JPH10325625A - Acoustic refrigerating device - Google Patents

Acoustic refrigerating device

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Publication number
JPH10325625A
JPH10325625A JP13499397A JP13499397A JPH10325625A JP H10325625 A JPH10325625 A JP H10325625A JP 13499397 A JP13499397 A JP 13499397A JP 13499397 A JP13499397 A JP 13499397A JP H10325625 A JPH10325625 A JP H10325625A
Authority
JP
Japan
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sound wave
speakers
sound
wavelength
cycle
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP13499397A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsuhiro Masuda
光博 増田
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH10325625A publication Critical patent/JPH10325625A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make a gas cycle similar to a Carnot cycle by a method wherein first and second sound wave generating devices are arranged with a distance therebetween an odd number times as large as the specified wavelength of the wavelength of a sound wave, a cold storage member is disposed in a given position, and a sound wave generation control device is provided to control the phases of first and second sound waves. SOLUTION: Speakers 2 and 3 serving as a sound wave generating device are attached to a pipe 1 relatively with a distance therebetween being an odd number times as large as the 1/4 wavelength of a sound wave. Further, a sound wave radiated from the speakers 2 and 3 are controlled by a sound wave generation control device 50 so that the phases are deviated from each other by a distance an odd number times as large as the 1/4 period of the period of a sound wave. In this constitution, from a relation between an arrangement distance between the speakers 2 and 3 and a phase difference, a sound wave progressing in only one-way remains. In this case, a compression stroke occurs in the progressing direction of a sound wave, and when thermal suction and thermal discharge are effected by using a storage coolant 20, heat is conveyed, in order, from a progressing direction to an opposite direction. This heat transfer stroke is reversible and efficiency is high.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、音響冷凍装置に
関し、より特定的にはカルノーサイクルに近似する理想
的なガスサイクルを実現することのできる音響冷凍装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acoustic refrigeration apparatus, and more particularly to an acoustic refrigeration apparatus capable of realizing an ideal gas cycle close to a Carnot cycle.

【0002】[0002]

【従来の技術】音響冷凍装置の1つとして、共鳴管冷凍
装置の構造およびその原理について、図9〜図11を参
照して説明する。まず、図9を参照して、この共鳴管冷
凍装置200の基本的な構造について説明する。一方端
が閉端202Aで他方端が開口端202Bとなったパイ
プ202を有し、音響発生用のスピーカ201および平
板が複数層状に配列されたスタック203とを有してい
る。
2. Description of the Related Art The structure and principle of a resonance tube refrigerator as one of acoustic refrigerators will be described with reference to FIGS. First, a basic structure of the resonance tube refrigeration apparatus 200 will be described with reference to FIG. A pipe 202 has a closed end 202A at one end and an open end 202B at the other end, and has a speaker 201 for generating sound and a stack 203 in which flat plates are arranged in a plurality of layers.

【0003】スピーカ201は、パイプの開口端202
bから閉端202Aへ向けて音波を放射するために設置
され、この共鳴管冷凍装置200の駆動部である。スタ
ック203は、パイプ202内で音波進行方向と平行に
配設され、平板がすべて等間隔となるように並べられて
いる。
[0003] A speaker 201 has an open end 202 of a pipe.
It is installed to emit a sound wave from b to the closed end 202A, and is a driving unit of the resonance tube refrigerator 200. The stack 203 is disposed in the pipe 202 in parallel with the direction of sound wave propagation, and the flat plates are all arranged at equal intervals.

【0004】スピーカ201から音波が発生されると、
スタック203の両端に温度差が発生し、このスタック
203の低温端と高温端とがそれぞれ熱交換機を介して
対象物の冷却および外界への放熱を行なう。このため、
スタック203には、ナイロン、ポリエステル、その他
熱伝導性の低いものが使われている。
When a sound wave is generated from the speaker 201,
A temperature difference occurs at both ends of the stack 203, and the low-temperature end and the high-temperature end of the stack 203 cool the object and radiate heat to the outside via the heat exchangers. For this reason,
The stack 203 is made of nylon, polyester, or other material having low thermal conductivity.

【0005】スピーカ201への印加電流の周波数は、
音波がパイプ202内で共鳴すように選択され、このと
き、パイプ202内には、圧力変動の大きい圧力の腹の
部分と、圧力変動のない圧力の節の部分が交互に発生
し、同様にガスの変位の腹と節も生じている。なお、図
9中のPは圧力の変動を示し、Wで示す矢印はガスの変
位の振幅を示している。
[0005] The frequency of the current applied to the speaker 201 is
The sound waves are selected so as to resonate in the pipe 202. At this time, in the pipe 202, an antinode portion of the pressure having a large pressure fluctuation and a node portion of the pressure having no pressure fluctuation alternately occur. Antinodes and nodes of gas displacement also occur. Note that P in FIG. 9 indicates a fluctuation in pressure, and an arrow indicated by W indicates the amplitude of gas displacement.

【0006】上記構造によりなる共鳴管冷凍装置200
は、微小なガス塊によるガスサイクルで説明することが
できる。このガスサイクルについて、図10および図1
1を参照して説明する。
The resonance tube refrigeration apparatus 200 having the above structure
Can be described by a gas cycle using a minute gas mass. FIG. 10 and FIG.
This will be described with reference to FIG.

