JP2001141319A - 音響冷凍機 - Google Patents

音響冷凍機

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JP2001141319A
JP2001141319A JP32447199A JP32447199A JP2001141319A JP 2001141319 A JP2001141319 A JP 2001141319A JP 32447199 A JP32447199 A JP 32447199A JP 32447199 A JP32447199 A JP 32447199A JP 2001141319 A JP2001141319 A JP 2001141319A
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JP
Japan
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fluid
gas
resonator
predetermined position
acoustic refrigerator
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JP32447199A
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Akira Tominaga
昭 富永
Yoshikatsu Hiratsuka
善勝 平塚
Shuji Fujimoto
修二 藤本
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Daikin Industries Ltd
Original Assignee
Daikin Industries Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/14Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
    • F25B9/145Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle pulse-tube cycle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/14Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used 
    • F25B2309/1403Pulse-tube cycles with heat input into acoustic driver
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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    • F25B2309/1405Pulse-tube cycles with travelling waves

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 音響冷凍機を全体として小型化する。 【解決手段】 共振周波数発生部1をガス循環路2の所
定位置に設けているとともに、このガス循環路2の所定
位置に対して接続管路3を介して共振器4を接続してな
り、ガス循環路2、接続管路3、および共振器4に、ガ
スに代えてガスよりも質量が大きく、かつプラントル数
が小さい液体を充填している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は熱音響効果を用い
る冷凍機(音響冷凍機)に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、可動部分が全くなく、しかも
信頼性が高いなどの利点に着目して、ヘルムホルツ冷凍
機などに代表される音響冷凍機が提案されている。
【0003】図1は従来の音響冷凍機の構成を示す概略
図である。
【0004】この音響冷凍機は、ジェットポンプ、低温
熱交換器、再生器、高温熱交換器をガス循環路の所定位
置に設けているとともに、このガス循環路の所定位置に
対して共振器を接続してなるものである。
【0005】この構成の音響冷凍機を採用すれば、ガス
循環路の所定位置に設けたジェットポンプ、低温熱交換
器、再生器、高温熱交換器によって共振周波数を発生さ
せ、共振器において定在波を発生させるとともに、共振
器とガス循環路との間の管路内に存在するガスの慣性を
利用して適当な位相制御を行うことにより、低温熱交換
器において寒冷を発生させることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図1に示す構
成の音響冷凍機においては、ガスの慣性を利用する関係
上、適度なガスの質量が必要になるのであるから、上記
の共振器を大きくしなければならず、音響冷凍機が全体
として大型化してしまうという不都合がある。
【0007】
