DE102014008991A1 - By a force held conductive liquid drop in an energy converter - Google Patents

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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02N1/08Influence generators with conductive charge carrier, i.e. capacitor machines
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    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G5/00Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture
    • H01G5/01Details
    • H01G5/011Electrodes
    • H01G5/012Electrodes at least one of the electrodes being a displaceable liquid or powder

Abstract

Leitender, von einer Kraft gehaltener Flüssigkeitstropfen, der in einem variablen Kondensator nach Krupenkin eingebracht ist.Conductive fluid drop held in a Krupenkin variable capacitor.

Description

1. Stand der Technik1. State of the art

Bekannt sind Polymere, in welche z. B. ferromagnetische Pulver dispergiert sind, wobei die Polymere bevorzugt als aushärtbare Flüssigkeit vorliegen, und auf eine Fläche gedruckt werden können.Are known polymers in which z. As ferromagnetic powders are dispersed, wherein the polymers are preferably present as a curable liquid, and can be printed on a surface.

Die Patente US7898096 , US2012/0181901 (Krupenkin et al.) beschreiben einen kapazitiven Wandler zur Umwandlung von mechanischer in elektrischer Energie, wobei die eingebrachte Kraft die Geometrie und somit die Kapazität eines oder mehrerer Kondensatoren verändert, derart dass sie eine Ladung abgeben können, welche mit Hilfe einer elektronischen Schaltung abgeführt und in einem Energiespeicher gepuffert wird. Hierzu weist ein derartiger Kondensator bevorzugt eine erste fixe, ebene und leitende Elektrode auf sowie ein darauf aufgebrachtes Dielektrikum niedriger Oberflächenenergie; letzteres wird von einer gegenüberliegenden flüssigen, ebenfalls leitenden Elektrode kontaktiert, die z. B. aus Galinstan (einer Gallium-Verbindung) gebildet ist, wobei das Galinstan eine hohe Oberflächenenergie aufweist und somit dazu neigt, sich von vorstehend genanntem Dielektrikum zu lösen. Nun ist dieser Kondensator deformierbar, sodass die der ersten Elektrode gegenüberliegende zweite Kondensatorelektrode eine variable Kontaktfläche aufweist, derart dass die Kapazität des Kondensators von gering zu hoch variiert. In einer anderen beanspruchten Variante bewegt sich die flüssige zweite Elektrode seitwärts, was ebenfalls zu einer Veränderung der Kondansatorkapazität führt und für eine Energierückgewinnung nutzbar ist. Der in den beiden obigen Patenten niedergelegte Stand der Technik wird nachstehend mit „Krupenkin” bezeichnet, und liegt z. B. der Schrift DE 10 2012 019 511_7 zugrunde, welche die Unterbringung derartiger Kondensatoren in einer deformierbaren Schachtel beschreibt.The patents US7898096 . US2012 / 0181901 (Krupenkin et al.) Describe a capacitive transducer for converting mechanical to electrical energy, wherein the applied force changes the geometry and thus the capacitance of one or more capacitors such that they can discharge a charge which is dissipated by means of an electronic circuit and is buffered in an energy storage. For this purpose, such a capacitor preferably has a first fixed, planar and conductive electrode and a low-surface-energy dielectric applied thereto; the latter is contacted by an opposite liquid, also conductive electrode, the z. G. Galinstan (a gallium compound), which gallstone has a high surface energy and thus tends to dissolve from the aforementioned dielectric. Now, this capacitor is deformable, so that the second capacitor electrode opposite the first electrode has a variable contact area, such that the capacitance of the capacitor varies from low to high. In another claimed variant, the liquid second electrode moves sideways, which also leads to a change in the Kondansatorkapazität and is available for energy recovery. The prior art set forth in the above two patents is hereinafter referred to as "Krupenkin", and is, for. B. the font DE 10 2012 019 511_7 which describes the placement of such capacitors in a deformable box.

Nun weisen kapazitive Galinstan-Wandler nach Krupenkin einen gravierenden praktischen Mangel auf: Galinstan oxydiert einerseits an Luft nahezu sofort und wird dabei als Leiter unbrauchbar; andererseits ist ein verformbarer Kondensator nach Krupenkin und nach derzeitigem Stand der Technik nicht vollkommen gasdicht baubar, sodass ein etwaiges Schutzgas entweichen würde.According to Krupenkin, capacitive Galinstan transducers now have a serious practical defect: on the one hand, galinstan oxidizes in air almost immediately and becomes useless as a conductor; On the other hand, a deformable capacitor according to Krupenkin and according to the current state of the art is not completely gas-tight buildable, so that any inert gas would escape.

