JP2006118728A - Thermoacoustic refrigeration machine - Google Patents

Thermoacoustic refrigeration machine Download PDF

Info

Publication number
JP2006118728A
JP2006118728A JP2004304044A JP2004304044A JP2006118728A JP 2006118728 A JP2006118728 A JP 2006118728A JP 2004304044 A JP2004304044 A JP 2004304044A JP 2004304044 A JP2004304044 A JP 2004304044A JP 2006118728 A JP2006118728 A JP 2006118728A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
temperature side
high temperature
cylinder
low temperature
piston
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004304044A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshikatsu Hiratsuka
善勝 平塚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daikin Industries Ltd
Original Assignee
Daikin Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daikin Industries Ltd filed Critical Daikin Industries Ltd
Priority to JP2004304044A priority Critical patent/JP2006118728A/en
Publication of JP2006118728A publication Critical patent/JP2006118728A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve refrigerating efficiency without enlarging a device as a whole in a thermoacoustic refrigeration machine using a loop tube. <P>SOLUTION: This thermoacoustic refrigeration machine 201 obtaining refrigerating capacity by utilizing pressure vibration of a working gas, comprises a circular loop tube 202 in which the working gas is sealed, a high temperature-side regenerator 231, a low temperature-side regenerator 241, and a resonator 206. The resonator 206 has a cylinder connected with the loop tube 202 at its one end to be communicated with a space between the high temperature-side regenerator 231 and the low temperature-side regenerator 241, a piston 271 mounted in the cylinder 261, and a resonance tank 262 connected with the other end of the cylinder 261. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、熱音響冷凍機、特に、作動気体の圧力振動を利用して冷凍能力を得る熱音響冷凍機に関する。   The present invention relates to a thermoacoustic refrigerator, and more particularly, to a thermoacoustic refrigerator that obtains a refrigerating capacity using pressure vibration of a working gas.

従来より、作動気体の圧力振動を利用して冷凍能力を得る熱音響冷凍機として、作動気体が封入されたループ管を用いたものがある。
例えば、ループ管を用いた熱音響冷凍機として、特許文献１に示されるような、主として、作動気体が封入された環状のループ管２と、高温側再生器３１を含むエンジン３と、低温側再生器４１を含む冷凍機４とを備えた熱音響冷凍機１がある（図１参照）。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a thermoacoustic refrigerator that obtains a refrigerating capacity using pressure vibration of a working gas, there is one using a loop tube in which the working gas is enclosed.
For example, as a thermoacoustic refrigerator using a loop tube, as shown in Patent Document 1, an annular loop tube 2 in which a working gas is mainly enclosed, an engine 3 including a high temperature side regenerator 31, and a low temperature side There is a thermoacoustic refrigerator 1 including a refrigerator 4 including a regenerator 41 (see FIG. 1).

エンジン３は、ループ管２内に設けられた高温側再生器３１と、高温側再生器３１の両端を挟むように設けられた高温熱交換器３２及び高温側常温熱交換器３３とを有している。高温熱交換器３２は、外部熱源を用いて高温側再生器３１の一端（以下、高温部３１ａとする）を加熱する熱入力部として機能する。高温側常温熱交換器３３は、冷却水や空気等を用いて高温側再生器３１の他端（以下、高温側常温部３１ｂとする）の熱を外部に放出して冷却する機能を有している。高温側再生器３１は、薄板や細管を束ねた構造等を有する機器であり、高温熱交換器３２及び高温側常温熱交換器３３によって高温部３１ａと高温側常温部３１ｂとの間に生じる温度差を保つことによって、主として進行波からなる圧力振動による仕事を発生する機能を有している。つまり、エンジン３は、熱音響冷凍機１の圧力振動発生手段として機能するものである。   The engine 3 includes a high temperature side regenerator 31 provided in the loop pipe 2, a high temperature heat exchanger 32 and a high temperature side normal temperature heat exchanger 33 provided so as to sandwich both ends of the high temperature side regenerator 31. ing. The high temperature heat exchanger 32 functions as a heat input unit that heats one end of the high temperature side regenerator 31 (hereinafter, referred to as a high temperature unit 31a) using an external heat source. The high temperature side normal temperature heat exchanger 33 has a function of releasing and cooling the heat of the other end of the high temperature side regenerator 31 (hereinafter referred to as the high temperature side normal temperature portion 31b) using cooling water, air, or the like. ing. The high temperature side regenerator 31 is a device having a structure in which thin plates or thin tubes are bundled, and the temperature generated between the high temperature part 31a and the high temperature side normal temperature part 31b by the high temperature heat exchanger 32 and the high temperature side normal temperature heat exchanger 33. By maintaining the difference, it has a function of generating work due to pressure vibration mainly consisting of traveling waves. That is, the engine 3 functions as pressure vibration generating means of the thermoacoustic refrigerator 1.

冷凍機４は、高温側再生器３１の両端（すなわち、高温部３１ａ及び高温側常温部３１ｂ）との間に中空の空間を空けてループ管２内に設けられた低温側再生器４１と、低温側再生器４１の両端を挟むように設けられた低温側常温熱交換器４２及び低温熱交換器４３とを有している。低温側常温熱交換器４２は、冷却水や空気等を用いて低温側再生器４１の一端（以下、低温側常温部４１ａとする）の熱を外部に放出して冷却する機能を有している。ここで、高温熱交換器３２と低温側常温熱交換器４２との間（すなわち、高温側再生器３１の高温部３１ａと低温側再生器４１の低温側常温部４１ａとの間）に挟まれた中空の空間を高温空間Ｓ１とする。低温熱交換器４３は、低温側再生器４１の他端（以下、低温部４１ｂ）において発生する冷熱を外部に取り出す冷熱出力部として機能する。ここで、高温側常温熱交換器３３と低温熱交換器４３との間（すなわち、高温側再生器３１の高温側常温部３１ｂと低温側再生器４１の低温部４１ｂとの間）に挟まれた中空の空間を低温空間Ｓ２とする。低温側再生器４１は、薄板や細管を束ねた構造等を有する機器であり、エンジン３から高温空間Ｓ１を通じて低温側常温部４１ａに伝達された圧力振動を、低温側常温部４１ａと低温部４１ｂとの間における温度差に変換する機能を有している。そして、低温側再生器４１の低温側常温部４１ａは低温側常温熱交換器４２によって冷却されているため、低温側再生器４１の低温部４１ｂは、低温側常温部４１ａよりも低い温度まで冷却されて冷熱が発生する。この冷熱は、低温熱交換器４３によって外部に取り出される。つまり、冷凍機４は、エンジン３によって発生する圧力振動による仕事を冷熱に変換するヒートポンプ手段として機能するものである。   The refrigerator 4 includes a low temperature side regenerator 41 provided in the loop pipe 2 with a hollow space between both ends of the high temperature side regenerator 31 (that is, the high temperature part 31a and the high temperature side normal temperature part 31b), It has a low temperature side room temperature heat exchanger 42 and a low temperature heat exchanger 43 provided so as to sandwich both ends of the low temperature side regenerator 41. The low temperature side normal temperature heat exchanger 42 has a function of releasing and cooling the heat of one end of the low temperature side regenerator 41 (hereinafter referred to as the low temperature side normal temperature portion 41a) using cooling water, air, or the like. Yes. Here, it is sandwiched between the high temperature heat exchanger 32 and the low temperature side normal temperature heat exchanger 42 (that is, between the high temperature part 31a of the high temperature side regenerator 31 and the low temperature side normal temperature part 41a of the low temperature side regenerator 41). The hollow space is defined as a high temperature space S1. The low temperature heat exchanger 43 functions as a cold output unit that extracts the cold generated at the other end of the low temperature side regenerator 41 (hereinafter, the low temperature part 41b). Here, it is sandwiched between the high temperature side normal temperature heat exchanger 33 and the low temperature heat exchanger 43 (that is, between the high temperature side normal temperature part 31b of the high temperature side regenerator 31 and the low temperature part 41b of the low temperature side regenerator 41). The hollow space is defined as a low temperature space S2. The low temperature side regenerator 41 is a device having a structure in which thin plates or thin tubes are bundled, and the pressure vibration transmitted from the engine 3 to the low temperature side normal temperature part 41a through the high temperature space S1 is converted into the low temperature side normal temperature part 41a and the low temperature part 41b. It has the function to convert into a temperature difference between. And since the low temperature side normal temperature part 41a of the low temperature side regenerator 41 is cooled by the low temperature side normal temperature heat exchanger 42, the low temperature part 41b of the low temperature side regenerator 41 is cooled to a temperature lower than the low temperature side normal temperature part 41a. As a result, cold heat is generated. This cold heat is taken out by the low-temperature heat exchanger 43. That is, the refrigerator 4 functions as a heat pump unit that converts work caused by pressure vibration generated by the engine 3 into cold heat.

