WO2018220981A1 - 熱音響装置 - Google Patents

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WO2018220981A1
WO2018220981A1 PCT/JP2018/013192 JP2018013192W WO2018220981A1 WO 2018220981 A1 WO2018220981 A1 WO 2018220981A1 JP 2018013192 W JP2018013192 W JP 2018013192W WO 2018220981 A1 WO2018220981 A1 WO 2018220981A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pipe
thermoacoustic
connection pipe
input
loop
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/013192
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
孝一 柳澤
雄一 大野
幸克 尾▲崎▼
卓哉 布施
萩原　康正
上田　元彦
Original Assignee
株式会社デンソー
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社デンソー filed Critical 株式会社デンソー
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F27/00—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus
    • F28F27/02—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus for controlling the distribution of heat-exchange media between different channels

Definitions

  • thermoacoustic apparatus that performs energy conversion between thermal energy and acoustic energy.
  • thermoacoustic apparatus that performs energy conversion between thermal energy and acoustic energy using a thermoacoustic phenomenon.
  • the thermoacoustic device can convert thermal energy into acoustic energy by forming a temperature gradient at both ends of the stack provided inside the pipe, and a temperature gradient is generated at both ends of the stack by transmitting sound waves to the stack, Acoustic energy can be converted into thermal energy.
  • Patent Document 1 proposes a thermoacoustic apparatus including a plurality of branch pipes connected to a central pipe and a plurality of loop pipes sharing the central pipe.
  • This thermoacoustic device is provided with a stack that constitutes a prime mover in the central pipe, and a stack that constitutes a passive machine in the branch pipe, and the stack provided in each branch pipe allows refrigeration at multiple locations. It has become.
  • thermoacoustic device in order to efficiently convert work flow and heat flow in the stack provided in the loop pipe, the period of the acoustic in the tube needs to be sufficiently long with respect to the thermal relaxation time in the stack. This is because if the cycle of expansion / compression of the working fluid is short relative to the thermal relaxation time, the cold heat generated by the expansion of the working fluid cannot be sufficiently exchanged with the stack and cancels out the heat generated by the compression. It is.
  • a sound field with a long period also has a long wavelength, which causes the size of the loop-type thermoacoustic engine to become large.
  • thermoacoustic apparatus including at least one of a loop pipe provided with a prime mover or a loop pipe provided with a passive machine.
  • thermoacoustic device includes an annular input loop pipe, a thermoacoustic engine unit provided in the input loop pipe, and an input unit that converts thermal energy into acoustic energy.
  • a thermoacoustic refrigeration unit provided in the output loop piping and provided in the output loop piping and having an output unit that converts acoustic energy into heat energy to generate cold heat, and a connection piping that connects the input loop piping and the output loop piping With.
  • the input loop piping, output loop piping, and connection piping have a working medium capable of transmitting acoustic energy inside, and the acoustic energy generated by the thermoacoustic engine unit is transmitted to the thermoacoustic refrigeration unit via the connection piping. It is supposed to be done. Furthermore, a plurality of at least one of the thermoacoustic engine unit and the thermoacoustic refrigeration unit are provided.
  • a configuration may be adopted in which a plurality of loop pipes are provided and the connection pipes are shared by these loop pipes. Thereby, size reduction of loop piping can be achieved.
  • thermoacoustic apparatus of 1st Embodiment It is a figure which shows the vehicle mounting state of the thermoacoustic apparatus of 1st Embodiment. It is a figure which shows the structure of the thermoacoustic apparatus of 1st Embodiment. It is a figure which shows the structure of the thermoacoustic apparatus of 2nd Embodiment. It is a figure which shows the structure of the thermoacoustic apparatus of 3rd Embodiment. It is a figure which shows the structure of the thermoacoustic apparatus of 4th Embodiment. It is a figure which shows the structure of the thermoacoustic apparatus of 5th Embodiment.
  • thermoacoustic device of the present disclosure is applied to a vehicle seat cooling device.
  • thermoacoustic device 4 is mounted on the vehicle 1.
  • the thermoacoustic device 4 is a thermoacoustic engine, generates cold heat by a thermoacoustic phenomenon, and performs sheet cooling by this cold heat.
  • the thermoacoustic device 4 includes a thermoacoustic engine unit 10 that converts thermal energy into acoustic energy, and a thermoacoustic refrigeration unit 20 that converts acoustic energy into thermal energy to generate cold. 30.
  • the thermoacoustic engine part 10 is arrange
  • the first thermoacoustic refrigeration unit 20 is arranged corresponding to the front seat 2
  • thermoacoustic engine unit 10 includes an input loop pipe 11 and an input unit 12.
  • the thermoacoustic refrigeration units 20 and 30 include output loop pipes 21 and 31 and output units 22 and 32.
  • the loop pipes 11, 21, 31 are connected by connecting pipes 40, 41, 42. These pipes 11, 21, 31, 40, 41, and 42 are hollow cylindrical members and constitute a sealed space. As the pipes 11, 21, 31, 40, 41, 42, for example, cylindrical stainless steel pipes can be used.
  • the working fluid is sealed in the internal space of the pipes 11, 21, 31, 40, 41, and 42.
  • the piping 11, 21, 31, 40, 41, 42 can transmit acoustic energy via the working fluid.
  • the working fluid one or more kinds of gases or a mixture of a gas and a liquid such as water can be used.
  • a gas for example, a low molecular weight inert gas such as helium, nitrogen, or argon, or air can be used.
  • the input loop pipe 11 is a loop pipe for a thermoacoustic prime mover
  • the output loop pipes 21 and 31 are loop pipes for a thermoacoustic passive machine.
  • the volume of the internal space where the working fluid exists is smaller in the output loop pipes 21 and 31 than in the input loop pipe 11.
  • the two output loop pipes 21 and 31 have the same configuration, and the length of the pipe and the volume of the internal space are the same.
  • connection pipes 40, 41, 42 include a common connection pipe 40 and dedicated connection pipes 41, 42.
  • the common connection pipe 40 and the dedicated connection pipes 41 and 42 are each configured as a straight pipe.
  • the input loop pipe 11 is connected to one end side of the common connection pipe 40, and two dedicated connection pipes 41 and 42 are connected to the other end side of the common connection pipe 40. As shown in FIG. 2, in this embodiment, the two dedicated connection pipes 41 and 42 have the same length.
  • the connecting pipes 40, 41, 42 constitute branch pipes branched from the loop pipes 11, 21, 31.
  • the input loop pipe 11 and the first output loop pipe 21 are connected via a common connection pipe 40 and a first dedicated connection pipe 41.
  • the input loop pipe 11 and the second output loop pipe 31 are connected by a common connection pipe 40 and a second dedicated connection pipe 42.
  • connection pipes 40, 41, 42 the common connection pipe 40 is shared by the three loop pipes 11, 21, 31.
  • the acoustic energy before the acoustic energy generated by the thermoacoustic engine unit 10 branches toward the plurality of thermoacoustic refrigeration units 20 and 30 is transmitted to the shared connection pipe 40.
  • the first dedicated connecting pipe 41 connects the first output loop pipe 21 and the shared connecting pipe 40
  • the second dedicated connecting pipe 42 connects the second output loop pipe 31 and the shared connecting pipe 40.
  • the two dedicated connecting pipes 41 and 42 are connected to the common connecting pipe 40 at the same place.
  • the longitudinal direction of the shared connection pipe 40 and the longitudinal direction of the first dedicated connection pipe 41 are different, and the longitudinal direction of the shared connection pipe 40 and the second dedicated connection pipe 42 are different.
  • the connection part of the common connection piping 40 and the two exclusive connection piping 41 and 42 is Y-shaped.
  • the angle formed by the longitudinal direction of the common connection pipe 40 and the longitudinal direction of the first dedicated connection pipe 41 is less than a right angle.
  • the angle formed by the longitudinal direction of the shared connecting pipe 40 and the longitudinal direction of the second dedicated connecting pipe 42 at the connecting portion of the shared connecting pipe 40 and the second dedicated connecting pipe 42 is less than a right angle.
  • the longitudinal direction of the connecting pipes 40, 41, 42 is a direction orthogonal to the cross section of the connecting pipes 40, 41, 42.
  • the input loop pipe 11 is provided with an input unit 12 for inputting heat energy from the outside.
  • the input unit 12 is a prime mover and can convert heat energy input from the outside into acoustic energy. That is, the input unit 12 performs conversion from heat flow to work flow.
  • the input unit 12 includes a high temperature heat exchange unit 12a, a low temperature heat exchange unit 12b, and a stack 12c. These are arranged along the longitudinal direction of the input loop pipe 11.
