KR101016218B1 - Thermo Acoustic Generation Apparatus and Method Changing Frequency and Method for Controlling the Inner-Position do Thermoacoustic using the Apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 주파수 가변이 가능한 열음향 발생장치와 주파수 가변이 가능한 열음향 발생장치를 이용한 열음향 발생방법 및 주파수 가변이 가능한 열음향 발생장치에서 최대의 음향출력을 얻기 위해 열음향 발생장치의 길이 및 장치내부에서의 열음향 교환기의 위치를 쉽게 조절하는 방법에 대한 것이다. 보다 상세하게 열음향 발생장치에 있어서, 내부공간을 가지고 일측이 개방되어 있는 개방부를 구비하는 중공관 형태의 고온부; 고온부의 개방부에 결합되어 고온부의 내부공간에 있는 기체를 가열하는 가열수단; 내부공간을 가지며 양측이 모두 개방되어 있고 어느 일측은 음향이 발생하는 열음향발생부를 구비한 관 형태의 저온부; 저온부의 개방된 일측에 저온부 내부공간의 기체를 냉각하는 냉각수단; 및 고온부의 개방부와 저온부의 개방된 일측을 연결하며 복수의 모세관들을 구비하고, 기체가 고온부의 내부공간과 저온부의 내부공간을 순환할 수 있게 하는 열음향교환기;를 포함하여 열에너지를 기계적 에너지로 변환하여 특정주파수를 갖는 음향을 발생시키는 주파수 가변이 가능한 열음향 발생장치이다.
열음향교환기, SUS모세관, 내부공간의 길이, 특정주파수, 최대 음향출력, 온도차이, 고온부, 저온부
The present invention provides a thermoacoustic generation method using a thermoacoustic generator with a variable frequency and a thermoacoustic generator with a variable frequency and a length and length of the thermoacoustic generator to obtain a maximum sound output in the thermoacoustic generator with a variable frequency. A method for easily adjusting the position of the thermoacoustic exchanger inside the apparatus. In more detail, a thermoacoustic generator, comprising: a high-temperature portion in the form of a hollow tube having an open portion having an inner space and an open portion at one side thereof; Heating means coupled to the open portion of the hot portion to heat the gas in the inner space of the hot portion; A low temperature part of a tubular shape having an inner space and both sides of which are open and one side of which has a thermoacoustic generator for generating sound; Cooling means for cooling the gas of the inner space of the low temperature portion on the open side of the low temperature portion; And a thermoacoustic exchanger that connects the open portion of the hot portion to the open side of the cold portion and includes a plurality of capillaries, and allows a gas to circulate between the inner space of the hot portion and the inner space of the cold portion. It is a thermoacoustic generator capable of variable frequency to generate a sound having a specific frequency by converting.
Thermoacoustic exchanger, SUS capillary, internal space length, specific frequency, maximum sound output, temperature difference, high temperature part, low temperature part
Description
본 발명은 주파수 가변이 가능한 열음향 발생장치와 주파수 가변이 가능한 열음향 발생장치를 이용하여 열음향 발생방법 및 주파수 가변이 가능한 열음향 발생장치에서 최대의 음향출력을 얻기 위해 열음향 발생장치의 길이 빛 장치 내부에 서의 열음향 교환기의 위치를 쉽게 조절하는 방법에 대한 것이다. 보다 상세하게 출력되는 열음향의 특정 주파수는 열음향 발생장치의 길이에 반비례하므로 이러한 길이를 조절할 수 있는 조절수단을 구비하여 주파수를 변화할 수 있는 열음향 발생장치 및 열음향 발생방법이다. The present invention uses a thermoacoustic generator with a variable frequency and a thermoacoustic generator with a variable frequency to obtain a maximum acoustic output in a thermoacoustic method and a thermoacoustic generator with a variable frequency. It is about how to easily adjust the position of the thermoacoustic exchanger inside the light device. Since the specific frequency of the thermoacoustic output in more detail is inversely proportional to the length of the thermoacoustic generator, a thermoacoustic generator and a thermoacoustic method capable of changing the frequency are provided with an adjusting means for adjusting the length.
그리고, 최대 음향출력을 내게 되는 열음향 발생장치의 특정길이가 존재하여 결정된 고온부 내부공간의 길이에 대한 최대 음향출력을 가질 수 있는 저온부 내부공간의 길이를 조절하는 방법 또는 결정된 저온부 내부공간의 길이에 대한 최대 음향출력을 가질 수 있는 고온부 내부공간의 길이를 조절하는 방법에 대한 것이다.Then, there is a specific length of the thermoacoustic generator that gives the maximum sound output to the method of adjusting the length of the low-temperature section internal space that can have a maximum sound output for the length of the high-temperature section inner space determined or the length of the determined low-temperature section inner space It is about a method of adjusting the length of the internal space of the high temperature section that can have a maximum sound output for.
통상의 무빙코일(Moving coil)을 이용하여 음향을 발생하는 장치는 진동에 의한 기계적 에너지를 발생시켜 음향을 얻게 된다. 그러나, 무빙코일과 같은 가동 부속을 사용한 음향 발생기술은 장시간 사용시 마찰열에 의해 온도가 증가하고, 음파 발생 효율이 낮아지거나 고장나는 경우가 많다.A device for generating sound using a common moving coil may generate sound by generating mechanical energy due to vibration. However, in the sound generating technology using moving parts such as moving coils, the temperature increases due to frictional heat when used for a long time, and the sound wave generation efficiency is often lowered or malfunctions.
또한, 무빙코일 방식을 이용한 음향발생장치는 무빙코일을 지탱하는 진동판의 무게로 인하여 일정한계 이상의 강력한 음파를 발생시키기가 어렵다. 음향을 발생시키기 위한 또 다른 방법으로 압전재 방식이 있는데 이것은, 압전재가 무빙코일 방식에 비해 진동 변위가 작아 주로 초음파 대역을 발생시키는데 사용되고, 발생시키므로 저주파의 가청음 대역에는 잘 사용하지 않는다. In addition, the sound generating apparatus using the moving coil method is difficult to generate a strong sound wave of a certain limit due to the weight of the diaphragm supporting the moving coil. Another method for generating sound is a piezoelectric material method, which is mainly used to generate an ultrasonic band because the vibration displacement is smaller than that of the moving coil method, and thus it is not used in low frequency audible sound band.
열음향 발생기술을 이용한 열음향 발생장치는 기계적인 가동부속을 사용하지 않고, 열에너지를 기계적 에너지인 음향으로 변화하므로 보다 강력한 음향을 출력할 수 있다. 그러나 이러한 열음향 발생장치는 열음향 발생장치 내부공간에 음파를 공진(공명, resonance)시켜 발생하기 때문에 장치의 길이가 고정되면 주파수를 바꿀 수 없다는 문제가 있다.The thermoacoustic generator using the thermoacoustic generation technology can output more powerful sound because the thermal energy is converted into a mechanical energy sound without using mechanical moving parts. However, since the thermoacoustic generator is generated by resonating sound waves in the internal space of the thermoacoustic generator, there is a problem that the frequency cannot be changed when the length of the apparatus is fixed.
