Термоакустический излучатель



Термоакустический излучатель
Термоакустический излучатель
Термоакустический излучатель
G10K11/00 - Способы и устройства для передачи, проведения или направления звука вообще; способы или устройства для защиты от воздействия шума или других акустических колебаний вообще или для их подавления (звукоизоляция для транспортных средств B60R 13/08; звукоизоляция для самолетов B64C 1/40; звукоизоляционные материалы см. в соответствующих подклассах, например C04B 26/00- C04B 38/00; уменьшение шума на верхнем строении путей E01B 19/00; поглощение передаваемого по воздуху шума с дорог или железнодорожных путей E01F 8/00; звукоизоляция, поглощение или отражение шума в строительных сооружениях E04B 1/74; акустика помещений E04B 1/99; звукоизоляция полов E04F 15/20; глушители шума и выхлопные устройства

Владельцы патента RU 2719279:

Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования «Сколковский институт науки и технологий» (Сколковский институт науки и технологий) (RU)

Изобретение относится к акустике, в частности к устройствам для возбуждения акустических колебаний в газах и жидкостях. Согласно первому варианту реализации термоакустический излучатель содержит слой тепловыделяющих структур в виде пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок, на поверхность которых нанесена защитная пленка по крайней мере одного материала, выбранного из группы: Al2O3, TiO2, BN. При этом на торцах пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок закреплены по крайней мере два электрических контакта. Согласно второму варианту реализации термоакустический излучатель содержит слой тепловыделяющих структур в виде пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок и средство обдува, при этом на торцах пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок закреплены по крайней мере два электрических контакта, а средство обдува выполнено с возможностью создания газового потока на внешней поверхности слоя тепловыделяющих структур, при этом газ в газовом потоке выбран из группы: гелий, азот, аргон, ксенон. Технический результат группы изобретений - повышение акустической мощности и срока службы термоакустического излучателя. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к устройствам для возбуждения акустических колебаний в газах и жидкостях.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известен термоакустический излучатель, раскрытый в US 8553912 В2, опубл. 08.10.2013. Термоакустический излучатель содержит генератор звуковой волны (тепловыделяющая структура) в виде пленки структур углеродных нанотрубок, на поверхности которой размещены электроды. Генератор звуковой волны размещен на металлической подложке, при этом между генератором звуковой волны и металлической подложкой размещен слой из оксида алюминия.

Недостатком указанного выше термоакустического излучателя является невысокая акустическая мощность излучателя из-за взаимодействия тепловыделяющей структуры с кислородом.

Кроме того, из уровня техники известен термоакустический излучатель, раскрытый в US 8073164 B2, опубл. 06.12.2011, прототип. Термоакустический излучатель содержит генератор звуковой волны в виде пленки структур углеродных нанотрубок, на поверхности которой размещены электроды. Генератор звуковой волны может быть размещен на подложке.

Недостатком указанного выше термоакустического излучателя является невысокая акустическая мощность излучателя из-за взаимодействия тепловыделяющей структуры с кислородом.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей заявленного изобретения является разработка термоакустического излучателя, работающего при высоких входных мощностях электрического сигнала.

Техническим результатом изобретения является повышение акустической мощности и срока службы термоакустического излучателя.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в соответствии с первым вариантом изобретения термоакустический излучатель содержит слой тепловыделяющих структур в виде пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок. При этом на поверхность углеродных нанотрубок нанесена защитная пленка по крайней мере одного материала, выбранного из группы: Al2O3, TiO2, SiO2, BN, а на торцах пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок закреплены по крайней мере два электрических контакта.

Указанный технический результат достигается также за счет того, что в соответствии со вторым вариантом изобретения термоакустический излучатель содержит слой тепловыделяющих структур в виде пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок, и средство обдува. При этом на торцах пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок закреплены по крайней мере два электрических контакта, а средство обдува выполнено с возможностью создания газового потока на внешней поверхности слоя тепловыделяющих структур.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение будет более понятным из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

Фиг. 1 - Термоакустического излучателя (вариант 1).

Фиг. 2 - Увеличенный вид хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок, покрытых защитной пленкой.

Фиг. 3 - Термоакустического излучателя (вариант 2).

1 - слой тепловыделяющих структур; 2 - защитная пленка; 3 - электрические контакты; 4 - устройство подачи входного сигнала; 5 - электрические провода; 6 - углеродная нанотрубка; 7 - пространство между углеродными нанотрубками; 8 - средство обдува; 9 - газовый поток.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с первым вариантом изобретения, термоакустический излучатель содержит слой (1) тепловыделяющих структур в виде пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок (6). При этом на поверхность углеродных нанотрубок (6) нанесена защитная пленка (2) по крайней мере одного материала, выбранного из группы: Al2O3, TiO2, SiO2, BN, а на торцах пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок (6) закреплены по крайней мере два электрических контакта (3). Электрические контакты (3) при помощи электрических проводов соединены с устройством (4) подачи входного сигнала. Указанные выше электрические контакты (3) выполнены по крайней мере в виде двух электродов, расположенных на торцах слоя (1) тепловыделяющих структур, обеспечивающих электрический контакт со слоем (1) тепловыделяющих структур. Хаотичное расположение углеродных нанотрубок (6) образует пространство (7) между соседними углеродными трубками (6), которое заполняется атмосферой внешней среды, в которой работает термоакустический излучатель.

