JPWO2009005086A1 - 温度制御装置 - Google Patents

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Abstract

温度制御装置は、仕事源と、管と、スタックと、制御デバイスとを備えている。前記仕事源は流体中に波動を発生させる。前記管は前記流体を導入し、前記仕事源が配置された第1の長手方向端部と、前記流体の流体要素の長手方向の振動が可能である第2の長手方向端部とを有する。前記スタックは前記管内において前記第1及び第2の長手方向端部の間に設けられ、細分化された流路の集合体を備えている。前記制御デバイスは、前記管内における前記波動による前記流体の流体要素の速度の振動と圧力の振動の位相差を制御する。

Description

本発明は、熱音響現象を用いて温度制御を行う装置に関し、例えば、内燃機関の排気管に介装される触媒コンバータなどを昇温するのに好適な温度制御装置に関する。
発明の背景
特許文献1には、ループ管に、高温側熱交換器と低温側熱交換器とで挟まれる第1スタックと、低温側熱交換器と高温側熱交換器とで挟まれる第2スタックとを配置し、第1スタックの低温側熱交換器を冷却することで、第1スタック内に自励による定在波及び進行波を発生させ、この定在波及び進行波を、第2スタックに伝播させることで、第2スタックに温度勾配を生じさせ、第2スタックの高温側熱交換器から高い熱を出力させる音響暖房装置が開示されている。
特開2005−274099号公報
発明の概要
前記特許文献1に開示されるように、熱音響現象により廃熱を用いてスタック温度を制御する技術が開発されているが、前記特許文献1に開示されるループ管を用いるシステムでは、ループ管を構成できない場合に用いることは困難であり、また、装置サイズが大きくコストの増大を招くといった問題があった。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、ループ管を構成できない管に導入された流体の波動エネルギを用いた熱音響現象によって、スタック(例えば内燃機関の排気管内に設けられた触媒コンバータなど)の温度又は温度勾配を制御できる温度制御装置を提供することを目的とする。
本発明によれば、温度制御装置は、流体中に波動を発生させる仕事源と、前記流体を導入する管であって、前記仕事源が配置された第1の長手方向端部と、前記流体の流体要素の長手方向の振動が可能である第2の長手方向端部とを有する該管と、前記管内において前記第1及び第2の長手方向端部の間に設けられたスタックであって、細分化された流路の集合体を備えた該スタックと、前記管内における前記波動による前記流体の流体要素の速度の振動と圧力の振動の位相差を制御する制御デバイスとを備えている。
上記発明によると、仕事(波動)から熱へのエネルギ変換を行う熱音響現象を利用して、スタックの流路壁面と流体との間で熱交換を行わせ、スタック全体の温度を上昇させる、または、スタックの温度勾配を形成する。制御デバイスによって前記位相差を制御することで、なるべく高効率で仕事(熱の移動)が行われるようにする。
本願発明の第1実施形態における内燃機関を示すシステム図。 前記第1実施形態におけるバルブを示す正面図。 排気の流速uと圧力Pとの位相状態を示すタイムチャート。 排気の変位ζと圧力Pとの位相差が90度(π/2ラジアン)の状態を示す図。 排気の変位ζと圧力Pとの位相差が90度(π/2ラジアン)の状態における仕事を示す図。 排気の流速uと圧力Pとの位相差Φを示す図。 排気の流速uと圧力Pとの位相差Φと仕事量(発生可能熱量)との相関を示す図。 位相差Φを0度としたときの温度勾配を示す線図。 本願発明の第2実施形態における内燃機関を示すシステム図。 本願発明の第3実施形態における内燃機関を示すシステム図。 本願発明の第4実施形態における内燃機関を示すシステム図。 本願発明の第5実施形態における内燃機関を示すシステム図。
詳細な説明
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