또한, 기존의 열음향 발생장치는 열에너지를 기계적 에너지인 음향에너지로 변화하는 열음향 교환기의 제작이 복잡다는 단점이 있었다. 따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해 복수의 SUS(스테인레스 스틸) 모세관들로 구성된 열음향교환기를 채택하고, 고온부 내부공간의 길이와 저온부 내부공간의 길이를 가변할 수 있도록 하여 주파수를 변화할 수 있는 열음향 발생장치가 요구되었다. In addition, the conventional thermoacoustic generator has a disadvantage in that the production of a thermoacoustic exchanger that converts thermal energy into mechanical energy, which is mechanical energy, is complicated. Therefore, in order to solve this problem, a thermoacoustic exchanger composed of a plurality of SUS (stainless steel) capillaries is adopted, and the heat of which the frequency can be changed by varying the length of the inner space of the hot part and the length of the inner space of the cold part is changed. A sound generator was required.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 열음향 발생장치의 길이를 변화할 수 있게 함으로써 주파수를 가변할 수 있는 열음향 발생장치를 제공하게 된다. 또한, 이러한 열음향 발생장치를 이용하여 주파수를 가변할 수 있는 열음향 발생방법을 제공한다.Accordingly, the present invention provides a thermoacoustic generator capable of varying a frequency by allowing the length of the thermoacoustic generator to be changed to solve the above problems. In addition, the present invention provides a thermoacoustic generation method capable of varying the frequency using the thermoacoustic generator.
본 발명의 열음향 발생장치에 구비되는 열음향교환기는 SUS모세관으로 구성되어 가공도와 성능 및 내열성이 우수하여 열음향교환기의 제작이 복잡하다는 단점을 극복할 수 있다. 또한, 고온부 내부공간의 길이는 길이 조절수단에 의해 조절하여 주파수를 가변할 수 있고, 저온부 내부공간의 길이는 다양한 내부공간의 길이를 가지는 관형태의 저온부들을 결합 및 조합하여 길이를 변화시킬 수 있다. The thermoacoustic exchanger provided in the thermoacoustic generator of the present invention is composed of a SUS capillary tube to overcome the disadvantage that the manufacturing of the thermoacoustic exchanger is complicated because of excellent workability and performance and heat resistance. In addition, the length of the inner space of the high temperature portion can be adjusted by the length adjusting means to change the frequency, the length of the low temperature portion inner space can be changed by combining and combining the low temperature portion of the tubular shape having the length of the various inner spaces. .
그리고, 최대의 음향출력을 내게 되는 고온부 내부공간의 길이와 저온부 내부공간의 길이를 조절하는 방법을 제공하게 된다. 결정된 저온부 내부공간의 길이에 대해 최대의 음향출력을 가지게 되는 특정 고온부 내부공간의 길이가 존재하여 최대 음향출력을 가지도록 열음향 발생장치 내에서 열음향 교환기의 위치를 제어할 수 있다.In addition, the present invention provides a method of controlling the length of the inner space of the high temperature part and the length of the inner space of the low temperature part that give the maximum sound output. The position of the thermoacoustic exchanger in the thermoacoustic generator may be controlled to have a maximum sound output because there is a length of a specific high temperature inner space having a maximum sound output with respect to the determined length of the inner space of the low temperature section.
본 발명의 그 밖에 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 관련되어 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다. Other objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments in conjunction with the accompanying drawings.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 열음향 발생장치에 있어서, 내부공간을 가지 고 일측이 개방되어 있는 개방부와 다른 일측은 폐쇄된 폐쇄부를 구비하는 중공관 형상의 고온부; 고온부의 개방부에 결합되어 고온부의 내부공간에 있는 기체를 가열하는 가열수단; 내부공간을 가지며 양측이 모두 개방되어 있고 어느 일측은 음향이 발생하는 음향발생부를 구비한 관 형태의 저온부; 저온부의 음향발생부 반대편 일측에 저온부 내부공간의 기체를 냉각하는 냉각수단; 및 가열수단이 결합된 고온부의 개방부와 냉각수단이 결합된 저온부의 개방된 일측을 연결하며 복수의 모세관들을 구비하고, 기체가 고온부 내부공간과 저온부 내부공간을 교환할 수 있게 하는 열음향교환기;를 포함하여 열에너지를 기계적 에너지로 변환하여 특정주파수를 갖는 음향을 발생시키는 주파수 가변이 가능한 열음향 발생장치로 달성될 수 있다.An object of the present invention as described above, in the thermoacoustic generator, a high temperature portion of the hollow tube shape having an inner space and one side is open and the other side is closed with a closed portion; Heating means coupled to the open portion of the hot portion to heat the gas in the inner space of the hot portion; A low temperature part of a tubular shape having an inner space and both sides of which are open and one side of which has an acoustic generator for generating sound; Cooling means for cooling the gas in the inner space of the low temperature portion on the opposite side of the sound generating portion of the low temperature portion; And a thermoacoustic exchanger that connects the open portion of the high temperature portion coupled to the heating means and the open side of the low temperature portion coupled to the cooling means, and includes a plurality of capillaries, and allows a gas to exchange the high temperature portion internal space and the low temperature portion internal space. It can be achieved with a thermoacoustic generator capable of variable frequency to convert the thermal energy into mechanical energy, including a sound to generate a sound having a specific frequency.
모세관은 SUS 모세관인 것을 특징으로 할 수 있다.The capillary may be characterized in that the SUS capillary.
음향발생부에서 발생되는 음향의 특정주파수는 고온부 내부공간의 길이와 열음향교환기의 길이 및 저온부 내부공간의 길이의 합인 열음향 발생장치의 길이에 반비례하여 변화하는 것을 특징으로 할 수 있다.The specific frequency of the sound generated by the sound generator may vary in inverse proportion to the length of the thermoacoustic generator, which is the sum of the length of the inner space of the high temperature part, the length of the thermoacoustic exchanger, and the length of the inner space of the low temperature part.
특정주파수의 변화는, 특정주파수가 2500헤르츠 이상에서 20000헤르츠 이하 영역대인 경우 고온부 내부공간의 길이변화가 저온부 내부공간의 길이변화보다 특정주파수 변화에 큰 영향을 미치고, 특정주파수가 0헤르츠를 초과하여 2500헤르츠 미만인 영역대의 경우는 저온부 내부공간의 길이변화가 고온부 내부공간의 길이변화보다 특정주파수 변화에 큰 영향을 미치는 것을 특징으로 할 수 있다.When the specific frequency is in the range of more than 2500 hertz to less than 20000 hertz, the change of the length of the inner space of the hot part has a greater influence on the change of the specific frequency than the change of the length of the inner space of the low temperature part, and the specific frequency exceeds 0 hertz. In the case of the region of less than 2500 Hertz, the change in the length of the inner space of the low temperature portion may be more influenced by the specific frequency change than the change of the length of the inner space of the high temperature portion.
저온부의 기체가 냉각수단에 의해 냉각과 압축이 이루어지고 고온부의 기체가 가열수단에 의해 가열 및 팽창되어 열음향교환기의 모세관을 통해 순환하여 열 에너지를 음향으로 변환하는 것을 특징으로 할 수 있다.The gas of the low temperature part is cooled and compressed by the cooling means, and the gas of the high temperature part is heated and expanded by the heating means, and circulates through the capillary of the thermoacoustic exchanger to convert thermal energy into sound.
