一种噪声驱动的光热电转换装置及方法专利检索-热机引擎专利检索查询-专利查询网

积极推动地理标志专门立法

2022-03-10 地理标志，立法，知识产权
保护知识产权是对创新最大的激励

2022-03-10 保护知识产权，创新，激励
谢商华：加快制定知识产权基本法

2022-03-10 知识产权基本法
擦亮“双奥之城”品牌

2022-03-10 双奥，知识产权
让冰雪运动“热”力全开

2022-03-10 冰雪运动，知识产权
携手共奋进　走好强国路

2022-03-10 强国，知识产权
坚持创新引领　方能稳中求进

2022-03-10 创新，稳中求进，知识产权
答好“两张卷” 奋进新征程

2022-03-10 知识产权
专家解读政府工作报告中的创新和知识产权相关部署

2022-03-10 政府工作报告，创新，知识产权
今年政府工作报告指出：加强知识产权保护和运用

2022-03-10 政府工作报告，知识产权保护

一种噪声驱动的光热电转换装置及方法

阅读：214发布：2021-02-28

IPRDB可以提供一种噪声驱动的光热电转换装置及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种噪声驱动的光热电转换装置及方法，包括：菲涅尔透镜、弹簧、微型固态热机、圆板A、圆弧面板A、圆板B和储电器。本发明能够综合利用太阳能、噪声、风能这些环境能源作为能量来源，更加节能环保，基于薄膜的微型固态热机对材料质量的要求不高，具有较低的材料经济成本。，下面是一种噪声驱动的光热电转换装置及方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种噪声驱动的光热电转换装置，其特征在于，包括：菲涅尔透镜(1)、弹簧(2)、微型固态热机(3)、圆板A(4)、圆弧面板A(5)、圆板B(6)和储电器(20)；微型固态热机(3)阵列布置在圆板A(4)的表面上，微型固态热机(3)处于菲涅尔透镜(1)的焦点处，每一个微型固态热机(3)对应一个菲涅尔透镜(1)，阵列布置的微型固态热机(3)之间用导线连接在一起，通过导线与储电器(20)相连接，弹簧(2)连接圆板A(4)与圆板B(6)；圆弧面板A(5)与圆板A(4)构成Helmholtz共振器结构，二者的相对位置根据该Helmholtz共振器结构固有的特定振动频率确定。

2.如权利要求1所述的噪声驱动的光热电转换装置，其特征在于，微型固态热机(3)由银膜层、压电陶瓷层和黄铜片层依次连接组成，银膜层的局部表面涂抹一层着色涂料。

3.如权利要求2所述的噪声驱动的光热电转换装置，其特征在于，微型固态热机(3)的规格为80mm×33mm，着色涂料为碳素墨水。

4.如权利要求2所述的噪声驱动的光热电转换装置，其特征在于，银膜层为导电膜；压电陶瓷层为含有锆钛酸铅陶瓷的PZT热释电陶瓷膜；黄铜片层为振动膜。

5.如权利要求1所述的噪声驱动的光热电转换装置，其特征在于，圆弧面板A(5)与圆板A(4)组成Helmholtz共振器结构；Helmholtz共振器结构为半封闭结构，其自身具有特定的共振频率；半封闭结构的横向截面的最大特征长度和纵向截面的最大特征长度要小于声波的波长；圆孔的轴线垂直于圆板A或汇集于圆板A的圆心。

6.如权利要求1所述的噪声驱动的光热电转换装置，其特征在于，Helmholtz共振器结构的共振频率和圆板A(4)的振动频率相同。

7.一种噪声驱动的光热电转换方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)光线经菲涅尔透镜后产生的聚焦光束照射微型固态热机表面，在表面形成高低不同的能量密度空间，高、低能量密度空间之间形成温度梯度；

(2)Helmholtz共振器结构的共振频率声波推动圆板A往返振动；当圆板A逐渐远离菲涅尔透镜的焦点时，微型固态热机的温度逐渐降低；当圆板A逐渐靠近菲涅尔透镜的焦点时，微型固态热机的温度升高；在热释电效应的作用下，微型固态热机温度随时间的变化产生电能；

(3)利用环境噪音或风流过圆弧面板时圆孔内的空气运动状态来调控Helmholtz共振器结构内部的共振频率声波，使得圆板A偏离菲涅尔透镜焦点的最大距离可调。

说明书全文

一种噪声驱动的光热电转换装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及光热电转换技术领域，尤其是一种噪声驱动的光热电转换装置及方法。

