DE102005025094A1 - Piezoelectric heat exchanger for use in, e.g., accumulator, has knob-shaped piezoelectric unit connected with metal foil, where pressure variations in gas of container act on piezoelectric unit to cause Brownian motion - Google Patents

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Abstract

The exchanger has a knob-shaped piezoelectric unit (5) that is made from a laminar piezoelectric material and connected with a metal foil on one side. The metal foil is stretched in an area of the piezoelectric unit, such that the foil serves as a corrugation. A technically usable direct current voltage is supplied by interconnection of the foil with four diodes in a bridge connection if the foil is placed in a container with a gas at increased pressure. Pressure variations in the gas act on the piezoelectric unit to cause a Brownian motion.

Description

Der erfindungsgemäße piezoelektrische Wärmewandler gehört zur Gattung Energiewandler.Of the Piezoelectric heat converter according to the invention belongs to the genus energy converter.

Konventionelle Eneregiewandler benötigen zu ihrer dauerhaften Funktion eine permanente Temperaturdifferenz.conventional Energy converters need to their permanent function a permanent temperature difference.

Der erfindungsgemäße piezoelektrische Wärmewandler benötigt jedoch nur eine Wärmequelle, oberhalb einer bestimmten Temperatur, um zu funktionieren.Of the Piezoelectric heat converter according to the invention needed but only one heat source, above a certain temperature to work.

Ursächlich für die Funktion des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Wärmewandlers ist das Phänomen, das als ursächlich für die sogenannte "Brownsche Molekularbewegung" bekannt ist:
Ein Partikel eines beliebigen Festkörpers, der in seiner Größenordnung von ca. 10 Mikrometer ist, und der sich in einer Flüssigkeit oder einem Gas unter Normalbedingungen befindet, vollführt Zitter- und Wimmelbewegungen, da auf seine Körpergrenzen, in zufälliger Art und Weise, thermodynamisch bedingte, permanent schwankende Drücke einwirken.The reason for the function of the piezoelectric heat transducer according to the invention is the phenomenon known as the cause of the so-called "Brownian molecular motion":
A particle of any solid, which is on the order of about 10 microns, and which is in a liquid or a gas under normal conditions, performs dithering and whimpering movements, as to its body boundaries, in a random manner, thermodynamically induced, permanently fluctuating pressures act.

Durch seinen besonderen Aufbau, kann der erfindungsgemäße piezoelektrische Wärmewandler diese Druckschwankungen, die auch die "Brownsche Molekularbewegung" verursachen, in eine elektrische Wechselspannung umwandeln.By its special structure, the piezoelectric heat transducer according to the invention can this Pressure fluctuations, which also cause the "Brownian motion", in to convert an electrical AC voltage.

Durch die Gleichrichtung dieser Wechselspannung und ihrer Glättung, mittels z.B. einer elektrischen Kapazität, ist so eine Umwandlung von Wärmeenergie in technisch nutzbare elektrische Energie möglich.By the rectification of this AC voltage and its smoothing, by means of e.g. an electrical capacity, is such a transformation of heat energy in technically usable electrical energy possible.

Damit der erfindunggemäße piezolektrische Wärmewandler eine möglichst hohe Wandlerleistung haben kann, sollten vorzugsweise die thermodynamisch bedingten Druckschwankungen, die in Flüssigkeiten und bei Gasen im druckerhöhtem Zustand auftreten, zur Energiewandlung genutzt werden.In order to the inventive piezolectric heat transducer one possible may have high transducer performance, preferably the thermodynamic conditional pressure fluctuations that occur in liquids and gases in the druckerhöhtem Condition occur, be used for energy conversion.

Bisheriges Problem, bei der Umwandlung von thermodynamisch bedingten Druckschwankungen, in dem Bereich, in dem sie auch die Brownsche Molekularbewegung verursachen, war der Umstand, das eine entsprechendes piezoelektrisches Wandlerelement, mit einer Membrangröße von Beispielsweise 10 Quadratmikrometer, eine Baulänge von ca. 100 Mikrometern haben muß, damit eine technisch verwertbare Ausgangsspannung entstehen kann, die dann größtenteils oberhalb der Schleusenspannung der verwendeten Dioden liegt.previous Problem with the conversion of thermodynamically induced pressure fluctuations, in the area in which she also Brownian molecular motion cause was the circumstance that a corresponding piezoelectric Transducer element, with a membrane size of for example 10 square microns, a length of about 100 microns must have, so a technically usable Output voltage can arise, which then largely above the slip voltage of the used diodes.