以下の記載において、スタックとは、セラミクス、焼結金属、金網、金属製不織布などのように熱容量の大きい材質であって、管の軸方向に貫通する多孔を有し、管の軸方向の熱伝導率が低く、壁面方向の流体と壁面との熱伝達率が高いもので構成される。一般的には、細い直線状の導通路を多数設けたものが用いられる。他にも、微小の球状セラミクスなどを多数敷き詰めて蛇行する導通路を設けたようなものでも良く、メッシュ状のステンレスを多数枚積層して形成したものでもよい。
図1は、本願発明に係る温度制御装置を内燃機関に適用し、触媒コンバータの温度又は温度勾配を制御する第1実施形態を示す。
図1において、内燃機関1は、シリンダブロック15に形成されるシリンダ2内に往復動可能にピストン3が嵌挿され、該ピストン3の冠面とシリンダヘッド4とによって燃焼室5が形成される。
前記シリンダヘッド4には、吸気ポート6と排気ポート7とがそれぞれ形成されており、前記吸気ポート6には吸気管8が接続され、前記排気ポート7には排気管9が接続され、また、吸気ポート6の燃焼室5側の開口を開閉する吸気バルブ10、及び、排気ポート7の燃焼室5側の開口を開閉する排気バルブ11が設けられている。
前記吸気管8及び排気管9は、一端が機関1に接続され、他端が大気中に開放され、流体としての吸気又は排気を導入し、その流れを可能にする管である。機関1に接続された一端は仕事源が配置された長手方向端部をなし、大気中に開放された他端は流体としての排気(流体要素)の長手方向の振動が可能なもう1つの長手方向端部をなしている。
また、シリンダヘッド4の中央には、点火プラグ12が設けられ、前記吸気ポート6には燃料噴射弁13が設けられている。
そして、前記燃料噴射弁13から噴射された燃料は、燃焼室5内で点火プラグ12による火花点火によって着火燃焼する。
尚、内燃機関1は、火花点火機関に限定されず、圧縮自己着火機関であっても良く、更に、4サイクルエンジンや2サイクルエンジン、更に、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、アルコールエンジンなどであっても良く、間欠燃焼が行われる熱機関であれば良い。
前記排気管9の途中には、排気を浄化するための触媒コンバータ14が介装されている。
前記触媒コンバータ14は、セラミック製でハニカム構造に形成される担体に、白金・パラジウム・ロジウムなどをコーティングした三元触媒であり、排気中のHC,COを酸化すると同時に、NOxを還元する機能を有している。すなわち触媒コンバータ14は、排気の流れ方向に貫通する多孔を有したスタックに相当する。
尚、前記触媒コンバータ14は三元触媒に限定されず、酸化触媒や、リーン燃焼中にNOxをトラップする機能を有したNOxトラップ触媒などであっても良い。
ところで、前記触媒コンバータ14では、触媒が活性温度に達していないと、転換効率が大きく低下する。このため、機関1の冷間始動時や排気温度が低い低負荷運転時(アイドル運転時)には、触媒が活性化されずに排気の転換効率が低下し、多くのHC,COが排出されることになってしまう。
そこで、本実施形態では、排気音や排気脈動による熱音響現象を用いて、排気処理装置(流体処理装置)としての前記触媒コンバータ14を昇温させるようになっており、前記熱音響現象による熱の移動が効率良く行われるように、前記触媒コンバータ14の下流側に、図2に示すように、複数のオリフィス20が開口されるバタフライ式のバルブ21を設けてある。
前記バルブ21は、排気管9の直径方向に延設される回転軸21a周りに回動可能に支持され、アクチュエータ32によって全開状態(非制御状態)と全閉状態(制御状態)とに切り換えられるようになっている。
アクチュエータ32としては、リニアソレノイドやモータや内燃機関1の吸気負圧を利用するダイヤフラム式のアクチュエータなどを用いることができる。
前記バルブ21を閉じると、排気の波動が反射・合成されることによって、振動している排気の流速uと圧力Pとの位相差Φが、90度(−90度)から0度又は180度(−180度)に近づくようにしてあり、本実施形態において、前記バルブ21が、流体要素としての排気の流速uと圧力Pとの位相差Φを制御する制御デバイスに相当する。
内燃機関1においては、ピストン3の上昇下降の運動や排気バルブ10の開閉などによって排気中(管内の流体中)の音や排気の疎密波である排気脈動が発生し、排気管9には、図3に示すように周期Tの波動が形成される。このように、内燃機関1は流体中に波動(排気音や排気脈動)を発生させる仕事源として機能する。