  • the high temperature heat exchange part 12a is connected to one end side of the stack 12c, and the low temperature heat exchange part 12b is connected to the other end side of the stack 12c.
  • the high temperature heat exchange unit 12a can input heat energy from the outside.
  • exhaust heat of an internal combustion engine (not shown) or exhaust heat of a secondary battery (not shown) can be used as the heat energy input from the outside to the high temperature heat exchange unit 12a.
  • the low-temperature heat exchange part 12b can exchange heat with outside air.
  • the stack 12c a large number of flow paths having a diameter equal to or smaller than the temperature boundary layer thickness are formed.
  • a structure provided with a fine flow path such as a ceramic honeycomb, or a structure obtained by laminating fine wire nets such as a stainless mesh can be used.
  • the stack 12c is disposed in the vicinity of the connection portion of the input loop pipe 11 with the common connection pipe 40. That is, the stack 12c is arranged at a position closer to the connection portion than a portion farthest from the connection portion with the common connection pipe 40 in the input loop pipe 11.
  • the first output loop pipe 21 is provided with a first output section 22 that outputs energy to the outside
  • the second output loop pipe 31 is provided with a second output section 32 that outputs energy to the outside. Yes.
  • the output units 22 and 32 are passive machines that convert acoustic energy into thermal energy. That is, the output units 22 and 32 perform conversion from work flow to heat flow.
  • the output units 22 and 32 are acoustic energy consumption units that consume acoustic energy.
  • the output units 22 and 32 have the same configuration as the input unit 12 described above, and include high-temperature heat exchange units 22a and 32a, low-temperature heat exchange units 22b and 32b, and stacks 22c and 32c.
  • the high temperature heat exchange units 22a and 32a can exchange heat with the outside air.
  • the stacks 22c and 32c are disposed in the vicinity of the connection portions of the output loop pipes 21 and 31 with the dedicated connection pipes 41 and 42. That is, the stacks 22c and 32c are arranged at a position closer to the connection part with the dedicated connection pipes 41 and 42 than the part farthest from the connection part with the dedicated connection pipes 41 and 42 in the output loop pipes 21 and 31. Yes.
  • thermoacoustic device 4 In the input section 12 of the input loop pipe 11, a thermal gradient is formed in the stack 12c by inputting heat energy from the outside to the high temperature heat exchange section 12a.
  • a temperature gradient is formed in the flow direction of the working fluid, so that the working fluid existing inside is compressed, heated, expanded, and cooled, and a sound wave that is thermoacoustic self-excited vibration is generated. appear. That is, in the stack 12c of the input unit 12, conversion from thermal energy to acoustic energy is performed.
  • the acoustic energy generated at the input unit 12 of the input loop pipe 11 travels through the common connection pipe 40 and branches into a first dedicated connection pipe 41 and a second dedicated connection pipe 42.
  • the acoustic energy branched to the first dedicated connection pipe 41 is transmitted to the first output loop pipe 21, and the acoustic energy branched to the second dedicated connection pipe 42 is transmitted to the second output loop pipe 31.
  • the acoustic energy generated by the input unit 12 is transmitted, thereby causing a temperature gradient at both ends.
  • one end side where the low temperature heat exchange units 22b and 32b are provided is cooler than the other end side where the high temperature heat exchange units 22a and 32a are provided. That is, in the stacks 22c and 32c of the output units 22 and 32, thermal energy is converted from acoustic energy, and cold heat is generated.
  • the cold generated by the stack 22c of the first output unit 22 is transmitted to the front seat 2, and the cold generated by the stack 32c of the second output unit 32 is transmitted to the rear seat 3. Thereby, seat cooling can be performed at the front seat 2 and the rear seat 3 of the vehicle 1.
  • thermoacoustic device 4 of the present embodiment one input loop pipe 11 and two output loop pipes 21 and 31 are provided, and the loop connection pipes 11, 21 and 31 share the common connection pipe 40.
  • the configuration is adopted. Thereby, size reduction of the loop piping 11, 21, and 31 can be achieved.
  • this point will be described.
  • the pipes are connected at the joints of the connecting pipes 40, 41, and 42 and the loop pipes 11, 21, and 31. It can resonate even if the acoustic phase is discontinuous. For this reason, the length of the loop pipes 11, 21, and 31 to which the connecting pipes 40, 41, and 42 are joined can be less than one wavelength of the in-pipe acoustics.
  • the total of the lengths of the connecting pipes 40, 41, and 42 and the lengths of the loop pipes 11, 21, and 31 is determined based on the wavelength of the in-tube sound.
  • the total length of the input loop pipe 11, the shared connection pipe 40, the first dedicated connection pipe 41, and the first output loop pipe 21 is about 1 ⁇ 4 to 1 ⁇ 2 wavelength of the in-tube sound.
  • the total length of the input loop pipe 11, the shared connection pipe 40, the second dedicated connection pipe 42, and the second output loop pipe 31 is about 1 ⁇ 4 to 1 ⁇ 2 wavelength of the in-pipe acoustics. For this reason, it becomes possible to reduce the size of the loop pipes 11, 21, and 31 by setting the shared connection pipe 40 that is a shared part long.
  • the configuration of the present embodiment can be considered to be downsized by sharing a branch pipe of a loop pipe among a plurality of thermoacoustic engines. That is, by lengthening the shared connection pipe 40 that is a shared portion, each of the loop pipes 11, 21, and 31 can be reduced in size, and the entire apparatus can be reduced in size.
  • thermoacoustic apparatus 4 of this embodiment the several thermoacoustic freezing parts 20 and 30 are provided. For this reason, it is possible to disperse the acoustic energy generated in the output loop pipe 11 to the plurality of output loop pipes 21 and 31 while suppressing an increase in the size of the loop pipes 11, 21 and 31, and generate cold heat at a plurality of locations. It becomes possible.
  • the angle formed by the longitudinal direction of the shared connection pipe 40 and the longitudinal direction of the dedicated connection pipes 41 and 42 is set to a right angle or less at the joint portion between the shared connection pipe 40 and the dedicated connection pipes 41 and 42.
  • thermoacoustic device 4 is mounted on the vehicle as in the present embodiment. This is because in order to mount the thermoacoustic device 4, it is necessary to downsize the resonance tube to reduce the pipe diameter, and particularly when the pipe diameter is small, loss of acoustic energy tends to increase.
  • the stacks 12c, 22c, and 32c are arranged in the vicinity of the connection portions of the loop pipes 11, 21, and 31 with the connecting pipes 40, 41, and 42. Thereby, efficient energy conversion can be performed in the stacks 12c, 22c, and 32c.
  • Traveling waves flowing into the loop pipes 11, 21, 31 from the connecting pipes 40, 41, 42 are distributed by the same amount in two directions traveling in the loop pipes 11, 21, 31 in opposite directions.
  • the stacks 12c, 22c, and 32c are arranged at a position farthest from the connection with the connecting pipes 40, 41, and 42 in the loop pipes 11, 21, and 31, two traveling waves in opposite directions overlap each other, It becomes a standing wave without.
  • the output loop pipes 21 and 31 are made smaller than the input loop pipe 11.
  • the air spring has a smaller volume, the fluctuating pressure increases, and as the volume increases, the fluctuating pressure decreases. Therefore, the fluctuating pressure of the sound field increases as the flow volume of the output loop pipes 21, 31 decreases.
  • the oscillation of the stack 12c of the input loop pipe 11 can be improved, and the oscillation temperature (that is, heat input) Temperature) can be reduced.
  • thermoacoustic device 4 of the second embodiment is provided with two thermoacoustic engine parts 10 and 50.
  • the first thermoacoustic engine unit 10 includes a first input loop pipe 11 and a first input unit 12.
  • the second thermoacoustic engine unit 50 includes a second input loop pipe 51 and a second input unit 52.
  • the third dedicated connecting pipe 43 is connected to the first input loop pipe 11, and the fourth dedicated connecting pipe 44 is connected to the second input loop pipe 51.
  • the third dedicated connection pipe 43 connects the first input loop pipe 11 and the common connection pipe 41, and the fourth dedicated connection pipe 44 connects the second input loop pipe 51 and the common connection pipe 41.
  • the common connection pipe 40 is shared by the four loop pipes 11, 21, 31, 51.
  • the shared connection pipe 40 receives acoustic energy generated and joined by the plurality of thermoacoustic engine units 10 and 50, and transmits acoustic energy before branching toward the plurality of thermoacoustic refrigeration units 20 and 30.
  • the first input loop pipe 11 is provided with a first input section 12, and the second input loop pipe 51 is provided with a second input section 52.