Derartige Nadeln, aus piezoelektrischem Material, wären dann aber, aufgrund des Verhältnisses vom Durchmesser zur Gesamelementlänge in Verbindung mit dem Ruhedruck, der auf ihnen lastet, extrem bruchgefährdet.such Needles, made of piezoelectric material, but would then, due to the ratio from the diameter to the total element length in connection with the static pressure, that weighs on them, extremely vulnerable to breakage.

Mittels des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens, des erfindungemäßen piezoelektrischen Wärmewandlers, lassen sich aber nun solche piezoelektrischen Gesamtelemente, mit jedem noch so extremen Durchmesser/Längenverhältnis, hestellen, da jedes dieser Elemente durch eine Vielzahl von Membransicken, in seiner Lage aufgehängt und so stabelisiert ist.through the production process according to the invention, of the inventive piezoelectric Heat converter, but can now such piezoelectric elements, with no matter how extreme diameter / aspect ratio, as each these elements through a variety of membrane thicknesses, in his Location hung up and so is stabelisiert.

Die Form, eines jeden piezoelektrischen Wandlerelementes kann die Noppenform oder auch die Ringform sein.The Shape of each piezoelectric transducer element may be the stud shape or be the ring shape.

Die Gleichrichtung, der piezoelektrisch erzeugten Wechelspannung, sollte mittels Dioden in einer Brückenschaltung, erfolgen.The Rectification, the piezoelectrically generated alternating voltage, should by means of diodes in a bridge circuit, respectively.

Durch die Paralell-, bzw. Reihenschaltung der Gleichspannungsausgänge der Brückenschaltungen, lassen sich so dann auch verschiedene Ausgangsspannungen herstellen.By the parallel or series connection of the DC outputs of Bridge circuits, In this way different output voltages can be produced.

Als Füllgas der erfindungsgemäßen piezoelektrischen Wärmewandler, eignen sich besonders Gase mit niedrigem Siedepunkt und geringer Gefährlichkeit für die Umwelt.When filling gas the piezoelectric according to the invention Heat converter, Particularly suitable are gases with a low boiling point and less dangerousness for the Environment.

Die Anwendungsbereiche für den piezolelektrischen Energiewandlers sind sehr vielfältig.The Application areas for The piezoelectric energy converter are very diverse.

Grundsätzlich kann er in allen Bereichen eingesetzt werden, in denen bisher noch Akkumulatoren, bzw. galvanische Elemente eingesetzt werden.Basically it can be used in all areas where accumulators, or galvanic elements are used.

Auch zur Deckung großer Energiemengen ist er geeignet.Also to cover large He is suitable for energy.

Die Zeichnung (1) zeigt ein piezoelektrisches Einzelelement mit Bemassung.The drawing ( 1 ) shows a single piezoelectric element with dimensions.

Bezugszeichen 1 bezeichnet das Keramiktäfelchen aus einer piezoelektrischen Keramik.reference numeral 1 denotes the ceramic tablet of a piezoelectric ceramic.

Bezugszeichen 3 zeigt eine Metallschicht, die zuvor auf das Keramiktäfelchen aufgebracht und mit diesem, z.B. durch glühen verbunden wurde.reference numeral 3 shows a metal layer, which was previously applied to the ceramic tablet and connected to this, for example by annealing.

Mittels eines UV-Licht-Lasers wurde danach der ringförmige Spalt (Bezugszeichen 4) in die piezoelektrische Keramik eingebracht.By means of a UV light laser was then the annular gap (reference numeral 4 ) is introduced into the piezoelectric ceramic.

Durch die Einwirkung, z.B. eines Druckes beliebiger Art kam es dann zur Herstellung der Sicke (Bezugsz.: 2).By the action, for example, a pressure of any kind, it then came to the production of the bead (reference. 2 ).