【0007】共鳴管冷凍装置200におけるガスサイク
ルは、ブレイトンサイクルとして説明することができ
る。微小なガス塊が変位の節方向へ最も移動するとき、
ガス塊は断熱的に変化して圧力が最大となり、このとき
ガス温が最高となる。この行程は、図10および図11
において、G→Eで示す断熱圧縮行程となる。
[0007] The gas cycle in the resonance tube refrigerator 200 can be described as a Brayton cycle. When a minute gas mass moves most in the direction of the nodal point of displacement,
The gas mass changes adiabatically and the pressure becomes maximum, at which time the gas temperature becomes maximum. This process is described in FIG. 10 and FIG.
, The adiabatic compression stroke shown by G → E.

【0008】次に、高温となったガス塊は、スタック2
03における温度差を保持するプレートに放熱しガス塊
は冷却される。このとき、ガス圧の変化はゆっくりして
いる。この行程は、図10および図11において、E→
Aで示す等圧変化行程である。
Next, the gas mass which has become high temperature is
Heat is released to the plate holding the temperature difference at 03 and the gas mass is cooled. At this time, the gas pressure changes slowly. This process is performed in FIG. 10 and FIG.
This is a constant pressure change process indicated by A.

【0009】次に、ガス塊が変位の腹の方向へ最も移動
するとき、断熱的に膨張され圧力が最小となり、このと
きガス温度が最も低温となる。この行程は、図10およ
び図11において、A→Fで示す断熱膨張行程となる。
Next, when the gas mass moves most in the direction of the antinode of displacement, the gas mass expands adiabatically and the pressure becomes minimum, and at this time the gas temperature becomes lowest. This process is an adiabatic expansion process indicated by A → F in FIGS.

【0010】その後、低温となったガス塊は、スタック
203から吸熱する。この際も、ガス塊の圧力変化はゆ
るやかである。この行程は、図10および図11に示す
F→Gで示す等圧変化行程である。以上のガスサイクル
により、熱を変位の節方向から腹方向へ運ぶことができ
る。
Thereafter, the low-temperature gas mass absorbs heat from the stack 203. Also at this time, the pressure change of the gas mass is gradual. This step is a constant pressure change step indicated by F → G shown in FIGS. With the above gas cycle, heat can be transferred from the node direction of displacement to the antinode direction.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】ここで、上記共鳴管冷
凍装置のガスサイクルにおける冷凍能力となる吸熱量
は、図10における温度−エントロピ線図において、F
・G・Sh・Scで囲まれる面積である。したがって、
図10中に示すカルノーサイクルの冷凍能力となる吸熱
量H・G・Sh・Scで囲まれる面積よりもH・G・F
で囲まれる面積だけ小さくなる。さらに、入力仕事を表
わすA・E・G・Fも、カルノーサイクルよりもH・G
・F+A・D・Eの面積分大きくなっており、効率はか
なり小さくなることがわかる。この原因は、ガス塊が膨
張されたときの温度Tc′とスタック203の温度Tc
との温度差により熱を吸収させたり、ガス塊が圧縮され
たときの温度Th′とスタック203の温度Thとの温
度差で熱を放熱しているため、熱的移動過程が不可逆的
となっているためである。
Here, the amount of heat absorbed as the refrigerating capacity in the gas cycle of the above-mentioned resonance tube refrigerating apparatus is represented by the temperature-entropy diagram in FIG.
-The area enclosed by G, Sh, Sc. Therefore,
The heat absorption amount H, G, Sh, Sc, which is the refrigeration capacity of the Carnot cycle shown in FIG.
The area enclosed by is reduced. In addition, A.E.G.F representing the input work is also higher than H.G.
It can be seen that the area is larger by the area of F + A, D, and E, and the efficiency is considerably reduced. This is because the temperature Tc ′ when the gas mass is expanded and the temperature Tc
And the heat is radiated by the temperature difference between the temperature Th 'when the gas mass is compressed and the temperature Th of the stack 203, so that the thermal transfer process becomes irreversible. Because it is.

【0012】したがって、この発明は、上記問題点を解
決するためになされたもので、熱的移動行程が可逆的と
なり、そのガスサイクルが理想的なガスサイクルである
カルノーサイクルに近似する音響冷凍装置を提供するこ
とにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an acoustic refrigerating apparatus in which a thermal transfer process is reversible and a gas cycle thereof is similar to a Carnot cycle which is an ideal gas cycle. Is to provide.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】この発明に基づいた音響
冷凍装置においては、中空の環状の管路を有し、周長が
音波の波長の整数倍である共鳴管と、上記共鳴管の管内
において、上記音波の波長の1/4波長の奇数倍の間隔
をもって配置される第1音波を発生させるための第1音
波発生装置および第2音波を発生させるための第2音波
発生装置を有する音波発生装置と、上記共鳴管内の所定
位置に配設される蓄冷部材と、上記第1音波と上記第2
音波との位相が1/4周期の奇数倍異なるように発生さ
せるため、上記第1音波発生装置および上記第2音波発
生装置を制御する音波発生制御装置とを備えている。
According to the present invention, there is provided an acoustic refrigeration apparatus having a hollow annular conduit having a circumference equal to an integral multiple of the wavelength of a sound wave; A sound wave having a first sound wave generator for generating a first sound wave and a second sound wave generator for generating a second sound wave, which are arranged at an interval of an odd multiple of a quarter wavelength of the sound wave. A generator, a cold storage member disposed at a predetermined position in the resonance tube, the first sound wave and the second sound wave.
In order to generate a phase different from that of a sound wave by an odd multiple of a 1/4 cycle, a sound wave generation control device for controlling the first sound wave generator and the second sound wave generator is provided.

