用于无线设备的集成热电发生器的利记博彩app

专利名称：用于无线设备的集成热电发生器的利记博彩app
技术领域：
本发明大体上涉及无线设备，更具体地，涉及为无线现场设备网络中的无线设备供电。
背景技术：
无线设备在工业领域应用中日趋流行。作为无线现场设备网络的部件，无线设备扩展了控制或过程监控系统的到达范围，使其超出有线设备的到达范围，扩展到有线布线可能难以提供或需要昂贵代价才能提供的位置。无线现场设备网络包括具有中央控制器或网关的无线设备云或节点。无线网络中的节点能够发送和接收信息。 无线现场设备网络用于控制和监控不同的过程和环境。例如，无线现场设备网络可以用于油田。油田包括众多以井场为中心的离散位置，所述井场散布在大的区域中。对于整个现场管理，这些孤立位置区域之间的通信是必需的。井场处的无线现场设备网络监控和控制从流率、井压和流体温度到阀状态和位置以及可能泄漏等一切事物。所得到的数据通过网络中继给控制器，所述控制器分析数据并且致动控制机构，以便管理生产或预防事故。无线现场设备网络是由按无线拓扑组织的多个无线设备(即，节点)构成的通信网络。无线拓扑的示例包括网格网络(如WireIessIiARTS:)以及星型网络(如Bluetooth ) ο在无线现场设备网络中，无线设备是下述设备之一:无线收发机、无线数据路由器以及无线现场设备。无线收发机包括集成到单个设备中的收发机和天线。无线数据路由器包括集成到单个设备中的收发机和数据路由器。现场设备是执行控制或过程监控系统或工厂监控系统中的功能的现场安装的设备，包括在工厂、过程或过程设备的测量、控制和监控中使用的所有设备，包括工厂环境、健康和安全设备。现场设备通常包括至少一个变换器，如传感器或致动器，并且可以执行控制或告警功能。无线收发机是用于发射和接收基于RF的通信数据的设备。数据路由器是路由无线收发机接收的数据分组的设备，(如果设备的地址与分组中的最终目的地地址匹配)从分组中取出通信净荷供附属的现场设备使用，或者将通信净荷重定向回无线收发机，以中继回到逻辑路径中的下一目的地的网络。例如，在无线网格网络中，因为每个无线设备必需能够路由针对其自身的消息以及针对网络中的其他设备的消息，每个无线设备包括数据路由器。相反，在简单星型网络中，无线设备不需要包括数据路由器。针对基于变换器的应用设计的无线网络系统(如无线现场设备网络)，必需使用较低功率的RF无线电设备。网络中的许多设备必须本地供电，因为电力设施(如120V AC设施或供电数据总线)不位于附近，或者在不引入大的安装代价的情况下，不允许进入必须安装仪器或变换器的危险位置。“本地供电”意味着由本地电源供电，如便携式电化学电源(如长寿命电池或燃料电池)，或者低功率清洁能源电源(如振动、太阳能或热电)。本地电源的公共特性是它们有限的电源容量，无论是在长寿命电池的情况下存储的电源容量或者是在太阳能电池板的情况下产生的电源容量都是有限的。需要持续超过5年、优选地持续与产品的寿命一样长的时间的电池。

发明内容
本发明的实施例包括第一过程部件、部分由第一过程部件内的第一腔形成的第一热管、以及热电发生器组件。热电发生器组件在一侧热耦合到散热物，在另一侧耦合到第一热管。第一过程部件与第一过程流体直接接触，以及第一腔靠近第一过程流体。热电发生器组件产生电功率。本发明的另一实施例是用于生成在无线现场设备网络中使用的电功率的方法。过程部件接触过程流体。在过程流体与过程部件内的密封腔的表面之间传导热。通过气化和冷凝工作流体，在密封腔的表面与热电发生器组件之间传递热。通过对流和传导中的至少之一在热电发生器组件与散热物之间传递热。从通过热电发生器组件的热传导生成电功率。


图1A-1B示出了安装在过程法兰上的包含本发明的无线现场设备。图2A-2F示出了并入用于为无线温度测量现场设备供电的热电偶套管的本发明的实施例。图3A-3C示出了并入用于为无线温度测量现场设备供电的热电偶套管的本发明的另一实施例。图4A-4C示出了并入用于为无线流测量现场设备供电的均速流量计管的本发明的另一实施例。图5A-5F示出了并入用于为无线流测量现场设备供电的孔板法兰的本发明的实施例。图6A-6E示出了并入用于为无线数据路由器供电的疏水器的本发明的实施例。图7A-7E示出了并入用于为无线流测量现场设备供电的文氏管的本发明的实施例。图8A-8F示出了并入用于为无线数据路由器供电的泵壳的本发明的实施例。图9A-9C示出了并入用于为无线流测量现场设备供电的孔板的本发明的实施例。图10示出了并入用于为无线流测量现场设备供电的两个过程部件的每一个中的本发明的实施例。
具体实施例方式将针对为无线现场设备网格网络中的无线设备供电，来描述本发明。本领域普通技术人员将理解本发明同样适用于其他网络拓扑，而并不仅限于所描述的实施例，本发明将包括落在所附权利要求的范围内的所有实施例。本发明使用热电发电来为无线现场设备网格网络中的无线设备供电。如上面提到的，需要持续超过5年、优选地持续与产品的寿命一样长的时间的电池。然而，在一些需要频繁通信、检测、致动的应用中，足以在合理长的时间中供电的电池过于庞大。这种情况在低温限制了电池输出或高温限制了电池寿命的恶劣气候中进一步恶化。在可用太阳能辐射非常有限的位置，如靠近北极圈处，为了提供必须的功率，太阳能电池板也必须非常庞大和昂贵。经常，这些应用涉及温度远高于或低于环境条件处的过程流体，从而建议使用热电发电。然而，热电发电固有地是低效率的。为了满足用于无线现场设备网络中的无线设备的能源要求，热电发电效率必须显著提高。热电发生器的转换效率通常小于1%，并且取决于热电发生器的材料和设计。另夕卜，在热(或冷)源与热电发生器的表面之间的一系列(串联)热阻大大降低了可用于热电发生器进行转换的热量。热阻减慢了与热流方向垂直的给定横截面面积上的热传递，降低了单位面积的热传递速率或热通量。 例如，典型的热电发生器应用是被较冷空气环绕的容器中的热的流体(例如，流经管道或装在槽中)，其中热传导元件的一侧附着到外部，即容器的未隔热的截面(将其绑在上面)，热传导元件的另一侧与热电发生器的一个表面物理接触。与环境空气接触的热交换器附着到热电发生器的另一表面。对于从容器内的热的流体到热电发生器的热通量，存在三个重要的热阻容器壁、热传导元件与容器表面之间的物理接触(或缺少物理接触)、以及通过热传导元件的热阻。容器壁通常用热导性差的材料制成，如铁(60W/mK)、不锈钢(10-40W/mK)、或者镍基合金(10W/mK)。热通量必须穿透容器壁的整个厚度，以到达热传导元件。一旦热通量到达容器外壁表面，其必须流入热传导元件。将这样的器件附着到整个容器表面(如管道或槽)充满了挑战。热传导元件的曲率半径必须与容器外表面的曲率半径刚好匹配。容器尺寸和表面纹理变化很大，使得所需的精确适配特别困难。两个匹配表面之间的一些点接触必须差不多支持全部热流过匹配表面的面积，其中小的空气缝隙(极好的隔热物)占据了界面的大部分区域。穿透容器壁且穿过容器外表面与热传导元件之间的界面的热流必须传导通过热传导元件，到达热电发生器的表面。热传导元件通常用诸如铜(400W/mK)之类的热传导性高的材料制成，但是仍然向热流提供另一热阻，限制热电发生器的可用的热通量。本发明极大地减小或完全消除了从过程流体到热电发生器的热流的全部三个串联热阻，显著提高了热电发生器可用于转换的热通量。本发明利用热电发生器向无线现场设备网络中的无线设备供电。本发明包括与过程流体直接接触的过程部件。直接接触过程流体的过程部件包括例如热电偶套管、均速流量计管、管法兰、孔板法兰、疏水器、压力传感器远程密封件、液位开关、接触雷达液面计、涡漩流量计、科里奥利流量计、磁流量计、涡轮流量计、阀歧管、流矫直元件、限流器、控制阀、中止阀、过滤器壳、泵壳、以及减压阀。本发明中的过程部件包含部分由过程部件内部的热收集器腔形成的热管。热收集器腔仅用于形成热管的一部分。热管耦合到热电发生器的一侦U，以及散热物耦合到热电发生器的另一侧，将热传递通过热电发生器，以生成用于无线设备的电功率。热管代替上面描述的热传导元件，极大地减小了与对热电发生器的表面的热传递相关联的热阻。将热管嵌入在与过程流体直接接触的过程部件内部通过直接穿透容器壁消除了另外两个热阻。过程部件不绑在容器上，而是穿透或替代容器壁的一部分。根据需要，可以保留一些热阻，以通过过程部件的将热收集器腔与过程流体隔开的那部分，将热从过程流体传导到热管腔。然而，因为热从热收集器腔的整个表面面积流进热管且通过气化热从整个热收集器腔内表面进行传递，所以热管传递的热通量高得多。图1A-1B示出了用于为无线现场设备网络中的无线设备供电的本发明的实施例，其包括并入过程部件的热电发生器。图1A-1B示出了安装在过程法兰上的包含本发明的无线现场设备。图IB是图IA的一部分的放大示图，以更好地示出本发明的细节。图IA示出了过程测量或控制点10，包括无线现场设备12、过程部件14、过程法兰16、过程管道20和无线现场设备网络21。如图IB所示，无线现场设备12包括电子外壳22、电子电路(未示出)、天线24和变换器(未示出)。过程部件14是用法兰安装的部件，包括热电发生器组件(未示出)、热传递器件27、隔热层28a、隔热层28b、以及热管(未示出)。图IB还示出多个法兰螺栓18。尽管过程管道20示出为管形，其也可以是众多过程容器中的任意一种，包括过程槽、存储槽、热交换器、锅炉、蒸馏柱、焙炉或反应锅。无线现场设备网络21是能够与无线现场设备12无线通信且与控制或监控系统通信的任何无线现场设备网络。例如，无线现场设备网络21是无线现场设备网格网络。过程法兰16附着到过程管道20中的开口，以创建到过程管道20的端口。在过程部件14附着到该端口以在过程流体F流经过程管道20时与过程流体F直接接触之前，在过程部件14与过程法兰16之间插入密封衬垫(未示出)，其通常由低热导性材料组成。过 程部件14利用多个法兰螺栓18连接到过程法兰16。热电发生器组件与过程部件14集成在一起，并且与过程流体F间接地热接触。热管(未示出)热连接过程流体F和热电发生器。热电发生器组件也与热传递器件27热接触，热传递器件27与散热物(如环境流体A)热接触。环境流体A包围过程测量或控制点10，并且通常是空气。在正常操作期间，过程流体F和环境流体A具有不同温度。隔热层28a和隔热层28b被安置用于热屏蔽热传递器件27与来自过程部件14与流体F热接触的那部分的流体A的热接触。如图I所示，过程部件14物理地且电气连接到无线现场设备12，提供过程流体F与变换器之间的接口。可选地，无线现场设备12的电子外壳22、天线24和电子电路与过程部件14物理上分开，但是电连接在一起。在操作时，通过过程部件14中的热管传递由过程流体F与环境流体A之间的温差驱动的热流。在过程流体F的温度高于环境流体A的温度的情况下，热流是通过热管从位于过程管道20中的过程流体F到热电发生器组件。通过热传递器件27向环境流体A的热耗散将热流传导通过热电发生器。在过程流体F的温度低于环境流体A的温度的情况下，热流的方向相反。向无线设备12传导电功率，从而向无线现场设备12供电，所述无线现场设备12用于在操作变换器中使用且用于在经由天线24与无线现场设备网络21通信中使用。通过隔热层28a和隔热层28b减少了针对过程流体F与环境流体A之间的热流的并行路径，这些并行路径倾向于绕过经热电发生器组件的预期路径。下文描述的除图10所示实施例之外的所有实施例都针对这样的情形过程流体F的温度高于散热物的温度，以及热流的方向是从过程流体F到散热物。应该理解，对于随后描述的针对过程流体F的温度低于散热物的温度的情形的所有实施例，描述是相同的，只是热流的方向相反，其中热流的方向是从散热物到过程流体F。在所有实施例中，散热物吸收或者运走热，以维持稳定的热流通过热电元件。为了便于说明，在下文描述的除图10所示实施例之外的所有实施例中，散热物是环境流体A。环境流体A通常是空气，但是应该理解，环境流体A也可以是与热传递器件物理接触的其他类型的流体，如冷却流体、水体、或者第二过程流体。另外，散热物可以是地表或其他的大型热质量，如建筑物的墙或土墙(earthen berm)。
