JP2011507479A - 液状電極を有するエネルギー回復装置 - Google Patents

Abstract

可変的な静電容量を有する少なくとも一つのコンデンサ（２１４）を含むエネルギー回復装置であって、コンデンサ（２１４）が、固定電極（２０６）、誘電体層及び液状電極（２０２）を備え、手段（２０８）が液状電極に電荷を注入し、又は液状電極から電荷を除去することができ、液状電極（２０２）の変位方向において、固定電極（２０６）から上流に配置される第２の面の一部を形成する電荷注入電極（２１５）と、液状電極（２０２）の変位方向において、固定電極（２０６）から下流に配置される第２の面の一部を形成する電荷除去電極（２１６）と、を含む。

Description

本発明は、少なくとも一つの液状電極を使用しているエネルギー回復装置に関し、特に機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する装置に関する。

どのように振動エネルギー（ｖｉｂｒａｔｏｒｙ ｅｎｅｒｇｙ）を電気エネルギーに変換するかは、例えば非特許文献１から知られている。非特許文献１は、可変的な静電容量（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を有する複数のコンデンサで形成されたエネルギー変換装置を開示する。この装置は２つの互いに噛み合った櫛状部（ｃｏｍｂｓ）を含む。 ２つの櫛状部のうち、一方の櫛状部が固定され、他方の櫛状部が振動の効果下で移動可能である。各コンデンサの第１のプレートは櫛状部の指状部（ｆｉｎｇｅｒ）によって、支えられる。そして、第２のプレートは第１のプレートに向かっている他の櫛状部の指状部によって、支えられる。このように、移動可能な櫛状部が移動するときに、各コンデンサのプレート間のエアギャップは変化する。複数のコンデンサの静電容量が最大となるときに、すなわちエアギャップが最小となるときに、各コンデンサに電荷を注入するように供給が行われる。複数のコンデンサの静電容量が最小となるときに、すなわち、エアギャップが最大となるときに、この電荷が回復される。電荷が一定であるとき、静電容量の値が減少するにつれて、プレート間の電圧が増加する。その結果、電気エネルギーが増加し、コンデンサが放電されるときに電気エネルギーは回復される。従って、振動エネルギーの電気エネルギーへの変換が実際に行われる。従って、静電容量の変化の周期における回復エネルギーは、電荷が除去されるときのエネルギーと電荷が注入されるときのエネルギーの差に対応する。

これらの装置は、比較的効率的である。しかし、それらには、大きな欠点がある。すなわち、プレート間の接触の危険性がある。この接触は一方では短絡を発生させることがあり、他方では機械的減衰を発生することがある。その結果、装置の変換効率が低減する。更に、この接触は、装置の性能の低下を引き起こす場合がある。

この接触を回避するために、剛性プレートが必要である。特に、櫛状部の場合において、非常に堅い指状部及び大きな装置を含むほぼ完全なガイダンスを有する必要がある。

更に、プレートの間に大きくて最小の安全なエアギャップのために配置される必要がある。現在、この種のエアギャップは、達することができる最大容量値を低減させ、これに伴って、静電容量変化の各サイクルで回復されることができるエネルギー量も低減され得る。

更に、移動する液体のエネルギー、例えば雨滴のエネルギーを回復することが可能であることは興味深い。上記の装置は簡単にはこのような回復を可能にしない。実際、雨滴がその移動可能な櫛状部を運動するように設定される。それは封止問題を必然的に提起するが、減少した変換収率も提供する。

特許文献１は、腕時計において用いられる機械的エネルギー変換装置を開示する。
この装置は、バイアスされた１つの表面と２本の隣接する固定電極により形成される第２の表面の間の電気的に非導電性液体において、移動できる１滴の水銀を含む。水銀の液滴が誘電体層によって、これらの電極の両方から絶縁される。従って、水銀の液滴は、各電極と共に可変的な静電容量を有するコンデンサを形成する。アセンブリはケースに入れられ水銀の液滴は重力の効果の下で移動する。水銀の液滴は両方の電極に沿って互恵的な（ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ）運動を実行する。そして、周期的方法の可変的な静電容量を有する２つのコンデンサの静電容量の変化を引き起こす。水銀の液滴の電荷及び放電を行うための段階はない。

米国特許第４，１２６，８２２号明細書

"Vibration-to-Electrical energy Conversion" Scott Meninger, Jose Oscar Mur-Miranda, Rajeevan Amirtharajah, Anantha P. Chandrakasan and Jeffrey H. Lang, in IEEE Transactions on very large Scale Integration (VLSI) Systems, Vol. 9, No.1, February 2001.

この装置で、雨滴の、又は、一方向性運動を有する液体又は他の如何なる液滴のエネルギーを回復することは、可能でない。

従って、本発明の目的は、可変的な静電容量を有するコンデンサのプレート間に接触されることを抑制することによって、エネルギー回復のための改良された効率を有するエネルギー変換装置を提供することである。

前もって述べられる目的は、固体プレート、固体誘電体、別のプレートを含む可変的な静電容量を有する少なくとも一つのコンデンサを含んでおり、その別のプレート自体が電気的に導電性の液体により形成される。

このように、プレート間の電気的接触の危険性は、抑制される。

換言すれば、電気回路が提供され、その電気回路の電気的な静電容量が位置、液状要素の存在、又は液状要素の形状に依存する。液状要素はコンデンサの静電容量の変化をもたらす機械的な力に影響される。それによって、所定の瞬間で電荷の注入又は除去によって、機械的エネルギーの電気エネルギーへの変換が可能となる。

一実施形態において、液状プレートは固定され、誘電体と移動部分との間に維持される。そして、移動部分の変位は、プレートの変形、それに伴うプレートに対向する表面積の変化、それに伴う静電容量の変化をもたらす。この実施形態において、誘電体を濡らせるための濡れ性（ｗｅｔｔａｂｉｌｉｔｙ）及びヒステリシス（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）が用いられ、誘電体に接する液体の表面積が再生可能変化し、また可逆的に変化する。

他の実施形態において、例えば雨滴の液滴からのエネルギー回復の場合、液状プレートは、可動式のであると共に各静電容量変化サイクルで更新される。これらの実施例では、変換装置は、固定プレートから上流に位置する液滴を帯電するための領域及び固定プレートの下流に位置する液滴を放電するための領域を含む。

特に、第２の実施形態においては、液体を帯電するための最大静電容量及び液体から電荷を除去するための最小の静電容量を検出することによって、装置は、電荷の注入及び除去を管理できる絶縁された固定電極及び電子システムを含む。

第３の実施形態において、装置は、電気的に絶縁された電極及び２本の非絶縁電極を含む。非絶縁電極の配置は、電子システム、注入制御及び除去制御を伴うことなく、簡単な電気的な接触によって自動的な電荷注入及び電荷除去を提供する。

液体が絶縁電極に近接して存在するとき、第１の非絶縁電極は絶縁電極に近接して配置されて、液体に電位を負わせることができる。液体が絶縁電極から遠ざけられるときに、第２の非絶縁電極は液体と接触し得る。電気回路は一方では絶縁電極と第１の非絶縁電極との間に電位差を印加するためのシステムと関係している。そして、放電するために、液体が第２の非絶縁電極と接触するときに、コンデンサは液体及び絶縁電極により生成される。

本発明の主な内容は、エネルギー回復装置である。そのエネルギー回復装置は、可変的な静電容量を有する少なくとも一つのコンデンサを含む。そのコンデンサは、単一の固定電極、誘電体層及び少なくとも一つの液状電極、及び液状電極に電荷を注入し、液状電極から電荷が除去する手段を備える。

