EP2415087A2 - Thermogeneratoranordnung, thermischer schalter und verfahren zum betreiben einer elektrischen vorrichtung - Google Patents

Thermogeneratoranordnung, thermischer schalter und verfahren zum betreiben einer elektrischen vorrichtung

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Publication number
EP2415087A2
EP2415087A2 EP10718505A EP10718505A EP2415087A2 EP 2415087 A2 EP2415087 A2 EP 2415087A2 EP 10718505 A EP10718505 A EP 10718505A EP 10718505 A EP10718505 A EP 10718505A EP 2415087 A2 EP2415087 A2 EP 2415087A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
thermal generator
thermogeneratoranordnung
state
electrical signal
fire
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10718505A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Weidner
Manfred Mitreiter
Thilo Lacoste
Joachim Nurnus
Axel Schubert
Fritz Volkert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hekatron Vertriebs GmbH
Micropatent BV
Original Assignee
Micropelt GmbH
Hekatron Vertriebs GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Micropelt GmbH, Hekatron Vertriebs GmbH filed Critical Micropelt GmbH
Publication of EP2415087A2 publication Critical patent/EP2415087A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B13/00—Burglar, theft or intruder alarms
    • G08B13/02—Mechanical actuation
    • G08B13/08—Mechanical actuation by opening, e.g. of door, of window, of drawer, of shutter, of curtain, of blind
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B25/00—Alarm systems in which the location of the alarm condition is signalled to a central station, e.g. fire or police telegraphic systems
    • G08B25/008—Alarm setting and unsetting, i.e. arming or disarming of the security system

Definitions

  • Thermoelectric generator assembly thermal switch and method of operating an electrical device
  • the invention relates to a thermoelectric generator assembly according to claim 1, a thermal see switch according to claim 20 and a method for operating an electrical device according to claim 22.
  • Thermogenerators utilizing the Seebeck effect when exposed to a temperature gradient, generate an electrical voltage, e.g. for operating an electrical device (e.g., a measuring device).
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a way to operate an electrical device as energy-saving as possible using a thermogenerator.
  • thermogenerator arrangement having the features of claim 1
  • thermal switch having the features of claim 20
  • method having the features of claim 22.
  • thermoelectric generator assembly is provided with
  • Switching means by which the device is switchable from a first, energy-saving state to a second, active state; and - At least one thermal generator which generates an electrical signal at a temperature change in its environment, which is forwarded to the switching means, wherein
  • the switching means are designed so that the switching of the device from the first, energy-saving state to the second, active state in response to the electrical signal of the thermal generator takes place.
  • a thermal generator is a component which generates an electrical voltage by utilizing the Seebeck effect under the action of a temperature gradient.
  • a temperature change i. an increase in temperature or -Verring für, in the environment of the thermogenerator a sufficient temperature gradient acts on the thermogenerator, structures of different heat capacity (thermal mass) are provided on the hot and the cold side in particular.
  • thermogenerator With a temperature change in the environment, the temperature of the higher thermal capacity, more thermally-responsive structure will change more slowly than the temperature of the lower thermal-capacity structure.
  • different thermal response of hot and cold side of the thermogenerator arises at a temperature change occurring in its environment, a temperature gradient.
  • the thermal generator structures of different materials which have different specific heat capacities, and / or different mass may be provided.
  • thermogenerator operates in particular energy self-sufficient, i. it does not require an energy source for operation, but rather is a purely passive component that only generates a voltage when a temperature gradient occurs.
  • the electrically operable device is operated, in particular, via a voltage source (e.g., landline source or battery) separate from the thermogenerator, i. In its second, active state, the device draws the electrical energy necessary for the operation at least predominantly from the separate voltage source.
  • a voltage source e.g., landline source or battery
  • the electrically operable device can be switched from its first, energy-saving state to the second, active state, eg "woken up” from a rest state.
  • “Energy-saving” means that the device consumes less electrical energy in the first state than in the second state Status,
  • the "first, energy-saving state” is also understood as meaning an off or a stand-by state of the device, and the switching means can also serve to switch the device from the active state into the energy-saving state.
  • the switching means are in particular designed such that they only switch the device between the first and the second state when the amount of the electrical signal transmitted to it by the thermal generator (ie the electrical voltage passed to it) exceeds a predefinable threshold value ,
  • the switching means are realized in particular in the form of an electronic circuit and / or a program code which is executed on a programmable unit.
  • the switching means are part of the electrically operable device.
  • the thermal generator, the switching means and the device form a unit, for example, these components are integrated in a common housing or at least arranged on a common carrier.
  • the electrically operable device is, for example, a hazard detector that alerts to imminent or acute danger situations, e.g. by generating an alarm signal.
  • the hazard detector is a fire detector and / or burglar alarm.
  • the electrically operable device may include an air pressure sensor, a humidity sensor, a temperature sensor, one or more gas sensors and / or a microprocessor.
  • the invention is not fixed to a particular type of device, in addition to the mentioned are in principle any other electrically operable devices conceivable that are switched depending on the thermal generator voltage from an energy-saving state to an operating state.
  • the device could itself be a temperature detection unit.
  • the thermogenerator (in particular on its hot or cold side) with a structure for receiving body heat, in particular for placing a hand portion (eg a finger), thermally connected and designed so that it as a result of laying on the Hand section on the structure in its ambient temperature change generates an electrical voltage that switches the device via the switching means from the first state to the second state.
  • the thermogenerator is thus designed in this embodiment as a manually operable thermal switch.
  • a switch could be operated not only with a hand portion, but in principle with other areas of the human body.
  • the structure for laying the finger may be made of copper or another good heat conductive metal, e.g. is thermally connected to a hot side of the thermogenerator.
  • a heat sink for example in the form of a heat sink
  • the largest possible temperature gradient arises in the area of the thermogenerator when the finger is placed on the finger.
