JP2021135005A - 熱音響システム及び熱音響システムの制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡便な構成により熱源に温度変動が生じても所望の出力を得ることができる熱音響システム及び熱音響システムの制御方法を提供する。【解決手段】管路長が固定された管路Ｐ内を進行する振動流を利用した熱音響システム１であって、熱量の供給により管路に仕事流を発生・増幅させる少なくとも１つ以上の原動用の熱音響デバイス２と、熱音響デバイスにより発生した仕事流を入力し、出力する出力部６と、管路に接続され振動流の仕事流と音場のうち少なくとも１つを調整する調整する調整部１０と、熱音響デバイスのパラメータの変化を検出する第１検出部と、第１検出部の第１出力値に基づいて、調整部を制御して出力部からの前記出力を調整する制御部１２と、を備える、熱音響システムである。【選択図】図３
Description
本発明は、熱音響システム及び熱音響システムの制御方法に関する。
工場や車などの廃熱を再利用する技術が研究されている。廃熱の回生には、外燃機関を利用することが考えられる。外燃機関は、例えば、ランキンサイクルを用いる蒸気タービンや、スターリングサイクルを用いるスターリングエンジンが知られている。これらの外燃機関は、熱源から動力を取り出すように構成されている。
その他の外燃機関として、振動流を用いて仕事流と熱流のエネルギー変換を行う蓄熱器を備えた熱音響エンジンが知られている。ここでは、振動流型外燃機関のひとつとして、熱音響エンジンを例にして説明する。熱音響エンジンは、振動流の圧縮膨張がピストンの役割を担うことにより、可動部品を持たずに熱量を利用することができる。熱音響エンジンの構造は、単数から無数の狭い流路等を備える多孔質体（蓄熱器）と、外部との吸放熱を行う一対の吸放熱部を有する熱交換器と、熱交換器の上流側と下流側に接続された作動気体が流れる管路とを備えている。この蓄熱器に臨界条件を超える所定の温度勾配（温度差）を流路軸方向に沿って与えると、仕事流の発生・増幅が行われる。
熱音響エンジンでは、蓄熱器内部において熱と仕事のエネルギー変換が行われており、熱量から仕事を音波（仕事流）として取り出すことができる。特に、進行波音波を用いる進行波型熱音響エンジンでは、熱力学的なサイクルがスターリングサイクルに類似したエネルギー変換が行われるので、熱効率を高められる可能性がある。そのため、進行波型熱音響エンジンは可動部品を持たない、廃熱回生が可能な熱機関として注目されている。
熱音響エンジンで生成した仕事流を出力として取り出す方法として、リニアモータなどの発電機を用いて発電し、入力された仕事流を電気的出力に変換することが考えられる。非特許文献１には、熱音響エンジンを利用して「発電」を行う熱音響発電機が記載されている。
その他の方法として、蓄熱器内の流体を音波入力などによって強制振動させるとヒートポンプ効果により流線方向に沿って蓄熱器の両端に温度差が生じるので、常温（雰囲気温度）より高温又は低温の熱を取り出すことができる。このように蓄熱器には、仕事流（音波）をエネルギー源とするヒートポンプ効果を有し、「冷却」や「昇温」に利用できる。例えば、非特許文献２には、熱音響エンジンで発生・増幅した仕事流（音波）によって「冷却」を行う熱音響冷却機が記載されている。
これらの熱音響冷却機や熱音響発電機は熱音響デバイスと呼ばれる。熱音響デバイスの「原動機」として用いられる熱音響エンジンは外燃機関であることから、廃熱回生デバイスとして現在研究開発が進められている。なお、以下、常温熱交換機、蓄熱器、高温熱交換器で構成されるものを「原動機」、常温熱交換機、蓄熱器、低温熱交換器で構成されるものを「冷却機」とする。廃熱の利用可能温度域を広げるために熱音響デバイスは、原動機において小さい温度勾配で動作されることが望ましい。
熱音響エンジンを小さい温度差で動作させるために原動機を多段化する方法が知られている。Hasegawaらは、３つの原動機で動作する熱音響冷却機の開発を行い、各原動機温度が２７０℃の時に冷却機温度が−１０７．４℃での動作を報告した（非特許文献３）。
上述した熱音響デバイスは廃熱回生デバイスとして研究開発が進められているが、現状での原動機は、２００℃以上の入熱温度帯で動作するものが多い。一方で、ＮＥＤＯの調査によると未利用の排ガスの温度域は２００℃以下が多く、また未利用廃熱のニーズも２００℃以下が多いという報告が上がっている（非特許文献４）。
S. Backhaus, E. Tward, M. Petach, "Traveling-wave thermoacoustic electric generator", Appl. Phys. Lett., 85, (2004) 1085-1087
T. Yazaki, T. Biwa, A. Tominaga, "A pistonless Stirling cooler", Appl. Phys. Lett., 80 (2002) 157-159
E. M. Sharify, S. Hasegawa, "Traveling-wave thermoacoustic refrigerator driven by a multistage traveling-wave thermoacoustic engine", Appl. Therm. Eng., 113 (2017), pp.791-795
未利用熱エネルギー革新的活用技術研究組合技術開発センター，"産業分野の排熱実態調査 報告書"，2019年3月
熱音響デバイスを広い廃熱温度域で使用するためには、熱音響冷却機や熱音響発電機が動作可能な温度範囲を広げる必要がある。従来までの技術では、できるだけ低い温度域から動作ができるように設計することによって広い温度域での利用を可能としていた。
原動機の動作温度を低下させるには装置の大型化、作動気体の加圧、装置内に複数の原動機を設置することなどが上げられる。いずれの方法も部品の大型化、耐圧設計、部品点数の増加などに起因して製作コストが上昇するという問題がある。また、原動機の開発時に行われる試作や実験は、原動機の動作条件を高圧化した場合、動作条件が大気圧の場合に比べて容易に行うことが困難となる可能性がある。
熱音響原動機での仕事流の増幅率は、原動機に与えられる温度比に大きく依存する。したがって原動機で得られた仕事流を利用する熱音響冷却器(ヒートポンプ)や熱音響発電機は原動機性能に依存し、熱音響冷却機でより低い冷却温度を得たり、熱音響発電機で発電量を増加させたりしたい場合には、熱音響原動機で大きな仕事流増幅を得るために温度比を高くするか、原動機を複数を使用する必要がある。原動機の温度差を大きくすることは利用可能な廃熱の温度域が高くなるために適用できる範囲が狭まる。また、原動機の数を増やす場合、装置の複雑化や装置コストが上昇するという問題がある。
そして、実際の廃熱は常に一定の温度で排出されているわけではなく、廃熱源となる機械などの運転状況によって変動する。そのため原動機の熱源として廃熱を利用する場合、廃熱温度の変動に伴って出力も変動する。例えば、廃熱温度が変動することにより原動機に与えられる温度比が変化するため、原動機での仕事流増幅率が変動する。これにより冷却機や発電機に入力される仕事流が変化するため、冷却機での冷却温度比や、発電機での発電量を安定して得ることが困難となるという課題がある。