В качестве углеродных нанотрубок согласно варианту 1 изобретения применяют одностенные, двухстенные и многостенные углеродные нанотрубки.

Толщина пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок согласно варианту 1 изобретения составляет 0,1 нм - 1 мм.

Толщина оболочки из оксида алюминия согласно варианту 1 изобретения составляет 0,1 нм - 1 мм.

В соответствии со вторым вариантом изобретения, термоакустический излучатель содержит слой (1) тепловыделяющих структур в виде пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок, и средство обдува (8). При этом на торцах пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок закреплены по крайней мере два электрических контакта (3), а средство обдува (8) выполнено с возможностью создания газового потока (9) на внешней поверхности слоя (1) тепловыделяющих структур. Хаотичное расположение углеродных нанотрубок (6) образует пространство (7) между соседними углеродными трубками (6), которое заполняется атмосферой внешней среды, в которой работает термоакустический излучатель.

В качестве углеродных нанотрубок согласно варианту 2 изобретения применяют одностенные, двухстенные и многостенные углеродные нанотрубки.

Толщина пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок согласно варианту 2 изобретения составляет 0,1 нм - 1 мм.

Заявленный термоакустический излучатель согласно варианту 1 изобретения работает следующим образом.

При помощи устройства (4) подачи входного сигнала (электрический сигнал: импульсы постоянного электрического тока; переменный электрического тока; оптический сигнал: электромагнитные волны) через электрические провода (5) на электрические контакты (3) подается, например, напряжение переменного тока. В результате происходит нагрев слоя (1) тепловыделяющих структур, содержащих и оболочки (2) термоакустического излучателя и окружающей термоакустический излучатель среду, в том числе происходит нагрев окружающей среды, которой заполняется пространство (7) между соседними углеродными трубками (6). В результате нагрева окружающей среды происходит формирование и распространение акустической волны в окружающей среде.

Заявленный термоакустический излучатель согласно варианту 2 изобретения работает следующим образом.

При помощи устройства (4) подачи входного сигнала (электрический сигнал: импульсы постоянного электрического тока; переменный электрического тока; оптический сигнал: электромагнитные волны) через электрические провода (5) на электрические контакты (3) подается, например, напряжение переменного тока. В результате происходит нагрев слоя (1) тепловыделяющих структур в виде пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок (6) и окружающей термоакустический излучатель среду, в том числе происходит нагрев окружающей среды, которой заполняется пространство (7) между соседними углеродными трубками (6). При этом при помощи средства обдува (8), установленного с торца термоакустического излучателя вдоль внешних поверхностей слоя (1) тепловыделяющих структур формируется, который охлаждает приграничные слоя (1) тепловыделяющих структур. В качестве средства обдува (8) применяют любые устройства, формирующие газовый поток, например, вентилятор или баллон со сжатым газом, соединенный с соплом. Образующийся при помощи средства обдува (8) газовый поток (9), характеризуется скоростью 0,1-10 м/с, а газ в газовом потоке (9) выбран из группы: воздух, гелий, азот, аргон, ксенон. В результате нагрева окружающей среды и последующего его охлаждения происходит формирование и распространение акустической волны в окружающей среде.

Как показали эксперименты, заявленный в соответствии с первым вариантом изобретения термоакустический излучатель по сравнению с термоакустическим излучателем по прототипу способен выдерживать высокие мощности входного сигнала, ввиду того, что повышение мощности входного сигнала приводит к повышению температуры нагрева слоя (1) тепловыделяющих структур, а, следовательно, к повышению мощности термоакустического излучателя, т.е. к формированию и распространению акустической волны с более высокой акустической (звуковой) энергией на большие расстояния. При увеличении мощности входного сигнала для термоакустического излучателя по прототипу, приводит к более высокой температуре нагрева тепловыделяющий структуры, что приводит к взаимодействию тепловыделяющей структуры с кислородом воздуха, в результате повышенной температуры нагрева и атмосферы воздуха происходит разрушение тепловыделяющей структуры и выхода термоакустического излучателя из строя. Применение в заявленном термоакустическом излучателе согласно варианту 1 защитной пленки (2) из заявленных вариантов материала, позволяет изолировать слой (1) тепловыделяющей структуру от взаимодействия с кислородом воздуха или другой кислородсодержащей среды при высокой температуре, следовательно, позволит увеличить акустическую мощность и срок службы термоакустического излучателя, т.к. в результате повышенной температуры нагрева тепловыделяющий структуры без доступа воздуха не происходит разрушение тепловыделяющий структуры.

