[发明专利]基于地热能-振动能的井下设备供电系统及其供电方法

权利要求书

1.基于地热能-振动能的井下设备供电系统，其特征在于：它包括振动能发电装置、地热能发电装置、电能储存装置和电源监测管理装置，所述的振动能发电装置和地热能发电装置的输出端与电能储存装置的两个储能输入端连接，电能存储装置与电源监测管理装置双向连接，电能存储装置的输出端与井下设备连接。

2.根据权利要求1所述的基于地热能-振动能的井下设备供电系统，其特征在于：所述的振动能发电装置和地热能发电装置设置在靠近钻头（23）的短节（1）上。

3.根据权利要求2所述的基于地热能-振动能的井下设备供电系统，其特征在于：所述的振动能发电装置包括压电元件和压电换能装置，所述的压电元件将钻头（23）钻进过程中产生的机械振动的能量捕获并转化为瞬态高交流电信号输出至压电换能装置，所述的压电换能装置将压电元件输出的瞬态高交流电信号转换为直流电输出给电能存储装置。

4.根据权利要求2所述的基于地热能-振动能的井下设备供电系统，其特征在于：所述的振动能发电装置包括横振动腔（11）和纵振动腔（18），所述的横振动腔（11）和纵振动腔（18）包括压电元件和振动感受构件；

所述的振动感受构件呈塔形结构，包括3个长度不同的振动传递构件即第一振动传递构件（13）、第二振动传递构件（14）、第三振动传递构件（15），并通过弹簧（20）固定；在横振动腔（11）中第一压电元件（12）纵向安装，第一振动感受构件（19）纵向安装；在纵向振动腔（18）中第二压电元件（17）横向安装，第二振动感受构件（16）横向安装；

横振动腔（11）和纵振动腔（18）将钻进过程中产生的纵向振动转化为电能，并将电能输送到电能存储装置中存储。

5.根据权利要求3所述的基于地热能-振动能的井下设备供电系统，其特征在于：所述的压电换能装置包括整流电路和第一电压调理电路，整流电路的输入端与压电元件连接，整流电路的输出端与第一电压调理电路连接，第一电压调理电路的输出端与电能存储装置连接。

6.根据权利要求2所述的基于地热能-振动能的井下设备供电系统，其特征在于：所述的地热能发电装置包括温差发电片和热电换能装置，所述的温差发电片将钻头（23）钻进过程中产生的热能和地下的热能转化为电信号输出至热电换能装置，所述的热电换能装置将温差发电片输出的电信号进行调理并输出给电能存储装置；所述的热电换能装置包括第二电压调理电路，所述的第二电压调理电路的输入端与温差发电片连接，第二电压调理电路的输出端与电能存储装置连接。

7.根据权利要求2所述的基于地热能-振动能的井下设备供电系统，其特征在于：所述的地热能发电装置为地热能发电腔（10），所述的地热能发电腔（10）包括2个绝热层（2）和设置在绝热层（2）中间的多个温差发电单元，所述的温差发电单元由1个N型半导体（4）、1个P型半导体（7）、1个热端导热构件（5）和2个冷端散热构件（8）组成，N型半导体（4）和P型半导体（7）的一端均与热端导热构件（5）连接，N型半导体（4）和P型半导体（7）的另一端分别与2个冷端散热构件（8）连接；

所述的热端导热构件（5）固定在短节（1）环空的外壁上，冷端散热构件（8）固定在短节（1）环空的内壁上；

每个温差发电单元之间通过冷端散热构件（8）和连接导线（6）串联在一起，总的电能通过负极接线柱（3）、正极接线柱（9）输出到电能存储装置中。

8.根据权利要求1所述的基于地热能-振动能的井下设备供电系统，其特征在于：所述的电源监测管理装置包括AD转换模块、DA转换模块和微处理器，所述的AD转换模块的输入端与电能存储装置连接，AD转换模块的输出端与微处理器连接，微处理器的输出端与DA转换模块连接，DA转换模块的输出端与电能存储装置连接。

9.根据权利要求8所述的基于地热能-振动能的井下设备供电系统，其特征在于：所述的微处理器还与外部通讯装置连接。

10.如权利要求1~9中任意一项所述的基于地热能-振动能的井下设备供电系统的供电方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1：振动能发电，包括以下子步骤： 

S101：振动能发电装置捕获钻头（23）钻进过程中产生的机械振动能量，并转化为瞬态交流电信号；

S102：将瞬态交流电信号转换为直流电；

S2：地热能发电，包括以下子步骤：

S201：地热能发电装置将钻头（23）钻进过程中产生的热能和地下的热能转化为电信号；

S202：对电信号进行调理，调节输出的电压；

S3：将步骤S1和步骤S2产生的电能输送至电能存储装置进行存储；

S4：电源监测管理装置对电能存储装置的电量进行检测，并将检测结果发送至外部通讯装置；

S5：电能存储装置按照预先设定的供电模式输出电能对井下设备供电。