また、熱音響原動機に与えられる温度比の変化に伴って、熱音響システム全体の音場（周波数、位相、インピーダンス、振動振幅、圧力振幅、流速振幅）も変化する。これによって出力側の冷却機や発電機で所望の出力を得るために適した音場からのずれが生じ、全体性能が変動する。したがって、冷却機での冷却温度比や、発電機での発電量を安定して得ることが困難となるという課題がある。
熱音響冷却機では、原動機の蓄熱器における温度比に対応して冷却機に入力される音波の仕事の大きさやシステム内の音場が変化するため冷却機において形成される温度比が変動する。また、熱音響原動機と発電機を組み合わせた場合においても、原動機の蓄熱器での温度比よって発電機に入力される音波の仕事流の大きさや発電機接続部の音場が変動するために、発電機での発電量は蓄熱器に与えられる温度比に依存する。
これに関連して特許文献１には、原動機の熱源の温度変化に応じて出力を調整する熱音響発電機が記載されている。この熱音響発電機は、管路と原動機と、原動機から出力された仕事流を電力として出力する出力部と、管路の管長を変化させる調整部と、熱源の温度を検出する検出部と、検出部により検出された温度に基づいて調整部を制御して出力部の出力を調整する制御部とを備えている。
この熱音響発電機によれば、熱源の温度が変化してもベローズを有する調整部が管路の管長を機械的に変化させることで出力部の出力を調整できる。しかしながら、高圧気体を使用しながらベローズを調整する機構を設けることは製造においてもコストが高くなる。さらに使用時に大きな振動が発生する自動車等の廃熱を利用して空調機械を製造する場合、故障を低減するために機械部分はなるべく少なくなるように設計されることが望ましい。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、簡便な構成により熱源に温度変動が生じても所望の出力を得ることができる熱音響システムの制御方法を提供することを目的とする。なお、これ以降の本発明の内容については熱音響ヒートポンプを一例として記載するが、制御方法は熱音響発電機やその他熱音響システムにも適用でき、これに限らない。
本発明の一態様は、管路長が固定された管路内を進行する振動流を利用した熱音響システムであって、熱量の供給により前記管路に前記仕事流を発生・増幅させる少なくとも１つ以上の原動用の熱音響デバイスと、前記熱音響デバイスにより発生した前記仕事流を入力し、出力を取り出す出力部と、前記管路に接続され前記振動流の仕事流と音場のうち少なくとも１つを調整する調整部と、前記熱音響デバイスにおけるパラメータの変化を検出する第１検出部と、前記第１検出部の第１出力値に基づいて、前記調整部を制御して前記出力部から出力される前記出力を調整する制御部と、を備える、熱音響システムである。
本発明によれば、調整部が管路内の仕事流の増減もしくは音場の調整をするように構成されており、熱音響デバイスに供給される熱量の変化に応じて調整部を制御して管路内の仕事流や音場を調整することで、出力部からの出力を任意に調整できる。
本発明は、前記第１検出部は、原動用の原動機の温度、冷却機の温度、前記原動機から出力される仕事流、前記管路に励起している周波数、前記管路における位相、前記管路におけるインピーダンス、前記管路における振動振幅、前記管路における圧力振幅、前記管路における流速振幅の各パラメータのうち、少なくとも１つを検出するように構成されていてもよい。
本発明によれば、供給される熱量の変化に伴って、検出したパラメータの少なくとも一つ以上が任意の設定値に比して差異が生じた場合においても、調整部を制御することで管内の仕事流の増減もしくは音場を任意の設定値にすることができるので、出力部に入力される仕事流や音場の両方もしくはいずれか一方を調整し、出力部からの出力を所望の値とすることができる。
本発明はまた、前記制御部が前記第１出力値が基準以上である場合、前記調整部を制御して前記仕事流を減少させ前記出力部から出力される前記出力を減少させるように構成されていてもよい。
本発明によれば、供給される熱量が増加して出力部の出力が設定値を超えた場合でも、調整部を制御して管路内の仕事流を減少できるので、出力部に入力される振動流の仕事流を減少させ、出力部からの出力を減少させることができる。
本発明はまた、前記制御部は、前記第１出力値が基準未満である場合、前記調整部を制御して前記仕事流を増加させ前記出力部からの前記出力を増加させるように構成されていてもよい。
本発明によれば、供給される熱量が減少して出力部の出力が設定値を下回った場合でも、調整部を制御して管路内の仕事流を増加できるので、出力部に入力される振動流の仕事流を増加させ、出力部からの出力を増加させることができる。
本発明はまた、前記制御部は、前記第１検出部で検出した前記パラメータのうち音場が基準に比して差異を有する場合、前記調整部を制御して前記音場を前記基準となるように調整するように構成されていてもよい。
本発明によれば、供給される熱量の変動にともなって出力部での音場が基準とずれることで出力部の出力が所望の値と異なる場合でも、調整部を制御して管路内の音場を任意の値に調整できるので、出力部に入力される振動流の音場を任意の値とすることで、出力部からの出力を所望の値とすることができる。
本発明はまた、前記出力部の出力値を検出する第２検出部を備え、前記第１出力値と前記第２検出部の第２出力値とに基づいて、前記調整部を制御して前記出力部の出力を設定値となるように調整するように構成されていてもよい。
本発明によれば、前記第１出力値と前記第２検出部の第２出力値を監視することにより、調整部から出力される仕事流及び調整部に入力される仕事流を調整し、出力部の出力を予め定められた設定値となるようにアクティブに調整できる。
本発明はまた、前記調整部がリニアモータを備え、前記制御部は、前記リニアモータに前記仕事流を入力させ発電を行わせ前記仕事流を減少させるように構成されていてもよい。
本発明によれば、調整部がリニアモータを備えることで、リニアモータを発電機として動作させることで、管路内の仕事流を減少させることができ、出力部の出力が設定値を超えないように調整できる。
本発明はまた、前記調整部がリニアモータを備え、前記制御部は、前記リニアモータに他の仕事流を出力させ前記仕事流を増加させるように構成されていてもよい。
本発明によれば、調整部がリニアモータを備えることで、リニアモータ動作させて管路内に仕事流を与えることで、管路内の仕事流を増加させることができ、出力部の出力が設定値を下回らないように調整できる。
本発明はまた、前記出力部が他の熱音響デバイスを備え、前記仕事流に基づいて冷熱を出力するように構成されていてもよい。
本発明によれば、出力部を熱音響デバイスとして構成することで、熱音響現象により入力される仕事流から冷熱を発生させ、稼働を安定化した冷却機やクーラーなどのヒートポンプを実現できる。
本発明はまた、前記出力部がパルス管冷凍機を備え、前記仕事流に基づいて冷熱を出力するように構成されていてもよい。
本発明によれば、出力部をパルス管冷凍機として構成することで、入力される仕事流から冷熱を発生させ、稼働を安定化した冷却機やクーラーなどのヒートポンプを実現できる。
本発明はまた、前記出力部が発電機を備え、前記仕事流に基づいて発電するように構成されていてもよい。
