專(zhuān)利名稱(chēng)：噪聲發(fā)電裝置及發(fā)電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種噪聲發(fā)電裝置和應(yīng)用這種裝置工作的噪聲發(fā)電方法，用于把環(huán)境 中的噪聲轉(zhuǎn)換為電能。
背景技術(shù)：
隨著人民生活水平的提高和現(xiàn)代化工業(yè)社會(huì)的發(fā)展，我們對(duì)能源的需求越來(lái)越 大，能源消耗的增加致使能源緊缺和環(huán)境污染問(wèn)題日益突出。對(duì)太陽(yáng)能、熱能、機(jī)械能、化學(xué) 能、生物能和聲能等環(huán)境中存在的潛在可再生能源的利用將是解決能源問(wèn)題的一種有效途徑。環(huán)境中的噪聲是一種具有相當(dāng)能量值的潛在能源，且噪聲的來(lái)源非常廣泛，噪音 污染對(duì)人們的生活和健康也有很大的影響。目前有很多消除噪聲的方法，在一定程度上減 弱了噪聲污染對(duì)人們的危害，但卻不能將這種潛在能源加以有效利用。因此需要尋求一種 既可以消除噪聲又可以將之有效利用的方法和裝置。中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利200710123086. 7公開(kāi)了一種“聲能發(fā)電方法及裝置”，該聲能發(fā)電 裝置將多個(gè)聲電換能器排列成組，實(shí)現(xiàn)了聲能到電能的轉(zhuǎn)換。但至今未見(jiàn)有利用聲學(xué)霍爾 姆茲共鳴器和聲電換能器相結(jié)合，將入射噪聲先放大再轉(zhuǎn)換的噪聲發(fā)電方法及基于這種方 法工作的噪聲發(fā)電裝置。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種利用聲學(xué)霍爾姆茲共鳴器將噪聲 進(jìn)行聲壓放大，再由聲電換能器實(shí)現(xiàn)聲能到電能轉(zhuǎn)換的噪聲發(fā)電裝置，以及基于這種裝置 工作的噪聲發(fā)電方法。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為—種噪聲發(fā)電裝置，該裝置包括聲波導(dǎo)管、與聲波導(dǎo)管耦合的聲電轉(zhuǎn)換單元和與 該聲電轉(zhuǎn)換單元連接的輸出總線(xiàn)；其中，聲電轉(zhuǎn)換單元包括由小孔和圓柱形空腔組成的聲學(xué)霍爾姆茲共鳴器、位于 該空腔末端的聲電換能器，小孔在聲波導(dǎo)管的管壁四周以矩陣形式排列；圓柱形空腔固定于聲波導(dǎo)管管壁，且圓柱形空腔和小孔的對(duì)稱(chēng)軸在一條直線(xiàn)上；聲電換能器通過(guò)引出導(dǎo)線(xiàn)與輸出總線(xiàn)相連。優(yōu)選的，所述聲波導(dǎo)管的管壁的厚度等于小孔的長(zhǎng)度。優(yōu)選的，所述聲電換能器的直徑等于空腔的內(nèi)徑。優(yōu)選的，所述聲電換能器是電磁式換能器、壓電式換能器或靜電式換能器。優(yōu)選的，所述聲波導(dǎo)管為一端封閉的矩形聲波導(dǎo)管。本發(fā)明還提供了噪聲發(fā)電方法，該方法包括如下步驟步驟1 根據(jù)不同頻帶范圍的噪聲源，設(shè)計(jì)聲電轉(zhuǎn)換單元的結(jié)構(gòu)尺寸，使聲學(xué)霍爾姆茲共鳴器的共振頻率和聲電換能器的固有頻率都處于噪聲源主頻頻帶內(nèi)；