そして、波動エネルギ(音の場合には音響エネルギ、脈動の場合には脈動エネルギ)が、それぞれ排気管9内を排気バルブ10側からテールパイプ(開放端)に向かって流れる進行波を形成する。
排気処理装置としての前記触媒コンバータ14の触媒担体は、主たる管(排気管9)に対して流路径の著しく狭い流路の集合体であって、流体(排気)の角速度をω、熱緩和時間をτとしたときに、ωτ<<10を満たし、本実施形態において、管の途中の流路の断面を細分化して表面積を大きくしたスタックに相当する。
前記熱緩和時間τは、τ=R2/2α(Rは流路径(m)、αは気体の熱拡散係数(m2/s))であって、流路内の流体要素と壁が熱平衡に達するまでの時間の目安であり、ωτは、管内の流体と管壁との間の熱交換をコントロールするパラメータとなる。
ここで、主たる管内(触媒コンバータ14前後の排気管9内)では、波動(排気音や排気脈動)の伝搬媒体である排気の圧縮・膨張サイクルは非常に短く、また、近傍に熱の散逸要因がないため、排気は断熱的に変化し、所謂熱音響現象は引き起こされない。よって、管の壁面との間で熱の授受は非常に小さい。
一方、触媒コンバータ14(スタック)内では、流路が狭く波動(排気音や排気脈動)がゆっくり伝搬するために、排気(流体)の圧縮・膨張のサイクルが長くなり、排気は等温的に変化し、触媒コンバータ14の担体(スタック)の壁面と排気との間において熱のやり取りが行われる。
このメカニズムにより、波動エネルギ(音響エネルギや脈動エネルギ)が存在する場合には、触媒コンバータ14の担体(スタック)に熱勾配が生じると共に、担体(スタック)全体の温度が上昇する。
ここで、図4Aに示すように、振動している流体の変位ζと圧力Pとの位相差が90度(π/2ラジアン)であるときに、図4Bに示すような仕事、又は、仕事に相当する熱の移動が最も効率良く行われ、流速uは変位ζの時間に関する1階微分値であるから、流速uと圧力Pとの位相差Φが0度であるときに、仕事、又は、仕事に相当する熱の移動が効率良く行われることになる。
図5A及び図5Bは、振動している流体の流速uと圧力Pとの位相差Φと、熱音響現象で発生する仕事量(発生可能熱量)との関係を示し、流速uと圧力Pとの位相差Φが0度であると最も大きな正の仕事が行われ、180度(−180度)の場合には最も大きな負の仕事が行われ、位相差Φが0度であるときには、図6に示すように、担体(スタック)の上流側の温度が高くなる温度勾配が生じ、位相差Φが180度(−180度)であるときには、担体(スタック)の下流側の温度が高くなる温度勾配が生じる。
尚、位相差Φが0度であるときに発生仕事量が大きく、90度で最も小さくなることは、図5Aの楕円の面積によっても明らかである。即ち、図5Aに示される楕円の面積に周波数を乗じた値が仕事流束に相当し、位相差Φが0度から90度に近づくほど、仕事流束が小さくなることが、図5Aに示されている。
従って、振動している排気の流速uと圧力Pとの位相差Φを変化させることによって、触媒コンバータ14の担体(スタック)の温度勾配の向き及び大きさを制御できることになる。
前記バルブ21は触媒コンバータ14の担体(スタック)の温度要求に応じて全開状態と全閉状態とに切り換えられる。前記バルブ21は機関1の負荷状態に応じて前記流速uと圧力Pとの位相差Φを操作することにより触媒コンバータ14の担体の温度及び長手方向の温度勾配の一方を制御する。
前記バルブ21は、閉じられたときに、前記流速uと圧力Pとの位相差Φを、90度(−90度)から0度又は180度(−180度)により近づけて、なるべく大きな仕事量を発生させ、触媒コンバータ14の担体(スタック)の温度をより高くするために設けられている。
例えば、機関1の低負荷運転時(例えばアイドル運転時)に、前記バルブ21を閉じると、該バルブ21による波動の反射・合成によって流速uと圧力Pとの位相差Φが90度(−90度)から0度又は180度(−180度)に近づき、触媒コンバータ14の担体の温度上昇及び温度勾配が生じるように、前記バルブ21の位置やオリフィス20の径・数などが設定されている。