【発明の目的】この発明は上記の問題点に鑑みてなされ
たものであり、全体として小型化することができる音響
冷凍機を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1の音響冷凍機
は、位相制御を行わせるための流体として、ガスよりも
質量が大きく、かつプラントル数が小さい流体を採用す
るものである。
【0009】請求項2の音響冷凍機は、共振周波数発生
部を第1の所定位置に設けてなる流体循環路の第2の所
定位置に対して接続管路を介して共振器を接続し、流体
循環路、接続管路および共振器に、ガスよりも質量が大
きく、かつプラントル数が小さい流体を充填しているも
のである。
【0010】請求項3の音響冷凍機は、共振周波数発生
部を第1の所定位置に設けてなる流体循環路の第2の所
定位置に対してタンクおよびU字状の管路を介して共振
器を接続し、流体循環路、タンク、U字状の管路および
共振器に、ガスよりも質量が大きく、かつプラントル数
が小さい流体を充填しているものである。
【0011】請求項4の音響冷凍機は、前記流体として
ブラインを採用するものである。
【0012】
【作用】請求項1の音響冷凍機であれば、位相制御を行
わせるための流体として、ガスよりも質量が大きく、か
つプラントル数が小さい流体を採用するのであるから、
流体の粘性が低いとともに、熱の伝わりが良好であるこ
とに起因して、流路抵抗を小さくすることができるとと
もに、流体クーラーの伝熱面積を小さくすることがで
き、しかも、ガスを採用した場合と同一の慣性を得るた
めに必要な容積を小さくすることができ、ひいては音響
冷凍機を全体として小型化することができる。
【0013】請求項2の音響冷凍機であれば、共振周波
数発生部を第1の所定位置に設けてなる流体循環路の第
2の所定位置に対して接続管路を介して共振器を接続
し、流体循環路、接続管路および共振器に、ガスよりも
質量が大きく、かつプラントル数が小さい流体を充填し
ているのであるから、流体の粘性が低いとともに、熱の
伝わりが良好であることに起因して、流路抵抗を小さく
することができるとともに、流体クーラーの伝熱面積を
小さくすることができ、しかも、ガスを採用した場合と
同一の慣性を得るために必要な容積を小さくすることが
でき、ひいては音響冷凍機を全体として小型化すること
ができる。
【0014】請求項3の音響冷凍機であれば、共振周波
数発生部を第1の所定位置に設けてなる流体循環路の第
2の所定位置に対してタンクおよびU字状の管路を介し
て共振器を接続し、流体循環路、タンク、U字状の管路
および共振器に、ガスよりも質量が大きく、かつプラン
トル数が小さい流体を充填しているのであるから、流体
の粘性が低いとともに、熱の伝わりが良好であることに
起因して、流路抵抗を小さくすることができるととも
に、流体クーラーの伝熱面積を小さくすることができ、
しかも、ガスを採用した場合と同一の慣性を得るために
必要な容積を小さくすることができ、ひいては音響冷凍
機を全体として小型化することができる。
【0015】請求項4の音響冷凍機であれば、前記流体
としてブラインを採用するのであるから、状態変化を伴
うことなく冷却熱媒体として機能することができるほ
か、請求項1から請求項3の何れかと同様の作用を達成
することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、この
発明の音響冷凍機の一実施態様を詳細に説明する。
【0017】図1はこの発明の音響冷凍機の一実施態様
を示す概略図である。
【0018】この音響冷凍機は、ジェットポンプ、低温
熱交換器、再生器、高温熱交換器からなる共振周波数発
生部1を流体循環路2の所定位置に設けているととも
に、この流体循環路2の所定位置に対して接続管路3を
介して共振器4を接続してなる。そして、流体循環路
2、接続管路3、および共振器4に、ガスに代えてガス
よりも質量が大きく、かつプラントル数(熱拡散率に対
する動粘度の比を示す値)が小さい流体(例えば、ブラ
インなど)を充填している。
【0019】この構成の音響冷凍機を採用した場合に
は、従来の音響冷凍機と同様に動作して低温熱交換器に
おいて低温を発生することができる。そして、ガスを採
用した場合と同一の慣性を得るために必要な容積(接続
管路3の容積)を小さくすることができ、ひいては、音
響冷凍機全体としての小型化を実現することができる。
また、共振器4の容積も小さくすることができので、音
響冷凍機を一層小型化することができる。さらに、プラ
ントル数が小さい流体を採用しているので、流体の粘性
を低くすることができるとともに、熱の伝わりを良好に
することができ、ひいては、流路抵抗を小さくすること
ができるとともに、流体クーラーの伝熱面積を小さくす
ることができる。
【0020】さらに説明する。
【0021】図2に示すように、接続管路5を介して1
対の共振器6、7を接続し、これらの内部に流体を充填
した状態における共振振動数ωは、 ω2=(g/l)+(A2/MKs){(1/V1)+
(1/V2)} で与えられる。
【0022】ただし、Mは流体の質量、Aは接続管路5