このようなループ管を用いた熱音響冷凍機１においては、エンジン３において発生した圧力振動が高温空間Ｓ１内を振動する作動気体からなるガスピストン５ａによって冷凍機４に伝達され、冷凍機４からエンジン３に戻る圧力振動が低温空間Ｓ２内を振動する作動気体からなるガスピストン５ｂによって伝達されている。このため、大きな冷凍能力を得るためには、空間Ｓ１、Ｓ２における作動気体の圧力Ｐと、ガスピストン５ａ、５ｂの変位Ｘとの位相（以下、Ｐ−Ｘ位相とする）をずらすことによって、エンジン３から出力される仕事量を大きくすることが望ましい。   In the thermoacoustic refrigerator 1 using such a loop tube, the pressure vibration generated in the engine 3 is transmitted to the refrigerator 4 by the gas piston 5a made of a working gas that vibrates in the high-temperature space S1. The pressure vibration returning to the engine 3 is transmitted by the gas piston 5b made of working gas that vibrates in the low temperature space S2. For this reason, in order to obtain a large refrigerating capacity, by shifting the phase (hereinafter referred to as PX phase) between the pressure P of the working gas in the spaces S1 and S2 and the displacement X of the gas pistons 5a and 5b, It is desirable to increase the amount of work output from the engine 3.

しかし、上記の熱音響冷凍機１の構成では、Ｐ−Ｘ位相をずらすための手段が、エンジン３及び冷凍機４を構成する熱交換器３２、３３、４２、４３や再生器３１、４１の流動抵抗を変更する程度に限られてしまうため、エンジン３から出力される仕事量を十分に大きくすることが可能な程度のＰ−Ｘ位相差を得ることができない場合が多く、結果として、大きな冷凍能力を得ることができないという問題がある。   However, in the configuration of the thermoacoustic refrigerator 1 described above, the means for shifting the PX phase is the heat exchangers 32, 33, 42, 43 and the regenerators 31, 41 constituting the engine 3 and the refrigerator 4. Since the flow resistance is limited to the degree of change, it is often impossible to obtain a PX phase difference that can sufficiently increase the amount of work output from the engine 3. There is a problem that the refrigerating capacity cannot be obtained.

これに対して、非特許文献１に示されるような、主として、上記の熱音響冷凍機１の構成において、ループ管２の枝管として、共鳴管１６１と共鳴タンク１６２とを有する共鳴器１０６をさらに備えた熱音響冷凍機１０１がある（図２参照）。
共鳴管１６１は、一端が高温空間Ｓ１と連通するようにループ管２に接続されており、他端が共鳴タンク１６２に接続されている。 On the other hand, as shown in Non-Patent Document 1, mainly in the configuration of the thermoacoustic refrigerator 1 described above, a resonator 106 having a resonance tube 161 and a resonance tank 162 is used as a branch tube of the loop tube 2. Furthermore, there is a thermoacoustic refrigerator 101 provided (see FIG. 2).
One end of the resonance tube 161 is connected to the loop tube 2 so as to communicate with the high temperature space S <b> 1, and the other end is connected to the resonance tank 162.

この熱音響冷凍機１０１においては、共鳴管１６１と共鳴タンク１６２を有する共鳴器１０６を設置することによって、Ｐ−Ｘ位相をずらし、エンジン３から出力される仕事量を大きくして、大きな冷凍能力を得るようにしている。
特開２０００−８８３７８号公報 佐々木ら、「大型熱音響スターリング冷凍機の製作」、第６７回 ２００２年度秋期低温工学・超伝導学会、ｐ．１５９ In this thermoacoustic refrigerator 101, by installing the resonator 106 having the resonance tube 161 and the resonance tank 162, the PX phase is shifted, the amount of work output from the engine 3 is increased, and the large refrigeration capacity is achieved. Like to get.
JP 2000-88378 A Sasaki et al., “Manufacture of Large Thermoacoustic Stirling Refrigerator”, 67th Annual Fall 2002 Low Temperature Engineering and Superconductivity Society, p. 159

上記の熱音響冷凍機１０１では、共鳴管１６１内の空間を往復動する作動気体からなるガスピストン１７１によってＰ−Ｘ位相をずらす作用を得ており、共鳴管１６１及び共鳴タンク１６２を大きくしなければならなくなるため、熱音響冷凍機１０１の装置全体が大型化するという問題が生じる。
また、共鳴管１６１及び共鳴タンク１６２を大きくすると、次の共振周波数ωと共鳴管１６１及び共鳴タンク１６２のサイズとの関係式にしたがって周波数が低下し、冷凍効率を向上させることが可能である。 In the above-described thermoacoustic refrigerator 101, the action of shifting the PX phase is obtained by the gas piston 171 made of working gas that reciprocates in the space in the resonance tube 161, and the resonance tube 161 and the resonance tank 162 must be enlarged. Therefore, there is a problem that the entire apparatus of the thermoacoustic refrigerator 101 is enlarged.
In addition, when the resonance tube 161 and the resonance tank 162 are enlarged, the frequency decreases according to the relational expression between the next resonance frequency ω and the size of the resonance tube 161 and the resonance tank 162, and the refrigeration efficiency can be improved.

ω2 ＝ Ａ2／ＭＫsＶ ・・・（第１式）
ここで、ω：共振周波数、Ａ：共鳴管の断面積、Ｍ：ガスピストンの質量、Ks：作動気体の断熱膨張係数、Ｖ：共鳴タンクの容積である。
つまり、熱音響冷凍機１０１においては、共鳴管１６１の断面積Ａ0を小さくしつつ、ガスピストン１７１の質量Ｍ0を大きくするために、共鳴管１６１の長さＬ0を長くすることが望ましく、また、共鳴タンク１６２の容積Ｖ0を大きくすることが望ましいことがわかる。 ω 2 = A 2 / MK s V (1st formula)
Where ω is the resonance frequency, A is the cross-sectional area of the resonance tube, M is the mass of the gas piston, K s is the adiabatic expansion coefficient of the working gas, and V is the volume of the resonance tank.
In other words, in the thermoacoustic refrigerator 101, it is desirable to increase the length L 0 of the resonance tube 161 in order to increase the mass M 0 of the gas piston 171 while reducing the cross-sectional area A 0 of the resonance tube 161. It can also be seen that it is desirable to increase the volume V 0 of the resonance tank 162.

しかし、周波数を低下させて冷凍効率の向上しようとすると、共鳴管１６１及び共鳴タンク１６２がさらに大きくなるため、熱音響冷凍機１０１の装置全体がさらに大型化する傾向となる。
本発明の課題は、ループ管を用いた熱音響冷凍機において、装置全体が大型になるのを防ぎつつ冷凍効率の向上を実現することにある。 However, if the frequency is lowered to improve the refrigeration efficiency, the resonance tube 161 and the resonance tank 162 are further increased, and therefore the entire apparatus of the thermoacoustic refrigerator 101 tends to be further increased in size.
An object of the present invention is to realize an improvement in refrigeration efficiency while preventing the entire apparatus from becoming large in a thermoacoustic refrigerator using a loop tube.

