專利名稱：包括電熱模塊的流體輸送裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括減壓器的流體分配裝置，所述減壓器包括-處于第一壓力下的第一腔室，-處于第二壓力下的第二腔室，所述第二壓力低于第一壓力，-將第一腔室與第二腔室分開的分隔件，-安排在第一和第二腔室之間的限制閥。
背景技術(shù)：
減壓器是使得流體能夠從第一腔室(在這里所述流體處于第一壓力)流至第二腔·室(在這里所述流體處于低于第一壓力的第二壓力)的機(jī)構(gòu)。利用減壓器的流體分配裝置存在于管道閥門(plumbing valve)內(nèi)通常它們位于量級(jí)為米的建筑物內(nèi)，以將市政供應(yīng)系統(tǒng)(例如水或氣的供應(yīng))的壓力從大約IObar降低至大約3bar,以使流體能夠經(jīng)由建筑物的供應(yīng)系統(tǒng)被分配。圖I示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所述的流體分配裝置。這種裝置包括處于第一壓力的第一腔室Ia和處于低于第一壓力的第二壓力的第二腔室lb。所述兩個(gè)腔室由分隔件2分開。限制閥4置于第一和第二腔室la、lb之間，并通過改變其壓力，使流體能夠從第一腔室Ia向第二腔室Ib流動(dòng)。由箭頭Fl和F2代表流體的流動(dòng)方向。兩個(gè)腔室la、lb通過貫通孔(pass-through hole)3彼此連通,部分地形成限制閥4的針狀體(needle)可在所述貫通孔內(nèi)運(yùn)動(dòng)，其使得壓力在供應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)從限制閥4沿流體流動(dòng)方向的下游，即從第二腔室Ib開始被調(diào)節(jié)。當(dāng)前的趨勢(shì)是，使分配裝置變得“聰明”，和根據(jù)型號(hào)，它們可以并有測(cè)量計(jì)以及連接至測(cè)量計(jì)的發(fā)射芯片(emitting chip)，使得企業(yè)的負(fù)責(zé)為消耗量開賬單的技術(shù)人員能夠執(zhí)行測(cè)量計(jì)的遠(yuǎn)程讀取。遠(yuǎn)程測(cè)量計(jì)讀取是有用的，尤其是當(dāng)分配系統(tǒng)的用戶不在家中或?qū)y(cè)量計(jì)讀取者來說測(cè)量計(jì)不易于直接達(dá)到時(shí)。這種靈敏的測(cè)量計(jì)由電池供應(yīng)，例如紐扣電池類型，當(dāng)電池電量用盡時(shí)，只要涉及為發(fā)射芯片供能，它們則呈現(xiàn)出較大的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)為，提供不呈現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷的流體分配裝置。通過所附的權(quán)利要求，更特別地，通過分隔件包括熱電模塊這一事實(shí)，可以實(shí)現(xiàn)所述目標(biāo)，其中所述熱電模塊具有與第一腔室熱接觸的熱側(cè)和與第二腔室熱接觸的冷側(cè)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，熱電模塊與能量存儲(chǔ)元件相連接，以使得能夠?yàn)槠湓俪潆?。根?jù)一個(gè)改進(jìn)，限制閥具有電力調(diào)節(jié)器件(electric adjustment means),且由能量存儲(chǔ)元件供應(yīng)。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，該裝置可包括被設(shè)計(jì)用來測(cè)量流體消耗量的測(cè)量計(jì)。該裝置可進(jìn)一步包括消耗量測(cè)量值的傳輸器件，所述傳輸器件由熱電模塊或能量存儲(chǔ)元件供電。


