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Verfahren zur Gewinnung elektrischer Energie aus den Temperaturschwankungen der Luft - Dokument DE10154923A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE10154923A1 05.06.2003
Titel Verfahren zur Gewinnung elektrischer Energie aus den Temperaturschwankungen der Luft
Anmelder Palme, Klaus, Dipl.-Ing., 91088 Bubenreuth, DE
Erfinder Palme, Klaus, Dipl.-Ing., 91088 Bubenreuth, DE
DE-Anmeldedatum 08.11.2001
DE-Aktenzeichen 10154923
Offenlegungstag 05.06.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.06.2003
IPC-Hauptklasse H02N 11/00
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von elektrischer Energie aus der Luft. Hierbei wird die Wärme der Luft erfindungsgemäß über ein Peltier- oder auch ein Seebeckelement (S1) auf einen isolierten Wärmespeicher (G1) übertragen. Dadurch erzeugt dieses Element elektrische Energie, die über eine Speicherschaltung (D2, K2) und eine Anpaßschaltung (T1) in einen Kondensator (C1) geladen wird. Dieser Kondensator dient als Batterieersatz. Die Schaltungsanordnung kann als Batterie, z. B. bei Fernsteueranlagen, eingesetzt werden, die dann keinen externen Energiebedarf in Form eines elektrischen Anschlusses oder einer zu wechselnden Batterie mehr hat.

Beschreibung[de]

Zunehmend werden Einzelgeräte wie Radios, Uhren, Überwachungsanlagen, Rauchwächter usw. mit Batterien als Energiequellen versehen.

Fernsehapparate, Radios, Autos, Türschließanlagen, Beleuchtungen und andere technische Geräte werden ebenfalls zunehmend mit Fernsteuergeräten ausgestattet. Die Fernsteuergeräte bestehen aus einer batteriegespeisten Fernbedienung und der Stand-by-schaltung am Gerät, die das Steuersignal der Fernbedienung empfängt und verarbeitet.

Die Batterie als Energiequelle der Fernbedienung erschöpft sich nach einiger Zeit, die Batterie muß ausgetauscht werden. Dies verursacht Kosten, Zeitaufwand und Abfall.

Die Stand-by-schaltung eines Geräts benötigt einen permanent eingeschalteten Netzanschluß, wenn nicht ebenfalls eine Batterie vorgesehen ist. Beim Netzanschluß der Stand-by-schaltung wird dem Netz permanent Energie entnommen. So liegt der derzeitige Energiebedarf von Stand-by-schaltungen bei Fernsehgeräten bei ca. 1 Watt.

Durch die Vielzahl von Geräten wird hier eine beträchtliche Energiemenge benötigt und verbraucht.

Beschreibung des Batterieersatzes bzw. des Fernsteuergeräts ohne externen Energiebedarf

Es wird die gemeinsame Schaltung für einen Batterie - Ersatz bzw. ein Fernsteuergerät vorgestellt, die bei ausgeschaltetem Gerät keinen Energiebedarf für die Betriebsbereitschaft des Fernsteuergeräts hat, weder an Strom aus dem Netz noch an Batteriekapazität. Die Energie für die Aufrechterhaltung der Steuerfähigkeit des Geräts wird aus den Temperaturschwankungen der Umgebungsluft genommen. Das Umsetzmedium ist ein Wärmespeicher, dessen Oberfläche mit einem Peltier- oder Seebeckelement überzogen ist. Nimmt der Wärmespeicher durch das Peltier- oder Seebeckelement hindurch Wärme aus der Umgebungsluft oder dem fernzusteuernden Gerät auf oder gibt er sie wieder an diese ab, so erzeugt das Peltier- oder Seebeckelement aus der Temperaturdifferenz elektrische Energie, die in einem Speicherkondensator gespeichert wird und die Funktionsfähigkeit der Fernsteuerung dadurch sicherstellt, daß permanent Energie nachgeliefert wird.

