DISPOSITIVOS POLIMÉRICOS ELECTROACTIVOS PARA MOVER FLUIDO.

Un dispositivo para llevar a cabo trabajo termodinámico en un fluido,

comprendiendo el dispositivo: uno o más transductores (302), comprendiendo cada transductor (302) al menos dos electrodos y un polímero electroactivo en comunicación eléctrica con los al menos dos electrodos en el que una porción del polímero electroactivo está dispuesta para deformarse de una primera posición a una segunda posición en respuesta a un cambio en el campo eléctrico; y caracterizado por al menos una superficie (323) en contacto con un fluido y acoplada operativamente a los uno o más transductores (302) en la que la deformación de la porción del polímero electroactivo provoca que se imparta al fluido el trabajo termodinámico, y en la que el trabajo termodinámico es transmitido al fluido por medio de la susodicha superficie (323), superficie (323) que está separada del polímero electroactivo

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2003/008703.

Solicitante: SRI INTERNATIONAL.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 333 RAVENSWOOD AVENUE MENLO PARK, CA 94025 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: PELRINE, RONALD, E., PEI,Qibing, KORNBLUH,Roy,David, STANFORD,Scott,E, HEYDT,Richard, ECKERLE,Jospeh,S, HEIM,Jonathan,R.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 18 de Marzo de 2003.

Clasificación PCT:

  • H01L41/09 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01L DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS DE ESTADO SOLIDO NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR (utilización de dispositivos semiconductores para medida G01; resistencias en general H01C; imanes, inductancias, transformadores H01F; condensadores en general H01G; dispositivos electrolíticos H01G 9/00; pilas, acumuladores H01M; guías de ondas, resonadores o líneas del tipo guía de ondas H01P; conectadores de líneas, colectores de corriente H01R; dispositivos de emisión estimulada H01S; resonadores electromecánicos H03H; altavoces, micrófonos, cabezas de lectura para gramófonos o transductores acústicos electromecánicos análogos H04R; fuentes de luz eléctrica en general H05B; circuitos impresos, circuitos híbridos, envolturas o detalles de construcción de aparatos eléctricos, fabricación de conjuntos de componentes eléctricos H05K; empleo de dispositivos semiconductores en circuitos que tienen una aplicación particular, ver la subclase relativa a la aplicación). › H01L 41/00 Dispositivos piezoeléctricos en general; Dispositivos electroestrictivos en general; Dispositivos magnetoestrictivos en general; Procedimientos o aparatos especialmente adaptados a la fabricación o tratamiento de estos dispositivos, o de sus partes constitutivas; Detalles (dispositivos consistentes en una pluralidad de componentes de estado sólido formados en o sobre un sustrato común H01L 27/00). › de entrada eléctrica y salida mecánica.
  • H01L41/16 H01L 41/00 […] › Selección de materiales.
  • H02N1/00 H […] › H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA.H02N MAQUINAS ELECTRICAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR.Generadores o motores electrostáticos que utilizan un portador móvil de carga electrostática sólida.

Clasificación antigua:

  • H01L41/09 H01L 41/00 […] › de entrada eléctrica y salida mecánica.
  • H01L41/16 H01L 41/00 […] › Selección de materiales.
  • H02N1/00 H02N […] › Generadores o motores electrostáticos que utilizan un portador móvil de carga electrostática sólida.

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.

