JPH11337206A - Sound refrigerating device - Google Patents
Sound refrigerating deviceInfo
- Publication number
- JPH11337206A JPH11337206A JP14609898A JP14609898A JPH11337206A JP H11337206 A JPH11337206 A JP H11337206A JP 14609898 A JP14609898 A JP 14609898A JP 14609898 A JP14609898 A JP 14609898A JP H11337206 A JPH11337206 A JP H11337206A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric element
- sound wave
- sound
- acoustic
- tube
- 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
Links
Classifications
-
- 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
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
- F25B9/145—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle pulse-tube cycle
-
- 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
- F25B2309/1404—Pulse-tube cycles with loudspeaker driven 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
- F25B2309/1405—Pulse-tube cycles with travelling waves
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、音響管の管路に対
向させて音波発生装置を配備すると共に、音響管の所定
位置には蓄冷器を介在させてなる音響冷凍装置に関し、
特に、軽量化と長寿命化を図ることが可能な音響冷凍装
置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acoustic refrigeration apparatus having a sound wave generator disposed opposite a pipe of an acoustic tube and a regenerator interposed at a predetermined position of the acoustic tube.
In particular, the present invention relates to an acoustic refrigeration apparatus capable of achieving weight reduction and long life.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、音波を利用して冷凍を行なう
音響冷凍装置が知られている(例えば特公平3-46745号参
照)。例えば図11に示す音響冷凍装置(200)は、一端(2
02A)が閉止し、他端(202B)が開口した共鳴管(202)を具
え、該共鳴管(202)の開口端(202B)に対向して、音響発
生用のスピーカ(201)が配備されると共に、共鳴管(202)
内には、平板を複数層に配列してなる蓄冷器(203)が配
備されている。2. Description of the Related Art Conventionally, there is known an acoustic refrigeration apparatus for refrigeration using sound waves (see, for example, Japanese Patent Publication No. 3-46745). For example, the acoustic refrigerator (200) shown in FIG.
02A) is closed, and the other end (202B) is provided with a resonance tube (202) having an opening, and a speaker (201) for generating sound is provided facing the open end (202B) of the resonance tube (202). And resonance tube (202)
Inside, a regenerator (203) in which flat plates are arranged in a plurality of layers is provided.
【0003】ここで、スピーカ(201)への印加電流の周
波数は、共鳴管(202)内で音波が共鳴することとなる値
に設定される。スピーカ(203)から共鳴管(202)の閉止端
(202A)へ向けて音波が発生されると、共鳴管(202)内に
は、図11に示す如き圧力分布Pが形成され、圧力変動
の大きい腹の部分と、圧力変動の小さな節の部分とが交
互に発生する。又、図中に矢印Wで示す様に、ガスの変
位にも腹と節が生じることになる。この結果、蓄冷器(2
03)の両端に温度差が発生する。そして、蓄冷器(203)の
低温端と高温端がそれぞれ熱交換器(図示省略)を介して
対象物の冷却と外界への放熱を行なうのである。Here, the frequency of the current applied to the speaker (201) is set to a value at which sound waves resonate in the resonance tube (202). From the speaker (203) to the closed end of the resonance tube (202)
When a sound wave is generated toward (202A), a pressure distribution P as shown in FIG. 11 is formed in the resonance tube (202), and an antinode part having a large pressure fluctuation and a node part having a small pressure fluctuation are formed. And occur alternately. Further, as shown by an arrow W in the figure, the gas displacement also has an antinode and a node. As a result, the regenerator (2
A temperature difference occurs at both ends of 03). Then, the low-temperature end and the high-temperature end of the regenerator (203) perform cooling of the object and heat radiation to the outside via a heat exchanger (not shown), respectively.
【0004】上記の音響冷凍装置(200)は、微小なガス
塊についての断熱圧縮、等圧変化、断熱膨張、及び等圧
変化の4つの行程からなるブレイトンサイクルによって
説明することが出来る。しかしながら、上記の音響冷凍
装置(200)が構成するブレイトンサイクルにおいては、
ガス塊が膨張したときの温度と蓄冷器(203)の温度との
差によって熱を吸収させたり、ガス塊が圧縮されたとき
の温度と蓄冷器(203)の温度と差によって熱を放出させ
ているため、熱的移動過程が不可逆的となっており、カ
ルノーサイクルよりも熱効率が低い欠点がある。The above-described acoustic refrigeration apparatus (200) can be described by a Brayton cycle consisting of four steps of adiabatic compression, isobaric pressure change, adiabatic expansion, and isobaric pressure change of a minute gas mass. However, in the Brayton cycle constituted by the acoustic refrigerator (200),
Heat is absorbed by the difference between the temperature when the gas mass expands and the temperature of the regenerator (203), or is released by the difference between the temperature when the gas mass is compressed and the temperature of the regenerator (203). Therefore, the thermal transfer process is irreversible, and has a disadvantage that the thermal efficiency is lower than that of the Carnot cycle.