本発明によれば、出力部を発電機として構成することで、一定の電力を出力する発電機を実現できる。
本発明はまた、前記管路が直管状に形成された直管部と、前記直管部の一端に設けられたループ状に形成された第１ループ管とを備えるように構成されていてもよい。
本発明によれば、ループ管が形成された管路を備える熱音響システムを実現できる。
本発明はまた、前記管路が前記直管部の他端に設けられたループ状に形成された第２ループ管を備えるように構成されていてもよい。
本発明によれば、ダブルループの管路を備える熱音響システムを実現できる。
本発明はまた、前記管路がループ状に形成されているように構成されていてもよい。
本発明によれば、ループ状に形成された管路においても熱音響システムを実現できる。
本発明の一態様は、管路長が固定された管路内を進行する振動流を利用した熱音響システムの制御方法であって、前記管路に前記仕事流を発生・増幅させる少なくとも１つ以上の原動用の熱音響デバイスに熱量を供給し、前記熱音響デバイスより発生した仕事流を出力部に入力し、前記出力部から出力し、前記熱音響デバイスの温度や音場を第１出力値として検出し、前記第１出力値に基づいて、前記管路に接続された調整部を制御して前記振動流の仕事流と音場のうち少なくとも１つを調整し前記出力を調整する、熱音響システムの制御方法である。
本発明によれば、熱音響デバイスに供給される熱量の変化に応じて調整部を制御して、管路内の仕事流や音場を調整することで、出力部からの出力を任意に調整できる。
本発明によれば、熱源に温度変動が生じても所望の出力が得られる熱音響システム及び熱音響システムの制御方法を実現できる。
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る熱音響システム及び熱音響システムの制御方法の実施形態について説明する。熱音響システムは、管路長が固定された管路内を進行する振動流を利用した熱音響システムである。
図１に示されるように、熱音響システム１は、内部に作動気体が封入された管路Ｐ（流路）と、管路Ｐに接続された第１熱音響デバイス２と、第１熱音響デバイス２に管路Ｐを介して接続された第２熱音響デバイス６（出力部）と、管路Ｐに接続された調整部１０とを備える。熱音響システム１は、例えば、冷却機として構成されている。
管路Ｐは、管長が固定されて形成されている。管路Ｐは、例えば、断面が円形の円管状に形成された導波管である。管路Ｐは、管軸方向に振動流が伝搬するように形成されている。なお、管路Ｐの形状は管状であればよく、例えば、断面が四角状や三角状に形成されていてもよい。管路Ｐ内に封入される作動流体は、窒素、ヘリウム、アルゴン、ヘリウムとアルゴンとの混合気体からなる不活性気体及び空気等の振動流を伝達できる気体である。作動流体は振動流を伝達できればよく、これらの気体に限定されずに他の気体が用いられてもよいし、気体に限らず水やエタノールといった液体部を有していてもよい。
管路Ｐは、ループ状に形成された第１ループ管Ｐ１及び第２ループ管Ｐ２と、第１ループ管Ｐ１と第２ループ管Ｐ２とを接続する直管状に形成された直管部Ｐ３と、直管部Ｐ３と、第１ループ管Ｐ１から分岐して形成された分岐管Ｐ４と、を備える。
直管部Ｐ３の一端には、第１ループ管Ｐ１が接続されている。直管部Ｐ３の他端には、第２ループ管Ｐ２が接続されている。直管部Ｐ３の一端には、丁字状に分岐した分岐管Ｐ４が接続されている。第１ループ管Ｐ１の流路内には、熱流から仕事流を発生させる第１熱音響デバイス２が設けられている。
第１熱音響デバイス２は、熱量が供給されると熱音響現象が生じて仕事流を発生、増幅する蓄熱器３と、熱交換を行う第１熱交換器３Ｃ及び第２熱交換器３Ｄを備える。なお、第１熱音響デバイス２は、振動流を利用した原動用の熱音響デバイスであればよく、例えば、定在波型振動流や、進行波型振動流、相変化型振動流等を利用した原動用の熱音響デバイスである。
蓄熱器３は、作動気体の流線方向に沿って上流側の一端部３Ａと下流側の他端部３Ｂとの間に温度差が生じると、仕事流の発生・増幅を行う。蓄熱器３の一端部３Ａには、第１熱交換器３Ｃが設けられている。蓄熱器３の他端部３Ｂには、第２熱交換器３Ｄが設けられている。
蓄熱器３には、第１熱交換器３Ｃ及び第２熱交換器３Ｄを用いて両端に管路Ｐの軸線方向に沿って温度勾配が生じる。蓄熱器３は、管路Ｐの軸線方向に沿って両端部の間に温度勾配（温度差）が形成されると仕事流（例えば、音波）の発生・増幅が行われる。高温側の第１熱交換器３Ｃ及び低温側の第２熱交換器３Ｄにより蓄熱器３の両端に十分な温度勾配をつけると熱音響の自励発振が生じる現象により流路３Ｒ内に音波が生じる。自励発振が生じる最小の温度比（高温側温度ＴＨ／低温側温度ＴＣ）は臨界温度比と呼ばれる。
蓄熱器３は、例えば、単数から複数の小径の流路３Ｒが形成されている。流路３Ｒは、蓄熱器３において作動気体の流線方向に沿って開口するように単数から無数に設けられている。蓄熱器３は、例えば、セラミックスで形成されたハニカム構造体や、多数のステンレス鋼メッシュ薄板が積層された構造体により多数の流路３Ｒが形成される。蓄熱器３は、ガラスパイプなどの細かい流路を形成し振動流が通過できる材料であればよく、これらに限定されない。
また、流路３Ｒは発泡金属やスチールウールなどで形成される形状のほか、金属粉を充填したり凸凹のあるフィルムを丸めたり、異なる流路径（流路幅）・流路形状・厚さを持つ薄板等を組み合わせたりすることで形成されてもよい。
流路３Ｒは、例えば、断面が円管形状、平行平板形状、多角形形状、ピンアレイ形状に形成されている。流路３Ｒは、異なる流路径（流路幅）・流路形状・厚さを持つ薄板等を組合せにより複数のランダムな形状の流路を有するように形成されてもよい。流路３Ｒは、異なる流路径（流路幅）・流路形状・厚さを持つ薄板等の所定の組み合わせにより複数のパターンの形状の流路が繰り返して形成されていてもよい。蓄熱器３に温度勾配を生じさせるため、熱源からの熱量が入力される。
熱源は、雰囲気温度としての常温に対して温度差を有する熱量を供給するものである。ここで、常温とは、例えば、大気、海水、河川水、湖水、地熱等の周囲の環境により安定的に得られる温度である。常温は、雰囲気温度の他に熱源と温度差を生じさせるように安定的に熱量を供給できる他の熱源から生じる温度であってもよい。熱源は、例えば、廃熱として捨てられる未利用の熱量を利用する。熱源は、常温に対して高温の熱量を与えるものである。熱源は、熱量を得られれば、特に限定されず、例えば、太陽光や地熱等から得られる熱量や、エンジン、工場、各種施設等から発生するの熱量が利用される。熱量は、例えば、第１熱交換器３Ｃに入力される。
第１熱交換器３Ｃは、蓄熱器３の一端部３Ａにおいて熱媒体を介して熱交換を行うよう形成されている。第１熱交換器３Ｃは、蓄熱器３の一端部３Ａに常温に対して温度差を有する熱媒体を介して熱交換する。
第２熱交換器３Ｄは、蓄熱器３の他端部３Ｂにおいて熱交換を行うよう形成されている。第２熱交換器３Ｄは、蓄熱器３の他端部３Ｂに常温の熱媒体を介して熱交換する。熱量の入力方法として、蓄熱器３の一端部３Ａ側には、例えば、第１熱交換器３Ｃにより高温の熱量を供給する。第１熱交換器３Ｃには、例えば、高温の気体や液体等の熱媒体を循環させる。その一方で蓄熱器３の他端部３Ｂ側には、例えば、第２熱交換器３Ｄにより常温の熱量を供給する。第２熱交換器３Ｄには、例えば、常温の気体や液体等の熱媒体を循環させる。