Jede Temperaturänderung am Wärmespeicher erzeugt einen kleinen Energieimpuls, der den zum Peltier- oder Seebeckelement gehörenden ersten Speicherkondensator auflädt. Sinkt die Energie im eigentlichen Speicherkondensator, so schiebt eine Nachladeeinrichtung Energie aus dem ersten Speicherkondensator in den eigentlichen Speicherkondensator nach. Dieser bleibt dadurch immer im betriebsbereiten Zustand aufgeladen.

Voraussetzung ist, daß im ausgeschalteten Zustand an der Stand-by- schaltung Temperaturschwankungen auftreten, die den Wärmespeicher immer wieder erwärmen und abkühlen und so aufladen. Ein besonderer Vorteil dieser Schaltung ist es, daß das Wärmepotential des Geräts mit der Stand-by-schaltung beim Betrieb und auch noch nach dem Ausschalten durch die Restwärme zur Nachladung der Stand-byschaltung genutzt werden kann. Höherer Energiebedarf der Stand-byschaltung kann durch Anpassen der Leistungsfähigkeit des Wärmespeichers ausgeglichen werden. Zusätzlich kann bei einem Leerwerden des Standby-schaltungskondensators eine Nachladung durch Handkontakt erreicht werden.

Bei dem Fernbedienungsteil kann nur die Temperaturschwankung am Wärmespeicher genutzt werden. Sollten die Wärmeschwankungen in der Stand-by-phase der Fernsteuerung nicht zur Aufrechterhaltung der Ladung.

des Speicherkondensators ausreichen, so kann auch hier durch eine kurzfristige Berührung der Fernbedienung mit der Hand die Aufladung des Speicherkondensators und damit seine Funktionsfähigkeit bewirkt werden.

Beschreibung der Prinzipschaltung

Fig. 1 zeigt das Prinzip der vorgesehenen Schaltung.

Der Speicherkondensator K1 in Fig. 1 speichert die Energie für die Stand-by-schaltung für das angeschlossene Gerät bzw. die Fernbedienung. Über die Leitungen L1 und M wird die Stand-byanlage (bei der Fernbedienung der Sender der Fernbedienung) mit Energie versorgt. Während des Gerätebetriebs kann der Speicherkondensator K1 aus einer externen Energiequelle über die Leitung L2 und die Diode D1 gespeist werden. Dies kann z. B. das Netzteil des fernzusteuernden Gerätes sein (diese Funktion entfällt bei der Fernbedienung oder bei einem Batterieersatz). Beim Ausschalten des angeschlossenen Geräts liefert die Leitung L2 keine Energie mehr. Der Speicherkondensator würde sich über die internen Leckströme und die eventuell angeschlossene Last entladen. Dies verhindert nun die dargestellte Speichereinheit. Sie besteht aus dem thermisch isolierten Wärmespeicher G1, dem Peltier- oder Seebeckelement S1, dem Gleichrichter D2, dem Kondensator K2 und der Anpaßschaltung T1. Die Funktion der Speichereinheit ist wie folgt:

Der Wärmespeicher G1 wird von der Restwärme des Gerätes oder auch nur von der warmen Umgebungsluft aufgewärmt. Die Wärme fließt von der Luft/dem heißen Gerät über das Peltier- oder Seebeckelement S1 in den sonst allseitig isolierten und kälteren Wärmespeicher G1 hinein. Dabei erzeugt das Peltier- oder Seebeckelement S1 eine elektrische Spannung, die einen Strom über den Gleichrichter D2 in den Kondensator K2 fließen läßt. Dieser lädt sich auf. In geeigneter Form (immer beim Unterschreiten einer ausreichenden Mindestspannung an dem Kondensator K1) entnimmt die Anpaßschaltung T1 Energie aus dem Kondensator K2 und transformiert sie auf die Spannungshöhe von K1 und lädt damit K1. Wird die Umgebungsluft noch wärmer so wird die Speichereinheit G1 weiter aufgeheizt und das Seebeckelement S1 liefert weitere Energie für den Kondensator K2. Bei einer Abkühlung der Umgebungsluft wird der Speichereinheit G1 über das Seebeckelement S1 hinweg Wärme entzogen. Das Seebeckelement S1 liefert ebenfalls wieder Energie für den Speicherkondensator K2. Da diese Energie mit positiver oder negativer Spannung anfallen kann, ist der Gleichrichter D2 m. Z als Brücke geschaltet. Die Spannung an K1 liefert auch die Versorgungsspannung für T1.

