Brevet FR2003423A1 — publié le 19691107

La présente invention concerne une génératrice J 'énergie électrique» Les sources de pétrole brut (qui englobent dans 1 'invention les sources de rnz naturels) sont souvent situées dans des endroits isolés où il est difficile de laisser Jes travailleurs destinés h faire fonctionner les installations de forage pétrolières afin d'obtenir du pétrole. Les puits de gas de la mer du Nord constituent un exemple de tels endroits isolés où il est peu commode à des spécialistes d'effectuer des visites fréquentes., il est, par conséquent, classique de commander ces installations au moyen de signaux radio. Pour faire fonctionner le dispositif radio (et tous les éléments électroniques associés), on a besoin d'énergie électrique et l'invention a pour but de créer une génératrice appropriée qui convient pour être utilisée dans une installation de production de pétrole brut dont la température naturelle est supérieure L celle du milieu entourant les installations. Conformément à l'invention, une génératrice d'énergie électrique destinée à être utilisée avec une installation pétrolière comporte plusieurs thermo-couples ayant chacun une fonction en contact therminue avec la surface extérieure d'un conduit servant nu transport de pétrole brut et une autre fonction en contact thermique avec la surface intérieure d'une gaine extérieure, les thermo-coup!er .'tant reli-'s c !eetrir-uoT^nt en série-parallèle, de telle sorte que pendant l'emploi -ie la génératrice, la différence de température entre le pétrole et le milieu environnant produit une énergie électrique au moyen de l'effet Seebeck. Etant donné que les ensembles à thermo-couples sont facilement disponibles dans le commerce cornue modules ayant des surfaces planes, il est rationnel que le conduit ait toutes ses surfaces extérieures planes ou au moins une partie importante de ses surfaces extérieures planes. Je préférence, la paroi du conduit est suffisamment résistante pour contenir la pression du péirole brut (qui peut être sensiblement supérieure à celle de l'atmosphère). Avec cet agencement, notamment, lorsque la génératrice est destinée à une installation sous-marine, la gaine extérieure affecte, en général, la forme d'une ou plusieurs membranes de façon que, pendant BAD ORIGINAL 69 06316 2003423 l'emploi de la génératrice, la pression extérieure soit transmise par les thermo-couples, de telle sorte qu'un bon contact thermique soit maintenu tant dans la gaine que dans le conduit. Dans une variante suivant l'invention qui est particulier 5 rement appropriée en vue d'un emploi lorsque la génératrice doit être utilisée dans l'air, la gaine extérieure résisté ".à la pression et la paroi du conduit est suffisamment mince'- pour permettre la transmission de la pression interne par l'intermédiaire des thermo-couples afin qu'un bon contact thermique 10 soit maintenu tant dans la gaine que dans le conduit. I/ans...cette variante, la gaine a, de préférence, la forme d'une enveloppe tubulaire et les thermo-couples sont disposés dans l'espace annulaire entre l'enveloppe et le conduit. Si on le désire, on peut prévoir plus d'une génératrice 15 dans une installation pétrolière (le pétrole brut pouvant s'écouler, soit suivant une configuration en série, soit suivant une configuration en parallèle) et la totalité ou seulement une partie de l'écoulement du pétrole brut peut traverser la ou les génératrices. 20 Bien que les génératrices de 1'invention puissent avanta geusement créer assez d'énergie pour faire fonctionner le dispositif radio et ses éléments électroniques associés, elles ne sont pas appropriées pour produire suffisamment d'énergie afin d'actionner des soupapes de commande. Cette limitation peut être ^5 palliée par l'emploi de soupapes actionnées par voie hydraulique (ou pneumatique) en utilisant la pression du pétrole brut comme source d'énergie. Dans ce cas, le besoin en énergie électrique est essentiellement réduit. Suivant une autre forme de réalisation conforme à l'inven-50 tion, la génératrice peut être utilisée pour charger des accumulateurs électriques et l'énergie des accumulateurs peut être employée pour actionner des soupapes à commande électrique. Dans ce cas, les accumulateurs se chargent pendant de longues durées avec une faible puissance en watts et se déchargent pendant de 55 courtes périodes de temps avec une puissance relativement élevée en watts . L'invention est représentée, à titre d'exemples non limitatifs, aux dessins annexés. La fig. 1 est une coupe verticale d'une génératrice cor.-- BAD ORIG'NAL 69 C6316 2003423 forr." i. - ' invention ônntf née à être utilisée pouc 1m -r^r • Lv. f ir. - u;.^ coure horizontale de la génératrice il Lustrée t. la fi g-. 1 . Lf~. .^1 ^ g- ~ Y v ~"~M 0 \ï ô ! Uî>.6 *r rS^rîC0 ? 7 21— r'cr.-e ? r. f i::v-3ntioi: iortiiice l ?:;-e ;:oi .r: 3" 2 :' . 4 — - ~t Ul-^ ,*1'";r0 4*1.0v'j '• n !L'V "i'ïlf ?'Z "ZT,2-''i ~ ?r-. 31/ 2:^: ~;-i e c. 11. f î,~ • 1 • Le? fi.--. 5 r*t b r-r rr "n.^tent des vsrisivfces ei- vu3 :T ;:i loi • _ ivru 'y.1--: 're^Ti- /2.t:-.?"tirioixq 'Lgv^ç 2./-?.irp , g. v r C3B coïiif^T1. ■ ^r ir"V0n~^ioii- —utr ~cc tic il pétrolière, £B et ~3 désignant res— reetivement 11 entrée de nétrcle brut et la sortie 5e pétrole t r ut • La géi~.