この場合、高温側となる蓄熱器３の一端部３Ａ側から常温側となる蓄熱器３の他端部３Ｂ側にかけて温度勾配が生成され仕事流の発生・増幅が行われる。上記方法により、蓄熱器３の一端部３Ａと他端部３Ｂとの間に温度勾配（温度差）を生じさせると、蓄熱器３において作動気体の仕事流の発生・増幅が行われ、管路Ｐ内を伝搬する。管路Ｐ内を伝搬する仕事流からは、仕事を取り出すことができる。取り出した出力は、そのまま、タービン等を動かす仕事として利用してもよいし、冷熱源、温熱源や、電気等の別の出力に変換して利用してもよい。なお、仕事流から取り出した出力の利用方法には、特に制限はなく、例えば、管路Ｐに第１熱音響デバイス２と異なる他の蓄熱器を有する作動用の第２熱音響デバイス６（他の熱音響デバイス）を用いることができる。作動用の熱音響デバイスによれば、入力された振動流の仕事を熱量に変換（ヒートポンプ効果）して取り出すことができる。
この時、作動用の第２熱音響デバイス６の蓄熱器において原動用の第１熱音響デバイス２における気体の流線方向に沿って反対方向の温度勾配を生じさせるようにヒートポンプ効果を行うため、熱音響現象を利用して入力された仕事流から熱量を取り出すことができる。
以下、作動用の第２熱音響デバイス６について説明する。上記の原動用の第１熱音響デバイス２と同一の構成については同一の名称を用い、重複する説明は適宜省略する。作動用の第２熱音響デバイス６は、原動用の第１熱音響デバイス２により発生した仕事流を入力し、出力を取り出す出力部として構成されている。
作動用の第２熱音響デバイス６は、第２ループ管Ｐ２内に設けられた蓄熱器７（第２蓄熱器）と、蓄熱器７の一端部７Ａに設けられた第３熱交換器７Ｃと、蓄熱器７の他端部７Ｂに設けられた第４熱交換器７Ｄとを備える。作動用の第２熱音響デバイス６は、例えば、冷熱を取り出すクーラーや冷却機として構成されている。蓄熱器７は、蓄冷器と呼んでもよい。
蓄熱器７には、例えば、上流側の一端部７Ａ側から原動用の第１熱音響デバイス２から生じた仕事流が入力される。
第３熱交換器７Ｃは、蓄熱器７の一端部７Ａにおいて熱交換を行うよう形成されている。第３熱交換器７Ｃは、蓄熱器７の一端部７Ａを冷却するものである。第３熱交換器７Ｃは、熱媒体を循環させ、一端部７Ａにおいて熱交換を行う。
第４熱交換器７Ｄは、蓄熱器７の他端部７Ｂにおいて熱交換を行うよう形成されている。第４熱交換器７Ｄは、例えば、蓄熱器７の他端部７Ｂから冷熱を取り出すものである。第４熱交換器７Ｄは、熱媒体を循環させ、他端部７Ｂにおいて熱交換を行う。
例えば、蓄熱器７の一端部７Ａ側に原動用の第１熱音響デバイス２からエネルギー変換により生じた仕事流が入力された場合、ヒートポンプ効果が発生し蓄熱器の流路軸方向に温度差が生じる。この時、第３熱交換器７Ｃにより一端部７Ａ側を常温の熱媒体と熱交換すると、一端部７Ａ側を基準に温度差が生じ、他端部７Ｂ側において吸熱反応が生じる。この時、他端部７Ｂ側の第４熱交換器７Ｄにより熱交換を行うと低温の熱量を取り出すことができる。この反応により、冷却機、クーラー等を構成できる。第２熱音響デバイス６は、構成されるシステムの目的に応じて発電機や昇温機に変更されてもよい。
次に、調整部１０について説明する。調整部１０は、管路Ｐ内の振動流の仕事流と音場の両方もしくはいずれか一つを調整するように構成されている。以下、調整部１０が管路Ｐ内の音場を調整する場合について説明する。調整部１０は、原動用の第１熱音響デバイス２の蓄熱器３の温度比の変化に応じてアクティブに制御され、作動用の第２熱音響デバイス６における温度比を設定値となるように調整する。調整部１０は、例えば、リニアモータにより構成されている。調整部１０は、後述の制御部１２により制御される。
調整部１０は、分岐管Ｐ４内を往復するピストン１０Ａと、ピストンに接続されたピストンロッド１０Ｂと、ピストンロッド１０Ｂを駆動する駆動部１０Ｃと、電源１０Ｄとを備える。ピストンロッド１０Ｂは、磁性体により形成されている。駆動部１０Ｃは、電磁コイルを有し、電源１０Ｄから交流電流が入力されると交流磁界を発生させる。ピストンロッド１０Ｂは、電磁コイルの中心を摺動自在に取り付けられている。電磁コイルに交流磁界が発生すると、ピストンロッド１０Ｂが電磁コイルに対して往復運動する。
調整部１０は、駆動部１０Ｃを駆動させピストンロッド１０Ｂを往復運動させることにより、連動してピストン１０Ａを分岐管Ｐ４内において往復運動させ、管路Ｐ内に仕事流（振動流）を与える。調整部１０は、例えば、第２熱音響デバイス６に入力される仕事流と同じ周波数帯の仕事流を発生させ、管路Ｐ内の振動流の仕事流を増加させることができる。
調整部１０は、発電機として用いられてもよい。調整部１０において、分岐管Ｐ４から仕事流が入力されることにより、ピストン１０Ａが分岐管Ｐ４内において往復運動する。ピストン１０Ａの動きに連動してピストンロッド１０Ｂが往復運動することにより、交流磁界が発生し、電磁コイル内に交流電流が流れる。調整部１０は、例えば、第１熱音響デバイス２により発生する仕事流に基づいて発電し、管路Ｐ内の振動流の仕事流を減少させることができる。調整部１０は、音場や振動流の調整が可能であれば上記の構成に限らず、部品の増減があったり構成の変更があってもよく、これに限らない。また調整部１０は、管路Ｐ内の振動流の仕事流を調整できるのであればリニアモータ以外のデバイスが用いられてもよい。
図２に示されるように、管路Ｐの分岐管Ｐ４において、作動流体の流速振幅を分けることが可能である。このとき分岐管Ｐ４における作動流体の圧力振幅は変化しない(Pengine＝PRef＝Plinear)。分岐管Ｐ４において作動流体の流速振幅の総和は保存される(Uengine=URef+Ulinear)。作動流体の流速振幅の分かれる割合は、管路Ｐに接続されている第２熱音響デバイス６及び調整部１０のインピーダンスＺによって決定される。
調整部１０の振動振幅は、電源１０Ｄから入力される電圧によって制御することができる。熱源の温度が変化すると、原動用の第１熱音響デバイス２から出力される仕事流が変化する。この場合、調整部１０に入力する電圧を調整して、作動用の第２熱音響デバイス６へ流れる仕事流もしくは管路の音場を一定に調整する。この調整により、第２熱音響デバイス６の蓄熱器７における一端部７Ａ側と他端部７Ｂ側との温度比を一定に保つことができる。従って、調整部１０は、管路Ｐ内から仕事流を出力すると共に、管路Ｐ内に仕事流を入力することができる。
次に熱音響システム１の制御について説明する。以下、上記の構成と同一の構成については適宜説明を省略する。
図３に示されるように、熱音響システム１は、原動用の第１熱音響デバイス２と、第１熱音響デバイス２の温度を検出する第１検出部４と、作動用の出力部６と、出力部６の出力値を検出する第２検出部８と、管路Ｐに接続された調整部１０と、調整部１０の動作を制御する制御部１２とを備える。
第１検出部４は、例えば、第１熱音響デバイス２の蓄熱器３の高温の一端部３Ａ側の温度ＴＨ及び低温の他端部３Ｂ側の温度ＴＣを検出する。第１検出部４により検出された第１出力値は、制御部１２に出力される。第２検出部８は、例えば、第２熱音響デバイス６の蓄熱器７の一端部７Ａ側の温度ＴＨ及び低温の他端部７Ｂ側の温度ＴＣを検出する。第２検出部８により検出された第２出力値は、制御部１２に出力される。
