[發(fā)明專(zhuān)利]熱聲發(fā)電機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110401582.0
• 申請(qǐng)日: 2011-12-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103147947A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李青;李正宇;胡忠軍;周剛;謝秀娟
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所
• 主分類(lèi)號(hào): F03G7/00
• 分類(lèi)號(hào): F03G7/00
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 韓國(guó)勝;王瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于發(fā)電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種熱聲發(fā)電機(jī)。

背景技術(shù)

電能是現(xiàn)代社會(huì)最主要的能源之一，而且大部分其他的能源，例如以煤炭、石油天然氣為代表的化石能，水能，風(fēng)能，核能等都需要通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茉俦蝗藗兯谩０l(fā)電機(jī)的形式很多，工作原理都是基于電磁感應(yīng)原理，以一定的方式構(gòu)成能進(jìn)行電磁感應(yīng)的磁場(chǎng)和電場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的目的。

目前常規(guī)的發(fā)電機(jī)已經(jīng)發(fā)展的比較完善，但是在一些極端環(huán)境下，常規(guī)的發(fā)電機(jī)無(wú)法長(zhǎng)期有效的工作。例如在進(jìn)行深太空探測(cè)時(shí)，由于探測(cè)時(shí)間很長(zhǎng)，探測(cè)器不能攜帶足夠的燃料，同時(shí)由于遠(yuǎn)離太陽(yáng)，也無(wú)法采用太陽(yáng)能電池獲取足夠的電能，這時(shí)候就需要一種具有高可靠性、長(zhǎng)壽命、非常規(guī)燃料的發(fā)電機(jī)。再如一些長(zhǎng)期的野外探測(cè)器、海底探測(cè)器等由于惡劣的工作環(huán)境，無(wú)法進(jìn)行維護(hù)和燃料的添加，這時(shí)候需要燃料一次性的注入就能保證長(zhǎng)期、穩(wěn)定的運(yùn)行。采用同位素衰變能驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)是一種可能的選擇。同位素衰變過(guò)程可以非常的長(zhǎng)(钚-238半衰期87年)，它能在幾十年時(shí)間里為發(fā)電機(jī)提供穩(wěn)定的熱能輸入，從而產(chǎn)生穩(wěn)定的電能輸出。但是直接用同位素衰變能驅(qū)動(dòng)現(xiàn)有的發(fā)電機(jī)存在以下主要問(wèn)題：現(xiàn)有的發(fā)電機(jī)的熱端都存在活塞這一運(yùn)動(dòng)部件，活塞與氣缸之間采用動(dòng)密封，由于存在側(cè)向力，因此密封環(huán)與氣缸直接摩擦，它們的高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)造成磨損，從而影響電機(jī)的壽命和發(fā)電效率，而其他一些運(yùn)動(dòng)部件也需要潤(rùn)滑，這使得發(fā)電機(jī)在幾千小時(shí)以?xún)?nèi)就必須進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。顯然無(wú)法適應(yīng)所述特殊場(chǎng)合的使用。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：現(xiàn)有的發(fā)電機(jī)使用的是化學(xué)燃料，且有位于高溫環(huán)境的運(yùn)動(dòng)部件，其活塞和氣缸有直接的機(jī)械摩擦，高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)造成磨損，而且需要添加燃料和定期維護(hù)，不適應(yīng)包括深空探測(cè)、海底探測(cè)、野外定點(diǎn)勘測(cè)等長(zhǎng)期無(wú)人值守環(huán)境的工作要求。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種熱聲發(fā)電機(jī)。

其中，所述熱聲發(fā)電機(jī)包括同位素?zé)嵩础⒒責(zé)崞鳌⒅骼涠藫Q熱器、聲學(xué)容腔、聲功反饋管和永磁電機(jī)，所述永磁電機(jī)包括永磁體和圍繞在永磁體外部的線圈，所述回?zé)崞鳌⒅骼涠藫Q熱器、聲學(xué)容腔和聲功反饋管依次連通，所述同位素?zé)嵩春椭骼涠藫Q熱器使回?zé)崞鞯膬啥诵纬蓽囟忍荻龋诨責(zé)崞髦行纬蔁崮艿铰暷苻D(zhuǎn)換的熱聲自激振蕩，從而產(chǎn)生自激振蕩聲壓，所述自激振蕩聲壓驅(qū)動(dòng)永磁電機(jī)中的永磁體做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而在線圈中形成感應(yīng)電勢(shì)。

優(yōu)選地，所述聲功反饋管的出口端設(shè)有聲壓輸出口，所述聲壓輸出口和永磁電機(jī)之間設(shè)有帶有活塞的氣缸，所述永磁電機(jī)中的永磁體與氣缸中的活塞相連接，所述聲壓輸出口輸出的聲壓驅(qū)動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)永磁體運(yùn)動(dòng)。

優(yōu)選地，所述活塞和氣缸之間的間隙為5-30微米。

優(yōu)選地，所述熱源提供的熱量經(jīng)過(guò)熱端換熱器傳遞到回?zé)崞鳎雎晧狠敵隹谏线B通有次冷端換熱器，所述次冷端換熱器通過(guò)熱緩沖管與熱端換熱器相連通，所述熱端換熱器、回?zé)崞鳌⒅骼涠藫Q熱器、聲學(xué)容腔、聲功反饋管、聲壓輸出口、次冷端換熱器和熱緩沖管形成閉合環(huán)形回路。

優(yōu)選地，所述主冷端換熱器為氣冷或水冷換熱器。

優(yōu)選地，所述永磁體通過(guò)主軸與活塞相連接，所述主軸與永磁電機(jī)中的板狀彈簧固定連接，通過(guò)該板狀彈簧來(lái)支撐主軸。

優(yōu)選地，所述同位素?zé)嵩礊轭?238或者釙-210。

優(yōu)選地，所述同位素?zé)嵩瓷显O(shè)有熱控制裝置，用于控制同位素?zé)嵩此a(chǎn)生的溫度。

優(yōu)選地，所述永磁電機(jī)的外殼為封閉殼體。

優(yōu)選地，所述回?zé)崞髦性O(shè)有絲網(wǎng)或者板疊。

(三)有益效果

上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明的發(fā)電機(jī)是通過(guò)同位素?zé)嵩春椭骼涠藫Q熱器使回?zé)崞鞯膬啥诵纬蓽囟忍荻龋诨責(zé)崞髦行纬蔁崮艿铰暷苻D(zhuǎn)換的熱聲自激振蕩，從而產(chǎn)生自激振蕩聲壓，由自激振蕩聲壓驅(qū)動(dòng)永磁電機(jī)中的永磁體做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而在線圈中形成感應(yīng)電勢(shì)。本發(fā)明通過(guò)將熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)自激振蕩產(chǎn)生的聲壓用于提供永磁電機(jī)中永磁體運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，由于永磁體運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力是由熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)自激振蕩提供，熱聲發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，因此具有高度的可靠性。而且該熱聲系統(tǒng)為行波型熱聲系統(tǒng)，使得熱聲轉(zhuǎn)換效率高。永磁電機(jī)的運(yùn)動(dòng)部件處于常溫環(huán)境下，活塞與氣缸之間有微小間隙，因此不存在高溫、磨損造成的失效，運(yùn)行壽命長(zhǎng)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。