JPH0814679A - 熱音響冷凍サイクル及び冷却装置 - Google Patents
熱音響冷凍サイクル及び冷却装置Info
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- JPH0814679A JPH0814679A JP17013294A JP17013294A JPH0814679A JP H0814679 A JPH0814679 A JP H0814679A JP 17013294 A JP17013294 A JP 17013294A JP 17013294 A JP17013294 A JP 17013294A JP H0814679 A JPH0814679 A JP H0814679A
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- tube
- heat
- stack
- working fluid
- vibration
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used
- F25B2309/1402—Pulse-tube cycles with acoustic driver
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used
- F25B2309/1403—Pulse-tube cycles with heat input into acoustic driver
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used
- F25B2309/1416—Pulse-tube cycles characterised by regenerator stack details
Abstract
(57)【要約】
【目的】 簡易な構造で動作流体を振動させることがで
きる熱音響冷凍サイクルを提供し、この熱音響冷凍サイ
クルを用いた冷却装置を提供する。 【構成】 熱音響冷凍サイクルは、所定の長さに設定さ
れ、内部に流体を有するチューブと、このチューブの一
端に取付られ、外部振動によって前記所定長さの波長に
対応する固有振動数で自励振動を行う振動機構と、前記
チューブの他端近傍に配され、前記流体の振動方向に平
行に複数のプレートを配して形成されたスタックとを有
し、冷却装置は、この熱音響冷凍サイクルと、前記チュ
ーブに周設され、被冷却物を収容するタンクと、前記ス
タックの一端側に設けられ、前記チューブ内の流体と前
記タンク内の被冷却物との熱交換を行う第１の熱交換手
段と、前記スタックの他端側であって前記チューブの端
部に設けられ、前記チューブ内の流体と外部とを熱的に
連通する第２の熱交換手段とを有する。
きる熱音響冷凍サイクルを提供し、この熱音響冷凍サイ
クルを用いた冷却装置を提供する。 【構成】 熱音響冷凍サイクルは、所定の長さに設定さ
れ、内部に流体を有するチューブと、このチューブの一
端に取付られ、外部振動によって前記所定長さの波長に
対応する固有振動数で自励振動を行う振動機構と、前記
チューブの他端近傍に配され、前記流体の振動方向に平
行に複数のプレートを配して形成されたスタックとを有
し、冷却装置は、この熱音響冷凍サイクルと、前記チュ
ーブに周設され、被冷却物を収容するタンクと、前記ス
タックの一端側に設けられ、前記チューブ内の流体と前
記タンク内の被冷却物との熱交換を行う第１の熱交換手
段と、前記スタックの他端側であって前記チューブの端
部に設けられ、前記チューブ内の流体と外部とを熱的に
連通する第２の熱交換手段とを有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、チューブ内に封入さ
れ、流体（動作流体）を静的な第２の熱力学的媒体（ス
タック）間に対して振動させることによって熱交換を行
うことのできる熱音響冷凍サイクル及びその熱音響冷凍
サイクルを使用した冷却装置に関する。
れ、流体（動作流体）を静的な第２の熱力学的媒体（ス
タック）間に対して振動させることによって熱交換を行
うことのできる熱音響冷凍サイクル及びその熱音響冷凍
サイクルを使用した冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】熱音響冷凍サイクルについては、「冷凍
−第６８巻第７８８号：平成５年６月号」に掲載された