【0014】上記構造よりなる音響冷凍装置において、
第1音波発生装置および第2音波発生装置から共鳴管内
に音波を放射した場合、音波は、共鳴管内において2方
向に進行する。その後、第1音波発生装置および第2音
波発生装置から発生された音波の位相は、第1音波発生
装置と第2音波発生装置との配置間隔および発生される
音波の位相から、1方向へ進行する音波は重ね合わされ
増幅し、他方向へ進行する音波は打消されることにな
る。このため、音波は1方向にのみ進行する音波だけ
が、共鳴管内において残り、さらに、1回転した後同じ
位相の音波が重ね合わされるため、共鳴と同じように音
波の振幅が常に増幅されることになる。
In the acoustic refrigerator having the above structure,
When sound waves are emitted from the first sound wave generator and the second sound wave generator into the resonance tube, the sound waves travel in two directions in the resonance tube. Thereafter, the phases of the sound waves generated from the first sound wave generator and the second sound wave generator advance in one direction from the arrangement interval between the first sound wave generator and the second sound wave generator and the phase of the generated sound waves. The sound waves are superimposed and amplified, and sound waves traveling in other directions are canceled. Therefore, only the sound wave traveling in one direction remains in the resonance tube, and furthermore, the sound wave having the same phase is superimposed after one rotation, so that the amplitude of the sound wave is always amplified as in the case of resonance. become.

【0015】このようにして形成された1方向のみに進
行する音波が蓄冷部材を通過する場合、各場所に位置す
る微小なガス塊の圧力および変位は、その位置により位
相のずれが生じる。これにより、各場所に位置する微小
なガス塊は、その変位の中心位置を境に、音波の進行方
向に位置するときは膨張が起こり、その反対方向に位置
するときは圧縮が起こる。その膨張行程および圧縮行程
において、熱吸収および熱放出が行なわれるため、熱が
音波の進行方向からその反対方向へ順次運ばれることに
なる。その結果、冷凍サイクルにおける熱の伝達行程を
可逆的に行なうことが可能となる。
When the sound wave thus formed traveling in only one direction passes through the regenerative member, the pressure and displacement of the minute gas mass located at each location have a phase shift depending on the position. As a result, the minute gas mass located at each location expands when located in the traveling direction of the sound wave, and compresses when located in the opposite direction from the center of the displacement. In the expansion stroke and the compression stroke, heat is absorbed and released, so that heat is sequentially transferred from the traveling direction of the sound wave to the opposite direction. As a result, the heat transfer process in the refrigeration cycle can be performed reversibly.

【0016】また、上記音響冷凍装置において、好まし
くは、上記音波発生装置を、音波の1/4波長の奇数倍
ずらして複数配設することにより、1つ1つの音波発生
装置に加わる負荷を小さくすることが可能となり、音響
冷凍装置の長寿命化を図ることが可能となる。また、複
数配設することにより、たとえば1つが故障した場合に
おいても、他の音波発生装置の出力を少しずつ上げるこ
とにより補間することが可能となり、信頼性の高い音響
冷凍装置を提供することが可能となる。
In the above-mentioned acoustic refrigeration apparatus, preferably, a plurality of the sound wave generators are arranged so as to be shifted by an odd number of 1/4 wavelength of the sound wave to reduce a load applied to each sound wave generator. It is possible to extend the life of the acoustic refrigerator. In addition, by providing a plurality of units, even if one of the units breaks down, for example, it is possible to perform interpolation by gradually increasing the output of another sound wave generator, thereby providing a highly reliable acoustic refrigerator. It becomes possible.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、この発明に基づいた音響冷
凍装置の実施の形態について、図を参照して説明する。
まず、この音響冷凍装置の基本構造およびその原理につ
いて、図1および図2を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of an acoustic refrigerator according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
First, the basic structure and principle of the acoustic refrigerator will be described with reference to FIGS.

【0018】音波が進行するパイプ1は、中空の環状の
管路を有し閉ループとなっている。このパイプ1の周長
は、音波の波長の整数倍となるように設定する。なお、
実施の形態において、パイプ1の中心線の長さを周長と
する。音波発生装置としてのスピーカ2,3は、相対的
に音波の1/4波長の奇数倍に等しい距離だけ離して、
パイプ1内に音波を放射するようにパイプ1に取付けら
れる。
The pipe 1 through which the sound wave travels has a closed loop with a hollow annular pipe. The circumference of the pipe 1 is set to be an integral multiple of the wavelength of the sound wave. In addition,
In the embodiment, the length of the center line of the pipe 1 is defined as the circumference. The speakers 2 and 3 as sound wave generators are relatively separated by a distance equal to an odd multiple of 1/4 wavelength of the sound wave,
Attached to the pipe 1 so as to emit sound waves into the pipe 1.

【0019】また、スピーカ2,3から放射される音波
は、スピーカ2,3から発生されるお互いの位相が音波
の1/4周期の奇数倍だけずれるように、音波発生制御
装置50を用いて制御される。
The sound waves radiated from the speakers 2 and 3 are generated by using the sound wave generation control device 50 so that the phases of the sound waves generated by the speakers 2 and 3 are shifted by an odd multiple of 1/4 cycle of the sound waves. Controlled.