如图I中所述的无线现场设备可以测量众多过程特性中的任一种，如压力、流速度、质量流、pH、温度、密度、以及传导性；或者能够针对振动、应力、腐蚀等监控过程设备；或者能够针对火情和气体检测等监控通用工厂环境；或者能够定位工人或设备的当前位置。图2A-2F示出了用于为无线现场设备网格网络中的无线设备供电的本发明的实施例，其包括并入用于为无线温度测量现场设备供电的过程部件的热电发生器，其中所述过程部件是热电偶套管。热电偶套管是设计用于容纳和保护温度传感不受被测流体的有害影响(包括振动、冲击、腐蚀和磨损)的坚固的保护套。温度传感器沿着热电偶套管的轴插入热电偶套管，以及热电偶套管插入包含被测流体的过程容器。热电偶套管还提供允许在不需要关闭过程和打开容器的情况下替换出故障的温度传感器的附加优点。图2A示出了包括本发明的热电偶套管的横截面。图2A示出了过程测量点110，包括无线现场设备112、热电偶套管114、过程法兰116、法兰螺栓118和包含过程流体F的过程管道120。环境流体A用作散热物。环境流体A围绕过程测量点110，并且通常是空气。尽管过程管道120在图I中示出为管子，但是其还可以是众多过程容器中的任一种，包括 过程槽、存储槽、热交换器、锅炉、蒸馏柱、焙炉或反应锅。无线现场设备112包括电子外壳122、电子电路123、天线124和温度探头130。温度探头130包括温度传感器132和温度传感器电线134。温度传感器132是电特性响应于温度改变发生变化的任何传感器，如热电偶或RTD。温度传感器电线134是与温度传感器132相兼容的电线，如热电偶电线。电子电路123包括传感器电路136、发射器通信电路138、收发机140、数据路由器142、电源控制电路144和能量存储器件146。如本领域中已知的，传感器电路136处理传感器信号，并且提供传感器激励。发射器通信电路138包括用于发送和接收有线信号(如HART 数据)的通信电路。收发机140是用于发射和接收基于RF的通信数据(如Wirckssl丨ART^数据)的设备。数据路由器142是路由数据分组的设备。电源控制电路144接收进入电源，并且根据需要对其进行调节以供电子电路123的其他部件使用。能量存储器件146存储供电子电路123的其他部件使用的能量，并且例如是原电池、可充电电池、超级电容器、或者本领域中已知的能量存储电容器。热电偶套管114是用法兰安装的过程部件，包括热电发生器组件126、热传递器件127、隔热层128a、隔热层128b、以及热电偶套管腔148、和热管150。热电发生器组件126包括热电元件152、热扩散器154、和电源电缆158。热电元件152是这样的器件当器件的相对侧保持在不同温度时，其在器件上产生电压并且产生通过器件的电流(当连接到负载时)，该器件例如是如本领域中由一系列交替的η型和P型半导体构成的已知类型的半导体基器件。热扩散器154是一块高热导性材料(如铜)，用于均衡热电元件152的表面上的热通量。热传递器件127是与环境流体A有效地交换热的任何设备。如所示出的，热传递器件127是由高热导性材料(如铜)制成的针肋热交换器，并且设计为具有大的表面面积对体积比，以增强热的传递。隔热层128a和隔热层128b是与环境流体A相兼容的耐用的隔热结构。在该实施例中，热管150包括装料口 160、塞子162、热收集器腔164、热传递管166、和热耗散腔168。塞子162是密封用的任何塞子，如螺口金属塞子。热收集器腔164是嵌入在与过程流体F直接接触的热电偶套管114部分内的热管150部分。热耗散腔168是与热电发生器组件126直接接触的热管150部分。热传递管166是将热收集器腔164与热耗散腔168相连的热管150部分。过程法兰116附着(通常是焊接)到过程管道120中的开口，以创建到过程管道120的端口。如图2A所示，在热电偶套管114插入到该端口以在过程流体F流经过程管道120时与过程流体F直接接触之前，在热电偶套管114与过程法兰116的匹配表面之间插入密封衬垫(未示出)。利用多个法兰螺栓118 (通常是4个或更多，其中示出了两个)，将热电偶套管114连接到热电偶套管114的带凸缘部分处的过程法兰116。温度探头130插入热电偶套管腔148，使得温度传感器132处于或靠近插入过程流体F最深的热电偶套管114末端。一般通过靠近温度探头130的与温度传感器132相对的那端的螺口连接来使温度传感器130处于合适的位置。温度传感器电线134在传感器电路136处将温度探头130连接到电子外壳122内的电子电路。天线124在收发机140处连接到电子外壳122内的电子电路123。在电子电路123内，传感器电路136连接到发射器通信电路138。发射器通信电路138连接到数据路由器142，数据路由器142连接到收发机140。电源控制电路144连接到能量存储电路146、传感器电路136、发射器通信电路138、数据路由器142、以及收发机140。热管150从热收集器腔164 (如下文参考图2D描述的)延伸到热传递管166 (如下文参考图2F描述的)，再到热耗散腔168 (如下文参考图2E描述的)。塞子162封闭装料口 160。 热管150的热耗散腔168在热扩散器154处连接到热电发生器组件126。热扩散器154紧密附着到热电元件152的一侧，以及热传递器件127紧密附着到热电元件152的与热扩散器154相对的另一侧。电源电缆158在电源控制电路144处将热电元件152连接到电子外壳122。隔热层128a位于热传递器件127与热电偶套管114的外表面之间的间隙中,其中隔热层128a延伸出热传递器件127的边缘，以确保良好的热隔离。隔热层128b位于热传递器件127与附着到过程法兰116的热电偶套管114的凸缘部分之间的空间。热电偶套管114物理地且电连接到无线现场设备112，提供过程流体F与温度探头130之间的接口。可选地，电子外壳22、电子电路123和天线124与温度探头130和热电偶套管114之间物理上分离，但是电连接在一起。在操作时，温度传感器132的电特性响应于过程流体F的温度的改变发生变化。电特性的变化通过温度传感器电线134传导到传感器电路136。传感器电路136将电特性的改变转换成温度测量。传感器电路136将温度测量发送给发射器通信电路138，发射器通信电路138通过有线链路(未示出)将温度测量和任何附加信息(例如，无线现场设备ID)发送给数据路由器142。数据路由器142将该信息与关于传输目的地的信息一起格式化成数字数据分组，并且将该数字数据分组发送给收发机140以经由天线124传输给无线现场设备网格网络。另外，作为无线现场设备网格网络的成员，无线现场设备112还可以路由接收自无线现场设备网格网络的数据分组。收发机140经由天线124接收来自无线现场设备网格网络的数字数据分组，以及向数据路由器142发送数字数据分组。数据路由器142路由收发机140接收的数据，(如果无线现场设备112的设备地址与分组中的最终目的地地址匹配)从分组中取出通信净荷供发射器通信电路138使用，或者将数字数据分组重定向回无线收发机140，以经由天线124中继回通向逻辑路径中的下一目的地的网络。在本发明的实施例中，通过具有热管150高效供应的热流的热电发生器组件126的操作来提供用于上面描述的温度检测和数据传输的功率的至少一部分。热收集器腔164从过程流体F收集热，如下文参考图2D所述。热传递管166从热收集器腔164向热耗散腔168传递热，如下文参考图2F所述。在热耗散腔168处，热被传递进热扩散器154，(如下文参考图2E所述)当热通量通过热扩散器154传导给热电元件152时，热扩散器154均衡热通量。当热流经热电元件152时，根据流经热电元件152的热量生成电压，以及电流流向无线现场设备112。电压和电流二者的生成产生电功率。如果不从与热扩散器154相对的那侧移走热，则很快达到热平衡，从而热流和功率产生一起停止。连续的功率产生需要从热电元件152的与热扩散器154相对的那侧移走热。热传递器件127，利用其大的表面面积，通过向环境流体A进行传导，有效地从热电元件152的与热扩散器154相对的那侧移走热。环境流体A，通过对流、传导或这两者的组合，吸收或运走来自热传递器件127的热，因此维持连续的功率产生所必需的流经热电元件152的稳定的热流。在该实施例中，隔热层128a和128b通过隔热区域降低了从除热电元件152之外的源进入热传递器件127的热，所述隔热区域的温度很可能是在过程流体F与环境流体A之间，所述隔热区域例如可以是热电偶套管114和过程管道120的外表面。这通过将热传递器件127移走的热限制在主要是流经热电元件152的热，提高了热电发生器组件126的效率。由电源电缆158将热电元件152产生的热传导给电源控制电路144。电源控制电路144调节功率，并且根据需要将其分发给传感器电路136、发射器通信电路138、数据路由器142和收发机140，用于上述的温度检测和数据传输操作。可选地，超出温度检测和数据传输操作的即时需求的功率被存储在能量存储器件146中。在温度检测和数据传输操作需求超出可从热电发生器组件126即时获得 的功率时，例如在过程流体F的温度低于正常过程操作期间的过程启动或关闭期间，电源控制电路144抽取能量存储器件146中存储的能量。根据一个实施例，图2B是热电偶套管114的与过程流体F直接接触的那部分的横截面。如图2B中所示，热收集器腔164具有圆形的横截面。通过例如钻孔有效地创建热收集器腔164的管状形状。该管状形状在热管150中除热耗散腔168之外的所有部分继续。图2C示出了热耗散腔168的形状的一个实施例。热传递管166的圆形横截面终结在热耗散腔168的边缘。热耗散腔168是与热扩散器154的矩形形状匹配的矩形腔。该形状还通过本领域已知的制造方法创建。热耗散腔168在6个侧面中的5个侧面上由热电偶套管114的内表面组成，以及在剩余侧面上由热扩散器154组成。图2C还示出热传递器件127的形状。热传递器件127部分绕着热电偶套管114的外部缠绕，以增加热传递器件127的表面面积。如上面提到的，隔热层128a优选地填充热传递器件127延伸出热电元件152的那部分与热电偶套管114的外部之间的间隙。隔热层128a在所有方向上延伸出热传递器件127的边缘，以确保与热电偶套管114的外表面之间的良好隔热，隔热层128a的温度在过程流体F与环境流体A之间。图2A示出的实施例的有效操作中的基本要素是热管150的操作。图2D示出了工作为将热从过程流体F传递进热管150的热传递机制。图2D是热收集器腔164的一部分的横截面。在该实施例中，热管150还包括毛细器件172。工作流体170优选地同时以液相(L)和气相(V)存在于热管150中。基于所期望的在过程流体F的温度与环境流体A的温度之间的操作温度范围来选择工作流体170，如水、氨水、甲醇、或乙醇。优选地，毛细器件172是具有足够小的孔的材料，以在工作流体170的液相上施加显著的毛细压力，并且容易被工作流体170浸润，其例如是烧结陶瓷、金属网格、金属毡、金属泡沫。可选地，毛细器件172在热管150的沿着热管150长度的那个侧面中包括刻槽，其大小适合提供工作流体170的液相所需毛细压力。