Nun beansprucht Krupenkin auch andere leitende Flüssigkeiten; es gibt jedoch einerseits – ausser Galinstan oder Gallium oder dessen Eutektika, welche ebenso oxydieren, oder dem in einer Konsumentenanwendung verbotenen Quecksilber – keine bei Raumtemperatur flüssigen Metalle; andererseits haben die bekannten nichtmetallischen leitenden Flüssigkeiten eine viel niedrigere Oberflächenenergie als ein Metall. Krupenkin lehrt nun nicht, wie man solche Flüssigkeiten als Teil eines Kondensators dazu bringen soll, einen konvexen Tropfen zu bilden, der sich an ein aufgepresstes Dielektrikum anschmiegen und sich davon zuverlässig wieder lösen kann. Eine weitere in Krupenkin ungelöste Aufgabe beinhaltet das Haften dieses Flüssigkeitstropfens an einer Elektrode – also der ununterbrochene elektrische Kontakt einer elektrischen Zuleitung zu der zweiten Kondensatorelektrode.Now Krupenkin also claims other conductive liquids; on the one hand, however, there are no metals at room temperature except galinstan or gallium or its eutectics, which also oxidize, or the mercury prohibited in a consumer application; On the other hand, the known non-metallic conductive liquids have a much lower surface energy than a metal. Now Krupenkin does not teach how to make such liquids as part of a condenser to form a convex drop, which can cling to a pressed-dielectric and reliably dissolve again. Another unsolved problem in Krupenkin involves sticking this drop of liquid to an electrode - that is, the uninterrupted electrical contact of an electrical supply line to the second capacitor electrode.

Gesucht ist also eine leitende Flüssigkeit, die als Tropfen auf einer leitenden – bevorzugt aus Metall gebildeten – elektrischen Zuleitung permanent gehalten wird, und die bevorzugt eine reversibel zusammendrückbare Elektrode in einem Kondensator nach Krupenkin bildet. D. h. dass ein einmal zusammengepresster Tropfen, wenn dieser Kondensator senkrecht zur ersten Elektrode wieder gedehnt wird, seine ursprüngliche Form wieder annimmt, und somit in einem Kondensator nach Krupenkin nutzbar ist.What is needed is a conductive liquid which is kept permanently as drops on a conductive - preferably formed of metal - electrical supply line, and which preferably forms a reversibly compressible electrode in a Krupenkin capacitor. Ie. that a droplet once pressed together, when this capacitor is stretched again perpendicular to the first electrode, assumes its original shape again, and thus can be used in a capacitor according to Krupenkin.

2. Beschreibung der Erfindung2. Description of the invention

Die nachstehend beschriebene Erfindung löst das vorstehende Problem mit einer Flüssigkeit nach Anspruch 1. Weitere Eigenschaften der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen niedergelegt.The invention described below solves the above problem with a liquid according to claim 1. Further characteristics of the invention are laid down in the dependent claims.

2.1 Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels2.1 Description of a preferred embodiment

Bevorzugt ist die leitende Flüssigkeit zur Bildung einer zweiten Kondensatorelektrode eine ionische Flüssigkeit – also ein bei Raumtemperatur flüssiges, leitendes Salz – in welche ferromagnetische Teilchen eingebracht wurden; eine solche Flüssigkeit weist Eigenschaften eines Ferrofluids auf und wird hinfort so bezeichnet. Sitzt ein solches Ferrofluid nun z. B. auf einem metallischen, leitenden Ferromagneten, so nimmt es eine durch die magnetischen Feldlinien vorgegebene Gestalt an, bevorzugt jene eins einzelne Tropfens. Nun ist ein variabler Kondensator nach Krupenkin baubar, welcher erstens den vorstehend erwähnten Magneten als leitende Zuführung zur zweiten Elektrode, und zweitens einen Tropfen eines derartigen leitenden Ferrofluids als flüssige zweite Elektrode verwendet. Dabei wird bevorzugt unterstellt, dass ausser dem besagten Ferromagneten und dem besagten Tropfen alle anderen Elemente in besagtem Kondensator diamagnetisch sind.Preferably, the conductive liquid to form a second capacitor electrode is an ionic liquid - that is, a liquid at room temperature, conductive salt - in which ferromagnetic particles have been introduced; such a liquid has properties of a ferrofluid and is henceforth referred to. Does such a ferrofluid now z. B. on a metallic conductive ferromagnet, it assumes a predetermined by the magnetic field lines shape, preferably that of a single drop. Now, a Krupenkin variable capacitor, which firstly uses the above-mentioned magnet as a conductive supply to the second electrode and, secondly, a drop of such a conductive ferrofluid as a liquid second electrode, can be constructed. It is preferably assumed that, in addition to the said ferromagnet and said drop, all other elements in said capacitor are diamagnetic.

Nun haben ionische Flüssigkeiten ebenso wie die aus ihnen gebildeten Ferrofluide einen vernachlässigbaren Dampfdruck und sind in bevorzugten Ausführungen an Luft stabil. Man muss also den erfindungsgemässen Kondensator nicht luftdicht bauen.Now ionic liquids as well as the ferrofluids formed from them have a negligible vapor pressure and are stable in preferred embodiments in air. So you do not have to build the inventive capacitor airtight.