【0005】そこで、出願人は、熱的移動行程が可逆的
となって、理想的なガスサイクルであるカルノーサイク
ルに近いガスサイクルを実現出来る音響冷凍装置を提案
している(特願平9-134993号)。図4〜図9に基づいて、
該音響冷凍装置の基本構造及び原理について説明する。Therefore, the applicant has proposed an acoustic refrigeration apparatus in which the thermal transfer process is reversible and a gas cycle close to an ideal gas cycle, the Carnot cycle, can be realized (Japanese Patent Application No. Hei 9-1997). 134993). Based on FIGS. 4 to 9,
The basic structure and principle of the acoustic refrigerator will be described.
【0006】図4に示す如く、音波を進行させるべき音
響管(1)は、中空環状の閉ループの管路を形成してい
る。該音響管(1)の周長は、音波の波長の整数倍となる
様に設定する。尚、以下の例では、音響管(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、音波の1/4波長の奇数倍に等しい距離だ
け互いに離間させて、音響管(1)内に音波を放射するよ
うに音響管(1)に取り付けられる。又、スピーカ(2)
(3)には音波発生制御装置(50)が接続され、スピーカ
(2)(3)から放射される音波の位相が互いに音波の1/
4波長の奇数倍だけずれるように駆動制御される。As shown in FIG. 4, an acoustic tube (1) through which a sound wave is to be transmitted forms a hollow annular closed-loop conduit. The circumference of the acoustic tube (1) is set to be an integral multiple of the wavelength of the sound wave. In the following example, the length of the center line of the acoustic tube (1) is defined as the circumference. Speaker as sound wave generator
(2) and (3) are attached to the acoustic tube (1) so as to emit acoustic waves into the acoustic tube (1) while being separated from each other by a distance equal to an odd multiple of 音波 wavelength of the acoustic wave. Also, speaker (2)
A sound wave generation control device (50) is connected to (3), and a speaker
(2) The phases of the sound waves emitted from (3) are 1 /
Drive control is performed so as to shift by an odd multiple of four wavelengths.
【0007】次に、音響冷凍装置の動作原理について、
図5を参照して説明する。各スピーカ(2)(3)から放射
された音波は、音響管(1)内に入ってから2方向に分岐
し、音響管(1)内を進行する。そして、両スピーカ(2)
(3)から放射されて音響管(1)内を進行する2つの音波
が互いに重なり合う。ここで、スピーカ(2)(3)の配置
間隔と音波の位相差の関係から、図の左方向へ進行する
音波2Lと3Lとは、同位相となり、互いに重ね合わさ
れて増幅し、図の右方向へ進行する音波2Rと3Rと
は、逆位相となり、互いに打ち消し合う。この結果、一
方向(左方向)にのみ進行する音波だけが残り、該音波は
更に音響管(1)内を一周して同じ位相の音波と重ね合わ
されるため、共鳴と同様に振幅が増大されることにな
る。Next, the operation principle of the acoustic refrigerator is described.
This will be described with reference to FIG. The sound waves radiated from the speakers (2) and (3) enter the acoustic tube (1), branch in two directions, and travel in the acoustic tube (1). And both speakers (2)
Two sound waves emitted from (3) and traveling in the acoustic tube (1) overlap each other. Here, from the relationship between the arrangement intervals of the speakers (2) and (3) and the phase difference between the sound waves, the sound waves 2L and 3L traveling to the left in the drawing have the same phase, are superimposed on each other and amplified, and The sound waves 2R and 3R traveling in the directions have opposite phases and cancel each other. As a result, only the sound wave traveling in one direction (left direction) remains, and the sound wave further goes around in the acoustic tube (1) and is superimposed with the sound wave of the same phase, so that the amplitude is increased similarly to the resonance. Will be.
【0008】次に、図6に示す如く、音響冷凍装置の音
響管(1)内に、熱交換性が良く、圧力損失の小さい蓄冷
部材(40)を配備した場合における冷凍原理について、図
7を参照して説明する。蓄冷部材(40)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。この膨張行程及び圧縮行程
において、蓄冷部材(40)を用いて熱吸収及び熱放出が行
なわれることによって、熱が音波の進行方向とは逆方向
へ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、従来の音響冷凍装置よりも熱効率が高くなるの
である。Next, as shown in FIG. 6, the principle of refrigeration in the case where a cold storage member (40) having good heat exchange properties and a small pressure loss is arranged in an acoustic tube (1) of an acoustic refrigeration apparatus will be described with reference to FIG. This will be described with reference to FIG. The traveling sound wave passing through the cold storage member (40) 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. In the expansion step and the compression step, heat is absorbed and released using the cold storage member (40), so that heat is sequentially transferred in the direction opposite to the traveling direction of the sound wave. Since the heat transfer process is reversible, the heat efficiency is higher than that of the conventional acoustic refrigerator.
【0009】更に、本発明の音響冷凍装置のガスサイク
ルについて、図8及び図9を参照して説明する。カルノ
ーサイクルは等温行程と断熱行程から構成され、図8に
示す様に、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。ここで、A→Hは断熱膨
張行程(エントロピー一定)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。Further, the gas cycle of the acoustic refrigerator according to the present invention will be described with reference to FIGS. The Carnot cycle includes 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. Here, 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.