根据一个实施例，毛细器件172与热收集器腔164的侧面对齐，并且包含L相的工作流体170。在操作中，来自过程流体F的热H流经包围热收集器腔164的金属壁。热收集器腔164中的L相工作流体170吸收热流，并且一旦吸收的热达到工作流体170的气化热，就改变到V相工作流体170。V相工作流体170膨胀，从而超出毛细器件172，进入热收集器腔164的内部，增大了热收集器腔164中的压力，并且驱动V相工作流体170流出热收集器腔164，进入热传递管166。同时，来自毛细器件172的L相工作流体170的气化允许通过毛细器件172中的毛细压力驱动更多的L相工作流体170从热传递管166流进热收集器腔164。以这种方式，热高效地从过程流体F流进和流出热收集器腔164。尽管最有效的热流是通过将热收集器腔164与过程流体F隔开的热电偶套管114的最薄部分，但是热电偶套管114的与过程流体F接触的所有部分的热传导提供了从所有方向流进热收集器腔164的热。依照该实施 例，图2E示出了工作用于将热从热管150传递进热电发生器组件126的热传递机构。图2E是热耗散腔168 (和热管166的连接部分)的横截面。与热收集器腔164类似，热耗散腔168包含V相工作流体170，并且与毛细器件172对齐，毛细器件172包含L相工作流体170 (包括填充塞子162的小区域除外)。与热收集器腔164不同，热耗散腔168中的工作流体170通过热传递器件127的操作来冷却。在操作中，热耗散腔168内中的V相工作流体170在较冷的热扩散器154表面液化，变成L相工作流体170，并且释放在热收集器腔164中吸收的热。释放的热H传导进热扩散器154，且通过热电元件152进入热传递器件127。L相工作流体170浸润毛细器件172，并且被毛细器件172中的毛细压力驱出热耗散腔168进入热传递管166。同时，热耗散腔168中的V相工作流体170的液化降低了热耗散腔168中的压力，提供了压差以驱动更多的V相工作流体170从热传递管166进入热耗散腔168。以这种方式，热有效地从热管150流进热电发生器组件126。图2F示出了工作用以将从热收集器腔164 (如图2D所示)收集的热传递给热耗散腔168 (如图2E所示)的热传递机构的一个实施例。图2F是热传递管166的一部分的横截面，热传递管166与热收集器腔164和热耗散腔168物理连接且热连接。与热收集器腔164和热耗散腔168 —样，热传递管166包含V相工作流体170，并且与毛细器件172对齐，毛细器件172包含L相工作流体170。热传递管166中的毛细器件172以连续的方式连接到热收集器腔164中的毛细器件172和热耗散腔168中的毛细器件172，使得由毛细器件172中的毛细压力将冷凝的L相工作流体170从热耗散腔168经热传递管166流入热收集器腔164。取决于热电偶套管114的安装方向，毛细压力可以与重力一起发挥作用，或抵消重力作用。除了克服重力所必需的毛细压力之外，毛细器件172中的毛细压力还必须足以克服热收集器腔164与热耗散腔168之间的压差，以驱动到热收集器腔164的L相工作流体170的连续源。热传递管166的内部以连续的方式连接到热收集器腔164和热耗散腔168的内部，使得由热收集器腔164中的L相工作流体170的气化和热耗散腔168中的L相工作流体170的液化引起的压差来驱动V相工作流体170经热传递管166的内部从热收集器腔164流入热耗散腔168。根据一个实施例，在工厂里，在精确控制的条件下，理想地组装热电偶套管114，确保一致可靠的操作。这与在野外用捆绑或其他方式将热电发生器安装到容器上的情况相反。优选地，在足以维持接近工作流体170的蒸气压力且移除非冷凝气体的内部压力的部分真空下密封热管150，其中非冷凝气体的压力将阻止V相工作流体170的流动，并且降低热管150的效率。通过装料口 160将工作流体170装进热管150，并且用塞子162在部分真空下对其进行密封，如图2A所示。图2A-2F中示出的本发明的实施例通过将热管嵌入在与过程流体直接接触的热电偶套管内，极大地提高了可供热电发生器进行转换的热通量。通过直接穿透容器壁，消除了通过容器壁的热阻的问题，这是获得热电发生器与容器壁之间的良好的热连接所需的。同样，因为热从热收集器腔164的整个表面区域流进热管150并且由来自热收集器腔的整个内表面的气化热进行传递，所以热管150传递的热可以非常高。最终，传递的热量取决于热收集器腔164的面积，热传递器件127的大小和效率、以及环境流体A与过程流体F之间的温差。最后，因为可以在工厂里，在精细控制的条件下，组装和测试整个单元，性能更加一致和闻效。图2A-2F示意的管状热收集器腔形状是根据过程部件和要生成的功率的数量使用的许多可能形状之一。图3A-3C示出了并入用于为无线温度测量现场设备供电的热电偶套管的本发明的另一实施例。在图3A-3C中，圆柱形的热收集器腔与包含两个热电元件的 热电发生器组件进行组合。具有增大的表面面积的较大热收集器腔提供的热流比图2A-2F的实施例所提供的热流大得多。也需要大得多的热传递器件来支持较大的热流。流经两个热电元件的较多的热产生的功率比图2A-2F的实施例提供的功率多得多。附加的功率对于例如需要更频繁的传输的无线设备是有利的。附加的功率还有利于为无线现场设备网络中的其他单元供电，所述其他单元例如可以是中央控制器、网关、将网关连接到高层网络或主控计算机的遥感勘测单元或回程无线电设备。图3A示出了并入用于为无线温度测量现场设备供电的热电偶套管的本发明的另一实施例的横截面。图3A的实施例的大多数部件与参考图2A-2F描述的那些部件相同，其中参考标号相差100。图3A示出了过程测量点210，包括无线现场设备212、热电偶套管214、过程法兰216、法兰螺栓218和包含过程流体F的过程管道220。环境流体A用作散热物。无线现场设备212与上面描述的无线现场设备112相同。热电偶套管214是用法兰安装的过程部件，包括热电发生器组件226、热传递器件227、隔热层228a、隔热层228b、热电偶套管腔248、和热管250。热电发生器组件226包括两个热电元件252、两个热扩散器254、和两个电源电缆258。热电元件252与上面描述的热电元件152相同。如所示出的，热传递器件227除了整个围绕热电偶套管114之外与上面描述的热传递器件127相同。热管150包括两个装料口 260、两个塞子262、热收集器腔264、热传递管266、和两个热耗散腔268。热管250还包括毛细器件(未示出)和同时以液相和气相存在的工作流体(未示出)；毛细器件和工作流体与上面参考图2D-2F描述的相同。利用热管250的相对侧的两个装料口260提供了对工作流体的更有效的装载。热收集器腔264是嵌入在与过程流体F直接接触的热电偶套管214部分内的热管250部分。热耗散腔268是与热电发生器组件226直接接触的热管250部分。热传递管266是将热收集器腔264与热耗散腔268相连的热管250部分。图3A示出的实施例的连接和操作与参考图2A描述的连接和操作相同，其中部件标号增加100。图3B是热电偶套管214的与过程流体F直接接触的那部分的横截面。如图3B中所示，热收集器腔264具有圆柱形横截面。通过现有技术中已知的制造方法来有效地创建热收集器腔264的圆柱状形状。在该实施例中，该圆柱形形状在热管250中除热耗散腔268之外的所有部分继续。图3C示出了热电偶套管214的包含热耗散腔268的那部分的横截面。热传递管266的圆柱形横截面终结在与热耗散腔268的接合处。热耗散腔268与上面描述的热耗散腔168相同。图3C还示出热传递器件227的形状。热传递器件227绕着热电偶套管214的外部完全缠绕。与上面描述的实施例一样，隔热层228a填充热传递器件227延伸出热电元件252的那部分与热电偶套管214的外部之间的间隙。隔热层228a延伸出热传递器件227的边缘，以确保与热电偶套管214的外表面之间的良好隔热。图3A-3C示出的本发明的实施例通过将热管嵌入在与过程流体直接接触的热电偶套管内，极大地提高了可供热电发生器进行转换的热通量。除了针对上文实施例描述的所有优点之外，该实施例还能够通过增大热管和热电发生器组件二者的尺寸产生多得多的功率。尽管该实施例示出为具有两个热电元件，但是应该理解，只要产生足够的热通量，就可以增加另外的热电元件以产生附加的功率。 如上所述，与图I中描述的无线现场设备一样的无线现场设备能够测量众多过程特性中的任一种，如压力、流速度、质量流、pH、温度、密度、以及传导性；或者能够针对振动、应力或腐蚀等监控过程设备；或者能够针对火情和气体检测等监控通用工厂环境；或者能够定位工人或设备的当前位置。图4A-4C示出了用于为无线现场设备网格网络中的无线设备供电的本发明的实施例，其具有并入过程部件的热电发生器，其中所述过程部件是均速流量计管，所述无线设备是无线流测量现场设备。如Rosemount 485Annubar之类的均速流量计管通过检测由流体流经均速管引起的撞击(高)和静态(低)压力来测量流速度。增加流速度产生两个压力之间的较大压差。两个压力传送经过端口和均速管中的高压间，到达差压传感器，所述差压传感器直接测量两个压力的压差。图4A示出了包括本发明的一个实施例的均速流量计管的横截面。图4A示出了过程测量点310，包括无线现场设备312、均速流量计管314、过程法兰316、法兰螺栓318和包含过程流体F的过程管道320。