【0020】次に、上記基本構造よりなる音響冷凍装置
の動作原理について図2を参照して説明する。スピーカ
2,3からそれぞれ放射された音波は、パイプ1内に入
ってから2方向に進行する。その後、パイプ1内におい
て、スピーカ2,3から放射された音波が、それぞれパ
イプ1内を進行し重なり合う。音波の位相は、スピーカ
2,3の配置間隔と音波の位相差の関係から、図2に示
すように、1方向へ進行する音波2Lと3Lとは、同位
相となり重ね合わされて増幅し、他方へ進行する音波2
Rと3Rとは逆位相となり打消合う。その結果、音波
は、1方向にのみ進行する音波だけが残る。さらに、パ
イプ1を1回転した後、同じ位相の音波が重ね合わされ
るため、共鳴と同じように音波の振幅が常に増幅される
ことになる。
Next, the operation principle of the acoustic refrigerator having the above basic structure will be described with reference to FIG. The sound waves radiated from the speakers 2 and 3 respectively travel in two directions after entering the pipe 1. Thereafter, in the pipe 1, the sound waves radiated from the speakers 2 and 3 travel in the pipe 1 and overlap each other. As shown in FIG. 2, the sound waves 2L and 3L traveling in one direction have the same phase, are superposed and amplified, and the sound wave phase is superimposed on the other hand, as shown in FIG. Sound wave 2 traveling to
R and 3R have opposite phases and cancel each other out. As a result, only sound waves traveling in one direction remain. Furthermore, since the sound waves of the same phase are superimposed after one rotation of the pipe 1, the amplitude of the sound waves is always amplified as in the case of resonance.

【0021】次に、図3に示すように、上記構造よりな
る音響冷凍装置のパイプ1内に、熱交換性がよく、圧力
損失の小さい蓄冷部材20を挿入した場合における冷凍
原理について図4を参照して説明する。蓄冷部材20を
通過する進行音波は、その位置により位相のずれがあ
り、ある場所に位置する微小なガス塊に着目すると、そ
の中心位置を境に、音波の進行方向では膨張行程が生
じ、その反対方向では圧縮行程が生じている。この膨張
行程および圧縮行程において蓄冷部材20を用いて熱吸
収および熱放出が行なわれれば、熱が音波の進行方向か
らその反対方向へ図4に示すように、順次運ばれること
になる。この伝熱行程は、可逆的であるため、従来の共
鳴管冷凍装置よりも効率が高くなる。
Next, as shown in FIG. 3, the principle of refrigeration when the regenerative member 20 having good heat exchange property and low pressure loss is inserted into the pipe 1 of the acoustic refrigeration system having the above structure is shown in FIG. It will be described with reference to FIG. The traveling sound wave passing through the cold storage member 20 has a phase shift depending on its position, and when focusing on a minute gas mass located at a certain position, an expansion stroke occurs in the traveling direction of the sound wave at the center position as a boundary. In the opposite direction, a compression stroke occurs. When heat absorption and heat release are performed using the cold storage member 20 in the expansion stroke and the compression stroke, heat is sequentially transferred from the traveling direction of the sound wave to the opposite direction as shown in FIG. Since this heat transfer process is reversible, the efficiency is higher than that of the conventional resonance tube refrigeration system.

【0022】ここで、さらに、本実施の形態における音
響冷凍装置のガスサイクルについて、図5および図6を
参照して説明する。まず、図5を参照して、最も理想的
なガスサイクルであるカルノーサイクルについて簡単に
説明する。このカルノーサイクルは、等温行程と断熱行
程で構成されたもので、図5に示すように、T−S線図
では、A・H・G・Dの長方形のサイクル線図として示
される。A→Hは、断熱膨張行程(エントロピ一定)を
示し、H→Gは、等温膨張行程を示し、G→Dは断熱圧
縮行程を示し、D→Aは等温膨張行程を示している。
Here, a gas cycle of the acoustic refrigeration apparatus according to the present embodiment will be further described with reference to FIGS. First, the Carnot cycle, which is the most ideal gas cycle, will be briefly described with reference to FIG. This Carnot cycle is composed of an isothermal process and an adiabatic process, and is shown as a rectangular cycle diagram of A, H, G, and D in the TS diagram as shown in FIG. A → H indicates an adiabatic expansion stroke (constant entropy), H → G indicates an isothermal expansion stroke, G → D indicates an adiabatic compression stroke, and D → A indicates an isothermal expansion stroke.

【0023】冷凍能力を示す吸熱量は、等温膨張行程H
→Gとエントロピ線図で囲まれる長方形H・G・Sh・
Scの面積で表わされる。また、外部への放熱量は同様
に、長方形D・A・Sc・Shの面積で表わされる。こ
のカルノーサイクル中に外部から加えた入力仕事はこの
差となる長方形A・H・G・Dの面積で表わされる。し
たがって、効率は、このA・H・G・Dに対するH・G
・Sh・Scの割合で表わされる。
The amount of heat absorbed indicating the refrigerating capacity is represented by the isothermal expansion stroke H
→ Rectangle HG Sh Sh surrounded by G and entropy diagram
It is represented by the area of Sc. Similarly, the amount of heat released to the outside is represented by the area of a rectangle D, A, Sc, Sh. The input work applied from the outside during this Carnot cycle is represented by the area of the difference rectangle A, H, G, D. Therefore, the efficiency is H · G for this A · H · G · D.
· It is expressed by the ratio of Sh · Sc.

