本發(fā)明涉及發(fā)電裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用液態(tài)金屬導(dǎo)電的雙作用熱聲發(fā)電機，具體涉及一種結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低且能提高生產(chǎn)效率的利用液態(tài)金屬導(dǎo)電的雙作用熱聲發(fā)電機。

背景技術(shù)：

熱聲發(fā)動機是將熱能轉(zhuǎn)換為機械能的新型動力裝置，如果將其與發(fā)電機相連，將機械能轉(zhuǎn)化為電能就構(gòu)成了一種熱聲發(fā)電機。熱聲發(fā)電機是一種外燃式的發(fā)電設(shè)備，可以利用廢熱、太陽能、工業(yè)余熱等進(jìn)行發(fā)電，因此具有廣泛的應(yīng)用前景。如圖1為一種雙作用熱聲發(fā)電機結(jié)構(gòu)，它由三個單元組成，每個單元包括熱聲發(fā)動機和直線電機。熱聲發(fā)動機的核心部件包括主水冷器1、回?zé)崞?、加熱器3、熱緩沖管4及次水冷器5；直線電機包括膨脹活塞11、膨脹腔11’、壓縮活塞12、壓縮腔12’、動子13及定子14等。熱聲發(fā)動機的次水冷器5跟直線電機的膨脹腔11’相連，直線電機的壓縮腔12’再跟另一個單元中熱聲發(fā)動機的主水冷器1相連，這樣各單元之間首尾相連構(gòu)成一個環(huán)路。直線電機的活塞和動子13起到諧振子的作用，決定系統(tǒng)的工作頻率。系統(tǒng)工作時，熱聲發(fā)動機的加熱器3溫度升高到一定值，系統(tǒng)就會產(chǎn)生自激的聲波振蕩，聲波消耗部分能量波推動膨脹活塞11往復(fù)運動，將聲波形式的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽暡ǖ氖Ｓ嗄芰客ㄟ^電機的動子13傳遞到壓縮活塞12，再以聲波的形式進(jìn)入另一個單元的發(fā)動機，聲波在回?zé)崞?中能量被放大后再推動該單元中的膨脹活塞11工作。

采用上述結(jié)構(gòu)的熱聲發(fā)電機，直線電機的膨脹活塞11及壓縮活塞12和動子13采用板簧支撐，且膨脹活塞11及壓縮活塞12與氣缸之間采用精密的間隙密封以消除二者之間的摩擦，這對加工工藝提出了很高的要求，加工成本高且生存效率低下；另外直線電機的磁路、線圈等制作成本高，這些因素最后導(dǎo)致熱聲發(fā)電機生產(chǎn)成本較為昂貴，難以實用化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的是：提供一種結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低且能提高生產(chǎn)效率的利用液態(tài)金屬導(dǎo)電的雙作用熱聲發(fā)電機，以解決現(xiàn)有的熱聲發(fā)電機結(jié)構(gòu)復(fù)雜、對加工工藝要求高而造成的成本高、生產(chǎn)效率低及實用性差的問題。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種利用液態(tài)金屬導(dǎo)電的雙作用熱聲發(fā)電機，包括至少三組熱聲發(fā)電單元，每組所述熱聲發(fā)電單元均包括熱聲發(fā)動機、內(nèi)部設(shè)有液態(tài)金屬的儲液管及至少一個摩擦發(fā)電機；所述熱聲發(fā)動機包括依次連接的主冷水器、回?zé)崞骷芭c所述儲液管的進(jìn)口端連接的加熱器；該組所述熱聲發(fā)電單元的儲液管的出口端通過連接管與下一組熱聲發(fā)電單元的主冷水器連通，該組所述熱聲發(fā)電單元的主冷水器通過連接管與末組熱聲發(fā)電單元的儲液管的出口端連通，以形成閉合環(huán)路；所述摩擦發(fā)電機包括連接形成導(dǎo)電環(huán)路的外接負(fù)載及兩個電極，所述兩個電極設(shè)于所述儲液管內(nèi)且其中一個所述電極始終與所述儲液管內(nèi)的液態(tài)金屬接觸，另一個所述電極的外表面設(shè)有發(fā)電材料層，所述熱聲發(fā)動機推動所述儲液管內(nèi)的液態(tài)金屬做升降往復(fù)運動，以使得所述設(shè)有發(fā)電材料層的電極與所述液態(tài)金屬在接觸狀態(tài)和分離狀態(tài)之間切換。