第１の発明にかかる熱音響冷凍機は、作動気体の圧力振動を利用して冷凍能力を得る熱音響冷凍機であって、作動気体が封入される環状のループ管と、高温側再生器と、低温側再生器と、共鳴器とを備えている。高温側再生器は、ループ管内に設けられており、一端に熱入力部によって加熱される高温部と、他端に外部に熱を放出して冷却される高温側常温部とを有している。低温側再生器は、高温側再生器の両端との間に中空の空間を空けてループ管内に設けられており、一端に外部に熱を放出して冷却される低温側常温部と、他端に冷熱出力部によって冷熱が取り出される低温部とを有している。共鳴器は、高温側再生器と低温側再生器との間の空間と連通するように一端がループ管に接続されたシリンダと、シリンダ内に配置されるピストンと、シリンダの他端に接続された共鳴タンクとを有している。   A thermoacoustic refrigerator according to a first aspect of the present invention is a thermoacoustic refrigerator that obtains a refrigerating capacity by using pressure vibration of a working gas, an annular loop tube in which the working gas is enclosed, a high-temperature side regenerator, A low-temperature regenerator and a resonator. The high temperature side regenerator is provided in the loop tube, and has a high temperature part heated by a heat input part at one end and a high temperature side normal temperature part cooled by releasing heat to the other end at the other end. . The low temperature side regenerator is provided in the loop pipe with a hollow space between both ends of the high temperature side regenerator, the low temperature side normal temperature part cooled by releasing heat to one end, and the other end And a low temperature part from which the cold energy is taken out by the cold output part. The resonator is connected to a cylinder having one end connected to the loop pipe so as to communicate with the space between the high temperature side regenerator and the low temperature side regenerator, a piston disposed in the cylinder, and the other end of the cylinder. And a resonant tank.

この熱音響冷凍機では、熱入力部によって高温側再生器の高温部が加熱され、かつ、高温側再生器の高温側常温部が冷却されることによって、高温側再生器の両端に、すなわち、高温部と高温側常温部との間に温度差を生じさせて、主として作動気体の進行波からなる圧力振動による仕事を生じさせる。この高温側再生器において発生した圧力振動による仕事は、低温側再生器と高温側再生器との間の中空の空間を通じて低温側再生器に伝達される。低温側再生器に伝達された圧力振動は、外部に熱を放出して冷却されている低温側再生器の低温側常温部と低温側再生器の低温部との間における温度差に変換される。そして、この低温側再生器の両端の温度差によって低温側再生器の低温部に発生した冷熱が、冷熱出力部によって外部に取り出されることにより、冷凍能力が得られる。   In this thermoacoustic refrigerator, the high temperature part of the high temperature side regenerator is heated by the heat input part, and the high temperature side normal temperature part of the high temperature side regenerator is cooled, that is, at both ends of the high temperature side regenerator, A temperature difference is generated between the high temperature part and the high temperature side normal temperature part, and work due to pressure vibration mainly composed of traveling waves of the working gas is generated. Work due to pressure vibration generated in the high temperature side regenerator is transmitted to the low temperature side regenerator through a hollow space between the low temperature side regenerator and the high temperature side regenerator. The pressure vibration transmitted to the low temperature side regenerator is converted into a temperature difference between the low temperature side normal temperature part of the low temperature side regenerator that is cooled by releasing heat to the outside and the low temperature part of the low temperature side regenerator. . And the refrigeration capability is obtained by the cold heat which generate | occur | produced in the low temperature part of the low temperature side regenerator by the temperature difference of this both ends of this low temperature side regenerator being taken out by the cold energy output part.

しかも、この熱音響冷凍機では、シリンダ、ピストン及び共鳴タンクを有する共鳴器が設けられており、この共鳴器のピストンがシリンダ内を振動することによって、高温側再生器から出力される仕事量を大きくすることが可能なＰ−Ｘ位相差を得るとともに、周波数を低下させることによって冷凍効率の向上を図るようにしている。このため、従来の共鳴管及び共鳴タンクを有する共鳴器を設けて、共鳴管内の空間を振動する作動気体からなるガスピストンによって、周波数を低下させる作用を得る場合に比べて、ピストンのサイズを小さくすることができる。つまり、共振周波数ωの式（第１式）において、シリンダのサイズを大きくすることなく質量Ｍを大きくし、さらに、質量Ｍの増加に応じて共鳴タンクの容積Ｖも小さくしながら、共鳴周波数ωを小さくすることが可能である。   In addition, this thermoacoustic refrigerator is provided with a resonator having a cylinder, a piston and a resonance tank, and the piston output from the resonator vibrates the inside of the cylinder, so that the work output from the high temperature side regenerator is reduced. While obtaining a PX phase difference that can be increased, the refrigeration efficiency is improved by reducing the frequency. For this reason, the size of the piston is reduced as compared with the case where a conventional resonator having a resonance tube and a resonance tank is provided to reduce the frequency by a gas piston made of a working gas that vibrates the space in the resonance tube. can do. That is, in the equation (first equation) of the resonance frequency ω, the mass M is increased without increasing the size of the cylinder, and the volume V of the resonance tank is reduced as the mass M increases, while the resonance frequency ω Can be reduced.

このように、このループ管を用いた熱音響冷凍機では、シリンダ、ピストン及び共鳴タンクを有する共鳴器が設けられているため、装置全体が大型になるのを防ぎつつ冷凍効率の向上を実現することができる
第２の発明にかかる熱音響冷凍機は、第１の発明にかかる熱音響冷凍機において、ピストンは、振動方向に弾性的に移動可能となるようにシリンダに支持されている。 Thus, in the thermoacoustic refrigerator using the loop tube, since the resonator having the cylinder, the piston, and the resonance tank is provided, the improvement of the refrigeration efficiency is realized while preventing the entire apparatus from becoming large. The thermoacoustic refrigerator according to the second aspect of the invention is the thermoacoustic refrigerator according to the first aspect of the invention, wherein the piston is supported by the cylinder so as to be elastically movable in the vibration direction.

この熱音響冷凍機では、ピストンが振動方向に弾性的に移動可能にシリンダに支持されているため、ピストンが振動方向に弾性的に移動する際のバネ定数に応じた共振周波数ωを得ることができる。より具体的には、バネ定数に関する値は、共振周波数ωの式（第１式）において、作動気体の断熱膨張係数Ｋsと同様に式の分母の値として考慮されるため、共振周波数ωを小さくすることが可能となる。これにより、この熱音響冷凍機では、周波数を低下させて冷凍効率の向上をさらに図ることができる。 In this thermoacoustic refrigerator, since the piston is supported by the cylinder so as to be elastically movable in the vibration direction, a resonance frequency ω corresponding to the spring constant when the piston elastically moves in the vibration direction can be obtained. it can. More specifically, the value related to the spring constant is considered as the value of the denominator of the equation in the equation (the first equation) of the resonance frequency ω, as well as the adiabatic expansion coefficient K s of the working gas. It can be made smaller. Thereby, in this thermoacoustic refrigerator, the frequency can be lowered to further improve the refrigeration efficiency.

第３の発明にかかる熱音響冷凍機は、第１又は第２の発明にかかる熱音響冷凍機において、ピストンは、シリンダの内面との間に隙間を空けた状態でシリンダに支持されている。
この熱音響冷凍機では、ピストンがシリンダの内面との間に隙間を空けた状態でシリンダに支持されているため、ピストンが振動方向に移動する際のシリンダとの摺動を抑えることができる。 A thermoacoustic refrigerator according to a third aspect of the present invention is the thermoacoustic refrigerator according to the first or second aspect of the invention, wherein the piston is supported by the cylinder with a gap between the piston and the inner surface of the cylinder.
In this thermoacoustic refrigerator, since the piston is supported by the cylinder with a gap between the piston and the inner surface of the cylinder, sliding with the cylinder when the piston moves in the vibration direction can be suppressed.