【0024】次に、本実施の形態における音響冷凍装置
のガスサイクルについて説明する。ガス塊と伝熱性のよ
い蓄冷部材20に1方向に進行する音波が通過する場
合、それぞれ微小なガスの塊は往復運動をすると同時に
圧力変化を生じる。圧力変化は、ガスが音波進行方向に
最も移動したときに、圧力上昇が速く、強く圧縮され
る。このとき、蓄冷部材20が極めて伝熱性がよいた
め、等温圧縮行程となる。この行程は、図5および図6
において、D→Aの行程で示される。
Next, a gas cycle of the acoustic refrigeration apparatus according to the present embodiment will be described. When a sound wave traveling in one direction passes through the gas mass and the regenerative member 20 having good heat conductivity, the minute gas mass reciprocates and generates a pressure change at the same time. The pressure change is such that when the gas moves the most in the direction of sound wave propagation, the pressure rises quickly and is strongly compressed. At this time, since the cold storage member 20 has extremely good heat conductivity, an isothermal compression process is performed. This process is described in FIG. 5 and FIG.
, Is shown in the process of D → A.

【0025】次に、ガス塊が音波進行方向と反対方向へ
移動するときに、蓄冷部材20の温度勾配に沿って熱を
放熱し、ほぼ等積変化で冷却される。この行程は、図5
および図6のA→Bで示される。
Next, when the gas mass moves in the direction opposite to the traveling direction of the sound wave, heat is dissipated along the temperature gradient of the regenerative member 20 and is cooled by a substantially equal volume change. This process is illustrated in FIG.
And A → B in FIG.

【0026】その後、音波進行方向の反対方向の端部に
おいては、圧力の低下が速く、強く膨張する。このと
き、蓄冷部材20から熱を吸収する等温膨張行程とな
る。この行程は、図5および図6において、B→Cで示
す行程となる。
Thereafter, at the end in the direction opposite to the direction in which the sound wave travels, the pressure decreases rapidly and expands strongly. At this time, an isothermal expansion process for absorbing heat from the cold storage member 20 is performed. This step is a step indicated by B → C in FIGS.

【0027】ガスが、音波進行方向へ移動するときに
も、蓄冷部材20の温度勾配に沿って熱を吸収する等積
変化となる。この行程は、図5および図6において、C
→Dに示す行程となる。
When the gas moves in the direction in which the sound wave travels, it undergoes an equal volume change that absorbs heat along the temperature gradient of the cold storage member 20. This process corresponds to C in FIGS.
→ The process shown in D is performed.

【0028】以上により、図5に示すD→A→B→C→
Dの1サイクルで熱を音波進行と逆方向へ運ぶことが可
能となる。このように、等温行程と等積行程により構成
されるサイクルは、スターリングサイクルと呼ばれ、カ
ルノーサイクルの断熱行程が等積行程となったものであ
る。また、スターリングサイクルでの冷凍能力を表わす
吸熱量は、B・Sc′・Sh′・Cとなり、カルノーサ
イクルでの吸熱量H・Sc・Sh・Gと等しくなる。同
様に、入力仕事を表わすA・B・C・Dもカルノーサイ
クルの値A・H・G・Dと等しくなり、効率も等しくな
る。したがって、本実施の形態における音波冷凍装置に
おいては、カルノーサイクルと同等の効率を有すること
がわかる。
As described above, D → A → B → C → shown in FIG.
In one cycle of D, heat can be transferred in the direction opposite to the direction of sound wave propagation. Thus, the cycle constituted by the isothermal process and the isostatic process is called a Stirling cycle, and the adiabatic process of the Carnot cycle is an isostatic process. Further, the heat absorption indicating the refrigerating capacity in the Stirling cycle is BBSc′Sh ・ C, which is equal to the heat absorption H ・ Sc ・ Sh ・ G in the Carnot cycle. Similarly, A, B, C, and D representing the input work are also equal to the Carnot cycle values A, H, G, and D, and the efficiency is also equal. Therefore, it can be seen that the sonic refrigerator according to the present embodiment has the same efficiency as the Carnot cycle.

【0029】また、理論効率を表わす式は、以下に示す
ようになる。カルノーサイクル(スターリングサイク
ル)の冷凍効率は、 ηst=1/(Th/Tc−1) 従来技術の共鳴管冷凍装置(ブレイトンサイクル)の理
論効率は、 ηbr=1/(Th/Tc′−1) したがって両者を比較した場合、ηst>ηbr(Tc
>Tc′)となる。
The equation representing the theoretical efficiency is as follows. The refrigeration efficiency of the Carnot cycle (Stirling cycle) is ηst = 1 / (Th / Tc-1) The theoretical efficiency of the conventional resonance tube refrigeration system (Brayton cycle) is ηbr = 1 / (Th / Tc′-1) Therefore, when comparing the two, ηst> ηbr (Tc
> Tc ').

【0030】ここで、冷媒と蓄冷部材との間で可逆的な
熱交換を行なうためには、その間の熱伝達が非常に音波
の周期に比べ速く行なわれる必要がある。周期を長くす
るためには、音速は一定と考えた場合、波長を長くする
必要がある。それに伴い、音響冷凍装置のパイプの周長
も長くなる必要がある(実現できる最小のパイプ周長は
1波長)。
Here, in order to perform reversible heat exchange between the refrigerant and the regenerative member, the heat transfer between them must be performed much faster than the period of the sound wave. In order to lengthen the period, it is necessary to lengthen the wavelength, assuming that the sound speed is constant. Accordingly, the perimeter of the pipe of the acoustic refrigeration apparatus also needs to be increased (the minimum achievable pipe perimeter is one wavelength).

