KR20180064416A - 열음향 에너지 변환 시스템 - Google Patents

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KR20180064416A
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블럭 코르넬리스 마리아 데
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사운드에너지 비.브이.
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Abstract

본 발명은 열음향 에너지 변환 시스템에 관한 것이며, 이러한 열음향 에너지 변환 시스템은: 열음향 에너지 변환 시스템의 이용 시에 음파가 전파 방향으로 전파될 수 있는 동작 유체로 채워지는 폐쇄된 둘레형 인케이싱(104), 및 인케이싱 내에 배열되어 있는 축열기(101)가 사이에 개재되어 있는 2개의 열 교환기(102, 103)의 적어도 하나의 어셈블리를 포함하고, 이러한 적어도 하나의 어셈블리는 인케이싱의 국소 길이방향 축(106)에 실질적으로 평행하게 배열된다.

Description

열음향 에너지 변환 시스템
본 발명은 열음향 에너지 변환 시스템에 관한 것이며, 이러한 열음향 에너지 변환 시스템은:
- 열음향 에너지 변환 시스템의 이용 시에 음파가 전파 방향으로 전파될 수 있는 동작 유체로 채워지는 폐쇄된 둘레형 인케이싱, 및
- 인케이싱 내에 배열되어 있는 축열기가 사이에 개재되어 있는 2개의 열 교환기의 적어도 하나의 어셈블리를 포함한다.
이러한 시스템은 예를 들면, 국제 공개 문헌 WO99/20957에 기술되어 있다. WO99/20957의 시스템은 2개의 열 교환기 사이에 클램핑된 축열기와 음향 또는 기계-음향 공진기 회로를 포함한다. 이러한 열 교환기는 열 교환기에 열 교환 유체를 공급하기 위한 외부의 가스 또는 액체 순환로에 연결될 수 있고, 열 교환 유체에 의해 열이 열 교환기에 공급되고 열 교환기로부터 배출된다. 이러한 시스템은 열 펌프 또는 엔진으로 이용될 수 있다. 시스템이 열 펌프로 이용되는 경우, 동작 유체는, 예컨대 엔진, 벨로즈, 자유 피스톤 구성, 헬름홀츠 공진기, 또는 임의의 기타 적합한 수단에 의해 진동하게 된다. 진동하는 동작 유체에 의해 열이 하나의 열 교환기로부터 나머지 열 교환기로 전달되어, 시스템은 냉각 또는 가열 용도로 이용될 수 있다. 이러한 시스템이 엔진으로 이용되는 경우, 열이 하나의 열 교환기에 공급되고 열이 나머지 열 교환기에서 배출된다. 이에 의해 동작 유체가 진동하게 되는데, 이러한 진동은 하나의 열 교환기에서의 연속적인 열 공급과 나머지 열 교환기에서의 열 배출에 의해 유지될 수 있다. 진동하는 동작 유체는 예를 들어, 열 펌프를 위한 진동 수단으로 이용될 수 있고 및/또는 예컨대 전기 에너지로 변환될 수 있다.
이러한 열 교환 유체가 각각의 열 교환기를 통해 흐름에 따라, 열 교환 유체는 하나의 열 교환기에서 냉각되고 나머지 열 교환기에서 가열된다. 이처럼 각각의 열 교환기의 유입구 측에서의 열 교환 유체의 온도는 각각의 열 교환기의 유출구 측에서의 열 교환 유체의 온도와 다르다. 이러한 반경방향으로의 불균일한 온도 구배는 열 교환기를 통해 진행하는 음파에 영향을 미치는데, 어셈블리 내부에서 원치 않는 반경방향 음향 파워 및 열 흐름을 유발하게 되어 그 성능에 악영향을 끼칠 것이다.
이를 극복하기 위한 시도가 있었으며 여러 문헌으로부터 알 수 있다. 그러나 이러한 시도는 흐름 교정기 및 원형 (방사상) 교환기를 포함하는데 이제까지는 성공적이지 못하였다.
본 발명의 목적은 적어도 부분적으로 이러한 단점을 극복하고 및/또는 WO99/20957에 개시된 시스템을 개선하고자 하는 것이다.
이러한 목적은 전제부에 따른 시스템, 즉 적어도 하나의 어셈블리가 인케이싱의 국소 길이방향 축에 실질적으로 평행하게 배열되는 본 발명에 따른 시스템에 의해 달성된다.