环境流体A用作散热物。环境流体A围绕过程测量点310，并且通常是空气。尽管过程管道320在图4A中示出为管形，但是其还可以是众多过程容器中的任意一种，包括过程槽、存储槽、热交换器、锅炉、蒸馏柱、焙炉或反应锅。无线现场设备312包括电子外壳322、电子电路323、天线324和差压(DP)传感器330。DP传感器330是电特性响应于同时检测到的两个压力的压差的改变发生变化的任何传感器，如Roscmuiint馨3051S压力传感器。电子电路323包括传感器电路336、发射器通信电路338、收发机340、数据路由器342、电源控制电路344和能量存储器件346。如本领域已知的，传感器电路336处理传感器信号，并且提供传感器激励。发射器通信电路338包括用于发送和接收有线信号的通信电路。收发机340是用于发射和接收基于RF的通信数据的设备。数据路由器342是路由数据分组的设备。电源控制电路344接收进入电源，并且根据需要对其进行调节以供电子电路323的其他部件使用。能量存储器件346存储供电子电路323的其他部件使用的能量，并且例如是原电池、可充电电池、超级电容器、或者本领域中已知的能量存储电容器。均速流量计管314是用法兰安装的过程部件，包括热电发生器组件326、热传递器件327、隔热层328a、隔热层328b、高压间332、低压间334、和热管350。热电发生器组件326包括热电元件352、热扩散器354、和电源电缆358。热电元件352是这样的器件当器件的相对侧保持在不同温度时，其在器件上产生电压并且产生通过器件的电流(当连接到负载时)，该器件例如是本领域中由一系列交替的η型和P型半导体构成的已知类型的半导体基器件。热扩散器354是一块高热导性材料(如铜)，用于均衡热电元件352的表面上的热通量。热传递器件327是与环境流体A有效地交换热的任何设备。如所示出的，热传递器件327是由高热导性材料(如铜)制成的针肋热交换器，并且设计为具有大的表面面积对体积比，以增强热的传递。隔热层328a和隔热层328b是与环境流体A相兼容的耐久的隔热结构。热管350包括装料口 360、塞子362、热收集器腔364、热传递管366、和热耗散腔368。热收集器腔364是嵌入在与过程流体F直接接触的均速流量计管314部分内的热管350部分。热耗散腔368是与热电发生器组件326直接接触的热管350部分。热传递管366是将热收集器腔364与热耗散腔368相连的热管350部分。热管350还包括毛细器件(未示出)和同时以液相和气相存在的工作流体(未示出)；毛细器件和工作流体与上面参考图2D-2F描述的相同。过程法兰316附着(通常是焊接)到过程管道320中的开口，以创建到过程管道320的端口。在均速流量计管314插入到该端口以在过程流体F流经过程管道320时与过程流体F直接接触之前，在均速流量计管314与过程法兰316的匹配表面之间插入密封衬 垫(未示出)。利用多个法兰螺栓318(通常是4个或更多，其中示出了两个)，将均速流量计管314连接到均速流量计管314的带凸缘部分处的过程法兰316。DP传感器330附着到均速流量计管314，使得高压间332中的压力和低压间334中的压力同时被DP传感器330检测到。DP传感器330在传感器电路336处连接到电子外壳322内的电子电路323。天线324在收发机340处连接到电子外壳322内的电子电路323。在电子电路323内，传感器电路336连接到发射器通信电路338。发射器通信电路338连接到数据路由器342，数据路由器342连接到收发机340。电源控制电路344连接到能量存储电路346、传感器电路336、发射器通信电路338、数据路由器342、以及收发机340。热管350从热收集器腔364延伸到热耗散腔368，其中热传递管366将热收集器腔364连接到热耗散腔368。当在部分真空下将工作流体装进热管350之后，塞子362封闭装料口 360。热管350的热耗散腔368在热扩散器354处连接到热电发生器组件326。热扩散器354紧密附着到热电元件352的一侧，以及热传递器件327紧密附着到热电元件352的与热扩散器354相对的另一侧。电源电缆358在电源控制电路344处将热电元件352连接到电子外壳322内的电子电路323。隔热层328a位于热传递器件327与均速流量计管314的外表面之间的间隙中，其中隔热层328a延伸出热传递器件327的边缘，以确保良好的热隔离。隔热层328b位于热传递器件327与附着到过程法兰316的均速流量计管314的凸缘部分之间的空间。在操作时，DP传感器330的电特性响应于高压间332中的压力与低压间334之间的压力之间的压差的改变发生变化，其中这两个压力产生自通过均速管中的不同端口传导进高压间332和低压间334的流经均速流量计管314的过程流体F的流。传感器电路336将电特性的改变转换成流测量结果。传感器电路336将流测量结果发送给发射器通信电路338，发射器通信电路338通过有线链路(未示出)将流测量结果和任何附加信息(例如，无线现场设备ID)发送给数据路由器342。数据路由器342将该信息与关于传输目的地的信息一起格式化成数字数据分组，并且将该数字数据分组发送给收发机340以经由天线324传输给无线现场设备网格网络。
另外，作为无线现场设备网格网络的成员，无线现场设备312还可以路由接收自无线现场设备网格网络的数据分组。收发机340经由天线324接收来自无线现场设备网格网络的数字数据分组，以及向数据路由器342发送数字数据分组。数据路由器342路由收发机340接收的数据，(如果无线现场设备312的设备地址与分组中的最终目的地地址匹配)从分组中取出通信净荷供发射器通信电路338使用，或者将数字数据分组重定向回无线收发机340，以经由天线324中继回通向逻辑路径中的下一目的地的网络。在本发明的实施例中，通过具有热管350高效供应的热流的热电发生器组件326的操作来提供用于上面描述的流测量和数据传输的功率的至少一部分。热收集器腔364从过程流体F收集热。热传递管366从热收集器腔364向热耗散腔368传递热。在热耗散腔368处，热被传递进热扩散器354，当热流通过热扩散器354传导给热电元件352时，热扩散器354均衡热通量。当热流经热电元件352时，根据流经热电元件352的热量生成电压和电流。电压和电流二者的生成产生功率，无线现场设备312根据需要使用该功率。热传递器件327，利用其大的表面面积，通过向环境流体A进行传导，有效地从热电元件352的与热扩散器354相对的那侧移走热。环境流体A，通过对流、传导或这两者的组合，吸收或运 走热，因此，维持连续的功率产生所必需的流经热电元件352的稳定的热流。隔热层328a和328b通过隔热区域降低了从除热电元件352之外的源进入热传递器件327的热，所述隔热区域的温度很可能是在过程流体F与环境流体A之间，所述隔热区域例如可以是均速流量计管314的外表面。这通过将热传递器件327移走的热限制在主要是流经热电元件352的热，提高了热电发生器组件326的效率。由电源电缆358将热电元件352产生的热传导给电源控制电路344。电源控制电路344调节功率，并且根据需要将其分发给传感器电路336、发射器通信电路338、数据路由器342和收发机340，用于上述的流测量和数据传输操作。可选地，超出流测量和数据传输操作的即时需求的功率被存储在能量存储器件346中。在流测量和数据传输操作需求超出可从热电发生器组件326即时获得的功率时，例如在过程流体F的温度低于正常过程操作期间的过程启动或关闭期间，电源控制电路344抽取能量存储器件346中存储的能量。图4B是均速流量计管314的与过程流体F直接接触的那部分的横截面。高压间332呈现出冲压(高)压力，低压间334呈现出静态(低)压力，以及热收集器腔364具有闭合的圆形横截面。在该实施例中，热收集器腔364的管状形状在热管350中除热耗散腔368之外的所有部分继续。图4C示出了根据该实施例的热耗散腔368的形状。热传递管366的圆形横截面终结在热耗散腔368的边缘。热耗散腔368是与热扩散器354的矩形形状匹配的矩形腔。该形状还通过本领域已知的制造方法有效地创建。热耗散腔368在6个侧面中的5个侧面上由均速流量计管314的内表面组成，以及在剩余侧面上由热扩散器354组成。图4C还示出热传递器件327的形状。热传递器件327部分绕着均速流量计管314的外部缠绕，以增加热传递器件327的表面面积。如上面提到的，隔热层228a填充热传递器件327延伸出热电元件352的那部分与均速流量计管314的外部之间的间隙。隔热层328a在所有方向上延伸出热传递器件327的边缘，以确保与均速流量计管314的外表面之间的良好隔热，隔热层328a的温度在过程流体F与环境流体A之间。图4A-4C中示出的本发明的实施例通过将热管嵌入在与过程流体直接接触的均速流量计管内，极大地提高了可供热电发生器进行转换的热通量。通过直接穿透容器壁，消除了通过容器壁的热阻的问题，这是获得热电发生器与容器壁之间的良好的热连接所需的。同样，因为热从热收集器腔364的整个表面区域流进热管350并且由来自热收集器腔的整个内表面的气化热进行传递，所以热管350传递的热可以非常高。上面描述的本发明的实施例包括通过过程法兰连接到容器的过程部件。本发明的可选实施例通过除通过程法兰之外方式(如螺口连接或焊接)来连接到容器。图5A-5F示出了用于为无线现场设备网格网络中的无线设备供电的本发明的又一实施例，其具有并入过程部件的热电发生器，其中所述过程部件是孔板法兰，所述无线设备是无线流测量现场设备。与上面描述的实施例相比，该实施例替代了过程流体(或副产品过程流体)流经的过程管道的一部分，而不是附着到过程容器中的外部开口。孔板法兰(如在Koscmoun^ 1496法兰套装中可找到的孔板法兰)包括用于将流体压力传送到DP传感器的压力抽头。两个这样的孔板法兰包括法兰套装，其中每个孔板法兰利用压力抽头将管内的压力经由脉冲管线传送到DP传感器。位于两个孔板法兰之间的孔板(例如RosemountK 1495孔板)在流体被驱动流经孔时引起孔板上的压降，导致两个不同流体压 力被传送向DP传感器。该压差是流经管子的流速度的函数。流速度的增大产生两个压力之间更大的压差。两个压力通过压力抽头和脉冲管线传送到DP传感器，DP传感器直接测量两个压力之间的压差。图5A示出了包括本发明的过程部件的一个实施例，其中所述过程部件是孔板法兰。图5A示出了过程测量或控制点410，包括无线现场设备412、孔板法兰414、孔板415、孔板法兰416、螺栓/螺母418和包含过程流体F的过程管道420。环境流体A用作散热物。环境流体A围绕过程测量点410，并且通常是空气。无线流测量现场设备412包括电子外壳422、电子电路423、天线424和差压(DP)传感器430、高侧(上游)脉冲管线432、以及低侧(下游)脉冲管线434。