【0010】図9に示す様に、ガス塊となる伝熱性の良
い蓄冷部材中を一方向に音波が通過する場合、微小なガ
ス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、ガス塊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。ここで蓄冷部材の伝
熱性がよいため、等温圧縮が行なわれることになる。こ
の等温圧縮行程は、図8及び図9においてD→Aで示さ
れる。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、蓄冷部材の温度勾配に沿って熱が放出され、
ガス塊は略等積変化で冷却される。この行程は、図8及
び図9においてA→Bで示される。As shown in FIG. 9, when a sound wave passes in one direction through a regenerative member having good heat conductivity as a gas mass, the minute gas mass reciprocates and changes pressure at the same time. The pressure change, when the gas mass has moved the most in the sound wave traveling direction,
The pressure rises quickly and is strongly compressed. Here, since the heat storage member has good heat conductivity, isothermal compression is performed. This isothermal compression stroke is indicated by D → A in FIGS. Next, when the gas mass moves in the direction opposite to the sound wave traveling direction, heat is released along the temperature gradient of the cold storage member,
The gas mass is cooled by a substantially equal volume change. This process is indicated by AB in FIGS.
【0011】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、蓄冷部材から熱が吸収される等温膨張行程となる。
この行程は、図8及び図9においてB→Cで示される。
ガスが音波進行方向へ移動するときにも、蓄冷部材の温
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8及び図9においてC→Dで示される。Thereafter, at the end in the direction opposite to the traveling direction of the sound wave, the pressure decreases rapidly and expands strongly. At this time, an isothermal expansion process in which heat is absorbed from the cold storage member is performed.
This process is indicated by B → C in FIGS. 8 and 9.
Even when the gas moves in the direction in which the sound wave travels, there is an equal volume change that absorbs heat along the temperature gradient of the cold storage member. This process is indicated by C → D in FIGS. 8 and 9.
【0012】以上により、図8に示すD→A→B→C→
Dの1サイクルによって、熱を音波進行方向とは逆方向
へ運ぶことが可能となる。この様に、等温行程と等積行
程によって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。従って、上記音響冷凍装置によれ
ば、カルノーサイクルと同等の効率が得られることにな
る。As described above, D → A → B → C → shown in FIG.
One cycle of D makes it possible to transfer heat in the direction opposite to the direction of sound wave travel. Thus, a 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. Therefore, according to the acoustic refrigeration apparatus, efficiency equivalent to the Carnot cycle can be obtained.
【0013】更に、図10に示す音響冷凍装置(150)の
如く、互いに音波の1/4波長の奇数倍だけ位置のずれ
た複数組のスピーカ(10A)(10B)、スピーカ(20A)(20B)、
スピーカ(30A)(30B)、スピーカ(40A)(40B)、スピーカ(5
0A)(50B)及びスピーカ(60A)(60B)を、管路に沿って所定
の間隔で配設することによって、上述の音響冷凍装置と
同様に一方向に進行する音波を発生させることが可能で
あり、これによって、各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
出来る。Further, as shown in an acoustic refrigerator (150) shown in FIG. 10, a plurality of sets of speakers (10A) (10B) and speakers (20A) (20B) which are displaced from each other by an odd multiple of 1 / wavelength of a sound wave. ),
Speaker (30A) (30B), speaker (40A) (40B), speaker (5
By disposing the (0A) (50B) and the speakers (60A) (60B) at predetermined intervals along the pipeline, it is possible to generate a sound wave traveling in one direction as in the above-described acoustic refrigerator. Thus, the burden on each speaker can be reduced, and the life of the acoustic refrigerator can be prolonged.
【0014】[0014]
【発明が解決しようとする課題】ところで、音響冷凍装
置において、音波を発生させるための入力仕事は、スピ
ーカの駆動力と振動板のストロークに比例する。ボイス
コイルモータ等のリニアモータによって振動板を駆動す
るスピーカ等の音波発生装置では、単位重量当たりの駆
動力が比較的小さいため、大きな駆動力を得んとする
と、装置重量が大きくならざるを得ない。装置重量を抑
えるには、振動板のストロークを大きくとる必要があ
る。しかしながら、ストロークを大きくとることによっ
て、振動板のサスペンション部や、ピストンシール、ベ
ローズ等のシール部の寿命が非常に短くなる問題があっ
た。In the acoustic refrigeration system, the input work for generating a sound wave is proportional to the driving force of the speaker and the stroke of the diaphragm. In a sound wave generator such as a loudspeaker that drives a diaphragm by a linear motor such as a voice coil motor, the driving force per unit weight is relatively small. Absent. In order to reduce the weight of the apparatus, it is necessary to increase the stroke of the diaphragm. However, there is a problem that the service life of the suspension portion of the diaphragm and the seal portions such as the piston seal and the bellows is extremely shortened by increasing the stroke.
【0015】そこで本発明の目的は、軽量化と共に長寿
命化を図ることが出来る音響冷凍装置を提供することで
ある。An object of the present invention is to provide an acoustic refrigeration apparatus that can achieve a light weight and a long life.