WO99/20957에 개시된 시스템의 경우와 같이 직교하는 대신에, 어셈블리를 인케이싱의 국소 길이방향 축에 평행하게 배열함으로써, 어셈블리를 따라 음파의 속도, 특히 음향 임피던스가 어셈블리를 따라 길이방향의 불균일한 온도 프로파일에 매칭되며, 이로써 어셈블리를 따라 보다 균일한 파워 밀도를 제공하게 되어, 어셈블리 내부에서 원치 않는 반경방향 음향 파워 및 열 흐름을 방지하거나 적어도 줄이게 된다. 특히, 음파의 속도 및 음향 임피던스는 음파의 전파 방향에서 볼 때 어셈블리의 상류 단부로부터 하류 단부를 향해 감소 및 증가하고, 축열기를 통한 온도 구배는 어셈블리의 상류 단부로부터 하류 단부를 향해 감소하게 되고, 이에 의해 어셈블리를 따라 보다 일정한 파워 밀도를 내게 될 것이다.
음파는 전파 방향에 있는 인케이싱의 국소 길이방향으로 전파한다는 점에 주목해야 한다. 따라서 이러한 어셈블리는 음파의 전파 방향에 평행하게 배열된다.
인케이싱은 실질적으로 둘레형 또는 루프 형태를 취하여, 인케이싱의 길이방향 축의 방향은 인케이싱의 길이에 걸쳐 변화한다는 점에 또한 주목해야 한다. 어셈블리는 인케이싱의 국소 길이방향 축에 실질적으로 평행하게 배열된다.
동작 유체는 특히 가스일 수 있다. 이러한 가스는 바람직하게는, 일정 압력에서의 열용량과 일정 부피에서의 열용량 사이에 비교적 높은 비율 γ을 갖는 가스이다. 이러한 비율 γ는 바람직하게는 적어도 1.4이다. 예를 들면, 공기 또는 질소가 대략 1.4의 비율 γ를 갖는 적합한 가스이다. 이러한 가스로서의 공기는 사용하기 쉽다는 추가적인 장점을 갖는다. 비율 γ는 훨씬 더 바람직하게는 대략 1.6이고, 이는 헬륨, 수소 또는 아르곤 등의 모든 불활성 가스를 포함한다.
축열기는 임의의 적합한 공지된 축열기일 수 있고, 통상적으로는 양호한 열 교환 특성을 갖는 다공성 재료로 만들어진다.
본 발명에 따른 열음향 에너지 변환 시스템의 일 실시예에서 시스템은, 전파 방향에서 볼 때 어셈블리의 상류에서 인케이싱의 단면 영역 중 제1 부분을 차단하기 위한, 인케이싱 내에 배열되는 제1 차단 수단, 및 전파 방향에서 볼 때 어셈블리의 하류에서 인케이싱의 단면 영역 중 반대측 제2 부분을 차단하기 위한, 인케이싱 내에 배열되는 제2 차단 수단을 포함하고, 제1 차단 수단 및 제2 차단 수단은, 음파가 어셈블리를 우회하는 것을 방지하고 음파가 먼저 2개의 열 교환기 중 제1 열 교환기를 통과한 다음 축열기를 통해 2개의 열 교환기 중 제2 열 교환기를 통과하도록 하기 위해 지향 방향으로 음파를 지향시키도록 구성된다.
본 발명에 따르면, 어셈블리는 인케이싱의 국소 길이방향 축에 평행하게 배열된다. 그러나, 이러한 배열의 결과로서 음파가 어셈블리를 우회할 수도 있다. 제1 및 제2 차단 수단은 음파의 이러한 우회를 방지하는 것이고, 음파가 먼저 제1 열 교환기를 통과한 다음 축열기를 통해 제2 열 교환기를 통과하도록 음파를 지향시킨다.
제1 차단 수단은 어셈블리의 바로 상류에 배열되는 것이 바람직하다.
제2 차단 수단은 어셈블리의 바로 하류에 배열되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 열음향 에너지 변환 시스템의 다른 실시예로서, 제1 차단 수단은 전파 방향으로 인케이싱의 내벽으로부터 점진적으로 상승하여 음파를 지향 방향으로 가이드한다.
음파를 이러한 지향 방향으로 가이드하면 시스템의 효율이 상대적으로 높아진다.
본 발명에 따른 열음향 에너지 변환 시스템의 다른 실시예로서, 제2 차단 수단은 전파 방향으로 인케이싱의 내벽을 향해 점진적으로 하강하여 음파를 지향 방향으로 가이드한다.
어셈블리로부터 나가는 음파를 전파 방향으로 가이드하면 시스템의 효율이 상대적으로 높아진다.