第１の実施形態においては、装置は、誘電体層に対して相対的に固定電極の反対側に配置されて、固定電極から遠ざかるか近づくように移動可能な移動要素、誘電体層と移動要素との間に配置されている液状電極、移動要素の変位によって、変形する液状電極を含み、この変形はそのコンデンサの静電容量変化の拡大を可能とする。

移動要素は、有利には液状電極に電荷を注入して、液状電極から電荷を除去するために電気的に伝導性を有する。移動要素は装置製造を単純化する。

装置は、例えば、指状部を備えていると共に固定電極を形成している固定櫛状部と、固定櫛状部の指状部の間に配置される複数の移動要素を形成している指状部を備えている移動可能な櫛状部を含むことができる。固定櫛状部の指状部は、誘電体層でおおわれている。液状電極は、固定櫛状部の指状部と移動櫛状部の指状部との間に導かれている。

コンデンサに電荷を注入することができ、コンデンサから電荷を除去することができる手段は、コンデンサの静電容量が最大となる瞬間と静電容量が最小となる瞬間とを決定するための手段と、それぞれこれらの瞬間で電荷を注入し又は除去する手段と、を含む。

他の実施形態において、液状電極は、固定電極と平行する方向に沿って移動可能である。液状電極に電荷を注入できる手段は、固定電極の上流に配置されることができる、又は固定電極に対向していることができる。液状電極から電荷を除去できる手段は固定電極の下流に配置される。

第２の実施形態において、電気電極に電荷を注入し、電気電極から電荷を除去するための手段は、伝導性のワイヤにより接続される。例えば、装置は、誘電材料からなる壁と、この壁の第１の面上の固定電極と、第１の面の反対側に第２の面上の移動可能な液状電極であって、電荷注入手段及び電荷除去手段が、壁の第２の面に沿って張力がかけられたワイヤを含む液状電極と、コンデンサの静電容量が最大となる瞬間と、コンデンサの静電容量が最小となる瞬間とを決定する手段と、それぞれの瞬間に電荷を注入し、又は除去する手段とを含む。

第３の実施形態において、電荷注入手段、及び電荷除去手段は、液状電極の変位方向において固定電極から上流に配置される第２の面の一部を形成している電荷注入電極と、液状電極の変位方向において固定電極の下流に配置される第２の面の一部を形成している電荷除去電極とを含む。

液状電極が重力の作用の下で移動する場合には、壁が実質的に平らであって且つ斜めでなければならない。

移動電極が圧力の作用の下で移動する場合には、壁が円筒状であって、チャネルを形成することができる。第２の面はチャネルの内側面であることができる。液状電極が固定電極に向かっているときに電荷が注入されるように、電荷注入電極が実質的に固定電極であり、又は、実質的に上流に位置する。

例えば、チャネルは加圧された液状液滴の提供源に接続されることが意図されており、前記液滴は液状電極を形成することが意図されている。

他の例示的実施形態において、装置は、誘電体層で覆われている固定電極に対向し、又はわずかに上流に位置すると共に、固定電極で液状電極を通すためのエアギャップを定める少なくとも一つの電荷注入電極と、液状電極の変位方向において前記エアギャップの下流に配置された電荷除去電極と、を含む。有利なことに、この装置は、複数の電荷注入電極と、複数のエアギャップを形成している複数の挿入された固定電極と、を含み、電荷除去電極は、移動可能な電極の変位方向に実質的に直交して延びていると共に複数のエアギャップの前にある。

液状電極が電荷除去電極に位置するとき、コンデンサの静電容量が最小となるように、固定電極に対する電荷除去電極の位置は、有利に選択される。

有利には、誘電体層は、その電極のその液体に対して相対的に疎水性（ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）を有する。

他の実施形態では、本発明によるエネルギー回復装置は、水の膨張波（ｗａｖｅｓ ｏｆ ａｎ ｅｘｐａｎｓｅ ｏｆ ｗａｔｅｒ）のエネルギーを回復することを目的とする。波は液状電極を形成し、誘電体層で覆われていて、波のための通路を画成して並んで配置される複数の固定電極と、固定電極を移動させるときに波の表面が電荷注入電極から離れて移動し、又は近づくように固定電極の誘電体層上に位置して固定電極とそれぞれが関連付けられた複数の電荷注入電極と含む。また、装置は、水の広がりとの電気的な接触点を含む。装置は、少なくとも一つの固定電極と少なくとも一つの関連する電荷注入電極との間に電位を印加することができる電子バイアスシステムを含むことができる。

また、本発明の内容は本発明による少なくとも２台のエネルギー回復装置を含むエネルギー回復システムである。そして、前記装置がエネルギーの最大量を変換するように関連付けられている。

別の本発明の内容は、本発明による装置を使用する機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する方法であって、
-液状電極と固定電極との間に静電容量を変化させるように液状電極上に機械的な動作を印加する段階と、
コンデンサの静電容量を測定して、静電容量が最大及び最小となる瞬間を検出する段階と、
-静電容量の値が最大となるときに電荷を注入する段階と、
-静電容量の値が最小となるときに電荷を除去して、生成された電気エネルギーを回復する段階とを含む。

コンデンサの静電容量が最小となる瞬間と、コンデンサの静電容量が最大となる瞬間との決定は、コンデンサに残余の電荷を注入して、固定電極と液状電極との間の電位差を測定することによって得ることが可能である。

更なる本発明の内容は本発明による装置を使用する機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する方法であっで、
-液状電極と固定電極との間の静電容量を変化させるように、液状電極上に機械的な動作を印加する段階と、
-固定電極と電荷注入電極の間に所定のバイアス電圧を印加する段階と、
-液状電極と電荷注入電極との間の接触によって、電荷を注入する段階と、
-電荷を除去して、電荷除去電極との接触によって生成された電気エネルギーを回復する段階とを含む。

液滴が固定電極の上流に位置し、又は、固定電極に対して実質的に対向しているときに、電荷が注入されなければならない。液滴が固定電極の下流に位置するときに、電荷が除去されなければならない。

液状電極の速度が電荷除去電極でゼロに近いように、これらの方法は有利に、バイアス電圧を選択するための予備段階を含む。

最大の静電容量の態様における本発明の第１の実施形態の長手方向の概略断面図である。 最小の静電容量の態様における本発明の第１の実施形態の長手方向の概略断面図である。 図１Ｂの装置の代替装置の長手方向の概略断面図である。 図１Ａ及び図１Ｂの本発明の第１の実施形態が適用されたエネルギー回復装置の概略図である。 両方の電極が液体である図１Ａ及び１Ｂの別の実施形態を示す図である。 本発明の第２の実施形態の実施例の概略側面図である。 図２の装置の電気的な動作のサイクルのグラフ図である。 本発明に係る静電容量の変更対時間を示すグラフ図である。 電荷対時間を示すグラフ図である。 電圧対時間を示すグラフ図である。 本発明の第３の実施形態の第１の変形例の概略側面図である。 本発明の第３の実施形態の第２の変形例の概略側面図である。 図６Ａの装置の他の例示的実施形態の詳細図である。図６Ｂは、図６Ａの装置の他の例示的実施形態の詳細図である。 図６Ａの装置における液滴の典型的な提供源の概略断面図である。 第３の実施形態の第３の変形例の概略図である。 図８の詳細図である。 平面上の液滴及び疎水性を特徴づけている角度に関する略図を例示する図である。 波エネルギーが回復可能な本発明による装置の概略図である。