  • These input units 12 and 52 have the same configuration, and include high temperature heat exchange units 12a and 52a, low temperature heat exchange units 12b and 52b, and stacks 12c and 52c.
  • Thermal energy is input from different heat sources to the high temperature heat exchange unit 12 a of the first input unit 12 and the high temperature heat exchange unit 52 a of the second input unit 52.
  • the different heat sources for example, an internal combustion engine (not shown) or a secondary battery (not shown) can be used.
  • the third dedicated connecting pipe 43 and the fourth dedicated connecting pipe 44 are connected at the same location as the shared connecting pipe 40.
  • the longitudinal direction of the common connection pipe 40 is different from the longitudinal direction of the two dedicated connection pipes 43 and 44.
  • the connection part of the common connection piping 40 and the two exclusive connection piping 43 and 44 is Y-shaped.
  • the angle formed by the longitudinal direction of the common connection pipe 40 and the longitudinal direction of the third dedicated connection pipe 43 is less than a right angle.
  • the angle formed by the longitudinal direction of the shared connecting pipe 40 and the longitudinal direction of the fourth dedicated connecting pipe 44 at the connection portion of the shared connecting pipe 40 and the fourth dedicated connecting pipe 44 is less than a right angle.
  • a plurality of input loop pipes 11 and 51 and a plurality of output loop pipes 21 and 31 are provided, and the common connection pipe 40 is shared by these loop pipes 11, 21, 31 and 51.
  • the configuration is adopted. Thereby, the acoustic energy generated by the plurality of output loop pipes 11 and 51 can be distributed to the plurality of output loop pipes 21 and 31, while suppressing the increase in the size of the loop pipes 11, 21, 31, and 51. It is possible to generate cold heat at the location.
  • thermoacoustic engine units 10 and 50 it is possible to supply heat energy to the input units 12 and 52 at a plurality of locations. Thereby, the exhaust heat of a different heat source can be utilized and efficient utilization of heat can be aimed at.
  • thermoacoustic apparatus 4 of the third embodiment is provided with three thermoacoustic refrigeration units 20, 30, and 60.
  • the three thermoacoustic refrigeration units 20, 30 and 60 can be arranged in the driver seat and the passenger seat in the front seat 2 and the rear seat 3, for example.
  • the first thermoacoustic refrigeration unit 20 includes a first output loop pipe 21 and a first output unit 22.
  • the second thermoacoustic refrigeration unit 30 includes a second output loop pipe 31 and a second output unit 32.
  • the third thermoacoustic refrigeration unit 60 includes a third output loop pipe 61 and a third output unit 62.
  • a fifth dedicated connecting pipe 45 is connected to the third output loop pipe 61.
  • the fifth dedicated connection pipe 45 connects the third output loop pipe 61 and the common connection pipes 40 and 46.
  • the fifth dedicated connection pipe 45 branches off from the middle of the common connection pipes 40 and 46. That is, in the third embodiment, a plurality of branch portions branching from the common connection pipes 40 and 46 toward the output loop pipes 21, 31 and 61 are provided.
  • the common connection pipes 40 and 46 include a first common connection pipe 40 and a second common connection pipe 46.
  • the side close to the input loop pipe 11 is the first common connection pipe 40 with the connection portion of the fifth dedicated connection pipe 45 as a boundary, and the side close to the first output loop pipe 21 and the second output loop pipe 31 is the second. It is a common connection pipe 46.
  • the angle formed by the longitudinal direction of the first shared connection pipe 40 and the longitudinal direction of the fifth dedicated connection pipe 45 at the connection portion of the first shared connection pipe 40 and the fifth dedicated connection pipe 45 is less than a right angle.
  • the input loop pipe 11 and the first output loop pipe 21 are connected via a first common connection pipe 40, a second common connection pipe 46, and a first dedicated connection pipe 41.
  • the input loop pipe 11 and the second output loop pipe 31 are connected via a first common connection pipe 40, a second common connection pipe 46, and a second dedicated connection pipe 42.
  • the input loop pipe 11 and the third output loop pipe 61 are connected via the first common connection pipe 40 and the fifth dedicated connection pipe 45.
  • the total length of the first shared connection pipe 40, the second shared connection pipe 46, and the first dedicated connection pipe 41, and the lengths of the first shared connection pipe 40, the second shared connection pipe 46, and the second dedicated connection pipe 42 And the total length of the first shared connecting pipe 40 and the fifth dedicated connecting pipe 45 are the same.
  • the 5th exclusive connection piping 45 is longer than the 1st and 2nd exclusive connection piping 41 and 42, and the length of the 5th exclusive connection piping 45 is the 1st and 2nd exclusive connection piping 41 and 42.
  • Each is equal to the total length of the second common connecting pipe 46.
  • the third output loop pipe 61 has the same configuration as the first output loop pipe 21 and the second output loop pipe 31.
  • the third output loop pipe 61 is provided with a third output unit 62.
  • the third output unit 62 has the same configuration as the first output unit 22 and the second output unit 32, and includes a high temperature heat exchange unit 62a, a low temperature heat exchange unit 62b, and a stack 62c.
  • one input loop pipe 11 and three output loop pipes 21, 31, 61 are provided, and at least the first shared connection is provided by these loop pipes 11, 21, 31, 61.
  • a configuration in which the pipe 40 is shared is adopted. Thereby, the acoustic energy generated in the output loop pipe 11 can be distributed to the plurality of output loop pipes 21, 31, 61 while suppressing the increase in the size of the loop pipes 11, 21, 31, 61. It becomes possible to generate cold heat.
  • the angle formed by the longitudinal direction of the shared connecting pipe 40 and the longitudinal direction of the first dedicated connecting pipe 41 is equal to or less than a right angle at the connecting portion of the shared connecting pipe 40 and the first dedicated connecting pipe 41.
  • the first dedicated connection pipe 41 that connects the first output loop pipe 21 and the common connection pipe 40 is configured as a bending pipe.
  • the first dedicated connecting pipe 41 is configured as a bending pipe while reducing the loss of acoustic energy at the connection portion between the shared connecting pipe 40 and the first dedicated connecting pipe 41.
  • the degree of freedom in the layout of the first output loop pipe 21 can be improved.
  • thermoacoustic engine parts 10 and 50 are provided.
  • a power generation unit 70 is connected to the common connection pipe 40.
  • the power generation unit 70 is a device that converts acoustic energy into electrical energy.
  • the power generation unit 70 may be a linear generator including a piston that can reciprocate by acoustic energy.
  • the power generation unit 70 is an acoustic energy consumption unit that consumes acoustic energy.
  • the acoustic energy generated by the input units 12 and 52 of the thermoacoustic engine units 10 and 50 is transmitted to the power generation unit 70 via the connection pipes 40, 43 and 44, and is converted into electric energy by the power generation unit 70.
  • the electric energy generated by the power generation unit 70 can be supplied to a power consuming device (not shown) mounted on the vehicle 1 or can be charged to a secondary battery (not shown).
  • thermoacoustic apparatus 4 that generates electrical energy from acoustic energy
  • the configuration in which the common connection pipe 40 is shared by the two input loop pipes 11 and 51 is adopted. Thereby, it becomes possible to produce
  • thermoacoustic refrigeration units 20, 30, and 60 are arranged on the seats 2 and 3 of the vehicle 1.
  • the present invention is not limited to this. 30 and 60 can be arranged in any place where cold heat is required.
  • the cold generated by the output units 22, 32, 62 of the thermoacoustic refrigeration units 20, 30, 60 may be transmitted directly from the output units 20, 30, 60 to the object to be cooled, via a heat pipe, cooling water, etc. May be communicated.
  • the cooling heat generated by the output units 22, 32, 62 of the thermoacoustic refrigeration units 20, 30, 60 is used for seat cooling.
  • it can be used for applications other than sheet cooling such as cooling of heat generating devices such as secondary batteries.
  • different cooling targets may be simultaneously cooled by the cooling heat generated by the plurality of output units 22, 32, and 62.
  • the sheet cooling and the secondary battery can be simultaneously cooled.
  • the acoustic energy generated by the input units 12 and 52 is converted into thermal energy by the output units 22, 32, and 62.
  • the input units 12 and 52 are converted.
  • the present invention is not limited to this, and any configuration may be used as long as it converts acoustic energy into different types of energy.
  • the high-temperature heat exchanging portions 22a, 32a, and 62a of 32 and 62 are configured to exchange heat with the outside air.
  • the present invention is not limited to this, and heat exchange with cooling water may be performed.
  • thermoacoustic device of the present disclosure is mounted on the vehicle 1 .