脉冲管线432和脉冲管线434通常是与过程流体F化学上相兼容的金属管，例如可以是不锈钢。电子电路423与上面参考图4A描述的一样，只是参考标号增大100。孔板法兰414是同轴过程部件，其包括高侧压力抽头433、热电发生器组件426 (在图5B中示出)、热传递器件427、隔热层428和热管450 (在图5B中示出)。热电发生器组件426包括电源电缆458。孔板法兰416是同轴过程部件，包括低侧压力抽头435。孔板法兰414、孔板415、孔板法兰416、孔板415、螺栓/螺母418和密封衬垫(未示出)一起构成孔板法兰套装。孔板法兰414和孔板法兰416通过例如焊接在点W处附着到过程管道420。利用孔板415与孔板法兰414之间的第一密封衬垫和孔板415与孔板法兰416之间的第二密封衬垫，将孔板415插入在孔板法兰414和孔板法兰416之间。孔板法兰414、孔板415、孔板法兰416和两个衬垫通过多个螺栓/螺母418栓结在一起。热电发生器组件426与孔板法兰414集成在一起，并且与过程流体F和环境流体A热接触。隔热层428被安置在作为与流体A热接触的热传递器件427和与过程流体F热接触的孔板法兰414部分之间的热屏蔽的合适位置。脉冲管线432通过例如螺口连接在压力抽头433处连接到孔板法兰414。类似地，脉冲管线434连接到压力抽头435。脉冲管线432和脉冲管线434分别将压力抽头433和压力抽头435连接到DP传感器430，从而将无线流测量现场设备412物理分别连接到孔板法兰414和孔板法兰416。DP传感器430在传感器电路436处连接到电子外壳422内的电子电路423。电子外壳422内的连接如上面参考图4A描述的那样。在操作时，高侧脉冲管线432和低侧脉冲管线434将过程压力传送到DP传感器430。DP传感器430的电特性响应于高侧脉冲管线432中的压力和低侧脉冲管线434中的压力之间的压差的改变发生变化，其中这两个压力产生自过程流体F流经孔板的受限流。传感器电路436将电特性的改变转换成流测量结果。如上文参考图4A描述的(参考标号要增加100)和在图5B-5F中示出的那样，通过具有热管450高效供应的热流的热电发生器组件426的操作向本发明的实施例中的无线流测量现场设备412提供用于上面描述的流测量和数据传输的功率的至少一部分。由热管450在孔板法兰414中传递由过程流体F与环境流体A之间的温差驱动的热流。通过热传递器件427向环境流体A的热耗散将热流传导通过热电发生器组件426，从而生成电功率。图5B是孔板法兰414的横截面，示出了热电发生 器组件426、热传递器件427、隔热层428和热管450。图5C是图5B的一部分的放大示图，以更好地示出热电发生器组件426、热传递器件427、隔热层428和热管450的细节。图5C主要示出了孔板法兰414的延伸部分，其通过例如螺口连接(如所示出的)或焊接连接附着到孔板法兰414的主体法兰部分。除了在与流体A热接触的热传递器件427和与过程流体F热接触的孔板法兰414部分之间的隔热层428充当的热屏蔽之外，孔板法兰414的延伸部分也用于提供改善热隔离的空间分隔。如所示出的，热传递器件427是由高热导性材料(如铜)制成的针肋热交换器，并且设计为具有大的表面面积对体积比，以增强热的传递。如图5B-5C所不,热电发生器组件426包括热电兀件452、热扩散器454、和电源电缆458。热电兀件452和热扩散器454与参考图4A描述的一样,只是参考标号相差100。热管450包括装料口 460、塞子462、热收集器腔464、热传递管466、和热耗散腔468。热收集器腔464是嵌入在与过程流体F直接接触的孔板法兰414部分内的热管450部分。热耗散腔468是与热电发生器组件426直接接触的热管450部分。热传递管466是将热收集器腔464与热耗散腔468相连的热管450部分。热管450还包括毛细器件(未不出)和同时以液相和气相存在的工作流体(未示出)；毛细器件和工作流体都与上面参考图2D-2F描述的相同。热管450从热收集器腔464延伸到热耗散腔468，其中热传递管466将热收集器腔464连接到热耗散腔468。热管450的热耗散腔468在热扩散器454处连接到热电发生器组件426。热扩散器454紧密附着到热电元件452的一侧，以及热传递器件427紧密附着到热电元件452的与热扩散器454相对的另一侧。电源电缆458在电源控制电路444 (图5B中所示)处将热电元件452连接到电子外壳422内的电子电路423。隔热层428位于热传递器件427与孔板法兰414的外表面之间的间隙中，延伸出热传递器件427的边缘，以确保热传递器件427与孔板法兰414之间的凸缘部分之间的良好的热隔离。如图5B中所示，热收集器腔464沿着孔板法兰414的靠近过程流体F的部分中的大部分进行延伸。图是孔板法兰414的横截面，示出了热收集器腔464的圆柱形形状。该形状围绕过程流体F，并且提供用于从过程流体F到热管450的热传递的大的表面面积。图5E是孔板法兰414的另一横截面。图5E示出了从图5B旋转90度后的孔板法兰414。除了与图5B中相同标号的元件之外，图5E示出了高侧压力抽头433和多个螺栓洞474，热传递器件427大量地延伸出热电元件452，以提供大的表面面积对体积比，以增强与环境流体A的热传递。隔热层428位于热传递器件427与孔板法兰414的外表面之间的间隙中，充分地延伸出热传递器件427的边缘，以确保热传递器件427与孔板法兰414的凸缘和延伸部分之间的良好的热隔离。图5F是与图5B的轴平面相距90度的轴平面中的孔板法兰414的另一横截面。图5F示出了高侧压力抽头433和热管450的热收集器腔464。如图5B和图5E-5F中示出的，热管450与高侧压力抽头433完全分离，并且不干扰高侧压力抽头433的功能。尽管图5A的实施例是用位于上游位置的孔板法兰414来描述的，但是应该理解，包括本发明的功能的孔板法兰在备选地位于下游位置时也可以工作。另外，尽管图5A仅示出包括本发明的孔板法兰414为无线流测量现场设备412供电，但是应该理解孔板法兰416也可以按照与孔板法兰414相同的方式包括本发明。这样的布置提高了给进行需要例如更频繁地与无线现场设备网格网络通信的应用的无线流测量现场设备412的功率。附加的功率还有利于为无线现场设备网络中的其他单元供电，所述其他单元例如可以是中央控制器、网关、将网关连接到高层网络或主控计算机的遥感勘测单元或回程无线电设备。 图5A-5F示出的本发明的实施例通过将热管嵌入在与过程流体直接接触的孔板法兰内，极大地提高了可供热电发生器进行转换的热通量。通过直接穿透容器壁，消除了通过容器壁的热阻的问题，这是获得热电发生器与容器壁之间的良好的热连接所需的。同样，因为热从热收集器腔464的整个表面区域流进热管350并且由来自热收集器腔的整个内表面的气化热进行传递，所以热管450传递的热通量可以非常高。图6A-6E示出了用于为无线现场设备网格网络中的无线设备供电的本发明的又一实施例，其具有并入过程部件的热电发生器，其中所述过程部件是疏水器，所述无线设备是无线数据路由器。与参考图5A- 描述的实施例一样，该实施例替代了过程流体(或生产用过程流体)流经的过程管道的一部分，而不是附着到过程容器中的外部开口。图6A示出了包括本发明的过程部件，其中所述过程部件是疏水器。疏水器514在测量或控制点510处附着到主要携带蒸气的过程管道，即蒸气管线516。测量或控制点510是从蒸气冷凝的水自然收集的位置。冷凝水是从蒸气管线516到周围环境的热损耗导致的生产用过程流体。疏水器514包含用于实现下述功能的器件允许冷凝水流出蒸气管线516并进入排放冷凝水的过程管线(即，冷凝管线520)，同时控制并极大地防止蒸气溢出到冷凝管线520中。图6B-6E示出了图6A中示出的疏水器514如何具体实现本发明。图6B示出了过程测量或控制点510，包括无线数据路由器512、疏水器514、蒸气管线516和冷凝管线520。无线数据路由器512包括电子外壳522、电子电路523和天线524。电子电路523包括收发机540、数据路由器542、电源控制电路544和能量存储器件546。疏水器514包括热电发生器组件526(图6E中示出)、热传递器件527、隔热层528a、疏水器螺栓518和热管550 (图6C-6E中示出)。热电发生器组件526包括电源电缆558。如所示出的，热传递器件527是针肋热交换器。疏水器514例如通过螺口连接附着到蒸气管线516和冷凝管线520。热电发生器组件526与疏水器514集成在一起，并且与蒸气/冷凝F和环境流体A热接触。蒸气/冷凝F是蒸气和冷凝物的混合物。环境流体A用作散热物。蒸气/冷凝F和环境流体A具有不同的温度。电源电缆558在电源控制电路544处将热电发生器组件526连接到电子外壳522中的电子电路523。
在操作时，疏水器514允许来自蒸气管线516的冷凝水流出蒸气管线516，并进入冷凝管线520，如下文参考图6C所解释的那样。无线数据路由器512路由接收自无线现场设备网格网络的数据分组。在本发明的实施例中，通过具有热管550高效供应的热流的热电发生器组件526的操作来提供用于该数据传输的功率的至少一部分，如下文参考图6C-6E具体描述的那样。由疏水器514中的热管550 (图6C-6E中示出)传递由蒸气/冷凝F与环境流体A之间的温差驱动的热流。通过热传递器件457向环境流体A的热耗散将热流传导通过热电发生器组件526，从而生成电功率。图6C是疏水器514的横截面，示出了热管550的端口、热收集器腔564。如图6C所示，热收集器腔564沿疏水器514内壁排列，收集来自蒸气/冷凝F的热。图6D是疏水器514的横截面，示出了热收集器腔564的圆柱形形状。该形状围绕流经疏水器514的蒸气/冷凝F，并且提供用于从蒸气/冷凝F到热管550的热传递的大的表面面积。