図１Ａ及び図１Ｂにおいて、本発明に係るエネルギー変換装置の第１の実施形態が示されている。第１の実施形態に係るエネルギー変換装置は、固定要素２及び移動要素４を含む。固定要素２及び移動要素４の両方は、互いに対向している実質的に平らである面２．１、４．１を含む。面４．１は、面２．１に近づき、又は面２．１から遠ざかることを目的としている。このために、移動部分４は、面２．１、４．１に対して実質的に垂直の軸Ｘに沿って移動可能である。

固定要素２は、コンデンサ用の電極又はプレートとして使われるように電気的に伝導性の材料からなるベース６と、絶縁電気材料から成ると共に好ましくは高い電気的な誘電率８を有し、且つ平面部２．１を形成するように、ベース６の１つの表面上に置かれる層と、を含む。

本発明では、電気伝導性の液状要素１０が、固定要素２と移動要素４の間に、特に誘電体層８及び面４．１との間に導入される。

ベース６、誘電体層８及び液状要素１０はコンデンサ１４を形成する。静電容量の値は変化でき、液状要素１０が可変的な形状で電極又はプレートを形成する。

例えば、水滴である液状要素１０は、移動要素４の変位によって、変形可能である。実際、移動要素が固定要素に近づくときに、水滴は圧搾される。従って、誘電体層との接触表面積が増加する。移動要素が固定要素２から遠ざかるときに、水滴は伸ばされ、誘電体層８との接触表面積が低減する。

従って、コンデンサ１４は、可変的な静電容量を有するコンデンサである。
コンデンサ１４は、移動部分の変位によって、変化し、特に液滴１０の変形によって、変化する。

実際、下記の式（１）を考慮すると、コンデンサの静電容量は、対向している電極の表面積に依存することが分かる。

ε_０は真空誘電率であり、ε_rは誘電体の相対的な誘電率であり、Ｓは対向する電極の表面積であり、ｄは電極の間の距離である。

距離ｄは一定で、誘電体層８の厚みによって、決定される。Ｓは、液滴１０の形状によって、変化し、特に液滴と誘電体層１０との間の界面の形状に応じて変化する。

図１Ａにおいて、対向面Ｓ_ｍａｘが最大となるので、従って、静電容量は最大となる。

図１Ｂにおいて、対向面Ｓ_ｍｉｎが最小となるので、従って、静電容量は最小となる。

以下、静電的なシステムにおけるエネルギー回復の原理を説明する。

この回復は、例えば変位エネルギー又は振動エネルギーのような機械的エネルギーから可変的な静電容量を有する一つ以上のコンデンサによる電気エネルギーへの変換により行われる。

通常、コンデンサの固体状の電極の相対的変位によって、静電容量の変化が得られる。又は、我々が以前に指摘したように、電極間の接触の危険性は、重要である。

変換は、以下の通りに行われる。
-静電容量が最大となるときに、所定の電荷はコンデンサに注入される。
-エネルギーが、一定の電荷での静電容量の減少によって増加するので、電極の間の距離のため、静電容量が最小となるときに、この電荷は回復される。

実際、コンデンサにおいて、電極間における電荷（Ｑ）、静電容量（Ｃ）及び電圧（Ｖ）の式は、以下の通りである。

エネルギーは、以下の式によって、与えられる。

従って、電荷が一定であるとき、静電容量の減少は電圧Ｖの増加を引き起こし、したがって、エネルギーＥが増加する。

本発明に係る静電的なシステムは、固体の移動電極を誘電体と接触する液状電極へ代替する。従って、以前に述べられる接触の危険性は、除去される。

本出願において、液体は、圧力又は重力の下で、粘性によって、流れ得る材料として理解される。典型的に、この材料は、１センチポアズ（ｃｅｎｔｉｐｏｉｓｅ）に等しい水の粘性以下の粘性を有する。しかし、数百センチポアズに達する粘性がより大きい材料が用いられ得る。液状電極の堆積は、例えば、１０μｌ〜１ｍｌの範囲内である。

有利に、電荷が移動要素４によって、液状要素１０に持ってこられる。この場合、移動要素４は、電気伝導性材料からなる。移動要素４は、電荷の注入及び回復を制御するために電子システム（図示せず）に接続している。

図１Ｂ'（１Ｂ^１）において、図１Ｂの変換装置の代替的な実施形態が示されている。コンデンサの最大静電容量に応じて液滴が十分に歪んだ状態に至るときに、すなわち液滴が固定電極６に対向している表面積を有するときに、液滴が電荷注入電極９と接触するように、この代替的な実施形態において、液滴への電荷の注入はＸ軸から少し離れて誘電体層８上に配置された電極９により実行される。この変形例は、コンデンサの静電容量が最大となるときに、液滴の形状をモニタすることなく、電荷が自動的に注入できるという利点を有する。

液滴を横切ると共に独立して設けられている電気導電体が設けられることができ、又は単に液滴と接触して、電子システムに接続する。

移動要素４は、例えばそれを支持しているシステムの振動によって、又は断続的な力（ｉｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔ ｆｏｒｃｅｓ）により変位される。

コンデンサ１０の静電容量の最大値及び最小値の測定は、例えば、移動要素の最も遠い位置を検出する位置センサーによって、又はコンデンサに残余の電荷を永久に適用して、電極の間に電位差を測定することによって、成し遂げられることが可能である。電位差の値が最大となるときに、静電容量の値は最小となり、電位差の値が最小となるときに、静電容量の値は最大となる。

有利なことに、誘電体層８の材料は、液状要素に関して疎水性（ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｉｔｙ）及び低い濡れ性のヒステリシス（ｌｏｗ ｗｅｔｔｉｎｇ ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）と高い濡れ性のヒステリシス（ｕｎｗｅｔｔｉｎｇ ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）とを提供する。その後、摩擦は、液状要素１０と誘電体層８の間において、非常に低減され得る。その結果、摩擦によるエネルギー損失が低減され、エネルギー回復の歩留まりが改善される。

疎水性は、以下によって、特徴づけられることが可能である：
-濡れ角度θ、
-後者が移動するときに進角（ａｄｖａｎｃｅｄ ａｎｇｌｅ）θ_AVと液滴の遅角（ｒｅｃｅｄｅｄ ａｎｇｌｅ）θ_ARとの間の差Δθに対応する濡れヒステリシス（濡れ性のヒステリシス）

これらの角度は、図１０に図示されており、図１０において、液滴Ｇは、表面Ｐ上に見られ得る。

有利なことに、本発明を応用のために、９０°より大きい濡れ角度θと１０°より小さな差Δθとを有することが好ましい。例えば、材料は、例えばテフロン又はシリコン・オキシ・カーバイド（ＳｉＯＣ）のように、θ＝１１０°及びΔθ＝５°を有するように選択される。

図１Ａ及び図１Ｂにおいて例示される実施例においては、単一のコンデンサが、例示されている。本発明が図１Ｃに図示されているように、櫛状部タイプのエネルギー回復装置に適用されることができることは周知である。そして、液状要素が指状部の各組の間に導入される。装置において、指状部の間の距離がより大きいことができ、この場合には回復効率が改善される。誘電体との接触を回避することは可能であり、指状部の形状を液状電極に適合させることができ、これにより静電容量を増加させることは可能である。