고온부에는, 길이 조절수단을 구비하여 열음향교환기에 의해 순환되는 기체를 포함하는 고온부 내부공간의 길이를 조절하여 열음향발생부에서 발생되는 음향의 특정주파수를 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.The high temperature unit may include a length adjusting means to adjust a specific frequency of sound generated from the heat acoustic generator by adjusting the length of the internal space of the high temperature unit including the gas circulated by the heat acoustic exchanger.
저온부는 복수로 구비되고 각각의 저온부에는 결합수단을 구비하여 저온부들을 결합 또는 분리하여 저온부 내부공간의 길이를 조절하여 열음향발생부에서 발생되는 음향의 특정주파수를 변화시킬 수 있는 것을 특징으로 할 수 있다.A plurality of low temperature parts may be provided, and each low temperature part may include a coupling means to combine or separate the low temperature parts to adjust a length of the internal space of the low temperature part so as to change a specific frequency of sound generated by the thermoacoustic generator. have.
가열수단은, 고온부의 개방부에 구비되며 전열기에 해당하고, 전열기는 전력공급장치에 의해 전력이 공급되어 가열되는 텅스텐 히터와 전력공급장치와 연결되어 전력을 조절하는 전력조절수단을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The heating means is provided in the opening of the high temperature portion and corresponds to the heater, the heater includes a tungsten heater that is powered by a power supply and heated and a power control means for controlling the power connected to the power supply. You can do
냉각수단은, 수냉식장치에 해당하며 수냉식장치는 유량 공급부에서 공급된 유량이 복수의 모세관 외관에 흐르면서 모세관 내부에 있는 기체를 냉각하고, 유량 배출부로 유량이 배출되는 것을 특징으로 할 수 있다.The cooling means corresponds to a water-cooling device, wherein the water-cooling device cools the gas inside the capillary while the flow rate supplied from the flow rate supply part flows to the exterior of the capillary tube and discharges the flow rate to the flow rate discharge part.
열음향발생기에서 출력되는 음향의 출력 크기는 저온부과 고온부의 온도차이에 비례하는 것을 특징으로 할 수 있다.The output magnitude of the sound output from the thermoacoustic generator may be proportional to the temperature difference between the low temperature part and the high temperature part.
고정된 열음향 발생장치의 길이에서 음향을 발생시키기 시작하는 특정 온도차이가 존재하는 것을 특징으로 할 수 있다.It may be characterized by the presence of a specific temperature difference that starts to generate sound at the length of the fixed thermoacoustic generator.
음향교환기의 길이 및 저온부 내부공간의 길이가 고정되어 있을 때, 최대의 출력크기를 갖기 위한 고온부 내부공간의 길이가 존재하는 것을 특징으로 할 수 있다.When the length of the sound exchanger and the length of the inner space of the low temperature section are fixed, there may be a length of the inner space of the high temperature section to have the maximum output size.
열음향교환기의 길이 및 고온부의 내부공간의 길이가 고정되어 있을 때, 최대의 출력크기를 갖기 위한 저온부 내부공간의 길이가 존재하는 것을 특징으로 할 수 있다.When the length of the thermoacoustic exchanger and the length of the internal space of the high temperature section are fixed, the length of the internal space of the low temperature section to have the maximum output size may be present.
또 다른 카테고리로서 본 발명의 목적은, 열음향 발생장치에 길이 조절방법에서,열음향교환기의 길이는 고정되어 있고, 다양한 내부공간의 길이를 가지는 복수의 관형태의 저온부들을 조합하여 저온부 내부공간의 길이를 결정하는 단계;고온부와 저온부 내부공간에 기체를 삽입하는 단계; 가열수단과 냉각수단을 고온부와 저온부 사이에 온도차이를 형성하는 단계; 온도차이가 특정값을 초과하는 경우 열음향교환기에 의해 기체가 순환되어 음향을 출력하는 단계; 및 결정된 저온부 내부공간의 길이에 따라 최대의 음향출력을 내기 위한 고온부 내부공간의 길이를 길이 조절수단으로 조절하여 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 최대의 음향출력을 위한 열음향 발생장치의 길이조절방법으로 달성될 수 있다.In another category, an object of the present invention is to adjust the length of a thermoacoustic generator, wherein the length of the thermoacoustic exchanger is fixed, and a combination of a plurality of tubular low temperature portions having various lengths of inner space is used for Determining a length; inserting a gas into an inner space of the high temperature portion and the low temperature portion; Forming a temperature difference between the heating means and the cooling means between the high temperature portion and the low temperature portion; If the temperature difference exceeds a specific value, the gas is circulated by the thermoacoustic exchanger to output sound; And adjusting the length of the high temperature part internal space for outputting the maximum sound output by the length adjusting means according to the determined length of the low temperature part internal space. It can be achieved by the length adjustment method.
또한, 열음향 발생장치에서 내부공간의 길이를 결정하는 방법에서, 열음향교환기의 길이는 고정되어 있고, 고온부 내부공간의 길이를 길이조절 수단으로 조절하여 결정하는 단계; 결정된 고온부 내부공간의 길이에 따라 최대의 음향출력을 내기 위한 다양한 내부공간의 길이를 가지는 복수의 관형태의 저온부들을 조합하여 저온부 내부공간의 길이를 결정하는 단계; 고온부와 저온부 내부공간에 기체를 삽입하는 단계; 가열수단과 냉각수단으로 고온부와 저온부 사이에 온도차이를 결정하는 단계; 및 온도차이가 특정값을 초과하는 경우 열음향교환기에 의해 기체가 순환되어 음향을 출력하는 단계;를 포함는 것을 특징으로 하는 최대의 음향출력을 위한 열음향 발생장치의 길이조절방법으로 달성될 수 있다.In addition, in the method for determining the length of the inner space in the thermoacoustic generator, the length of the thermoacoustic exchanger is fixed, and determining by adjusting the length of the inner space of the hot portion by the length adjusting means; Determining a length of the low temperature part internal space by combining a plurality of tubular low temperature parts having a length of various internal spaces for producing a maximum sound output according to the determined length of the high temperature part internal space; Inserting a gas into an inner space of the hot part and the cold part; Determining a temperature difference between the hot portion and the cold portion with heating means and cooling means; And when the temperature difference exceeds a specific value, the gas is circulated by the thermoacoustic exchanger to output sound. The method of controlling the length of the thermoacoustic generator for maximum acoustic output may be achieved. .
고정된 온도차이에서 음향출력의 크기가 최대화되는 고온부 내부공간의 길이와 저온부 내부공간의 길이는, 각각 서로 비례하는 것을 특징으로 할 수 있다.The length of the inner space of the high temperature section and the length of the inner space of the low temperature section, in which the magnitude of the sound output is maximized at a fixed temperature difference, may be proportional to each other.