制御部１２は、第１出力値に基づいて蓄熱器３における温度比（ＴＨ／ＴＣ）を算出する。制御部１２は、第２出力値に基づいて蓄熱器７における温度比（ＴＨ／ＴＣ）を算出する。
制御部１２は、例えば、蓄熱器３における温度比及び蓄熱器７における温度比の算出結果に基づいて、熱源の温度が高く、第１熱音響デバイス２の蓄熱器３における温度比が臨界温度比以上である場合、調整部１０の電源１０Ｄを停止し負荷を与え、調整部１０を発電機として動作させる。制御部１２は、調整部１０を発電させることで、管路Ｐ内の仕事流の仕事流を減少させ、第２熱音響デバイス６の蓄熱器７における温度比が設定値となるように一定に維持する。即ち、制御部１２は、第１出力値が基準以上である場合、調整部１０を制御して発電を行わせ、仕事流を減少させることにより第２熱音響デバイス６（出力部）からの出力を減少させる。
制御部１２は、例えば、蓄熱器３における温度比及び蓄熱器７における温度比の算出結果に基づいて、熱源の温度が低く、第１熱音響デバイス２の蓄熱器３における温度比が臨界温度比未満である場合、調整部１０に電源１０Ｄから電力を入力し調整部１０を動作させ、管路Ｐ内の仕事流の仕事流を増加させる。制御部１２は、調整部１０から管路内の仕事流を増加させることで、第２熱音響デバイス６の蓄熱器７における温度比が設定値となるように一定に維持する。即ち、制御部１２は、第１出力値が基準未満である場合、調整部１０を制御して他の仕事流を出力させ、仕事流を増加させることにより第２熱音響デバイス６からの出力を増加させる。
制御部１２は、例えば、蓄熱器３における温度比及び蓄熱器７における温度比の算出結果に基づいて、熱源温度の変化にともなって、第１熱音響デバイス２に形成される音場が設定した値と異なる場合、調整部１０に電源１０Ｄから電力を入力し調整部１０を動作させ、管路Ｐ内の仕事流や音場の調整を行う。制御部１２は、例えば、第１検出部４で検出したパラメータのうち音場が基準に比して差異を有する場合、調整部１０を制御して音場を基準となるように調整する。制御部１２は、調整部１０から管路内の音場を調整させることで、第２熱音響デバイス６の蓄熱器７における温度比が設定値となるように一定に維持する。
上述したように、熱音響システム１によれば、廃熱等を利用した原動用の第１熱音響デバイス２の熱源の温度が変化しても調整部１０を制御して管路Ｐ内の振動流の仕事流を減少又は増加させることで、作動用の第２熱音響デバイス６の出力を設定値となるように調整するヒートポンプを実現できる。熱音響システム１によれば、原動用の第１熱音響デバイス２の熱源の温度が高くなり、作動用の第２熱音響デバイス６の出力が増加しても、調整部１０のリニアモータを発電機として用いることにより、管路Ｐ内の仕事流を減少させ、作動用の第２熱音響デバイス６の出力を低下させ、予め定められた設定値に調整できる。
熱音響システム１によれば、原動用の第１熱音響デバイス２の熱源の温度が低くなり、作動用の第２熱音響デバイス６の出力が減少しても、調整部１０のリニアモータを駆動して管路Ｐ内に仕事流を与え、作動用の第２熱音響デバイス６の出力を増加させ、予め定められた設定値に調整できる。
なお、ここまで、蓄熱器３における温度比及び蓄熱器７における温度比の算出結果に基づいた制御方法を説明をしてきたが、調整部１０は、第１熱音響デバイス２から発生する音場の変化に基づいて、制御部１２が管路Ｐ内の振動流の仕事流を減少又は増幅させてもよいし、第１検出部で出力部６の出力を検出し、出力値に基づいて制御部１２が管路Ｐ内の振動流の仕事流を減少又は増幅させてもよい。
また、ここまでは、制御部１２もしくは調整部１０の外部に検出部を有する実施例において制御方法について述べたが、必ずしも検出部を制御部や調整部の外部に設ける必要はなく、制御部１２もしくは調整部１０が検出部を兼ねていてもよい。また、第１検出部４、第２検出部８の各検出部は、温度を検出するものとしたが、これに限らず、温度以外の各種パラメータを検出するものであってもよい。
第１検出部４、第２検出部８の各検出部は、原動用の原動機の温度、冷却機の温度、原動機から出力される仕事流、管路Ｐに励起している周波数、管路Ｐにおける位相、管路Ｐにおけるインピーダンス、管路Ｐにおける振動振幅、管路Ｐにおける圧力振幅、管路Ｐにおける流速振幅の各パラメータのうち、少なくとも１つを検出してもよい。制御部１２は、検出部により検出された各種パラメータの検出値に応じて調整部１０を調整し、出力部の出力値を調整してもよい。
さらに、制御方法は管路Ｐ内の振動流の仕事流や音場の変化について検出部からの検出と制御部１２と調整部１０からの調整からをイタレーションしながら制御を行ってもよく、もしくはパラメータ変化に応じて任意の値とするのに必要な変化パラメータに対する調整値をデータベース化しておくことで制御を行ってもよい。熱音響システム１は、データベース化された調整値を記憶する記憶部（不図示）を備えていてもよく、調整値は、ネットワークに接続されたサーバ装置（不図示）から制御部１２に提供されるものであってもよい。また、制御部１２は、ネットワークに接続された端末装置に設けられていてもよい。即ち、熱音響システム１は、ネットワークから遠隔操作されるものであってもよい。
以下、熱音響システムの変形例について説明する。以下の説明では、上記実施形態と同一の構成については同一の名称及び符号を用い、重複する説明は適宜省略する。
［変形例１］
上記実施形態では、熱音響システム１の出力部は、第２熱音響デバイス６を用いて冷却機やクーラーとして構成されていた。熱音響システムの出力部は、他の冷却機に置き換えられててもよい。
上記実施形態では、熱音響システム１の出力部は、第２熱音響デバイス６を用いて冷却機やクーラーとして構成されていた。熱音響システムの出力部は、他の冷却機に置き換えられててもよい。
図４に示されるように、熱音響システム１Ａは、出力部がパルス管冷凍機２０に置き換えられて構成されている。出力部は、パルス管冷凍機２０を備え、仕事流に基づいて冷熱を出力するように構成されている。パルス管冷凍機２０の温度比は、制御部１２により第２出力値として監視されている。
パルス管冷凍機２０は、一端２１Ａ側が直管部Ｐ３の他端に接続された蓄熱器２１（蓄冷器）と、蓄熱器２１の他端２１Ｂ側に一端２２Ａが接続されたパルス管２２と、パルス管２２の他端２２Ｂ側に一端２３Ａが接続された細管２３と、細管２３の他端２３Ｂ側に接続されたタンク２４とを備える。蓄熱器２１の一端２１Ａ側には、作動流体の振動が入力される。蓄熱器２１内部の気体は、振動に応じて圧縮と膨張を繰り返す。
パルス管２２内においては、蓄熱器２１に入力された振動に応じて気体がピストンのように往復する。パルス管２２内において、圧力振動とパルス管２２内でのガスピストンの変位との位相差に基づいて、気体が膨張する一端２２Ａ側に冷却作用が生じる。
制御部１２は、第１出力値に基づいて第１熱音響デバイス２が供給する仕事流の増減もしくは音場の変化に応じて調整部１０を制御して、パルス管冷凍機２０の温度比を一定にすることができる。
［変形例２］
上記実施形態では、熱音響システム１の出力部は、第２熱音響デバイス６を用いて冷却機やクーラーとして構成されていた。熱音響システムの出力部は、他の構成に置き換えられてもよい。
上記実施形態では、熱音響システム１の出力部は、第２熱音響デバイス６を用いて冷却機やクーラーとして構成されていた。熱音響システムの出力部は、他の構成に置き換えられてもよい。
