DE1231774B

DE1231774B - Arrangement for the direct conversion of thermal energy into electrical energy and vice versa

Info

Publication number: DE1231774B
Application number: DEJ19342A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Richard Hoh
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1961-01-28
Filing date: 1961-01-28
Publication date: 1967-01-05

Description

Anordnung zur unmittelbaren Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie und umaekehrt C Zusatz zum Patent: 1184 828 Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur umnittelbaren Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie und umgekehrt.Arrangement for the direct conversion of thermal energy into electrical energy and vice versa. C Addendum to patent: 1 184 828 The invention relates to an arrangement for the direct conversion of thermal energy into electrical energy and vice versa.

Im Hauptpatent 1184 828 wurde bereits für ein solches Verfahren vorgeschlagen, daß ein Energiespeicher in Form eines elektrischen Kondensators mit einem Dielektrikum, dessen Dielektrizitätskonstante sich in einem bestimmten Temperaturbereich mit der Temperatur ändert und dessen spezifische Wärme von der elektrischen Feldstärke im Dielektrikum abhängig ist, den folgenden Verfahrensschritten unterworfen wird: 1. Der Kondensator wird durch Zufuhr von elektrischer Energie auf eine bestimmte Spannung aufgeladen; 2. anschließend wird ihm, ohne Zufuhr weiterer elektrischer Energie, eine solche Menge an thennischer Energie zugeführt, daß sich die Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums ändert; 3. anschließend wird ihm elektrische Energie entzogen.In the main patent 1 184 828 it has already been proposed for such a method that an energy store in the form of an electrical capacitor with a dielectric whose dielectric constant changes with temperature in a certain temperature range and whose specific heat is dependent on the electric field strength in the dielectric, the is subjected to the following process steps: 1. The capacitor is charged to a certain voltage by supplying electrical energy; 2. then, without supplying further electrical energy, such an amount of thermal energy is supplied to it that the dielectric constant of the dielectric changes; 3. electrical energy is then withdrawn from it.

Dieser Vorgang kann dauernd wiederholt werden, so daß in dem Energiespeicherelement ständig Wärrneenergie in elektrische Energie umgewandelt wird. Hierbei kann die elektrische Energie in Form von Wechselstrom oder Gleichstrom entnommen werden.This process can be repeated over and over, so that in the energy storage element thermal energy is constantly being converted into electrical energy. Here the electrical energy can be drawn in the form of alternating current or direct current.

Bei den im Hauptpatent vorgeschlagenen Anordnungen zur Durchführung des obigen Verfahrens sind Mittel vorgesehen, die ein vorzeitiges Abfließen der Ladungen aus dem Energiespeicherelement verhindern. Bei diesen Anordnungen wird nämlich eine Stromquelle verwendet, mittels der das Energiespeicherelement aufgeladen wird. Zwischen dem Energiespeicherelement und der Stromquelle befindet sich ein nichtlineares Schaltelernent, beispielsweise eine Zenerdiode, durch die verhindert wird, daß elektrische Ladung von dem Speicherelement in die Batterie zurückfließt.In the arrangements for implementation proposed in the main patent the above method means are provided that a premature drainage of the Prevent charges from the energy storage element. With these arrangements namely, a power source is used by means of which the energy storage element is charged will. A is located between the energy storage element and the power source non-linear switching element, for example a Zener diode, which prevents becomes that electric charge flows back from the storage element into the battery.

Im Hauptpatent sind ferner zahlreiche Abwandlungen solcher Anordnungen zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärmeenergie und umgekehrt beschrieben.The main patent also contains numerous modifications of such arrangements for the conversion of electrical energy into thermal energy and vice versa.

Die Erfindung hat die Aufgabe, bei den Anordnungen des Hauptpatents die dort erforderlichen Batterien zu vermeiden, wodurch ein erheblicher Vorteil gegenüber den Anordnungen nach dem Hauptpatent erzielt wird; denn bekanntlich sind elektrische Stromquellen nicht unbegrenzt lagerfähig, so daß die im Hauptpatent beschriebenen Anordnungen nach langer Lagerzeit oder Gebrauchsdauer durch Auswechseln oder Aufladen der Stromquellen regeneriert werden müssen.The invention has the object in the arrangements of the main patent avoiding the batteries required there, which is a significant advantage is achieved compared to the arrangements according to the main patent; because are known to be electrical power sources cannot be stored indefinitely, so that in the main patent described arrangements after a long storage time or period of use by replacing or recharging the power sources need to be regenerated.

Die Erfindung, besteht darin, daß zur Verhinderung des vorzeitigen Abfließens der Kondensatorladungen ein elektrisches Schaltelement vorgesehen ist, in dem die elektrische Energie zeitweise in magnetische Energie umwandelbar ist.The invention, consists in that to prevent premature An electrical switching element is provided for the discharge of the capacitor charges, in which the electrical energy can temporarily be converted into magnetic energy.

