DE102009008998B4 - Verfahren und Anordnung zur Erzeugung von Hochspannungen und Verwendung eines demgemäßen Hochspannungsgenerators - Google Patents

Verfahren und Anordnung zur Erzeugung von Hochspannungen und Verwendung eines demgemäßen Hochspannungsgenerators Download PDF

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    • H10N15/00—Thermoelectric devices without a junction of dissimilar materials; Thermomagnetic devices, e.g. using the Nernst-Ettingshausen effect
    • H10N15/10—Thermoelectric devices using thermal change of the dielectric constant, e.g. working above and below the Curie point

Abstract

Verfahren zur kontinuierlichen und gleichzeitigen Erzeugung von bipolaren Hochspannungen mit konstantem oder variierendem Spannungspegel durch Änderung der Temperatur von pyroelektrischen Substratpaaren, wobei die Temperatur von zwei miteinander in thermischem Kontakt stehenden Substraten, deren Substratausrichtung zueinander geeignet gewählt ist, temperatur- oder spannungsgesteuert oder -geregelt geändert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von positiven und negativen Hochspannungen mit konstantem oder variierendem Spannungspegel durch Temperaturänderungen in pyroelektrischen Materialien, das es ermöglicht, Hochspannungen bzw. Hochspannungsverläufe, mit vergleichsweise geringem technischem Aufwand zu erzeugen. Die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens eignet sich besonders als Hochspannungsquelle für elektrisch gesteuerte Ablenksysteme und für die Erzeugung von definierten Zündfunken. Eine besonders vorteilhafte Anwendung der Hochspannungsquelle in einem Elektrofilter wird vorgestellt.
  • In US 4 425 540 wird ein Verfahren und eine Anordnung zur Erzeugung von positiven oder negativen Hochspannungen mit konstantem oder variierendem Spannungspegel durch Änderung der Temperatur von pyroelektrischen Substraten, wobei die Temperatur von mindestens zwei miteinander in thermischen Kontakt stehenden Substraten temperatur- oder spannungsgeregelt geändert wird, offenbart.
  • Aus US 5 644 184 ist ebenfalls eine Vorrichtung bekannt, die unter Ausnutzung des pyroelektrischen Effektes aus thermischer Energie elektrische Energie erzeugt.
  • In DE 197 45 316 C2 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung von Hochspannungen, die durch erwärmen und abkühlen von pyroelektrischen Material erzeugt werden, offenbart, die zur Ionisation von Gasen vorgesehen ist.
  • Mit US 6 657 358 wird eine geregelte Spannungsquelle beschrieben, die eine pyroelektrische Kapazität beinhaltet, welche zur Integration in einen integrierten Schaltkreis (IC) geeignet sein soll.
  • Aus US 5 477 734 , insbesondere 3, ist eine Vorrichtung zur Messung von Wirbeln in strömenden Flüssigkeiten bekannt, bei dem zwei separate pyroelektrische Substrate, die unabhängig beheizt werden können, voneinander thermisch isoliert sind; dadurch können die Substrate gleichzeitig unabhängig voneinander beheizt werden. Die Messwerte der beiden Substrate werden elektronisch kombiniert, um den Winkel der Wirbel zu bestimmen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen. Insbesondere soll ein Verfahren zur Erzeugung von bipolaren Hochspannungen durch Temperaturänderungen in pyroelektrischen Materialien gefunden werden, das es ermöglicht, sowohl statische Hochspannungen als auch Hochspannungsverläufe zu erzeugen, deren Spannungswerte vergleichsweise genau den Sollwerten entsprechen. Zudem soll ein kontinuierlicher Betrieb einer entsprechenden Anordnung möglicht werden. Die Anordnung soll weiterhin kostengünstig und unkompliziert aufgebaut sein.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Verfahrensansprüche 1 und 2 und die Sachansprüche 3 und 4 gelöst. Eine Verwendung der Erfindung wird durch den Anspruch 5 offenbart.
  • Die Erfindung realisiert die kontinuierliche und gleichzeitige Erzeugung von positiven und negativen Hochspannungen mit konstantem oder variierendem Spannungspegel durch Änderung der Temperatur von pyroelektrischen Substratpaaren. Dazu wird die Temperatur von zwei miteinander in thermischem Kontakt stehenden Substraten mit zueinander geeignet gewählter Substratausrichtung (1) temperatur- oder spannungsgesteuert geändert.