背景技术

[0002] 随着我国经济持续健康快速发展，能源的需求也日益增加，并且在今后的很长一段时间内还会持续增加。降低煤炭消费比重，提高天然气消费比重，大力发展太阳能和风电等可再生能源，优化我国能源结构的工作迫在眉睫，光热电转换是一种有效的把太阳光、热或热辐射转变为电能的新能源技术，具体是利用微型固态热机将光能或者热能转换为电能。此外，大气中充斥着各种噪声污染，对环境影响巨大，亟需有效的处理方式来降低噪声对环境的影响。

[0003] 随着新型热释电材料的发现和热释电效应研究的发展，基于热释电效应的光热转换为电的技术已是当今新能源开发利用技术的主要研究方向之一。鉴于近年来全球能源与环境问题日趋严峻，综合利用太阳能、热能和声能等形式的环境能源显得至关重要。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题在于，提供一种噪声驱动的光热电转换装置及方法，能够综合利用太阳能、噪声、风能这些环境能源作为能量来源，更加节能环保，基于薄膜的微型固态热机对材料质量的要求不高，具有较低的材料经济成本。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供一种噪声驱动的光热电转换装置，包括：菲涅尔透镜、弹簧、微型固态热机、圆板A、圆弧面板A、圆板B和储电器；微型固态热机阵列布置在圆板A的表面上，微型固态热机处于菲涅尔透镜的焦点处，每一个微型固态热机对应一个菲涅尔透镜，阵列布置的微型固态热机之间用导线连接在一起，通过导线与储电器相连接，弹簧连接圆板A与圆板B；圆弧面板A与圆板A构成Helmholtz共振器结构，二者的相对位置根据该Helmholtz共振器结构的固有的特定振动频率确定。

[0006] 优选的，微型固态热机由银膜层、压电陶瓷层和黄铜片层依次连接组成，银膜层的局部表面涂抹一层着色涂料。

[0007] 优选的，微型固态热机3的规格为80mm×33mm，着色涂料为碳素墨水。

[0008] 优选的，银膜层为导电膜；压电陶瓷层为含有锆钛酸铅陶瓷的PZT热释电陶瓷膜；黄铜片层为振动膜。

[0009] 优选的，圆弧面板A与圆板A组成Helmholtz共振器结构；Helmholtz共振器结构为半封闭结构，其自身具有特定的共振频率；半封闭结构的横向截面的最大特征长度和纵向截面的最大特征长度要小于声波的波长；圆孔的轴线可以垂直于圆板A或汇集于圆板A的圆心。

[0010] 优选的，Helmholtz共振器结构的共振频率和圆板A的振动频率相同。

[0011] 相应的，一种噪声驱动的光热电转换方法，包括如下步骤：

[0012] (1)光线经菲涅尔透镜后产生的聚焦光束照射微型固态热机表面，在表面形成高低不同的能量密度空间，高、低能量密度空间之间形成温度梯度；

[0013] (2)Helmholtz共振器结构的共振频率声波推动圆板A往返振动；当圆板A逐渐远离菲涅尔透镜的焦点时，微型固态热机的温度逐渐降低；当圆板A逐渐靠近菲涅尔透镜的焦点时，微型固态热机的温度升高；在热释电效应的作用下，微型固态热机温度随时间的变化产生电能；

[0014] (3)利用环境噪音或风流过圆弧面板时圆孔内的空气运动状态来调控Helmholtz共振器结构内部的共振频率声波，使得圆板A偏离菲涅尔透镜焦点的最大距离可调，以此来调控微型固态热机表面的温度梯度，实现输出电能增加的效果。

[0015] 本发明的有益效果为：本发明通过改变微型固态热机导电膜表面吸收率来构造不同形状的温度场以获得更有效的热电转换效果；根据表面着色分布，构造不同的表面光波能量的吸收率，形成宽度不同、间隔分布的长条这样不均匀分布的温度场，促进在时间控制过程中，热释电材料内部电荷分布逐渐趋于一致，使两端电极产生电荷差，对外显现更强电性；在避免PZT热释电陶瓷膜因瞬态温度过高而破损的情况下，采用较低温度波动幅度，通过利用PZT热释电陶瓷的非均匀温度场分布，提高热-电转化效果；本发明的显著优点是综合利用了太阳能、噪声、风能这些环境能源作为能量来源，更加节能环保，基于薄膜的微型固态热机对材料质量的要求不高，具有较低的材料经济成本。