步驟2 —定頻帶范圍的噪聲進(jìn)入聲波導(dǎo)管，由聲波導(dǎo)管管壁四周的小孔進(jìn)入聲學(xué)霍爾姆茲共鳴器進(jìn)行放大；步驟3 在聲學(xué)霍爾姆茲共鳴器空腔內(nèi)被放大的波動(dòng)聲壓作用于聲電換能器的振 膜，振膜產(chǎn)生與波動(dòng)聲壓同頻率的振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)聲能到電能的轉(zhuǎn)換。有益效果根據(jù)本發(fā)明提供的噪聲發(fā)電方法而設(shè)計(jì)的噪聲發(fā)電裝置可以將環(huán)境中 的噪聲轉(zhuǎn)換為電能，在一定程度上也消除了噪聲。與現(xiàn)有的聲能發(fā)電裝置相比，本裝置利用 聲學(xué)霍爾姆茲共鳴器將噪聲進(jìn)行聲壓放大，再由聲電換能器實(shí)現(xiàn)聲能到電能轉(zhuǎn)換，具有較 高的輸出電功率，是一種頻帶可選、可集成的高效噪聲發(fā)電裝置。


圖1是本發(fā)明噪聲發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明噪聲發(fā)電裝置的A-A截面簡(jiǎn)圖；圖3是本發(fā)明噪聲發(fā)電裝置聲電轉(zhuǎn)換單元的結(jié)構(gòu)示意圖；以上的圖中有聲波導(dǎo)管1，聲電轉(zhuǎn)換單元2，聲學(xué)霍爾姆茲共鳴器3，電磁式換能 器4，小孔5，空腔6，引出導(dǎo)線(xiàn)7，輸出總線(xiàn)8。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明提供的噪聲發(fā)電裝置由聲波導(dǎo)管、聲電轉(zhuǎn)換單元及輸出總線(xiàn)組成。其中聲 電轉(zhuǎn)換單元由聲學(xué)霍爾姆茲共鳴器和電磁式換能器組成，在聲波導(dǎo)管四周以矩陣形式排 列，并通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)接入輸出總線(xiàn)。入射噪聲聲波經(jīng)聲波導(dǎo)管傳播，進(jìn)入聲學(xué)霍爾姆茲共鳴器進(jìn) 行聲壓放大，再通過(guò)電磁式換能器轉(zhuǎn)換為電能，把所有的聲電轉(zhuǎn)換單元集成起來(lái)，能得到較 大的輸出電功率。根據(jù)裝置工作環(huán)境中噪聲源主頻頻帶設(shè)計(jì)聲電轉(zhuǎn)換單元的結(jié)構(gòu)尺寸，使 聲學(xué)霍爾姆茲共鳴器的共振頻率和電磁式換能器的固有頻率都處于該主頻頻帶內(nèi)，則裝置 工作時(shí)聲電轉(zhuǎn)換單元處于諧振狀態(tài)，聲電轉(zhuǎn)換的效果最好。本裝置利用聲學(xué)霍爾姆茲共鳴 器和電磁式換能器相結(jié)合，具有較高的輸出電功率，是一種頻帶可選、可集成的高效噪聲發(fā) 電裝置。下面將詳細(xì)介紹本發(fā)明。參見(jiàn)圖1-3，本發(fā)明提供的噪聲發(fā)電裝置，該裝置包括聲波導(dǎo)管1、與聲波導(dǎo)管1耦 合的聲電轉(zhuǎn)換單元2和與該聲電轉(zhuǎn)換單元2連接的輸出總線(xiàn)8。其中，聲電轉(zhuǎn)換單元2包括由小孔5和圓柱形空腔6組成的聲學(xué)霍爾姆茲共鳴器 3、位于該空腔6末端的電磁式換能器4。小孔5在聲波導(dǎo)管1的管壁四周以矩陣形式排列。圓柱形空腔6固定于聲波導(dǎo)管1管壁，且圓柱形空腔6和小孔5的對(duì)稱(chēng)軸在一條 直線(xiàn)上。電磁式換能器4通過(guò)引出導(dǎo)線(xiàn)7與輸出總線(xiàn)8相連。所述聲波導(dǎo)管1的管壁的厚度等于小孔5的長(zhǎng)度。所述電磁式換能器4的直徑等于空腔6的內(nèi)徑。所述聲波導(dǎo)管1和聲學(xué)霍爾姆茲共鳴器3由有機(jī)玻璃等防振能力較強(qiáng)且易于加工 的材料制成，以防止被聲信號(hào)激發(fā)而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)振動(dòng)。聲波導(dǎo)管1為一端封閉的矩形聲波導(dǎo)