以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。
第１の発明では、シリンダ、ピストン及び共鳴タンクを有する共鳴器が設けられており、この共鳴器のピストンがシリンダ内を振動することによって、高温側再生器から出力される仕事量を大きくすることが可能なＰ−Ｘ位相差を得るとともに、周波数を低下させることによって冷凍効率の向上を図るようにしているため、装置全体が大型になるのを防ぎつつ冷凍効率の向上を実現することができる
第２の発明では、ピストンが振動方向に弾性的に移動可能となるようにシリンダに支持されているため、周波数を低下させて冷凍効率の向上をさらに図ることができる。 As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
In the first invention, a resonator having a cylinder, a piston and a resonance tank is provided, and the amount of work output from the high temperature side regenerator is increased by the piston of the resonator vibrating in the cylinder. The refrigeration efficiency can be improved while preventing the entire apparatus from becoming large because the PX phase difference that can be obtained is obtained and the refrigeration efficiency is improved by lowering the frequency. In the second invention, since the piston is supported by the cylinder so as to be elastically movable in the vibration direction, it is possible to further improve the refrigeration efficiency by reducing the frequency.

第３の発明では、ピストンがシリンダの内面との間に隙間を空けた状態でシリンダに支持されているため、ピストンが振動方向に移動する際のシリンダとの摺動を抑えることができる。   In the third invention, since the piston is supported by the cylinder with a gap between the piston and the inner surface of the cylinder, sliding with the cylinder when the piston moves in the vibration direction can be suppressed.

以下、図面に基づいて、本発明にかかる熱音響冷凍機の実施形態について説明する。
（１）熱音響冷凍機の構成
図３に、本発明の一実施形態にかかる熱音響冷凍機２０１を示す。ここで、図３は、熱音響冷凍機２０１の概略構成図である。
この熱音響冷凍機２０１は、作動気体の圧力振動を利用して冷凍能力を得る熱音響冷凍機である。ここで、作動気体としては、窒素、ヘリウム、アルゴン、ヘリウムとアルゴンとの混合物や空気等がよく用いられる。熱音響冷凍機２０１は、主として、作動気体が封入された環状のループ管２０２と、高温側再生器２３１を含むエンジン２０３と、低温側再生器２４１を含む冷凍機２０４と、共鳴器２０６とを備えている。 Hereinafter, an embodiment of a thermoacoustic refrigerator according to the present invention will be described based on the drawings.
(1) Configuration of Thermoacoustic Refrigerator FIG. 3 shows a thermoacoustic refrigerator 201 according to an embodiment of the present invention. Here, FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the thermoacoustic refrigerator 201.
The thermoacoustic refrigerator 201 is a thermoacoustic refrigerator that obtains a refrigerating capacity by using pressure vibration of a working gas. Here, nitrogen, helium, argon, a mixture of helium and argon, air, or the like is often used as the working gas. The thermoacoustic refrigerator 201 mainly includes an annular loop tube 202 filled with a working gas, an engine 203 including a high temperature side regenerator 231, a refrigerator 204 including a low temperature side regenerator 241, and a resonator 206. I have.

＜ループ管＞
ループ管２０２は、略平行に並んだ２つの直管部２０２ａ、２０２ｂと、直管部２０２ａの一端と直管部２０２ｂの一端との間を接続する曲管部２０２ｃと、直管部２０２ａの他端と直管部２０２ｂの他端との間を接続するとともに共鳴器２０６が接続される曲管部２０２ｄとを有している。 <Loop tube>
The loop pipe 202 includes two straight pipe parts 202a and 202b arranged substantially in parallel, a curved pipe part 202c connecting one end of the straight pipe part 202a and one end of the straight pipe part 202b, and a straight pipe part 202a. A curved pipe 202d is connected to the other end and the other end of the straight pipe 202b and to which the resonator 206 is connected.

＜エンジン＞
エンジン２０３は、ループ管２０２内に設けられた高温側再生器２３１と、高温側再生器２３１の両端を挟むように設けられた高温熱交換器２３２及び高温側常温熱交換器２３３とを有している。より具体的には、エンジン２０３は、本実施形態において、ループ管２０２の直管部２０２ａの曲管部２０２ｄに近い側に設けられている。 <Engine>
The engine 203 includes a high temperature side regenerator 231 provided in the loop pipe 202, a high temperature heat exchanger 232 and a high temperature side normal temperature heat exchanger 233 provided so as to sandwich both ends of the high temperature side regenerator 231. ing. More specifically, in this embodiment, the engine 203 is provided on the side close to the curved pipe portion 202d of the straight pipe portion 202a of the loop pipe 202.

高温熱交換器２３２は、外部熱源を用いて高温側再生器２３１の一端（以下、高温部２３１ａとする）を加熱する熱入力部として機能する。高温側常温熱交換器２３３は、冷却水や空気等を用いて高温側再生器２３１の他端（以下、高温側常温部２３１ｂとする）の熱を外部に放出して冷却する機能を有している。本実施形態において、高温熱交換器２３２は高温側再生器２３１の曲管部２０２ｃ側に配置され、高温側常温熱交換器２３３はその反対側（すなわち、高温側再生器２３１の曲管部２０２ｄ側）に配置されている。   The high temperature heat exchanger 232 functions as a heat input unit that heats one end of the high temperature side regenerator 231 (hereinafter, referred to as a high temperature unit 231a) using an external heat source. The high temperature side normal temperature heat exchanger 233 has a function of discharging the heat of the other end of the high temperature side regenerator 231 (hereinafter referred to as a high temperature side normal temperature part 231b) to the outside using cooling water, air or the like and cooling it. ing. In the present embodiment, the high temperature heat exchanger 232 is disposed on the bent tube portion 202c side of the high temperature side regenerator 231, and the high temperature side normal temperature heat exchanger 233 is on the opposite side (that is, the bent tube portion 202d of the high temperature side regenerator 231). Side).

高温側再生器２３１は、薄板や細管を束ねた構造等を有する機器であり、高温熱交換器２３２及び高温側常温熱交換器２３３によって高温部２３１ａと高温側常温部２３１ｂとの間に生じる温度差を保つことによって、主として進行波からなる圧力振動による仕事を発生する機能を有している。
つまり、エンジン２０３は、熱音響冷凍機２０１の圧力振動発生手段として機能するものである。 The high temperature side regenerator 231 is a device having a structure in which thin plates or thin tubes are bundled, and the temperature generated between the high temperature part 231a and the high temperature side normal temperature part 231b by the high temperature heat exchanger 232 and the high temperature side normal temperature heat exchanger 233. By maintaining the difference, it has a function of generating work due to pressure vibration mainly consisting of traveling waves.
That is, the engine 203 functions as pressure vibration generating means of the thermoacoustic refrigerator 201.

＜冷凍機＞
冷凍機２０４は、高温側再生器２３１の両端（すなわち、高温部２３１ａ及び高温側常温部２３１ｂ）との間に中空の空間を空けてループ管２０２内に設けられた低温側再生器２４１と、低温側再生器２４１の両端を挟むように設けられた低温側常温熱交換器２４２及び低温熱交換器２４３とを有している。より具体的には、冷凍機２０４は、本実施形態において、ループ管２０２の直管部２０２ｂの曲管部２０２ｃに近い側に設けられている。 <Refrigerator>
The refrigerator 204 includes a low temperature side regenerator 241 provided in the loop pipe 202 with a hollow space between both ends of the high temperature side regenerator 231 (that is, the high temperature part 231a and the high temperature side normal temperature part 231b), It has a low temperature side room temperature heat exchanger 242 and a low temperature heat exchanger 243 provided so as to sandwich both ends of the low temperature side regenerator 241. More specifically, in this embodiment, the refrigerator 204 is provided on the side of the straight pipe portion 202b of the loop pipe 202 that is close to the curved pipe portion 202c.