図１Ｄに図示されているように、２本の液状電極を有することも可能である。そして、両方の液状電極１０．１、１０．１２が誘電体８によって、離間される。２つのオペレーティング・モードは、エアギャップを変化させるために意図され得る。エアギャップを変化は、機械的な力を適用して、両方の液状電極１０．１、１０．２を互いにより近づくようにすることによって、又はこの場合フレキシブルフィルムとして作られる誘電体８を引っ張ることによって行われる。このストレッチは、フィルムを薄層化し、それに伴ってエアギャップ、すなわち式（１）におけるｄを減少させる。それは、式（１）によって、コンデンサの静電容量の増加を引き起こす。更に、フィルムのストレッチによって、液状電極１０．１、１０．２が広がり、その結果、対向する表面積Ｓが増加する。それは、また、式（１）によってコンデンサの静電容量の増加をもたらす。

図２において、本発明の第２の実施形態の実施例が示されている。図２において、静電容量の変化は、液状要素を変位させることによって、得られる。

例示される実施例において、運動エネルギーと、傾けられた面１０４に沿って流れる液滴１０２の位置エネルギーを回復することが望ましい。

この装置は、液滴１０２が接触することになる面と対向する傾けられた面１０４の一面上に固定された固定電極１０６を含む。

傾けられた面は、電気的に絶縁性の材料からなり、有利には高い誘電率の材料１０９からなる。従って、この材料は、固定電極１０６を少なくとも固定電極１０６で液滴１０２から電気的に絶縁する。有利には、この平面は、強い疎水性のものであると共に低濡れヒステリシスを有する。そのため、摩擦損失が減少される。

また、装置は、電気導体１０８を含む。電気導体１０８は、傾けられた平面上において張力をかけられたフィラメントの形状である、その傾斜を追従する。

また、装置は、電子管理システム１１０を含む。電子管理システム１１０は、電荷を注入又は回復して、記憶領域１１２に変換エネルギーを伝達する。電荷は、液滴１０２が固定電極１０６から上流に位置するときに液滴に注入される。そして、液滴１０２が固定電極の下流に位置するときに、電荷は、液滴から取り除かれる。

このために、電子システム１１０は、固定電極１０６及びフィラメント１０８に電気的に接続されている。電子システム１１０は、固定電極１０６とフィラメントの間にバイアス電圧を印加できる。更に、電荷の注入及び除去は、フィラメント１０８により行われる。このために、電子システムは、コンデンサ１１４の静電容量が最大となるときに電荷を注入し、コンデンサ１１４の静電容量が最小となるときに電荷を除去することが可能な手段を含む。

電子システム１１０は、コンデンサ１１４の静電容量が最大又は最小にあるときを決定するための手段を含み、それぞれの適切の瞬間に、電荷を注入又は除去する。

例えば、電子システム１１０は、残余電荷の永続的な応用と、固定電極１０６と液滴１０２との間における電位差の測定とを提供し得る。電位差の値が最大となるときに静電容量の値が最小となり、電位差の値が最小となるときに静電容量の値が最大となる。

液滴１０２は、それが面１０４上に移動するときにフィラメント１０８と接触し、固定電極１０６に対する移動電極を形成する。従って、固定電極１０６、誘電体層１０９、フィラメント１０８及び液滴１０２のアセンブリは、可変的な静電容量のコンデンサ１１４を形成する。

図２においては、いくつかの液滴が示されている。実際に、後者は、いくつかの連続した瞬間での同じ液状のしずくを表す。時間内の液滴の位置を位置決めするため、符号１０２．１は、その最も初期の位置にある液滴を表し、符号１０２．４は、その最も後の位置の液滴を示す。符号１０２．２及び１０２．３は、中間の瞬間（ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ ｉｎｓｔａｎｔｓ）における中間の位置（ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ）の液滴を示す。

以下において、図３及び図４Ａ〜図４Ｃで例示されるグラフを用いて、この装置の動作を説明する。

液滴１０２．１は、重力によって面１０４に沿って移動する。この液滴は、初速Ｖｉで移動し始め、この速度は、増加する傾向がある。

液滴が固定電極１０６に近づくにつれて、コンデンサ１１４の静電容量は、段階的に増加する。これは図４Ａの第１の領域Ｉに例示されている。領域Ｉの端部において、Ｃ_ｍａｘとして指状部定される値に達するまでに、コンデンサ１１４の静電容量は、増加する。液滴が圧搾されるときに、領域ＩＩの初めに最大静電容量に至る。しかし、下記は、説明されるように、電荷は、領域Ｉの最後の部分に注入され、電荷の効果の下で、固定電極１０６に対向している面１０４上において、液滴が平らになる。

液滴１０２．２が固定電極１０６の反対側に到達するときに、電子システム１１０によって、フィラメント１０８を通じて決定された電荷Ｑが、液滴１０２．２に注入される。これは、図４Ｂの第２の領域ＩＩに見える。その瞬間の電荷エネルギーは、最小となる。液滴１０２に荷電すると、電流は、フィラメントにより形成される帯電電極の方へ、固定電極から流れる。

電荷Ｑによって、液滴１０２．３と面１０４に沿って変形すると共に、平らになる固定電極１０６との間に引力が生じる。これによって、式(１)によって、対向面の面積が、最大となるので、静電容量が、最大（図４Ａ）である。液滴の減速（ｓｌｏｗｉｎｇ ｄｏｗｎ）が、続く。しかし、液滴１０２．４は面１０４に沿って、その変位が続き、これによって、コンデンサ１１４の静電容量の減少が引き起こされる（図４Ａ、領域ＩＩ）。その後、制動エネルギー（ｂｒａｋｉｎｇ ｅｎｅｒｇｙ）は、液滴１０２．３と固定電極１０６の間で電位増加（式（２）及び式（３）と考える）を経て電気エネルギーに変わる。これは、図４Ｃの領域ＩＩにおいて示されている。図４Ｃにおいて、電圧変化対時間が例示されている。Ｖｃは電荷注入時の電圧であり、Ｖｄは、電荷除去時の電圧である。回復されたエネルギーは、差Ｖ_ｄ−Ｖ_ｃに正比例する。

静電容量が最小（Ｃ_ｍｉｎ）（図４Ａ及び４Ｃの領域ＩＩの最後の部分において見られる）であるときに発生する、エネルギーが最大に達するときに、液滴及び固定電極１０６により形成された静電容量に格納されるエネルギーＶｄは、回復されて、エネルギーを必要としている装置の方に直接又は例示される例えば電池又は静電容量の記憶領域１１２の方に直接収集される。液滴の放電の間、電流は、固定電極の方へフィラメントにより形成される放電電極から流れる。

従って、傾斜の底での液滴の速度Ｖｆは、エネルギー回復装置がない場合における速度より低い。

図３において、領域Ａは電荷Ｑの液滴への注入に対応し、領域Ｂは電荷が一定であるときにおける機械的エネルギーの電気エネルギーへの変換に対応する。液滴と固定電極との間の電位差が増加する間に、静電容量は減少する。領域Ｃは、電荷Ｑの回復、及びエネルギーの回復に対応する。

図５において、本発明の第３の実施形態の第１の代替例が、示されている。第１の代替例は、固定電極の下流における液滴への電荷注入及び固定電極から上流における液滴の電荷の除去が、電子システムからのいかなる制御なしに自動的に行われるという点において図２に図示される第２実施例と異なる。

また、装置は傾けられた面１０４を含む。そして、絶縁された固定電極１０６が面１０４の下に配置される。

面１０４は、高い誘電率を有する電気的に絶縁性の材料で製造される、
従って、面１０４は、少なくとも固定電極１０６で電気的に固定電極１０６を液滴１０２から絶縁する。有利には、面１０４は強く疎水的な表面を有すると共に、低いヒステリシスを有する。これによって、摩擦による損失が減少可能である。