これにより、前記バルブ21を備えない場合よりも、触媒コンバータ14の担体の温度上昇が図られ、結果、冷間始動時に活性温度にまで速やかに到達させたり、排気温度の低い低負荷運転時に活性温度を維持させたりすることが可能となるので、触媒コンバータ14による排気浄化機能をより発揮させ、排気性状を改善できる。
一方、排気温度が高く、効率の良い熱音響現象を引き起こさなくても触媒コンバータ14を活性温度にできる高負荷時等においては、前記バルブ21を開くことで、無用な排気抵抗の増大等を回避する。
前記バルブ21の開閉駆動は、マイクロコンピュータを内蔵するコントロールユニット31からの制御信号に基づいてモータやソレノイドなどのアクチュエータ32を動作させて行わせることができる他、機関1の吸入負圧を利用して開閉させたり、機関1の温度に感応して変位する部材によって開閉させたりすることも可能である。
更に、オリフィス20の径や数を可変とすることで前記位相を変化させたり、オリフィス20が開口された部材の排気管9内の出し入れによって位相を変化させたりすることも可能である。
尚、バルブ21を閉じることで、流速uと圧力Pとの位相差Φが90度(−90度)から0度に近づき、触媒コンバータ14の担体に、図6に示すように上流側ほど温度が高くなる温度勾配が発生する場合には、担体の上流側により多くの触媒(貴金属)を塗布しておけば、早期に活性温度に達し、活性温度を維持する触媒量を多くでき、効率的に排気を浄化できることになる。
同様に、バルブ21を閉じることで、流速uと圧力Pとの位相差Φが90度(−90度)から180度(−180度)に近づき、触媒コンバータ14の担体に、下流側ほど温度が高くなる温度勾配が発生する場合には、担体の下流側により多くの触媒(貴金属)を塗布しておけば、効率的に排気を浄化できることになる。
また、発生する温度勾配の方向に応じて、触媒を担持させた担体と、触媒を担持させない担体とを前後に組み合わせて触媒コンバータ14を構成させることもできる。
ところで、上記第1実施形態では、排気の流速uと圧力Pとの位相差Φを制御する制御デバイスとして、オリフィス20が開口されたバルブ21を用いたが、図7に示す第2実施形態のように、前記触媒コンバータ14の下流側に制御デバイスとしての第2の触媒コンバータ35を配置し、該第2の触媒コンバータ35の形状・位置の設定によって、流速uと圧力Pとの位相差Φが、90度(−90度)から0度又は180度(−180度)に近づくようにすることができる。
ここで、前記第2の触媒コンバータ35の形状・位置を機関1の運転条件に応じて変化させることが可能であるが、例えば触媒の昇温が要求される低負荷運転条件で、流速uと圧力Pとの位相差Φが90度(−90度)から0度又は180度(−180度)に近づくような形状・位置に固定することも可能である。
尚、前記第2の触媒コンバータ35の代わりに、例えば、排気微粒子を捕集するフィルタを触媒コンバータ14の下流に配置し、前記フィルタの形状・位置によって前記流速uと圧力Pとの位相差Φを制御させることができる。
また、図8に示す第3実施形態では、触媒コンバータ14の上流側の排気管9に分岐管(迂回管)37を設けると共に、該分岐管37の入口37aを開閉するバルブ38を設け、該バルブ38の開閉によって流速uと圧力Pとの位相差Φを制御する。即ち、第3実施形態では、前記分岐管37及びバルブ38が、制御デバイスを構成する。
前記分岐管37は、触媒コンバータ14の上流側の排気管9から分岐延設され、前記分岐部よりも下流側で触媒コンバータ14の上流側の排気管9に合流するものであり、前記バルブ38の開状態又は閉状態のいずれか一方で、流速uと圧力Pとの位相差が90度(−90度)から0度又は180度(−180度)に近づくように、流路長さ等が設定されている。
バルブ38は触媒コンバータ14の担体の温度要求に応じて分岐管37への流体の流入を操作することにより流速uと圧力Pとの位相差Φを制御する。
従って、例えば暖機中や低負荷運転時などの触媒コンバータ14を昇温させたい条件のときに、流速uと圧力Pとの位相差Φが90度(−90度)から0度又は180度(−180度)に近づく側(開状態又は閉状態)にバルブ38を制御すれば、触媒コンバータ14の担体の温度上昇が図られ、結果、活性温度を維持し、又は、活性温度にまで速やかに到達させることで、排気性状を改善できる。