본 발명의 또 다른 목적은, 열음향 발생장치에 기체를 공급하여 고온부의 내부공간과 열음향교환기에 구비된 복수의 모세관들 각각의 내부 및 저온부의 내부공간에 기체가 채워지는 단계; 전력공급장치에서 텅스텐 히터에 전력을 공급하여 텅스텐 히터에 의해 고온부 내부공간이 가열되고, 냉각수단의 유량 공급기에서 유량이 공급되어 모세관의 외관에 흐르게 되어 모세관을 냉각하여 저온부와 고온부의 온도차이를 형성하는 단계; 및 온도차이가 특정값을 초과하는 경우 기체가 열음향교환기의 모세관 내부를 통하여 저온부 내부공간과 고온부 내부공간을 순환하여 열음향발생부에서 특정주파수를 가진 음향을 발생하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 주파수 가변이 가능한 열음향 발생방법으로 달성될 수 있다.Still another object of the present invention is to supply a gas to the thermoacoustic generator, the gas is filled in the inner space of the capillary and the inner space of each of the plurality of capillaries provided in the hot acoustic exchanger; The power supply device supplies electric power to the tungsten heater to heat the internal space of the high temperature section by the tungsten heater, and the flow rate is supplied from the flow rate supply of the cooling means to flow in the appearance of the capillary tube to cool the capillary tube to form a temperature difference between the low temperature section and the high temperature section. Making; And generating a sound having a specific frequency in the thermoacoustic generator by circulating the inside of the low temperature portion and the inner portion of the high temperature portion through the capillary of the thermoacoustic exchanger when the temperature difference exceeds a specific value. It can be achieved by a thermoacoustic generation method capable of varying the frequency.
모세관은 SUS 모세관인 것을 특징으로 할 수 있다.The capillary may be characterized in that the SUS capillary.
특정주파수는 고온부 내부공간의 길이와 열음향교환기의 길이 및 저온부 내부공간의 길이의 합인 열음향 발생장치의 길이에 반비례하는 것을 특징으로 할 수 있다.The specific frequency may be inversely proportional to the length of the thermoacoustic generator, which is the sum of the length of the inner space of the hot part and the length of the thermoacoustic exchanger and the length of the inner space of the low temperature part.
특정주파수를 가진 음향 발생 단계에서, 음향 출력의 크기는 온도차이에 비례하며, 음향을 발생시키기 위한 최소 특정 온도차이가 존재하고, 저온부의 결합수단으로 적어도 하나의 저온부를 조합하여 저온부 내부공간의 길이를 결정하고, 결정된 저온부 내부공간의 길이에 따라 고온부의 길이 조절수단으로 고온부의 내부공 간의 길이를 조절하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the sound generation step having a specific frequency, the magnitude of the sound output is proportional to the temperature difference, and there is a minimum specific temperature difference for generating sound, and the length of the inner space of the low temperature part by combining at least one low temperature part with the coupling means of the low temperature part. Determining and adjusting the length of the inner space of the hot portion with the length adjusting means of the hot portion according to the determined length of the inner space of the low temperature portion may be further characterized.
고정된 열음향교환기의 길이에 대해 고온부 내부공간의 길이 및 저온부의 내부공간의 길이를 조절하여 최대의 음향출력을 갖는 특정길이를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.It may be characterized by having a specific length having the maximum sound output by adjusting the length of the inner space of the hot portion and the length of the inner space of the cold portion relative to the length of the fixed thermoacoustic exchanger.
따라서, 상기 설명한 바와 같은 본 발명의 일실시예에 의하면, 열음향 발생장치의 길이를 변화할 수 있게 함으로써 주파수를 가변할 수 있는 효과를 갖게 된다. 본 발명의 열음향 발생장치에 구비되는 열음향교환기는 SUS모세관으로 구성되어 가공도와 성능 및 내열성이 우수하여 열음향교환기의 제작을 손쉽고 할 수 있다는 장점을 가진다. 그리고, 기존의 것에 비해 모세관의 기공도가 높아 성능을 향상시키는 효과를 가지게 된다. Therefore, according to one embodiment of the present invention as described above, it is possible to change the length of the thermoacoustic generator has the effect of varying the frequency. The thermoacoustic exchanger provided in the thermoacoustic generator of the present invention has an advantage that the thermoacoustic exchanger is made of SUS capillary tube and has excellent workability and performance and heat resistance. In addition, the porosity of the capillary tube compared with the conventional one has the effect of improving the performance.
또한, 고온부 내부공간의 길이는 길이 조절수단에 의해 조절하여 주파수를 가변할 수 있고, 저온부 내부공간의 길이는 다양한 내부공간의 길이를 가지는 관형태의 저온부들을 결합 및 조합하여 길이를 변화하여 다양한 주파수를 가지는 음향을 발생시킬 수 있는 효과가 있다. 음향출력을 내는 동안에도 고온부의 길이조절수단에 의해 고온부 내부공간의 길이를 조절할 수 있어 주파수 가변이 가능하며 음향출력의 크기도 조절 가능하다는 장점이 있다. In addition, the length of the inner space of the high temperature portion may be adjusted by the length adjusting means to change the frequency, and the length of the inner space of the low temperature portion may vary by varying the length by combining and combining tubular low temperature portions having various inner space lengths. There is an effect that can generate a sound having. The length of the internal space can be adjusted by the length adjusting means of the high temperature part while the sound output is made, so that the frequency can be changed and the size of the sound output can be adjusted.
그리고, 본 발명의 열음향 발생장치는 고정된 고온부 내부공간의 길이에 저온부 내부공간의 길이를 조절하거나, 결정된 저온부 내부공간의 길이에 고온부 내부공간의 길이를 조절하여 최대 음향출력을 가지도록 할 수 있다. 따라서, 같은 전 력이나 투입되는 에너지로 최대 효율을 낼 수 있는 고온부 내부공간의 길이와 저온부 내부공간의 길이를 결정할 수 있어 열음향을 최적화된 조건에서 운행할 수 있고 에너지 효율을 높일 수 있다는 장점을 가진다.In addition, the thermoacoustic generator of the present invention may have a maximum sound output by adjusting the length of the low temperature part internal space to the length of the fixed high temperature part internal space, or by adjusting the length of the high temperature part internal space to the determined length of the low temperature part internal space. have. Therefore, it is possible to determine the length of the inner space of the high temperature part and the length of the inner temperature of the low temperature part that can achieve the maximum efficiency with the same power or energy input, so that the thermal sound can be operated under optimized conditions and the energy efficiency can be improved. Have
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허 청구 범위에 속함은 자명하다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it will be readily apparent to those skilled in the art that various other modifications and variations are possible without departing from the spirit and scope of the present invention. Are all within the scope of the appended claims.
(주파수 가변이 가능한 열음향 발생장치의 구성)(Configuration of Thermoacoustic Generator with Variable Frequency)
이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 주파수 가변이 가능한 열음향 발생장치의 구성에 대하여 설명하도록 한다. 먼저 도 1a는 주파수 가변이 가능한 열음향 발생장치의 단면도를 도시한 것이다.Hereinafter, a configuration of a thermoacoustic generator capable of variable frequency will be described with reference to the accompanying drawings. First, Figure 1a shows a cross-sectional view of a thermoacoustic generator capable of variable frequency.