  • the thermal generator and the structure for placing a hand section are integrated in a door handle.
  • the signal of the thermal generator is forwarded to the electrically operable device (for example one or more sockets or light sources) to be controlled by radio.
  • the electrically operable device is e.g. for generating a (in particular electrical, acoustic and / or optical) alarm and / or control signal which is triggered in response to the electrical signal of the thermal generator.
  • the thermogenerator effectively constitutes a detector which monitors its environment for a change in temperature and, upon occurrence of such, sends an electrical signal to the alarm device.
  • the device Prior to the triggering of an alarm signal, the device is in its first, passive state and is set to the second, active state by the signal of the thermal generator in which it is e.g. First, it checks whether the signal transmitted by the thermal generator exceeds a predefinable threshold value. Depending on this test, the device then generates e.g. itself an audible and / or visual alarm signal or sends a corresponding control signal to a signal generator and / or to an alarm center.
  • the alarm device first in response to a signal of the thermal generator, a (energy-consuming) measurement by means of another sensor activated and only depending on the result of this measurement triggers an alarm signal.
  • Applications include the monitoring of cooling or heating devices, a room temperature and in particular fire protection, which will be discussed in more detail below.
  • the electrically operable device comprises a fire detector for triggering an alarm signal.
  • the thermal generator is designed and arranged so that it generates an electrical signal in the event of a fire in its surroundings, wherein the switching means switch the fire detector from the first state to the second, active state as a function of the electrical signal of the thermal generator.
  • the thermogenerator thus has the function of a fire detector in this embodiment of the invention, which responds in particular to a rapid increase in temperature in its environment.
  • the second, active state (alarm state), which the fire detector is set to with a corresponding signal from the thermal generator, does not necessarily mean that a human-perceptible alarm signal is generated immediately. Rather, the second state of the fire detector initially also consist in that it activates one or more other detectors, which check whether a fire has arisen in the vicinity of the fire alarm.
  • this additional detector Only upon confirmation by this additional detector is then e.g. generates a light signal or an acoustic signal, for example from the fire detector itself or from a separate signal generator, which receives an electrical alarm signal from the fire alarm.
  • the fire detector after detection of a fire by the additional detector sends a communication signal (by wire or by radio) to a fire alarm panel, which then generates an alarm signal.
  • This alarm signal is in particular an optical / acoustic signal, an electrical signal to a signal generator and / or a communication signal to a rescue station (for example a fire brigade).
  • the fire detector has a separate from the thermal generator energy source (for example in the form of a battery), which supplies the fire detector with electrical energy. It is also conceivable that the fire detector in the second state is additionally or exclusively operated by the electrical energy generated by the thermal generator.
  • the electrical energy generated by the thermal generator can be used to the above-mentioned mentioned human-perceptible alarm signal generate, generate a corresponding control signal for triggering a human perceptible alarm signal and forward to a signal generator (or a control center) and / or activate further fire detectors of the fire alarm.
  • the fire alarm - as already mentioned above additional means for detecting a fire, i.
  • additional means for detecting a fire i.
  • thermogenerator used as a fire detector further means for detecting a fire are provided. This makes it possible, for example, to reliably detect fires that are associated with only a slow increase in temperature (smoldering fires).
  • the means for detecting a fire via activating means are activated at intervals to initiate a measurement for determining whether a fire exists in the vicinity of the fire detector, the time interval of the intermittently initiated measurements being compared to conventional fire detectors is chosen relatively large in order to minimize the energy consumption of the fire alarm. This is possible because flame fires that result in a rapid temperature change are detected by the thermogenerator and the additional means of detecting a fire are only for detecting slowly developing smoldering fires and otherwise only in the second state of the fire detector, i. after a signal from the thermal generator has arrived, be activated to verify the presence of a fire.
  • the interval between two measurements made by the means for detecting the fire after activation by the activation means is at least 5 seconds, at least 10 seconds, at least 30 seconds, or at least 60 seconds.
  • the detectors are activated approximately every 2s in order to detect even rapidly developing flame fires in time.
  • the means for detecting a fire include, for example, a smoke sensor (for example a scattered light sensor, a transmitted light sensor and / or ionisation sensor) and / or a fire gas sensor.
  • a temperature sensor element different from the thermogenerator could still be present, which in particular allows a measurement of the absolute temperature.
  • the fire detector may have any known detectors in addition, for example, infrared or ultraviolet detectors that detect a temperature increase or a Flackerfrequenz the fire flame.
  • a video camera could be used as a fire detector.
  • the fire detector has an additional temperature sensor for measuring the absolute ambient temperature, then, for example, parallel to a scattered light measurement carried out a temperature measurement and an alarm is triggered at a temperature above a predetermined threshold temperature.
  • the temperature measurements can be stored and compared, so that even slow temperature increases can be detected in a smoldering fire.
  • thermogenerator and fire detector can be tested in particular by means of test gas, since the thermogenerator registers a drop in temperature due to the expansion of the gas and / or the evaporative cold occurring. If an optical sensor is additionally present, it would then be activated, for example, by the temperature change occurring at the thermogenerator.
  • the thermal generator, the switching means and the fire detector form a common unit, for example, they are arranged in a common housing and / or on a common carrier.
  • the electrically operable device is a burglar alarm system; e.g. also in combination with the fire detector described above.
  • the device here comprises a structure-borne sound sensor, which can be switched from a passive to an active state via the switching means (that is, to a signal of the thermo generator).
  • the structure-borne sound sensor on a door (such as a vault door) or a window can be arranged so that in a break-in attempt (such as drilling or sawing the door or window) resulting heat causes an electrical signal of the thermal generator, the sound detector (or a another sensor of the burglary alarm system) from an energy-saving, passive state "wakes".