低温側常温熱交換器２４２は、冷却水や空気等を用いて低温側再生器２４１の一端（以下、低温側常温部２４１ａとする）の熱を外部に放出して冷却する機能を有している。本実施形態において、低温側常温熱交換器２４２は低温側再生器２４１の曲管部２０２ｃ側に配置され、低温熱交換器２４３はその反対側（すなわち、低温側再生器２４１の曲管部２０２ｄ側）に配置されている。ここで、高温熱交換器２３２と低温側常温熱交換器２４２との間（すなわち、高温側再生器２３１の高温部２３１ａと低温側再生器２４１の低温側常温部２４１ａとの間）に挟まれた中空の空間を高温空間Ｓ１とする。低温熱交換器２４３は、低温側再生器２４１の他端（以下、低温部２４１ｂ）において発生する冷熱を外部に取り出す冷熱出力部として機能する。ここで、高温側常温熱交換器２３３と低温熱交換器２４３との間（すなわち、高温側再生器２３１の高温側常温部２３１ｂと低温側再生器２４１の低温部２４１ｂとの間）に挟まれた中空の空間を低温空間Ｓ２とする。   The low temperature side normal temperature heat exchanger 242 has a function of releasing and cooling the heat of one end of the low temperature side regenerator 241 (hereinafter referred to as the low temperature side normal temperature portion 241a) using cooling water or air. Yes. In the present embodiment, the low temperature side normal temperature heat exchanger 242 is disposed on the bent tube portion 202c side of the low temperature side regenerator 241, and the low temperature heat exchanger 243 is disposed on the opposite side (that is, the bent tube portion 202d of the low temperature side regenerator 241). Side). Here, it is sandwiched between the high temperature heat exchanger 232 and the low temperature side normal temperature heat exchanger 242 (that is, between the high temperature portion 231a of the high temperature side regenerator 231 and the low temperature side normal temperature portion 241a of the low temperature side regenerator 241). The hollow space is defined as a high temperature space S1. The low-temperature heat exchanger 243 functions as a cold output unit that extracts the cold generated at the other end of the low-temperature regenerator 241 (hereinafter, the low-temperature unit 241b). Here, it is sandwiched between the high temperature side normal temperature heat exchanger 233 and the low temperature heat exchanger 243 (that is, between the high temperature side normal temperature part 231b of the high temperature side regenerator 231 and the low temperature part 241b of the low temperature side regenerator 241). The hollow space is defined as a low temperature space S2.

低温側再生器２４１は、薄板や細管を束ねた構造等を有する機器であり、エンジン２０３から高温空間Ｓ１を通じて低温側常温部２４１ａに伝達された圧力振動を、低温側常温部２４１ａと低温部２４１ｂとの間における温度差に変換する機能を有している。そして、低温側再生器２４１の低温側常温部２４１ａは低温側常温熱交換器２４２によって冷却されているため、低温側再生器２４１の低温部２４１ｂは、低温側常温部２４１ａよりも低い温度まで冷却されて冷熱が発生する。この冷熱は、低温熱交換器２４３によって外部に取り出される。   The low temperature side regenerator 241 is a device having a structure in which thin plates and thin tubes are bundled, and the pressure vibration transmitted from the engine 203 to the low temperature side normal temperature part 241a through the high temperature space S1 is converted into the low temperature side normal temperature part 241a and the low temperature part 241b. It has the function to convert into a temperature difference between. And since the low temperature side normal temperature part 241a of the low temperature side regenerator 241 is cooled by the low temperature side normal temperature heat exchanger 242, the low temperature part 241b of the low temperature side regenerator 241 is cooled to a temperature lower than the low temperature side normal temperature part 241a. As a result, cold heat is generated. This cold heat is taken out by the low temperature heat exchanger 243.

つまり、冷凍機２０４は、エンジン２０３によって発生する圧力振動による仕事を冷熱に変換するヒートポンプ手段として機能するものである。
＜共鳴器＞
図４に、熱音響冷凍機２０１の共鳴器２０６付近の概略断面図を示す。共鳴器２０６は、主として、一端がループ管２０２に接続されたシリンダ２６１と、シリンダ２６１内に配置されるピストン２７１と、シリンダ２６１の他端に接続された共鳴タンク２６２とを有している。 That is, the refrigerator 204 functions as a heat pump unit that converts work caused by pressure vibration generated by the engine 203 into cold heat.
<Resonator>
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the vicinity of the resonator 206 of the thermoacoustic refrigerator 201. The resonator 206 mainly includes a cylinder 261 having one end connected to the loop pipe 202, a piston 271 disposed in the cylinder 261, and a resonance tank 262 connected to the other end of the cylinder 261.

シリンダ２６１は、本実施形態において、低温空間Ｓ２に連通するように接続された短管部分である。より具体的には、シリンダ２６１は、本実施形態において、一端がループ管２０２に接続されておりピストン２７１の本体部２７１ａ（後述）が配置される第１管２８１と、ベアリング２９１、２９２（後述）の固定及び共鳴タンク２６２との接続を行うために第１管２８１と共鳴タンク２６２との間に設けられた第２管２８２とを有している。第１管２８１の第２管２８２側の端部には、第１フランジ部２８１ａが設けられている。また、第２管部２８２の両端部には、第２フランジ部２８２ａ及び第３フランジ部２８２ｂが設けられている。そして、第１フランジ部２８１ａと第２フランジ部２８２ａとは、ベアリング２９１を挟み込んだ状態で、ボルト２８３ａ及びナット２８３ｂによって固定されている。また、第３フランジ部２８２ｂは、共鳴タンク２６２の第４フランジ部２６２ａ（後述）との間にベアリング２９２を挟み込んだ状態で、ボルト２８４ａ及びナット２８４ｂによって固定されている。尚、シリンダ２６１は、高温空間Ｓ１に連通するように接続されていてもよい。   In the present embodiment, the cylinder 261 is a short pipe portion connected so as to communicate with the low temperature space S2. More specifically, in the present embodiment, the cylinder 261 is connected to the loop pipe 202 at one end, a first pipe 281 in which a body portion 271a (described later) of the piston 271 is disposed, and bearings 291 and 292 (described later). ) And a second tube 282 provided between the first tank 281 and the resonance tank 262. A first flange portion 281a is provided at the end of the first tube 281 on the second tube 282 side. Moreover, the 2nd flange part 282a and the 3rd flange part 282b are provided in the both ends of the 2nd pipe part 282. As shown in FIG. And the 1st flange part 281a and the 2nd flange part 282a are being fixed with the volt | bolt 283a and the nut 283b in the state which pinched | interposed the bearing 291. The third flange portion 282b is fixed by a bolt 284a and a nut 284b with a bearing 292 sandwiched between the third flange portion 282b and a fourth flange portion 262a (described later) of the resonance tank 262. The cylinder 261 may be connected so as to communicate with the high temperature space S1.

ピストン２７１は、シリンダ２６１の第１管２８１内に配置されており作動気体の圧力振動に応じて管の長手方向に振動することが可能な略円柱状の本体部２７１ａと、本体部２７１ａから管の長手方向に延びるロッド部２７１ｂとを有している。本体部２７１ａは、金属や樹脂等の固体からなる部分である。ロッド部２７１ｂは、本実施形態において、本体部２７１ａの共鳴タンク２６２側に向かって延びる円柱状の部分である。   The piston 271 is disposed in the first pipe 281 of the cylinder 261 and can be vibrated in the longitudinal direction of the pipe in accordance with the pressure vibration of the working gas. The main body 271a is a pipe that extends from the main body 271a. Rod portion 271b extending in the longitudinal direction. The main body 271a is a portion made of a solid such as metal or resin. In the present embodiment, the rod portion 271b is a columnar portion extending toward the resonance tank 262 side of the main body portion 271a.