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Abstract

熱音響装置は、入力ループ配管（１１、５１）及び熱エネルギーを音響エネルギーに変換する入力部（１２、５２）とを有する熱音響エンジン部（１０、５０）と、出力ループ配管（２１、３１、６１）及び音響エネルギーを熱エネルギーに変換して冷熱を生成する出力部（２２、３２、６２）とを有する熱音響冷凍部（２０、３０、６０）と、入力ループ配管（１１、５１）および出力ループ配管（２１、３１、６１）を接続する連結配管（４０～４６）とを備えている。熱音響エンジン部（１０、５０）で生成した音響エネルギーは、連結配管（４０～４６）を介して熱音響冷凍部（２０、３０、６０）に伝達される。熱音響エンジン部（１０、５０）および熱音響冷凍部（２０、３０、６０）の少なくともいずれかが複数設けられている。

Description

熱音響装置 関連出願の相互参照
　本出願は、当該開示内容が参照によって本出願に組み込まれた、２０１７年６月２日に出願された日本特許出願２０１７－１０９６０８号を基にしている。
　本開示は、熱エネルギーと音響エネルギーとの間でエネルギー変換を行う熱音響装置に関する。
　従来より、熱音響現象を利用して熱エネルギーと音響エネルギーの間でエネルギー変換を行う熱音響装置が知られている。熱音響装置は、配管内部に設けられたスタックの両端に温度勾配を形成することで熱エネルギーを音響エネルギーに変換することができ、スタックに音波を伝えることでスタックの両端に温度勾配が生じ、音響エネルギーを熱エネルギーに変換することができる。
　特許文献１では、中央パイプに複数の分岐パイプが接続され、中央パイプを共用する複数のループ配管を備えた熱音響装置が提案されている。この熱音響装置は、中央パイプに原動機を構成するスタックが設けられ、分岐パイプに受動機を構成するスタックが設けられており、各分岐パイプに設けられたスタックによって、複数箇所での冷凍が可能となっている。
特開２０１０－２７０９２６号公報
　熱音響装置において、ループ配管に設けられたスタックで仕事流と熱流の変換が効率よく行われるためには、スタックにおける熱緩和時間に対し、管内音響の周期が十分に長い必要がある。なぜなら、熱緩和時間に対して作動流体の膨張・圧縮の周期が短い場合には、作動流体の膨張により生じた冷熱がスタックと十分に熱交換できず、圧縮により生じる熱と打ち消し合ってしまうからである。周期が長い音場は波長も長くなり、ループ型の熱音響機関の体格が大型化してしまう要因となる。
　１つのループ配管に原動機と受動機が設けられているシングルループ構造の場合、ループ配管を一周した際に位相のズレが整数倍でない音響は、多数回周回するとキャンセルしてしまうため共鳴しない。ループ配管における１次の共鳴音響は、管内を１周した際に位相が１周期だけずれるような音響である。このため、ループ配管の全長程度の長さが１次の共鳴音響の波長となる。したがって、シングルループ構造のループ配管がｎ個設けられた特許文献１の構成では、管の全長はおおよそｎ波長の全長を持つことになり、大型化してしまう。
　本開示は上記点に鑑み、原動機が設けられたループ配管または受動機が設けられたループ配管の少なくともいずれかを複数備える熱音響装置において、小型化を図ることを目的とする。
　本開示の一つの特徴例による熱音響装置は、環状の入力ループ配管と、該入力ループ配管内に設けられ、熱エネルギーを音響エネルギーに変換する入力部とを有する熱音響エンジン部と、環状の出力ループ配管と、該出力ループ配管内に設けられ、音響エネルギーを熱エネルギーに変換して冷熱を生成する出力部とを有する熱音響冷凍部と、入力ループ配管および出力ループ配管を接続する連結配管とを備える。
　入力ループ配管、出力ループ配管および連結配管は、音響エネルギーを伝達可能な作動媒体を内部に有しており、熱音響エンジン部で生成した音響エネルギーは、連結配管を介して熱音響冷凍部に伝達されるようになっておる。さらに、熱音響エンジン部および熱音響冷凍部の少なくともいずれかが複数設けられている。
　本開示では、ループ配管を複数設け、これらのループ配管で連結配管を共用するという構成を採用してよい。これにより、ループ配管の小型化を図ることができる。
第１実施形態の熱音響装置の車両搭載状態を示す図である。 第１実施形態の熱音響装置の構成を示す図である。 第２実施形態の熱音響装置の構成を示す図である。 第３実施形態の熱音響装置の構成を示す図である。 第４実施形態の熱音響装置の構成を示す図である。 第５実施形態の熱音響装置の構成を示す図である。
　（第１実施形態）
　以下、本開示の第１実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態は、本開示の熱音響装置を車両のシート冷房装置に適用している。
　図１に示すように、熱音響装置４は車両１に搭載されている。熱音響装置４は熱音響機関であり、熱音響現象によって冷熱を生成し、この冷熱によってシート冷房を行う。
　図１、図２に示すように、熱音響装置４は、熱エネルギーを音響エネルギーに変換する熱音響エンジン部１０と、音響エネルギーを熱エネルギーに変換して冷熱を生成する熱音響冷凍部２０、３０を備えている。熱音響エンジン部１０は座席から離れた位置に配置され、２つの熱音響冷凍部２０、３０はそれぞれ異なる座席２、３に対応して配置されている。具体的には、第１熱音響冷凍部２０は前席２に対応して配置され、第２熱音響冷凍部３０は後席３に対応して配置されている。
　熱音響エンジン部１０は、入力ループ配管１１および入力部１２を備えている。熱音響冷凍部２０、３０は、出力ループ配管２１、３１および出力部２２、３２を備えている。
　ループ配管１１、２１、３１は、連結配管４０、４１、４２によって接続されている。これらの配管１１、２１、３１、４０、４１、４２は、中空状の筒状部材であり、密閉空間を構成している。配管１１、２１、３１、４０、４１、４２としては、例えば円筒形状のステンレス製配管を用いることができる。
　配管１１、２１、３１、４０、４１、４２は、内部空間に作動流体が封入されている。配管１１、２１、３１、４０、４１、４２は、作動流体を介して音響エネルギーを伝達可能となっている。作動流体としては、１種類以上の気体、または気体と水等の液体との混合物を用いることができる。気体としては、例えばヘリウム、窒素、アルゴン等の低分子量の不活性ガスや空気を用いることができる。
　入力ループ配管１１は、熱音響原動機用のループ配管であり、出力ループ配管２１、３１は、熱音響受動機用のループ配管である。本実施形態では、入力ループ配管１１よりも出力ループ配管２１、３１の方が、作動流体が存在する内部空間の体積が小さくなっている。また、２つの出力ループ配管２１、３１は、同一構成となっており、配管の長さや内部空間の体積が同一となっている。
　連結配管４０、４１、４２には、共用連結配管４０と、専用連結配管４１、４２が含まれている。本実施形態では、共用連結配管４０および専用連結配管４１、４２は、それぞれ直管として構成されている。
　共用連結配管４０の一端側には入力ループ配管１１が接続されており、共用連結配管４０の他端側には２つの専用連結配管４１、４２が接続されている。図２に示すように、本実施形態では、２つの専用連結配管４１、４２は同一の長さとなっている。連結配管４０、４１、４２は、ループ配管１１、２１、３１から分岐した枝管を構成している。