【0031】パイプ内で強い音波を進行させる場合、管
壁や蓄冷部材の摩擦のため強い減衰を生じる。そこで、
音波として非常に安定に伝わる孤立波を発生させこの音
波を伝播させることにより、急激な減衰を起こすことな
く大きな冷凍能力を実現することが可能となる。この孤
立波は、音波の振幅の影響が大きく非線型性の影響を受
ける場合でも、分散性を受ける状態にすることで波形が
変わることなく安定に伝播する性質を持つ波である。孤
立波の発生方法としては、音波が伝播するパイプ側壁に
複数個の比較的容積の小さい空間を枝状に設置して分散
性を加えることが考えられるが、具体的には枝状に設置
されるスピーカの容積を適切に選択することや、適切な
容積を持つ小さなタンクをパイプに枝状に設置すること
などが考えられる(参考文献:N.Sugimoto,
J.Fluid Mech.Vol.244,pp55
−78,1992)。
When a strong sound wave travels in the pipe, strong attenuation occurs due to friction between the pipe wall and the cold storage member. Therefore,
By generating a solitary wave that is transmitted very stably as a sound wave and by propagating the sound wave, it is possible to realize a large refrigeration capacity without abrupt attenuation. This solitary wave is a wave having a property that even if the amplitude of the sound wave is greatly affected and the nonlinearity is affected, the waveform is stably propagated without changing the waveform by setting the state to the dispersive state. As a method of generating a solitary wave, it is conceivable to add a plurality of relatively small volumes of space on the pipe side wall through which the sound wave propagates in a branch shape to add dispersibility. It is conceivable to appropriately select the volume of the loudspeaker to be used, or to install a small tank having an appropriate volume in a branch shape on a pipe (Reference: N. Sugimoto,
J. Fluid Mech. Vol. 244, pp55
-78, 1992).

【0032】(具体例)次に、上述した構成および原理
からなる音響冷凍装置の具体例について、図7を参照し
て説明する。この音響冷凍装置100は、中空の環状の
パイプ1を有している。このパイプ1には、ビニール製
のフレキシブルホースが用いられ、その周長は、約3.
4mである。このパイプ1には、接合部ジョイント6,
7を介在して、スピーカ2,3が設けられている。スピ
ーカ2,3には、それぞれ背面カバー4,5が取付けら
れている。
(Specific Example) Next, a specific example of the acoustic refrigerator having the above-described configuration and principle will be described with reference to FIG. This acoustic refrigeration apparatus 100 has a hollow annular pipe 1. A flexible hose made of vinyl is used for the pipe 1 and its circumference is about 3.
4 m. This pipe 1 has joint joints 6
7, speakers 2 and 3 are provided. Rear covers 4 and 5 are attached to the speakers 2 and 3, respectively.

【0033】また、スピーカ2,3には、スピーカ2,
3からそれぞれ所定の音波を発生させるためのアンプ1
1、位相調整器12および信号発生器13が接続されて
いる。
The speakers 2 and 3 are connected to the speakers 2 and 3, respectively.
An amplifier 1 for generating predetermined sound waves from 3
1. The phase adjuster 12 and the signal generator 13 are connected.

【0034】一方、パイプ1には、マイクロフォン8,
9が所定の位置に設けられ、マイクロフォン8,9から
得られる信号を観測するためのオシロスコープ10が接
続されている。また、パイプ1には、蓄冷部材14が設
けられ、この蓄冷部材14には、熱電対15,16が取
付けられ、熱電対15,16には、熱電対から得られる
温度差を確認するためのオシログラフィックレコーダ1
7が接続されている。
On the other hand, a microphone 8,
9 is provided at a predetermined position, and an oscilloscope 10 for observing signals obtained from the microphones 8 and 9 is connected. Further, a cold storage member 14 is provided on the pipe 1, and thermocouples 15 and 16 are attached to the cold storage member 14, and the thermocouples 15 and 16 are used to confirm a temperature difference obtained from the thermocouple. Oscillographic recorder 1
7 is connected.

【0035】上記構成よりなる音響冷凍装置100にお
いて、駆動周波数100Hz、マイクロフォンの設置位
置としては、マイクロフォン9を、スピーカ3近傍、マ
イクロフォン8を、スピーカ3から見た場合、スピーカ
2とは反対方向へ1/4波長離れた場所に取付けてい
る。
In the acoustic refrigeration apparatus 100 having the above configuration, the driving frequency is 100 Hz, and the microphones are installed in the vicinity of the speaker 3 in the vicinity of the speaker 3 and in the direction opposite to the speaker 2 when the microphone 8 is viewed from the speaker 3. It is mounted at a location 1/4 wavelength away.

【0036】また、熱電対については、蓄冷部材14の
両端に取付け、スピーカ2とスピーカ3との間隔は、約
0.85mとした。上記構成よりなる音響冷凍装置にお
いて、能力測定は以下の手順で行なった。
The thermocouple was attached to both ends of the cold storage member 14, and the distance between the speakers 2 and 3 was about 0.85 m. In the acoustic refrigeration apparatus having the above configuration, the performance was measured in the following procedure.

【0037】(1) 信号発生器13の正弦波信号から
位相調整器12により位相をずらした信号を発生させ
て、もとの信号と位相のずれた信号とをそれぞれアンプ
11により増幅し、それぞれスピーカ2および3に入力
する。
(1) A signal whose phase is shifted by the phase adjuster 12 is generated from the sine wave signal of the signal generator 13, and the original signal and the signal whose phase is shifted are amplified by the amplifier 11. Input to speakers 2 and 3.