其中，所述摩擦發(fā)電機的數(shù)量為兩個，其中一個所述摩擦發(fā)電機的兩個電極設(shè)于靠近所述儲液管的進(jìn)口端的端口處，另一個所述摩擦發(fā)電機的兩個電極設(shè)于靠近所述儲液管的出口端的端口處。

其中，所述熱聲發(fā)動機還包括設(shè)于所述加熱器與所述儲液管的進(jìn)口端之間的熱緩沖管及次水冷器，所述熱緩沖管與所述加熱器連接，所述次水冷器與所述儲液管的進(jìn)口端連接。

其中，所述儲液管的進(jìn)口端和出口端均設(shè)有浮子，且設(shè)于所述儲液管出口端的浮子構(gòu)造有兩個用于穿設(shè)所述兩個電極的通孔。

其中，所述外表面設(shè)有發(fā)電材料層的電極的下端為針尖結(jié)構(gòu)。

其中，所述儲液管的剖面形狀為U型或V型或W型。

其中，所述液態(tài)金屬為汞或鈉鉀混合物或鎵或鈉或鉀。

其中，所述發(fā)電材料層為具有多個凸起結(jié)構(gòu)的發(fā)電材料層。

其中，所述發(fā)電材料層采用聚酰亞胺或聚四氟乙烯或聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚氯乙烯或聚二甲硅氧烷或聚對二甲苯材質(zhì)制成。

(三)有益效果

本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點：本發(fā)明提供了一種利用液態(tài)金屬導(dǎo)電的雙作用熱聲發(fā)電機，包括至少三組熱聲發(fā)電單元，每組熱聲發(fā)電單元均包括熱聲發(fā)動機、內(nèi)部設(shè)有液態(tài)金屬的儲液管及至少一個摩擦發(fā)電機；熱聲發(fā)動機包括依次連接的主冷水器、回?zé)崞骷芭c儲液管的進(jìn)口端連接的加熱器；該組熱聲發(fā)電單元的儲液管的出口端通過連接管與下一組熱聲發(fā)電單元的主冷水器連通，該組熱聲發(fā)電單元的主冷水器通過連接管與末組熱聲發(fā)電單元的儲液管的出口端連通，以形成閉合環(huán)路；摩擦發(fā)電機包括連接形成導(dǎo)電環(huán)路的外接負(fù)載及兩個電極，兩個電極設(shè)于儲液管內(nèi)且其中一個電極始終與儲液管內(nèi)的液態(tài)金屬接觸，另一個電極的外表面設(shè)有發(fā)電材料層，熱聲發(fā)動機推動儲液管內(nèi)的液態(tài)金屬做升降往復(fù)運動，以使得設(shè)有發(fā)電材料層的電極與液態(tài)金屬在接觸狀態(tài)和分離狀態(tài)之間切換。本申請?zhí)峁┑膬σ汗芴娲鷤鹘y(tǒng)電機結(jié)構(gòu)中的活塞動子，起到諧振子的作用，決定熱聲發(fā)電機的工作頻率，大大簡化了傳統(tǒng)電機結(jié)構(gòu)，降低了對加工工藝的要求及生產(chǎn)成本，經(jīng)濟性好，實用性強，利于進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)及推廣；同時利用液態(tài)金屬導(dǎo)電，導(dǎo)電性能優(yōu)異且性質(zhì)穩(wěn)定，在保證發(fā)電效率的前提下又提高了發(fā)電機的可靠性。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中熱聲發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一種利用液態(tài)金屬導(dǎo)電的雙作用熱聲發(fā)電機實施例一的雙作用熱聲發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3中(a)至(d)為本發(fā)明一種利用液態(tài)金屬導(dǎo)電的雙作用熱聲發(fā)電機實施例一的利用液態(tài)金屬將機械能轉(zhuǎn)換為電能的狀態(tài)變化圖。