論文「熱音響冷凍：著者；Steven L. Garrett 及びThom
as J.Hofler」に記載されている。この論文において示
される熱音響冷凍サイクルは、動作流体（通常、不活性
ガス）が封入されたチューブと、このチューブの一端に
配された音響スピーカと、このチューブの端部近傍に設
けられた複数のプレートからなる第２の熱力学的媒体
（スタック）とによって構成される。
−第６８巻第７８８号：平成５年６月号」に掲載された
論文「熱音響冷凍：著者；Steven L. Garrett 及びThom
as J.Hofler」に記載されている。この論文において示
される熱音響冷凍サイクルは、動作流体（通常、不活性
ガス）が封入されたチューブと、このチューブの一端に
配された音響スピーカと、このチューブの端部近傍に設
けられた複数のプレートからなる第２の熱力学的媒体
（スタック）とによって構成される。
【０００３】以上の構成の熱音響冷凍サイクルにおい
て、音響スピーカーがチューブ内で定在波を起こす周波
数で振動すると、前記動作流体はスタックを形成するプ
レート間に沿って前後に振動し、定在音波に伴う圧力変
化が原因となって断熱圧縮及び断熱膨張が生じることと
なり、その温度が変化する。
て、音響スピーカーがチューブ内で定在波を起こす周波
数で振動すると、前記動作流体はスタックを形成するプ
レート間に沿って前後に振動し、定在音波に伴う圧力変
化が原因となって断熱圧縮及び断熱膨張が生じることと
なり、その温度が変化する。
【０００４】この温度変化の状態を図２により説明する
と、プレート（説明上、動作流体小部分の移動範囲−ｘ
から＋ｘまでを切り取ったもの）は平均温度（Ｔm ）及
び温度勾配ΔＴで示す温度勾配を有するものと仮定す
る。したがって、この動作流体小部分の移動する左端
（最も膨張した点）におけるプレート温度はＴm −ｘΔ
Ｔであり、移動の右端（最も圧縮した点）におけるプレ
ート温度はＴm ＋ｘΔＴである。
と、プレート（説明上、動作流体小部分の移動範囲−ｘ
から＋ｘまでを切り取ったもの）は平均温度（Ｔm ）及
び温度勾配ΔＴで示す温度勾配を有するものと仮定す
る。したがって、この動作流体小部分の移動する左端
（最も膨張した点）におけるプレート温度はＴm −ｘΔ
Ｔであり、移動の右端（最も圧縮した点）におけるプレ
ート温度はＴm ＋ｘΔＴである。
【０００５】第１のステップにおいて、動作流体が左端
から右端に移動した場合（プレートに沿って２ｘの距離
移送された場合）、動作流体の温度は断熱圧縮分を含め
て、Ｔm −ｘΔＴからＴm −ｘΔＴ＋２Ｔ1 （Ｔ1 ：断
熱温度変化）に上昇する（｜ｘΔＴ｜＜｜２Ｔ1 ｜）。
尚、温度上昇分ΔＱ＝（Ｔm −ｘΔＴ＋２Ｔ1 ）−（Ｔ
m ＋ｘΔＴ）とする。
から右端に移動した場合（プレートに沿って２ｘの距離
移送された場合）、動作流体の温度は断熱圧縮分を含め
て、Ｔm −ｘΔＴからＴm −ｘΔＴ＋２Ｔ1 （Ｔ1 ：断
熱温度変化）に上昇する（｜ｘΔＴ｜＜｜２Ｔ1 ｜）。
尚、温度上昇分ΔＱ＝（Ｔm −ｘΔＴ＋２Ｔ1 ）−（Ｔ
m ＋ｘΔＴ）とする。
【０００６】第２のステップにおいて、温められた動作
流体小部分が熱（ΔＱ）を一定圧力のもとで熱伝導によ
ってプレートに伝え、その温度はプレートの温度（Ｔm
＋ｘΔＴ）まで下がる。
流体小部分が熱（ΔＱ）を一定圧力のもとで熱伝導によ
ってプレートに伝え、その温度はプレートの温度（Ｔm
＋ｘΔＴ）まで下がる。
【０００７】第３のステップにおいて、動作流体がプレ
ートに沿って−ｘの位置まで移送され、断熱膨張によっ
てその温度はＴm ＋ｘΔＴ−２Ｔ1 まで下がる。この温
度は、元の温度Ｔm −ｘΔＴよりΔＱ分低くなる。した
がって、第４のステップにおいて、動作流体小部分はプ
レートから熱（ΔＱ）を吸収し、元の温度（Ｔm −ｘΔ
Ｔ）まで上昇する。このサイクルが繰り返されることに
より、熱は動作流体小部分の最も膨張した点から最も圧
縮した点に移動する。
ートに沿って−ｘの位置まで移送され、断熱膨張によっ
てその温度はＴm ＋ｘΔＴ−２Ｔ1 まで下がる。この温
度は、元の温度Ｔm −ｘΔＴよりΔＱ分低くなる。した
がって、第４のステップにおいて、動作流体小部分はプ
レートから熱（ΔＱ）を吸収し、元の温度（Ｔm −ｘΔ
Ｔ）まで上昇する。このサイクルが繰り返されることに
より、熱は動作流体小部分の最も膨張した点から最も圧
縮した点に移動する。
【０００８】したがって、スタック全長を考えると、熱
ポンププロセス全体は、各動作流体小部分が温度の低い