また、ピストン２７１は、本実施形態において、振動方向に弾性的に移動可能となるようにシリンダ２６１に支持されている。さらに、ピストン２７１は、本実施形態において、シリンダ２６１の内面（具体的には、第１管２８１の内面）との間にわずかな隙間を空けた状態でシリンダ２６１に支持されている。具体的には、本体部２７１ａは、本実施形態において、ロッド部２７１ｂに固定されたフレクシャベアリングからなるベアリング２９１、２９２を介してシリンダ２６１に支持されている。本実施形態のベアリング２９１、２９２として使用されるフレクシャベアリングは、本体部２７１ａの振動方向には変形し易いが、径方向には変形しにくい特性を有する板バネの一種である。そして、ピストン２７１は、ベアリング２９１、２９２の振動方向には変形し易い特性を利用して、振動方向に弾性的に移動可能にシリンダ２６１に支持され、ベアリング２９１、２９２の径方向に変形しにくい特性を利用して、径方向に移動不能にシリンダ２６１に支持されている。また、ピストン２７１は、ベアリング２９１、２９２を用いて径方向に移動不能に支持されているため、シリンダ２６１の内面との間にわずかな隙間を空けた状態にすることができ、これにより、ピストン２７１が振動方向に移動する際のシリンダ２６１との摺動が抑えられている。   In the present embodiment, the piston 271 is supported by the cylinder 261 so as to be elastically movable in the vibration direction. Further, in the present embodiment, the piston 271 is supported by the cylinder 261 with a slight gap between the inner surface of the cylinder 261 (specifically, the inner surface of the first pipe 281). Specifically, in the present embodiment, the main body portion 271a is supported by the cylinder 261 via bearings 291 and 292 made of flexure bearings fixed to the rod portion 271b. The flexure bearing used as the bearings 291 and 292 of the present embodiment is a kind of leaf spring that has a characteristic that it is easily deformed in the vibration direction of the main body portion 271a but is hardly deformed in the radial direction. The piston 271 is supported by the cylinder 261 so as to be elastically movable in the vibration direction by using the characteristic that the bearings 291 and 292 are easily deformed in the vibration direction, and is not easily deformed in the radial direction of the bearings 291 and 292. Utilizing the characteristics, the cylinder 261 is supported so as not to move in the radial direction. In addition, since the piston 271 is supported so as not to move in the radial direction using the bearings 291 and 292, a slight gap can be formed between the piston 271 and the inner surface of the cylinder 261. Sliding with the cylinder 261 when the 271 moves in the vibration direction is suppressed.

共鳴タンク２６２は、シリンダ２６１の第２管２８２に接続された容器部分である。より具体的には、共鳴タンク２６２は、本実施形態において、第２管２８２の第３フランジ部２８２ｂとの間にベアリング２９２を挟み込んだ状態で、ボルト２８４ａ及びナット２８４ｂによって固定される第４フランジ部２６２ａが設けられている。
そして、共鳴器２０６は、エンジン２０３（具体的には、高温側再生器２３１）から出力される圧力振動による仕事量を大きくすることが可能なＰ−Ｘ位相差を得るとともに、周波数を低下させることによって冷凍効率の向上を図る機能を有している。 The resonance tank 262 is a container part connected to the second pipe 282 of the cylinder 261. More specifically, in the present embodiment, the resonance tank 262 is a fourth flange fixed by a bolt 284a and a nut 284b in a state where the bearing 292 is sandwiched between the resonance tank 262 and the third flange portion 282b of the second pipe 282. A portion 262a is provided.
The resonator 206 obtains a PX phase difference capable of increasing the work amount due to pressure vibration output from the engine 203 (specifically, the high temperature side regenerator 231) and lowers the frequency. This has the function of improving the refrigeration efficiency.

（２）熱音響冷凍機の動作
次に、本実施形態の熱音響冷凍機２０１の動作について説明する。
まず、エンジン２０３において、高温熱交換器２３２によって高温側再生器２３１の高温部２３１ａを加熱し、かつ、高温側常温熱交換器２３３によって高温側再生器２３１の高温側常温部２３１ｂを冷却すると、高温側再生器２３１の両端に、すなわち、高温部２３１ａと高温側常温部２３１ｂとの間に温度差が生じる。この温度差により、エンジン２０３（具体的には、高温側再生器２３１）には、主として作動気体の進行波からなる圧力振動による仕事が生じる。そして、エンジン２０３において発生した圧力振動による仕事は、低温側再生器２４１と高温側再生器２３１との間の中空の空間（具体的には、高温空間Ｓ１）を通じて、冷凍機２０４に伝達される。より具体的には、高温側再生器２３１の高温部２３１ａから低温側再生器２４１の低温側常温部２４１ａに伝達される。 (2) Operation of Thermoacoustic Refrigerator Next, the operation of the thermoacoustic refrigerator 201 of the present embodiment will be described.
First, in the engine 203, when the high temperature part 231a of the high temperature side regenerator 231 is heated by the high temperature heat exchanger 232 and the high temperature side normal temperature part 231b of the high temperature side regenerator 231 is cooled by the high temperature side normal temperature heat exchanger 233, A temperature difference occurs between both ends of the high temperature side regenerator 231, that is, between the high temperature part 231 a and the high temperature side normal temperature part 231 b. Due to this temperature difference, the engine 203 (specifically, the high temperature side regenerator 231) generates work due to pressure vibration mainly composed of traveling waves of the working gas. The work due to pressure vibration generated in the engine 203 is transmitted to the refrigerator 204 through a hollow space (specifically, the high temperature space S1) between the low temperature side regenerator 241 and the high temperature side regenerator 231. . More specifically, it is transmitted from the high temperature part 231 a of the high temperature side regenerator 231 to the low temperature side normal temperature part 241 a of the low temperature side regenerator 241.

次に、低温側再生器２４１に伝達された圧力振動は、低温側常温熱交換器２４２によって外部に熱を放出して冷却されている低温側再生器２４１の低温側常温部２４１ａと低温側再生器２４１の低温部２４１ｂとの間における温度差に変換される。そして、この低温側再生器２４１の両端の温度差によって低温側再生器２４１の低温部２４１ｂに発生した冷熱が、低温熱交換器２４３によって外部に取り出されることにより、冷凍能力が得られる。   Next, the pressure vibration transmitted to the low temperature side regenerator 241 is cooled by releasing the heat to the outside by the low temperature side normal temperature heat exchanger 242 and the low temperature side normal temperature part 241a of the low temperature side regenerator 241 cooled. It is converted into a temperature difference with the low temperature part 241b of the vessel 241. The cold heat generated in the low temperature part 241b of the low temperature side regenerator 241 due to the temperature difference between both ends of the low temperature side regenerator 241 is taken out to the outside by the low temperature heat exchanger 243, thereby obtaining the refrigerating capacity.

このとき、この熱音響冷凍機２０１では、シリンダ２６１、ピストン２７１及び共鳴タンク２６２を有する共鳴器２０６が低温側空間Ｓ２に連通されるように設けられているため、この共鳴器２０６のピストン２７１が振動することによって、高温側再生器２３１から出力される仕事量を大きくすることが可能なＰ−Ｘ位相差を得るとともに、周波数を低下させることによって冷凍効率の向上が図られている。   At this time, in this thermoacoustic refrigerator 201, since the resonator 206 having the cylinder 261, the piston 271 and the resonance tank 262 is provided so as to communicate with the low temperature side space S2, the piston 271 of the resonator 206 is provided. By oscillating, a PX phase difference capable of increasing the work output from the high temperature side regenerator 231 is obtained, and the refrigeration efficiency is improved by reducing the frequency.

ここで、本実施形態の熱音響冷凍機２０１に設けられた共鳴器２０６のピストン２７１は固体からなるため、従来の共鳴管及び共鳴タンクを有する共鳴器を設け、共鳴管内の空間を振動する作動気体からなるガスピストンによって周波数を低下させる作用を得る場合に比べて、ピストン２７１のサイズを小さくすることができるようになっている。つまり、共振周波数ωの式（第１式）において、シリンダ２６１のサイズを大きくすることなく（具体的には、長さＬ0よりも短い長さＬ1にして）、ピストン２７１の質量Ｍ1を大きくし、さらに、質量Ｍ1の増加に応じて共鳴タンク２６２の容積Ｖ1も小さくしながら、共鳴周波数ωを小さくすることが可能になっている。 Here, since the piston 271 of the resonator 206 provided in the thermoacoustic refrigerator 201 of the present embodiment is made of solid, a conventional resonator having a resonance tube and a resonance tank is provided to vibrate the space in the resonance tube. The size of the piston 271 can be reduced as compared with the case of obtaining the effect of lowering the frequency by the gas piston made of gas. That is, in the equation (first equation) of the resonance frequency ω, the mass M 1 of the piston 271 is set without increasing the size of the cylinder 261 (specifically, the length L 1 is shorter than the length L 0 ). Further, the resonance frequency ω can be reduced while the volume V 1 of the resonance tank 262 is reduced as the mass M 1 increases.