주파수 가변이 가능한 열음향 발생장치는 도 1a에 도시된 바와 같이, 일정한 길이를 가지며 내부공간을 구비하고 한쪽이 막혀 있는 동공관 형태의 고온부(100)와 양쪽이 모두 개방되어 있는 관 형태의 저온부(500), 그리고 고온부(100)과 저온부(500)를 연결하며 복수의 모세관(320)들을 구비하는 열음향교환기(300)를 구비하고 있다. 또한, 고온부(100)과 열음향교환기(300)가 연결되는 부분에 고온부의 내부공간(110)에 채워진 기체를 가열하기 위한 가열수단(200)과 열음향 교환기(300)와 저온부(500)가 연결되는 부분에 저온부(500) 내부공간(540)에 채워진 기체를 냉각하는 냉각수단(400)을 포함하고 있다.As shown in FIG. 1A, the thermoacoustic generator having a variable frequency has a constant length, has an internal space, and has a hollow tube-shaped
열음향 발생장치의 길이(L)는 고온부(100)에서 열음향 교환기(300)에 의해 교환되는 기체를 포함하고 있는 내부공간의 길이(L1)와 열음향교환기(300)의 길이(L2) 그리고, 저온부(500) 내부공간(540)의 길이(L3)의 합으로 결정된다. 발생되는 음향의 특정주파수(f)는 수학식 1과 같다.The length L of the thermoacoustic generator is the length L1 of the internal space containing the gas exchanged by the
여기서, f는 특정주파수, c는 소리의 속도(공기의 경우 약 330m/s, 따라서 양의 상수), 그리고 L은 열음향발생장치의 길이이다. 따라서, 특정주파수 f은 L에 반비례하게 된다.Where f is the specific frequency, c is the speed of sound (about 330 m / s for air, and therefore a positive constant), and L is the length of the thermoacoustic generator. Therefore, the specific frequency f is inversely proportional to L.
고온부(100)는 내부공간(110)에 기체가 채워져 있으며 기체는 가열수단(200)에 의해 가열되고 압력이 증가하여 모세관(320)의 내부를 통해 저온부(500)로 이동하게 된다. 고온부(100)는 중공관의 형태로 일측이 막혀있는 폐쇄부(130)를 구비하고 다른 일측은 개방되어 있는 개방부로 열음향 교환기(300)가 연결되는 부분이다. 또한, 고온부(100)에 열음향교환기(300)를 통하여 교환되는 기체를 채우고 있는 내부공간(110)의 길이(L1)는 길이 조절수단(120)에 의해 조절될 수 있다. The
도 1a에 도시된 바와 같이. 길이 조절수단(120)은 피스톤(123)과 축(122), 그리고 핸들(121)로 구성되어 있다. 피스톤(123)은 고온부의 내부공간(110)에서 열음향교환기(300)로 교환될 수 있는 기체와 교환되지 않는 기체를 구분하게 된다. 따라서, 핸들(121)을 이용하여 피스톤(123)이 고온부의 내부공간(110) 어디에 위치하게 되는 지를 조절하여 열음향교환기(300)에 의해 교환되는 기체를 채우고 있는 내부공간(110)의 길이(L1)를 조절할 수 있다. As shown in FIG. Length adjusting means 120 is composed of a
저온부(500)는 양측이 모두 개방되어 있는 관의 형태를 지닌다. 저온부(500)의 양측에는 모두 결합수단을 가지고 있다. 따라서, 도 1a에 도시된 바와 같이, 개방된 일측에 구비되는 결합수단(540)에 의해 열음향 교환기(300)와 결합된다. 결합수단의 구체적인 예는 나사가 있으며 저온부(500)가 수나사를 구비하고 열음향교환기(300)가 암나사로 구성되어 양자를 결합할 수 있다. 이러한 저온부(500)는 복수의 관형태의 저온부(500)들을 결합하여 형성될 수 있다. The
도 1a에 도시된 바와 같이, 저온부(500)는 내부공간(540)의 길이(L3)가 L4인 제 1저온부(520)와 내부공간(540)의 길이가 L5인 제 2저온부(530)를 결합수단에 의해 결합하여 구성될 수 있다. 따라서, 결합된 저온부(500) 내부공간(540)의 길이는 L4 + L5 = L3이 된다. 또한, 저온부(500)는 제 1저온부(520)만으로 이루어져 저온부(500) 내부공간(540)의 길이가 L3 = L4로 될 수도 있고, 제 2저온부(530)만으로 이루어져 L3 = L5가 될 수도 있다. 다양한 내부공간의 길이를 가지는 관들을 결합 및 조합하여 다양한 내부공간의 길이를 가지도록 저온부(500)를 구성할 수 있다. As shown in FIG. 1A, the
그리고, 저온부(500)에서 열음향교환기(300)가 결합되는 반대측은 음향이 발생하는 음향발생부(510)에 해당한다. 고온부(100)와 열음향교환기(300)가 연결되는 부분에는 가열수단(200)을 구비하고 있다. 또한, 저온부(500)와 열음향교환기(300)가 연결되는 부분에는 냉각수단(400)을 구비하고 있다. 따라서, 고온부(100)와 저온부(500)의 온도차이(△T)가 발생하게 된다. 열음향교환기(300)는 복수의 모세관(320)들로 구성되며 모세관(320) 각각의 내부를 통해 기체가 고온부(100)에서 저 온부(500)로 이동하고, 저온부(500)에서 고온부(100)로 이동하며 교환 및 순환을 하며 열에너지를 기계적에너지인 음향에너지로 변환하게 된다. The opposite side to which the
도 1b는 모세관(320)의 내부를 확대한 단면도를 도시한 것이다. 도시된 바와같이, 확대된 기체 알갱이(330)는 모세관(320)을 통해 고온부(100)와 저온부(500)를 교환하며 순환함을 알 수 있다. 구체적으로 열음향교환기(300)의 길이(L2)는 5㎜~10㎝에 해당하며 가열수단(200)에 의해 가열되는 고온부(100)와 냉각수단(400)에 의해 냉각된 저온부(500)의 온도차이(△T)는 200~600℃정도이다. 이러한 열음향교환기(300)에 사용되는 모세관(320)은 쇠수세미, SUS(스테인레스 스틸) mesh, SUS 평행적핀, 세라믹 사각격자, Kapton 또는 SUS모세관 등을 사용한다. 그러나 가공이 쉽고 내열성과 성능이 우수한 SUS 모세관을 사용하는 것이 본 발명의 기술적 특징에 가장 잘 부합된다. SUS모세관은 가공도와 성능 및 내열성이 우수하여 열음향교환기(300)의 제작을 손쉽게 가능하게 한다. 그리고, 모세관(320)의 기공도가 높아 성능을 향상시킨다.1B illustrates an enlarged cross-sectional view of the inside of the
도 1b에 도시된 바와같이, 고온부(100)의 기체가 가열되어 온도가 증가하고 팽창하여 고온부 내부공간(110)에 압력이 증가되어 순간적으로 모세관(320) 내부를 통해 저온부(500)로 이동하게 된다. 기체가 저온부(500)로 이동하면 온도가 하강하고 수축된다. 그리고, 순간적으로 고온부(100)의 기체가 저온부(500)로 이동되어 고온부(100)의 압력은 감소하고 저온부(500)의 압력이 증가하게 되어 다시 기체는 고온부(100)로 이동하게 된다. As shown in Figure 1b, the gas of the