從本發(fā)明的具體實(shí)施例的以下描述中，其他優(yōu)勢(shì)和特征更加明顯，所述具體實(shí)施例僅出于非限制性實(shí)例的目的給出，并在附圖中加以描述。圖I示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所述的流體分配裝置。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所述的流體分配裝置。圖3示出了流體分配裝置的可能的功能性的塊狀圖。
具體實(shí)施例方式與前文所述的分配裝置不同，下文中所述的裝置及其變體(variant)使其能夠利 用塞貝克效應(yīng)產(chǎn)生自己的電流。如圖2所示，流體分配裝置包括減壓器，所述減壓器包括處于第一壓力的第一腔室la、處于第二壓力(其低于第一壓力)的第二腔室lb，以及將第一腔室Ia和第二腔室Ib分隔開的分隔件2。該裝置進(jìn)一步包括布置在第一腔室Ia和第二腔室Ib之間的限制閥4。流體在第一腔室Ia中處于第一壓力，在第二腔室Ib中處于第二壓力。限制閥4使得流體能夠從第一腔室Ia流向第二腔室lb，同時(shí)在兩個(gè)腔室la、lb之間產(chǎn)生壓力差，如上所述，并從而產(chǎn)生溫度差。在圖2中，由Fl和F2代表流體的流動(dòng)方向。事實(shí)上，當(dāng)減壓器不運(yùn)行時(shí)，即，當(dāng)沒有流體流過該裝置時(shí)，兩個(gè)腔室la、lb之間具有溫度平衡。當(dāng)流體流過該裝置時(shí)，該裝置的壓力降低(在第一腔室Ia和第二腔室Ib之間)在分隔件2的每一側(cè)上的腔室水平(level)處產(chǎn)生壓力差，并從而在分隔件2的任一側(cè)產(chǎn)生溫度梯度。分隔件2包括熱電模塊12，所述熱電模塊12具有與第一腔室Ia熱接觸的熱側(cè)和與第二腔室Ib熱接觸的冷側(cè)。熱電模塊12使得能夠利用熱量梯度產(chǎn)生電流，特別是當(dāng)流體流過所述裝置時(shí)。優(yōu)選地，設(shè)置限制閥，以使得流體在熱電模塊12的水平處流過分隔件2，S卩，可以認(rèn)為流體流過熱電模塊12。事實(shí)上，熱電模塊12包括熱電偶5a、5b、5c、5d，該熱電偶在電力上串連，且在熱量上并連。每個(gè)熱電偶一方面與第一腔室Ia有熱接觸，另一方面與第二腔室Ib有熱接觸。熱電偶5a可包括兩個(gè)突起(stud)6a、6b, 二者在它們的一端通過例如電連接元件7彼此電力地連接。突起6a、6b通常由兩種不同的熱-電材料或合金形成。例如，用來形成突起的材料可以是半導(dǎo)體(MgSiGeSn、SiGe、Bi2Te3等)或半-金屬，例如金屬間氧化物(LiNaCoO2' NaCoO2' HgCoO2 等)。設(shè)置熱電偶使得在兩個(gè)腔室la、lb之間利用溫度梯度產(chǎn)生電流。在圖2中，所述裝置包括四個(gè)熱電偶5a、5b、5c、5d。為了優(yōu)化熱電模塊的效率，熱電偶5a、5b、5c、5d優(yōu)選地在熱源(圖2中的第一腔室Ia)的水平處通過鏈接元件8串聯(lián)地彼此電力連接。在圖2的具體實(shí)例中，每一個(gè)熱電偶具有與第二腔室Ib (其進(jìn)而形成冷源)熱接觸的電連接元件7。熱電模塊可自然地被翻轉(zhuǎn)為另一方向，即熱電偶可使得其電連接元件7與第一腔室Ia熱接觸，而熱電偶之間的鏈接元件8可與第二腔室Ib熱接觸，重要的是在流體的壓力降低發(fā)生期間能夠使用兩個(gè)腔室之間的溫度梯度。