본 발명에 따른 열음향 에너지 변환 시스템의 다른 실시예로서, 인케이싱은 인케이싱의 다른 부분에 비하여 어셈블리의 영역에 증가된 단면 크기를 가지며, 전파 방향에서 볼 때 어셈블리의 상류에서 인케이싱의 단면 크기는 증가된 단면 크기로 점진적으로 증가하며, 전파 방향에서 볼 때 어셈블리의 하류에서 인케이싱의 단면 크기는 다른 부분에서의 크기로 점진적으로 감소하며, 제1 차단 수단 및/또는 제2 차단 수단은 인케이싱의 점진적으로 증가하는 부분 및 감소하는 부분에 배열되고, 제1 차단 수단 및/또는 제2 차단 수단은, 증가하는 부분 및 감소하는 부분에서 인케이싱의 단면 관통 유동 영역이 제1 차단 수단 및/또는 제2 차단 수단의 길이에 걸쳐 실질적으로 일정하게 유지되고 인케이싱의 다른 부분에서 단면 관통 유동 영역과 실질적으로 동일하도록, 점진적으로 상승하고 하강한다.
이와 같이 차단 수단의 길이에 걸쳐 실질적으로 일정한 관통 유동 영역이 인케이싱의 다른 부분에서 단면 관통 유동 영역과 실질적으로 동일하게 되면, 음파에 영향을 미칠 수 있는 관통 유동 영역에서의 실질적인 변화가 없다는 장점이 있다.
본 발명에 따른 열음향 에너지 변환 시스템의 다른 실시예로서, 인케이싱은 인케이싱의 다른 부분에 비하여 어셈블리의 영역에 증가된 단면 크기를 가지며, 전파 방향에서 볼 때 어셈블리의 상류에서 인케이싱의 단면 크기는 증가된 단면 크기로 점진적으로 증가하며, 전파 방향에서 볼 때 어셈블리의 하류에서 인케이싱의 단면 크기는 다른 부분에서의 크기로 점진적으로 감소하며, 인케이싱의 내벽과 제1 열 교환기 사이 및/또는 인케이싱의 내벽과 제2 열 교환기 사이에 규정된 단면 관통 유동 영역은 인케이싱의 다른 부분에서 단면 관통 유동 영역과 실질적으로 동일하다.
이와 같이 단면 관통 유동 영역이 인케이싱의 다른 부분에서 단면 관통 유동 영역과 실질적으로 동일하게 되면, 음파에 영향을 미칠 수 있는 관통 유동 영역에서의 실질적인 변화가 없다는 장점이 있다.
본 발명에 따른 열음향 에너지 변환 시스템의 다른 실시예로서, 전파 방향에서 볼 때 제1 열 교환기의 상류 단부에 제1 열 교환기에 열 교환 유체를 공급하기 위한 유입구가 배열되며, 전파 방향에서 볼 때 제1 열 교환기의 하류 단부에 제1 열 교환기로부터 열 교환 유체를 방출하기 위한 유출구가 배열된다.
제1 열 교환기에서는 열 교환 유체가 열을 흡수하여 열 교환 유체의 온도가 유출구에서보다 유입구에서 낮게 된다. 유입구를 제1 열 교환기의 상류 단부에 배열하고 유출구를 제1 열 교환기의 하류 단부에 배열함으로써, 온도 구배가 유출구에서보다 유입구에서 더 커져, 위에서 언급한 바와 같이 온도 구배가 음향 임피던스에 매칭된다.
본 발명에 따른 열음향 에너지 변환 시스템의 다른 실시예로서, 전파 방향에서 볼 때 제2 열 교환기의 상류 단부에 제2 열 교환기에 열 교환 유체를 공급하기 위한 유입구가 배열되며, 전파 방향에서 볼 때 제2 열 교환기의 하류 단부에 제2 열 교환기로부터 열 교환 유체를 방출하기 위한 유출구가 배열된다.
이러한 실시예에서 어셈블리는 엔진으로 기능한다.
본 발명에 따른 열음향 에너지 변환 시스템의 다른 실시예로서, 전파 방향에서 볼 때 제2 열 교환기의 하류 단부에 제2 열 교환기에 열 교환 유체를 공급하기 위한 유입구가 배열되며, 전파 방향에서 볼 때 제2 열 교환기의 상류 단부에 제2 열 교환기로부터 열 교환 유체를 방출하기 위한 유출구가 배열된다.
이러한 실시예에서 어셈블리는 열 펌프로 기능한다.
본 발명에 따른 열음향 에너지 변환 시스템의 다른 실시예로서, 시스템은, 인케이싱의 길이방향으로, 바람직하게는 동일한 이격 거리로, 이격되어 있는 복수의 어셈블리를 포함한다.
실제로는 복수의 어셈블리 중 일부가 엔진으로 기능하여, 열 펌프로 기능하는 복수의 어셈블리 중 나머지 부분에 파워를 제공하게 된다.