2.2 Weitere Ausgestaltungen der Erfindung 2.2 Further embodiments of the invention

Denkbar sind paramagnetische ionische Flüssigkeiten, die im Gegensatz zu Ferrofluiden homogen sind. Denkbar sind ionische Flüssigkeiten mit eingebrachten superparamagnetischen Teilchen.Conceivable are paramagnetic ionic liquids, which are homogeneous in contrast to ferrofluids. Conceivable are ionic liquids with incorporated superparamagnetic particles.

Denkbar sind erfindungsgemässe leidende Flüssigkeitstropfen, die keine Ionenflüssigkeit beinhalten, oder leitende Flüssigkeitstropfen, die auf einem Bereich einer Oberfläche festgehalten werden, der eine hohe Oberflächenenergie aufweist, wobei die Oberfläche in der Umgebung dieses Bereiches eine niedrige Oberflächenenergie aufweist.Conceivable are inventive liquid droplets that do not contain ionic liquid, or conductive liquid droplets that are held on a region of a surface that has a high surface energy, wherein the surface in the vicinity of this region has a low surface energy.

Denkbar ist, dass ein erfindungsgemässer Kondensator Tropfen beinhaltet, die bei seitlicher Auslenkung des Kondensators ebenfalls eine Auslenkung erfahren, wobei sie auf dem leitenden Magneten gehalten werden, und wobei die Kapazität des Kondensators sich ändert, sodass auch in dieser Bewegungsform Energie gewonnen werden kann.It is conceivable for a condenser according to the invention to contain drops which also experience a deflection when the condenser is deflected sideways, being held on the conducting magnet, and the capacitance of the condenser changing, so that energy can also be obtained in this form of movement.

Denkbar ist, dass in einem erfindungsgemässen Kondensator ein aus Polymeren und magnetischen Teilchen gebildeter Permanentmagnet verwendet wird, der eine Anzahl von Stromleitern beinhaltet, sodass dieser komposite Polymer-Permanentmagnet sowohl Strom durch den Tropfen leiten, als auch diesen über sich halten kann.It is conceivable that in a capacitor according to the invention, a permanent magnet formed from polymers and magnetic particles is used, which contains a number of conductors, so that this composite polymer permanent magnet can both conduct current through the droplet and can hold it over itself.

Denkbar ist die Nutzung des erfindungsgemässen Kondensators als Sensor in einem Bewegungssensor oder die Nutzung eines Feldes aus derartigen Sensoren zur Vermessung der Deformation einer Fläche.Conceivable is the use of the inventive capacitor as a sensor in a motion sensor or the use of a field of such sensors for measuring the deformation of a surface.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 7898096 [0002] US 7898096 [0002]
  • US 2012/0181901 [0002] US 2012/0181901 [0002]
  • DE 102012019511 [0002] DE 102012019511 [0002]

Claims (4)

Leitender, von einer Kraft gehaltener Flüssigkeitstropfen, der in einem variablen Kondensator nach Krupenkin eingebracht ist.Conductive fluid drop held in a Krupenkin variable capacitor. Leitender Tropfen nach Anspruch 1, der ferromagnetische Teilchen oder superparamagnetische Teilchen in einer Ionenflüssigkeit beinhaltet, oder der aus einer paramagnetischen, homogenen Ionenflüssigkeit gebildet ist, und der von einer magnetischen Kraft gehalten wird.A conductive drop according to claim 1, which contains ferromagnetic particles or superparamagnetic particles in an ionic liquid, or which is formed of a paramagnetic, homogeneous ionic liquid, and which is held by a magnetic force. Leitender Tropfen nach Anspruch 1, der eine Kapazitätsänderung in einem Kondensator nach Krupenkin durch Zusammenpressen dieses Kondensators senkrecht zur Oberfläche von dessen erster Elektrode, oder durch eine seitliche Auslenkung dieses Kondensators erlaubt.A conductive drop according to claim 1, which allows a capacitance change in a Krupenkin capacitor by compressing said capacitor perpendicular to the surface of its first electrode, or by a lateral deflection of said capacitor. Leitender Tropfen nach einem der vorstehenden Ansprüche, der in einem zwei- oder dreidimensionalen Feld aus derartigen Tropfen zum Nachweis der geometrischen Verformung dieses Feldes genutzt wird.A conductive drop according to any one of the preceding claims used in a two- or three-dimensional array of such drops for detecting the geometric deformation of that field.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7898096B1 (en) 2007-08-22 2011-03-01 Thomas Nikita Krupenkin Method and apparatus for energy harvesting using microfluidics
US20120181901A1 (en) 2011-01-19 2012-07-19 Thomas Nikita Krupenkin Method and Apparatus For Mechanical Energy Harvesting Using Planar Microfluidic Device
DE102012019511A1 (en) 2012-10-05 2014-04-10 Wolfgang Bock Box for use as smart card for energy recovery in clothing e.g. shoe soles, has capacitors placed between bottom part and lid, where capacity of capacitors is varied such that electric power is obtained from work and stored in buffer memory

Patent Citations (3)

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