PDF original: ES-2369532_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

La presente invención versa en general acerca de dispositivos de polímeros electroactivos que realizan una conversión entre energía eléctrica y energía mecánica. Más en particular, la presente invención versa acerca de dispositivos de bombeo que comprenden uno o más transductores de polímeros electroactivos. Los sistemas de fluidos se encuentran por doquier. La industria del automóvil, la industria de la fontanería, la industria de tratamientos químicos, la industria de los ordenadores, la industria de la refrigeración o el enfriamiento, la industria de los electrodomésticos y la industria aeroespacial son algunos ejemplos en los que los sistemas de fluidos son de importancia vital. El trabajo termodinámico, como ocurre en el caso de una bomba o un ventilador, puede ser utilizado para proporcionar la energía necesaria para mover el fluido en el sistema de fluidos de una ubicación a otra ubicación en el sistema de fluidos. Como ejemplo adicional, el trabajo termodinámico puede ser utilizado para poner el fluido en un estado termodinámico deseable, tal como la compresión del fluido en un sistema de refrigeración para convertirlo de una fase gaseosa a un líquido o la compresión del fluido en un sistema de combustión antes de la combustión, como en un motor de automóvil. En otro ejemplo adicional, el trabajo termodinámico puede llevarse a cabo en un fluido como medio de transferencia de la energía, como en un montacargas hidráulico o un sistema de control hidráulico. En general, las bombas, los ventiladores y los compresores tienen aplicaciones muy diversas tanto en el entorno doméstico como en el industrial. Por ejemplo, se usan bombas, ventiladores y/o compresores para hacer circular refrigerante y eliminar calor residual en sistemas de enfriamiento (por ejemplo, aire acondicionado, refrigeración), bombear agua en lavadoras y lavaplatos, eliminar calor residual de fuentes de calor (por ejemplo, CPU) en la industria de los ordenadores, presurizar aire para sistemas neumáticos, transportar agua para el riego, transportar crudo y gas en oleoductos y gaseoductos y mover fluidos entre diversas operaciones unitarias en una planta de tratamiento químico. También se usan bombas y compresores de forma generalizada en aplicaciones biomédicas, incluyendo, por ejemplo, hacer circular la sangre para la diálisis y durante procedimientos quirúrgicos. Bombas, ventiladores y compresores llevan existiendo siglos para llevar a cabo un trabajo termodinámico en un fluido. Predominantemente, las bombas y los compresores convencionales son accionados por pistón con un motor eléctrico; estos dispositivos convencionales tienden a ser pesados (voluminosos), ruidosos, ineficientes a bajas velocidades (o requieren cajas de cambio para reducir las velocidades mayores) y pueden resultar mecánicamente complejos y costosos. Generalmente, los motores eléctricos están diseñados para operar en el intervalo de 50-500 Hz. Estos motores operan normalmente en el intervalo audible y su velocidad precisa ser reducida (con el coste, el peso, la ineficiencia y la complejidad asociados) hasta la debida frecuencia de la bomba o del compresor. Para muchas aplicaciones, existe la necesidad de bombas, ventiladores, compresores y dispositivos hidráulicos que sean más ligeros, de mayor potencia y eficiencia, más silenciosos y de menor costo. En la actualidad hay disponibles nuevos polímeros de alto rendimiento capaces de convertir energía eléctrica en energía mecánica, y viceversa, para una amplia gama de aplicaciones de conversión de la energía. Una clase de estos polímeros, los elastómeros electroactivos (denominados también elastómeros dieléctricos, electroelastómeros o EPAM), está recibiendo una mayor atención. Los elastómeros electroactivos pueden presentar gran densidad energética, fatiga y eficiencia de acoplamiento electromecánico. El rendimiento de estos polímeros se ve incrementada notablemente cuando los polímeros han sido predeformados en su área. Por ejemplo, un aumento de área entre 10 y 25 veces mejora significativamente el rendimiento de muchos elastómeros electroactivos. Los accionadores y los transductores producidos usando estos materiales puede ser significativamente más baratos, más ligeros y tener un mayor intervalo de operación en comparación con las tecnologías convencionales usadas para llevar a cabo trabajo