左端部分から熱を奪い、温度の高い右端部分へ熱を与え
るといったいわゆる「バケツリレー」に類似したものと
なり、スタックの左端部（冷却側）から右端部（加熱
側）へと熱を移動させることとなる。
ポンププロセス全体は、各動作流体小部分が温度の低い
左端部分から熱を奪い、温度の高い右端部分へ熱を与え
るといったいわゆる「バケツリレー」に類似したものと
なり、スタックの左端部（冷却側）から右端部（加熱
側）へと熱を移動させることとなる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記引
例においては、動作流体の振動源として音響スピーカー
を用いているために、電気エネルギー等の有料の動力供
給源を常に具備しなければならないという問題点があっ
た。
例においては、動作流体の振動源として音響スピーカー
を用いているために、電気エネルギー等の有料の動力供
給源を常に具備しなければならないという問題点があっ
た。
【００１０】このために、この発明は、簡易な構造で動
作流体を振動させることができる熱音響冷凍サイクルを
提供すると共に、この熱音響冷凍サイクルを用いた冷却
装置を提供することを目的としている。
作流体を振動させることができる熱音響冷凍サイクルを
提供すると共に、この熱音響冷凍サイクルを用いた冷却
装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】しかして、この発明の熱
音響冷凍サイクルは、所定の長さに設定され、内部に流
体を有するチューブと、このチューブの一端に取付ら
れ、外部振動によって前記所定長さの波長に対応する固
有振動数で自励振動を行う振動機構と、前記チューブ内
の他端近傍に配され、前記流体の振動方向と平行である
複数のプレートを所定の間隔で積層してなるスタックと
を具備することにある（請求項１）。
音響冷凍サイクルは、所定の長さに設定され、内部に流
体を有するチューブと、このチューブの一端に取付ら
れ、外部振動によって前記所定長さの波長に対応する固
有振動数で自励振動を行う振動機構と、前記チューブ内
の他端近傍に配され、前記流体の振動方向と平行である
複数のプレートを所定の間隔で積層してなるスタックと
を具備することにある（請求項１）。
【００１２】さらに、この発明熱音響冷凍サイクルを使
用した冷却装置は、所定の長さに設定され、内部に流体
を有するチューブと、このチューブの一端に取付られ、
外部振動によって前記所定長さの波長に対応する固有振
動数で自励振動を行う振動機構と、前記チューブ内の他
端近傍に配され、前記流体の振動方向と平行である複数
のプレートを所定の間隔で積層してなるスタックと、前
記チューブに周設され、被冷却物を収容するタンクと、
前記スタックの一端側に設けられ、前記チューブ内の流
体と前記タンク内の被冷却物との熱交換を行う第１の熱
交換手段と、前記スタックの他端側であって前記チュー
ブの端部に設けられ、前記チューブ内の流体と外部とを
熱的に連通する第２の熱交換手段とを具備したことにあ
る（請求項２）。
用した冷却装置は、所定の長さに設定され、内部に流体
を有するチューブと、このチューブの一端に取付られ、
外部振動によって前記所定長さの波長に対応する固有振
動数で自励振動を行う振動機構と、前記チューブ内の他
端近傍に配され、前記流体の振動方向と平行である複数
のプレートを所定の間隔で積層してなるスタックと、前
記チューブに周設され、被冷却物を収容するタンクと、
前記スタックの一端側に設けられ、前記チューブ内の流
体と前記タンク内の被冷却物との熱交換を行う第１の熱
交換手段と、前記スタックの他端側であって前記チュー
ブの端部に設けられ、前記チューブ内の流体と外部とを
熱的に連通する第２の熱交換手段とを具備したことにあ
る（請求項２）。
【００１３】また、前記冷却装置の振動機構は、前記所
定波長に対応する固有振動数を有するスプリングと、こ
のスプリングの端部に取付られた振動板によって構成し
てもよい（請求項３）。
定波長に対応する固有振動数を有するスプリングと、こ
のスプリングの端部に取付られた振動板によって構成し
てもよい（請求項３）。
【００１４】
【作用】したがって、請求項１記載の発明においては、
チューブ内の流体を、チューブの一端に取付られた振動
機構によって、外部振動を動力源として前記所定長さの
波長に対応する固有振動数で自励振動を行うようにした
ために、例えば自動車のエンジンによる振動や手で振る
ことによって、流体をチューブの長さに対応する振動数