図５に示されるように、熱音響システム１Ｂは、出力部が発電機３０に置き換えられて構成されている。発電機３０は、直管部Ｐ３の他端に設けられている。発電機３０は、例えば、リニアモータを備えている。発電機３０は、管路Ｐ内の仕事流に基づいて発電するように構成されている。発電機３０は、負荷３０Ｆに接続されている。負荷３０Ｆは、制御部１２により出力される電力が第２出力値として監視されている。
発電機３０は、ピストン３０Ａ、ピストンロッド３０Ｂ、及び電磁コイル３０Ｃを備える。発電機３０においてピストン３０Ａは、管路Ｐ内を進行する振動流の振動を受けて管軸方向に沿って振動する。ピストン３０Ａの振動に連動してピストンロッド３０Ｂが振動する。ピストンロッド３０Ｂの振動により電磁誘導され、電磁コイル３０Ｃに交流電流が流れる。
制御部１２は、第１出力値に基づいて第１熱音響デバイス２が供給する仕事流の増減もしくは音場の変化に応じて調整部１０を制御して、発電機３０に一定の電力を出力させることができる。
［変形例３］
上記実施形態では、熱音響システム１の調整部１０は、ダブルループに形成された管路Ｐの分岐管Ｐ４に接続されていた。熱音響システムは、管路Ｐがループ状に形成されていてもよく、調整部１０は、ループ状の管路Ｐの途中に設けられていてもよい。
上記実施形態では、熱音響システム１の調整部１０は、ダブルループに形成された管路Ｐの分岐管Ｐ４に接続されていた。熱音響システムは、管路Ｐがループ状に形成されていてもよく、調整部１０は、ループ状の管路Ｐの途中に設けられていてもよい。
図６に示されるように、熱音響システム１Ｃは、管路Ｐがループ状に形成されている。熱音響システム１Ｃは、第１熱音響デバイス２と第２熱音響デバイス６とが直結されている。調整部４０は、管路Ｐの途中に接続されている。調整部４０は、リニアモータを備える。調整部４０は、一対のピストン４０Ａ，４０Ｂ、ピストンロッド４０Ｃ、駆動部４０Ｄ、電源４０Ｅを備える。調整部４０は、管軸方向に沿ってピストンロッド４０Ｃが摺動する。ピストンロッド４０Ｃの両端には、一対のピストン４０Ａ，４０Ｂが取り付けられている。
制御部１２は、第１出力値に基づいて第１熱音響デバイス２が供給する仕事流の増減もしくは音場の変化に応じて調整部４０を制御して、第２熱音響デバイス６の温度比を一定にすることができる。
［変形例４］
図７に示されるように、熱音響システム１Ｄは、ループ状の管路Ｐを備え、変形例３の第２熱音響デバイス６が分岐管Ｐ５に接続されたパルス管冷凍機２０に置き換えられている。制御部１２は、第１出力値に基づいて第１熱音響デバイス２が供給する仕事流の増減もしくは音場の変化に応じて調整部４０を制御して、パルス管冷凍機２０の温度比を一定にすることができる。
図７に示されるように、熱音響システム１Ｄは、ループ状の管路Ｐを備え、変形例３の第２熱音響デバイス６が分岐管Ｐ５に接続されたパルス管冷凍機２０に置き換えられている。制御部１２は、第１出力値に基づいて第１熱音響デバイス２が供給する仕事流の増減もしくは音場の変化に応じて調整部４０を制御して、パルス管冷凍機２０の温度比を一定にすることができる。
［変形例５］
図８に示されるように、熱音響システム１Ｅは、ループ状の管路Ｐを備え、管路Ｐの途中に第１熱音響デバイス２、第２熱音響デバイス６が接続されている。第１熱音響デバイス２の下流側には、分岐管Ｐ６が設けられている。分岐管Ｐ６には、調整部１０が接続されている。
図８に示されるように、熱音響システム１Ｅは、ループ状の管路Ｐを備え、管路Ｐの途中に第１熱音響デバイス２、第２熱音響デバイス６が接続されている。第１熱音響デバイス２の下流側には、分岐管Ｐ６が設けられている。分岐管Ｐ６には、調整部１０が接続されている。
制御部１２は、第１出力値に基づいて第１熱音響デバイス２が供給する仕事流の増減もしくは音場の変化に応じて調整部１０を制御して、第２熱音響デバイス６の温度比を一定にすることができる。
［変形例６］
図９に示されるように、熱音響システム１Ｆは、直管状の管路Ｐを備え、管路Ｐ内に第１熱音響デバイス２、パルス管冷凍機２０が接続されている。第１熱音響システム１Ｆの上流側には、調整部１０が設けられている。
図９に示されるように、熱音響システム１Ｆは、直管状の管路Ｐを備え、管路Ｐ内に第１熱音響デバイス２、パルス管冷凍機２０が接続されている。第１熱音響システム１Ｆの上流側には、調整部１０が設けられている。
制御部１２は、第１出力値に基づいて第１熱音響デバイス２が供給する仕事流の増減もしくは音場の変化に応じて調整部１０を制御して、パルス管冷凍機２０の温度比を一定にすることができる。
［変形例７］
図１０に示されるように、熱音響システム１Ｇは、直管状の管路Ｐと第２ループ管Ｐ２とを備える。管路Ｐには、入力側に第１熱音響デバイス２が設けられ、出力側には第２ループ管Ｐ２内に設けられた第２熱音響デバイス６が設けられている。第１熱音響システム１Ｇの上流側には、調整部１０が設けられている。
図１０に示されるように、熱音響システム１Ｇは、直管状の管路Ｐと第２ループ管Ｐ２とを備える。管路Ｐには、入力側に第１熱音響デバイス２が設けられ、出力側には第２ループ管Ｐ２内に設けられた第２熱音響デバイス６が設けられている。第１熱音響システム１Ｇの上流側には、調整部１０が設けられている。
制御部１２は、第１出力値に基づいて第１熱音響デバイス２が供給する仕事流の増減もしくは音場の変化に応じて調整部１０を制御して、第２熱音響デバイス６の温度比を一定にすることができる。
［変形例８］
図１１に示されるように、熱音響システム１Ｈは、直管状の管路Ｐを備え、管路Ｐ内に第１熱音響デバイス２を備えている。第１熱音響システム１Ｈの上流側には、調整部１０が設けられている。管路Ｐの下流側には、発電機３０が設けられている（図５参照）。
図１１に示されるように、熱音響システム１Ｈは、直管状の管路Ｐを備え、管路Ｐ内に第１熱音響デバイス２を備えている。第１熱音響システム１Ｈの上流側には、調整部１０が設けられている。管路Ｐの下流側には、発電機３０が設けられている（図５参照）。
制御部１２は、第１出力値に基づいて第１熱音響デバイス２が供給する仕事流の増減もしくは音場の変化に応じて調整部１０を制御して、発電機３０の出力値を一定にすることができる。
［変形例９］
図１２に示されるように、熱音響システム１Ｉは、第１熱音響デバイス２と、調整部１０と、パルス管冷凍機２０とを備えている。第１熱音響システム１Ｉの上流側には振動流の入力源としてリニアモータＲが設けられている。管路Ｐの途中には、分岐管Ｐ７が形成されており、分岐管Ｐ７には調整部１０が接続されている。
図１２に示されるように、熱音響システム１Ｉは、第１熱音響デバイス２と、調整部１０と、パルス管冷凍機２０とを備えている。第１熱音響システム１Ｉの上流側には振動流の入力源としてリニアモータＲが設けられている。管路Ｐの途中には、分岐管Ｐ７が形成されており、分岐管Ｐ７には調整部１０が接続されている。
制御部１２は、第１出力値に基づいて第１熱音響デバイス２が供給する仕事流の増減もしくは音場の変化に応じて調整部１０を制御して、パルス管冷凍機２０の温度比を一定にすることができる。
［変形例１０］