【0016】[0016]
【課題を解決する為の手段】本発明に係る音響冷凍装置
においては、周長が音波の波長の整数倍である中空環状
の音響管の管路に対向して、音波発生装置が配備される
と共に、音響管の管路の所定位置には蓄冷器が介在し、
音波発生装置から発せられる音波によって蓄冷器に温度
勾配が形成される。特徴的構成において、音波発生装置
は、音響管の内周壁に管路に沿って音波の1/4波長の
奇数倍の間隔で配置された一組の圧電素子片を、管路に
沿って複数組配設すると共に、これらの圧電素子片を駆
動制御回路に接続して構成され、該駆動制御回路は、前
記一組の圧電素子片から発せられる2つの音波の位相が
音波の1/4波長の奇数倍だけ異なり、且つ、圧電素子
片の各組によって生成される一方向の進行波の位相が互
いに一致する様、各圧電素子片の振動位相を調整する。In the acoustic refrigeration apparatus according to the present invention, a sound wave generator is provided so as to face a hollow annular acoustic tube whose circumference is an integral multiple of the wavelength of a sound wave. At the same time, a regenerator is interposed at a predetermined position of the pipe of the acoustic tube,
A temperature gradient is formed in the regenerator by the sound waves emitted from the sound wave generator. In the characteristic configuration, the sound wave generator includes a plurality of piezoelectric element pieces arranged along the pipeline on the inner peripheral wall of the acoustic tube at an interval of an odd multiple of 1/4 wavelength of the acoustic wave along the pipeline. The piezoelectric element pieces are connected to a drive control circuit, and the phase of two sound waves emitted from the set of piezoelectric element pieces is set to 1 / wavelength of the sound wave. , And the vibration phase of each piezoelectric element piece is adjusted so that the phases of the traveling waves in one direction generated by each set of the piezoelectric element pieces match each other.
【0017】上記本発明の音響冷凍装置においては、駆
動制御回路によって各圧電素子片を駆動すると、圧電素
子片は音響管の径方向に振動して、音響管の管路に向か
って音波を発生する。ここで、音波発生装置として圧電
素子片が採用されているので、単位面積当たり大きな圧
力Pが得られる。又、圧電素子片は、音響管の内周壁の
略全面に配設することが出来るので、振動発生面の面積
Aは大きなものとなる。従って、圧電素子片の振動のス
トロークは小さいものの、駆動力(圧力P×面積A)は非
常に大きくなるので、音波を発生させるために必要な十
分な大きさの入力仕事が得られることになる。In the above-described acoustic refrigeration apparatus of the present invention, when each of the piezoelectric element pieces is driven by the drive control circuit, the piezoelectric element pieces vibrate in the radial direction of the acoustic tube to generate sound waves toward the acoustic tube. I do. Here, since a piezoelectric element piece is employed as the sound wave generator, a large pressure P per unit area can be obtained. Further, since the piezoelectric element piece can be disposed on substantially the entire inner peripheral wall of the acoustic tube, the area A of the vibration generating surface becomes large. Therefore, although the stroke of the vibration of the piezoelectric element piece is small, the driving force (pressure P × area A) becomes very large, so that a sufficient input work necessary for generating a sound wave can be obtained. .
【0018】一組となる2つの圧電素子片から発生する
音波は、両圧電素子片の配置間隔及び発生される音波の
位相から、一方向へ進行する音波は重ね合わされて増幅
され、他方向へ進行する音波は打ち消されることにな
る。このため、一方向に進行する音波だけが音響管内に
残り、更に音響管内を一周して同じ位相の音波と重ね合
わされ、共鳴と同様に振幅が増大されることになる又、
圧電素子片の各組によって生成される一方向にのみ進行
する音波は、互いに位相が一致する様に位相制御されて
いるので、これらの音波が合成されて、更に振幅の大き
な進行波が生成されることになる。The sound waves generated from one set of two piezoelectric element pieces are superposed and amplified in the one direction based on the arrangement interval of the two piezoelectric element pieces and the phase of the generated sound wave, and amplified in the other direction. The traveling sound waves will be canceled. For this reason, only the sound wave traveling in one direction remains in the sound tube, and further goes around the sound tube and is superimposed with the sound wave of the same phase, so that the amplitude is increased like resonance.
The sound waves traveling in only one direction generated by each set of the piezoelectric element pieces are phase-controlled so that the phases thereof coincide with each other, so that these sound waves are combined to generate a traveling wave having a larger amplitude. Will be.
【0019】この様にして生成された進行波が蓄冷器を
通過することによって、各場所に位置する微小なガス塊
の圧力及び変位は、その位置により位相のずれを生じ
る。これによって、各場所に位置するガス塊は、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。この膨張行程及び圧縮行程において、熱吸収及び
熱放出が行なわれるため、熱が音波進行方向の逆方向へ
順次運ばれることになる。この結果、熱の伝達行程が可
逆的に行なわれ、カルノーサイクルに近い熱サイクルが
実現される。When the traveling wave generated in this manner passes through the regenerator, the pressure and displacement of the minute gas mass located at each location cause a phase shift depending on the location. As a result, the 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 position of the displacement. In the expansion stroke and the compression stroke, heat is absorbed and released, so that heat is sequentially transferred in the direction opposite to the direction in which the sound wave travels. As a result, the heat transfer process is performed reversibly, and a heat cycle close to the Carnot cycle is realized.