で振動させることができ、熱音響冷凍サイクルの熱ポン
プを構成できるため、上記課題を達成することができ
る。
チューブ内の流体を、チューブの一端に取付られた振動
機構によって、外部振動を動力源として前記所定長さの
波長に対応する固有振動数で自励振動を行うようにした
ために、例えば自動車のエンジンによる振動や手で振る
ことによって、流体をチューブの長さに対応する振動数
で振動させることができ、熱音響冷凍サイクルの熱ポン
プを構成できるため、上記課題を達成することができ
る。
【００１５】また、請求項２記載の発明においては、前
記チューブの周囲に被冷却物を収容するタンクを周設
し、前記スタックの一端側（冷却側）に前記チューブ内
の流体と前記タンク内の被冷却物との熱交換を行う第１
の熱交換手段を設け、さらに前記スタックの他端側（加
熱側）であって前記チューブの端部に前記チューブ内の
流体と外部とを熱的に連通する第２の熱交換手段を設け
たことによって、自動車の振動若しくは手で振ることに
よって振動機構を振動させて熱音響冷凍サイクルを作動
させ、第１の熱交換手段で被冷却物から受け取った熱を
スタックの加熱側に移動させ、第２の熱交換手段によっ
て外部に放出することができるために、被冷却物の冷却
をすることができ、上記課題を達成することができる。
記チューブの周囲に被冷却物を収容するタンクを周設
し、前記スタックの一端側（冷却側）に前記チューブ内
の流体と前記タンク内の被冷却物との熱交換を行う第１
の熱交換手段を設け、さらに前記スタックの他端側（加
熱側）であって前記チューブの端部に前記チューブ内の
流体と外部とを熱的に連通する第２の熱交換手段を設け
たことによって、自動車の振動若しくは手で振ることに
よって振動機構を振動させて熱音響冷凍サイクルを作動
させ、第１の熱交換手段で被冷却物から受け取った熱を
スタックの加熱側に移動させ、第２の熱交換手段によっ
て外部に放出することができるために、被冷却物の冷却
をすることができ、上記課題を達成することができる。
【００１６】さらに、請求項３記載の発明においては、
前記振動機構を、スプリングと、このスプリングの端部
に取付られた振動板によって構成したことによって、自
動車のエンジンよる振動や手で振ることによって振動板
を動かし、この振動板の重さ、スプリングの強さ、流体
の密度及び圧力等の条件によって前記所定の長さの波長
に対応する振動数と一致するように設定された固有振動
数で振動板が振動するために、チューブ内の流体をチュ
ーブ内で定在波が生じる振動数で振動させることがで
き、上記課題をさらに達成することができる。
前記振動機構を、スプリングと、このスプリングの端部
に取付られた振動板によって構成したことによって、自
動車のエンジンよる振動や手で振ることによって振動板
を動かし、この振動板の重さ、スプリングの強さ、流体
の密度及び圧力等の条件によって前記所定の長さの波長
に対応する振動数と一致するように設定された固有振動
数で振動板が振動するために、チューブ内の流体をチュ
ーブ内で定在波が生じる振動数で振動させることがで
き、上記課題をさらに達成することができる。
【００１７】
【実施例】以下、この発明の実施例について説明する。
【００１８】図１に示す冷却装置１は、チューブ２と、
このチューブ２の一端に設けられた振動機構３と、前記
チューブ２に周設されたタンク４とによって構成され
る。
このチューブ２の一端に設けられた振動機構３と、前記
チューブ２に周設されたタンク４とによって構成され
る。
【００１９】前記チューブ２は、振動機構３と対向する
端部にアルミニウム、アルミニウム合金等によって形成
された放熱用熱交換器（第２の熱交換手段）５を有し、
この放熱用熱交換器５に隣接してスタック６が形成され
ている。
端部にアルミニウム、アルミニウム合金等によって形成
された放熱用熱交換器（第２の熱交換手段）５を有し、
この放熱用熱交換器５に隣接してスタック６が形成され
ている。
【００２０】このスタック６は、内部にアルミニウム若
しくはアルミニウム合金、セラミクッス等の伝熱体で形
成された複数のプレート７を有し、これらのプレート７
は、前記チューブ２の短手方向に積層されてスタック６
を形成している。尚、このスタック６に周設されてチュ
ーブ２を構成する外周部分は、熱伝導しない物質、例え
ば合成樹脂等によって形成されるものである。
しくはアルミニウム合金、セラミクッス等の伝熱体で形
成された複数のプレート７を有し、これらのプレート７
