CN103219862B - 一种噪声发电装置及由该装置组成的噪声发电设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种噪声发电装置及由其组成的噪声发电设备，包括一端开口的声波收集管，声波收集管的开口处密封有隔气透音薄膜，声波收集管的开口端还设置有喇叭状入口，声波收集管4外侧设置有一端与喇叭状入口1相连，另一端与声波收集管4封闭端相连的隔音板，隔音板与声波收集管侧面的外壁间形成一空腔，声波收集管侧面上安装有沿轴向均匀排布的若干列声电转换单元，声电转换单元包括带有共鸣腔的亥姆霍兹共鸣器和与亥姆霍兹共鸣器相连的声电转换器，声电转换器包括设置于共鸣腔末端空腔中的振动膜，振动膜通过连杆与线圈相连，线圈套设于磁极上，磁极设置于隔音板上；线圈通过集电流线与输出总线相连，实现了将噪声蕴含的机械能转化成电能。

Description

一种噪声发电装置及由该装置组成的噪声发电设备

技术领域

本发明属于发电装置技术领域，尤其涉及一种噪声发电装置及由该装置组成的噪声发电设备。

背景技术

随着我国能源问题日益严峻，人们物质生活水平的提高和经济社会的发展，人们的生活生产用电迅速增加，挖掘潜在能源并加以收集利用显得更加迫切和重要。因此对生活中一些看似没有用处甚至造成污染的物质加以利用将大大减少我们对传统能源的依赖。噪声便是这样一种“能源”。噪声本身就是一种机械波，携带着能量，研发系统的噪声收集转换发电装置并且运用于实际生活生产中紧紧契合国家倡导的“节能减排”的思想，变废为宝，不仅能够消除噪声污染，也能为生活提供必要的能源需求，因此研制噪声发电的系统显得极具理论和实际意义。

目前虽然一些公司（如日本音力发电公司）已经意识到可利用噪声进行发电且正在研发声波发电机，但对整个系统的理论分析及高效优化设计仍在探索中，成套发电装置未见报道。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种噪声发电装置及由该装置组成的噪声发电设备，实现了将噪声蕴含的机械波能量转化为容易利用的电能。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种噪声发电装置，包括一端开口的声波收集管，声波收集管的开口处密封有隔气透音薄膜，所述声波收集管的开口端设置有喇叭状入口，声波收集管外侧设置有一端与喇叭状入口相连，另一端与声波收集管封闭端相连的隔音板，隔音板与声波收集管侧面的外壁间形成一空腔，声波收集管侧面上设置有若干声电转换单元，所述声电转换单元位于空腔内，所述声电转换单元包括带有共鸣腔的亥姆霍兹共鸣器和与亥姆霍兹共鸣器相连的声电转换器，所述声电转换器包括设置于共鸣腔末端空腔中的振动膜，振动膜通过连杆与线圈相连，所述线圈套设于磁极上，磁极设置于隔音板上；线圈通过集电流线与输出总线相连。

所述亥姆霍兹共鸣器包括开设于声波收集管侧壁上的声波分配孔和与声波分配孔连接的共鸣腔，所述共鸣腔的末端空腔中设置有振动膜。

所述的声波收集管四周的侧面上安装有沿轴向均匀排布的若干列声电转换单元。

所述的声波收集管侧面上轴向排列的每一列包含若干个声电转换单元。

一种根据所述的噪声发电装置组成的噪声发电设备，包括若干个呈矩阵形式排列的噪声发电装置，各个噪声发电装置间相互连接。

所述噪声发电装置设置于集成板上；或者，所述噪声发电装置通过各自的隔音板相连接。

所述输出总线与放大电路相连，所述放大电路与整流电路相连，所述整流电路通过稳压电路与用电器相连；或者，所述输出总线与放大电路相连，所述放大电路与整流电路相连，所述整流电路与高性能蓄电器相连。