圖中：1：主冷水器；2：回?zé)崞鳎?：加熱器；4：熱緩沖管；5：次水冷器；6：儲液管；7、9：電極；8：發(fā)電材料層；10：外接負(fù)載；11：膨脹活塞；11’：膨脹腔；12：壓縮活塞；12’：壓縮腔；13：動子；14：定子；15：液態(tài)金屬；16：浮子。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實施例一

特別的，為表述方便，本申請?zhí)峁┑囊环N利用液態(tài)金屬導(dǎo)電的雙作用熱聲發(fā)電機，將儲液管與熱聲發(fā)動機連接的一端定義為儲液管的進(jìn)口端，相應(yīng)的，將儲液管的另一端定義為儲液管的出口端。

如圖2至圖3所示，本發(fā)明實施例提供了一種利用液態(tài)金屬導(dǎo)電的雙作用熱聲發(fā)電機，包括至少三組熱聲發(fā)電單元，每組熱聲發(fā)電單元均包括熱聲發(fā)動機、內(nèi)部設(shè)有液態(tài)金屬15的儲液管6及至少一個摩擦發(fā)電機；利用液態(tài)金屬15導(dǎo)電，導(dǎo)電性能優(yōu)異且性質(zhì)穩(wěn)定，在保證發(fā)電效率的前提下又提高了發(fā)電機的可靠性；熱聲發(fā)動機包括依次連接的主冷水器1、回?zé)崞?及與儲液管6的進(jìn)口端連接的加熱器3，主冷水器1形成低溫，加熱器3形成高溫，這樣在回?zé)崞?的兩端形成溫度梯度，當(dāng)回?zé)崞?達(dá)到一定溫度梯度時，就會產(chǎn)生自激的聲波振蕩；該組熱聲發(fā)電單元的儲液管6的出口端通過連接管與下一組熱聲發(fā)電單元的主冷水器1連通，該組熱聲發(fā)電單元的主冷水器1通過連接管與末組熱聲發(fā)電單元的儲液管6的出口端連通，以形成閉合環(huán)路，其中，當(dāng)回?zé)崞?達(dá)到一定溫度梯度時，產(chǎn)生的一部分聲波用于推動液態(tài)金屬15在儲液管6內(nèi)做升降往復(fù)運動，剩余部分聲波通過連接管進(jìn)入下一組熱聲發(fā)電單元，在下一組熱聲發(fā)電單元中回?zé)崞?兩端溫度梯度作用下，該聲波被放大，以再次用于推動該組的液態(tài)金屬15往復(fù)運動，依次傳遞形成循環(huán)；摩擦發(fā)電機包括連接形成導(dǎo)電環(huán)路的外接負(fù)載10及兩個電極，即電極7和電極9，兩個電極設(shè)于儲液管6內(nèi)且其中一個電極始終與儲液管6內(nèi)的液態(tài)金屬15接觸，另一個電極的外表面設(shè)有發(fā)電材料層8，熱聲發(fā)動機推動儲液管6內(nèi)的液態(tài)金屬15做升降往復(fù)運動，以使得設(shè)有發(fā)電材料層8的電極與液態(tài)金屬15在接觸狀態(tài)和分離狀態(tài)之間切換。本申請?zhí)峁┑膬σ汗?替代傳統(tǒng)電機結(jié)構(gòu)中的活塞動子，起到諧振子的作用，決定熱聲發(fā)電機的工作頻率，大大簡化了傳統(tǒng)電機結(jié)構(gòu)，降低了對加工工藝的要求及生產(chǎn)成本，經(jīng)濟性好，實用性強，利于進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)及推廣。