이러한 시스템은 임의의 적합한 수의 어셈블리, 예컨대 2개 또는 4개의 어셈블리를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 열음향 에너지 변환 시스템의 다른 실시예로서, 어셈블리 또는 각각의 어셈블리의 길이는 인케이싱의 평균 총 둘레 길이의 적어도 5%, 바람직하게는 적어도 10%, 더 바람직하게는 적어도 15%이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 추가로 설명할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 열음향 에너지 변환 시스템의 어셈블리를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 도 1의 어셈블리의 열 교환기의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열음향 에너지 변환 시스템의 어셈블리를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 열음향 에너지 변환 시스템의 어셈블리를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 열음향 에너지 변환 시스템의 어셈블리를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 6은 도 5에 따른 복수의 어셈블리를 포함하는 열음향 에너지 변환 시스템의 사시도이다.
도면에서는 동일한 컴포넌트의 도면부호가 유사하게 지정되어 있으며 다만 100 만큼씩 차이가 있다.
도 1은 열음향 에너지 변환 시스템의 일부를 형성하는 종래 기술에 따른 어셈블리를 나타낸다. 어셈블리는 제1 열 교환기(2)와 제2 열 교환기(3) 사이에 클램핑된 축열기(1)를 포함한다. 이러한 어셈블리는 음파가 전파 방향(5)으로 전파 방향으로 전파될 수 있는 동작 유체로 채워지는 폐쇄된 둘레형 인케이싱(4) 내에 배열된다. 도 1에는 인케이싱(4)의 단지 일부만이 도시되어 있다. 어셈블리는 국소 길이방향 축(6)에 수직으로 배열되어 있다. 열 교환기(2)는 제1 열 교환기라 칭하는데, 열 교환기(2)가 전파 방향(5)에서 볼 때 축열기(1)의 상류에 배열되어 음파가 먼저 이러한 제1 열 교환기(2)를 통과한 다음 축열기(1)를 통해 제2 열 교환기(3)를 통과하게 되기 때문이다. 제1 및 제2 열 교환기(3, 4)는 커넥터(7-10)를 포함한다. 각각의 열 교환기(2, 3)는 각각, 열 교환 유체를 열 교환기에 공급하고 열 교환 유체를 열 교환기로부터 방출하기 위한 유입구 커넥터 및 유출구 커넥터를 가진다. 어셈블리가 열 펌프 또는 엔진으로 기능하는지에 따라 커넥터(7-10)는 유입구 커넥터 또는 유출구 커넥터로 적절히 선택될 수 있다.
도 2는 제2 열 교환기(3) 및 그 온도 프로파일(11)을 보다 상세하게 보여준다. 이러한 예에서 커넥터(9)는 유체 유입구로 기능하며 커넥터(10)는 유체 유출구로 기능하여, 어셈블리는 엔진으로 기능하게 된다. 유입구(9)로부터 유출구(10)로 제2 열 교환기(3)를 통해 흐르는 열 교환 유체로부터 열이 방출됨에 따라, 그 온도는 제2 열 교환기의 길이에 걸쳐 유출구(10)의 방향으로 하강한다. 그 결과, 종래 기술과 관련하여 언급한 바와 같이 이른바 반경방향으로 불균일한 온도 분포가 나타나며, 이는 열음향 이득이 유입구(9) 측으로부터 유출구(10) 측으로 갈수록 줄어들기 때문에 최적의 성능을 위한 파동 조건을 충족하지 못하게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 시스템의 제1 실시예를 나타내며, 여기서는 어셈블리 특히, 제1 열 교환기(102), 축열기(1) 및 제2 열 교환기(103)가 인케이싱(104)의 국소 길이방향 축(106)에 실질적으로 평행하게 배열되고, 그에 의해 음파의 전파 방향(105)에 실질적으로 평행하게 배열된다. 전파 방향(105)에서 볼 때 어셈블리의 바로 상류에는 제1 차단 수단(112)이 배열되며, 이러한 제1 차단 수단(112)은 인케이싱(104)의 내벽으로부터 반경방향 내향으로 연장된다. 통상적으로 인케이싱은 둥근 단면을 가져, 상세도 A에 도시된 바와 같이, 제1 차단 수단(112)은 전파 방향(105)과 국소 길이방향 축(106)에 수직한 단면에서 볼 때 원의 일부인 형상을 가지게 된다. 제1 차단 수단(112)은 인케이싱(104)의 단면 영역 중 제1 부분을 차단한다. 전파 방향(105)에서 볼 때 어셈블리의 바로 하류에는 제2 차단 수단(113)이 배열되며, 이러한 제2 차단 수단(113)은 인케이싱(104)의 내벽으로부터 반경방향 내향으로 연장된다. 인케이싱(104)의 단면이 원형인 경우, 제2 차단 수단은 제1 차단 수단(112)과 동일한 형상을 가지지만, 인케이싱(104)의 단면 영역 중 제2의 반대측 부분을 커버하도록 180°회전된 형상이다. 전파 방향(105)으로 진행하는 음파는 먼저 제1 차단 수단(112)에 의해 차단되고 어셈블리의 하류 단부에서 제2 차단 수단(113)에 의해 차단되며, 이로써 두 차단 수단(112, 113)은 음파가 어셈블리를 지나쳐 우회하는 것을 방지하게 되고, 이에 의해 음파가 먼저 제1 열 교환기(102)를 통과한 다음 축열기를 통해 제2 열 교환기(103)를 통과하도록 음파를 지향시킨다. 어셈블리의 상류 단부에 배열되는 제1 열 교환기(102)의 커넥터(108)는 열 교환 액체를 공급하기 위한 유체 유입구이며, 어셈블리의 하류 단부에 배열되는 커넥터(107)는 열 교환 액체를 방출하기 위한 유체 유출구이다. 열 교환 액체가 열을 흡수함에 따라, 그 온도는 제1 열 교환기(102)의 길이에 걸쳐 유입구(108)에서의 제1의 낮은 온도로부터 유출구(107)에서의 제2의 높은 온도로 상승한다. 이런 식으로, 온도 구배가 음파의 전파 방향(105)으로 줄어든다.