ér3trice i 'énergie électri jue illustrée aux fig. 1 15 et La section transversale extérieure du conduit «st c°rrfe et présente îps -vider-ents dans lesquels les thermo-couples 12a, 12_b, 12_c et 12d_ sont logés. La gaine extérieure affecte l'-i forme de membranes 1 jg, 1^b_, 1 jç et 15d_ qui empêchent 2 5 l'eau de mer de venir en contact avec les thermo-couples tout en transmettant la pression extérieure afin d'assurer un bon contact thermique entre les jonctions froides des thermo-couples 12a., 12b, 12c., 1^d_ et les membranes 1 5a, 1^b, 13ç, 13d_ et entre les fonctions chaudes et le conduit 11. 50 La génératrice d'énergie électrique représentée aux fig. 5 et 4 est destinée à être utilisée dans l'air, c'est-à-dire dans une ambiance à pression relativement faible. Elle comprend un conduit 10 ayant une section transversale carrée dont la paroi est trop mince peur retenir la pression du pétrole brut 55 qui circule à travers le conduit depuis un puits non représenté aux dessins. La gaine extérieure a la forme d'une enveloppe, tubulaire 15 (ayant une section transversale carrée) qui est suffisamment résistante pour contenir la pression interne. Les thermo- 8AD ORIGINAL 69 06316 4 2003423 couples 12a, 12b, 12 c., 12d sont disposés dans l'espace annulaire et les coins sont remplis d'une matière résistant à la pression et isolante vis-à-vis de la chaleur, telle qu'une matière plastique ou une huile (représentée à la fig. 4 par la 5 référence 14). Avec cet agencement, les thermo-couples 12a. à 12d_ transmettent la pression interne et assurent, par conséquent, un bon contact thermique entre les ponctions froides de ces thermo-couples 12 et l'enveloppe 15 et entre les Jonctions chaudes et le conduit 11. 10 Les thermo-couples sont disponibles dans le commerce sous la forme de modules (qui présentent des surfaces de travail planes), chacun de ces modules contenant un nombre important de thermo-couples de types jo et n de tellurure de bismuth, reliés thermiquement en parallèle et électriquement en série. 15 Oes modules (ou d'autres .modules équivalents) sont uti lisés pour fournir les thermo-couples 12a à 12d_ illustrés aux fig. 1 à 4. Ils sont reliés suivant un agencement en série et en parallèle de façon à produire une puissance de 2 00 watts avec une tension de 24 volts (on n'a pas illustré les thermo-20 couples individuels ou modules). Tous les modules sont reliés thermiquement en parallèle et chaque module est exposé à la différence de température entre le- pétrole brut et le milieu environnant extérieur, c'est-à-dire, à titre d'exemple, la mer du Nord. Etant donné que le pétrole est à une température de 2 5 l'ordre de 35° G et que la température de la mer du Nord varie entre 0 et 15° C, les modules sont soumis à une différence de température d'au moins 2 0° C. La génératrice que l'on vient de décrire, produit une puissance électrique de 200 watts et ceci représente une petite 30 proportion de 1'énergie thermique globale disponible dans le pétrole brut, ainsi il n'y a pas de chute de température effective à mesure que le pétrole traversa la génératrice. Si on désire une puissance supérieure à 2 00 watts, on peut montep-"sur une seule installation pétrolière plusieurs génératrices^comme 55 illustré aux fig. 1 à 4. Dans un tel cas, le pétrole peut tra--.. verser les génératrices montées en série comme à la fig. 3 ou montées en parallèle comme à la fig. 4. Il est plus facile de faire circuler le pétrole brut provenant d'un puits à travers la génératrice (ou à travers une 69 06316 2003423 des génératrices s'il y en a plusieurs) ou la génératrice peut être montée d&±:s un conduit ramifié de telle sorte que seulement une partie de la production globale la traverse. 69 06316 2003423 REVEMDICATIOIS 1 - Génératrice d'énergie électrique destinée à être utilisée dans une installation pétrolière, caractérisée en ee-qu'elle comporte plusieurs thermo-couples ayant-chacun une... jonction en contact thermique avec la surface extérieure- .lâr^un conduit servant à transporter du pétrole brut et une autre' jonction en contact thermique avec la surface intérieure d^raie gaine extérieure, les thermo-couples étant reliés électriquement en série et en parallèle de façon que, pendant 1'utilisa-' 10 tion de la génératrice, la différence de température entre-le:-pétrole et les milieux environnants produise de 1 'énerg±e-~-'é;le«? trique au moyen de l'effet càeebeck. 2 - Génératrice d'énergie électrique suivant la revendication 1, destinée, notamment, à être utilisée dans une instal-- 15 lation sous-marine, caractérisée en ce que la paroi du conduit^ est suffisamment résistante pour contenir la pression brut et en ce que la gaine extérieure affecte la forme de- mem-..-branes de façon que, pendant l'emploi de la génératrice-*---la pr®-.. sion extérieure soit transmise par les thermo—couples àfxn qu; 2 0 bon contact thermique soit maintenu tant dans"là gaine que dans le conduit. 3 - Génératrice d'énergie électrique suivant la revendication 1, destinée, en particulier, à être utilisée dans l'air, caractérisée en ce que la gaine extérieure est résis- 25 tante vis-à-vis de la pression et en ce que la paroi du ç.onduit est suffisamment mince pour permettre la transmission de la pression interne par l'intermédiaire des thermo-couplesK._de .fa-^ çon ài ce qu'un bon contact thermique soit maintenu tant dans la gaine que dans le conduit.