図9は第4実施形態を示し、前記触媒コンバータ14の上流側の排気管9に連通するレゾネータ(共鳴室)41を設けると共に、該レゾネータ41の体積(形状)を変化させる体積可変デバイス42を設けてあり、前記レゾネータ41及び体積可変デバイス42が制御デバイスに相当する。
前記体積可変デバイス42は、例えば前記レゾネータ41内を仕切る仕切り板であり、該仕切り板をアクチュエータ32によって平行移動させることで、レゾネータ41の体積(形状)を連続的に変化させる。
この第4実施形態では、前記レゾネータ41の体積(形状)を前記体積可変デバイス42で変化させることで、流速uと圧力Pとの位相差Φが変化する。
体積可変デバイス42は触媒コンバータ14の担体の温度要求に応じてレゾネータ41の形状を操作することにより流速uと圧力Pとの位相差Φを制御する。例えば暖機中の低負荷運転時に、流速uと圧力Pとの位相差Φが90度(−90度)から0度又は180度(−180度)に近づく体積(形状)を予め求めておき、暖機中や低負荷運転時に前記体積可変デバイス42によって、前記予め求めた体積(形状)に変化させる。
これにより、触媒コンバータ14の担体の温度上昇が速められ、また、活性温度を維持させることができ、排気性状を改善できる。
尚、レゾネータ41の体積(形状)を変化させるデバイスとして、例えば、容積室を形成する壁の一部を蛇腹状に形成して、この部分の伸び縮みでレゾネータ41の体積を増減させることができる。
また、機関1の運転条件に応じてレゾネータ41の体積(形状)を連続的に変化させれば、広い運転領域で効率の良い仕事(熱交換)を行わせることができる。
図10は、各気筒からの排気管9の集合のさせ方(排気マニホールド形状)を、流速uと圧力Pとの位相差Φを制御すべく設定した第5実施形態を示す。
この第5実施形態では、例えば、低負荷運転時に流速uと圧力Pとの位相差Φが90度(−90度)から0度又は180度(−180度)に近づくように、多気筒の機関1において各気筒からの排気管9(ブランチ部9a)の集合のさせ方を設定してある。
前記排気管9の集合のさせ方とは、各気筒の排気管9の長さや集合部の形状などが含まれ、この集合のさせ方が、制御デバイスに相当することになる。
上記第5実施形態によると、低負荷運転されると、流速uと圧力Pとの位相差Φが90度(−90度)から0度又は180度(−180度)に近づくことで、音響又は振動流による仕事、又は、仕事に相当する熱の移動が効率良く行われ、触媒コンバータ14の担体を昇温し、結果、活性温度を維持し、又は、活性化を早め、排気性状を改善できる。
以上のように、上記各実施形態によると、内燃機関1の排気管9に代表される、端面が開放されている進行型波動エンジンを用いて、スタックの機能を持つ触媒コンバータ14の昇温を熱音響現象によって効果的に行うことができるので、低負荷条件での排気温度の低下に伴う触媒温度の低下を抑止し、また、暖機時に昇温を早めて、排気性状を改善できる。
また、触媒コンバータ14の昇温を、音響エネルギや波動エネルギを用いて行うので、機関1への燃料噴射量の増量やポスト噴射によって排気温度を高くする場合に比べて、燃費性能を犠牲にすることがなく、排気性状を改善できる。
尚、上記各実施形態では昇温させる対象を、スタックとして機能する触媒コンバータ14としたが、例えば、排気微粒子を捕集するフィルタがωτの要件を満たしてスタックとして機能する場合に、前記フィルタに堆積した排気微粒子を酸化除去すべく昇温させたいときに、進行型波動エンジンを用いて加熱させることが可能である。
更に、前記流速uと圧力Pとの位相差を0度から180度(−180度)の範囲内で制御することで、触媒コンバータ14の温度勾配の方向を可変に制御することも可能である。
また、内燃機関1の吸気管8に配置されるインタークーラや改質器などの吸気処理装置(流体処理装置)をスタックとし、制御デバイスによって流速uと圧力Pとの位相差Φを制御することで、インタークーラや改質器などの吸気用スタック(吸気処理装置)の温度又は温度勾配を制御することが可能である。
吸気の流速uと圧力Pとの位相差Φを制御する制御デバイスとしては、前記各実施形態に示した、オリフィスが開口されるバルブ、第2の吸気用スタック、分岐管、レゾネータ、更に、吸気管の集合のさせ方を用いることができる。