【0020】具体的構成において、圧電素子片は、音響
管の内周壁に沿って装着可能なパイプ状を呈し、音響管
の管路の略全長に亘って連続的に配設されている。該具
体的構成において、圧電素子片は、内径が拡大、収縮す
る方向に振動して、音響管内に音波を発生する。ここ
で、振動発生面の面積は、実現可能な最大の面積、即ち
音響管の内周壁の全面積に可及的に近いものとなり、こ
の結果、音波を発生させるための入力仕事は十分に大き
くなる。In a specific configuration, the piezoelectric element pieces have a pipe-like shape that can be mounted along the inner peripheral wall of the acoustic tube, and are arranged continuously over substantially the entire length of the conduit of the acoustic tube. In this specific configuration, the piezoelectric element piece vibrates in a direction in which the inner diameter expands and contracts, and generates a sound wave in the acoustic tube. Here, the area of the vibration generating surface is as close as possible to the maximum achievable area, that is, the entire area of the inner peripheral wall of the acoustic tube. As a result, the input work for generating the sound wave is sufficiently large. Become.
【0021】更に具体的な構成において、音響管の内周
壁と圧電素子片の間にはパイプ状の弾性部材が介在して
いる。従って、圧電素子片の音響管側の振動面の振動
は、弾性部材の弾性変形によって吸収され、振動に伴っ
て圧電素子片が音響管から剥がれる虞れはない。In a more specific configuration, a pipe-shaped elastic member is interposed between the inner peripheral wall of the acoustic tube and the piezoelectric element piece. Therefore, the vibration of the vibration surface of the piezoelectric element piece on the acoustic tube side is absorbed by the elastic deformation of the elastic member, and there is no possibility that the piezoelectric element piece is peeled off from the acoustic tube with the vibration.
【0022】[0022]
【発明の効果】本発明に係る音響冷凍装置においては、
音波発生装置として圧電素子片が採用されており、圧電
素子片は、単位重量当たりの駆動力が非常に大きいた
め、装置の軽量化が可能である。又、圧電素子片の振動
に伴って寿命が短くなるサスペンション部材やシール部
材は配備されていないので、長寿命化を図ることが出来
る。According to the acoustic refrigerator of the present invention,
A piezoelectric element piece is used as the sound wave generator, and the driving force per unit weight of the piezoelectric element piece is very large, so that the weight of the apparatus can be reduced. In addition, since no suspension member or seal member whose life is shortened due to the vibration of the piezoelectric element piece is provided, the life can be extended.
【0023】[0023]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
き、図面に沿って具体的に説明する。本発明に係る音響
冷凍装置は、原理的には図10に示す音響冷凍装置(15
0)と同一であって、複数のスピーカに代えて、複数の圧
電素子片を音響管の内周壁に配設したものである。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. The acoustic refrigeration apparatus according to the present invention is, in principle, an acoustic refrigeration apparatus (15
0), wherein a plurality of piezoelectric element pieces are arranged on the inner peripheral wall of the acoustic tube in place of the plurality of speakers.
【0024】図1に示す様に、周長が音波の波長の整数
倍である中空環状の音響管(1)の内周壁が管路方向に8
等分されて、8つの領域が形成されており、各領域に
は、パイプ状の圧電素子片(6)が45°の位相差をもっ
て連続して配設されている。これらの8つの圧電素子片
(6)…(6)は、それぞれ0°、45°、90°、135
°、180°、255°、270°及び315°の位相
調整を施すべき8つの位相調整器(7)〜(77)を介して、
電源(5)と接続されている。又、音響管(1)の適所には
蓄冷器(4)が配備されている。蓄冷器(4)は、銅、銅合
金、鉄、ステンレス鋼等の熱伝導性の高い資材からなる
金網状の積層体や多孔質体、或いは互いに平行な複数枚
の板からなる蓄冷部材(図示省略)を内蔵している。As shown in FIG. 1, the inner peripheral wall of the hollow annular acoustic tube (1) whose peripheral length is an integral multiple of the wavelength of the sound wave has an inner peripheral wall extending in the direction of the pipe.
Eight regions are formed by equally dividing, and a pipe-shaped piezoelectric element piece (6) is continuously arranged in each region with a phase difference of 45 °. These eight piezoelectric element pieces
(6) ... (6) are 0 °, 45 °, 90 °, and 135, respectively.
°, 180 °, 255 °, 270 ° and 315 ° through eight phase adjusters (7) to (77) to perform phase adjustment,
Connected to power supply (5). A cool storage unit (4) is provided at an appropriate position of the acoustic tube (1). The regenerator (4) may be a wire mesh laminate or a porous body made of a material having high thermal conductivity such as copper, copper alloy, iron, stainless steel, or a regenerative member (shown in the drawing) composed of a plurality of parallel plates. (Omitted).
【0025】図2(a)(b)に示す如く、各圧電素子片
(6)の両端面には一対のリング状電極(61)(61)が固定さ
れており、両電極(61)(61)に交流電圧(62)を印加するこ
とによって、図中に矢印で示す様に、内径が拡大、縮小
する方向に圧電素子片(6)を振動させることが出来る。
尚、圧電素子片(6)は、図3に示す如く、リング状の弾
性部材(8)を介して音響管(1)の内周壁に貼り付けられ
ており、該弾性部材(8)によって、圧電素子片(6)の外
周面における振動が吸収される。As shown in FIGS. 2A and 2B, each piezoelectric element piece
A pair of ring-shaped electrodes (61) and (61) are fixed to both end surfaces of (6), and by applying an AC voltage (62) to both electrodes (61) and (61), as shown by arrows in the figure. As shown, the piezoelectric element piece (6) can be vibrated in the direction in which the inner diameter increases or decreases.