  • a break-in attempt such as drilling or sawing the door or window
  • the sound detector or a another sensor of the burglary alarm system
  • thermogenerator is a microfabricated (thin-film) device, although the invention is not limited to this type of thermo-generator.
  • an electronic circuit can be provided which amplifies the electrical signal generated by the thermal generator.
  • this circuit has at least one transistor, in particular a field effect transistor.
  • the circuit may also be part of the switching means.
  • the invention relates to a thermal switch having a thermal generator which generates an electrical signal under the action of a temperature gradient and whose cold side and / or hot side is thermally connected to a phase change material.
  • a phase change material has the ability to absorb heat through a phase transition, such as latent heat, required for a transfer of the material from one physical state to another, especially from the solid to the liquid state.
  • phase change materials are organic materials (eg sugar alcohols, paraffin waxes), salt solutions or salt hydrates.
  • the invention relates to a method for operating an electrical device, comprising the steps:
  • the FIGURE shows a thermo-generator arrangement with an electrically operable device in the form of a microcontroller 1, which has switching means in the form of a program code stored in the microcontroller, which can switch it from an active (second) state into an energy-saving first state or vice versa.
  • thermoelectric generator arrangement has a thermoelectric generator 2, which is produced in particular by microtechnology, and which is electrically connected to an interrupt port 11 of the microcontroller 1, which is monitored by the program of the switching means.
  • thermoelectric generator 2 On one side (for example, the warm side) of the thermal generator 2, a structure in the form of a copper plate 3 for laying a finger (or other hand portion) is provided. On the opposite side (cold side) of the thermal generator 2 is a heat sink, for example in the form of a rib heat sink.
  • a temperature gradient which acts on the thermoelectric generator 2, whereby at this an electrical voltage is produced, for example, a voltage of at least 0.3 volts.
  • This voltage is forwarded via a transistor circuit in the form of an FET circuit 5 to the interrupt port 1 1 of the microcontroller 1.
  • the FET circuit 5 is used for
  • thermo generator in particular when using a microtechnologically produced thermogenerator, the voltage generated by the thermal generator can be so high that it can be detected even without the FET circuit at the interrupt port 11. Thus, it is possible that the thermo generator signal is fed directly to the interrupt port 1 1 and is dispensed with a processing electronics. It is also conceivable to transform the voltage generated by the thermal generator to a higher voltage, wherein in particular the transistor circuit and the current source 52 can be dispensed with, so that the thermal generator operates in an energy-autonomous manner.
  • thermogenerator 2 thus serves as a manually operable thermal switch for activating the microcontroller 1.
  • the switch principle shown in the figure can of course be combined with other electrically operable devices, for example, with sockets or generally with electrical circuits whose energy-saving first state of Off state is and closed at the input of a forwarded from the thermal generator electrical signal, that is to be switched to the on state.
  • the thermal switch with the components thermal generator 2, copper plate 3 and heat sink 4 can be used in this or similar form also to register a temperature increase in the vicinity of this arrangement.
  • the copper plate and the heat sink are formed with very different heat capacities, so that when a temperature change in the environment of the thermal generator, for example, the copper plate reacts faster, i. heats up faster than the heat sink.
  • thermogenerator assembly may also have more than one thermogenerator.
  • a single thermal generator can control multiple electrical devices, such as multiple microcontrollers.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Thermogeneratoranordnung, mit einer elektrisch betreibbaren Vorrichtung (1); Umschaltmitteln, über die die Vorrichtung aus einem ersten, energiesparenden Zustand in einen zweiten, aktiven Zustand schaltbar ist; und mindestens einem Thermogenerator (2), der bei einer Temperaturänderung in seiner Umgebung ein elektrisches Signal erzeugt, das an die Umschaltmittel weitergeleitet wird, wobei die Umschaltmittel so ausgebildet sind, dass das Umschalten der Vorrichtung aus dem ersten Zustand in den zweiten Zustand in Abhängigkeit von dem elektrischen Signal des Thermogenerators (2) erfolgt. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen thermischen Schalter sowie ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Vorrichtung.

Description

Thermogeneratoranordnung, thermischer Schalter und Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Vorrichtung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Thermogeneratoranordnung gemäß Anspruch 1 , einen thermi- sehen Schalter gemäß Anspruch 20 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Vorrichtung gemäß Anspruch 22.
Thermogeneratoren erzeugen unter Ausnutzung des Seebeck-Effekts bei Einwirkung eines Temperaturgradienten eine elektrische Spannung, die z.B. zum Betreiben einer elektrischen Vorrichtung (z.B. einer Messvorrichtung) genutzt werden kann.
Das von der vorliegenden Erfindung zu lösende Problem besteht darin, eine Möglichkeit anzugeben, eine elektrische Vorrichtung unter Verwendung eines Thermogenerators möglichst energiesparend zu betreiben.
Dieses Problem wird durch die Thermogeneratoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , durch den thermischen Schalter mit den Merkmalen des Anspruchs 20 sowie durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 22 gelöst.
Danach wird eine Thermogeneratoranordnung bereitgestellt, mit
- einer elektrisch betreibbaren Vorrichtung;
- Umschaltmitteln, über die die Vorrichtung aus einem ersten, energiesparenden Zustand in einen zweiten, aktiven Zustand schaltbar ist; und - mindestens einem Thermogenerator, der bei einer Temperaturänderung in seiner Umgebung ein elektrisches Signal erzeugt, das an die Umschaltmittel weitergeleitet wird, wobei
- die Umschaltmittel so ausgebildet sind, dass das Umschalten der Vorrichtung aus dem ersten, energiesparenden Zustand in den zweiten, aktiven Zustand in Abhängigkeit von dem elektrischen Signal des Thermogenerators erfolgt.