前記各実施形態によれば、ループ状の閉じた管路を必要としないので、内燃機関への適用が容易であり、かつ、装置サイズの大型化やコストの大幅な増大を回避できる。

Claims (16)

  1. 流体中に波動を発生させる仕事源と、
    前記流体を導入する管であって、前記仕事源が配置された第1の長手方向端部と、前記流体の流体要素の長手方向の振動が可能である第2の長手方向端部とを有する該管と、
    前記管内において前記第1及び第2の長手方向端部の間に設けられたスタックであって、細分化された流路の集合体を備えた該スタックと、
    前記管内における前記波動による前記流体の流体要素の速度の振動と圧力の振動の位相差を制御する制御デバイスとを備えた温度制御装置。
  2. 前記制御デバイスは前記位相差を90度から遠ざけて0度及び180度の一方に近づける、請求項1に記載の温度制御装置。
  3. 前記制御デバイスは前記位相差を0度及び180度の一方に近づける制御状態と非制御状態とに前記スタックの温度要求に応じて切り換えられる、請求項2に記載の温度制御装置。
  4. 前記仕事源は内燃機関であり、
    前記管は前記内燃機関の吸気管及び排気管の一方であり、
    前記スタックは前記管に配置された流体処理装置である、請求項1乃至3のいずれか1つに記載の温度制御装置。
  5. 前記管は前記内燃機関の排気管であり、
    前記流体処理装置は前記排気管に介装されて排気を浄化する触媒コンバータであり、
    前記制御デバイスは前記位相差を操作することにより前記触媒コンバータにおける触媒担体の温度及び長手方向の温度勾配の一方を制御する、請求項4に記載の温度制御装置。
  6. 前記制御デバイスは前記内燃機関の負荷状態に応じて前記位相差を操作する、請求項5に記載の温度制御装置。
  7. 前記触媒担体の温度勾配における温度が高い側に、より多くの量の触媒を担持させる、請求項5又は6に記載の温度制御装置。
  8. 前記制御デバイスは、前記管内において前記第1及び第2の長手方向端部の間に設けられたオリフィスを備えている、請求項1乃至7のいずれか1つに記載の温度制御装置。
  9. 前記制御デバイスは、前記管内において前記第1及び第2の長手方向端部の間に設けられ、前記管を開閉するバルブであって、前記オリフィスが形成される該バルブを備え、
    前記制御デバイスは前記スタックの温度要求に応じて前記バルブを操作することにより前記位相差を制御する、請求項8に記載の温度制御装置。
  10. 前記制御デバイスは、前記管内において前記第1及び第2の長手方向端部の間に始点と終点を有する迂回管を備えている、請求項1乃至7のいずれか1つに記載の温度制御装置。
  11. 前記制御デバイスは前記スタックの温度要求に応じて前記迂回管への流体の流入を操作することにより前記位相差を制御する、請求項10に記載の温度制御装置。
  12. 前記制御デバイスは、前記管内において前記第1及び第2の長手方向端部の間に設けられたレゾネータを備えている、請求項1乃至7のいずれか1つに記載の温度制御装置。
  13. 前記制御デバイスは前記スタックの温度要求に応じて前記レゾネータの形状を操作することにより前記位相差を制御する、請求項12に記載の温度制御装置。
  14. 前記管は前記内燃機関に接続されるマニホールド形状を有し、
    前記マニホールド形状は、前記位相差を0度及び180度の一方に近づけるように規定され、前記制御デバイスを実装する、請求項4乃至6のいずれか1つに記載の温度制御装置。
  15. 前記管は前記内燃機関に接続されるマニホールド形状を有し、
    前記マニホールド形状は、前記位相差を0度及びマイナス180度の一方に近づけるように規定され、前記制御デバイスを実装する、請求項4乃至6のいずれか1つに記載の温度制御装置。
  16. 前記流体処理装置は、第1の流体処理装置と第2の流体処理装置とを備え、
    前記第1及び第2の流体処理装置の形状及び位置が前記位相差を0度及び180度の一方に近づけるように規定され、前記制御デバイスを実装する、請求項4に記載の温度制御装置。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09236342A (ja) * 1996-02-28 1997-09-09 Idoutai Tsushin Sentan Gijutsu Kenkyusho:Kk パルス管冷凍機