在本實施例中，摩擦發(fā)電機的數(shù)量為一個，具體包括外接負(fù)載10、電極7和電極9，電極7和電極9設(shè)于儲液管6內(nèi)且設(shè)于靠近儲液管6出口端的端口處；其中電極9較長，始終與儲液管6內(nèi)的液態(tài)金屬15接觸，電極7較短，在熱聲發(fā)動機推動儲液管6內(nèi)的液態(tài)金屬15做升降往復(fù)運動時，與液態(tài)金屬15在接觸狀態(tài)和分離狀態(tài)之間切換。

具體地，本申請?zhí)峁┑囊环N利用液態(tài)金屬導(dǎo)電的雙作用熱聲發(fā)電機工作過程為：主冷水器1形成低溫，加熱器3形成高溫，這樣在回?zé)崞?的兩端形成溫度梯度，當(dāng)回?zé)崞?達(dá)到一定溫度梯度時，就會產(chǎn)生自激的聲波振蕩，聲波推動儲液管6內(nèi)的液態(tài)金屬15使其做升降往復(fù)運動；液態(tài)金屬15在做升降往復(fù)運動的過程中，不斷地與電極7表面的發(fā)電材料層8接觸，具體如圖3中的圖(a)，液態(tài)金屬15與發(fā)電材料層8接觸時會發(fā)生電荷的轉(zhuǎn)移，發(fā)電材料層8表面帶負(fù)電，液態(tài)金屬15帶正電；當(dāng)液態(tài)金屬15與電極7上的發(fā)電材料層8分離時，液態(tài)金屬15中的正電荷通過電極9和外部負(fù)載轉(zhuǎn)移到電極7上(見圖3中的圖(b))；當(dāng)液態(tài)金屬15與電極7上的發(fā)電材料層8完全分離時，電極7上的正電荷達(dá)到最大(見圖3中的圖(c))；當(dāng)液態(tài)金屬15再次與電極7上的發(fā)電材料層8接觸時(見圖3中的圖(d))，電極7上的正電荷通過外接負(fù)載10和電極9再次回到液態(tài)金屬15中，再重新回到圖3中圖(a)的狀態(tài)，如此不斷循環(huán)往復(fù)，實現(xiàn)機械能向電能的轉(zhuǎn)換。

進(jìn)一步地，若采用熔點較低的液態(tài)金屬15，熱聲發(fā)動機還包括設(shè)于加熱器3與儲液管6的進(jìn)口端之間的熱緩沖管4及次水冷器5，熱緩沖管4與加熱器3連接，次水冷器5與儲液管6的進(jìn)口端連接。其中，次水冷器5主要是使液態(tài)金屬15工作在較低的溫度，熱緩沖管4則是用來連接高溫的加熱器3和處于較低溫度的次水冷器5，起到熱緩沖、減少熱量損失的作用。

特別的，如果采用熔點較高的液態(tài)金屬15，則可以取消熱緩沖管4和次水冷器5，這樣液態(tài)金屬15與加熱器3相鄰，可以利用加熱器3對液態(tài)金屬15進(jìn)行加熱，保持其熔融狀態(tài)。

進(jìn)一步地，為防止液態(tài)金屬15在震蕩過程中如果加速度過大造成的液面破壞及液體飛濺現(xiàn)象，在本實施例中，儲液管6的進(jìn)口端和出口端均設(shè)有浮子16，且設(shè)于儲液管6出口端的浮子構(gòu)造有兩個用于穿設(shè)兩個電極的通孔。優(yōu)選地，浮子16依靠浮力漂浮于液態(tài)金屬15的液面上，浮子16的形狀與儲液管6的內(nèi)壁面僅存在微小的間隙，以起到最大化防止液面破壞和液體飛濺現(xiàn)象。

優(yōu)選地，外表面設(shè)有發(fā)電材料層的電極的下端為針尖結(jié)構(gòu)。其中，下端指的是靠近液態(tài)金屬15的一端；在本實施例中，通過將電極7的下端設(shè)計為針尖結(jié)構(gòu)，以防止電極7的下端面與液面撞擊時使液體飛濺。

優(yōu)選地，儲液管6的剖面形狀為U型或V型或W型。在本實施例中，儲液管6選用U型管，工藝簡單，結(jié)構(gòu)簡便，生產(chǎn)成本低，經(jīng)濟性好。