の断面積、lは接続管路5の長さ、Ksは断熱圧縮率、
V1、V2はそれぞれ共振器6、7の容積である。ま
た、流体の質量Mは、 M=AlρM であたえられる。ただし、ρMは流体の密度である。
【0023】さらに、図2中、ζは共振に伴う流体の変
位量である。
【0024】そして、gを0に設定すれば、共振振動数
ωは、 ω2=(A2/MKs){(1/V1)+(1/V2)} となる。
【0025】したがって、Mを大きくした場合に、同じ
共振周波数ωを得ようとすれば、共振器6の容積および
/または共振器7の容積を小さくすることができる。
【0026】図3はこの発明の音響冷凍機の他の実施態
様を示す概略図である。
【0027】この音響冷凍機は、ジェットポンプ、低温
熱交換器、再生器、高温熱交換器を含む周波数発生部1
1を流体循環路12の所定位置に設けているとともに、
この流体循環路12の所定位置に対してタンク13を介
してU字状の管路14を接続してなるものである。な
お、この管路14の他方の端部に、図示しない共振器を
接続している。そして、流体循環路12、タンク13、
管路14および共振器の内部に、ガスに代えてガスより
も質量が大きく、かつプラントル数(熱拡散率に対する
動粘度の比を示す値)が小さい流体(例えば、ブライン
など)を収容している。なお、図3においてハッチング
を施した部分における液体が位相制御を行う。
【0028】この音響冷凍機においては、流体循環路1
2がインダクタンスとして機能し、タンク13がキャパ
シタンスとして機能するので、この両者に基づいて共振
周波数が定まる。そして、ハッチングを施した部分にお
ける流体が位相制御を行うので、周波数発生部11の低
温熱交換器において低温を発生することができる。もち
ろん、ガスを採用した場合と同一の慣性を得るために必
要な容積(管路14の容積)を小さくすることができる
とともに、共振器の容積を小さくすることができ、ひい
ては、音響冷凍機全体としての小型化を実現することが
できる。
【0029】なお、この発明は、図1、図3の構成に限
定されるものではなく、従来公知の他の構成の音響冷凍
機に適用することが可能である。
【0030】
【発明の効果】請求項1の発明は、流体の粘性が低いと
ともに、熱の伝わりが良好であることに起因して、流路
抵抗を小さくすることができるとともに、流体クーラー
の伝熱面積を小さくすることができ、しかも、ガスを採
用した場合と同一の慣性を得るために必要な容積を小さ
くすることができ、ひいては音響冷凍機を全体として小
型化することができるという特有の効果を奏する。
【0031】請求項2の発明は、流体の粘性が低いとと
もに、熱の伝わりが良好であることに起因して、流路抵
抗を小さくすることができるとともに、流体クーラーの
伝熱面積を小さくすることができ、しかも、ガスを採用
した場合と同一の慣性を得るために必要な容積を小さく
することができ、ひいては音響冷凍機を全体として小型
化することができるという特有の効果を奏する。
【0032】請求項3の発明は、流体の粘性が低いとと
もに、熱の伝わりが良好であることに起因して、流路抵
抗を小さくすることができるとともに、流体クーラーの
伝熱面積を小さくすることができ、しかも、ガスを採用
した場合と同一の慣性を得るために必要な容積を小さく
することができ、ひいては音響冷凍機を全体として小型
化することができるという特有の効果を奏する。
【0033】請求項4の発明は、状態変化を伴うことな
く冷却熱媒体として機能することができるほか、請求項
1から請求項3の何れかと同様の効果を奏する
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の音響冷凍機の一実施態様を示す概略
図である。
【図2】共振周波数を説明するための原理図である。
【図3】この発明の音響冷凍機の他の実施態様を示す概
略図である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 位相制御を行わせるための流体として、
    ガスよりも質量が大きく、かつプラントル数が小さい流
    体を採用することを特徴とする音響冷凍機。
  2. 【請求項2】 共振周波数発生部を第1の所定位置に設
    けてなる流体循環路の第2の所定位置に対して接続管路
    を介して共振器を接続し、流体循環路、接続管路および
    共振器に、ガスよりも質量が大きく、かつプラントル数
    が小さい流体を充填していることを特徴とする音響冷凍
    機。
  3. 【請求項3】 共振周波数発生部を第1の所定位置に設
    けてなる流体循環路の第2の所定位置に対してタンクお
    よびU字状の管路を介して共振器を接続し、流体循環
    路、タンク、U字状の管路および共振器に、ガスよりも
    質量が大きく、かつプラントル数が小さい流体を充填し
    ていることを特徴とする音響冷凍機。
  4. 【請求項4】 前記流体はブラインである請求項1から
    請求項3の何れかに記載の音響冷凍機。
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