При толщине защитной пленки менее 0,1 нм, применяемой в термоакустическом излучателе по варианту 1, не обеспечивает достижение технического результата, ввиду того не обеспечивается защита от взаимодействия углеродных нанотрубок (6) с воздухом, в результате чего происходит разрушение слоя (1) тепловыделяющих структур. Применение толщины оболочки более 1 мм применять нецелесообразно, т.к. увеличиваются затраты на изготовление излучателя, а также обеспечивается увеличение веса и теплоемкости излучателя, что приводит к уменьшению акустической мощности.

Как показали эксперименты, заявленный в соответствии со вторым вариантом изобретения термоакустический излучатель по сравнению с термоакустическим излучателем по прототипу позволяет увеличить акустическую мощность и срок службы термоакустического излучателя, за счет высокой разницы температур на границе раздела «слой тепловыделяющих структур - окружающая среда», которая обеспечивается за счет максимальной температуры в слое (1) тепловыделяющих структур и минимальной температуры приграничного слоя газа окружающей среды. Газовый поток (8) обеспечивает также защиту от взаимодействия углеродных нанотрубок (6) с кислородом окружающей среды при высокой температуре.

В соответствии с вариантом 1 и вариантом 2 изобретения толщина пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок (6), составляющаяся нм-1 мм, это эффективная толщина, обеспечивающая необходимую акустическую мощность термоакустического излучателя. Толщину пленки менее 0,1 нм невозможно получить, применение пленки толщиной более 1 мм, приводит к снижению акустическую мощность термоакустического излучателя.

Применение более двух электрических контактов (3) в термоакустическом излучателе в соответствии с вариантом 1 и вариантом 2 изобретения позволяет присоединять более одного устройства (4) подачи входного сигнала, что позволяет создать более высокий входной сигнал и обеспечить более высокую акустическую мощность термоакустического излучателя.

В соответствии с вариантом 1 и вариантом 2 изобретения хаотично расположенные структуры углеродных нанотрубок (6), которые образуют пространство (7) между соседними углеродными трубками (6), обеспечивают увеличение поверхностной площади излучателя и более эффективную теплоотдачу от излучателя в окружающую среду, что позволяет повысить акустическую мощность термоакустического излучателя.

Заявленный излучатель в соответствии с вариантом 1 и вариантом 2 изобретения по сравнению с термоакустическим излучателем по прототипу позволяет увеличить акустическую мощность до 40%.

Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.

1. Термоакустический излучатель, содержащий слой тепловыделяющих структур в виде пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок, на поверхность которых нанесена защитная пленка по крайней мере одного материала, выбранного из группы: Al2O3, TiO2, BN, при этом на торцах пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок закреплены по крайней мере два электрических контакта.

2. Термоакустический излучатель, содержащий слой тепловыделяющих структур в виде пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок и средство обдува, при этом на торцах пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок закреплены по крайней мере два электрических контакта, а средство обдува выполнено с возможностью создания газового потока на внешней поверхности слоя тепловыделяющих структур, при этом газ в газовом потоке выбран из группы: гелий, азот, аргон, ксенон.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к акустике, в частности к микрофонам. Способ создания микрофона на основе селективного поглощения инфракрасного (ИК) излучения углекислым газом.

Изобретение относится к акустическим средствам воспроизведения звука. Электродинамическая головка воспроизведения звука содержит источник звуковых электрических сигналов, генератор звуковых колебаний, взаимодействующий с упругой средой, последовательно соединенные модулятор, согласующее устройство и высоковольтный трансформатор.

Изобретение относится к акустике и предназначено для возбуждения акустических колебаний в газах и жидкостях. Сущность: излучатель содержит теплопроводящую подложку, на рабочей поверхности которой сформированы параллельно расположенные протяженные структуры в виде выступов призматической формы, имеющие легированные поверхностные слои со значительно большей электрической проводимостью, чем подложка.

Микрофон // 2524558
Изобретение относится к области акустики и касается ручного сценического микрофона. Микрофон содержит полый корпус, защитную решетку, звукосниматель, диафрагму, звуковую катушку, магнитный элемент, включатель звукоснимателя, выходной разъем.

Изобретение относится к электроакустике, устройствам воспроизведения звуковых сигналов высоковольтной электрической дугой. Технический результат - повышение точности воспроизведения звуковых сигналов.

Изобретение относится к технике преобразования и усиления сигналов и может быть использовано в технических системах приема и обработки информации. .

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в устройствах громкоговорящей и телефонной связи на подвижных объектах для преобразования акустических сигналов в электрические.