は、前記チューブ２の短手方向に積層されてスタック６
を形成している。尚、このスタック６に周設されてチュ
ーブ２を構成する外周部分は、熱伝導しない物質、例え
ば合成樹脂等によって形成されるものである。
【００２１】また、前記チューブ２にはこのスタック６
の他端側に隣接して、アルミニウム、アルミニウム合金
等によって形成された吸熱用熱交換器（第１の熱交換手
段）８が設けられている。これによって、前記スタック
６の一端側（加熱側）に放熱用熱交換器５が、前記スタ
ック６の他端側（冷却側）に吸熱用熱交換器８が配され
ることとなる。
の他端側に隣接して、アルミニウム、アルミニウム合金
等によって形成された吸熱用熱交換器（第１の熱交換手
段）８が設けられている。これによって、前記スタック
６の一端側（加熱側）に放熱用熱交換器５が、前記スタ
ック６の他端側（冷却側）に吸熱用熱交換器８が配され
ることとなる。
【００２２】前記チューブ２の一端に設けられた振動機
構３は、前記チューブ２に連設される外部ケース１１
と、所定のバネ係数を有するスプリング９と、このスプ
リング９の一端に固着された振動板１０とによって構成
される。これによって、下記する動作流体の密度及び圧
力、振動板１０の質量、スプリングのバネ係数等によっ
て、振動機構３の固有振動数が設定され、外部からの振
動を動力源として前記固有振動数で振動するものであ
る。
構３は、前記チューブ２に連設される外部ケース１１
と、所定のバネ係数を有するスプリング９と、このスプ
リング９の一端に固着された振動板１０とによって構成
される。これによって、下記する動作流体の密度及び圧
力、振動板１０の質量、スプリングのバネ係数等によっ
て、振動機構３の固有振動数が設定され、外部からの振
動を動力源として前記固有振動数で振動するものであ
る。
【００２３】尚、外部からの振動として、自動車のエン
ジン振動、手による振動（手で振ること）、体につける
ことによる歩行による振動等がある。また、本実施例で
は、振動板を振動させる付勢手段としてスプリングを用
いたが、スプリングの代わりに所定の圧力の気体若しく
は液体を封入したクッション、ゴム、合成ゴム、合成樹
脂等の弾性部材を使用してもよいものである。
ジン振動、手による振動（手で振ること）、体につける
ことによる歩行による振動等がある。また、本実施例で
は、振動板を振動させる付勢手段としてスプリングを用
いたが、スプリングの代わりに所定の圧力の気体若しく
は液体を封入したクッション、ゴム、合成ゴム、合成樹
脂等の弾性部材を使用してもよいものである。
【００２４】尚、本実施例ではこの外部ケース１１及び
チューブ２内は、密閉されて状態になっており、内部に
所定の圧力の動作流体が封入されている。この実施例に
おいては、この動作流体として、不活性ガス、特にヘリ
ウムガスを使用するが、窒素ガスを使用してもよいもの
である。また、チューブ２内を１気圧の状態で使用する
場合は、外部と導通させ、動作流体として空気を使用し
ても良いものである。さらに、前記チューブ２は、前記
振動機構３によって振動する前記動作流体の振動数に対
応する波長（λ）の４分の１の長さ（λ／４）に設定さ
れ、この振動数に対応する波長の定在波が生じるように
なっている。
チューブ２内は、密閉されて状態になっており、内部に
所定の圧力の動作流体が封入されている。この実施例に
おいては、この動作流体として、不活性ガス、特にヘリ
ウムガスを使用するが、窒素ガスを使用してもよいもの
である。また、チューブ２内を１気圧の状態で使用する
場合は、外部と導通させ、動作流体として空気を使用し
ても良いものである。さらに、前記チューブ２は、前記
振動機構３によって振動する前記動作流体の振動数に対
応する波長（λ）の４分の１の長さ（λ／４）に設定さ
れ、この振動数に対応する波長の定在波が生じるように
なっている。
【００２５】また、前記チューブ２に周設されたタンク
４は、合成樹脂等からなる断熱部材によって形成され、
内部に水、ジュース等の被冷却物が収容される。このタ
ンク４の中央部分には、前記チューブ２の吸熱用熱交換
器８の放熱板８ａが突出しており、前記被冷却物の熱を
前記動作流体に伝導するようになっている。尚、図中に
記載された１２は前記タンク４に被冷却物を入れるため
の口であり、１３はその口１２に取付られるキャップで
ある。
４は、合成樹脂等からなる断熱部材によって形成され、
内部に水、ジュース等の被冷却物が収容される。このタ
ンク４の中央部分には、前記チューブ２の吸熱用熱交換