JP2000088378A (ja) * 1998-07-17 2000-03-31 Idotai Tsushin Sentan Gijutsu Kenkyusho:Kk ループ管気柱音響波動冷凍機
JP2002122020A (ja) * 2000-10-16 2002-04-26 Honda Motor Co Ltd 内燃機関の排気熱エネルギ回収装置
JP2004258543A (ja) * 2003-02-27 2004-09-16 Nagoya Industrial Science Research Inst 熱音響効果を利用した音波増幅・減衰器を備えた配管装置
JP2005351222A (ja) * 2004-06-11 2005-12-22 Toyota Motor Corp 熱音響エンジンおよびその運転方法
JP2006214406A (ja) * 2005-02-07 2006-08-17 Denso Corp 熱音響装置
JP2007154792A (ja) * 2005-12-06 2007-06-21 Toyota Motor Corp 内燃機関のエネルギ回収装置
JP2007192131A (ja) * 2006-01-19 2007-08-02 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化触媒装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4398398A (en) * 1981-08-14 1983-08-16 Wheatley John C Acoustical heat pumping engine
JP3050543B1 (ja) * 1999-01-08 2000-06-12 株式会社移動体通信先端技術研究所 気柱共鳴波動冷凍手段を利用した冷房・冷凍施設
US6032464A (en) * 1999-01-20 2000-03-07 Regents Of The University Of California Traveling-wave device with mass flux suppression
JP4048821B2 (ja) * 2002-04-26 2008-02-20 株式会社デンソー 熱音響発電機

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09236342A (ja) * 1996-02-28 1997-09-09 Idoutai Tsushin Sentan Gijutsu Kenkyusho:Kk パルス管冷凍機
JP2000088378A (ja) * 1998-07-17 2000-03-31 Idotai Tsushin Sentan Gijutsu Kenkyusho:Kk ループ管気柱音響波動冷凍機
JP2002122020A (ja) * 2000-10-16 2002-04-26 Honda Motor Co Ltd 内燃機関の排気熱エネルギ回収装置
JP2004258543A (ja) * 2003-02-27 2004-09-16 Nagoya Industrial Science Research Inst 熱音響効果を利用した音波増幅・減衰器を備えた配管装置
JP2005351222A (ja) * 2004-06-11 2005-12-22 Toyota Motor Corp 熱音響エンジンおよびその運転方法
JP2006214406A (ja) * 2005-02-07 2006-08-17 Denso Corp 熱音響装置
JP2007154792A (ja) * 2005-12-06 2007-06-21 Toyota Motor Corp 内燃機関のエネルギ回収装置
JP2007192131A (ja) * 2006-01-19 2007-08-02 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化触媒装置

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