装置は、液滴１０２の変位方向において固定電極１０６から上流に配置される第１の電極１１５を含む。この電極は、面１０４の一部を形成し、液滴の変位面と同一平面上にあり、それがその高さで移動するとき液滴が後者と接触する。それが液滴に電荷を注入することを目的とするので、帯電する電極を形成する第１の電極１１５、は電荷注入電極と呼ばれている。

装置は、液滴１０２の変位方向において固定電極１０６の下流に配置される第２の電極１１６を含む。また、この電極は、面１０４の一部を形成して、液滴の変位面と同一平面上にある。その結果、それがそのレベルに移動するときに、液滴は後者と接触する。この第２の電極は、放電電極を形成する。また、第２の電極は、液滴から電荷を除去することが意図されているので、電荷除去電極と呼ばれる。

固定電極１０６、面１０４及び移動液滴１０２により形成されるアセンブリは、可変的な静電容量を有するコンデンサ１１４’を形成する。

電荷注入電極１１５及び電荷除去電極１１６で、液滴の通過時の簡単な機械的な接触によって、液滴を分極化させ、液滴の電荷それぞれを抽出する。

電子システム１０８は、固定電極１０６と電荷注入電極１１５との間にバイアス電圧Ｕ_ｐｏｌをセットするための手段と、電荷注入回路を閉じるレジスタ１１８とを含む。他のいかなる電荷記憶装置又は電荷消費装置も、適切であることができる。

以下において、この装置の動作を説明する。

液滴１０２．１は、重力によって、面１０４に沿って移動する。その液滴は、初速Ｖｉで移動する。

液滴が固定電極１０６に近づくにつれて、コンデンサ１１４'の静電容量は、段階的に増加する。

液滴が電荷注入電極１１５と接触するときに、決定された電荷Ｑは、電子システム１１０によって、液滴に注入される。電荷を注入すると、即座に、電流は、固定電極から電荷注入電極の方へ流れる。静電容量は、実質的に最大となる。

電荷Ｑによって、液滴１０２．２と固定電極１０６との間に、引力が生じる。
引力は、液滴１０２．２を変形させ、液滴１０２．２を面１０４に沿って平らにさせる。静電容量は、それから最大となる（式（１）のため、対向面が最大となるから）。結果は、液滴が減速することである。しかし、液滴は面１０４に沿ってその運動を続ける。運動によって、静電容量が減少される。制動エネルギーは、液滴と固定電極１０６との間における電位（式を（２）及び（３）を考慮）の増加を通じて、電気エネルギーに変換される。

液滴１０２．３は、その移動を続ける。そして液滴１０２．３が電荷除去電極１１６に到達するときに、液滴により形成された静電容量、及び固定電極１０６は最小となる。電荷Ｑは、液滴が電荷除去電極１１６と接触するときに、液滴から削除される。電流は、電荷除去電極１１６から固定電極の方へ流れる。その後、この電荷に関連したエネルギーは、このエネルギーを必要としている装置の方へ又は例えば電池又はコンデンサのような記憶領域の方へ直接転送される。

電荷除去電極の位置は、その位置が固定電極１０６と共に液滴が最小の静電容量を有するコンデンサ形成する位置に対応するように決定される。

この実施形態において、電荷注入電極１１５及び電荷除去電極１１６は、液滴の位置の検出器の機能、更には電荷を注入又は除去することによるスイッチ機能を果たす。

本実施形態において、電子システムは、有効に単純化されることができる。それは、電子システムが、電荷除去電極１１６に集められると共に電荷注入電極１１５に戻される電子の流れを利用するだけであるからである。従って、電子システムは、コンデンサ１１４'の静電容量を測定するための、又は、電荷を注入し又は除去するためいかなる特定の手段も必要としない。

図６Ａにおいて、本発明による第３の実施形態の第２の代替例が、示されている。第２の代替例において、液滴は、もはや重力の影響を受けることなく、圧力の作用の下で移動する。

装置は、貯蔵部２００によって、液滴が供給される。

この貯蔵部２００は、排出管に加圧の液体／ガスの混合物を供給することを目的とする。この貯蔵部は、例えば水転倒（ｗａｔｅｒ ｆａｌｌ）によって、又は、パイプ中の二相流れ（ｂｉｐｈａｓｉｃ ｆｌｏｗ ｉｎ ａ ｐｉｐｅ）により形成されることができる。二相のうち一つは、電気伝導性を有する。

装置は、放電チャネル（ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｃｈａｎｎｅｌ）２０１を含む。図５の装置と同様に、絶縁性の固定電極２０６は、チャネル２０１の外側に配置される。電荷注入電極２１５は、実質的に固定電極２０６に対向して配置されると共に、放電チャネル２０１の壁の一部を形成する。電荷除去電極２１６は、矢印２０７により示されている液滴２０２の変位の方向において、固定電極２０６の下流に配置される。

液滴がチャネル２０１において、移動するときに、液滴は、電荷注入電極２１５と電気的に接触することになり、その後電荷除去電極２１６と接触することになる。

図示されている例において、電荷注入電極２１５及び電荷除去電極２１６は、両方とも、チャネル２０１の軸における同じ側に配置される。しかし、電荷除去電極２１６が固定電極２０６と同じ側に設けられることができ、又は完全なリングで形成され得る。

図６Ｂにおいては、図６Ａの装置の他の例示的な実施形態の拡大図が示されている。その例示的実施形態において、電荷注入電極は、ちょうど固定電極から上流に配置され、そして、電荷除去電極は、固定電極から下流のチャネルの内側のリングで形成される。

有利なことに、電極の形状及び位置は、液状電極及び絶縁電極により形成された静電容量が最大となるとき、電荷注入電極と液状電極との間に電気的接触の破壊がある。

電荷注入電極は、僅かに絶縁電極の上流に位置することができ及び／又は絶縁電極のサイズに対する減少したサイズを有することができる。

電気的接触は、絶縁電極及び液状電極に対向する表面が最大のときに、すなわち、液状電極と絶縁電極の間に静電容量が最大となるときに、破壊される。

液滴２０２は、チャネル２０１において、移動する。チャネルの区画は、液滴の濡れ性のため、２つの液滴２０２を切り離すガスが漏れることができないと考えられることが可能であるように選択される。従って、実際にガスは液滴上に圧力を及ぼす。

また、装置は、固定電極２０６と電荷注入電極２１５との間に、電位Ｕ_ｐｏｌを適用できると共に液滴２０２に電荷を注入ことができる電子システム２０８を含む。この同じ装置は、電荷注入電極２１５と電荷除去電極２１６との間に、レジスタ２１８又は電荷を格納又は消費する他の如何なる装置を介して電荷を除去することができる。

従って、固定電極２０６、チャネル２０１及び液滴２０２の壁により形成されるアセンブリは、可変的な静電容量を有するコンデンサ２１４を形成する。

チャネル２０１の壁は、電気的絶縁材料で作られると共に、優れた高誘電率を有する。従って、少なくとも固定電極２０６で液滴２０２から固定電極２０６を電気的に絶縁する。有利には、チャネル２０１の壁は、疎水性の内面を有すると共に、低濡れヒステリシスを有する。それは、摩擦損失の減少を許容する。