器８の放熱板８ａが突出しており、前記被冷却物の熱を
前記動作流体に伝導するようになっている。尚、図中に
記載された１２は前記タンク４に被冷却物を入れるため
の口であり、１３はその口１２に取付られるキャップで
ある。
【００２６】以上の構成の冷却装置１において、チュー
ブ２及び振動機構３によって構成させる熱音響冷凍サイ
クルを、図２によって説明する。
ブ２及び振動機構３によって構成させる熱音響冷凍サイ
クルを、図２によって説明する。
【００２７】前記吸熱用熱交換器８で被冷却物の熱を吸
熱した動作流体は、前記振動機構３によって前記チュー
ブ２内で定在波が生じるように振動する。この振動によ
って、前記スタック６上で下記する熱ポンププロセスが
作用し、前記動作流体が吸熱した熱は、前記スタック６
の冷却側から加熱側に順次スタック６上を移動してい
き、最終的に熱を吸熱して動作流体から放熱側熱交換器
５を介して外部に熱が放熱されるものである。この熱ポ
ンププロセスが繰り返されることによって、被冷却物の
熱が外部に放熱され、被冷却物の冷却を行うことができ
る。
熱した動作流体は、前記振動機構３によって前記チュー
ブ２内で定在波が生じるように振動する。この振動によ
って、前記スタック６上で下記する熱ポンププロセスが
作用し、前記動作流体が吸熱した熱は、前記スタック６
の冷却側から加熱側に順次スタック６上を移動してい
き、最終的に熱を吸熱して動作流体から放熱側熱交換器
５を介して外部に熱が放熱されるものである。この熱ポ
ンププロセスが繰り返されることによって、被冷却物の
熱が外部に放熱され、被冷却物の冷却を行うことができ
る。
【００２８】以下、前記熱ポンププロセスについて説明
する。前記プレート７の小部分（説明上、動作流体小部
分の移動範囲−ｘから＋ｘまでを切り取ったもの）にお
いて、このプレート７の小部分は、平均温度（Ｔm ）及
び温度勾配ΔＴで示す温度勾配を有するものと仮定す
る。したがって、この動作流体小部分の移動する左端
（最も膨張した点）におけるプレート温度はＴm −ｘΔ
Ｔとなり、移動の右端（最も圧縮した点）におけるプレ
ート温度はＴm ＋ｘΔＴとなる。
する。前記プレート７の小部分（説明上、動作流体小部
分の移動範囲−ｘから＋ｘまでを切り取ったもの）にお
いて、このプレート７の小部分は、平均温度（Ｔm ）及
び温度勾配ΔＴで示す温度勾配を有するものと仮定す
る。したがって、この動作流体小部分の移動する左端
（最も膨張した点）におけるプレート温度はＴm −ｘΔ
Ｔとなり、移動の右端（最も圧縮した点）におけるプレ
ート温度はＴm ＋ｘΔＴとなる。
【００２９】第１のステップにおいて、動作流体の圧縮
過程において動作流体小部分が左端から右端に移動した
場合（プレートに沿って２ｘの距離移送された場合）、
動作流体の温度は断熱圧縮分を含めて、Ｔm −ｘΔＴか
らＴm −ｘΔＴ＋２Ｔ1 （Ｔ1 ：断熱温度変化）に上昇
する（｜ｘΔＴ｜＜｜２Ｔ1 ｜）。尚、温度上昇分ΔＱ
＝（Ｔm −ｘΔＴ＋２Ｔ1 ）−（Ｔm ＋ｘΔＴ）とす
る。
過程において動作流体小部分が左端から右端に移動した
場合（プレートに沿って２ｘの距離移送された場合）、
動作流体の温度は断熱圧縮分を含めて、Ｔm −ｘΔＴか
らＴm −ｘΔＴ＋２Ｔ1 （Ｔ1 ：断熱温度変化）に上昇
する（｜ｘΔＴ｜＜｜２Ｔ1 ｜）。尚、温度上昇分ΔＱ
＝（Ｔm −ｘΔＴ＋２Ｔ1 ）−（Ｔm ＋ｘΔＴ）とす
る。
【００３０】第２のステップにおいて、温められた動作
流体小部分が熱（ΔＱ）を一定圧力のもとで熱伝導によ
ってプレートに伝え、その温度はプレートの温度（Ｔm
＋ｘΔＴ）まで下がる。
流体小部分が熱（ΔＱ）を一定圧力のもとで熱伝導によ
ってプレートに伝え、その温度はプレートの温度（Ｔm
＋ｘΔＴ）まで下がる。
【００３１】第３のステップにおいて、動作流体がプレ
ートに沿って−ｘの位置まで移送され、断熱膨張によっ
てその温度はＴm ＋ｘΔＴ−２Ｔ1 まで下がる。この温
度は、元の温度Ｔm −ｘΔＴよりΔＱ分低くなる。した
がって、第４のステップにおいて、動作流体小部分はプ
レートから熱（ΔＱ）を吸収し、元の温度（Ｔm −ｘΔ
Ｔ）まで上昇する。このサイクルが繰り返されることに
より、熱は動作流体小部分の最も膨張した点から最も圧
縮した点に移動する。
ートに沿って−ｘの位置まで移送され、断熱膨張によっ
てその温度はＴm ＋ｘΔＴ−２Ｔ1 まで下がる。この温
度は、元の温度Ｔm −ｘΔＴよりΔＱ分低くなる。した
がって、第４のステップにおいて、動作流体小部分はプ