Werden, nach diesem Fertigungsvorgang mehrere Folienabschnitte so aufeinandergeschichtet, daß die noppenförmigen piezoelektrischen Elemente deckungsgleich aufeinanderliegen, dann entsteht ein piezoelektrisches Gesamtelement von der Gesamtlänge, die sich durch die Summe der Einzelelemente ergibt (siehe Zeichnung, 2.)If, after this manufacturing process, several foil sections are stacked on one another in such a way that the nap-shaped piezoelectric elements lie congruently on one another, then a total piezoelectric element results from the total length, which results from the sum of the individual elements (see drawing, FIG. 2 .)

Die Einzelelemente sind dabei elektrisch in Reihe geschaltet.The Individual elements are electrically connected in series.

11

11
Täfelchen aus piezoelektrischem Materialtablet made of piezoelectric material
22
SickeBeading
33
Metallisierung als oberen Flächenkontaktmetallization as upper surface contact
44
gelaserter ringförmiger Spaltlasered annular gap
55
noppenförmiges piezoelektrisches Elementnap-shaped piezoelectric element
66
unterer Flächenkontaktlower surface contact

22

Piezoelektrisches Gesamtelement, das aus drei piezoelektrischen Elementen piezoelectric Total element consisting of three piezoelectric elements
zusammengesetzt wurde.composite has been.

Claims (1)

Piezoelektrischer Wärmewandler, gekennzeichnet dadurch, daß aus einem flächigen, piezoelektrischen Material, das einseitig mit einer Metallfolie verbunden wurde, mittels konventioneller Verfahren, noppenförmige, piezoelektrische Elemente, in der Größenordnung von wenigen Quadratmikrometer, hergestellt wurden, die danach dann nur noch an der Metallfolie befestigt sind und durch ein ensprechendes konventionelles Verfahren die Metallfolie, im Bereich dieser piezoelektrischen Elemente, so gedehnt wurde, so das sie dort als eine Sicke dient und dann durch ein deckungsgleiches Aufeinanderstapeln dieser piezoelektrischen Elemente und deren damit verbundenen elektrischen Reihenschaltung ein piezoelektrisches Gesamtelement entsteht, das dann, durch die Verschaltung mit vier Dioden in der Brückenschaltung, eine technisch verwertbare Gleichspannung liefern kann, vorzugsweise wenn es in einem Behälter mit einem Gas, das vorzugsweise unter erhöhtem Druck steht, untergebracht ist, und auf dieses piezoelektrische Gesamtelement die gleichen Druckschwankungen einwirken, die auch für die Brownsche Molekularbewegung ursächlich sind.Piezoelectric heat transducer, characterized in that out a flat, piezoelectric material, which is connected on one side with a metal foil was, by conventional methods, knobbed, piezoelectric Elements, of the order of magnitude of a few square microns, which were then produced only attached to the metal foil and by a ensprechendes conventional method the metal foil, in the range of this piezoelectric Elements, so stretched, so that it serves as a bead and then by a congruent stacking of these piezoelectric Elements and their associated electrical series connection a piezoelectric total element is created, which then, through the Interconnection with four diodes in the bridge circuit, a technical can deliver usable DC voltage, preferably when in a container with a gas, which is preferably under elevated pressure housed is, and on this piezoelectric element the same pressure fluctuations which also work for Brownian molecular motion is the cause.
DE102005025094A 2005-06-01 2005-06-01 Piezoelectric heat exchanger for use in, e.g., accumulator, has knob-shaped piezoelectric unit connected with metal foil, where pressure variations in gas of container act on piezoelectric unit to cause Brownian motion Withdrawn DE102005025094A1 (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009019005A1 (en) * 2009-04-15 2010-11-04 Taheripur, Mohammad Ali Device for use as energy source of clock to convert Brownian kinetic energy of fluid e.g. liquid, into electrical energy, has piezoelectric elements staying in contact with conductive layers, where surface of element lies in free manner
FR2951873A1 (en) * 2009-10-26 2011-04-29 St Microelectronics Crolles 2 DEVICE FOR CONVERTING THERMAL ENERGY IN ELECTRICITY
US8378558B2 (en) 2009-10-26 2013-02-19 Stmicroelectronics (Crolles) Sas Thermoelectric generator

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US8492958B2 (en) 2009-10-26 2013-07-23 Stmicroelectronics (Crolles) Sas Device for converting thermal power into electricity

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