Wie eingangs bereits erwähnt, ist ein Thermogenerator ein Bauelement, das unter Ausnutzung des Seebeck-Effektes unter Einwirkung eines Temperaturgradienten eine elekt- rische Spannung erzeugt. Damit bei einer Temperaturänderung, d.h. einer Temperaturerhöhung oder -Verringerung, in der Umgebung des Thermogenerators ein ausreichender Temperaturgradient auf den Thermogenerator einwirkt, sind an dessen Warm- und der Kaltseite insbesondere Strukturen unterschiedlicher Wärmekapazität (thermischer Masse) vorgesehen.
Bei einer Temperaturänderung in der Umgebung wird sich die Temperatur der thermisch trägeren Struktur mit der höheren Wärmekapazität langsamer verändern als die Temperatur der Struktur mit der niedrigeren Wärmekapazität. Durch das auf diese Weise realisierte unterschiedliche thermische Ansprechverhalten von Warm- und Kaltseite des Thermogenerators entsteht bei einer in seiner Umgebung auftretenden Temperaturänderung ein Temperaturgradient. Beispielsweise können an Kalt- und Warmseite des Thermogenerators Strukturen aus unterschiedlichen Materialien, die unterschiedliche spezifische Wärmekapazitäten aufweisen, und/oder unterschiedlicher Masse vorgesehen sein.
Der Thermogenerator arbeitet insbesondere energieautark, d.h. er benötigt zum Betrieb keine Energiequelle, sondern er ist ein rein passives Bauelement, das erst bei Auftreten eines Temperaturgradienten eine Spannung erzeugt. Die elektrisch betreibbare Vorrichtung wird hingegen insbesondere über eine vom Thermogenerator separate Spannungsquelle (z.B. Festnetzquelle oder Batterie) betrieben, d.h. in ihrem zweiten, aktiven Zu- stand bezieht die Vorrichtung die zum Betrieb notwendige elektrische Energie zumindest überwiegend von der separaten Spannungsquelle. Es kann jedoch vorgesehen sein, dass die Vorrichtung in ihrem aktiven Zustand zusätzlich oder ausschließlich durch die vom Thermogenerator gelieferte Spannung versorgt wird.
Über die Umschaltmittel kann die elektrisch betreibbare Vorrichtung aus ihrem ersten, energiesparenden Zustand in den zweiten, aktiven Zustand geschaltet werden, z.B. aus einem Ruhezustand „aufgeweckt" werden. „Energiesparend" bedeutet, dass die Vorrichtung im ersten Zustand weniger elektrische Energie verbraucht als im zweiten Zustand, wobei unter dem „ersten, energiesparenden Zustand" beispielsweise auch ein Aus- oder ein Stand-by-Zustand der Vorrichtung verstanden wird. Zudem können die Umschaltmittel auch dazu dienen, die Vorrichtung aus dem aktiven Zustand in den energiesparenden Zustand zu schalten.
Darüber hinaus sind die Umschaltmittel insbesondere so ausgebildet, dass sie die Vorrichtung zwischen dem ersten und den zweiten Zustand nur dann umschalten, wenn der Betrag des vom Thermogenerator an sie weitergeleiteten elektrischen Signals (d.h. der an sie weitergeleiteten elektrischen Spannung) einen vorgebbaren Schwellwert über- schreitet.
Die Umschaltmittel sind insbesondere in Form einer elektronischen Schaltung und/oder eines Programmcodes, der auf einer programmierbaren Einheit ausgeführt wird, realisiert. Beispielsweise sind die Umschaltmittel ein Bestandteil der elektrisch betreibbaren Vorrichtung.
In einer Ausgestaltung der Erfindung bilden der Thermogenerator, die Umschaltmittel und die Vorrichtung eine Einheit, beispielsweise sind diese Komponenten in ein gemeinsames Gehäuse integriert oder zumindest an einem gemeinsamen Träger angeordnet.
Die elektrisch betreibbare Vorrichtung ist beispielsweise ein Gefahrenmelder, der auf drohende oder akute Gefahrensituationen aufmerksam macht, z.B. durch Erzeugen eines Alarmsignals. Insbesondere ist der Gefahrenmelder ein Brandmelder und/oder ein Einbruchsmelder. Auf diese Varianten der Erfindung wird weiter unten eingegangen.
Des Weiteren kann die elektrisch betreibbare Vorrichtung einen Luftdrucksensor, einen Luftfeuchtigkeitssensor, einen Temperatursensor, einen oder mehrere Gassensoren und/oder einen Mikroprozessor umfassen. Selbstverständlich ist die Erfindung jedoch nicht auf einen bestimmten Vorrichtungstyp festgelegt, neben den genannten sind im Prinzip beliebige andere elektrisch betreibbare Vorrichtungen denkbar, die abhängig von der Thermogeneratorspannung aus einem energiesparenden Zustand in einen Betriebszustand geschaltet werden. Beispielsweise könnte die Vorrichtung auch selber eine Temperaturerfassungseinheit sein.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Thermogenerator (insbesondere über seine Warm- oder Kaltseite) mit einer Struktur zum Aufnehmen von Körperwärme, insbesondere zum Auflegen eines Handabschnittes (z.B. eines Fingers), thermisch verbunden und so ausgebildet, dass er in Folge der bei Auflegen des Handabschnittes auf die Struktur in seiner Umgebung auftretenden Temperaturänderung eine elektrische Spannung erzeugt, die die Vorrichtung über die Umschaltmittel aus dem ersten Zustand in den zweiten Zustand schaltet. Der Thermogenerator ist in dieser Ausgestaltung somit als ein manuell betätigbarer thermischer Schalter ausgeführt. Ein derartiger Schalter ließe sich natürlich nicht nur mit einem Handabschnitt, sondern im Prinzip auch mit anderen Bereichen des menschlichen Körpers betätigen.
Beispielsweise kann die Struktur zum Auflegen des Fingers aus Kupfer oder einem anderen gut wärmeleitfähigen Metall sein, das z.B. mit einer Warmseite des Thermogenera- tors thermisch verbunden ist. An der Kaltseite des Thermogenerators ist zum Beispiel eine Wärmesenke (etwa in Form eines Kühlkörpers) vorgesehen, so dass bei Auflegen des Fingers ein möglichst großer Temperaturgradient im Bereich des Thermogenerators entsteht.
In einer Weiterbildung dieser Variante sind der Thermogenerator und die Struktur zum Auflegen eines Handabschnitts in einen Türgriff integriert. Beispielsweise erfolgt das Weiterleiten des Signals des Thermogenerators an die zu steuernde elektrisch betreibbare Vorrichtung (beispielsweise eine oder mehrere Steckdosen oder Lichtquellen) per Funk.
Generell besteht die Möglichkeit, dass das Weiterleiten des elektrischen Signals des Thermogenerators an die Umschaltmittel drahtlos erfolgt. Es ist jedoch natürlich auch möglich, dass diese Verbindung über eine elektrische Leitung hergestellt wird.
Wie oben erwähnt, ist die elektrisch betreibbare Vorrichtung z.B. zum Erzeugen eines (insbesondere elektrischen, akustischen und/oder optischen) Alarm- und/oder Steuersignals ausgebildet, das auf das elektrische Signal des Thermogenerators hin ausgelöst wird. Der Thermogenerator stellt in dieser Erfindungsvariante gewissermaßen einen Detektor dar, der seine Umgebung auf eine Temperaturänderung überwacht und bei Auftreten einer solchen ein elektrisches Signal an die Alarmvorrichtung leitet. Vor Auslösen eines Alarmsignals befindet sich die Vorrichtung in ihrem ersten, passiven Zustand und wird durch das Signal des Thermogenerators in den zweiten, aktiven Zustand versetzt, in dem sie z.B. zunächst prüft, ob das vom Thermogenerator übermittelte Signal einen vorgebbaren Schwellwert übersteigt. In Abhängigkeit von dieser Prüfung erzeugt die Vorrichtung dann z.B. selber ein akustisches und/oder optisches Alarmsignal oder sendet ein entsprechendes Steuersignal an einen Signalgeber und/oder an eine Alarmzentrale.
Auch ist denkbar, dass die Alarmvorrichtung als Reaktion auf ein Signal des Thermogenerators zunächst eine (energieaufwendige) Messung mittels eines weiteren Sensors aktiviert und erst in Abhängigkeit vom Ergebnis dieser Messung ein Alarmsignal auslöst. Anwendungen sind z.B. die Überwachung von Kühl- oder Heizeinrichtungen, einer Raumtemperatur und insbesondere der Brandschutz, worauf im Folgenden näher eingegangen wird.
Zur Verwendung der erfindungsgemäßen Thermogeneratoranordnung im Brandschutz umfasst die elektrisch betreibbare Vorrichtung einen Brandmelder zum Auslösen eines Alarmsignals. Der Thermogenerator ist so ausgebildet und anzuordnen, dass er bei einem Brand in seiner Umgebung ein elektrisches Signal erzeugt, wobei die Umschaltmittel den Brandmelder in Abhängigkeit von dem elektrischen Signal des Thermogenerators aus dem ersten Zustand in den zweiten, aktiven Zustand schalten. Der Thermogenerator hat in diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung somit die Funktion eines Branddetektors, der insbesondere auf eine rasche Temperaturerhöhung in seiner Umgebung anspricht.
Der zweite, aktive Zustand (Alarmzustand), in den der Brandmelder bei einem entsprechenden Signal des Thermogenerators versetzt wird, bedeutet nicht unbedingt, dass sofort ein menschlich wahrnehmbares Alarmsignal erzeugt wird. Vielmehr kann der zweite Zustand des Brandmelders zunächst auch darin bestehen, dass er einen oder mehrere weitere Detektoren aktiviert, die überprüfen, ob in der Umgebung des Brandmelders ein Brand entstanden ist.
Erst bei Bestätigung durch diesen zusätzlichen Detektor wird dann z.B. ein Lichtsignal oder ein akustisches Signal erzeugt, beispielsweise vom Brandmelder selbst oder von einem separaten Signalgeber, der vom Brandmelder ein elektrisches Alarmsignal erhält. Es ist natürlich auch denkbar, dass der Brandmelder nach Detektion eines Brandes auch durch den zusätzlichen Detektor ein Kommunikationssignal (per Leitung oder per Funk) an eine Brandmelderzentrale sendet, die daraufhin ein Alarmsignal erzeugt. Dieses Alarmsignal ist insbesondere ein optisches/akustisches Signal, ein elektrisches Signal an einen Signalgeber und/oder ein Kommunikationssignal an eine Rettungsstelle (z.B. Feuerwehr).
Der Brandmelder weist insbesondere eine vom Thermogenerator separate Energiequelle (zum Beispiel in Form einer Batterie) auf, die den Brandmelder mit elektrischer Energie versorgt. Es ist auch denkbar, dass der Brandmelder im zweiten Zustand zusätzlich oder ausschließlich durch die vom Thermogenerator erzeugte elektrische Energie betrieben wird. Insbesondere kann die vom Thermogenerator erzeugte elektrische Energie dazu genutzt werden, das oben bereist erwähnte menschlich wahrnehmbare Alarmsignal zu erzeugen, ein entsprechendes Steuersignal zum Auslösen eines menschlich wahrnehmbaren Alarmsignals zu generieren und an einen Signalgeber (oder eine Steuerzentrale) weiterzuleiten und/oder weitere Branddetektoren des Brandmelders zu aktivieren.
In einer Weiterbildung dieser Erfindungsvariante weist der Brandmelder - wie oben bereits erwähnt - zusätzliche Mittel zum Detektieren eines Brandes auf, d.h. neben dem als Branddetektor eingesetzten Thermogenerator sind weitere Mittel zum Detektieren eines Brandes vorgesehen. Dies ermöglicht beispielsweise, auch Brände, die mit einer nur langsamen Temperaturerhöhung einhergehen (Schwelbrände), sicher zu detektieren.
Insbesondere werden die Mittel zum Detektieren eines Brandes über Aktivierungsmittel intervallweise zum Auslösen (Durchführen) einer Messung, mit der festgestellt werden kann, ob in der Nähe des Brandmelders ein Brand existiert, aktiviert, wobei der zeitliche Abstand der intervallweise ausgelösten Messungen im Vergleich zu herkömmlichen Brandmeldern relativ groß gewählt wird, um den Energieverbrauch des Brandmelders möglichst gering zu halten. Dies ist möglich, da Flammbrände, die eine schnelle Temperaturänderung zur Folge haben, mittels des Thermogenerators detektiert werden und die zusätzlichen Mittel zum Detektieren eines Brandes lediglich zum Detektieren von sich langsam entwickelnden Schwelbränden dienen und sonst nur im zweiten Zustand des Brandmelders, d.h. nachdem ein Signal vom Thermogenerator eingetroffen ist, aktiviert werden, um das Vorliegen eines Brandes zu verifizieren. Beispielsweise beträgt das Intervall zwischen zwei Messungen, die von den Mitteln zum Detektieren des Brandes nach Auslösung durch die Aktivierungsmittel durchgeführt werden, mindestens 5 Sekunden, mindestens 10 Sekunden, mindestens 30 Sekunden oder mindestens 60 Sekunden. In herkömmlichen Brandmeldern werden die Detektoren etwa alle 2s aktiviert, um auch sich schnell entwickelnde Flammbrände rechtzeitig detektieren zu können.
Die Mittel zum Detektieren eines Brandes umfassen beispielsweise einen Rauchsensor (zum Beispiel einen Streulichtsensor, einen Durchlichtsensor und/oder lonisationssensor) und/oder einen Brandgassensor. Zudem könnte noch ein vom Thermogenerator verschiedenes Temperatursensorelement vorhanden sein, das insbesondere eine Messung der Absoluttemperatur erlaubt. Im Prinzip kann der Brandmelder beliebige bekannte Detektoren zusätzlich aufweisen, beispielsweise auch Infrarot- oder Ultraviolett-Detektoren, die eine Temperaturerhöhung oder eine Flackerfrequenz der Brandflamme erkennen. Auch könnte eine Videokamera als Branddetektor verwendet werden.
Weist der Brandmelder einen zusätzlichen Temperatursensor zur Messung der absoluten Umgebungstemperatur auf, so kann zum Beispiel parallel zu einer Streulichtmessung eine Temperaturmessung durchgeführt und bei einer oberhalb einer vorgebbaren Schwelle liegenden Temperatur ein Alarm ausgelöst werden. Zudem können die Temperaturmessungen gespeichert und miteinander verglichen werden, so dass auch langsame Temperaturanstiege bei einem Schwelbrand detektiert werden können.
Die Anordnung aus Thermogenerator und Brandmelder kann insbesondere mittels Prüfgas getestet werden, da der Thermogenerator auch einen Temperaturabfall aufgrund der Ausdehnung des Gases und/oder der auftretenden Verdunstungskälte registriert. Ist zusätzlich ein optischer Sensor vorhanden, würde dieser dann beispielsweise durch die am Thermogenerator auftretende Temperaturänderung aktiviert.
Insbesondere bilden der Thermogenerator, die Umschaltmittel und der Brandmelder eine gemeinsame Einheit, beispielsweise sind sie in einem gemeinsamen Gehäuse und/oder auf einem gemeinsamen Träger angeordnet.
Darüber hinaus ist es, wie oben bereits erwähnt, auch denkbar, dass die elektrisch betreibbare Vorrichtung eine Einbruchsmeldeanlage ist; z.B. auch in Kombination mit dem oben beschriebenen Brandmelder. Beispielsweise weist die Vorrichtung hier einen Körperschallsensor auf, der über die Umschaltmittel (d.h. auf ein Signal des Thermoge- nerators hin) aus einem passiven in einen aktiven Zustand schaltbar ist.
Beispielsweise kann der Körperschallsensor an einer Tür (etwa einer Tresortür) oder einem Fenster so angeordnet werden, dass bei einem Einbruchsversuch (etwa einem Anbohren oder Ansägen der Tür oder des Fensters) entstehende Wärme ein elektrisches Signal des Thermogenerators hervorruft, das den Körperschallmelder (oder einen anderen Sensor der Einbruchsmeldeanlage) aus einem energiesparenden, passiven Zustand „aufweckt".
Der Thermogenerator ist insbesondere ein mikrotechnologisch (per Dünnfilmtechnik) hergestelltes Bauelement, obwohl die Erfindung nicht auf diese Thermogeneratorart beschränkt ist.