Изобретение относится к технике преобразования и усиления звуковых сигналов и может быть использовано в технических системах приема и обработки акустической информации.

Техническое устройство представлено в виде низкошумного технического помещения, оборудованного монтируемыми с воздушными зазорами между противолежащими торцевыми гранями (γ) и относительно оппозитных монтажных поверхностей стеновых и потолочных ограждающих конструкций (k) технического помещения, обособленными цельноформованными комбинированными звукопоглощающими панелями, составленными из пористой воздухопродуваемой звукопоглощающей структуры вещества, облицованного звукопрозрачным слоем материала.

Техническое устройство представлено в виде низкошумного технического помещения, оборудованного монтируемыми с воздушными зазорами между противолежащими торцевыми гранями (γ) и относительно оппозитных монтажных поверхностей стеновых и потолочных ограждающих конструкций (k) технического помещения, обособленными цельноформованными комбинированными звукопоглощающими панелями, составленными из пористой воздухопродуваемой звукопоглощающей структуры вещества, облицованного звукопрозрачным слоем материала, и интегрированных в нем полостных частотонастроенных шумоподавляющих конструктивных элементов, представленных в виде низкочастотных акустических резонаторов Гельмгольца RIII.

Изобретение относится к области машиностроения. Вибропоглотитель содержит скрепленные между собой металлическую массу в виде металлической пластины и упругий слой.

Изобретение относится к ультразвуковому расходомеру с минирупорной структурой. Монолитная согласующая структура для использования в ультразвуковом преобразователе включает в себя минирупорную решетку.

Глушитель (10) шума содержит корпус (12) с впускным отверстием (22) и выпускным отверстием (54) для воздуха и расположенной в корпусе (12) изолирующей от шума лабиринтной структурой (48).

Изобретение относится к средствам защиты от акустического шума, вызванного работающими системами вентиляции в жилых помещениях и в подвижных объектах. Устройство для активного гашения акустических шумов в вентиляционных каналах содержит размещенный в корпусе (3) громкоговоритель (1), излучающая поверхность которого расположена заподлицо в отверстии (4) стенки вентиляционного канала (2) перпендикулярно его оси, приемник давления (5), расположенный вблизи излучающей поверхности громкоговорителя (1), электрически соединенный цепью обратной связи, включающей последовательно соединенные предварительный усилитель (6) с электрически управляемым коэффициентом передачи, компенсатор (7) и инвертирующий усилитель мощности (8), соединенный с громкоговорителем (1).

Изобретение относится к активному шумоподавлению. Система активного шумоподавления (ANC) в транспортном средстве включает в себя процессор, запрограммированный для реализации адаптивного субполосного алгоритма управления с фильтрацией опорного сигнала, который применяет пороговые величины к трактам сигнала обратной связи ошибки и опорного сигнала так, чтобы в ответ на широкополосные негауссовы импульсные опорные сигналы, указывающие дорожный шум и детектируемые датчиками, весовые коэффициенты задавали адаптивный фильтр схождения алгоритма управления и обеспечивали возможность системе ANC частично подавлять дорожный шум посредством громкоговорителя.

Изобретение относится к области машиностроения. Локальный вибропоглотитель включает скрепленные между собой металлическую массу и резиновый слой между металлической массой и демпфируемой конструкцией.

Изобретение относится к области борьбы с вибрацией от воздействия на конструкции воздушного шума или динамических усилий, возникающих при работе шумящего и (или) виброактивного оборудования, используемого на транспортных средствах различного функционального назначения (суда, самолеты, автомобили т.д.), и решает задачу повышения эффективности локального вибропоглотителя за счет снижения уровней вибрации устройством на низких резонансных частотах демпфируемой конструкции.

Изобретение относится к области улучшения акустических условий и уровня освещенности помещений. Звукорассеивающая конструкция выполнена в форме параллелепипеда.

Изобретение относится к акустике, в частности к устройствам для возбуждения акустических колебаний в газах и жидкостях. Согласно первому варианту реализации термоакустический излучатель содержит слой тепловыделяющих структур в виде пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок, на поверхность которых нанесена защитная пленка по крайней мере одного материала, выбранного из группы: Al2O3, TiO2, BN. При этом на торцах пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок закреплены по крайней мере два электрических контакта. Согласно второму варианту реализации термоакустический излучатель содержит слой тепловыделяющих структур в виде пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок и средство обдува, при этом на торцах пленки хаотично расположенных структур углеродных нанотрубок закреплены по крайней мере два электрических контакта, а средство обдува выполнено с возможностью создания газового потока на внешней поверхности слоя тепловыделяющих структур, при этом газ в газовом потоке выбран из группы: гелий, азот, аргон, ксенон. Технический результат группы изобретений - повышение акустической мощности и срока службы термоакустического излучателя. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх