本發明涉及熱聲發電，尤其涉及一種低振動的熱聲磁流體發電裝置。

背景技術：

1、熱聲發電技術是一種將熱聲發動機與聲電轉換裝置（發電機）耦合而成的新型發電技術，目前主要的聲電轉換裝置包括直線電機、壓電裝置、摩擦納米發電機、磁流體發電機等。

2、其中，直線電機中存在機械運動部件（活塞、電機動子等），削弱了熱聲發動機無機械運動部件這一高可靠性的優勢；壓電發電基于壓電裝置高頻振動工作，僅適用于微小型熱聲發電場景，且熱電轉換效率較低（小于10%）；摩擦納米發電機基于摩擦材料間的靜電效應發電，其發電量較低（小于1w），且摩擦件之間存在長時間工作導致的磨損等問題，可靠性較低；磁流體發電機利用熱聲發動機產生的高強度壓力波動推動磁流體在磁場環境中往復運動，由電子和正離子組成的磁流體切割磁感線而產生感應電動勢，輸出交流電能。

3、相比于直線電機、壓電裝置和摩擦納米發電機，磁流體發電機中不存在機械運動部件，功率靈活且潛在發電效率高，在空間發電、波浪能發電等領域有廣泛的應用。因此，將熱聲發動機和液態金屬磁流體發電機相結合，可以構成一種完全無機械運動部件的磁流體發電裝置。由于磁流體發電裝置結合了熱聲發動機和液態金屬磁流體發電機的特點，可靠性高、使用壽命長、能量轉化率高且能源適應性廣，因此，可以廣泛應用于各種對發電機可靠性要求極高的應用場景，如空間同位素電源、空間核反應堆電源等。

4、相關技術中，美國專利公開號為us4599551a，公開了一種熱聲磁流體發電機。通過兩個對置的駐波熱聲發動機產生周期性壓力波動，從而驅動液態金屬磁流體切割磁力線以產生感應電動勢。系統采用駐波發動機諧振管內壁安裝的平板電極來收集并輸出電能，實現熱聲發動機與磁流體發電機的直接耦合設計，使整體結構比較簡單。然而，該系統在實際應用中仍存在以下局限性：第一，由于駐波熱聲發動機基于不可逆的熱力學循環，其潛在效率較低；第二，熱聲發動機和磁流體發電機工質均為液態金屬，設計難度和制作成本較高；第三，該熱聲磁流體發電系統的工作頻率達到了khz量級，遠超市電頻率（50~60hz），不利于實際使用；第四，由于液態金屬具有很高的熱導率，熱聲發動機中存在嚴重的軸向導熱損失，系統熱電效率在一定程度上受到限制。

5、為此，中國專利公開號為cn101282074b，公開了一種熱聲液態磁流體交流發電系統。該系統通過將熱聲發動機的諧振管與液態金屬磁流體發電機的工作管道的一端開口直接耦合，使諧振管振蕩產生的壓力波驅動磁流體在工作管道中流動。該工作管道置于兩極磁場之間，當磁流體在管道中流動時，通過切割磁力線從而產生感應電動勢并輸出電能。在此設計中，熱聲發動機采用氣體作為工作介質，與傳統使用液態金屬磁流體的發動機相比，氣體工質顯著簡化了發動機結構，降低了制造成本。此外，熱聲發動機以氣體工質作為驅動介質的設計有效地將工作頻率降低至接近市電頻率（50~60?hz），更符合實際電力應用的需求。同時，由于氣體工質的熱導率遠低于液態金屬工質，軸向導熱損失顯著減少，從而提升了系統的整體效率。然而，該系統中使用的熱聲發動機為傳統的熱聲發動機，諧振管體積和重量大，損耗嚴重。此外，由于該系統使用的是傳導式磁流體發電機，輸出電流大、電壓小，電力傳輸損耗大，存在很大的往復振動，對低振動需求的應用場合存在極大限制。

6、為此，中國專利公開號為cn106533119b，公開了一種由單級回路熱聲發動機驅動的液態金屬磁流體發電系統，該系統采用單級回路熱聲發動機作為驅動源，將磁流體發電機中的液態金屬流道分隔為多層環形流道，每層流道中分別布置電極，各層流道中的電極串聯以減小輸出電流并增大輸出電壓。該熱聲磁流體系統具備體積和重量小、能量密度高，起振、運行溫度較低、輸出能量便于利用等特點。但是，由于該系統中的液態金屬磁流體發電機采用單管的方式布置，運行中存在力和力矩不平衡的問題，且系統運行過程中振動較大，能量損耗較高。

技術實現思路

1、本發明提供一種低振動的熱聲磁流體發電裝置，用以解決現有技術中磁流體發電裝置運行過程中振動較大，能量損耗較高的缺陷；從整體上達到力平衡和力矩平衡，有效降低運行中的機械振動，實現超低振動運行。

2、本發明提供一種低振動的熱聲磁流體發電裝置，包括：

3、熱聲發動機，包括發動機組件和氣庫，所述發動機組件用于引出聲功并形成行波相位，所述氣庫用于調節聲學阻抗和諧振條件；

4、液態金屬磁流體發電機，包括至少兩個磁流體發電通道，每兩個所述磁流體發電通道對稱設置，每個所述磁流體發電通道的一端與所述發動機組件連接，每個所述磁流體發電通道的另一端與所述氣庫連接，每個所述磁流體發電通道的內部填充有液態金屬或含有納米增強導電材料的液態金屬，所述磁流體發電通道的外壁設有第一磁體和第二磁體，所述第一磁體和所述第二磁體用于構建平行磁場，所述磁流體發電通道的絕緣層上嵌設有至少一對電極對，至少一對所述電極對位于與磁場方向平行的通道壁上。

5、根據本發明實施例提供的低振動的熱聲磁流體發電裝置，所述磁流體發電通道包括依次首尾連接的第一管段、第二管段和第三管段，所述第二管段水平設置，所述第一管段和所述第三管段豎直連接在所述第二管段的兩端；

6、對稱設置的兩個所述磁流體發電通道的第一管段重合，所述第一管段與所述發動機組件連接，所述第二管段和所述第三管段以所述第一管段的軸線為對稱軸進行對稱設置；

7、所述第一磁體和所述第二磁體設于所述第二管段對應的位置，至少一對所述電極位于所述第二管段對應的位置。

8、根據本發明實施例提供的低振動的熱聲磁流體發電裝置，所述第二管段的橫截面的形狀為矩形，所述第一管段和所述第三管段的橫截面的形狀均為圓形。

9、根據本發明實施例提供的低振動的熱聲磁流體發電裝置，所述磁流體發電通道的絕緣層上嵌設有至少三對電極對，相鄰的兩對電極對間隔設置；且相鄰的兩對電極對中，一對電極對的負極板和另一對電極對的正極板之間通過導線串聯，負載通過導線與首位電極對的正極板和末位電極對的負極板連接。

10、根據本發明實施例提供的低振動的熱聲磁流體發電裝置，所述磁流體發電通道的絕緣層上嵌設有三對電極對，相鄰的兩對電極對間隔設置；

11、第一對電極對的負極板與第二對電極對的正極板之間通過導線連接，第二對電極對的負極板與第三對電極對的正極板之間通過導線連接；負載通過導線與第一對電極對的正極板和第三對電極對的負極板連接以形成電回路。

12、根據本發明實施例提供的低振動的熱聲磁流體發電裝置，所述磁流體發電通道的內部設置有絕緣板，所述絕緣板位于相鄰的兩對電極對的間隙中，所述絕緣板將所述磁流體發電通道分隔為至少三個磁流體子發電通道，每對所述電極位于相應的所述磁流體子發電通道的兩側。

13、根據本發明實施例提供的低振動的熱聲磁流體發電裝置，所述發動機組件包括依次相連的主室溫端換熱器、回熱器、加熱器、次室溫端換熱器、諧振管、反饋管和聲容；

14、所述主室溫端換熱器和所述次室溫端換熱器與外界低溫熱源換熱形成室溫端，所述加熱器與外界高溫熱源換熱形成高溫端，所述回熱器用于產生聲功；

15、每個所述磁流體發電通道的一端與所述諧振管連接。

16、根據本發明實施例提供的低振動的熱聲磁流體發電裝置，所述發動機組件還包括熱緩沖管，所述熱緩沖管的一端與所述加熱器連接，所述熱緩沖管的另一端與所述次室溫端換熱器連接；

17、所述主室溫端換熱器、所述回熱器、所述加熱器的橫截面積均大于所述熱緩沖管、所述次室溫端換熱器和所述諧振管任一者的橫截面積。

18、根據本發明實施例提供的低振動的熱聲磁流體發電裝置，所述液態金屬包括汞、鎵、鎵銦錫合金以及鈉鉀液態合金中的任意一種；所述納米增強導電材料包括納米銅、銀或碳納米管。

19、根據本發明實施例提供的低振動的熱聲磁流體發電裝置，所述電極由金、銀、鉑、鋁、鎳、銅、鈦或鉻制成，或者，所述電極由金、銀、鉑、鋁、鎳、銅、鈦或鉻中至少兩者形成的合金制成。

20、本發明提供的低振動的熱聲磁流體發電裝置，液態金屬磁流體發電機包括至少兩個磁流體發電通道，每兩個磁流體發電通道對稱設置，呈現出一種規整而穩定的結構，使得熱聲磁流體發電裝置在運行過程中，由液態金屬往復流動、磁場相互作用等產生的力在對稱方向上相互抵消。例如，對于兩個對稱的磁流體發電通道，如果液態金屬在其中一個磁流體發電通道中產生向左的推力，由于對稱關系，在另一個磁流體發電通道中會產生大小相等、方向向右的推力，從而在整體上達到力的平衡，有效降低運行中的機械振動，實現超低振動運行。