所述输出总线经倍压电路后与用电器相连。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的噪声发电装置及由该装置组成的噪声发电设备，噪声发电装置中利用对声音吸收能力较高的亥姆霍兹共鸣器对噪声进行收集和放大，利用放大后的噪声声波来带动设置于共鸣腔末端空腔中的振动膜振动，振动膜振动后通过连杆带动套设在磁极上的线圈往复运动，线圈通过切割磁极的磁感线实现噪声到电能的转化，变废为宝，节约能源；将由噪声源产生的微小能量就地使用到可以很好利用的小地方，同时可以在噪声发电设备中利用噪声发电装置数量大的特点实现较大效益；针对不同环境的噪声，根据实际情况安装适应不同声波振幅和频率的装置。

进一步地，本发明通过将多个噪声发电装置集成到电路板上，并通过将多个噪声发电装置中的集电流线中的电流汇合，来提高声电转换后的总的电能，同时还可以将汇总后的电能经升压稳流电路处理，提高发出的电压，使得到的较高电压可以被用于多个方面。

附图说明

图1为本发明提供的一种由噪声发电装置组成的噪声发电设备的结构示意图；

图2为本发明提供的一种噪音发电装置中的声波收集管剖视结构示意图；

图3为本发明提供的一种噪音发电装置中声电转换单元结构示意图；

图4为本发明提供的一种由噪声发电装置组成的噪声发电设备中的噪声发电装置的矩阵排列示意图；

图5为本发明提供的一种噪音发电装置中的共鸣器结构示意图；

图6为本发明提供的一种噪音发电装置的结构示意图；

图7为本发明提供噪声发电设备及升压整流稳流部分整体示意框图；

图8为本发明提供噪声发电设备升压整流稳流部分示意框图。

其中，1为喇叭状入口，2为隔气透音薄膜，3为隔音板，4为声波收集管，5为集电流线，6为声电转换单元，7为亥姆霍兹共鸣器，8为声波分配孔，9为共鸣腔，10为声电转换器，11为振动膜，12为连杆，13为线圈，14为磁极，15为输出总线。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

参见图1至图3，一种噪声发电装置，包括一端开口的声波收集管4，声波收集管4的开口处密封有隔气透音薄膜2，该薄膜为聚乙烯薄膜，能够隔绝液体、固体颗粒以及其它干扰装置正常工作的物质，所述声波收集管4的开口端设置有喇叭状入口1，声波收集管4外侧设置有一端与喇叭状入口1相连，另一端与声波收集管4封闭端相连的复合材料制成的筒状的隔音板3，隔音板3与声波收集管4侧面的外壁间形成一空腔，声波收集管4四周的侧面上安装有沿轴向均匀排布的若干列声电转换单元6，每一列包含若干个声电转换单元6，所述声电转换单元6位于空腔内，所述声电转换单元6包括带有共鸣腔9的亥姆霍兹共鸣器7和与亥姆霍兹共鸣器7相连的声电转换器10，所述亥姆霍兹共鸣器7包括开设于声波收集管4四周侧壁上的声波分配孔8和与声波分配孔8连接的共鸣腔9，共鸣腔9的末端设置有声电转换器10，所述声电转换器10包括设置于共鸣腔9末端空腔中的振动膜11，振动膜11通过连杆12与线圈13相连，所述线圈13套设于磁极14上，磁极14设置于隔音板3上；线圈13与集电流线5相连而输出每个声电转换单元6上的电能，集电流线5将电能汇集到与其连接的输出总线15上，最终输出较大电能。

需要说明的是，振动膜11为玻璃纤维薄膜，它机械强度高，耐腐蚀性强，能够较高效率地将噪音的能量转换为电能，连杆12采用聚乙烯，其质量轻，转换过程中的能量损失可以忽略，线圈13的匝数根据绕线直径与磁场范围决定，利用相关专业软件设计，推荐使用Maxwell分析，磁极14提供磁场，采用铁钕硼环形磁铁，尺寸推荐D25X7X10mm。

具体的，参见图5本实施例主要研究如图5形状的亥姆霍兹共鸣器，由一个空心球缺插一根短管构成，球的半径为R，短管的长度为d，球缺体积为Ｖ，V大小为半径为R的球体体积。其中，短管的长度即为声波分配孔的直径大小，空心球为共鸣腔。