Mit diesem Schaltungsaufbau der Speichereinheit wird der Speicherkondensator K1 stets auf Betriebsspannung gehalten. Das Stand-by-Gerät ist einschaltbereit, ohne daß es wie bei den derzeitigen Schaltungen Energie aus dem Netz entnimmt oder sich die Batterie/der Akku, der hier durch den Speicherkondensator K1 ersetzt ist, erschöpft. Ein Handkontaktpunkt F1 auf dem Seebeckelement S1 ermöglicht eine Nachladung von K1 durch die Handwärme, falls aus irgendwelchen Gründen, z. B. längere Zeit konstante Temperaturen an dem Gerät, eine Nachladung und damit die Betriebsbereitschaft nicht mehr möglich sein sollte. Bezugszeichenliste D1 Diode

D2 Gleichrichter

F1 Handkontakt

G1 Wärmespeicher

K1 Speicherkondensator

K2 Speicherkondensator

L1 Leiter für Verbraucheranschluß

L2 Leiter für Energieeinspeisung

M Masseleitung

S1 Seebeckelement (auch ein Seebeckelement hier verwendbar)

T1 Anpaßverstärker


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Gewinnung elektrischer Energie aus Lufttemperaturschwankungen, umfassend:

    einen isolierten Wärmespeicher G1, der von der Umgebungsluft aufgewärmt oder abgekühlt wird

    ein Peltier- oder Seebeckelement S1, das den Wärmespeicher G1 umgibt und durch das die Wärme zum Speicher zu- oder abfließt und dabei elektrische Energie erzeugt

    eine Kontaktfläche am Peltier- oder Seebeckelement S1, die die Aufwärmung des Wärmespeichers G1 durch die Handwärme ermöglicht.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugte Energie in einen ersten Kondensator K2 geführt wird. Dabei wird ein Gleichrichter D2 zwischen die Anlage nach Anspruch 1 und den Kondensator D2 geschaltet, wenn die Energie mit wechselnder Polarität anfällt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anpaßschaltung T1 die in K2 gespeicherte elektrische Energie auf das Spannungsniveau des Kondensators K1 bringt und diesen so auflädt.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator K1 als Speicherkondensator für die aus dem Anspruch 1 gewonnenen elektrische Energie dient und die Ennergie für die Verbraucher liefert, die an die Klemmen L1 und M angeschlossen sind.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator K1 auch von einer externen Energiequell über die Diode D1 und die Leitung L2 aufgeladen wird.
  6. 6. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie die folgenden Komponenten aufweist:
    1. - einen isolierten Wärmespeicher G1, der von der Umgebungsluft aufgewärmt oder abgekühlt wird
    2. - ein Peltier- oder Seebeckelement S1, das den Wärmespeicher G1 umgibt und durch das die Wärme
    3. - zum Speicher zu- oder abfließt und dabei elektrische Energie erzeugt
    4. - eine Kontaktfläche am Peltier- oder Seebeckelement S-1, die die Aufwärmung des Wärmespeichers G1 durch die Handwärme ermöglicht.
  7. 7. Anlage nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die Verwendung als Batterieersatz, wobei sie in allen mit Batterien ausgestatteten Geräten, z. B. bei allen Fernsteuergeräten oder stand-by-schaltungen, einsetzbar ist.






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