이러한 기체의 교환은 계속적으로 순환하며 진행하게 되어 고온부(100)과 저 온부(500)가 일정 이상의 온도차이(△T)가 될 때 발생하게 되며 이 때 열에너지를 기계적에너지인 음향에너지로 변환되게 되어 특정주파수를 가지는 음향을 발생하게 된다. 도 1c는 기체의 순환,교환에 따른 열음향발생장치 길이(L)에 대한 온도의 그래프를 도시한 것이고, 도 1d는 기체 순환에 따른 부피에 대한 압력을 도시한 그래프이다.This gas exchange is continuously circulated and occurs when the
고온부(100)와 열음향교환기(300)가 연결된 부분에 구비된 가열수단(200)은 구체적인 실시예에서는 전열기에 해당한다. 도 2는 전열기의 단면도를 도시한 것으로 도 1a의 A-A`단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전열기는 전력공급장치(220)와 전력공급장치(220)에 의해 전력을 공급받는 텅스텐 히터(210), 그리고 전력공급장치(220)에 연결되어 전력을 조절하는 전력조절장치(230)로 구비되어 있다. 전력이 공급된 텅스텐 히터(210)가 가열되어 고온부 내부공간(110)에 기체의 온도를 증가시키게 된다. The heating means 200 provided at the portion where the
그리고, 도 3a는 냉각수단의 단면도를 도시한 것으로 도 1a의 B-B`단면도이다. 그리고, 도 3b는 냉각수단(400)의 측면도를 도시한 것이다. 도 3a에 도시된 바와같이, 냉각수단(400)은 수냉식 냉각장치에 해당하여 유량 공급부(410)와 유량 배출부(420), 유량측정기(430), 유량조절기(440) 그리고, 유량펌프(450)로 구성되어 있다. 유량펌프(450)에서 유체를 펌핑하여 유량 공급부에서 유체가 공급되어 모세관(320)의 외측으로 흐르게 된다. 따라서 모세관(320)이 냉각되면서 모세관(320) 내부(321)에 있는 기체를 냉각하게 된다. 모세관(320) 외측에 흐른 뒤 유량 배출부(420)로 배출되게 된다. 또한, 공급되는 유량을 유량측정기(430)에서 측정하고 유량조절기(440)에서 유량의 양과 온도를 조절하게 된다. 3A is a cross-sectional view of the cooling means, which is taken along line B-B 'of FIG. 1A. And, Figure 3b shows a side view of the cooling means 400. As shown in Figure 3a, the cooling means 400 corresponds to the water-cooled cooling device flow
가열수단(200)과 냉각수단(400)으로 고온부(100)와 저온부(500)의 온도차이(△T)를 만들게 되고 이러한 온도차이(△T)는 200~600℃에 해당하게 된다. 온도차이(△T)가 일정수준을 넘어야 음향이 발생하게 된다. 도 4는 가열수단(200)과 냉각수단(400)으로 온도차이(△T)를 형성할 때 음향이 발생되는 시점, 음향이 발생되는 최소 온도차이(△T)에 대한 그래프를 도시한 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 냉각과 가열을 시작하게 되고 온도차이(△T)가 460℃정도 되었을 때 음향이 발생하게 된다. 그 시점은 18분 정도가 되며 음향 출력의 크기는 음향발생부(510)로 부터 1미터 거리에서 소음측정기(600)로 측정한 결과 약 95데시벨(dB)정도가 된다. The heating means 200 and the cooling means 400 make a temperature difference ΔT between the
또한, 발생되는 음향출력의 크기는 온도차이(△T)에 비례하게 된다. 그리고, 최대의 출력을 가지게 되는 열음향 발생장치의 길이(L)가 존재한다. 도 5a 및 도 5b는 특정 온도차이(△T)들에 따른 저온부(500) 내부공간(540)의 길이 변화에 따른 음향출력의 크기를 도시한 그래프이다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 고온부 내부공간(110)의 길이(L1)와 열음향교환기(300)의 길이(L2)를 L1+(L2/2)=45㎜로 고정하고 저온부(500) 내부공간(540)의 길이(L3) 변화에 따른 음향출력의 크기를 알 수 있다. L1+(L2/2)=45㎜로 고정되어 있을 때 최대 출력을 가지는 L3의 값은 22㎜가 됨을 알 수 있고, L3가 고정된 상태에서는 온도차이(△T)는 음향출력의 크기에 비례함을 알 수 있다.In addition, the magnitude of the generated sound output is proportional to the temperature difference ΔT. Then, there is a length L of the thermoacoustic generator having the maximum output. 5A and 5B are graphs showing the magnitude of the sound output according to the change in the length of the internal space 540 of the
또한. 도 5b는 L1+(L2/2)=70㎜로 고정하고 L3를 변화한 경우의 열음향발생장치 내부와 외부의 음향출력의 크기를 나타낸 그래프이다. 그래프에서 왼쪽 세로축 은 내부에 음향의 크기 좌표축이고 오른쪽 세로축은 외부에 음향출력의 크기 좌표축이다. 도 5b에 도시된 바와 같이, L3가 35㎜에서 최대의 출력을 가짐을 알 수 있다. 따라서, 고정된 열음향교환기(300)의 길이(L2) 및 고온부 내부공간(110)의 길이(L1)에 대하여 최대 출력을 가지는 특정 저온부(500) 내부공간(540)의 길이(L3)가 존재함을 알 수 있다. Also. 5B is a graph showing the magnitudes of the sound output inside and outside the thermoacoustic generator when L1 + (L2 / 2) = 70 mm and L3 is changed. In the graph, the left vertical axis is the magnitude coordinate axis of the sound inside, and the right vertical axis is the magnitude coordinate axis of the sound output outside. As shown in FIG. 5B, it can be seen that L3 has a maximum output at 35 mm. Accordingly, there is a length L3 of the specific
열음향 발생장치의 길이(L)에 따라 발생되는 특정주파수가 결정되며 특정 주파수는 길이(L)에 반비례하게 된다. 앞서 설명한 바와 L과 특정주파수 f는 수학식 1의 관계를 가지게 된다. 도 6a와 도 6b는 열음향교환기(300)의 길이(L2)가 5㎝로 고정되어 있을 때 고온부 내부공간(110)의 길이(L1) 및 저온부(500) 내부공간(540)의 길이(L3)변화에 따른 특정주파수(f)의 변화를 나타낸 그래프이다. The specific frequency generated is determined according to the length L of the thermoacoustic generator, and the specific frequency is inversely proportional to the length L. As described above, L and the specific frequency f have a relationship of