As shown in FIG. 3, the piezoelectric element piece (6) is attached to the inner peripheral wall of the acoustic tube (1) via a ring-shaped elastic member (8). Vibration on the outer peripheral surface of the piezoelectric element piece (6) is absorbed.
【0026】図1に示す音響冷凍装置においては、0°
位相調整器(7)と90°位相調整器(72)に接続された2
つの圧電素子片(6)(6)が一組となり、45°位相調整
器(71)と135°位相調整器(73)に接続された2つの圧
電素子片(6)(6)が一組となり、90°位相調整器(72)
と180°位相調整器(74)に接続された2つの圧電素子
片(6)(6)が一組となり、135°位相調整器(73)と2
25°位相調整器(75)に接続された2つの圧電素子片
(6)(6)が一組となり、180°位相調整器(74)と27
0°位相調整器(76)に接続された2つの圧電素子片(6)
(6)が一組となり、255°位相調整器(75)と315°
位相調整器(77)に接続された2つの圧電素子片(6)(6)
が一組となり、更に270°位相調整器(76)と0°位相
調整器(7)に接続された2つの圧電素子片(6)(6)が一
組となって、音波を発生する。In the acoustic refrigerator shown in FIG.
2 connected to the phase adjuster (7) and the 90 ° phase adjuster (72)
One set of two piezoelectric element pieces (6) and (6), and one set of two piezoelectric element pieces (6) and (6) connected to the 45 ° phase adjuster (71) and the 135 ° phase adjuster (73). And 90 ° phase adjuster (72)
And the two piezoelectric element pieces (6) and (6) connected to the 180 ° phase adjuster (74) form a set, and the 135 ° phase adjusters (73) and 2
Two piezoelectric element pieces connected to a 25 ° phase adjuster (75)
(6) (6) is a set, and the 180 ° phase adjusters (74) and 27
Two piezoelectric element pieces (6) connected to a 0 ° phase adjuster (76)
(6) is a set and 255 ° phase adjuster (75) and 315 °
Two piezoelectric element pieces (6) (6) connected to the phase adjuster (77)
And a pair of two piezoelectric element pieces (6) and (6) connected to the 270 ° phase adjuster (76) and the 0 ° phase adjuster (7) to generate a sound wave.
【0027】即ち、一組となる2つの圧電素子片(6)
(6)は、音波の1/4波長の奇数倍の間隔(90°)をも
って配置されており、一方の圧電素子片(6)から発せら
れる第1音波と他方の圧電素子片(6)から発せられる第
2音波の位相が音波の1/4波長の奇数倍だけ異なるよ
う、両圧電素子片(6)(6)が駆動される。これによって
各圧電素子片(6)から放射される音波は、音響管(1)内
で2方向に分岐して、管路に沿って一方向に進む音波と
他方向に進む音波が生成される。そして、両圧電素子片
(6)(6)の配置間隔及び発生される音波の位相から、一
方向へ進行する音波は重ね合わされて増幅され、他方向
へ進行する音波は打ち消されることになる。このため、
一方向に進行する音波だけが音響管(1)内に残り、更に
音響管(1)内を一周して同じ位相の音波と重ね合わさ
れ、共鳴と同様に振幅が増大されることになる。That is, two piezoelectric element pieces (6) forming one set
(6) are arranged at an interval (90 °) that is an odd multiple of 1/4 wavelength of the sound wave, and the first sound wave emitted from one piezoelectric element piece (6) and the other piezoelectric element piece (6) The two piezoelectric element pieces (6) and (6) are driven so that the phase of the emitted second sound wave differs by an odd number times the quarter wavelength of the sound wave. As a result, the sound wave radiated from each piezoelectric element piece (6) branches in two directions in the acoustic tube (1), and a sound wave traveling in one direction and a sound wave traveling in the other direction along the pipe are generated. . And both piezoelectric element pieces
(6) Based on the arrangement interval of (6) and the phase of the generated sound wave, sound waves traveling in one direction are superimposed and amplified, and sound waves traveling in the other direction are canceled. For this reason,
Only the sound wave traveling in one direction remains in the sound tube (1), and further goes around the sound tube (1) and is superimposed with the sound wave of the same phase, so that the amplitude is increased like resonance.
【0028】又、上記音響冷凍装置においては、圧電素
子片(6)(6)の組が45°のずれで音響管(1)の全周に
配設されており、且つ、圧電素子片の各組によって生成
される進行波は、位相調整器(7)〜(77)によって、各組
の位置のずれに応じた位相調整、即ち45°のずれをも
った位相調整(遅延処理)が施されるので、音響管(1)内
を進行する過程で互いに位相が一致することになる。こ
の結果、これらの進行波が合成されて、更に振幅の大き
な音波が生成されることになる。In the above acoustic refrigeration apparatus, the set of the piezoelectric element pieces (6) and (6) is disposed on the entire circumference of the acoustic tube (1) with a shift of 45 °. The traveling waves generated by each set are subjected to phase adjustment according to the position shift of each set by the phase adjusters (7) to (77), that is, phase adjustment (delay processing) with a shift of 45 °. Therefore, the phases coincide with each other in the process of traveling through the acoustic tube (1). As a result, these traveling waves are combined, and a sound wave having a larger amplitude is generated.