【0038】(2) マイクロフォン8,9からの信号
をオシロスコープ10により観察しながら、スピーカ2
とスピーカ3とから放射される音波の位相が1/4周期
だけずれるように調節する。このとき、アンプ11の出
力は、マイクロフォン8,9の信号出力が正弦波的な範
囲に設定する。
(2) While observing signals from the microphones 8 and 9 with the oscilloscope 10, the speaker 2
And the phase of the sound wave radiated from the speaker 3 is shifted by 1/4 cycle. At this time, the output of the amplifier 11 is set so that the signal outputs of the microphones 8 and 9 are in a sinusoidal range.

【0039】(3) 蓄冷部材14の両端温度を、オシ
ログラフィックレコーダ17でモニタする。ここで、温
度差が生じていることを確認する。
(3) The temperature of both ends of the cold storage member 14 is monitored by the oscillographic recorder 17. Here, it is confirmed that a temperature difference has occurred.

【0040】(4) アンプ11の出力を徐々に上げ、
温度差が大きくなることをオシログラフィックレコーダ
17で確認する。その結果、上述した音響冷凍装置にお
いては、以下に示す結果が得られた。
(4) The output of the amplifier 11 is gradually increased,
The oscillographic recorder 17 confirms that the temperature difference increases. As a result, in the acoustic refrigerator described above, the following results were obtained.

【0041】高温部温度42℃ 低温部温度34℃ 温度差8℃ 室温26℃ 上記結果から、冷凍能力を確認することはできなかった
が、蓄冷部材において温度差が生じることが確認するこ
とができた。
High temperature part temperature 42 ° C. Low temperature part temperature 34 ° C. Temperature difference 8 ° C. Room temperature 26 ° C. From the above results, the refrigerating ability could not be confirmed, but it was confirmed that a temperature difference occurred in the cold storage member. Was.

【0042】また、上記構成において、スピーカを2台
用いた場合について説明したが、たとえば、図8に示す
音響冷凍装置に示すように、スピーカ10A,10B、
スピーカ20A,20B、スピーカ30A,30B、ス
ピーカ40A,40B、スピーカ50A,50Bおよび
スピーカ60A,60Bをそれぞれ音波の1/4波長の
奇数倍ずらして配設することにより、各組のスピーカの
負担を小さくすることが可能となり、音響冷凍装置の寿
命を長くすることが可能となる。また、いずれかの組の
スピーカが故障した場合においても、他の組のスピーカ
の出力を少しずつ上げることで補間することが可能とな
り、信頼性の高いシステムを実現することが可能とな
る。
In the above configuration, the case where two speakers are used has been described. For example, as shown in the acoustic refrigerator shown in FIG. 8, the speakers 10A, 10B,
By disposing the speakers 20A and 20B, the speakers 30A and 30B, the speakers 40A and 40B, the speakers 50A and 50B, and the speakers 60A and 60B, respectively, at an odd multiple of 1/4 wavelength of the sound wave, the load on each set of speakers is reduced. The size can be reduced, and the life of the acoustic refrigerator can be extended. Further, even if one of the sets of speakers breaks down, interpolation can be performed by gradually increasing the output of the other set of speakers, and a highly reliable system can be realized.

【0043】なお、今回開示した実施の形態はすべての
点で例示であって制限的なものではないと考えられるべ
きである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許
請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意
味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図
される。
It should be understood that the embodiments disclosed this time are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

【0044】[0044]

【発明の効果】この発明に基づいた音響冷凍装置によれ
ば、第1音波発生装置および第2音波発生装置から共鳴
管内に音波を放射した場合、音波は、共鳴管内において
2方向に進行する。その後、第1音波発生装置および第
2音波発生装置から発生された音波の位相は、第1音波
発生装置と第2音波発生装置との配置間隔および発生さ
れる音波の位相から、1方向へ進行する音波は重ね合わ
され増幅し、他方向へ進行する音波は打消されることに
なる。
According to the acoustic refrigerator according to the present invention, when sound waves are emitted from the first sound wave generator and the second sound wave generator into the resonance tube, the sound waves travel in two directions in the resonance tube. Thereafter, the phases of the sound waves generated from the first sound wave generator and the second sound wave generator advance in one direction from the arrangement interval between the first sound wave generator and the second sound wave generator and the phase of the generated sound waves. The sound waves are superimposed and amplified, and sound waves traveling in other directions are canceled.

【0045】このため、音波は1方向にのみ進行する音
波だけが、共鳴管内において残り、さらに、1回転した
後同じ位相の音波が重ね合わされるため、共鳴と同じよ
うに音波の振幅が常に増幅されることになる。
For this reason, only the sound wave traveling in one direction remains in the resonance tube, and furthermore, the sound wave having the same phase is superimposed after one rotation, so that the amplitude of the sound wave is always amplified similarly to the resonance. Will be done.

【0046】このようにして形成された1方向にのみ進
行する音波が、蓄冷部材を通過する場合、その音波は、
その位置により位相のずれがあり、ある場所に位置する
微小なガス塊に着目した場合、その中心位置を境に音波
の進行方向では膨張が起こり、その反対方向では圧縮が
起こっている。その膨張行程および圧縮行程において、
熱吸収および熱放出を行なうことにより、熱が音波の進
行方向からその反対方向へ順次運ばれることになる。そ
の結果、熱の伝達行程を可逆的に行なうことが可能とな
る。
When the sound wave formed in this way and traveling in only one direction passes through the cold storage member, the sound wave is
There is a phase shift depending on the position, and when focusing on a minute gas mass located at a certain position, expansion occurs in the traveling direction of the sound wave from the center position, and compression occurs in the opposite direction. In the expansion stroke and the compression stroke,
By performing heat absorption and heat release, heat is sequentially transferred from the traveling direction of the sound wave to the opposite direction. As a result, the heat transfer process can be performed reversibly.