Die Erfindung soll an Hand der Figuren näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail with reference to the figures.

F i g. 1 zeigt schematisch eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung, die in ihrem grundsätzlichen Aufbau der Schaltungsanordnung nach F i g. 4 des Hauptpatentes entspricht; in F i g. 2 ist eine weitere Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung dargestellt, die eine Abwandlung der Schaltungsanordnung nach F i gl. 12 des Hauptpatentes darstellt.F i g. 1 shows schematically a circuit arrangement according to the invention which, in its basic structure, is the circuit arrangement according to FIG. 4 of the main patent corresponds; in Fig. 2 shows a further circuit arrangement according to the invention, which represents a modification of the circuit arrangement according to FIG. 12 of the main patent.

Die Funktion der Zenerdiode 5" bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 4 des Hauptpatentes besteht darin, daß sie ein Abfließen der in dem Element 1 gespeicherten Ladung über die Last 6 verhindert, bis die, potentielle Energie, bei der die Ladung gespeichert wurde, durch Absorption von thermischer Energie im Element 1 verstärkt wurde. Diese Schaltungsanordnung wird gemäß der Erfindung so abgewandelt, wie dies in F i g. 1 dargestellt ist. Hierzu werden Schaltungselemente mit einer Zeitkonstantee verwendet, die eine bestimmte gewünschte Verzögerung ergeben. Die Anordnung nach F i g. 1 besteht aus dem Energiespeicherelement la, welches zwei Elektroden 2 a besitzt, zwischen denen das dielektrische Material 3 a, beispielsweise aus Bariumtitanat, angeordnet ist. Die beiden Elektroden 2 a sind an die Primärwicklung P des Transformators T angeschlossen, dessen Sekundärwicklung S mit der Last 6 a verbunden ist. Die in dem Element 1 a gespeicherte Ladung, die durch eine Batterie oder auf irgendeine andere Weise aufgebracht wird, besitzt eine potentielle Energie, welche durch schnelle Einwirkung von thermischer Energie verstärkt werden kann, beispielsweise durch Einwirkung eines schnell unterbrochenen Infrarotstrahles. Bei der Anordnung nach F i g. 1 fließt die Energie durch die Primärwicklung des Transformators T, wobei ein Energieaustausch zwischen dem magnetischen Feld und dem gespeicherten elektrischen Feld des Elementes 1 a stattfindet. Eine solche Anordnung entspricht einem parametrischen Schwinger mit niedriger Frequenz, wobei die Energie der »Pumpfrequenz« durch Umwandlung von thennischer Energie in dem Maße erhalten wird, wie die Temperaturschleifen im Apparat verlaufen. Die von dem Schwinger gelieferte Energie wird über die Sekundärwicklung S des Transformators T der Last 6 a zugeführt. Bei dieser Anordnung wird keine anfängliche Stromquelle benötigt, um die Vorrichtung in Gang zu bringen, da die thermisch erzeugte Bewegung der Elektronen in dem Element 1 a durch Aufnahme von thennischer Energie verstärkt wird und in dem Schwingkreis aus dem Element la und dem Transformator T Resonanzschwingungen erzeugt, wobei sich eine Ladung von selbst aufbaut.The function of the Zener diode 5 ″ in the circuit arrangement according to FIG. 4 of the main patent is that it prevents the charge stored in the element 1 from flowing off via the load 6 until the potential energy at which the charge was stored by absorption of thermal energy in element 1. According to the invention, this circuit arrangement is modified as shown in Fig. 1. For this purpose, circuit elements with a time constant which produce a certain desired delay are used of the transformer T i g. 1 consists of the power storage element la, which has two electrodes 2a, between which the dielectric material 3a, for example, barium titanate, is arranged. the two electrodes 2a are connected to the primary winding P, a secondary winding S is connected to the load 6 a. The charge stored in the element 1 a, which is supplied by a battery or on some is applied in another way, has a potential energy which can be increased by the rapid action of thermal energy, for example by the action of a rapidly interrupted infrared beam. In the arrangement according to FIG. 1 , the energy flows through the primary winding of the transformer T, an exchange of energy taking place between the magnetic field and the stored electrical field of the element 1 a. Such an arrangement corresponds to a parametric oscillator with a low frequency, whereby the energy of the "pump frequency" is obtained by converting thermal energy in proportion to the temperature loops in the apparatus. The energy supplied by the oscillator is fed to the load 6 a via the secondary winding S of the transformer T. With this arrangement, no initial power source is required to start the device, since the thermally generated movement of the electrons in the element 1 a is amplified by absorbing thermal energy and generates resonance oscillations in the resonant circuit from the element 1 a and the transformer T. , whereby a charge builds up by itself.