レートから熱（ΔＱ）を吸収し、元の温度（Ｔm −ｘΔ
Ｔ）まで上昇する。このサイクルが繰り返されることに
より、熱は動作流体小部分の最も膨張した点から最も圧
縮した点に移動する。
【００３２】したがって、スタック全長を考えると、熱
ポンププロセス全体は、各動作流体小部分が温度の低い
左端部分から熱を奪い、温度の高い右端部分へ熱を与え
るといったいわゆる「バケツリレー」に類似したものと
なり、スタックの左端部（冷却側）から右端部（加熱
側）へと熱を移動させることとなる。
ポンププロセス全体は、各動作流体小部分が温度の低い
左端部分から熱を奪い、温度の高い右端部分へ熱を与え
るといったいわゆる「バケツリレー」に類似したものと
なり、スタックの左端部（冷却側）から右端部（加熱
側）へと熱を移動させることとなる。
【００３３】以上により、冷却装置１を自動車内に置い
たり、また手で振ることによって振動機構３を振動させ
ることができるために、冷却装置１を携帯することによ
って被冷却物を冷却することができるものである。
たり、また手で振ることによって振動機構３を振動させ
ることができるために、冷却装置１を携帯することによ
って被冷却物を冷却することができるものである。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
熱音響冷凍サイクルの振動機構が、外部振動、例えば自
動車の振動若しくは手で振ることによって、その固有振
動数で自励振動するために、チューブ内の動作流体を振
動させることができ、簡易な方法で熱音響冷凍サイクル
を作動させることができる。
熱音響冷凍サイクルの振動機構が、外部振動、例えば自
動車の振動若しくは手で振ることによって、その固有振
動数で自励振動するために、チューブ内の動作流体を振
動させることができ、簡易な方法で熱音響冷凍サイクル
を作動させることができる。
【００３５】また、上記熱音響冷凍サイクルによってタ
ンク内の被冷却物を冷却するようにしたことによって、
有料のエネルギーを使用することなく、手で振ったり、
体につけて歩行したり、自動車内に置くことによって得
られる振動によって動作流体を振動させることができる
ために、被冷却物を冷却することができるものである。
ンク内の被冷却物を冷却するようにしたことによって、
有料のエネルギーを使用することなく、手で振ったり、
体につけて歩行したり、自動車内に置くことによって得
られる振動によって動作流体を振動させることができる
ために、被冷却物を冷却することができるものである。
【図１】本発明に係る熱音響冷凍サイクルを備えた冷却
装置を示した断面図である。
装置を示した断面図である。
【図２】熱音響冷凍サイクルの熱ポンププロセスを示し
た説明図である。
た説明図である。
１ 冷却装置 ２ チューブ ３ 振動機構 ４ タンク ５ 放熱用熱交換器（第２の熱交換手段） ６ スタック ７ プレート ８ 吸熱用熱交換器（第１の熱交換手段） ９ スプリング １０ 振動板 １１ 外部ケース
Claims (3)
- 【請求項１】 所定の長さに設定され、内部に流体を有
するチューブと、 このチューブの一端に取付られ、外部振動によって前記
所定長さの波長に対応する固有振動数で自励振動を行う
振動機構と、 前記チューブ内の他端近傍に配され、前記流体の振動方
向と平行である複数のプレートを所定の間隔で積層して
なるスタックとを具備することを特徴とする熱音響冷凍
サイクル。 - 【請求項２】 所定の長さに設定され、内部に流体を有
するチューブと、 このチューブの一端に取付られ、外部振動によって前記
所定長さの波長に対応する固有振動数で自励振動を行う
振動機構と、 前記チューブ内の他端近傍に配され、前記流体の振動方
向と平行である複数のプレートを所定の間隔で積層して
なるスタックと、 前記チューブに周設され、被冷却物を収容するタンク
と、 前記スタックの一端側に設けられ、前記チューブ内の流
体と前記タンク内の被冷却物との熱交換を行う第１の熱
交換手段と、 前記スタックの他端側であって前記チューブの端部に設
けられ、前記チューブ内の流体と外部とを熱的に連通す
る第２の熱交換手段とを具備したことを特徴とする冷却
装置。 - 【請求項３】 前記振動機構は、前記所定波長に対応す
る固有振動数を有するスプリングと、このスプリングの
端部に取付られた振動板によって構成されることを特徴