根據(jù)該裝置工作環(huán)境中的噪聲源主頻頻帶，設(shè)計(jì)聲學(xué)霍爾姆茲共鳴器3的結(jié)構(gòu)尺 寸，使其共振頻率處于該主頻頻帶內(nèi)。設(shè)計(jì)電磁式換能器4的結(jié)構(gòu)尺寸，使其固有頻率接近聲學(xué)霍爾姆茲共鳴器3的共 振頻率，亦處于裝置工作環(huán)境中噪聲源主頻頻帶內(nèi)，且電磁式換能器4的直徑等于聲學(xué)霍 爾姆茲共鳴器圓柱形空腔6的內(nèi)徑。根據(jù)所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)尺寸，選取聲波導(dǎo)管1管壁的厚度，使其等于小孔5的長(zhǎng)度。在 聲波導(dǎo)管1管壁四周打出一系列所設(shè)計(jì)孔徑的小孔，小孔在聲波導(dǎo)管1上以矩陣形式排列。 再把各個(gè)圓柱形空腔6固定于聲波導(dǎo)管1管壁，且圓柱形空腔6和小孔5的對(duì)稱(chēng)軸在一條 直線(xiàn)上。如果所設(shè)計(jì)的共鳴器小孔5長(zhǎng)度較長(zhǎng)，亦可在聲波導(dǎo)管1與圓柱形空腔6之間以 另加細(xì)管的形式來(lái)組成聲學(xué)霍爾姆茲共鳴器3。用電磁式換能器4替代聲學(xué)霍爾姆茲共鳴 器圓柱形空腔6的底板，并使其密封良好。引出導(dǎo)線(xiàn)7從電磁式換能器4的線(xiàn)圈引腳引出， 接入輸出總線(xiàn)8。本發(fā)明提供的噪聲發(fā)電方法，該方法包括如下步驟步驟1 根據(jù)不同頻帶范圍的噪聲源，例如飛機(jī)引擎噪聲、電動(dòng)機(jī)噪聲、機(jī)械加工 噪聲等，設(shè)計(jì)聲電轉(zhuǎn)換單元2的結(jié)構(gòu)尺寸，使聲學(xué)霍爾姆茲共鳴器3的共振頻率和電磁式換 能器4的固有頻率都處于噪聲源主頻頻帶內(nèi)；步驟2 —定頻帶范圍的噪聲進(jìn)入聲波導(dǎo)管1，由聲波導(dǎo)管1管壁四周的小孔5進(jìn) 入聲學(xué)霍爾姆茲共鳴器3進(jìn)行放大；步驟3 在聲學(xué)霍爾姆茲共鳴器3空腔6內(nèi)被放大的波動(dòng)聲壓作用于電磁式換能 器4的振膜，振膜產(chǎn)生與波動(dòng)聲壓同頻率的振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)聲能到電能的轉(zhuǎn)換，且此時(shí)電磁 式換能器處于諧振狀態(tài)，聲電轉(zhuǎn)換的效果最好。上述方法由于每一個(gè)聲電轉(zhuǎn)換單元的輸出電功率比較小，因此把所有的聲電轉(zhuǎn)換 單元集成起來(lái)，就可以得到所需要的較大的輸出電功率。除電磁式換能器外，壓電式換能器、靜電式換能器也可以應(yīng)用此方法和裝置，達(dá)到 相同的效果。
權(quán)利要求