Des Weiteren kann ein elektronischer Schaltkreis vorgesehen sein, der das vom Thermogenerator erzeugte elektrische Signal verstärkt. Beispielsweise weist diese Schaltung mindestens einen Transistor, insbesondere einen Feldeffekttransistor, auf. Die Schaltung kann auch Bestandteil der Umschaltmittel sein. Es ist jedoch auch möglich, die Thermo- generatorspannung der Vorrichtung ohne vorgeschaltete Verstärker- oder sonstige Aufbereitungselektronik zuzuführen. In einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung einen thermischen Schalter, der einen Thermogenerator aufweist, der unter Einwirkung eines Temperaturgradienten ein elektrisches Signal erzeugt und dessen Kaltseite und/oder Warmseite mit einem Phasenwech- selmaterial thermisch verbunden ist. Ein Phasenwechselmaterial besitzt die Fähigkeit, Wärme durch einen Phasenübergang aufzunehmen, beispielsweise Latentwärme, die für einen Übergang des Materials von einem Aggregatzustand in einen anderen, insbesondere vom festen in den flüssigen Zustand, erforderlich ist. Beispiele für Phasenwechsel- materialien sind organische Materialien (z.B. Zuckeralkohole, Paraffinwachse), Salzlö- sungen oder Salzhydrate.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Vorrichtung, mit den Schritten:
- Bereitstellen eines Thermogenerators, der bei einer Temperaturänderung in seiner Umgebung ein elektrisches Signal erzeugt;
- Schalten der elektrischen Vorrichtung in einen energiesparenden ersten Zustand;
- Schalten der elektrischen Vorrichtung aus dem ersten Zustand in einen zweiten Zustand in Abhängigkeit von einem elektrischen Signal des Thermogenerators.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Figur näher erläutert.
Die Figur zeigt eine Thermogeneratoranordnung mit einer elektrisch betreibbaren Vorrichtung in Form eines Mikrocontrollers 1 , der über Umschaltmittel in Form eines in dem Mikrocontroller gespeicherten Programmcodes verfügt, die diesen aus einem aktiven (zweiten) Zustand in einen energiesparenden ersten Zustand oder umgekehrt schalten können.
Des Weiteren weist die Thermogeneratoranordnung einen insbesondere mikrotechnolo- gisch hergestellten Thermogenerator 2 auf, der elektrisch mit einem Interrupt-Port 11 des Mikrocontrollers 1 verbunden ist, der durch das Programm der Umschaltmittel überwacht wird.
An einer Seite (zum Beispiel der Warmseite) des Thermogenerators 2 ist eine Struktur in Form einer Kupferplatte 3 zum Auflegen eines Fingers (oder eines sonstigen Handabschnittes) vorgesehen. An der gegenüberliegenden Seite (Kaltseite) des Thermogenerators 2 befindet sich eine Wärmesenke, zum Beispiel in Form eines Rippenkühlkörpers. Bei Auflegen eines Fingers auf die Kupferplatte 3 entsteht zwischen dieser und der War- mesenke 4 ein Temperaturgradient, der auf den Thermogenerator 2 wirkt, wodurch an diesem eine elektrische Spannung entsteht, z.B. eine Spannung von mindestens 0,3 Volt.
Diese Spannung wird über eine Transistorschaltung in Form einer FET-Schaltung 5 an den Interrupt-Port 1 1 des Mikrocontrollers 1 weitergeleitet. Die FET-Schaltung 5 dient zur
Verstärkung des am Thermogenerator 2 entstehenden elektrischen Signals und weist hierzu neben dem FET 51 eine Stromquelle 52 (zum Beispiel in Form einer Batterie) auf.
Das Vorliegen einer Spannung an dem Interrupt-Port 1 1 wird von den Umschaltmitteln des Mikrocontrollers erkannt und dieser aus seinem inaktiven (ersten) Zustand in den aktiven (zweiten) Zustand geschaltet.
Es wird darauf hingewiesen, dass insbesondere bei Verwendung eines mikrotechnologisch erzeugten Thermogenerators die vom Thermogenerator erzeugte Spannung so hoch sein kann, dass sie auch ohne die FET-Schaltung am Interrupt-Port 1 1 detektierbar ist. Somit ist es möglich, dass das Thermogeneratorsignal unmittelbar dem Interrupt-Port 1 1 zugeführt und auf eine Aufbereitungselektronik verzichtet wird. Auch ist denkbar, die vom Thermogenerator erzeugte Spannung auf eine höhere Spannung zu transformieren, wobei insbesondere auf die Transistorschaltung und die Stromquelle 52 verzichtet werden kann, so dass der Thermogenerator energieautark arbeitet.
Der Thermogenerator 2 dient somit als manuell bedienbarer thermischer Schalter zum Aktivieren des Mikrocontrollers 1. Das in der Figur dargestellte Schalterprinzip kann selbstverständlich auch mit anderen elektrisch betreibbaren Vorrichtungen kombiniert werden, zum Beispiel mit Steckdosen oder allgemein mit elektrischen Schaltkreisen, de- ren energiesparender erster Zustand der Aus-Zustand ist und die bei Eingang eines vom Thermogenerator weitergeleiteten elektrischen Signals geschlossen, das heißt in den Ein-Zustand geschaltet werden.
Der thermische Schalter mit den Komponenten Thermogenerator 2, Kupferplatte 3 und Wärmesenke 4 kann in dieser oder ähnlicher Form auch dazu benutzt werden, um eine Temperaturerhöhung in der Umgebung dieser Anordnung zu registrieren. Insbesondere werden hierfür die Kupferplatte und die Wärmesenke mit stark unterschiedlichen Wärmekapazitäten ausgebildet, so dass bei einer Temperaturänderung in der Umgebung des Thermogenerators beispielsweise die Kupferplatte schneller reagiert, d.h. sich schneller erwärmt, als die Wärmesenke.
Bei einer schnellen Temperaturänderung, die zum Beispiel bei einem Brand auftritt, entsteht somit ein Temperaturgradient über den Thermogenerator 2 hinweg, wodurch an diesem eine elektrische Spannung entsteht, die als Steuerspannung zum Aufwecken einer mit dem Thermogenerator verbundenen elektrisch betreibbaren Vorrichtung dient. Selbstverständlich kann die Thermogeneratoranordnung auch mehr als einen Thermogenerator aufweisen. Des Weiteren kann zum Beispiel auch ein einzelner Thermogenerator mehrere elektrische Vorrichtungen steuern, beispielsweise mehrere Mikrocontroller.