도 6a에 도시된 바와 같이, 특정주파수가 5000헤르츠(Hz)이상의 영역대의 경우 L3이 커짐에 따라 특정주파수의 감소폭은 작지만, 이러한 영역대에서 L1이 작아짐에 따라 특정주파수는 상당히 큰폭으로 커지게 됨을 알 수 있다. 따라서, 고주파 영역대에서는 L1이 L3보다 특정주파수 변화에 더 큰 영향을 미치게 된다. 도 6은 1200헤르츠(Hz)이하의 영역대에 대한 그래프를 도시한 것으로 L1의 변화에 따라 특정주파수의 변화는 크지 않으나 L3가 커짐에 따라 특정주파수는 큰 폭으로 감소함을 알 수 있다. 따라서, 저주파수 영역대에서는 L3이 L1보다 특정주파수에 더 큰 영향을 미침을 알 수 있다.As shown in FIG. 6A, in the region where the specific frequency is more than 5000 hertz (Hz), as the L3 increases, the decrease in the specific frequency decreases, but as the L1 decreases in the region, the specific frequency increases significantly. Able to know. Therefore, in the high frequency band L1 has a greater influence on the specific frequency change than L3. FIG. 6 shows a graph of an area of 1200 hertz (Hz) or less, and it can be seen that the specific frequency is not greatly changed by the change of L1, but the specific frequency is greatly reduced as L3 is increased. Therefore, it can be seen that L3 has a greater influence on a specific frequency than L1 in the low frequency region.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 고온부 내부공간(110)의 길이(L1), 저온부(500)의 내부공간(540)의 길이(L3) 중 어느 하나가 결정되면 최대 음향출력을 가지는 나머지 길이를 결정할 수 있다. 도 7은 최대 출력을 가지기 위한 L1과 L3와의 관계를 도시한 것이다. 이들은 이하의 수학식 2를 만족하게 된다. As shown in FIGS. 5A and 5B, when any one of the length L1 of the
여기서, L2는 열음향교환기(300)의 길이로 고정된 값(양의 상수)에 해당한다. 최대음향출력을 내기 위한 L1과 L3는 서로 비례함을 알 수 있다. 수학식 2로 L1이 결정되면 최대음향출력을 위한 L3를 결정할 수 있고 반대로 L3가 결정되면 최대 음향출력을 위한 L1을 결정할 수 있다. 구체적으로 복수의 저온부(500)들을 결합수단으로 결합 또는 조합하여 L3를 900㎜로 결정한 경우, 최대 음향출력을 위한 L1은 285㎜로 결정된다. Here, L2 corresponds to a fixed value (positive constant) by the length of the thermoacoustic exchanger (300). It can be seen that L1 and L3 for producing the maximum sound output are proportional to each other. When L1 is determined by Equation 2, L3 for maximum acoustic output may be determined, and conversely, when L3 is determined, L1 for maximum acoustic output may be determined. Specifically, when L3 is determined to be 900 mm by combining or combining the plurality of
(주파수 가변이 가능한 열음향 발생장치를 이용한 열음향 발생방법)(Thermal Acoustic Generation Method Using Thermoacoustic Generator with Variable Frequency)
이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 주파수 가변이 가능한 열음향 발생장치를 이용한 열음향 발생방법에 대해 설명하도록 한다. 우선, 도 8은 주파수 가변이 가능한 열음향 발생장치를 이용한 열음향 발생방법의 흐름도를 도시한 것이다. Hereinafter, a thermoacoustic generation method using a thermoacoustic generator capable of varying frequency will be described with reference to the accompanying drawings. First, FIG. 8 shows a flowchart of a thermoacoustic generation method using a thermoacoustic generator capable of varying frequency.
먼저 열음향 발생장치의 고온부(100), 저온부(500) 및 열음향교환기(300)의 모세관(320) 내부(321)에 기체를 채우게 된다(S10). 그리고, 전열기의 전력공급장치(220)에서 텅스텐 히터(210)에 전력을 공급하여 고온부 내부공간(110)의 기체온도를 증가시키게 된다. 그리고, 냉각수단(400)의 유량 공급부(410)에서 유량을 공급하여 저온부(500) 내부공간(540)의 기체를 냉각하게 된다(S20). 따라서, 고온 부(100)와 저온부(500)의 온도차이(△T)를 형성하게 되고, 온도차이(△T)가 일정 특정치를 넘게 되면 열음향교환기(300)의 모세관(320) 내부(321)를 통하여 고온부(100)와 저온부(500)의 기체가 교환되면서 열에너지가 기계적에너지인 음향에너지로 전환되어 음향이 발생하게 된다(S30).First, the gas is filled in the
앞서 설명한 바와 같이, 모세관(320)은 SUS 모세관(320)을 사용하는 것이 바람직하며, 최대 음향출력을 갖기 위한 L1과 L3을 조절할 수 있다. 그리고, 음향의 특정 주파수를 변화하고 싶은 경우 L1과 L3를 조절하여 원하는 특정주파수를 얻을 수 있다. L1의 조절은 고온부(100)의 길이 조절수단(120)에 의해 가능하며 L3의 조절은 관의 형태인 복수의 저온부(500)들을 조합하여 길이를 조절할 수 있다(S40). As described above, the
(최대 음향출력을 얻기 위한 길이 조절방법)(How to adjust the length to get maximum sound output)
이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 최대 음향출력을 얻기 위한 길이 조절방법에 대해 설명하도록 한다. 우선, 도 9은 최대 음향출력을 얻기 위한 길이 조절방법의 제 1실시예에 대한 흐름도를 도시한 것이다. Hereinafter, a length adjusting method for obtaining a maximum sound output will be described with reference to the accompanying drawings. First, FIG. 9 shows a flowchart of the first embodiment of the length adjusting method for obtaining the maximum sound output.