Eine weitere Abwandlung des Erfindungsgedankens ist in F i g. 2 dargestellt. Die Schaltungsanordnung nach F i g. 2 entspricht der Anordnung nach F i g. 12 des Hauptpatentes. Bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 2 werden zwei Kondensatoren mit ferroelektrischem Dielektrikum verwendet, mit denen in Verbindung mit einer rotierenden Vorrichtung Wechselstrom erzeugt werden kann.Another modification of the inventive concept is shown in FIG. 2 shown. The circuit arrangement according to FIG. 2 corresponds to the arrangement according to FIG. 12 of the main patent. In the circuit arrangement according to FIG. 2, two capacitors with ferroelectric dielectric are used, with which alternating current can be generated in connection with a rotating device.

Die Anordnung besteht aus den beiden Kondensatoren C, und C, die gegeneinander gepolt sind, aus dem Transformai#r 202 mit der Primärwicklung 203 und der Sekundärwicklung 204 und der Begrenzerdiode 205. Zwischen der Primärwicklung 203 des Transformators und der einen Elektrode des Kondensators C, ist die Last 201 angeordnet.The arrangement consists of the two capacitors C, and C, which are polarized against each other, of the transformer 202 with the primary winding 203 and the secondary winding 204 and the limiter diode 205. Between the primary winding 203 of the transformer and one electrode of the capacitor C, the load 201 is arranged.

Auch bei dieser Anordnung wird keine Batterie benötigt. Die an die gepolten Kondensatoren gebundenen Ladungen stellen die Ausgangsenergie dar, die verstärkt wird, wenn thennische Energie zur Einwirkung gelangt. Die durch den Reststrom der Kondensatoren verlorengehenden Ladungen werden durch eine Art Rückkopplungsanordnung wieder ergänzt, die aus dem Transformator 202 besteht mit der Primärwicklung 203, welche gleichzeitig als induktive Last wirkt, wodurch die Phasenverschiebung der Kondensatoren aufgehoben wird. Die Sekundärwicklung 204 ist an einem Ende mit der gemeinsamen Elektrode der beiden Kondensatoren verbunden, und zwar über eine Begrenzerdiode 205, und mit dem anderen Ende an die Elektrode des zweiten Kondensators angeschlossen, die nicht mit der Elektrode des ersten Kondensators direkt verbunden ist. Die Sekundärwicklung dient dabei als Spannungsgenerator,- durch den die Ladungen ersetzt werden, die durch Speicherung in dem magnetischen Feld der Primärwicklung verlorengehen.No battery is required with this arrangement either. The charges bound to the polarized capacitors represent the output energy, which is amplified when thermal energy comes into play. The charges lost due to the residual current of the capacitors are replenished by a type of feedback arrangement, which consists of the transformer 202 with the primary winding 203, which simultaneously acts as an inductive load, whereby the phase shift of the capacitors is canceled. The secondary winding 204 is connected at one end to the common electrode of the two capacitors via a limiter diode 205, and at the other end to the electrode of the second capacitor, which is not directly connected to the electrode of the first capacitor. The secondary winding serves as a voltage generator - by which the charges are replaced that are lost due to storage in the magnetic field of the primary winding.

Diese Anordnung kann leicht in ein Mehrphasensystern umgewandelt werden, wie es im Hauptpatent beschrieben ist.This arrangement can easily be converted into a multiphase system, as described in the main patent.

Die Erfindung ist nicht allein auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann auf alle Anordnungen angewendet werden, die bereits im Hauptpatent beschrieben wurden.The invention is not limited to those shown and described Embodiments are limited, but can be applied to all arrangements which have already been described in the main patent.

Claims

Claims: 1. Arrangement for the implementation of a method for the direct conversion of thermal energy into electrical energy and vice versa, in which an energy store in the form of an electrical capacitor, with a dielectric, the dielectric constant of which changes in a certain temperature range with the temperature and its specific heat is dependent on the electric field strength in the dielectric, is subjected to the following process steps: 1. The capacitor is charged to a certain voltage by supplying electrical energy, 2. then, without supplying further electrical energy, such an amount of thermal energy is supplied to it that the dielectric constant of the dielectric changes, 3. electrical energy is then withdrawn from it, and means are provided in order to prevent premature discharge of the charges from the energy store, according to patent 1184828, characterized in that to r Prevention of the premature discharge of the capacitor charge - an electrical switching element is provided in which the electrical energy can temporarily be converted into magnetic energy.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the electrodes of the energy storage element are connected to the primary winding of a transformer, while the secondary winding of the transformer is connected to the load. 3. Arrangement according to claim 1, characterized in that two mutually polarized energy storage elements are present, which are alternately heated and cooled, that an electrode of the first storage element is connected to an electrode of the second storage element and the connection of these two electrodes via a limiter diode and a secondary winding of a transformer is connected to the other electrode of the second storage element, while the non-common electrode of the first storage element is connected to the non-connected electrode of the second storage element via the load and the primary winding of the transformer. CI