어셈블리가 엔진으로 기능하는 경우, 어셈블리의 상류 단부에 배열되는 커넥터(110)는 열 교환 액체를 공급하기 위한 유체 유입구이며, 어셈블리의 하류 단부에 배열되는 커넥터(109)는 열 교환 액체를 방출하기 위한 유체 유출구이다. 제2 열 교환기(103)에 공급되는 액체는 예를 들면, 여분의 열에 의해 또는 태양에 의해 가열될 수 있고, 이러한 열은 제2 열 교환기(103)를 통해 진행하는 음파에 방출된다. 열 교환 액체가 열을 방출함에 따라, 그 온도는 제1 열 교환기(102)의 길이에 걸쳐 유입구(110)에서의 제1의 비교적 높은 온도로부터 유출구(109)에서의 제2의 낮은 온도로 하강한다. 이런 식으로, 온도 구배는 어셈블리의 상류 단부에서 최대가 되며 음파의 전파 방향(105)으로 줄어든다. 어셈블리의 길이에 걸친 감소하는 온도 구배는 파동의 음향 임피던스 또는 속도에 매칭되고, 이로써 어셈블리를 따라 보다 균일한 파워 밀도를 제공하게 되며, 이에 의해 어셈블리 내부에서 원치 않는 반경방향 음향 파워 및 열 흐름을 방지하거나 적어도 줄이게 된다.
어셈블리가 열 펌프로 기능하는 경우에는, 커넥터(109)가 열 교환 액체를 공급하기 위한 유체 유입구이고 커넥터(110)가 열 교환 액체를 방출하기 위한 유체 유출구이다. 제2 열 교환기(103)에 공급되는 액체는 열을 음파에 방출하여, 액체는 냉각되고, 예를 들면 건물을 냉각하기 위해, 즉 건물의 공조 시스템에 사용될 수 있다. 열 교환 액체가 열을 방출함에 따라, 그 온도는 제1 열 교환기(102)의 길이에 걸쳐 유입구(109)에서의 제1의 높은 온도로부터 유출구(110)에서의 제2의 낮은 온도로 하강한다. 이런 식으로, 온도 구배는 어셈블리의 상류 단부에서 최대가 되며 음파의 전파 방향(105)으로 줄어든다. 어셈블리의 길이에 걸친 감소하는 온도 구배는 파동의 음향 임피던스 또는 속도에 매칭되고, 이로써 어셈블리를 따라 보다 균일한 파워 밀도를 제공하게 되며, 이에 의해 어셈블리 내부에서 원치 않는 반경방향 음향 파워 및 열 흐름을 방지하거나 적어도 줄이게 된다.
도 3에 추가로 도시된 바와 같이, 인케이싱(104)의 단면 크기, 본 실시예에서는 그 지름이, 어셈블리가 위치하는 영역의 어느 정도의 상류에서 시작하여 하류 방향으로 점차 증가하고, 그 영역의 하류에서는 하류 방향으로 점차 감소한다. 이와 같이 인케이싱(104)은 어셈블리를 포함하지 않는 인케이싱(104)의 다른 영역에서는 제1의 보다 작은 지름 d1을 가지고 어셈블리의 영역에서는 제2의 보다 큰 지름 d2를 가진다. 차단 수단(112, 113)은 단면 관통 유동 영역 중 일부분을 차단하고, 제1 및 제2 열 교환기(102, 103)는, 인케이싱(104)의 내벽과 제1 열 교환기(102) 사이에 규정되는 단면 관통 유동 영역(114) 및 인케이싱(104)의 내벽과 제2 열 교환기(103) 사이에 규정되는 단면 관통 유동 영역(115)이 인케이싱의 상기 다른 부분에서의 단면 관통 유동 영역(116)과 실질적으로 동일하게 되도록 배열된다.