電連接元件7和鏈接元件8可由塞貝克系數(shù)為零或接近于零的導(dǎo)熱金屬(例如金)形成。熱接觸的含義是，第一腔室Ia內(nèi)的流體溫度被傳輸至熱電模塊12的熱側(cè)，第二腔室Ib內(nèi)的流體溫度被傳輸至熱電模塊12的冷側(cè)。在圖2的具體示例中，分隔件2由將熱電模塊夾在其間的兩個(gè)板狀件9a、9b形成。熱電偶5a、5b、5c、5d的突起6a、6b優(yōu)選地垂直于兩個(gè)板狀件9a、9b，所述兩個(gè)板狀件9a、9b優(yōu)選地彼此平行。第一板狀件9a包括部分地限定了第一腔室Ia的第一壁IOa和與鏈接元件8相接觸的第二壁10b。通過電絕緣材料的插置，第二壁IOb自然地電絕緣或與鏈接元件8電絕緣。第二板狀件9b包括部分地限定了第二腔室Ib的第一表面Ila和與熱電偶的連接元件7相接觸的第二表面lib。通過電絕緣材料的插置，第二表面Ilb自然地電絕緣或與連接元件7電絕緣。第一和第二板狀件9a、9b可由材料或材料的合金形成以提高裝置的反應(yīng)，所述材料是良好的溫度導(dǎo)體(temperature conductor)。這允許第一腔室Ia的流體溫度向熱電模塊12的熱側(cè)快速傳導(dǎo)，以及第二腔室Ib內(nèi)流體溫度向熱電模塊12的冷側(cè)快速傳導(dǎo)。在流體連續(xù)地流過所述裝置的情況下，第一和第二板狀件9a、9b的材料不重要，因?yàn)樵谶B續(xù)運(yùn)行中達(dá)到了腔室之間溫度梯度的平衡，且板狀件9a、9b的水平處的導(dǎo)熱性不再發(fā)揮任何作用。
根據(jù)圖2中所示的實(shí)施例，熱電偶的突起6a、6b被用作熱絕緣體的空氣分隔開，以保持熱源和冷源之間的最佳溫度梯度。這意味著分隔件2包括閉合和密封的內(nèi)部空間，熱電偶5a、5b、5c、5d形成在該內(nèi)部空間內(nèi)。該內(nèi)部空間優(yōu)選地處于部分真空，例如10_5bar，以提高熱絕緣性。根據(jù)替換實(shí)施例，該內(nèi)部空間填充有呈現(xiàn)高絕熱性的硅凝膠(siliconaerogel),例如SiO2基氣凝膠。前面所描述的熱電模塊12的具體布置僅僅是一個(gè)示例性實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員將自然地能調(diào)適任何產(chǎn)生第一和第二腔室之間的溫度梯度的熱電模塊。例如，分隔件2可以是內(nèi)部形成有熱電模塊的塊狀板狀件(bulk plate)。塊狀板狀件的材料繼而是熱絕緣和電絕緣的，在鏈接和連接元件形成之前，通過填充塊狀板狀件中形成的凹處而形成熱電偶。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，分隔件通過裝配由熱電材料(其通過鏈接和連接元件電力地連接)制成的燒結(jié)棒(sintered bar)而形成,從而形成如前文所述的熱電偶串。兩個(gè)板狀件繼而將這個(gè)組件夾在中間，板狀件事先至少在鏈接和連接元件的水平處電絕緣。根據(jù)圖2和3中示出的實(shí)施例，熱電模塊12被連接至能量存儲(chǔ)元件13，以使得能夠?qū)崿F(xiàn)所述能量存儲(chǔ)元件(例如蓄能器或可充電電池)的再充電。當(dāng)流體流過分配裝置時(shí)，由熱電模塊12產(chǎn)生的能量則可被存儲(chǔ)在該存儲(chǔ)單元內(nèi)，以便將來使用。如果該裝置不包括能量存儲(chǔ)元件13，產(chǎn)生的電流可被輸入至電力系統(tǒng)。根據(jù)改進(jìn)，限制閥4是電可調(diào)限制閥，且被能量存儲(chǔ)元件13供應(yīng)例如電流。電可調(diào)的含義是，可以驅(qū)動(dòng)限制閥4以改變第一腔室Ia和第二腔室Ib之間的壓力差。