【0029】この様にして生成された音波が蓄冷器(4)
を通過することによって、蓄冷器(4)内の各場所に位置
する微小なガス塊の圧力及び変位は、その位置により位
相のずれを生じる。これによって、各場所に位置するガ
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。この膨張行程及び圧縮行程におい
て、熱吸収及び熱放出が行なわれるため、熱が音波進行
方向の逆方向へ順次運ばれることになる。この結果、熱
の伝達行程が可逆的に行なわれ、カルノーサイクルに近
い熱サイクルが実現されるのである。The sound waves generated in this way are stored in the regenerator (4).
, The pressure and displacement of the minute gas mass located at each location in the regenerator (4) cause a phase shift depending on the location. As a result, the 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 position of the displacement. In the expansion stroke and the compression stroke, heat is absorbed and released, so that heat is sequentially transferred in the direction opposite to the direction in which the sound wave travels. As a result, the heat transfer process is performed reversibly, and a heat cycle close to the Carnot cycle is realized.
【0030】上記本発明の音響冷凍装置においては、図
1に示す如く、音響管(1)の内周壁の略全面を利用し
て、複数の圧電素子片(6)が配設され、非常に広い振動
面が形成されているので、該振動面と圧電素子片(6)が
発生する高い圧力とによって、大きな駆動力が得られ
る。又、従来のリニアモータ駆動の音波発生装置の如き
短寿命の部材は装備されていない。この結果、装置の軽
量化と長寿命化が実現される。In the acoustic refrigeration apparatus of the present invention, as shown in FIG. 1, a plurality of piezoelectric element pieces (6) are disposed by utilizing substantially the entire inner peripheral wall of the acoustic tube (1). Since a wide vibration surface is formed, a large driving force can be obtained by the vibration surface and the high pressure generated by the piezoelectric element piece (6). Further, there is no member having a short life as in the conventional sound wave generator driven by a linear motor. As a result, the weight reduction and long life of the device are realized.
【図1】本発明に係る音響冷凍装置の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of an acoustic refrigerator according to the present invention.
【図2】該音響冷凍装置に装備されている圧電素子片の
一部破断正面図(a)及び断面図(b)である。FIG. 2 is a partially cutaway front view (a) and a cross-sectional view (b) of a piezoelectric element piece provided in the acoustic refrigerator.
【図3】該音響冷凍装置を構成する音響管の断面図であ
る。FIG. 3 is a sectional view of an acoustic tube constituting the acoustic refrigerator.
【図4】出願人の提案にかかる音響冷凍装置の動作原理
を説明するための第1の図である。FIG. 4 is a first diagram for explaining the operation principle of the acoustic refrigerator according to the proposal of the applicant.
【図5】同上の第2の図である。FIG. 5 is a second diagram of the above.
【図6】該音響冷凍装置の基本構造を示す概略図であるFIG. 6 is a schematic view showing a basic structure of the acoustic refrigerator.
【図7】該音響冷凍装置の伝熱行程を説明するための図
である。FIG. 7 is a view for explaining a heat transfer process of the acoustic refrigerator.
【図8】該音響冷凍装置の冷凍サイクルを表わすT−S
線図である。FIG. 8 shows a TS representing a refrigeration cycle of the acoustic refrigerator.
FIG.
【図9】該冷凍サイクルを説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for explaining the refrigeration cycle.
【図10】出願人の提案に係る他の音響冷凍装置の基本
構造を示す概略図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing a basic structure of another acoustic refrigerator according to the proposal of the applicant.
【図11】従来の音響冷凍装置の断面図である。FIG. 11 is a sectional view of a conventional acoustic refrigerator.
(1) 音響管 (4) 蓄冷器 (5) 電源 (6) 圧電素子片 (7)〜(77) 位相調整器 (61) 電極 (8) 弾性部材 (1) Acoustic tube (4) Regenerator (5) Power supply (6) Piezoelectric element pieces (7) to (77) Phase adjuster (61) Electrode (8) Elastic member
Claims (3)
状の音響管の管路に対向して、音波発生装置が配備され
ると共に、音響管の管路の所定位置には蓄冷器が介在
し、音波発生装置から発せられる音波によって蓄冷器に
温度勾配を形成する音響冷凍装置において、音波発生装
置は、 音響管の内周壁に管路に沿って音波の1/4波長の奇数
倍の間隔で配置された一組の圧電素子片を、管路に沿っ
て複数組配設すると共に、これらの圧電素子片を駆動制
御回路に接続して構成され、該駆動制御回路は、前記一
組の圧電素子片から発せられる2つの音波の位相が音波
の1/4波長の奇数倍だけ異なり、且つ、圧電素子片の
各組によって生成される一方向の進行波の位相が互いに
一致する様、各圧電素子片の振動位相を調整することを
特徴とする音響冷凍装置。1. A sound wave generator is provided to face a pipe of a hollow annular sound tube whose circumference is an integral multiple of the wavelength of a sound wave, and a regenerator is provided at a predetermined position in the pipe of the sound tube. In the acoustic refrigerator, which forms a temperature gradient in the regenerator by the sound waves emitted from the sound wave generator, the sound wave generator is arranged on the inner peripheral wall of the acoustic tube along the pipeline by an odd multiple of 1/4 wavelength of the sound wave. A plurality of sets of piezoelectric element pieces arranged at intervals of are arranged along the pipeline, and these piezoelectric element pieces are connected to a drive control circuit. The phases of two sound waves emitted from the piezoelectric element pieces of the set differ by an odd multiple of 1/4 wavelength of the sound waves, and the phases of traveling waves in one direction generated by each set of the piezoelectric element pieces match each other. Adjusting the vibration phase of each piezoelectric element piece Refrigeration equipment.
