DE19530382A1 - Generating electrical current, esp. small current - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von elektrischem Strom und Verwendungen des Verfahrens und der Vorrichtung.The invention relates to a method and an apparatus for generating electric current and uses of the method and the device.
Es gibt verschiedenste Arten von Verfahren zum Erzeugen von elektrischem Strom und insbesondere zur Erzeugung von sehr geringen Strömen, werden Solarelemente oder Batterien eingesetzt. Es ist daher stark verbreitet, Uhren, Taschenrechner und ähnliche elektronische Vorrichtungen mit Solarstrom oder Batterien zu betreiben. Es gibt jedoch viele Anwendungsgebiete, bei denen Solarstrom ausscheidet, da die elektronischen Einrichtungen nur ungenügend mit Licht in Berührung kommen und ein Batteriewechsel zu teuer oder aufwendig ist. Hierzu zählt beispielsweise die Versorgung von Hörgeräten mit elektrischem Strom, da ein Batteriewechsel von den Hörgerätbesitzern häufig nicht selbst vorgenommen werden kann und das regelmäßige Besorgen neuer Batterien relativ teuer ist.There are various types of methods for generating electrical Electricity and especially for the generation of very low currents Solar elements or batteries used. It is therefore very common for watches, Calculators and similar electronic devices using solar power or To operate batteries. However, there are many areas of application in which Eliminates solar power because the electronic equipment is insufficient Light comes into contact and changing the battery is too expensive or time-consuming. This includes, for example, the supply of electrical hearing aids Electricity, as hearing aid owners often do not change the battery themselves can be made and the regular procurement of new batteries is relatively expensive.
Bei Herzschrittmachern ist die Versorgung mit elektrischem Strom besonders schwierig, da ein Batteriewechsel ausscheidet und daher besonders lange haltbare Batterien verwendet werden müssen.With pacemakers, the supply of electrical current is special difficult because a battery change is ruled out and therefore particularly long-lasting Batteries must be used.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, zur Erzeugung von elektrischem Strom und insbesondere zur Erzeugung von geringen Strömen ein neues Verfahren vorzuschlagen. Außerdem sollen eine Vorrichtung zum Erzeugen von elektrischem Strom und Verwendungen des Verfahrens und der Vorrichtung vorgeschlagen werden. The invention is therefore based on the object for generating electrical current and in particular for generating low currents propose a new procedure. In addition, a device for Generating electrical power and uses of the method and Device are proposed.
Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren nach Anspruch 1, der Vorrichtung nach Anspruch 3 und den Verwendungen nach den Ansprüchen 9 und 10 gelöst.This object is achieved with the method according to claim 1, the device Claim 3 and the uses according to claims 9 and 10 solved.
Das erfindungsgemäße Verfahren bedient sich des Seebeck-Effektes. Bei diesem thermo-elektrischen Effekt wird die Kontaktstelle zweier verschiedener metallischer Leiter, Halbleiter oder elektro-chemisch verschiedener Phasen eines Stromkreises erwärmt, so daß je nach Materialzusammensetzung und Kombination der Leiter eine temperaturabhängige Thermospannung verschiedener Größe, und bei geschlossenem Stromkreis ein Thermostrom entsteht. Der Seebeck-Effekt ist die Umkehrung des Peltier-Effektes, der zur Temperaturmessung mit sog. Thermoelementen eingesetzt wird. Der Seebeck-Effekt benötigt aber eine Erwärmung der Kontaktstelle und somit ist zum Erzeugen von elektrischem Strom mittels des Seebeck-Effektes eine Wärmequelle notwendig.The method according to the invention uses the Seebeck effect. With this Thermo-electrical effect becomes the contact point of two different ones metallic conductor, semiconductor or electro-chemically different phases of one Circuit heated, so that depending on the material composition and Combination of the conductors a temperature-dependent thermal voltage of different sizes, and a thermal current when the circuit is closed arises. The Seebeck effect is the inverse of the Peltier effect that leads to Temperature measurement with so-called thermocouples is used. The Seebeck effect but needs heating of the contact point and is therefore to Generating electrical power using the Seebeck effect a heat source necessary.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß als Wärmequelle ein menschlicher oder tierischer Körper, der bekanntlicherweise eine relativ konstante Wärme erzeugt, verwendbar ist.The invention is based on the knowledge that a heat source human or animal body, known to be a relative generates constant heat, is usable.