距离声源任意距离对该装置所能利用的能量公式进行如下推导：

根据声学原理，总的声功率应是所有面积源ΔS于其声强I_S的乘积总和，即W=S*I。声强其中P为声压的有效值，若P为声压的幅值，则P可以实地测量，ρ为当地介质密度，v是当地声速可以实地测量得出，面积源ΔS为设计总的吸收面积。

取其中如图6所示的一个噪声发电装置分析：

设一个噪声发电装置的单位长度上共鸣器个数为n，D为声波收集管的直径，H为声波收集管的长度，则总的吸收面积：

$S=\mathrm{\π}{\left(\frac{D}{2}\right)}^2+\mathrm{D\πH}$

由于共鸣器结构较小，H也是一个很小的值，故可以认为管内与管口的声强为I且不变。

所以，进入该单元的总的声功率：

根据，声学原理，在所有共鸣器短管内消耗的能量：

能被各个共鸣腔转换利用的能量：

根据上述计算式，以及按照安装场地噪声源性质及具体场所要求确定噪声发电装置的各部分尺寸后，利用声压计实地测量出的有效声压，根据声压与声强以及声功率之间的转化关系以及吸收声波面积，我们可以确定被吸收的能量，当已知声源的性质及位置关系时也可以根据前述声音能量传播理论计算出吸收能量。参见图1和图4，一种根据噪声发电装置组成的噪声发电设备，包括若干个呈矩阵形式排列的噪声发电装置，噪声发电装置，包括一端开口的声波收集管4，声波收集管4的开口处密封有隔气透音薄膜2，该薄膜为理想薄膜，能够完美的隔绝液体、固体颗粒以及其它干扰装置正常工作的物质，所述声波收集管4的开口端设置有喇叭状入口1，声波收集管4外侧设置有一端与喇叭状入口1相连，另一端与声波收集管4封闭端相连的筒状的隔音板3，隔音板3与声波收集管4侧面的外壁间形成一空腔，声波收集管4四周的侧面上安装有沿轴向均匀排布的若干列声电转换单元6，每一列包含若干个声电转换单元6，所述声电转换单元6位于空腔内，所述声电转换单元6包括带有共鸣腔9的亥姆霍兹共鸣器7和与亥姆霍兹共鸣器7相连的声电转换器10，所述亥姆霍兹共鸣器7包括开设于声波收集管4四周侧壁上的声波分配孔8和与声波分配孔8连接的共鸣腔9，所述声电转换器10包括设置于共鸣腔9末端空腔中的振动膜11，振动膜11通过连杆12与线圈13相连，所述线圈13套设于磁极14上，磁极14设置于隔音板3上；线圈13通过集电流线5与输出总线15相连，各个噪声发电装置间相互连接。

具体的，所述噪声发电装置呈矩阵形式设置于集成板上组成噪声发电设备；或者，所述噪声发电装置通过各自的隔音板3相连接组成噪声发电设备。其中，各个声波收集管4相对独立，以矩阵的形式排列。

进一步地，参见图7、图8，将各个噪声发电装置的输出总线统一连接到输出总线15上，输出总线15与放大电路相连，所述放大电路与整流电路相连，所述整流电路通过稳压电路与用电器相连；或者，所述输出总线15与放大电路相连，所述放大电路与整流电路相连，所述整流电路与高性能蓄电器相连；或者，所述输出总线15经倍压电路后与用电器相连。

具体的，当电路负载为蓄电池时，经过整流电路后，可以采用单相桥式全控整流电路（电阻—反电势负载）为整流电路给蓄电池或高性能蓄电池负载供电。

或者，当要用所产电能为用电器供电时，经过整流电路后，可以采用单相桥式全控整流电路（电阻性负载）为整流电路为用电器供电。

或者，在一些需用高电压、小电流的地方，常常使用倍压整流电路，倍压整流，可以把较低的交流电压，用耐压较低的整流二极管和电容器，“整”出一个较高的直流电压，倍压整流电路一般按输出电压是输入电压的多少倍，分为二倍压、三倍压与多倍压整流电路。