優(yōu)選地，液態(tài)金屬15為汞或鈉鉀混合物或鎵或鈉或鉀。儲液管6內(nèi)的液態(tài)金屬15的材料可以為汞、鈉鉀混合物、鎵等常溫下呈液態(tài)的材料，也可以是通過適當(dāng)加熱后變成液態(tài)的金屬材料，例如鈉、鉀等低熔點材料。

優(yōu)選地，為了獲得更高的發(fā)電量和發(fā)電效率，發(fā)電材料層8為具有多個凸起結(jié)構(gòu)的發(fā)電材料層8，以此增大了發(fā)電材料層8與液態(tài)金屬15之間的摩擦接觸面積。其中，多個凸起結(jié)構(gòu)既可以以一定的規(guī)則均勻設(shè)置，也可以隨機布置，具體根據(jù)實際實施條件來選擇凸起結(jié)構(gòu)的數(shù)量、形狀及布置方式。

優(yōu)選地，發(fā)電材料層8采用聚酰亞胺或聚四氟乙烯或聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚氯乙烯或聚二甲硅氧烷或聚對二甲苯材質(zhì)制成。除上述之外，在實際應(yīng)用時，也可選擇其它摩擦發(fā)電材料。

實施例二

另外，本申請?zhí)峁┑睦靡簯B(tài)金屬導(dǎo)電的雙作用熱聲發(fā)電機還包括下述技術(shù)方案：摩擦發(fā)電機的數(shù)量為兩個，其中一個摩擦發(fā)電機的兩個電極設(shè)于靠近儲液管的進(jìn)口端的端口處，另一個摩擦發(fā)電機的兩個電極設(shè)于靠近儲液管的出口端的端口處。采用兩個摩擦發(fā)電機，以滿足更高的發(fā)電量和發(fā)電效率需求，應(yīng)用領(lǐng)域更廣，實用性更強，利于進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)及推廣。其它技術(shù)方案與實施例一中的技術(shù)方案相同，為避免贅述，在這不做額外的闡述。

綜上所述，本發(fā)明提供了一種利用液態(tài)金屬導(dǎo)電的雙作用熱聲發(fā)電機，包括至少三組熱聲發(fā)電單元，每組熱聲發(fā)電單元均包括熱聲發(fā)動機、內(nèi)部設(shè)有液態(tài)金屬的儲液管及至少一個摩擦發(fā)電機；熱聲發(fā)動機包括依次連接的主冷水器、回?zé)崞骷芭c儲液管的進(jìn)口端連接的加熱器；該組熱聲發(fā)電單元的儲液管的出口端通過連接管與下一組熱聲發(fā)電單元的主冷水器連通，該組熱聲發(fā)電單元的主冷水器通過連接管與末組熱聲發(fā)電單元的儲液管的出口端連通，以形成閉合環(huán)路；摩擦發(fā)電機包括連接形成導(dǎo)電環(huán)路的外接負(fù)載及兩個電極，兩個電極設(shè)于儲液管內(nèi)且其中一個電極始終與儲液管內(nèi)的液態(tài)金屬接觸，另一個電極的外表面設(shè)有發(fā)電材料層，熱聲發(fā)動機推動儲液管內(nèi)的液態(tài)金屬做升降往復(fù)運動，以使得設(shè)有發(fā)電材料層的電極與液態(tài)金屬在接觸狀態(tài)和分離狀態(tài)之間切換。本申請?zhí)峁┑膬σ汗芴娲鷤鹘y(tǒng)電機結(jié)構(gòu)中的活塞動子，起到諧振子的作用，決定熱聲發(fā)電機的工作頻率，大大簡化了傳統(tǒng)電機結(jié)構(gòu)，降低了對加工工藝的要求及生產(chǎn)成本，經(jīng)濟性好，實用性強，利于進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)及推廣；同時利用液態(tài)金屬導(dǎo)電，導(dǎo)電性能優(yōu)異且性質(zhì)穩(wěn)定，在保證發(fā)電效率的前提下又提高了發(fā)電機的可靠性。

最后應(yīng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。