這種調(diào)節(jié)例如使得分配裝置在分配系統(tǒng)內(nèi)有壓力損失的情況下執(zhí)行伺服調(diào)節(jié)。事實(shí)上可能必須要根據(jù)置于下游的設(shè)備調(diào)整壓力差，甚至必須根據(jù)置于下游的設(shè)備來伺服控制。裝置下游和上游的管道的尺寸的不同，或在使用過程中要求不同壓力的設(shè)備，可出于示例的目的被引用。根據(jù)替換性實(shí)施例，電-可調(diào)節(jié)的限制閥4還可以直接經(jīng)由熱電模塊12被供以例如電流。在該具體情形中，僅當(dāng)流體正流經(jīng)裝置時(shí)可以調(diào)節(jié)。如圖2中所示，可電力調(diào)節(jié)的限制閥4可由針狀物14形成，所述針狀物14能夠移動(dòng)以或多或少地阻塞孔3，所述孔3在分隔件2中制成并連接第一腔室Ia和第二腔室lb。針狀物14可由部分地形成閥4的電機(jī)15平移地移動(dòng)。電機(jī)15可由能量存儲(chǔ)元件13或直接由電熱模塊12供電。電機(jī)15可以由電子卡片(electronic card)以及至少一個(gè)壓力傳感器(未示出)伺服控制，所述壓力傳感器置于從閥4沿流體流動(dòng)方向的下游。置于下游的傳感器使得分配的壓力和溫度梯度能夠被控制，且如果需要，使得針狀物14的位置能夠被調(diào)節(jié)以保持分配裝置下游的分配系統(tǒng)內(nèi)恒定的壓力。自然地，結(jié)合分隔件包括兩個(gè)板狀件9a、9b的實(shí)施例，孔3以一方式制得，使得不影響分隔件2的內(nèi)部空間的密封性。根據(jù)另一個(gè)改進(jìn)，所述裝置可包括如圖3中所示的設(shè)計(jì)用來測(cè)量流體消耗量的測(cè)量計(jì)16。所述流體消耗量代表從第一腔室Ia流至第二腔室Ib的流體量。測(cè)量計(jì)16可以是機(jī)械式或電子式。該測(cè)量計(jì)還可包括消耗量顯示器，該顯示器可以是機(jī)械式和/或LCD式。在顯示器是LCD式和/或測(cè)量計(jì)是電子式的情況下，后者可以由能量存儲(chǔ)元件13供應(yīng)功率，或直接由熱電模塊12供應(yīng)。在圖3中，每個(gè)箭頭的起點(diǎn)代表電源，箭頭的終點(diǎn)標(biāo)示接收該電流的元件。如在現(xiàn)有技術(shù)中事先指出的，能夠容易地閱讀流體消耗量測(cè)量計(jì)是有益的。該裝置可包括由測(cè)量計(jì)記錄的消耗量測(cè)量值的傳輸器件17，這些器件使得流體分配公司即使在測(cè)量計(jì)不易到達(dá)的情況下也能完成讀數(shù)。傳輸器件17可由熱電模塊12或由能量存儲(chǔ)元件·13供電。自然地，如果傳輸器件17由熱電模塊12直接供應(yīng)，這些器件只有如果流體正流經(jīng)分配裝置，或如果兩個(gè)腔體之間一直存在溫度梯度以產(chǎn)生足夠的電流才能夠傳輸。測(cè)量值傳輸器件17可包括天線(未示出)，其用來傳輸代表流體消耗量的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)可以連續(xù)的方式被傳輸，例如用相關(guān)的分配裝置的識(shí)別符(identifier)。傳輸器件17還可包括接收天線(未示出)，僅當(dāng)傳輸器件17收到請(qǐng)求時(shí)傳輸所述數(shù)據(jù)。在收到請(qǐng)求后，具有傳輸器的變體使得分配裝置的功率消耗量能夠被限制，只要尚未收到要求，傳輸器件17處于待機(jī)(standby)狀態(tài)。從而，流體分配裝置中熱電的使用使流體分配裝置具有新功能，例如顯示、通信、自動(dòng)控制等，而同時(shí)避免裝置依賴于外部電源。所述流體可以是水、氣或任何類型的液體或氣體。