参见图1，本发明提供的工作流程为：外界噪音通过喇叭状入口1穿过隔气透音薄膜2分别进入各个相对独立的声波收集管4；噪音在声波收集管4传播过程中通过声电转换单元6中的声波分配孔8进入各个声电转换单元6；在各个声电转换单元6中，噪声声压先在亥姆霍兹共鸣器7的共鸣腔9内被放大；并且来回挤压声电转换器10的振动膜11；通过振动膜11带动与连杆12相连的线圈13往复振动，然后线圈13切割磁极14的磁感线产生电流；产生的电流再在集电流线5上汇集；最后各集电流线5上的电流又在输出总线15上汇总，产生比较大的电流再流入后面的整流稳压电路部分。

本发明将噪声蕴含的机械波能量收集后，通过高效的声电转换单元将其转化为容易利用的电能，并通过恰当的整流稳压电路提升电的质量，最终实现吸收噪声，产生电能的目的，从而创造一定的经济价值。

本发明利用声波收集管和共鸣器来吸收分布很散的噪音，并把携带能量但声压较小的噪音进行放大，巧妙地利用亥姆霍兹共鸣器把噪声在亥姆霍兹共鸣腔中收集放大。

本发明利用对声音吸收能力较高的亥姆霍兹共振器和电磁感应线圈实现噪声到电能的转化，变废为宝，节约能源；将由噪声源产生的微小能量就地使用到可以很好利用的小地方，利用数量大的特点实现较大效益；针对不同环境的噪声，根据实际情况安装适应不同声波振幅和频率的装置。

本发明通过噪声收集放大装置和声电转换部分提高了噪声能量的利用率，以及升压稳流电路设计极大提高发出的电压，目前已提高至8V使之可以实际应用，另外将交流电转化为直流并将其储存于电池中，这样不仅能够消除噪声污染，也能为生活提供必要的能源需求。

Claims (7)

1.一种噪声发电装置，其特征在于，包括一端开口的声波收集管(4)，声波收集管(4)的开口处密封有隔气透音薄膜(2)，所述声波收集管(4)的开口端设置有喇叭状入口(1)，声波收集管(4)外侧设置有一端与喇叭状入口(1)相连，另一端与声波收集管(4)封闭端相连的隔音板(3)，隔音板(3)与声波收集管(4)侧面的外壁间形成一空腔，声波收集管(4)侧面上设置有若干声电转换单元(6)，所述声电转换单元(6)位于空腔内，所述声电转换单元(6)包括带有共鸣腔(9)的亥姆霍兹共鸣器(7)和与亥姆霍兹共鸣器(7)相连的声电转换器(10)，所述声电转换器(10)包括设置于共鸣腔(9)末端空腔中的振动膜(11)，振动膜(11)通过连杆(12)与线圈(13)相连，所述线圈(13)套设于磁极(14)上，磁极(14)设置于隔音板(3)上；线圈(13)通过集电流线(5)与输出总线(15)相连；所述亥姆霍兹共鸣器(7)包括开设于声波收集管(4)侧壁上的声波分配孔(8)和与声波分配孔(8)连接的共鸣腔(9)；

其中，所述声波收集管(4)呈空心圆柱状，所述振动膜(11)采用玻璃纤维薄膜，所述磁极(14)采用E型磁极。

2.根据权利要求1所述的噪声发电装置，其特征在于，所述的声波收集管(4)四周的侧面上安装有沿轴向均匀排布的若干列声电转换单元(6)。

3.根据权利要求2所述的噪声发电装置，其特征在于，所述的声波收集管(4)侧面上轴向排列的每一列包含若干个声电转换单元。

4.一种根据权利要求1所述的噪声发电装置组成的噪声发电设备，其特征在于，包括若干个呈矩阵形式排列的噪声发电装置，各个噪声发电装置间相互连接。

5.根据权利要求4所述的噪声发电设备，其特征在于，所述噪声发电装置设置于集成板上；或者，所述噪声发电装置通过各自的隔音板(3)相连接。

6.根据权利要求4所述的噪声发电设备，其特征在于，所述输出总线(15)与放大电路相连，所述放大电路与整流电路相连，所述整流电路通过稳压电路与用电器相连；或者，所述输出总线(15)与放大电路相连，所述放大电路与整流电路相连，所述整流电路与高性能蓄电器相连。

7.根据权利要求4所述的噪声发电设备，其特征在于，所述输出总线(15)经倍压电路后与用电器相连。