Bezugszeichenliste
1 MikroController
2 Thermogenerator
3 Kupferplatte
4 Wärmesenke
5 FET-Schaltung
1 1 Interrupt-Port
51 Feldeffekttransistor
52 Spannungsquelle

Claims

Patentansprüche
1. Thermogeneratoranordnung, mit
- einer elektrisch betreibbaren Vorrichtung (1 ); - Umschaltmitteln, über die die Vorrichtung aus einem ersten, energiesparenden
Zustand in einen zweiten, aktiven Zustand schaltbar ist; und
- mindestens einem Thermogenerator (2), der bei einer Temperaturänderung in seiner Umgebung ein elektrisches Signal erzeugt, das an die Umschaltmittel weitergeleitet wird, wobei - die Umschaltmittel so ausgebildet sind, dass das Umschalten der Vorrichtung aus dem ersten Zustand in den zweiten Zustand in Abhängigkeit von dem elektrischen Signal des Thermogenerators (2) erfolgt.
2. Thermogeneratoranordnung nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch eine zum Thermogenerator (2) separate Spannungsquelle, die die Vorrichtung (1 ) im zweiten, aktiven Zustand mit einer Arbeitsspannung versorgt.
3. Thermogeneratoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermogenerator (2) die Vorrichtung (1 ) im zweiten, aktiven Zustand mit ei- ner Arbeitsspannung versorgt.
4. Thermogeneratoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermogenerator (2) energieautark arbeitet.
5. Thermogeneratoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermogenerator (2) an seiner Kaltseite eine erste Struktur (3) einer ersten Wärmekapazität und an seiner Warmseite eine zweite Struktur (4) einer zweiten Wärmekapazität, die von der ersten Wärmekapazität verschieden ist, aufweist.
6. Thermogeneratoranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Struktur ein Phasenwechselmaterial aufweist.
7. Thermogeneratoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch betreibbare Vorrichtung (1 ) eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Alarmsignals, einen Luftdrucksensor, einen Luftfeuchtigkeitssensor, mindestens einen Temperatursensor, mindestens einen Gassensor und/oder einen Mikroprozessor umfasst.
8. Thermogeneratoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermogenerator (2) mit einer Struktur (3) zum Auflegen eines Handabschnittes thermisch verbunden und so ausgebildet ist, dass er durch die bei Auflegen des Handabschnittes auf die Struktur (3) in der Umgebung des Thermo- generators (2) auftretende Temperaturänderung ein elektrisches Signal erzeugt.
9. Thermogeneratoranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermogenerator (2) und die Struktur (3) zum Auflegen eines Handabschnitts in einen Türgriff integriert sind.
10. Thermogeneratoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermogenerator (2), die Umschaltmittel und die Vorrichtung (1 ) in ein gemeinsames Gehäuse integriert und/oder an einem gemeinsamen Träger angeordnet sind.
1 1. Thermogeneratoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) in Form eines Gefahrenmelders ausgebildet ist, wobei die Umschaltmittel den Gefahrenmelder in Abhängigkeit von einem elektrischen Signal des Thermogenerators (2) aus dem ersten, energiesparenden Zu- stand in den zweiten, aktiven Zustand schalten.
12. Thermogeneratoranordnung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Gefahrenmelder einen Körperschallsensor aufweist, der in Abhängigkeit von einem elektrischen Signal des Thermogenerators (2) aus dem ersten, energiesparenden Zu- stand in den zweiten, aktiven Zustand schaltbar ist.
13. Thermogeneratoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) einen Brandmelder umfasst, wobei die Umschaltmittel den Brandmelder in Abhängigkeit von einem elektrischen Signal des Thermogenerators (2) aus dem ersten Zustand in den zweiten Zustand schalten.
14. Thermogeneratoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) als Brandmelder ausgebildet ist, die zusätzlich zu dem Thermogenerator (2) Mittel zum Detektieren eines Brandes aufweist, wobei die Umschaltmittel die Mittel zum Detektieren eines Brandes in Abhängigkeit von einem elektrischen Signal des Thermogenerators (2) aus dem ersten in den zweiten Zustand schalten.
15. Thermogeneratoranordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor einen Rauchsensor und/oder einen Brandgassensor aufweist.
16. Thermogeneratoranordnung nach Anspruch 14 oder 15, gekennzeichnet durch Ak- tivierungsmittel, die die Mittel zum Detektieren eines Brandes intervallweise aktivieren, so dass die Mittel zum Detektieren intervallweise Messungen zum Überprüfen, ob ein Brand existiert, durchführen.
17. Thermogeneratoranordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungsmittel die Mittel zum Detektieren eines Brandes so intervallweise aktivieren, dass der Abstand zwischen zwei ausgelösten Messungen mindestens 5 Sekunden beträgt.
18. Thermogeneratoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekenn- zeichnet durch einen elektronischen Schaltkreis (5), der das vom Thermogenerator
(2) erzeugte elektrische Signal verstärkt.
19. Thermogeneratoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermogenerator (2) mikrotechnologisch hergestellt ist.
20. Thermischer Schalter, mit einem Thermogenerator (2), der unter Einwirkung eines Temperaturgradienten ein elektrisches Signal erzeugt, wobei die Kaltseite und/oder die Warmseite des Thermogenerators mit einem Phasenwechselmaterial thermisch verbunden ist.
21. Thermischer Schalter nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenwechselmaterial Paraffin oder eine Salzlösung aufweist.
22. Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Vorrichtung, mit den Schritten: - Bereitstellen eines Thermogenerators (2), der bei einer Temperaturänderung in seiner Umgebung ein elektrisches Signal erzeugt;
- Schalten der elektrischen Vorrichtung (1 ) in einen ersten, energiesparenden Zustand;
- Schalten der elektrischen Vorrichtung (1 ) aus dem ersten Zustand in einen zwei- ten, aktiven Zustand in Abhängigkeit von einem elektrischen Signal des Thermogenerators (2).
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