[发明专利]热声发电机

说明书

技术领域

本发明属于发电机技术领域，特别涉及到一种热声发电机。

背景技术

电能是现代社会最主要的能源之一，而且大部分其他的能源，例如以煤炭、石油天然气为代表的化石能，水能，风能，核能等都需要通过发电机转变为电能再被人们所利用。发电机的形式很多，工作原理都是基于电磁感应原理，以一定的方式构成能进行电磁感应的磁场和电场，从而实现能量转换的目的。

目前常规的发电机已经发展的比较完善，但是在一些极端环境下，常规的发电机无法长期有效的工作。例如在进行深太空探测时，由于探测时间很长，探测器不能携带足够的燃料，同时由于远离太阳，也无法采用太阳能电池获取足够的电能，这时候就需要一种具有高可靠性、长寿命、非常规燃料的发电机。再如一些长期的野外探测器、海底探测器等由于恶劣的工作环境，无法进行维护和燃料的添加，这时候需要燃料一次性的注入就能保证长期、稳定的运行。采用同位素衰变能驱动的发电机是一种可能的选择。同位素衰变过程可以非常的长(钚-238半衰期87年)，它能在几十年时间里为发电机提供稳定的热能输入，从而产生稳定的电能输出。但是直接用同位素衰变能驱动现有的发电机存在以下主要问题：现有的发电机的热端都存在活塞这一运动部件，活塞与气缸之间采用动密封，由于存在侧向力，因此密封环与气缸直接摩擦，它们的高速相对运动会造成磨损，从而影响电机的寿命和发电效率，而其他一些运动部件也需要润滑，这使得发电机在几千小时以内就必须进行维护保养。显然无法适应所述特殊场合的使用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：现有的发电机使用的是化学燃料，且有位于高温环境的运动部件，其活塞和气缸有直接的机械摩擦，高速相对运动会造成磨损，而且需要添加燃料和定期维护，不适应包括深空探测、海底探测、野外定点勘测等长期无人值守环境的工作要求。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种热声发电机。

其中，所述热声发电机包括同位素热源、回热器、主冷端换热器、声学容腔、声功反馈管和永磁电机，所述永磁电机包括永磁体和围绕在永磁体外部的线圈，所述回热器、主冷端换热器、声学容腔和声功反馈管依次连通，所述同位素热源和主冷端换热器使回热器的两端形成温度梯度，在回热器中形成热能到声能转换的热声自激振荡，从而产生自激振荡声压，所述自激振荡声压驱动永磁电机中的永磁体做往复运动，从而在线圈中形成感应电势。

优选地，所述声功反馈管的出口端设有声压输出口，所述声压输出口和永磁电机之间设有带有活塞的气缸，所述永磁电机中的永磁体与气缸中的活塞相连接，所述声压输出口输出的声压驱动活塞运动，从而带动永磁体运动。

优选地，所述活塞和气缸之间的间隙为5-30微米。

优选地，所述热源提供的热量经过热端换热器传递到回热器，所述声压输出口上连通有次冷端换热器，所述次冷端换热器通过热缓冲管与热端换热器相连通，所述热端换热器、回热器、主冷端换热器、声学容腔、声功反馈管、声压输出口、次冷端换热器和热缓冲管形成闭合环形回路。

优选地，所述主冷端换热器为气冷或水冷换热器。

优选地，所述永磁体通过主轴与活塞相连接，所述主轴与永磁电机中的板状弹簧固定连接，通过该板状弹簧来支撑主轴。

优选地，所述同位素热源为钚-238或者钋-210。

优选地，所述同位素热源上设有热控制装置，用于控制同位素热源所产生的温度。

优选地，所述永磁电机的外壳为封闭壳体。

优选地，所述回热器中设有丝网或者板叠。

(三)有益效果

上述技术方案具有如下优点：本发明的发电机是通过同位素热源和主冷端换热器使回热器的两端形成温度梯度，在回热器中形成热能到声能转换的热声自激振荡，从而产生自激振荡声压，由自激振荡声压驱动永磁电机中的永磁体做往复运动，从而在线圈中形成感应电势。本发明通过将热声发动机自激振荡产生的声压用于提供永磁电机中永磁体运动的驱动力从而产生感应电势，由于永磁体运动的驱动力是由热声发动机自激振荡提供，热声发动机没有运动部件，因此具有高度的可靠性。而且该热声系统为行波型热声系统，使得热声转换效率高。永磁电机的运动部件处于常温环境下，活塞与气缸之间有微小间隙，因此不存在高温、磨损造成的失效，运行寿命长。

附图说明

图1是本发明一种实施例的结构示意图。