とする請求項１又は２記載の冷却装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17013294A JPH0814679A (ja) | 1994-06-29 | 1994-06-29 | 熱音響冷凍サイクル及び冷却装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17013294A JPH0814679A (ja) | 1994-06-29 | 1994-06-29 | 熱音響冷凍サイクル及び冷却装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0814679A true JPH0814679A (ja) | 1996-01-19 |
Family
ID=15899256
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17013294A Pending JPH0814679A (ja) | 1994-06-29 | 1994-06-29 | 熱音響冷凍サイクル及び冷却装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0814679A (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004001303A1 (ja) * | 2002-06-19 | 2003-12-31 | Japan Aerospace Exploration Agency | 圧力振動発生装置 |
| US6711905B2 (en) | 2002-04-05 | 2004-03-30 | Lockheed Martin Corporation | Acoustically isolated heat exchanger for thermoacoustic engine |
| KR100454271B1 (ko) * | 2002-08-16 | 2004-10-26 | 엘지전선 주식회사 | 열-음향 구동 오리피스형 맥동관 극저온 냉동장치 |
| JP2006009579A (ja) * | 2004-06-22 | 2006-01-12 | Univ Nihon | 熱音響装置 |
| CN1297789C (zh) * | 2005-02-28 | 2007-01-31 | 西安交通大学 | 多级声波制冷机 |
| JP2007292326A (ja) * | 2006-04-21 | 2007-11-08 | Doshisha | スタック及びその製造方法 |
| JP2008249223A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Doshisha | スタック及びその製造方法 |
| JP2009074734A (ja) * | 2007-09-20 | 2009-04-09 | Aisin Seiki Co Ltd | 熱音響機関 |
| JP2012193685A (ja) * | 2011-03-17 | 2012-10-11 | Hino Motors Ltd | 車両用排熱回収装置 |
| JP2013117324A (ja) * | 2011-12-01 | 2013-06-13 | Isuzu Motors Ltd | 熱音響冷凍装置 |
| JP2013117321A (ja) * | 2011-12-01 | 2013-06-13 | Isuzu Motors Ltd | 熱音響冷凍装置 |
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| JP2016194381A (ja) * | 2015-03-31 | 2016-11-17 | 国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所 | 熱音響機関冷水製造装置及び熱音響機関冷水製造装置付き船舶 |
| WO2018216472A1 (ja) * | 2017-05-25 | 2018-11-29 | 国立大学法人東京農工大学 | 熱輸送デバイス及びこれを用いた炉 |
-
1994
- 1994-06-29 JP JP17013294A patent/JPH0814679A/ja active Pending
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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