도 4는 본 발명에 따른 시스템의 제2 실시예를 나타낸다. 여기서는 도 3의 실시예와의 차이점에 관해서만 설명할 것이고 제2 실시예에 대한 추가적인 설명에 대해서는 도 3에 대한 설명을 참조하면 될 것이다. 제2 실시예는 도 3의 실시예와 유사하며, 단지 제1 차단 수단(212)이 전파 방향(205)으로 인케이싱(204)의 내벽으로부터 점차 상승하여, 음파가 먼저 제1 열 교환기(202)를 통과하도록 음파를 가이드하게 되고, 제2 차단 수단(213)은 전파 방향(205)으로 인케이싱(204)의 내벽을 향해 점차 하강하여, 음파를 전파 방향(205)으로 가이드하게 된다는 점만이 다르다.
도 5는 본 발명에 따른 시스템의 제3 실시예를 나타낸다. 여기서는 도 3의 실시예와의 차이점에 관해서만 설명할 것이고 제3 실시예에 대한 추가적인 설명에 대해서는 도 3에 대한 설명을 참조하면 될 것이다. 제3 실시예는 도 3의 실시예와 유사하며, 단지 제1 차단 수단(212)이 전파 방향(305)으로 인케이싱(304)의 내벽으로부터 점차 상승하여, 음파가 먼저 제1 열 교환기(302)를 통과하도록 음파를 가이드하게 되고, 제2 차단 수단(313)은 전파 방향(305)으로 인케이싱(304)의 내벽을 향해 점차 하강하여, 음파를 전파 방향(305)으로 가이드하게 된다는 점만이 다르다. 제1 및 제2 차단 수단(312, 313)은 추가적으로, 단면 관통 유동 영역이 제1 및 제2 차단 수단(312, 313)의 길이에 걸쳐 실질적으로 일정하게 유지되도록 하는 형상을 갖는다. 이런 식으로, 단면 관통 유동 영역은 실질적으로 일정하며, 특히 어셈블리를 포함하지 않는 나머지 영역, 차단 수단의 영역, 인케이싱(304)의 내벽과 제1 열 교환기(302) 사이에 규정되는 영역, 그리고 인케이싱(304)의 내벽과 제2 열 교환기(303) 사이에 규정되는 영역에서 동일하다.
도 6은 인케이싱(304)이 루프 형상을 가지며 둘레형 인케이싱인 것을 나타낸다. 인케이싱(304)은 도 5의 제3 실시예의 어셈블리 4개를 포함하고, 이들은 인케이싱(304)의 길이방향(306)으로 바람직하게는 동일한 이격 거리만큼 이격된다. 4개의 어셈블리 중 2개 또는 3개는 엔진으로 기능하고, 열 펌프로 기능하는 나머지 하나 또는 2개의 어셈블리를 구동하게 된다. 각각의 어셈블리의 기능은, 제2 열 교환기(303)에 적합한 유입구 온도를 갖는 적합한 열 교환 액체를 공급함으로써 그리고 상류 단부에서의 커넥터(310)를 엔진용 유입구로서 이용하고 하류 단부에서의 커넥터(309)를 유출구로 이용함으로써, 또는 하류 단부에서의 커넥터(309)를 열 펌프용 유입구로 이용하고 상류 단부에서의 커넥터(310)를 유출구로 이용함으로써 선택될 수 있다. 인케이싱(304)의 중앙 길이방향 축(306)을 따라 측정되는, 인케이싱(304)의 평균 총 둘레 길이는 바람직하게는 동작 유체 및 그 안에 생성되는 음파에 따라 선택되고, 대략 파장과 동일하다. 각각의 어셈블리의 길이는 인케이싱(304)의 이러한 평균 총 둘레 길이의(그에 따라 파장의) 적어도 5%, 바람직하게는 적어도 10%, 더 바람직하게는 적어도 15%이다.
도면에서는 인케이싱의 내벽과 제1 또는 제2 열 교환기 사이에 규정되는 단면 관통 유동 영역이 각각의 열 교환기의 길이에 걸쳐 실질적으로 일정하다는 점에 주목해야 한다. 그 대안으로서, 단면 관통 유동 영역은 열 교환기의 길이에 걸쳐 변화할 수 있고, 단면 관통 유동 영역은 특히 국소적인 온도 및 음향 조건에 맞추어질 수 있다.