装着可能なパイプ状を呈し、音響管の略全長に亘って連
続的に配設されている請求項1に記載の音響冷凍装置。2. The acoustic refrigerator according to claim 1, wherein the piezoelectric element piece has a pipe shape that can be mounted along the inner peripheral wall of the acoustic tube, and is disposed continuously over substantially the entire length of the acoustic tube. apparatus.
パイプ状の弾性部材が介在している請求項2に記載の音
響冷凍装置。3. Between the inner peripheral wall of the acoustic tube and the piezoelectric element piece,
The acoustic refrigeration apparatus according to claim 2, wherein a pipe-shaped elastic member is interposed.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14609898A JPH11337206A (en) | 1998-05-27 | 1998-05-27 | Sound refrigerating device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14609898A JPH11337206A (en) | 1998-05-27 | 1998-05-27 | Sound refrigerating device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11337206A true JPH11337206A (en) | 1999-12-10 |
Family
ID=15400105
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14609898A Pending JPH11337206A (en) | 1998-05-27 | 1998-05-27 | Sound refrigerating device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11337206A (en) |
Cited By (4)
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 |
WO2006073006A1 (en) * | 2005-01-07 | 2006-07-13 | The Doshisha | Thermoacoustic device |
JP2006189219A (en) * | 2005-01-07 | 2006-07-20 | Doshisha | Thermoacoustic device |
JP2009526962A (en) * | 2005-10-31 | 2009-07-23 | クレヴァー フェローズ イノヴェイション コンソーティアム, インコーポレイテッド | Acoustic cooling device with cold head and resonant drive isolated |
-
1998
- 1998-05-27 JP JP14609898A patent/JPH11337206A/en active Pending
Cited By (6)
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 |
WO2006073006A1 (en) * | 2005-01-07 | 2006-07-13 | The Doshisha | Thermoacoustic device |
JP2006189218A (en) * | 2005-01-07 | 2006-07-20 | Doshisha | Thermoacoustic device |
JP2006189219A (en) * | 2005-01-07 | 2006-07-20 | Doshisha | Thermoacoustic device |
JP4652822B2 (en) * | 2005-01-07 | 2011-03-16 | 学校法人同志社 | Thermoacoustic device |
JP2009526962A (en) * | 2005-10-31 | 2009-07-23 | クレヴァー フェローズ イノヴェイション コンソーティアム, インコーポレイテッド | Acoustic cooling device with cold head and resonant drive isolated |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8584471B2 (en) | Thermoacoustic apparatus with series-connected stages | |
US5996345A (en) | Heat driven acoustic power source coupled to an electric generator | |
JPH08507597A (en) | Ultra-small Stirling cycle cryocooler and engine | |
US7081699B2 (en) | Thermoacoustic piezoelectric generator | |
US5647216A (en) | High-power thermoacoustic refrigerator | |
EP2280157B1 (en) | Thermo-electric-acoustic engine and method of using same | |
EP2282143B1 (en) | Thermo-electro-acoustic refrigerator and method of using same | |
JP4048821B2 (en) | Thermoacoustic generator | |
US6560970B1 (en) | Oscillating side-branch enhancements of thermoacoustic heat exchangers | |
Poese et al. | Thermoacoustic refrigeration for ice cream sales | |
JP2007237020A (en) | Thermoacoustic device | |
JP4362632B2 (en) | Pulse tube refrigerator | |
JPH11337206A (en) | Sound refrigerating device | |
JPH11344266A (en) | Acoustic freezer | |
US20080282706A1 (en) | Stirling cycle cryogenic cooler with dual coil single magnetic circuit motor | |
JP2000337724A (en) | Acoustic refrigeration system | |
US20050022540A1 (en) | Heat driven acoustic orifice type pulse tube cryocooler | |
JPH11337205A (en) | Sound refrigerating device | |
JP2969124B2 (en) | Wave type refrigerator | |
JPH10325625A (en) | Acoustic refrigerating device | |
JP6266477B2 (en) | refrigerator | |
LOTTON et al. | COMPACT THERMOACOUSTIC COOLERS | |
Tijani et al. | Design, Development, and Operation of a Thermo-Acoustic Refrigerator Cooling to below− 60° C | |
KR20230161000A (en) | Multi-stage stirling chillers using multiple independent displacers | |
JP2004340506A (en) | Refrigerating machine |