Vor allem für elektronische Geräte, die am menschlichen Körper oder im Körper vorgesehen sind und eine konstante Energiezufuhr benötigen, kann mittels des Seebeck-Effektes die Körperwärme in elektrische Energie umgewandelt werden, die zur Versorgung der elektronischen Geräte ausreicht.Especially for electronic devices on the human body or in the body are provided and need a constant supply of energy, can by means of Seebeck effect that body heat is converted into electrical energy, which is sufficient to supply the electronic devices.
Es ist offensichtlich, daß die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens teure und umständliche Batteriewechsel erübrigt und daß das erfindungsgemäße Verfahren vor allem auch dort einsetzbar ist, wo weder eine Energieversorgung mit Batterien noch indirekt über Licht möglich ist. It is obvious that the use of the method according to the invention expensive and cumbersome battery replacement unnecessary and that the invention This method can also be used where there is no energy supply with batteries is still possible indirectly via light.
Mittels geeigneter elektronischer Einrichtungen kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein konstanter elektrischer Gleichstrom erreicht werden, der zum Betreiben verschiedenartiger Geräte dienen kann. Andererseits kann aber auch die unterschiedliche Körperwärme eine mit der Körperwärme variierende Spannung erzeugen, die für medizinische Zwecke genutzt wird. Beispielsweise kann mittels der variierenden Körperwärme eine Arzneimitteldosierung auf die jeweilige Körperwärme abgestimmt werden.By means of suitable electronic devices, the device according to the invention can be used Process a constant electrical direct current can be achieved, the Operate different types of equipment can serve. On the other hand, it can also the different body heat a different with the body heat Generate tension that is used for medical purposes. For example can use the varying body heat to dose the drug body heat can be adjusted.
Vorteilhaft ist es, wenn die zwei verschiedenen metallischen Leiter Zink bzw. Kupfer sind. Dies führt zu einer besonders hohen Spannung und erlaubt somit einen relativ starken Strom.It is advantageous if the two different metallic conductors are zinc or Are copper. This leads to a particularly high voltage and thus allows a relatively strong current.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen von elektrischem Strom kann sehr klein gebaut werden und eignet sich daher besonders gut zum Einbau in am Körper getragene Instrumente wie beispielsweise Uhren oder Hörgeräte; sie ist aber auch im Körper einzubauen und kann somit direkt an dem Ort, an dem elektrische Energie benotigt wird, implantiert werden.The device according to the invention for generating electrical current can be built very small and is therefore particularly suitable for installation in am Body-worn instruments such as watches or hearing aids; she is but also to be built into the body and can therefore be directly in the place where electrical energy is required to be implanted.
Vorteilhaft ist es, wenn das Zinkteil und das Kupferteil durch Schweißen oder Löten miteinander verbunden sind. Das Schweißen oder Löten ist eine einfache sichere Verbindungsart, die einen guten Kontakt und über längere Zeit eine sichere Verbindung gewährleistet.It is advantageous if the zinc part and the copper part by welding or Soldering are interconnected. Welding or soldering is easy secure connection type that makes good contact and long-term one secure connection guaranteed.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Zinkteil und das Kupferteil jeweils als Draht ausgebildet. Dies erlaubt es, das Zink- bzw. Kupferteil direkt als Leitung zwischen der Stelle an der durch Wärme der Strom erzeugt wird und dem Energieverbraucher zu verwenden. Hierbei dient das eine Ende der Drähte der Verbindung und das andere Ende der Drähte als Stromabnahmeeinrichtung. According to one embodiment of the invention, the zinc part and the copper part each formed as a wire. This allows the zinc or copper part to be directly as a line between the point at which electricity is generated by heat and to use by the energy consumer. One end of the wires is used here the connection and the other end of the wires as a current collector.