　入力ループ配管１１と第１出力ループ配管２１は、共用連結配管４０および第１専用連結配管４１を介して接続されている。入力ループ配管１１と第２出力ループ配管３１は、共用連結配管４０および第２専用連結配管４２によって接続されている。
　連結配管４０、４１、４２のうち、共用連結配管４０は、３つのループ配管１１、２１、３１で共用されている。共用連結配管４０は、熱音響エンジン部１０で生成した音響エネルギーが複数の熱音響冷凍部２０、３０に向かって分岐する前の音響エネルギーが伝達される。第１専用連結配管４１は、第１出力ループ配管２１と共用連結配管４０を接続し、第２専用連結配管４２は、第２出力ループ配管３１と共用連結配管４０を接続している。
　２つの専用連結配管４１、４２は、共用連結配管４０と同一箇所で接続されている。本実施形態では、共用連結配管４０の長手方向と第１専用連結配管４１の長手方向が異なっており、共用連結配管４０の長手方向と第２専用連結配管４２の長手方向が異なっている。このため、共用連結配管４０と２つの専用連結配管４１、４２の接続部はＹ字状になっている。
　共用連結配管４０と第１専用連結配管４１の接続部において、共用連結配管４０の長手方向と第１専用連結配管４１の長手方向のなす角度は直角以下となっている。同様に、共用連結配管４０と第２専用連結配管４２の接続部において、共用連結配管４０の長手方向と第２専用連結配管４２の長手方向のなす角度は直角以下となっている。連結配管４０、４１、４２の長手方向は、連結配管４０、４１、４２の横断面に直交する方向である。
　入力ループ配管１１には、外部から熱エネルギーの入力が行われる入力部１２が設けられている。入力部１２は原動機であり、外部から入力された熱エネルギーを音響エネルギーに変換可能となっている。つまり、入力部１２では、熱流から仕事流への変換が行われる。
　入力部１２は、高温熱交換部１２ａ、低温熱交換部１２ｂ、スタック１２ｃを備えている。これらは、入力ループ配管１１の長手方向に沿って配置されている。スタック１２ｃの一端側に高温熱交換部１２ａが接続し、スタック１２ｃの他端側に低温熱交換部１２ｂが接続している。
　高温熱交換部１２ａは、外部から熱エネルギーが入力可能となっている。高温熱交換部１２ａに外部から入力される熱エネルギーとしては、例えば図示しない内燃機関の排熱や図示しない二次電池の排熱を用いることができる。また、低温熱交換部１２ｂは、外気と熱交換可能となっている。
　スタック１２ｃには、温度境界層厚さと同程度以下の径を有する流路が多数形成されている。スタック１２ｃとしては、例えばセラミックスハニカムのような細かい流路が設けられた構造体、あるいはステンレスメッシュのような目の細かい金網が積層された構造体等を用いることができる。
　スタック１２ｃは、入力ループ配管１１における共用連結配管４０との接続部の近傍に配置されている。つまり、スタック１２ｃは、入力ループ配管１１における共用連結配管４０との接続部から最も離れた部位よりも接続部に近い位置に配置されている。
　第１出力ループ配管２１には、外部にエネルギーを出力する第１出力部２２が設けられており、第２出力ループ配管３１には、外部にエネルギーを出力する第２出力部３２が設けられている。
　出力部２２、３２は受動機であり、音響エネルギーから熱エネルギーへの変換が行われる。つまり、出力部２２、３２では、仕事流から熱流への変換が行われる。出力部２２、３２は、音響エネルギーを消費する音響エネルギー消費部である。
　出力部２２、３２は、上述した入力部１２と同様の構成であり、高温熱交換部２２ａ、３２ａ、低温熱交換部２２ｂ、３２ｂ、スタック２２ｃ、３２ｃを備えている。高温熱交換部２２ａ、３２ａは外気と熱交換可能となっている。
　スタック２２ｃ、３２ｃは、出力ループ配管２１、３１における専用連結配管４１、４２との接続部の近傍に配置されている。つまり、スタック２２ｃ、３２ｃは、出力ループ配管２１、３１における専用連結配管４１、４２との接続部から最も離れた部位よりも、専用連結配管４１、４２との接続部に近い位置に配置されている。
　次に、熱音響装置４の作動について説明する。入力ループ配管１１の入力部１２では、高温熱交換部１２ａに外部から熱エネルギーが入力されることで、スタック１２ｃに温度勾配が形成される。
　入力部１２のスタック１２ｃでは、作動流体の流通方向に温度勾配が形成されることで、内部に存在する作動流体の圧縮、加熱、膨張、冷却が行われ、熱音響自励振動である音波が発生する。つまり、入力部１２のスタック１２ｃでは、熱エネルギーから音響エネルギーへの変換が行われる。
　入力ループ配管１１の入力部１２で生成した音響エネルギーは、共用連結配管４０を進行し、第１専用連結配管４１および第２専用連結配管４２に分岐する。第１専用連結配管４１に分岐した音響エネルギーは第１出力ループ配管２１に伝達され、第２専用連結配管４２に分岐した音響エネルギーは第２出力ループ配管３１に伝達される。
　出力部２２、３２のスタック２２ｃ、３２ｃでは、入力部１２で生成した音響エネルギーが伝達されることで、両端に温度勾配が生じる。出力部２２、３２のスタック２２ｃ、３２ｃでは、低温熱交換部２２ｂ、３２ｂが設けられた一端側が高温熱交換部２２ａ、３２ａが設けられた他端側よりも低温になる。つまり、出力部２２、３２のスタック２２ｃ、３２ｃでは、音響エネルギーから熱エネルギーの変換が行われ、冷熱が生成される。
　第１出力部２２のスタック２２ｃで生成した冷熱は前席２に伝えられ、第２出力部３２のスタック３２ｃで生成した冷熱は後席３に伝えられる。これにより、車両１の前席２および後席３でシート冷房を行うことができる。
　以上説明した本実施形態の熱音響装置４では、１つの入力ループ配管１１と、２つの出力ループ配管２１、３１を設け、これらのループ配管１１、２１、３１で共用連結配管４０を共用するという構成を採用している。これにより、ループ配管１１、２１、３１の小型化を図ることができる。以下、この点について説明する。
　本実施形態のように、連結配管４０、４１、４２が枝管として接合されたループ配管１１、２１、３１では、連結配管４０、４１、４２とループ配管１１、２１、３１の接合部で管内音響の位相が不連続であっても共鳴し得る。このため、連結配管４０、４１、４２が接合されたループ配管１１、２１、３１は、長さを管内音響の１波長未満とすることができる。
　連結配管４０、４１、４２の長さとループ配管１１、２１、３１の長さの合計は、管内音響の波長に基づいて決定される。本実施形態の構成では、入力ループ配管１１、共有連結配管４０、第１専用連結配管４１、第１出力ループ配管２１の長さの合計が管内音響の１／４～１／２波長程度となる。同様に、入力ループ配管１１、共有連結配管４０、第２専用連結配管４２、第２出力ループ配管３１の長さの合計が管内音響の１／４～１／２波長程度となる。このため、共有部分である共有連結配管４０を長く設定することで、ループ配管１１、２１、３１を小型化することが可能となる。
　本実施形態の構成は、複数の熱音響機関でループ配管の枝管を共有して小型化を図っていると考えることもできる。つまり、共有部である共有連結配管４０を長くすることで、ループ配管１１、２１、３１のそれぞれを小型化することができ、装置全体の小型化が可能となる。