【0047】また、上記音響冷凍装置において、好まし
くは、上記音波発生装置を、音波の1/4波長の奇数倍
ずらして複数配設することにより、1つ1つの音波発生
装置に加わる負荷を小さくすることが可能となり、音響
冷凍装置の長寿命化を図ることが可能となる。また、複
数配設することにより、たとえば1つが故障した場合に
おいても、他の音波発生装置の出力を少しずつ上げるこ
とにより補完することが可能となり、信頼性の高い音響
冷凍装置を提供することが可能となる。
In the above-mentioned acoustic refrigerator, preferably, a plurality of the sound wave generators are arranged at odd-numbered times of 1/4 wavelength of the sound wave so as to reduce a load applied to each sound wave generator. It is possible to extend the life of the acoustic refrigerator. In addition, by disposing a plurality of units, even if one of the units breaks down, for example, it is possible to supplement by gradually increasing the output of the other sound wave generators, and to provide a highly reliable acoustic refrigerator. It becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に基づく音響冷凍装置の1方向に進行す
る音波を発生させるための原理を説明するための第1の
図である。
FIG. 1 is a first diagram illustrating a principle for generating a sound wave traveling in one direction of an acoustic refrigerator according to the present invention.

【図2】本発明に基づく音響冷凍装置の1方向に進行す
る音波を発生させるための原理を説明するための第2の
図である。
FIG. 2 is a second diagram illustrating a principle for generating a sound wave traveling in one direction of the acoustic refrigerator according to the present invention.

【図3】この発明に基づいた音響冷凍装置の基本構造を
示す概略図である。
FIG. 3 is a schematic view showing a basic structure of an acoustic refrigerator according to the present invention.

【図4】本発明における音響冷凍装置の伝熱行程を説明
するための模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a heat transfer process of the acoustic refrigerator in the present invention.

【図5】本発明における音響冷凍装置の冷凍サイクルの
T−S線図である。
FIG. 5 is a TS diagram of a refrigeration cycle of the acoustic refrigerator according to the present invention.

【図6】図5に示す冷凍サイクルを説明するための模式
図である。
6 is a schematic diagram for explaining the refrigeration cycle shown in FIG.

【図7】本発明における音響冷凍装置の具体的構成を示
す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a specific configuration of an acoustic refrigerator according to the present invention.

【図8】本発明における音響冷凍装置の他の具体例を説
明するための模式図である。
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining another specific example of the acoustic refrigerator in the present invention.

【図9】共鳴管冷凍装置の構成および動作原理を説明す
るための図である。
FIG. 9 is a diagram for explaining a configuration and an operation principle of the resonance tube refrigerator.

【図10】共鳴管冷凍装置の冷凍サイクルを説明するた
めのT−S線図である。
FIG. 10 is a TS diagram for explaining a refrigeration cycle of the resonance tube refrigeration apparatus.

【図11】図10に示す冷凍サイクルを説明するための
模式図である。
11 is a schematic diagram for explaining the refrigeration cycle shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 パイプ 2,3 スピーカ 14,20 蓄冷部材 1 pipe 2,3 speaker 14,20 cold storage member

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 中空の環状の管路を有し、周長が音波の
波長の整数倍である共鳴管と、 前記共鳴管の管内において、前記音波の波長の1/4波
長の奇数倍の間隔をもって配置される第1音波を発生さ
せるための第1音波発生装置および第2音波を発生させ
るための第2音波発生装置を有する音波発生手段と、 前記共鳴管内の所定位置に配置される蓄冷部材と、 前記第1音波と前記第2音波との位相が1/4周期の奇
数倍異なるように発生させるため、前記第1音波発生装
置および前記第2音波発生装置を制御する音波発生制御
手段と、を備える音響冷凍装置。
1. A resonance tube having a hollow annular conduit having a circumference equal to an integral multiple of the wavelength of a sound wave, and an odd multiple of a quarter wavelength of the wavelength of the sound wave in the resonance tube. Sound wave generating means having a first sound wave generator for generating a first sound wave and a second sound wave generator for generating a second sound wave arranged at intervals; and cold storage arranged at a predetermined position in the resonance tube. A member, and a sound wave generation control means for controlling the first sound wave generator and the second sound wave generator in order to generate the first sound wave and the second sound wave so that the phases thereof are different from each other by an odd number of 1/4 cycle. And an acoustic refrigeration apparatus comprising:
【請求項2】 前記音波発生装置を、それぞれ前記音波
の1/4波長の奇数倍ずらして、複数個配設された、請
求項1に記載の音響冷凍装置。
2. The acoustic refrigeration apparatus according to claim 1, wherein a plurality of said sound wave generators are arranged so as to be shifted by an odd number times a quarter wavelength of said sound wave.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004258543A (en) * 2003-02-27 2004-09-16 Nagoya Industrial Science Research Inst Piping device equipped with sound wave amplifier attenuator using thermoacoustic effect
JP2006189219A (en) * 2005-01-07 2006-07-20 Doshisha Thermoacoustic device
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