2016年2月8日

炉灶里的扬声器如何为电器供电并减少污染

贡献:Rob古蒂

这是一个热声装置的原型，连接到炉灶上发电。图片由Paul Montgomery提供

一个装有扬声器和其他廉价部件的装置可以清理一个肮脏的烧木头的炉灶，并将其转换成发电机。这是一个小型热声发生器，连接到炉子上，将热量转化为声波，然后转化为电能。这个概念源于美国宇航局的太空探测器推进技术但在发展中地区，它的价格足够负担得起。

宾夕法尼亚州立大学(Pennsylvania State Universi开云全站app登录官网入口下载ty)机械工程专业的毕业生保罗·蒙哥马利(Paul Montgomery)去年开发出了这种设备的工作原型。正如他解释的那样，它利用炉子剩余的热量在谐振器内产生高振幅声波。然后，它将声波引导到一个反向工作的扬声器中来发电。它的优点是成本低，预计约为25美元，除了扬声器，它没有其他活动部件，而且它可能比热电发电机更高效。

看看内部，该设备由一个陶瓷“堆栈”制成，一端加热，另一端冷却。堆叠在一个谐振器内，一端是扬声器。这就是它的工作原理。

这个Celcor陶瓷“堆栈”是在谐振器内部。堆叠的单元矩阵沿谐振腔纵向运行，并允许空气来回流动。图片由Paul Montgomery提供

从热到声音
蒙哥马利为了降低材料成本，用折叠的金属片制作了一个谐振腔，一个细长的腔室。内部是陶瓷堆，这是一个空心矩形通道的矩阵，运行的长度谐振器。当炉子燃烧生物质时，它会加热堆的一边。烟囱通道内的空气被加热并膨胀到另一侧。在那里，空气在将热量散发到一个现成的散热器时收缩，散热器是一块扁平的金属，可以将热量散发到大气中，就像笔记本电脑里的散热器一样。

当空气冷却时，它会收缩。根据定义，谐振腔内振荡的膨胀和收缩就是声波。温度梯度(冷热两端的差异)越大，空气膨胀和收缩的就越多。这一动作增强了声波的振幅，使其更响亮、更有力。这也解释了它的一些效率。蒙哥马利说，热电发电机可以利用约200摄氏度的温度梯度，而这种发电机可以处理三到四倍的温度梯度。

从声音到电
正常情况下，扬声器将电能转化为机械能，使锥体振动产生声波。扬声器内部有一个被称为音圈的电磁铁，它被永久磁铁包围，并在磁场中来回移动。流入电磁铁的电流迅速改变方向，来回改变电磁铁的极性。这种极性的切换产生了一种身份危机，它交替地将电磁铁吸引到永磁体的两端，并从永磁体的两端排斥它。它的前后运动使锥体振动。《物质工作原理》还有更多深入的解释扬声器内部发生了什么。

在蒙哥马利的装置中，振荡的空气击中了堆栈冷端以外的扬声器。声波反向作用，使锥体来回振动。锥体在磁场内推拉电磁铁，产生电能。蒙哥马利e详细说明了设计这篇论文由美国声学学会在线发表。