　また、本実施形態の熱音響装置４では、複数の熱音響冷凍部２０、３０を設けている。このため、ループ配管１１、２１、３１の体格増大を抑制しつつ、出力ループ配管１１で生成した音響エネルギーを複数の出力ループ配管２１、３１に分散させることができ、複数箇所で冷熱を生成することが可能となる。
　また、本実施形態では、共用連結配管４０と専用連結配管４１、４２の接合部において、共用連結配管４０の長手方向と専用連結配管４１、４２の長手方向のなす角度を直角以下としている。これにより、連結配管４０、４１、４２において、音響エネルギーが分岐する部位での角度変化が小さくなる。この結果、管内音響の剥離現象の発生を抑制でき、音響エネルギーの損失を低減させることができる。
　このことは、本実施形態のような熱音響装置４を車載する構成において、特に有効である。熱音響装置４を車載するためには、共鳴管を小型化して配管径を小さくする必要があり、配管径が小さい場合に特に音響エネルギーの損失が増大し易いからである。
　また、本実施形態では、ループ配管１１、２１、３１における連結配管４０、４１、４２との接続部の近傍にスタック１２ｃ、２２ｃ、３２ｃを配置している。これにより、スタック１２ｃ、２２ｃ、３２ｃで効率的なエネルギー変換を行うことが可能となる。
　連結配管４０、４１、４２からループ配管１１、２１、３１に流入する進行波は、ループ配管１１、２１、３１を逆向きに進行する２つの方向に同量だけ分配される。スタック１２ｃ、２２ｃ、３２ｃをループ配管１１、２１、３１における連結配管４０、４１、４２との接続部から最も離れた部位に配置した場合には、逆向きの２つの進行波が重なり合って、仕事を持たない定在波となる。
　これに対し、スタック１２ｃ、２２ｃ、３２ｃをループ配管１１、２１、３１における連結配管４０、４１、４２との接続部の近傍に配置することで、進行波の位相が改善して共鳴しやすくなる。この結果、スタック１２ｃ、２２ｃ、３２ｃで効率的なエネルギー変換を行うことが可能となる。
　また、本実施形態のように、複数の出力ループ配管２１、３１を備える構成では、連結配管４１、４２との接続部で音響が重なり合う際に、それぞれの位相が近い方が音響同士の打消しがなくなるため、効率良く共鳴させることができる。このため、複数の出力ループ配管２１、３１でそれぞれ同様の位置にスタック２２ｃ、３２ｃを設けることで、効率よく共鳴させることができる。
　このことは、複数の出力ループ配管２１、３１におけるスタック２２ｃ、３２ｃの位置に限らず、他のパラメータにも応用可能である。例えば出力ループ配管２１、３１、高温熱交換部２２ａ、３２ａ、低温熱交換部２２ｂ、３２ｂの大きさ、連結配管４１、４２の体格なども近い値とすることで、音響を効率よく共鳴させることができる。
　また、本実施形態では、出力ループ配管２１、３１を入力ループ配管１１よりも小さくしている。空気バネは、体積が小さい方が変動圧力が大きくなり、体積が大きい方が変動圧力が小さくなるため、出力ループ配管２１、３１の流路体積が小さい方が音場の変動圧力は大きくなる。
　このため、出力ループ配管２１、３１の体積を入力ループ配管１０の体積に対して大きくすることで、入力ループ配管１１のスタック１２ｃの発振性を向上させることができ、発振温度（つまり、入熱温度）を低下させることができる。
　（第２実施形態）
　次に、本開示の第２実施形態について説明する。上記第１実施形態と同様の部分は説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
　図３に示すように、本第２実施形態の熱音響装置４には、２つの熱音響エンジン部１０、５０が設けられている。
　第１熱音響エンジン部１０は、第１入力ループ配管１１および第１入力部１２を備えている。第２熱音響エンジン部５０は、第２入力ループ配管５１および第２入力部５２を備えている。
　第１入力ループ配管１１には、第３専用連結配管４３が接続され、第２入力ループ配管５１には、第４専用連結配管４４が接続されている。第３専用連結配管４３は、第１入力ループ配管１１および共用連結配管４１を接続し、第４専用連結配管４４は、第２入力ループ配管５１および共用連結配管４１を接続している。
　共用連結配管４０は、４つのループ配管１１、２１、３１、５１で共用されている。共用連結配管４０は、複数の熱音響エンジン部１０、５０で生成して合流した音響エネルギーが伝達され、複数の熱音響冷凍部２０、３０に向かって分岐する前の音響エネルギーが伝達される。
　第１入力ループ配管１１には、第１入力部１２が設けられ、第２入力ループ配管５１には、第２入力部５２が設けられている。これらの入力部１２、５２は同一の構成となっており、高温熱交換部１２ａ、５２ａ、低温熱交換部１２ｂ、５２ｂ、スタック１２ｃ、５２ｃを備えている。第１入力部１２の高温熱交換部１２ａおよび第２入力部５２の高温熱交換部５２ａには、異なる熱源から熱エネルギーが入力される。異なる熱源としては、例えば図示しない内燃機関や図示しない二次電池等を用いることができる。
　第３専用連結配管４３および第４専用連結配管４４は、共有連結配管４０と同一箇所で接続されている。本第２実施形態では、共用連結配管４０の長手方向と、２つの専用連結配管４３、４４の長手方向のそれぞれが異なっている。このため、共用連結配管４０と２つの専用連結配管４３、４４の接続部はＹ字状になっている。
　共用連結配管４０と第３専用連結配管４３の接続部において、共用連結配管４０の長手方向と第３専用連結配管４３の長手方向のなす角度は直角以下となっている。同様に、共用連結配管４０と第４専用連結配管４４の接続部において、共用連結配管４０の長手方向と第４専用連結配管４４の長手方向のなす角度は直角以下となっている。
　以上説明した本第２実施形態では、複数の入力ループ配管１１、５１と複数の出力ループ配管２１、３１を設け、これらのループ配管１１、２１、３１、５１で共用連結配管４０を共用するという構成を採用している。これにより、ループ配管１１、２１、３１、５１の体格増大を抑制しつつ、複数の出力ループ配管１１、５１で生成した音響エネルギーを複数の出力ループ配管２１、３１に分散させることができ、複数箇所で冷熱を生成することが可能となる。
　また、複数の熱音響エンジン部１０、５０を設けることで、入力部１２、５２への熱エネルギーの供給を複数箇所で行うことが可能となる。これにより、異なる熱源の排熱を利用することができ、効率的な熱の利用を図ることができる。
　（第３実施形態）
　次に、本開示の第３実施形態について説明する。上記各実施形態と同様の部分は説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
　図４に示すように、本第３実施形態の熱音響装置４には、３つの熱音響冷凍部２０、３０、６０が設けられている。３つの熱音響冷凍部２０、３０、６０は、例えば前席２における運転席および助手席と、後席３に配置することができる。
　第１熱音響冷凍部２０は、第１出力ループ配管２１および第１出力部２２を備えている。第２熱音響冷凍部３０は、第２出力ループ配管３１および第２出力部３２を備えている。第３熱音響冷凍部６０は、第３出力ループ配管６１および第３出力部６２を備えている。