以下において、この装置の動作を説明する。

１滴の水滴２０２．１は、チャネル２０１の入口に到着する。圧力によって、動作するスラストの効果で、液滴は、矢印２０７の方向に移動し、電荷注入電極２１５と接触して、固定電極２０６からの気流の流れによって、電荷注入電極２１５の方へ電荷Ｑを伝達する。従って、コンデンサ２１４の静電容量は、最大となる。液滴２０２．２が固定電極２０６から遠ざかる間に、液滴２０２．２はその運動を続ける。コンデンサ２１４の静電容量は、電荷Ｑが一定であるとき、固定電極２０６と液滴２０２との間の電位差が式（２）で増加するとき、関連する電位エネルギー（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｅｎｅｒｇｙ）（式（３））と同様に、減少する。

その後、液滴２０２．３は、電荷除去電極２１６と接触し、液滴２０２．３は、電荷除去電極２１６から固定電極２０６の方へ気流の流れによって、電荷Ｑを移動させる。固定電極２０６の中で電位、及び関連するエネルギーは、変位の間に、増加される。このエネルギーは、例えば電池に格納されるか又は、直接このエネルギーを使用しているアプリケーションに送られる。

バイアス電圧Ｕ_ｐｏｌを最適化することによって、混合の初期圧力と関連したほとんどすべてのエネルギーを回復、すなわちその後電荷除去電極２１６で擬似ゼロ速度を有することは、可能である。

図７において、図６の装置に適している加圧液状のしずくの典型的な提供源が示されている。そこにおいて、ガスの燃焼（ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）からエネルギーを取り戻すことが望ましい。

例えば、これがフィン２２２で例示されるように、燃焼はチャネル２０１の方向に傾けられて、有利に冷やされる天井２２１を含む閉室２２０において起きる。

燃焼の間、燃焼ガスは、天井２２１で凝結してチャネル２０１の入口まで天井に沿って流れる。その後、凝結されたしずくはチャネルを通過して、図６に関連して記載された方法と類似の方法で後者に移動する。圧力は、閉室２２０のガスの発生から生じる。

図２又は図５において説明したように、天井が装置の面１０４を形成すると定められることが可能である。それは回復されたエネルギーの増加を可能とし、位置エネルギー及びそれに伴って圧力エネルギーが回復される。

単一デバイスでは不十分である場合、すべてのエネルギーを回復するために、本発明に係る回復装置の幾つかを直列に備えることもできる。

電極２１５を第２の実施形態におけるフィラメントで代替することができる。この場合、電荷の注入及び除去を制御するための手段と、静電容量を測定するための手段とを有する。

図８及び図９において、本発明の第３の実施形態に係るエネルギー回復装置の第３の代替例が示されている。

この装置は、誘電体材料層３０９で覆われている少なくとも一つの固定電極３０６と、垂直エアギャップ３１０を区切っている誘電体層３０９に対向している電荷注入電極３１５と、を含む。電極３１５は、いかなる形状を有することができ、また点のような形状を有することもできる。実際、点のような形状の電極は、電気的接触機能を有するだけである。一方では、有利には、電極３０６が表面を有する。これは、この表面が静電容量の増加を可能とするからである。

また、装置は、垂直方向において固定電極３０６の下流に配置されていると共に、液滴の経路において配置される電荷除去電極３１６を含む。図の例では、電極は、液滴の落下方向に対して垂直である。

固定電極３０６と電荷注入電極３１５との間にバイアス電圧Ｕ_ｐｏｌを適用できる電子システム３０８が、設けられている。また、電子システムは、電荷Ｑと機械的エネルギーの変換によって発生する電気エネルギーとを回復することが意図されている。

この装置は、例えば、雨水３０２のしずくの落下エネルギーを回復するために用いられ得る。有利に、また図８において例示されているように、回復装置は、複数のエアギャップを定めている電荷注入電極３１５に対向している複数の固定電極３０６を含み、その結果、静電格子（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｇｒｉｄ）を形成して、エネルギーが変わるための水滴の数を増加させる。各固定電極３０６及び各電荷注入電極３１５は、２台の基本の装置に設けられる。

有利には、電荷除去電極３１６が、静電格子（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｇｒｉｄ）の全体における幅にわたって延びる。

固定電極３０６、誘電体層３０９及び液滴３０２のアセンブリは、可変的な静電容量を有するコンデンサ３１４を形成する。

コンデンサ３１４の最小の静電容量に対応するように、電荷除去電極３１６の位置は決定される。

以下において、このような装置の動作を説明する。

水滴３０２は、初速Ｖｉで静電格子（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｇｒｉｄ）の方へ垂直方向に沿って落下する。格子を横切るときに、液滴は電荷注入電極３１５と接触して、固定電極３０６と電荷注入電極３１５の間に印加される電位差Ｕ_ｐｏｌのため、電荷Ｑを受信する。電荷Ｑの注入の端部は、実質的にコンデンサ３１４の静電容量の最大値に対応する。

液滴３０２は、電荷Ｑを保持する間に、電荷除去電極３１６の方へ特定の速度でその落下続けて、エアギャップ３１０を抜け出す。その一方で、電位エネルギー（式３）と電荷の電位とが増加する（式（２））とき、液滴３０２が固定電極３０６から遠ざかるにつれてコンデンサ３１４の静電容量が段階的に減少する。

液滴３０２が電荷除去電極３１６と接触するときに、後者は電荷Ｑ及び蓄積された電気エネルギーを除去する。

その後、電荷Ｑは、コンデンサ３０８又は電荷を格納又は消費する他のいかなる手段において回復される。しかし、この電荷に関連した一部のエネルギーが、例えば新しい液滴３０２に荷電するために使うことができる。過剰なエネルギーは、それに関しては、格納されるか又はそれが使われるアプリケーションに直接送られる。

数滴が同時に静電格子を横切って、電荷除去電極３１６に衝突するときに、本発明による装置は作動できる。

単一の電荷除去電極３１６は、複数の水滴によって生成される電気エネルギーを回復するために必要とされる。しかし、いくつかの電極を備えることもできる。

電荷除去電極は、液滴を放電するための開口部又は後者を格納するための手段を含むことができる。

液滴からエネルギーの回復を続けるために図８の装置、図２又は５の装置が直列に配置されてもよいそして、面１０４が例えば電荷除去電極３１６の拡張を形成する。

固定電極３０６が電気的に絶縁されるので、電位差Ｕ_ｐｏｌを維持することを目的とする平均的電流が実際にゼロである点に注意されたい。そして、漏れ電流によって、電流が唯一消費される。従って、一定のバイアス電圧において、漏れ電流を除いて、固定電極３０６と電荷注入電極３１５との間にバイアスを維持するための電気的な消費はない。

Ｕ_ｐｏｌの値の選択によって、回復エネルギーの量を決定することができる。実際、Ｕ_ｐｏｌは、注入された電荷（Ｑ＝Ｕ_ｐｏｌ／Ｃ_ｍａｘ）と、それに伴って回復されたエネルギーの値を課す(Ｅ＝１／２Ｑ^２(１／Ｃ_ｍｉｎ−１／Ｃ_ｍａｘ)。

有利に、誘電体層は疎水性を有する。そして、それによって、後者が乾燥の状態に維持され得る。

一例として、このような装置の寸法の値を与える。

我々は、長さｌが８．１０^−４ｍであると共に、幅Ｌが１０^−３ｍである固定電極３０６と、厚みｅが３．１０^−６ｍの誘電体層と、を考慮する。固定電極３０６の下端と電荷除去電極３１６の間の距離は、ｄにより示される。所定のエネルギーの量を回復するために、距離ｄが決定される。