在用于私人家庭水平的水分配的使用范圍中，城鎮(zhèn)分配系統(tǒng)內(nèi)處于IObar的水與住宅的私家管路內(nèi)處于3bar的水之間的壓力差使得能夠在兩個(gè)腔室之間獲得大約10° C的差別。這樣的溫度差能夠產(chǎn)生包含在IOmV和IOOmV之間的電壓，所述電壓與包含在I μ A和10 μ A之間的將產(chǎn)生的電流相關(guān)，取決于熱電偶的數(shù)量和布置。例如，通過設(shè)置10個(gè)由Bi2Te3制成的分布在10cm*10cm的支撐件上的熱電偶，可以以15° C的溫度梯度獲得200 μ V/K (K代表開氏度數(shù))。該裝置可安裝在需要降低壓力的任何類型的流體分配裝置中。第一和第二腔室則可分別地被連接至流體入口管道和流體出口管道。 單一流體可流過該裝置，這種流體在第一腔室內(nèi)處于第一壓力，在第二腔室內(nèi)處于第二壓力。
權(quán)利要求
1.一種包括減壓器的流體分配裝置，所述減壓器包括 -處于第一壓力的第一腔室(Ia), -處于第二壓力的第二腔室(lb)，所述第二壓力低于第一壓力， -將第一腔室(Ia)與第二腔室(Ib)分開的分隔件(2), -設(shè)置在第一和第二腔室(la、lb)之間的限制閥(4)， 裝置的特征在于，分隔件(2)包括熱電模塊(12)，所述熱電模塊(12)具有與第一腔室(Ia)熱接觸的熱側(cè)和與第二腔室(Ib)熱接觸的冷側(cè)。
2.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，熱電模塊(12)與能量存儲(chǔ)元件(13)相連接，以使得能量存儲(chǔ)元件(13)能夠被充電。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，限制閥(4)具有電調(diào)節(jié)器件，且由能量存儲(chǔ)元件(13)供能。
4.如權(quán)利要求I至3中任意一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，其包括用于測(cè)量流體消耗量的測(cè)量計(jì)(16)。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，其包括消耗測(cè)量值的傳輸器件(17)，所述傳輸器件(17)由熱電模塊(12)供電。
6.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，其包括消耗測(cè)量值的傳輸器件(17)，所述傳輸器件(17)由能量存儲(chǔ)元件(13)供電。
7.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，限制閥(4)被布置為使得流體能夠流過位于熱電模塊(12)水平處的分隔件(2)。
全文摘要
流體分配裝置包括處于第一壓力下的第一腔室(1a)和處于第二壓力(其低于第一壓力)的第二腔室(1b)。分隔件(2)把第一腔室(1a)與第二腔室(1b)分開，限制閥4布置在第一腔室和第二腔室(1a、1b)之間。分隔件(2)包括熱電模塊(12)，所述熱電模塊(12)具有與第一腔室(1a)熱接觸的熱側(cè)和與第二腔室(1b)熱接觸的冷側(cè)。
文檔編號(hào)G05D16/20GK102971681SQ201180033445
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2011年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月6日
發(fā)明者F.蓋拉德, P.帕恩蒂尼, E.勞威爾, R.薩洛特 申請(qǐng)人:原子能和代替能源委員會(huì)