　第３出力ループ配管６１には、第５専用連結配管４５が接続されている。第５専用連結配管４５は、第３出力ループ配管６１および共有連結配管４０、４６を接続している。第５専用連結配管４５は、共用連結配管４０、４６の途中から分岐している。つまり、本第３実施形態では、共用連結配管４０、４６から出力ループ配管２１、３１、６１に向かって分岐する分岐部が複数設けられている。
　共用連結配管４０、４６には、第１共用連結配管４０と、第２共用連結配管４６が含まれている。第５専用連結配管４５の接続部を境にして、入力ループ配管１１に近い側が第１共用連結配管４０となっており、第１出力ループ配管２１および第２出力ループ配管３１に近い側が第２共用連結配管４６となっている。
　第１共用連結配管４０と第５専用連結配管４５の接続部において、第１共用連結配管４０の長手方向と第５専用連結配管４５の長手方向のなす角度は直角以下となっている。
　入力ループ配管１１と第１出力ループ配管２１は、第１共用連結配管４０、第２共用連結配管４６、第１専用連結配管４１を介して接続されている。入力ループ配管１１と第２出力ループ配管３１は、第１共用連結配管４０、第２共用連結配管４６、第２専用連結配管４２を介して接続されている。入力ループ配管１１と第３出力ループ配管６１は、第１共用連結配管４０、第５専用連結配管４５を介して接続されている。
　第１共用連結配管４０、第２共用連結配管４６、第１専用連結配管４１の長さの合計と、第１共用連結配管４０、第２共用連結配管４６、第２専用連結配管４２の長さの合計と、第１共用連結配管４０、第５専用連結配管４５の長さの合計は、それぞれ同一となっている。このため、第５専用連結配管４５は第１、第２専用連結配管４１、４２よりも長くなっており、第５専用連結配管４５の長さは第１、第２専用連結配管４１、４２のそれぞれと第２共用連結配管４６の長さの合計と等しくなっている。
　第３出力ループ配管６１は、第１出力ループ配管２１および第２出力ループ配管３１と同様の構成となっている。第３出力ループ配管６１には、第３出力部６２が設けられている。第３出力部６２は、第１出力部２２および第２出力部３２と同様の構成となっており、高温熱交換部６２ａ、低温熱交換部６２ｂ、スタック６２ｃを備えている。
　以上説明した本第３実施形態によれば、１つの入力ループ配管１１と、３つの出力ループ配管２１、３１、６１を設け、これらのループ配管１１、２１、３１、６１で少なくとも第１共用連結配管４０を共用するという構成を採用している。これにより、ループ配管１１、２１、３１、６１の体格増大を抑制しつつ、出力ループ配管１１で生成した音響エネルギーを複数の出力ループ配管２１、３１、６１に分散させることができ、複数箇所で冷熱を生成することが可能となる。
　（第４実施形態）
　次に、本開示の第４実施形態について説明する。上記各実施形態と同様の部分は説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
　図５に示すように、共用連結配管４０と第１専用連結配管４１の接続部において、共用連結配管４０の長手方向と第１専用連結配管４１の長手方向のなす角度は直角以下となっている。また、本第４実施形態では、第１出力ループ配管２１と共用連結配管４０を接続する第１専用連結配管４１が曲げ管として構成されている。
　以上説明した本第４実施形態では、共用連結配管４０と第１専用連結配管４１の接続部における音響エネルギーの損失を低減させつつ、第１専用連結配管４１が曲げ管として構成されていることから、第１出力ループ配管２１のレイアウトの自由度を向上させることができる。
　（第５実施形態）
　次に、本開示の第５実施形態について説明する。上記各実施形態と同様の部分は説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
　図６に示すように、本第５実施形態では、２つの熱音響エンジン部１０、５０が設けられている。また、共用連結配管４０には、発電部７０が接続されている。発電部７０は、音響エネルギーを電気エネルギーに変換する装置であり、例えば音響エネルギーによって往復運動可能なピストンを備えるリニア発電機とすることができる。発電部７０は、音響エネルギーを消費する音響エネルギー消費部である。
　熱音響エンジン部１０、５０の入力部１２、５２で生成した音響エネルギーは、連結配管４０、４３、４４を介して発電部７０に伝達され、発電部７０で電気エネルギーに変換される。発電部７０で生成した電気エネルギーは、車両１に搭載された図示しない電力消費機器に供給したり、図示しない二次電池に充電したりすることができる。
　以上説明した本第５実施形態によれば、音響エネルギーから電気エネルギーを生成する熱音響装置４において、２つの入力ループ配管１１、５１で共用連結配管４０を共用するという構成を採用している。これにより、ループ配管１１、５１の体格増大を抑制しつつ、電気エネルギーを生成することが可能となる。
　（他の実施形態）
　本開示は上述の実施形態に限定されることなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された構成要素や手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。
　（１）上記第１～第４実施形態では、熱音響冷凍部２０、３０、６０を車両１の座席２、３に配置するように構成したが、これに限らず、熱音響冷凍部２０、３０、６０は冷熱を必要とする任意の場所に配置することができる。
　熱音響冷凍部２０、３０、６０の出力部２２、３２、６２で生成した冷熱は、出力部２０、３０、６０から冷却対象に直接伝達してもよく、ヒートパイプや冷却水等を介して伝達してもよい。
　（２）上記第１～第４実施形態では、熱音響冷凍部２０、３０、６０の出力部２２、３２、６２で生成した冷熱をシート冷房に用いるように構成したが、これに限らず、例えば二次電池等の発熱機器の冷却といったシート冷房以外の用途に用いることができる。また、複数の出力部２２、３２、６２で生成した冷熱によって、異なる冷却対象の冷却を同時に行ってもよく、例えばシート冷房と二次電池の冷却を同時に行うことができる。
　（３）上記第１～第４実施形態では、入力部１２、５２で生成した音響エネルギーを出力部２２、３２、６２で熱エネルギーに変換し、上記第５実施形態では、入力部１２、５２で生成した音響エネルギーを発電部７０で電気エネルギーに変換するように構成したが、これらに限らず、音響エネルギーを異なる種類のエネルギーに変換するものであればよい。
　（４）上記各実施形態の構成において、入力ループ配管１１、５１にスピーカを設け、入力部１２、５２に入力する熱エネルギーが小さい場合に、スピーカから音響エネルギーを補助的に入力するようにしてもよい。
　（５）上記各実施形態では、入力ループ配管１１、５１に設けられた入力部１２、５２の低温熱交換部１１ｂ、５２ｂと、出力ループ配管２１、３１、６１に設けられた出力部２２、３２、６２の高温熱交換部２２ａ、３２ａ、６２ａにおいて、外気と熱交換するように構成したが、これに限らず、冷却水と熱交換させるようにしてもよい。
　（６）上記各実施形態では、本開示の熱音響装置を車両１に搭載した例について説明したが、これに限らず、本開示の熱音響装置を車両１以外の用途に適用してもよい。