图6E是疏水器514的另一横截面。图6E示出了从图6C旋转90度后的疏水器514。除了与图6C中相同标号的元件之外，图6E示出了热电发生器组件526还包括热电元件552和热扩散器554。热电兀件552和热扩散器554与参考图4A描述的一样，只是参考标号相差200。热管550包括装料口 560a和560b、塞子562a和562b、热收集器腔564、热传递管566、和热耗散腔568。热收集器腔564是嵌入在与蒸气/冷凝F直接接触的疏水器514部分内的热管550部分。热耗散腔568是与热电发生器组件526的热扩散器554直接接触的热管550部分。热传递管566是将热收集器腔564与热耗散腔568相连的热管550部分。热管550还包括毛细器件(未示出)和同时以液相和气相存在的工作流体(未示出)；毛细器件和工作流体都与上面参考图2D-2F描述的相同。热管550从热收集器腔564延伸到热耗散腔568，其中热传递管566将热收集器腔564连接到热耗散腔568。在热管550的相对侧上使用两个装料口提供了对工作流体的更有效的装载。热管550的热耗散腔568在热扩散器554处连接到热电发生器组件526。热扩散器554紧密附着到热电元件552的一侧，以及热传递器件527紧密附着到热电元件552的与热扩散器554相对的另一侧。隔热层528位于热传递器件527与疏水器514的外表面之间的间隙中，延伸出热传递器件527的边缘，以确保热传递器件527与疏水器514之间的外表面之间的良好的热隔离。通过具有热管550高效供应的热流的热电发生器组件526的操作来提供用于数据传输的功率，如上文参考图4A描述的一样,只是参考标号增加200。尽管图6A-6E的实施例是关于单个热电发生器组件描述的，但是应该理解，可以添加与第一热电发生器组件相同的第二热电发生器组件，用以提高可供无线数据路由器使用的功率，例如，需要与无线现场设备网格网络进行更频繁的通信的应用。图6A-6E中示出的本发明的实施例通过将热管嵌入在与蒸气或冷凝物的流直接接触的疏水器内，极大地提高了可供热电发生器进行转换的热通量。通过直接穿透容器壁，消除了通过疏水器壁的热阻的问题，这是获得热电发生器与疏水器的外表面之间的良好的热连接所需的。同样，因为热从热收集器腔564的整个表面区域流进热管550并且由来自热收集器腔的整个内表面的气化热进行传递，所以热管550传递的热通量可以非常高。图7A-7E示出了用于为无线现场设备网格网络中的无线设备供电的本发明的实施例，其具有并入过程部件的热电发生器，其中所述过程部件是文氏管，所述无线设备是无线流测量现场设备。如上文描述的具有孔板法兰和疏水器的实施例一样，该实施例替代了过程流体(或生产用过程流体)流经的过程管道的一部分，而不是附着到过程容器中的外部开口。文氏管包括会聚锥形部分和发散锥形部分，所述会聚锥形部分和发散锥形部分分别是导进圆柱形部分和导出圆柱形部分。圆柱形部分约束流体流动，导致圆柱形部分中的压力小于入口部分中的压力。文氏管(诸如在Dame随)文氏管中找到的那些)包括两个压力抽头，一个在入口部分而另一个在圆柱形部分，用于经由脉冲管线将文氏管中的流体压力传送到DP传感器。通过应用Bernoulli (伯努利)方程，压差与流经文氏管的流率有关。流率的增大产生两个压力之间更大的压差。两个压力通过压力抽头和脉冲管线传送到DP传感器，DP传感器直接测量两个压力之间的压差。图7A和7B中示出的实施例示意了包括本发明的过程部件，其中所述过程部件是文氏管。图7A示出了过程测量或控制点610，包括无线现场设备612、文氏管614和包含过程流体F的过程管道620。环境流体A用作散热物。无线流测量现场设备612包括电子外壳622、电子电路623、天线624和差压(DP)传感器630、高侧(上游)脉冲管线632、以及 低侧(下游)脉冲管线634，其与上文参考图5A描述的一样，只是参考标号增加200。图7B示出图7A的文氏管614绕着流动轴旋转90度后的示图。文氏管614是内嵌的过程部件，包括高侧压力抽头633、低侧压力抽头635、热电发生器组件626 (图7C和7E中示出)，热传递器件627、隔离层628、以及热管650 (图7C和7E中示出)。热电发生器组件626包括电源电缆658。如所示意的，热传递器件627是针肋热交换器。同时考虑图7A和7B，例如通过焊接或螺栓连接，在法兰W处将文氏管614附着到过程管道620。热电发生器组件626与文氏管614集成在一起，并且与过程流体F和环境流体A热接触。隔热层628被安置用于热屏蔽热传递器件627与来自文氏管614与过程流体F热接触的那部分的流体A的热接触。脉冲管线632在压力抽头633处连接到文氏管614，例如通过螺口连接来实现。类似地，脉冲管线634连接到压力抽头635。脉冲管线632和脉冲管线634分别将压力抽头633和压力抽头635连接到DP传感器630，从而将无线流测量现场设备612物理连接到文氏管614。电子外壳622内的连接如上面参考图5A描述的那样，只是参考标号增加200。图7C是文氏管614的纵向横截面，不出了热电发生器组件626、隔热层628和热管650。热电发生器组件626还包括热电兀件652和热扩散器654。热电兀件652和热扩散器654与参考图4A描述的一样,只是参考标号相差300。热管650包括装料口 660、塞子662、热收集器腔664、热传递管666、和热耗散腔668。热收集器腔664是嵌入在与过程流体F直接接触的文氏管614部分内的热管650部分。热耗散腔668是与热电发生器组件626直接接触的热管650部分。热传递管666是将热收集器腔664与热耗散腔668相连的热管650部分。热管650还包括毛细器件(未示出)和同时以液相和气相存在的工作流体(未示出)；毛细器件和工作流体都与上面参考图2D-2F描述的相同。通过具有热管650高效供应的热流的热电发生器组件626的操作来提供用于流测量和数据传输的至少一部分功率。热收集器腔664收集来自过程流体F的热。热传递管666从热收集器腔664向热耗散腔668传递热。在热耗散腔668处，热被传递进热扩散器654，当热流通过热扩散器654传导给热电元件652时，热扩散器654均衡热通量。当热流经热电元件652时，根据流经热电元件652的热量生成电压和电流。通过电源电缆658在功率控制电路644处将热电元件652产生的功率传导给电子外壳622内的电子电路623。如图7C中示意的，热收集器腔664沿着文氏管614中与过程流体F直接接触的圆柱形部分中的大部分进行延伸。图7D是文氏管614的横截面，示出了热收集器腔664的圆柱形形状。该形状围绕过程流体F，并且提供用于从过程流体F到热管650的热传递的大的表面面积。图7E是文氏管614的另一横截面。除了与图7C中相同标号的兀件之外，图7E不出了低侧压力抽头635。热传递器件627大量地延伸出热电元件652，以提供大的表面面积对体积比，以增强与环境流体A的热传递。隔热层628位于热传递器件627与文氏管614的外表面之间的间隙中，充分地延伸出热传递器件627的边缘，以确保热传递器件627与文氏管614的外表面之间的良好的热隔离。如图7E中所不，热管650与低侧压力抽头635完全分离，并且不干扰低侧压力抽头635的功能。图7A-7E示出的本发明的实施例通过将热管嵌入在与过程流体直接接触的文氏管内，极大地提高了可供热电发生器进行转换的热通量。通过直接穿透容器壁，消除了通过 容器壁的热阻的问题，这是获得热电发生器与容器壁之间的良好的热连接所需的。同样，因为热从热收集器腔664的整个表面区域流进热管650并且由来自热收集器腔的整个内表面的气化热进行传递，所以热管650传递的热通量可以非常高。尽管图7A-7E中示出的实施例是文氏管，但是应该理解也可以应用到其他流量管系统，如磁流测量计管和涡流管。图8A-8F示出了用于为无线现场设备网格网络中的无线设备供电的本发明的又一实施例，其具有并入过程部件的热电发生器，其中所述过程部件是离心泵，所述无线设备是无线数据路由器。与上文描述的实施例中的若干实施例一样，该实施例替代了过程流体(或生产用过程流体)流经的过程管道的一部分，而不是附着到过程容器中的外表面(夹住)。将泵串联附着到携带过程流体的过程管道，以通过向过程流体添加动能来提高过程流体的压力。例如，在离心泵中，通过旋转叶轮来提供动能，所述旋转叶轮利用向心力在径向上加速过程流体。图8A-8C中示出的实施例示意了包括本发明的过程部件，其中所述过程部件是泵。图8A示出了过程测量或控制点710，包括无线数据路由器712、泵714和包括过程流体F的过程管道720。环境流体A用作散热物。无线数据路由器712包括电子外壳722、电子电路723和天线724，并且与参考图6B描述的一样，只是参考标号增加200。泵714是内嵌的过程部件，包括热电发生器组件726、热传递器件727和隔热层728。如所示意的，热传递器件727是针肋热交换器。 图8B是泵714的横截面，示出了泵714还包括热管750、叶轮780、马达782、轴784和轴承/密封件786。为了清楚起见，省略了马达782的内部组成。图8B示出了泵714绕着轴784的轴线旋转90度后的示图。图8C是图8B的一部分的放大示图，以更好地示出热电发生器组件726、隔热层728和热管750的一部分的细节。图8C示出了泵714的延伸部分，其通过例如螺口连接(如所示出的)或焊接连接附着到泵714的主体部分。热电发生器组件726包括热电元件752、热扩散器754和电源电缆758，并且与参考图4A描述的一样，只是参考标号增加400。热管750包括装料口 760、塞子762、热收集器腔764、热传递管766、和热耗散腔768。热收集器腔764是嵌入在与过程流体F直接接触的泵714部分内的热管750部分。热耗散腔768是与热电发生器组件726直接接触的热管750部分。热传递管766是将热收集器腔764与热耗散腔768相连的热管750部分。热管750还包括毛细器件722和同时以液相和气相存在的工作流体(未示出)；毛细器件722和工作流体都与上面参考图2D-2F描述的相同。叶轮780是通常为具有刀片的锥头圆锥体形状的设备，其中当叶轮780旋转时对过程流体F进行加速，以在过程流体F离开泵714时产生过程流体F的增大速度或过程流体F中的更高压力。马达782是任何种类的马达，如电动马达。轴784是耐用的通常是圆柱形的设备，其用于将马达782连接到叶轮780，以使得叶轮780旋转。轴承/密封件786是允许轴784通过和旋转的设备，同时很大程度上防止过程流体F通过轴784的泄露。 同时考虑图8A、8B和SC，例如通过焊接或螺栓连接，在法兰W处将泵714附着到过程管道720。热电发生器组件726与泵714集成在一起，并且与过程流体F和环境流体A热接触。电子外壳722内的连接与上文参考图6B描述的一样，只是参考标号增加200。热管750从热收集器腔764延伸到热耗散腔768，其中热传递管766将热收集器腔764连接到热耗散腔768。热管750的热耗散腔768在热扩散器754处连接到热电发生器组件726。热扩散器754紧密附着到热电元件752的一侧，以及热传递器件727紧密附着到热电元件752的与热扩散器754相对的另一侧。在操作时，马达782通过轴784使得叶轮782旋转，将过程流体F吸进泵714，以及对过程流体F进行加速，当过程流体F离开泵714时，产生过程流体F的增大速度或过程流体F中的更高压力。无线数据路由器712如上面参考图6B描述的那样操作，只是参考标号增加200。在本发明的实施例中，通过具有热管750高效供应的热流的热电发生器组件726的操作来提供用于无线数据路由器712的操作的功率的至少一部分，如上文参考图4A具体描述的一样，只是参考标号增加400。如图SB中所示，热收集器腔764在泵714的内部排成一行，在叶轮780将过程流体F泵送通过泵714时收集来自过程流体F的热。