  • Die Anordnung zur kontinuierlichen und gleichzeitigen Erzeugung von bipolaren Hochspannungen mit pyroelektrischen Substratpaaren ist weiterhin dadurch charakterisiert, dass die Temperatur von zwei miteinander in thermischem Kontakt stehenden Substraten und zueinander geeignet gewählter Substratausrichtung temperatur- oder spannungsgeregelt geändert wird (1).
  • Es ist auch vorgesehen, dass die Temperatur von zwei miteinander in thermischem Kontakt stehenden Substraten mit zueinander geeignet gewählter Substratausrichtung, die aus gleichorientierten Substratschichtungen (2) bestehen, geändert wird.
  • Erfindungsgemäß kann die Temperatur von zwei miteinander nicht in thermischem Kontakt stehenden Substraten und gegensinniger Substratausrichtung (3) auch temperatur- oder spannungsgesteuert synchron geändert werden.
  • Die hierfür eingesetzte Anordnung ändert die Temperatur von zwei miteinander nicht in thermischem Kontakt stehenden Substraten und gegensinniger Substratausrichtung (3) temperatur- oder spannungsgeregelt synchron.
  • Die Anordnung ist hierbei dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur von zwei miteinander nicht in thermischem Kontakt stehenden Substraten mit gegensinniger Substratausrichtung, die aus jeweils zwei gleichorientierten Substratschichtungen bestehen, geändert wird.
  • Es ist besonders vorteilhaft, die erfindungsgemäße Hochspannungsquelle in einem Elektrofilter zu verwenden.
  • Zu energieeffizienten Filterung von speziell durch Kleinpartikel belasteten Luft- oder Gaskanälen werden Elektrofilter zur Partikelabscheidung eingesetzt. In diesen Filtersystemen werden Kleinstpartikel durch Kanalführung über ein elektrostatisches Feld, erzeugt durch einen Hochspannungsgenerator und Spitzenelektroden elektrostatisch geladen und an einer nach geschalteten Niederschlagselektrode bzw. Kollektor abgeschieden. Bislang erfolgt die Erzeugung der Hochspannung durch Schaltwandler und nach geschalteten Kaskaden. Nachteilig ist, dass diese Generatoren durch hochfrequente Schaltzyklen EMV-kritische Störaussendungen erzeugen und schaltungstechnisch und in Bezug auf Ihre Bauteileanzahl sehr aufwendig und damit kostenintensiv sind.
  • Der Einsatz eines pyroelektrischen Hochspannungsgenerators im Elektrofilter vermeidet mit überraschender Effektivität die genannten Nachteile. Um eine kontinuierliche Filterwirkung im durchströmten Luftkanal mittels pyroelektrischem Spannungsgenerator zu erreichen, ist – wie durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anordnung möglich – eine Betriebsweise erforderlich, die kontinuierlich und gleichzeitig die Erzeugung einer bipolaren Hochspannung realisiert.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Substrat
    2
    Kontakte
    3
    Temperierquelle/Widerstandsheizer
    4
    durchgreifende Kontakte
    5
    Trägerelement
    6
    aufliegende Kontakte

Claims (4)

  1. Verfahren zur kontinuierlichen und gleichzeitigen Erzeugung von bipolaren Hochspannungen mit konstantem oder variierendem Spannungspegel durch Änderung der Temperatur von pyroelektrischen Substratpaaren, wobei die Temperatur von zwei miteinander in thermischem Kontakt stehenden Substraten, deren Substratausrichtung zueinander geeignet gewählt ist, temperatur- oder spannungsgesteuert oder -geregelt geändert wird.
  2. Verfahren zur kontinuierlichen und gleichzeitigen Erzeugung von bipolaren Hochspannungen mit konstantem oder variierendem Spannungspegel durch Änderung der Temperatur von pyroelektrischen Substratpaaren, wobei die Temperatur von zwei nicht miteinander in thermischem Kontakt stehenden Substraten, deren Substratausrichtung gegensinnig ist, temperatur- oder spannungsgesteuert oder -geregelt synchron geändert wird.
  3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrate aus gleichorientierten Substratschichtungen bestehen.
  4. Verwendung der Anordnung nach Anspruch 3 in einem Elektrofilter.
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