termodinámico en un fluido en un sistema de fluidos. Pueden encontrarse ejemplos de polímeros electroactivos predeformados que convierten energía eléctrica en energía mecánica en las solicitudes de PCT WO 01/06579 A1, WO 01/59852 A1 y en la solicitud de patente estadounidense 2002/0013545 A1. Resumen de la invención La invención describe dispositivos, como bombas, compresores y ventiladores, para llevar a cabo trabajo termodinámico en un fluido. El trabajo termodinámico puede ser utilizado para proporcionar una fuerza motriz para mover el fluido. El trabajo realizado sobre el fluido puede ser transmitido a otros dispositivos, como un pistón en un dispositivo de accionamiento hidráulico. Los dispositivos pueden incluir uno o más transductores de polímeros electroactivos con un polímero electroactivo que se deforme en respuesta a la aplicación de un campo eléctrico. 2   El polímero electroactivo puede estar en contacto con un fluido en el que la deformación del polímero electroactivo pueda ser usada para llevar a cabo trabajo termodinámico sobre el fluido. Los dispositivos pueden estar diseñados para operar eficientemente en una pluralidad de condiciones operativas, como condiciones operativas que produzcan una señal acústica por encima o por debajo del intervalo auditivo humano. Los dispositivos pueden ser utilizados en sistemas de control térmico, como sistemas de refrigeración, sistemas de enfriamiento y sistemas de calefacción. Un aspecto de la presente invención proporciona un dispositivo para llevar a cabo trabajo termodinámico en un fluido. El dispositivo puede estar caracterizado en general por comprender: i) uno o más transductores, comprendiendo cada transductor al menos dos electrodos y un polímero electroactivo en comunicación eléctrica con los al menos dos electrodos, en el que una porción del polímero electroactivo está dispuesta para deformarse de una primera posición a una segunda posición en respuesta a un cambio en el campo eléctrico; y al menos una superficie en contacto con un fluido y acoplada operativamente a los uno o más transductores en la que la deformación de la porción del polímero electroactivo provoca que se imparta al fluido el trabajo termodinámico, y en la que el trabajo termodinámico es transmitido al fluido por medio de la susodicha superficie, superficie que está separada del polímero electroactivo. La deformación de la susodicha porción del polímero electroactivo puede generar un movimiento giratorio, un movimiento lineal, un movimiento vibratorio o combinaciones de los mismos para la susodicha superficie. El trabajo termodinámico puede proporcionar una fuerza motriz para mover el fluido de una primera ubicación a una segunda ubicación. La presente invención proporciona, además, un aparato que convierte la energía eléctrica en energía mecánica, a la vez que protege el polímero electroactivo de constituyentes externos hallados en el fluido circundante al que se está impartiendo el trabajo termodinámico. El dispositivo puede ser una bomba, un compresor, un accionador hidráulico o un ventilador. En particular, el dispositivo puede ser un compresor de aire, una bomba de fuelle, una bomba de combustible o una bomba centrífuga. El dispositivo es una bomba o un compresor para un sistema de refrigeración. El dispositivo puede ser un ventilador usado en un sistema de ventilación, en el que el fluido es aire. El dispositivo puede usarse en un sistema de control térmico para controlar la temperatura en una o más ubicaciones en un segundo dispositivo. Por ejemplo, el segundo dispositivo puede ser un ordenador, y una de las ubicaciones está próxima a un microprocesador del ordenador. El fluido puede usarse para conducir energía térmica de una primera ubicación a una segunda ubicación en el segundo dispositivo. En una realización particular, una porción del líquido puede estar en una fase líquida. En una realización particular, el dispositivo puede comprender, además, una cámara para recibir el fluido, en la que una superficie limitadora de la cámara incluye la susodicha superficie. La deformación de la porción del polímero electroactivo provoca un cambio en el volumen de la cámara. El cambio en el volumen de la cámara puede comprimir el fluido de la cámara, puede expandir el fluido de la cámara, puede aspirar fluido al interior de la cámara o puede expulsar fluido de la cámara. El cambio en el volumen de la cámara también puede causar un cambio de estado... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un dispositivo para llevar a cabo trabajo termodinámico en un fluido, comprendiendo el dispositivo: uno o más transductores (302), comprendiendo cada transductor (302) al menos dos electrodos y un polímero electroactivo en comunicación eléctrica con los al menos dos electrodos en el que una porción del polímero electroactivo está dispuesta para deformarse de una primera posición a una segunda posición en respuesta a un cambio en el campo eléctrico; y caracterizado por al menos una superficie (323) en contacto con un fluido y acoplada operativamente a los uno o más transductores (302) en la que la deformación de la porción del polímero electroactivo provoca que se imparta al fluido el trabajo termodinámico, y en la que el trabajo termodinámico es transmitido al fluido por medio de la susodicha superficie (323), superficie (323) que está separada del polímero electroactivo. 2. El dispositivo de la reivindicación 1, dispositivo que se selecciona del grupo que consiste en una bomba (300), un compresor (310) un accionador hidráulico (355) y un ventilador (325). 3. El dispositivo de la reivindicación 1 en el que la deformación de la porción del polímero electroactivo cambia la susodicha superficie (323) de una primera forma a una segunda forma. 4. El dispositivo de la reivindicación 1 en el que la susodicha superficie (323) está acoplada operativamente a los uno o más transductores por medio de una articulación mecánica. 5. El dispositivo de la reivindicación 1 que, además, comprende: una cámara para recibir el fluido en la que una superficie limitadora de la cámara incluye la susodicha superficie (323). 6. El dispositivo de la reivindicación 5 en el que la deformación de la porción del polímero electroactivo provoca un cambio en el volumen de la cámara. 7. El dispositivo de la reivindicación 1 que, además, comprende uno o más conductos de fluido usados para proporcionar al menos una porción de una trayectoria de flujo para permitir que el fluido se desplace a través del dispositivo. 8. El dispositivo de la reivindicación 7 que, además, comprende una o más válvulas (316) para controlar un caudal, una dirección de flujo del fluido o combinaciones de los mismos a través de la trayectoria de flujo. 9. El dispositivo de la reivindicación 1 en el que el dispositivo es usado en un sistema (450) de control térmico para controlar una temperatura en una o más ubicaciones en un segundo dispositivo (455). 10. El dispositivo de la reivindicación 9 en el que el segundo dispositivo (455) es un ordenador y una de las ubicaciones está próxima a un microprocesador (465) del ordenador. 11. El dispositivo de la reivindicación 10 que, además, está caracterizado porque el fluido es para conducir energía térmica desde una primera ubicación a una segunda ubicación en el segundo dispositivo. 12. El dispositivo de la reivindicación 1 en el que una frecuencia operativa en la que la porción del polímero electroactivo se deforma está por encima o por debajo de un intervalo auditivo humano. 13. El dispositivo de la reivindicación 1 que, además, comprende un alojamiento (321) para encerrar los uno o más transductores (302) y la susodicha superficie (323). 14. El dispositivo de la reivindicación 1 que, además, comprende componentes electrónicos de acondicionamiento diseñados o configurados para llevar a cabo uno o más de las siguientes funciones para los uno o más transductores: elevación (602) de la tensión, reducción (608) de la tensión y control (604) de carga. 15. El dispositivo de la reivindicación 1 que, además, comprende: una barrera de aislamiento diseñada o configurada para proteger la susodicha superficie (323) de los constituyentes del fluido en contacto con la susodicha superficie (323). 16. El dispositivo de la reivindicación 1 en el que el polímero electroactivo tiene un módulo elástico por debajo de aproximadamente 100 MPa. 17. El dispositivo de la reivindicación 1, dispositivo que es un compresor de aire, una bomba de combustible, una bomba de aceite, una bomba de agua, un ventilador de refrigeración, una bomba de recirculación del gas de escape, una bomba de inflar neumáticos, una bomba de refrigeración o una bomba de fluido para el limpiaparabrisas. 31   32   33   34     36   37   38   39     41   42   43   44     46   47   48   49     51   52   53   54

 

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