図１３に示されるように、熱音響システム１Ｊは、変形例９のパルス管冷凍機２０を第２ループ管Ｐ２に設けられた第２熱音響デバイス６に置き換えて構成されている。熱音響システム１Ｊの上流側には振動流の入力源としてリニアモータＲが設けられている。管路Ｐの途中には分岐管Ｐ７を介して調整部１０が設けられている。
図１３に示されるように、熱音響システム１Ｊは、変形例９のパルス管冷凍機２０を第２ループ管Ｐ２に設けられた第２熱音響デバイス６に置き換えて構成されている。熱音響システム１Ｊの上流側には振動流の入力源としてリニアモータＲが設けられている。管路Ｐの途中には分岐管Ｐ７を介して調整部１０が設けられている。
制御部１２は、第１出力値に基づいて第１熱音響デバイス２が供給する仕事流の増減もしくは音場の変化に応じて調整部１０を制御して、第２熱音響デバイス６の温度比を一定にすることができる。
［変形例１１］
図１４に示されるように、熱音響システム１Ｋは、変形例９のパルス管冷凍機２０を発電機３０に置き換えて構成されている。第１熱音響システム１Ｋの上流側には振動流の入力源としてリニアモータＲが設けられている。管路Ｐの途中には分岐管Ｐ７を介して調整部１０が設けられている。
図１４に示されるように、熱音響システム１Ｋは、変形例９のパルス管冷凍機２０を発電機３０に置き換えて構成されている。第１熱音響システム１Ｋの上流側には振動流の入力源としてリニアモータＲが設けられている。管路Ｐの途中には分岐管Ｐ７を介して調整部１０が設けられている。
制御部１２は、第１出力値に基づいて第１熱音響デバイス２が供給する仕事流の増減もしくは音場の変化に応じて調整部１０を制御して、リニア発電機の出力を一定にすることができる。
［変形例１２］
図１５に示されるように、熱音響システム１Ｌは、直管形状の管路Ｐを備え、管路Ｐの上流側に第１熱音響デバイス２と、下流側にパルス管冷凍機２０を備える形状である。管路Ｐの途中には分岐管Ｐ７を介して調整部１０が設けられている。
図１５に示されるように、熱音響システム１Ｌは、直管形状の管路Ｐを備え、管路Ｐの上流側に第１熱音響デバイス２と、下流側にパルス管冷凍機２０を備える形状である。管路Ｐの途中には分岐管Ｐ７を介して調整部１０が設けられている。
制御部１２は、第１出力値に基づいて第１熱音響デバイス２が供給する仕事流の増減もしくは音場の変化に応じて調整部１０を制御して、パルス管冷凍機２０の温度比を一定にすることができる。
［変形例１３］
図１６に示されるように、熱音響システム１Ｍは、直管形状の管路Ｐ内に管路内に第１熱音響デバイス２と第２ループ管Ｐ２に設けられた第２熱音響デバイス６を備える。管路Ｐの途中には、分岐管Ｐ７を介して調整部１０が設けられている。
図１６に示されるように、熱音響システム１Ｍは、直管形状の管路Ｐ内に管路内に第１熱音響デバイス２と第２ループ管Ｐ２に設けられた第２熱音響デバイス６を備える。管路Ｐの途中には、分岐管Ｐ７を介して調整部１０が設けられている。
制御部１２は、第１出力値に基づいて第１熱音響デバイス２が供給する仕事流の増減もしくは音場の変化に応じて調整部１０を制御して、第２熱音響デバイス６の温度比を一定にすることができる。
［変形例１４］
図１７に示されるように、熱音響システム１Ｎは、直管形状の管路Ｐを備え、上流側に第１熱音響デバイス２と、下流側に発電機３０と備える。管路Ｐの途中には、分岐管Ｐ７を介して調整部１０が設けられている。
図１７に示されるように、熱音響システム１Ｎは、直管形状の管路Ｐを備え、上流側に第１熱音響デバイス２と、下流側に発電機３０と備える。管路Ｐの途中には、分岐管Ｐ７を介して調整部１０が設けられている。
制御部１２は、第１出力値に基づいて第１熱音響デバイス２が供給する仕事流の増減もしくは音場の変化に応じて調整部１０を制御して、発電機３０の出力を一定にすることができる。
上述したように、実施形態に係る熱音響システムは、調整部を接続することが可能であれば様々な装置構成により実現される。また、実施形態に係る熱音響システムは、設計要素として存在する以下のパラメータに関わらず適用可能である。また、上記実施例については原動機がループ管や直管内に設置される構成であったが、仕事流の増幅・発生が可能であればこの形状に限らず、熱音響原動機、制御部、調整部、検出部、出力部の形状や数および組み合わせによらず実施例の形状に限定されない。さらに、振動流の発生自体を熱音響原動機から行わず、振動流の入力源があってもよい。
（１）作動気体の種類、平均圧力
（２）蓄熱器の流路径、長さ、材質
（３）管路の大きさ、長さ、形状（円管、矩形管）
（４）原動機、冷却機位置での断面積拡大の有無
（５）管路断面積の漸次拡大の有無
（６）熱音響デバイス内における原動機の数
（７）熱音響デバイス内における冷却機、発電機など仕事の取り出し口の数
（１）作動気体の種類、平均圧力
（２）蓄熱器の流路径、長さ、材質
（３）管路の大きさ、長さ、形状（円管、矩形管）
（４）原動機、冷却機位置での断面積拡大の有無
（５）管路断面積の漸次拡大の有無
（６）熱音響デバイス内における原動機の数
（７）熱音響デバイス内における冷却機、発電機など仕事の取り出し口の数
以上のように、熱音響現象を例に説明を行ったが、本発明は、熱音響現象に基づいた熱音響機関に限定されず、流体の振動流を利用する蓄熱器を備えるスターリングエンジン、パルス管冷凍機、ＧＭ冷凍機、スターリングクーラー、ヒートパイプ、熱音響機関等のエネルギー変換装置に適用可能である。
以上では、制御要素として仕事流を例に説明を行ったが、制御要素として存在する以下のパラメータに関わらず適用可能である。
（１）周波数
（２）位相
（３）インピーダンス
（４）振動振幅
（５）圧力振幅
（６）流速振幅
（１）周波数
（２）位相
（３）インピーダンス
（４）振動振幅
（５）圧力振幅
（６）流速振幅
１ 熱音響システム、１Ａ―１Ｍ 熱音響システム、２ 第１熱音響デバイス、３ 蓄熱器、３Ｃ 第１熱交換器、３Ｄ 第２熱交換器、３Ｒ 流路、４ 第１検出部、６ 第２熱音響デバイス、６ 出力部、７ 蓄熱器、７Ｃ 第３熱交換器、７Ｄ 第４熱交換器、８ 第２検出部、１０ 調整部、１０Ａ ピストン、１０Ｂ ピストンロッド、１０Ｃ 駆動部、１０Ｄ 電源、１２ 制御部、２０ パルス管冷凍機、２１ 蓄熱器、２２ パルス管、２３ 細管、２４ タンク、３０ 発電機、３０Ａ ピストン、３０Ｂ ピストンロッド、３０Ｃ 電磁コイル、３０Ｆ 負荷、４０ 調整部、４０Ａ ピストン、４０Ｂ ピストン、４０Ｃ ピストンロッド、４０Ｄ 駆動部、４０Ｅ 電源、Ｐ 管路、Ｐ１ 第１ループ管、Ｐ２ 第２ループ管、Ｐ３ 直管部、Ｐ４−Ｐ７ 分岐管、Ｒ リニアモータ
Claims (15)
- 管路長が固定された管路内を進行する振動流を利用した熱音響システムであって、
熱量の供給により前記管路に仕事流を発生・増幅させる少なくとも１つ以上の原動用の熱音響デバイスと、
前記熱音響デバイスにより発生した前記仕事流を入力し、出力を取り出す出力部と、
前記管路に接続され前記振動流の仕事流と音場のうち少なくとも１つを調整する調整部と、
前記熱音響デバイスにおけるパラメータの変化を検出する第１検出部と、
前記第１検出部の第１出力値に基づいて、前記調整部を制御して前記出力部からの前記出力を調整する制御部と、を備える、
熱音響システム。 - 前記第１検出部は、原動用の原動機の温度、冷却機の温度、前記原動機から出力される仕事流、前記管路に励起している周波数、前記管路における位相、前記管路におけるインピーダンス、前記管路における振動振幅、前記管路における圧力振幅、前記管路における流速振幅の各パラメータのうち、少なくとも１つを検出する、