しかも、熱音響冷凍機２０１の共鳴器２０６では、ピストン２７１が振動方向に弾性的に移動可能にシリンダ２６１に支持されているため、ピストンが振動方向に弾性的に移動する際のバネ定数に応じた共振周波数ωを得ることができる。より具体的には、バネ定数に関する値は、共振周波数ωの式（第１式）において、作動気体の断熱膨張係数Ｋsと同様に式の分母の値として考慮されるため、共振周波数ωを小さくすることが可能となる。また、熱音響冷凍機２０１の共鳴器２０６では、ピストン２７１の本体部２７１ａが、シリンダ２６１の内面との間に隙間を空けた状態でシリンダ２６１に支持されているため、ピストン２７１が振動方向に移動する際のシリンダ２６１との摺動を抑えることができるようになっている。 Moreover, in the resonator 206 of the thermoacoustic refrigerator 201, since the piston 271 is supported by the cylinder 261 so as to be elastically movable in the vibration direction, it corresponds to the spring constant when the piston elastically moves in the vibration direction. Resonance frequency ω can be obtained. More specifically, the value related to the spring constant is considered as the value of the denominator of the equation in the equation (the first equation) of the resonance frequency ω, as well as the adiabatic expansion coefficient K s of the working gas. It can be made smaller. Further, in the resonator 206 of the thermoacoustic refrigerator 201, since the main body 271a of the piston 271 is supported by the cylinder 261 with a gap between the inner surface of the cylinder 261, the piston 271 moves in the vibration direction. Sliding with the cylinder 261 when moving can be suppressed.

（３）熱音響冷凍機の特徴
本実施形態の熱音響冷凍機２０１には、以下のような特徴がある。
（Ａ）
本実施形態の熱音響冷凍機２０１では、シリンダ２６１、ピストン２７１及び共鳴タンク２６２を有する共鳴器２０６が設けられているため、シリンダ２６１のサイズ（特に、シリンダ２６１の長さＬ1）及び共鳴タンク２６２の容積Ｖ1を大きくすることなく、高温側再生器２３１から出力される仕事量を大きくすることが可能なＰ−Ｘ位相差を得るとともに、周波数を低下させることができる。これにより、装置全体が大型になるのを防ぎつつ、冷凍効率の向上を実現することができる
（Ｂ）
共鳴器２０６のピストン２７１は、振動方向に弾性的に移動可能となるように、かつ、シリンダ２６１の内面との間にわずかな隙間を空けた状態でシリンダ２６１に支持されている。具体的には、ピストン２７１は、ピストン２７１の本体部２７１ａの振動方向には変形し易いが、径方向には変形しにくい特性を有するフレクシャベアリングからなるベアリング２９１、２９２を介して、シリンダ２６１に支持されている。その結果、ピストン２７１は、シリンダ２６１に対して、振動方向には弾性的に移動可能となり、かつ、径方向には移動不能となっている。 (3) Features of thermoacoustic refrigerator The thermoacoustic refrigerator 201 of the present embodiment has the following features.
(A)
In the thermoacoustic refrigerator 201 of the present embodiment, a resonator 206 having a cylinder 261, a piston 271 and a resonance tank 262 is provided, so the size of the cylinder 261 (particularly, the length L 1 of the cylinder 261) and the resonance tank. Without increasing the volume V 1 of 262, it is possible to obtain a PX phase difference that can increase the work output from the high temperature side regenerator 231 and to reduce the frequency. Thereby, improvement in refrigeration efficiency can be realized while preventing the entire apparatus from becoming large (B).
The piston 271 of the resonator 206 is supported by the cylinder 261 so as to be elastically movable in the vibration direction and with a slight gap between the piston 271 and the inner surface of the cylinder 261. Specifically, the piston 271 is easily deformed in the vibration direction of the main body portion 271a of the piston 271 but is not easily deformed in the radial direction, and the cylinder 261 is provided with bearings 291 and 292 formed of flexure bearings. It is supported by. As a result, the piston 271 can move elastically in the vibration direction with respect to the cylinder 261 and cannot move in the radial direction.

このように、共鳴器２０６のピストン２７１は、振動方向に弾性的に移動可能にシリンダ２６１に支持されているため、共振周波数ωを小さくすることが可能となる。これにより、この熱音響冷凍機２０１では、周波数を低下させて冷凍効率の向上をさらに図ることができる。
また、共鳴器２０６のピストン２７１は、径方向に変形しにくい特性を有するベアリング２９１、２９２を介してシリンダ２６１に支持されているため、ピストン２７１とシリンダ２６１の内面との間にわずかな隙間を空けることができる。これにより、ピストン２７１が振動方向に移動する際のシリンダ２６１との摺動を抑えることができる。 Thus, since the piston 271 of the resonator 206 is supported by the cylinder 261 so as to be elastically movable in the vibration direction, the resonance frequency ω can be reduced. Thereby, in this thermoacoustic refrigerator 201, a frequency can be reduced and the refrigeration efficiency can further be improved.
In addition, since the piston 271 of the resonator 206 is supported by the cylinder 261 via bearings 291 and 292 having characteristics that are difficult to deform in the radial direction, a slight gap is formed between the piston 271 and the inner surface of the cylinder 261. Can be vacant. Thereby, sliding with the cylinder 261 when the piston 271 moves in the vibration direction can be suppressed.

本発明を利用すれば、ループ管を用いた熱音響冷凍機において、装置全体が大型になるのを防ぎつつ冷凍効率の向上を実現することができる。   By using the present invention, in a thermoacoustic refrigerator using a loop tube, it is possible to improve the refrigeration efficiency while preventing the entire apparatus from becoming large.

従来例のループ管を用いた熱音響冷凍機の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the thermoacoustic refrigerator using the loop tube of a prior art example. 従来例のループ管を用いた熱音響冷凍機の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the thermoacoustic refrigerator using the loop tube of a prior art example. 本発明の一実施形態にかかる熱音響冷凍機の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the thermoacoustic refrigerator concerning one Embodiment of this invention. 熱音響冷凍機の共鳴器付近を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the resonator vicinity of a thermoacoustic refrigerator.

符号の説明Explanation of symbols

２０１ 熱音響冷凍機
２０２ ループ管
２３１ 高温側再生器
２３１ａ 高温部
２３１ｂ 高温側常温部
２３２ 高温熱交換器（熱入力部）
２４１ 低温側再生器
２４１ａ 低温側常温部
２４１ｂ 低温部
２４３ 低温熱交換器（冷熱出力部）
２０６ 共鳴器
２６１ シリンダ
２６２ 共鳴タンク
２７１ ピストン
Ｓ１ 高温空間（空間）
Ｓ２ 低温空間（空間） 201 Thermoacoustic refrigerator 202 Loop tube 231 High temperature side regenerator 231a High temperature part 231b High temperature side normal temperature part 232 High temperature heat exchanger (heat input part)
241 Low temperature side regenerator 241a Low temperature side normal temperature part 241b Low temperature part 243 Low temperature heat exchanger (cooling heat output part)
206 Resonator 261 Cylinder 262 Resonance tank 271 Piston S1 High temperature space (space)
S2 Low temperature space (space)

Claims (3)

