite (11) des thermoelektrischen Generators (1) durch einen thermisch hochleitfähiges Wärmeleitelement (3) mit dem Inneren des umgebenden Gesteins (2) verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Bereich (32) an dem dem thermoelektrischen Generator (1) abgewandten Ende des thermisch hochleitfähiges Wärmeleitelements (3) an der Warmseite (11 ) mit einem Koppelmittel (4) geringen thermischen Widerstands mit dem
umgebenden Gestein (2) verbunden ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3
dadurch gekennzeichnet,
dass der Bereich (31) des thermisch hochleitfähiges Wärmeleitelements (3) zwischen dem thermoelektrischen Generator (1) und dem Bereich (32) der thermischen Ankopplung an das Gestein (2) mit einem Entkoppelmittel (5) mit hohem thermischen Widerstand gegen das umgebende Gestein (2) thermisch isoliert ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kaltseite (12) des thermoelektrischen Generators (1) mit einem Kühlkörper (6) ausgestattet ist, der thermisch an die Atmosphäre im Gewölbe angekoppelt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kaltseite (12) des thermoelektrischen Generators (1) von dem Kühlkörper (6) räumlich beabstandet und mit einem thermisch hochleitfähiges
Wärmeleitelements (7) thermisch verbunden ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass dem thermoelektrischen Generator (1) eine Messeinrichtung (8) mit mindestens einem Sensor zugeordnet ist, der zur Bestimmung mindestens einer bergbaulich relevanten Umgebungsbedingung geeignet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7
dadurch gekennzeichnet,
dass die Messeinrichtung (8) eine Einrichtung zur drahtlosen Kommunikation (81) aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8
dadurch gekennzeichnet,
dass die Messeinrichtung (8) ausgebildet ist, über seine Einrichtung zur drahtlosen Kommunikation (81) mit einer zentralen Einrichtung Daten auszutauschen. 0. Vorrichtung nach Anspruch 8
dadurch gekennzeichnet,
dass die Messeinrichtung (8) ausgebildet ist, über seine Einrichtung zur drahtlosen Kommunikation (81) mit mindestens einer anderen gleichartigen Messeinrichtung Daten auszutauschen.
11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass der thermoelektrische Generator (1) in einem käfigartigen Gehäuse (9) untergebracht ist, das auch die mit dem thermoelektrischen Generator (1) thermisch und/oder elektrisch verbundenen Mittel (6, 7, 8, 81) außerhalb des Gesteins (2) umschließt.
12. Verfahren zur Energieversorgung von Sensoren im Bergbau
dadurch gekennzeichnet,
dass mindesten ein thermoelektrischer Generator (1) verwendet wird, der die Temperaturdifferenz zwischen dem Inneren des umgebenden Gesteins (2) und der Atmosphäre im Gewölbe ausnutzend eine elektrische Leistung abgibt, die zur
Speisung einer Messeinrichtung (8) mit mindestens einem Sensor geeignet ist.
PCT/EP2013/000123 2012-01-19 2013-01-17 Vorrichtung und verfahren zur energieversorgung von sensoren im bergbau WO2013107637A2 (de)

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