水滴は、３ｍｍ^３すなわち１０^−６ｋｇの大量のＭ及び２ｍ／ｓの初速Ｖｉ）の量を有する。

運動エネルギーは、以下に等しい。

位置エネルギーが運動エネルギーと比べて小さいことに留意する必要がある。

水滴がエアギャップ３１０においてふさがれることを回避するため、静電格子との摩擦によって運動エネルギーの一部が消散される。利用可能なエネルギーのわずか半分、すなわち１μＪが、回復されることが意図されている。

式（１）によって、水滴ができるだけ広い範囲の固定電極３０６を覆うときに、コンデンサ３１４は最大静電容量に達する。Ｃ_ｍａｘは式（２）により算出される。数値応用のために、テフロン（登録商標）が、誘電体層３０９として使われる。テフロンのε_rは、２．１に等しい。

テフロン（登録商標）からなる誘電体層の厚みが３．１０^−６ｍであり、その剛性（ｒｉｇｉｄｉｔｙ）が１７Ｖ／μｍである。理論的には５０Ｖのバイアス電圧Ｕ_ｐｏｌを印加することができる。しかし、空気の誘電破壊のいかなる危険度も回避するために、３Ｖ／μｍの電界、すなわち９Ｖのバイアス電圧Ｕ_ｐｏｌを選択する。

電荷に格納される最大エネルギーは、それから以下の通りである。

電位エネルギーは、コンデンサ３１４の静電容量に反比例して増加する。
電荷除去電極３１６での回復されたエネルギーは、電荷エネルギーＥ_{Ｃｈａｒｇｅ}及び回復することを望むエネルギーＥ_{ｒｅｃｏｖｅｒｅｄ}の合計に等しい。

従って、

式（３）を用いると、Ｑが一定であるので、ｄ＝４．８ｍｍが得られる。

遠ざかる方向への移動の動作は、容量変化のそれと同じ比率によって、電圧増加を伴う。そのため、最終電圧が３０ｋＶである。５０Ｖのバイアス電圧を選択することによって、５．５ｋＶの最終的な電圧が得られる、従って、十分な幾何学配置を選択するか、又は異なる圧力又は大気の条件を前提することによって、最終的な電圧を下げることは可能である。

静電容量の上記の変化を得るためには、電荷除去電極３１６を固定電極３０６の下端にから算出された距離ｄ、に実質的に等しい距離で配置することで十分である。この距離ｄに水滴の直径が加えられる。

単純化のために１滴の液体のみを考慮して、例示的な実施形態を記載した。しかし、各装置が液体の複数のしずくからのエネルギー回復が適用されることは周知である。図５の装置の実施例において、複数のしずくと、固定電極と、電荷注入電極と、電荷除去電極とを、傾けられた平面の全部の幅にわたって延びるように、平行して変位してもよい。図６の装置において、同じソースにより供給されるいくつかのチャネルが、設けられていることができる。

図１１には、例えば海、大洋又は川からの波からのエネルギー回復に適用された本発明に係る装置３００が示されている。

図の例において、装置は、Ｍによって設定された水の高さと同一平面上にある。図式的に、波３０７は、谷及び頂上で例示されている。例において、装置３００は、実質的に垂直であると共に、それらの間にチャネルを画成して配置される複数の固定電極３０６を含む。固定電極３０６は、誘電材料の層３０９で覆われている。

電荷注入電極３１５は、各固定電極３０６で設けられている。また、固定電極３０６とそれに関連している電荷注入電極３１５との間に電位Ｕ_ｐｏｌを印加できる電子システム３０８が設けられている。

電子システム３０８は、固定電極及び電荷注入電極の各対のために、又は、固定電極及び電荷注入電極の対のグループによって提供されている。

電極対３０６−３１５はそれらが波によって覆われるときに、すなわち、それらが水に入れられたときに、作動することが意図されている。従って、波のサイズに応じて、各対を個別的に制御するか、又はグループを制御するかを選択することができる。これらにおいて、寸法は波のサイズに対応する。

図の例において、図式化された波に基づいて、６つの対の２つのグループを備えることができる。

また、装置３００は、水Ｍとの電気的な接触点３１１を含む。切換手段は、電子システム３０８と接触点３１１との間に設けられ得る。

これによって、システムの静電容量が最小となるときに、すなわち海が低レベルであるときに、システムが放電されることができる。これのために、切換手段は、例えばフロート・タイプの水の存在を検出する装置を含む。

波は液状電極を形成する。液状電極は固定電極に沿って移動する。固定電極は、対向面を変化させ、このことによって形成されたコンデンサの静電容量を変化させる。

動作は、以前に記載されている動作と類似している。

水が一つ以上の電荷注入電極３１５と接触するときに、電荷が水に注入されて、水と固定電極３０６との間に電位差Ｕ_ｐｏｌが形成される。水が退くときに、システム３０８の端末の電圧は、固定電極と水の間に形成されるコンデンサの静電容量の減少のため、増加する。

切換手段３１３によって、静電容量が最小となるときにエネルギーが回復され、又は静電容量が最小でないときに、回復されるエネルギーの量が最大でないことができる。しかし、装置はより柔軟な動作を提供する。

電子システム３０８を用いることなく、静電容量が最小となるとき、又は静電容量が最小でないときを検出することができる。そのとき、装置は、その動作に関して図１Ｂの装置に接近する。

装置は、例えばブイを備えていて、荒波（ｈｉｇｈ ｓｅａ）に置かれることができて、絶縁されたシステムに電力を供給できる。

従って、本発明によって、機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する装置は提供された。そこにおいて、電極との接触の危険率は低減するか、又は抑制されることができる。その一方で、高い回復効率を提供する。

Claims (27)