Weiter ausgestaltend ist vorgesehen, daß ein Kondensator mit der Zink- und/oder der Kupferleitung verbunden ist. Ein Kondensator kann als Puffer dienen und gleicht zeitliche Abweichungen zwischen Stromerzeugung und Stromverbrauch aus.It is further designed that a capacitor with the zinc and / or the copper line is connected. A capacitor can serve as a buffer and equal time differences between power generation and power consumption out.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn vor dem Kupferteil und /oder nach dem Zinkteil eine Diode angeschlossen ist und ein Mikroprozessor für eine konstante Gleichspannung sorgt. Die Diode verhindert ein Zurückfließen der Energie bei einer Temperaturabnahme an der Kontaktstelle zwischen Zink- und Kupferteil und der Mikroprozessor sorgt unabhängig von seiner Eingangsspannung für eine konstante Ausgangsspannung beispielweise von 1 bis 1,2 Volt.It is particularly advantageous if before and after the copper part Zinc part is connected to a diode and a microprocessor for a constant DC voltage ensures. The diode prevents the energy from flowing back a decrease in temperature at the contact point between the zinc and copper part and the microprocessor provides one regardless of its input voltage constant output voltage, for example from 1 to 1.2 volts.
Besonders geeignet ist das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben einer am Körper angebrachten Einrichtung. Nur beispielsweise wird das Betreiben eines Hörgerätes oder einer Uhr angesprochen, wobei für den Fachmann ersichtlich ist, daß sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein sehr breiter Bereich an Anwendungen erschließt. Insbesondere sei auf den medizinischen und den kosmetischen Bereich verwiesen.The method according to the invention and the Device according to the invention for operating a body-attached Facility. For example, the operation of a hearing aid or one Clock addressed, it being apparent to those skilled in the art that with the inventive method and the device according to the invention a very opens up a wide range of applications. In particular, be on the medical and cosmetics.
Außerdem ist die Vorrichtung und das Verfahren zum Betreiben von im Körper angeordneten Einrichtungen geeignet, da eine einmalig implantierte Einrichtung eine konstante Spannung bereitstellt, die unterschiedlichste medizinische Einrichtungen betreiben kann. Hierbei ist vorzugsweise an das Betreiben von Herzschrittmachern gedacht worden. Der Anwendungsbereich reicht jedoch von der puren Bereitstellung einer Spannung, die mit den Körperflüssigkeiten zu einem körperinternen Strom führt, über Arzneimitteldosageeinrichtungen bis zu Sensoren oder Sendern, die körperinterne Daten abrufbar dem Mediziner zur Verfügung stellen.In addition, the device and method for operating in the body arranged devices suitable because a single implanted device provides a constant tension, the most diverse medical Can operate facilities. This is preferably to operate Pacemakers have been thought. However, the scope ranges from the sheer provision of a tension associated with the body fluids leads to an internal current, via drug dosing devices up to Sensors or transmitters that the physician can access internal data Make available.
Ein Ausführungsbeispiel ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden weiter beschrieben. Es zeigt:An embodiment is shown in the drawings and is in following described further. It shows:
Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung und Fig. 1 shows schematically a device according to the invention and
Fig. 2 ein Schaltschema zum Betreiben eines Hörgerätes mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Fig. 2 is a circuit diagram for operating a hearing aid with the device according to the invention.
Fig. 1 zeigt das Seebeck-Element, das aus einem Zinkdraht 1 und einem Kupferdraht 2 besteht, die an der Stelle 3 miteinander verschweißt oder verlötet sind. Am jeweils anderen Ende der Drähte 1 und 2 ist eine Stromabnahmeeinrichtung 4 bzw. 5, die im vorliegenden Fall aus dem einfachen Ende des Drahtes besteht, das etwas verbreitert ist, um besser mit einem elektrisch leitfähigen Kabel verbindbar zu sein. Fig. 1 shows the Seebeck element, which consists of a zinc wire 1 and a copper wire 2 , which are welded or soldered together at point 3 . At the other end of the wires 1 and 2 there is a current take-off device 4 and 5 , which in the present case consists of the simple end of the wire, which is widened somewhat in order to be better connectable to an electrically conductive cable.