먼저, 저온부(500) 내부공간(540)의 길이(L3)를 결정하기 위해서 다양한 내부공간의 길이를 가지는 복수의 관형상의 저온부(500)들을 조합 및 결합하게 된다(S100). 저온부(500) 내부공간(540)의 길이(L3)가 결정되면 고온부(100) 내부공간, 저온부 내부공간(500) 및 열음향교환기(300)의 모세관(320)내부(321)에 기체를 채우게 된다(S200). 그리고, 가열수단(200)인 전열기로 고온부 내부공간(110)의 기체온도를 증가시키게 된다. 또한, 냉각수단(400)에 의해 저온부(500) 내부공 간(540)의 기체를 냉각하게 된다. 따라서, 고온부(100)와 저온부(500)의 온도차이(△T)를 형성하게 된다.(S300),First, in order to determine the length L3 of the inner space 540 of the
온도차이(△T)가 커지게 되면서 특정 이상이 되면 고온부(100)의 기체가 열음향교환기(300)의 모세관(320)의 내부(321)을 통해 저온부(500)로 이동하고 저온부(500)에 기체가 모세관(320)의 내부(321)을 통해 고온부(100)로 이동하면서 기체가 순환하게 되어 열에너지가 기계적에너지인 음향에너지로 전환되어 음향을 발생시킨다(S400). 그리고, 최대의 음향출력을 내기 위한 고온부 내부공간(110)의 길이(L1)를 길이 조절수단(120)을 이용하여 결정하게 된다(S500). 앞서 설명한 바와 같이, 고정된 저온부(500) 내부공간(540)의 길이(L3)에 대해 최대 음향출력을 내기 위한 고온부 내부공간(110)의 길이(L1)는 수학식 2에 의하게 된다. When the temperature difference ΔT increases and becomes a specific abnormality, the gas of the
도 10은 최대 음향출력을 얻기 위한 길이 조절방법의 제 2실시예에 대한 흐름도를 도시한 것이다. 먼저, 고정부의 길이조절수단(120)으로 고정부 내부공간(110)의 길이(L1)를 결정하게 된다(S1000). 그리고, 결정된 고정부 내부공간(110)의 길이(L1)에 따른 최대 음향출력을 가지기 위한 저온부(500) 내부 길이(L3)를 결정하게 된다(S2000). 최대 출력을 가지게 되는 고온부 내부공간(110)의 길이(L1)와 저온부(500) 내부공간(540)의 길이(L3)의 조합이 결정되면 열음향발생장치에 기체를 삽입하게 된다(S3000). 가열수단(200)에 의해 고온부(100)를 가열하고 냉각수단(400)으로 저온부를 냉각하기 시작한다. 온도차이(△T)가 생기며 특정이상의 온도차이(△T)가 되면 음향이 발생하게 된다(S4000). 온도차이(△T)가 커지면 음향출력의 크기는 비례하여 커지게 되나 온도차이(△T)의 변화한다고 하여 최 대출력을 얻기 위한 고온부 내부공간(110)의 길이(L1)와 저온부 내부공간(540)의 길이(L3)의 조합비가 달라지는 것은 아니다.10 shows a flowchart of a second embodiment of the length adjusting method for obtaining the maximum sound output. First, the length L1 of the fixing part
도 1a는 본 발명에 따른 주파수 가변이 가능한 열음향 발생장치의 단면도,1A is a cross-sectional view of a thermoacoustic generator capable of variable frequency according to the present invention;
도 1b는 열음향교환기의 모세관내부에 기체의 상변화를 나타낸 모세관의 단면도,Figure 1b is a cross-sectional view of the capillary showing the phase change of the gas inside the capillary tube of the thermoacoustic exchanger,
도 1c는 열음향 발생장치의 길이(L)에 따른 내부공간의 온도를 나타낸 그래프,Figure 1c is a graph showing the temperature of the internal space according to the length (L) of the thermoacoustic generator,
도 1d는 열음향 발생장치에서 기체가 순환하면서 변화되는 부피와 압력의 변화를 나타낸 그래프,Figure 1d is a graph showing the change in volume and pressure changes as the gas circulates in the thermoacoustic generator,
도 2는 가열수단의 단면도로서 도 1a의 A-A` 단면도,FIG. 2 is a cross-sectional view of the heating means, taken along line A-A 'of FIG. 1A;
도 3a는 냉각수단의 단면도로서 도 1a의 B-B` 단면도,3A is a cross-sectional view of the cooling means, taken along line B-B 'of FIG. 1A;
도 3b는 냉각수단의 측면도,3b is a side view of the cooling means,
도 4는 시간에 따른 온도차이에 변화에 따른 음향출력의 크기를 나타낸 그래프,4 is a graph showing the magnitude of the sound output according to the change in temperature difference with time;
도 5a는 L1과 L2가 L1 + L2/2 = 45㎜로 고정되어 있을 때 L3를 변화에 따른 출력음향의 크기와 온도차이와 출력음향의 크기를 나타낸 그래프,5a is a graph showing the magnitude of the output sound, the temperature difference and the magnitude of the output sound according to the change of L3 when L1 and L2 are fixed to L1 + L2 / 2 = 45 mm;
도 5b는 L1과 L2가 L1 + L2/2 = 70㎜로 고정되어 있을 때 L3변화에 따른 열음향 발생장치의 내부공간의 음향크기와 외부에 출력되는 음향의 크기를 나타낸 그래프,FIG. 5B is a graph showing the sound volume of the internal space of the thermoacoustic generator and the amount of sound output to the outside when L1 and L2 are fixed to L1 + L2 / 2 = 70 mm;
도 6a는 L1 및 L2의 변화에 따른 특정주파수의 변화를 나타낸 그래프,6a is a graph showing a change in a specific frequency according to the change of L1 and L2,
도 6b는 L1 및 L2의 변화에 따른 1200헤르츠(Hz)이하 영역대의 특정주파수의 변화를 나타낸 그래프,6b is a graph showing a change in a specific frequency of 1200 Hz or less in accordance with the change of L1 and L2;
도 7은 L2가 고정되어 있고, 최대의 음향출력을 갖기 위한 L1과 L2의 관계식을 나타낸 그래프,7 is a graph showing a relationship between L1 and L2 for fixing L2 and having maximum sound output;
도 8은 주파수 가변이 가능한 열음향 발생장치를 이용한 열음향 발생방법의 흐름도,8 is a flowchart of a thermoacoustic generation method using a thermoacoustic generator capable of varying frequency;
도 9는 열음향 발생장치에서 최대의 음향출력을 얻기 위한 길이조절방법에 대한 제 1실시예의 흐름도,9 is a flowchart of a first embodiment of a length adjusting method for obtaining a maximum sound output in a thermoacoustic generator;
도 10은 열음향 발생장치에서 최대의 음향출력을 얻기 위한 길이조절방법에 대한 제 2실시예의 흐름도를 도시한 것이다. FIG. 10 is a flowchart of a second embodiment of a length adjusting method for obtaining a maximum sound output in a thermoacoustic generator.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10:열음향 발생장치10: thermoacoustic generator
100:고온부100: high temperature part
110:고온부 내부공간110: high temperature inner space
120:길이조절수단120: length adjustment means
121:핸들121: A steering wheel
122:축122: an axis
123:피스톤123: piston
130:폐쇄부130: closed
140:고온부 외관140: High temperature part appearance
200:가열수단200: heating means
210:텅스텐 히터210: tungsten heater
220:전력공급장치220: power supply
230:전력조절장치230: power control device
300:열음향교환기300: thermoacoustic exchanger
310:열음향교환기 외관310: appearance of the heat acoustic exchanger
320:모세관320: capillary tube
321:모세관내부321: inside the capillary
330:일정한 기체입자 단위330: constant gas particle unit
400:냉각수단400: cooling means
410:유량공급부410: flow rate supply unit
420:유량배출부420: flow rate discharge part
430:유량측정기430: flowmeter
440:유량조절기440: flow controller
450:유량펌프450: flow pump
500:저온부500: low temperature part
510:열음향발생부510: heat acoustic generator
520:제 1저온부520: The first low temperature part
530:제 2저온부530: the second low temperature part
540:결합수단540: coupling means
541:암나사541: female thread
542:수나사542: male thread
600:소음측정기600: noise meter
L:열음향 발생장치 길이(L1 + L2 + L3 = L)L: Thermoacoustic generator length (L1 + L2 + L3 = L)
L1:고온부 내부공간의 길이L1: Length of inner space of high temperature part
L2:열음향교환기의 길이L2: length of thermoacoustic exchanger
L3:저온부 내부공간의 길이L3: length of inner space of low temperature part
P:열음향발생장치내부 압력P: pressure inside the thermoacoustic generator
V:기체의 일정단위당 부피V: volume per unit of gas
f:특정주파수f: specific frequency
c:음속c: sonic
△T:고온부와 저온부의 온도차이ΔT: Temperature difference between high temperature and low temperature
a:시간에 따른 온도차이곡선a: Temperature difference curve over time
b:시간에 대한 온도차이에 따른 음향출력 크기곡선b: Acoustic output magnitude curve with temperature difference over time
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