본 발명은 예시된 실시예로 한정되지 않고 첨부된 청구범위 내에서 변형 가능하다는 점에 또한 주목해야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 열음향 에너지 변환 시스템으로서,
    상기 열음향 에너지 변환 시스템의 이용 시에 음파가 전파 방향으로 전파될 수 있는 동작 유체로 채워지는 폐쇄된 둘레형 인케이싱; 및
    상기 인케이싱 내에 배열되어 있는 축열기가 사이에 개재되어 있는 2개의 열 교환기의 적어도 하나의 어셈블리를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 어셈블리는 상기 인케이싱의 국소 길이방향 축에 실질적으로 평행하게 배열되는, 열음향 에너지 변환 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열음향 에너지 변환 시스템은, 상기 전파 방향에서 볼 때 상기 어셈블리의 상류에서 상기 인케이싱의 단면 영역 중 제1 부분을 차단하기 위한, 상기 인케이싱 내에 배열되는 제1 차단 수단, 및 상기 전파 방향에서 볼 때 상기 어셈블리의 하류에서 상기 인케이싱의 단면 영역 중 반대측 제2 부분을 차단하기 위한, 상기 인케이싱 내에 배열되는 제2 차단 수단을 포함하고, 상기 제1 차단 수단 및 제2 차단 수단은, 상기 음파가 상기 어셈블리를 우회하는 것을 방지하고 상기 음파가 먼저 상기 2개의 열 교환기 중 제1 열 교환기를 통과한 다음 상기 축열기를 통해 상기 2개의 열 교환기 중 제2 열 교환기를 통과하도록 하기 위해 지향 방향으로 상기 음파를 지향시키도록 구성되는, 열음향 에너지 변환 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 차단 수단은 상기 전파 방향으로 상기 인케이싱의 내벽으로부터 점진적으로 상승하여 상기 음파를 상기 지향 방향으로 가이드하는, 열음향 에너지 변환 시스템.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제2 차단 수단은 상기 전파 방향으로 상기 인케이싱의 내벽을 향해 점진적으로 하강하여 상기 음파를 상기 지향 방향으로 가이드하는, 열음향 에너지 변환 시스템.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 인케이싱은 상기 인케이싱의 다른 부분에 비하여 상기 어셈블리의 영역에 증가된 단면 크기를 가지며, 상기 전파 방향에서 볼 때 상기 어셈블리의 상류에서 상기 인케이싱의 단면 크기는 상기 증가된 단면 크기로 점진적으로 증가하며, 상기 전파 방향에서 볼 때 상기 어셈블리의 하류에서 상기 인케이싱의 단면 크기는 상기 다른 부분에서의 크기로 점진적으로 감소하며, 상기 제1 차단 수단 및/또는 상기 제2 차단 수단은 상기 인케이싱의 점진적으로 증가하는 부분 및 감소하는 부분에 배열되고, 상기 제1 차단 수단 및/또는 상기 제2 차단 수단은, 상기 증가하는 부분 및 감소하는 부분에서 상기 인케이싱의 단면 관통 유동 영역이 상기 제1 차단 수단 및/또는 제2 차단 수단의 길이에 걸쳐 실질적으로 일정하게 유지되고 상기 인케이싱의 상기 다른 부분에서 단면 관통 유동 영역과 실질적으로 동일하도록, 점진적으로 상승하고 하강하는, 열음향 에너지 변환 시스템.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인케이싱은 상기 인케이싱의 다른 부분에 비하여 상기 어셈블리의 영역에 증가된 단면 크기를 가지며, 상기 전파 방향에서 볼 때 상기 어셈블리의 상류에서 상기 인케이싱의 단면 크기는 상기 증가된 단면 크기로 점진적으로 증가하며, 상기 전파 방향에서 볼 때 상기 어셈블리의 하류에서 상기 인케이싱의 단면 크기는 상기 다른 부분에서의 크기로 점진적으로 감소하며, 상기 인케이싱의 내벽과 제1 열 교환기 사이 및/또는 상기 인케이싱의 내벽과 제2 열 교환기 사이에 규정된 단면 관통 유동 영역은 상기 인케이싱의 상기 다른 부분에서 단면 관통 유동 영역과 실질적으로 동일한, 열음향 에너지 변환 시스템.
  7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전파 방향에서 볼 때 제1 열 교환기의 상류 단부에 제1 열 교환기에 열 교환 유체를 공급하기 위한 유입구가 배열되며, 상기 전파 방향에서 볼 때 제1 열 교환기의 하류 단부에 제1 열 교환기로부터 상기 열 교환 유체를 방출하기 위한 유출구가 배열되는, 열음향 에너지 변환 시스템.