图8D-8F是泵714的轴向横截面，进一步示出了热收集器腔764的圆柱形形状。图8B和图8D-8F—起示出了 热收集器腔764围绕在泵714的内部，其中入口(图8B和8F)、出口(图8E)和密封件/轴承786 (图8B和8D)所需的开口除外。通过围绕泵714的内部，提供了用于从过程流体F到热管750的热传递的大的表面面积。图8A-8F中示出的本发明的实施例通过将热管嵌入在与过程流体直接接触的泵内，极大地提高了可供热电发生器进行转换的热通量。通过直接穿透泵壁，消除了通过泵壁的热阻的问题，这是获得热电发生器与泵的外表面之间的良好的热连接所需的。同样，因为热从热收集器腔764的整个表面区域流进热管750并且由来自热收集器腔的整个内表面的气化热进行传递，所以热管750传递的热通量非常高。尽管图8A-8F的实施例被描述为离心泵，但是应该理解，也可以应用于其他类型的泵。图9A-9C示出了用于为无线现场设备网格网络中的无线设备供电的本发明的实施例，其具有并入过程部件的热电发生器，其中所述过程部件是孔板，所述无线设备是无线流测量现场设备。如上文描述的实施例中的一些实施例一样，该实施例替代了过程流体(或生产用过程流体)流经的过程管道的一部分，而不是附着到过程容器中的外部开口。位于流管孔板法兰之间的孔板(诸如Rowmouim 1495孔板)在流体被驱动流经孔时引起孔板上的压降，导致两个不同流体压力被传送向DP传感器，如上文参考图5A-5F所述的一样。图9A-9C示出了包括本发明的过程部件，其中所述过程部件是孔板。图9A示出了过程测量或控制点810，包括无线现场设备812、孔板法兰814、孔板815、孔板法兰816、螺栓/螺母818和包含过程流体F的过程管道820。环境流体A用作散热物。无线流测量现场设备812包括电子外壳822、电子电路823、天线824、RF电缆825、差压(DP)传感器830、高侧(上游)脉冲管线832、以及低侧(下游)脉冲管线834。DP传感器830、脉冲管线832和834、以及电子电路与上文参考图5A描述的一样,只是参考标号增加400。孔板法兰814和816(如在RosdTiouni.li'. 1496法兰套装中可找到的孔板法兰)分别包括高侧压力抽头833和低侧压力抽头835。孔板815是内嵌的过程部件，包括热电发生器组件826(图9B-9C中示出)、热传递器件827、隔离层828、以及热管850 (图9B-9C中示出)。孔板法兰814、孔板815、孔板法兰816、螺栓/螺母818和两个密封衬垫821 (图9B中示出)一起构成孔板法兰套装。热电发生器组件826包括电源电缆858。如所示出的，热传递器件827是针肋热交换器。 例如，通过焊接在点W处，将孔板法兰814和816附着到过程管道820。孔板815插在孔板法兰814与孔板法兰816之间，其中一个密封衬垫821在孔板815与孔板法兰814之间而另一密封衬垫821在孔板815与孔板法兰816之间。通过多个螺栓/螺母818将孔板法兰814、孔板815、孔板法兰816和两个衬垫栓结在一起。热电发生器组件826与孔板815集成在一起，并且与过程流体F和环境流体A热接触。隔热层828被安置用于热屏蔽热传递器件827与来自孔板815与过程流体F热接触的那部分的流体A的热接触。天线824位于电子外壳的远处，并且通过RF电缆825连接到电子电路823。所有其他连接与上文参考图5A描述的一样，只是参考标号增加400。操作也与上文参考图5A描述的一样。在本发明的实施例中，通过具有热管850高效供应的热流的热电发生器组件826的操作来向无线流测量现场设备812提供用于上面描述的流测量和数据传输的功率的至少一部分，如参考图9B-9C所详细描述的一样。由热管850在孔板法兰815中传递由过程流体F与环境流体A之间的温差驱动的热流。通过热传递器件827向环境流体A的热耗散将热流传导通过热电发生器组件826，从而生成电功率。图9B和9C分别是孔板815的纵向和轴向横截面，示出了热电发生器组件826、隔热层828和热管850。一起考虑图9B和9C，热电发生器组件826包括热电元件852、热扩散器854和电源电缆858。热电兀件852和热扩散器854与参考图4A描述的一样，只是参考标号增加500。热管850包括装料口 860、塞子862、热收集器腔864、热传递管866、和热耗散腔868。热收集器腔864是嵌入在与过程流体F直接接触的孔板815部分内的热管850部分。热耗散腔868是与热电发生器组件826直接接触的热管850部分。热传递管866是将热收集器腔864与热耗散腔868相连的热管850部分。热管850还包括毛细器件(未示出)和同时以液相和气相存在的工作流体(未示出)；毛细器件(未示出)和工作流体都与上面参考图2D-2F描述的相同。热管850从热收集器腔864延伸到热耗散腔868，其中热传递管866将热收集器腔864连接到热耗散腔868。热管850的热耗散腔868在热扩散器854处连接到热电发生器组件826。热扩散器854紧密附着到热电元件852的一侧，以及热传递器件827紧密附着到热电元件852的与热扩散器854相对的另一侧。电源电缆858在电源控制电路844 (图9A中示出)处将热电元件852连接到电子外壳822内的电子电路823。通过具有热管850高效供应的热流的热电发生器组件826的操作来提供用于流测量和数据传输的功率，如上文参考图4A描述的一样，只是参考标号增加500。如图9B和9C中所示，热收集器腔864沿着孔板815的靠近过程流体F的部分中的大部分进行延伸。图9A-9C示出的本发明的实施例通过将热管嵌入在与过程流体直接接触的孔板内，极大地提高了可供热电发生器进行转换的热通量。通过直接穿透容器壁，消除了通过容器壁的热阻的问题，这是获得热电发生器与容器壁之间的良好的热连接所需的。同样，因为热从热收集器腔864的整个表面区域流进热管850并且由来自热收集器腔的整个内表面的气化热进行传递，所以热管850高效地传递热通量。最后，将孔板设计为可以快速和容易地改变。因此，具体实现本发明的孔板(如图9A-9C中示出的)可以容易地替代没有实现本发明的孔板，以向无线设备提供功率。
上面描述的所有实施例示出的热传递器件被示意为针肋热交换器。然而，应该理解，热传递器件可以是用于与环境流体A进行高效的热交换的任意设备。热传递器件的另一示例可以是带肋片的热交换器。热传递器件的又一示例是利用第二热管的设备，所述第二热管和热电元件的与散热物相对的那侧热接触，以进一步提高向环境流体的热传递。图10示出了并入用于为无线流测量现场设备供电的两个过程部件的本发明的实施例。该实施例与上面描述的所有实施例的不同在于对于两个过程部件中的每一个，散热物是另一个过程部件中的过程流体。同样，对于两个过程部件中的每一个，热传递器件是另一过程部件的热管。图10是孔板法兰914a和914b的横截面。除了以下区别之外，孔板法兰914a和914b在形式功能上均与参考图5A-5F描述的孔板法兰414相同。每个孔板法兰914a和914b的延伸部分分别包括法兰连接988a和988b。另外，隔热层928a和928b分别沿着孔板法兰914a和914b的延伸部分仅延伸到法兰连接988a和988b。孔板法兰914a和914b共享热电发生器组件926,所述热电发生器组件926包括热电兀件952、第一热扩散器954a、第二热扩散器954b和电源电缆958。最后，用于孔板法兰914a的热传递器件是孔板法兰914b的热管950b ;类似的，用于孔板法兰914b的热传递器件是孔板法兰914a的热管950a。图10示出的实施例还包括接口衬垫990、夹具衬垫992以及夹具994。接口衬垫990和夹具衬垫992是可压缩的衬垫材料，其也是隔热器。孔板法兰914a和914b连接在热电发生器组件926处，其中热管950a在热扩散器954a处连接到热电发生器组件926，而热管950b在热扩散器954b处连接到热电发生器组件926。热扩散器954a与热电元件952的一侧紧密接触；而与热扩散器954a相对，热电发生器组件926的热扩散器954b与热电元件952的另一侧紧密接触。电源电缆958将热电元件952连接到前述实施例中示出的任意类型的无线设备。通过夹具994将法兰连接988a和988b支撑的孔板法兰914a和914b之间的连接保持在一起。夹具994与法兰连接988a和988b之间的夹具衬垫992限制了热电元件952周围经由夹具994的热流。类似的，法兰连接988a和988b之间的接口衬垫990限制了热电元件952周围、经由法兰连接988a和988b的热流。如图10中所示，热管950a和950b各自的热传递管966a和966b分别由软管形成，而不是刚性结构。与热管950a和950b中的每个热管的热传递部分是刚性结构相比，这允许法兰连接988a较容易地连接到法兰连接988b。软管优选地是薄壁的金属管，如用于RoseinoimtI 1199隔膜密封系统的毛细型密封连接的铠装衬套。在操作时，由和孔板法兰914a接触的过程流体Fl与和孔板法兰914b接触的过程流体F2之间的温差驱动热流，其中例如过程流体Fl的温度大于过程流体F2的温度。由孔板法兰914a中的热管950a从过程流体Fl向热扩散器954a传递热流。因为热管950b从热扩散器954b向孔板法兰914b中的过程流体F2的热传递，热流经热电发生器952传导到热扩散器954b。经热电发生器952的热流传导生成电功率，该电功率通过电源电缆958传导给上述实施例中示出的任意类型的无线设备。图10中示出的实施例通过下述方式极大地提高了可供热电发生器进行转换的热通量将热管嵌入两个孔板法兰中的每一个内，每个孔板法兰与一过程流体直接接触，其中一个孔板法兰接触的过程流体的温度与另一个孔板法兰接触的过程流体的温度不相同。通 过直接穿透容器壁，消除了通过容器壁的热阻的问题，这是获得热电发生器与容器壁之间的良好的热连接所需的。另外，通过对与两个孔板法兰中的每一个孔板法兰接触的过程流体的温度进行控制，图10的实施例还产生较大的和/或更可控的热流。上面的所有实施例描述的热管优选地利用毛细器件来允许热管在所有方向都能操作。无论热管处于哪个方向，包括处于与重力相对的方向，毛细器件都允许较浓的液相工作流体从热耗散腔移动到热收集器腔。应该理解，对于所有实施例，如果设备的方向将热耗散腔放置在热收集器腔之上，使得气相工作流体上升到热耗散腔而液相工作流体向下流到热收集器腔中，其中气相工作流体的密度远小于液相工作流体的密度，则可以省略毛细器件。在上面的一些实施例中，示出的天线安装在电子外壳的外部，并且电连接到收发机。在其他实施例中，示出的天线完全安装在电子外壳内部，例如可以是安装在电路板上的部件或与电路板集成在一起的部件。应该理解，任意实施例可以根据需要利用这些集成天线类型中的任何一种。如上文参考图10示出的，本发明中的热管的热传递管可以用软管而不是刚性结构来形成。