一種噪聲發(fā)電裝置，其特征在于該裝置包括聲波導(dǎo)管(1)、與聲波導(dǎo)管(1)耦合的聲電轉(zhuǎn)換單元(2)和與該聲電轉(zhuǎn)換單元(2)連接的輸出總線(xiàn)(8)；其中，聲電轉(zhuǎn)換單元(2)包括由小孔(5)和圓柱形空腔(6)組成的聲學(xué)霍爾姆茲共鳴器(3)、位于該空腔(6)末端的聲電換能器(4)，小孔(5)在聲波導(dǎo)管(1)的管壁四周以矩陣形式排列；圓柱形空腔(6)固定于聲波導(dǎo)管(1)管壁，且圓柱形空腔(6)和小孔(5)的對(duì)稱(chēng)軸在一條直線(xiàn)上；聲電換能器(4)通過(guò)引出導(dǎo)線(xiàn)(7)與輸出總線(xiàn)(8)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噪聲發(fā)電裝置，其特征在于所述聲波導(dǎo)管(1)的管壁的厚 度等于小孔(5)的長(zhǎng)度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噪聲發(fā)電裝置，其特征在于所述聲電換能器(4)的直徑等 于空腔(6)的內(nèi)徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噪聲發(fā)電裝置，其特征在于所述聲電換能器(4)是電磁式 換能器、壓電式換能器或靜電式換能器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噪聲發(fā)電裝置，其特征在于所述聲波導(dǎo)管(1)為一端封閉 的矩形聲波導(dǎo)管。
6.一種用于權(quán)利要求1所述的噪聲發(fā)電裝置的噪聲發(fā)電方法，其特征在于該方法包 括如下步驟步驟1 根據(jù)不同頻帶范圍的噪聲源，設(shè)計(jì)聲電轉(zhuǎn)換單元(2)的結(jié)構(gòu)尺寸，使聲學(xué)霍爾 姆茲共鳴器(3)的共振頻率和聲電換能器(4)的固有頻率都處于噪聲源主頻頻帶內(nèi)；步驟2:—定頻帶范圍的噪聲進(jìn)入聲波導(dǎo)管(1)，由聲波導(dǎo)管(1)管壁四周的小孔(5) 進(jìn)入聲學(xué)霍爾姆茲共鳴器(3)進(jìn)行共鳴放大；步驟3:在聲學(xué)霍爾姆茲共鳴器(3)空腔(6)內(nèi)被放大的波動(dòng)聲壓作用于聲電換能器 (4)的振膜，振膜產(chǎn)生與波動(dòng)聲壓同頻率的振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)聲能到電能的轉(zhuǎn)換。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種噪聲發(fā)電裝置及發(fā)電方法，該裝置包括聲波導(dǎo)管(1)、與聲波導(dǎo)管(1)耦合的聲電轉(zhuǎn)換單元(2)和與該聲電轉(zhuǎn)換單元(2)連接的輸出總線(xiàn)(8)；其中，聲電轉(zhuǎn)換單元(2)包括由小孔(5)和圓柱形空腔(6)組成的聲學(xué)霍爾姆茲共鳴器(3)、位于該空腔(6)末端的聲電換能器(4)；小孔(5)在聲波導(dǎo)管(1)的管壁四周以矩陣形式排列；圓柱形空腔(6)固定于聲波導(dǎo)管(1)管壁，且圓柱形空腔(6)和小孔(5)的對(duì)稱(chēng)軸在一條直線(xiàn)上。本裝置利用聲學(xué)霍爾姆茲共鳴器和聲電換能器相結(jié)合，具有較高的輸出電功率，是一種頻帶可選、可集成的高效噪聲發(fā)電裝置。
文檔編號(hào)H02N2/18GK101841255SQ20101014974
公開(kāi)日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月19日
發(fā)明者吳宵軍, 李勤, 董衛(wèi), 陳艷, 魏嫻 申請(qǐng)人:東南大學(xué)