  8. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전파 방향에서 볼 때 제2 열 교환기의 상류 단부에 제2 열 교환기에 열 교환 유체를 공급하기 위한 유입구가 배열되며, 상기 전파 방향에서 볼 때 제2 열 교환기의 하류 단부에 제2 열 교환기로부터 상기 열 교환 유체를 방출하기 위한 유출구가 배열되는, 열음향 에너지 변환 시스템.
  9. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전파 방향에서 볼 때 제2 열 교환기의 하류 단부에 제2 열 교환기에 열 교환 유체를 공급하기 위한 유입구가 배열되며, 상기 전파 방향에서 볼 때 제2 열 교환기의 상류 단부에 제2 열 교환기로부터 상기 열 교환 유체를 방출하기 위한 유출구가 배열되는, 열음향 에너지 변환 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인케이싱의 길이방향으로, 바람직하게는 동일한 이격 거리로, 이격되어 있는 복수의 상기 어셈블리를 포함하는, 열음향 에너지 변환 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어셈블리 또는 각각의 어셈블리의 길이는 상기 인케이싱의 평균 총 둘레 길이의 적어도 5%, 바람직하게는 적어도 10%, 더 바람직하게는 적어도 15%인, 열음향 에너지 변환 시스템.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018094500A1 (en) * 2016-11-25 2018-05-31 Etalim Inc. Apparatus for performing energy transformation between thermal energy and acoustic energy
SI25712A (sl) * 2018-09-04 2020-03-31 Gorenje Gospodinjski Aparati, D.O.O. Metoda prenosa toplote v združeni strukturi toplotnega regeneratorja in izvedba toplotnega regeneratorja
EP4043704A1 (en) * 2021-02-11 2022-08-17 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Vehicle

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4114380A (en) * 1977-03-03 1978-09-19 Peter Hutson Ceperley Traveling wave heat engine
US5813234A (en) * 1995-09-27 1998-09-29 Wighard; Herbert F. Double acting pulse tube electroacoustic system
NL1007316C1 (nl) 1997-10-20 1999-04-21 Aster Thermo Akoestische Syste Thermo-akoestisch systeem.
US5857340A (en) * 1997-11-10 1999-01-12 Garrett; Steven L. Passive frequency stabilization in an acoustic resonator
US6725670B2 (en) * 2002-04-10 2004-04-27 The Penn State Research Foundation Thermoacoustic device
US6792764B2 (en) * 2002-04-10 2004-09-21 The Penn State Research Foundation Compliant enclosure for thermoacoustic device
US7081699B2 (en) * 2003-03-31 2006-07-25 The Penn State Research Foundation Thermoacoustic piezoelectric generator
JP4652822B2 (ja) * 2005-01-07 2011-03-16 学校法人同志社 熱音響装置
AU2006201877A1 (en) * 2006-05-04 2007-11-22 Andrew Hosie Cap with Moveable Visor
CN101282074B (zh) 2007-04-06 2010-09-15 中国科学院理化技术研究所 热声液态磁流体交流发电系统
RU2359184C1 (ru) * 2007-10-17 2009-06-20 Алексей Иванович Варлашкин Акустический хладоагрегат, устройство возбуждения акустического излучателя
WO2010107308A1 (en) * 2009-02-25 2010-09-23 Cornelis Maria De Blok Multistage traveling wave thermoacoustic engine with phase distributed power extraction
RU88741U1 (ru) * 2009-04-14 2009-11-20 Валерий Александрович Телегин Термоакустический двигатель
CN101713577B (zh) 2009-09-21 2012-05-23 浙江大学 风能驱动的热声汽车空调
US8584471B2 (en) * 2010-04-30 2013-11-19 Palo Alto Research Thermoacoustic apparatus with series-connected stages
GB201304243D0 (en) 2013-03-08 2013-04-24 Bhp Generation Ltd A heat engine, a heat storage device and a power generation system incorporating same
RU144956U1 (ru) * 2013-09-05 2014-09-10 Игорь Александрович Бакулин Термоакустическая установка для низкотемпературного охлаждения сред с коаксиальной геометрией волноводного контура
CN103670976A (zh) * 2013-12-11 2014-03-26 中国科学院理化技术研究所 一种同时利用冷源和热源的热声发动机系统
JP2015121361A (ja) * 2013-12-24 2015-07-02 株式会社東芝 熱音響装置のスタック及び熱音響装置
CN104315748B (zh) * 2014-10-09 2017-02-08 浙江大学 热能驱动的具有导流器的环路行波热声热泵
NL2013939B1 (en) * 2014-12-08 2016-10-11 Stichting Energieonderzoek Centrum Nederland Thermo-acoustic heat pump.
JP6410677B2 (ja) * 2015-06-26 2018-10-24 大阪瓦斯株式会社 熱音響機関

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