 

Claims (11)

  1. 　環状の入力ループ配管（１１、５１）と、該入力ループ配管内に設けられ、熱エネルギーを音響エネルギーに変換する入力部（１２、５２）とを有する熱音響エンジン部（１０、５０）と、
    　環状の出力ループ配管（２１、３１、６１）と、該出力ループ配管内に設けられ、音響エネルギーを熱エネルギーに変換して冷熱を生成する出力部（２２、３２、６２）とを有する熱音響冷凍部（２０、３０、６０）と、
    　前記入力ループ配管および前記出力ループ配管を接続する連結配管（４０～４６）とを備え、
    　前記入力ループ配管、前記出力ループ配管および前記連結配管は、音響エネルギーを伝達可能な作動媒体を内部に有しており、
    　前記熱音響エンジン部で生成した音響エネルギーは、前記連結配管を介して前記熱音響冷凍部に伝達されるようになっており、
    　前記熱音響エンジン部および前記熱音響冷凍部の少なくともいずれかが複数設けられている熱音響装置。
  2. 　前記連結配管は、複数の前記熱音響エンジン部で生成して合流した音響エネルギーまたは複数の熱音響冷凍部に向かって分岐する前の音響エネルギーの少なくともいずれかが伝達される共用連結配管（４０、４６）と、前記入力ループ配管および前記出力ループ配管のいずれかと前記共用連結配管を接続する専用連結配管（４１、４２、４３、４４、４５）とを含んでいる請求項１に記載の熱音響装置。
  3. 　前記共用連結配管および前記専用連結配管の接続部において、前記共用連結配管の長手方向および前記専用連結配管の長手方向のなす角度が直角以下である請求項２に記載の熱音響装置。
  4. 　前記入力ループ配管において、前記共用連結配管または前記専用連結配管との接続部から最も離れた部位よりも前記共用連結配管または前記専用連結配管との接続部に近い位置に前記入力部が設けられており、
    　前記出力ループ配管において、前記共用連結配管または前記専用連結配管との接続部から最も離れた部位よりも前記共用連結配管または前記専用連結配管との接続部に近い位置に前記出力部が設けられている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱音響装置。
  5. 　前記入力ループ配管は、前記出力ループ配管よりも内部空間の体積が大きくなっている請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱音響装置。
  6. 　前記熱音響冷凍部で生成する冷熱で座席の冷房を行うようになっており、複数の前記熱音響冷凍部が異なる座席に対応して配置されている請求項１ないし５のいずれか１つに記載の熱音響装置。
  7. 　環状の入力ループ配管（１１、５１）と、該入力ループ配管内に設けられ、熱エネルギーを音響エネルギーに変換する入力部（１２、５２）とを有する熱音響エンジン部（１０、５０）と、
    　音響エネルギーを異なる種類のエネルギーに変換するエネルギー変換部（２１、３１、６１、７０）と、
    　前記熱音響エンジン部および前記エネルギー変換部を接続する連結配管（４１、４４、４５）とを備え、
    　前記入力ループ配管および前記連結配管は、音響エネルギーを伝達可能な作動媒体を内部に有しており、
    　前記熱音響エンジン部で生成した音響エネルギーは、前記連結配管を介して前記エネルギー変換部に伝達されるようになっており、
    　前記熱音響エンジン部が複数設けられている熱音響装置。
  8. 　前記連結配管は、複数の前記熱音響エンジン部で生成した音響エネルギーが合流して伝達される共用連結配管（４０）と、前記入力ループ配管および前記共用連結配管を接続する専用連結配管（４３、４４）とを含んでいる請求項７に記載の熱音響装置。
  9. 　前記共用連結配管および前記専用連結配管の接続部において、前記共用連結配管の長手方向および前記専用連結配管の長手方向のなす角度が直角以下である請求項８に記載の熱音響装置。
  10. 　前記入力ループ配管において、前記専用連結配管との接続部から最も離れた部位よりも前記専用連結配管との接続部に近い位置に前記入力部が設けられている請求項７ないし９のいずれか１つに記載の熱音響装置。
  11. 　複数の前記熱音響エンジン部において、それぞれ異なる熱源から前記入力部に熱エネルギーが供給される請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の熱音響装置。

     
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110617559A (zh) * 2019-09-06 2019-12-27 成都仙德科技有限公司 一种便携式声能空调进风口设计

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
JP2013234822A (ja) * 2012-05-10 2013-11-21 Honda Motor Co Ltd 熱音響機関

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
JP2013234822A (ja) * 2012-05-10 2013-11-21 Honda Motor Co Ltd 熱音響機関

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110617559A (zh) * 2019-09-06 2019-12-27 成都仙德科技有限公司 一种便携式声能空调进风口设计
CN110617559B (zh) * 2019-09-06 2020-11-13 成都仙德科技有限公司 一种便携式声能空调进风口结构

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