請求項１に記載の熱音響システム。 - 前記制御部は、前記第１出力値が基準以上である場合、前記調整部を制御して前記仕事流を減少させ前記出力部からの前記出力を減少させる、
請求項１または２に記載の熱音響システム。 - 前記制御部は、前記第１出力値が基準未満である場合、前記調整部を制御して前記仕事流を増加させ前記出力部からの前記出力を増加させる、
請求項１または２に記載の熱音響システム。 - 前記制御部は、前記第１検出部で検出した前記パラメータのうち音場が基準に比して差異を有する場合、前記調整部を制御して前記音場を前記基準となるように調整する、
請求項１または２に記載の熱音響システム。 - 前記出力部の出力値を検出する第２検出部を備え、
前記第１出力値と前記第２検出部の第２出力値とに基づいて、前記調整部を制御して前記出力部の出力を設定値となるように調整する、
請求項１から５のうちいずれか１項に記載の熱音響システム。 - 前記調整部は、リニアモータを備え、
前記制御部は、前記リニアモータに前記仕事流を入力させ発電を行わせ前記仕事流を減少させる、
請求項１から５のうちいずれか１項に記載の熱音響システム。 - 前記調整部は、リニアモータを備え、
前記制御部は、前記リニアモータに他の仕事流を出力させ前記仕事流を増加させる、
請求項１から７のうちいずれか１項に記載の熱音響システム。 - 前記出力部は、他の熱音響デバイスを備え、前記仕事流に基づいて冷熱を出力するように構成されている、
請求項１から８のうちいずれか１項に記載の熱音響システム。 - 前記出力部は、パルス管冷凍機を備え、前記仕事流に基づいて冷熱を出力するように構成されている、
請求項１から８のうちいずれか１項に記載の熱音響システム。 - 前記出力部は、発電機を備え、前記仕事流に基づいて発電するように構成されている、
請求項１から８のうちいずれか１項に記載の熱音響システム。 - 前記管路は、直管状に形成された直管部と、
前記直管部の一端に設けられたループ状に形成された第１ループ管とを備える、
請求項１から１１のうちいずれか１項に記載の熱音響システム。 - 前記管路は、前記直管部の他端に設けられたループ状に形成された第２ループ管を備える、
請求項１２に記載の熱音響システム。 - 前記管路は、ループ状に形成されている、
請求項１から１１のうちいずれか１項に記載の熱音響システム。 - 管路長が固定された管路内を進行する振動流を利用した熱音響システムの制御方法であって、
前記管路に仕事流を発生・増幅させる少なくとも１つ以上の原動用の熱音響デバイスに熱量を供給し、
前記熱音響デバイスより発生した前記仕事流を出力部に入力し、
前記出力部から出力を取り出し、
前記熱音響デバイスにおけるパラメータの変化をを第１出力値として検出し、
前記第１出力値に基づいて、前記管路に接続された調整部を制御して前記振動流の仕事流と音場のうち少なくとも１つを調整し前記出力を調整する、
熱音響システムの制御方法。
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| JP2020032321A JP2021135005A (ja) | 2020-02-27 | 2020-02-27 | 熱音響システム及び熱音響システムの制御方法 |
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| JP2021135005A true JP2021135005A (ja) | 2021-09-13 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102022213391A1 (de) | 2022-12-09 | 2024-06-20 | Mahle International Gmbh | Kolben |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003324932A (ja) * | 2002-04-26 | 2003-11-14 | Denso Corp | 熱音響発電機 |
| JP2005345023A (ja) * | 2004-06-03 | 2005-12-15 | Toyota Motor Corp | 熱音響エンジン |
| JP2006214406A (ja) * | 2005-02-07 | 2006-08-17 | Denso Corp | 熱音響装置 |
| JP2007237020A (ja) * | 2006-03-06 | 2007-09-20 | Denso Corp | 熱音響装置 |
| US20160177802A1 (en) * | 2014-12-17 | 2016-06-23 | Sdmo Industries | Acoustic Energy Cooling Source |
| WO2018163419A1 (ja) * | 2017-03-10 | 2018-09-13 | 日揮株式会社 | 吸気排気装置、及び天然ガス処理設備 |
| JP2019078499A (ja) * | 2017-10-26 | 2019-05-23 | 学校法人東海大学 | 枝管付きループ型熱音響機関 |
-
2020
- 2020-02-27 JP JP2020032321A patent/JP2021135005A/ja active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003324932A (ja) * | 2002-04-26 | 2003-11-14 | Denso Corp | 熱音響発電機 |
| JP2005345023A (ja) * | 2004-06-03 | 2005-12-15 | Toyota Motor Corp | 熱音響エンジン |
| JP2006214406A (ja) * | 2005-02-07 | 2006-08-17 | Denso Corp | 熱音響装置 |
| JP2007237020A (ja) * | 2006-03-06 | 2007-09-20 | Denso Corp | 熱音響装置 |
| US20160177802A1 (en) * | 2014-12-17 | 2016-06-23 | Sdmo Industries | Acoustic Energy Cooling Source |
| WO2018163419A1 (ja) * | 2017-03-10 | 2018-09-13 | 日揮株式会社 | 吸気排気装置、及び天然ガス処理設備 |
| JP2019078499A (ja) * | 2017-10-26 | 2019-05-23 | 学校法人東海大学 | 枝管付きループ型熱音響機関 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102022213391A1 (de) | 2022-12-09 | 2024-06-20 | Mahle International Gmbh | Kolben |
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