附图说明

[0016] 图1为本发明的圆孔轴线垂直于圆板A的结构示意图。

[0017] 图2为本发明的圆孔轴线指向圆板A中心的结构示意图。

[0018] 图3为本发明在图2的基础上增加三角导流结构的示意图。

[0019] 图4为本发明在图1的基础上增加三角导流结构的示意图。

[0020] 图5为本发明的圆弧面板示意图。

[0021] 图6为本发明布置有菲涅尔透镜的圆板结构示意图。

[0022] 图7为本发明布置有微型固态热机的圆板结构示意图。

[0023] 图8为本发明的微型固态热机的结构示意图。

[0024] 图9为本发明连接有储电器的结构示意图。

[0025] 图10为本发明利用风能做圆板驱动力的结构示意图。

[0026] 图11为本发明的Helmholtz共振器结构示意图。

[0027] 图12为本发明的Helmholtz共振器结构(半封闭结构)特征长度示意图。

[0028] 其中，1、菲涅尔透镜；2、弹簧；3、微型固态热机；4、圆板A；41、圆板振动幅度；5、圆弧面板A；6、圆板B；7、光线；8、声波；9、声波；10、圆弧面板B；11、圆弧面板C；12、圆弧面板D；13、圆弧面上的圆孔；14、圆弧面的左视图；15、布置有菲涅尔透镜圆板的平面图；16、菲涅尔透镜平面图；17、微型固态热机；18、布置有微型热机的圆板；20、储电器；21、正极导线；22、负极导线；23、风。

具体实施方式

[0029] 如图1所示，一种噪声驱动的光热电转换装置，包括：菲涅尔透镜1、弹簧2、微型固态热机3、圆板A4、圆弧面板A5、圆板B6和储电器20；微型固态热机3阵列布置在圆板A4的表面上，微型固态热机3处于菲涅尔透镜1的焦点处，每一个微型固态热机3对应一个菲涅尔透镜1，阵列布置的微型固态热机3之间用导线连接在一起，通过导线与储电器20相连接，弹簧2连接圆板A4与圆板B6；圆弧面板A5与圆板A4构成Helmholtz共振器结构，二者的相对位置根据该Helmholtz共振器结构的固有的特定振动频率确定。

[0030] 布置有微型固态热机的圆板平行于布置有菲涅尔透镜的圆板，中间用弹簧2连接。光线经菲涅尔透镜折射后照射在微型固态热机3的表面，微型固态热机表面，尤其是涂有碳素墨水层的部位吸收光线的能量后将其转化为热能，热能在空间上的不均匀分布产生温度梯度，温度随时间的变化就会产生电压。外界噪音经圆孔进入Helmholtz共振器结构形成大振幅的共振频率声波，强化了表面阵列布置有微型固态热机的圆板的振动幅度，圆板A偏离透镜焦点的距离就会变大，这样固态热机表面的温度梯度就能被调控，使得电压输出的有效性增加。每个圆孔的轴线都垂直于圆板A。

[0031] 微型固态热机3由银膜层、压电陶瓷层和黄铜片层依次连接组成，银膜层的局部表面涂抹一层着色涂料。微型固态热机3的规格为80mm×33mm，着色涂料为碳素墨水。银膜层为导电膜；压电陶瓷层为含有锆钛酸铅陶瓷的PZT热释电陶瓷膜；黄铜片层为振动膜。

[0032] 圆弧面板A5与圆板A4组成Helmholtz共振器结构；Helmholtz共振器结构为半封闭结构，其自身具有特定的共振频率；半封闭结构的横向截面的最大特征长度和纵向截面的最大特征长度要小于声波的波长；圆孔的轴线可以垂直于圆板A，也可以汇集于圆板A的圆心。Helmholtz共振器结构的共振频率和圆板A4的振动频率相同。

[0033] 如图2所示，改变了圆弧面板上圆孔的角度，使圆孔的轴线聚焦在圆板A上。通过改变声波经圆孔进入Helmholtz共振器结构的角度可以调控声波驱动圆板A的振动效果。