Bei der Verwendung der Vorrichtung nach Fig. 1 wird die Verbindungsstelle 3 an die menschliche Haut angelegt und die von der menschlichen Haut auf die Verbindungsstelle 3 übertragene Wärme erzeugt in den Drähten 1 und 2 und somit auch an den Stromabnahmeeinrichtungen 4 und 5 eine elektrische Spannung, die nach Schließen des Stromkreises einen elektrischen Strom bewirkt.When using the device according to Fig. 1, the connecting point 3 is applied to the human skin and the force transmitted from the human skin on the joint 3 generates heat in the wires 1 and 2 and therefore also to the current collectors 4 and 5, an electric voltage, which causes an electrical current after closing the circuit.
In Fig. 2 ist die in Fig. 1 gezeigt Vorrichtung in der Verwendung zum Betreiben eines Hörgerätes schematisch gezeigt. Die Verbindungsstelle 3 liegt an einem Teil der menschlidien Haut 6 so an, daß eine gute Wärmeübertragung von der menschlichen Haut 6 auf die Verbindungsstelle 3 gewährleistet ist. Die an der Verbindungsstelle 3 miteinander verbundenen Kupfer- bzw. Zinkdrähte 1 und 2 führen zu Dioden 7, 8, die dafür sorgen, daß ein elektrischer Strom nur in einer Richtung durch die Verbindungsstelle 3 fließen kann. Darüber hinaus ist in die Schaltung ein Kondensator 9 eingebaut, der eine unregelmäßige Spannungserzeugung abpuffert und die bereitgestellte Spannung einem Mikroprozessor 10 zuführt, der für eine konstante Gleichspannung sorgt. Eine bewegte Größe des Kondensators liegt bei 1 µF und 1,5 V. FIG. 2 schematically shows the device shown in FIG. 1 in use for operating a hearing aid. The connection point 3 lies against a part of the human skin 6 in such a way that good heat transfer from the human skin 6 to the connection point 3 is ensured. The copper or zinc wires 1 and 2 connected to one another at the connection point 3 lead to diodes 7 , 8 , which ensure that an electrical current can only flow through the connection point 3 in one direction. In addition, a capacitor 9 is built into the circuit, which buffers an irregular voltage generation and supplies the provided voltage to a microprocessor 10 , which ensures a constant DC voltage. A moving size of the capacitor is 1 µF and 1.5 V.
Als Mikroprozessor ist beispielsweise ein Schaltelement TAA 700 geeignet, der als Wandler für eine feste Gleichspannung von 1 bis 1,2 Volt sorgt.A switching element TAA 700, for example, is suitable as the microprocessor as a converter for a fixed DC voltage of 1 to 1.2 volts.
Es ist verständlich, daß bei einem derartigen System nur sehr geringe Ströme fließen können, diese Ströme reichen aber beispielsweise aus, um ein Hörgerät 11 zu betreiben, das als Verbraucher an die Schaltung angeschlossen ist.It is understandable that in such a system only very small currents can flow, but these currents are sufficient, for example, to operate a hearing aid 11 which is connected to the circuit as a consumer.
Die gesamte Schaltung inklusive des Seebeck-Elementes ist so klein auszuführen, daß sie ohne Schwierigkeiten in herkömmliche Hörgeräte eingebaut werden kann, um die bisher verwendete Batterie zu ersetzen oder zumindest zu entlasten.The entire circuit including the Seebeck element is so small that that they can be easily installed in conventional hearing aids can to replace or at least relieve the battery used previously.
Beim Betreiben der Vorrichtung nach Fig. 2 wird die gesamte Schaltung so in das Hörgerät eingebaut, daß die Verbindungsstelle 3 mit der Körperwärme in Verbindung steht und die erzeugte Spannung zur Versorgung des Hörgerätes 11 verwendet wird.When operating the device according to FIG. 2, the entire circuit is installed in the hearing aid in such a way that the connection point 3 is connected to the body heat and the voltage generated is used to supply the hearing aid 11 .
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