尽管这仅是针对图10中的实施例示出的，但是应该理解，在所有实施例中，热管的热传递管可以至少部分由软管而不是刚性结构形成。这可以允许热电组件较容易地连接到特定散热物的热传递器件，例如该特定散热物可能是大型结构，如地表或土墙。另外，例如，在热传递器件是针肋热交换器，而散热物是环境空气的情况下，软管结构允许容易地对针肋热交换器进行调整和定向，以便提高自然转换，得到改进的热传递器件性能。最后，针对热管的热传递管的至少一部分使用软件结构提供了在与过程流体接触的过程部件部分和热电发生器组件之间的振动隔离。在振动大的过程环境中，这提高了热电发生器组件的可靠性。各个实施例通过使用并入过程部件的热电发生器向无线现场设备网络中的无线设备供电。过程部件直接接触过程流体，并且包含部分由过程部件内部的热收集器腔形成的热管。热收集器腔仅用于形成热管的一部分。热管耦合到热电发生器的一侧，散热物耦合到热电发生器的另一侧，从而将热传递经过热电发生器，以生成用于无线设备的较大的电功率。将热管嵌入在与过程流体直接接触的过程部件内部通过直接穿透容器壁消除了热阻。通过直接穿透容器壁，消除了与通过容器壁的热阻相关联的损耗，这是获得热电发生器与容器的外壁之间的良好的热连接所需的。另外，因为热从热收集器腔的整个表面区域流进热管并且由来自热收集器腔的整个内表面的气化热进行传递，所以热管传递的热通量非常高。最后，因为包括本发明的过程部件能够在工厂里在精确控制的条件下进行组装，所以与在野外将热电发生器绑到容器上的情况相比，更易获得一致且可靠的操作。 尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该理解，在不偏离本发明的范围的情况下，可以做出各种改变，以及可以用等价物来替换其中的元件。另外，在不偏离本发明的教导的基本范围的情况下，可以对本发明的教导做出许多修改以适应具体环境或材料。因此，本发明 不限于所描述的具体实施例，本发明将包括落在所附权利要求的范围内的所有实施例。
权利要求
1.一种设备，包括 第一过程部件，用于直接接触第一过程流体，所述第一过程部件具有靠近所述第一过程流体的第一腔； 第一热管，部分由所述第一腔形成，所述第一热管包括第一工作流体；以及 热电发生器组件；其中所述第一热管热耦合到所述热电发生器组件的第一侧，以及散热物热耦合到所述热电发生器组件的第二侧；其中所述热电发生器组件产生电功率。
2.根据权利要求I所述的设备，还包括无线收发机，其中所述热电发生器组件产生的电功率至少部分地为所述无线收发机供电。
3.根据权利要求2所述的设备，还包括数据路由器，其中所述热电发生器组件产生的电功率至少部分地为所述数据路由器供电。
4.根据权利要求I所述的设备，还包括变换器，其中所述热电发生器组件产生的电功率至少部分地为所述变换器供电。
5.根据权利要求I所述的设备，还包括能量存储器件，用于存储所述电功率。
6.根据权利要求I所述的设备，其中所述第一过程部件是下述部件之一管法兰、孔板法兰、孔板、热电偶套管、均速流量计管、疏水器、流量管、流矫直元件、控制阀、中止阀、减压阀、压力歧管、阀歧管、泵壳、过滤器壳、压力传感器远程密封件、液位开关、接触雷达液面计、涡漩流量计、科里奥利流量计、磁流量计、涡轮流量计、以及限流器。
7.根据权利要求I所述的设备，其中所述散热物是环境空气、水、第二过程流体、地表、建筑物、以及土墙中的至少一种。
8.根据权利要求I所述的设备，其中所述第一工作流体包括水、氨水、甲醇、以及乙醇中的至少一种。
9.根据权利要求I所述的设备，其中所述第一热管还部分由软管形成。
10.根据权利要求I所述的设备，其中所述第一热管还包括毛细器件。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述毛细器件由烧结陶瓷、金属网格、金属毡和金属泡沫中的至少一种构成。
12.根据权利要求10所述的设备，其中所述毛细器件由所述热管的内表面上的刻槽构成。
13.根据权利要求I所述的设备，还包括 热传递器件；以及 所述热电发生器组件包括 第一热扩散器；以及 热电元件， 其中所述第一热扩散器附着到所述热电元件的第一侧，以 将所述热电发生器组件的第一侧热耦合到所述第一热管；以及 其中，所述热传递器件将所述散热物热耦合到所述热电发生器组件的第二侧。
14.根据权利要求13所述的设备，还包括位于所述第一过程部件的至少一部分与所述热传递器件之间的隔热层。
15.根据权利要求13所述的设备，其中所述热传递器件包括针肋热交换器和带肋片的热交换器中的至少一种。
16.根据权利要求13所述的设备，其中 所述热电发生器组件还包括第二热扩散器； 所述热传递器件包括第二热管；以及 所述第二热扩散器附着到所述热电元件的第二侧，以将所述热电发生器组件的第二侧热耦合到所述第二热管。
17.根据权利要求16所述的设备，其中所述散热物是第二过程流体，以及所述热传递器件还包括 第二过程部件，用于直接接触所述第二过程流体，所述第二过程部件具有靠近所述第二过程流体的第二腔； 其中所述第二热管部分由所述第二腔形成，所述第二热管包括第二工作流体。
18.根据权利要求17所述的设备，其中所述第一工作流体和第二工作流体中的至少一个包括下述流体中的至少一种水、氨水、甲醇、以及乙醇。
19.根据权利要求17所述的设备，其中所述第一热管和所述第二热管中的至少一个还部分由软管形成。
20.根据权利要求17所述的设备，其中所述第一热管和所述第二热管中的至少一个还包括毛细器件。
21.根据权利要求20所述的设备，其中所述毛细器件由烧结陶瓷、金属网格、金属毡和金属泡沫中的至少一种构成。
22.根据权利要求20所述的设备，其中所述毛细器件由所述热管的内表面上的刻槽构成。
23.—种系统,包括 无线现场设备网络； 无线设备，其与所述无线现场设备网络无线通信；以及 第一过程部件，用于直接接触第一过程流体，所述第一过程部件具有靠近所述第一过程流体的第一腔； 第一热管，部分由所述第一腔形成，所述第一热管包括第一工作流体；以及 热电发生器组件；其中所述第一热管热耦合到所述热电发生器组件的第一侧，以及散热物热耦合到所述热电发生器组件的第二侧； 其中所述热电发生器组件向所述无线设备供电。
24.根据权利要求23所述的系统，其中所述无线设备是无线收发机、无线数据路由器和无线现场设备中的一种。
25.根据权利要求23所述的系统，其中所述无线现场设备网络包括网关，以及所述热电发生器组件向所述网关供电。
26.根据权利要求23所述的系统，其中所述无线现场设备网络包括遥感勘测单元和回程无线电设备中的至少一个，以及所述热电发生器组件向所述遥感勘测单元和所述回程无线电设备中的至少一个供电。
27.根据权利要求23所述的系统，其中所述过程部件是下述部件之一管法兰、孔板法兰、孔板、热电偶套管、均速流量计管、疏水器、流量管、流矫直元件、控制阀、中止阀、减压阀、压力歧管、阀歧管、泵壳、过滤器壳、压力传感器远程密封件、液位开关、接触雷达液面计、涡漩流量计、科里奥利流量计、磁流量计、涡轮流量计、以及限流器。
28.根据权利要求23所述的系统，其中所述散热物是环境空气、水、第二过程流体、地表、建筑物、以及土墙中的至少一种。
29.根据权利要求23所述的系统，其中所述第一工作流体是水、氨水、甲醇、以及乙醇中的至少一种。
30.根据权利要求23所述的系统，其中所述第一热管还包括毛细器件。
31.根据权利要求30所述的系统，其中所述毛细器件由烧结陶瓷、金属网格、金属毡和金属泡沫中的至少一种构成。
32.根据权利要求30所述的系统，其中所述毛细器件由所述热管的内表面上的刻槽构 成。
33.根据权利要求23所述的系统，还包括 热传递器件；以及 所述热电发生器组件包括 第一热扩散器；以及 热电元件， 其中所述第一热扩散器附着到所述热电元件的第一侧，以 将所述热电发生器组件的第一侧热耦合到所述第一热管；以及 其中，所述热传递器件将所述散热物热耦合到所述热电发生器组件的第二侧。
34.根据权利要求33所述的系统，还包括位于所述第一过程部件的至少一部分与所述散热物之间的隔热层。
35.根据权利要求33所述的系统，其中所述热传递器件包括针肋热交换器和带肋片的热交换器中的至少一种。
36.根据权利要求33所述的系统，其中 所述热电发生器组件还包括第二热扩散器； 所述热传递器件包括第二热管；以及 所述第二热扩散器附着到所述热电元件的第二侧，以将所述热电发生器组件的第二侧热耦合到所述第二热管。
37.根据权利要求36所述的系统，其中所述散热物是第二过程流体，以及所述热传递器件还包括 第二过程部件，用于直接接触所述第二过程流体，所述第二过程部件具有靠近所述第二过程流体的第二腔； 其中所述第二热管部分由所述第二腔形成，所述第二热管包括第二工作流体。
38.根据权利要求37所述的系统，其中所述第一工作流体和第二工作流体中的至少一个包括下述流体中的至少一种水、氨水、甲醇、以及乙醇。
39.根据权利要求37所述的系统，其中所述第一热管和所述第二热管中的至少一个还部分由软管形成。
40.根据权利要求37所述的系统，其中所述第一热管和所述第二热管中的至少一个还包括毛细器件。
41.根据权利要求40所述的系统，其中所述毛细器件由烧结陶瓷、金属网格、金属毡和金属泡沫中的至少一种构成。
42.根据权利要求40所述的系统，其中所述毛细器件由所述热管的内表面上的刻槽构成。
43.一种在无线现场设备网络中使用的发电方法，包括 将过程部件与过程流体接触； 在所述过程流体与所述过程部件内的密封腔的表面之间进行热传导； 通过气化和冷凝工作流体，在所述密封腔的表面与热电发生器组件之间进行热传递； 将热传导经过所述热电发生器组件； 通过对流和传导中的至少之一，在所述热电发生器组件与散热物之间进行热传递；以 及 从通过所述热电发生器组件的热传导生成电功率。
44.根据权利要求43所述的方法，其中在所述密封腔的表面与热电发生器组件之间的热传递还包括通过毛细作用将冷凝的工作流体变成气化的工作流体。
45.根据权利要求43所述的方法，还包括隔离所述热电发生器组件与所述过程流体之间的除通过冷凝和气化工作流体进行的热传递之外的其他热传递。
46.根据权利要求43所述的方法，还包括用所生成的电功率至少部分地为无线设备供电。
全文摘要
一种用于无线设备的集成热电发生器。由第一过程部件、部分由第一过程部件内的第一腔形成的第一热管、以及热电发生器组件产生电功率。热电发生器组件在一侧热耦合到散热物，在另一侧耦合到第一热管。第一过程部件与第一过程流体直接接触，以及第一腔靠近第一过程流体。热电发生器组件产生电功率。
文档编号H02N11/00GK102857147SQ20121014748
公开日2013年1月2日 申请日期2012年5月11日 优先权日2011年6月29日
发明者大卫·马修·斯特雷, 凯利·迈克尔·奥什 申请人:罗斯蒙德公司