[0034] 如图3所示，增加了三角导流结构，调控向圆板A聚焦的声波传播路径，多参数调控声波驱动圆板A的振动效果。

[0035] 如图4所示，增加了三角导流结构，调控圆孔内声波指向圆板A的声波传播路径，多参数调控声波驱动圆板A的振动效果。

[0036] 如图5所示，这是圆弧面板的示意图。由该图可知，图1、图2、图3和图4中的圆弧面板示意图属于圆弧面板的A-A视图。在圆弧面上开出多个圆孔，并依据光声耦合的最佳效果设计圆孔的角度。开孔后的圆弧面板与右侧圆板A(见图1)组成Helmholtz共振器结构，其尺寸参数根据Helmholtz共振器的结构参数要求设计。

[0037] 如图6所示，这是布置有菲涅尔透镜的圆板平面图，图中黑色部分即为菲涅尔透镜。每个菲涅尔透镜对应一个微型固态热机。为了保证能量转换的效率，微型固态热机放置在菲涅尔透镜焦点处，但微型固态热机到菲涅尔透镜的距离可变，这样就能实现温度的周期变化。

[0038] 图7为阵列布置有11个微型固态热机的圆板平面图。

[0039] 图8为微型固态热机的结构示意图。黑色区域(171)代表涂有碳素墨水的部分；白色区域(172)代表未涂抹碳素墨水的部分。微型固态热机是能量转换的介质，把直接吸收的光能转化成电能。

[0040] 图9为连接有储电器的结构示意图。通过增加储电设备，可以将产生的电能直接储藏在该设备中，为其它用电设备供电。

[0041] 上述利用能量转换实现温度控制的系统的工作原理和方法为：

[0042] 光线经菲涅尔透镜后产生的聚焦光束照射在微型固态热机表面，由于微型固态热机的热释电效应，产生电压。Helmholtz共振器具有放大声压振幅和多孔弧面聚焦的功能，可以用Helmholtz共振器来调控经过Helmholtz共振器的噪声，这样圆板A偏离菲涅尔透镜焦点的距离就会变大，微型固态热机表面的温度梯度就能得以控制，使得电能(压)输出的有效性增加。在该装置的基础上加上一个储电器，可将产生的电能储存起来用于其他用电量较小的设备。

[0043] 布置有菲涅尔透镜的圆板B和Helmholtz共振器结构连接在一起形成模块化的光热电转换装置。可将该装置放置于环境嘈杂且光线充足的场所，比如工厂或者公路旁。

[0044] 图10为一种噪声驱动的光热电转换装置的另一种实施案例的示意图。圆弧面板上圆孔轴线垂直于圆板A。利用该装置的技术方案，当风吹到圆弧面板上的圆孔时会改变圆孔内空气介质的运动状态，增强Helmholtz共振器结构内部的共振频率声波，增加圆板A的振动幅度(圆板偏离菲涅尔透镜焦点的距离)，从而影响微型固态热机表面的温度梯度，最终增加光热电转换的有效性。此外，还可以通过改变圆孔的角度或改变圆弧面板相对于风的角度来优化风流过圆弧面板时圆孔内空气介质的运行状态,实现调控Helmholtz共振器结构共振效果的目的，也能使得圆板的振动幅度增加。这些都可以在以后的应用中根据实际情况作出合理设计，得到最优的电能(电压)输出效果。

[0045] 图11为Helmholtz共振器结构的示意图，主要由圆弧面板和圆板A组成，圆弧面板表面有多个圆孔。

[0046] 图12为Helmholtz共振器结构特征长度示意图，包括横向特征长度和纵向特征长度。

[0047] 本发明能够综合利用太阳能、噪声、风能这些环境能源作为能量来源，更加节能环保，基于薄膜的微型固态热机对材料质量的要求不高，具有较低的材料经济成本。

标题	发布/更新时间	阅读量
热机-专利编号CN102032004B	2020-05-11	1022
热机-专利编号CN100487235C	2020-05-11	582
热机-专利编号CN1075776A	2020-05-11	970
热机-专利编号CN102449293A	2020-05-11	391
热机-专利编号CN102032004A	2020-05-12	81
热机-专利编号CN1434898A	2020-05-12	245
热机-专利编号CN101044311A	2020-05-12	195
多级热机-专利编号CN106662370A	2020-05-13	758
热机-专利编号CN104131850B	2020-05-13	1031
热机-专利编号CN104131850A	2020-05-13	917

一种噪声驱动的光热电转换装置及方法

一种噪声驱动的光热电转换装置及方法

技术领域

背景技术

发明内容

附图说明

具体实施方式

IPRDB

热门服务

关于我们

友情链接

联系方式