1. 可変的な静電容量を有する少なくとも一つのコンデンサ（１４、１１４、１１４’、２１４、３１４）を備えるエネルギー回復装置であって、
   前記コンデンサ（１４、１１４、１１４’、２１４、３１４）が、単一の固定電極（６、１０６、２０６、３０６）、誘電体層及び少なくとも一つの液状電極（１０、１０２、２０２、３０２）を含み、
   手段（１０８、２０８、３０８）が前記液状電極に電荷を注入し、又はそこからそれを除去する、エネルギー回復装置。
2. 前記誘電体層（８）に対して相対的に前記固定電極（６）の反対側に配置されて、前記固定電極（６）から遠ざかり、又は近づくことができる移動要素（４）を含み、
   前記液状電極（１０）が前記誘電体層（８）と前記移動要素（４）との間に配置されており、
   前記液状電極（１０）が前記移動要素（４）の変位によって変形される、請求項１に記載のエネルギー回復装置。
3. 前記移動要素（４）が前記液状電極（１０）に電荷を注入し、又はそこからそれを除去するために、電気伝導性を有する、請求項２に記載のエネルギー回復装置。
4. 指状部を備えていて、前記固定電極（６）を形成している固定櫛状部と、
   指状部を備えていて、前記固定櫛状部の指状部の間に配置された複数の移動要素（４）を形成する移動櫛状部と、
   を備え、
   前記固定櫛状部の前記指状部は、前記誘電体層で覆われており、
   前記液状電極（１０）は、前記固定櫛状部の指状部と、前記移動櫛状部の指状部との間に導入されている、請求項２又は３に記載のエネルギー回復装置。
5. 前記コンデンサに電荷を注入し、又は前記コンデンサから電荷を除去する前記手段は、
   前記コンデンサの前記静電容量が最大となる瞬間と、前記コンデンサの前記静電容量が最小となる瞬間とを決定するための手段と、
   それぞれの瞬間に電荷を注入し又は除去する手段と、
   を含む、請求項１〜４の何れか一項に記載のエネルギー回復装置。
6. 前記液状電極（１０２、２０２、３０２）が前記固定電極（１０６、２０６、３０６）と平行する方向に沿って移動する、請求項１に記載のエネルギー回復装置。
7. 前記液状電極に電荷を注入する前記手段が前記固定電極の上流に配置されるか又は前記固定電極に対向しており、
   前記液状電極から電荷を除去する前記手段が、前記固定電極の下流に配置される、請求項６に記載のエネルギー回復装置。
8. 前記液状電極に電荷を注入するための前記手段と、前記静電容量から電荷を除去するための前記手段とが導線により接続されている、請求項７に記載のエネルギー回復装置。
9. 誘電材料からなる壁（１０９）を含み、
   前記壁（１０９）の第１の面上に前記固定電極（１０６）が設けられており、
   前記液状電極（１０２）は、前記第１の表面と対向する第２の面上で移動可能であり、
   電荷を注入又は除去するための前記手段が、
   前記壁（１０９）の前記第２の面に沿って張力がかけられているフィラメント（１０８）と、
   前記コンデンサの前記静電容量が最小となる瞬間と、前記コンデンサの前記静電容量が最大となる瞬間とを決定する手段と、
   それぞれの瞬間に前記電荷を注入又は除去する手段と、
   を含む、請求項８に記載のエネルギー回復装置。
10. 電荷を注入又は除去する前記手段が、
    前記液状電極（１０２、２０２、３０２）の変位方向において、前記固定電極（１０６、２０６、３０６）の上流に配置される前記第２の面の一部を形成する電荷注入電極（１１５、２１５、３１５）と、
    前記液状電極（１０２、２０２、３０２）の変位方向において、前記固定電極（１０６、２０６、３０６）の下流に配置される前記第２の面の一部を形成する電荷除去電極（１１６、２１６、３１６）と、
    を含む、請求項６又は７に記載のエネルギー回復装置。
11. 前記液状電極（１０２、３０２）が重力の作用の下で移動する、請求項６〜１０の何れか一項に記載のエネルギー回復装置。
12. 前記壁（１０９）が実質的に平らであると共に傾斜している、請求項１１に記載のエネルギー回復装置。
13. 前記移動電極（２０２）が、圧力の作用の下で移動する、請求項６〜１０の何れか一項に記載のエネルギー回復装置。
14. 前記壁が円筒状であると共に、チャネル（２０１）を形成し、前記第２の面が前記チャネル（２０１）の内側面であり、
    前記電荷注入電極（２１５）が実質的に前記固定電極（２０６）、又は僅かに上流に配置され、前記液状電極（２０２）が前記固定電極（２０６）に対向するときに前記電荷を注入する、請求項１３に記載のエネルギー回復装置。
15. 前記チャネル（２０１）が、加圧された液滴の提供源に接続されており、
    前記液滴が前記液状電極を形成する、請求項１４に記載のエネルギー回復装置。
16. 前記誘電体層に覆われている前記固定電極（３０６）に実質的に対向し、又は前記固定電極（３０６）からわずかに上流に位置すると共に、前記固定電極（３０６）と共に前記液状電極（３０２）を通過させるエアギャップを画成する電荷注入電極（３１５）と、
    前記液状電極（３０２）の前記変位方向において前記エアギャップの下流に位置する電荷除去電極（３１６）と、
    を含む、請求項６又は７に記載のエネルギー回復装置。
17. 前記電荷注入電極間に配置されていると共に複数のエアギャップを形成する複数の電荷注入電極（３１５）及び複数の電荷除去電極（３１６）を含み、
    前記電荷除去電極（３１６）が、前記移動電極（３０２）の変位方向に対して実質的に垂直に且つ前記複数のエアギャップの前において延びている、請求項１６に記載のエネルギー回復装置。
18. 前記固定電極の位置に対する前記電荷除去電極(１１６、２０１６、３１６)の位置が、前記液状電極が前記電荷除去電極(１１６、２１６、３１６)の高さに位置するときに前記コンデンサ（１１４、２１４、３１４）の前記静電容量が最小となるようになっている、請求項１０、１４、１５、１４及び１７の何れか一項に記載のエネルギー回復装置。
19. 前記誘電体層が前記液状電極に比べて疎水性を有する、請求項１〜１８の何れか一項に記載のエネルギー回復装置。
20. 水の広がり波のエネルギーを回復するためのエネルギー回復装置であって、
    前記波は前記液状電極を形成し、
    誘電体層で覆われていると共に前記波のための通路を定めて並んで配置されている複数の固定電極（３０６）と、
    前記固定電極の前記誘電体層上に配置される固定電極と関連した複数の電荷注入電極(３１５)と、
    を含み、
    前記固定電極に沿って移動するとき、前記波の表面が前記電荷注入電極から遠ざかり、又は前記電荷注入電極に近づき、
    前記エネルギー回復装置は、前記広がり波との電気的な接触点（３１１）を更に含む、
    請求項６に記載のエネルギー回復装置。
21. 少なくとも一つの前記固定電極（３０６）と関連する少なくとも一つの前記電荷注入電極（３１５）との間に電位を印加することができる電子バイアスシステム（３０８）を含む、請求項２０に記載のエネルギー回復装置。
22. 請求項６〜１９の何れか一項に記載のエネルギー回復装置を少なくとも２台含むエネルギーを回復システムであって、前記エネルギー回復装置が最大エネルギー量を変換するように関連している回復システム。
23. 請求項１に記載のエネルギー回復装置に適用される機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する方法であって、
    -前記液状電極における機械的な動作の適用によって、前記液状電極と前記固定電極の間の前記静電容量を変化させる段階と、
    -前記コンデンサの前記静電容量を測定して、前記静電容量が最大となる瞬間及び前記静電容量が最小となる瞬間を検出する段階と、
    -前記静電容量の値が最大となるときに前記電荷を注入する段階と、
    -前記静電容量の値が最小となるときに前記電荷を除去して、生成された電気エネルギーを回復する段階と、を含む機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する方法。
24. 前記コンデンサ前記静電容量が最大となる瞬間と、前記コンデンサの前記静電容量が最小である瞬間との決定が、前記コンデンサに残余の電荷を注入することによって、又は前記固定電極と前記液状電極との間に電位差を測定することによって得られる、請求項２３に記載の機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する方法。
25. 請求項１０、１４、１５、１６及び１７の何れか一項に記載の装置に適用される機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する方法であって、
    -前記液状電極に機械的な動作を行って、前記液状電極と前記固定電極の間の前記静電容量を変化させる段階と、
    -前記固定電極と前記電荷注入電極との間に所定のバイアス電圧を印加する段階と、
    -前記液状電極と前記電荷注入電極との間における接触によって、電荷を注入する段階と、
    -前記電荷除去電極との接触によって、電荷を除去して生成された電気エネルギーを回復する段階と、
    を含む機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する方法。
26. 前記液滴が前記固定電極の上流に位置するときに又は前記固定電極と実質的に対向するときに、前記電荷が注入され、
    前記液滴が前記固定電極の下流に位置するときに、前記電荷が除去される、請求項２５に記載の機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する方法。
27. 前記液状電極の速度が前記電荷除去電極でゼロに近いように、前記バイアス電圧を選択する予備段階を含む、請求項２３〜２５の何れか一項に記載の機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する方法。

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