作動気体の圧力振動を利用して冷凍能力を得る熱音響冷凍機であって、
作動気体が封入される環状のループ管（２０２）と、
前記ループ管内に設けられており、一端に熱入力部（２３２）によって加熱される高温部（２３１ａ）と他端に外部に熱を放出して冷却される高温側常温部（２３１ｂ）とを有する高温側再生器（２３１）と、
前記高温側再生器の両端との間に中空の空間（Ｓ１、Ｓ２）を空けて前記ループ管内に設けられており、一端に外部に熱を放出して冷却される低温側常温部（２４１ａ）と、他端に冷熱出力部（２４３）によって冷熱が取り出される低温部（２４１ｂ）とを有する低温側再生器（２４１）と、
前記空間と連通するように一端が前記ループ管に接続されたシリンダ（２６１）と、前記シリンダ内に配置されるピストン（２７１）と、前記シリンダの他端に接続された共鳴タンク（２６２）とを有する共鳴器（２０６）と、
を備えた熱音響冷凍機（２０１）。 A thermoacoustic refrigerator that obtains refrigeration capacity using pressure oscillation of a working gas,
An annular loop tube (202) in which a working gas is enclosed;
It is provided in the loop tube, and has a high temperature part (231a) heated by a heat input part (232) at one end and a high temperature side normal temperature part (231b) cooled by releasing heat to the other end at the other end. A high temperature side regenerator (231);
Low temperature side normal temperature part (241a) which is provided in the loop pipe with a hollow space (S1, S2) between both ends of the high temperature side regenerator, and is cooled by releasing heat to one end. A low temperature side regenerator (241) having a low temperature part (241b) from which cold is taken out by the cold output part (243) at the other end,
A cylinder (261) having one end connected to the loop pipe so as to communicate with the space, a piston (271) disposed in the cylinder, and a resonance tank (262) connected to the other end of the cylinder; A resonator (206) having:
A thermoacoustic refrigerator (201). 前記ピストン（２７１）は、振動方向に弾性的に移動可能となるように前記シリンダ（２６１）に支持されている、請求項１に記載の熱音響冷凍機（２０１）。   The thermoacoustic refrigerator (201) according to claim 1, wherein the piston (271) is supported by the cylinder (261) so as to be elastically movable in a vibration direction. 前記ピストン（２７１）は、前記シリンダ（２６１）の内面との間に隙間を空けた状態で前記シリンダに支持されている、請求項１又は２に記載の熱音響冷凍機（２０１）。   The thermoacoustic refrigerator (201) according to claim 1 or 2, wherein the piston (271) is supported by the cylinder with a gap between the piston (271) and the inner surface of the cylinder (261).
JP2004304044A 2004-10-19 2004-10-19 Thermoacoustic refrigeration machine Pending JP2006118728A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004304044A JP2006118728A (en) 2004-10-19 2004-10-19 Thermoacoustic refrigeration machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004304044A JP2006118728A (en) 2004-10-19 2004-10-19 Thermoacoustic refrigeration machine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006118728A true JP2006118728A (en) 2006-05-11

Family

ID=36536777

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004304044A Pending JP2006118728A (en) 2004-10-19 2004-10-19 Thermoacoustic refrigeration machine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006118728A (en)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008131687A1 (en) * 2007-04-25 2008-11-06 Shenzhen Zhongke-Lihan Thermoacoustic Engineering Research Center Co., Ltd. Thermoacoustic engine system using temperature-change heat source
JP2009074734A (en) * 2007-09-20 2009-04-09 Aisin Seiki Co Ltd Themoacoustic engine
JP2010286203A (en) * 2009-06-12 2010-12-24 Isuzu Motors Ltd Thermoacoustic engine
JP2011149670A (en) * 2010-01-25 2011-08-04 Isuzu Motors Ltd Thermoacoustic engine
JP2011153742A (en) * 2010-01-26 2011-08-11 Isuzu Motors Ltd Thermoacoustic engine
JP2011179720A (en) * 2010-02-26 2011-09-15 Isuzu Motors Ltd Thermoacoustic engine
JP2012067656A (en) * 2010-09-22 2012-04-05 Isuzu Motors Ltd Egr gas cooling device
WO2013084830A1 (en) * 2011-12-05 2013-06-13 学校法人 東海大学 Thermoacoustic engine
CN103175330A (en) * 2013-03-26 2013-06-26 浙江大学 Piston work-recovery type pulse tube refrigeration system
JP2014169841A (en) * 2013-03-05 2014-09-18 Isuzu Motors Ltd Heat acoustic freezer
CN111397255A (en) * 2019-01-02 2020-07-10 中国科学院理化技术研究所 Regenerator sleeve structure and regenerator

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008131687A1 (en) * 2007-04-25 2008-11-06 Shenzhen Zhongke-Lihan Thermoacoustic Engineering Research Center Co., Ltd. Thermoacoustic engine system using temperature-change heat source
JP2009074734A (en) * 2007-09-20 2009-04-09 Aisin Seiki Co Ltd Themoacoustic engine
JP2010286203A (en) * 2009-06-12 2010-12-24 Isuzu Motors Ltd Thermoacoustic engine
JP2011149670A (en) * 2010-01-25 2011-08-04 Isuzu Motors Ltd Thermoacoustic engine
JP2011153742A (en) * 2010-01-26 2011-08-11 Isuzu Motors Ltd Thermoacoustic engine
JP2011179720A (en) * 2010-02-26 2011-09-15 Isuzu Motors Ltd Thermoacoustic engine
JP2012067656A (en) * 2010-09-22 2012-04-05 Isuzu Motors Ltd Egr gas cooling device
WO2013084830A1 (en) * 2011-12-05 2013-06-13 学校法人 東海大学 Thermoacoustic engine
JPWO2013084830A1 (en) * 2011-12-05 2015-04-27 学校法人東海大学 Thermoacoustic engine
US9777951B2 (en) 2011-12-05 2017-10-03 Tokai University Educational System Thermoacoustic engine
JP2014169841A (en) * 2013-03-05 2014-09-18 Isuzu Motors Ltd Heat acoustic freezer
CN103175330A (en) * 2013-03-26 2013-06-26 浙江大学 Piston work-recovery type pulse tube refrigeration system
CN103175330B (en) * 2013-03-26 2015-01-14 浙江大学 Piston work-recovery type pulse tube refrigeration system
CN111397255A (en) * 2019-01-02 2020-07-10 中国科学院理化技术研究所 Regenerator sleeve structure and regenerator
CN111397255B (en) * 2019-01-02 2021-10-29 中国科学院理化技术研究所 Regenerator sleeve structure and regenerator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2482175C (en) Compliant enclosure for thermoacoustic devices
Wang et al. A high efficiency hybrid stirling-pulse tube cryocooler
JP2007237020A (en) Thermoacoustic device
JP4362632B2 (en) Pulse tube refrigerator
EP2280157B1 (en) Thermo-electric-acoustic engine and method of using same
JP2007530911A (en) Cryogenic cooler system with frequency-converting mechanical resonator
JP2006118728A (en) Thermoacoustic refrigeration machine
JPH07116986B2 (en) Staring machine
JP2007040647A (en) Pulse type heat storage engine
JP5453950B2 (en) Thermoacoustic engine
JP2008281234A (en) Cold storage type refrigerating machine and pulse tube refrigerating machine
Sugita et al. Experimental study on thermally actuated pressure wave generator for space cryocooler
JP5067260B2 (en) Free piston type Stirling cycle machine
JP2009074734A (en) Themoacoustic engine
Zhu Movement of linear compressor and displacer in a displacer pulse tube refrigerator
US7165407B2 (en) Methods for operating a pulse tube cryocooler system with mean pressure variations
JP5446498B2 (en) Thermoacoustic engine
JPH1194382A (en) Pulse tube refrigerator
US7201001B2 (en) Resonant linear motor driven cryocooler system
JP2969124B2 (en) Wave type refrigerator
JP2003139426A (en) Pulse tube type refrigerator
CN212656935U (en) Bellows seal harmonic oscillator, thermoacoustic engine and thermoacoustic refrigerating system
Arafa et al. Developments and recent patents on Thermoacoustic devices
US8950193B2 (en) Secondary pulse tubes and regenerators for coupling to room temperature phase shifters in multistage pulse tube cryocoolers
CN117628728A (en) Free piston Stirling refrigeration/heat pump system based on high-temperature heat source drive

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Effective date: 20070920

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090817

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090901

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20100202